Waarom verhuist een Zweedse chipstart-up een belangrijk deel van zijn ontwikkeling naar Eindhoven? Volgens AlixLabs is het Nederlandse halfgeleiderecosysteem de snelste route om een veelbelovende laboratoriumvondst te laten uitgroeien tot een productiemachine voor chipfabrieken.
Zweedse start-up kiest Nederland voor industrialisatie van etstechnologie
Om de wet van Moore te kunnen bijhouden, moeten chipfabrikanten steeds kleinere structuren bouwen. Dat vraagt om steeds geavanceerdere lithografiemachines, maar iedere nieuwe generatie brengt ook hogere investeringen en complexere productieprocessen met zich mee. De vraag hoe de chipindustrie die ontwikkeling betaalbaar kan houden, wordt daarmee steeds urgenter.
Tijdens onderzoek aan de Universiteit van Lund stuitte Jonas Sundqvist, ceo van het Zweedse AlixLabs, bij toeval op de oplossing. Samen met collega Dmitry Suyatin en een afstudeerstudent onderzocht hij hoe nanodraden met atomic layer etching (ALE) geleidelijk dunner konden worden gemaakt door telkens één atoomlaag weg te etsen. In plaats van de buitenkant gelijkmatig af te schaven, gebeurde er echter iets onverwachts: de structuren splitsten precies in het midden. ‘Ik dacht meteen: dit is multipatterning in één stap.’
Een generatie verder
Die toevallige ontdekking groeide uit tot APS (atomic pitch splitting), een gepatenteerde technologie waarmee AlixLabs de dichtheid van bestaande lithografiepatronen kan verdubbelen. Zodra een lithografiemachine een patroon op de wafer heeft aangebracht, splitst APS die lijnen in tweeën, waardoor twee keer zoveel structuren op hetzelfde oppervlak passen. ‘Of een fab nu werkt met immersie-, EUV- of straks high-NA-lithografie: APS schuift de mogelijkheden van die technologie een hele generatie op’, aldus Sundqvist.
APS bereikt dat met een subtiele aanpassing van het ALE-proces. ‘Normaal gesproken verwijder je iedere cyclus een dun laagje materiaal over het volledige oppervlak. Maar als je de plasma-energie laag houdt, speelt die reactie zich vooral bovenop de structuur af’, legt Sundqvist uit. ‘Net alsof je een plak kaas afsnijdt, maar alleen materiaal uit het midden weghaalt.’ Zodra de eerste inkeping is ontstaan, zet het proces zich gecontroleerd voort totdat twee afzonderlijke lijnen overblijven. ‘Met hoeken van ongeveer 87 graden zitten we dicht genoeg bij het ideaal om er betrouwbare chips mee te kunnen maken.’
Die hogere dichtheid is slechts één van de voordelen. Waar nu vaak zeven afzonderlijke processtappen nodig zijn – variërend van depositie en etsen tot metrologie – haalt APS hetzelfde resultaat in één stap. Volgens Sundqvist maakt dat de productie niet alleen eenvoudiger, maar ook goedkoper en energiezuiniger. ‘APS vormt geen alternatief voor de lithografiemachines van ASML, maar is een aanvulling daarop’, benadrukt hij. ‘In die zin zijn we afhankelijk van het succes van ASML.’
Duitsland of Nederland?
De ontdekking in het laboratorium was één, er een machine voor de chipindustrie van maken iets heel anders. De eerste werkende APS-opstelling was niet veel meer dan een omgebouwde onderzoeksinstallatie. ‘We konden er 300-millimeter wafers mee bewerken, maar hij voldeed absoluut niet aan de eisen van een chipfabriek’, zegt Sundqvist. Al snel werd duidelijk dat de volgende stap niet alleen draaide om de technologie zelf, maar vooral om de engineering eromheen.
Volgens Sundqvist biedt Zweden daarvoor simpelweg niet het juiste ecosysteem. ‘Voor de ontwikkeling en industrialisatie van geavanceerde halfgeleiderapparatuur zijn er in Europa maar twee plekken: Duitsland en Nederland’, zegt hij. ‘Maar in Duitsland zijn er nauwelijks partijen waarbij je als klant IP en productdesign in eigen handen houdt.’ Dus viel de keuze op Eindhoven, waar AlixLabs met VDL ETG Projects samenwerkt aan de eerste industriële bètamachine.
‘Wij zijn onderzoekers, willen ons bezighouden met procesinnovatie en niet opnieuw het wiel uitvinden op het gebied van mechatronica, contaminatie, toleranties of supplychain’, zegt Sundqvist. ‘VDL beschikt over een groot netwerk aan toeleveranciers en kent de standaarden in de halfgeleiderindustrie tot in de puntjes. Bovendien beschikt het over de ervaring die we zelf anders pas na jaren hadden opgebouwd. Dan waren we ongetwijfeld gestruikeld over allerlei basiszaken.’
Veelbelovende toekomst
De samenwerking met VDL moet later dit jaar het eerste tastbare resultaat opleveren. De assemblage van de bètamachine is deze zomer in Eindhoven van start gegaan en moet in het najaar zijn afgerond. Daarna volgen de eerste tests en moet het systeem bij eerste klanten zijn waarde bewijzen. Als die fase succesvol verloopt, ziet Sundqvist een toekomst waarin APS uitgroeit tot een vaste processtap in chipfabrieken. ‘Onze R&D blijft waarschijnlijk in Lund gevestigd, maar engineering en productie zullen we rond Eindhoven concentreren. Voor ons is dat ecosysteem een one-stop shop geworden.’
