Hier maken ze de toekomst

Technologie

In het Zuid-Duitse dorpje Oberkochen legt lenzenmaker Zeiss de basis voor computerchips die de wereld na 2020 zal gebruiken. Zeiss kreeg onlangs een miljardeninvestering van de Nederlandse chipmachinefabrikant ASML. Het is de bezegeling van een hightech-relatie die al twintig jaar standhoudt.

Karl Lamprecht, de nieuwe directeur van Zeiss SMT: „ Wat is er nou prettiger dan te werken op een plek waar je normaal gesproken op vakantie zou gaan?” Foto Marc Hijink

Als het boemeltje van Aalen naar Ulm ’s avonds stopt op station Oberkochen voelt het even als vakantie. De vakwerkhuizen,  de frisse berglucht: je waant je in een Duits kuuroord waar de tijd aangenaam stil lijkt te staan.

Niet dus. ‘Wir machen Zukunft’, schrijft burgemeester Peter Traub in een folder. Zijn dorpje biedt onderdak aan Zeiss. Dat bedrijf, bekend van de microscopen, brillen en cameralenzen, is leverancier van geavanceerde optische apparatuur aan ziekenhuizen en universiteiten. Sony haalt er zijn lenzen en Apple zou bij Zeiss in het geheim aan een slimme bril à la Google Glass werken.

Elke ochtend wordt Oberkochen – 8.000 inwoners – overspoeld door forenzen die naar een parkeerplaats zoeken; Zeiss heeft wereldwijd 24.000 mensen in dienst, van wie er 7.000 in dit Zuid-Duitse dorpje werken.

Er staan nogal wat Nederlandse auto’s geparkeerd. Want Zeiss is de voornaamste  partner van ASML; het hightechbedrijf in Veldhoven betaalde eind 2016 een miljard euro voor een aandeel van 24,9 procent in Zeiss SMT, de divisie die optische systemen voor lithografiemachines maakt.

ASML maakt de komende jaren nog eens 760 miljoen over naar Duitsland. Dat bedrag moet Zeiss ondersteunen in  de ontwikkeling van nieuwe technologie: zonder de complexe spiegelset van Zeiss kan ASML geen machines bouwen die nóg fijnmaziger patronen van een chip kunnen produceren.   

Bedrijven als Samsung, TSMC en Intel zullen, zo is de verwachting, die nieuwe ASML-machines gebruiken om er de processors en geheugenchips mee te maken die vanaf na 2020  in onze computers, telefoons en andere elektronica zitten. De burgemeester heeft dus gelijk: in Oberkochen bouwen ze  echt aan de toekomst.

Een optisch systeem voor een lithografiemachine is opgebouwd uit verschillende lenzen (EUV gebruikt spiegels).

Atomen afschieten

„Er is maar één fabriek ter wereld die kan maken wat ASML nodig heeft”, zegt de 63-jarige Herman Gerlinger. Hij is scheidend directeur van Zeiss SMT. Deze maand gaat hij met pensioen en geeft hij de leiding over aan zijn opvolger, de Oostenrijker Karl Lamprecht.

Wat is er dan zo bijzonder aan de spiegels die Zeiss SMT bouwt? Lamprecht en Gerlinger, beide natuurkundigen, lopen naar het whiteboard voor een spoedcursus lithografie, een proces dat je kunt vergelijken met het herhaaldelijk afdrukken van een detailrijke foto op een zeer  klein oppervlak. Laag voor laag wordt zo de chip opgebouwd –  in een razendsnel tempo.

De eerste lithografiesystemen werkten in de jaren zestig nog met aangepaste objectieven van een fotocamera. In de jongste generatie machines zitten geen transparante lenzen maar spiegels. ASML’s EUV-machines gebruiken extreem ultraviolet licht (EUV) met een golflengte van 13,5 nanometer (een miljoenste millimeter). Dat licht, afkomstig uit een laser, moet in goede banen worden geleid door spiegels met verschillende deklagen.

Zeiss gebruikt materiaal dat vrijwel ongevoelig is voor temperatuurwisselingen – kennis die uit de voormalige ruimtevaartdivisie komt. Het spiegeloppervlakte wordt tot in het extreme gepolijst; de spiegel moet zo glad zijn dat Zeiss er uiteindelijk atoom voor atoom afschiet.

Herman Gerlinger: „Wat we hier maken grenst aan het technisch haalbare. De computer kan wel zeggen hoe je zo’n systeem ontwerpt, maar niet hoe je het bouwt. Daarvoor is meetapparatuur met dezelfde precisie nodig. Die moeten we eerst bouwen. Daarom zijn onze ontwikkelingskosten zo hoog. Het gaat om jarenlange voorbereiding en investeringen van miljarden euro’s.”

Eerst bouwen om te kunnen meten, om vervolgens te kunnen meten wat je wilt bouwen. Het doet denken aan Baron von Münchhausen die zich volgens de overlevering aan zijn eigen vlecht uit het moeras wist te trekken.

Elke technologische vooruitgang in de chipindustrie begint met de optische systemen. Zo begon Zeiss al in 1995 aan het onderzoek naar EUV, terwijl die machines nu pas verkocht worden. Mondjesmaat nog, want de benodigde productiecapaciteit van meer dan 200 wafers  (ronde platen met chips) per uur wordt nog niet gehaald.

Grote vertraging

Tot een jaar of acht geleden kon Zeiss SMT de onderzoekskosten financieren uit de verkoop van optische systemen van een eerdere generatie. Maar bij EUV kwam ASML in de problemen.

De lichtbron, die gebouwd werd door het Amerikaanse bedrijf Cymer, voldeed niet aan de verwachtingen. Daardoor liep de EUV-ontwikkeling ernstige vertraging op. Opeens klopte de economische logica van de samenwerking tussen ASML en Zeiss SMT ook niet meer. Gerlinger: „We hebben wel de producten ontwikkeld, maar verdienen er nog geen geld mee. Dus was er geen geld  om de volgende EUV-generatie te ontwikkelen.”

Dat had gevolgen voor de rest van de chipsector. ASML vroeg zijn belangrijkste klanten al in 2012 om een extra investering in de ontwikkelingskosten. Wilden chipfabrikanten de aanhoudende schaalverkleining van processors volhouden (de beroemde Wet van Moore), dan moesten ze ervoor zorgen dat de Nederlandse marktleider in lithografiemachines genoeg geld had voor onderzoek. En garanderen dat ze die EUV-systemen van tientallen miljoenen euro’s vervolgens ook zouden kopen.

Samsung, Intel en TSMC namen een belang van bij elkaar 3,85 miljard euro in ASML. Vervolgens kocht ASML in 2014 Cymer om een technologische doorbraak te forceren. In 2016 volgde de financiële injectie in Zeiss SMT.

Die hulp had niet twee of drie jaar langer op zich moeten laten wachten, zeggen ze bij Zeiss. Niet dat de samenwerking met ASML onder druk stond – daarvoor kennen ze elkaar veel te goed. Herman Gerlinger verwoordt het zo: „Alle prachtige technologie is zinloos als het economisch niks zinvols toevoegt.”

Hightech-huwelijk

Om de haverklap reizen Lamprecht en Gerlinger naar Veldhoven, omgekeerd reizen ASML-techneuten en leidinggevenden vaak naar Duitsland. De werkprocessen tussen Zeiss SMT en ASML zijn zo nauw met elkaar verweven dat het soms één bedrijf lijkt – niet twee.

Ze hebben al jarenlang een exclusieve relatie met elkaar: Zeiss levert niet aan concurrenten van ASML, ASML koopt geen optische systemen anders dan die van Zeiss. Dat is nodig omdat de grenzen tussen machine en optiek vervagen: bij Zeiss staan complete proefopstellingen van ASML-machines om de spiegels al zo goed mogelijk af te stellen.

„Onze teams werken als één team samen. Er is geen dag dat er geen Nederlandse auto staat in Oberkochen en geen Duitse auto in Veldhoven”, zegt Karl Lamprecht.

Dit hightech-huwelijk kwam niet vanzelf tot stand. Gerlinger: „ASML moet ons al zijn geheimen vertellen en wij moeten alle geheimen aan ASML vertellen. Die openheid kostte ons in het begin moeite. We waren een typisch Duits bedrijf dat veel belang hechtte aan hiërarchie en onze geheimen het liefst bewaarde. Zo van ‘zeg maar wat je wilt hebben, dan bouwen wij het’. Maar die closed shop-opstelling heeft geen zin als je zo intensief samenwerkt. Om tot vooruitgang te komen moet je open kaart spelen. Dat heeft ASML ons geleerd.”

Was het geen optie dat ASML heel Zeiss SMT over zou nemen? Onmogelijk, zeggen Gerlinger en Lamprecht. „De ontwikkeling van dit soort systemen brengt veel nieuwe kennis voort die we elders bij Zeiss willen inzetten.” Zulke spin-offs voeden de rest van het bedrijf.

De structuur van Zeiss maakt het wel mogelijk dat de divisies als zelfstandige dochtermaatschappijen opereren. Zou Zeiss international één groot conglomeraat zijn, dan was deze investering van ASML een stuk complexer geweest.  

Het geld van ASML wordt nu meteen gestoken in een nieuwe hal aan de voet van de Volkmarsberg. „Als ze dit gebied over een paar duizend jaar opgraven zullen ze zich afvragen waarvoor die dikke plak beton diende”, zegt Karl Lamprecht tijdens een rondleiding. Om trillingen van buiten tegen te gaan worden de nieuwe cleanrooms – stofvrije ruimtes - gebouwd op een metersdiepe laag beton. Elke afwijking, al is het maar een voorbijrijdende vrachtwagen, is een verstoring van metingen op atomair niveau. Het zou het peperdure onderzoek naar de volgende EUV-generatie in de war kunnen gooien.

De Zeiss SMT-top is regelmatig op bezoek bij ASML. Rechts scheidend directeur Hermann Gerlinger, links en zijn opvolger Karl Lamprecht

Sinds de Middeleeuwen

Was het niet handiger geweest om dichter in de buurt van Veldhoven te bouwen, en niet op 600 kilometer afstand, in een moeilijk bereikbaar dorpje?

 „Ik krijg vaak zulke vragen. Waarom we toch in Oberkochen zitten en niet in Stuttgart of München. Of in Azië waar de arbeidskrachten veel voordeliger zijn”, zegt Hermann Gerlinger. „Maar er is hier een kenniscentrum ontstaan waar we niet meer zonder kunnen.”

Oberkochen had, voordat Zeiss zich hier vestigde, al een lange  traditie van metaalbewerking en machinebouw. De gereedschapspecialist Leitz begon in 1896 in dit dorpje en al in de Middeleeuwen werd hier metaal bewerkt, afkomstig uit een ijzerertsmijn in het nabijgelegen Wasseralfingen.

Duitse regio’s als Beieren en Baden-Württemberg groeiden door de mijnbouw uit tot industriegebieden waar nog altijd de ‘oude waarden’ in stand gehouden worden. Zoals Gerlinger het uitdrukt: werknemers die lang bij één bedrijf willen werken en zich willen ‘focussen’.

Het draait om behoud van kennis. Vrijwel alle vaardigheden bij Zeiss SMT zijn terug te leiden tot andere divisies van het bedrijf, aldus Gerlinger. „We bouwden verder op het gebied van fotografie en microscopie. We hebben bijvoorbeeld de helft van de ontwikkelaars overgenomen van de ruimtevaarttak, toen die werd opgeheven. We dragen een erfenis met ons mee die we niet mogen vergeten.”

De eerste microscoop die Carl Zeiss in 1846 bouwde. (Zeiss museum)

Zeiss-geleerden gedeporteerd

Er is nog een erfenis die het lot van Zeiss bepaalde: de Tweede Wereldoorlog. Het is ruim honderdvijftig jaar geleden dat onderzoeker Carl Zeiss zijn eerste microscoop op de markt bracht en een werkplaats in Jena begon. Maar die stad viel na de oorlog onder de Russische invloedszone en zou bij Oost-Duitsland gaan horen. Omdat Zeiss veel producten had geleverd aan het Duitse leger waren de geallieerden zich bewust van het strategische belang van het bedrijf. In 1946 deporteerden de Amerikanen ruim 70 Zeiss-geleerden naar Heidenheim in de geallieerde invloedszone. Die gingen in het nabijgelegen Oberkochen aan de slag. Zowel de Amerikanen als de Russen hadden het voorzien op Zeiss’ patenten.

Door de scheiding tussen Oost- en West-Duitsland bestonden er lang twee Carl Zeiss-fabrieken. Pas in de jaren negentig werd het weer één bedrijf.

Het hoofdkantoor van Zeiss staat nog altijd in Oberkochen – zichtbaar vanuit elke hoek van het dorp.  Gerlinger: „Het is onze filosofie dat de leiding dicht op de productie moet zitten, niet in Frankfurt of in München. In de hightechsector is het nodig om te weten hoe de producten in elkaar zitten en met werknemers te praten. Dit is geen branche waarin je als leidinggevende alleen maar powerpoints vertoont.”

Van de 3.000 werknemers bij Zeiss SMT is ongeveer eenderde wetenschappelijk onderzoeker. Die specialistische kennis komt niet alleen uit de regio, er werken 49 verschillende nationaliteiten bij het bedrijf. Gerlinger: „Voor ons is de grootste uitdaging om mensen voor een gesprek hiernaartoe te halen. Als ze eenmaal die stap nemen, dan kiest 80 procent ervoor bij ons te werken. Omdat het werk zo interessant is heeft Zeiss een goede naam onder wetenschappers.”

Al is er weinig te beleven, het leven in Oberkochen is zo slecht nog niet, zegt Karl Lamprecht: „Het is veel goedkoper dan bijvoorbeeld München. Voor gezinnen is het perfect: de kinderen groeien op zonder de problemen van een grote stad. Wat is er nou prettiger dan te werken op een plek waar je normaal gesproken op vakantie zou gaan?”

Video: Met de trein van Aalen naar Ulm kom je door Oberkochen en langs de Zeiss fabrieken. Bij het laatste gedeelte, waar de grote bouwkraan staat, wordt straks het nieuwe EUV-onderzoek voor ASML uitgevoerd.