Những giới hạn của quy trình tiên tiến, bạn nghĩ chỉ có máy chiếu quang học thôi sao?

Thực ra còn có Photomask (mặt nạ quang / bản mạch che phủ).
Nếu nói máy chiếu quang học là máy in thì Photomask chính là khuôn in / phim mẫu, wafer (đĩa wafer) chính là giấy in nội dung đó.
Tăng độ phức tạp của bán dẫn do AI mang lại sẽ trực tiếp truyền đến Photomask, thậm chí còn được nhân đôi.
Trong quá khứ, ngành công nghiệp là tăng 10% lượng wafer sử dụng + nhu cầu mask +10%.
Thời đại AI có thể đang biến thành: wafer +10%, giá trị mask +20%~40%.
Bởi vì không chỉ số lượng mask tăng mà còn bao gồm:
số lớp mask
số lớp EUV
độ phức tạp của đa mẫu hóa (multi-patterning)
mask đóng gói nâng cao (advanced packaging mask)
mask liên quan đến RDL / interposer / HBM
độ phức tạp của kiểm tra (inspection)
độ khó sửa chữa (repair)
thời gian viết mask
Photomask về bản chất đã không còn chỉ là “tấm kính”, mà ngày càng giống như “mẫu gốc” trong ngành công nghiệp bán dẫn.
Diện tích mask lớn hơn nhiều so với chip, nhưng yêu cầu về độ chính xác còn cao hơn. Điều này giống như ống kính EUV: vẽ bản đồ toàn thành phố trên vùng kích thước bằng giấy A4, đồng thời sai số không được vượt quá vài nanomet.
Một bộ mask cao cấp nếu có lỗi, có thể khiến hàng chục nghìn wafer sau đó bị loại bỏ cùng lúc.
Vì vậy, cốt lõi của ngành là khả năng kiểm soát lỗi. Hiện tại, mask cao cấp đã bước vào giai đoạn kỹ thuật quang học cấp nano.
EUV mask, mask logic 3nm/2nm, mask liên quan HBM, mask đóng gói nâng cao, đều vượt xa thời kỳ DUV truyền thống.
Vì vậy, Photomask cao cấp vốn dĩ là ngành có throughput thấp, mở rộng chậm, tích lũy công nghệ nặng.
So với mask DUV truyền thống là truyền xuyên qua, ánh sáng đi thẳng qua; EUV mask thì là cấu trúc gương phản xạ nhiều lớp, bên trong chứa multilayer Mo/Si, absorber, pellicle và blank siêu thấp lỗi.
Lỗi mask sẽ được sao chép vô hạn, do đó defect phase, sai số CD, sai số overlay, defect multilayer đều cực kỳ nguy hiểm.
Vì vậy, tầm quan trọng của kiểm tra mask bắt đầu gần như bằng máy chiếu quang học, yêu cầu kỹ thuật cực cao.
Ngoài việc chip cần mask, còn có mask đóng gói nâng cao (Advanced Packaging Mask):
bản chất cũng là ngành công nghiệp in quang học.
CoWoS, Fan-Out, RDL, Interposer, EMIB, Hybrid Bonding đều dựa vào Photomask.
Vì đóng gói nâng cao không còn chỉ là “hàn chip”, mà còn xây dựng lại hệ thống kết nối vi mô siêu cao mật độ trong package, đảm nhiệm truyền dữ liệu, phân phối nguồn điện, đồng bộ đồng hồ và toàn vẹn tín hiệu tần số cao.
Yêu cầu của AI mang lại không chỉ là tăng số lượng đóng gói, mà còn là bùng nổ độ phức tạp trong mỗi Package.
Trước đây 1~2 lớp RDL, giờ đã lên 5, 8, thậm chí trên 10 lớp.
Mỗi lớp RDL thêm vào thường đồng nghĩa với việc thêm quy trình mask tương ứng.
Vì vậy, nhu cầu mask bắt đầu chuyển từ “theo dõi sự tăng của số lượng wafer” sang “theo dõi sự tăng của độ phức tạp hệ thống”.
Có thể nói, đóng gói nâng cao là một trong những hướng con của Photomask sẽ tăng trưởng nhanh nhất trong vài năm tới.
Bởi vì AI package đang dần biến thành “bo mạch chủ nhỏ”.
Nhiều chức năng vốn thuộc về PCB và hệ thống board-level, đang chuyển vào trong Package: kết nối HBM, SerDes tần số cao, phân phối nguồn, Fabric chiplet.
Vì vậy, đóng gói nâng cao ngày càng giống như “nhà máy wafer hậu kỳ”.
Đây cũng là lý do tại sao CoWoS, EMIB, Foveros, SoIC, Hybrid Bonding ngày càng nặng về tài sản, khó mở rộng sản xuất hơn.
Chúng không còn chỉ là đóng gói truyền thống, mà là sản xuất liên kết silicon cấp hệ thống.
Và cùng với việc máy chiếu quang học ngày càng đắt đỏ, khan hiếm, mỗi lần chiếu lại càng tốn kém hơn.
Vì vậy, các nhà máy wafer sẽ chú trọng hơn vào:
mask chất lượng cao
kiểm tra
sửa chữa
pellicle
đo lường overlay
Trong khi đó, khan hiếm EUV còn thúc đẩy đa mẫu hóa (multi-patterning).
Ban đầu 1 lớp EUV, có thể buộc phải biến thành nhiều lần chiếu DUV ngâm, SADP, SAQP, dẫn đến tăng số lượng Mask.
Vì vậy, khan hiếm EUV không nhất thiết làm giảm ngành Photomask, mà đôi khi còn thúc đẩy nhu cầu mask DUV cao cấp.
Đặc biệt là các bước như HBM, CoWoS, đóng gói nâng cao, RDL, Substrate, vốn sử dụng nhiều Immersion DUV và Lithography đóng gói.
Đây cũng là lý do tại sao ngành Photomask cao cấp ngày càng giống như hệ sinh thái HBM, CoWoS và EUV.
Thật sự hạn chế mở rộng ngành là không chỉ CapEx, mà còn:
giảm defect
học hỏi tỷ lệ thành công (yield)
khả năng kiểm tra
điều chỉnh quy trình
cơ sở dữ liệu khách hàng
xác nhận dài hạn
tích lũy công nghệ
Nhiều phần đã bắt đầu giống như “nghề thủ công công nghiệp”.
Khả năng thương lượng trong toàn bộ hệ sinh thái bán dẫn sẽ ngày càng mạnh hơn.
Và thị trường có thể còn chưa nhận thức đầy đủ điều này.
Lưu ý: Bản thân tôi sở hữu các tài sản đề cập trong bài viết, quan điểm mang tính thiên vị, không phải lời khuyên đầu tư, tự chịu trách nhiệm về quyết định của mình.