7 phút đọc
Nỗ lực tự chủ ngành bán dẫn của Trung Quốc vừa ghi nhận những cột mốc đáng chú ý khi các nhà sản xuất trong nước tìm ra phương án chế tạo chip tiên tiến mà không cần đến công nghệ in thạch bản siêu cực tím (EUV). Tuy nhiên, việc duy trì quy trình sản xuất dựa trên các thiết bị in thạch bản cực tím sâu (DUV) thế hệ cũ đang buộc giới công nghệ nước này phải đối mặt với bài toán chi phí đắt đỏ, tỷ lệ lỗi cao và năng suất thực tế bị suy giảm đáng kể.
Dự trữ thiết bị DUV và nỗ lực tự chủ chuỗi cung ứng
Trong nhiều năm, công nghệ EUV được coi là “điểm nghẽn” lớn nhất đối với ngành bán dẫn Trung Quốc do chịu tác động từ các biện pháp hạn chế của Mỹ. Không thể tiếp cận công nghệ EUV tiên tiến nhất, các nhà máy tại quốc gia này chủ yếu tập trung khai thác hệ thống DUV kém hiện đại hơn. Nhìn nhận về khoảng cách công nghệ, nhà phân tích Francois-Xavier Bouvignies từ ngân hàng UBS từng nhận xét rằng Trung Quốc hiện ở giai đoạn tương tự như tập đoàn ASML vào năm 2004.
Để chuẩn bị cho kịch bản thiếu hụt thiết bị, Trung Quốc đã tích cực thu mua máy móc sản xuất chip từ trước. Báo cáo công bố cuối tháng 9 từ tổ chức nghiên cứu Centre for Technology & Statecraft (CTS) tại Washington chỉ ra rằng các nhà sản xuất bán dẫn Trung Quốc tích lũy khoảng 343 thiết bị DUV trong giai đoạn từ 2012 đến 2026. Trong đó, có tới 270 máy quét Twinscan NXT:1980i từ ASML – dòng máy sở hữu độ phân giải 38 nm và độ khớp lớp 2,5 nm, đóng vai trò then chốt để chế tạo các dòng chip 7 nm.
Nhờ nguồn lực thiết bị này, Trung Quốc đã tạo nên những bất ngờ lớn cho giới phân tích:
- Chip Kirin 9000S: Được trang bị trên smartphone Huawei Mate 60 Pro ra mắt năm 2023, do SMIC gia công trên tiến trình 7 nm thế hệ thứ hai hoàn toàn bằng máy DUV.
- Chip Kirin 9030: Đánh giá vào tháng 8 từ tổ chức TechInsight cho thấy SMIC đã tiếp tục tối ưu hệ thống DUV để tiến gần hơn đến mật độ linh kiện tương đương tiến trình 5 nm.
Bên cạnh việc nhập khẩu, bước đi tự chủ cũng bắt đầu hình thành. Theo nguồn tin từ The Information hồi tháng 7, Trung Quốc đang triển khai sản xuất máy quang khắc DUV kiểu nhúng nội địa với sự tham gia của nhiều doanh nghiệp, bao gồm startup Shanghai Yuliangsheng Technology. Dự kiến, đơn vị này đặt mục tiêu sản xuất 5 máy trong năm nay và khoảng 20 máy vào năm sau để bàn giao cho các nhà sản xuất hàng đầu như SMIC, Hua Hong Semiconductor và CXMT.
Kỹ thuật phơi sáng nhiều lần: Bài toán đánh đổi chi phí và rủi ro sai số
Về mặt kỹ thuật, việc sản xuất chip tiên tiến từ 7 nm trở xuống bằng máy DUV đòi hỏi quy trình tạo nhiều lớp mẫu (multiple patterning). Thiết bị DUV có bước sóng 193 nm, dài hơn rất nhiều so với bước sóng 13,5 nm của EUV. Để tạo nên các mạch bán dẫn siêu nhỏ, nhà máy phải chia thiết kế gốc thành nhiều mẫu đơn giản, sau đó lặp đi lặp lại chu kỳ in thạch bản và ăn mòn.
Theo báo cáo từ Reuters, việc chuyển đổi từ tiến trình 7 nm xuống 5 nm bằng kỹ thuật tạo mẫu nhiều lần sẽ khiến tổng số bước sản xuất gia tăng khoảng 20%. Sự phức tạp này tác động trực tiếp đến chi phí tài chính và chất lượng sản phẩm.
“Trong giai đoạn đầu chuyển đổi, ba lần phơi sáng bằng máy DUV có chi phí tương đương một lần phơi sáng bằng máy EUV. Nhưng khi phải sử dụng tới bốn lớp 193 nm bằng DUV để thay thế cho một lớp mặt nạ EUV, công nghệ EUV bắt đầu thể hiện ưu thế vượt trội về mặt chi phí.”
Không chỉ khiến chi phí gia tăng, kỹ thuật này còn làm tăng đáng kể tỷ lệ sản phẩm lỗi:
- Tích tụ sai lệch: Mỗi lần chiếu tia quang khắc, lớp mẫu mới phải căn chỉnh chính xác tuyệt đối với lớp bên dưới. Việc phơi sáng 4 lần liên tiếp khiến nguy cơ sai sót về kích thước đường mạch và độ đồng đều tích lũy qua từng công đoạn.
- Giảm mật độ linh kiện: Để hạn chế rủi ro chập mạch hoặc lỗi căn chỉnh, các kỹ sư buộc phải nới rộng khoảng cách giữa các chi tiết. Điều này khiến kích thước tổng thể của chip bị phồng to, làm giảm số lượng chip thu được trên mỗi tấm wafer vốn có giá tới hàng chục nghìn USD.
Năng suất thực tế kém xa đối thủ và giới hạn của tiến trình tương lai
Những rào cản về mặt kỹ thuật đã để lại tác động rõ rệt lên hiệu quả sản xuất thực tế của các nhà máy Trung Quốc. Phân tích từ ngân hàng đầu tư Morgan Stanley vào tháng 6 ước tính rằng CXMT – nhà sản xuất bộ nhớ DRAM của Trung Quốc – chỉ thu được số lượng chip đạt chuẩn bằng một phần ba so với các đối thủ quốc tế sử dụng công nghệ EUV trên cùng một tấm wafer.
Chuyên gia Douglas Fuller từ Trường Kinh doanh Copenhagen (Đan Mạch) nhận định rằng việc không thể tiếp cận máy quang khắc EUV là “rào cản cứng” đối với sự phát triển chip bộ nhớ. Mặc dù các nhà sản xuất chip logic có thể tìm kiếm những cải tiến khác để giảm phụ thuộc, hiệu quả thu được vẫn rất hạn chế.
Dù đối mặt với vô vàn thách thức, DUV vẫn là chỗ dựa duy nhất của Trung Quốc ở thời điểm hiện tại. Morgan Stanley dự báo tỷ lệ tự chủ chip AI của Trung Quốc sẽ tăng mạnh từ 42% vào năm 2025 lên 70% vào năm 2030. Mặc dù vậy, sự thiếu hụt máy EUV cùng các công cụ phần mềm thiết kế tiên tiến sẽ khiến khoảng cách công nghệ giữa Trung Quốc và phương Tây khó có thể thu hẹp hoàn toàn. Chuyên gia Chris Mack cũng khẳng định rằng việc thương mại hóa các tiến trình siêu nhỏ như 3 nm hay 2 nm mà không có máy EUV gần như là điều không thể khả thi về mặt kinh tế.
Điều giới công nghệ và người dùng cần tiếp tục theo dõi
Hiện tại, khả năng duy trì các dòng chip 7 nm và 5 nm của Trung Quốc đã được xác nhận, nhưng hiệu quả thương mại lâu dài vẫn là một dấu hỏi lớn. Điều giới quan sát công nghệ cần theo dõi sát sao trong thời gian tới là liệu các doanh nghiệp sản xuất thiết bị bán dẫn nội địa như Shanghai Yuliangsheng có thể bàn giao đúng tiến độ 20 máy DUV nhúng trong năm sau hay không, và liệu SMIC cùng các đối tác có tìm ra giải pháp kỹ thuật mới giúp cải thiện tỷ lệ sống của chip trên mỗi tấm wafer để tối ưu hóa chi phí sản xuất thương mại hay không.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
