Sáng chế mới của ASML có thể tái định nghĩa các thiết bị điện tử

VietTimes – Công ty ASML của Hà Lan hiện đang nghiên cứu một phiên bản mới của máy quang khắc được sử dụng để khắc lên các mảnh silicon nhằm tạo thành những con chip tiên tiến nhất trên thế giới.

Ảnh: CNBC

Ảnh: CNBC

Công ty ASML của Hà Lan là một trong những doanh nghiệp công nghệ lớn nhất châu Âu, hiện đang nghiên cứu một phiên bản mới của máy quang khắc được sử dụng để khắc lên các mảnh silicon nhằm 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 quang khắc EUV rất phức tạp này.

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 của họ. Tuy nhiên, có một phiên bản mới của máy EUV hiện đang được triển khai, tên là High NA. Cỗ máy hàng trăm triệu USD này có thể cho phép các nhà sản xuất tạo ra những con chip phức tạp hơn để cung cấp năng lượng cho thế hệ thiết bị điện tử tiếp theo.

ASML ra đời vào năm 1984 khi tập đoàn điện tử khổng lồ Philips và nhà sản xuất chip Advanced Semiconductor Materials International quyết định thành lập một công ty mới để phát triển các hệ thống quang khắc cho ngành công nghiệp bán dẫn đang phát triển. Được gọi là ASM Lithography, công ty bắt đầu công việc không quá hiệu quả - trong một nhà kho bên cạnh văn phòng Philips ở Eindhoven.

Ngày nay, ASML được định giá 329 tỉ USD 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. Doanh nghiệp này 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 bố trí cẩn thận trước đó. Quá trình này, dẫn đến sự hình thành của các bóng bán dẫn, đây được gọi là kỹ thuật in thạch bản.

Bóng bán dẫn là một trong những thành phần quan trọng nhất của thiết bị điện tử hiện đại, 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 quang khắc mà ASML tạo ra đều có khả năng EUV. 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.

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 dòng máy mới

High NA được cho là còn lớn hơn, đắt hơn và phức tạp hơn so với máy EUV hiện tại của ASML.

Phát ngôn viên của ASML chia sẻ với CNBC: “Mẫu máy này sở hữu một thiết kế quang học mới lạ. Ngoài ra, máy High NA cũng có độ phân giải cao hơn sẽ cho phép tiến trình chip nhỏ hơn 1,7 lần và mật độ bóng bán dẫn tăng 2,9 lần"

Ông tiếp tục: “Với nền tảng này, các nhà sản xuất chip sẽ giảm số lượng các bước quy trình vốn có. Đây sẽ là động lực mạnh mẽ để họ áp dụng công nghệ này. Nền tảng này sẽ giúp giảm thiểu sai sót, chi phí và thời gian chu kỳ đáng kể”.

Hiện tại, mỗi máy EUV được báo cáo có hơn 100.000 thành phần và chúng cần 40 container hàng hóa hoặc 4 máy bay phản lực jumbo để vận chuyển. Theo đó, mỗi cỗ máy này có giá khoảng 140 triệu USD cho mỗi chiếc.

Máy High NA đầu tiên vẫn đang được phát triển và nó sẽ có sẵn để trải nghiệm sớm từ năm 2023 để các nhà sản xuất chip có thể bắt đầu thử nghiệm với nó và tìm hiểu cách tối ưu hóa cỗ máy này. Được biết, các nhà sản xuất chip sẽ có thể sử dụng chúng cho nghiên cứu và phát triển của riêng họ vào 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.

Maurits Tichelman, phó chủ tịch bán hàng và tiếp thị của Intel, nói với CNBC: “High NA EUV là sự thay đổi công nghệ lớn tiếp theo trong lộ trình EUV.”

Ông nói thêm: “Chúng tôi được tiếp cận High NA EUV đầu tiên trong ngành và đang thúc đẩy việc nghiên cứu, ứng dụng nó vào năm 2025,”

Alan Priestley, một nhà phân tích chất bán dẫn tại Gartner, nói với CNBC rằng cỗ máy mới của ASML sẽ cho phép các nhà sản xuất chip tạo ra những con chip với tiến trình dưới 3 nanomet. Được biết, những con chip tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay có kích thước từ 3 nanomet trở lên.

Các cỗ máy High NA sẽ có giá khoảng 300 triệu USD, cao gấp đôi so với các máy EUV hiện tại, Priestley nói thêm.

Ưu và nhược điểm 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.

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 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”.

Dẫu vậy, các nhà sản xuất chip vẫn phải cân bằng giữa hiệu năng cao và chi phí đầu tư lớn hơn cho cỗ 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 chia sẻ thêm.

Theo CNBC