Buzz
Mặc dù không tự sản xuất máy in EUV, TSMC vẫn tiến hành những cải tiến đáng kinh ngạc mà chính ASML cũng không thể tin được. Công ty gia công bán dẫn Đài Loan có thể không phải là đơn vị tiên phong trong việc áp dụng công nghệ EUV (Samsung làm trước) nhưng ngày nay, khi nhắc đến EUV, TSMC là trùm! Theo thông tin chia sẻ tại sự kiện European Technology Symposium, TSMC cho biết họ đã đạt sản lượng EUV cao nhất trong khi tỷ lệ lỗi sản phẩm là thấp nhất trên thị trường.
Nhớ lại quá khứ, khi TSMC lần đầu tiên sử dụng EUV trong sản xuất vào năm 2019 trên node N7+ (dành cho chip Huawei), họ chiếm 42% tổng số hệ thống EUV trên toàn thế giới. Đến năm 2020, con số này là 50% và đến năm 2024 là 56%. Tất nhiên, TSMC không phải là khách hàng duy nhất của ASML. Samsung và Intel vẫn liên tục đặt hàng mua các hệ thống Twinscan NXE của công ty Hà Lan.Giới thiệu về quy trình sản xuất công nghiệp
Trong quy trình sản xuất dây chuyền, công đoạn chiếm nhiều thời gian nhất và có ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất
Nếu sản lượng là 300 sản phẩm/giờ, tỷ lệ lỗi 5% (tức là 15 sản phẩm lỗi/giờ), thời gian chết máy trung bình là 10 phút mỗi giờ. Điều này có nghĩa là dây chuyền chỉ hoạt động được 50 phút (vì 10 phút không hoạt động), hoặc 6 sản phẩm trong mỗi phút. Nếu giảm thời gian chết máy còn 5 phút mỗi giờ, bạn sẽ có thêm 5 phút để sản xuất, tương đương với thêm 30 sản phẩm/giờ. Điều này có nghĩa là sản lượng sẽ tăng lên 330 sản phẩm/giờ khi giảm thời gian chết máy còn một nửa so với ban đầu.
Trong trường hợp khác, với sản lượng 300 sản phẩm/giờ và tỷ lệ lỗi 5%, có nghĩa là 15 sản phẩm trong số 300 sản phẩm bạn sản xuất sẽ không đạt tiêu chuẩn, dẫn đến sản lượng thực tế (tính đến khi giao hàng cho khách hàng) chỉ còn 285 sản phẩm/giờ. Vì vậy, nếu cải tiến dây chuyền để giảm số lượng sản phẩm lỗi, số sản phẩm đến tay khách hàng sẽ nhiều hơn. Ví dụ, nếu tỷ lệ lỗi giảm xuống còn 3%, tương ứng với 9 sản phẩm lỗi/giờ, hoặc 291 sản phẩm tốt/giờ. Tỷ lệ lỗi thấp sẽ giúp tiết kiệm chi phí nguyên liệu và thời gian sản xuất, đồng thời tăng sản lượng (sản phẩm thực tế đến tay khách hàng).
Hệ thống Twinscan NXE 3400C của ASML có năng suất là 170+ wafer/giờ
Và đó chính là những điều mà TSMC đã làm, đang làm và sẽ tiếp tục làm.
Tối ưu hóa dây chuyền sản xuất EUV
Trước khi tiếp tục, bạn có thể đọc lại một số bài viết dưới đây để hiểu rõ hơn về quy trình sản xuất chip.
Một điểm quan trọng trong hệ thống EUV (ban đầu) là thiếu tấm bảo vệ photomask/reticle (pellicle) như trong dây chuyền DUV. Reticle là bản vẽ mạch in trước khi được chiếu qua chùm tia UV/DUV/EUV rồi qua hệ thống thấu kính xuống tấm wafer. Vì vậy, nếu reticle bị dơ hoặc có dị vật, chi tiết mạch in sẽ bị lệch, dẫn đến sản phẩm lỗi. Điều này yêu cầu có thêm tấm bảo vệ để tránh dị vật rơi vào reticle, điều mà các hệ thống EUV ban đầu không có.
Một tấm reticle trong dây chuyền EUV kích thước 16 nm với lớp bảo vệ pellicle
Lớp bảo vệ pellicle EUV của ASML
Quay lại năm 2019, khi công nghệ EUV mới được áp dụng vào sản xuất, không có lớp pellicle. Tại thời điểm đó, TSMC và Samsung chỉ sử dụng EUV cho các chip có kích thước nhỏ (với số lượng bù lỗi). Cho đến khoảng năm 2021, ASML mới giới thiệu mẫu pellicle đầu tiên cho công nghệ EUV. Cần phải nhấn mạnh rằng do kích thước mạch in càng nhỏ, cả reticle và pellicle đều có hạn chế về độ dày (đây cũng là lý do tại sao chúng rất đắt đỏ). Nếu quá dày, chúng sẽ ảnh hưởng đến quang học khi chùm tia UV chiếu vào. Reticle cho công nghệ EUV có độ dày chỉ khoảng 250-300 nm. Pellicle của ASML cũng chỉ dày 50 nm, với hiệu suất truyền ánh sáng đạt 90%, độ sai lệch 0.2%, và phản xạ ngược 0.005% cho nguồn sáng 400 W.
Tất nhiên, ASML không phải là công ty duy nhất cung cấp pellicle. Ngoài ra còn có IMEC, Mitsu và một số công ty nghiên cứu khác. Tuy nhiên, TSMC không công bố họ sử dụng pellicle của công ty nào (hoặc có thể tự phát triển). Chỉ biết rằng để đạt được các thành tựu hiện tại, TSMC đã tăng tuổi thọ của reticle lên đến 4 lần (so với năm 2019) và giảm tỷ lệ lỗi tới 80 lần. Họ chỉ tiết lộ rằng họ đã tối ưu hóa thời gian và công suất phơi sáng, cũng như lượng chất chặn quang sử dụng (photoresist).
So sánh sản lượng, tỷ lệ lỗi và tuổi thọ của reticle do TSMC cung cấp
Xét về mặt sản xuất, có thể hiểu vì sao TSMC không chia sẻ nhiều về bí mật kinh doanh của mình. Tất nhiên, không ai muốn đối thủ biết rõ về chiến lược của mình. Tuy nhiên, điều này cũng thể hiện mối quan hệ tương phản giữa công cụ sản xuất và lực lượng sản xuất, như Karl Marx từng phân tích. Mặc dù Intel và Samsung cũng đã mua các hệ thống EUV, nhưng tại sao họ (tính đến hiện tại) không thể sánh kịp với TSMC về quy mô và sản lượng? Vấn đề quan trọng nằm ở khả năng của lực lượng sản xuất thích ứng với công cụ cao cấp đến mức nào. Mặc dù tỉ lệ damage per second có thể cao, nhưng nếu tỉ lệ hit rate hoặc critical strike thấp, thì cũng không đem lại hiệu suất thực sự lớn.
AnandTech
