Reportage

De kringloopwinkel van chipmachinefabrikant ASML draait op volle toeren

Technologie De elektrische auto stuwt de vraag naar ‘volwassen’ halfgeleidertechnologie. Vooral stokoude ASML-machines zijn in trek.

Medewerkers van de ASML-fabriek in Linkou (Taiwan) reviseren een bijna dertig jaar oude chipmachine. Tweedehands lithografiemachines zijn niet aan te slepen, dankzij de energietransitie.
Medewerkers van de ASML-fabriek in Linkou (Taiwan) reviseren een bijna dertig jaar oude chipmachine. Tweedehands lithografiemachines zijn niet aan te slepen, dankzij de energietransitie. Foto: ASML

Begin jaren negentig: het was de tijd dat het eerste sms’je werd verzonden en Windows 3.1 het daglicht zag. ASML, de Veldhovense chipmachinefabrikant, was toen nog lang geen marktleider.

In dat decennium leverde ASML de eerste versies van de PAS 5500, een chipmachine die in vergelijking met de huidige technische maatstaven sterk verouderd is. Maar dertig jaar later is dit apparaat nog lang niet rijp voor het museum of de schroothoop: de PAS-machines produceren nog aan de lopende band chips. Sterker nog: ze zijn momenteel niet aan te slepen.

In Linkou, ASML’s vestiging ten westen van de Taiwanese hoofdstad Taipei, reviseren technici onder meer oude PAS-systemen. Op de gang klinkt Taiwanese popmuziek, en in de krappe cleanroomcabine is het passen en meten. Zes ASML-medewerkers in stofvrije overalls kruipen in en om een opengeschroefde lithografiemachine - hun gereedschapskisten vullen de rest van de ruimte.

De lithografiemachines komen nu zeer goed van pas om het tekort aan gangbare chips, dat voelbaar is in veel sectoren, te ledigen. Halfgeleiders voor elektrische auto’s en sensoren in allerlei producten – het internet of things – worden niet gemaakt met de nieuwste, meest geavanceerde chipmachines. De oudere apparatuur volstaat hiervoor, of is zelfs beter geschikt.

‘Oud’ is dan ook geen goede term, vinden de experts. Mature noemen ze het liever in de chipindustrie: volwassen technologie. Dalen Wu, fabrieksmanager van ASML Linkou: „We reviseren dit jaar 50 procent meer volwassen systemen dan vorig jaar. De opgeknapte machines gaan naar chipfabrieken in Azië en de VS. Ooit was het de bedoeling om deze tak af te schalen, maar de behoefte blijkt te groot: 90 procent van die eerste systemen is nog altijd in gebruik.”

ASML staat momenteel in het middelpunt van de technologieoorlog tussen de VS en China, omdat het Nederlandse bedrijf het meest geavanceerde gereedschap voor chipfabricage levert. Daarmee kun je razendsnelle smartphonechips en supercomputers produceren. De Amerikaanse overheid voert de druk op Nederland op om te voorkomen dat ASML straks geavanceerde technologie naar China exporteert. Maar de lithografiemachines uit de jaren negentig staan niet ter discussie.

Slechts de helft van alle wafers die de chipindustrie produceert, wordt belicht met oudere lithografie, zo vertelde ASML-topman Peter Wennink deze maand bij de jaarlijkse investeerdersdag in Veldhoven.

Lithografiemachines zijn, in een notendop, complexe kopieermachines die patronen van chips op een silicium schijf met lichtgevoelig materiaal - de wafer - projecteren. Hoe fijnmaziger dat licht, hoe meer rekenkracht er op het kleine chipoppervlak te persen valt.

De oudere generatie lithografiemachines gebruikt licht met een grotere golflengte dan de huidige standaard. Het is alsof je een tekening moet maken met een grote verfkwast, in plaats van met een fineliner. Dat werkt prima - en is betaalbaarder - voor de productie van chips waarbij fijnmazigheid niet de doorslaggevende factor is. En zelfs al zijn de gebruikte wafers kleiner dan in de modernste lithografiemachines, de doorvoersnelheid is zo hoog dat de chipproductie lonend is.

Tekort aan ‘volwassen’ chips

Hoewel de chiptekorten die tijdens de pandemie ontstonden inmiddels gedeeltelijk opgelost zijn, hebben de autobranche en de industriële sector een gebrek aan ‘volwassen’ chips. Dat zijn halfgeleiders die met een nauwkeurigheid van 28 nanometer of groter geproduceerd worden (een nanometer is een miljoenste millimeter).

Ter vergelijking: in Hsinchu, een stad gelegen op een uurtje autorijden van Linkou, bouwt de Taiwanese chipfabrikant TSMC een fabriekshal vol met de allernieuwste lithografiemachines van ASML, die wafers met een fijnmazigheid van 2 nanometer kunnen belichten. Deze machines zijn de fineliners van de chipindustrie.

Een video van de ASML-topman Wennink draait non-stop in de hal van de fabriek in Linkou. Het geluid staat uit. Maar mochten bezoekers niet doorhebben dat hier een Nederlands firma gevestigd is op het Taiwanese bedrijventerrein, dan herinnert een paar volwassen klompen op de balie van de receptie hen daaraan.

De fabriek in Linkou dateert uit 2007 en de cleanrooms barsten uit hun voegen, vertelt Dalen Wu. ASML komt ruimte tekort; behalve oude lithografiemachines repareren ze hier ook onderdelen van nieuwere systemen. Vorige week maakte het Veldhovense bedrijf bekend dat het een extra fabriek in de buurt gaat bouwen, in New Taipei City.

‘Kringloopwinkel’ Eindhoven

Ook in Nederland heeft ASML een fabriek ingericht voor de oudere systemen. Niet op de ASML-campus in Veldhoven, maar in een apart gebouw, vlakbij vliegveld Eindhoven. „De kringloopwinkel”, zo noemt Erwin de Jong, verantwoordelijk voor ASML’s Mature Products en Services, zijn afdeling.

„We vormen maar een klein onderdeel van heel ASML (500 miljoen euro op een jaaromzet van 20 miljard) maar we zijn in vier jaar tijd wel verdubbeld in omzet,” zegt De Jong.

Er draaien wereldwijd nog bijna 1.900 PAS-systemen. Die worden intensief gebruikt, stelt De Jong. Meer dan 95 procent van de tijd staan ze chips te stampen: 24 uur per dag, zeven dagen in de week.

Mechatronisch lijken de systemen onverslijtbaar. Dat is een indirect compliment aan de ASML-ontwerpers uit de jaren negentig. En aan het oorspronkelijke moederbedrijf. Want de modelnaam PAS staat voor Philips Automated Stepper, een verwijzing naar ASML’s oorsprong als joint venture van Philips en ASM International.

ASML is de dominante speler in geavanceerde technologie, maar bij de oudere machines uit de PAS-generatie is er veel meer concurrentie van lithografiefabrikanten als Nikon en Canon. Ook die Japanse bedrijven stoffen oudere technologie af om nieuwe markten te ontginnen.

Omdat er vrijwel geen tweedehands systemen in omloop zijn en chipfabrikanten zelden afstand doen van hun bestaande machinepark , is ASML nu begonnen met de productie van nieuwe PAS-machines. Het gaat om een bescheiden aantal apparaten, dat De Jong met het oog op de concurrentie liever niet wil delen. „Het zijn er inmiddels wel meer dan twintig per jaar.”

De prijs is een veelvoud van het bedrag waarvoor de PAS-machines in de jaren negentig in de folder stonden - destijds meer dan een miljoen euro. De systemen krijgen nieuwere elektronica en sommige onderdelen zijn opnieuw ontworpen, omdat ze na dertig jaar niet meer leverbaar bleken.

Wafers als Pringles chips

De oudere lithografietechnieken hebben eigenschappen die goed van pas komen bij de productie van halfgeleiders van siliciumcarbide (SiC), de chips die stroom van de batterij naar de elektrische motor sturen en andersom. „De wafers voor die chips zijn dikker en krijgen last van vervormingen - ze krijgen een vorm die wat lijkt op Pringles chips. De PAS-lithografiemachines kunnen daar goed mee overweg”, zegt De Jong.

De energietransitie in de transportsector en de industrie stuwt de vraag naar siliciumcarbide chips. Het Amerikaanse bedrijf Wolfspeed is daarin een grote speler, maar ook Europese bedrijven als Infineon, ST Microelectronics en het Nederlandse NXP maken chips met siliciumcarbide. Ook Foxconn, de elektronicareus uit Taiwan, wil SiC-chips gaan produceren voor de automarkt.

Maar er zijn meer toepassingen voor ASML’s kringloopwinkel. Ook voor het geavanceerd verpakken van chips - een manier om meer rekenkracht op een klein oppervlakte te bundelen - is ‘volwassen’ lithografie een uitkomst. De PAS 5500 bouwt ook nog mee aan het metaverse, een online 3D-wereld voor virtualrealitybrillen. De Jong: „De optische elementen in de nieuwste generatie VR-brillen worden gemaakt met onze PAS-machines.”

PAS forever

De vraag naar opgeknapte exemplaren stelt de Nederlandse chipmachinefabrikant wel voor een luxeprobleem. Er is nu al te weinig capaciteit om de opdrachten voor moderne lithografiemachines te leveren. Daardoor moeten ook de allergrootste ASML-klanten - chipbedrijven als TSMC, Intel en Samsung - lang wachten op hun bestellingen.

De Jong zou voor de klantenkring die oudere technologie nodig heeft, graag nog meer verschillende modellen van de PAS 5500 nieuw produceren. ASML is echter bang zijn toeleveranciers te overvragen en daarmee de productie van (veel duurdere) moderne systemen in de weg te zitten. „Een kwestie van prioriteit stellen”, zegt De Jong.

Maar op de langere termijn ziet het er goed uit voor de kringloopwinkel van de PAS 5500, denkt hij: „Onze strategie heette eerst ‘PAS 2030’. We hebben het nu omgedoopt naar PAS forever.”