ASML hé lộ đột phá nguồn sáng EUV giúp tăng 50% sản lượng chip năm 2030
03/03/26
 |
| Ngày 20/8/2020, các học viên học cách chế tạo và vận hành máy EUV tại ASML ở Đài Nam, Đài Loan. Ảnh: Ann Wang/Reuters |
ASML vừa đưa ra tuyên bố mang tính “định chuẩn” cho ngành bán dẫn: Hãng đã tìm ra cách tăng công suất nguồn sáng của máy quang khắc EUV – phần khó nhất và đắt giá nhất trong toàn bộ hệ thống nhằm giúp khách hàng sản xuất nhiều chip hơn tới 50% vào cuối thập kỷ. Động thái này không chỉ là một nâng cấp kỹ thuật; nó là nỗ lực có chủ đích để giữ khoảng cách trước các đối thủ tiềm tàng đang nổi lên ở Mỹ và Trung Quốc.
ASML hiện là nhà sản xuất thương mại duy nhất trên thế giới bán máy EUV (extreme ultraviolet) – công cụ tối quan trọng để các hãng như TSMC, Intel và nhiều nhà sản xuất khác tạo ra các chip tính toán tiên tiến. Trong ngành nơi lợi thế cạnh tranh đo bằng nm và bằng “wafer mỗi giờ”, nguồn sáng EUV chính là nơi mọi tham vọng hoặc bứt phá đều phải trả giá đắt nhất.
Nguồn sáng EUV quyết định tiền bạc và quyền lực
Máy EUV quan trọng đến mức chính phủ Mỹ, dưới cả hai đảng, đã phối hợp với Hà Lan nhằm ngăn xuất sang Trung Quốc. Hệ quả Trung Quốc buộc phải thúc đẩy nỗ lực mang tầm quốc gia nhằm phát triển công nghệ tương tự. Ở Mỹ, ít nhất hai startup – Substrate và xLight – gọi được hàng trăm triệu USD phát triển công nghệ cạnh tranh với ASML; xLight còn nhận nguồn vốn hỗ trợ từ chính phủ dưới thời chính quyền Tổng thống Donald Trump, theo bài Reuters.
Nhưng nếu chính trị làm tăng rào cản thương mại, thì kỹ thuật mới là thứ quyết định ai dẫn đầu. Trong EUV, “bài toán lớn nhất” nằm ở việc tạo ra ánh sáng EUV đủ mạnh, đủ ổn định, đủ bền bỉ để chạy sản xuất khối lượng lớn.
1.000 W: Không phải “màn diễn”, mà là mục tiêu sản xuất thực dụng
Trong cuộc phỏng vấn tại cơ sở của ASML gần San Diego, Michael Purvis, chuyên gia công nghệ dẫn dắt mảng nguồn sáng EUV của hãng, nhấn mạnh:
“Đây không phải trò ảo thuật… nơi chúng tôi chứng minh trong thời gian rất ngắn nó có thể hoạt động. Đây là hệ thống có thể tạo ra 1.000 W dưới tất cả các yêu cầu giống như những gì bạn thấy ở khách hàng.”
Con số 1.000 W rất “kỹ thuật”, nhưng tác động lại cực kỳ dễ hiểu: Công suất cao hơn đồng nghĩa với tốc độ sản xuất cao hơn. EUV in các lớp mạch lên wafer giống như chụp ảnh: Ánh sáng EUV chiếu lên wafer silicon phủ hóa chất nhạy sáng (photoresist). Khi nguồn sáng mạnh hơn, nhà máy cần thời gian phơi sáng ngắn hơn cho mỗi lớp – từ đó tăng số wafer in được mỗi giờ và giảm chi phí trên mỗi con chip.
ASML cho biết họ đã nâng công suất nguồn sáng từ 600 W hiện nay lên 1.000 W. Trọng tâm, theo hãng, là làm cho EUV tiếp tục hữu dụng về mặt kinh tế khi nhu cầu chip ngày càng tăng: “Chúng tôi muốn đảm bảo khách hàng có thể tiếp tục dùng EUV với chi phí thấp hơn nhiều,” Teun van Gogh, Phó chủ tịch điều hành phụ trách dòng máy EUV NXE, nói với Reuters.
Mục tiêu 2030: 330 wafer/h, từ mức 220 hiện nay
Từ góc nhìn vận hành nhà máy, điều đáng chú ý nằm ở chỉ số throughput – tốc độ xử lý wafer. Van Gogh cho biết đến cuối thập kỷ, khách hàng có thể xử lý khoảng 330 wafer mỗi giờ trên mỗi máy, tăng từ 220 wafer/h hiện nay. Tuỳ kích thước con chip, mỗi wafer có thể chứa từ vài chục đến hàng nghìn thiết bị.
Đó chính là nền tảng cho kỳ vọng “tới 50%”. Với các fab hiện đại, tăng throughput không chỉ là tăng sản lượng: Nó làm thay đổi bài toán chi phí, kế hoạch đầu tư máy móc và tốc độ tung sản phẩm mới.
Cỗ máy phức tạp bậc nhất: Thiếc nóng chảy, laser CO₂ và plasma “nóng hơn Mặt Trời”
ASML đạt cú tăng công suất bằng cách “đi sâu hơn” vào phương pháp vốn đã đưa EUV trở thành một trong những hệ thống phức tạp nhất loài người từng chế tạo.
Để tạo ra ánh sáng có bước sóng 13,5 nm, hệ thống của ASML bắn một dòng giọt thiếc nóng chảy qua buồng. Tại đó, laser CO₂ công suất lớn đốt nóng các giọt thiếc thành plasma – trạng thái vật chất siêu nóng, nơi các giọt thiếc trở nên nóng hơn bề mặt Mặt Trời và phát ra ánh sáng EUV. Ánh sáng này sau đó được thu bằng hệ quang học chính xác cực cao do Carl Zeiss AG của Đức cung cấp, rồi đưa vào máy để in khắc chip.
Nói cách khác, EUV không phải “đèn chiếu” mạnh hơn. Nó là chuỗi phản ứng cực đoan, nơi từng giọt thiếc, từng xung laser, từng bề mặt quang học đều phải ăn khớp hoàn hảo và phải lặp lại liên tục, ổn định, đúng chuẩn sản xuất.
“Đòn bẩy” kỹ thuật: 100.000 giọt/s và hai xung laser tạo hình
Bước tiến được ASML công bố tập trung vào cách tạo và “tối ưu” plasma để lấy được nhiều EUV hơn từ cùng một quy trình.
Theo Reuters, các cải tiến then chốt gồm:
- Tăng gấp đôi giọt thiếc lên khoảng 100.000 giọt mỗi giây.
- Dùng hai xung laser nhỏ tạo hình giọt thiếc thành plasma, thay vì một xung tạo hình như các máy hiện nay.
Những thay đổi nghe đơn giản trên giấy, nhưng cực khó trong thực tế: Tăng tốc độ đồng nghĩa phải kiểm soát chính xác hơn, vì bất kỳ sai lệch nào cũng có thể làm mất ổn định nguồn sáng, giảm tuổi thọ linh kiện, hoặc kéo theo thời gian dừng máy – thứ mà nhà máy chip luôn muốn tránh.
Jorge J. Rocca, giáo sư tại Đại học Colorado State, người nghiên cứu công nghệ laser và từng đào tạo nhiều nhà khoa học của ASML, nhìn nhận thẳng thắn mức độ khó của bài toán: “Rất thách thức vì bạn phải làm chủ nhiều thứ, nhiều công nghệ. Những gì đạt được – 1 kW – thật sự ấn tượng.”
Cạnh tranh: Mỹ gọi vốn, Trung Quốc tăng tốc, ASML tăng khoảng cách
Bối cảnh cạnh tranh khiến công bố mang dáng dấp của đòn phủ đầu. Các lệnh hạn chế xuất khẩu EUV sang Trung Quốc đã thúc đẩy Bắc Kinh theo đuổi máy móc “cây nhà lá vườn”. Còn ở Mỹ, sự xuất hiện của các startup như Substrate và xLight – với nguồn vốn hàng trăm triệu USD – cho thấy tham vọng tạo ra lựa chọn thay thế, giảm phụ thuộc vào ASML.
Nhưng điểm ASML muốn nhấn mạnh là: Hãng không chỉ phòng thủ bằng rào cản chính sách, mà bằng thành tích kỹ thuật – đưa nút cổ chai tiến lên thêm một bậc. Trong EUV, ai kiểm soát nguồn sáng, người đó kiểm soát nhịp độ sản xuất.
ASML chưa dừng ở 1.000 W
Điều khiến đối thủ phải cân nhắc không chỉ là mốc 1.000 W, mà là thông điệp đi kèm. ASML tin rằng kỹ thuật họ dùng để đạt 1.000 W sẽ mở khóa các bước tiến tiếp theo: “Chúng tôi thấy con đường tương đối rõ để đạt 1.500 W, và không có lý do mang tính nền tảng nào khiến chúng tôi không thể lên 2.000 W.”
Nếu đúng, EUV sẽ còn tiếp tục “đắt giá” theo nghĩa khác: Không chỉ vì hiếm, mà vì EUV liên tục được đẩy lên chuẩn năng suất mới – khiến khoảng cách kỹ thuật giữa ASML và các kẻ bám đuổi khó bị san lấp.
Với ASML, đây là lời khẳng định vị thế: Khi Mỹ và Trung Quốc đều muốn có lựa chọn thay thế, hãng Hà Lan chọn cách đơn giản nhất để duy trì ngôi vương – làm cho cuộc chơi khó hơn, ngay ở phần khó nhất.
share via Reuters,
