"Keo Nhật Bản, đất Trung Quốc và kỹ thuật đảo ngược EUV" Những ngày gần đây, đã có nhiều cuộc thảo luận về Dự án Manhattan của Trung Quốc - việc đảo ngược kỹ thuật máy in thạch bản của ASML. Mọi người đều rất hào hứng, vì đây là một bước đột phá lớn. Tuy nhiên, nếu nhìn nhận từ góc độ kỹ thuật và công nghệ, gạt bỏ yếu tố ý thức hệ sang một bên và xem xét kỹ lưỡng, chúng ta sẽ thấy rằng vẫn còn một khoảng cách đáng kể giữa thực tế và lý tưởng. Bởi vì nếu bạn phân tích vấn đề ở cấp độ kỹ thuật, bạn sẽ thấy rằng điều quyết định liệu một công nghệ có thể được duy trì lâu dài hay không thường không phải là điểm nóng nóng hổi trên truyền thông, mà là một số chi tiết tưởng chừng như không đáng kể. Bài viết này sẽ không bàn về chi tiết tiến trình phát triển máy in thạch bản ngược, mà chỉ đề cập đến một tin tức ít được chú ý gần đây: việc Nhật Bản cung cấp (với số lượng hạn chế) chất cản quang cho Trung Quốc. Trong các quy trình tiên tiến, chất cản quang quyết định phạm vi của cửa sổ quy trình, liệu các khuyết tật ngẫu nhiên có thể được ngăn chặn hay không, và liệu năng suất có bị vượt tầm kiểm soát hay không. Nói cách khác, ngay cả với công nghệ EUV, nếu không có chất cản quang, năng suất của các quy trình tiên tiến cũng không thể được cải thiện. Không có năng suất, chi phí không thể giảm, và nếu không giảm chi phí, sẽ không có đơn đặt hàng, ít nhất là không có đơn đặt hàng quốc tế. Đây là lý do tại sao chất cản quang thường được giấu kín hơn cả chính thiết bị, nhưng nó lại nguy hiểm hơn trong lĩnh vực kỹ thuật. Ít nhà khoa học nghiệp dư nào hiểu được sự phức tạp của chất cản quang Nhật Bản, thường cho rằng nó chỉ là một vật liệu tiêu hao trong quy trình quang khắc. Nhưng thực tế phức tạp hơn nhiều. Các loại chất cản quang cao cấp của Nhật Bản cực kỳ khó sao chép vì điều này không chỉ liên quan đến cấu trúc hóa học nhất định, mà quan trọng hơn, nó phụ thuộc vào toàn bộ quy trình sản xuất và kiểm soát — một quy trình sản xuất và kiểm soát tuyến tính, không lặp lại. Từ việc kiểm soát nguyên liệu thô có độ tinh khiết cực cao, lựa chọn đường phản ứng trùng hợp và quản lý phân bố khối lượng phân tử, đến thống kê tạp chất, tính nhất quán lần và hành vi lão hóa lâu dài, đây là một hệ thống được thiết kế kỹ thuật cao và có khả năng phát triển lâu dài. Nó được xây dựng dần dần từ hàng thập kỷ với những mẫu thử nghiệm thất bại. Lượng lớn bằng sáng chế đã được tích lũy, nhưng quan trọng hơn, nhiều phán quyết quan trọng không thể được ghi lại trong văn bản hoặc được tích hợp đầy đủ vào bằng sáng chế. Chúng tồn tại trong trực giác của các kỹ sư về việc liệu lô vật liệu này có thể được đưa vào dây chuyền sản xuất hay không, trong kinh nghiệm của dây chuyền sản xuất trong việc đánh giá các bất thường, trong các thông số quy trình và dữ liệu lỗi của công ty trong nhiều thập kỷ, và trong những cải tiến tích lũy được thực hiện đối với các quy trình và kiểm soát theo thời gian. Đây mới chính là ý nghĩa đích thực của "keo Nhật Bản". Đây không chỉ là một sản phẩm, mà là cả một bộ năng lực dài hạn, mang tính vận hành trong ngành công nghiệp vật liệu. Trung Quốc là một ví dụ rất thú vị nhưng thường bị bỏ qua trong vấn đề này: Khả năng tinh chế và xử lý các nguyên tố đất hiếm nặng. Trong đó thực sự khó sao chép không phải là bản thân các nguồn tài nguyên, mà là hệ thống quy trình để tách, tinh chế và ổn định các khoáng chất phức tạp đến trạng thái sẵn sàng cho kỹ thuật. Đây là một quá trình thử và sai lặp đi lặp lại sau lần thất bại, tiêu tốn lượng lớn tài nguyên và gây ra lượng lớn ô nhiễm. Châu Âu và Hoa Kỳ không thiếu các nguồn tài nguyên đất hiếm, nhưng thách thức thực sự là chuyển đổi những nguồn tài nguyên "đất" này thành các vật liệu công nghiệp có thể sản xuất trên quy mô lớn, được kiểm soát và cung cấp lâu dài. Đó cũng là một khả năng được thiết kế rất kỹ lưỡng và tích lũy qua thời gian dài. Đây là lý do tại sao các nguồn tài nguyên "đất hiếm" của Trung Quốc có thể được sử dụng để khống chế châu Âu và Hoa Kỳ. Điều thú vị hơn nữa là Shin-Etsu Chemical, một trong những nhà cung cấp chất cản quang chính của Nhật Bản, cũng là một trong số ít nhà sản xuất ở châu Âu, Mỹ và Nhật Bản có khả năng tinh chế các nguyên tố đất hiếm nặng. (Chúng tôi lần một bài viết riêng.) Tương tự, chất cản quang của Nhật Bản cũng có thể gây áp lực lên Trung Quốc. Việc gián đoạn nguồn cung chất cản quang từ Nhật Bản đang ảnh hưởng đến tính ổn định và năng suất. Nhật Bản nắm giữ độc quyền tuyệt đối trong sản xuất hàng loạt máy khắc quang EUV. Nói cách khác, ngay cả với công nghệ EUV, nếu không có chất cản quang của Nhật Bản, vẫn không thể sản xuất chip có kích thước 5nm trở xuống. Ngay cả trong quy trình sản xuất 7nm hiện tại của Trung Quốc, mặc dù không sử dụng EUV mà là ArF DUV 193nm với nhiều lần phơi sáng, năng suất vẫn bị hạn chế bởi chất cản quang cao cấp của Nhật Bản. Đối với các lớp không quan trọng, có thể sử dụng các loại keo dán sản xuất trong nước một cách đáng tin cậy. Lần, cả sản phẩm sản xuất trong nước và sản phẩm nhập khẩu đều có thể sử dụng thay thế cho nhau. Lớp quan trọng thực sự quyết định sự thành công hay thất bại vẫn phụ thuộc rất nhiều vào chất cản quang ArF cao cấp từ Nhật Bản. Vì việc tiếp xúc nhiều lần sẽ khuếch đại bất kỳ sự bất ổn nhỏ nào. Nếu nguồn cung chất cản quang cao cấp bị gián đoạn, tỷ lệ sản lượng thấp của công nghệ 7nm sẽ tiếp tục giảm, và chi phí sẽ tăng cao hơn nữa. Tại sao công nghệ EUV lại phụ thuộc nhiều vào chất cản quang của Nhật Bản? Bởi vì chỉ có chất cản quang hoàn thiện mới có thể triệt tiêu nhiễu thống kê photon và các khuyết tật ngẫu nhiên. Việc đạt được khả năng thay thế nội địa thực sự có thể kiểm soát được cho lớp quan trọng 7nm vẫn có thể đòi hỏi nhiều chu kỳ nghiên cứu và phát triển, chưa kể đến chất cản quang EUV cần thiết cho 5nm. Trong đó chu kỳ nghiên cứu và phát triển thường kéo dài từ 3 đến 5 năm vì nó phải bao gồm ít nhất 5 giai đoạn tốn nhiều thời gian và hầu như không thể thực hiện song song: Phòng thí nghiệm nghiên cứu công thức cơ bản → Tích hợp và gỡ lỗi thiết bị quy mô thí điểm (Máy quét + Đường ray) Kiểm định dây chuyền sản xuất (ở cấp độ wafer) Các thành phần của thiết bị kiểm chứng độ ổn định dài hạn có thể được xác định rõ ràng, nhưng vật liệu và quy trình lại không thể xác định; máy móc có thể được tháo rời và sao chép, nhưng thời gian cần thiết cho vật liệu và sản xuất không thể được rút ngắn bằng kỹ thuật đảo ngược. Giống như các vật liệu đất hiếm nặng của Trung Quốc, chất cản quang của Nhật Bản là loại sản phẩm mà giá trị thực sự chỉ được chứng minh trên dây chuyền sản xuất, ở giai đoạn cuối của đường cong năng suất, và thông qua hoạt động ổn định trong nhiều năm liên tục mà không xảy ra bất kỳ sự cố nào. Nếu công nghệ EUV ngược có thể "mở ra cánh cửa", thì chất cản quang sẽ quyết định liệu chúng ta có thể tiếp tục con đường này trong thời gian dài hay không. Điều tàn nhẫn nhất về chất bán dẫn là— Một thành công đơn lẻ thì không có ý nghĩa gì; chỉ khi trải qua một giai đoạn vài năm không gặp bất kỳ vấn đề nào mới được coi là thành công. Ngay cả trong thời đại trí tuệ nhân tạo, thời gian vẫn là thứ duy nhất không thể đảo ngược.