Công ty ASML của Hà Lan, một trong những cổ phiếu nóng nhất của châu Âu, đang nghiên cứu một phiên bản mới của máy in thạch bản cực tím (EUV), được sử dụng để khắc các mẫu lên các mảnh silicon tạo thành những con chip tiên tiến nhất trên thế giới.
Có trụ sở chính tại Veldhoven, một ngôi làng nhỏ gần thành phố Eindhoven của Hà Lan, ASML là công ty duy nhất trên thế giới có khả năng chế tạo các máy EUV rất phức tạp này - nhưng chưa dừng lại ở đó.
Cỗ máy EUV hiện tại của công ty được TSMC, Samsung và Intel sử dụng để sản xuất chip dùng cho máy tính và điện thoại thông minh mới nhất. Nhưng có một phiên bản mới của máy EUV đang được triển khai, có tên là High NA, có thể cho phép các nhà sản xuất chip tạo ra những con chip tinh vi hơn nữa để cung cấp năng lượng cho thế hệ thiết bị điện tử tiếp theo. NA là viết tắt của khẩu độ số.
ASML ra đời vào năm 1984 khi tập đoàn điện tử khổng lồ Philips và nhà sản xuất máy chip Advanced Semiconductor Materials International quyết định thành lập một công ty mới để phát triển các hệ thống in thạch bản cho ngành công nghiệp bán dẫn đang phát triển. Được gọi là ASM Lithography, công ty bắt đầu công việc không hiệu quả - trong một nhà kho bên cạnh văn phòng Philips ở Eindhoven.
Ngày nay, ASML được định giá 329 tỷ đô la và một số nhà đầu tư công nghệ dự đoán nó sẽ trị giá 500 tỷ đô la vào cuối năm 2022. Đây là công ty công nghệ lớn nhất ở châu Âu theo giá trị thị trường và là một trong những công ty lớn nhất trên thế giới. Nó sử dụng hơn 31.000 nhân viên trên khắp Hà Lan, Hoa Kỳ, Hàn Quốc, Đài Loan và Trung Quốc đại lục.
Cách thức hoạt động của máy EUV
Máy EUV chiếu chùm ánh sáng đặc biệt hẹp lên các tấm silicon đã được xử lý bằng hóa chất “cản quang”. Các hoa văn phức tạp được tạo ra trên tấm wafer nơi ánh sáng tiếp xúc với các chất hóa học, được trang trí cẩn thận trước đó. Quá trình này, dẫn đến sự hình thành của các bóng bán dẫn quan trọng nhất, được gọi là kỹ thuật in thạch bản.
Bóng bán dẫn là một trong những thành phần cơ bản của thiết bị điện tử hiện đại, và chúng cho phép dòng điện chạy quanh mạch. Nói chung, bạn càng lắp được nhiều bóng bán dẫn vào chip thì chip đó càng mạnh và hiệu quả.
Không phải mọi hệ thống in thạch bản mà ASML tạo ra đều có khả năng EUV. EUV là công nghệ mới nhất của công ty, được giới thiệu cho sản xuất số lượng lớn cách đây vài năm. DUV (tia cực tím sâu) vẫn là con ngựa của ngành công nghiệp.
Chris Miller, trợ lý giáo sư tại Trường Luật và Ngoại giao Fletcher thuộc Đại học Tufts, nói với CNBC rằng các nhà sản xuất chip muốn sử dụng bước sóng ánh sáng hẹp nhất có thể trong kỹ thuật in thạch bản để họ có thể lắp nhiều bóng bán dẫn hơn vào mỗi miếng silicon. Các chip TSMC trong những chiếc iPhone mới nhất của Apple, được tạo ra từ các máy EUV của ASML, có khoảng 10 tỷ bóng bán dẫn trên đó.
Phát triển máy mới
Cao NA được cho là thậm chí còn lớn hơn, đắt hơn và phức tạp hơn so với máy EUV hiện tại của ASML.
Người phát ngôn của ASML nói với CNBC: “Nó bao gồm một thiết kế quang học mới lạ và yêu cầu các giai đoạn nhanh hơn đáng kể. Họ nói thêm rằng máy High NA có độ phân giải cao hơn sẽ cho phép các tính năng chip nhỏ hơn 1,7 lần và mật độ chip tăng 2,9 lần.
Người phát ngôn tiếp tục: “Với nền tảng này, khách hàng sẽ giảm số lượng các bước quy trình. “Đây sẽ là động lực mạnh mẽ để họ áp dụng công nghệ này. Nền tảng này sẽ giúp giảm thiểu khuyết tật, chi phí và thời gian chu kỳ đáng kể. ”
Đối với bối cảnh, mỗi máy EUV hiện tại được báo cáo có hơn 100.000 thành phần và chúng cần 40 container chở hàng hoặc bốn máy bay phản lực jumbo để vận chuyển. Chúng có giá khoảng 140 triệu đô la mỗi chiếc, theo báo cáo.
Miller cho biết: “Họ không nghỉ ngơi trên vòng nguyệt quế của mình, đồng thời nói thêm rằng cỗ máy mới của công ty sẽ cho phép khắc thậm chí còn cụ thể hơn trên chip silicon.
Máy High NA đầu tiên vẫn đang được phát triển và nó sẽ có sẵn để truy cập sớm từ năm 2023 để các nhà sản xuất chip có thể bắt đầu thử nghiệm với nó và tìm hiểu cách làm cho nó hoạt động.
Sau đó, khách hàng sẽ có thể sử dụng chúng cho nghiên cứu và phát triển của riêng họ vào năm 2024 và 2025. Chúng có khả năng được sử dụng trong sản xuất số lượng lớn từ năm 2025 trở đi.
Vào tháng 7, Giám đốc điều hành Pat Gelsinger của Intel cho biết công ty dự kiến sẽ là người đầu tiên nhận được máy ASML’s High NA.
Miller nói: “Tôi dám cá rằng anh ấy đã trả rất nhiều tiền cho quyền đó vì anh ấy chắc chắn không phải là người duy nhất muốn chạm tay vào chiếc máy này.
Maurits Tichelman, phó chủ tịch bán hàng và tiếp thị của Intel, cho biết: “High NA EUV là sự thay đổi công nghệ lớn tiếp theo trong lộ trình EUV.”
Ông nói thêm: “Chúng tôi được định vị là sẽ nhận thấy công cụ NAEUV Cao sản xuất đầu tiên trong ngành và đang thúc đẩy việc giới thiệu nó vào năm 2025,” Tichelman nói. Ông từ chối cho biết Intel đã đặt hàng bao nhiêu máy.
Công cụ High NA EUV mới chuyển từ ống kính khẩu độ .33 sang khẩu độ .55 sắc nét hơn để cho phép tạo mẫu có độ phân giải cao hơn, Tichelman nói.
Khẩu độ cao hơn cho phép chùm tia EUV rộng hơn bên trong máy trước khi nó chạm vào tấm wafer. Chùm tia này càng rộng thì càng có cường độ mạnh khi nó chạm vào tấm wafer, điều này làm tăng mức độ chính xác của các dòng được in. Điều này lại cho phép các hình học nhỏ hơn và cao độ nhỏ hơn nhiều, làm tăng mật độ.
Alan Priestley, một nhà phân tích chất bán dẫn tại Gartner, nói rằng cỗ máy mới của ASML sẽ cho phép các nhà sản xuất chip tạo ra những con chip dưới ba nanomet. Những con chip tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay có kích thước từ 3 nanomet trở lên.
Các máy High NA sẽ có giá khoảng 300 triệu đô la, cao gấp đôi so với các máy EUV hiện có và chúng sẽ cần công nghệ thấu kính phức tạp mới, Priestley nói thêm.
Làm thế nào chip được tạo ra
Chip thường bao gồm 100-150 lớp trên một tấm silicon duy nhất. Chỉ các lớp phức tạp nhất cần được tạo bằng máy EUV, trong khi các lớp đơn giản hơn có thể được tạo bằng máy DUV, mà ASML cũng tạo ra và các công cụ khác.
Các máy EUV mất nhiều năm để chế tạo và ASML chỉ có thể xuất xưởng rất nhiều máy trong số đó vào bất kỳ năm nào. Năm ngoái, nó chỉ bán được 31 chiếc, theo tài chính của nó và tổng cộng nó chỉ làm được khoảng 100 chiếc.
Syed Alam, trưởng bộ phận bán dẫn toàn cầu tại Accenture cho biết: “So với các máy EUV truyền thống, máy High NA cung cấp một thấu kính lớn hơn có khả năng in các mẫu nhỏ hơn, cho phép sản xuất hiệu quả các chip mạnh mẽ hơn.
Ông nói thêm: “Các nhà sản xuất chip muốn in các tính năng nhỏ hơn lên chip đã phải dựa vào kỹ thuật tạo mẫu gấp đôi hoặc gấp ba. “Với máy EUV NA cao, họ có thể in các tính năng này trong một lớp duy nhất, dẫn đến thời gian quay vòng nhanh hơn và tính linh hoạt của quy trình tốt hơn.”
Các nhà sản xuất chip sẽ phải cân bằng giữa hiệu suất tốt hơn và chi phí lớn hơn liên quan đến máy móc phức tạp hơn, Alam nói. Ông cho biết: “Điều này đặc biệt đúng với các máy EUV NA cao khi ống kính lớn hơn có nghĩa là chi phí mua và bảo trì cao hơn.