Ultrakorte laserpulsen wijzen Alsi weg naar nieuwe markten

Een paar maanden geleden, net voor de tweede golf zich aandiende, postte Kees-Jan Leliveld, directeur van ASM Laser Separation International (Alsi), vol trots een foto op Linkedin. Het beeld toonde het engineeringteam van het Beuningse bedrijf dat poseerde voor een nieuw afgeleverde machine voor een Zuid-Koreaanse klant. Op zich weinig bijzonders, ware het niet dat het een nieuwe technologie betreft, waarmee Alsi de komende jaren hoge ogen hoopt te gooien.

Zoals veel machines van Alsi is ook dit Laser1205-systeem gericht op grooving. Dat is een proces in de chipproductie waarbij je de brosse toplaag van een versgebakken wafer af haalt, waarna de aparte dies kunnen worden losgezaagd. Een paar jaar geleden liep Alsi vertraging op bij de ontwikkeling van zijn 300 mm-groovingplatform, waardoor het te laat was met zijn oplossing voor de massavolumemarkt. Bij de grotere spelers steekt concurrent Disco de Beuningers vaak de loef af.

Met zijn goede engineeringcapaciteiten kan Alsi echter genoeg nichemarkten veroveren. ‘De klassieke methode voor grooving is gebaseerd op een laser met pulsen in de orde van nanosecondes’, weet Leliveld. ‘Klanten hebben nu behoefte aan een groove met een kleine burr. Dat is de braam die ontstaat aan de rand van de groove. Als die te groot is, ontstaan er problemen bij de verdere packaging van de chip en kan er bijvoorbeeld kortsluiting optreden. Ook moeten de wanden van de groove steiler en de bodem gladder, zodat het zaagblad er netter doorheen kan.’

Om aan die verhoogde eisen van het groovingproces te voldoen, heeft Alsi zijn laserspecialisten aan de slag gezet. Zij zijn erin geslaagd om de pulsbreedte terug te brengen tot minder dan een picoseconde. ‘We hebben daarvoor een leercurve moeten doormaken’, vertelt Leliveld. ‘Welke golflengte gebruiken we: infrarood, groen, uv? Dat vereist veel afstemming met de weinige laserleveranciers die er voor dit segment zijn. Daarna komt het spel van de integratie, zoals de aanpassing van de optische lijn aan het nieuwe type laser. Ten slotte moet je het proces ontwikkelen. Dat is ons vak; dat we van een enkele laserbundel een spotpatroon kunnen maken waarmee we een geoptimaliseerd proces kunnen realiseren. Het is gelukt en daar zijn we best trots op. Disco heeft ook meerdere pogingen gedaan, maar het is ze niet gelukt om een beter proces te krijgen.’

Er is Alsi veel aan gelegen met deze ultra-short puls-laser het referentieproces neer te zetten. Dat lijkt de goede kant op te gaan in de markt voor micro-logic-chips (zoals cpu’s en drivers). Leliveld ziet ook mogelijkheden in de megamarkt voor geheugens. ‘Geheugendies worden steeds complexer en bestaan uit steeds meer lagen. De traditionele methode voor separatie begint stilaan een probleem te vormen omdat er veel bros low-k-materiaal in die chips zit.’ Dat kan worden opgelost door een processtap aan de productie toe te voegen waarvoor een short puls-laser nodig is. ‘Daar kunnen onze systemen een meerwaarde leveren. Dat is helemaal nieuw voor ons, maar de markt beweegt naar ons toe. Wij zijn op dit moment een van de minder dan een handvol aanbieders met een alternatief.’

Dat de nood hoog is, maakt Leliveld op uit het feit dat geheugenmakers zonder mitsen en maren hun samples opsturen. ‘We doen veel samplingwerk, schrijven een rapport en krijgen razendsnel feedback. Zouden ze dat niet doen, dan was het probleem niet urgent genoeg.’ Ook met deze technologie moet Alsi het weer opnemen tegen Disco. ‘Het is een pittige strijd die zeker nog niet gestreden is.’

Seinen weer op groen

De coronacrisis heeft ook in Beuningen zijn effect gehad. In januari dacht Leliveld nog dat 2020 een recordjaar voor Alsi zou gaan worden, maar in de loop van februari sloeg het beeld volledig om. ‘Vanaf maart was het improviseren. Er was veel onzekerheid en de markt zakte in. De forecast in april zag er heel anders uit.’

De laatste maanden trekt het weer aan. ‘Azië is weer opgestaan. De plannen die er in januari lagen, zijn weer op tafel gekomen en worden nu uitgevoerd.’ Alsi profiteert van de verbeterde chipmarkt door onder meer de opkomst van 5G, artificial intelligence en de toename van thuiswerk en gaming. ‘Na een enorme dip gaat de markt weer gewoon verder.’

Voor 2021 staan bij Alsi veel seinen op groen. ‘Dat is best schizofreen’, geeft Leliveld toe. ‘Hier in Europa is het nog kommer en kwel, maar in Azië is corona steeds minder een belemmering. In China zitten de binnenlandse vluchten bijvoorbeeld alweer op 90 procent van het oude niveau. Ik kan nu niet naar Azië zonder twee weken in quarantaine te gaan, maar onderling hebben de landen afspraken over veilige reisbubbels.’

Ook bij de levering van het nieuwe Laser1205-systeem liep Alsi tegen die reisbeperkingen aan. ‘Het kennisniveau bij die Koreaanse klant was nog niet op niveau; we moesten echt iemand aan land krijgen om de installatie en implementatie te begeleiden’, vertelt Leliveld. ‘Met heel veel inspanning is dat gelukt; door veel te bellen en schrijven naar de ambassade om het nut en de noodzaak te onderstrepen.’ Twee Alsi-engineers waren bereid meerdere trips te maken. ‘Toen ze in Zuid-Korea landden, kregen ze een test en moesten ze een dag in quarantaine in een staatshotel. Daarna mochten ze pas verder.’

Galliumarsenide

Belangrijk doel voor 2021 is dat Alsi succesvol wordt met ultra-short puls-grooving. ‘De eerste stap is om in micro-logic het referentieproces neer te zetten’, vertelt Leliveld. Daarna volgt de geheugenmarkt. ‘Dat is een doel voor de langere termijn. Wellicht kunnen we daar komend jaar al een paar systemen verkopen, maar het idee is dat dat in 2022 en 2023 echt van de grond komt.’

Alsi heeft nog meer ijzers in het vuur. Zo is het bedrijf al groot bij chipfabrikanten die werken met galliumarsenide, dat bijvoorbeeld veel wordt toegepast in ic’s voor rf, gezichtsherkenning en lidar. Ook ontwikkelde het samen met een Europese chipfabrikant een nieuw dicingproces voor power-chips. Leliveld: ‘Wederom door te knutselen met de laser en de optica hebben we een V-vorminge bundel gekregen die zorgt voor een beter snijproces. De die heeft een hogere mechanische sterkte, zo hoog zelfs dat hij die van klassiek zagen overtreft.’ Dat is een cruciale parameter omdat het de kans verkleint dat een chip faalt in latere processtappen of kapotgaat als iemand zijn telefoon uit zijn handen laat vallen.

‘We liepen jaren tegen het commentaar aan dat we met lasertechnologie nooit die mechanische sterkte zouden kunnen halen’, legt Leliveld uit. ‘Dan is het vechten tegen de bierkaai; bedrijven durven de stap niet te zetten omdat het verderop in het proces wellicht een lagere yield zou kunnen geven. Samen met die partner hebben we nu iets moois neergezet dat we uiteraard graag uitrollen naar andere power-klanten.’

Alsi is binnen het ASM PT-concern het kenniscentrum voor lasertechnologie. ‘De komende jaren richten we ons op dicing en grooving, maar er zijn binnen de halfgeleiderindustrie legio andere toepassingen denkbaar voor lasers’, aldus Leliveld. ‘We zijn al in voorbereiding op wat we in 2024, 2025 en verder kunnen gaan doen. Voorlopig hebben we onze focus vol op het binnenkomen in de geheugenmarkt.’