Máy quang khắc là thiết bị cốt lõi trong quy trình sản xuất chip bán dẫn hiện đại, quyết định kích thước, mật độ và hiệu năng của transistor trên wafer. Hiểu rõ máy quang khắc là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và vì sao nó được xem là trái tim của ngành bán dẫn sẽ giúp bạn nắm bắt bức tranh toàn cảnh về cuộc đua công nghệ chip trên thế giới.
Máy quang khắc là gì?
Máy quang khắc là hệ thống thiết bị sử dụng ánh sáng có bước sóng cực ngắn kết hợp với thấu kính quang học chính xác để “in” các hoa văn mạch điện siêu nhỏ lên bề mặt wafer silicon. Những hoa văn này sau đó được xử lý thành các lớp mạch tích hợp, hình thành nên cấu trúc của vi mạch trên chip bán dẫn.
Trong dây chuyền sản xuất chip, máy quang khắc là một trong những công đoạn phức tạp và tốn kém nhất. Nó làm nhiệm vụ chuyển hình ảnh mạch điện từ photomask xuống lớp photoresist phủ trên wafer. Mỗi lần quang khắc tương ứng với việc tạo ra một lớp mạch mới. Một con chip cao cấp có thể cần trải qua hàng chục lớp quang khắc khác nhau trước khi hoàn thiện.
Tùy theo thế hệ công nghệ và bước sóng ánh sáng sử dụng, máy quang khắc được phân chia thành nhiều dòng như máy quang khắc DUV (Deep Ultraviolet) hay máy quang khắc EUV (Extreme Ultraviolet). Các hệ thống đời mới có khả năng tạo ra các chi tiết nhỏ ở kích thước vài chục nanomet, thậm chí dưới 10 nm, đáp ứng yêu cầu chế tạo chip tiên tiến.
Vì sao máy quang khắc được xem là “trái tim” của ngành bán dẫn?
Máy quang khắc được ví như trái tim của ngành bán dẫn bởi vì nó quyết định trực tiếp đến giới hạn thu nhỏ của transistor, mật độ tích hợp, hiệu năng và mức tiêu thụ điện năng của chip. Nói cách khác, nếu không có bước tiến trong công nghệ quang khắc, định luật Moore sẽ sớm dừng lại.
Có một số lý do khiến máy quang khắc giữ vai trò trung tâm trong sản xuất chip:
- Quyết định kích thước tiến trình: Tiến trình 7 nm, 5 nm hay 3 nm mà các hãng thường quảng bá chính là kết quả của khả năng phân giải của máy quang khắc. Máy càng hiện đại thì có thể in được các chi tiết càng nhỏ và khoảng cách giữa các đường mạch càng sát nhau.
- Ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu năng và năng lượng: Transistor nhỏ hơn giúp tăng tốc độ xử lý, giảm điện áp hoạt động và tiết kiệm năng lượng hơn. Do đó, năng lực của máy quang khắc gián tiếp quyết định sức mạnh của CPU, GPU, SoC trong điện thoại, máy tính hay trung tâm dữ liệu.
- Chi phối chi phí đầu tư nhà máy: Một dây chuyền sản xuất chip hiện đại có tổng vốn đầu tư hàng chục tỷ USD, trong đó riêng các bộ máy quang khắc chiếm tỉ trọng rất lớn. Chỉ vài hệ thống EUV đã có giá trị hàng tỷ USD, ảnh hưởng tới chiến lược đầu tư của cả một tập đoàn.
- Là nút thắt công nghệ mang tính chiến lược: Số lượng nhà sản xuất được máy quang khắc tiên tiến cực kỳ hạn chế, kéo theo những ràng buộc về xuất khẩu và chính sách. Quốc gia hay doanh nghiệp nào sở hữu được những hệ thống này sẽ có lợi thế cạnh tranh lớn trong chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu.
Vì những lý do trên, những bước cải tiến trong máy quang khắc luôn được cả ngành công nghiệp theo dõi sát sao. Mỗi thế hệ máy mới thường mở đường cho một thế hệ chip mới với hiệu năng cao hơn, tiêu thụ điện tốt hơn và nhiều tính năng hơn.
Máy quang khắc hoạt động như thế nào?
Nguyên lý quang khắc (Photolithography)
Quang khắc là quá trình sử dụng ánh sáng để truyền hình ảnh hoa văn từ photomask lên lớp vật liệu nhạy sáng (photoresist) phủ trên bề mặt wafer silicon. Bản chất của quy trình này tương tự như việc “rọi” hình âm bản lên giấy ảnh trong nhiếp ảnh truyền thống, nhưng ở mức độ chính xác và thu nhỏ cực kỳ cao.
Nguyên lý cơ bản của quang khắc dựa trên hiện tượng ánh sáng đi qua các vùng trong suốt trên photomask, bị chặn bởi các vùng tối và tạo nên hình ảnh hoa văn mạch điện trên lớp photoresist. Sau khi chiếu sáng, photoresist sẽ biến đổi tính chất hóa học tại những vùng được chiếu, từ đó tạo thành các vùng có thể bị hòa tan hoặc giữ lại trong bước rửa tiếp theo.
Độ phân giải của quá trình quang khắc phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng và khả năng của hệ thống thấu kính. Bước sóng càng ngắn, độ mở khẩu quang càng lớn, chất lượng quang học càng tốt thì hệ thống máy quang khắc càng có thể tạo nên các chi tiết nhỏ hơn.
Các bước tạo hoa văn trên wafer silicon
Quy trình sử dụng máy quang khắc để tạo hoa văn trên wafer silicon gồm nhiều bước liên tiếp. Mỗi bước phải được kiểm soát rất chặt chẽ về nhiệt độ, độ sạch, độ đồng đều để đảm bảo chất lượng mạch điện.
Nhìn tổng thể, quy trình cơ bản thường gồm các bước sau:
- Làm sạch wafer: Trước khi vào máy quang khắc, wafer được làm sạch khỏi bụi, tạp chất và oxit không mong muốn để đảm bảo bề mặt hoàn toàn phẳng và sạch.
- Phủ lớp photoresist: Wafer được đưa qua hệ thống quay phủ để tráng một lớp vật liệu nhạy sáng photoresist rất mỏng và đồng đều. Độ dày của lớp này chỉ tính bằng vài trăm nanomet.
- Sấy mềm (soft bake): Wafer được sấy ở nhiệt độ thích hợp để bay hơi dung môi trong photoresist, ổn định lớp phủ và chuẩn bị cho bước chiếu sáng.
- Căn chỉnh và chiếu sáng trong máy quang khắc: Wafer được đặt vào máy quang khắc, căn chỉnh chính xác với photomask. Nguồn sáng cực tím được chiếu qua photomask và hệ thấu kính để in hoa văn xuống photoresist.
- Hiển hình (develop): Sau khi chiếu, wafer được nhúng hoặc phun dung dịch hiển hình. Tùy loại photoresist (dương hoặc âm) mà vùng được chiếu sáng sẽ bị hòa tan hoặc được giữ lại, tạo thành hoa văn mong muốn.
- Sấy cứng (hard bake): Hoa văn photoresist được sấy thêm lần nữa để tăng độ bám, chuẩn bị cho các bước khắc hoặc cấy ion tiếp theo.
- Khắc etching hoặc lắng đọng: Lớp photoresist lúc này đóng vai trò như mặt nạ bảo vệ. Các vùng trống sẽ được khắc xuống lớp vật liệu bên dưới hoặc dùng để tạo cấu trúc mới.
- Tẩy photoresist: Cuối cùng lớp photoresist được tẩy bỏ, để lại cấu trúc mạch đã được khắc trên wafer.
Chuỗi thao tác này sẽ lặp đi lặp lại nhiều lần với các photomask khác nhau, hình thành nên hàng chục lớp mạch chồng lên nhau tạo thành con chip hoàn chỉnh.
Tại sao cần độ chính xác ở cấp độ nanomet?
Trong sản xuất chip hiện đại, kích thước transistor và khoảng cách giữa các đường kết nối ngày càng nhỏ. Khi tiến trình công nghệ đã xuống dưới 10 nm, bất kỳ sai lệch nhỏ nào cũng có thể dẫn tới lỗi mạch hoặc làm giảm hiệu năng chip.
Có một số lý do khiến máy quang khắc phải đạt độ chính xác tới mức nanomet:
- Giới hạn vật lý của ánh sáng: Để in được chi tiết nhỏ, hệ thống phải kiểm soát chính xác từng phần mười nanomet về tiêu điểm, độ phóng đại và căn chỉnh. Chỉ một sai lệch rất nhỏ cũng khiến đường mạch bị lệch khỏi vị trí thiết kế.
- Độ chồng lớp (overlay): Mỗi lớp mới phải trùng gần như tuyệt đối với hàng chục lớp đã in trước đó. Độ chồng sai chỉ vài nanomet có thể làm mất sự kết nối giữa các lớp mạch và gây lỗi toàn bộ con chip.
- Kiểm soát biến dạng wafer: Trong quá trình gia nhiệt, lắng đọng, khắc, wafer sẽ giãn nở hoặc cong nhẹ. Máy quang khắc hiện đại phải đo và bù trừ những biến dạng này theo thời gian thực để giữ được hình dạng hoa văn đúng thiết kế.
- Yêu cầu năng suất sản xuất: Dù độ chính xác cực cao, máy vẫn cần xử lý hàng nghìn wafer mỗi ngày. Do đó, mọi chuyển động, từ dịch chuyển wafer tới thay đổi photomask đều phải được tự động hóa với độ lặp lại ổn định ở cấp độ nanomet.
Chính yêu cầu cực đoan về độ chính xác này khiến việc thiết kế và chế tạo máy quang khắc trở nên vô cùng khó khăn. Nó đòi hỏi sự kết hợp giữa quang học, cơ khí chính xác, điều khiển, phần mềm và vật liệu tiên tiến ở mức cao nhất.
Cấu tạo của máy quang khắc
Một máy quang khắc hiện đại gồm hàng trăm nghìn linh kiện với cấu trúc phức tạp. Tuy nhiên, có thể tạm chia thành một số khối chức năng chính để dễ hình dung.
Nguồn sáng (Light Source)
Nguồn sáng là trái tim quang học của máy quang khắc. Tùy thế hệ công nghệ, máy có thể sử dụng tia cực tím sâu DUV với bước sóng 248 nm hoặc 193 nm, hoặc tia cực tím cực hạn EUV với bước sóng 13,5 nm.
Đối với máy DUV, nguồn sáng thường là laser excimer sử dụng khí fluor và các hỗn hợp khí đặc biệt để tạo ra xung ánh sáng có năng lượng cao, độ ổn định tốt. Với EUV, nguồn sáng phức tạp hơn rất nhiều, sử dụng plasma tạo từ các giọt thiếc siêu nhỏ bị bắn bởi tia laser công suất lớn. Hệ thống phải tập trung và thu gom lượng ánh sáng EUV rất yếu này bằng gương đa lớp đặc biệt.
Nguồn sáng không chỉ cần đủ mạnh mà còn phải cực kỳ ổn định về cường độ và bước sóng. Bất kỳ dao động nào cũng làm thay đổi liều chiếu lên photoresist, từ đó gây sai lệch kích thước đường mạch. Vì vậy, cả hệ thống kiểm soát nguồn sáng là một công trình khoa học phức tạp, tiêu tốn nhiều công sức nghiên cứu.
Hệ thống thấu kính quang học
Hệ thống thấu kính trong máy quang khắc có nhiệm vụ thu, định hình, phóng đại hoặc thu nhỏ hình ảnh hoa văn từ photomask xuống bề mặt wafer. Đối với DUV, hệ thấu kính sử dụng nhiều lớp thủy tinh quang học đặc biệt, được mài và phủ phủ chính xác để giảm tối đa sai số và sai lệch màu.
Bộ thấu kính phải đạt tới độ chính xác bề mặt ở mức vài phần nghìn nanomet, với sai lệch hình học rất nhỏ trên toàn vùng trường. Bất kỳ khiếm khuyết nhỏ nào đều có thể làm méo hình, mất nét hoặc biến dạng đường mạch.
Với EUV, do đặc tính hấp thụ mạnh của không khí, ánh sáng phải truyền trong môi trường chân không và không thể dùng thấu kính trong suốt như DUV. Thay vào đó, hệ quang học dùng gương đa lớp đặc biệt, được phủ xen kẽ nhiều lớp vật liệu với độ dày ở mức nanomet để phản xạ hiệu quả ánh sáng 13,5 nm. Việc chế tạo các gương này là một trong những thành tựu khó nhất trong ngành quang học hiện nay.
Wafer stage
Wafer stage là bệ giữ và di chuyển wafer trong máy quang khắc. Đây là nơi thể hiện trình độ cơ khí chính xác và điều khiển chuyển động bậc cao. Wafer stage phải di chuyển cực nhanh nhưng vẫn giữ độ chính xác vị trí ở mức vài nanomet trên toàn hành trình.
Thông thường, bệ wafer được điều khiển bằng hệ thống động cơ từ tính tuyến tính, kết hợp cảm biến interferometer laser để đo vị trí liên tục. Mọi độ rung, dao động nhiệt, biến dạng cơ học đều được bù trừ theo thời gian thực. Một số hệ thống còn sử dụng hai bệ wafer hoạt động song song, một bệ đang quang khắc, bệ còn lại chuẩn bị wafer tiếp theo để tăng thông lượng.
Song song với wafer stage là mask stage, bệ giữ photomask. Cả hai bệ này phải được căn chỉnh với độ chính xác cực cao để đảm bảo overlay giữa các lớp mạch. Độ ổn định cơ học và điều khiển chuyển động chính là yếu tố then chốt để máy quang khắc có thể vận hành liên tục hàng chục giờ mỗi ngày.
Photoresist và mask (Photomask)
Photoresist là vật liệu nhạy sáng phủ trên wafer, còn photomask là tấm mang hình ảnh mạch điện cần in. Dù không phải là bộ phận cơ khí của máy quang khắc, chúng vẫn là thành phần không thể thiếu trong tổng thể hệ thống.
Photomask thường được chế tạo từ tấm thủy tinh hoặc thạch anh, trên đó phủ một lớp kim loại mỏng để tạo các vùng cản sáng. Hình ảnh mạch điện được khắc lên lớp kim loại này bằng các phương pháp siêu chính xác. Mỗi lớp mạch trên chip cần một photomask riêng, và bộ mask đầy đủ cho một con chip tiên tiến có thể gồm hàng chục tấm với giá trị hàng triệu USD.
Photoresist được thiết kế để phản ứng với bước sóng cụ thể của nguồn sáng. Với DUV và EUV, các thế hệ photoresist khác nhau được nghiên cứu để vừa đạt độ phân giải cao vừa đảm bảo độ nhạy, độ tương phản và khả năng chống chịu trong các bước khắc. Hệ thống máy quang khắc phải được tối ưu đồng bộ với loại photoresist và photomask sử dụng để đạt kết quả tốt nhất.
Hệ thống điều khiển siêu chính xác
Đằng sau mọi chuyển động và thao tác của máy quang khắc là hệ thống điều khiển phức tạp gồm hàng nghìn cảm biến, bộ truyền động, bộ điều khiển thời gian thực và phần mềm hiệu chỉnh. Mục tiêu là đảm bảo mọi thông số như vị trí, góc nghiêng, nhiệt độ, áp suất, độ tinh khiết môi trường đều được giữ trong ngưỡng rất hẹp.
Hệ thống điều khiển phải xử lý dữ liệu cảm biến với tốc độ cao, có khả năng tự hiệu chỉnh sai lệch và chẩn đoán lỗi trước khi xảy ra sự cố. Các thuật toán mô hình hóa vật lý của nhiệt, biến dạng cơ học, ảnh hưởng rung động được tích hợp để bù trừ và ổn định quá trình. Đây là kết hợp giữa kỹ thuật điều khiển cổ điển, điều khiển tiên đoán, trí tuệ nhân tạo và nhiều lĩnh vực khác.
Chính nhờ hệ thống điều khiển siêu chính xác này, máy quang khắc có thể vận hành ổn định trong môi trường nhà máy, nơi luôn tồn tại rung động nền, thay đổi nhiệt độ và sự già hóa của linh kiện theo thời gian.
Các loại máy quang khắc hiện nay
Trên thị trường hiện tại có hai dòng máy quang khắc chính được sử dụng trong sản xuất chip. Mỗi loại phù hợp với một dải tiến trình công nghệ và yêu cầu khác nhau.
DUV lithography là gì?
DUV lithography là công nghệ quang khắc sử dụng ánh sáng cực tím sâu, với các bước sóng phổ biến là 248 nm (KrF) và 193 nm (ArF). Đây là dòng máy quang khắc đã làm việc nhiều năm trong các nhà máy sản xuất chip, đóng vai trò chủ lực cho các tiến trình từ vài trăm nanomet xuống tới khoảng 28 nm và thấp hơn với kỹ thuật đa mẫu.
Máy DUV có các cấu hình khác nhau, bao gồm hệ thống immersion lithography, trong đó một lớp nước siêu tinh khiết được đưa vào giữa thấu kính và wafer để tăng chỉ số khúc xạ, giúp cải thiện độ phân giải. Nhờ những cải tiến này, DUV vẫn được dùng để sản xuất nhiều dòng chip phổ thông và cả một phần trong quy trình của chip tiên tiến.
Dù công nghệ EUV đã xuất hiện, máy quang khắc DUV vẫn rất quan trọng vì:
- Chi phí thấp hơn đáng kể so với EUV, thích hợp cho chip tầm trung và thấp.
- Độ chín công nghệ cao, độ tin cậy và năng suất đã được chứng minh.
- Có thể kết hợp với kỹ thuật quang khắc nhiều mẫu để đạt kích thước nhỏ hơn giới hạn quang học ban đầu.
EUV lithography là gì?
EUV lithography là công nghệ quang khắc sử dụng ánh sáng cực tím cực hạn với bước sóng khoảng 13,5 nm. Đây là bước nhảy vọt so với DUV, cho phép tạo ra các chi tiết nhỏ hơn nhiều trên wafer mà không cần quá nhiều bước lặp mẫu phức tạp.
Máy quang khắc EUV được sử dụng cho các tiến trình tiên tiến như 7 nm, 5 nm, 4 nm, 3 nm và các thế hệ tiếp theo. Nhờ bước sóng cực ngắn, EUV giúp giảm số lớp quang khắc nhiều mẫu, rút ngắn quy trình và cải thiện độ chính xác overlay giữa các lớp mạch.
Tuy nhiên, EUV cũng đi kèm nhiều thách thức:
- Nguồn sáng EUV khó tạo, công suất thấp, cần hệ thống thu gom và tập trung phức tạp.
- Hệ quang học phải hoạt động trong chân không, sử dụng gương đa lớp với độ sạch và độ chính xác cực cao.
- Photomask EUV không có lớp bảo vệ truyền thống, dễ bị nhiễm bẩn và yêu cầu hệ thống vệ sinh, kiểm tra riêng.
- Chi phí đầu tư và vận hành mỗi máy EUV rất lớn, yêu cầu cơ sở hạ tầng nhà máy tương ứng.
Dù vậy, EUV vẫn là hướng đi không thể tránh khỏi nếu ngành bán dẫn muốn tiếp tục thu nhỏ kích thước transistor và nâng cao hiệu năng chip trong tương lai.
Máy quang khắc được sử dụng để sản xuất những gì?
Máy quang khắc chủ yếu được nhắc đến trong ngữ cảnh sản xuất CPU, GPU hay chip xử lý trung tâm, nhưng thực tế phạm vi ứng dụng rộng hơn nhiều. Bất kỳ sản phẩm nào cần mạch tích hợp trên nền silicon hoặc vật liệu tương tự đều có liên quan tới máy quang khắc.
Một số loại sản phẩm tiêu biểu sử dụng máy quang khắc trong quá trình sản xuất bao gồm:
- Vi xử lý và SoC: CPU cho máy tính cá nhân, máy chủ, chip xử lý trong smartphone, tablet, thiết bị IoT, xe hơi thông minh.
- Bộ nhớ: DRAM, NAND flash, bộ nhớ 3D NAND dùng trong SSD, thẻ nhớ, ổ lưu trữ di động.
- Chip analog và mixed-signal: Vi mạch khuếch đại, bộ chuyển đổi ADC/DAC, chip quản lý nguồn, chip cảm biến.
- Vi mạch RF và 5G: Các bộ thu phát sóng radio, chip xử lý tín hiệu trong thiết bị viễn thông và trạm gốc.
- Cảm biến hình ảnh và MEMS: Cảm biến camera trên điện thoại, cảm biến ô tô, thiết bị công nghiệp, các cấu trúc vi cơ điện tử.
- Vi mạch chuyên dụng: ASIC cho trí tuệ nhân tạo, đào tiền mã hóa, xử lý gia tốc trong trung tâm dữ liệu.
Nói cách khác, mọi thiết bị điện tử thông minh ngày nay, từ điện thoại, máy tính, tivi, xe hơi, thiết bị y tế đến hệ thống vệ tinh, đều gián tiếp phụ thuộc vào máy quang khắc trong quá trình sản xuất chip của mình.
Tại sao thế giới khó tạo ra đối thủ của ASML?
ASML là công ty Hà Lan hiện đang thống lĩnh thị trường máy quang khắc, đặc biệt là trong mảng EUV. Gần như toàn bộ các nhà sản xuất chip tiên tiến đều sử dụng máy EUV của ASML. Câu hỏi đặt ra là tại sao nhiều quốc gia và tập đoàn lớn trên thế giới lại khó xây dựng một đối thủ cạnh tranh thực sự?
Có một số nguyên nhân chính lý giải cho vị thế đặc biệt này:
- Chuỗi cung ứng cực kỳ phức tạp: Một máy quang khắc EUV bao gồm hàng trăm nghìn linh kiện đến từ hàng nghìn nhà cung cấp khác nhau. ASML đóng vai trò trung tâm, tích hợp các thành phần tối tân nhất trong quang học, cơ khí, nguồn sáng, điều khiển. Việc xây dựng mạng lưới đối tác tương tự cần hàng chục năm.
- Rào cản công nghệ và trí tuệ: Nhiều thành phần như gương EUV, nguồn sáng plasma thiếc, hệ thống căn chỉnh nanomet là kết quả của hàng chục năm nghiên cứu với chi phí R&D khổng lồ. Phần lớn bí quyết nằm ở kinh nghiệm tích lũy, không thể sao chép nhanh chỉ bằng đầu tư tiền bạc.
- Sự hỗ trợ của hệ sinh thái quốc tế: ASML hợp tác chặt chẽ với các ông lớn như Zeiss (quang học), Trumpf (laser), các hãng vật liệu và nhà máy chip. Sự phối hợp này tạo thành một hệ sinh thái rất khó thay thế trong thời gian ngắn.
- Độ phức tạp kỹ thuật bậc nhất: Máy EUV được ví như một trong những cỗ máy phức tạp nhất mà con người từng tạo ra. Nó là tập hợp của công nghệ chân không siêu cao, điều khiển chính xác, quang học đa lớp, phần mềm thời gian thực. Đưa toàn bộ vào sản phẩm thương mại, vận hành ổn định trong nhà máy là thách thức rất lớn.
- Yếu tố chính sách và kiểm soát xuất khẩu: Máy quang khắc tiên tiến, nhất là EUV, nằm trong danh sách công nghệ chiến lược được một số quốc gia kiểm soát chặt chẽ. Điều này tạo thêm rào cản cho việc chuyển giao hoặc nhân rộng công nghệ tại những nước khác.
Một số quốc gia và doanh nghiệp đang nỗ lực phát triển máy quang khắc của riêng mình, nhưng để đạt được trình độ tương đương ASML cần rất nhiều thời gian, nguồn lực và may mắn trong nghiên cứu. Do đó, trong tương lai gần, ASML nhiều khả năng vẫn giữ vị thế không thể thay thế ở phân khúc máy EUV cao cấp.
Câu hỏi thường gặp về máy quang khắc
Quốc gia nào sản xuất được máy quang khắc?
Hiện nay, Hà Lan là quốc gia nổi bật nhất với ASML, nhà cung cấp hàng đầu thế giới về máy quang khắc, đặc biệt là các hệ thống EUV. Bên cạnh đó, Nhật Bản và một số nước khác cũng có doanh nghiệp sản xuất máy DUV và thiết bị quang khắc cho các ứng dụng chuyên biệt.
Nhật Bản từng là đối thủ đáng gờm trong lĩnh vực này, với các hãng quang học và thiết bị bán dẫn sở hữu nhiều công nghệ then chốt. Tuy nhiên, ở mảng EUV, ASML đã vươn lên dẫn đầu rõ rệt nhờ đầu tư dài hạn và sự hợp tác sâu rộng với các đối tác châu Âu, Mỹ.
Một số quốc gia khác đang đầu tư mạnh vào nghiên cứu máy quang khắc nội địa, nhưng phần lớn vẫn ở giai đoạn phát triển DUV cơ bản hoặc hệ thống dùng cho tiến trình ít tiên tiến hơn. Vượt qua khoảng cách về công nghệ với những hãng dẫn đầu hiện tại vẫn là thách thức không nhỏ.
Một máy quang khắc EUV có giá bao nhiêu?
Giá của một máy quang khắc EUV ở mức rất cao, thường dao động trong khoảng vài trăm triệu USD cho mỗi hệ thống, tùy theo cấu hình và thế hệ. Các dòng máy EUV mới, phục vụ tiến trình 3 nm hoặc thấp hơn, có giá trị thậm chí còn cao hơn mức này.
Không chỉ chi phí mua sắm ban đầu lớn, việc vận hành và bảo trì máy EUV cũng tiêu tốn nhiều nguồn lực. Hệ thống cần phòng sạch tiêu chuẩn rất cao, nguồn điện ổn định, hệ thống khí và chân không phức tạp, đội ngũ kỹ sư lành nghề. Tất cả làm cho tổng chi phí sở hữu một máy quang khắc EUV trở thành khoản đầu tư chỉ những tập đoàn bán dẫn lớn nhất thế giới mới đủ khả năng thực hiện.
Công ty ASML có phải độc quyền về máy quang khắc hiện nay?
ASML không hoàn toàn độc quyền về mọi loại máy quang khắc, nhưng gần như độc quyền trong mảng máy EUV dùng cho các tiến trình tiên tiến nhất. Hiện chưa có nhà sản xuất nào khác thương mại hóa thành công hệ thống EUV tương đương về hiệu năng và độ tin cậy.
Ở mảng DUV, vẫn có sự tham gia của các nhà cung cấp khác, đặc biệt là từ Nhật Bản, phục vụ những phân khúc thị trường khác nhau. Tuy nhiên, do yêu cầu ngày càng khắt khe ở các tiến trình cao cấp, phần lớn nhà máy đúc chip hàng đầu đều lựa chọn ASML cho cả DUV và EUV để đảm bảo tính đồng bộ.
Vì vậy, có thể nói ASML đang giữ vị thế gần như không có đối thủ trong phân khúc máy quang khắc EUV và chiếm thị phần rất lớn ở phân khúc DUV cao cấp. Điều này giải thích vì sao những quyết định sản xuất và xuất khẩu của hãng luôn thu hút sự chú ý lớn của toàn ngành bán dẫn.
Lời kết
Máy quang khắc không chỉ là một thiết bị trong nhà máy bán dẫn mà còn là biểu tượng của trình độ công nghệ và năng lực nghiên cứu của cả một ngành công nghiệp. Từ nguồn sáng, hệ quang học, bệ wafer đến hệ thống điều khiển, mọi bộ phận trong máy quang khắc đều đòi hỏi sự chính xác gần chạm tới giới hạn vật lý.
Trong bối cảnh cuộc đua thu nhỏ tiến trình chip chưa có dấu hiệu dừng lại, MyTechCafe nhận ra vai trò của máy quang khắc sẽ càng trở nên quan trọng. Nắm rõ máy quang khắc là gì, cách hoạt động và vì sao thế giới khó tạo ra đối thủ của ASML giúp bạn hiểu sâu hơn về nền tảng công nghệ đứng sau mọi thiết bị thông minh đang hiện diện trong cuộc sống hàng ngày.