‘Litho is gewoon Formule 1, dat is oorlog, dat is de beste zijn’

Systeemarchitectuur betekent vooral goede afspraken maken, zegt Guido de Boer die bij Mapper veertien jaar leiding gaf aan de machineontwikkeling. ‘Je moet heel duidelijk over interfaces, requirements en acceptatie-eisen, maar discussies over besturingssystemen of gebruikte tooling zijn niet interessant.’

René Raaijmakers
31 mei

Is het een idee om het liedje ‘Eenvoud’ van Het Goede Doel af te spelen op het event, vraagt Guido de Boer. Op de Dutch System Architecting Conference op 20 juni geeft hij een keynote over zijn ervaringen bij Mapper. ‘Alles draait om de eenvoud’, zong Het Goede Doel in 1984 en dat is volgens De Boer een prachtige samenvatting van wat systeemarchitectuur behelst. ‘Echt een heel mooi liedje, vrij briljant.’

‘We hebben bij Mapper van alles fout gedaan, anders ga je niet failliet. Maar we hebben ook een paar dingen goed gedaan’, zegt De Boer. Sinds 2004 leidde hij bij Mapper de ontwikkeling van een machine voor elektronenlithografie totdat het bedrijf eind 2018 de deuren sloot. Waar Marco Wieland het wetenschappelijke brein was en Bert-Jan Kampherbeek de organisatie bestuurde, was De Boer verantwoordelijk voor de ontwikkeling en bouw van het hele e-beam-apparaat.

‘In ontwikkeling werkt democratie voor geen meter’, zegt Guido de Boer, systeemarchitect van de Mapper-machine.

Als mensen aan hem vragen wat hij heeft gedaan bij Mapper, dan is zijn antwoord: architectuur. ‘Nadenken over wat je nodig hebt. Om lithografie met elektronen te doen, had ik nodig een vacuümwand, een frame en een mu-metalen afscherming om het aardmagneetveld buiten te houden. Ook moesten we de machine kunnen onderhouden en de voetafdruk van het ding moest tien keer kleiner zijn dan die van de concurrent.’

Waar begin je dan?

DSPE Optics Week

‘Met simpel optellen. Er moet een elektronenbron en -lens in. De eis is een wafer van 300 millimeter. Die moet ook nog een slag maken van plus of min 150 millimeter en je moet er ook nog bij kunnen voor service. Er moesten sensoren in en een spiegel. Alles kost ruimte. Het is een optelsom van waferformaat, slagruimte, spiegelruimte en nog wat kleine details.’

De Boer pompte alles in het wiskundige pakket Mathcad. Aan het einde drukte hij op een knop en rolde er de footprint uit, het kostbare vloeroppervlak dat zijn machine in de cleanroom zou innemen. ‘Hier heeft geen mechanicus aan gewerkt. Je kunt het uitrekenen door alles in Mathcad-software vast te leggen. Dat vonden de mechanici binnen ons bedrijf echt zeer vreemd. Zij zijn gewend om achter hun 3d Cad-station te gaan zitten en volumes aan te maken. Dat noemen ze ook zo: volumes aanmaken. Ze beginnen niet met rekenen, maar gaan passen en meten. Kijken of ze een slag halen van driehonderd millimeter. Het zijn heel creatieve mensen, maar de rijpheid van dat vakgebied blijft ernstig achter.’

Wat bedoel je daarmee?

‘Het is volledig op ervaring gebaseerd. Constructeurs zijn daardoor onvoldoende in staat om hun werk naar een hogere abstractie te brengen. Je kunt een hele goede mechanicus zijn, maar als je het alleen maar leuk vindt om steeds de goede oplossing te brengen, dan ben je een soort circusartiest. Dat is heel leuk. Elke keer als je je kunstje doet, wordt er voor je geklapt, maar je flikkert een keer uit die trapeze.’

De Boer: ‘Een slecht ontwerp betekent een totaal gebrek aan management.’

‘Sommige technici construeren van nature heel ordelijk, maar om dat in zes graden van vrijheid te doen, is echt een uitdaging. Je moet bij elke interface, elk onderdeel nadenken in zes vrijheidsgraden. Als jij dat niet heel gestructureerd doet met een template, dan ga je gewoon fouten maken. De een meer dan de ander, maar als je niet nadenkt over toleranties en of die nog gelden na een afstelling, dan ga je zomaar kwadratisch fouten optellen. Dus is het nodig om meer methodisch te werken. Ook met volumeclaims en toleranties kun je methodisch omgaan.’

Hij onderstreept zijn mening door te wijzen op de toekomstbestendigheid van formules versus tekeningen met vaste volumes. Toen Mapper de vraag kreeg of 450 millimeter ook mogelijk was, hoefde De Boer letterlijk één parameter in zijn model te veranderen. ‘Toen rolden daar alle nieuwe requirements en alle modules uit. Dat vond ik wel leuk.’

Zijn rekenwerk resulteerde in keiharde eisen voor zijn designers. ‘Dit moet je met enige dominantie doordrukken. Niemand vindt dit immers leuk. Ze kregen van mij geen millimeter. Oké, de jongens van de stage hebben een halve millimeter speling gehad. Ja, die waren erg boos.’

Je bent niet zo voor democratie?

‘Ik ben überhaupt niet voor democratie, maar zeker niet in het ontwerpen. Een democratie is fantastisch als je gelukkig wilt worden. Maar als je succesvol wilt zijn? Ik ken weinig generaals die de oorlog hebben gewonnen door iedereen in het land te vragen hoeveel mensen ze naar welk front moesten sturen. Dat begrijpt iedereen. Litho is gewoon Formule 1. Dat is oorlog. Dat is de beste zijn.’

‘Max Verstappen gaat ook niet overleggen met zijn teambaas wanneer hij gaat inhalen of de rem gaat intrappen. Die maakt zijn plan. Dat is zijn taak. Hij gaat niet per se over de keuze van de banden of de motor. Daar mag hij iets over zeggen. Hij mag reviewen. Maar een ander is daar verantwoordelijk voor. De teambaas bepaalt het proces: wanneer de motor en de banden en Max Verstappen bij elkaar komen. In de machinebouw is dat de ontwikkelbaas.’

‘In de ontwikkeling werkt democratie echt voor geen meter. Een goed ontwerp is gewoon een afspiegeling van de organisatie. Een slecht ontwerp betekent een totaal gebrek aan management, aan procesmanagement.’

Wat is jouw aanpak?

‘Je kunt zeggen tegen je team: jongens, kom maar allemaal een dag naar een hotel, ik regel pizza en als jullie klaar zijn, hoor ik het wel. Dat is een invulling, maar niet de mijne. Ik ben meer Louis van Gaal. Ik maak een plan en wil dat iedereen zich precies aan zijn taak houdt. Ik zorg dat iedereen zijn taak kan uitvoeren. Dat controleer ik ook. Als het elftal van Van Gaal op het veld staat, dan loopt zijn machine. Zo doe ik dat ook.’

‘Sommige technici construeren van nature heel ordelijk, maar om dat in zes graden van vrijheid te doen, is echt een uitdaging.’

De Argentijnse coach Alejandro Sabella liet volgens De Boer tijdens de wereldkampioenschap voetbal in 2014 zien hoe het niet moet. ‘Sabella had Messi niet onder controle. Dat wordt meestal een ramp, maar het kan wel goed uitpakken. Dat deed het in 2014 ook. Messi was feitelijk de baas en Argentinië stond uiteindelijk in de finale waar ze verloren van Duitsland. Dus als je geluk hebt, dan hebben slecht geleide ontwikkelteams een Messi die een puinhoop voorkomt. Ik heb dat in verschillende hightechbedrijven gezien: technici op lagere niveaus die heel goed zijn, structuur aanbrengen en afspraken maken.’

Wat was de structuur bij Mapper?

‘Wij hadden groepjes en die maakten delen van de machine. Het was mijn taak om die machinedelen te specificeren. Dat deed ik binnen de groep designleiders die verantwoordelijk was voor de hele machine. De leden van dat team hadden ieder weer een groep van dertig tot veertig mensen die elk werkten aan een module.’

‘Naar mijn idee moet iedereen in een grote ontwikkelorganisatie op elk abstractieniveau een goed afgesproken scope hebben. Iedereen een duidelijk probleem, een interface, eisen, tests, service bij interfaces en procedure. Bij Mapper was ik eigenaar van de hele doos en die hakte ik in stukken, in de vorm van tekeningen. Daarop stonden onder meer het volume, de interfaces en namen van de verantwoordelijken.’

‘Met iedereen maakte ik afspraken: zijn we het eens dat jij eigenaar bent van deze interface? Vind jij deze schets helder genoeg? Kun je met deze tekening ook echt de mechanische interface afspreken met je vriend aan de andere kant? Begrijp je dat dit echt een harde afspraak is? Maak dan samen een tekening en daarna pak je een schaar en knip je dat A4’tje ergens door. De ene helft gaat naar Piet, de andere naar Jan. Dat is jullie afspraak en als jullie over een half jaar bij elkaar komen dan leggen we dat weer bij elkaar en klopt het met wat jullie leveren.’

‘Ik ging dus steeds bij Piet en Jan langs: waar is je A4’tje en laat maar zien of het nog past. Pas als het klopte, gingen we integreren. Met software precies hetzelfde. Een papiertje, afspraken en protocollen erop en aan het einde van de meeting in tweeën knippen. Als het klaar was, namen we met zijn allen de A4 met de afspraken erbij, voerden we gewoon de commando’s in en keken wat er terugkwam: de data, de vertragingen, de errors enzovoorts. Als alles klopten, konden ze integreren. Volgens mij gaat architectuur daarover. Niet meer en niet minder.’

Het gaat om afspraken maken?

‘In de vorm van tekeningen op een abstractieniveau. In het begin zag ik dat onze software- en mechanica-mensen de neiging hadden om alles af te stemmen. In tegenstelling tot elektronica, fysica en optica. Softwaremensen willen graag alles in één release en in één softwarepakket. Ze maken ruzie over welk besturingssysteem te kiezen en welke protocollen. Allemaal heel interessant, maar voor eindgebruikers niet. Dus we hadden bij Mapper uiteindelijk zes besturingssystemen.’

Jouw mensen waren volledig vrij om de technologie te kiezen die zij goed vonden?

‘Het punt is dat het gewoon geen zak uitmaakt. Spreek een interface af, knip het in tweeën. Voor ons was systeemengineering op elke niveau belangrijk. Wij waren de hele tijd bezig met die machine bouwen. Dat probleem hakten we op in tien stukken. Daarna ben je heel duidelijk over de interfaces, de requirements, de acceptatie-eisen voor die tien stukken. Ik verwacht dat iedereen zijn tiende deel weer ophakt. Die stukken maken weer met iedereen afspraken en zo integreerden we dat ook weer. Als je goed nadenkt over die modules, dan zijn ze ook goed testbaar en onderhoudbaar. Als je het op die manier aanpakt, dan ga je nooit één grote softwarerelease maken. Waarom zou je? Dus niet alle software in één computersysteem of op één besturingssysteem. Hetzelfde voor mechanica. We hadden drie mechanische ontwerppakketten.’

Dat maakte jou niks uit?

‘Sterker nog, ik wilde er per se niet één. Want dan ben je constant in gevecht met die ene heilige weg. Want zeker in Nederland hebben monodisciplinaire engineers allemaal een bijna religieuze overtuiging. ‘We moeten met Solidworks werken!’ Dan gebruiken we allemaal dezelfde bibliotheek en kunnen we onze boutjes hergebruiken. Rot op met je boutje. Kopieer maar of teken opnieuw.’

‘Hetzelfde voor software reuse. Daar is heel veel literatuur over, maar het levert niets op. Wat wel nuttig is en waar mensen wel heel veel van elkaar leren en gebruiken, is het internetforum Stack Overflow. Ik gebruik dat heel veel. Dat is super. Op Stack Overflow vind je gewoon hoe je iets in bijvoorbeeld Python en Matlab kunt oplossen. Ze passen statistieken toe over de bijdragen en opmerkingen: naar verloop van tijd verschijnen er groene vinkjes bij de goede oplossingen. Zo zie je welke tips de goede zijn. Typ gewoon in Google wat je wilt programmeren en je krijgt altijd wel een Stack Overflow-hit. Bijvoorbeeld ‘3d array plotten’. Dat levert meteen hits op. Je ziet dat Mathworks daarmee nu ook begint. Dit is organisch gegroeid door mensen die willen delen en willen gebruiken van elkaar. Het werkt.’

‘Er is heel veel literatuur over software reuse, maar het levert niets op.’

‘Ik moet toegeven, ik heb een licht religieuze weerstand tegen mensen die databases willen ontwerpen. Als een groep managers of politici een probleem gaat oplossen, dan komt er meestal een database uit. Zie het elektronische patiëntendossier. Als er weer eens een ramp gebeurt, zie je altijd maar dezelfde reactie: maatschappelijke partijen komen bij mekaar en dan is de oplossing een database: want we moeten samenwerken en data delen. Dat werkt natuurlijk voor geen meter. Maar Stack Overflow werkt dus wel. Daar is er balans tussen de tijd die het kost om er iets in te stoppen en iets terug te vinden. Zoiets als Stack Overflow ken ik niet voor mechanica. Dat is wel fascinerend, maar waarom eigenlijk niet?’

Als dit er voor mechanica zou zijn?

‘In de halfgeleiderwereld werken elk jaar wel twintig bedrijven aan een nieuwe stage. Die moeten allemaal een meetsysteem hebben. Dus komen Zygo, Renishaw, het hele rijtje, langs met folders. Allemaal zeggen ze: mijn systeem kan alles. Tien keer heen en weer mailen, referentiedata vragen, nee die kunnen ze niet delen, want confidentieel.’

‘Met een site als Stack Overflow voor interferometers, spiegels of magnetische levitatiemotoren ben je van het hele gezeur af. Wat zou er nou fijner zijn als er gewoon een soort reviewwebsite zou zijn voor constructies, materialen en commercieel verkrijgbare onderdelen? Stel, je wilt die stage maken. Dan is contaminatie een heel groot probleem. Op een mechanische versie van Stack Overflow zou je dan materiaaleigenschappen, rails en smeerseltjes, inclusief meetdata kunnen vinden, waarmee iedereen zijn voordeel kan doen.’

De hele mechanische wereld draagt dan bij?

‘In Nederland hebben we dat eigenlijk een beetje, want we praten veel met elkaar. Als je wilt weten wat de uitgassing is van een specifieke cross roller bearing en of je die in een vacuümsysteem kunt gebruiken, dan hoor je dat in de wandelgangen op de Precisiebeurs van VDL- of ASML-medewerkers. Niet van de leveranciers, maar met een beetje doorgraven geven collega-ontwerpers in andere bedrijven op z’n minst enkele hints.’

De Nederlands community heeft daarvoor voldoende kritische massa.

‘Per onderwerp zijn het maar heel weinig mensen. Hooguit enkele tientallen. Die delen nooit bedrijfsgeheimen, maar ze mogen natuurlijk wel performancedata van bijvoorbeeld lijmen of vacuümpompen delen. Gewoon metingen, daar is niks op tegen.’

De mensen van Mapper hadden over dat soort zaken altijd uitstekend contact met ASML?

‘ASML vindt dat prima. Op dat niveau wordt er in Nederland echt heel veel gedeeld. In Duitsland is dat aanzienlijk minder, maar het verschilt per regio. In Erfurt en Dresden zie je het wel. In de VS niet. Zeggen wat je niet had hoeven zeggen, ervaren ze daar als zeer negatief. Managers rekenen hun mensen er ook hard op af. Waarom zou je iets zeggen? Het staat niet in je functieomschrijving. In feite is dit ook heel logisch. Wat wij doen is juist onlogisch. Wij hebben een soort ideaal dat we met zijn allen vooruit willen. Wij zijn gek, niet zij.’