Paul van Gerven
28 December 2012

Dat Cymer niet over de slagkracht bleek te bezitten om een EUV-bron te ontwikkelen, bracht ASML in een lastig parket: ’Voor dit uitzonderlijke stuk technologie werkte ons traditionele bedrijfsmodel niet.‘ Het hoe en waarom van de overname van Cymer.

’Nonsens‘, noemde ASML-CFO Peter Wennink het gerucht nog in mei 2011, nadat een analist had gezegd dat Cymer een doelwit voor overname was en dat ASML boven aan zijn lijstje van potentiële kopers stond. ’Dit is niet iets wat we overwegen. We zijn tevreden met de huidige situatie‘, verzekerde Wennink persbureau Bloomberg.

Maar zo tevreden was ASML helemaal niet, vertelde Wenninks collega Martin van den Brink een maandje later aan BitsChips. ’De executie van Cymer valt zwaar tegen‘, zei de technisch topman onomwonden in een interview dat conform de afspraak met ASML pas enkele maanden later is gepubliceerd (zie BitsChips 11, 2011).

Na in de kinderjaren van EUV-lithografie met XTreme Technologies te hebben gewerkt, was Van den Brink in 2007 tot de conclusie gekomen dat Cymer de beste papieren had om de EUV-bron te ontwikkelen en te vermarkten. Twee jaar later bleken de Amerikanen echter niet in staat tijdig voldoende krachtige bronnen voor ASML‘s eerste preproductiemachines te leveren. Van den Brink moest alsnog enkele exemplaren bij XTreme Technologies bestellen, dat ondanks de keuze voor Cymer in zichzelf was blijven geloven en door was gegaan met ontwikkeling.

Ook daarna bleef Cymer deadlines missen. Ten tijde van het bewuste interview stond een bron van honderd watt voor eind 2011 op de roadmap, maar Van den Brink vond toen al ’ergens tussen dertig en veertig watt‘ een realistischere doelstelling. Zelfs die dertig watt heeft Cymer pas recentelijk gedemonstreerd, en dan nog niet eens onder specificaties die een productieomgeving verlangt.

De mijlpalen kunnen echter niet tot in lengte van jaren worden doorgeschoven: de chipindustrie staat werkelijk te springen om EUV-lithografie. De nood is het hoogst bij DRam-fabrikanten, die weliswaar niet de allerkleinste structuren van de industrie vervaardigen, maar vanwege de relatieve complexiteit daarvan toch geen alternatief hebben in multipatterning-technieken. Nand-flashmakers hebben dat voordeel wel.

EUV_results
Het gaat zo vaak over de bron dat je de EUV-scanner zelf bijna zou vergeten. Als enige ter wereld kan ASML‘s NXE:3100 structuren op 16 nanometer half-pitch in één stap afbeelden. Ook de overlay (uitlijning tussen twee opeenvolgende belichtingen) is met minder dan twee nanometer indrukwekkend.

Logicmakers hebben hetzelfde probleem als hun DRam-collega‘s, maar lopen qua dimensies weer achter op geheugenchips. Omdat zij niet op EUV kunnen rekenen, hebben zij echter al maatregelen genomen door een kleinere krimpslag (minder oppervlaktewinst) te maken naar het 14-nanometerknooppunt en door ’multipatterning-vriendelijke‘ patronen in het ontwerp te incorporeren.

Kortom: alle speelruimte voor EUV-introductie is versnoept. Wil de halfgeleiderindustrie geen onherroepelijke vertraging oplopen, dan moet er in dik een jaar een productiewaardige bron gereed zijn – want de bron blijft toch een van de grootste obstakels van EUV-lithografie. Die enorme last drukt op de schouders van ASML. De halfgeleiderindustrie kijkt nu eenmaal naar Veldhoven, de facto drager van het EUV-project, zelfs al moet de bron uit San Diego komen.

ASML belooft nu de honderd watt die oorspronkelijk eind vorig jaar klaar zou zijn eind volgend jaar te leveren. Dat vermogen zou goed zijn om ongeveer zeventig wafers per uur te verwerken, en dat is zo ongeveer de minimumdoorvoer die nodig is om de aanschaf van een EUV-scanner à honderd miljoen euro te billijken. De bron bepaalt in zekere zin de doorvoer, omdat hij in hoge mate de belichtingstijd per wafer bepaalt: hoe krachtiger de lichtbron, hoe korter de belichtingstijd. Maar ook de lichtgevoeligheid van de fotolak en de efficiëntie van het optische systeem in de scanner zelf spelen daarin een belangrijke rol.

ASML laat zich overigens niet afrekenen op de doorvoer, maar alleen op het vermogen (en natuurlijk de beeldkwaliteit). Voor chipmakers is dat in zoverre een probleem, omdat de aannames op basis waarvan die zeventig wafers per uur zijn uitgerekend nogal aan de optimistische kant blijken. Met name de dosis licht die de fotolak nodig heeft, blijkt te zijn onderschat. Dat betekent dat ofwel de doorvoer moet worden verlaagd, ofwel de efficiëntie van het optische systeem in de scanner moet worden verbeterd, ofwel het vermogen van de bron moet worden verhoogd.

28nm 20nm 14nm 10nm
Gate 110 82 58 40
Metal 1 90 64 44 30
Finfet 0 0 42 30

Tabel met de pitch (in nanometers) die volgens Imec nodig is om de komende generaties logicchips te maken. Alleen voor 10 nm haalt EUV de vereisten nog net niet.

Boterbriefje

Toen het vorig jaar begon te dagen dat Cymer de slagkracht miste om de klus in zijn eentje te klaren, is ASML gaan bijspringen. In San Diego en Veldhoven gingen er honderden ASML-engineers aan de bron werken, hun taken verdeeld over meer dan twintig werkpakketten.

Voor een bedrijf dat groot is geworden op een outsourcingsstrategie is dat een opmerkelijke stap. Werken met een uitbestedingsmodel is niet noodzakelijkerwijs het goedkoopst, maar grotere flexibiliteit en risicospreiding en hogere ontwikkelsnelheid hebben nu eenmaal een prijskaartje. Normaal gesproken krijgt een toeleverancier zijn congé als hij niet voldoet, maar in het geval van de EUV-bron vond ASML dat dit geen optie was. Op de vraag waarom XTreme niet als serieus alternatief kon dienen, geeft ASML-woordvoerder Lucas van Grinsven geen direct antwoord. Hij wijst er slechts op dat Cymer een groot bedrijf is, met veel ervaring in de halfgeleiderindustrie.

ASML zat met de inadequaat presterende, maar onvervangbare partner in een lastig parket. Niet alleen was het de gebruikelijke voordelen van outsourcing kwijt, het moest nota bene geld pompen in zijn leverancier. Bovendien werkte het bepaald niet prettig, zegt Van Grinsven, doelend op de decentrale teams met tijdverschil en de problematiek rondom IP-bescherming. Tijdens een conferencecall voor analisten gaf ASML-CEO Eric Meurice aan dat alles soepeler loopt als engineers bij elkaar ’in één aquarium‘ kunnen werken.

’Voor dit uitzonderlijke stuk technologie werkt ons traditionele bedrijfsmodel niet‘, zegt Van Grinsven. Meurice noemde het negative synergy: door al het gedoe en dingen dubbel moeten doen werd de bronontwikkeling alleen maar duurder, trager en risicovoller. Stroomafwaarts geldt iets vergelijkbaars: de overlappende toeleverketens van ASML en Cymer bieden ruimte voor stroomlijning en de integratie van scanner en bron zou kunnen vereenvoudigd. Er was dus een boel synergie te winnen als ASML Cymer zou inlijven.

Strategisch was er ook veel voor te zeggen om samen door te gaan. Cymer heeft een aantrekkelijke business uit vooral deep-UV-bronnen, maar voor ASML is een omzet van zeshonderd miljoen euro normaal gesproken wat aan de lage kant om de mededingingsautoriteiten te trotseren. Bij EUV-lithografie is het aandeel van de bron in de totale prijs van het lithosysteem echter aanzienlijk hoger. Daarmee wordt het voor de Veldhovenaren aantrekkelijker om ook van dat deel van de taart te gaan snoepen.

Ook al houdt ASML eigenlijk te veel van de vrijheid van het vrijgezellenbestaan, het werd gewoon te kostbaar. Op 17 oktober werd dan ook het verstandshuwelijk aangekondigd, met een bruidsschat van 1,95 miljard euro. ASML heeft er alle vertrouwen in dat de autoriteiten halverwege volgend jaar het boterbriefje afgeven.