Nga bất ngờ đầu tư vào công nghệ quang khắc chip bằng tia X, ngành bán dẫn có thể bước sang trang mới?

Chia sẻ Facebook

Theo báo cáo mới đây của chính quyền thành phố Zelenograd, chính phủ Nga sẽ cung cấp 670 triệu rúp (khoảng 8,5 triệu USD) để hỗ trợ nghiên cứu công nghệ quang khắc chip mới.

Viện Công nghệ Điện tử của Moscow (MIET) là đơn vị chịu trách nhiệm sử dụng hợp lý nguồn tiền này, trong việc thúc đẩy kế hoạch phát triển một máy quang khắc không mặt nạ dựa trên công nghệ đồng bộ hóa tia X và (hoặc) nguồn plasma. Loại thiết bị mới được kỳ vọng có thể xử lý các tấm bán dẫn với kích thước 28nm, 16nm, thậm chí nhỏ hơn.

Nếu bạn chưa biết thì về cơ bản, một hệ thống quang khắc bằng ánh sáng bao gồm một nguồn phát tia tử ngoại, chùm tia tử ngoại này được khuếch đại rồi sau đó chiếu qua một mặt nạ (photomask). Mặt nạ là một tấm chắn sáng, trên đó in các chi tiết cần tạo, từ đó chi tiết sẽ in trên vùng cản quang biến đổi. Thông qua thấu kính hội tụ, bóng của chùm sáng hội tụ lại tạo ra những chi tiết siêu nhỏ. Đây được xem là công nghệ tiên tiến bậc nhất hiện nay về quang khắc.

Viện Công nghệ Điện tử của Moscow (MIET).

Các lệnh trừng phạt từ phương Tây đang để lại hậu quả nặng nề đối với kinh tế Nga, không chỉ trên thị trường nhu yếu phẩm hàng ngày và điện tử tiêu dùng, mà còn cả chất bán dẫn - thứ rất quan trọng với ngành công nghiệp địa phương cũng như lĩnh vực quân sự.

Vào cuối tháng trước, chính phủ Nga quyết định cung cấp một số khoản tài trợ cần thiết cho nhiều viện nghiên cứu địa phương, nhằm phát triển máy móc thiết yếu cho hoạt động kinh doanh bán dẫn “cây nhà lá vườn”. Ngoài ra, nước này cũng đang cân nhắc hợp tác với Trung Quốc.

Còn trong lĩnh vực bán dẫn, từ lâu công ty ASML có trụ sở tại Hà Lan là đơn vị duy nhất cung cấp máy quang khắc tia cực tím EUV. Các công ty lớn như TSMC, Samsung và Intel đều là khách hàng của ASML, nhưng trong danh sách các nước được phép mua máy quang khắc không có Nga và Trung Quốc. Điều này đã cản trở sự phát triển ngành đúc chip của hai cường quốc này.

Máy quang khắc EUV hiện là một trong những thiết bị không thể thiếu trong quá trình sản xuất chip tiên tiến, nhưng bạn có bao giờ thắc mắc tại sao thiết bị này lại là thứ không thể thiếu hay thay thế?

Vấn đề này liên quan đến cái gọi là Liên minh EUV LLC. Trong thời kỳ đầu của ngành bán dẫn, để xây dựng tiêu chuẩn máy quang khắc, Bộ Năng lượng MỸ đã dẫn đầu tạo ra một liên minh bao gồm IBM, Intel, AMD, Motorola và các công ty công nghệ khác, cũng như ba phòng thí nghiệm lớn là Lawrence Livermore, Sandia và Lawrence Berkeley. Liên minh này sau đó đã tạo ra một bước đột phá trong công nghệ ánh sáng cực tím và sau đó đưa ASML trở thành nhà sản xuất chính của máy quang khắc EUV.

Vì vậy, mặc dù bề ngoài máy quang khắc EUV là sản phẩm của ASML, nhưng đằng sau nó là sự chống lưng của nhiều công ty công nghệ phương Tây.

Vì vậy, khi nghiên cứu máy quang khắc mới, phía Nga đã chọn tia X chứ không phải tia cực tím (EUV) làm nguồn sáng. Bước sóng của ánh sáng cực tím là 13,5nm, có thể được sử dụng để sản xuất các quy trình bán dẫn tiên tiến từ 7nm trở xuống. Còn bước sóng của tia X từ 0,01nm đến 10nm và về lý thuyết nó cũng có thể được sử dụng cho máy quang khắc với các quy trình thậm chí còn cao cấp hơn. Đồng thời, một ưu điểm khác của máy quang khắc bằng tia X là nó sẽ không cần mặt nạ, khiến đây là một giải pháp thiết thực về chi phí và hiệu suất.

Máy quang khắc EUV là đỉnh cao công nghệ tập thể toàn cầu, chứ không phải chỉ là thành quả của một nhà sản xuất đơn lẻ.

Là một cường quốc, Nga cũng có nhiều tích lũy về công nghệ, đặc biệt là về tia X và plasma. Giờ đây, việc nhảy ra khỏi khuôn khổ EUV và chọn tia X làm con đường đột phá của máy quang khắc được xem là một lựa chọn thiết thực. Đồng thời, do bước sóng ngắn hơn nên tia X cũng có khả năng vượt qua các máy quang khắc EUV trong quy trình từ 1nm trở xuống.

Nhưng, thách thức cho sự lựa chọn này cũng không nhỏ, đầu tiên là vấn đề chuỗi cung ứng của ngành. Tại sao máy quang khắc EUV khó bị thay thế? Bởi đằng sau 100.000 chi tiết của cỗ máy này là sự kết tinh của nhiều công ty công nghệ hàng đầu thế giới, bao gồm hệ thống nguồn sáng, hệ thống thấu kính quang học, hệ thống bàn phôi kép... Việc sản xuất máy quang khắc EUV ngày nay đã là một dây chuyền công nghiệp hoàn chỉnh, với các công ty khác nhau chịu trách nhiệm tạo ra từng bộ phận chi tiết chính xác khác nhau.

Máy in quang khắc bằng tia X thực sự có thể khả thi về mặt lý thuyết, nhưng nếu không có sự hỗ trợ từ dây chuyền sản xuất công nghiệp, khó có thể sản xuất ra một sản phẩm nguyên mẫu, chứ chưa nói tới việc sản xuất hàng loạt sản phẩm này. Chưa kể cho dù có tạo ra được, chi phí cũng sẽ là một con số thiên văn. Hệ quả theo đó sẽ là chi phí sản phẩm bị đội lên rất nhiều, và cuối cùng dẫn đến thất bại của cả kế hoạch.

Nhưng người Nga đang rất tự tin. MIET cho biết họ đang không chỉ tinh chỉnh lại kế hoạch quang khắc tia X của mình, mà còn muốn nghiên cứu sâu hơn.

: “Dự án của chúng tôi là công trình có một không hai. Chưa một tổ chức hay quốc gia nào trước đây từng thực hiện kỹ thuật quang khắc không mặt nạ theo nguyên tắc như vậy.”.

Theo kế hoạch, dự án này dự kiến sẽ bắt đầu vào tháng 11 năm nay. Trước đó họ sẽ cần thời gian để hoàn tất bản đề xuất về các thông số kỹ thuật cùng với việc nghiên cứu khả thi cho một nguyên mẫu máy quang khắc tia X hoàn chỉnh.

Và, chúng ta sẽ vẫn phải đợi ít nhất 5 năm để quá trình chạy thử bằng công nghệ này bắt đầu. Dù dự án trên còn cách thực tế khá xa, nhưng nó hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng cho ngành khoa học sản xuất bán dẫn toàn cầu.

Tổng hợp

Chia sẻ Facebook