Trung Quốc đã chế tạo thành công tia EUV, nhưng tại sao máy quang khắc của họ vẫn chưa thể sánh với ASML? Câu trả lời nằm ở một bộ phận thiếu sót quan trọng.

Mặc dù Trung Quốc đã sản xuất tia EUV thành công, nhưng thiếu một bộ phận thiết yếu đã tạo ra khoảng cách lớn giữa việc 'làm được' và 'sản xuất được' trong thực tế.

Trung Quốc đã hoàn thành một kỳ tích công nghệ đầy ấn tượng khi chế tạo nguyên mẫu máy quang khắc EUV và phát ra ánh sáng cực tím. Đây là một đột phá mà trước đây nhiều chuyên gia nghĩ rằng họ sẽ cần ít nhất một thập kỷ nữa mới có thể đạt được.

Tuy nhiên, mặc dù Trung Quốc đã vượt qua thử thách 'làm được hay không', nguyên mẫu của họ vẫn chưa thể sánh với máy quang khắc của ASML. Lý do chính là thiếu một bộ phận quan trọng: hệ thống quang học từ Carl Zeiss, nhà cung cấp chủ yếu của ASML.

Viện Quang học Trường Xuân của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đạt được bước tiến đáng kể khi tích hợp ánh sáng cực tím vào hệ thống quang học của nguyên mẫu, giúp nó hoạt động vào đầu năm 2025. Tuy nhiên, hệ thống này vẫn cần cải tiến đáng kể trước khi có thể sản xuất ở quy mô thương mại.

Tại sao hệ thống quang học của Carl Zeiss lại quan trọng đến vậy?

Để hiểu vì sao hệ thống quang học của Zeiss lại quan trọng đến vậy, cần phải nắm bắt tính chất đặc biệt của ánh sáng EUV. Ánh sáng này có bước sóng cực ngắn chỉ 13,5nm và bị hấp thụ bởi hầu hết mọi vật liệu, kể cả không khí và thủy tinh. Chính vì vậy, không thể sử dụng thấu kính như trong các máy quang khắc DUV truyền thống. Zeiss đã phải tạo ra một hệ thống quang học hoàn toàn dựa trên gương phản xạ hoạt động trong môi trường chân không, một kỳ công kỹ thuật đáng kinh ngạc.

Hệ thống quang học này cao 1,5m, nặng 3,5 tấn và được tạo thành từ hơn 35.000 chi tiết. Tuy nhiên, điểm ấn tượng không phải là kích thước hay trọng lượng mà chính là độ chính xác của các gương. Nếu phóng đại một gương EUV lên bằng diện tích nước Đức, điểm nhô cao nhất trên bề mặt chỉ có độ lệch 0,1 milimét. Đây là độ chính xác ở cấp độ nguyên tử, vì bất kỳ sai lệch nhỏ nào cũng có thể làm méo mó ánh sáng và phá hỏng hình ảnh trên chip.

Hệ thống quang học EUV bao gồm nhiều thành phần phức tạp: laser hồng ngoại bắn vào thiếc nóng chảy tạo plasma, bộ thu ánh sáng (collector) hứng tia EUV, ánh sáng sau đó đi qua tiêu điểm trung gian trước khi được chiếu lên mặt nạ quang khắc (mask) nhờ hệ thống chiếu sáng (illuminator). Cuối cùng, hệ thống quang học chiếu (projection optics) thu nhỏ hình ảnh và in lên tấm wafer. Các gương siêu chính xác do Zeiss chế tạo được sử dụng trong hệ thống Projection Optics - trái tim của cỗ máy EUV - nhằm thu nhỏ và chiếu hình ảnh từ tấm mask xuống tấm wafer.

Mỗi gương không chỉ là một tấm phản xạ đơn giản, mà là một cấu trúc đa lớp tinh vi với hơn 100 lớp phủ chính xác đến cấp độ nguyên tử. Các lớp molybdenum và silicon này chỉ dày vài nanomet và phải được xếp chồng lên nhau với độ đồng đều tuyệt đối để phản xạ ánh sáng EUV một cách tối ưu. Zeiss cho biết việc chế tạo một gương như vậy mất nhiều tháng, và số lượng chuyên gia có thể làm được việc này là rất hiếm.

Zeiss đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với ASML. Vào năm 2016, ASML đã đầu tư 1,5 tỷ Euro vào Carl Zeiss SMT và mua lại 24,9% cổ phần, đồng thời nhận được hàng tỷ Euro cổ tức từ đó. Doanh thu của Zeiss SMT trong cùng thời kỳ đã tăng mạnh từ 1,2 tỷ euro năm 2016 lên 4,1 tỷ euro vào năm 2024.

Không có Zeiss, ASML sẽ không thể hoạt động được - đây là lý do vì sao mối quan hệ giữa hai công ty này được coi là hoàn toàn phụ thuộc lẫn nhau. Ngay cả ASML, công ty duy nhất sở hữu công nghệ EUV trên toàn cầu, cũng không thể tự sản xuất gương mà phải hoàn toàn dựa vào Zeiss.

Khoảng cách giữa “hoạt động được” và “sản xuất được”

Trung Quốc hiện đang thiếu ba yếu tố quan trọng để tạo ra một hệ thống quang học tương đương với Zeiss. Đầu tiên là công nghệ mài, đánh bóng và phủ gương với độ chính xác mà Zeiss đã đạt được. Thứ hai là hệ thống đo kiểm đủ chính xác để 'biết mình đã sai bao nhiêu' – khả năng đo lường và kiểm tra sản phẩm với độ chính xác ở cấp độ nanomet. Thứ ba là kinh nghiệm lâu dài về kiểm soát chất lượng, xử lý sai lệch và duy trì sản xuất ổn định với tỷ lệ lỗi chấp nhận được.

Các viện nghiên cứu Trung Quốc như CIOMP và Viện Hàn lâm Khoa học đã làm cho máy có thể hoạt động, nhưng các gương hiện tại vẫn còn nhiễu, độ phản xạ thấp và độ căn chỉnh chưa đủ ổn định để sản xuất chip. Nếu không có gương Zeiss chất lượng cao, nguyên mẫu của Trung Quốc sẽ không thể đạt được năng suất và thông lượng ở mức thương mại – đây chính là khoảng cách giữa 'hoạt động được' và 'sản xuất được chip'.

Tầm quan trọng chiến lược của công nghệ này lý giải tại sao Huawei được cho là đã cố gắng thu hút các kỹ sư từ Zeiss SMT của Đức vào cuối năm 2024, với mức lương gấp ba lần nhằm có được chuyên môn về quang học tiên tiến. Đây là một phần trong chiến dịch tuyển dụng quy mô lớn mà Trung Quốc đã khởi động từ năm 2019, với mức thưởng ký hợp đồng từ 420.000 đến 700.000 USD, nhắm vào các chuyên gia bán dẫn làm việc ở nước ngoài.

Dù có thể thu hút được nhân tài, việc sao chép công nghệ của Zeiss vẫn là một thử thách to lớn. Ngay cả khi có được gương cũ của ASML để nghiên cứu, việc phân tích cấu trúc chi tiết mà không làm hỏng nó là vô cùng khó khăn. Trung Quốc thiếu các thiết bị sản xuất chuyên dụng, thiếu kinh nghiệm về xử lý sai lệch, và không có chuỗi cung ứng vật liệu, linh kiện hỗ trợ mà Zeiss đã xây dựng trong suốt nhiều thập kỷ qua.

Jeff Koch, nhà phân tích tại SemiAnalysis và cựu kỹ sư ASML, nhận định Trung Quốc đã đạt được 'tiến bộ đáng kể' nếu nguồn sáng có đủ công suất và độ ổn định. Ông khẳng định điều này hoàn toàn khả thi về mặt kỹ thuật, chỉ là vấn đề thời gian. Trung Quốc có lợi thế là công nghệ EUV đã tồn tại và họ không phải bắt đầu từ con số không như ASML đã làm hai thập kỷ trước.

Trung Quốc đã vượt qua rào cản 'bất khả thi' khi tạo ra ánh sáng EUV và xây dựng được hệ thống hoạt động. Câu hỏi thực sự bây giờ không phải là 'có làm được không', mà là 'bao lâu thì có thể sản xuất thương mại'. Với mục tiêu của chính phủ là năm 2028 và dự đoán thực tế là năm 2030, Trung Quốc vẫn cần thêm nhiều năm nữa để làm chủ bộ phận quan trọng này - hệ thống quang học mà ngay cả ASML cũng phải phụ thuộc hoàn toàn vào Zeiss.