Paul van Gerven
29 January

ASML neemt Mappers intellectuele eigendom over en hoopt dat de Delftse onderzoekers en ingenieurs willen overstappen, maar door direct-write e-beam-lithografie gaat een dikke streep.

Is er binnen ASML geen plaats voor e-beamlithografie, wil de journalist weten van ceo Peter Wennink. Zo onvoorstelbaar is het toch niet dat de techniek op een zeker moment toepassing vindt in de halfgeleiderindustrie? Wennink wijst de suggestie resoluut van de hand. ‘Dan hadden ze dat inmiddels wel gedaan. TSMC heeft er jaren naar gekeken. Mappers machine hebben ze uiteindelijk teruggestuurd.’

In het interview, afgenomen een kleine week voordat bekend werd dat ASML het ip van Mapper koopt en het technisch personeel een baan aanbiedt, laat Wennink er geen twijfel over bestaan dat het voortzetten van de Delftse missie onder Veldhovense vlag nooit een optie is geweest. ASML geloofde er simpelweg niet in.

Photons forever

Er was een tijd dat ASML e-beamlithografie wél serieus leek te nemen. Eind jaren negentig waren er drie kandidaten om optische lithografie op te volgen: e-beam-, euv- en ionenstraallithografie (157-nanometerlithografie gold als een potentiële tussenoplossing). Deze opties werden in verschillende internationale consortia onder de loep genomen.

Voor e-beam was er het Scalpel-programma, waaraan onder meer Elith deelnam, een in 1999 gevormde joint venture van – jawel – ASML en Applied Materials. Scalpel richtte zich overigens op projectie-e-beamlitho, niet op de direct-write-aanpak waar Mapper op inzette.

ASML’s deelname was grotendeels voor de vorm. Cto Martin van den Brink stak al in een vroeg stadium niet onder stoelen of banken dat euv zijn voorkeur genoot. ‘Photons forever’, schreef hij in 1999 in een opiniestuk. Niet-optische technieken beschouwde Van den Brink duidelijk als tweederangs kandidaten. ‘ASML’s commitment voor het oprekken van optische technologie is zeer groot. We vertrouwen bijna blind op fotonen. Bijna, want waterdichte garanties kunnen ook wij niet geven. Dat is de reden waarom we ontwikkelactiviteiten in Scalpel zijn begonnen’, verklaarde hij.

Het fundamentele probleem met alle afbeeldingstechnieken die geladen deeltjes gebruiken, analyseerde Van den Brink, is hun lading. ‘Dat betekent dat je niet oneindig kunt doorgaan met het comprimeren van een stroom geladen deeltjes in een zeer smalle bundel. Om toch kleinere details met voldoende scherpte af te beelden, moet de elektronenstroom worden verlaagd. Afstoting vormt een steeds grotere hindernis naarmate de af te beelden structuren op chips kleiner zijn.’

‘Om dezelfde reden is het niet mogelijk om bij Scalpel bij een gegeven resolutie de doorvoer te verhogen door rechttoe rechtaan de elektronenbundel te intensiveren. Bij het verhogen van de stroom vervaagt op een gegeven moment het beeld.’ Dezelfde problemen spelen bij direct-write, schreef Van den Brink: ‘Ook bij het schrijven van structuren op chips zakt de doorvoer in elkaar bij kleinere details. De schrijfsnelheid is te verhogen, maar dan vervaagt het beeld.’

ASML heeft nooit geloofd dat Mappers Matrix-machines een serieuze optie waren voor massaproductie van halfgeleiders. Foto: Mapper

Beste vrienden

Elith werd in 2001 ontbonden, Scalpel bloedde dood en euv werd de gedoodverfde opvolger van optische lithografie. Het in 1999 opgerichte Mapper maakte echter een andere analyse dan ASML en beloofde door met vele bundels tegelijk te schrijven toch met een kosteneffectieve e-beam-oplossing op de proppen te komen. Mede door de vele vertragingen in het euv-traject golden de Delftenaren daarom lange tijd als potentiële uitdager van ASML.

In 2011 begon dat te irriteren in Veldhoven. ‘Er lopen bij Mapper een paar bankiers rond om de zaken mooi voor te stellen. Daar moet je een beetje doorheen kijken’, zei Wennink, toen nog cfo, destijds. Toenmalig ceo Eric Meurice legde nog maar eens uit dat je de doorvoer alleen kunt vergroten door het aantal elektronenkolommen te vergroten, maar dat het geheel daardoor uiteindelijk duurder wordt dan euv.

Wennink herinnert zich het incident nog goed. ‘Ze riepen dat ze onze markt zouden betreden. Wij antwoordden: beste vrienden, jullie weten ook wel dat jullie de productiviteit nooit gaan halen. Als je je productiviteit meet in uren per wafer, kun je het vergeten. Dat was ons fundamenteel verschil van inzicht’, zegt hij nu over zijn uitspraken destijds.

Mappers later ontwikkelde idee om voor beveiligingsdoeleinden chips met e-beam uniek te maken vindt Wennink wel aardig, maar commercieel niet interessant. ‘Dat is zo’n kleine markt, voornamelijk gedreven door de Amerikaanse defensie. Dan heb je het over hooguit een machine per jaar.’

Voor de Mapper-mensen die de overstap naar ASML maken, ligt er daarom geen klus te wachten in de lithografie, maar in de metrologie: ASML nam in 2016 de Taiwanese fabrikant van e-beaminspectietools HMI over. Bij andere programma’s zijn ze overigens ook van harte welkom. Bij euv-ontwikkeling of zo …