Nhiều người hay nói vui rằng: “Có tiền là mua được tất cả”. Nhưng có vẻ nó sẽ không đúng đối với EUV lithography (công nghệ quang khắc tia cực tím bước sóng cực ngắn). Đây là một trong số rất ít công nghệ mà dù có ngân sách vô hạn, bạn vẫn không thể tự nhiên nhảy vào làm được. Thực tế, cho tới thời điểm này, chỉ có ASML là công ty duy nhất trên thế giới chế tạo và thương mại hóa thành công máy EUV. Và lý do thì không hề đơn giản.
Lý do thứ nhất: bản thân ánh sáng EUV đã gần như không tồn tại trong tự nhiên.
EUV sử dụng ánh sáng có bước sóng 13.5 nm. Đây là vùng mà bạn không thể tạo ra bằng đèn, laser thông thường hay bất kỳ nguồn sáng thông thường nào. ASML phải dùng các giọt thiếc siêu nhỏ, đường kính chỉ khoảng 30 micromet, bắn lơ lửng trong không khí rồi dùng laser CO₂ công suất cực lớn bắn hai phát liên tiếp. Phát đầu làm dẹt giọt thiếc, phát thứ hai biến nó thành plasma phát sáng EUV. Chu trình này lặp lại tới hàng chục nghìn lần mỗi giây, với sai số thời gian tính bằng nanosecond. Chỉ riêng hệ thống tạo sáng này đã mất hơn 20 năm phát triển, với sự phối hợp của ASML, Trumpf và Cymer.
Lý do thứ hai: EUV không thể đi qua bất kỳ thấu kính nào.
Khác với ánh sáng có thể nhìn thấy hay DUV, EUV bị hấp thụ hoàn toàn bởi không khí, thủy tinh và hầu hết vật liệu quen thuộc. Điều đó buộc toàn bộ hệ thống phải hoạt động trong môi trường chân không và sử dụng gương phản xạ thay vì lens. Nghe thì đơn giản, nhưng vấn đề là gương cho EUV không hề giống gương bình thường.
Và đó dẫn tới lý do thứ ba: hệ gương là những vật thể chính xác nhất mà con người từng chế tạo.
Các gương EUV do ZEISS sản xuất gồm hàng trăm lớp molybdenum và silicon xếp chồng, mỗi lớp chỉ dày vài phần mười nanomet. Bề mặt gương phải phẳng tới mức sai lệch nhỏ hơn 0.5 angstrom, tức còn nhỏ hơn kích thước một nguyên tử. Mỗi tấm gương như vậy trị giá hàng chục triệu USD, và hiện nay gần như không có quốc gia nào ngoài Đức làm chủ được công nghệ này ở cấp độ sản xuất hàng loạt.
Lý do thứ tư: phần lớn ánh sáng EUV bị mất trên đường đi.
Mỗi lần phản xạ qua gương, chỉ khoảng 70% ánh sáng EUV được giữ lại. Trong một máy EUV, ánh sáng phải phản xạ qua khoảng hơn 10 gương trước khi tới wafer. Kết quả là chưa tới 0.3% năng lượng ban đầu thực sự dùng được cho in thạch bản. Điều này buộc nguồn EUV phải cực kỳ mạnh và ổn định, đẩy độ khó của toàn hệ thống lên mức gần như phi lý về mặt kỹ thuật.
Lý do thứ năm: mọi thứ phải chính xác ở cấp độ nguyên tử.
Để tạo ra các node 7nm, 5nm hay nhỏ hơn, việc căn chỉnh wafer, reticle và optics phải đạt độ chính xác cỡ 0.3 nm. Đây là mức mà rung động từ sàn nhà, chênh lệch nhiệt vài phần nghìn độ hay nhiễu điện từ đều có thể phá hỏng kết quả. Máy EUV vì thế phải kết hợp hàng loạt công nghệ: giảm rung chủ động, motor siêu chính xác, kiểm soát nhiệt, đo đạc thời gian thực bằng interferometer trong môi trường chân không cực sạch.
Lý do thứ sáu: phần mềm của EUV phức tạp không kém phần cứng.
Một máy EUV có hơn 100.000 linh kiện và vận hành nhờ hàng triệu dòng code. Phần mềm không chỉ điều khiển máy mà còn liên tục tự hiệu chỉnh, bù sai lệch, dự đoán lỗi ở mức độ phức tạp tương đương hệ thống dẫn đường hàng không vũ trụ. Bạn có thể sao chép từng module riêng lẻ, nhưng việc tích hợp tất cả thành một hệ thống chạy ổn định 24/7 là một bài toán hoàn toàn khác.
Và cuối cùng, lý do thứ bảy: chuỗi cung ứng toàn cầu gần như không thể thay thế.
EUV không phải sản phẩm của riêng ASML. Nó là kết quả của cả một hệ sinh thái kéo dài nhiều thập kỷ: ASML tích hợp hệ thống, ZEISS làm gương, Trumpf cung cấp laser, Cymer làm nguồn EUV, cùng hàng chục nhà cung cấp siêu chuyên biệt ở Mỹ, châu Âu và Nhật. Nhiều mắt xích trong số này hiện bị kiểm soát xuất khẩu rất chặt, khiến việc bắt chước gần như bất khả thi trong ngắn hạn.
Tóm lại, EUV không phải là câu chuyện của một công ty giỏi, mà là kết quả của hàng chục năm tích lũy công nghệ, con người và chuỗi cung ứng ở cấp độ mà rất ít lĩnh vực khác trên thế giới đạt tới. Và đó là lý do vì sao, cho tới hôm nay, ASML vẫn đứng một mình trên đỉnh của cuộc chơi EUV.
