Cận cảnh cỗ máy 150 triệu USD thống trị ngành bán dẫn toàn cầu

Cỗ máy quang khắc của ASML là thành phần quan trọng nhất trong quá trình chế tạo chip bán dẫn hàng đầu thế giới. Mỗi máy có giá 150 triệu USD.

Quang khắc là quá trình chiếu tia sáng về phía tấm nền silicon (wafer) qua một đĩa thủy tinh được vẽ sẵn sơ đồ mạch để in sơ đồ mạch lên bề mặt cảm quang của tấm silicon. Để in được những mạch càng nhỏ càng cần những đèn chiếu tia sáng có bước sóng ngắn hơn. Hiện nay, hiện tại nhất là tia siêu cực tím (EUV).

ASML là công ty công nghệ của Hà Lan. Năm 2017, công ty này đã ra mắt máy quang khắc EUV đầu tiên.

Mỗi chiếc máy EUV hiện nay có 100.000 bộ phận và tổng chiều dài dây cáp khoảng 2 km. Nó có kích thước như xe buýt và có giá 150 triệu USD. Cần tới 40 container, ba máy bay vận tải và 20 xe tải để vận chuyển linh kiện cho một máy EUV.

Trên thế giới hiện chỉ có một vài công ty đủ sức mua máy EUV của ASML, phần lớn đều thuộc TSMC, Samsung và Intel - ba hãng sản xuất chip bán dẫn lớn nhất thế giới.

Will Hunt, nhà phân tích tại Đại học Georgetown của Mỹ cho biết, không thể chế tạo chip tối tân nếu thiếu máy của ASML.

Chế tạo bộ vi xử lý cần tới những kỹ thuật hiện đại nhất thế giới. Chip bán dẫn bắt đầu từ khối tinh thể silicon hình trụ, được cắt gọn thành từng tấm wafer mỏng và tráng lớp vật liệu nhạy sáng. Sau đó nó được phơi liên tục trước những tia sáng có tạo hình nhất định. Dùng chất hóa học loại bỏ những phần không tiếp xúc ánh sáng để tạo ra mạch điện tử. Sau đó, các wafer được cắt để tạo ra những chip riêng lẻ.

Electron di chuyển hiệu quả hơn với những linh kiện cỡ nhỏ. Ngoài ra, việc tăng số lượng linh kiện trên chip sẽ năng lực tính toán tổng thể được tăng lên. Vì vậy, cách tốt nhất để tăng sức mạnh xử lý của mỗi chip là thu nhỏ linh kiện.

Công nghệ cực tím sâu (DUV) trước đó sử dụng tia sáng ở mức 193 nanomet. Hiện nay, EUV sử dụng tia sáng với bước sóng 13,5 nanomet.

Để tạo ra chùm tia sáng mạnh ASML áp dụng phương thức chiếu tia laser công suất cao vào một giọt thiếc siêu nhỏ tới 50.000 lần/giây.

Thấu kính thông thường hấp thụ ánh sáng EUV, nên để điều chỉnh hướng tia sáng cỗ máy phải dùng những tấm gương phủ vật liệu đặc biệt với độ chính xác cực cao. Tia EUV bên trong máy phản xạ qua nhiều tấm gương, sau đó mới chiếu vào đĩa thủy tinh chứa sơ đồ mạch.

EUV xuất hiện chậm tới 20 năm và có mức giá cao gấp 10 lần dự kiến nhưng nó hiện là công cụ duy nhất để chế tạo những kiến trúc cực kỳ sát nhau.

Cỗ máy mới của ASML bổ sung thêm phương pháp chế tạo ra những chip có độ phân giải 13 nanomet. Công ty cho biết thêm, thế hệ tiếp theo có thể khắc những chi tiết với kích thước chỉ 8 nanomet.