Joost Frenken, directeur onderzoekinstituut ARCNL
Voor het bijbenen van de Wet van Moore is ook fundamenteel onderzoek nodig. ASML maakt daarvoor dankbaar gebruik van de diensten van ARCNL, het onderzoeksinstituut dat de chipmachinebouwer zelf mee heeft opgericht en ook financiert. Directeur Joost Frenken doet een boekje open over het onderzoek, althans voor zover ASML dat inmiddels heeft beschermd en als niet-strategisch gekwalificeerd.
Kort voor het interview in het Financieele Dagblad een artikel getiteld ‘Op de plaats rust’, over de voordelen van het niet meer kunnen bijbenen van de Wet van Moore. Volgens professor Joost Frenken een onzinnige veronderstelling. ‘Al sinds de jaren tachtig hoor ik dat beweren, maar nog steeds volgen we dat tempo.’ Met ‘we’ doelt hij onder andere op het bedrijf waar zijn onderzoeksinstituut, ARCNL, het bestaan aan dankt: ASML.
De technologie waarmee ASML de voor ‘Moore’ noodzakelijke verdere verkleining van de chipstructuren mogelijk denkt te maken, is extreme ultraviolet-lithografie (euv). Ofschoon ARCNL niet staat voor ASML Research Center Nederland, maar voor Advanced Research Center for NanoLithography, is het onderzoeksprogramma vrijwel volledig gericht op euv. ‘Niet om de technologie marktgeschikt te maken. Over die sloot is ASML allang gesprongen. Op een congres, jongstleden najaar, hoorde ik Intel enthousiast rapporteren over de euv-machines van ASML. Het is nu een kwestie van verdergaan, op jacht naar doorbraken om het allemaal nog beter en sneller te maken. Daar dragen wij aan bij.’
Pre-puls
Het onderzoek dat ARCNL op het Science Park in Amsterdam uitvoert, is ‘fundamenteel van aard, maar met een grotere kans op praktische toepassing dan het fundamentele onderzoek aan universiteiten’. Want het moet natuurlijk wel bij ASML’s onderzoeksagenda passen. Betaalt dat 35 procent van de kosten – de rest komt van de publiek gefinancierde Universiteit van Amsterdam (UvA), Vrije Universiteit (VU) en de wetenschappelijke onderzoeksorganisatie NWO – , het Veldhovense bedrijf ‘inspireert’ wel het leeuwendeel van het onderzoek. Zo bestuderen drie onderzoeksgroepen het microscopische gedrag van tindruppeltjes die worden beschoten met laserlicht teneinde het extreem kortgolvige euv-licht te produceren. Frenken legt uit: ‘Daarbij vallen de tinatomen heel korte tijd uiteen in negatief geladen elektronen en positief geladen ionen. Als die weer bijeenkomen, dan produceert deze plasma-
hoedanigheid het euv-licht. Wij onderzoeken nu wat er precies met die tindruppel gebeurt op het moment dat die laserstraal ’m raakt. Zo blijkt een deel van de druppel een kort moment te veranderen in plasma dat aandrukt tegen het tindeel dat daardoor zo plat als een pannenkoek wordt. Dat krijgt een groter oppervlak, absorbeert meer laserlicht en er is minder vermogen nodig om ook de rest in plasma om te zetten. Wij ontrafelen dit proces en onderzoeken onder meer hoe de effectiviteit van een pre-laserpuls kan worden vergroot.’
Verlenging levensduur van de spiegels is een uitdaging – problemen kennen we hier niet’
Ook doet ARCNL onderzoek aan de ‘lensloze microscoop’. Daarmee is de positie van de wafer in de waferhandler mogelijk beter en sneller vast te stellen. ‘Voor het produceren van chips wordt een wafer tientallen keren belicht en elke keer moet die op exact dezelfde plek worden teruggeplaatst, minimaal twee nanometer nauwkeurig. Daarvoor staan markeerpunten op de wafer. Wij ontwikkelen nieuwe vormen van microscopie, met euv-licht en zonder lenzen, die dat nog beter en sneller kunnen.’ Een derde voorbeeld is het onderzoek dat zich richt op het gladder maken van de spiegels, zodat er minder euv-licht bij het weerkaatsen verloren gaat: ‘Dat licht is heel fragiel. Stuur het door een glazen lens en er blijft niets van over. Daarom werkt ASML met spiegels – en dan nog gaat per weerkaatsing dertig procent verloren. Na tien spiegels is minder dan drie procent van het licht over. Dus is het van belang dat de laagjes waarmee die spiegels bedekt zijn, overal exact dezelfde dikte hebben, circa drie nanometer.’ Ook het verlengen van de levensduur van de spiegels is, aldus Frenken, ‘een uitdaging – problemen kennen we hier niet.’
Niet alleen voor ASML
Zijn innovatieve resultaten legt ARCNL voor aan ASML, dat vervolgens beslist of het interessant genoeg is voor eigen vervolgonderzoek – en er eventueel patent op te vestigen. ‘Wij leveren natuurlijk geen kant-en-klare resultaten. Aan die lensloze microscoop moet ASML, dat er patent op heeft genomen, nog jarenlang ontwikkelen voordat die commercieel toepasbaar is. Voor al het onderzoek waarover ik kan praten – en waarover wij publiceren – geldt dat ASML het beschermd heeft of als niet-strategisch heeft gekwalificeerd.’
Dat ASML in ruil voor 35 procent van de kosten van ARCNL recht heeft op honderd procent van de resultaten, is volgens Frenken niet vreemd: ‘ASML betaalt extra voor elk van de van ons afgenomen resultaten. Bovendien kent ons onderzoek ook andere toepassingen. Het onderzoek aan atomen lijkt sterk op wat ik eerder aan de Universiteit Leiden deed. Alleen is de context – de euv-spiegels – een andere. Ook al heeft ASML de eerste rechten, dat wil niet zeggen dat de fundamentele inzichten die we opdoen niet tevens voor andere doeleinden gebruikt kunnen worden. Zo is staalproducent Tata Steel betrokken; ook die heeft, om een steeds hogere kwaliteit te kunnen leveren, baat bij meer kennis van het produceren van zo glad mogelijke oppervlakken. En de methodologie achter de lensloze microscoop wordt ook benut in fundamenteel biologisch onderzoek aan de VU.’
Aantrekkingskracht
Die combinatie van fundamenteel onderzoek en perspectief op toepassing binnen ASML maakt ARCNL uniek, aldus Frenken. Volgens hem een van de redenen dat jonge onderzoekers graag in zijn instituut willen werken. Na ruim een jaar werven staat de teller op 66 personeelsleden. ‘Dat kan vandaag of morgen alweer achterhaald zijn.’ Eind dit jaar wil hij het voorlopige einddoel, honderd medewerkers, hebben bereikt. De populatie bestaat voor twee derde uit onderzoekers, negentig procent afkomstig uit het buitenland – onder meer China, India en de VS. ‘Allemaal mensen met een goed cv én een goed plan. Onze werkgroepleiders brengen vanuit elders opgebouwde expertise een eigen onderzoeksonderwerp in, van belang voor ASML. Want wij gaan ze hier niet precies vertellen wat ze moeten doen. Ze moeten immers wel in hun sterkte kunnen werken.’
Toeleveranciers
Overigens benut ARCNL niet alleen de input van ASML en eigen medewerkers, maar ook die van onderzoeksgroepen bij universiteiten en onderzoeksinstellingen en andere bedrijven, zoals toeleveranciers van ASML: ‘We starten binnenkort de samenwerking met een grote toeleverancier, en VDL ETG gaat mogelijk dit jaar een rol spelen bij een ander project.’
