ASML và cuộc chiến công nghệ toàn cầu: Từ thị trấn nhỏ Hà Lan đến trung tâm của tương lai AI
10/04/25
Nằm ngay ngoại ô thị trấn Eindhoven (Hà Lan), trụ sở của ASML – công ty độc quyền sản xuất máy in thạch bản (lithography tool) sử dụng trong sản xuất chip – đang là tâm điểm của một cuộc đua công nghệ toàn cầu. Trong bối cảnh AI bùng nổ, con chip ngày càng nhỏ, mạnh và tiết kiệm điện là yếu tố cốt lõi. Và không ai khác ngoài ASML nắm giữ chìa khóa sản xuất ra những con chip như thế.
Cỗ máy "nóng hơn cả mặt trời"
Sản phẩm chủ lực của ASML là các hệ thống in thạch bản sử dụng EUV (Extreme Ultraviolet Lithography) – một công nghệ mà hiện chỉ mình họ làm chủ. Máy EUV mới nhất nặng tới 150 tấn, giá khoảng 350 triệu USD, và hoạt động dựa trên một quy trình gần như viễn tưởng: bắn 50.000 giọt thiếc nóng chảy mỗi giây vào buồng chân không, dùng hai xung laser liên tiếp để biến giọt thiếc thành plasma siêu nóng (≈220.000°C – gấp 40 lần bề mặt Mặt Trời). Plasma này phát ra ánh sáng EUV với bước sóng chỉ 13.5nm – quá ngắn để truyền qua không khí, nên toàn bộ hệ thống phải hoạt động trong môi trường chân không tuyệt đối, phản xạ bằng các gương siêu mịn (độ nhám < 100 picomet).
Ánh sáng EUV được hội tụ và chiếu lên tấm mask chứa thiết kế mạch điện, rồi in lên lớp vật liệu nhạy sáng phủ trên tấm silicon wafer, từng lớp một, tạo thành các chip logic và AI với hàng chục tỷ transistor.
ASML: Xương sống ngành bán dẫn hiện đại
Các công ty như TSMC, Samsung, Intel... đều phụ thuộc vào máy ASML để sản xuất chip tiến trình <7nm. Hiện tại, không ai khác ngoài ASML có khả năng chế tạo thiết bị cho tiến trình tiên tiến như vậy. Ngay cả với các tiến trình cũ hơn như 14nm – vốn không dùng EUV – ASML vẫn chiếm hơn 90% thị phần DUV lithography toàn cầu.
Một con chip hiện đại giống như một “lasagna” điện tử – mỗi lớp là hàng tỷ transistor, dây dẫn, tụ điện... khắc chính xác đến từng nanomet. Một wafer đơn có thể chứa hàng trăm con chip, và mỗi lớp đều cần được căn chỉnh gần như tuyệt đối – sai lệch chỉ vài nanomet cũng có thể làm hỏng cả mạch logic.
EUV: Một cuộc chơi không dành cho tay mơ
Để đạt độ phân giải in cực nhỏ, hai yếu tố kỹ thuật then chốt là:
Bước sóng ánh sáng: EUV (13.5nm) cho phép khắc chi tiết nhỏ hơn nhiều so với DUV (193nm), vốn giới hạn ở tiến trình ~38nm.
Numerical Aperture (NA): là chỉ số thể hiện khả năng thu gom ánh sáng. Hệ EUV hiện tại dùng NA = 0.33. ASML đã phát triển hệ High-NA EUV (NA = 0.55) cho chi tiết xuống ~8nm, và đang nghiên cứu công nghệ hyper-NA (>0.75) để đạt thấp hơn nữa.
Tuy nhiên, tăng NA cũng đồng nghĩa với tăng kích thước và khối lượng của gương phản xạ, cũng như mức tiêu thụ điện năng. Gương High-NA hiện đã nặng vài trăm kg – tức gấp 10 lần thế hệ trước. Dự đoán nếu phát triển hyper-NA, chi phí sẽ tăng mạnh, có thể vượt xa mức 400 triệu USD/máy. Tuy nhiên, theo ASML, công nghệ này có thể sẵn sàng trong vòng 5–10 năm, tùy thuộc vào nhu cầu thị trường.
Trung Quốc, Mỹ và những "phương án B"
Do lo ngại về rủi ro an ninh, Mỹ đã cấm ASML xuất khẩu EUV sang Trung Quốc. Đáp lại, Trung Quốc đang rót hàng tỷ USD để phát triển công nghệ thay thế. Tuy nhiên, khoảng cách là quá lớn.
Hiện tại, SMEE – công ty nội địa của Trung Quốc – chỉ mới đạt được năng lực sản xuất DUV cho tiến trình 28nm. Trong khi đó, các hãng Trung Quốc tận dụng kỹ thuật multi-patterning – in lặp nhiều lần để đạt độ phân giải tốt hơn – tuy hiệu quả nhưng tốn thời gian, chi phí và tăng rủi ro sai lệch.
Để sản xuất EUV, không chỉ cần làm chủ công nghệ plasma thiếc – ánh sáng EUV – mà còn cần chuỗi cung ứng khổng lồ, với hơn 5.000 nhà cung cấp mà ASML đang sở hữu. Việc tái tạo toàn bộ hệ sinh thái này từ con số 0 là bài toán khổng lồ kéo dài cả thập kỷ.
Canon và bài toán chi phí: Công nghệ in nano
Trong khi đó, Canon (Nhật Bản) chọn một lối đi khác: Nanoimprint Lithography (NIL) – in mạch bằng cách dập khuôn trực tiếp lên wafer. Kỹ thuật này đơn giản hơn: dùng tia điện tử tạo khuôn, dập lên wafer với lớp polymer lỏng, sau đó làm cứng bằng UV. Chi phí sản xuất được Canon ước tính thấp hơn 40% so với EUV.
Tuy nhiên, NIL hiện gặp nhiều rào cản kỹ thuật: các lỗi in do bụi hay khuyết tật khuôn có thể lặp lại trên toàn wafer. Căn chỉnh giữa các lớp là cực kỳ khó – sai lệch nhỏ cũng gây lỗi nghiêm trọng. Ngoài ra, tốc độ của máy NIL hiện mới chỉ đạt ~110 wafer/giờ, thấp hơn hẳn máy EUV của ASML (180–270 wafer/giờ), chưa đủ để sản xuất hàng loạt chip logic.
NIL hiện phù hợp hơn với các ngành yêu cầu độ chính xác thấp hơn như màn hình, cảm biến, hoặc chip nhớ – nơi chấp nhận được lỗi sản xuất nhất định.
Dù có những công nghệ thay thế và hướng đi mới, ASML hiện vẫn là trung tâm không thể thay thế trong chuỗi giá trị bán dẫn cao cấp. Từ thiết kế chip AI tiên tiến cho đến các tiến trình <5nm, không hãng nào có thể tự chủ sản xuất nếu thiếu máy EUV của họ.
Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là vị thế này bất biến. Trong dài hạn, các công nghệ như hyper-NA, NIL hoặc ánh sáng 6nm vẫn có thể trở thành đối trọng nếu các bài toán về chi phí, năng suất và chính xác được giải quyết.
shared via The Economist,
