Công nghệ quang khắc của Trung Quốc đang tương đương ASML cách đây 22 năm?

Trong nhiều năm, Trung Quốc tập trung xây dựng năng lực tự chủ bán dẫn bằng cách trước hết bảo đảm khả năng sản xuất chip phổ thông và các dòng chip trên tiến trình cũ. Những dây chuyền này chủ yếu sử dụng thiết bị tương đối tiên tiến nhưng chưa phải thế hệ mới nhất từ các nhà cung cấp nước ngoài như ASML, KLA và Lam Research.

Tuy nhiên, khi Mỹ và các đồng minh ngày càng siết hạn chế xuất khẩu thiết bị sản xuất chip tiên tiến sang Trung Quốc, Bắc Kinh buộc phải đẩy nhanh quá trình phát triển công nghệ trong nước. Mục tiêu là hình thành một chuỗi cung ứng bán dẫn có mức độ tự chủ cao hơn và giảm phụ thuộc vào các nhà cung cấp phương Tây.

Những bước tiến đã xuất hiện ở nhiều công đoạn của quy trình sản xuất chip. Các doanh nghiệp Trung Quốc như ACM Research, AMEC và Naura đã phát triển thiết bị phục vụ các khâu từ lắng đọng, làm sạch, khắc đến oxy hóa và khuếch tán wafer. Một số sản phẩm hiện đã được sản xuất hàng loạt và triển khai tại các nhà máy sản xuất chip trong nước.

Quang khắc vẫn là một trong những mắt xích khó vượt qua nhất

Trong toàn bộ quy trình sản xuất chất bán dẫn tiên tiến, quang khắc thường được xem là công đoạn đơn lẻ phức tạp và đòi hỏi trình độ công nghệ cao nhất. Đây là quá trình sử dụng ánh sáng để in các mẫu mạch cực nhỏ lên wafer, qua đó quyết định trực tiếp đến kích thước và mật độ bóng bán dẫn trên chip.

Một hệ thống quang khắc hiện đại có cấu tạo đặc biệt phức tạp, gồm hàng chục nghìn linh kiện và bộ phận. Tất cả phải phối hợp với độ chính xác cực cao để máy có thể vận hành ổn định.

Không chỉ yêu cầu độ phân giải cao, máy quang khắc còn phải đồng thời đáp ứng hàng loạt tiêu chuẩn về độ chồng lớp giữa các lớp mạch, khả năng kiểm soát tiêu cự, độ đồng nhất giữa các máy, độ đồng đều kích thước tới hạn và độ nhám mép đường.

Quan trọng hơn, một hệ thống đủ khả năng cạnh tranh trong sản xuất thương mại phải duy trì ổn định nhiều yếu tố cùng lúc, từ thời gian hoạt động, mật độ lỗi đến năng suất. Không tiêu chí nào có thể được cải thiện bằng cách hy sinh một tiêu chí khác.

Chẳng hạn, một cỗ máy có độ phân giải cực cao và độ đồng đều lý tưởng nhưng chỉ xử lý được 1 wafer mỗi giờ sẽ không có nhiều giá trị đối với một dây chuyền sản xuất chip quy mô lớn.

Độ phức tạp này cũng lý giải vì sao thị trường thiết bị quang khắc ngày càng tập trung. Trong lịch sử ngành bán dẫn, ít nhất 10 công ty từng tham gia sản xuất thiết bị quang khắc. Nhưng khi công nghệ phát triển và yêu cầu kỹ thuật ngày càng khắt khe, chỉ còn 3 cái tên duy trì được vị thế là ASML, Canon và Nikon.

Trong số này, ASML hiện là công ty duy nhất trên thế giới sản xuất được hệ thống quang khắc cực tím siêu ngắn EUV, công nghệ đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các loại chip tiên tiến nhất.

Trung Quốc hiện đang tìm cách phá vỡ sự phụ thuộc này khi xây dựng một hệ sinh thái bán dẫn hoàn chỉnh, từ thiết bị sản xuất, vật liệu đến chế tạo chip. Một số doanh nghiệp và tổ chức trong nước đã bắt đầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống quang khắc nhằm thu hẹp khoảng cách công nghệ.

Dù vậy, năng lực hiện tại vẫn còn khoảng cách đáng kể so với các nhà sản xuất hàng đầu. Cho đến nay, chưa có doanh nghiệp Trung Quốc nào sản xuất hàng loạt được máy quang khắc DUV ngâm có khả năng phục vụ chế tạo chip trên tiến trình 45nm hoặc nhỏ hơn.

Tuy nhiên, theo nhận định của một số chuyên gia, khoảng cách này có thể bắt đầu thay đổi trong 2 đến 5 năm tới. Nếu các doanh nghiệp Trung Quốc có thể đưa hệ thống DUV ngâm vào sản xuất hàng loạt và chứng minh được độ ổn định, năng suất cũng như tỷ lệ lỗi trong môi trường thực tế, đây sẽ là bước tiến quan trọng trong nỗ lực tự chủ thiết bị bán dẫn của nước này.