ASML heeft de sleutel tot snellere chips

Extreem ultraviolet licht moet de redding worden voor de ontwikkeling van chips. Die dreigt tot stilstand te komen, nu de huidige lithografie-technieken voor de chipproductie tegen hun limieten aanlopen. "Het mooie aan deze kleur licht is de hele korte golflengte, waardoor je kleinere structuren kunt afbeelden. Je kunt het zien als een fineliner vergeleken met een markerpen," legt ASML-productmanager Jan Willem van der Horst uit.

Hoe kleiner chips daardoor kunnen worden, des te sneller en zuiniger zijn ze. Geen wonder dus dat grote chipfabrikanten klant zijn bij ASML. Enkele partijen zijn al volop aan het testen met de nieuwe machines met extreem ultraviolet licht (euv). "De machine is een soort beamer waarbij je een dia met een patroon op de wafer wilt afbeelden. Dankzij euv kunnen we nog kleinere structuurtjes maken dan met de huidige technieken mogelijk zijn. En daardoor kunnen onze klanten weer kleinere chips maken", zegt Van der Horst.

50.000 druppeltjes tin

Werken met euv-licht is uiterst complex. De ASML-machine schiet 50.000 microscopisch kleine druppeltjes tin per seconde door een vacuüm ruimte, die allemaal door CO2-laserlicht geraakt moeten worden. Een enorme technische uitdaging, schetst Van der Horst. "Het euv-licht wordt door alles geabsorbeerd, ook door glas. We kunnen geen gewone lenzen gebruiken, maar zetten speciale spiegels in. Die spiegels absorberen het licht wel een beetje, maar je krijgt voldoende licht door de machine heen om die wafers genoeg te lichten."

<drupal-entity data-embed-button="afbeelding" data-entity-embed-display="entity_reference:media_thumbnail" data-entity-embed-display-settings="{&quot;image_style&quot;:&quot;liggend&quot;,&quot;image_link&quot;:&quot;&quot;}" data-entity-type="media" data-entity-uuid="6f8fdfb4-e350-4244-9823-190d81dcd2d0"></drupal-entity>

Van der Horst erkent dat de ontwikkeling van de euv-technologie langer heeft geduurd dan eerder werd verwacht. "We hebben de nodige tegenslagen gekend. Maar inmiddels boeken we steeds sneller vooruitgang. We zijn nu op een punt waarvan klanten zeggen dat er genoeg wafers door de machines kunnen." Dat is nodig om massa-productie te kunnen halen. Bovendien moeten de machines zo lang mogelijk blijven functioneren.

Afgelopen zomer haalde ASML voor het eerst het belangrijke doel van 1500 belichte wafers per dag. De beschikbaarheid van de machine komt echter nog niet over de 90 procent. Huidige lithografiemachines die worden gebruikt door chipfabrikanten halen 5000 wafers per dag en hebben 95 procent 'uptime'.

Aan de euv-technologie wordt sinds de jaren 80 gewerkt. In 2006 presenteerde ASML de eerste demonstratiesystemen. Maar nu komt de eindstreep eindelijk in zicht. Van der Horst verwacht dat ASML's euv-machines vanaf 2018 voor volumeproductie van chips zullen worden gebruikt. "De verwachting is dat ze in 2018 echt voor productie worden gebruikt van chips die je in smartphones en computers zult terugvinden. De snellere apparaten die dan op de markt komen waren zonder ons niet mogelijk geweest."

Geen concurrentie

Wat ASML doet, kan geen enkel ander bedrijf in de wereld. "We zijn de enige die dit kunnen. Wij zijn heel belangrijk voor onze klanten om de volgende stap te kunnen maken in het kleiner maken van hun chips. Als deze technologie echt gaat werken, dan zullen alle grote fabrikanten bij ons komen om onze machines aan te schaffen."

De enige optie die chipfabrikanten naast de overstap op euv-technologie hebben is om met de huidige immersie-lithografie nog meer lagen aan te brengen op de wafers, maar dat wordt op een gegeven moment duurder dan het gebruik van euv. Toch zijn meerdere chipfabrikanten nu nog niet tevreden over de efficiëntie van de nieuwe ASML-machines. Zo zei Intel in augustus dat het op korte termijn nog niet overstapt op euv. Dat doet het pas als er betere prestaties worden gehaald. Intel is naast Samsung een van de grote investeerders in ASML.

Een andere grote chipfabrikant TSMC, dat in 2015 zijn aandeel in ASML van de hand deed, wil de huidige technologieën blijven gebruiken voor de volgende generatie kleinere chips. GlobalFoundries, ook een grote partij, hanteert dezelfde strategie.

ASML investeert tegelijkertijd fors in partijen die een belangrijke rol spelen in de ontwikkeling van de euv-technologie. Het deed meerdere overnames en pompte eind november nog 1,76 miljard euro in Carl Zeiss SMT. Dat Duitse bedrijf maakt onder meer de spiegels die de euv-machines van ASML gebruiken. Die spiegels worden voorzien van afdeklaagjes met de dikte van enkele atomen, die nodig zijn om ze optimaal te laten reflecteren. Met de nieuwe investering krijgt Zeiss SMT zes jaar om verbeteringen te realiseren.

<drupal-entity data-embed-button="afbeelding" data-entity-embed-display="entity_reference:media_thumbnail" data-entity-embed-display-settings="{&quot;image_style&quot;:&quot;liggend&quot;,&quot;image_link&quot;:&quot;&quot;}" data-entity-type="media" data-entity-uuid="06275a95-24f5-4c8e-8821-e3d2a8ce1af5"></drupal-entity>

De volgende machine

ASML werkt alweer aan de volgende euv-machine, zegt Van der Horst. "We willen een opvolger maken. De markerpen die al een fineliner was geworden, moet dan nog een verfijndere fineliner worden. Dat kan opnieuw met extreem ultra-violet, maar dan moeten we wel weer een nieuw ontwerp maken voor de spiegels in de machine."

Het lijkt geen kwestie van of maar wanneer de euv-technologie door chipfabrikanten wordt ingezet om chips sneller en kleiner te maken. Als het eenmaal zo ver is, betekent het voor ASML een groot succes, ook financieel. De euv-machines kosten 80 tot 100 miljoen euro per stuk.

Dat succes maken de twee 'founding fathers’ van ASML, Arthur del Prado en George de Kruiff, niet meer mee. De handdruk tussen De Kruiff (Philips) en Del Prado (ASM International) legde in 1983 de basis voor het bedrijf en bleek een belangrijk moment in de Nederlandse techgeschiedenis. Beide heren overleden in september. Del Pradio op 9 september, De Kruijff op 14 september.