Tập đoàn Đức đi từ sản xuất kính ngắm xe tăng tới mắt xích trọng yếu của ngành bán dẫn toàn cầu

Carl ZEISS có lịch sử lâu đời và nhiều biến cố. Công ty này đã tồn tại gần 200 năm, trải qua hai cuộc Thế Chiến, Chiến tranh Lạnh và sự Thống nhất nước Đức. Trong suốt những năm tháng đó, ZEISS vẫn luôn giữ vững ngôi vị là một trong những nhà sản xuất thiết bị quang học hàng đầu thế giới.

Sản phẩm Carl ZEISS từ lâu đã xuất hiện phổ biến trên những chiếc máy ảnh, điện thoại và kính mắt. Tuy vậy, ít ai biết được rằng, ZEISS cũng là một mắt xích không thể thay thế trong ngành công nghiệp bán dẫn thế giới.

Mức độ độc quyền công ty này trong chuỗi cung ứng bán dẫn có thể sánh ngang với ASML - tập đoàn Hà Lan chuyên sản xuất các máy móc dùng để chế tạo chip. ASML vừa là đối tác, vừa là cổ đông lớn trong một công ty con của ZEISS chuyên về quang học với độ chính xác cao.

Nếu không có hệ thống quang học của Carl ZEISS, ASML sẽ không thể chế tạo máy quang khắc. TSMC, Samsung hay Intel sẽ không có thiết bị cần thiết để chế tạo ra các loại chip bán dẫn tân tiến bậc nhất.

Lịch sử gần 200 năm

Tiền thân của Carl ZEISS được thành lập vào năm 1846 bởi nhà sản xuất dụng cụ khoa học người Đức, ông Carl Zeiss. Ban đầu, công ty này chỉ là một nhà xưởng để sửa chữa và sản xuất các công cụ như kính hiển vi, mắt kính và nhiệt kế.

Sau khi ông Zeiss qua đời vào năm 1888, người phụ tá Ernst Abbe đã tiếp quản công ty, đồng thời mở rộng lĩnh vực sản xuất sang ống kính máy ảnh, ống nhòm, kính thiên văn …

Khi Thế Chiến I nổ ra, công ty đã sản xuất nhiều thiết bị quang học quân sự như ống nhòm, kính tiềm vọng và kính ngắm. Vào thời điểm đó ZEISS là nhà sản xuất máy ảnh lớn nhất thế giới. Tuy vậy, 80% doanh thu của công ty đến từ các sản phẩm quốc phòng.

Vào những năm 1930, Đảng Quốc xã lên nắm quyền và đưa ZEISS trở thành một công ty thuộc tổ hợp công nghiệp-quân sự. Nhiều lãnh đạo của ZEISS đã trở thành đảng viên Đảng Quốc xã.

Thế Chiến II có thể được coi là một vết nhơ trong lịch sử của ZEISS, khi mà công ty này đã sử dụng lao động cưỡng bức cũng như hợp tác chặt chẽ với Phát xít Đức. Nhiều sản phẩm ống kính của ZEISS đã được lắp đặt trên các loại xe tăng của Đức.

Kinh nghiệm gần 100 năm sản xuất thiết bị quang học đã giúp ZEISS chế tạo được những chiếc kính ngắm với chất lượng vượt trội hơn so với thiết bị của phe Đồng Minh, cả về độ trong suốt, khả năng phóng to cũng như tầm quan sát.

Sau Thế Chiến II, Mỹ và Liên Xô đều kiểm soát một phần của ZEISS. Kết quả là, Carl ZEISS bị chia thành hai công ty, VEB Carl Zeiss Jena tại Đông Đức và Zeiss-Oberkochen tại Tây Đức.

VEB Carl Zeiss Jena kế thừa đa số máy móc, công nhân tại trụ sở chính của công ty. Trong khi đó, Mỹ đã thu hút được đội ngũ lãnh đạo và quản lý, chuyên gia cấp cao về làm việc tại Zeiss-Oberkochen.

Hai công ty tiếp tục hoạt động độc lập trong nhiều thập kỷ, cho tới khi nước Đức thống nhất vào năm 1990. Zeiss-Jena tại Đông Đức bị người anh em Tây Đức của mình thâu tóm những mảng kinh doanh béo bở nhất. Phần còn lại của Zeiss-Jena tách ra thành Jenoptik, hoạt động trong những lĩnh vực truyền thống của Carl ZEISS như kính hiển vi, dụng cụ y tế.

Ngày nay, Carl ZEISS là một công ty lớn, gồm 4 công ty con, hoạt động trong các lĩnh vực: Chất lượng Công nghiệp và Nghiên cứu, Công nghệ Y tế, Thị trường Tiêu dùng và Công nghệ Sản xuất Bán dẫn (SMT). 

Trong năm tài chính kết thúc vào ngày 30/9/2021, Carl ZEISS đạt doanh thu 7,53 tỷ EUR, có hơn 35.000 nhân viên, và đang hoạt động tại 50 quốc gia trên toàn thế giới.

Những công ty này cung cấp các thiết bị quang học, từ đơn giản nhưng kính mắt, ống nhòm, cho tới những thiết bị phức tạp như máy đo, kính hiển vi và kính, gương trong máy quang khắc.

Trái tim của máy quang khắc

Trong 4 lĩnh vực chính, mảng công nghệ sản xuất bán dẫn (Carl ZEISS SMT) đem lại doanh thu lớn nhất, lên tới 2,3 tỷ EUR vào năm tài chính 2021, tăng trưởng 25% so với năm trước đó.

SMT cũng là đứa con cưng của ZEISS, được công ty dành ra tới 415 triệu EUR cho nghiên cứu và phát triển (R&D). Số tiền nay tương đương gần một nửa ngân sách R&D hàng năm của ZEISS. Hiện SMT đang nắm trong tay 3.953 bằng sáng chế.

SMT được thành lập vào năm 1994, không lâu sau đó trở thành đối tác chiến lược của ASML vào năm 1997. Theo Reuters, vào năm 2016, ASML đã mua 24,9% cổ phần của SMT với giá 1 tỷ EUR nhằm tăng cường sự hợp tác. 

Hệ thống quang học của ZEISS có thể được coi như trái tim trong những chiếc máy quang khắc trị giá hàng trăm triệu USD mà ASML đang sản xuất.

Theo website của ZEISS, 80% tất cả vi mạch trên toàn cầu được sản xuất bằng hệ thống quang học của SMT. Tỷ lệ độc quyền của SMT đặc biệt lớn đối với những vi mạch trên tiến trình cao cấp (7nm trở lên), khi gần như không có sự cạnh tranh từ các đối thủ truyền thống là Nikon và Canon.

Hai lĩnh vực dẫn đầu thị trường của SMT là Quang khắc Cực tím Sâu (DUV), sử dụng ánh sáng cực tím trong khoảng bước sóng từ 193 nm đến 248 nm và Siêu Cực tím (EUV), sử dụng ánh sáng có bước sóng khoảng 13,5 nm.

ZEISS đã có lịch sử hơn 100 năm nghiên cứu ánh sáng cực tím. Vào năm 1904, công ty đã chế tạo thành công kính hiển vi cực tím đầu tiên trên thế giới. 

Hành trình trong lĩnh vực bán dẫn của ZEISS bắt đầu vào cuối những năm 1960. Vào năm 1968, ZEISS bắt đầu nghiên cứu chế tạo ống kính vi khắc, để chế tạo các loại vi mạch có kích thước 15 micromet. Để đạt được sự chính xác cần thiết, ZEISS đã phải kết hợp nhiều ống kính để tạo thành một hệ thống quang học phức tạp.

Đến năm 1998, công ty đã chế tạo thành công hệ thống quang học với bước sóng 193 nm (DUV), đặt nền móng cho nhiều tiến bộ trong ngành bán dẫn. 

Ống kính của ZEISS tiếp tục phục vụ trong các máy quang khắc DUV của ASML cho tới khi chip bán dẫn phát triển tới các tiến trình nhỏ hơn 7 nm. Lúc này, ZEISS cần có cách tiếp cận hoàn toàn khác, bởi ánh sáng EUV, có mức năng lượng cao, bị hấp thụ bởi gần như mọi vật liệu, bao gồm cả không khí.

Ống kính không còn có thể được sử dụng để điều khiển ánh sáng cực tím nữa. ZEISS đã phải xây dựng một hệ thống quang học chỉ sử dụng gương để tập trung ánh sáng cực tím một cách chính xác. Hệ thống phức tạp này đã khiến ZEISS mất hàng chục năm để hoàn thiện. 

Những chiếc gương được ZEISS sử dụng là loại gương "phẳng nhất trên thế giới". Theo ZEISS, nếu phóng to tấm gương này lên diện tích bằng với nước Đức, thì khu vực mấp mô nhất cũng chỉ cao 0,1 milimet.

ZEISS bắt đầu quá trình nghiên cứu hệ thống quang học EUV vào năm 1995. Mãi đến năm 2019, những chiếc điện thoại thông minh đầu tiên sử dụng chip tiến trình 7 nm, được chế tạo bằng máy quang khắc của ASML và hệ thống quang học của ZEISS, mới được xuất xưởng.