Chất cản quang: “mắt xích” nhỏ, vai trò lớn

Dù cái tên “chất cản quang” còn khá xa lạ với công chúng, nhưng với giới công nghệ và kỹ thuật bán dẫn, đây là một trong những nguyên liệu không thể thay thế trong sản xuất chip.

Trong quy trình chế tạo vi mạch, chất cản quang (photoresist) được phủ lên bề mặt tấm silicon trước khi tiếp xúc với ánh sáng và thực hiện các bước khắc vi mô để hình thành các hoa văn cực nhỏ chính là nền tảng của vi mạch hiện đại.

Chất lượng và đặc tính của chất cản quang quyết định trực tiếp đến độ chính xác, độ tin cậy và hiệu suất của chip thành phẩm. Có thể ví chất cản quang như “mực in” trong một bản thiết kế siêu nhỏ, nơi mà mỗi chi tiết sai lệch có thể khiến cả con chip không thể hoạt động đúng.

Dù quy mô thị trường của chất cản quang toàn cầu chỉ đạt khoảng 2,2 tỷ USD vào năm 2022 (con số khá khiêm tốn so với 573,5 tỷ USD của ngành bán dẫn nói chung) nhưng tầm quan trọng chiến lược của nó thì không thể xem nhẹ.

Nếu không có chất cản quang chất lượng cao, việc sản xuất chip tiên tiến gần như là bất khả thi, đặc biệt trong các lĩnh vực yêu cầu hiệu suất cao như AI, viễn thông, xe tự hành hay điện tử dân dụng.

Nhật Bản: “ông vua” không ngai trong lĩnh vực chất cản quang

Hiện tại, thị trường chất cản quang toàn cầu gần như bị thống trị bởi các tập đoàn đến từ Nhật Bản như JSR, Tokyo Ohka, Shin-Etsu Chemical và Fuji Electronics. Riêng ở phân khúc chất cản quang cao cấp như ArF và EUV (vốn được sử dụng trong quy trình sản xuất chip tiên tiến nhất hiện nay) các doanh nghiệp Nhật Bản chiếm hơn 90% thị phần toàn cầu.

Đây là kết quả của quá trình tích lũy công nghệ kéo dài hàng thập kỷ, bắt đầu từ những năm 1950–1960, khi ngành điện tử và vật liệu của Nhật Bản bước vào giai đoạn phát triển mạnh mẽ.

Sự độc quyền về chất cản quang đã khiến Nhật Bản trở thành “nút cổ chai” trong chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu.

Đối với Trung Quốc, đây là một điểm yếu chí mạng. Nếu Nhật Bản quyết định hạn chế hoặc ngừng cung cấp chất cản quang, toàn bộ ngành công nghiệp chip của Trung Quốc có thể rơi vào tình trạng tê liệt.

Trung Quốc: Những bước tiến mạnh mẽ nhưng còn phụ thuộc

Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã gặt hái nhiều thành tựu đáng kể trong ngành công nghiệp bán dẫn. Chỉ tính riêng 10 tháng đầu năm 2024, giá trị xuất khẩu chip của Trung Quốc đã đạt 353,16 tỷ USD, tăng 24,8% so với cùng kỳ năm trước.

Sự tăng trưởng này phần lớn đến từ sự hỗ trợ mạnh mẽ của chính phủ Trung Quốc, thông qua chính sách ưu đãi thuế, tài trợ cho nghiên cứu và phát triển (R&D), cũng như thúc đẩy hình thành chuỗi cung ứng nội địa toàn diện.

Tuy nhiên, trong khi sản xuất chip đã có bước nhảy vọt, thì Trung Quốc vẫn gặp khó khăn trong việc làm chủ khâu cung cấp chất cản quang, đặc biệt là các dòng cao cấp.

Năm 2022, thị phần chất cản quang trong nước của Trung Quốc chủ yếu thuộc về phân khúc trung và thấp cấp: chất cản quang PCB chiếm đến 94%, trong khi chất cản quang tấm chỉ chiếm 3% và chất cản quang bán dẫn (loại dùng trong sản xuất chip) vỏn vẹn 2%.

Điều này cho thấy sự mất cân đối rõ rệt và sự lệ thuộc nghiêm trọng vào nguồn nhập khẩu, đặc biệt từ Nhật Bản.

Một ví dụ điển hình là dòng chip cao cấp Kirin của Huawei, niềm tự hào công nghệ của Trung Quốc vốn dựa vào chất cản quang EUV để sản xuất. Nếu Nhật Bản cắt nguồn cung, quá trình sản xuất chip cao cấp như Kirin có thể bị đình trệ hoàn toàn.

Những nỗ lực để vượt qua thế độc quyền

Trên thực tế, những năm gần đây Trung Quốc đã thực hiện nhiều chính sách hỗ trợ nhằm khuyến khích phát triển ngành công nghiệp vật liệu bán dẫn nội địa, đặc biệt là chất cản quang.

Cụ thể, các doanh nghiệp sản xuất mạch tích hợp dưới 130 nanomet có thể được miễn thuế trong tối đa 10 năm. Dòng vốn từ các quỹ đầu tư trong nước cũng bắt đầu đổ vào lĩnh vực này, tiếp thêm động lực cho các doanh nghiệp đổi mới công nghệ.

Về mặt R&D, nhiều trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp Trung Quốc đã đạt được những bước tiến quan trọng. Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Đại học Quang điện tử Nam Kinh hay Đại học Khoa học và Công nghệ Nam Kinh đều đã phát triển được chất cản quang ArF phục vụ quy trình 90nm, và đang hướng tới chất cản quang EUV tiên tiến hơn.

Doanh nghiệp tư nhân như Tongcheng New Materials cũng đã phát triển thành công nhựa phenolic cấp điện tử (vật liệu nền của chất cản quang) và được một số nhà máy sản xuất chip trong nước đặt hàng quy mô lớn. Các công ty như Huamao Technology và Jingrui Electronic Materials cũng đạt được tiến bộ rõ rệt trong nghiên cứu chất cản quang EUV.

Song song với R&D, chiến lược liên kết chuỗi cung ứng cũng được Trung Quốc chú trọng. Ngày càng nhiều doanh nghiệp bắt đầu triển khai hợp tác chặt chẽ giữa các nhà sản xuất chip và nhà cung cấp vật liệu, để cùng nghiên cứu và kiểm chứng sản phẩm, qua đó rút ngắn thời gian nội địa hóa và nâng cao năng lực cạnh tranh chung.

Ngành công nghiệp chip không phải là sân chơi dành cho những nước đi nước rút, mà là cuộc đua đường dài đòi hỏi đầu tư liên tục, kiên trì và chiến lược bài bản. Trong khi các quốc gia dẫn đầu như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc đã có hàng chục năm tích lũy công nghệ, thì Trung Quốc mới chỉ đang ở giai đoạn tăng tốc.

Việc giảm phụ thuộc vào nguồn cung nước ngoài, đặc biệt ở những khâu then chốt như chất cản quang, là một bài toán khó nhưng không phải không thể giải.