Als paddenstoelen schieten ze de laatste jaren uit de grond: cleanrooms. Menig toeleverancier in de hightechketen investeerde in zo’n schone ruimte om te kunnen blijven inspelen op de extreem hoge reinheidseisen van oem’s zoals Thermo Fisher en – vooral – ASML. De lat ligt zo hoog dat ultracleanliness een expertise lijkt te worden die nergens anders in de wereld wordt gewaardeerd. Of liggen er toch kansen? En is het mogelijk de keten te optimaliseren en de kosten omlaag te brengen? Link Magazine ging op onderzoek uit.
- – Een deeltje van een paar nanometer kan in een ASML-machine ernstige gevolgen hebben.
- – ‘Zelfs om grade 1 te halen, heeft niet iedereen in de keten een eigen cleanroom nodig.’
- – ‘Als ook maar één schakel in de keten niet goed werkt, heb je waarschijnlijk geen schoon eindproduct.’
- – De roep om standaardisatie wordt steeds luider.
Freek Molkenboer (TNO) legt uit dat er veel winst te behalen is door slim naar het design te kijken. ‘Als systeemengineer vind ik het te makkelijk als er wordt geroepen: “Doe maar grade 1” of “doe maar grade 2”.’ Foto: TNO
Hoe Nederland vooroploopt in contamination control
‘Nederland heeft wereldwijd een unieke positie in contamination control en ultraclean vacuüm’, stelt Freek Molkenboer, senior systeemengineer bij TNO en voorzitter van de Nederlands vacuümvereniging NEVAC. ‘En dat is geen toeval: ASML, Thermo Fisher en hun toeleveranciers hebben elkaar omhooggetrokken. De keten is gewend om systeemdenken toe te passen, en juist dat maakt de regio zo sterk. Bovendien hebben we een ecosysteem dat voortdurend kennis deelt en zichzelf verbetert.’
Die voorsprong wordt bevestigd door Steffijn de Koning, al plaatst de cleanlinessexpert van ASML er meteen een kanttekening bij: ‘Cleanliness is niet iets wat je er eventjes bij doet. Het moet diep verankerd zitten in de manier waarop je met z’n allen ontwerpt, produceert en test.’ Voor ASML is het cruciaal: als een deeltje van een paar nanometer op de verkeerde plek in de machine terechtkomt, kan dat ernstige gevolgen hebben. Op de reticle (de blauwdruk van de chip) en alle chips hebben een afwijking, op de wafer en die ene die kan de prullenbak in, en op de optiek en de doorvoer van de machines gaat naar beneden. ‘Als één laag in de meest complexe chips niet werkt, kun je een proces van een aantal maanden weggooien. De effecten van het kleinste beetje vervuiling zijn dus enorm. Dat betekent dat wij verder gaan in onze eisen dan vrijwel de hele industrie.’
Extra waarde
Die hoge eisen brengen ook hoge kosten met zich mee. Bij de EUV-machines van ASML bijvoorbeeld wordt zo’n 30 procent van de totale maakkosten direct beïnvloed door contamination control. Niels Ferguson, directeur van ProCleanroom uit Eersel, ziet waar het soms misgaat: ‘Leveranciers kiezen soms blind voor een te hoog cleanlinessniveau – in ASML-termen: grade 1 of grade 2 vacuum cleanliness. Of ze bouwen een cleanroom die veel te groot is of met een te hoge ISO-klasse voor de producten die ze leveren. Het klinkt indrukwekkend en geeft status. Je kunt zeggen: “Wij hebben ook een cleanroom op ASML-niveau.” Maar het kost onnodig veel geld en levert nauwelijks extra waarde. Sterker nog, het leidt af van de vraag wat er functioneel nou echt nodig is.’
Niels Ferguson (ProCleanroom): ‘Een beetje marge is prima, maar je moet een cleanroom zeker niet overdimensioneren.’ Foto: ProCleanroom
Aan de andere kant begrijpt Ferguson de investering ook. ‘Een cleanroom zet je neer voor de lange termijn. Het is niet iedereen gegeven om anticyclisch te investeren, maar juist op dit moment, nu de orderintake vanuit de semiconductormarkt wat minder is, kun je de tijd nemen om je processen maximaal goed in te richten. Dan hoef je dat als bedrijf niet te doen als er straks weer druk op de productie komt te staan.’
Sweet spot
Hans Cools, manager Operations bij Meilink Precision Cleaning in Eindhoven, vult aan: ‘Zelfs om grade 1 te halen, heeft niet iedereen in de keten een eigen cleanroom nodig. Ik kom leveranciers tegen die investeren omdat ze het toch vooral goed willen doen. Vaak ontbreekt het aan voldoende kennis om de juiste beslissingen te nemen. Maar een nieuwe of verbeterde cleanroom wordt regelmatig ook neergezet met het idee om op te schuiven in de keten, omdat bedrijven dan meer en complexer werk op zich kunnen nemen.’
Ferguson: ‘Een beetje marge is prima, maar je moet een cleanroom zeker niet overdimensioneren.’ Als kennisdrager helpt ProCleanroom zijn klanten om de juiste keuzes te maken. ‘Als je onderdimensioneert, geeft dat een kwaliteitsrisico; dat wil je ook niet. We dagen onze klanten uit en gaan samen op zoek naar de sweet spot, zodat we tot een fit-for-purpose oplossing komen. En mochten ze in de toekomst willen upgraden, dan bouwen we die flexibiliteit alvast in, zodat die bedrijven pas nieuwe investeringen hoeven te doen als de tijd daar rijp voor is.’
De uitdagingen rond cleanliness zijn de afgelopen decennia meegegroeid met de evolutie van ASML’s lithografietechnieken. ‘Grade 1 is alleen relevant voor ASML, en misschien voor Thermo Fisher. Grade 2 is soms interessant voor andere markten en toepassingen, maar het blijft een niche’, aldus Cools. Hij geeft een voorbeeld: ‘Onlangs kwam een partij naar ons toe met de vraag om een onderdeel opnieuw te reinigen, omdat er in het eigen proces iets was misgegaan. We hebben wat testjes gedaan en konden het met onze geavanceerde wasstraat weer perfect schoon krijgen. Nadien bleek het onderdeel echter helemaal niet voor cleanroomtoepassingen te zijn bedoeld. De technieken die wij nodig hebben voor grade 1 zijn extreem duur. Zelfs tegen kostprijs waren we veel te duur voor deze klant. Die constatering was voor ons een eyeopener.’
Ketenuitdaging
ASML en Thermo Fisher leggen de lat niet zo hoog om moeilijk te doen, maar omdat cleanliness kritiek is in het functioneren van hun systemen. Om aan het eind van de rit de juiste reinheid te halen, is het noodzakelijk om heel diep de keten in te kijken. De Koning: ‘Als ook maar één schakel niet goed werkt, heb je waarschijnlijk geen goed eindproduct. Kijk, als een willekeurige metaalbewerker een onderdeel freest en daarbij gebruikmaakt van koelvloeistoffen, moet hij die er heel snel afpoetsen. Anders trekt het in het materiaal en krijgt een toeleverancier een paar schakels hoger in de keten er enorm last van. Dan krijg je het namelijk niet meer schoon terwijl het in onze machine wel degelijk problemen gaat opleveren.’
‘Hoe dieper je de keten ingaat, hoe lager de marges en hoe minder ruimte om iemand vrij te maken die zich specifiek over cleanliness ontfermt’, ziet Steffijn de Koning van ASML. Naast hem cleanliness-collega Cynthia Struijk. Foto: ASML
De oorzaak van zo’n vlek is bijzonder moeilijk te achterhalen. Want waar in het proces is het verkeerd gegaan? ‘Voordat je dat boven water hebt, ben je zo een paar weken verder’, aldus De Koning. ‘En pas dan kun je het proces aanpassen.’ Dat is te zeggen, als zo’n partij diep in de keten daar überhaupt voor openstaat. Soms weet hij niet eens dat hij voor ASML werkt. ‘Als wij of een van onze first-tier toeleveranciers uitleggen wat we nodig hebben, zijn ze niet altijd bereid te investeren. Dat snap ik wel, want we zijn misschien maar 1 procent van hun omzet. En het kost nou eenmaal flink wat geld om het proces op het niveau te krijgen dat wij zoeken. Hoe dieper je de keten ingaat, hoe lager de marges en hoe minder ruimte om iemand vrij te maken die zich specifiek over cleanliness ontfermt.’ Als suppliers hun procescontrole goed in de vingers hebben, hebben ze bij ASML een streepje voor. ‘Vanuit inkoop en strategic sourcing proberen we de selectie zo scherp mogelijk te krijgen, maar het is niet altijd rechttoe rechtaan. Het betreft immers een businesstransactie waar beide partijen goed moeten uitkomen.’
Functioneel of cosmetisch?
Overigens is zo’n vlek niet per definitie reden om een product af te keuren. Cynthia Struijk, materials and conditioning engineer bij ASML en collega van De Koning, legt uit: ‘In de fabriek in Veldhoven hebben we onze eigen procedures om de laatste vlekken weg te poetsen. Lukt dat echt niet meer, dan gaat zo’n onderdeel niet meteen weer terug naar de leverancier. In de semiconwereld is time to market cruciaal, dus we stellen de vraag: heeft zo’n vlek effect op de performance of de levensduur van de machine, of is het louter cosmetisch? En is het wellicht mogelijk om het onderdeel apart nog een keer uitgebreid te reinigen?’
‘ASML, Thermo Fisher en hun toeleveranciers hebben elkaar omhooggetrokken’
Als het vuile onderdeel toch niet voldoet, probeert ASML samen met de betreffende leverancier vooral naar de oorzaak te kijken en daar lessen uit te trekken. ‘Je moet ervoor waken dat je in zo’n geval naar elkaar gaat wijzen’, vindt Struijk. ‘We gaan op zoek naar de root cause, zodat het een volgende keer beter gaat.’ Een uitweg is om een onderdeel in een andere machine te gebruiken. ‘We focussen steeds meer op hergebruik. Als een vlek er echt niet af gaat, gooien we het onderdeel niet zo maar weg, wat voorheen misschien gebruikelijk was, maar gaan we op zoek naar een alternatieve inzet.’
Slim design
Hoger in de keten is er veel bereidheid om te investeren in kennisontwikkeling. ‘Bij die suppliers zit goed ingebed hoe ze een schoon product kunnen afleveren’, ziet Molkenboer. ‘We lopen daar in Nederland ver vooruit op andere landen. We weten heel goed waar de risico’s zitten.’ Hij concretiseert dat met een voorbeeld: ‘Als je een bout moet aandraaien, is er contact. Vanuit de statistiek is bekend hoeveel deeltjes er bij zo’n mechanische handeling vrijkomen. En dus ook na hoeveel acties het nodig is om een reinigingsstap in te lassen. Daar wordt aan de voorkant over nagedacht.’
Molkenboer legt uit dat er veel winst te behalen is door slim naar het design te kijken. ‘Ik ben er behoorlijk allergisch voor als er wordt geroepen: “Doe maar grade 1” of “doe maar grade 2”. Als systeemengineer vind ik dat te makkelijk. Stel, het kost 3.000 euro om iets op grade 2-niveau te leveren, prima. Maar misschien is het wel veel goedkoper om een oplossing te bedenken waarbij je een vuil onderdeel na twee jaar vervangt. Zo hebben we bij TNO een enorme kostenbesparing gerealiseerd door alleen het meest kritieke onderdeel van onze opstelling in een grade 1-kamer te zetten, en alle andere onderdelen in een ruimte waar de reinheidseisen minder hoog hoefden te liggen.’
Benutten
Is de superhoogwaardige kennis en ervaring rond cleanliness alleen relevant voor ASML en Thermo Fisher, of zijn er bredere toepassingsgebieden? Hoe kunnen we de Nederlandse koppositie verder vermarkten? ‘Ik vind dat we dat al best goed doen’, antwoordt Molkenboer, verwijzend naar de internationale aandacht voor bijvoorbeeld het Clean Event van Mikrocentrum en voor de workshops die hij vanuit TNO opzet. ‘Aan de ene kant is het een marktpull: potentiële klanten moeten zelf zien dat er een probleem is. Aan de andere kant moeten onze maakbedrijven scherp zijn bij opdrachten uit andere domeinen of andere landen, en vragen: “Hebben jullie ook nagedacht over reinheid?” En vervolgens promoten dat ze daar heel goed in zijn en het product significant beter kunnen maken.’ Molkenboer ziet kansen in de bredere semiconindustrie, in de analytische markt en in projecten zoals de Einsteintelescoop.
Ook Struijk meent dat er mogelijkheden liggen in de halfgeleidermarkt. ‘Ik denk aan oplossingen voor de inspectie van wafers. Machinebouwers in de semicon stellen ook hoge reinheidsrequirements; in de front-end zoals wij, maar ook in de back-end. Toeleveranciers die dat in hun vingers hebben, kunnen van die overlap profiteren.’
Ferguson ziet de Nederlandse keten als kennisexporteur. ‘Sowieso omdat de semiconketen rondom ASML zich internationaal uitbreidt, en toeleveranciers hun expertise meenemen naar hun vestigingen in bijvoorbeeld Maleisië. We zouden de kennis commercieel nog verder kunnen benutten via een label of een keurmerk. Of via datagedreven cleanliness. Ik denk dan aan AI-agents die je als product kunt inzetten en die zorgen voor realtime monitoring of predictive contamination-modellen bevatten.’
Dezelfde taal spreken
Bijzonder handig bij welke expansie dan ook, is standaardisatie. De roep daarom wordt steeds luider. ASML en Thermo Fisher hebben hun eigen regels en eisen, semiconbedrijven buiten de ASML-bubbel hanteren vaak de normen van brancheorganisatie SEMI. ‘Al die regels zijn nauwelijks met elkaar te rijmen’, weet Cools. Omdat de taal anders is, maar ook omdat er verschillende meettechnieken mee gemoeid zijn. ‘Je hebt al behoorlijk wat apparatuur nodig om onderdelen op ASML-niveau te reinigen. Om dan ook nog te investeren in andere meettechnieken en machines, wordt heel lastig. Ik zie niet snel gebeuren dat we in de Brainport-regio en in Nederland de SEMI-normen gaan adopteren; ASML is toch leidend.’
Voor de toeleverende bedrijven is het bijna ondoenlijk om hun cleanlinesskennis optimaal in te zetten, als ze overal een andere taal moeten spreken. Ook bij ASML zien ze in dat de communicatie verbeterd kan worden via standaardisatie. ‘Voor een deel doen we dat al via onze GSA’s, de generic standards of ASML, die we met de keten delen’, vertelt De Koning. ‘Zo hebben leveranciers onderling het over hetzelfde als ze over bijvoorbeeld grade 2 praten.’
Naar een industriebrede standaard
ASML is druk bezig om die standaardisatie breder te trekken. Zo zitten de Veldhovenaren al een tijdje aan tafel met strategisch partner ZEISS. ‘Gedeelde toeleveranciers krijgen van ons allebei een andere wensenlijst, terwijl de onderdelen uiteindelijk in dezelfde machine terechtkomen. Daar willen we één lijn in trekken’, aldus De Koning, die verwacht dat partijen begin 2026 met een eerst draft naar buiten kunnen komen. ‘Aan de hand van een aantal pilots gaan we daarna iteratief richting een full release. De planning is om die later dat jaar te publiceren.’
Een logische vervolgstap is een uitbreiding naar andere partijen die vergelijkbare eisen hanteren, zoals Thermo Fisher.
‘Verder lopen de eerste gesprekken met partijen in de luchtvaart, want ook daar speelt cleanliness een belangrijke rol’, aldus Struijk. ‘Wellicht niet op grade 1 of 2, maar alsnog is het goed als er wordt gestandaardiseerd. In onze keten, breder in de semicon, maar dus ook in de luchtvaart of zelfs automotive.’ De Koning vult aan: ‘Uiteindelijk is het de ambitie om tot een publieke industriestandaard te komen.’
Molkenboer ziet in dat standaardisatieproces een belangrijke taak weggelegd voor de VCCN (Vereniging Contamination Control Nederland): ‘Veel eindgebruikers en hightechbedrijven zijn daarbij aangesloten, uit de industrie maar ook uit de medische en farmahoek. Ik zie veel motivatie en tractie om gemene delers te vinden en duidelijkheid te scheppen.’ De VCCN werkt momenteel aan aanvullingen op de internationale ISO 14644-norm voor cleanrooms. ‘Daarin staan al zaken over productreinheid en welk proces daarvoor nodig is. Als onafhankelijk kennisorgaan kan de VCCN daar een steentje aan bijdragen.’
Centrale wasstraat
Een mogelijke verbeterslag in de cleanlinessketen is volgens Molkenboer schaalgrootte. ‘In principe is het efficiënter als gespecialiseerde serviceproviders 24/7 producten reinigen dan wanneer iedereen apart zijn reinigingsstraat hooguit twee uur per dag heeft draaien. Met schaalgrootte gaat de kwaliteit omhoog.’ De TNO-onderzoeker beseft dat zo’n structuur allesbehalve eenvoudig is. ‘Qua levertijden en logistiek is het een uitdaging. En je moet goede afspraken maken over IP omdat buitenstaanders jouw unieke onderdeel in handen krijgen. Ook gaat het ten koste van de flexibiliteit. Bij TNO houden we voorlopig vast aan een eigen reinigingsstraat. Maar voor onze one-offs ligt het anders dan voor een bedrijf dat elke twee weken hetzelfde product moet opleveren; dat is veel voorspelbaarder.’
Ferguson snapt wat Molkenboer zegt, maar heeft er een hard hoofd in dat zo’n constructie gaat werken. ‘Het is een utopie om alles centraal in één grote cleanroom samen te brengen. Iedereen heeft zijn eigen processen. En ook al lijkt het van een afstand op elkaar, de praktische uitwerking is steeds net even anders.’ Het komt allemaal erg nauw, wil hij maar zeggen.
Link magazine september/oktober 2025. Thema: Transitie van projectenorganisatie naar seriematige business. Cover TjarkoBouman ceo BDR Therma Group. Lees het artikel digital of vraag exemplaar op bij mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
– ‘Wat gisteren voldoende was, kan vandaag een probleem zijn’
Meilink Precision Cleaning is zelf een cleaningserviceprovider, dus operations manager Cools bekijkt het vraagstuk van de andere kant: ‘Steeds meer bedrijven gaan zelf reinigen. Als ze de juiste kennis in huis hebben, kan dat prima. Maar je redt het niet door even ergens een ultrasoonbadje op de kop te tikken; je moet een gedegen proces neerzetten. Schoon verspanen, schoon handelen, snel en goed verpakken is allemaal niet zo simpel. Sommige onderdelen worden drie of vier keer gereinigd voordat ze worden ingebouwd. Dat is helemaal niet nodig. Als je het proces goed onder controle hebt, is één goede reiniging aan het eind voldoende. En efficiënter en goedkoper.’
Nadruk op kosten
Wie denkt dat cleanliness een vaststaand speelveld is, vergist zich. Of, zoals Molkenboer het verwoordt: ‘Wat gisteren voldoende was, kan vandaag een probleem zijn. Eerst ging het over koolwaterstoffen, nu steken zogenaamde hydrogen induced outgassing-elementen de kop op. En als we dat hebben opgelost, komt het volgende probleem naar voren.’
Houdt het dan nooit op? Moet het in de volgende generatie ASML-machines nog schoner? Struijk kan nog geen antwoord geven: ‘Het hangt af van hoe onze nieuwste EUV-scanners in de praktijk presteren. Pas als we daarvan de resultaten terugzien, kunnen we uitspraken doen of het goed genoeg is of dat we strengere specs nodig hebben.’
De komende twee jaar moet dat duidelijk worden. Ondertussen wordt in Veldhoven onderzoek gedaan naar wat nodig is voor een hoger reinheidsniveau. De Koning hoopt dat het niet schoner hoeft: ‘In het ideale geval kunnen we onze systemen zo ontwerpen dat veel van de requirements overboord kunnen.’ De pellicle, een beschermmembraan boven het fotomasker, is daar een goed voorbeeld van. ‘Ik zie het vooral strenger worden in de kosten’, zegt De Koning. ‘Want de cost of goods wordt bij ASML steeds belangrijker. We zullen toeleveranciers waarschijnlijk niet vragen schoner te werken maar om hetzelfde niveau te houden tegen een lagere prijs. Bijvoorbeeld door het proces nog beter te borgen, waardoor er minder hoeft te worden gemeten en gereinigd. Dat gaat de uitdaging worden.’
Cools haakt daarop in: ‘De tijd is voorbij om de kaarten tegen de borst te houden. We moeten het samen doen. Dat gaat nog traag, maar die trein rolt.’ Daarmee ziet hij aanpalende toepassingsgebieden voor de kennis in de achteruitkijkspiegel verdwijnen. ‘Er zijn wel terreinen waar een bepaalde reinheid nodig is en daar zullen de eisen best strenger worden, maar bij ASML gaat het nog altijd een heel stuk harder.’
