Voormalig TSMC-topman doet boekje open over powerplay Intel

Niet hoge kosten of de moeizame ontwikkeling van euv-lithografie heeft het 450-millimeterproject de kop gekost, maar concurrentieoverwegingen.

Paul van Gerven
23 augustus

Een voormalig TSMC-topman heeft onthuld waarom zijn bedrijf de ontwikkeling van chipfabricageprocessen op 450 millimeter wafers heeft laten struikelen. In een interview met het Computer History Museum vertelt voormalig coo Chiang Shang-Yi dat hij ceo en oprichter Morris Chang in 2013 adviseerde af te zien van de grotere plakken. Tot dan toe was Chang een warm voorstander, maar na rijp beraad ging hij mee in het verhaal van zijn rechterhand. Daarmee werd een belangrijke steunpilaar onder het project vandaan getrokken.

Chiangs ontboezemingen geven meer kleur aan ASML’s beslissing om de ontwikkeling van 450-millimeterscanners stil te leggen. Naar nu blijkt, volgde die op een bijeenkomst tijdens Semicon West in de zomer van 2013, waarin Chiang ASML, Intel en Samsung liet weten dat TSMC’s prioriteit bij de ontwikkeling van geavanceerde halfgeleidertechnologie lag, niet bij 450 millimeter.

Vlak daarvoor had Bill Holt, Intels r&d- en fabricagebaas, voor de zoveelste keer gepassioneerd gesproken over 450 millimeter – Intel was vanaf het begin trekker van de transitie. Holt begreep de hint. ‘Hij was erg van streek en liep weg. De volgende dag kondigde Intel aan dat diens prioriteit bij ontwikkeling van geavanceerde technologie lag. Dat was het einde van 450 millimeter. Niemand heeft het er nog over gehad daarna’, vertelt Chiang in het interview, waarvan ook een transcript is gepubliceerd.

Dreiging voor TSMC

Chiang vreesde dat TSMC door de transitie vermorzeld zou worden door Intel en Samsung. Dat zou in wezen een omkering zijn van wat er was gebeurd tijdens de overgang van 200 naar 300 millimeter wafers meer dan een decennium eerder. Die stelde de Taiwanese foundry destijds in staat kleinere concurrenten als UMC en SMIC definitief achter zich te laten. Dat zou TSMC, destijds nog een slag kleiner dan Samsung en Intel, ook zomaar kunnen gebeuren bij een nieuwe stap in wafergrootte.

‘Mensen zeggen dat het bij grotere wafers om productiviteit gaat. Dat is niet helemaal waar. Het is meer een tactische zet van de grotere spelers om de kleinere op achterstand te zetten. De machinebouwers gaan hun nieuwe apparatuur alleen voor 450 millimeters maken. De kleinere spelers die 450 millimeter niet nodig hebben voor hun volumes krijgen dus geen toegang meer tot de meest geavanceerde machinerie en stappen uit de race. Dat is de belangrijkste reden om naar grotere wafers te willen’, aldus Chiang.

‘In het verleden waren onze concurrenten UMC, SMIC en anderen een stuk kleiner dan wij waren. Door over te schakelen op 300 millimeter liepen we op hen uit. Maar inmiddels hadden we nog maar twee concurrenten, Intel en Samsung. Beiden waren groter dan wij, dus de stap naar 450 millimeter zou ons helemaal niet helpen. Integendeel’, vervolgt Chiang.

Deze ingenieur van Molecular Imprints toont een gepatroneerde 450 millimeter wafer. De Amerikaanse ontwikkelaar van nano-imprintlithografiemachines zag 450 millimeter als een kans om een plaatsje in het halfgeleiderecosysteem te veroveren. Foto: Molecular Imprints

Geen winst

Het was al bekend dat halfgeleidermachinebouwers, inclusief ASML, bepaald niet stonden te springen om 450-millimetersystemen te ontwikkelen. Zij hadden volgens schattingen van VLSI Research 12 miljard dollar aan ontwikkelkosten opgehoest bij de transitie van 200 naar 300 millimeter wafers maar klaagden dat ze bar weinig rendement op hun investering hadden teruggezien. Dat zou hen niet nog een keer gebeuren, zeker niet gezien het feit dat de volgende transitie een veelvoud zou gaan kosten – er gingen schattingen rond van 100 miljard dollar.

‘Ik heb het nooit zien zitten, daar heb ik geen geheim van gemaakt. Ook niet tegen klanten. Niemand heeft me er ooit van kunnen overtuigen dat het kostenbesparingen oplevert’, vertelde cto Martin van den Brink van ASML begin 2014 aan Bits&Chips.

Bij ASML speelde ook mee dat er in de lithografie met grotere wafers geen winst te behalen valt. Een scanner werkt een plak immers vakje voor vakje af, waardoor het langer duurt om een groter oppervlak te patroneren. Om een 300 en een 450 millimeter wafer even snel te verwerken, moet de verwerkingssnelheid per oppervlakte-eenheid dus omhoog, terwijl die in principe juist daalt omdat er grotere en zwaardere wafers moeten worden verwerkt. Als ASML een inspanning zou leveren om de verwerkingssnelheid gelijk te houden, wat zou dat dan opleveren? Klanten zouden minder machines nodig hebben, maar zouden ze dan ook evenredig meer willen betalen voor de 450-millimetersystemen?

Iedereen nodig voor euv

De belangrijkste reden is echter dat ASML destijds iedereen nodig had voor de ontwikkeling van euv-scanners, die veel trager verliep dan gepland. Na een betrekkelijk voorspoedig ontwikkeltraject van alfatools, begon het Veldhovense bedrijf zich tegen het einde van de jaren nul – toen chipmakers zich serieus begonnen te roeren over 450 millimeter – te realiseren dat het de industrialisatie van de technologie enorm had onderschat. Eigenlijk waren alle handen daarvoor nodig.

Niet voor niets ging ASML – een van de hoofdrolspelers – pas door de bocht toen klanten wilden mee-investeren. In juli 2012 nam Intel een 2,5 miljard euro kostend belang van 15 procent in de machinebouwer en legde het daarnaast 830 miljoen euro r&d-geld op tafel, waarvan ruim 550 miljoen voor de ontwikkeling van 450-millimeterapparatuur. Kort daarop volgden TSMC (vijf procent belang en 276 miljoen euro) en Samsung (3 procent en 276 miljoen euro).

Niet zomaar nee

In 2008 hadden de grote drie al aangekondigd te gaan samenwerken om 450 millimeter van de grond te krijgen. In 2011 startten zij vervolgens, met IBM en Globalfoundries, het Global 450 Consortium (G450C) om het 450-millimeter-ecosysteem van de grond te krijgen. Nota bene leverde Nikon, dat Intel als grootste klant had, daaraan nota bene de enige optische 450-millimeterscanner die ooit is gemaakt. Rond 2011-2012 kwamen ook de eerste plannen voor 450-millimeterfabs naar buiten.

‘Als marktleider kun je niet zomaar nee zeggen tegen je grootste klanten. Je kunt er een mening over hebben, je kunt ze uitdagen om je te overtuigen, maar uiteindelijk moet je ze tegemoetkomen’, zei Van den Brink over de frisse tegenzin waarmee ASML aan 450 millimeter begon toen het geld van Intel, TSMC en Samsung op de rekening stond.

G450C ten grave gedragen

Op de International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) begin 2013 vertelde de ASML-cto vervolgens dat zijn bedrijf zich had gecommitteerd aan dezelfde verwerkingssnelheid per waferoppervlakte-eenheid. Op lithografiegebied zouden zijn klanten dus niks winnen, maar die beweerden dat zij dat in de rest van het productieproces – waar de verwerkingssnelheid van de meeste stappen bijna onafhankelijk is van het waferoppervlak – zouden goedmaken.

Van den Brink zei nog iets interessants op die ISSCC. Waar na een paar jaar gesteggel algemeen werd aangenomen dat de kogel door de kerk was na de oprichting van G450C en de investeringen van Intel, Samsung en TSMC in ASML, stelde hij zuinigjes dat er nog maar weinig animo voor 450 millimeter leek te bestaan in de industrie.

Nog geen maand later liep Chiang het kantoor van Chang binnen om hem de overstap naar het grotere waferformaat uit het hoofd te praten. Chang zag dat zijn coo gelijk had, belegde diverse bijeenkomsten binnen het bedrijf en legde zijn oor te luisteren bij de andere grote chipmachinefabrikanten Applied Materials, KLA-Tencor en Lam Research, die er inderdaad geen trek in bleken te hebben. Toen was het nog slechts een kwestie van een goede smoes bedenken, want je tegen een technologie keren die je eerst hebt aangeprezen staat niet zo fraai.

‘Het is niet van tafel, maar ik verwacht dat het op zijn minst twee jaar doorschuift’, zei Van den Brink in 2014, eraan toevoegend dat hij ook niet uitsloot ‘dat het er nooit meer van komt.’ G450C werd in 2017 in stilte ten grave gedragen.

Tegenwoordig is TSMC 465 miljard dollar waard, Intel 150 miljard.

Hoofdfoto: TSMC