EUV, từng chỉ dành cho TSMC, Samsung và Intel chơi nổi, giờ đây đã bắt đầu xuất hiện trong danh sách mở rộng sản xuất của Nanya Technology và Winbond. Đồng thời, một loạt công ty khởi nghiệp mới thành lập chỉ hai ba năm đang thử nghiệm sử dụng tia X, máy gia tốc hạt, thậm chí là nguyên tử heli để vượt qua máy in quang EUV truyền thống. Gần đây, chúng tôi còn đưa tin, Elon Musk dường như có ý định đưa FEL vào sản xuất hàng loạt. Tham khảo cụ thể bài viết "Musk, liệu có lật đổ máy in quang EUV?"
Có thể thấy, dường như chỉ sau một đêm, hầu như tất cả mọi người đều có thể nhắm đến và sử dụng được thời đại EUV. Liệu rào cản của EUV thực sự đang biến mất?
Những nhà tiêu thụ lớn của máy in quang EUV
Hiện tại, những người chơi thực sự hiện thực hóa sản xuất hàng loạt EUV vẫn tập trung cao độ, cốt lõi vẫn là năm công ty: TSMC, Samsung, Intel, SK Hynix và Micron.
Trong đó, TSMC là một trong những nhà sản xuất thương mại hóa EUV sớm nhất và có quy mô ứng dụng lớn nhất. Năm 2019, TSMC chính thức đưa EUV vào quy trình N7+ và thực hiện sản xuất hàng loạt thương mại hóa. Các nút tiên tiến sau đó như N5, N3 tiếp tục tăng số lớp phơi sáng EUV, và EUV cũng dần từ một vài lớp then chốt ban đầu trở thành công cụ cốt lõi của chế tạo logic tiên tiến.
Samsung Electronics thì đồng thời thúc đẩy EUV trên hai dòng sản phẩm: logic tiên tiến và DRAM. Ngoài việc gia công quy trình tiên tiến, Samsung đã đưa EUV vào sản xuất hàng loạt DRAM cấp 14nm, 12nm, giúp EUV dần từ logic tiên tiến bước vào chế tạo chip nhớ.
Việc Intel áp dụng EUV tương đối muộn hơn, nhưng tốc độ thúc đẩy rất nhanh. Intel 4 trở thành quy trình đầu tiên áp dụng EUV quy mô lớn của họ, và các quy trình Intel 3 và 18A sau đó tiếp tục mở rộng ứng dụng. Đồng thời, Intel cũng là một trong những nhà sản xuất chip đầu tiên tiếp nhận và triển khai thiết bị High-NA EUV của ASML, thực hiện xác minh công nghệ trước cho các quy trình tiếp theo như 14A.
Trong các nhà sản xuất bộ nhớ, SK Hynix bắt đầu đưa EUV vào sản xuất hàng loạt DRAM cấp 1a nm từ năm 2021, sau đó không ngừng mở rộng phạm vi sử dụng. Năm 2025, công ty lại lắp đặt thiết bị High-NA EUV tại nhà máy wafer M16 ở Hàn Quốc, đưa công nghệ EUV thế hệ mới vào hệ thống nghiên cứu phát triển và sản xuất hàng loạt tương lai của DRAM sớm hơn.
Micron là một trong ba nhà sản xuất DRAM chính thức áp dụng EUV muộn hơn. Họ lần đầu tiên áp dụng EUV quy mô lớn ở nút DRAM 1γ (1-gamma), và bắt đầu thúc đẩy sản xuất hàng loạt sản phẩm liên quan tại Đài Loan (Trung Quốc) và Nhật Bản từ năm 2025.
Vì vậy, dù EUV đã phát triển nhiều năm, nhưng xét về sản xuất sản lượng cao thực tế, người chơi của nó vẫn tập trung cao độ ở năm công ty này. Trong một khoảng thời gian khá dài trước đây, việc có thể gia nhập "câu lạc bộ năm người" này, ở một mức độ nào đó, cũng đại diện cho việc một nhà sản xuất bán dẫn có hay không năng lực chế tạo quy trình tiên tiến nhất.
Nhưng bây giờ, "câu lạc bộ năm người" lâu dài khép kín này, đã bắt đầu xuất hiện người tham gia mới.
Điển hình nhất là Rapidus của Nhật Bản.
Rapidus thành lập năm 2022, so với các ông lớn như TSMC, Samsung, Intel với tích lũy quy trình tiên tiến hàng chục năm, gần như có thể coi là một "nhà máy wafer mới". Nhưng chính một công ty mới thành lập chỉ vài năm như vậy, đã trực tiếp bước vào thời đại EUV.
Tháng 12/2024, máy in quang EUV ASML NXE:3800E đã được vận chuyển đến nhà máy wafer IIM-1 của Rapidus tại Chitose, Hokkaido. Rapidus tuyên bố, đây là máy phơi sáng EUV đầu tiên của Nhật Bản hướng đến sản xuất hàng loạt chip tiên tiến. Sau đó vào tháng 4/2025, công ty hoàn thành lần phơi sáng EUV đầu tiên và đưa thiết bị vào thử nghiệm và xác minh cho quy trình GAA 2nm, mục tiêu là đạt sản xuất hàng loạt chip 2nm vào năm 2027.
Điểm đặc biệt của Rapidus nằm ở chỗ, nó gần như bỏ qua con đường nâng cấp dài từ quy trình trưởng thành, quy trình tiên tiến rồi mới dần áp dụng EUV của các nhà máy wafer truyền thống, mà ngay từ khi bắt đầu xây dựng nhà máy, đã trực tiếp xây dựng hệ thống sản xuất xoay quanh 2nm, GAA và EUV.
Điều này cũng nói lên một điều: EUV không còn chỉ thuộc về những ông lớn bán dẫn truyền thống có tích lũy quy trình tiên tiến hàng chục năm. Chỉ cần có đủ vốn, hợp tác kỹ thuật và hỗ trợ công nghiệp, một nhà máy wafer mới thành lập cũng có thể trực tiếp sở hữu thiết bị EUV và bắt đầu từ nút tiên tiến nhất.
Nhưng Rapidus đồng thời cũng cho thấy, EUV vẫn còn rất xa so với "bình dân hóa" thực sự.
Rapidus không phải là một công ty khởi nghiệp bình thường tự bỏ ra hàng trăm triệu USD để mua một máy in quang EUV. Đằng sau nó vừa có sự hỗ trợ tài chính khổng lồ liên tục từ chính phủ Nhật Bản, vừa có liên minh công nghiệp gồm các tập đoàn lớn Nhật Bản như Toyota, Sony, NTT, NEC, SoftBank, đồng thời còn thông qua hợp tác với IBM để đưa vào công nghệ quy trình GAA 2nm.
Nói cách khác, Rapidus có thể trực tiếp bước vào thời đại EUV, là dựa vào sự đồng lực nâng đỡ của vốn nhà nước, liên minh công nghiệp, chuyển giao công nghệ nước ngoài và năng lực mua sắm thiết bị tiên tiến cho một người chơi quy trình tiên tiến mới.
Tại sao các nhà máy wafer hạng hai cũng đến mua EUV?
Tuy nhiên, tình hình hiện tại là, các nhà máy wafer hạng hai cũng bắt đầu mua sắm EUV.
Ngày 5/8/2026, Hội đồng quản trị Nanya Technology tuyên bố, sẽ nâng chi tiêu vốn năm 2026 từ 52 tỷ Đài tệ lên 69,7 tỷ Đài tệ, tăng hơn 30%. Đồng thời, công ty phê chuẩn mức trần chi tiêu vốn từ 2026 đến 2029 cho nhà máy mới 5A là 3.466 tỷ Đài tệ, trở thành một trong những kế hoạch đầu tư đơn lẻ lớn nhất trong lịch sử Nanya Technology. Theo kế hoạch hiện đã công bố của Nanya Technology, mục tiêu công suất đầu vào hàng tháng giai đoạn một của nhà máy mới 5A khoảng 35,9 nghìn tấm, và sẽ lần lượt đưa vào các quy trình DRAM cấp 10nm như 1B, 1C, 1D và 1E. Khi quy trình tiếp tục thu nhỏ, EUV sẽ trở thành một trong những thiết bị then chốt trong hệ thống sản xuất DRAM thế hệ tiếp theo.
Đồng thời, ngày 6/8/2026, Winbond Electronics tuyên bố khởi động kế hoạch xây dựng nhà máy wafer 12 inch thứ hai P2 tại Cao Hùng. Theo quy hoạch, nhà máy mới sẽ khởi công vào tháng 1/2027, bắt đầu lắp đặt thiết bị đầu năm 2029, và dự kiến bước vào sản xuất hàng loạt vào quý IV/2029. Về lộ trình quy trình, Winbond Electronics lên kế hoạch rất rõ ràng: Giai đoạn một trước tiên sử dụng quy trình phi EUV để sản xuất DRAM cấp 14nm, giai đoạn hai chính thức đưa vào EUV, hướng đến DRAM cấp 12nm.
Đáng chú ý là, Winbond Electronics đã bắt đầu bố trí trước xoay quanh thời gian giao hàng dài của thiết bị EUV. Ban lãnh đạo công ty tiết lộ, hiện chu kỳ giao hàng thiết bị EUV mất khoảng ba đến ba năm rưỡi, điều này có nghĩa nếu muốn đưa EUV vào sử dụng vào khoảng năm 2029, bây giờ phải bắt đầu lập kế hoạch thiết bị, nhà xưởng và quy trình.
So với Nanya Technology, việc Winbond tham gia giải phóng tín hiệu công nghiệp càng đáng chú ý hơn. Lý do là, Winbond lâu nay không phải là người tham gia chính vào thị trường HBM hoặc DRAM thông dụng tiên tiến nhất, hoạt động kinh doanh cốt lõi của họ tập trung nhiều hơn vào các thị trường như DRAM thích hợp (niche), bộ nhớ xe hơi, điều khiển công nghiệp và Code Storage Flash.
Trước đây, một tiền đề quan trọng để EUV có thể chịu được chi phí thiết bị và quy trình cực cao là nó trước tiên phục vụ các chip giá trị cao như CPU, GPU, SoC tiên tiến và DRAM cao cấp. Nhưng khi một nhà sản xuất lâu năm chuyên sâu vào bộ nhớ thích hợp cũng bắt đầu lên kế hoạch EUV cho DRAM cấp 12nm, điều đó có nghĩa ranh giới kinh tế của EUV đang thay đổi.
1) Nhu cầu kỹ thuật: EUV đang từ quy trình logic lan sang DRAM
Từ TSMC, Samsung, Intel, đến SK Hynix và Micron, EUV ban đầu giải quyết vấn đề "làm thế nào để tiếp tục sản xuất chip tiên tiến nhất"; còn khi Nanya Technology, Winbond bắt đầu tham gia, EUV đang dần trở thành một vai trò khác - công cụ sản xuất cơ bản bắt buộc phải cân nhắc cho quy trình bộ nhớ thế hệ tiếp theo. Khi bản thân quy trình bộ nhớ tiên tiến đang tiến gần đến ranh giới kinh tế của phương pháp in hình nhiều lần DUV truyền thống. Tiếp tục dựa vào in quang nhúng 193nm để tiến đến kích thước nhỏ hơn, đồng nghĩa với nhiều lần phơi sáng hơn, nhiều mask hơn, nhiều bước khắc và lắng đọng hơn, đồng thời cũng có nghĩa là kiểm soát chồng khớp phức tạp hơn và chu kỳ sản xuất dài hơn. Khi độ phức tạp quy trình tăng lên đến một mức độ nhất định, một máy EUV đắt tiền, ngược lại có thể kinh tế hơn so với việc chồng chất nhiều lần phơi sáng DUV.
2) Động lực thương mại: Sự thịnh vượng của AI, khiến các nhà máy bộ nhớ hạng hai "tiêu hóa được" EUV
Trước đây các nhà máy hạng hai không dám mua EUV, là do giá DRAM thích hợp/trưởng thành biến động mạnh và lợi nhuận mỏng, khó có thể khấu hao số khấu hao khổng lồ của một thiết bị trị giá hàng trăm triệu USD. Sau khi mua máy in quang, còn cần nhà xưởng, mask, photoresist, kiểm tra, đo lường, phát triển quy trình và bảo trì dài hạn đi kèm. Đối với một nhà máy bộ nhớ hạng hai có biến động giá sản phẩm theo chu kỳ rõ ràng và tỷ suất lợi nhuận gộp lâu dài thấp hơn các doanh nghiệp đầu ngành, đây không phải là quyết định đầu tư dễ dàng.
Đặc biệt là trong các chu kỳ suy thoái bộ nhớ trước đây, giá DRAM giảm nhanh, tỷ lệ sử dụng công suất giảm, điều mà các nhà sản xuất cân nhắc đầu tiên thường là cắt giảm chi tiêu vốn, chứ không phải mua sắm thiết bị bán dẫn đắt nhất.
AI đã thay đổi logic đầu tư này. Samsung, SK Hynix, Micron chuyển một lượng lớn công suất DRAM thông dụng sang sản xuất HBM, dẫn đến tình trạng cung cấp thắt chặt nghiêm trọng trên thị trường DRAM thông dụng/thích hợp, giá tăng mạnh. Khách hàng để khóa nguồn cung dài hạn cho bộ nhớ hỗ trợ AI biên, MCU/SoC xe hơi, điều khiển công nghiệp và AI Server, đã chủ động ký hợp đồng dài hạn (LTA) 3~5 năm với các nhà máy hạng hai. Tỷ suất lợi nhuận gộp sản phẩm cao hơn + tỷ lệ sử dụng công suất xác định dài hạn, đã giúp những người chơi "hạng hai/thích hợp" như Nanya Technology, Winbond có được dòng tiền và khả năng dự báo chi tiêu vốn tuyệt vời, cuối cùng có khả năng vượt qua "rào cản tài chính" của EUV.
Đây thực sự là một thay đổi rất quan trọng: EUV không đột nhiên trở nên rẻ hơn, mà là chip nhớ trở nên có giá trị hơn.
Trước đây, một nhà máy bộ nhớ hạng hai có thể cần hỏi: "Chúng tôi có đủ tư cách mua EUV không?" Giờ đây họ cần cân nhắc nhiều hơn: "Nếu không mua EUV, năm năm sau còn có thể duy trì năng lực cạnh tranh về chi phí không?"
3) Thay đổi thuộc tính công cụ: Low-NA EUV đang trở thành trang thiết bị tiêu chuẩn tương đối trưởng thành
Một lý do khác dễ bị bỏ qua, là chính thiết bị EUV cũng đã thay đổi. EUV NA 0.33 thế hệ đầu tiên (như NXE:3400C/3600D/3800E) đã trải qua gần 10 năm rèn luyện sản xuất hàng loạt. Công suất nguồn sáng, tuổi thọ màng bảo vệ mask, tỷ lệ sẵn sàng vận hành dây chuyền đều đã đạt đến độ trưởng thành thương mại hóa trên 90%~95%.
Có thể thấy rõ từ sự thay đổi doanh số bán hàng của ASML trong những năm gần đây. Năm 2019 là năm then chốt EUV thực sự bước vào sản xuất sản lượng cao, năm đó ASML bán 26 hệ thống EUV; năm 2020 tăng lên 31, năm 2021 đạt 42. Năm 2022 xác nhận doanh thu 40, năm 2023 đạt 53. Dù chịu ảnh hưởng bởi chu kỳ chi tiêu vốn của khách hàng, nghiệm thu thiết bị và nhịp độ đưa vào High-NA, con số năm 2024 và 2025 lần lượt là 44 và 48, không phải tăng trưởng tuyến tính đơn giản hàng năm, nhưng EUV đã ổn định bước vào giai đoạn giao hàng quy mô hàng chục chiếc mỗi năm.
Và ASML vào năm 2026 đã tuyên bố rõ ràng, công ty đang thúc đẩy khả năng sản xuất ít nhất 60 máy Low-NA EUV trong năm nay, và lên kế hoạch nâng lên ít nhất 80 vào năm 2027. Đồng thời, công ty còn tiếp tục nâng cao tốc độ di chuyển dây chuyền (move rate), để đối phó với nhu cầu EUV ngày càng tăng của khách hàng logic tiên tiến và DRAM.
Khi các nhà máy logic hàng đầu (TSMC, Intel) bắt đầu tiến đến EUV High-NA 0.55, Low-NA EUV thực tế đã lùi xuống thành cơ sở hạ tầng tiêu chuẩn "phụ cao cấp". Đối với các nhà máy DRAM và nhà máy wafer hạng hai, Low-NA EUV hiện nay giống như máy in quang nhúng ArFi (193nm) mười năm trước, rủi ro kỹ thuật đã được người đi trước dẹp yên, mua về là có thể trực tiếp đưa vào sản xuất như "trang thiết bị tiêu chuẩn".
Vì vậy, về mặt quy trình, DRAM ngày càng cần EUV; về kinh tế, sự thịnh vượng của AI giúp nhiều nhà máy bộ nhớ hơn có khả năng tiêu hóa EUV; về thiết bị, Low-NA EUV đã từ giai đoạn xác minh có dùng được không, bước vào giai đoạn làm thế nào mở rộng công suất. Ba yếu tố chồng lấn, cuối cùng thúc đẩy ranh giới khách hàng của EUV bắt đầu thực sự mở rộng ra ngoài.
Những kẻ thách thức tái tạo EUV và vượt qua EUV
Các công nghệ thách thức ASML đang nhanh chóng gia tăng, như xLight, Inversion, Substrate, Lace, Multibeam, Canon, v.v., nhưng đa số chỉ đánh trúng một mắt xích yếu trong hệ thống EUV: có người thay thế nguồn sáng, có người bỏ mask, có người dùng tia X, có người dùng chùm nguyên tử.
Theo độ sâu thay đổi hệ thống in quang, có thể chia thành bốn phe phái chính.
(Bảng do Semiconductor Industry Observation tổng hợp)
(一) Phái tái cấu trúc nguồn sáng
Phe phái này đang cố gắng thay đổi cách tạo ra ánh sáng EUV 13.5nm, giải quyết các vấn đề như công suất nguồn sáng plasma laser hiện có không đủ, tiêu hao năng lượng quá cao, bảo trì phức tạp.
Đại diện là công ty khởi nghiệp Mỹ xLight. Hiện hệ thống EUV của ASML chủ yếu sử dụng laser bắn vào giọt thiếc để tạo plasma, sau đó giải phóng ánh sáng EUV 13.5nm. xLight hy vọng thay thế nguồn sáng plasma laser hiện có bằng laser electron tự do, cung cấp nguồn sáng công suất cao hơn, ổn định hơn tập trung cho nhiều máy quét EUV.
Phân bố khuyết tật trên cùng một wafer giữa phương án EUV truyền thống và xLight EUV (Nguồn: xLight)
xLight đề cập trên trang web, trong hệ thống chế tạo lấy giá đơn vị wafer 3nm của TSMC khoảng 19.500 USD làm chuẩn, chi phí thiết bị EUV truyền thống chiếm đến 40% tổng chi phí chế tạo chip; còn phương án FEL (laser electron tự do) EUV mà xLight đề xuất, có thể giảm 50% chi phí liên quan đến EUV, giảm tỷ trọng của nó trong tổng chi phí xuống 20%, từ đó giảm trực tiếp 20% tổng chi phí chế tạo cả tấm wafer.
Chém đôi chi phí EUV (Nguồn: xLight)
(二) Phái nhảy bước sóng ngắn
Máy in quang EUV của ASML ngày nay, dù là NXE NA 0.33, hay EXE High-NA NA 0.55, đều vẫn sử dụng ánh sáng EUV 13.5nm. Điểm khác biệt là, High-NA thông qua việc nâng khẩu độ số từ 0.33 lên 0.55, tiếp tục nâng độ phân giải phơi sáng một lần lên khoảng 8nm, và tiếp tục hỗ trợ quy trình logic 2nm và sau đó.
Nhưng một số doanh nghiệp và cơ quan nghiên cứu khác bắt đầu suy nghĩ một vấn đề cấp tiến hơn: EUV 13.5nm dù có thể nhờ High-NA tiếp tục kéo dài, tương lai vẫn phải đối mặt với hàng loạt thách thức như độ phân giải, khuyết tật ngẫu nhiên, photoresist, hệ thống quang học phức tạp và chi phí thiết bị. Thay vì chỉ tiếp tục làm việc trên khẩu độ số, liệu có thể trực tiếp rút ngắn hơn nữa bước sóng phơi sáng?
Vì vậy, BEUV (Beyond EUV) và in quang tia X mềm lại lọt vào tầm ngắm.
Phe phái này bao gồm Inversion Semiconductor, Substrate, và một loạt dự án nghiên cứu xoay quanh BEUV 6.7nm. Công nghệ họ sử dụng không giống nhau, nhưng tư duy cơ bản có điểm chung: không coi 13.5nm là hằng số không thể thay đổi nữa, mà thử chuyển sang bước sóng ngắn hơn, tái xây dựng hệ thống phơi sáng thế hệ tiếp theo.
Một trong các dải mục tiêu được quan tâm nhất, chính là 6.5—6.7nm. Xét từ quan hệ cơ bản của in quang, độ phân giải phơi sáng đồng thời phụ thuộc vào bước sóng λ, khẩu độ số NA và hệ số quy trình k1. Trong điều kiện khác gần tương đương, rút ngắn bước sóng từ 13.5nm xuống khoảng 6.7nm, về lý thuyết có thể nâng đáng kể khả năng phân giải.
Mà 6.7nm cũng không phải khái niệm mới đột nhiên xuất hiện gần đây. Ngay từ hơn mười năm trước, các nhóm nghiên cứu ở châu Âu, Trung Quốc, Nga, v.v. đã nghiên cứu xoay quanh in quang thế hệ tiếp theo 6.7nm, bao gồm nguồn sáng plasma, vật liệu đất hiếm và hệ thống quang học phản xạ nhiều lớp đi kèm. Ví dụ, hệ vật liệu La/B, La/B4C lâu nay được coi là ứng viên quan trọng cho gương phản xạ 6.7nm, hệ số phản xạ lý thuyết có thể đạt khoảng 70%, hệ thống thực nghiệm cũng đã đạt được hệ số phản xạ cao.
Sự khám phá của Nga thì cung cấp một góc nhìn khác.
Nguồn sáng EUV chủ lưu của ASML ngày nay sử dụng LPP, tức công nghệ plasma tạo bởi laser: laser CO2 công suất cao bắn tốc độ cao vào giọt thiếc nóng chảy, chuyển nó thành plasma nhiệt độ cao, sau đó trích xuất bức xạ EUV 13.5nm từ đó. Công nghệ này đã trải qua xác minh công trình hóa hơn mười năm, nhưng mảnh vụn thiếc, ô nhiễm linh kiện quang học, hiệu suất chuyển đổi năng lượng và hệ thống làm sạch, bảo vệ phức tạp, cũng luôn là vấn đề công trình hóc búa nhất của nguồn sáng EUV.
Một số cơ quan nghiên cứu Nga do đó lâu nay khám phá nguồn sáng plasma khí như xenon, hy vọng vòng qua hệ thống giọt thiếc. Khác với kim loại thiếc, khí tạo plasma sau đó có thể thải ra qua hệ thống chân không, về lý thuyết có thể giảm ô nhiễm cho các linh kiện quang học cốt lõi như gương tập quang. Người quan tâm có thể click đọc bài "Nga tuyên bố: Đột phá máy in quang" do Semiconductor Industry Observation phát hành trước đây.
Inversion Semiconductor đi xa hơn.
Công ty này đang phát triển máy gia tốc hạt siêu nhỏ dựa trên gia tốc đuôi trường laser (LWFA), hy vọng thu nhỏ đáng kể máy gia tốc hạt vốn đồ sộ. Mục tiêu của họ là sử dụng laser công suất cao tạo ra điện trường cực mạnh trong plasma, trong khoảng cách rất ngắn gia tốc electron đến trạng thái năng lượng cao, sau đó tạo ra bức xạ bước sóng ngắn công suất cao, có thể điều chỉnh.
Nguồn sáng STARLIGHT mà Inversion đề xuất hiện nay mục tiêu bao phủ dải khoảng 20nm đến 6nm, vì vậy nó vừa có thể tạo ra ánh sáng 13.5nm mà in quang EUV ngày nay cần, vừa có thể tiến xa hơn vào phạm vi tia X mềm. Mục tiêu cuối cùng cũng không chỉ là thay thế nguồn sáng giọt thiếc của ASML, mà là xây dựng nền tảng in quang thế hệ tiếp theo hoàn chỉnh xoay quanh máy gia tốc hạt nhỏ loại này.
(Nguồn: Inversion Semiconductor)
Substrate thì chọn một tuyến đường gia tốc khác. Nó cũng sử dụng electron năng lượng cao tạo tia X, nhưng kiến trúc cụ thể không giống với gia tốc đuôi trường laser của Inversion. Substrate thông qua buồng cộng hưởng tần số vô tuyến (RF cavity) gia tốc electron đến gần tốc độ ánh sáng, sau đó để electron đi qua từ trường luân phiên tạo ra tia X độ sáng cực cao, cuối cùng thông qua hệ thống quang học và cơ khí tốc độ cao mới để hoàn thành phơi sáng wafer.
Substrate cho biết, lỗ thông ngẫu nhiên có khoảng cách trung tâm 30nm, có chất lượng hoa văn và độ đồng đều kích thước then chốt cực tốt (Nguồn: Substrate)
Nhưng tham vọng của Substrate không chỉ là chế tạo một máy in quang mới. Họ hy vọng xoay quanh công nghệ in quang tia X này, xây dựng một mô hình gia công wafer tích hợp dọc hơn, tích hợp máy gia tốc hạt, nguồn sáng, thiết bị phơi sáng với chế tạo wafer tiên tiến trong cùng một hệ thống.
Inversion giống như đang chế tạo nền tảng nguồn sáng/in quang thế hệ tiếp theo, Substrate thì muốn dùng công nghệ in quang mới ngược lại tái cấu trúc toàn bộ mô hình Foundry.
Từ góc độ này, lựa chọn hiện tại của ASML là "giữ 13.5nm, thông qua NA lớn hơn tiếp tục nâng độ phân giải"; còn Inversion, Substrate và các nhà nghiên cứu BEUV mở ra một biến số kỹ thuật khác - đã NA có thể thay đổi, vậy tại sao bản thân bước sóng λ không thể thay đổi?
Nhưng rút ngắn bước sóng không có nghĩa in quang đột nhiên trở nên đơn giản. Một khi từ 13.5nm bước vào vùng tia X mềm 11nm, 6.7nm hoặc thậm chí ngắn hơn, hệ thống nguồn sáng, gương phản xạ, mask, photoresist, đo lường kiểm tra và kiểm soát ô nhiễm được xây dựng cho EUV ngày nay hầu như đều cần thiết kế lại.
(三) Phái in nổi nano
In nổi nano (NIL) của Canon, là tuyến đường in quang phi truyền thống gần nhất với công nghiệp hóa hiện nay.
EUV truyền thống cần tạo nguồn sáng công suất cao trước, sau đó thông qua nhiều nhóm gương phản xạ độ chính xác cao để thu nhỏ hoa văn mask và chiếu lên wafer. NIL thì trực tiếp ép template có hoa văn nano lên photoresist wafer, tương tự như dùng con dấu sao chép mạch. Cách này bỏ ống kính chiếu phức tạp, cũng không cần nguồn sáng EUV công suất cao, về lý thuyết có thể giảm đáng kể chi phí thiết bị, tiêu hao năng lượng và bước quy trình.
Canon đã cho ra mắt thiết bị thương mại FPA-1200NZ2C, và lấy 3D NAND làm ứng dụng sản xuất hàng loạt đầu tiên thúc đẩy, sau đó mở rộng sang DRAM và chip logic.
Nhưng khó khăn của NIL cũng nổi bật không kém. Do template cần tiếp cận hoặc thậm chí tiếp xúc wafer, ô nhiễm hạt, khuyết tật template, tổn thương bóc khuôn và chồng khớp nhiều lớp đều có thể trực tiếp ảnh hưởng đến tỷ lệ thành phẩm. Vì vậy, con đường mà Canon vượt qua là hệ thống nguồn sáng công suất cao và quang học chiếu cốt lõi nhất của ASML, nhưng không vượt qua được các bài toán in quang như chế tạo mask, kiểm soát khuyết tật và chồng khớp cấp nano.
(四) Phái phơi sáng không ánh sáng
Phe phái này đi xa hơn: không chỉ bỏ nguồn sáng EUV và gương phản xạ, thậm chí không còn sử dụng photon để hoàn thành phơi sáng, mà để nguyên tử hoặc electron trực tiếp hình thành hoa văn trên wafer.
Ở phương diện này, Lace Lithography và Multibeam đang cố gắng trực tiếp sử dụng các hạt như nguyên tử hoặc electron để hoàn thành tạo hình cấp nano.
Trong đó, một công ty khởi nghiệp thành lập năm 2023 là Lace Lithography, sử dụng in quang chùm nguyên tử heli trạng thái kích thích siêu bền. Bước sóng sóng vật chất của nguyên tử heli ngắn hơn xa so với ánh sáng EUV 13.5nm, về lý thuyết không chịu ràng buộc tương đương giới hạn nhiễu xạ quang học truyền thống. So với ion mang điện, nguyên tử heli trung tính còn có thể giảm hiệu ứng sạc trên bề mặt wafer. Bản chất của Lace đã từ "in quang photon" chuyển sang "in quang sóng vật chất". Nó cố gắng thay đổi không chỉ nguồn sáng, mà là bản thân vật mang phơi sáng.
Multibeam đi một tuyến hạt hoàn toàn khác - viết trực tiếp bằng nhiều chùm electron. In quang chùm electron không phải công nghệ mới. Trên thực tế, nó lâu nay là một trong những công cụ tạo hình có độ phân giải cao nhất trong ngành bán dẫn, cũng là phương tiện quan trọng cho chế tạo mask quang tiên tiến, nghiên cứu phát triển và sản xuất chip số lượng nhỏ.
Vấn đề lớn nhất của nó chỉ có một, nhưng cũng là vấn đề chí mạng nhất: quá chậm. Multibeam cố gắng thay đổi, chính là nút thắt này. Tư duy của nó không phải là để một chùm electron chạy nhanh hơn, mà là đồng thời tăng nhiều kênh viết chùm electron. Thông qua triển khai nhiều cột chùm electron độc lập, để nhiều vùng đồng thời phơi sáng, biến "vẽ một nét" trước đây thành "nhiều nét song song". Quan trọng hơn, chùm electron có thể trực tiếp viết theo bản vẽ layout kỹ thuật số, không cần như EUV truyền thống phải chế tạo trước cả bộ mask quang. Điều này mang lại một ưu thế khác: chế tạo không mask.
Multibeam hiện đã cho ra mắt nền tảng in quang nhiều chùm electron thế hệ hai MBX-300, hướng đến wafer 300mm cũng như các ứng dụng như đóng gói tiên tiến, silicon quang, linh kiện lượng tử và bán dẫn hợp chất. Thiết bị có thể trực tiếp đọc dữ liệu layout chip để viết, không cần chế tạo mask quang truyền thống, và hỗ trợ mở rộng từ phát triển nguyên mẫu sang chế tạo sản xuất. Tốc độ thông lượng điển hình được công bố chính thức khoảng 1—2 wafer/giờ cho mỗi buồng viết, trong các ứng dụng cụ thể như Secure Chip ID có thể đạt cao nhất 25 wafer/giờ. Năm 2026, Đại học Thanh Hoa Đài Loan cũng đã đặt hàng hệ thống MBX thế hệ mới, dùng cho nghiên cứu bán dẫn và phát triển liên kết với doanh nghiệp chip.
Nền tảng MBX (Nguồn: Multibeam)
Lace và Multibeam dù đều sử dụng hạt để hoàn thành tạo hình, nhưng hai tuyến đường thực tế giải quyết vấn đề hoàn toàn khác nhau: Lace muốn đột phá giới hạn độ phân giải: thông qua bước sóng sóng vật chất cực ngắn của nguyên tử heli trung tính, đẩy kích thước hoa văn tiếp tục xuống; Multibeam muốn đột phá giới hạn hiệu suất của chùm electron: thông qua nhiều chùm song song, viết trực tiếp kỹ thuật số và chế tạo không mask, đẩy công nghệ chùm electron vốn chỉ phù hợp nghiên cứu phát triển và sản xuất số lượng nhỏ hướng đến quy mô chế tạo lớn hơn.
Vấn đề khó khăn lớn nhất chung mà họ đối mặt, là làm thế nào trong khi duy trì độ phân giải cấp nano, nâng tốc độ thông lượng lên mức độ mà các nhà máy wafer tiên tiến có thể chấp nhận. Điều này cũng phơi bày bài toán tối hậu chung mà tất cả kẻ thách thức EUV đối mặt: ngưỡng thực sự của in quang, xưa nay không chỉ là độ phân giải, mà là đồng thời đạt được "khắc mịn, khắc chuẩn, khắc nhanh, còn phải có thể ổn định khắc 24 giờ".
Tổng thể nhìn lại, những người chơi thách thức EUV của ASML, có thể nói chính xác hơn là tháo rời EUV. Quan hệ tiến dần của bốn loại tuyến đường này là: đổi nguồn sáng → đổi bước sóng → bỏ chiếu → bỏ photon.
Lời kết
Quay lại câu hỏi đầu bài: Máy in quang EUV, thực sự đã không còn ngưỡng cửa?
Đáp án rõ ràng là phủ định.
Một máy in quang EUV vẫn trị giá hàng trăm triệu USD, đằng sau còn cần nhà xưởng tiên tiến, mask, photoresist, kiểm tra đo lường cũng như tích lũy quy trình dài hạn và leo dốc tỷ lệ thành phẩm. Dù là ngưỡng vốn, hay ngưỡng công trình biến thiết bị thực sự thành năng lực sản xuất hàng loạt, đều chưa hề biến mất.
Nhưng một thay đổi khác cũng không thể phớt lờ: "Ngưỡng tiêu chuẩn gia nhập khách hàng" của EUV, thực sự đang giảm xuống. Từ hàng xa xỉ đỉnh cao của số ít ông lớn đến nhu cầu cứng sản xuất của người chơi thích hợp, sự chìm xuống của máy in quang EUV, tiết lộ quy tắc trò chơi mới toàn diện sau khi định luật Moore bước vào hiệp hai. Sự "khử thần bí hóa" của EUV đang tăng tốc.
Nhưng thay đổi lớn hơn, có lẽ xảy ra bên ngoài hệ thống EUV. Vòng vây công nghệ "thời hậu EUV" đang hình thành. Các tuyến đường sáng tạo thách thức ASML liên tục xuất hiện. Dù tuyệt đại đa số phương án mới nổi hiện vẫn kẹt trong giai đoạn phòng thí nghiệm và thử sản xuất, chưa vượt qua vực sâu trời vời mà sản xuất sản lượng cao (HVM) yêu cầu là tỷ lệ thành phẩm cực cao, tỷ lệ hoạt động ổn định và hệ sinh thái đồ sộ, nhưng sự tồn tại của chúng, đã xé toạc một góc khe hở cho công nghệ vi ảnh truyền thống đắt đỏ.
Từ biệt độc quyền tuyệt đối, không có nghĩa là đột phá điểm đơn dễ được. Có thể dự kiến, thị trường in quang tương lai có thể không còn ASML một mình một sân. Một hệ sinh thái cạnh tranh đa dạng mới, với Low-NA EUV tiêu chuẩn lấp đầy eo, High-NA EUV đỉnh cao xây đỉnh, các tuyến đường mới nổi đột phá trong phân khúc thị trường cụ thể, đang sắp hiện ra.
Bài viết này từ tài khoản WeChat công chúng "Semiconductor Industry Observation" (ID:icbank), tác giả: Du Qin DQ
