Nga đang phát triển máy quang khắc có thể làm chip 7nm, dự kiến chỉ mất 6 năm

<!—->Một viên nghiên cứu tại Nga đang phát triển máy quang khắc cực tím có thể sản xuất bán dẫn lớp 7nm. Cỗ máy vẫn đang được phát triển và nhà máy sản xuất bán dẫn khai thác nó sẽ được xây dựng vào 6 năm tới. Một khi hoàn thành, hệ thống quang khắc này được cho là hiệu quả hơn so với Twinscan NXT:2000i của ASML – một dòng máy quang khắc DUV (cực tím sâu) mất hơn 1 thập niên để phát triển của hãng công nghệ Hà Lan.

Động thái trên xuất hiện trong thế TSMC đã ngưng chuyển giao chip cho các công ty Nga kể từ khi chiến sự tại Đông Âu bùng nổ. Hoa Kỳ, Anh và EU đã liên tiếp áp đặt các biện pháp trừng phạt khiến các nhà sản xuất chip theo hợp đồng không thể tiếp tục làm việc với các công ty Nga. ARM cũng không được phép nhượng quyền sử dụng công nghệ cho các hãng thiết kế chip của Nga. Kết quả là chính quyền Moscow đã triển khai một chương trình quốc gia nhằm phát triển công nghệ sản xuất bán dẫn lớp 28nm của riêng mình từ nay đến 2030 cũng như áp dụng kỹ thuật thiết kế ngược đối với chip do phương Tây sản xuất và đào tạo nhân tài ngành bán dẫn trong nước.

Tuy nhiên, Nga đang gặp khó khăn với kế hoạch 28nm bởi các công cụ sản xuất chip tiên tiến nhất của Nga chỉ có thể làm chip ở tiến trình 65nm. Nga lại không thể mua được công cụ sản xuất tối tân hơn từ phương Tây do lệnh trừng phạt. Vì vậy, nước này phải thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất wafer trong nước nếu muốn triển khai dây chuyền 28nm. Điều này không đơn giản bởi ASML hay Applied Materials đã mất nhiều thập niên để phát triển trong khi theo kế hoạch của Nga, quá trình này phải hoàn thành trong 8 năm tới.

Thế nhưng có vẻ như Viện nghiên cứu vật lý ứng dụng (IAP) thuộc Viện khoa học hàn lâm Nga (RAS) đang muốn tạo ra bước đột phá khi chỉ mất 6 năm để tạo ra máy quang khắc có thể sản xuất chip ở lớp 7nm. IAP tỏ ra tự tin với kế hoạch thần tốc này và nếu thành công, đây sẽ là điều kỳ diệu bởi một hệ thống quang khắc bao gồm rất nhiều thành phần như nguồn sáng hiệu năng cao, hệ thống quang học phức tạp, các công cụ đo có độ chính xác cao …và bản thân hãng đứng đầu thế giới về máy quang khắc như ASML cũng đã mất hàng chục năm để phát triển.

Tuy nhiên, cỗ máy của IAP sẽ có phần khác so với các hệ thống quang khắc của ASML hay Nikon. Chẳng hạn như IAP có kế hoạch sử dụng nguồn sáng có tổng công suất trên 600 W với bước sóng phơi sáng 11.3nm (siêu cực tím có bước sóng 13.5nm) và như vậy chiếc máy sẽ cần đến hệ thống quang học phức tạp hơn so với các giải pháp hiện có. Do nguồn sáng của thiết bị có năng lượng khá thấp nên máy quang khắc của IAP sẽ có kích thước nhỏ hơn và dễ chế tạo hơn. Nhưng điều này cũng đồng nghĩa rằng sản lượng của máy sẽ thấp hơn so với các máy DUV. Tuy nhiên, IAP không cho rằng đây là vấn đề lớn.

Khi nói về thời gian, IAP khá lạc quan. Đối với chip dùng tiến trình dưới 32nm, các nhà sản xuất chip hiện sử dụng công nghệ quang khắc nhúng (kỹ thuật nâng độ phân giải quang khắc bằng cách thay khe hở không khí giữa thấu kính cuối cùng và bề mặt tấm wafer bằng một môi trường lỏng có chiết suất lớn hơn 1). ASML giới thiệu hệ thống quang khắc nhúng Twinscan XT:1250i lần đầu vào cuối năm 2003 để sản xuất chip 65nm và phải mất 5 năm sau, thêm một thế hệ máy quang khắc nữa thì ASML mới tung ra dòng Twinscan NXT:1950i để làm chip 32nm. Những chiếc máy này đến tay các hãng sản xuất chip vào năm 2009.

Đến năm 2018, tức hơn 9 năm sau thì ASML mới công bố dòng Twinscan NXT:2000i – dòng máy quang khắc cực tím sâu (DUV) đầu tiên với khả năng sản xuất chip 7nm và 5nm. Qua đây mới thấy ASML đã mất đến 14 năm để có thể tạo ra công cụ nhằm thu nhỏ tiến trình từ 65nm xuống 7nm. Thế nên kế hoạch của IAP có vẻ như không khả thi.

Nikolai Chkhalo – phó giám đốc Viện vật lý cấu trúc vi mô của IAP cho biết: “ASML – công ty hàng đầu về kỹ thuật quang khắc đã phát triển hệ thống quang khắc EUV của mình trong gần 20 năm và công nghệ này đã trở nên vô cùng phức tạp. Mục tiêu chính của ASML trong trường hợp này là nhằm duy trì năng suất cực cao vốn chỉ cần thiết tại các nhà máy sản xuất bán dẫn lớn nhất thế giới. Tại Nga, không ai cần năng suất cao như vậy. Chúng tôi nhìn vào nhu cầu và nhiệm vụ mà ngành sản xuất vi điện tử trong nước phải đối mặt và vấn đề không phải là số lượng mà là chất lượng. Trước hết, chúng tôi cần phải chuyển đổi sang quy trình chế tạo của riêng mình, phát triển các tiêu chuẩn thiết kế riêng, công cụ, kỹ thuật và vật liệu riêng, vậy nên việc đi một con đường riêng là điều không thể tránh khỏi. Trên thực tế, chúng tôi cần cân bằng giữa sự đơn giản và hiệu suất.”

IAP đã lên kế hoạch xây dựng một hệ thống quang khắc phiên bản alpha có thể hoạt động hoàn chỉnh vào năm 2024. Hệ thống này sẽ không đạt năng suất cao hay đạt độ phân giải quang khắc tối đa, điều quan trọng là nó hoạt động và từ đó thu hút các nhà đầu tư tiềm năng. Phiên bản beta của hệ thống sẽ cho năng suất cao hơn và độ phân giải lớn hơn vào năm 2026. Lúc này thì hệ thống cũng đã sẵn sàng để sản xuất hàng loạt nhưng năng suất sẽ chưa được tối đa. Đến năm 2028, khi có được nguồn ánh sáng hiệu suất cao, các hệ thống đo lường và năng lực tổng thể tốt hơn thì hệ thống quang khắc của IAP mới đạt được năng suất tối đa.

Cũng cần phải lưu ý rằng hệ thống máy quang khắc không chỉ có 1 cỗ máy đơn lẻ mà nó bao gồm nhiều máy móc và trang thiết bị phụ trợ khác. Chẳng hạn như các loại máy khắc, lắng đọng hóa chất, loại bỏ cặn, đo đạt, kiểm tra chất lượng … những chiếc máy này không được làm tại Nga. Hơn nữa, nhiều loại máy đơn giản hơn như máy tạo khí, tạo nước siêu tinh khiết cũng không được sản xuất tại Nga. Vậy nên nếu IAP có làm ra được máy quang khắc thì một nhà máy sản xuất bán dẫn của Nga vẫn còn thiếu hàng trăm công cụ khác để có thể vận hành. Ngoài bài toán về công cụ, Nga cũng cần giải quyết bài toán về vật liệu bởi nhiều nguyên liệu thô siêu tinh khiết được dùng trong sản xuất bán dẫn lại đến từ các quốc gia không được phép cung cấp cho Nga.

Tom’s Hardware