Pareltjes: ASML

Het Nederlandse bedrijf ASML is uitgegroeid tot de toonaangevende producent van wafersteppers. Dit zijn machines voor de fabricage van halfgeleiders, oftewel chips. Een wonder, gezien de turbulente geschiedenis van dit bedrijf uit Veldhoven. Toch wist ASML zowel de Amerikaanse als de Japanse concurrenten met het nodige kunst- en vliegwerk te overleven én te overvleugelen.

Wie vaak op de drukke randweg van Eindhoven rijdt, en dus geregeld stilstaat, heeft vast weleens het omvangrijke complex van ASML bij Veldhoven gespot. Ooit stonden er in deze omgeving langs de laaglandbeek Gender steenfabrieken, sigarendraaiers, wasserijen en weverijen. Nadat de meeste nijverheid in de twintigste eeuw verdween, bleef alleen de technologie over. In Veldhoven vestigden zich tal van technische bedrijven in het kielzog van elektronicaconcern Philips Eindhoven.

In 1985 strijkt ASM Lithography (ASML) er neer. Het bedrijf is op 1 april 1984 gestart als een joint venture van Philips en Advanced Semiconductor Materials International (ASMI), voor het bouwen van lithografische machines om ‘wafers’ (plakjes silicium) te ‘bakken’ tot chips. Inmiddels is het bedrijf uitgegroeid tot een concern met in 2017 een recordomzet van 9,1 miljard euro en een recordwinst van 2,1 miljard euro. Wereldwijd werken er zo’n negentienduizend medewerkers, beschikt het bedrijf over circa tienduizend patenten en heeft het kantoren in zestig steden in zestien landen. Wereldwijd is het bedrijf, dat claimt het grootste marktaandeel te hebben, inmiddels een begrip én een graadmeter: draait het bij ASML goed dan gaat het ook goed met de chipindustrie en haar afnemers in andere sectoren.

Turbulente geschiedenis

De Precisiebeurs in Veldhoven, georganiseerd door Mikrocentrum afgelopen november, wijdde een speciale themasessie aan dit high tech-bedrijf. Een van de sprekers was Jan van Eijk, emeritus hoogleraar Advanced Mechatronics aan de TU Delft en eigenaar van adviesbureau Mice, die voor Philips en ASML heeft gewerkt. Hij legde nog eens uit hoe hoogstaand de techniek van het bedrijf is. De basis ervan gaat volgens Van Eijk terug tot de ‘excellente kennis bij diverse disciplines binnen Philips’, onder meer op het vlak van optica, lasertechnologie, fijnmechanica en elektronica.

Ook techniekjournalist René Raaijmakers sprak op de themasessie. Hij beschrijft de stormachtige geschiedenis van deze fabrikant van lithografiemachines in zijn boeiende, kloeke boekwerk ‘De architecten van ASML’. Raaijmakers heeft niet alleen oog voor de bijzondere technologie in deze bedrijfstak maar ook voor de mensen van divers pluimage die ook in de moeizame aanloop bij Philips, en later bij ASML, blijven geloven in de lithografiesystemen; van de (theoretische) natuurkundige onderzoekers van het Natlab, ingenieurs en machinebouwers tot aan de verkopers en directeuren.

Daar waar Van Eijk de oorzaak van het latere succes zoekt in de vooruitstrevende technologie, hield Raaijmakers zijn toehoorders voor dat juist de non-technologische aspecten – de voortdurende zoektocht naar geld, de interne discussies, een concurrent die omvalt, toevallige ontmoetingen, beslissingen die goed uitpakken – samen met de inzet van een aantal betrokkenen de bepalende rol hebben gespeeld bij de uiteindelijke doorbraak van ASML op de markt en het verslaan van zowel de Amerikaanse als de Japanse concurrentie.

Zijn kloeke boekwerk bestaat eigenlijk uit twee delen: de jaren ’60 en ’70 waarin Philips de mogelijkheden om een chipmachine te bouwen aftast en onderzoek doet. Om daarna diverse tevergeefse pogingen te ondernemen om met een product succesvol de markt te betreden. En de periode vanaf de jaren ’80 wanneer de lithografiebusiness op afstand wordt gezet met toch ook weer de onontbeerlijke financiële steun van Philips. ASML overleeft en weet na de beursgang in 1995 ten langen leste op de markt te triomferen.

En er is licht

Raaijmakers beschrijft dat er begin jaren ’60 bij het befaamde Philips Natlab al grondig wordt nagedacht over het maakproces van chips. De chipfabriek van Philips in Nijmegen heeft dat soort machines immers nodig. Philips is, in tegenstelling tot vandaag de dag, in die tijd nog een elektronicagigant die op vele vlakken onderzoek doet alsook machines en systemen zelf ontwikkelt en bouwt. Bovendien wordt bij de productie van chips en de opzet van chipmachines gebruik gemaakt van lichtbronnen, een oer-specialisme van het concern uit de Lichtstad. In deze periode vormen de vorderingen die Philips maakt op het gebied van de optische precisietechnologie de voedingsbodem voor de latere waferstepper.

Vanaf 1971 zijn onderzoekers op het research-laboratorium bezig met de ontwikkeling van een machine die stap-voor-stap chippatronen verkleind projecteert in plaats van een hele plak silicium een-op-een te belichten. Dat resulteert eind 1973 in de Silicon Repeater 1, een experimentele waferstepper die silicium plakjes van vijf centimeter doorsnede belicht (optisch lithografeert) met veldjes van een vierkante centimeter. Een paar jaar later volgt de verbeterde versie, de Silicon Repeater 2. Deze contactloze stepper-ontwikkeling wordt gezien als een alternatief voor de dan gebruikelijke methode van contactafdrukken, waarbij een patroon van een elektrische schakeling via een contactafdruk wordt overgebracht op een silicium plak (wafer). Dat brengt echter regelmatig beschadigingen van het fotomasker en de plak met zich mee en bovendien is het lastig om masker en plak uit te richten.

Uitlijnen

Bij de ontwikkeling van de Silicon Repeater 2 worden hoge eisen aan de lens gesteld. Om de belichtingen voor tien of meer lagen precies over elkaar te projecteren, mag de lens niet vertekenen. Maar de crux van het apparaat zit ’m in de ‘alignment’. Voordat de machine een halfgeleiderplak volflitst met patronen, moet die eerst weten waar de wafer ligt. Daarna moet de machine de coördinaten van de schijf middels alignment-merkjes exact uitlijnen met die van het fotomasker. Is dat gelukt dan weet het apparaat waar de silicium plak ligt en kan het de fotolak op de plak volflitsen.

Daar waar in de jaren zeventig de concurrentie kiest voor afzonderlijke lichtkanalen voor projectie en uitlijning besluit Philips de positielaser door de projectielens te laten lopen. Een revolutionaire, gepatenteerde vinding waarmee het bedrijf decennialang vooruitloopt op de concurrentie, schrijft Raaijmakers.

Sloppy

De verwachtingen bij Philips zijn hooggespannen, maar Amerikaanse concurrentie gooit roet in het eten. Het bedrijf Perkin-Elmer blijkt een veel eenvoudiger principe te hebben bedacht. De machines van het bedrijf belichten de hele silicium schijf ook contactloos, maar dan in één keer, met één scannende beweging. De waferstepper van Philips behandelt een plak stap-voor-stap. De Perkins-Elmers Micralign is, hoewel technologisch gezien in de ogen van Raaijmakers nogal sloppy gebouwd, eenvoudiger van constructie en sneller en daardoor per chip goedkoper. De machine wordt een commercieel succes en wordt zelfs binnen Philips gebruikt. Als eind jaren ’70 ook nog de overtuiging in de markt ontstaat dat de toekomst van de chipmachine-industrie bij de elektronenlithografie ligt en niet zozeer bij de wafersteppers, dreigt er einde te komen aan de Silicon Repeaters.

Wim Troost, een eigengereide adjunct-directeur van de hoofdindustriegroep Scientific & Industrial Equipment (S&I), steekt een helpende hand toe en ontfermt zich over de steppers. Volgens Raaijmakers speelt hij een cruciale rol in de geschiedenis van de waferstepper omdat Troost tegen wil en dank een jarenlang gevecht levert om de optische lithografie voor Philips te behouden, gefinancierd uit ‘geheime potjes’. En dat in een tijd dat wetenschappers en analisten denken dat optische technieken worden vervangen door het afbeelden met elektronen, ionen en röntgenstralen.

Troost is een buitenbeentje in de S&I-groep en neemt geregeld moeizaam lopende of exotische projecten onder zijn hoede. Die lopen uiteen van de besturing en automatisering van de sterrenwacht in Dwingeloo en de procesbesturing va de mengfabriek van Pernod in Parijs tot aan het neerzetten van snuffelpalen voor een landelijk meetnet voor milieuvervuiling tot aan installaties voor melkfabrieken en kaasmakerijen. Troost regelt de financiering via ‘geheime’ potjes die worden gevuld met de opbrengsten van succesvolle activiteiten. Volgens emeritus hoogleraar Van Eijk is het ook typisch Philips om in tijden dat een project bijna failliet was, geld ’te verstoppen om het later eventueel te gebruiken.’

Joint venture ALS

De ingenieurs van de S&I-groep moeten ervoor zorgen dat er een commerciële versie van de Silicon Repeater – de PAS 2000 – op de markt verschijnt. Dat blijkt een zo ingewikkelde exercitie dat de productie niet op gang komt. Bovendien geldt ook hier, net als in de jaren ’70, dat een Amerikaanse concurrent – GCA – met een simpelere machine veel succes boekt. Bovendien duiken er Japanse concurrenten op, zoals Nikon en Canon. Pogingen om bij het Ministerie van Economische Zaken een forse subsidie te krijgen voor de lithografische systemen mislukken. Ook gesprekken met concurrenten om tot een joint venture te komen, lopen op niets uit. De interne druk en onderlinge spanningen lopen op. Het is aan de vasthoudendheid van S&I-directeur Troost te danken dat al die jaren de stekker er niet wordt uitgetrokken, maar uiteindelijk krijgt Troost de oekaze om in 1983 een eind aan te maken aan de lithografiebusiness.

Dan gooit eigenaar/ondernemer Arthur Del Prado van ASMI een reddingsboei uit. Hij stelde eerder al voor om de PAS 2000 samen op de markt te zetten. Maar het ‘grote’ Philips vindt ASMI, eveneens een machinebouwer voor de chipindustrie, maar een kleine speler. Net op het moment dat het spel gespeeld leek te zijn komt Del Prado in contact met George de Kruiff, technisch directeur van Philips S&I. Het klikt tussen de twee en zij werken alsnog het plan voor een joint venture uit: in 1984 gaat ASM Lithographic Systems (ALS; naderhand pas ASML) van start. Nadat in hetzelfde jaar de PAS 2000-stepper op de markt komt, en in 1985 het bedrijf de honderd werknemers aantikt, introduceert het bedrijf in 1986 de PAS 2500, gebaseerd op alignment-technologie. Het bouwen daarvan heeft veel druk op het personeel gelegd, maar de semiconductor-industrie is onder de indruk.

De weg omhoog

Toch moet er nog steeds veel geld bij, zowel van Philips als van ASMI. De levering van machines wordt steeds uitgesteld. Onder meer omdat ze uitgerust moeten worden met zogeheten lineaire motoren, nodig om heel snel en precies de schijf met chips te bewegen. In 1986 hapt echter de eerste commerciële klant toe: chipfabrikant AMD. In 1988 geeft mede-aandeelhouder ASMI er echter de brui aan – Del Prado kan het kapitaal, dat steeds weer nodig is, niet meer ophoesten – en wordt ASML een volledige dochter (tot de beursgang) van Philips. Het bedrijf weet zich in een grillige markt staande te houden met de onontbeerlijke financiële steun van de moedermaatschappij én onder aanvoering van Gjalt Smit, de eerste directeur van ASML. Hij deinst er niet voor terug om ingrijpende maatregelen te nemen, zoals flinke bezuinigingen.

Eind jaren ’80 zit het ASML ook eens mee als GCA, de grootste concurrent in Amerika, ten onder gaat. Na de recessie van begin jaren ’90 overleefd te hebben, breekt daarna eindelijk de zon door. Het bedrijf introduceert de PAS 5500, een waferstepper voor acht inch-plakken met enkele geavanceerde lenzen van de Duitse optiekleverancier Carl Zeiss. Wat overigens bijna mis gaat omdat Zeiss, waar ASML afhankelijk van is, na de Duitse eenwording financieel aan de grond zit. Maar IBM meldt zich als klant, wat het definitieve zetje geeft op de weg omhoog.

Veni, vidi, vici

ASML boekt in 1993 zijn eerste winst van 22 miljoen gulden en een jaar later 40 miljoen. Dat maakt de geesten rijp voor een beursgang in 1995. Eindelijk krijgt ‘moeder’ Philips rendement op zijn miljoeneninvesteringen uit de afgelopen decennia. ASML staat op eigen benen, bindt op de markt de strijd aan met hoofdzakelijk de Japanse concurrentie en weet ten langen leste te triomferen.

Het boek ‘De architecten van ASML’ van Raaijmakers eindigt in 1996. In de jaren erna gebeuren er nog genoeg opzienbarende gebeurtenissen bij het bedrijf uit Veldhoven, zoals de overnames van Silicon Valley Group, Brion, Cymer en Hermes Microvision en patentoorlogen met mededinger Nikon. In 2012 stappen Intel, TSMC en Samsung in als minderheidsaandeelhouders. Het high tech-bedrijf investeert fors in onderzoek en ontwikkeling en boekt veel succes met innovaties als de immersielithografie en – van recenter datum – de zogeheten EUV-technologie. Daarbij maken de nieuwste machines gebruik van ‘Extreem Ultra Violet’-licht om lijntjes op een chip te schrijven. Ook in minder economische tijden blijft ASML overeind: het fundament, dat vanaf begin jaren ’60 is gelegd, blijkt stevig genoeg om nieuwe turbulentie te doorstaan.

(Deze bijdrage is afkomstig uit Computable Magazine, editie 02/2018)