Người phụ nữ điều khiển cỗ máy sản xuất chip trị giá 170 triệu USD

Từ rất lâu trước khi Brienna Hall biết đến ASML, đã có những dấu hiệu cho thấy cô sẽ phù hợp với công việc tại đây. Với tính cách cầu toàn, cô thích lập kế hoạch cho mọi việc và dành thời gian để làm thủ công hay ghép các câu đố phức tạp. Những điều đó hóa ra lại là yếu tố cần thiết để điều khiển một cỗ máy có hơn 100.000 bộ phận.

“Thợ máy sành điệu”

Cho đến khi bắt đầu làm việc tại ASML vào năm ngoái, Hall không biết nhiều về công ty. Cô cũng không biết mình sẽ làm gì với tư cách là một kỹ sư hỗ trợ khách hàng - một "thợ máy sành điệu", như cô tự gọi mình. Và cô hoàn toàn không biết rằng công việc này cần thiết ra sao đối với nền kinh tế toàn cầu.

Sau khi được nhận, Hall tham gia các khoá đào tạo kéo dài nhiều tháng để làm quen với các bộ phận của máy và vận hành chúng. Sau gần một năm, cô được phép tự mình thao tác trên máy. Cô thường làm việc theo ca 12 tiếng, từ 6 giờ sáng đến 6 giờ chiều. Cô luôn cảm thấy thú vị khi vận hành cỗ máy giá trị này.

“Cỗ máy này đủ phức tạp để có tính cách nhưng nó vẫn là một cỗ máy. Nếu bạn nhấn đúng nút, mọi thứ sẽ hoạt động chính xác. Bạn chỉ cần tìm ra nút nào cần nhấn. Tôi có thể giải quyết vấn đề đó”, Hall chia sẻ.

Trong ca làm việc tại nhà máy sản xuất chip, Hall mặc bộ đồ bảo hộ. Cô bước vào căn phòng nơi không khí tinh khiết gấp 100 lần so với phòng phẫu thuật của bệnh viện. Sau đó, cô tiến đến một cỗ máy phức tạp ít ai hiểu nổi. Công việc của cô là biết mọi thứ về cỗ máy để có thể sửa nó.

Đây là thiết bị mà cả thế giới tin dùng và Hall được đào tạo đặc biệt để vận hành máy in thạch bản cực tím (EUV) – cỗ máy sản xuất ra các vi mạch tiên tiến nhất thế giới. Nó được chế tạo bằng những công nghệ nghe như khoa học viễn tưởng và biến những tấm silicon thành “động cơ” của cuộc sống hiện đại.

Đến nay, chỉ còn vài trăm máy EUV còn tồn tại và chúng đắt một cách khủng khiếp. Chiếc máy mà Hall vận hành có giá 170 triệu USD, trong khi các mẫu mới nhất được bán với giá khoảng 370 triệu USD.

Nhưng có lẽ điều đáng chú ý nhất về những cỗ máy giá trị này là tất cả đều được sản xuất bởi cùng một công ty: ASML.

ASML là cầu nối quan trọng trong ngành kinh doanh chip. Công ty Hà Lan này chịu trách nhiệm cho tất cả các hệ thống quang khắc EUV giúp tạo ra chip trong rất nhiều thiết bị trong đời sống hàng ngày của chúng ta, từ điện thoại, máy tính, TV cho đến ô tô. Chính vì vậy, những cỗ máy này đã trở nên không thể thiếu và sự vận hành của chúng phụ thuộc vào công việc ít ai biết đến của Hall.

Hall là một trong những kỹ sư được phân công đến các nhà máy chế tạo - hay fab - nơi khách hàng của ASML sản xuất chất bán dẫn. Theo Ben Cohan - phóng viên của Wall Street Journal, người đã có dịp gặp gỡ Hall tại nhà máy, máy EUV không phải điều kỳ diệu mà đúng hơn là một phép màu.

Cỗ máy “chi phối” thế giới

Câu chuyện về nguồn gốc của cỗ máy bắt đầu cách đây 40 năm trong một nhà kho dột nát ở Hà Lan với sự ra đời của Advanced Semiconductor Materials Lithography hay ASML. Thời điểm đó, việc in chip bằng ánh sáng cực tím cực mạnh là một ý tưởng tuyệt vời nhưng biến nó thành hiện thực sẽ đòi hỏi rất nhiều thời gian và tiền bạc.

Đó là quá trình liên quan đến việc làm bay hơi các giọt thiếc nóng chảy và tạo ra ánh sáng không tự nhiên trên Trái đất. Các giọt bị bắn phá bởi các xung laser kép – phản ứng nổ xảy ra 50.000 lần/giây. Xung đầu tiên làm phẳng chúng và xung thứ hai biến chúng thành plasma phát ra ánh sáng EUV.

Sau đó, ánh sáng được thu thập bằng cách sử dụng các tấm gương phẳng nhất từng được phát minh và hướng về phía tấm wafer silicon để khắc hàng tỷ mẫu bóng bán dẫn siêu nhỏ.

Câu hỏi hiện sinh của ngành công nghiệp bán dẫn là làm thế nào để đóng gói ngày càng nhiều các bóng bán dẫn để chip ngày càng nhanh hơn. Câu trả lời: bước sóng ánh sáng ngắn hơn.

Các công cụ quang khắc đầu tiên của ASML tạo ra ánh sáng ở bước sóng 436 nanomet. Các cỗ máy hiện tại đã thu hẹp con số đó xuống còn 13,5 nanomet. Điều đó cho phép chế tạo chip ở độ phân giải tốt hơn 10.000 lần so với tóc người.

Phải mất hàng thập kỷ để những cỗ máy tinh vi đến mức này đi từ phòng thí nghiệm đến nhà máy sản xuất. Và cho đến gần đây, vẫn chưa rõ liệu khoản cược táo bạo của công ty vào công nghệ in thạch bản EUV sẽ mang lại thành quả hay không.

Năm 2012, ASML đã cạn tiền mặt và bán 23% cổ phần cho Intel, Samsung Electronics và TSMC, điều này có nghĩa những khách hàng lớn nhất chính là người đã đầu tư cho thành công sau này của công ty.

ASML đã bắt đầu tăng tốc sản xuất nhưng ở tốc độ rất chậm. Công ty cung cấp hệ thống EUV đầu tiên vào năm 2010 và phải đến năm 2020, công ty mới cung cấp hệ thống thứ 100. Và 2023 là một năm bận rộn khi công ty xuất xưởng tổng cộng 42 máy EUV.

Hiện thế giới chỉ có sáu công ty sở hữu những cỗ máy như vậy để sản xuất chip. Tuy nhiên, nhiều công ty khác, bao gồm các gã khổng lồ công nghệ hàng đầu, cũng đang gián tiếp phụ thuộc vào ASML.

Apple và Nvidia đều tự thiết kế chip của mình và thuê ngoài hoạt động sản xuất cho các nhà máy của TSMC, đồng nghĩa với công nghệ của ASML đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất mọi thứ, từ trung tâm dữ liệu AI đến iPhone.

Máy EUV đã trở nên quan trọng đến mức công ty phải thuê một đội ngũ gồm 10.000 nhân viên hỗ trợ khách hàng để duy trì hoạt động của chúng. Khách hàng của ASML mong muốn các công cụ quang khắc hoạt động cả ngày lẫn đêm, nhưng sự gián đoạn là điều không thể tránh khỏi và không thể đoán trước.

Sự cố rất hiếm khi xảy ra nhưng máy EUV là nút thắt cổ chai của mọi nhà máy. Toàn bộ nhà máy sẽ bị đình trệ nếu cỗ máy này ngừng hoạt động và đó là lý do tại sao ASML tuyển dụng nhân viên 24/7 trên toàn thế giới.