Maskerloze scanner van ASML is een kwestie van tijd

Kort na 2000 deed ASML grondig onderzoek naar de levensvatbaarheid van maskerloze lithografie. Daar waren goede redenen voor. In die tijd leek lithografie voor chips vast te lopen. Machines met calciumfluoride-optieken en 157 nm laserbronnen waren taai (en werden in 2003 geschrapt), immersie kwam net kijken en euv was nog hoogst onzeker.

Een kwart eeuw later is het nauwelijks meer voor te stellen, maar in Veldhoven voerden ze in die tijd felle discussies over de technologisch-strategische richting. Naast 157 nm, immersie en euv leek het ook een goede gedachte om te onderzoeken of het economisch aantrekkelijk zou zijn om de patronen van chips (of delen daarvan) pixel voor pixel te projecteren. De maskerkosten stegen immers exponentieel, het aantal interconnectlagen nam toe, enzovoort.

Door maskerloos te gaan werken, konden chipfabrikanten bovendien interessante markten aanboren. Kleine series (asics) zouden levensvatbaar worden. De technologie zou wellicht veel afnemers van fpga’s kunnen overtuigen om kleine series goedkope, snellere, energiezuinige chips voor klanten te gaan printen.

Dus zocht ASML samenwerking met het Zweedse Micronic, dat arrays van microspiegeltjes ging ontwikkelen voor een maskerloze machine. Toch strandde het project uiteindelijk. Technologisch brein Martin van den Brink vond het in die tijd zelfs moeilijker dan euv, vooral vanwege de benodigde eisen aan de doorvoer.

Zo verdween de microprinter in de ijskast bij researchpartner TNO. Daar werkten ze er onder de radar nog jaren aan. Totdat backendspeler Onto Innovation er rond 2020 belangstelling voor kreeg. Onto – een joint venture van Nanometrics en Rudolph (dat de lithografie en metrologie inbracht) – is een succesvolle leverancier van steppers voor de backend. Maar uiteindelijk kwam het niet tot een deal.

Ik denk dat ASML zijn maskerloze technologie in de komende jaren op de markt gaat brengen, al is dat puur een onderbuikgevoel. Er zijn in ieder geval goede argumenten voor. Na 25 jaar vooruitgang in rekenkracht en geheugen is micropatronen printen met een forse computer in ieder geval veel realistischer. Zelfs het relatief kleine EVG kondigde afgelopen mei een maskerloze computergestuurde microscanner voor packaging aan voor de backend – zie ook het interview daarover in High Tech Systems Magazine.

ASML is zich onder Christoph Fouquet grondig aan het voorbereiden op zijn nieuwe levensfase, een tijdperk waarin zijn ingenieurs op een ander manier grenzen aan het verleggen zijn. Ik schreef eerder al over de uitdagingen op het gebied van industrialisatie en reliability. Maar nu we – in economische opzicht – het einde van de wet van Moore beleven, werkt ASML ook aan het toevoegen van waarde op andere terreinen zoals procescontrole (metrologie en holistische aanpak). Maar sinds de aankondiging van de XT260-i-line-scanner is het duidelijk dat het ook oog heeft voor de backend-semiconketen. Daarbij positioneert de Veldhovense machinebouwer zich momenteel in de snelgroeiende advanced packaging-markt (zie mijn achtergrondverhaal voor een uitgebreider overzicht van het speelterrein).

Niemand in de chipindustrie twijfelt eraan dat de computers van datacentra, pc’s, servers, auto’s enzovoort in de toekomst zullen bestaan uit sterk geïntegreerde systemen met zeer veel chips. De equipmentleveranciers die erin slagen om de machines te leveren waarmee die ic’s foutloos met elkaar worden verbonden, zullen de winnaars zijn.

Net als in de begintijd van de maskerloze lithografie is werken met chiplets in geavanceerde verpakkingen een eenvoudige gedachte, maar zeer moeilijk te realiseren vanwege de hoge eisen aan precisie en schoon werken.

De grote aanjager is hier de kampioen in ic-productietechnolgie TSMC. Die foundry is de bondingtechnologie momenteel aan het realiseren in allerlei AI-systemen voor klanten als Nvidia, Broadcom, Intel en AMD.

In de productie van advanced packages hebben TSMC’s hofleveranciers ASML en Besi (met partner Applied Materials) momenteel de beste kaarten. Maar dit is zeker geen gelopen race, zeker niet met TSMC’s ervaringen met een monopolist in het meest geavanceerde lithosegment. In backendlitho kan TSMC nu ook kiezen voor Canon. In waferbonding zijn er diverse kapers op de kust, waaronder het Japanse Tel en ASMPT. Natuurlijk, een lange klantrelatie is wat waard, maar uiteindelijk zal elke leverancier zich moeten bewijzen.

Waarom zou maskerloze lithografie dan een strategisch goede zet zijn voor ASML? In de eerste plaats omdat de systeemontwikkelaar hier een kwart eeuw geleden al 1-micronlijnen mee kon schrijven. Ter vergelijking: de beste backend (maskergebaseerde) i-line-steppers van Canon halen 0,8 micron.

In de AI-markt klotst het geld tegen de plinten op: de aantallen zijn er niet groot, maar voor AI-tegels betalen datacentra wel de hoofdprijs. Naast Nvidia, AMD en Intel zijn nu de grote hyperscalers hun eigen AI-chips en -systemen aan het ontwikkelen: allemaal relatief kleine series waarvan de Googles, Meta’s en Microsofts van deze wereld eisen dat ze zo goedkoop en betrouwbaar mogelijk verpakt gaan worden. Maskerloos werken zou weleens de perfecte manier kunnen zijn om in deze markt de onderlinge verbindingen tussen al die chiplets en chips aan te leggen.