Từ CPU của máy tính cá nhân đến GPU dùng trong huấn luyện AI, hầu hết chip xử lý cao cấp hiện nay đều dựa vào hệ thống quang khắc của ASML, công ty Hà Lan có trụ sở tại Eindhoven. Họ là đơn vị duy nhất trên thế giới sở hữu công nghệ in thạch bản cần thiết để sản xuất chip dưới 5 nm.
Với các vi xử lý hiện đại chứa hàng tỷ bóng bán dẫn, kích thước nanomet (nm) quyết định mật độ của chúng trên mỗi milimet vuông. Kích thước càng nhỏ, hiệu suất chip càng cao. Ví dụ, chip 5 nm của TSMC có khoảng 173 triệu bóng bán dẫn/mm².
Sản phẩm chủ lực của ASML là máy quang khắc EUV (Extreme Ultraviolet Lithography), một cỗ máy khổng lồ nặng 150 tấn, tương đương kích thước hai chiếc Airbus A320 và có giá lên tới 380 triệu USD. Nhưng cũng chính điều này khiến ASML trở thành tâm điểm trong cuộc chiến công nghệ giữa Mỹ và Trung Quốc. Washington đã gây áp lực buộc ASML ngừng cung cấp thiết bị này cho các nhà sản xuất Trung Quốc nhằm kìm hãm sự phát triển bán dẫn của Bắc Kinh.
Trung Quốc hiện bị hạn chế tiếp cận máy EUV và đang tận dụng các hệ thống DUV (Deep Ultraviolet Lithography) nhập khẩu trước đây. Các nhà sản xuất Trung Quốc phải thực hiện nhiều lần quang khắc để đạt độ chi tiết mong muốn, nhưng phương pháp này làm tăng độ phức tạp, giảm năng suất và đẩy giá thành sản xuất lên cao.
Trung Quốc cũng đang đầu tư hàng tỷ USD để phát triển công cụ quang khắc nội địa. Công ty SMEE được cho là đã đạt bước tiến với hệ thống DUV có khả năng sản xuất chip 28 nm. Nhưng theo chuyên gia Jeff Koch từ SemiAnalysis, công nghệ EUV là một thách thức hoàn toàn khác. “Ngoài việc kiểm soát ánh sáng EUV, Trung Quốc còn phải xây dựng chuỗi cung ứng tương đương với ASML, vốn bao gồm hơn 5.000 nhà cung cấp chuyên biệt.”
Canon đặt cược vào công nghệ Nanoimprint Lithography (NIL), một phương pháp "đóng dấu" mẫu mạch trực tiếp lên wafer, tương tự như máy in. Về lý thuyết, NIL có thể đạt độ chính xác nanomet với chi phí thấp hơn 40% so với EUV của ASML. Tuy nhiên, công nghệ này gặp một số thách thức như nguy cơ sai sót trong quá trình phủ nhựa lỏng và số lượng wafer sản xuất được trong một giờ còn hạn chế.
Nikon cũng không đứng ngoài cuộc chơi. Từng là nhà cung cấp thiết bị in thạch bản cho Intel vào những năm 1990, Nikon hiện đang hồi sinh công nghệ i-Line để phục vụ các hãng sản xuất chip Trung Quốc.
Ngoài ra, Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) đã phát triển thiết bị quang khắc EUV đơn giản hơn, với chi phí thấp hơn so với hệ thống của ASML. Nếu được sản xuất hàng loạt, nó có thể định hình lại ngành sản xuất chip toàn cầu.
Mỹ đã chi gần 1 tỷ USD để xây dựng trung tâm EUV Accelerator nhằm phát triển máy EUV tiên tiến hơn. Trung tâm này dự kiến cung cấp quyền truy cập vào công nghệ EUV khẩu độ số cao (High-NA EUV) vào năm 2026, mở ra một kỷ nguyên mới trong sản xuất bán dẫn.
Cỗ máy High-NA EUV của ASML hoạt động bằng cách bắn 50.000 giọt thiếc nóng chảy vào buồng chân không mỗi giây. Các giọt này lần lượt bị tác động bởi hai xung laser: một xung làm phẳng giọt thiếc, xung còn lại khiến nó bốc hơi, tạo ra plasma siêu nóng – lên tới 220.000 độ C, nóng hơn bề mặt Mặt Trời khoảng 40 lần. Plasma này phát ra ánh sáng EUV có bước sóng cực ngắn, được phản xạ qua hệ thống gương siêu mịn để khắc lên wafer silicon.
Công nghệ này có thể ví như một máy chiếu slide siêu tinh vi, trong đó ánh sáng đi qua khuôn in để tạo ra hình ảnh trên bề mặt chip. Nhưng khác với máy chiếu thông thường, ánh sáng EUV của ASML có bước sóng chỉ 13,5 nm, giúp tạo ra những chi tiết siêu nhỏ trên wafer. Trước EUV, công nghệ DUV chỉ có thể tạo ra các chi tiết nhỏ đến 38 nm.
Dù đang nắm giữ công nghệ tiên tiến nhất, ASML vẫn không ngừng nghiên cứu để tiếp tục thu nhỏ bước sóng ánh sáng, từ đó sản xuất chip với tiến trình ngày càng nhỏ hơn. Điều này đòi hỏi nhiều gương phản xạ hơn, khiến trọng lượng cỗ máy tăng và mức tiêu thụ điện cũng lớn hơn. Ngoài ra, công nghệ này còn gây ra vấn đề về tiếng ồn trong quá trình vận hành.
Dù ASML vẫn là nhà vô địch tuyệt đối trong ngành quang khắc, cuộc đua phát triển các công nghệ thay thế đang nóng lên hơn bao giờ hết. Trung Quốc, Nhật Bản và Mỹ đều tìm cách tạo ra hệ thống sản xuất chip riêng nhằm thoát khỏi sự phụ thuộc vào công ty Hà Lan này. Liệu trong tương lai, ASML có còn giữ được vị thế độc tôn? Cuộc chiến công nghệ này chắc chắn sẽ còn nhiều diễn biến đáng chú ý.