Trong bối cảnh bị hạn chế tiếp cận công nghệ sản xuất chip tiên tiến từ phương Tây, Huawei và Tập đoàn Quốc tế về Sản xuất chất bán dẫn Trung Quốc (SMIC) đang tìm cách sử dụng phương pháp quang khắc bốn mẫu hình tự căn chỉnh (SAQP) để chế tạo các vi mạch tiên tiến. Ban đầu, giới chuyên gia cho rằng hai công ty này đang nghiên cứu áp dụng SAQP cho quy trình sản xuất chip 5nm. Tuy nhiên, kế hoạch thực sự của Huawei còn xa hơn thế, với mục tiêu sử dụng phương pháp này cho công nghệ sản xuất tiến trình 3nm.
Việc SiCarrier, một nhà phát triển thiết bị sản xuất chip được chính phủ Trung Quốc hậu thuẫn và đang hợp tác với Huawei, cũng vừa được cấp bằng sáng chế cho kỹ thuật đa mẫu, càng khẳng định thêm tham vọng sử dụng công nghệ này cho các chip 3nm trong tương lai.
Tuy nhiên, các chuyên gia như Dan Hutcheson từ TechInsights cho rằng mặc dù SAQP có thể giúp Trung Quốc sản xuất chip 5nm, nhưng để phát triển xa hơn, máy quang khắc EUV vẫn sẽ đóng vai trò then chốt. Trước đây, giới chuyên môn chưa từng hình dung việc áp dụng SAQP cho các node vi mạch 3nm.
Chip SMIC bên trong điện thoại Huawei Mate 60 Pro. (Ảnh: Bloomberg)
Thách thức nằm ở chỗ, công nghệ xử lý 7nm có metal pitch từ 36nm–38nm, trong khi các node 5nm thu nhỏ metal pitch xuống còn 30nm–32nm. Ở node 3nm, metal pitch sẽ chỉ còn khoảng 21nm–24nm. Để đạt được kích thước này mà không cần máy quang khắc EUV, Huawei và SMIC dự định sử dụng SAQP với máy quang khắc DUV, một công nghệ thấp hơn.
SAQP trở nên quan trọng đối với Huawei và SMIC do họ không thể tiếp cận các công cụ in quang khắc hàng đầu của ASML vì lệnh cấm từ Hoa Kỳ và châu Âu. SAQP là kỹ thuật khắc nhiều lần các đường trên tấm silicon để tăng mật độ bóng bán dẫn, giảm mức tiêu thụ điện năng và nâng cao hiệu suất. Trước đây, Intel cũng từng sử dụng kỹ thuật này trong giai đoạn 2019–2021 với node 10nm (sau đổi tên thành "Intel 7") để tránh phụ thuộc vào máy in quang khắc EUV.
Tuy nhiên, việc sử dụng SAQP cũng đặt ra nhiều thách thức. Công nghệ xử lý 10nm thế hệ đầu tiên của Intel đã thất bại một phần do phương pháp này, với năng suất được cho là quá thấp đến mức CPU Canon Lake 10nm duy nhất chỉ có hai lõi CPU và đồ họa tích hợp bị vô hiệu hóa. Dù vậy, đối với SMIC, SAQP vẫn là cần thiết để phát triển công nghệ bán dẫn, cho phép sản xuất các chip phức tạp hơn, bao gồm bộ xử lý HiSilicon Kiri thế hệ tiếp theo cho thiết bị tiêu dùng và bộ xử lý Ascend cho máy chủ AI.
SAQP là phương pháp đa mẫu kết hợp với công nghệ quang khắc cũ DUV - giải pháp đang được các nhà sản xuất Trung Quốc sử dụng khi không thể tiếp cận EUV do hạn chế từ Hà Lan đối với việc xuất khẩu máy làm chip của ASML. (Ảnh: Wikipedia)
Mặc dù chi phí cho mỗi chip 5nm hoặc 3nm sử dụng SAQP gần như chắc chắn sẽ cao hơn nhiều, khiến nó khó có thể áp dụng cho các thiết bị thương mại, nhưng phương pháp này vẫn đóng vai trò quan trọng trong những tiến bộ của Trung Quốc về công nghệ bán dẫn. Những tiến bộ này rất cần thiết không chỉ cho thiết bị điện tử tiêu dùng mà còn cho các ứng dụng như siêu máy tính và phát triển năng lực quân sự.
Máy quang khắc EUV của ASML mang lại lợi ích khổng lồ cho ngành công nghiệp chip. Với bước sóng rất ngắn, chỉ 13,5nm, ngắn hơn nhiều so với bước sóng 193nm của máy quang khắc DUV, máy quang khắc EUV giải quyết hàng loạt vấn đề mà ngành công nghiệp chip đang gặp phải.
Trước khi EUV ra đời, bước sóng lớn của DUV khiến việc in quang khắc ở các tiến trình nhỏ rất khó khăn. Để in được các đường rãnh nhỏ hơn, gọi là đa mẫu hình, bắt đầu từ mẫu hình kép. Với phương pháp này, mỗi lớp mẫu hình của con chip không còn được in chỉ trong một lần như trước đây mà sẽ được chia thành hai lớp với mật độ bóng bán dẫn thấp hơn. Tiếp theo, hai lớp này sẽ trải qua hai quá trình in và khắc riêng biệt để tạo thành hai mẫu hình sơ bộ. Sau đó, các mẫu hình này sẽ được kết hợp và xếp chồng lên nhau, tạo ra một mẫu hình cuối cùng với các đường khắc mịn hơn và khoảng cách hẹp hơn trên tấm wafer.
Tuy nhiên, do cấm vận, các công ty Trung Quốc không thể tiếp cận EUV mà chỉ có thể sử dụng DUV. Để vượt qua rào cản kỹ thuật nhằm in các node nhỏ hơn, họ buộc phải sử dụng một kỹ thuật gọi là quang khắc bốn mẫu hình tự căn chỉnh (SAQP). SAQP cao cấp hơn giải pháp quang khắc mẫu hình kép, tuy nhiên hệ quả là công đoạn sản xuất sẽ rất phức tạp, kéo dài và tốn kém.
#Cuộcchiếnbándẫn
Việc SiCarrier, một nhà phát triển thiết bị sản xuất chip được chính phủ Trung Quốc hậu thuẫn và đang hợp tác với Huawei, cũng vừa được cấp bằng sáng chế cho kỹ thuật đa mẫu, càng khẳng định thêm tham vọng sử dụng công nghệ này cho các chip 3nm trong tương lai.
Tuy nhiên, các chuyên gia như Dan Hutcheson từ TechInsights cho rằng mặc dù SAQP có thể giúp Trung Quốc sản xuất chip 5nm, nhưng để phát triển xa hơn, máy quang khắc EUV vẫn sẽ đóng vai trò then chốt. Trước đây, giới chuyên môn chưa từng hình dung việc áp dụng SAQP cho các node vi mạch 3nm.
Chip SMIC bên trong điện thoại Huawei Mate 60 Pro. (Ảnh: Bloomberg)
Thách thức nằm ở chỗ, công nghệ xử lý 7nm có metal pitch từ 36nm–38nm, trong khi các node 5nm thu nhỏ metal pitch xuống còn 30nm–32nm. Ở node 3nm, metal pitch sẽ chỉ còn khoảng 21nm–24nm. Để đạt được kích thước này mà không cần máy quang khắc EUV, Huawei và SMIC dự định sử dụng SAQP với máy quang khắc DUV, một công nghệ thấp hơn.
SAQP trở nên quan trọng đối với Huawei và SMIC do họ không thể tiếp cận các công cụ in quang khắc hàng đầu của ASML vì lệnh cấm từ Hoa Kỳ và châu Âu. SAQP là kỹ thuật khắc nhiều lần các đường trên tấm silicon để tăng mật độ bóng bán dẫn, giảm mức tiêu thụ điện năng và nâng cao hiệu suất. Trước đây, Intel cũng từng sử dụng kỹ thuật này trong giai đoạn 2019–2021 với node 10nm (sau đổi tên thành "Intel 7") để tránh phụ thuộc vào máy in quang khắc EUV.
Tuy nhiên, việc sử dụng SAQP cũng đặt ra nhiều thách thức. Công nghệ xử lý 10nm thế hệ đầu tiên của Intel đã thất bại một phần do phương pháp này, với năng suất được cho là quá thấp đến mức CPU Canon Lake 10nm duy nhất chỉ có hai lõi CPU và đồ họa tích hợp bị vô hiệu hóa. Dù vậy, đối với SMIC, SAQP vẫn là cần thiết để phát triển công nghệ bán dẫn, cho phép sản xuất các chip phức tạp hơn, bao gồm bộ xử lý HiSilicon Kiri thế hệ tiếp theo cho thiết bị tiêu dùng và bộ xử lý Ascend cho máy chủ AI.
SAQP là phương pháp đa mẫu kết hợp với công nghệ quang khắc cũ DUV - giải pháp đang được các nhà sản xuất Trung Quốc sử dụng khi không thể tiếp cận EUV do hạn chế từ Hà Lan đối với việc xuất khẩu máy làm chip của ASML. (Ảnh: Wikipedia)
Mặc dù chi phí cho mỗi chip 5nm hoặc 3nm sử dụng SAQP gần như chắc chắn sẽ cao hơn nhiều, khiến nó khó có thể áp dụng cho các thiết bị thương mại, nhưng phương pháp này vẫn đóng vai trò quan trọng trong những tiến bộ của Trung Quốc về công nghệ bán dẫn. Những tiến bộ này rất cần thiết không chỉ cho thiết bị điện tử tiêu dùng mà còn cho các ứng dụng như siêu máy tính và phát triển năng lực quân sự.
Máy quang khắc EUV của ASML mang lại lợi ích khổng lồ cho ngành công nghiệp chip. Với bước sóng rất ngắn, chỉ 13,5nm, ngắn hơn nhiều so với bước sóng 193nm của máy quang khắc DUV, máy quang khắc EUV giải quyết hàng loạt vấn đề mà ngành công nghiệp chip đang gặp phải.
Trước khi EUV ra đời, bước sóng lớn của DUV khiến việc in quang khắc ở các tiến trình nhỏ rất khó khăn. Để in được các đường rãnh nhỏ hơn, gọi là đa mẫu hình, bắt đầu từ mẫu hình kép. Với phương pháp này, mỗi lớp mẫu hình của con chip không còn được in chỉ trong một lần như trước đây mà sẽ được chia thành hai lớp với mật độ bóng bán dẫn thấp hơn. Tiếp theo, hai lớp này sẽ trải qua hai quá trình in và khắc riêng biệt để tạo thành hai mẫu hình sơ bộ. Sau đó, các mẫu hình này sẽ được kết hợp và xếp chồng lên nhau, tạo ra một mẫu hình cuối cùng với các đường khắc mịn hơn và khoảng cách hẹp hơn trên tấm wafer.
Tuy nhiên, do cấm vận, các công ty Trung Quốc không thể tiếp cận EUV mà chỉ có thể sử dụng DUV. Để vượt qua rào cản kỹ thuật nhằm in các node nhỏ hơn, họ buộc phải sử dụng một kỹ thuật gọi là quang khắc bốn mẫu hình tự căn chỉnh (SAQP). SAQP cao cấp hơn giải pháp quang khắc mẫu hình kép, tuy nhiên hệ quả là công đoạn sản xuất sẽ rất phức tạp, kéo dài và tốn kém.
#Cuộcchiếnbándẫn
