Nga đang phải đối mặt với các lệnh trừng phạt vì xung đột với Ukraine, các lệnh trừng phạt này ảnh hưởng trực tiếp đến các hoạt động sản xuất của quốc gia này. Đặc biệt, vấn đề linh kiện bán dẫn đang được quan tâm hàng đầu. Chúng ta đều biết rằng hầu hết các công nghệ bán dễn đều có nguồn gốc từ Mỹ, điều này khiến các quốc gia đang có “xung đột” chính trị với quốc gia này đều gặp vấn đề, đặc biệt là bán dẫn. Để thoát khỏi sự lệ thuộc vào Mỹ, Một viện nghiên cứu tại Nga – IAP đang phát triển máy quang khắc cực tím có thể sản xuất linh kiện bán dẫn với tiền trình 7nm. Thiết bị này vẫn đang được phát triển và theo như tiến độ ban đầu, thiết bị sẽ được đưa vào khai thác sản xuất vào 6 năm tới. Một khi thiết bị này được hoàn thành, nó đơn cho sẽ có hiệu quả hơn so với Twinscan NXT:2000i của ASML – một dòng máy quang khắc DUV mà nhà sản xuất Hà Lan đã mất hơn 1 thập kỷ để phát triển.
Sau khi Nga mở cuộc chiến đẫm máu với Ukraine vào ngày 24/2, Đài Loan (TSMC) đã nhanh chóng thực hiện cấm vận, ngưng chuyển giao các con chip bán dẫn tiên tiến đến quốc gia này. Hoa Kỳ, Vương quốc Anh và EU sau đó đã liên tục đưa ra biện pháp trừng phạt mạnh tay để cấm hầu như tất cả các nhà sản xuất chip theo hợp đồng để sản xuất chip cho quốc gia này. Ngoài ra, các công ty như Arm không thể cấp phép công nghệ của họ cho các nhà thiết kế chip có trụ sở tại Nga. Do đó, chính phủ Nga đã triển khai một chương trình quốc gia để phát triển công nghệ chế tạo lớp 28nm của riêng nước này vào năm 2030. Bên cạnh đó, chính phủ Nga được cho đang nghiên cứu cũng như áp dụng kỹ thuật thiết kế ngược đối với chip do phương Tây sản xuất và đào tạo nhân tài ngành bán dẫn trong nước.
Tuy nhiên, Nga đang gặp khó khăn với tiến trình 28nm bởi các công cụ sản xuất chip tiên tiến nhất của Nga chỉ có thể sản xuất các con chip với tiến trình 65nm. Nga lại không thể mua được công cụ sản xuất tối tân hơn từ phương Tây do lệnh trừng phạt. Vì vậy, nước này phải thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất wafer trong nước nếu muốn triển khai dây chuyền 28nm. Điều này không hề đơn giản bởi ngay cả các ông lớn của lĩnh vực này như ASML hay Applied Materials đã mất nhiều thập niên để phát triển như thời điểm hiện tại. Trong khi đó theo kế hoạch của Nga, việc nghiên cứu và phát triển này phải hoàn thành trong 8 năm tới.
Thế nhưng có vẻ như Viện nghiên cứu vật lý ứng dụng (IAP) thuộc Viện khoa học hàn lâm Nga (RAS) đang muốn tạo ra bước đột phá hơn nữa. Viện nghiên cứu này đã đưa ra kế hoạch chỉ mất 6 năm để tạo ra máy quang khắc có thể sản xuất chip ở tiến trình 7nm. IAP tỏ ra tự tin với kế hoạch thần tốc này và nếu thành công, đây được xem là điều thần kỳ. Cần biết rằng, một hệ thống quang khắc bao gồm rất nhiều thành phần như nguồn sáng hiệu năng cao, hệ thống quang học phức tạp, các công cụ đo có độ chính xác cực cao cao … Bản thân ASML đã mất hàng chục năm để phát triển và cùng với các đối tác khác của mình mới có thể đi đến hiện tại.
Cỗ máy này của IAP được cho sẽ có đôi chút khác biệt so với các hệ thống hiện tại của ASML hay Nikon. Ví dụ như IAP có kế hoạch sử dụng nguồn sáng có tổng công suất trên 600W với bước sóng phơi sáng 11.3nm (bước sóng của EUV là 13.5nm). Điều này khiến cho yêu cầu về hệ thống quang học phức tạp hơn đáng kể so với các giải pháp hiện tại. Do nguồn sáng của thiết bị có năng lượng khá thấp nên máy quang khắc của IAP sẽ có kích thước nhỏ hơn và dễ chế tạo hơn. Tuy nhiên điều này cũng đồng nghĩa rằng sản lượng của máy sẽ thấp hơn so với các máy DUV hiện có. Tuy nhiên, IAP không cho rằng đây là vấn đề lớn.
Khi nói về thời gian, IAP tỏ ra khá lạc quan về điều này. Đối với chip dùng tiến trình dưới 32nm, các nhà sản xuất chip hiện sử dụng công nghệ quang khắc nhúng (kỹ thuật nâng độ phân giải quang khắc bằng cách thay khe hở không khí giữa thấu kính cuối cùng và bề mặt tấm wafer bằng một môi trường lỏng có chiết suất lớn hơn 1). ASML giới thiệu hệ thống quang khắc nhúng Twinscan XT:1250i lần đầu vào cuối năm 2003 để sản xuất chip 65nm và phải mất 5 năm sau, thêm một thế hệ máy quang khắc nữa thì ASML mới tung ra dòng Twinscan NXT:1950i để làm chip 32nm. Những chiếc máy này đến tay các hãng sản xuất chip vào năm 2009.
Sau đó đến tận năm 2018, tức hơn 9 năm sau thì ASML mới công bố dòng Twinscan NXT:2000i – dòng máy quang khắc cực tím sâu (DUV) đầu tiên với khả năng sản xuất chip 7nm và 5nm. Dựa vào các thông tin ở trên, ASML đã mất đến 14 năm để có thể tạo ra công cụ nhằm thu nhỏ tiến trình từ 65nm xuống 7nm. Đến cả ASML cũng đã rất chật vật trong việc thu gọn tiến trình như thời điểm hiện tại. Điều này khiến cho kế hoạch của IAP có vẻ như không khả thi.
Nikolai Chkhalo – phó giám đốc viện vật lý vi cấu trúc của IAP cho biết: “ASML – công ty hàng đầu về kỹ thuật quang khắc đã phát triển hệ thống quang khắc EUV của mình trong gần 20 năm và công nghệ này đã trở nên vô cùng hiện đại và rất phức tạp. Mục tiêu chính của ASML khi phát triển sản phẩm là duy trì năng suất cực cao vốn chỉ cần thiết tại các nhà máy sản xuất bán dẫn lớn nhất thế giới. Tại Nga, việc nghiên cứu thiết bị có thể hoạt động ở năng suất cao như vậy là điều không cần thiết. Chúng tôi nhìn vào nhu cầu và nhiệm vụ mà ngành sản xuất vi điện tử trong nước phải đối mặt và vấn đề không phải là số lượng mà là chất lượng. Trước hết, chúng tôi cần phải nghiên cứu và chuyển đổi thành công quy trình chế tạo của riêng mình, phát triển các tiêu chuẩn thiết kế riêng, công cụ, kỹ thuật và vật liệu riêng, vậy nên việc đi một con đường riêng là điều không thể tránh khỏi. Trên thực tế, chúng tôi cần cân bằng giữa sự đơn giản và hiệu suất.”
IAP đã lên kế hoạch xây dựng một hệ thống quang khắc thử nghiệm – phiên bản alpha có thể hoạt động hoàn chỉnh vào năm 2024. Hệ thống này sẽ không đạt năng suất cao hay đạt độ phân giải quang khắc tối đa, điều quan trọng là nó có thể hoạt động được. Điều này giúp cho IAP có thể thu hút các nhà đầu tư tiềm năng. Phiên bản beta của hệ thống sẽ cho năng suất cao hơn và độ phân giải lớn hơn vào năm 2026. Lúc này thì hệ thống cũng đã sẵn sàng để sản xuất hàng loạt nhưng năng suất sẽ chưa được tối ưu hóa. Đến năm 2028, khi có được nguồn ánh sáng hiệu suất cao, các hệ thống đo lường và năng lực tổng thể tốt hơn thì hệ thống quang khắc của IAP mới đạt được năng suất tối đa.
Cần biết rằng hệ thống máy quang khắc không chỉ có 1 cỗ máy hoạt động độc lập mà nó bao gồm nhiều máy móc và trang thiết bị phụ trợ khác. Chẳng hạn như các loại máy khắc, lắng đọng hóa chất, loại bỏ cặn, đo đạc, kiểm tra chất lượng …Điều quan trọng nhất, các thiết bị này đều không được sản xuất tại Nga.Nếu IAP có sản xuất ra được máy quang khắc thì một nhà máy sản xuất bán dẫn của Nga vẫn còn phải có hàng trăm công cụ khác để có thể vận hành. Ngoài bài toán về công cụ, Nga cũng cần giải quyết bài toán về vật liệu bởi nhiều nguyên liệu thô siêu tinh khiết được dùng trong sản xuất bán dẫn lại đến từ các quốc gia không được phép cung cấp cho Nga. Điều này vẫn là một dấu hỏi rất lớn nếu Nga muốn tự chủ được vấn đề sản xuất chip bán dẫn cho riêng mình.
