Tháng 3 năm 2026, Iran tấn công một cơ sở sản xuất khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) tại Ras Laffan, Qatar. Sự việc này đã làm dấy lên những lo ngại sâu rộng về khả năng nguồn cung khí heli (He), một sản phẩm phụ của sản xuất LNG, có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Khoảng cùng thời điểm, Iran phong tỏa eo biển Hormuz, gây ra tình trạng hỗn loạn trong chuỗi cung ứng năng lượng. Tháng 4 năm 2026, có thông tin cho biết hơn 600 tàu, trong đó có 325 tàu chở dầu, bị mắc kẹt gần eo biển; sau đó, khoảng 2000 tàu đã bị tắc nghẽn tại Vịnh Ba Tư. Nhiều tàu chở dầu trong số này được cho là đang vận chuyển khí heli và naphtha – loại nguyên liệu tiêu hao cho nhiều thiết bị sản xuất bán dẫn và cũng là nguyên liệu thô để sản xuất thuốc kháng quang.
Trước bối cảnh trên, viễn cảnh các nhà máy bán dẫn toàn cầu phải ngừng hoạt động do bộ ba đòn giáng mạnh "thiếu hụt khí heli", "thiếu hụt naphtha" và "thiếu hụt thuốc kháng quang" đã trở thành mối quan tâm lớn. Bài viết này sẽ tìm hiểu nguyên nhân bằng cách truy dấu chuỗi cung ứng của khí heli, naphtha và thuốc kháng quang, đồng thời thảo luận về triển vọng trong tương lai.
Tổng quan về Cuộc khủng hoảng Liên quan đến Việc Ngừng hoạt động của Nhà máy Xử lý Tiền Đạo
Trước tiên, hãy cùng tóm tắt về ứng dụng của khí heli trong quy trình xử lý tiền đạo bán dẫn, cũng như các thành phần và vật liệu có nguồn gốc từ naphtha (Hình 1).
Hình 1: Trong quy trình công nghệ trên, khí heli được sử dụng ở đâu? Các thành phần và vật liệu có nguồn gốc từ naphtha được sử dụng ở đâu?
Trong quy trình tiền đạo, một loạt các bước bao gồm làm sạch, lắng đọng màng mỏng, quang khắc, khắc khô, làm sạch và kiểm tra được lặp lại từ 50 đến 100 lần hoặc hơn trên tấm wafer silicon (Si), từ đó đồng thời hình thành hàng chục đến hàng trăm chip. Tùy thuộc vào chip, tổng số bước có thể vượt quá 1000. Điều này không chỉ áp dụng cho mạch logic tiên tiến mà còn cho tất cả các linh kiện bán dẫn, bao gồm mạch logic truyền thống, DRAM, NAND flash, nguồn điện và mạch tương tự.
Có hai điểm quan trọng sau đây.
Thứ nhất, nếu nguồn cung khí heli bị gián đoạn, một số quy trình lắng đọng màng mỏng và khắc khô sẽ trở nên không thể thực hiện được, "thất bại ngay lập tức", và quang khắc cực tím (EUV) cũng có thể đối mặt với rủi ro.
Thứ hai, tất cả các thiết bị từ làm sạch và lắng đọng màng mỏng đến quang khắc, khắc khô và kiểm tra đều sử dụng các bộ phận tiêu hao có nguồn gốc từ naphtha; nguyên liệu thô cho các hóa chất như thuốc kháng quang và isopropyl alcohol cũng có nguồn gốc từ naphtha.
Nói cách khác, cả khí heli (He) và naphtha đều có thể được coi là "gót chân Achilles" của quy trình xử lý tiền đạo bán dẫn.
Quy trình Tiền đạo Phụ thuộc vào Khí Heli, Đặc biệt là Khắc Khô
Hình 2 minh họa mức độ ảnh hưởng của việc gián đoạn nguồn cung khí heli đến từng quy trình. Khắc khô bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất, với mức độ rủi ro "cực cao", có nghĩa là bản thân quy trình sẽ không thể tiến hành ("thất bại ngay lập tức"). Tiếp theo, lắng đọng hơi hóa học (CVD) độ chính xác cao đơn tấm wafer, lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) viền cửa sổ nhiệt hẹp, phún xạ nhiệt có kiểm soát nghiêm ngặt và mọc thêm tinh thể vùng viền đều ở trạng thái rủi ro "cao", dẫn đến giảm độ dày màng, chất lượng màng, ứng suất và độ kết tinh. Mặt khác, CVD lò hàng loạt và ALD thông thường chỉ cần điều chỉnh một số điều kiện nhỏ để tiếp tục thực hiện.
Hình 2: Mức độ ảnh hưởng của việc gián đoạn nguồn cung khí heli đến các quy trình tiền đạo khác nhau.
Vậy tại sao khắc khô lại dẫn đến thất bại ngay lập tức? Lý do nằm ở nguyên lý kiểm soát nhiệt độ wafer (Hình 3). Trong thiết bị khắc khô, một lượng nhiệt lớn được truyền từ plasma lên wafer. Do đó, cần phải tuần hoàn chất làm lạnh (ví dụ: -60°C) bên trong bệ hút tĩnh điện của bàn wafer để làm mát wafer (nhiệt độ của chất làm lạnh này sẽ thay đổi, từ dưới -100°C đến trên +100°C, và được tối ưu hóa cho từng quy trình).
Hình 3. Nguyên lý kiểm soát nhiệt độ của thiết bị khắc khô
Tuy nhiên, ở cấp độ vi mô, bệ hút tĩnh điện chỉ tiếp xúc với mặt sau của wafer tại một điểm duy nhất, do đó chỉ riêng việc tuần hoàn chất làm lạnh là không đủ để làm mát wafer. Vì vậy, cần phải bơm khí heli (He) ở áp suất 1-2 kPa vào khe hở giữa bệ hút tĩnh điện và wafer. Do khí heli là phân tử đơn nguyên tử nhẹ và chuyển động cực kỳ nhanh, nó có thể truyền nhiệt hiệu quả từ wafer đến bệ hút tĩnh điện. Sau đó, khí heli này sẽ được bơm chân không hút ra. Nói cách khác, nó được sử dụng "một lần".
Nói cách khác, không có khí heli, việc kiểm soát nhiệt độ wafer sẽ không thể thực hiện, và bản thân quy trình khắc khô cũng không thể tiến hành. Không chỉ các quy trình khắc ở nhiệt độ thấp như khoan lỗ sâu dùng cho 3D NAND là không thể thực hiện, mà tất cả các quy trình khắc khô đều không thể hoàn thành. Đây được gọi là "thất bại ngay lập tức".
Các Bộ phận Thiết bị Liên quan đến Naphtha và Thuốc Kháng Quang
Vậy còn naphtha thì sao? Tất cả các thiết bị chế tạo bán dẫn đều sử dụng các bộ phận và vật liệu tiêu hao có nguồn gốc từ naphtha, bao gồm: (1) Nhựa hiệu suất cao; (2) Cao su và chất đàn hồi, chẳng hạn như vòng O; (3) Vật liệu gốc flo chịu được plasma và hóa chất; (4) Bộ phận chất lỏng, chẳng hạn như đường ống và van; và (5) Cáp và vật liệu cách điện. Vì thiết bị sản xuất cần được thay thế các bộ phận tiêu hao định kỳ để duy trì hoạt động ổn định, việc cạn kiệt hàng tồn kho linh kiện sẽ trực tiếp dẫn đến thiết bị ngừng hoạt động, từ đó khiến toàn bộ nhà máy ngừng sản xuất.
Một vấn đề nghiêm trọng khác là thuốc kháng quang. Quy trình sản xuất thuốc kháng quang là: Naphtha → Propylene → Propylene oxide (PO) → PGME → PGMEA → Thuốc kháng quang (Chú thích). Năm công ty Nhật Bản (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., JSR, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Fujifilm và Sumitomo Chemical Co., Ltd.) độc quyền hơn 90% thị trường thuốc kháng quang toàn cầu, và gần như tất cả năm công ty này đều mua PGME và PGMEA từ nhà sản xuất Nhật Bản Daicel. Nếu bất kỳ mắt xích nào trong chuỗi cung ứng này bị gián đoạn, các nhà máy bán dẫn toàn cầu sẽ ngừng hoạt động.
Vậy, tại sao các nhà máy bán dẫn không đóng cửa? Trước tiên, hãy xem xét tình hình sản xuất naphtha. Hình 4 cho thấy sản lượng naphtha theo khu vực. Khoảng 1 tỷ tấn naphtha được sản xuất hàng năm trên toàn cầu, trong đó khoảng 18% (khoảng 180 triệu tấn) đến từ Trung Đông. Trong số 1 tỷ tấn naphtha này, khoảng 600 triệu tấn được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ethylene, khoảng 200 triệu tấn được sử dụng làm phụ gia xăng, và khoảng 100 triệu tấn được sử dụng làm BTX (benzen, toluen, xylen). Ít hơn 1 triệu tấn, tức là dưới 0,1% tổng sản lượng naphtha toàn cầu, được sử dụng để sản xuất vật liệu bán dẫn như PGME, PGMEA và thuốc kháng quang.
Hình 4: Sản lượng Naphtha theo Khu vực và Toàn cầu (2025-2026) Nguồn: Ước tính của tác giả dựa trên công suất lọc dầu toàn cầu, lượng dầu thô được chế biến và tỷ lệ thu hồi naphtha (khoảng 15-20%).
Do đó, ngay cả khi việc phong tỏa eo biển Hormuz dẫn đến tình trạng thiếu hụt naphtha, Daicel và các nhà sản xuất thuốc kháng quang vẫn có thể được ưu tiên đảm bảo nguồn cung cấp lượng naphtha cực nhỏ này cho vật liệu bán dẫn. Vì tỷ lệ naphtha được sử dụng cho thuốc kháng quang là rất nhỏ, cấu trúc này giúp việc đảm bảo nguồn cung vật liệu bán dẫn trở nên dễ dàng hơn.
Tình hình của khí heli (He) lại hoàn toàn khác. Như thể hiện trong Hình 5, sản lượng khí heli hàng năm toàn cầu là 190 triệu mét khối, trong đó Mỹ chiếm 42,6% và Qatar chiếm 33,2%. Việc gián đoạn nguồn cung khí heli từ Qatar sẽ đồng nghĩa với việc mất đi một phần ba nguồn cung toàn cầu. Hơn nữa, ngành công nghiệp bán dẫn ước tính tiêu thụ khoảng 21% đến 24% lượng khí heli toàn cầu, tức là từ 39 đến 46 triệu mét khối mỗi năm. Lượng cung cấp khí heli hàng năm của Qatar là 63 triệu mét khối, vượt quá tổng mức tiêu thụ hàng năm của ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu. Ngay cả một so sánh định lượng đơn giản cũng cho thấy tác động to lớn của nó.
Hình 5: Sản lượng Khí Heli theo Khu vực và Toàn cầu (2025). Nguồn: Dữ liệu năm 2026 từ Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS)
Tuy nhiên, có ba lý do khiến các nhà máy bán dẫn chưa đóng cửa.
Thứ nhất, "dự trữ" là chìa khóa; Các nhà sản xuất khí như Linde, Air Liquide, Air Products và Iwatani đã dự trữ một lượng khí nhất định, điều này giúp hấp thụ cú sốc ban đầu.
Thứ hai, liên quan đến "hàng tồn kho và tái chế", các công ty đã tăng hàng tồn kho dựa trên kinh nghiệm thiếu hụt khí heli trước đây, TSMC và Samsung Electronics đã triển khai hệ thống thu hồi khí heli (mặc dù không phải toàn bộ).
Thứ ba, theo "quy tắc cung cấp ưu tiên", thứ tự ưu tiên là Y tế → Hàng không vũ trụ/Quốc phòng → Ngành công nghiệp bán dẫn → Công nghiệp chung → Bóng bay, và những thứ bị cắt giảm đầu tiên là bóng bay và các mặt hàng công nghiệp chung.
Tuy nhiên, khí heli (He) không thể lưu trữ lâu dài. Heli lỏng cần được lưu trữ ở nhiệt độ siêu thấp dưới -269°C và khoảng 1% lượng heli bị thất thoát do bay hơi mỗi ngày. Do đó, nếu không được bổ sung kịp thời, lượng dự trữ heli sẽ giảm xuống dưới 75% trong vòng 30 ngày, dưới 50% trong vòng 70 ngày và dưới 10% trong vòng 230 ngày. Ngoài ra, việc vận chuyển heli lỏng yêu cầu sử dụng container ISO chuyên dụng, và chỉ có vài trăm container như vậy trên toàn cầu.
Hơn nữa, hàng tồn kho khí heli tại các nhà máy bán dẫn chỉ có thể duy trì từ vài ngày đến vài tuần, trong khi hàng tồn kho tại các công ty khí đốt và trung tâm hậu cần có thể duy trì từ vài tuần đến vài tháng, điều này có nghĩa là ngay cả khi huy động tất cả các nguồn lực có sẵn, việc cung cấp cũng chỉ có thể duy trì tối đa khoảng sáu tháng. Nói cách khác, tác hại của việc gián đoạn nguồn cung khí heli còn lớn hơn nhiều so với tình trạng thiếu hụt thuốc kháng quang có nguồn gốc từ naphtha. Cuộc khủng hoảng khí heli hiện tại chưa được giải quyết, mà chỉ bị trì hoãn tạm thời.
Tác động đến Bán dẫn Logic
Nếu việc gián đoạn nguồn cung khí heli (He) kéo dài quá lâu, các thiết bị logic tiên tiến sẽ chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Việc hình thành cấu trúc GAA (cấu trúc nanosheet cổng bao quanh) cho quy trình 2nm (N2) liên quan đến nhiều quy trình đòi hỏi kiểm soát nhiệt độ chính xác, chẳng hạn như mọc thêm tinh thể nhiều lớp Si và SiGe, khắc plasma có chọn lọc lớp hy sinh SiGe và lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) lớp cách ly bên trong (Hình 6). Trong số đó, khắc plasma SiGe là quy trình khó khăn nhất và không thể thiếu khí heli. Nói cách khác, không có khí heli, bản thân quy trình GAA cũng không thể thực hiện được.
Hình 6. Nhiều bước trong quá trình hình thành nanosheet GAA đòi hỏi kiểm soát nhiệt độ chính xác. Nguồn: Được điều chỉnh và chú thích bởi Takashi Yunogami dựa trên sơ đồ quy trình GAA nanosheet của IBM Research (IEDM 2019-2021), với bổ sung của tác giả.
Hình 7 cho thấy tác động của việc gián đoạn nguồn cung khí heli đến các node bán dẫn logic và thời gian dự kiến ngừng hoạt động của nhà máy bán dẫn. Các chip logic thế hệ tiếp theo tiên tiến A14 và N2 được sản xuất bởi các công ty như TSMC, Samsung, Intel và Rapidus bị ảnh hưởng "cực kỳ nghiêm trọng", khiến nhà máy ngừng hoạt động ngay lập tức sau khi nguồn cung khí heli bị gián đoạn, tối đa là ba tháng. Chip N3 cũng sẽ ngừng sản xuất trong vòng ba tháng, chip N5 và N7 sẽ ngừng sản xuất trong vòng sáu tháng.
Hình 7: Các Node Bán dẫn Logic, Ứng dụng Chính và Thời gian Dự đoán Ngừng hoạt động của Nhà máy Bán dẫn (Màu hồng biểu thị nhà máy bán dẫn Nhật Bản, ứng dụng chính và mối quan hệ với ngành công nghiệp ô tô)
Đặc biệt đáng chú ý là các node trưởng thành: 10-28nm (bao gồm Nhà máy thứ nhất của TSMC ở Kumamoto) sẽ ngừng sản xuất trong 6-12 tháng, bán dẫn ô tô, tương tự và công suất của các công ty như Renesas và Rohm (40nm trở lên) cũng sẽ ngừng sản xuất sau 12 tháng, tất cả đều có thể dẫn đến "sự hủy diệt của ngành công nghiệp ô tô".
Điều này là do, ngay cả ở các node quy trình trưởng thành, các tiêu chuẩn chứng nhận cho bán dẫn ô tô cũng cực kỳ nghiêm ngặt, và các nhà sản xuất ô tô sẽ không chấp nhận chip không sử dụng quy trình khắc khô bằng khí heli. Nói cách khác, vấn đề gián đoạn nguồn cung khí heli không chỉ là rủi ro đối với công nghệ tiên tiến.
Nếu nguồn cung khí heli từ Qatar duy trì ở mức bằng không, ngành công nghiệp bán dẫn có thể tồn tại trong bao lâu?
Trong 0-3 tháng đầu tiên, tình hình có thể được kiểm soát thông qua hàng tồn kho, lưu trữ ngầm, tăng các chuyến bay từ Mỹ và phân bổ lại cho các mục đích sử dụng khác nhau; mặc dù giá sẽ tăng vọt, các nhà máy bán dẫn chính vẫn sẽ tiếp tục hoạt động.
Trong vòng 3 đến 6 tháng, việc cắt giảm hạn ngạch sẽ bắt đầu, đầu tiên là từ những người dùng không có hợp đồng, các nhà máy bán dẫn nhỏ, viện nghiên cứu, quy trình hậu đạo và sản phẩm thông thường.
Trong 6 đến 12 tháng tiếp theo, một số hạn chế hoạt động (bao gồm cả hạn chế hoạt động của các nhà máy bán dẫn tiên tiến) sẽ trở thành hiện thực, gây gánh nặng đặc biệt nặng nề cho các quốc gia châu Á như Hàn Quốc, Trung Quốc và Nhật Bản vốn phụ thuộc vào việc nhập khẩu heli lỏng đường dài.
Nếu tình trạng thiếu hụt kéo dài hơn một năm, ngành công nghiệp bán dẫn sẽ buộc phải ưu tiên sản xuất sản phẩm nào, trừ khi việc tăng sản lượng từ các quốc gia như Mỹ, Canada, Algeria và Nga có thể lấp đầy khoảng trống 33%.
Điều này cho thấy, cuộc khủng hoảng này sẽ không khiến tất cả các nhà máy bán dẫn đồng loạt đóng cửa, mà sẽ xảy ra một cách âm thầm theo thứ tự sau: phân bổ → giá tăng mạnh → giảm sản lượng sản phẩm cũ, lợi nhuận thấp → ngừng hoạt động một phần theo khu vực và công ty.
*Tuyên bố: Bài viết này là sáng tạo của tác giả gốc. Nội dung bài viết thể hiện quan điểm cá nhân của họ. Việc chúng tôi đăng tải chỉ nhằm mục đích chia sẻ và thảo luận, không đồng ý hoặc tán thành, nếu có ý kiến phản đối, vui lòng liên hệ với quản trị viên.
Bài viết này đến từ tài khoản WeChat công khai "Semiconductor Industry Vertical and Horizontal" (ID: ICViews), tác giả: Takashi Yunogami
