Khôi Nguyên
Topaz
Bất chấp việc đầu tư hàng tỷ USD và huy động nguồn lực quốc gia, Trung Quốc vẫn đang chật vật trong cuộc đua tự chủ công nghệ máy quang khắc bán dẫn cao cấp. Một câu chuyện đang lan truyền trong ngành công nghiệp, dù chưa được xác nhận chính thức, đã minh họa một cách rõ nét cho khoảng cách công nghệ khổng lồ và lý giải tại sao việc sao chép những cỗ máy phức tạp nhất hành tinh này là một nhiệm vụ gần như bất khả thi.
Theo báo cáo từ The National Interest, một nhóm kỹ sư Trung Quốc được cho là đã tháo rời một chiếc máy quang khắc DUV (tia cực tím sâu) của ASML với hy vọng có thể thực hiện kỹ thuật "đảo ngược công nghệ" (reverse-engineer). Tuy nhiên, trong quá trình này, họ đã làm hỏng thiết bị trị giá hàng chục triệu USD và buộc phải gọi chính các kỹ thuật viên của ASML đến sửa chữa. Đội ngũ kỹ thuật của ASML đã nhanh chóng phát hiện ra rằng máy móc bị hư hại là do việc tháo rời và lắp ráp lại một cách thiếu chuyên môn.
Câu chuyện trớ trêu này, dù chưa được kiểm chứng, đã phơi bày một sự thật cốt lõi: thành công của ASML không nằm ở một bộ phận riêng lẻ, mà nằm ở sự phức tạp của một hệ thống tích hợp không thể sao chép.
Những cỗ máy của ASML là kỳ quan của kỹ thuật hiện đại. Ví dụ, một máy DUV tiên tiến sử dụng laser argon fluoride 193nm chiếu qua một lớp nước tinh khiết. Bên trong, một bệ đỡ tấm wafer di chuyển với độ chính xác ở cấp độ 2.5nm, trong khi hệ thống có thể xử lý 330 tấm wafer mỗi giờ.
Khi các kỹ sư tháo rời chiếc máy, họ đã vô tình phá vỡ hàng nghìn điểm cân bằng và hiệu chỉnh tinh vi. Chỉ một hạt bụi nhỏ lọt vào hệ thống quang học của ZEISS, một sai lệch nhỏ trong bộ đo giao thoa kế, hay việc làm mất đi các điểm tham chiếu hiệu chuẩn gốc của nhà máy 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. Nó đòi hỏi một quy trình độc quyền, các phần mềm điều khiển đặc biệt và các khóa bảo mật mà chỉ ASML mới có quyền truy cập.
Câu chuyện thất bại của Nhật Bản là một minh chứng rõ ràng. Vào những năm 2000, Nhật Bản là quốc gia dẫn đầu thế giới về quang khắc với hai "gã khổng lồ" là Canon và Nikon. Họ đã tham gia cuộc đua EUV cùng với ASML. Mặc dù có nền tảng công nghiệp vững chắc và các kỹ sư xuất sắc, Nhật Bản cuối cùng vẫn phải rút lui vì không thể duy trì được nguồn tài trợ ổn định và dài hạn như liên minh Mỹ-Hà Lan. Nếu một cường quốc công nghệ như Nhật Bản còn thất bại, việc Trung Quốc muốn bắt kịp từ một vị trí thấp hơn trong một thời gian ngắn là điều gần như bất khả thi.
Các lệnh cấm vận công nghệ từ phương Tây đã khiến khoảng cách ngày càng xa hơn. Kể từ tháng 1 năm 2024, Trung Quốc đã bị cắt đứt hoàn toàn khỏi nguồn cung máy quang khắc EUV và các dòng máy DUV tiên tiến nhất của ASML. Ngay cả dịch vụ bảo trì và cung cấp phụ tùng cho những chiếc máy DUV cũ mà Trung Quốc đã mua trước đó cũng bị kiểm soát nghiêm ngặt.
Hậu quả là các công ty bán dẫn hàng đầu của Trung Quốc như SMIC buộc phải dựa vào các máy DUV đời cũ và sử dụng kỹ thuật "multi-patterning" (khắc nhiều lớp). Đây là một kỹ thuật tốn kém, kém hiệu quả và có tỷ lệ lỗi cao, để cố gắng tạo ra các con chip ở tiến trình nhỏ hơn. Trong khi Trung Quốc vật lộn với công nghệ cũ, phần còn lại của thế giới đã tiến xa với EUV, tạo ra một khoảng cách khó có thể san lấp.
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 đang được chính phủ đầu tư mạnh mẽ. Gần đây, đã có thông tin cho rằng một công ty trong nước đã sản xuất được máy DUV immersion đầu tiên và đang được SMIC thử nghiệm, với mục tiêu ban đầu là tiến trình 28nm và tham vọng đạt tới 7nm thông qua multi-patterning.
Tuy nhiên, 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 một chiếc máy DUV có chất lượng tương đương với ASML hiện tại. Con đường để có thể làm chủ được công nghệ EUV còn xa xôi hơn rất nhiều.
Câu chuyện "tháo máy" trị giá hàng chục triệu USD
Theo báo cáo từ The National Interest, một nhóm kỹ sư Trung Quốc được cho là đã tháo rời một chiếc máy quang khắc DUV (tia cực tím sâu) của ASML với hy vọng có thể thực hiện kỹ thuật "đảo ngược công nghệ" (reverse-engineer). Tuy nhiên, trong quá trình này, họ đã làm hỏng thiết bị trị giá hàng chục triệu USD và buộc phải gọi chính các kỹ thuật viên của ASML đến sửa chữa. Đội ngũ kỹ thuật của ASML đã nhanh chóng phát hiện ra rằng máy móc bị hư hại là do việc tháo rời và lắp ráp lại một cách thiếu chuyên môn.
Câu chuyện trớ trêu này, dù chưa được kiểm chứng, đã phơi bày một sự thật cốt lõi: thành công của ASML không nằm ở một bộ phận riêng lẻ, mà nằm ở sự phức tạp của một hệ thống tích hợp không thể sao chép.
Những cỗ máy của ASML là kỳ quan của kỹ thuật hiện đại. Ví dụ, một máy DUV tiên tiến sử dụng laser argon fluoride 193nm chiếu qua một lớp nước tinh khiết. Bên trong, một bệ đỡ tấm wafer di chuyển với độ chính xác ở cấp độ 2.5nm, trong khi hệ thống có thể xử lý 330 tấm wafer mỗi giờ.
Khi các kỹ sư tháo rời chiếc máy, họ đã vô tình phá vỡ hàng nghìn điểm cân bằng và hiệu chỉnh tinh vi. Chỉ một hạt bụi nhỏ lọt vào hệ thống quang học của ZEISS, một sai lệch nhỏ trong bộ đo giao thoa kế, hay việc làm mất đi các điểm tham chiếu hiệu chuẩn gốc của nhà máy 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. Nó đòi hỏi một quy trình độc quyền, các phần mềm điều khiển đặc biệt và các khóa bảo mật mà chỉ ASML mới có quyền truy cập.
Tích lũy tri thức hàng thập kỷ
Lý do thứ hai cho sự thống trị của ASML là công nghệ đỉnh cao cần thời gian và sự tích lũy tri thức không thể đi đường tắt. Những cỗ máy này là kết quả của hàng thập kỷ nghiên cứu và hợp tác của cả châu Âu và Mỹ. Công nghệ quang khắc EUV (tia cực tím khắc nghiệt) tiên tiến nhất, với ánh sáng 13.5nm được tạo ra từ plasma thiếc và một hệ thống gương siêu chính xác, đã nhận được hàng tỷ USD tài trợ từ chính phủ Mỹ và Hà Lan trong nhiều thập kỷ.Câu chuyện thất bại của Nhật Bản là một minh chứng rõ ràng. Vào những năm 2000, Nhật Bản là quốc gia dẫn đầu thế giới về quang khắc với hai "gã khổng lồ" là Canon và Nikon. Họ đã tham gia cuộc đua EUV cùng với ASML. Mặc dù có nền tảng công nghiệp vững chắc và các kỹ sư xuất sắc, Nhật Bản cuối cùng vẫn phải rút lui vì không thể duy trì được nguồn tài trợ ổn định và dài hạn như liên minh Mỹ-Hà Lan. Nếu một cường quốc công nghệ như Nhật Bản còn thất bại, việc Trung Quốc muốn bắt kịp từ một vị trí thấp hơn trong một thời gian ngắn là điều gần như bất khả thi.
Tác động từ các lệnh cấm vận
Các lệnh cấm vận công nghệ từ phương Tây đã khiến khoảng cách ngày càng xa hơn. Kể từ tháng 1 năm 2024, Trung Quốc đã bị cắt đứt hoàn toàn khỏi nguồn cung máy quang khắc EUV và các dòng máy DUV tiên tiến nhất của ASML. Ngay cả dịch vụ bảo trì và cung cấp phụ tùng cho những chiếc máy DUV cũ mà Trung Quốc đã mua trước đó cũng bị kiểm soát nghiêm ngặt.
Hậu quả là các công ty bán dẫn hàng đầu của Trung Quốc như SMIC buộc phải dựa vào các máy DUV đời cũ và sử dụng kỹ thuật "multi-patterning" (khắc nhiều lớp). Đây là một kỹ thuật tốn kém, kém hiệu quả và có tỷ lệ lỗi cao, để cố gắng tạo ra các con chip ở tiến trình nhỏ hơn. Trong khi Trung Quốc vật lộn với công nghệ cũ, phần còn lại của thế giới đã tiến xa với EUV, tạo ra một khoảng cách khó có thể san lấp.
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 đang được chính phủ đầu tư mạnh mẽ. Gần đây, đã có thông tin cho rằng một công ty trong nước đã sản xuất được máy DUV immersion đầu tiên và đang được SMIC thử nghiệm, với mục tiêu ban đầu là tiến trình 28nm và tham vọng đạt tới 7nm thông qua multi-patterning.
Tuy nhiên, 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 một chiếc máy DUV có chất lượng tương đương với ASML hiện tại. Con đường để có thể làm chủ được công nghệ EUV còn xa xôi hơn rất nhiều.