Cỗ máy làm chip tiên tiến 'gây khó' các nhà sản xuất Trung Quốc

[june04]

Bị Mỹ kìm hãm, Trung Quốc vẫn nỗ lực tự chủ sản xuất chip nhưng gặp khó khăn khi không thể tiếp cận những cỗ máy quang khắc phức tạp và đắt đỏ.

Tại phía đông nam Bắc Kinh, các kỹ sư SMIC, nhà sản xuất chip hàng đầu Trung Quốc, làm việc ngày đêm để tăng sản lượng chip 14 nm và 7 nm, chậm hơn vài thế hệ so với các đối thủ dẫn đầu thế giới nhưng là bước đột phá lớn với công ty nằm trong danh sách đen của Mỹ suốt 5 năm qua.

Sứ mệnh của SMIC không chỉ dừng ở việc làm ra chip. Họ muốn sản xuất chúng hoàn toàn bằng thiết bị của Trung Quốc.

Theo chia sẻ của các lãnh đạo công nghệ với Nikkei Asia, SMIC và các công ty cùng ngành, bao gồm hai nhà sản xuất chip nhớ hàng đầu Trung Quốc CXMT và YMTC, đã đạt tiến bộ đáng kể trên nhiều phương diện, có thể thay thế các thiết bị nước ngoài dùng để khắc, đo lường, lắng đọng, đánh bóng hóa học và nhiều công đoạn khác bằng thiết bị nội địa. Tuy nhiên, nước này vẫn còn một rào cản khổng lồ: máy quang khắc (lithography).


Cỗ máy làm chip tinh vi và đắt đỏ nhất lịch sử

Quá trình chiếu và khắc thiết kế lên wafer (tấm silicon mỏng dùng làm vật liệu nền) rất quan trọng với hiệu suất của chip. Tuy nhiên, máy quang khắc phức tạp và đắt đỏ đến mức chỉ ba công ty trên thế giới sản xuất được, gồm ASML (Hà Lan), Canon và Nikon (Nhật Bản). Năm ngoái, theo hiệp hội Thiết bị và vật liệu bán dẫn quốc tế (SEMI), công nghệ quang khắc chiếm gần 25% chi tiêu toàn cầu cho thiết bị sản xuất chip.


"Công cụ quang khắc nội địa chưa phát triển và Trung Quốc còn rất lâu mới có thể tự cung tự cấp", một giám đốc chuỗi cung ứng cho biết. "Hầu hết dây chuyền sản xuất ở đây vẫn sử dụng máy ASML hoặc Nikon, dù là những mẫu máy cũ".

ASML là nhà sản xuất thiết bị làm chip lớn nhất thế giới theo vốn hóa thị trường, đồng thời là công ty hàng đầu về công nghệ quang khắc cực tím sâu (DUV) dùng để sản xuất chip cho hàng loạt sản phẩm từ smartphone, ôtô đến thiết bị quốc phòng. Công ty Hà Lan thậm chí sản xuất độc quyền máy quang khắc siêu cực tím (EUV), được các ông lớn ngành chip như TSMC, Samsung, Intel sử dụng để cho ra đời những bộ xử lý và chip nhớ tiên tiến nhất thế giới.

Tại trụ sở chính ở Veldhoven, các kỹ sư đang bận rộn hoàn thiện phần cuối cùng của máy quang khắc khẩu độ số lớn (high-NA EUV) - cỗ máy hiện đại đã được chuyển đến TSMC và Intel để thử nghiệm thực tế với kỳ vọng sẽ triển khai rộng rãi hơn trong tương lai. Với giá 350 triệu USD, high-NA EUV là máy làm chip đắt và phức tạp nhất của ngành. Nó nặng 150.000 kg, dài 14 m, cao và rộng 4 m, cấu tạo từ hàng triệu linh kiện.

Thách thức khi tái tạo máy làm chip tiên tiến

Là công ty chủ chốt trong lĩnh vực quan trọng, ASML nhanh chóng bị cuốn vào cuộc chiến công nghệ Mỹ - Trung. Washington áp đặt những biện pháp kiểm soát xuất khẩu nghiêm ngặt nhằm cản trở hãng này đưa máy móc tiên tiến sang Trung Quốc, đồng thời gây sức ép buộc chính phủ Hà Lan ban hành quy định tương tự. Lô hàng máy EUV đầu tiên dự định chuyển đến SMIC năm 2019 đã bị chặn lại do áp lực từ Mỹ.

Do đó, Trung Quốc quyết tâm tự sản xuất chip, nhưng đường đến thành công còn rất dài. Ví dụ, công ty Thiết bị Vi điện tử Thượng Hải (SMEE) đã phát triển máy quang khắc có khả năng tạo chip 90 nm, thích hợp dùng cho đồ gia dụng, một số thiết bị điện tử tiêu dùng và ôtô. Họ hướng đến cung cấp hệ thống quang khắc phục vụ sản xuất chip 65 và 28 nm, nhưng chưa được các đối tác tại Trung Quốc sử dụng nhiều.


Máy quang khắc EUV của ASML đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất chip tiên tiến nhất thế giới. Ảnh: ASML

Huawei, cũng nằm trong danh sách đen của Mỹ, hiện trở thành lực lượng hỗ trợ quan trọng giúp phát triển máy làm chip. Công ty xây dựng một trung tâm R&D khổng lồ tại Thượng Hải và tuyển nhân tài từ các nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới như TSMC, ASML, Applied Materials hay KLA. Hãng cũng hỗ trợ startup SiCarrier tại Thâm Quyến phát triển hàng loạt công cụ chip, thuê chuyên gia quang học và mô phỏng nước ngoài cho các viện nghiên cứu của mình tại Đức.

Huawei, SiCarrier và Yuliangsheng đang hợp tác phát triển máy DUV với công nghệ immersion (ngâm nước) đầu tiên của Trung Quốc, hướng đến cạnh tranh cùng những công ty lớn trên thế giới. Mục tiêu xa hơn là phát triển máy EUV nội địa và xây dựng hệ sinh thái độc lập, không bị lệnh hạn chế của Mỹ tác động tới. Chính quyền trung ương và địa phương cũng tích cực thúc đẩy nỗ lực này.

Khi dùng máy móc nội địa, SMIC và CXMT đều sụt giảm sản lượng. Tuy nhiên, khó khăn này không thể ngăn họ nỗ lực thử nghiệm. Theo Financial Times, hồi tháng 9, SMIC tiếp tục thử máy quang khắc DUV immersion của Yuliangsheng, nhắm đến chip 28 nm, tương đương khả năng của mẫu Twinscan mà ASML chế tạo từ năm 2008. Yuliangsheng dự định đưa sản phẩm của mình vào dây chuyền sản xuất năm 2027.

"Đôi khi các công ty Trung Quốc mua thiết bị chip nước ngoài không phải để sản xuất mà để tháo rời, sau đó tìm hiểu cách lắp ráp hệ thống con và linh kiện. Đây chính là kỹ thuật đảo ngược (reverse engineering)", một giám đốc công nghệ nói với Nikkei Asia.

Còn theo Asia Times, một công ty Trung Quốc từng tìm kiếm hỗ trợ kỹ thuật từ ASML. "Máy DUV của ASML mà họ dùng để sản xuất chip bị hỏng. Họ gọi công ty Hà Lan đến sửa chữa", Brandon Weichert, biên tập viên của National Interest, viết trên X hồi tháng 10. "ASML cử vài kỹ thuật viên đến và phát hiện công ty Trung Quốc làm hỏng máy khi tháo rời nó rồi cố gắng lắp lại".

"Thông qua việc tháo mẫu cũ và lắp lại, họ hy vọng học được phương pháp tự sản xuất phiên bản tiên tiến hơn. Nhưng có vẻ họ vẫn chưa tìm ra cách", ông nói thêm.