Het Beslissende Kwartier
ASML: de gok op EUV-licht voor de chipmachine
Historisch moment: 17 september 1997
https://hetbeslissendekwartier.nl/afleveringen/de-gok-op-het-onzichtbare-licht.html

Transcript (op basis van het script)
Deze leesversie is gebaseerd op het afleveringsscript. De tekst is niet woordelijk gecontroleerd tegen de uiteindelijke audio. Regieaanwijzingen en productienotities zijn weggelaten.

Veldhoven, zeventien september negentienzevenennegentig. Het is ochtend.

De zon breekt door de wolken boven het Brabantse industrieterrein De Run. In het hoofdkantoor van ASML in Veldhoven loopt een zevenendertigjarige natuurkundige door de gangen. Jos Benschop is net aangetrokken als programmamanager voor Next-Generation Lithography. Jos Benschop is net een paar maanden in dienst bij ASML, een chipmachinefabrikant waarvan de meeste Nederlanders nog nooit hebben gehoord. In zijn hoofd draait een vraag die de hele industrie bezighoudt: welke technologie kan de volgende generatie chipproductie mogelijk maken? Over licht dat zo kort is dat het door bijna alles wordt opgeslokt. Over machines die niemand weet te bouwen.

Buiten dendert een vrachtwagen voorbij. Binnen heerst stilte.

Benschop weet dat de strategische keuzes die dit jaar gemaakt worden, de toekomst van zijn bedrijf zullen bepalen. Wat hij niet weet: het zal de toekomst bepalen van elke smartphone, elke computer, elke server ter wereld.

Dit is Het Beslissende Kwartier. Over de gok die een Brabants bedrijf tot monopolist van de chipindustrie maakte.

Om te begrijpen wat er die ochtend in Veldhoven op het spel staat, moeten we eerst begrijpen wat lithografie is. En waarom de hele chipindustrie in negentienzevenennegentig tegen een muur aanloopt.

Lithografie is de kunst van het schrijven met licht. Chipmachines projecteren patronen op siliciumschijven, zoals een projector een dia op een scherm werpt. Hoe korter de golflengte van het licht, hoe kleiner de details die je kunt tekenen. En kleinere details betekenen krachtigere chips. In de jaren tachtig en vroege jaren negentig was de halfgeleiderindustrie in een constante race om chips kleiner, sneller en krachtiger te maken. ASML, opgericht in negentienvierentachtig, had succes geboekt met zijn PAS vijfenvijftighonderd dee-uu-vee machines. Maar de grenzen van deze technologie kwamen in zicht.

Sinds de jaren zestig volgt de industrie de Wet van Moore: elke twee jaar verdubbelt het aantal transistoren op een chip. Het is geen natuurwet, maar een belofte. Een belofte die fabrikanten dwingt tot eindeloze innovatie.

In negentienzevenennegentig had ASML diep ultraviolet licht al in productie, dee-uu-vee, met een golflengte van tweehonderdachtenveertig nanometer. Maar de fysica is onverbiddelijk. Om de Wet van Moore te blijven volgen, moet de golflengte verder omlaag. Veel verder. En dan betreed je een wereld waar alles wat je kent ophoudt te werken.

Jos Benschop is geen gewone ingenieur. ASML haalde hem binnen met een specifieke opdracht: uitzoeken welke technologie de volgende generatie chipproductie mogelijk maakt.

Er zijn vier kandidaten. Elektronenbundellithografie. Ionenbundellithografie. Röntgenlithografie. En het buitenbeentje: extreem ultraviolet lithografie, ee-uu-vee.

Ee-uu-vee gebruikt licht met een golflengte van slechts dertien komma vijf nanometer. Zo kort dat het door lucht wordt geabsorbeerd. Zo kort dat gewone lenzen het niet doorlaten. Om ee-uu-vee te laten werken, heb je een vacuüm nodig, spiegels in plaats van lenzen, en een lichtbron die nog niemand heeft gebouwd.

Een werkgroep van SEMATECH, het machtige Amerikaanse halfgeleiderconsortium, heeft de vier technologieën gerangschikt. Ee-uu-vee staat onderaan. Te moeilijk. Te duur. Te onzeker.

Maar Benschop heeft de wetenschappelijke literatuur gelezen. Hij kent het werk van Fred Bijkerk, de Nederlandse professor die in negentiennegentig de eerste ee-uu-vee beelden projecteerde. En hij gelooft dat de fysica geen fundamentele obstakels bevat.

In negentienzevenennegentig staat ASML voor een strategische keuze. De groeiende erkenning dat diep ultraviolet lithografie haar fysieke grenzen nadert, dwingt het bedrijf tot een beslissing. Welke volgende generatie technologie moet het omarmen? De vraag echoot door de gangen van het hoofdkantoor in Veldhoven.

Op het whiteboard staan de vier opties. Elektronenbundel. Ionenbundel. Röntgenlithografie. En ee-uu-vee.

En dan ee-uu-vee. De kolom met nadelen is lang. Geen werkende lichtbron. Geen geschikte optiek. Geen maskers zonder defecten. Geen enkele machine ter wereld die het kan.

Maar de kolom met voordelen bevat één regel die alles overschaduwt: ee-uu-vee is de enige technologie die in principe tot in de verre toekomst kan schalen.

De keuze is strategisch en cruciaal. ASML besluit om ee-uu-vee als een van de potentiële toekomstige technologieën te gaan onderzoeken. ASML weet dat dit geen garantie op succes is. Dit is een geïnformeerde gok op een technologie die door SEMATECH nog als de minst veelbelovende wordt beschouwd.

De discussie die volgt is intens. Sommigen aan tafel zien alleen de risico's. Miljoenen investeren in een technologie die misschien nooit werkt? Terwijl de concurrentie, Nikon en Canon, andere wegen bewandelen?

Maar Benschop houdt vol. De vraag is niet of ee-uu-vee moeilijk is, zegt hij. De vraag is of de alternatieven uiteindelijk ver genoeg kunnen reiken. En het antwoord, gebaseerd op de fundamentele fysica, is nee.

Hij wijst op de Amerikaanse nationale laboratoria, waar al jaren onderzoek loopt. Op het feit dat Intel in negentienzesennegentig ingreep om het Amerikaanse ee-uu-vee programma te redden na bezuinigingen van het Department of Energy. Op de oprichting van de Extreme Ultraviolet Limited Liability Company in de Verenigde Staten, een publiek-private samenwerking die ee-uu-vee serieus neemt en die is opgericht om de ontwikkeling en het onderzoek te bevorderen. ASML is aanvankelijk uitgesloten van deelname aan dit consortium. Maar dat maakt de technologie niet minder veelbelovend.

De stilte die valt is oorverdovend.

Niet iedereen is overtuigd. Er zijn stemmen die waarschuwen voor overmoed. ASML is een relatief klein bedrijf uit Brabant. De Amerikanen hebben hen bewust buitengesloten van het ee-uu-vee LLC consortium. Hoe kan een Nederlandse onderneming concurreren met de gecombineerde kracht van Amerikaanse technologiegiganten en nationale laboratoria?

Benschop erkent de uitdaging. Maar hij wijst op een troef: ZEISS, het Duitse optiekbedrijf. Zonder ZEISS, zegt hij, kan niemand ee-uu-vee bouwen. En ZEISS werkt met ASML, niet met de Amerikanen. Cruciale bijdragen komen van dit Duitse optiekbedrijf, dat als enige ter wereld de reflecterende optiek kan ontwikkelen die ee-uu-vee vereist. Aangezien ee-uu-vee licht door glas wordt geabsorbeerd, zijn spiegels in plaats van lenzen de enige oplossing.

Het is een geïnformeerde gok op een technologie die door SEMATECH nog als de minst veelbelovende wordt beschouwd. Maar de fundamentele fysica bevat geen obstakels. En dat is wat telt.

Jaren later zal Benschop hierop terugkijken. Je zou kunnen zeggen dat we of briljant waren of gewoon koppig. En een anonieme betrokkene voegt daaraan toe: Onwetendheid kan een zegen zijn. Had ik geweten wat me te wachten stond, dan weet ik eerlijk gezegd niet of ik ervoor had gekozen.

Die ochtend in september valt het besluit. ASML zal ee-uu-vee serieus gaan onderzoeken. Niet als enige optie, nog niet. Maar als een van de pijlers voor de toekomst.

Het is het begin van een reis die veel langer zal duren dan iemand in die vergaderruimte vermoedt.

In negentienachtennegentig richt ASML samen met ZEISS en Oxford Instruments het Europese consortium EUCLIDES op. In negentiennegenennegentig, na maanden onderhandelen, krijgt ASML eindelijk toegang tot het Amerikaanse ee-uu-vee LLC. De voorwaarden zijn streng: een onderzoeksfaciliteit in de Verenigde Staten, en vijfenvijftig procent van de componenten voor in Amerika verkochte machines moeten van Amerikaanse leveranciers komen.

Benschop pendelt nu tussen Veldhoven en Amerika. We begonnen in negentienzevenennegentig, zal hij later zeggen. Plotseling is het tweeduizendtien en vlieg je naar Zuid-Korea. De jaren vervagen tot een waas van vliegtuigstoelen, laboratoriumbezoeken en eindeloze technische vergaderingen.

De wereld waarin ASML opereert is geen vrije markt, maar een geopolitiek schaakbord.

De Amerikaanse overheid beschouwt halfgeleidertechnologie als strategisch belang. Het Department of Energy financiert ee-uu-vee onderzoek via nationale laboratoria. In negentienzesennegentig dreigen bezuinigingen het programma te vernietigen, maar Intel springt in om het te redden.

ASML is buitenstaander in dit spel. Een Europees bedrijf in een Amerikaanse arena. Maar juist die positie biedt voordelen. ASML is geen concurrent van Intel of AMD. Het is een leverancier. Een partner. Een bedrijf dat de machines bouwt waarmee iedereen chips kan maken.

En ASML heeft iets wat niemand anders heeft: de nauwe band met ZEISS. De Duitse optiekmaker is de enige ter wereld die de spiegels kan vervaardigen die ee-uu-vee licht reflecteren met voldoende precisie. Zonder die spiegels werkt niets. En ZEISS kiest voor ASML.

De weg van negentienzevenennegentig naar een werkende ee-uu-vee machine is bezaaid met obstakels.

Het genereren van voldoende ee-uu-vee licht blijkt een nachtmerrie. De eerste prototypes produceren een fractie van de benodigde energie. Ingenieurs experimenteren met plasma's, met tin, met systemen zo complex dat elke component een wonder van precisietechniek is.

In tweeduizendeen neemt ASML een cruciaal besluit: volledige focus op ee-uu-vee. De alternatieven worden afgeschreven. Dit is de toekomst, of het bedrijf heeft geen toekomst.

De eerste prototype ee-uu-vee systemen worden in tweeduizendentien geleverd aan testklanten. Maar massaproductie blijft jaren uit. Problemen stapelen zich op. De lichtbron is niet krachtig genoeg. De maskers vertonen defecten. De kosten lopen in de miljarden. De ontwikkeling vergt investeringen die ver boven de capaciteit van één enkel bedrijf liggen. Grote chipfabrikanten zoals Intel, TSMC en Samsung investeren mee in ASML's ee-uu-vee programma. Het succes van ee-uu-vee wordt het resultaat van een wereldwijde samenwerking.

Pas in tweeduizendnegentien, tweeëntwintig jaar na die vergadering in Veldhoven, draait ee-uu-vee in massaproductie.

En ASML is de enige ter wereld die ze maakt.

Vandaag is ASML een van de meest waardevolle bedrijven van Europa. Elke geavanceerde chip ter wereld, van de processor in je telefoon tot de servers van kunstmatige intelligentie, wordt gemaakt met machines uit Veldhoven.

Het monopolie is geen toeval. Het is het resultaat van een beslissing die negenentwintig jaar geleden werd genomen. In een vergaderruimte, door mensen die niet konden weten waar ze aan begonnen.

Ik heb nooit het idee gehad dat we het onmogelijke aan het doen waren, zei Benschop later. Het werk van ee-uu-vee LLC overtuigde me dat de fysica geen fundamentele obstakels bevatte. En dat is sindsdien niet veranderd.

Maar hij gaf ook toe: het was veel moeilijker dan gedacht. Veel langer. Veel duurder.

Vijftien minuten. Dat was alles wat het kostte om te besluiten dat een onzichtbaar licht de toekomst was.

Even tussendoor. Vind je dit een interessante podcast? Abonneer je dan via Spotify, Apple Podcasts of waar je ook luistert. En heb je een vraag, opmerking of suggestie voor een aflevering? Mail ons: 15minuten@doorzetters.net.

Wat als ASML in negentienzevenennegentig een andere keuze had gemaakt?

De alternatieven waren reëel. Andere bedrijven kozen voor andere wegen. Ze investeerden in verfijningen van bestaande technologie, in trucs om nog een paar jaar uit dee-uu-vee te persen.

Het werkte. Een tijdje. Maar toen de grenzen van die benadering zichtbaar werden, hadden ze geen plan B. Geen decennia aan ee-uu-vee expertise. Geen relatie met ZEISS. Geen toegang tot de Amerikaanse onderzoeksnetwerken.

De gevolgen van die verschillende keuzes zouden pas decennia later volledig zichtbaar worden.

Een beslissing in negentienzevenennegentig echoot negenentwintig jaar later door elke chipfabriek ter wereld.

In Veldhoven staat vandaag een campus zo groot als een kleine stad. Duizenden ingenieurs werken aan machines die steeds kleinere structuren tekenen met steeds korter licht. De volgende generatie, High-NA ee-uu-vee, staat al in de startblokken.

Maar het begon allemaal met een vergadering. Met een natuurkundige van zevenendertig die geloofde in de wetten van de fysica. Met een bedrijf dat koos voor het onbekende.

Die ochtend in september was de lucht bewolkt boven De Run. Vrachtwagens denderden over de snelweg. Niemand keek op.

En ergens in een kantoor besloot een handvol mensen dat het onzichtbare licht de moeite waard was.

Dit was Het Beslissende Kwartier, vijftien minuten die alles veranderden. Mijn naam is Julius van Rossum. Er is altijd een volgend beslissend kwartier.