Nhu cầu đầu tư hạ tầng nước tại Hàn Quốc được dự báo sẽ tăng mạnh cùng làn sóng mở rộng các nhà máy bán dẫn (fab). Trong bối cảnh nhiều dự án mới được thúc đẩy, khả năng bảo đảm nguồn nước tại các khu vực quy hoạch đang trở thành yếu tố phải tính đến từ rất sớm trong kế hoạch chi tiêu vốn.

Quy mô sử dụng nước của các fab tại Hàn Quốc hiện đã vượt xa nhiều cơ sở công nghiệp lớn khác. Theo Kyobo Securities, năm 2025, tổng lượng nước khai thác trên toàn cầu của Samsung Electronics đạt 197,7 triệu tấn, trong đó khoảng 90% đến từ mảng bán dẫn. Con số của SK hynix là 117 triệu tấn.

Trong cùng kỳ, Amazon công bố lượng nước sử dụng trực tiếp tại các trung tâm dữ liệu trên toàn cầu ở mức 9,5 triệu tấn.

Nhu cầu này được dự báo còn tăng thêm khi các kế hoạch mở rộng fab tiếp tục được triển khai. Tháng 6 vừa qua, Chính phủ Hàn Quốc công bố ba siêu dự án, trong đó mở rộng fab tại Yongin và khu vực Tây Nam được xác định là một trong những trụ cột đầu tư.

Kyobo Securities cho rằng những điểm nghẽn chính nằm ở nguồn nước và thủ tục cấp phép đường ống. Tại Hàn Quốc, việc bảo đảm nguồn nước được xem là cửa ải đầu tiên đối với các dự án fab quy mô lớn.

Vì vậy, tỷ trọng thiết bị và hệ thống tái sử dụng nước bên trong fab đang tăng lên. Nước siêu tinh khiết là loại nước có độ tinh sạch cao nhất, được dùng để rửa wafer. Về lý thuyết, nước này phải đạt điện trở suất 18,2 MΩ·cm; chỉ cần còn sót lại một lượng cực nhỏ ion kim loại hoặc hạt bụi cũng có thể gây lỗi trong quá trình sản xuất và ảnh hưởng đến tỷ lệ thành phẩm.

Xu hướng hiện nay là nâng cấp lượng nước đã qua sử dụng trở lại cấp nước siêu tinh khiết bằng công nghệ thẩm thấu ngược (RO) và trao đổi ion. Nhờ đó, tỷ lệ tái sử dụng có thể vượt 90%. Đây cũng là lý do các giải pháp xử lý nước không xả thải (ZLD) ngày càng được lựa chọn trong hạ tầng của các fab quy mô lớn.

Cùng với đó, mô hình thiết kế tích hợp toàn bộ chu trình nước cũng đang mở rộng, từ khâu lấy nước thô, tiền xử lý, sản xuất nước siêu tinh khiết, xử lý nước thải đến tái sử dụng. Theo đánh giá của ngành, cách tiếp cận theo từng thiết bị riêng lẻ có hạn chế trong việc cắt giảm chi phí năng lượng và hóa chất. Do đó, các fab ngày càng ưu tiên thiết kế đồng bộ cả quy trình lẫn vận hành để vừa bảo đảm độ ổn định, vừa tối ưu hiệu quả kinh tế.

Nhu cầu này càng tăng khi tiến trình bán dẫn tiếp tục thu nhỏ. Theo giới trong ngành, sau khi công nghệ quang khắc cực tím EUV được đưa vào sản xuất, cấu trúc chip chuyển dần sang dạng 3D và số lớp liên kết kim loại tăng lên, khiến số lần thực hiện công đoạn đánh bóng cơ học-hóa học (CMP) nhiều hơn.

Các công đoạn rửa sau đánh bóng để loại bỏ tạp chất cũng thường xuyên được bổ sung, làm lượng nước siêu tinh khiết tiêu thụ trên mỗi wafer tăng nhanh.

Ngoài ra, lượng nước thất thoát do bay hơi tại tháp giải nhiệt dùng để làm mát thiết bị EUV cũng chiếm tỷ trọng lớn trong tổng mức tiêu thụ nước của fab. Mỗi thiết bị EUV tiêu thụ từ 1 đến 1,5 MW điện, thậm chí cao hơn. Bên cạnh đó, khi số lớp 3D NAND tăng lên trên 300 lớp, lượng axit photphoric độ tinh khiết cao dùng cho công đoạn khắc màng nitride cũng tăng theo, kéo theo nhu cầu tái chế dung dịch thải.

Yêu cầu đối với nước siêu tinh khiết hiện không chỉ dừng ở fab mà còn lan sang quy trình sản xuất của các nhà cung ứng. Đại diện một doanh nghiệp cung cấp thiết bị nước siêu tinh khiết cho biết khi các nhà cung cấp thiết bị phải trực tiếp chứng minh hiệu quả sản phẩm, quy trình sản xuất của chính họ cũng phải đạt tiêu chuẩn tương đương fab của khách hàng nếu muốn duy trì năng lực cạnh tranh.

Theo vị này, nếu thiết bị được xuất xưởng khi chưa được làm sạch chính xác bằng nước siêu tinh khiết, bản thân thiết bị có thể trở thành nguồn gây nhiễm bẩn, dẫn tới chậm tiến độ quy trình và làm giảm tỷ lệ thành phẩm đạt chuẩn.

Trên thế giới, các fab lớn đã đi trước trong đầu tư hạ tầng nước tái sử dụng. TSMC hiện cung cấp 20.000 tấn nước mỗi ngày từ nhà máy nước tái sinh tại Tainan, tái tạo nước thải công nghiệp bán dẫn lên cấp nước siêu tinh khiết, đồng thời có kế hoạch nâng công suất lên 67.000 tấn.

Trong khi đó, Samsung Electronics đang xây dựng tuyến đường ống đưa nước xả từ nhà máy xử lý nước thải của chính quyền địa phương về cơ sở xử lý nước của fab để sản xuất nước siêu tinh khiết.

Dù vậy, tiến độ cấp nước vẫn còn khoảng trễ so với kế hoạch mở rộng công suất. Giai đoạn 1 của tuyến ống tích hợp tại Yongin dự kiến cung cấp 310.000 tấn vào năm 2031, trong khi giai đoạn 2 của khu công nghiệp quốc gia Samsung dự kiến đạt 600.000 tấn vào năm 2035.

Mục tiêu tăng gấp đôi năng lực sản xuất chất bán dẫn trong vòng 5 năm đang làm nổi rõ chênh lệch giữa tốc độ mở rộng công suất và thời điểm nguồn nước được cung cấp đầy đủ. Kyobo Securities nhận định đây là dự án do chính phủ chủ trì nên khả năng bị hủy bỏ là thấp, song vẫn có thể chậm tiến độ do đàm phán với chính quyền địa phương và các thủ tục cấp phép.

Theo Kyobo Securities, trong quá trình mở rộng tại Yongin và khu vực Tây Nam Hàn Quốc, nhu cầu đối với hạ tầng tái sử dụng nước và nước siêu tinh khiết có thể tăng đồng thời. Công ty cho rằng năng lực bảo đảm nguồn nước không chỉ là biến số cần được kiểm tra từ sớm đối với sản xuất chất bán dẫn, mà còn là yếu tố thúc đẩy nhu cầu trên toàn chuỗi giá trị hạ tầng nước.