Trung Quốc tạo "đột phá" mới trong sản xuất chip

[Romano]

Trung Quốc đang đạt đươc những bước tiến đáng kể trong việc khám phá công nghệ mới phục vụ cho việc sản xuất chip.Hệ thống in thạch bản là một trong những loại máy móc phức tạp nhất từng được tạo ra trên toàn cầu. Hiện nay, kỹ thuật in khắc cực tím (EUV) là công nghệ in thạch bản có bước sóng cực ngắn được sử dụng phổ biến trong sản xuất chip 7nm trở xuống.

Trên thế giới, ASML là công ty duy nhất sở hữu công nghệ sản xuất thiết bị in thạch bản và thống trị thị trường sản xuất chip. Tính đến cuối năm 2022, ASML đã cung cấp 180 hệ thống EUV. Theo báo cáo của Bloomberg công bố vào tháng Tư, họ cũng có kế hoạch xuất xưởng 60 EUV trong năm nay.

Trong khi có nhiều nhà nghiên cứu theo đuổi công nghệ này thì các nhà khoa học Trung Quốc lại khám phá một con đường khác. Đây là một dự án đã được triển khai từ năm 2017, nhưng do những đột phá của Huawei trong lĩnh vực sản xuất chip nên gần đây nó mới được công bố rộng rãi.

“Một trong những ứng dụng tiềm năng trong nghiên cứu của chúng tôi là tạo ra nguồn sáng cho các máy in thạch bản EUV trong tương lai. Tôi nghĩ đây là lý do tại sao cộng đồng quốc tế đang chú ý sát sao đến dự án này”, Giáo sư Tang Chuanxiang, Giám đốc dự án của Đại học Thanh Hoa, cho biết.

Do mọi sự chú ý đổ dồn vào dự án đã ảnh hưởng đến hoạt động nghiên cứu khoa học thông thường nên nhóm của Giáo sư Tang đã ngừng nhận các cuộc phỏng vấn.

Lý thuyết đằng sau nghiên cứu này là cơ chế phát quang mới - được gọi là dính chùm tiểu vi trạng thái ổn định (SSMB). Cơ chế này do Giáo sư Zhao Wu tại Đại học Stanford và sinh viên của ông, Daniel Ratner, đề xuất vào năm 2010.

Theo đó, ký thuyết SSMB sử dụng năng lượng do các hạt tích điện trong quá trình gia tốc để hoạt động như một nguồn sáng. Kết quả là băng thông hẹp, góc tán xạ nhỏ và ánh sáng EUV trong suốt liên tục.

Các hạt tích điện phát ra ánh sáng trong quá trình gia tốc và các máy gia tốc sử dụng hiện tượng này là một trong những nguồn ánh sáng nhân tạo sáng nhất hiện có. “Thách thức chính nằm ở việc phân bổ electron trong máy gia tốc hạt tròn, khiến chúng đạt được bức xạ đồng bộ. Thiết bị này có thể tạo ra bức xạ chất lượng cao từ sóng Terahertz ở bước sóng 0,3mm đến sóng EUV ở bước sóng 13,5nm”, ông Zhao cho biết trong một báo cáo học thuật tại Đại học Thanh Hoa vào tháng 10/2022.Các chuyên gia nghiên cứu đánh giá, so với công nghệ ASML EUV hiện tại, SSMB là nguồn sáng lý tưởng hơn. Nó có công suất trung bình cao hơn và sản lượng sản xuất chip cao hơn với chi phí đơn vị thấp hơn.

ASML tạo ra nguồn EUV từ plasma được tạo ra bằng laser, trong đó các tia laser mạnh được chiếu tới các giọt thiếc lỏng nhỏ. Tia laser nghiền nát các giọt nước và tạo ra ánh sáng xung EUV trong quá trình va chạm. Sau quá trình lọc và lấy nét phức tạp, nguồn sáng EUV có công suất khoảng 250W sẽ được tạo ra.

Trước khi chạm tới con chip, chùm tia EUV trải qua sự phản xạ từ 11 gương, mỗi gương tiêu tốn năng lượng khoảng 30%. Kết quả là công suất của chùm tia khi chạm tới tấm bán dẫn sẽ nhỏ hơn 5W. Điều này có thể trở thành vấn đề khi sản xuất chuyển sang 3nm hoặc 2nm.

Công nghệ SSMB tránh được những lo ngại như vậy. Chùm SSMB đạt được công suất đầu ra cao hơn là 1.000W và do băng thông hẹp nên cần ít gương phản chiếu hơn, điều này tự nhiên tạo ra công suất đầu cuối cao hơn.

Thành viên nhóm nghiên cứu, Giáo sư Pan Zhilong cho biết: “Nguồn sáng SSMB-EUV đã được thiết kế tại Đại học Thanh Hoa, với công suất EUV cao hơn 1kW và một số công nghệ chủ chốt gần như đã sẵn sàng”.

Mặc dù việc thành lập một nhà máy sản xuất chip theo công nghệ mới sẽ cần nhiều thời gian và phụ thuộc vào nguồn vốn và các chi tiết kỹ thuật khác, nhưng những ý tưởng mới có thể mang lại những hướng đi kỹ thuật mới cho ngành công nghệ Trung Quốc trong tương lai. Việc hiện thực hóa các nguồn sáng SSMB-EUV sẽ cung cấp các công cụ mới cho nghiên cứu tiên phong trong khoa học vật liệu, vật lý cơ bản, hóa sinh và các ngành khác.