Công ty Dai Nippon Printing của Nhật Bản vừa công bố một đột phá công nghệ có thể thay đổi cuộc chơi trong ngành sản xuất chip. Họ đã phát triển thành công công nghệ in nanoimprint với độ phân giải 10 nanomet, có khả năng sản xuất chip logic thế hệ 1.4nm mà không cần đến những cỗ máy quang khắc EUV đắt đỏ.

Đây không chỉ là một bước tiến về công nghệ, mà còn là cơ hội để các nhà sản xuất nhỏ hơn có thể tham gia vào cuộc đua chip tiên tiến.

Trong nhiều năm qua, máy quang khắc EUV đã trở thành rào cản khổng lồ trong ngành sản xuất chip. Để xây dựng một dây chuyền sản xuất chip tiên tiến bằng công nghệ EUV, các công ty phải đầu tư hàng tỷ USD cho nhà máy và thiết bị.

Không cần máy quang khắc EUV, Nhật Bản vẫn có thể sản xuất chip 1.4nm cao cấp

Máy EUV của ASML có giá lên tới hơn 150 triệu USD mỗi chiếc, chưa kể chi phí vận hành và tiêu thụ năng lượng khổng lồ. Điều này đã biến việc sản xuất chip tiên tiến thành sân chơi độc quyền của những gã khổng lồ như TSMC, Samsung và Intel - những công ty có đủ tiềm lực tài chính để gánh chịu.

Công nghệ nanoimprint lithography của DNP hoạt động theo cách hoàn toàn khác. Thay vì sử dụng tia cực tím để "chiếu" mạch lên bề mặt chip như EUV, công nghệ này "đóng dấu" trực tiếp các mạch điện lên vật liệu nền bằng cách ép cơ học, giống như sử dụng một con dấu chính xác ở cấp độ nanomet. Phương pháp này đơn giản hơn về mặt kỹ thuật nhưng vẫn đạt được độ chính xác tương đương.

Quy trình "đóng dấu" chip siêu nhỏ

Lợi ích lớn nhất của công nghệ mới này là tiết kiệm năng lượng đáng kinh ngạc. So với quy trình quang khắc hiện tại, bao gồm cả EUV và các công nghệ khác, phương pháp nanoimprint chỉ tiêu tốn khoảng một phần mười năng lượng. Nói cách khác, nó giảm 90% mức tiêu thụ điện trong quá trình sản xuất chip. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và chi phí năng lượng ngày càng tăng, đây là một lợi thế cạnh tranh đáng kể.

Về chi phí, mặc dù DNP chưa công bố con số cụ thể, nhưng việc loại bỏ nhu cầu về máy EUV tỷ đô và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng chắc chắn sẽ hạ thấp rào cản gia nhập đáng kể. Điều này có nghĩa các nhà sản xuất chip quy mô nhỏ hơn, những công ty trước đây không đủ nguồn lực để cạnh tranh ở phân khúc chip tiên tiến, giờ đây có thể có cơ hội tham gia thị trường.

Để đạt được độ phân giải 10nm đáng kinh ngạc này, DNP đã kết hợp công nghệ nanoimprint với một kỹ thuật gọi là Self-Aligned Double Patterning. Kỹ thuật này về cơ bản tăng gấp đôi mật độ mạch bằng cách sử dụng các lớp phủ màng và khắc theo trình tự. Kết quả là một khuôn mẫu có độ chính xác cao có thể sản xuất chip logic tiên tiến mà không cần cơ sở hạ tầng EUV đắt đỏ.

Có thể nói thay vì dùng ánh sáng khắc từng đường nét trên con chip, công nghệ sản xuất chip của Nhật Bản tương tự như việc tạo khuôn in và đóng dấu nó lên tấm wafer

Đây không phải là thành quả đến trong một sớm một chiều. DNP đã bắt đầu phát triển công nghệ nanoimprint từ năm 2003, nghĩa là họ đã miệt mài trong 22 năm để đạt đến mức độ chính xác gần nguyên tử như hiện nay. Sự kiên trì này cuối cùng đã mang lại kết quả đột phá.

Hiện tại, DNP đang cho các nhà sản xuất chip đánh giá công nghệ mới. Công ty nhắm tới việc bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm 2027, chỉ còn hai năm nữa. Đến năm tài chính 2030, DNP đặt mục tiêu đạt doanh thu 4 tỷ yên từ công nghệ này. Công nghệ sẽ được giới thiệu tại triển lãm SEMICON Japan 2025 diễn ra từ 17-19 tháng 12 tại Tokyo.

Cần làm rõ rằng công nghệ nanoimprint không thay thế hoàn toàn EUV. Thay vào đó, nó có thể thay thế một phần quy trình EUV trong các giai đoạn tạo mẫu nhất định. Điều này vẫn đủ để giảm đáng kể chi phí và tiêu thụ năng lượng tổng thể trong sản xuất chip. Đối với các công ty không có khả năng đầu tư vào EUV, đây là con đường khả thi để tiếp cận các node chip tiên tiến.

Ứng dụng của công nghệ này rất đa dạng, từ chip cho điện thoại thông minh, trung tâm dữ liệu, bộ nhớ flash NAND đến các chip logic tiên tiến khác. Với xu hướng thiết bị ngày càng phức tạp và nhu cầu về chip tiên tiến tiếp tục tăng cao, công nghệ này có thể mở ra một tương lai mới cho ngành sản xuất chip - một tương lai dễ tiếp cận hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và thân thiện môi trường hơn.

Nguyễn Hải