Ngành công nghiệp sản xuất chip bán dẫn đã có những bước tiến vượt bậc và góp công lớn giúp thế giới công nghệ trở nên rực rỡ như hiện nay. Thật thú vị, toàn bộ sự phức tạp và tinh vi của mọi dòng chip tối tân nhất lại xuất phát từ thị trấn Veldhoven, miền Nam Hà Lan - nơi lắp ráp những cỗ máy mang tính cách mạng, đủ sức khiến những ông lớn phải lệ thuộc vào nó.
Quang khắc là bước quan trọng để tạo nên một con chip bán dẫn. Mạch càng nhỏ, những đèn chiếu tia sáng cũng yêu cầu bước sóng ngắn hơn, và từ đó giúp công ty ASML tạo nên bước đột phá với công nghệ có tên in litho siêu cực tím EUV thế hệ mới.
“ASML độc quyền trong việc chế tạo máy in thạch bản EUV, loại thiết bị in thạch bản tiên tiến nhất cần thiết để tạo ra mọi chip xử lý tiên tiến mà chúng ta sử dụng ngày nay. Những chiếc máy do họ sản xuất, mỗi chiếc đều nằm trong số các thiết bị phức tạp nhất từng được chế tạo trong lịch sử”, Chris Miller, trợ lý giáo sư tại Trường Fletcher thuộc Đại học Tufts cho biết.
"Đũa thần" trị giá 200 triệu USD
Công nghệ in tia cực tím (EUV) là bước sóng ánh sáng cực ngắn mà ASML độc quyền phát triển. Đây là điều kiện tiên quyết để để in các thiết kế nhỏ và cực kỳ phức tạp trên các con chip 7 nm, 5 nm hoặc 3 nm.
Ánh sáng EUV được tạo ra bằng những vụ nổ nhỏ trên thiếc nóng chảy, vốn chỉ diễn ra ở tốc độ cực cao. Sau đó, nó bị dội lại từ những tấm gương Zeiss độc đáo mà theo ASML mô tả là "bề mặt phẳng nhất trên thế giới". Một tỷ lệ nhỏ các hạt ánh sáng EUV sẽ chạm tới bề mặt của tấm nền silicon (wafer), nơi quá trình in sơ đồ mạch lên bề mặt cảm quang diễn ra.
Cấu tạo bên trong của một máy EUV. Ảnh: ASML.
Nhu cầu đối với công nghệ EUV của ASML tăng vọt nhanh chóng trong bối cảnh thiếu chip trên toàn cầu, từ máy chơi game PlayStation 5 đến sản xuất ôtô. Giá cổ phiếu của công ty cũng tăng vọt hơn 340% kể từ cuối năm 2018, khiến vị thế của ASML giờ ngang hàng với những ông lớn sản xuất chip như Intel.
Theo CEO Peter Wennink, ASML đã bán được tổng cộng khoảng 140 máy in công nghệ EUV trong một thập kỷ qua. Mỗi chiếc hiện có giá lên tới 200 triệu USD , với kích thước ngang một chiếc xe buýt gồm 100.000 bộ phận và tổng chiều dài dây cáp khoảng 2 km.
Với mức giá đắt đỏ, cho đến hiện tại, ASML mới chỉ bán máy cho 5 nhà sản xuất chip. Trong số này có 3 công ty lớn nhất trong ngành bán dẫn là Samsung, Intel và TSMC. Theo cáo kinh doanh công ty vào năm 2021, việc bán máy chiếm đến 84% doanh thu của ASML.
Công nghệ in tia cực tím (EUV).
Sự thống trị của ASML là một hiện tượng tương đối mới. Mới một thập kỷ trước, công trình nghiên cứu EUV của công ty còn phải được Intel, Samsung và TSMC thông qua với tư cách cổ đông lớn. Ngày nay, nhờ áp dụng triệt để EUV, TSMC đã đi trước mọi đối thủ một khoảng cách khá xa trong công nghệ sản xuất chip.
“Chúng tôi không có tiền. Vì vậy, chúng tôi phải tìm kiếm các đối tác đồng hành. Đó thực sự là nền tảng của cách chúng tôi xây dựng công ty. Do đó, công ty cũng buộc phải trở thành một kiến trúc sư hệ thống và tích hợp lên hệ thống của họ”, Wennink - người đã đi cùng ASML từ năm 1999 tiết lộ.
ASML có khởi đầu là một công ty con thuộc tập đoàn điện tử Philips của Hà Lan vào năm 1984. Từ một nhà kho bị dột bên cạnh văn phòng của Philips ở Eindhoven (Hà Lan), máy in thạch bản bán dẫn đầu tiên đã ra đời, đánh dấu sự khởi đầu của cuộc cách mạng
Đến năm 1988, ASML có 5 văn phòng ở Mỹ với 84 nhân viên và một văn phòng mới tại Veldhoven, nơi sau này trở thành trụ sở chính của họ.
Năm 1965, đồng sáng lập Intel Gordon Moore, phát hiện ra quy tắc cho sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn. Theo định luật này, lượng bóng bán dẫn (transistor) trên một con chip sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 2 năm, trong khi mức năng lượng tiêu thụ giảm đi một nửa.
EUV là minh chứng cho thấy định luật Moore vẫn còn đúng đắn
Một thập kỷ sau, Moore sửa đổi ước tính của mình thành hai năm thay vì một năm. Trong những năm gần đây, định luật của ông đã bị nghi ngờ về tính khả thi. EUV và ASML xuất hiện như một minh chứng cho thấy đột phá mới trong sản xuất và những đổi mới về thiết kế chip đã đi đúng tầm nhìn của Moore.
Một máy EUV được tạo thành từ nhiều mô-đun với hàng trăm nghìn linh kiện đến từ 800 nhà cung cấp toàn cầu. Mỗi mô-đun được phát triển tại một trong 60 địa điểm của ASML trên khắp thế giới và sau đó chuyển đến Veldhoven để lắp ráp. Sau khi mỗi máy lắp ráp được kiểm tra, nó được tháo rời để vận chuyển cho một nhà sản xuất chip. Quá trình vận chuyển yêu cầu tới 20 xe tải và 3 chiếc máy bay Boeing 747.
Sự thèm muốn của giới công nghệ Trung Quốc
Tuy nhiên, có một quốc gia mà ASML vẫn chưa bàn giao công nghệ EUV của mình. Đó là Trung Quốc. Theo CNBC, kể từ năm 2018, chính quyền Trump được cho là đã yêu cầu ASML không bán công nghệ EUV cho các công ty Trung Quốc.
Các công ty công nghệ Trung Quốc dĩ nhiên luôn thèm muốn công nghệ in này, bởi họ không muốn đi theo "vết xe đổ" của Huawei từng điêu đứng sau khi chính phủ Mỹ ra lệnh thắt chặt các hạn chế thương mại, dẫn đến việc gặp khó trong việc mua chip từ TSMC.
Quá trình lắp ráp một máy EUV
Trung Quốc sẵn sàng chi ra hơn 150 tỷ USD trong một thập kỷ tới trong cuộc đua thiết kế và sản xuất sản phẩm công nghệ. Với tiềm lực mạnh mẽ như vậy, đất nước tỷ dân hoàn toàn có thể lớn mạnh đến mức khó kiểm soát nếu nắm trong tay những công nghệ đột phá như EUV.
"Trung Quốc đã muốn tham gia vào cuộc đua công nghệ. Tuy nhiên, có nhiều lý do chính trị được tạo ra hòng ngăn cản Trung Quốc quyền tiếp cận với công nghệ này", Joanne Itow, giám đốc sản xuất tại Semico Research nhận định.
Mặc dù vậy, ASML vẫn giao dịch với Trung Quốc theo cách khác. Công ty Hà Lan đã tân trang lại các hệ thống in cũ hơn, cụ thể là công cụ in thạch bản cực tím (DUV) để "lách luật". Phần lớn đơn hàng mua DUV của ASML cũng đến từ quốc gia đông dân nhất thế giới. Thậm chí ông Wennink còn tiết lộ 96% máy ASML từng bán vẫn đang hoạt động tốt.
Trước khi công nghệ EUV ra đời, các nhà sản xuất chip vẫn áp dụng công nghệ DUV mua từ 3 công ty là ASML, Nikon và Canon. Trong khi Nikon vẫn là một đối thủ cạnh tranh ở phân khúc DUV, công nghệ EUV là cuộc chơi của riêng ASML. Các chuyên gia cho biết có thể mất nhiều thập kỷ để bất kỳ công ty nào khác bắt kịp họ, đơn giản vì nó được xây dựng quá phức tạp với hàng trăm nhà cung cấp độc quyền cho ASML.
Vận chuyển máy EUV yêu cầu tới 20 xe tải và 3 chiếc máy bay Boeing 747.
“Với một số khách hàng, chúng tôi là người bán hàng duy nhất. Trong khi đó, đối với một số đối tác cung ứng, ASML cũng là khách hàng lớn nhất. Những mối quan hệ gần như cộng sinh này còn tệ hơn cả việc kết hôn vì bạn không thể ly hôn và thoát khỏi nó”, ông Wennink mô tả.
Để tự bảo vệ mình trước những rủi ro trong chuỗi cung ứng, ASML thậm chí còn mua lại một số đối tác như Cymer ở San Diego, nơi sản xuất nguồn sáng cho EUV. Năm 2020, công ty Hà Lan này cũng đã mua lại Berliner Glas.
ASML dự kiến tăng trưởng doanh số lên đến 20% vào năm 2022 và tăng trưởng doanh thu hàng năm là 11% cho đến cuối thập kỷ. Chủ lực tiếp theo của hãng sẽ là dòng máy công nghệ High NA với khả năng tạo ra các chi tiết nhỏ hơn 1,7 lần và tăng mật độ linh kiện lên 2,9 lần so với dòng EUV hiện nay. Giá bán dự kiến cho High NA dự kiến sẽ lên đến 300 triệu USD , con số đủ sức khiến mọi công ty nhỏ rút lui và các đối thủ e dè nếu muốn nhảy vào cạnh tranh.
