Các biện pháp kiểm soát xuất khẩu do Mỹ dẫn đầu đang thúc đẩy Trung Quốc đẩy nhanh nỗ lực phát triển các công cụ khắc quang cực tím (EUV) của riêng mình, nhưng các chuyên gia cho rằng việc biến các nguyên mẫu ban đầu thành hệ thống sản xuất hàng loạt trong thập kỷ này vẫn rất khó xảy ra.
Trung Quốc được cho là đã chế tạo một nguyên mẫu máy EUV bằng cách phân tích ngược thiết bị cũ từ nhà cung cấp ASML của Hà Lan, với tham vọng bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm 2028. Mặc dù việc trình diễn ở cấp độ phòng thí nghiệm là khả thi, nhưng các nhà quan sát trong ngành cho rằng việc thu hẹp khoảng cách đến sản xuất quy mô thương mại phức tạp hơn nhiều.
“Đối với Trung Quốc, việc trình diễn một hệ thống EUV tự chế là khả thi,” Ahn Jin-ho, giáo sư khoa học vật liệu tại Đại học Hanyang, cho biết. “Nhưng việc phát triển một hệ thống có khả năng sản xuất số lượng lớn trong thập kỷ tới là khó xảy ra.”
EUV vẫn nằm ngoài tầm với
Do không tiếp cận được công nghệ khắc quang EUV tiên tiến — sử dụng ánh sáng cực tím để khắc các mạch điện mỏng hơn hàng nghìn lần so với sợi tóc người — Trung Quốc đã phải dựa vào các công cụ cực tím sâu (DUV), lặp lại các bước tạo mẫu để đạt được kết quả tương tự với chi phí cao hơn và hiệu quả thấp hơn.
Nhưng công nghệ DUV chỉ có thể giúp Trung Quốc đến một mức độ nhất định. Trong khi Samsung và TSMC đang hướng tới chip 2 nanomet, Bắc Kinh đã khởi động một nỗ lực phát triển EUV do nhà nước hậu thuẫn, được cho là đang tuyển dụng các kỹ sư cũ của ASML và tăng cường đầu tư.
“Dưới mức 7 nanomet, công nghệ in thạch bản EUV thực sự là không thể thiếu,” ông Ahn Ki-hyun, giám đốc điều hành của Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Hàn Quốc, cho biết. “Nếu Trung Quốc thành công trong việc nội địa hóa EUV, nó có thể định hình lại ngành công nghiệp chip. Nhưng điều đó sẽ không xảy ra trong một sớm một chiều.”
Ông Ahn Jin-ho, một chuyên gia về EUV tại Đại học Hanyang, người gần đây đã nhận được giải thưởng từ Viện Hàn lâm Kỹ thuật Quốc gia Hàn Quốc, rất hoài nghi rằng Trung Quốc có thể cung cấp hệ thống EUV sản xuất hàng loạt theo mục tiêu năm 2028.
“Các ông lớn trong ngành như Nikon và Canon, những công ty từ lâu đã thống trị công nghệ in thạch bản, chưa bao giờ chinh phục được EUV. Đây không phải là công nghệ mà bạn có thể dùng vũ lực để thâm nhập,” ông Ahn nói.
Ngay cả đối với ASML, nhà cung cấp duy nhất các hệ thống EUV, quá trình phát triển cũng mất hàng thập kỷ và dựa vào một hệ sinh thái phối hợp chặt chẽ, bao gồm quang học chính xác từ Carl Zeiss và các công nghệ nguồn sáng chuyên dụng, ông nói thêm.
Hệ thống quang học vẫn là một trong những trở ngại lớn nhất, đòi hỏi độ chính xác đặc biệt trong cả thiết kế và sản xuất. Quan trọng không kém là sự tích hợp của hệ sinh thái rộng lớn hơn — bao gồm mặt nạ, màng bảo vệ và chất cản quang — tất cả đều phải hoạt động liền mạch với thiết bị.
“Đạt được mức độ tối ưu hóa đó — từ kiểm soát hạt đến quản lý môi trường hydro bên trong hệ thống EUV — cần hàng thập kỷ kinh nghiệm tích lũy,” Ahn nói.
Trung Quốc đã phát triển công nghệ sản xuất chip tiên tiến bằng cách sử dụng các công cụ in thạch bản cũ hơn và công nghệ ArF ngâm, lặp lại các bước tạo mẫu để đạt được khả năng mà họ tuyên bố là gần 3 nanomet, mặc dù hầu hết sản xuất ở các nút tiên tiến vẫn ở mức khoảng 7 nanomet.
Nhưng giải pháp thay thế đó đi kèm với chi phí cao. Các công ty như ChangXin Memory Technologies, Yangtze Memory Technologies và Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) đang phải đối mặt với áp lực tài chính ngày càng tăng khi việc tạo mẫu nhiều lần làm tăng chi phí sản xuất.
“Trong sản xuất, tất cả đều xoay quanh chi phí và lợi nhuận. Nếu bạn cần nhiều lần phơi sáng chỉ để đạt được hiệu quả tương đương với một lần phơi sáng của EUV, thì về mặt kinh tế, điều đó đơn giản là không khả thi,” một quan chức trong ngành cho biết.
Samsung, SK nới rộng khoảng cách dẫn đầu trong lĩnh vực EUV
Hệ thống EUV — bao gồm hơn 100.000 linh kiện — thường có giá khoảng 200 triệu đến 300 triệu đô la mỗi đơn vị. ASML chỉ sản xuất khoảng 70 đơn vị mỗi năm.
Samsung gần đây đã đặt hàng khoảng 20 máy EUV khan hiếm từ ASML như một phần của đơn đặt hàng lớn hơn gồm 70 máy in thạch bản cho nhà máy P5 của mình tại Pyeongtaek, tỉnh Gyeonggi, với riêng phần EUV ước tính hơn 10 nghìn tỷ won (7,3 tỷ đô la).
SK hynix cũng đã cam kết khoảng 11,9 nghìn tỷ won cho các thiết bị EUV sẽ được lắp đặt tại nhà máy Cheongju M15X và các nhà máy Yongin sắp tới, với thời gian giao hàng đến cuối năm 2026.
Các công ty dự kiến sẽ sử dụng hệ thống EUV để hỗ trợ sản xuất bộ nhớ AI của họ, bao gồm cả bộ nhớ băng thông cao thế hệ tiếp theo.
Quy mô lớn không thôi chưa đủ để tạo lợi thế cạnh tranh. Các công cụ EUV thường chỉ được sử dụng cho các lớp quan trọng nhất, và tác động của chúng phụ thuộc rất nhiều vào việc chúng được tích hợp hiệu quả như thế nào vào quy trình sản xuất.
"Ngay cả với cùng một công cụ, kết quả cũng có thể khác nhau. Sự khác biệt về linh kiện, tình trạng công cụ và kinh nghiệm của người vận hành đều ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng," Ahn của Đại học Hanyang cho biết.
"Các nhà sản xuất chip dựa vào sự kết hợp của EUV, ArF và KrF, và các quyết định về việc triển khai từng công nghệ ở đâu cũng định hình cả hiệu suất và khả năng cạnh tranh về chi phí," ông nói thêm.