"Nhựa Nhật Bản, đất Trung Quốc, kỹ thuật ngược EUV"

Trong vài ngày qua, đã có nhiều cuộc thảo luận sôi nổi về Kế hoạch Manhattan của Trung Quốc - việc đảo ngược kỹ thuật máy in quang ASML. Mọi người cũng rất phấn khởi vì đây là một bước đột phá lớn.

Nhưng nếu nhìn từ góc độ kỹ thuật công trình, bỏ qua ý thức hệ, xem xét một cách kỹ lưỡng, chúng ta sẽ phát hiện ra rằng còn có sự khác biệt giữa thực tế và lý tưởng, và không phải là nhỏ.

Bởi vì nếu thực sự phân tích vấn đề ở cấp độ kỹ thuật, sẽ thấy rằng điều quyết định một lộ trình công nghệ có thể hoạt động lâu dài hay không, thường không phải là những điểm nóng truyền thông nổi bật nhất, mà là một số chi tiết có vẻ không đáng kể.

Bài viết này tạm thời không thảo luận về tiến trình của máy khắc ngược và các chi tiết khác, chỉ bàn về một tin tức gần đây không nổi bật lắm: Nhật Bản ngừng cung cấp (hạn chế) keo khắc cho Trung Quốc.

Trong quá trình tiên tiến, thuốc nhuộm quang học quyết định độ rộng của cửa công nghệ, liệu các khuyết tật ngẫu nhiên có thể được kiểm soát hay không, và liệu tỷ lệ sản phẩm tốt có bị mất kiểm soát ở giai đoạn cuối hay không.
Nói cách khác, có EUV nhưng không có keo quang, cũng không thể tăng tỷ lệ sản xuất của quy trình tiên tiến. Nếu không có tỷ lệ sản xuất, chi phí sẽ không giảm được. Nếu chi phí không giảm, sẽ không có đơn hàng, ít nhất là không có đơn hàng quốc tế.
Đây cũng là lý do tại sao, keo quang khắc thường kín đáo hơn thiết bị quang khắc, nhưng lại chết người hơn trong kỹ thuật.

Không có nhiều nhà khoa học không chuyên hiểu được độ khó của keo quang khắc Nhật Bản, họ thường cho rằng chỉ là một vật liệu tiêu hao trong quá trình quang khắc. Nhưng thực tế phức tạp hơn nhiều.
Nhựa quang khắc cao cấp của Nhật Bản rất khó để tái tạo, vì điều này không chỉ liên quan đến một số cấu trúc hóa học, mà còn phụ thuộc vào toàn bộ quy trình sản xuất và kiểm soát, tuyến tính, không thể lặp lại nhanh chóng, quy trình sản xuất và kiểm soát.
Từ việc kiểm soát nguyên liệu siêu tinh khiết, lựa chọn đường phản ứng tổng hợp, quản lý phân bố trọng lượng phân tử, đến thống kê tạp chất, tính nhất quán lô, hành vi lão hóa lâu dài, đây là một hệ thống được kỹ thuật hóa cao, phát triển trong thời gian dài.

Nó được tích lũy dần dần từ hàng chục năm các mẫu thất bại.
Tích lũy thành một lượng lớn bằng sáng chế, nhưng quan trọng hơn, nhiều phán đoán chính không thể viết vào bài báo, cũng rất khó để viết hoàn chỉnh vào bằng sáng chế.
Chúng tồn tại trong trực giác của kỹ sư về "lô hàng này có thể vào dây chuyền sản xuất không", tồn tại trong phán đoán kinh nghiệm về bất thường của dây chuyền sản xuất, tồn tại trong các tham số quy trình và dữ liệu thất bại của doanh nghiệp hàng chục năm, tồn tại trong sự cải tiến tích lũy của quy trình và kiểm soát qua từng ngày.

Đây là ý nghĩa thực sự của "keo Nhật Bản".
Không phải là một sản phẩm trong chai, mà là một bộ khả năng công nghiệp vật liệu dài hạn.

Trung Quốc có một tham chiếu rất thú vị trong lĩnh vực này, nhưng thường bị bỏ qua:
Khả năng tinh chế và xử lý đất hiếm nặng.

Trong đó, điều thực sự khó sao chép không phải là tài nguyên bản thân, mà là hệ thống quy trình để tách, tinh chế và ổn định khoáng sản phức tạp đến trạng thái có thể sử dụng trong kỹ thuật.
Đây là quá trình trải qua hàng triệu lần thất bại và thử nghiệm đi thử lại, trong đó tiêu tốn rất nhiều tài nguyên và tạo ra nhiều ô nhiễm.

Châu Âu và Mỹ không phải là không có tài nguyên đất hiếm, nhưng điều thực sự khó khăn là biến "đất" thành vật liệu công nghiệp có thể quy mô, có thể kiểm soát và cung cấp lâu dài.
Đó cũng là một bộ khả năng được kỹ thuật hóa cao, tích lũy lâu dài.
Đây cũng là lý do tại sao "đất hiếm" của Trung Quốc có thể dùng để siết chặt cổ châu Âu và Mỹ.

Điều thú vị hơn là một trong những nhà cung cấp chính của Nhật Bản về keo quang khắc, Shin-Etsu Chemical, cũng là một trong số ít nhà sản xuất có khả năng tinh chế đất hiếm ở châu Âu, Mỹ và Nhật Bản. (Tại sao Shin-Etsu Chemical có thể sản xuất cả keo quang khắc và đất hiếm, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết trong bài viết khác.)

Tương tự, keo quang khắc của Nhật Bản cũng có thể siết chặt cổ của Trung Quốc.
Vì việc ngừng cung cấp keo quang khắc của Nhật Bản, ảnh hưởng đến tính ổn định và tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu.
Và chất keo quang khắc của Nhật Bản, trong sản xuất hàng loạt máy quang khắc EUV, là một sự độc quyền tuyệt đối, nghĩa là chỉ có EUV, nếu không có chất keo quang khắc của Nhật Bản, vẫn không thể sản xuất được chip 5nm trở xuống.

Ngay cả trong quy trình sản xuất 7nm hiện tại ở Trung Quốc, mặc dù không sử dụng EUV mà là 193nm ArF DUV kết hợp với nhiều lần phơi sáng, nhưng vẫn bị hạn chế về tỷ lệ tốt do các loại keo quang học cao cấp của Nhật Bản:
Không phải lớp quan trọng, cao su nội địa đã có thể sử dụng ổn định.
Lớp quan trọng thứ hai, có thể sử dụng kết hợp giữa sản xuất trong nước và nhập khẩu;
Yếu tố quyết định thành bại thực sự vẫn phụ thuộc nhiều vào ArF photoresist cao cấp của Nhật Bản.
Bởi vì việc phơi sáng nhiều lần sẽ phóng đại bất kỳ sự không ổn định nhỏ nào.

Một khi nguồn cung mực in quang học cao cấp bị ngừng, tỷ lệ đạt yêu cầu của 7nm vốn đã không cao sẽ tiếp tục giảm, và chi phí sẽ tăng lên.

Tại sao EUV càng không thể thiếu nhựa quang khắc của Nhật Bản? Bởi vì chỉ có nhựa quang khắc trưởng thành mới có thể giảm thiểu tiếng ồn thống kê photon và các khuyết tật ngẫu nhiên.
Công nghệ lớp 7nm thực sự đạt được sự thay thế nội địa có thể kiểm soát, vẫn có thể cần nhiều chu kỳ nghiên cứu và phát triển, chưa nói đến chất liệu quang khắc EUV cần cho 5nm.

Một chu kỳ phát triển thường mất từ 3-5 năm, vì nó phải bao gồm ít nhất 5 giai đoạn rất tốn thời gian mà gần như không thể thực hiện song song:
Khám phá công thức cơ bản
Phòng thí nghiệm → Mở rộng quy mô thử nghiệm
Liên kết thiết bị (Scanner + Track)
Xác minh dây chuyền sản xuất (Cấp Wafer)
Xác minh tính ổn định lâu dài

Các bộ phận của thiết bị có thể là rõ ràng, nhưng vật liệu và quy trình thì ẩn giấu; máy móc có thể bị tháo rời, bị sao chép, nhưng thời gian cần thiết cho vật liệu và công nghiệp không thể bị nén bằng kỹ thuật đảo ngược.

Nhựa quang khắc của Nhật Bản, giống như đất hiếm nặng của Trung Quốc, là loại chỉ có thể thực sự thể hiện giá trị của nó trong dây chuyền sản xuất, ở phần cuối của đường cong tỷ lệ thành công, trong sự vận hành ổn định nhiều năm liên tiếp không có sự cố.

Nếu nói rằng EUV ngược có thể "mở cánh cửa", thì chất keo quang khắc quyết định liệu có thể đi lâu trên con đường này hay không.

Và điều tàn nhẫn nhất trong vấn đề bán dẫn là -
Một lần thành công không có ý nghĩa, chỉ có liên tiếp nhiều năm không gặp vấn đề mới được coi là thành công.

Và thời gian, ngay cả trong thời đại AI, cũng là điều duy nhất không thể được đảo ngược kỹ thuật.