Kỹ thuật in thạch bản EUV là bước đắt giá nhất trong việc tạo ra các vi mạch tiên tiến cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu, ô tô và iPhone. Máy được sản xuất bởi một công ty duy nhất: ASML - Công ty in thạch bản vật liệu bán dẫn tiên tiến.
“ASML độc quyền 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”, Chris Miller, trợ lý giáo sư tại Trường Fletcher thuộc Đại học Tufts cho biết. “Những chiếc máy do họ sản xuất, mỗi chiếc đều nằm trong số những thiết bị phức tạp nhất từng được chế tạo”.
EUV là viết tắt của cực tím, một bước sóng ánh sáng cực ngắn mà ASML tạo ra với số lượng lớn để in các thiết kế siêu nhỏ, phức tạp trên vi mạch. Ánh sáng EUV được tạo ra với các vụ nổ nhỏ của thiếc nóng chảy xảy ra với tốc độ cực lớn và sau đó phản xạ lại các tấm gương Zeiss độc đáo mà ASML cho biết là bề mặt phẳng nhất trên thế giới. Một tỷ lệ nhỏ các hạt ánh sáng EUV tiếp cận bề mặt của tấm silicon, nơi chúng in ra các thiết kế nhỏ xác định những gì mỗi con chip sẽ hoạt động.
Nhu cầu đối với công nghệ EUV của ASML đã tăng vọt trong thời kỳ thiếu chip toàn cầu, dẫn đến các đơn đặt hàng trở lại đối với các sản phẩm từ máy chơi game PlayStation 5 đến xe sedan Chevrolet Malibu. Giá cổ phiếu của công ty đã tăng vọt hơn 340% kể từ cuối năm 2018, khiến ASML trở nên có giá trị hơn so với một số khách hàng hàng đầu của nó, chẳng hạn như Intel.
Giám đốc điều hành ASML Peter Wennink cho biết công ty đã giảm giá bán dẫn kể từ khi được thành lập cách đây 38 năm và sẽ tiếp tục làm như vậy “trong vài thập kỷ tới”.
“Thế giới cần nhiều chip hơn,” Wennink cho biết. “Vì vậy, chúng tôi cần sản xuất nhiều máy hơn, theo đó, giá bán trung bình sẽ tiếp tục tăng lên miễn là chúng tôi có thể giảm giá mỗi bóng bán dẫn xuống.” Tuy nhiên, Wennink nói rằng sự thiếu hụt chip toàn cầu là "một Catch-22" (cơ hội) cho ASML.
“Chúng tôi đã nhận được rất nhiều tin nhắn từ các nhà cung cấp của mình rằng, 'Này, chúng tôi có thể giao mô-đun muộn cho các bạn vì chúng tôi không thể lấy được chip.' Và chúng tôi nói," Nếu chúng tôi không thể có được chip, chúng tôi không thể sản xuất máy móc để tạo ra nhiều chip hơn". Wennink cho biết ASML vẫn đang quản lý việc sản xuất này, "nhưng đó là một cuộc đấu tranh hàng ngày."
Những cỗ máy trị giá 200 triệu đô la
ASML đã bán tổng cộng khoảng 140 hệ thống EUV trong thập kỷ qua, mỗi hệ thống hiện có giá lên tới 200 triệu USD, theo Wennink. Giá cho chiếc máy tiếp theo của nó, được gọi là High NA, sẽ là hơn 300 triệu đô la.
Joanne Itow, giám đốc sản xuất của Semico Research, cho biết máy EUV của nó “đắt đến nỗi hầu hết các công ty không thể mua được”. Bà nói: “Chắc chắn nó đã loại bỏ rất nhiều người chơi ra khỏi thị trường”, bao gồm cả nhà sản xuất chip GlobalFoundries, công ty đã quyết định ngừng sản xuất các loại chip tiên tiến hơn vì chi phí cao cách đây vài năm.
Ngày nay, ASML chỉ bán máy cho năm nhà sản xuất chip. Ba công ty lớn nhất - Công ty Sản xuất Chất bán dẫn Đài Loan (TSMC), Samsung và Intel - chiếm gần 84% hoạt động kinh doanh của ASML vào năm 2021. TSMC cho biết vào năm 2019, đây là công ty đầu tiên cung cấp chip khối lượng lớn được sản xuất bằng EUV và nó đã đi đầu kể từ đó, với công nghệ chip đi trước Samsung và Intel ít nhất một nút.
Sự thống trị của ASML là một hiện tượng tương đối mới. Một thập kỷ trước, khả năng nghiên cứu EUV của công ty được quyết định bởi các khoản đầu tư lớn từ Intel, Samsung và TSMC.
“Chúng tôi không có tiền,” Wennink, người đã từng tham gia ASML vào năm 1999, nói: “Vì vậy, chúng tôi đã ra ngoài và tìm kiếm các đối tác, đó thực sự là nền tảng của cách chúng tôi xây dựng công ty. Vì vậy, chúng tôi buộc phải trở thành một kiến trúc sư hệ thống và một nhà tích hợp hệ thống”.
ASML khởi đầu là một công ty con của tập đoàn điện tử khổng lồ Philips của Hà Lan vào năm 1984. Nó ra mắt máy in thạch bản bán dẫn đầu tiên - được phát minh trong một phòng thí nghiệm quân sự của Hoa Kỳ vào những năm 1950 - từ một nhà kho bị dột bên cạnh một tòa nhà văn phòng Philips ở Eindhoven, Hà Lan.
“Công cụ in thạch bản đầu tiên thực sự trông giống như một máy chiếu”, Christophe Fouquet, Phó chủ tịch điều hành EUV của ASML cho biết. “Về cơ bản có một kẻ ô, giữ hình ảnh mà bạn muốn chiếu. Sau đó, có một hệ thống quang học, sẽ lấy hình ảnh này và chiếu nó lên tấm wafer. "
ASML’s đã phát triển hệ thống in thạch bản đầu tiên của mình vào năm 1984, trong một nhà kho bị dột bên ngoài tòa nhà văn phòng Philips ở Eindhoven, Hà Lan.
Đến năm 1988, ASML có 5 văn phòng tại Hoa Kỳ với 84 nhân viên và một văn phòng Hà Lan mới tại Veldhoven, nơi cuối cùng trở thành trụ sở chính của nó. CNBC đã có một chuyến tham quan độc quyền về cơ sở đó vào tháng Ba.
Miller, tác giả của tài liệu sắp ra mắt cho biết: “Khi ngành công nghiệp đã sẵn sàng bắt đầu bước vào giai đoạn đầu của nghiên cứu EUV, không có công ty nào của Mỹ sẵn sàng lao vào nghiên cứu về một đề xuất đắt tiền và rủi ro, trong khi ASML thì cuốn sách “Chiến tranh chip: Cuộc chiến giành công nghệ quan trọng nhất thế giới”. “ASML là một công ty Hà Lan, nhưng nó cũng là một công ty Hà Lan phụ thuộc rất nhiều vào các linh kiện của Hoa Kỳ nói riêng cho máy móc của họ.”
Trung Quốc và chuỗi cung ứng toàn cầu
Máy EUV được tạo thành từ một số mô-đun với hàng trăm nghìn linh kiện, từ gần 800 nhà cung cấp toàn cầu. Mỗi mô-đun được xây dựng tại một trong 60 địa điểm của ASML trên khắp thế giới và sau đó được 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. Việc vận chuyển yêu cầu 20 xe tải và 3 chiếc Boeing 747 đã được tải đầy đủ.
Một công ty như ASML sẽ không giao công nghệ EUV của mình cho Trung Quốc. “Bốn mươi hai quốc gia trên toàn cầu đã đồng ý áp dụng các biện pháp kiểm soát xuất khẩu vì nó rất quan trọng,” Wennink nói. "Vì vậy, đó không phải là lựa chọn của chúng tôi, mà là lựa chọn của các chính phủ."
Kể từ năm 2018, chính quyền Trump được cho là đã ép ASML không bán công nghệ EUV cho các công ty Trung Quốc. Itow nói: “Trung Quốc đã muốn tham gia vào cuộc đua đó, nhưng có những lý do chính trị tạo ra tại sao Trung Quốc không có quyền tiếp cận” với công nghệ này.
ASML giao dịch với Trung Quốc ở một khía cạnh khác. Công ty tân trang lại các hệ thống in thạch bản cũ hơn, được gọi là tia cực tím sâu hoặc DUV và gửi nhiều hệ thống trong số đó đến quốc gia đông dân nhất thế giới. Wennink cho biết 96% tất cả các máy ASML đã từng bán vẫn đang hoạt động.
Miller nói: “Có rất nhiều tranh luận về việc bán thiết bị DUV bổ sung cho Trung Quốc có phải là một rủi ro an ninh quốc gia hay không, bằng cách để Trung Quốc tăng cường khả năng sản xuất chất bán dẫn tiên tiến nhất. “Tôi nghĩ rằng có một số khả năng là trong những năm tới, có những hạn chế mới được áp dụng đối với khả năng của ASML trong việc bán thiết bị DUV cho Trung Quốc.”
Trước EUV, các nhà sản xuất chip có thể mua máy in litô DUV từ ba công ty: ASML, Nikon và Canon. Trong khi Nikon, ở Nhật Bản, vẫn là một đối thủ cạnh tranh trên thị trường đó, ASML là lựa chọn duy nhất cho EUV. Các chuyên gia cho biết có thể mất nhiều thập kỷ để bất kỳ công ty nào khác bắt kịp, cả vì công nghệ độc quyền của ASML và vì nó được xây dựng phức tạp, thường là độc quyền, giao dịch với hàng trăm nhà cung cấp.
“Chúng tôi là duy nhất đối với một số khách hàng của chúng tôi và một số nguồn cung cấp của chúng tôi là duy nhất đối với chúng tôi,” Wennink nói. "Và những mối quan hệ gần như cộng sinh đó, một số người nói, còn tệ hơn cả việc kết hôn vì bạn không thể ly hôn."
Một cách ASML đã tự bảo vệ mình trước những rủi ro trong chuỗi cung ứng là mua một số nhà cung cấp của nó, chẳng hạn như Cymer ở San Diego, nơi sản xuất nguồn sáng EUV. ASML cũng đã mua Berliner Glas vào năm 2020. Mặc dù hỏa hoạn bùng phát tại địa điểm Berlin vào tháng Giêng, Wennink cho biết thiệt hại sẽ không ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng của hệ thống trong năm nay.
ASML dự kiến tăng trưởng doanh số 20% vào năm 2022 và tăng trưởng doanh thu hàng năm là 11% cho đến cuối thập kỷ.