Trong thập niên 1980, Nhật Bản thống trị thị trường bán dẫn, nhưng những thay đổi lớn trong cách thức hoạt động của chuỗi cung ứng chip đã làm suy yếu vị thế đó. Tuy nhiên, nước này vẫn duy trì vai trò đặc biệt nhờ các công ty nắm giữ vật liệu, thiết bị và linh kiện then chốt cho thành phẩm chip cuối cùng.

Ajinomoto

Ajinomoto, tập đoàn thực phẩm nổi tiếng với sản phẩm bột ngọt, giữ vai trò gần như độc quyền về màng cách điện trong đóng gói bán dẫn với Ajinomoto Build-up Film (ABF).

ABF, do công ty Ajinomoto Fine-Techno nắm quyền sở hữu, là lớp phim cách điện dùng trong lớp nền của CPU và GPU hiệu năng cao, giúp ngăn chặn nhiễu điện, truyền tín hiệu ổn định và chịu nhiệt tốt, là lớp đệm không thể thiếu bên trong đế chip. Theo TechRadar, ABF được sử dụng trong phần lớn bộ xử lý hiện đại còn Ajinomoto chiếm hơn 90% thị phần toàn cầu. Dữ liệu từ Trung tâm An ninh và Công nghệ Mới nổi (CSET) thuộc Đại học Georgetown (Mỹ) cho tỷ lệ cao hơn với 95% thị phần màng cách điện siêu mỏng.

Toto

Nổi danh trong lĩnh vực thiết bị vệ sinh, Toto sở hữu mảng bán dẫn độc đáo công nghệ Electrostatic Chuck (ESC), dùng chất liệu gốm giữ wafer trong buồng xử lý. Theo Tom’s Hardware, ESC của Toto được sử dụng trong sản xuất NAND và các quy trình fab khác.

ESC yêu cầu vật liệu gốm tinh vi và độ ổn định cao, tạo rào cản công nghệ cho đối thủ. Do đó, Toto gần như nắm độc quyền cung cấp giải pháp này trong sản xuất chip.

Nittobo

Nittobo, nổi tiếng trong ngành dệt và vật liệu sợi, hiện sản xuất T-glass, vải sợi thủy tinh siêu mịn dùng gia cường trong chất nền (substrate) bán dẫn, giúp giảm cong vênh, tăng độ ổn định cơ học khi đóng gói chip tiên tiến. T-glass thực chất là thủy tinh có hệ số giãn nở nhiệt (CTE) thấp, được đánh giá cao nhờ sự ổn định kích thước, độ cứng và khả năng thúc đẩy truyền dữ liệu tốc độ cao.

Nittobo cung cấp vải sợi thủy tinh cho các nhà sản xuất vật liệu như Resonac và Mitsubishi Gas Chemical của Nhật Bản để tạo tấm phủ đồng (CCL). Sau đó, các đơn vị chuyên về chất nền chip và bảng mạch in như Ibiden, Unimicron sẽ dùng CCL sản xuất chất nền chip cao cấp để đóng gói chip AI cho Nvidia và những hãng khác. Theo WSJ, Nittobo gần như là nhà cung cấp duy nhất T-glass cho ngành bán dẫn toàn cầu.

“Nhu cầu về T-glass đang tăng vọt, vì độ cứng của nó giúp ngăn chất nền bị uốn cong trong quá trình đóng gói chip tiên tiến, rất quan trọng với tỷ lệ sản xuất chip AI đạt chuẩn”, một giám đốc cấp cao từ hãng bán dẫn Unimicron giải thích với Nikkei Asia năm ngoái.

Lasertec Corporation

Lasertec Corporation có trụ sở tại Yokohama, thành lập năm 1960 và hoạt động trong lĩnh vực thiết bị kiểm tra, đo lường trong ngành bán dẫn. Công ty chuyên phát triển và cung cấp hệ thống quang học giúp đảm bảo chất lượng linh kiện trong quy trình sản xuất chip và màn hình.

Trong đó, Lasertec là đơn vị duy nhất trên thế giới sở hữu hệ thống kiểm tra mặt nạ quang học (photomask) dùng cho các hệ thống quang khắc siêu cực tím EUV. Theo EEWorld, để sản xuất những dòng chip dưới 5 nanomet, việc phát hiện lỗi kỹ thuật nhỏ nhất là yếu tố sống còn, trong khi với 100% thị phần thiết bị soi lỗi bằng tia EUV, công ty hiện là “trạm gác” bắt buộc của mọi nhà sản xuất bán dẫn hàng đầu thế giới.

JSR Corporation

JSR là một trong những nhà sản xuất hóa chất cảm quang (photoresist) hàng đầu thế giới. Đây là loại vật liệu nhạy sáng thiết yếu cho quy trình quang khắc, đặc biệt ở các tiến trình công nghệ tiên tiến như EUV, bằng cách được phủ lên phiến silicon trước khi máy quang khắc “vẽ” vi mạch lên đó.

Theo MDPI, JSR cùng một số “đồng hương” Nhật Bản hiện kiểm soát phần lớn nguồn cung loại “mực in” siêu tinh khiết trong sản xuất bán dẫn. Tầm quan trọng của công nghệ này lớn đến mức chính phủ Nhật Bản đã trực tiếp hậu thuẫn mua lại doanh nghiệp này năm 2023 (thông qua quỹ Japan Investment Corporation – JIC), nhằm bảo vệ khối tài sản an ninh kinh tế vô giá trước các rủi ro thâu tóm từ bên ngoài.

Bên trong một khu nghiên cứu của Tokyo Electron. Ảnh: Tokyo Electron

Tokyo Electron

Cùng với “mực in” của JSR, quá trình bôi phủ và phát triển hóa chất trên phiến silicon do Tokyo Electron thống trị. Dù là tập đoàn thiết bị quy mô lớn, vai trò thiết yếu của công ty trong khâu bôi chất cảm quang EUV (Coater/Developer) ít được chú ý hơn.

Theo Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Quốc tế (SEMI), thiết bị của Tokyo Electron kết hợp chặt chẽ với hệ thống quang khắc tạo thành dây chuyền không thể tách rời, chiếm lĩnh gần như toàn bộ thị phần máy bôi phủ và rửa cho công nghệ in thạch bản tiên tiến.

Sumco

Sumco là nhà sản xuất wafer silicon 300 mm nguyên chất 99,999999999% (11 số 9), phục vụ các fab logic và bộ nhớ tiên tiến. Việc sản xuất tấm wafer này yêu cầu kỹ thuật luyện kim và hóa học cực kỳ khắt khe. Mọi xưởng đúc hàng đầu thế giới như TSMC, Samsung hay Intel đều phụ thuộc nguồn cung vật liệu thô từ Sumco và một hãng Nhật Bản khác là Shin-Etsu Chemical.

Sumco có nguồn gốc liên doanh giữa Sumitomo Metal Industries và Mitsubishi Materials, tập trung vào wafer đường kính lớn. Theo MarketsandMarkets, Sumco cùng Shin-Etsu hiện kiểm soát 60-70% thị trường wafer silicon tinh khiết của thế giới.

Disco Corporation

Disco chuyên cung cấp thiết bị xử lý công đoạn cuối khi tạo chip thành phẩm, gồm mài (grinding) làm giảm độ dày tấm wafer để tối ưu hóa không gian chip, đánh bóng (polishing) tạo bề mặt phẳng mịn đạt chuẩn nguyên tử để tạo mạch điện, và cắt (dicing) wafer thành chip đơn lẻ. Các báo cáo độc lập ghi nhận Disco chiếm hơn 80% thị phần thiết bị cắt và mài wafer trên toàn cầu, với độ sai số chỉ vài micromet.

Theo Bloomberg, Disco được coi là chuẩn mực trong lĩnh vực cắt wafer nhờ độ chính xác cao và hiệu suất ổn định. Hệ thống hiện được sử dụng rộng rãi tại các nhà máy sản xuất và cơ sở đóng gói chip trên toàn cầu, từ chip logic đến bộ nhớ. Vai trò của doanh nghiệp này tập trung ở giai đoạn hậu fab, nơi hiệu suất xử lý và tỷ lệ lỗi có tác động trực tiếp tới chi phí sản xuất chip, qua đó giúp duy trì vị thế là nhà cung cấp thiết bị ngách nhưng khó bị thay thế trong chuỗi cung ứng bán dẫn.

Advantest

Công ty Nhật này là một thế lực trong mảng thiết bị kiểm tra tự động (ATE). Trong quy trình sản xuất bán dẫn, trước khi bất kỳ linh kiện nào được hàn lên bo mạch thiết bị, chúng phải trải qua các bài kiểm tra nghiêm ngặt từ máy móc của Advantest để đảm bảo không có bất kỳ lỗi logic hay bộ nhớ nào.

Theo TechInsights, thiết bị của Advantest có khả năng đo đếm các tín hiệu điện ở tốc độ pico-giây (10^-12giây), giúp “bảo chứng chất lượng” cho hàng tỷ vi mạch xuất xưởng mỗi năm.

Daifuku

Daifuku cung cấp giải pháp vận chuyển trong sản xuất bán dẫn cho quy trình tiền xử lý và hậu xử lý thông qua Cleanway – hệ thống vận chuyển phòng sạch sử dụng xe điện. Trong quy trình tiền xử lý, wafer được lưu trữ trong thùng kín gọi là FOUP giúp giữ sạch trong quá trình di chuyển giữa các thiết bị khác nhau. Vật liệu được sử dụng trong bánh xe cũng được thiết kế cẩn thận để giảm thiểu việc phát sinh bụi.

Theo Nikkei Asia, Daifuku dẫn đầu thế giới trong cung cấp giải pháp vận chuyển nội bộ tinh vi này cho các công ty sản xuất bán dẫn hàng đầu.

Ngoài những tên tuổi kể trên, Nhật Bản còn có nhiều công ty đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất bán dẫn, như Tanaka Precious Metals cung cấp vật liệu kim loại quý cho nhiều loại chip từ phổ thông đến tiên tiến; Ebara về công nghệ đánh bóng cơ học hóa học CMP; Screen Holdings cung cấp thiết bị làm sạch wafer; Kokusai Electric phát triển thiết bị lắng đọng (deposition) cho fab; hay Hamamatsu Photonics phát triển cảm biến quang và thiết bị đo lường dùng trong kiểm tra wafer.

Bảo Lâm tổng hợp