Chip 3D có một vấn đề khó thấy theo đúng nghĩa đen: Startup muốn “nghe” lỗi nằm sâu bên dưới bề mặt

Khi chip bắt đầu phát triển theo chiều dọc, một phần ngày càng lớn của những thứ cần đo lại biến mất khỏi tầm nhìn. Mối nối giữa hai die, khoảng rỗng trong lớp liên kết, sai lệch ở giao diện đồng–đồng hay cấu trúc nằm dưới nhiều lớp vật liệu có thể quyết định một chip hoạt động hay bị loại bỏ, nhưng chúng không còn nằm trên một bề mặt thuận tiện cho kính hiển vi quang học hoặc điện tử quan sát.

Makr Microsystems, một startup metrology bán dẫn tại Bengaluru, đang đặt cược vào một cách tiếp cận nghe giống siêu âm thu nhỏ tới cấp nano: Acoustic Atomic Force Microscopy (AAFM). Thay vì chỉ “nhìn” bề mặt bằng đầu dò AFM, hệ thống đưa dao động âm học vào mẫu và đọc cách tín hiệu đó thay đổi sau khi tương tác với những cấu trúc bên dưới.

Ngày 3/9/2026, Makr công bố vòng seed trị giá 10,2 crore rupee, do Bluehill VC dẫn đầu với sự tham gia của Artha Venture Fund. Công ty cho biết số vốn sẽ được dùng cho phát triển công nghệ, xác thực với khách hàng và tiến tới triển khai thương mại. Đây là điểm quan trọng cần giữ đúng mức kỳ vọng: Makr đang xây công cụ cho nhà sản xuất chip, nhưng công nghệ chưa được mô tả như một hệ thống metrology đã triển khai đại trà trong fab.

Chip càng giống một “tòa nhà”, metrology càng khó nhìn từ trên xuống

Trong nhiều thập kỷ, một phần lớn bài toán đo lường bán dẫn xoay quanh các cấu trúc có thể tiếp cận từ bề mặt. Nhưng gate-all-around transistor, chiplet, hybrid bonding, through-silicon via và các kiến trúc đóng gói 2.5D/3D đang đẩy các giao diện quan trọng xuống sâu hơn trong cấu trúc.

Vấn đề không chỉ là “có nhìn thấy hay không”, mà còn là sự đánh đổi giữa độ sâu, độ phân giải, tốc độ và khả năng giữ nguyên mẫu. Một nghiên cứu năm 2026 về kiểm tra khuyết tật chôn sâu trong tích hợp 3D ghi nhận các void có thể xuất hiện từ độ sâu khoảng 1 đến 1.000 micromet; các công cụ như hồng ngoại, scanning acoustic microscopy và X-ray đều được dùng cho bài toán này, nhưng mỗi phương pháp có giới hạn riêng về độ phân giải hoặc khả năng xuyên sâu.

Điều đó tạo ra khoảng trống đặc biệt khó chịu ở những giao diện rất nhỏ. Nếu phải cắt mẫu để đưa vùng nghi ngờ vào SEM hoặc các kỹ thuật phân tích phá hủy, kỹ sư có thể đạt độ phân giải cao nhưng không còn khả năng kiểm tra cùng mẫu trong trạng thái nguyên vẹn. Với một quy trình sản xuất cần phản hồi nhanh để tối ưu yield, việc chỉ biết chính xác lỗi nằm ở đâu sau khi đã phá mẫu không phải lúc nào cũng đủ.

AFM vốn “sờ” bề mặt, Makr muốn dùng nó để nghe bên dưới

Atomic Force Microscopy không tạo ảnh theo cách camera hay kính hiển vi quang học làm. Một đầu dò cực nhỏ nằm ở đầu cantilever quét qua mẫu; tương tác giữa đầu dò và bề mặt được chuyển thành tín hiệu để dựng bản đồ ở độ phân giải rất cao. Điểm mạnh của AFM là cảm nhận những thay đổi cục bộ ở kích thước nano, nhưng ở chế độ thông thường nó chủ yếu cho biết chuyện gì đang xảy ra ngay tại bề mặt.

Acoustic AFM bổ sung một kênh thông tin khác. Sóng cơ học được đưa vào mẫu, truyền qua các lớp vật liệu rồi bị phản xạ, tán xạ hoặc suy hao khác nhau khi gặp cấu trúc có tính chất cơ học khác biệt. Đầu dò AFM đóng vai trò cảm biến rất cục bộ để đọc các thay đổi đó.

Trong một đơn đăng ký sáng chế PCT công bố tháng 1/2026, Ashwin Lal cùng Mohanasundaram S M và Sai Shiva Teja Panchadhara mô tả một kiến trúc acoustic-assisted AFM trong đó cantilever mang đầu dò được gắn với một bộ dao động thứ hai. Hệ thống kích thích gần tần số cộng hưởng của bộ dao động này để khuếch đại tín hiệu âm học, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào cộng hưởng tiếp xúc của chính cantilever.

Đầu dò được giữ tiếp xúc với mẫu, truyền dao động vào vật liệu và đồng thời cảm nhận tín hiệu quay trở lại. Một laser theo dõi chuyển động của cantilever; photodetector và lock-in amplifier sau đó tách các thành phần biên độ và pha để tạo ảnh. Tài liệu sáng chế cho thấy các ví dụ trên tinh thể silicon, vi mạch silicon và DVD, trong đó kênh âm học làm nổi bật những đặc trưng không hiện rõ chỉ bằng địa hình bề mặt.

Đây là lý do từ “nghe” trong tiêu đề chỉ là một phép mô tả trực quan. Thiết bị không thu âm chip bằng microphone. Nó dùng dao động cơ học tần số cao và một đầu dò scanning-probe để suy ra sự khác biệt nằm dưới bề mặt từ đáp ứng cơ học của mẫu.

Điểm Makr muốn giải quyết nằm ở vùng near-field

Siêu âm truyền thống gặp giới hạn nhiễu xạ: muốn nhìn chi tiết nhỏ hơn, thông thường phải tăng tần số, trong khi tín hiệu lại suy hao mạnh hơn và việc ghép sóng vào mẫu trở nên khó khăn. Với kích thước nanomet, chỉ thu nhỏ một hệ scanning acoustic microscopy thông thường là không đủ.

AAFM khai thác tương tác rất gần giữa đầu dò AFM và bề mặt. Trong vùng near-field, kích thước vùng cảm nhận có thể được chi phối bởi đầu dò nano thay vì đơn thuần bởi bước sóng âm học trong trường xa. Một bài tổng quan trên Nano Today năm 2026 mô tả acoustic AFM như sự kết hợp giữa khả năng xuyên không phá hủy của ultrasound và độ phân giải nano của AFM, đồng thời nhấn mạnh rằng throughput, mô hình hóa tín hiệu và khả năng xử lý các mẫu phức tạp vẫn là những bài toán đang được nghiên cứu.

Makr nói họ đã thay đổi hình học đầu dò và kiến trúc cảm biến để vừa tạo dao động vừa thu tín hiệu bằng phần cứng AFM tương đối quen thuộc. Trong danh sách startup của chương trình SEMI Startups for Sustainable Semiconductors, SEMI mô tả công ty đã trình diễn ảnh ở thang nanomet trên các mẫu có cấu trúc nông và sâu dưới bề mặt.

Điểm cần tách biệt là nanometer-scale imaging đã được mô tả công khai không đồng nghĩa với việc Makr đã chứng minh metrology ở độ phân giải ångström trên dây chuyền sản xuất. Website của công ty đặt mục tiêu xây công cụ cho “Angstrom resolution”, nhưng đây hiện là mục tiêu sản phẩm của startup. Những nguồn công khai độc lập hơn mà phu.lt kiểm tra mới xác nhận mô tả ở cấp nanomet, không phải một benchmark fab-scale cho toàn bộ hệ thống.

Không chỉ tìm void: bài toán là đo được một cấu trúc 3D mà không phá nó

Makr nhắm tới advanced packaging, hybrid bonding, buried interfaces, chiplet interconnects và defect detection. Đây là những nơi một khuyết tật rất nhỏ có thể nằm ngay tại giao diện mà mắt thường, quang học thông thường hoặc phép đo bề mặt không thể tiếp cận trực tiếp.

Ví dụ, trong hybrid bonding, hai bề mặt có các điểm nối đồng cực nhỏ phải căn chỉnh và tiếp xúc chính xác. Một void, vùng liên kết không hoàn chỉnh hay sai lệch vị trí có thể nằm bên dưới lớp vật liệu đã được ghép. Một công cụ subsurface metrology có giá trị không chỉ khi phát hiện “ở đây có gì đó bất thường”, mà còn khi đo được kích thước, vị trí và độ sâu đủ chính xác để kỹ sư liên hệ nó với một bước cụ thể trong quy trình sản xuất.

Đó cũng là lý do Makr không chỉ phát triển AAFM. Công ty cho biết nền tảng của mình còn kết hợp optical tomography và phần mềm phân tích dữ liệu 3D. Về nguyên tắc, nhiều modality khác nhau có thể bổ sung cho nhau: quang học cho trường quan sát lớn hoặc các lớp có thể xuyên sáng, trong khi kênh acoustic tập trung vào những cấu trúc bị che khuất và khác biệt cơ học.

Nút thắt tiếp theo không còn chỉ là “có nhìn thấy được không”

Để một kỹ thuật đo lường đi từ demo trong phòng lab vào fab, độ phân giải chỉ là một phần của bài toán. Nó còn phải quét đủ nhanh, lặp lại ổn định, tự động hóa được, hiệu chuẩn được trên nhiều loại wafer và cung cấp dữ liệu mà kỹ sư process có thể tin cậy.

Chính Ashwin Lal từng thừa nhận throughput và automation là những thách thức Makr phải giải quyết khi đưa Acoustic AFM lên quy mô thực tế. Điều này phù hợp với trạng thái của lĩnh vực nói chung: bài tổng quan về acoustic AFM năm 2026 cũng coi wide-field, high-throughput và real-time monitoring là các hướng cần tiếp tục phát triển, chứ không phải những khả năng đã mặc định có sẵn.

Vòng seed 10,2 crore rupee vì thế đáng chú ý chủ yếu ở chỗ Makr đang chuyển từ câu hỏi vật lý sang câu hỏi sản phẩm: liệu một đầu dò có thể “nghe” được cấu trúc chôn dưới silicon đã không còn là vấn đề duy nhất. Startup phải chứng minh rằng phép đo đó đủ nhanh, đủ ổn định và đủ dễ tích hợp để nhà sản xuất chip dùng nó lặp đi lặp lại trong quy trình kiểm soát chất lượng.

Nếu làm được, lợi thế không nằm ở việc thay thế toàn bộ X-ray, SEM hay acoustic microscopy hiện có. Khả năng hợp lý hơn là AAFM trở thành một lớp metrology bổ sung cho những vùng mà cấu trúc đã quá nhỏ cho một số kỹ thuật xuyên sâu nhưng lại quá sâu cho các công cụ bề mặt. Với chip ngày càng đi theo trục Z, khoảng trống giữa “nhìn rất rõ bề mặt” và “thấy được bên trong” đang trở thành một vấn đề sản xuất thực sự.

Nguồn tham khảo

• Makr Microsystems – thông tin chính thức về Acoustic AFM, optical tomography và 3D subsurface metrology.
• SEMI – Startups for Sustainable Semiconductors 2025, mô tả công nghệ và demo của Makr Microsystems.
• WO2026018229A1 – phương pháp tăng cường tín hiệu trong acoustic-assisted AFM imaging.
• The Economic Times – vòng seed 10,2 crore rupee của Makr Microsystems, 3/9/2026.
• Nano Today – “Seeing the invisible: Nanoscopy with acoustic AFM”, 2026.
• Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology – nghiên cứu về phát hiện void chôn sâu trong tích hợp 3D, 2026.