Nhìn vào lịch sử phát triển, sự phát triển và ứng dụng của máy in thạch bản (đặc biệt đề cập đến những máy được sử dụng trong quy trình sản xuất mạch tích hợp mặt trước) đã gặp phải nhiều khúc mắc. Nhìn chung, có hai giai đoạn đáng chú ý. Đầu tiên là khi ASML nổi lên như một công ty thống trị bằng cách tận dụng công nghệ nhúng, vượt qua các công ty dẫn đầu ngành trước đó. Đây là một cuộc chiến của công nghệ. Giai đoạn thứ hai bắt đầu với việc thương mại hóa kỹ thuật in thạch bản cực tím (EUV), khi sự cạnh tranh về các nút quy trình tiên tiến (bắt đầu từ 16nm) ngày càng gay gắt giữa TSMC, Samsung và Intel, những công ty tranh giành công suất EUV hạn chế. Đây là cuộc chiến của các doanh nghiệp.

Từ tình hình hiện tại, làn sóng cạnh tranh thứ ba về máy in thạch bản đang hình thành và dự kiến ​​​​sẽ phức tạp và khốc liệt hơn hai làn sóng trước.

Đợt thứ nhất: Phản công

Năm 1957, Jay Lathrop và James Nall từ phòng thí nghiệm của Quân đội Hoa Kỳ đã được cấp bằng sáng chế cho công nghệ quang khắc, công nghệ này được sử dụng để đặt các dải kim loại trên đế gốm để kết nối các bóng bán dẫn rời rạc. Năm 1959, Lathrop gia nhập Texas Instruments và Nall gia nhập Fairchild Semiconductor. Năm 1958, Jay Last và Robert Noyce chế tạo chiếc máy ảnh "bước và lặp lại" đầu tiên tại Fairchild Semiconductor, sử dụng phương pháp quang khắc để tạo ra nhiều bóng bán dẫn trên một tấm bán dẫn. Đây là nguyên mẫu của máy quang khắc.

Vào những năm 1980, Tập đoàn GCA đến từ Hoa Kỳ đã thống trị thị trường máy quang khắc toàn cầu. Tuy nhiên, do vội vàng giao thiết bị cho khách hàng mà không kiểm tra kỹ lưỡng nên hàng trăm ống kính lỗi đã được tung ra thị trường. Gần như cùng thời gian đó, Nikon đến từ Nhật Bản đã cải tiến hệ thống lấy nét của máy quang khắc và phát triển các vật kính g-line với khẩu độ số lớn hơn, cho phép hệ thống chiếu các mẫu nhỏ lên chất quang dẫn rõ ràng hơn. Sự đổi mới này nhanh chóng giúp Nikon chiếm lĩnh thị trường, còn khách hàng thì bỏ rơi máy quang khắc của GCA, khiến GCA tụt dốc nhanh chóng.

Đồng thời, Canon cũng tung ra thị trường những sản phẩm được thị trường chấp nhận, trở thành một trong hai hãng dẫn đầu ngành máy quang khắc lúc bấy giờ cùng với Nikon.

Trong khi đó, dựa trên thành công trong lĩnh vực máy quang khắc step-and-scan, ASML dần bắt kịp, đặc biệt với sản phẩm mang tính biểu tượng PAS 5500 được thị trường đánh giá cao. Sau nhiều năm làm việc chăm chỉ, ASML đã trở thành gã khổng lồ trong kỷ nguyên máy quang khắc từng bước và quét.

Tuy nhiên, vào thời điểm đó, vị thế trong ngành của ASML chưa nổi bật như bây giờ và kém hơn một chút so với Nikon và Canon.

Sự thống trị của ASML trong ngành máy quang khắc bắt nguồn từ việc nâng cấp quy trình từ 193nm lên 157nm. Trước đó, máy quang khắc bước và quét sử dụng lộ trình công nghệ khô (môi trường phơi sáng là không khí) và hỗ trợ tiến bộ công nghệ bằng cách sử dụng các nguồn sáng phơi sáng ở mức độ cao hơn. Để đạt được độ phân giải cao hơn, bước sóng của nguồn sáng đã thay đổi từ 365nm ban đầu thành 248nm, sau đó thành 193nm. Sau đó, thật khó để tiếp tục đi theo con đường công nghệ này.

Vào thời điểm đó, ngành phải đối mặt với hai sự lựa chọn: cải tiến công nghệ và đột phá. Hai gã khổng lồ Nikon và Canon đã chọn cải tiến con đường công nghệ hiện có của mình, trong khi ASML chọn đánh cược vì một công nghệ nhúng mới đã xuất hiện.

Kỹ thuật in thạch bản ngâm, được đề xuất bởi Benjamen Lin vào thời điểm ông còn là nhà khoa học tại TSMC, đã sử dụng nước làm môi trường ngâm một cách sáng tạo. Nó vẫn sử dụng nguồn sáng có bước sóng 193nm ban đầu, nhưng qua sự khúc xạ của nước, bước sóng đi vào chất quang dẫn đã giảm xuống còn 134nm. Chiết suất của nguồn sáng 193nm trong không khí là 1, trong khi trong nước là 1.4. Điều này có nghĩa là trong cùng điều kiện nguồn sáng, độ phân giải của máy in thạch bản nhúng có thể được cải thiện lên 1.4 lần.

Tuy nhiên, công nghệ này vào thời điểm đó có vẻ quá táo bạo, khó khăn về mặt kỹ thuật và chi phí cao. Những người hưởng lợi từ công nghệ in thạch bản truyền thống đã miễn cưỡng chấp nhận nó. Lin đã đến Hoa Kỳ, Nhật Bản, Đức và Hà Lan để quảng bá kỹ thuật in thạch bản ngâm và bán ý tưởng của mình cho các nhà sản xuất máy in thạch bản. Nhưng anh đã phải đối mặt với sự từ chối từ hầu hết các gã khổng lồ trong ngành, thậm chí Nikon còn gây áp lực buộc TSMC phải "giết" anh.

Trong tình huống này, Lin đặt hy vọng cuối cùng vào ASML, và ASML đã không làm anh thất vọng. Khi sự phát triển của công nghệ và công nghiệp đạt đến ngã ba đường, ASML đã chọn sự đổi mới mang tính đột phá và đã giành chiến thắng trong canh bạc này.

Năm 2003, ASML và TSMC hợp tác để phát triển thiết bị in thạch bản nhúng đầu tiên, TWINSCAN XT:1150i, sau đó là phiên bản cải tiến vào năm sau. Cùng năm đó, Nikon, với tiến độ nghiên cứu và phát triển chậm chạp, cuối cùng đã giới thiệu nguyên mẫu của máy in thạch bản khô 157nm.

Một là công nghệ mới sử dụng nguồn sáng 193nm ban đầu và phát triển lên bước sóng 132nm trong nước, trong khi công nghệ còn lại là nguyên mẫu có bước sóng 157nm. Những lợi ích của kỹ thuật in thạch bản nhúng là hiển nhiên. Công nghệ này đã trở thành giải pháp in thạch bản chủ đạo cho các nút quy trình tiếp theo như 65nm, 32nm, 16nm và 7nm, cho đến nút 3nm hiện tại.

Sự lựa chọn lớn hơn nỗ lực. ASML đã lựa chọn đúng, trong khi Nikon và Canon lại chọn sai. Thị trường nhanh chóng đón nhận các máy in thạch bản nhúng, khiến các sản phẩm in thạch bản khô truyền thống nằm trong kho bụi bám đầy. Điều này khiến hàng tỷ đô la chi phí nghiên cứu và phát triển của Nikon và Canon cạn kiệt và thị phần của họ giảm đáng kể. Trong 15 năm trước năm 2000, ASML là công ty nhỏ nhất trong nhóm máy in thạch bản hàng đầu, với thị phần dưới 10%. Với việc thương mại hóa kỹ thuật in thạch bản nhúng, đến năm 2008, thị phần của ASML đã đạt 60%, đứng riêng.

Làn sóng cạnh tranh máy in thạch bản dựa trên công nghệ đầu tiên đã kết thúc và ASML nổi lên là người chiến thắng.

Còn tiếp...