Tại sao đến giờ Trung Quốc vẫn chưa tự chủ được máy quang khắc chip cao cấp: Lời giải nằm trong câu chuyện nhỏ dưới đây

Một câu chuyện đầy tính trớ trêu đang lan truyền trong giới công nghệ bán dẫn. Theo báo cáo từ The National Interest, các kỹ sư Trung Quốc đã táo bạo tháo rời một máy quang khắc DUV của ASML với hy vọng đảo ngược công nghệ. Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu, họ đã làm hỏng thiết bị trị giá hàng chục triệu đô la này và buộc phải gọi chính các kỹ thuật viên ASML đến sửa chữa. Khi kiểm tra, đội ngũ ASML nhanh chóng phát hiện máy móc bị hư hại do việc tháo rời và lắp ráp lại thiếu chuyên môn.

Dù chưa được xác nhận chính thức, câu chuyện này giải thích sinh động tại sao với nguồn lực khổng lồ và đội ngũ nhân tài xuất sắc, Trung Quốc vẫn chưa thể làm chủ các máy quang khắc chip cao cấp như DUV tiên tiến và EUV mà chỉ có ASML sản xuất được. Sự việc tuy nhỏ nhưng phơi bày lý do tại sao lại có những khoảng trống công nghệ không thể lấp đầy bằng tiền bạc.

Máy sử dụng laser argon fluoride 193nm chiếu qua lớp nước đặc biệt, với bệ đỡ wafer di chuyển chính xác 2.5nm và năng suất 330 tấm wafer mỗi giờ. Mọi thành phần đều phụ thuộc vào các quy trình nhà máy được bảo mật chặt chẽ, các điểm tham chiếu nội bộ và hệ thống điều chỉnh vòng lặp kín liên tục giữa các bệ di chuyển, quang học và cảm biến.

Khi các kỹ sư Trung Quốc tháo rời máy, họ đã vô tình phá vỡ những cân bằng tinh vi này. Chỉ một hạt bụi nhỏ rơi vào hệ thống quang học chiếu sáng của ZEISS, một sai lệch nhỏ trong bộ đo giao thoa kế, hay mất đi các điểm tham chiếu hiệu chỉnh ban đầu đều có thể khiến toàn bộ hệ thống trở nên vô dụng.

Hơn nữa, việc lắp ráp lại không chỉ đơn thuần là đặt các bộ phận về đúng vị trí, mà cần có quy trình chính xác của nhà sản xuất, phần mềm điều khiển đặc biệt và các khóa bảo mật mà chỉ ASML mới có quyền truy cập.

Lý do thứ hai là công nghệ đỉnh cao cần thời gian và tích lũy tri thức không thể vượt qua. Những cỗ máy của ASML là kết quả hàng thập kỷ nghiên cứu của châu Âu, từ hợp tác Hà Lan-Đức với quang học ZEISS đến công nghệ laser Mỹ.

Công nghệ quang khắc EUV với ánh sáng 13.5nm được tạo ra từ plasma thiếc và gương siêu chính xác đã nhận hàng tỷ USD tài trợ từ chính phủ Mỹ và Hà Lan qua nhiều thập kỷ. Đây là cam kết dài hạn với tầm nhìn chiến lược, không phải đầu tư ngắn hạn.

Một ví dụ điển hình cho thấy độ khó của lĩnh vực này chính là câu chuyện của Nhật Bản. Những năm 2000, họ là nhà lãnh đạo thế giới về quang khắc với Canon và Nikon, tham gia cuộc đua EUV cùng Hà Lan.

Dù có các kỹ sư xuất sắc, nền công nghiệp vững chắc và kinh nghiệm dày dặn về cơ khí siêu chính xác, Nhật Bản vẫn thất bại và rút lui vì không duy trì được tài trợ ổn định như liên minh Mỹ-Hà Lan. Nếu Nhật Bản với mọi lợi thế không thành công, việc Trung Quốc muốn bắt kịp từ vị trí thấp hơn trong thời gian ngắn gần như bất khả thi.

Lý do thứ ba là các lệnh cấm vận công nghệ từ phương Tây đã làm cho khoảng cách công nghệ càng lớn thêm theo thời gian. Kể từ tháng 1 năm 2024, Trung Quốc đã bị cắt đứt hoàn toàn khỏi nguồn cung cấp máy quang khắc EUV và các dòng máy DUV tiên tiến nhất như NXT:2050i và NXT:2100i.

Bên cạnh đó, ngay cả dịch vụ bảo trì, phụ tùng thay thế và cập nhật phần mềm cho những máy móc Trung Quốc đã mua trước đó cũng bị kiểm soát nghiêm ngặt thông qua hệ thống cấp phép của Hà Lan.

Hậu quả là các công ty bán dẫn Trung Quốc như SMIC buộc phải dựa vào các máy DUV đời cũ và sử dụng kỹ thuật multi-patterning kém hiệu quả để cố gắng đạt được các nút công nghệ nhỏ hơn. Trong khi Trung Quốc vật lộn với công nghệ cũ, thế giới tiến xa hơn với EUV thế hệ mới, tạo khoảng cách khó thu hẹp.

Lý do thứ tư là tư duy tiếp cận công nghệ sai lầm. Việc tháo rời máy ASML phản ánh niềm tin rằng có máy tức là có công nghệ. Cách này thiếu tôn trọng độ phức tạp thực sự và thiếu kiên nhẫn trong nghiên cứu cơ bản. Thay vì xây dựng nền tảng tri thức, đào tạo kỹ sư am hiểu vật lý quang học và cơ học chính xác, họ tìm con đường tắt. Trung Quốc không thiếu tài năng nhưng thiếu hệ sinh thái công nghệ toàn diện với nghiên cứu cơ bản vững, chuỗi cung ứng hoàn chỉnh và hợp tác quốc tế cởi mở.

Mặc dù vậy, không thể phủ nhận rằng Trung Quốc đang nỗ lực hết sức để phát triển công nghệ quang khắc trong nước. Các công ty như SMEE và AMIES đang được chính phủ đầu tư mạnh mẽ để tự chủ máy quang khắc.

Hiện tại, công ty Yuliangsheng đã sản xuất được máy DUV immersion trong nước đang được SMIC thử nghiệm, với mục tiêu ban đầu là nút công nghệ 28nm và tham vọng đạt tới 7nm thông qua kỹ thuật multi-patterning. Theo kế hoạch, những máy móc này có thể được triển khai rộng rãi trong các nhà máy bán dẫn Trung Quốc vào khoảng năm 2027.

Tuy nhiên, thực tế là hiệu suất của chúng vẫn chỉ gần với các dòng máy ASML đời cũ hơn, và quá trình điều chỉnh cũng như nâng cao năng suất sẽ còn phải mất nhiều thời gian. Các chuyên gia đánh giá rằng ngay cả khi mọi việc diễn ra thuận lợi, Trung Quốc vẫn cần ít nhất 10 đến 15 năm nữa để có thể sản xuất được máy quang khắc DUV chất lượng tương đương với ASML hiện tại, và con đường đến công nghệ EUV còn xa xôi hơn nhiều.

Câu hỏi đặt ra là liệu Trung Quốc có đủ thời gian để bắt kịp trong khi cả thế giới đang không ngừng tiến về phía trước, và liệu họ có thể duy trì sự kiên trì cần thiết cho một cuộc đua marathon công nghệ kéo dài hàng thập kỷ hay không.