Cho dù đã cũ nhưng các máy quang khắc DUV của hãng ASML vẫn là các thiết bị rất cần thiết đối với những hãng sản xuất chip Trung Quốc khi chúng giúp họ sản xuất được các chip bán dẫn tương đối cao cấp khi không tiếp cận được các máy quang khắc EUV hiện đại hơn. Nhưng càng ngày càng có nhiều lệnh hạn chế mới được áp đặt để ngăn các cỗ máy quang khắc đời cũ này tiến vào thị trường Trung Quốc.
Nhưng một startup ít tên tuổi có tên Prinano ở Hàng Châu, Trung Quốc vừa tuyên bố tìm ra một con đường hoàn toàn khác để thoát khỏi sự phụ thuộc này.
Tại sao máy DUV lại quan trọng đến vậy với Trung Quốc?
ASML sản xuất hai dòng máy chính. Dòng EUV, sử dụng tia cực tím bước sóng cực ngắn, dùng để sản xuất các chip tiên tiến nhất thế giới hiện nay như chip AI hay bộ xử lý điện thoại thế hệ mới. Dòng DUV, sử dụng tia cực tím bước sóng dài hơn và công nghệ cũ hơn, vẫn được dùng rộng rãi để sản xuất hàng trăm loại chip phổ biến khác từ chip ô tô, chip viễn thông đến chip điều khiển công nghiệp.
Trong khi bị cấm mua máy EUV từ nhiều năm nay, Trung Quốc vẫn được mua các máy quang khắc DUV, dù cũ hơn nhưng vẫn đủ để sản xuất các chip phổ thông phục vụ đa số nhu cầu nội địa. Hơn thế nữa, từ các cỗ máy quang khắc DUV này, các nhà sản xuất chip Trung Quốc đã tìm ra cách sản xuất được những chip AI hoặc chip smartphone thế hệ mới – dù chi phí đắt đỏ hơn và hiệu năng kém hơn.
Chính vì tầm quan trọng cốt lõi đến vậy, việc các lệnh hạn chế mới có thể giáng xuống các cỗ máy quang khắc đời cũ này sẽ gây tác động còn nặng nề hơn lên Trung Quốc so với việc cấm mua các máy quang khắc EUV. Dù các công ty như SMIC đã tích lũy một lượng lớn các máy quang khắc DUV nhưng nếu bị hạn chế, họ sẽ không thể bảo trì, nâng cấp hoặc mở rộng năng lực sản xuất chip bằng các cỗ máy này.
Một cỗ máy quang khắc DUV của ASML
Nhưng giải pháp sản xuất chip mới của một startup có thể giải thoát Trung Quốc khỏi sự lệ thuộc này.
Đóng dấu thay vì chiếu sáng
Prinano, startup thành lập năm 2017 có trụ sở tại Hàng Châu, tuyên bố đã làm được điều đó với một phương pháp căn bản khác: thay vì dùng các máy quang khắc để chiếu sáng và tạo nên các mạch điện trên tấm wafer, họ dùng khuôn nano ép trực tiếp lên bề mặt wafer giống như việc đóng dấu.
Quy trình này, gọi là in nano, không phải ý tưởng mới. Các nhà khoa học đã nghiên cứu nó trong nhiều thập kỷ vì tiềm năng chi phí thấp và khả năng tạo ra các cấu trúc cực nhỏ mà không cần hệ thống quang học đắt tiền. Tuy nhiên công nghệ này lâu nay gặp khó khăn trong việc đưa vào sản xuất đại trà vì tỷ lệ lỗi cao, khuôn bị mòn nhanh và năng suất thấp hơn so với quang khắc truyền thống.
Prinano cho biết họ đã giải quyết các vấn đề đó thông qua hệ thống PL-AS, kết hợp buồng chân không, đệm khí và vật liệu in hai lớp tùy chỉnh để kiểm soát áp suất ép đồng đều trên toàn bộ bề mặt wafer 8 inch. Công ty tuyên bố hệ thống này có thể tạo ra các cấu trúc nhỏ hơn 10nm, đủ cho nhiều ứng dụng chip quang học thương mại.
Ngày 5 tháng 6 vừa qua, Prinano thông báo trên WeChat rằng họ đã xác nhận sản xuất thành công wafer chip quang học 8 inch trong hợp tác với Shenzhen Litra Technology, hoàn toàn không sử dụng thiết bị quang khắc DUV. Chi phí sản xuất, theo công ty, chỉ bằng khoảng 1/10 quy trình DUV truyền thống.
Tại sao lại là chip quang học
Một điểm quan trọng cần làm rõ là Prinano không tuyên bố có thể thay thế toàn bộ ngành sản xuất chip. Mục tiêu của họ là chip quang học, một loại chip hoạt động bằng cách xử lý ánh sáng thay vì tín hiệu điện.
Chip quang học được dùng rộng rãi trong cáp quang và hạ tầng viễn thông, kết nối giữa các máy chủ trong trung tâm dữ liệu, hệ thống LiDAR cho xe tự lái, cảm biến quang học trong thiết bị y tế và một số ứng dụng điện toán lượng tử. Đây là thị trường đang tăng trưởng nhanh, đặc biệt khi nhu cầu băng thông cho AI và điện toán đám mây tiếp tục bùng nổ.
Chip quang học đặc biệt phù hợp với công nghệ in nano vì cấu trúc của chúng, bao gồm các ống dẫn sóng, cách tử nhiễu xạ và bộ cộng hưởng vòng, phần lớn là các mẫu lặp lại ở cấp độ nanômét. Những mẫu lặp lại này có thể được tái tạo hiệu quả bằng khuôn ép, không đòi hỏi độ chính xác căn chỉnh cực cao như chip logic tiên tiến.
Đây là lý do giải thích tại sao in nano có thể khả thi với chip quang học trong khi vẫn còn nhiều thách thức với chip AI hay bộ xử lý thế hệ mới.
Khuôn đóng dấu chip của Prinano
Tuyên bố lớn, câu hỏi còn bỏ ngỏ
Dù có tiềm năng đáng chú ý, tuyên bố của Prinano vẫn còn nhiều điểm chưa được kiểm chứng. Công ty không công bố tỷ lệ lỗi trên mỗi wafer, sản lượng thực tế, dữ liệu giao hàng cho khách hàng hay bất kỳ xác nhận độc lập nào từ bên thứ ba. Trong ngành bán dẫn, khoảng cách giữa "sản xuất thành công trong phòng thí nghiệm" và "sản xuất đại trà thương mại đủ tiêu chuẩn" thường rất lớn và mất nhiều năm để thu hẹp.
Tờ South China Morning Post, nguồn đưa tin về thông báo này, cũng lưu ý rằng đột phá của Prinano nếu được xác nhận theo thời gian mới thực sự có ý nghĩa với ngành điện tử nội địa Trung Quốc.
Dù vậy, tuyên bố này vẫn là một tín hiệu đáng theo dõi trong bức tranh lớn hơn. Trung Quốc đang triển khai nhiều hướng đi song song để giảm phụ thuộc vào chuỗi cung ứng chip phương Tây, từ Huawei phát triển kiến trúc chip mới né EUV cho đến các startup như Prinano thử nghiệm quy trình sản xuất thay thế hoàn toàn. Không phải tất cả đều sẽ thành công, nhưng chỉ cần một vài hướng đi đủ khả thi là đủ để thay đổi cục diện cuộc chiến chip đang diễn ra.
