Eindelijk wakker
Volgens mij hebben de ingenieurs die op dit moment in Veldhoven aan een hybrid bonding-machine sleutelen het plezier van hun leven. Jarenlang beperkt door nanometerbudgetten (de speelruimte die ze kregen voor hun onderdeel van de machine), nu de vrijheid om een heel ander kunstje te flikken.
Als fervent klusser en amateur-system-engineer vind ik het leuk om me in die technici te verplaatsen. Hoe zou zoiets voelen? Jarenlang werken aan een Ferrari. Mocht wat kosten, alles om op kop te blijven in de lithorace.
Sommigen hebben hun hele leven gespeeld met het beste wat er te krijgen was: de meest krachtige magneten, edelgassen, titanium - you name it. Ook konden ze naar hartenlust kiezen uit productietechnieken en tooling. Natuurlijk, het was niet gratis. Ze zaten met de handen geboeid: ze kregen geen enkele speelruimte buiten het afgesproken nanometerbudget.
En dan ineens het roer omgooien, hoe zou dat voelen? Als je met al die nanometerkennis ineens een heel andere uitdaging krijgt: veel meer vrijheid in precisie. Maar wel met nieuwe harde eisen: een minstens twee maal hogere snelheid dan de concurrentie, rücksichtslos kosten verlagen in de toeleverketen en klanten een drastische daling in prijs per plaatsing bieden.
De geluksvogels die nu hybrid bonding mogen ontwikkelen in Veldhoven betreden dus een heel ander speelveld. Ze gaan een Volkswagen opvoeren. In die league gelden heel andere spelregels en er zijn veel meer deelnemers. Je komt er barrels tegen, maar ook perfecte modellen. De meesten doen een alignmentprecisie van 200 nm, de top haalt 100 nm. Maar allemaal hebben ze dezelfde handicap: ze zijn niet vooruit te branden.
Uit wat ik hoor in Korea en Taiwan mogen we ervan uitgaan dat de grote chipproducenten om die reden aan ASML hebben gevraagd om zich ook in de race te mengen. Het moet sneller, betrouwbaarder enzovoort. TSMC en Samsung weten dat hun litholeverancier daarbij tot het uiterste gaat. Je leest het goed: ik noem ook de Koreanen, want uit betrouwbare bron heb ik vernomen dat ook Samsung aan ASML trekt.
Je zou zeggen dat hybrid bonding een eitje is voor mensen die gewend zijn om met alignmentnauwkeurigheden van minder dan een nanometer om te gaan. De buitenwereld trekt daarbij soms te snel conclusies - eerlijk is eerlijk, ik lijd daar zelf ook aan. Zo was het wel grappig dat het Koreaanse blad The Elec er vorige week op wees dat maglev-stages in toenemende mate worden gebruikt in hybrid bonding.
Ik betwijfel of dat zo is. In de eerste plaats omdat het veel goedkoper kan. Daarnaast is het de vraag of de waferstage het kritische onderdeel is in het halen van een alignmentnauwkeurigheid van pakweg 10 tot 20 nanometerprecisie bij een zeer hoge doorvoersnelheid.
In het voor de hand liggende scenario dat Veldhoven bezig is met een inhaalrace zullen ze daar snel resultaten willen laten zien. Dan kan het best zijn dat ze een oude stepper of scanner van stal hebben gehaald om een testopstelling te maken en zo aan te tonen wat haalbaar is. Een oude PAS5500, een paar snelle motoren, moderne aandrijving en control, en je bent al een heel eind.
Ik moest in dit geval ook denken aan de allereerste stepper die Herman van Heek in 1973 op het Natlab ontwikkelde. Om de werking van steppen te demonstreren had Herman een bestaand precisieapparaat (de Opthycograph) als basis gebruikt. Het nadeel daarvan was dat bij het steppen de hele lenzenkolom moest bewegen (in de y-beweging, de x-beweging kwam uit de waferstage). Dat betekende dat de boel na elke stap moest uitdempen, wat ten kosten ging van de doorvoer. Voor Herman geen probleem, hij hoefde alleen aan te tonen dat hij contactloos chippatronen kon aanbrengen in fotolak.
Het positioneervraagstuk komt ook terug in een hybrid bonder. Die moet een chip exact op een wafer plaatsen. Het gaat daarbij niet om een plaatsing die we kennen uit van de pick-and-place-machines voor het bestukken van printplaten. Het plaatsen van een die in een hybrid bonding-proces vergt een veel delicatere beweging. De plaatsingskop moet de chip eerst lichtjes in de gewenste vorm buigen. Na het eerste contact met de wafer (met het midden of een middellijn van de die) moet de kop de chip gecontroleerd loslaten, zodat de bonding zich kan voortplanten tot de volledige die contact maakt — perfect uitgelijnd met de corresponderende kopercontacten op het tegenoverliggende circuit op de wafer. Die en wafer moeten in één beweging samenvloeien – een beetje zoals het aanbrengen van een glazen beschermingsplaatje op een mobiele telefoon. Vanzelfsprekend zijn belletjes en vuiltjes uit den boze.
Uit wat ik heb begrepen uit een presentatie op de laatste Semi 3D-conferentie in Dresden van Jonathan Abdilla, technisch marketingdirecteur bij Besi, is de plaatsingskop het meest cruciale onderdeel. Het kan zijn dat ze het wiel bij ASML helemaal opnieuw willen uitvinden, maar in de regio Eindhoven zit best veel kennis over pakken en plaatsen. Kijk maar naar de (stopgezette) ontwikkeling van plaatsingsmachines voor mini- en microleds van Kulicke & Soffa (voorheen Assembleon) of bij Nexperia-dochter Itec in Nijmegen.
Om het allemaal nog interessanter te maken, speelt naast de harde fysica ook soft power een rol. Topman Christophe Fouquet daagt zijn medewerkers momenteel uit om innovatief te zijn. Daarvoor lijkt hybrid bonding de ultieme testcase. Want het is geen sinecure voor een verwende gigant om te leveren in een markt die zeer kostensensitief is.
Intussen is ASML in Aziatische landen zeer actief op zoek naar suppliers. ‘ASML is eindelijk wakker geworden’, zei een medewerker van een peer-semiconequipment-leverancier uit de frontend tegen me. Deze persoon verbaasde er zich er ook over dat de lithogigant in landen als Maleisië teams van tientallen mensen opzet. Zijn korte commentaar: ‘Totaal oversized.’
En, in hoeverre zal een build-it-yourself-syndroom de ASML-technici parten spelen? Wie snel wil leveren, kan dat wellicht het beste doen door een beroep te doen op de toeleverketen. Het waren ten slotte ook de suppliers rond Eindhoven die ASML hielpen opschalen in de jaren negentig van de vorige eeuw. Echter, door het succes van ASML zijn die toeleveranciers inmiddels ook verwend.
Hoofdbeeld: ASML
