В современном мире собственные фабрики по производству процессоров по современным топологическим нормам (7 нм и меньше) остались только у таких разработчиков чипов, как Intel и Samsung. Все остальные компании, включая такие известные, как AMD и Apple, перешли в фаблесс-режим, то есть, они отправляют заказы на печать своих новейших процессоров на сторонние фабрики, такие, как тайваньская TSMC, располагающая оборудованием от нидерландской ASML, продавать которое России никто не собирается.
Отличие России состоит в том, что все сторонние фабрики и производители оборудования находятся в большей зависимости от США, чем от России, даже если лицензионно эта зависимость от России где-то и прослеживается. Заказы из США на чипы могут иметь более высокий приоритет, а в случае серьёзного военного конфликта с Россией (не важно кого, США или Китая, что в будущем теоретически возможно) поставки в нашем направлении могут даже остановиться. Поэтому хорошо бы, конечно, иметь свою независимую современную фабрику в России, чтобы соблюсти технологическую независимость от нашего потенциального противника.
Вместе с тем, фабрика на территории России предпочтительна и разработчикам российских чипов, поскольку это:
- Гарантированная цепочка поставки. Никто не может прервать логистику.
- Сокращение цикла разработки. Сокращение времени отправки заказа и получения промежуточных инженерных образцов.
- Сокращение стоимости инженерных образцов путём консолидации заказов на инженерные образцы (т.н. шаттл), которую проще выполнить на российской фабрике.
- Доверенное место производства. Гарантия того, что результат, полученный с фабрики, точно соответствует отправленной документации.
Однако есть кое-какое «но», а именно, сложность построения всего цикла производства процессоров в России с нуля. Ведь помимо оборудования для печати процессоров (а это не только оборудование экспонирования маски, но и оборудование по травлению, смыву фоторезиста, нанесения нового слоя фоторезиста и т.п.) нужно оборудование по производству фотошаблонов, с которых и осуществляется печать, оборудование для тестирования кристаллов непосредственно на пластине (поскольку при современных топологических нормах очень много брака, и его желательно выявлять как можно раньше), оборудование для резки пластин, для производства корпусов (напаивание кристалла на печатную плату), оборудование для тестирования уже корпусированных чипов и т.п.
Кроме всего вышеперечисленного, требуется организовать производство и самих пластин, на которых печатаются чипы, производство всей химии, для травления, легирования и т.п.
Кстати, хорошо бы иметь и свои программы проектирования чипов вместо, например, американской Synopsys (хотя в 2010 году Synopsys открыл R&D центр в Санкт-Петербурге, в котором ведется разработка ПО для процессорных решений ARC а также есть группа, работающая над инструментами фотолитографии). Но российских программ такого уровня у нас пока нет.
Поэтому сразу пересесть на всё собственное довольно затруднительно. Имеет смысл постепенно замещать кое-что, начиная «с краёв». Например, для начала запустить производство своих пластин, оборудования для тестирования, резки пластин, корпусирования и т.п. Также можно запустить производство необходимой химии (пока на продажу или для других типов производств, где эта химия тоже может быть использована).
Также имеет смысл не только самим за счёт государственных средств создавать какие-то производства (что обязательно надо делать), а одновременно пойти и по пути локализации каких-то из вышеупомянутых иностранных производств на территории России, предлагая международным компаниям льготные условия, такие, например, как льготный режим налогообложения, бесплатную электроэнергию и тепло (Россия, как энергетическая держава, может себе это позволить) и т.п. Пусть производят у нас, а продают по всему миру.
Отрадно заметить, что государство сегодня разрабатывает оба подхода, хотя на текущий момент ещё неизвестно, насколько успешно оно это делает. Информации в СМИ выдаётся не очень много.
Что сегодня имеем
На заводе Микрон у нас есть полный цикл производства чипов по технологическим нормам 90 нм и неполный цикл (часть неосновного оборудования отсутствует) по технологическим нормам 65 нм.
На фабрике TSMC в настоящее время освоено серийное производство по технологическим нормам 5 нм, а инженерные образцы можно делать уже по технологическим нормам 3 нм. В мае 2021 года IBM заявила о создании первого 2 нм чипа.
Что назревает
28 сентября 2021 года на торговой площадке «Росэлторг» появился примечательный лот на 670 млн. рублей от Министерства промышленности и торговли Российской Федерации:
НИР (научно-исследовательская работа) «Разработка установки безмасочной рентгеновской нанолитографии на основе МЭМС (микроэлектромеханической системы) динамической маски для формирования наноструктур с размерами от 13 нм и ниже на базе синхротронного и/или плазменного источника», шифр «Рентген-Литограф».
По сути, это исследование возможности разработки безмасочного рентгеновского нанолитографа для формирования наноструктур с предельными размерами объективно в районе 10 нм, меньше — вряд ли. Тут речь не про проектную технологическую норму а про разрешение литографии одиночной линии, а это немного разные вещи (см. таблицу 1). Сроком завершения работ значится 30 ноября 2022 года.
29 октября 2021 года заказ достался Национальному исследовательскому университету «Московский институт электронной техники», как единственному участнику. Этот университет основан в 1965 году и расположен в Зеленограде.
А ниже я приведу некоторые интересные, на мой взгляд, выдержки из конкурсной документации, вам понравится :-)
Цель и задачи выполнения НИР
Фотолитография является ключевой операцией в микроэлектронике. Уменьшение проектных норм позволит увеличить степень интеграции, тем самым увеличить производительность, объем памяти и снизить себестоимость чипов. Создание технологии и оборудования на базе действующих и запускаемых в стране синхротронов, в частности, на синхротроне ТНК «Зеленоград», НИЦ «Курчатовский институт», а также на базе отечественных плазменных источников, позволит обрабатывать полупроводниковые пластины с проектными нормами 28 нм, 16 нм и ниже.
Для снижения рисков получения неудовлетворительных результатов в НИР необходимо использовать научно-технические результаты и результаты интеллектуальной деятельности, полученные в рамках аванпроектов Фонда перспективных исследований (шифр «Филлит-А», «Филлит-А2», «Филлит-А3»).
Целью выполнения НИР является экспериментальная проверка основных технологических решений в области безмасочной рентгеновской нанолитографии: изготовление и экспериментальное исследование макетов МЭМС динамической маски (в вариантах конструкции с управлением коэффициентом пропускания рентгеновского излучения и с управлением коэффициентом отражения рентгеновского излучения), а также разработка на основе полученных результатов технического облика установки безмасочной рентгеновской нанолитографии, включая обоснование параметров источника рентгеновского излучения, оптической системы (включая МЭМС динамическую маску), вакуумной системы, системы совмещения и позиционирования.
Отечественные и мировые аналоги технологии безмасочной рентгеновской нанолитографии и разрабатываемого оборудования отсутствуют.
При выполнении НИР должны быть решены следующие задачи:
- Разработка, изготовление и экспериментальное исследование макетов МЭМС динамической маски: — в варианте конструкции с управлением коэффициентом пропускания рентгеновского излучения; — в варианте конструкции с управлением коэффициентом отражения рентгеновского излучения.
- Обоснование и разработка облика МЭМС динамической маски: — в варианте конструкции с управлением коэффициентом пропускания рентгеновского излучения; — в варианте конструкции с управлением коэффициентом отражения рентгеновского излучения.
- Разработка и экспериментальные исследования образцов резистов, чувствительных к рентгеновскому излучению.
- Обоснование и разработка облика синхротронной станции, работающей в качестве источника рентгеновского излучения.
- Обоснование и разработка облика плазменного источника рентгеновского излучения.
- Обоснование и разработка облика установки безмасочной рентгеновской нанолитографии.
- Разработка ТЗ на ОКР.
Состав изделия
В состав установки безмасочной рентгеновской нанолитографии должны входить:
- источник рентгеновского излучения (синхротронный или плазменный источник);
- оптическая система, включая МЭМС динамическую маску (в варианте конструкции с управлением коэффициентом пропускания или в варианте конструкции с управлением коэффициентом отражения рентгеновского излучения);
- вакуумная система;
- система совмещения и позиционирования;
- система управления.
Требования назначения
Установка безмасочной рентгеновской нанолитографии является ключевым технологическим оборудованием участка формирования рисунка для ЭКБ с проектными нормами 28 нм, 16 нм и ниже. Основные технические требования для разработки облика установки безмасочной рентгеновской нанолитографии приведены в Таблице 1.
Экспериментальное исследование макетов МЭМС динамической маски должно подтвердить обоснованность выбранных технических решений:
- Основные технические требования для разработки, изготовления и экспериментального исследования макета МЭМС динамической маски в варианте конструкции с управлением коэффициентом пропускания рентгеновского излучения приведены в Таблице 2.
- Основные технические требования для разработки, изготовления и экспериментального исследования макета МЭМС динамической маски в варианте конструкции с управлением коэффициентом отражения рентгеновского излучения приведены в Таблице 3.
- Экспериментальные исследования макета МЭМС динамической маски должны обеспечить возможность контроля изображения, создаваемого динамической маской, оценки скорости срабатывания оптических затворов, оценки устойчивости к выбранной дозе рентгеновского излучения и наработки на отказ при переключениях.
Экспериментальные исследования образцов резистов, чувствительных к рентгеновскому излучению с длиной волны 13,5 нм, должны позволить провести оценку их основных параметров: чувствительности, контрастности и проч.
Требования стойкости к внешним воздействиям
Изделия должны эксплуатироваться в условиях окружающей среды:
- температура окружающей среды 21.5±0.5°С;
- относительная влажность воздуха 45±5%;
Требования к механическим воздействиям не предъявляются.
Для размещения установки требуется помещение класса не ниже 4 ИСО по ГОСТ ИСО 14644-1-2002. Наличие агрессивных газов, паров и кислот в помещениях, где размещаются установка недопустимо.
Этапы выполнения НИР
Разработка установки безмасочной рентгеновской нанолитографии на основе МЭМС (микроэлектромеханической системы) динамической маски для формирования наноструктур с размерами от 13 нм и ниже на базе синхротронного и/или плазменного источника.
1. Разработка, изготовление и экспериментальное исследование макетов МЭМС динамической маски: — в варианте конструкции с управлением коэффициентом пропускания рентгеновского излучения; — в варианте конструкции с управлением коэффициентом отражения рентгеновского излучения.
Результат: ЭКД (электронная конструкторская документация) и ЭТД (электронная технологическая документация) на макеты МЭМС динамической маски. Экспериментальные стенды. Макеты МЭМС динамической маски. Программы и методики экспериментальных исследований. Протоколы экспериментальных исследований.
2. Обоснование и разработка облика МЭМС динамической маски: — в варианте конструкции с управлением коэффициентом пропускания рентгеновского излучения; — в варианте конструкции с управлением коэффициентом отражения рентгеновского излучения.
Результат: ЭКД на МЭМС динамические маски.
3. Экспериментальные исследования образцов резистов, чувствительных к рентгеновскому излучению.
Результат: Программа и методика экспериментальных исследований. Протокол экспериментальных исследований.
4. Обоснование и разработка облика синхротронной станции, работающей в качестве источника рентгеновского излучения
Результат: ЭКД на синхротронную станцию, работающую в качестве источника рентгеновского излучения.
5. Обоснование и разработка облика плазменного источника рентгеновского излучения.
Результат: ЭКД на плазменный источник рентгеновского излучения.
7. Обоснование и разработка облика установки безмасочной рентгеновской нанолитографии в составе:
- источник рентгеновского излучения (синхротронный источник или плазменный источник);
- оптическая система, включая МЭМС динамическую маску (в варианте конструкции с управлением коэффициентом пропускания или в варианте конструкции с управлением коэффициентом отражения рентгеновского излучения);
- вакуумная система;
- система совмещения и позиционирования;
- система управления.
Результат: ЭКД на установку безмасочной рентгеновской нанолитографии.
8. Разработка ТЗ (технического задания) на ОКР (опытно-конструкторские работы).
Результат: ТЗ на ОКР!
Вывод и заключение
Таким образом мы видим, что у России есть цель не только создать собственную фабрику по производству чипов по нормам 28 нм и ниже, о чём уже неоднократно проскакивала информация, но и использовать для неё собственное оборудование, если даже и не сразу, то чуть позже. А это значит, что в результате этого в руках у нас появятся технологии, которые мы сможем самостоятельно развивать дальше, достигая всё более тонких технологических норм независимо от внешнеполитических условий.
Да, безмасочная литография более медленная (производительность проектируемого литографа будет на несколько порядков ниже производительности промышленных степперов от ASML), и больше подходит для изготовления малых партий. Но малые партии на таком оборудовании делать на порядки дешевле, что сильно сэкономит ресурсы, например, разработчикам чипов, которым перед запуском в крупную серию обычно нужно делать пробные инженерные образцы своих чипов, и иногда не один раз.
С другой стороны, такое оборудование можно поставить каждому разработчику чипов или же консолидировать большое количество таких станков на одной фабрике для относительно крупносерийного производства. В любом случае, такое оборудование решает вопрос экономической целесообразности с относительно небольшими партиями процессоров для нужд одной страны, если не получится выйти на многомиллионный международный рынок. Кроме того, имея такое оборудование, можно весьма конкурентно выполнять внешние заказы из других стран на небольшие партии чипов. В общем, для России такое оборудование было бы очень кстати.
Вот такая примечательная информация оказалась у нас в свободном доступе. Жить становится всё интереснее и интереснее :-) В общем, наблюдаем за происходящем дальше, и держим руку на пульсе воскрешающейся российской микроэлектроники.
Ставьте лайки, пишите комментарии и подписывайтесь на мой канал. Думаю, в ближайшее время будет появляться всё больше и больше интересной информации по теме. Удачи! Пока! :-)
