Пхотолитхограпх АСМЛ. Извор: арсцомп.ру
Нигде се померити удесно
Зашто је Русији потребна сопствена фотолитографија и шта она може да уради?
Вреди почети мало даље. По многима, у 2. веку знак развоја државе је способност производње високотехнолошких производа. На пример, паметни телефони или лаптопови. Строго говорећи, Русија у потпуности испуњава ову квалификацију - земља производи прилично конкурентну опрему. Овде је Битблазе Титан домаћи лаптоп или ИотаПхоне XNUMX је домаћи паметни телефон. Лаптоп је такође направљен око руског осмојезгарног процесора Баикал-М. Чини се да је разлог за понос спреман - позивамо све на славље. Али овде почињу нијансе.
И паметни телефон и лаптоп само су производ компилације увезених компоненти и финог подешавања читавог техничког оркестра. Посао није лак и захтева квалитетан мозак, али има доста рањивости. Зависност од добављача, пре свега. Чувени Бајкал-М је домаћи само по дизајну. И овде није све потпуно руско – процесорско језгро британске канцеларије АРМ. Производња производа од А до Ш организована је у погонима тајванског гиганта ТСМЦ.
Слично, процесор за паметне телефоне „Скиф“ се производи из зеленоградског СПЦ „Елвис“ – „Електронски рачунарски и информациони системи“. Тачније, направљено је: тајвански произвођач је одбио све руске програмере.
Силицијумски кристал након фотолитографије. Извор: домотицзфак.ру
У нашој земљи је створена добро развијена индустрија дизајна микрочипова. Међу лидерима су МЦСТ Елбрус, Баикал Елецтроницс, СТЦ Модул, Синтацоре и горе поменути СПЦ Елвис. Иронија је у томе што самостално развијени чипови Баикал-М и најнапреднији из линије Елбрус, Русија није у стању да их производи сама. Тренутно најбоља руска фабрика микропроцесора "Микрон" спремна је да производи производе по 90 нанометарској технологији. У редоследу пилот производње могуће је и 65 нм. Бајкал-М је дизајниран за 28нм процесну технологију, а Елбрус-16Ц је генерално за 16нм. Да ли је ово трагедија? Не, то није битно за технолошку независност земље.
Чињеница је да су технички процеси савладани у Русији више него довољни и за одбрамбену индустрију и за цивилни сектор. У опсегу од 65 до 180 нм, домаћи произвођачи могу да граде процесоре за савремене алатне машине, сервере, кућну, аутомобилску и војну опрему. Релативно говорећи, крстарећој ракети нису потребни чипови на архитектури од 5-10 нанометара. Такве суптилне технологије су потребне за паметне телефоне и другу технологију која се може носити. На пример, 5нм чипови су уграђени у Сони Плаистатион играће конзоле. Али у Русији се они не производе.
На први поглед, све је у реду - постоје домаћи и прилично квалитетни произвођачи, програмери су такође у реду, остаје само да се прилагоде захтевима домаћег тржишта. Али постоји једно упозорење - сва производна опрема је искључиво увезена. Пре свега фотолитографије, критичне компоненте фабрике микропроцесора.
Фотолитографије су наше све
Ако погледате било коју руску производњу микропроцесора, било да је то Микрон, Миландер, Модул или Елвис, свуда постоје холандске (АСМЛ) или јапанске (Никон, Цанон) фотолитографије. Наравно, сада се чак ни резервни делови за ову опрему не могу званично испоручити у Русију, а да не говоримо о готовим машинама. И није лако направити фотолитографију самостално. Тачније, веома је тешко.
Мало теорије. Свака фотолитографска машина је веома слична машинама за штампање фотографија. Само што је све много компликованије и скупље. На пример, комплет фотомаски за штампање чипова може коштати до 10 милиона долара. Преко ових шаблона ултраљубичасти емитер (најчешће ласер) пројектује коло на силицијумски кристал обложен фотоосетљивом композицијом – тако се појављује будући бланко микрочипа.
Овај поступак експозиције се понавља много пута, испресецан нагризањем, допирањем, сушењем и таложењем. Савремени процесори могу да садрже 12 или више слојева, који се састоје од транзистора са ефектом поља, проводника и других компоненти. И ово је све на објекту, 100 хиљада пута мање од дебљине људске длаке. Наравно, производња је организована у ултра чистим просторијама иу посебним зградама изолованим од спољашњих вибрација. Стручњаци воле да кажу да чак и трамвај који пролази неколико блокова од фабрике може утицати на тачност производње чипова.
Стварни монополист међу произвођачима фотолитографија је холандски АСМЛ. Јапански Никон и Цанон чине много мање савршене. Светски центар за производњу микрочипова на тим истим фотолитографијама налази се на Тајвану.
Домаћи пројекти сопствених фотолитографија појавили су се пре 10–12 година, али је тада, из неког разлога, одлучено да се овај правац замрзне. Управо одмрзнуто. У Нанотехнолошком центру Зеленоград, по налогу Министарства индустрије и трговине, почели су да развијају машину за 130-нм процес. Према најконзервативнијим проценама, биће потребно и до десет година. Једно је направити прототип који ради, а сасвим друго осигурати несметан рад већ серијских производа.
Други пројекат се фокусира на фотолитографију за 350нм процесну технологију. Такви чипови су у великој потражњи, на пример, у одбрамбеној индустрији. До недавно, војно-индустријски комплекс је углавном управљао микропроцесорима од 600 нм, па чак и микрона.
Фабрика Микрон у Зеленограду. Овде се праве најнапреднији микропроцесори у Русији. Извор: Зеленоград-инфо.рф
Проблем је што Русија није у стању да 100 одсто замени све производне ланце и компоненте сопственим сировинама. Чак и ако успете да направите сопствену фотолитографију, мораћете да формирате читаву индустрију потрошног материјала и компоненти. На пример, неколико компанија у свету производи течни фоторезист потребан за развој „узора“ на силиконском чипу.
Наравно, све ово история пословаће са губитком, о било каквим тржишним односима не може бити говора. Држава ће морати да субвенционише и производњу микрочипова и монтажу будућих фотолитографија. Већина производа ће ићи у владине агенције, пошто практично не постоји широко тржиште за домаћу микропроцесоску технологију.
Русији је потребна сопствена фотолитографија не на крају садашњег миленијума, већ за две-три године. Ресурс увезене опреме ускоро ће нестати, а цела микроелектронска индустрија ће једноставно стати. Наравно, можете купити нешто од Кинеза, али чак ни они неће испоручити своје најсавременије радове у Русију. Штавише, није све у реду са развојем микропроцесорских машина код наших суседа.
Пекинг је дуго био под „фотолитографским“ санкцијама, и још није у стању да самостално производи производе мање од 45-нанометарске процесне технологије. Пример за то је Хуавеи, којем је Трамп 2018. забранио да наручује микрочипове на тајванском ТСМЛ-у. Као резултат, стагнација и губитак тржишта у односу на успешније конкуренте. Не зна се да ли ће Хуавеи успети да изађе из рупе, али компанија је већ патентирала фотолитограф за 10-нанометарску процесну технологију. Међутим, од патента до готовог узорка могу проћи године.
Холандски АСМЛ развија револуционарне фотолитографије на екстремном ултраљубичастом (ЕУВ) најмање двадесет година, омогућавајући штампање чипова коришћењем 5-нанометарске технологије и чак ниже. А такав пројекат коштао је око 20 милијарди долара.
Ево фотолитографије замахнуте у Росатом. Реч је о пројекту Националног центра за физику и математику у Сарову, насталом указом председника.
ЕУВ фотолитографија из АСМЛ. Извор: равенфиле.цом
Још мало теорије. Зашто уопште стварати ЕУВ?
Све је у вези са таласном дужином ултраљубичастог зрачења који се користи у конвенционалним фотолитографијама - око 120-140 нанометара. Физички закони не дозвољавају, чак ни уз све могуће трикове, стварање тополошких чипова испод 40–65 нм. АСМЛ је одлучио да радикално смањи радну таласну дужину зрачења на 13,5 нм, односно, заправо се спустио на меке рендгенске зраке. Да никог не би уплашио, технологија је добила назив "екстремна ултраљубичаста".
На папиру је све једноставно - мање таласне дужине, мање резолуције. Штампајте чипове до 2нм. Главне потешкоће настају код самог зрачења - рендгенски таласи од 13,5 нм апсорбују све, од ваздуха до сочива. Оптика је замењена системом високотехнолошких огледала, које у свету може да направи само немачки Царл Зеисс. Укратко, храпавост на сваком таквом производу не би требало да прелази 1 нм. Наравно, фотолитографија је могућа само у условима високог вакуума, што ствара додатне потешкоће и за програмере и за технологе. Само зрачење се формира након што моћни ласер бомбардује кап калаја, која се претвара у плазму која генерише жељени талас од 13,5 нм.
Генерално, пројекат домаће ЕУВ фотолитографије упоредив је по сложености са свемирским програмом. Ово је прави изазов и за руску индустрију и за научне организације. Према речима академика Руске академије наука Александра Сергејева, у Институту за физику микроструктура постоје домаћа развоја рендгенских огледала, а Росатом је спреман да обезбеди вишекиловатне ласере.
Паралелно, Институт за примењену физику креирао је „прототип прототипа” фотолитографије који омогућава стварање чипова коришћењем 7-нанометарске технологије. Али, понављамо, од стварања прототипа до серијског производа могу проћи године, ако не и деценије.
Национални центар за физику и математику у Сарову. Извор: атомиц-енерги.ру
Још револуционарнији је пројекат рендгенске нанолитографије без маске, који се развија у Националном истраживачком центру „Курчатовски институт“ и Московском институту електронске технологије. Прототип је већ спреман, чије ће тестирање почети 2026-2027.
Добри Вести а прогнозе у погледу изгледа прве домаће фотолитографије и даље су више него лоше. Али наша индустрија је недавно по навици померила време стварања готових производа снажно удесно. Ово се посебно односи на авијација, аутомобилску и друге критичне индустрије. Да ли ће се микроелектроника наћи на овој тужној листи, показаће време.