Twee oud-studenten en hun professor gaan de halfgeleiderwereld opschrikken. Het Delftse bedrijf Mapper ontwikkelt een methode om goedkopere microchips te produceren.
Delen
De doelstelling: een derde van de wereldmarkt in 2005.
Chips
Door: Rik Kuiper
Samen hadden ze één afstudeerverslag, één afstudeerpresentatie en één afstudeerborrel. En ze behaalden tijdens hun onderzoek bemoedigende resultaten. Zo bemoedigend zelfs, dat technisch natuurkundigen ir. Bert Jan Kampherbeek en ir. Marco Wieland besloten samen met hun hoogleraar Pieter Kruit een bedrijfje op te richten. Nu, twee jaar later, denken ze samen de wereld van de microchips op zijn kop te kunnen zetten.
Een klein bedrijfje dat giganten als Asml, Canon en Nikon wil aftroeven met een nieuwe techniek om chips te maken? Inderdaad, dat is Mapper Lithography BV, gevestigd in een aantal eenvoudige universiteitsruimtes in het gebouw van Technische Natuurkunde. Kampherbeek ziet de toekomst zonnig. Met de technologie van Mapper is de productie van microchips een stuk goedkoper dan met andere technologieën. ,,Een besparing van vijftig procent behoort tot de mogelijkheden.”
Een chip is een groot elektrisch circuit met miniatuurdraadjes en miniatuurweerstanden. Door de logische schakelingen kan de chip berekeningen maken. Hoe meer schakelingen per vierkante centimeter, hoe meer berekeningen per seconde. Wie een hoog rendement wil halen moet dus de kracht van zijn chips vergroten. In het eerste decennium na de uitvinding van de chip in 1958, verdubbelde het aantal transistoren op een chip ieder jaar. Gordon Moore, een van de oprichters van chipmaker Intel, voorspelde dat deze trend zich zou voortzetten. De voorspelling staat bekend als de Wet van Moore en bleek lang te kloppen. Inmiddels gaat het iets minder snel, maar nog steeds verdubbelt de capaciteit van de chip elke achttien maanden.
Bouwvakker
Het kleinste detail op een chip in een recente Pentium heeft een grootte van 100 tot 130 nanometer. Dat houdt in dat op een chip van twee bij twee centimeter al tientallen miljoenen transistoren zitten. Maar om in het spoor van de concurrentie te blijven, moet het nog kleiner. Kampherbeek: ,,Wij richten ons op een grootte van 45 nanometer.” Hoe lang die verbeteringen daarna nog doorgaan is onduidelijk. ,,Het kan in ieder geval nog twee keer zo klein.”
De fabricage van een chip is niet eenvoudig. Wieland: ,,Een chip heeft een driedimensionale structuur. Het is een klein bouwwerk, opgebouwd uit verschillende verdiepingen.” Het maken van de chip begint op de begane grond, waarna steeds een nieuwe laag wordt bijgebouwd. Niet met de lompheid van een bouwvakker, maar met de precisie van microfabricage.
Nauwkeurig werk dus. Op een dunne plak silicium, de wafer, wordt een fotolak aangebracht. Door plaatselijk te belichten wordt de ontworpen schakeling op de fotogevoelige laag getekend. Vervolgens wordt de plak als een foto ontwikkeld, waardoor het belichte deel andere eigenschappen krijgt dan het niet belichte deel. Hierdoor ontstaat een soort mal.
Vervolgens wordt over de gehele fotogevoelige laag een koperlaagje aangebracht. De delen vande laag die niet belicht zijn % de mal % kunnen eenvoudig worden verwijderd. Alleen op de belichte plaatsen blijven nu koperlijntjes liggen. Deze lijntjes gaan de stroompjes door de chip geleiden.
Lithografie
Het vastleggen van het patroon door belichting % ook wel lithografie genoemd % is volgens Wieland de meest kritische stap in het proces. En juist daarvoor heeft Mapper een nieuwe technologie ontwikkeld. Het bedrijf werkt aan een methode waardoor het mogelijk is de patronen met een nog grotere precisie op de lichtgevoelige laag aan te brengen.
Normaal gebeurt de belichting van de fotogevoelige lak met lichtbundeltjes. Maar de ‘grootte’ van het licht levert beperkingen. De golflengte van licht kan een onderzoeker niet veranderen. Wieland: ,,De concurrentie loopt nu tegen deze grens op en knijpt de optische techniek steeds verder uit.”
De technici van Mapper kiezen voor een andere benadering. Een grote matrix van lichtbundeltjes vormt het patroon dat op de chip geschreven moet worden. Maar voordat deze lichtbundels de fotogevoelige lak raken, worden ze omgezet in elektronenbundels. Dit gebeurt met behulp van een zogenaamde converter plate. Op de plaats waar de lichtstraal de converter plate raakt, wordt een elektron uitgezonden richting de chip, die bedekt is met een lak die gevoelig is voor elektronen.
Groot voordeel is dat de golflengte van elektronen kleiner is dan die van licht. Wieland: ,,Hierdoor kunnen we nauwkeuriger patronen schrijven. Vergelijk het met de microscoop: als een onderzoeker afzonderlijke atomen wil waarnemen, heeft hij weinig aan een optische microscoop die lichtstralen bundelt. Een elektronenmicroscoop biedt meer mogelijkheden. Die heeft een veel betere resolutie.”
Toch zijn er al machines die met elektronen patronen kunnen schrijven. ,,Maar die zijn heel traag”, vertelt Wieland. ,,Ze doen er een paar nachten over om een kleine chip vol te schrijven.” Juist de combinatie van licht en elektronen maakt het idee van Mapper zo succesvol. Kampherbeek: ,,Het concept is vrij eenvoudig. We hebben kennis van verschillende vakgebieden op slimme wijze gecombineerd.”
Fundamenteel
Op het moment werkt het bedrijf aan een haalbaarheidsstudie, die moet aantonen dat de technologie op korte termijn rendabel geëxploiteerd kan worden. Nu zijn er nog onzekerheden, maar als de haalbaarheid is aangetoond, breken de goede tijden aan. Dan lopen investeerders minder risico en kan een eerste prototype in 2005 chips maken met de gewenste nauwkeurigheid. Volgend jaar al wil Mapper een demonstrator bouwen % een machine die aan moet tonen dat de gewenste nauwkeurigheid überhaupt haalbaar is. ,,We doen op dit moment nog redelijk veel fundamenteel onderzoek”, vertelt Kampherbeek. ,,De meeste medewerkers van ons bedrijf zijn afkomstig van de universiteit. Maar we willen snel verder.” De eerste machines voor de massaproductie zijn % als alles goed gaat % in 2007 operationeel.
Dat Mapper vanaf dat moment de concurrentie met het grote Asml aankan, lijkt onwaarschijnlijk. ,,Dat bedrijf heeft zevenduizend mensen in dienst, wij twintig.” Toch is de doelstelling van het bedrijf niet mis. ,,We willen wereldwijd een derde van de markt in bezit krijgen. De markt van next generation chips welteverstaan, de chips met een resolutie van 45 nm en hoger.” Waarschijnlijk is daarbij de hulp van andere partijen nodig. De eerste stappen in die richting zijn al gezet. De Amerikaanse fabrikant van chipmachines, KLA-Tencor,investeert een onbekend bedrag in Mapper. Bovendien kunnen de Delftenaren gebruik maken van de expertise van het Amerikaanse bedrijf.
Vaak werden Kampherbeek en Wieland meewarig aangekeken als ze vertelden wat ze van plan waren. ,,Dus twee studenten en een professor gaan de halfgeleiderwereld opschrikken?”, vroegen sceptici. Inmiddels neemt de buitenwereld hen serieus en ook de media hebben lucht gekregen van de aspiraties van de technostarter. Wieland: ,,Na een artikel in het Financieel Dagblad hadden we een bedrijf aan de lijn dat vroeg of we al hadden gedacht aan de verpakking van ons apparaat. Iedereen weet ons opeens te vinden.”
Twee oud-studenten en hun professor gaan de halfgeleiderwereld opschrikken. Het Delftse bedrijf Mapper ontwikkelt een methode om goedkopere microchips te produceren. De doelstelling: een derde van de wereldmarkt in 2005.
Chips
Door: Rik Kuiper
Samen hadden ze één afstudeerverslag, één afstudeerpresentatie en één afstudeerborrel. En ze behaalden tijdens hun onderzoek bemoedigende resultaten. Zo bemoedigend zelfs, dat technisch natuurkundigen ir. Bert Jan Kampherbeek en ir. Marco Wieland besloten samen met hun hoogleraar Pieter Kruit een bedrijfje op te richten. Nu, twee jaar later, denken ze samen de wereld van de microchips op zijn kop te kunnen zetten.
Een klein bedrijfje dat giganten als Asml, Canon en Nikon wil aftroeven met een nieuwe techniek om chips te maken? Inderdaad, dat is Mapper Lithography BV, gevestigd in een aantal eenvoudige universiteitsruimtes in het gebouw van Technische Natuurkunde. Kampherbeek ziet de toekomst zonnig. Met de technologie van Mapper is de productie van microchips een stuk goedkoper dan met andere technologieën. ,,Een besparing van vijftig procent behoort tot de mogelijkheden.”
Een chip is een groot elektrisch circuit met miniatuurdraadjes en miniatuurweerstanden. Door de logische schakelingen kan de chip berekeningen maken. Hoe meer schakelingen per vierkante centimeter, hoe meer berekeningen per seconde. Wie een hoog rendement wil halen moet dus de kracht van zijn chips vergroten. In het eerste decennium na de uitvinding van de chip in 1958, verdubbelde het aantal transistoren op een chip ieder jaar. Gordon Moore, een van de oprichters van chipmaker Intel, voorspelde dat deze trend zich zou voortzetten. De voorspelling staat bekend als de Wet van Moore en bleek lang te kloppen. Inmiddels gaat het iets minder snel, maar nog steeds verdubbelt de capaciteit van de chip elke achttien maanden.
Bouwvakker
Het kleinste detail op een chip in een recente Pentium heeft een grootte van 100 tot 130 nanometer. Dat houdt in dat op een chip van twee bij twee centimeter al tientallen miljoenen transistoren zitten. Maar om in het spoor van de concurrentie te blijven, moet het nog kleiner. Kampherbeek: ,,Wij richten ons op een grootte van 45 nanometer.” Hoe lang die verbeteringen daarna nog doorgaan is onduidelijk. ,,Het kan in ieder geval nog twee keer zo klein.”
De fabricage van een chip is niet eenvoudig. Wieland: ,,Een chip heeft een driedimensionale structuur. Het is een klein bouwwerk, opgebouwd uit verschillende verdiepingen.” Het maken van de chip begint op de begane grond, waarna steeds een nieuwe laag wordt bijgebouwd. Niet met de lompheid van een bouwvakker, maar met de precisie van microfabricage.
Nauwkeurig werk dus. Op een dunne plak silicium, de wafer, wordt een fotolak aangebracht. Door plaatselijk te belichten wordt de ontworpen schakeling op de fotogevoelige laag getekend. Vervolgens wordt de plak als een foto ontwikkeld, waardoor het belichte deel andere eigenschappen krijgt dan het niet belichte deel. Hierdoor ontstaat een soort mal.
Vervolgens wordt over de gehele fotogevoelige laag een koperlaagje aangebracht. De delen vande laag die niet belicht zijn % de mal % kunnen eenvoudig worden verwijderd. Alleen op de belichte plaatsen blijven nu koperlijntjes liggen. Deze lijntjes gaan de stroompjes door de chip geleiden.
Lithografie
Het vastleggen van het patroon door belichting % ook wel lithografie genoemd % is volgens Wieland de meest kritische stap in het proces. En juist daarvoor heeft Mapper een nieuwe technologie ontwikkeld. Het bedrijf werkt aan een methode waardoor het mogelijk is de patronen met een nog grotere precisie op de lichtgevoelige laag aan te brengen.
Normaal gebeurt de belichting van de fotogevoelige lak met lichtbundeltjes. Maar de ‘grootte’ van het licht levert beperkingen. De golflengte van licht kan een onderzoeker niet veranderen. Wieland: ,,De concurrentie loopt nu tegen deze grens op en knijpt de optische techniek steeds verder uit.”
De technici van Mapper kiezen voor een andere benadering. Een grote matrix van lichtbundeltjes vormt het patroon dat op de chip geschreven moet worden. Maar voordat deze lichtbundels de fotogevoelige lak raken, worden ze omgezet in elektronenbundels. Dit gebeurt met behulp van een zogenaamde converter plate. Op de plaats waar de lichtstraal de converter plate raakt, wordt een elektron uitgezonden richting de chip, die bedekt is met een lak die gevoelig is voor elektronen.
Groot voordeel is dat de golflengte van elektronen kleiner is dan die van licht. Wieland: ,,Hierdoor kunnen we nauwkeuriger patronen schrijven. Vergelijk het met de microscoop: als een onderzoeker afzonderlijke atomen wil waarnemen, heeft hij weinig aan een optische microscoop die lichtstralen bundelt. Een elektronenmicroscoop biedt meer mogelijkheden. Die heeft een veel betere resolutie.”
Toch zijn er al machines die met elektronen patronen kunnen schrijven. ,,Maar die zijn heel traag”, vertelt Wieland. ,,Ze doen er een paar nachten over om een kleine chip vol te schrijven.” Juist de combinatie van licht en elektronen maakt het idee van Mapper zo succesvol. Kampherbeek: ,,Het concept is vrij eenvoudig. We hebben kennis van verschillende vakgebieden op slimme wijze gecombineerd.”
Fundamenteel
Op het moment werkt het bedrijf aan een haalbaarheidsstudie, die moet aantonen dat de technologie op korte termijn rendabel geëxploiteerd kan worden. Nu zijn er nog onzekerheden, maar als de haalbaarheid is aangetoond, breken de goede tijden aan. Dan lopen investeerders minder risico en kan een eerste prototype in 2005 chips maken met de gewenste nauwkeurigheid. Volgend jaar al wil Mapper een demonstrator bouwen % een machine die aan moet tonen dat de gewenste nauwkeurigheid überhaupt haalbaar is. ,,We doen op dit moment nog redelijk veel fundamenteel onderzoek”, vertelt Kampherbeek. ,,De meeste medewerkers van ons bedrijf zijn afkomstig van de universiteit. Maar we willen snel verder.” De eerste machines voor de massaproductie zijn % als alles goed gaat % in 2007 operationeel.
Dat Mapper vanaf dat moment de concurrentie met het grote Asml aankan, lijkt onwaarschijnlijk. ,,Dat bedrijf heeft zevenduizend mensen in dienst, wij twintig.” Toch is de doelstelling van het bedrijf niet mis. ,,We willen wereldwijd een derde van de markt in bezit krijgen. De markt van next generation chips welteverstaan, de chips met een resolutie van 45 nm en hoger.” Waarschijnlijk is daarbij de hulp van andere partijen nodig. De eerste stappen in die richting zijn al gezet. De Amerikaanse fabrikant van chipmachines, KLA-Tencor,investeert een onbekend bedrag in Mapper. Bovendien kunnen de Delftenaren gebruik maken van de expertise van het Amerikaanse bedrijf.
Vaak werden Kampherbeek en Wieland meewarig aangekeken als ze vertelden wat ze van plan waren. ,,Dus twee studenten en een professor gaan de halfgeleiderwereld opschrikken?”, vroegen sceptici. Inmiddels neemt de buitenwereld hen serieus en ook de media hebben lucht gekregen van de aspiraties van de technostarter. Wieland: ,,Na een artikel in het Financieel Dagblad hadden we een bedrijf aan de lijn dat vroeg of we al hadden gedacht aan de verpakking van ons apparaat. Iedereen weet ons opeens te vinden.”
Comments are closed.