ASML, công ty có trụ sở tại Veldhoven, thị trấn nhỏ gần thành phố Eindhoven của Hà Lan, là doanh nghiệp duy nhất trên thế giới đủ sức xây dựng những cỗ máy tối tân của ngành quang khắc có vai trò sống còn với sản xuất chip bán dẫn.
Quang khắc là quá trình in sơ đồ mạch lên bề mặt cảm quang của tấm silicon bằng cách chiếu tia sáng về phía tấm nền silicon (wafer) qua một đĩa thủy tinh được vẽ sẵn sơ đồ mạch. Mạch càng nhỏ càng cần những đèn chiếu tia sáng có bước sóng ngắn hơn, trong đó tia siêu cực tím EUV là bước phát triển hiện đại nhất hiện nay.
ASML cho ra mắt máy quang khắc EUV đầu tiên được sản xuất hàng loạt vào năm 2017, sau hàng chục năm làm chủ công nghệ. Nhưng họ không dừng lại ở đó khi đang tiếp tục phát triển mẫu EUV mới sử dụng công nghệ khẩu độ số lớn (High NA), giúp các hãng bán dẫn chế tạo những loại chip với độ phức tạp chưa từng thấy.
Công nhân lắp ráp một máy quang khắc EUV. Ảnh: ASML
Phát triển dòng máy mới
Thế hệ máy EUV hiện tại có kích thước như xe buýt và giá 150 triệu USD. Mỗi chiếc có 100.000 bộ phận và tổng chiều dài dây cáp khoảng 2 km. Chỉ một vài công ty đủ sức mua máy EUV, như ba hãng sản xuất chip bán dẫn lớn nhất thế giới là TSMC, Samsung và Intel.
Trong khi đó, máy quang khắc khẩu độ số lớn High NA đang được ASML phát triển dự kiến còn có kích thước lớn, đắt đỏ và phức tạp hơn nhiều. Bù lại, nó tạo ra các chi tiết nhỏ hơn 1,7 lần và tăng mật độ linh kiện lên 2,9 lần so với dòng EUV hiện nay
"Nền tảng này ứng dụng những thiết kế quang học hoàn toàn mới và cần nhiều hệ thống có tốc độ cao hơn, giúp khách hàng giảm quá trình xử lý, giảm đáng kể tỷ lệ sản phẩm lỗi, thời gian hoạt động và chi phí vận hành", phát ngôn viên ASML cho hay.
Hoạt động bên trong máy quang khắc EUV. Video: ASML
Nguyên mẫu máy quang khắc High NA đầu tiên vẫn đang được xây dựng và dự kiến ra mắt năm 2023. Khách hàng của ASML có thể dùng máy để tự nghiên cứu phát triển từ năm 2024, trước khi chúng được sử dụng rộng rãi từ 2025.
Hồi tháng 7, Intel cho biết họ có thể là khách hàng đầu tiên mua máy High NA. "Máy quang khắc High NA là thay đổi công nghệ lớn tiếp theo trong lộ trình phát triển máy EUV. Chúng tôi sẽ nhận máy đầu tiên và đang thúc đẩy để đưa vào vận hành trong năm 2025", Phó chủ tịch Intel phụ trách bán hàng Maurits Tichelman nói.
Khẩu độ cao hơn sẽ mở rộng chùm tia EUV bên trong máy trước khi nó tiếp xúc với đế silicon. Chùm tia càng rộng, cường độ càng mạnh, tăng độ chính xác của mạch in và mật độ linh kiện trên đế silicon. Alan Priestley, nhà phân tích bán dẫn tại Gartner, cho biết máy mới của ASML sẽ cho phép các nhà sản xuất chip cho ra đời sản phẩm trên quy trình dưới 3 nm. Những loại chip hiện đại nhất thế giới hiện mới tiến đến ngưỡng 3 nm.
Mỗi máy High NA có giá ước tính 300 triệu USD, gấp đôi bản EUV hiện nay.
Sức hấp dẫn của High NA
Chip bán dẫn thường có 100-150 lớp mạch trên mỗi đế silicon. Chỉ những lớp mạch phức tạp nhất mới được chế tạo bằng máy EUV, trong khi các lớp đơn giản hơn được khắc trên máy DUV. Mỗi máy EUV cần nhiều năm sản xuất và sản lượng của ASML thường bị giới hạn. Năm ngoái, hãng chỉ bán 31 máy EUV, trong tổng số 100 máy đã được xuất xưởng.
"Máy High NA có thể in các mạch nhỏ hơn, tăng hiệu quả sản xuất và sức mạnh của chip bán dẫn. Các nhà sản xuất chip hiện phải áp dụng công nghệ in hai hoặc ba lớp để tạo ra chi tiết phức tạp. Quy trình này rất tốn thời gian. Trong khi đó, máy High NA có thể in những loại mạch đó chỉ với một lớp, rút ngắn thời gian sản xuất và xử lý", Syed Alam, chuyên gia về bán dẫn tại Accenture, nói.
Tuy nhiên, nhà sản xuất sẽ phải tìm phương án cân bằng giữa hiệu năng cao và chi phí đầu tư lớn cho máy High NA. "Mức độ phức tạp và giá đặt mua quá cao, trong đó hệ thống thấu kính đắt tiền với phí bảo dưỡng rất tốn kém, là một trong những rào cản của High NA", Alam nói thêm.
Điệp Anh (theo CNBC)