Vào tháng 2 năm 2021, nhóm của Giáo sư Tang Chuanxiang từ Đại học Thanh Hoa đã hợp tác với các nhà khoa học Đức xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature, báo cáo rằng họ đã hoàn thành một số xác minh thực nghiệm nhất định về lý thuyết sản xuất nguồn ánh sáng cực tím cực sâu dựa trên nguyên lý SSMB. Nhưng hôm nay, hai năm sau, công trình này bất ngờ được một số phương tiện truyền thông tự sự thổi phồng là việc thành lập một nhà máy sản xuất máy in thạch bản EUV ở Trung Quốc. Tuy nhiên, liệu việc sản xuất độc lập một máy quang khắc có thể nhanh đến vậy không?

Viết bởi Wang Jie

Gần đây trong tuần này, một mẩu tin khoa học công nghệ đã lan truyền trên mạng. Tin tức là các nhà khoa học Trung Quốc đã phát hiện ra nguyên lý mới tạo ra nguồn ánh sáng cực tím cực sâu, có thể đột phá các vấn đề kỹ thuật của máy in thạch bản. Nhiều người thậm chí còn nói rằng nước ta đã bắt đầu xây dựng nhà máy quang khắc ở Xiongan. "Có hình ảnh và sự thật." Họ có mũi và mắt.


Nhiều người hỏi tôi điều đó có đúng không. Hãy để tôi cho bạn biết câu trả lời trước: Nguyên lý tạo nguồn sáng mới là có thật, nhưng nó đã được đề xuất ngay từ năm 2010. vẫn đang trong giai đoạn xác minh nguyên tắc và vẫn còn 15 đến 20 năm nữa mới có thể thực sự thực tế. Bài báo của nhà khoa học Đại học Thanh Hoa được thổi phồng lần này thực ra đã được xuất bản vào đầu năm 2021. Tôi không biết tại sao nó lại đột ngột được đào lên và thổi phồng hai năm rưỡi sau đó. Về việc nhà máy quang khắc được xây dựng ở Xiongan, đó chỉ là tin đồn và lời nói dối.

Hôm nay tôi chỉ muốn dùng chủ đề này để nói chuyện với các bạn Tại sao việc chế tạo một chiếc máy in thạch bản lại khó đến vậy? Liệu Trung Quốc có thể tự phát triển hoàn toàn độc lập máy in thạch bản tiên tiến nhất?

Máy in thạch bản là thiết bị chính được sử dụng để sản xuất chip. Mọi máy tính chúng ta sử dụng và con chip trong mọi điện thoại thông minh đều được sản xuất bằng máy in thạch bản.


Để đo lường tiến bộ công nghệ của chip, đơn vị xx nanomet (nm) được sử dụng. Nanometer là đơn vị đo chiều dài, 1 nanomet bằng một phần tỷ mét. Không phải Huawei đã phát hành điện thoại di động mới nhất Mate60pro hai tuần trước sao? Ngay khi chiếc điện thoại di động này ra mắt, mọi người đều thốt lên, ồ, con chip được sử dụng trong chiếc điện thoại di động này được làm trên quy trình 7nm, thật tuyệt vời. Dưới đây là giải thích ý nghĩa của quy trình 7nm. Nói một cách đơn giản, các linh kiện điện tử trên chip, tức là các bóng bán dẫn, đều được khắc, giống như chúng ta khắc trên một con tem cao su. Trong cùng một khu vực, càng có thể khắc được nhiều bóng bán dẫn thì chip sẽ càng tiên tiến. Trong lĩnh vực chip, nm (nanomet) được sử dụng để biểu thị mức độ nâng cao của chip. Số càng nhỏ thì chip càng cao cấp. 10nm tiên tiến hơn 14nm và 7nm tiên tiến hơn 10nm. Đừng lo lắng về việc tại sao lại có những con số như 5, 7, 10 và 14. Có những lý do lịch sử phức tạp đằng sau chúng.

Con chip được khắc trên tấm wafer silicon bằng tia laser. Do đó, bóng bán dẫn được chế tạo càng nhỏ thì bước sóng của tia laser càng ngắn. Nguồn sáng được sử dụng bởi các máy in thạch bản tiên tiến nhất trên thế giới được gọi là ánh sáng cực tím cực sâu, hay EUV trong tiếng Anh, có bước sóng 13,5 nanomet. Nó được phát triển bởi một công ty Mỹ, nhưng công ty Mỹ này hiện đã được ASML của Hà Lan mua lại. Tuy nhiên, có một khái niệm cần được làm rõ ở đây. Điều đó không có nghĩa là tia laser có bước sóng 13,5 nanomet chỉ có thể khắc các chip 13,5 nanomet. Nó thực sự có thể khắc các chip xử lý 7 nanomet, 5 nanomet hoặc thậm chí nhỏ hơn.


Máy in thạch bản kém hơn EUV Nguồn sáng được sử dụng là tia cực tím sâu, viết tắt trong tiếng Anh là DUV. Bước sóng là 193 nanomet, lớn hơn EUV một bậc. Chip Kir9000s tiến trình 7nm được sử dụng trong điện thoại di động mới nhất của Huawei được khắc bằng DUV. Đúng vậy, ở bước sóng 193 nanomet, một con chip 7nm có thể được khắc bằng công nghệ gọi là đa phơi sáng. Nhưng ngay cả loại máy quang khắc 193 nanomet này vẫn chưa có ở nước ta. Các công ty duy nhất trên thế giới có thể sản xuất DUV là Canon và Nikon của Nhật Bản và ASML của Hà Lan. Vâng, bạn đã nghe đúng, Hoa Kỳ cũng vậy.


Nhân tiện, đây là công nghệ đa phơi sáng. Hãy để tôi sử dụng sự tương tự đơn giản nhất để cố gắng giải thích. Ví dụ: bây giờ bạn có một chiếc máy vẽ lưới vuông, nhưng chiều dài cạnh của lưới vuông mà nó có thể vẽ là 100 mm. Có cách nào bạn có thể sử dụng máy này để vẽ lưới vuông nhỏ hơn 100 mm không? Điều đó là có thể. Phương pháp là trước tiên tôi vẽ nhiều lưới nối nhau trên giấy để tạo thành lưới. Sau đó tôi di chuyển máy một chút và vẽ lại trên giấy. Điều này sẽ vẽ một lưới mới. Hai lưới chồng lên nhau và các đường sẽ giao nhau để tạo thành một lưới nhỏ hơn. Bạn có thể tự mình thử bằng bút trên giấy.

Quy trình khắc chip bằng máy in thạch bản là một lần phơi sáng. Điều này cũng đúng với việc sử dụng DUV để sản xuất chip tiến trình 7nm. Nếu không làm được một lần thì hãy phơi bày nhiều lần. Sau mỗi lần phơi sáng, hãy di chuyển một bước nhỏ trước khi phơi sáng lại. Điều này cho phép tạo ra các bóng bán dẫn nhỏ hơn. Tất nhiên, điều này không phải là không có tác dụng phụ, tức là khả năng xảy ra sai sót sẽ lớn hơn. Trong sản xuất hàng loạt, nhiều con chip bị lỗi sẽ bị lãng phí. Về mặt chuyên môn, tỷ lệ sản xuất chip tương đối thấp và tỷ lệ lỗi tương đối cao.


Hãy quay lại chủ đề, Việc chế tạo một chiếc máy in thạch bản khó như thế nào?

Hãy để tôi quyết định tính cách của mình trước đã. Máy in thạch bản cho đến nay là loại máy tinh vi và phức tạp nhất mà con người có khả năng chế tạo. Máy quang khắc bao gồm ba bộ phận chính. Phần đầu tiên là nguồn sáng, phần thứ hai là hệ thống quang học và phần thứ ba là bàn làm việc khắc. Thử thách kỹ thuật của mọi bộ phận đều có thể so sánh với việc hạ cánh lên mặt trăng.

Trước tiên hãy nói về nguồn sáng. Để tạo ra ánh sáng cực tím cực sâu có bước sóng 13,5 nanomet, phương pháp hiện nay là sử dụng tia laser công suất cao để bắn phá một quả cầu thiếc nhỏ (tức là thiếc kim loại) có đường kính chỉ 1/30 triệu mét. Nhưng câu này chưa đủ để diễn tả độ khó của nó. Tôi cần mở rộng.


Đầu tiên, hãy để chùm tia laze chiếu chính xác vào một viên bi hàn nhỏ đang chuyển động với vận tốc khoảng 200 dặm một giờ. Khi nhiệt độ của quả cầu hàn nhỏ đạt tới 500.000 độ, hãy bắn phá nó bằng chùm tia laze. Lúc này, có thể tạo ra ánh sáng cực tím cực sâu có bước sóng 13,5 nanomet. Để tạo ra loại tia cực tím này một cách liên tục và ổn định, nó cần bắn phá quả cầu hàn nhỏ với tần số khoảng 50.000 lần mỗi giây. Loại laser này chỉ có một công ty Đức trên thế giới mới có thể sản xuất được. Công ty Đức có tên TRUMPF này đã mất mười năm để phát triển thành công nó. Chỉ riêng tia laser này đã có hơn 45.700 bộ phận. Nhưng bạn có thể không nghĩ rằng công ty laser của TRUMPF lại dựa vào một công ty của Litva để cung cấp các thiết bị quan trọng. Nếu không có thiết bị nguồn sáng do công ty Litva này sản xuất, TRUMPF sẽ không thể làm được điều đó. Nó đơn giản giống như một con bọ ngựa rình rập con ve sầu và con chim vàng anh đằng sau nó. Khó khăn tiếp theo là làm thế nào để thu thập tia cực tím cực sâu này để tạo thành tia laser cực tím cực sâu? Đây là phần quan trọng tiếp theo.


Hệ thống quang học. Hệ thống quang học được phát triển cho EUV này chỉ có thể được sản xuất bởi một công ty Đức trên thế giới và đó là Zeiss nổi tiếng. Bạn có thể đã nghe nói rằng ống kính máy ảnh do Zeiss sản xuất là một trong những loại ống kính tốt nhất trên thế giới, nhưng so sánh ống kính máy ảnh với ống kính được sử dụng trong hệ thống quang học EUV cũng giống như sự khác biệt giữa một chiếc máy bay có cánh quạt phun thuốc trừ sâu và một máy bay chiến đấu phản lực. Hệ thống quang học này ít nhất phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật sau: xử lý bề mặt phi cầu có độ chính xác cao, gương phim nhiều lớp, nấu chảy chất lượng cao, công nghệ đánh bóng bằng chùm ion và mài có độ chính xác cực cao. Bạn không cần phải đi sâu vào các thuật ngữ kỹ thuật vừa được đề cập. Bạn chỉ cần biết rằng mục tiêu cuối cùng của là tạo ra một thấu kính phẳng và mịn tuyệt đối . Nó phải mịn đến mức nào? Đó là sự êm dịu của những giọt nước trong hệ ba vật. Sự dao động của thấu kính là sai số khoảng một nguyên tử, gần với giới hạn vật lý theo lý thuyết. Nếu bạn sử dụng phép ẩn dụ quảng cáo của chính Zeiss, ngay cả khi ống kính này được phóng to theo kích thước của toàn bộ nước Đức, độ dao động cũng không vượt quá 0,1 mm. Nếu một con virus rơi vào tấm gương này, nó sẽ giống như một ngọn đồi cao tới 100 mét. Vì vậy, hệ thống quang học này phải hoạt động trong chân không mà không có bất kỳ sự can thiệp nào. Nhưng chỉ có nguồn sáng và ống kính thôi là chưa đủ. Nó giống như có một con dao khắc để khắc. Bước tiếp theo là khắc hàng chục tỷ bóng bán dẫn lên một con chip silicon có kích thước bằng móng tay.

Bàn làm việc của dụng cụ chính xác. Để khắc hàng chục tỷ bóng bán dẫn, chúng ta cần một bảng điều khiển có độ chính xác cực cao. Tôi khó có thể tìm ra một phép ẩn dụ chính xác nào để mô tả độ khó của việc chế tạo nó. Bảng điều khiển này bao gồm 55.000 bộ phận có độ chính xác cao và những bộ phận này ít nhất dựa trên công nghệ đã được cấp bằng sáng chế do Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Hoa Kỳ, Đức và Hà Lan cung cấp. Nó sẽ không hoạt động nếu không có bất kỳ quốc gia nào.

Trên đây có lẽ là khó khăn trong việc chế tạo ra chiếc máy quang khắc tiên tiến nhất thế giới. Lịch sử nghiên cứu và phát triển của nó đại khái như thế này: Năm 1997, Tập đoàn Intel và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cùng đầu tư vào một công ty và bắt đầu phát triển máy in thạch bản EUV. Trong 6 năm, công ty này đã phát triển hầu hết các công nghệ cốt lõi được cấp bằng sáng chế. Tuy nhiên, cả Intel và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đều không có ý định tự mình chế tạo máy in thạch bản, vì họ cảm thấy rằng việc chế tạo máy in thạch bản không thực sự kiếm được tiền. Tốt hơn là nên cấp phép công nghệ cốt lõi cho một công ty nước ngoài và để họ chế tạo máy in thạch bản. Sau đó, ASML ở Hà Lan đã nhận được giấy phép cho các công nghệ cốt lõi này và với sự giúp đỡ của các công ty như Samsung và TSMC, cuối cùng họ đã sản xuất được nguyên mẫu in thạch bản EUV đầu tiên vào năm 2010. Họ mất thêm 9 năm để thử nghiệm, tối ưu hóa và nâng cấp và cuối cùng đã sản xuất được máy in thạch bản EUV đầu tiên có thể chính thức được đưa vào sản xuất thương mại vào năm 2019, mất tổng cộng 22 năm.


Tuy nhiên, mặc dù máy in thạch bản EUV được sản xuất bởi ASML ở Hà Lan nhưng nó không khác gì một nhà máy lắp ráp. Chỉ 15% các bộ phận được sản xuất độc lập và 85% bộ phận còn lại phụ thuộc vào nhập khẩu. Và bởi vì Bộ Năng lượng Hoa Kỳ sở hữu hầu hết các bằng sáng chế cốt lõi cho máy in thạch bản nên việc sản xuất máy in thạch bản của ASML cần có sự cho phép của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Đây là lý do tại sao nếu chính phủ Mỹ nói không được phép bán máy quang khắc cho Trung Quốc thì công ty ASML của Hà Lan chỉ có thể nghe theo. Có thể nói, một cỗ máy in thạch bản EUV được tạo thành bởi bảy hoặc tám quốc gia xếp thành một vòng tròn, giữ cổ ASML .

Nếu Trung Quốc muốn vượt qua sự phong tỏa công nghệ và sản xuất máy in thạch bản một cách độc lập, họ cần phải đạt được sự đổi mới độc lập hoàn toàn ở cả ba bộ phận chính. Tất cả những gì chúng ta có thể nói bây giờ là ở phần nguồn sáng đầu tiên, chúng ta thấy có chút hy vọng.

Năm 2010, Zhao Wu, giáo sư người Trung Quốc tại Đại học Stanford và là giáo sư thỉnh giảng nổi tiếng tại Đại học Thanh Hoa, đã làm việc với các nghiên cứu sinh tiến sĩ của mình để đề xuất một nguyên lý mới tạo ra nguồn ánh sáng cực tím cực sâu. Nguyên tắc này được gọi là "Micro-bunching trạng thái ổn định" , hay SSMB trong tiếng Anh, sử dụng máy gia tốc hạt khổng lồ để tạo ra ánh sáng cực tím cực sâu. Năm 2017, nhóm của Giáo sư Tang Chuanxiang từ Đại học Thanh Hoa đã làm việc với các đồng nghiệp ở Đức để hoàn thành phân tích lý thuyết và thiết kế vật lý của thí nghiệm, phát triển hệ thống laser cho thí nghiệm thử nghiệm và tiến hành xác minh nguyên tắc nhất định. Vào tháng 2 năm 2021, bài báo của họ đã được xuất bản thành công trên tạp chí Nature [1]. Nghiên cứu sinh tiến sĩ của Giáo sư Tang, Đặng Tú Kiệt là tác giả đầu tiên, Giáo sư Tang và một giáo sư khác từ Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu và Năng lượng Helmholtz ở Berlin là tác giả tương ứng. Nhân tiện, đây là một quy tắc chung trong giới học thuật. Tác giả đầu tiên thường đề cập đến người có đóng góp lớn nhất cho chủ đề nghiên cứu, trong khi tác giả tương ứng là người phụ trách chủ đề và là người hưởng lợi từ kết quả.


Vào tháng 3 năm 2022, Giáo sư Tang Chuanxiang và Đặng Tiến sĩ Xiujie đã xuất bản một bài báo cùng tên [2] trong Acta Physica Sinica của đất nước tôi. Có lẽ chính họ cũng không ngờ rằng hơn một năm sau, không biết vì lý do gì, có lẽ vào ngày 13/9/2023, một số trang mạng tự sự đã đăng một đoạn video với tiêu đề như "Ngược trời!" Nguồn sáng SSMB-EUV của Đại học Thanh Hoa ra đời, với công suất gấp 40 lần so với máy in thạch bản EUV.” Sau đó, như một ngọn lửa, nhiều nền tảng tự truyền thông khác nhau bắt đầu quảng cáo giải pháp SSMB của Đại học Thanh Hoa với nhiều tiêu đề khác nhau bắt đầu bằng từ “thái quá”. Tôi chết lặng khi nhìn thấy nó.

Mong mọi người có thể bình tĩnh lại. Chúng ta vẫn còn một chặng đường dài mới hiện thực hóa được việc sản xuất máy in thạch bản cực tím cực sâu. Đừng vượt lên trước nó. Trước hết, trang web chính thức của Thanh Hoa tuyên bố rằng vào năm 2021, Giáo sư Tang Chuanxiang đã nộp đơn lên Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia để liệt kê thiết bị thí nghiệm SSMB là cơ sở hạ tầng khoa học và công nghệ quan trọng của quốc gia trong Kế hoạch 5 năm lần thứ 14. Tuy nhiên, tôi không tìm thấy bất kỳ tin tức nào về dự án. Xét thấy đây là dự án nghiên cứu khoa học dân sự, không phải dự án quân sự nên cần phải thông báo công khai nếu dự án được phê duyệt. Vì vậy, ít nhất cho đến nay, dự án này vẫn chưa được phê duyệt.

Ngay cả khi chúng tôi lạc quan, dự án có thể được phê duyệt vào năm tới, nhưng sẽ rất khó để chế tạo một thiết bị nghiên cứu khoa học ở cấp độ này trong vòng 5 năm. Sau khi hoàn thành, chúng tôi sẽ lạc quan hơn và thử nghiệm thành công trong 3 năm, sau đó dành 5 năm nữa để chế tạo một nguồn sáng có thể sử dụng thương mại. Đây sẽ là 13 năm trước. Tuy nhiên, liệu hai bộ phận quan trọng còn lại của máy in thạch bản có thể hoàn thành trong 13 năm này hay không? Thậm chí còn chưa có một cái bóng nào cả.

Hơn nữa, chúng tôi không biết liệu người Mỹ và người Hà Lan có phát triển được máy in thạch bản thế hệ tiếp theo tiên tiến hơn trong 13 năm tới hay không. Chúng ta phải tiếp tục theo đuổi nó.

Cuối cùng, tôi xin nói một điều mà cá nhân tôi không đồng tình:

Trong 20 năm, không quốc gia nào trên thế giới có thể độc lập chế tạo hoàn toàn một cỗ máy in thạch bản đạt trình độ tiên tiến nhất thế giới, và Hoa Kỳ cũng không ngoại lệ.

Tất nhiên, đây chỉ là quan điểm cá nhân của tôi. Tôi thực sự mong được tát vào mặt.

Tại sao tôi muốn bày tỏ quan điểm này là vì tôi thực sự không muốn bi kịch “Đại nhảy vọt” xảy ra lần nữa. Người Trung Quốc rất thông minh, nhưng điều đó không có nghĩa là người Trung Quốc chúng ta được làm từ những vật liệu đặc biệt. Tất cả các chủng tộc trên thế giới là Hominidae, Homo và Homo sapiens. Hầu như không có sự khác biệt về di truyền giữa người Trung Quốc và người nước ngoài. Chúng tôi không ngu ngốc hơn người nước ngoài, nhưng chúng tôi cũng không thông minh hơn người nước ngoài bao nhiêu.

Tìm kiếm sự thật từ thực tế là con đường đúng đắn để phát triển khoa học và công nghệ. Đối với các máy móc cực kỳ chính xác và phức tạp như máy quang khắc, tìm kiếm sự hợp tác quốc tế ở phạm vi rộng nhất là giải pháp tốt nhất.

Truy cập:

Trung tâm mua sắm Jingdong