Заместитель министра промышленности и торговли России Василий Шпак сообщил, что первый российский литограф уже создан и проходит испытания.
С его помощью можно выпускать большеразмерные чипы с топологией в 350–130 нм. Следующим шагом станет литограф на 90–65 нм.
Однако нужно понимать, что Россия полностью утратила компетенции по разработке классических фотолитографов — ключевой технологии производства микроэлектроники.
Дабы начать возрождение этой технической отрасли, в 2021 году были выделены почти 6 миллиардов рублей на разработку, по сути, аналога литографической машины компании "ASML" — «PASCAL 5500/300C» 2002 года выпуска.
Так как компетенции были полностью утрачены, то вот просто так взять и создать собственный литограф, пусть даже 22-летней давности, не получится.
И пример тому — Китай, который выпускает собственные фотолитографы, способные производить 90-нанометровые топологические структуры, и вот уже 15 лет не может разработать фотолитографическую машину для более тонких техпроцессов.
В Википедии, кстати, приводят неверную информацию, так как никаких 28-нанометровых структур формировать китайские фотолитографы неспособны.
Который год новостные издания заявляют о разработке нового фотолитографа на 28–14 нм, но воз и ныне там.
В реальности в 2024 году ничего подобного в Китае так и не появилось.
Почему до 90 нм?
Потому что это, можно сказать, «форсированная машина», где используется проекционный объектив с четырёхкратным уменьшением, то есть из технологии 280 нм выжали техническими ухищрениями 90 нм.
Есть сведения, что «SSX-600» оснащены фторид-аргоновым (ArF) эксимерным лазером, излучающим когерентный ультрафиолетовый свет с длиной волны 193 нм, правда, западного (а точнее, японского) производства, но тогда ещё больше непонятно, что за проблемы возникли у Китая при совершенствовании этой технологии до 65 нм и менее.
Как видим, для разработки более передового фотолитографа на 45-28 нм требуется разработка нового эксимерного лазерного источника с длиной волны 193 нм.
- После введения США запрета на продажу в Китай передовых фотолитографов с длиной волны 13,5 нм у китайских разработчиков возникли серьёзные трудности с созданием собственного аналогичного фотолитографа. Кроме того, в 2024 году под запрет попали фотолитографы с длиной волны 193 нм и технологии для их производства, в том числе лазерные источники, что ещё больше осложнило задачу.
Китай отстаёт от мирового лидера в создании фотолитографов, голландской компании "ASML", более чем на 19 лет, и это отставание продолжает расти. Чтобы сократить разрыв, Китай вкладывает значительные средства в разработку и создание фотолитографа со сверхвысоким разрешением, который будет способен формировать топологию до 28 нм.
На данный момент Китай уже вложил в эту технологию более 5 млрд долларов, но этого оказалось недостаточно. Недавно был объявлен пакет помощи полупроводниковой промышленности на сумму 143 млрд долларов.
Это в два раза больше, чем у аналогичного пакета субсидирования микроэлектронной отрасли в США.
Проблема создания и освоения новых технологий в микроэлектронике не имеет прямой зависимости от финансирования, то есть проблемы тут явно не в деньгах, а в сложности самой технологии, которую вот так просто с наскока не освоить.
Поэтому Зеленоградскому нанотехнологическому центру (ЗНТЦ), которому выделили финансирование на разработку первого российского фотолитографа, активно помогают специалисты минского предприятия «Планар».
«Планар» — когда-то единственное предприятие в СССР, специализирующееся на промышленном производстве литографического оборудования. К счастью, оно смогло сохраниться и дожить до нынешних дней и не потерять компетенций хотя бы в этих уже устаревших технологиях, в отличие от российского «Микрона».
На текущий момент оборудование завода «Планар» в состоянии производить степперы на 350 нм, работающие на ограниченном поле, есть даже безмасочные степперы.
- Степпер — это разновидность литографической установки (фотолитографа).
Кто бы что ни говорил, но создание литографа ЗНТЦ, аналогичного по техническим характеристикам выпускаемому на «Планаре», всего за 1,5 года (и за жалкие 11 миллионов долларов) — это довольно внушительный результат.
- Общая сумма финансирования программы разработки — 67 миллионов долларов (выдаётся частями: например, в 2021 году выдано 11 миллионов долларов).
Экспериментальный литограф ЗНТЦ будет работать на длине волны 248 нм — так же, как и китайские машины.
При этом за полтора года с нуля было сделано следующее:
— разработаны составные части технических проектов;
— изготовлены макеты ключевых узлов установки;
— разработана конструкторская, технологическая, проектная и эксплуатационная документация;
— изготовлен технологический стенд;
— изготовлен опытный образец эксимерного лазера с источником излучения 248 нм;
— изготовлен опытный образец эксимерного лазера с источником излучения 193 нм;
— изготовлен опытный образец установки с источником излучения 365 нм.
Опытный образец позволяет создавать чипы с топологией 350 нм.
До 2026 года будет создана установка с длиной волны излучения 193 нм, способного формировать топологию чипов в 80 нм.
18 сентября 2024 года пришло уже наглядное подтверждение, когда Василий Шпак посетил ГК «Лассард» (российские лазерные системы), где ему были продемонстрированы уже произведённые опытные образцы эксимерного лазера.
Первый лазер — с длиной волны 248 нм (ультрафиолет, MUV) предназначен для создания чипов размером до 130 нм.
Второй лазер — с длиной волны 193 нм (глубокий ультрафиолет, DUV) предназначен для применения в литографических сканерах с технологической нормой до 80 нм.
Планируются провести полный цикл испытаний в 2025 году, а в 2026-м наладить серийное производство.
- Литограф с длиной волны излучения 193 нм, способный формировать топологию чипов в 80 нм, должен быть создан до 2026 года, так что по срокам разработки укладываемся вовремя, хотя, конечно, некоторый сдвиг в сроках вполне вероятен.
Хоть это и не заявлено в технических требованиях, но использование источника излучения, который даёт длину волны 193 нм, претендует на возможность в будущем перейти на более тонкие техпроцессы в 65-28 нм.
Это подтверждается словами Василия Шпака, который ранее сообщил, что в настоящее время активно ведутся опытно-конструкторские работы для компонентов литографических линий, использующих технологии 90 и 65 нанометров.
Разумеется, справедливо возникает вопрос: а зачем нам разрабатывать литографы со столь отсталыми технологическими характеристиками, ведь что такое 90 или 80 нм в 2027 году, когда та же «TSMC» или «Интел» собирается к этому времени получить первые предсерийные образцы чипов с топологией 1,4 нм?
- 130 нм — это, по сути, передовые технологии 2001 года. Но всё же большая часть производства тогда приходилась на нормы 750-350 нанометров.
Так вот, даже сегодня техпроцесс больше 130 нм превышает объём рынка более передового техпроцесса на 90–45 нм, так как нормы 600–130 нм применяются в так называемых «большеразмерных решениях»: в автопроме, энергетике, телекоммуникациях и т.д.
- То есть технические нормы, разрабатываемые сегодня в России (350–80 нм) будут ещё очень долго актуальными. По крайней мере, до 2050 года — точно.
Техпроцесс больше 200 нм всё ещё очень востребован в мире, а нормы от 200 до 65 нм — это почти половина всех выпускаемых интегральных схем в мире.
Большинству товаров народного потребления не требуются передовые техпроцессы, а в военной или космической продукции вообще желательно, чтобы техпроцесс был крупнее (до разумных пределов, разумеется).
Там важна защищённость и отказоустойчивость, реализовать которые намного проще при топологических нормах более 90 нм.
- Техпроцессы от 600 до 350 нм используются в отдельных автомобильных микросхемах, высоковольтных микросхемах управления питанием и прочих продуктах со смешанным сигналом.
- Нормы от 350 до 180 нм используются в высоковольтных микросхемах для драйверов небольших панельных дисплеев и мобильных модулей управления питанием.
- Нормы 180 — 90 нм для использования в отдельных автомобильных микросхемах, высоковольтных микросхемах управления питанием и устройствах смешанного сигнала со встроенной технологией энергонезависимой памяти и т. д.
Большинство компонентов систем Wi-Fi и Bluetooth, 4G и 5G и даже 6G связи созданы по технологическим нормам 180, 110 и 90 нм.
Без всего этого обойтись нельзя, потому подобные проектные нормы будут ещё долго востребованы.
Более того, даже современные предприятия микроэлектронной промышленности, которые могут похвастаться передовыми технологиями, используют, на первый взгляд, устаревшие нормы. Например, американская компания «GlobalFoundries» производит интегральные схемы с проектными нормами от 600 до 12 нанометров.
Наиболее передовые технологии компании — это производство с нормами 14 и 12 нанометров. Однако компания не смогла освоить техпроцессы на 10 и 7 нанометров и отказалась от дальнейших разработок в пользу более зрелых техпроцессов в силу их большего потенциала на потребительском рынке.
- Например, «GlobalFoundries» в 2017 году запустила две дополнительные линии по производству техпроцесса на 110–350 нм.
Большая часть производства европейской компании «STMicroelectronics» базируется на техпроцессах 180, 130, 90 и 65 нм. В мире всего три компании, которые смогли освоить массовое производство интегральных схем по техпроцессу менее 10 нм: «TSMC» (Тайвань), «Samsung» (Южная Корея) и «Intel» (США).
Все остальные крупнейшие контрактные производители микросхем в мире обладают следующими передовыми технологиями:
- компания «GlobalFoundries» с заводами в США, Германии и Сингапуре — техпроцесс 14-12 нм;
- «STMicroelectronics» — 65-28 нм;
- компания UMC с заводами на Тайване, в Китае и Сингапуре, специалисты которого сейчас работают в России, —техпроцесс 14 нм;
- компания «SMIC» — самая передовая национальная компания Китая — техпроцесс 22-14 и мелкосерийно 7 нм;
- компания «TowerJazz», имеющая заводы в Израиле и США, — техпроцесс 45 нм);
- компания «HH Grac» с заводами в Китае —техпроцесс 90 нм;
- компания «VIS» на Тайване — техпроцесс 110 нм;
- компания «Powerchip» на Тайване — техпроцесс 20 нм;
- компания «Dongbu HiTek» на Тайване — техпроцесс 90 нм;
- в Японии самыми передовыми нормами в 15 нм обладает компания «Kioxia», выпускающая продукцию «SanDisk».
Стоит ли говорить, что 90% всего литографического оборудования, установленного на этих мировых фабриках, сделано в "ASML"?
- У китайской "SMIC" так вообще 100% литографов от "ASML".
Поэтому тот факт, что в нашей стране наконец-то сделали первый шаг к технологической независимости — разработали собственный литограф, это большой успех.
В России ведётся разработка рентгеновской фотолитографии (EUV) с длиной волны 11,2–13,5 нанометра. Технологические нормы составят 28 нанометров и меньше, вплоть до единиц нанометров. В этом проекте планируется использовать ряд инноваций по сравнению с EUV-литографом компании ASML.
- Первый рентгеновский экспериментальный фотолитограф должен появиться в 2026 году.
Как бы странно это ни звучало, но научного и технического задела по самой передовой рентгеновской литографии у России больше, чем по обычным ультрафиолетовым литографам.
- Рентгеновская литография, или EUV-литографы, — это отдельный класс машин, сильно отличающихся по своим технологическим решениям от обычных литографических машин на лазерах с длиной волны в 248 и 193 нм.
EUV-литографы производит только нидерландская компания "ASML", и, возможно, в 2030 году будет производить ещё одна компания — из России.
Все остальные компании из США и Японии, пытаясь освоить EUV-литографию, потерпели сокрушительное фиаско на разных этапах.
- Так, японские технологические гиганты Nikon и Canon удалось создать действующие прототипы EUV-литографа, способного формировать структуры до 32 нм и менее, но не удалось решить ряд технических проблем, одной из которых было загрязнение рабочей зоны.
- В США, наоборот, решили проблему загрязнения, но им не удалось повысить разрешающую способность из-за малоэффективной системы отражения рентгеновских зеркал.
- Голландская "ASML", которой удалось решить все проблемы и стать монополистом в EUV-литографии, использовала наработки США по лазерным и оптическим системам (они купили американского производителя лазерного оборудования), а также передовые немецкие и российские оптические технологии, что и позволило им решить все проблемы.
"ASML" использовала российские линзы в прототипах EUV-машин, в серийных образцах используются линзы немецкой компании.
Осенью этого года в Институте физики микроструктур Российской Академии Наук (ИФМ РАН) состоится долгожданная презентация рабочего образца наносекундного лазера мощностью 60 Вт, разработанного в Институте прикладной физики РАН (ИПФ РАН). Этот лазер станет ключевым элементом источника экстремально-ультрафиолетового (EUV) излучения, который будет использоваться в новом российском рентгеновском фотолитографе.
Сама технология получения в России излучения с длиной волны 11,2 нм уже создана, наряду с рентгеновской линзой 400-кратного увеличения (мировой рекорд).
Уже созданный российский фотолитограф, предназначенный для изготовления микросхем с размером топологических элементов 350 нанометров, представляет собой установку весом 3,5 тонны и габаритами 2х2,6х2,5 метра. В состав этого устройства входят оптико-механическая система, объектив лазера с рабочей длиной волны 365 нм и широкий управляющий комплекс, в том числе автоматическая подача 200-миллиметровых кремниевых подложек.
Внедрение созданного в ГК «ЛАССАРД» эксимерного лазера с длиной волны 248 нм позволит добиться 130 нм техпроцесса на уже созданной установке.
Что касается фотолитографа Китая на 28 нм, то он всё же должен появиться, хотя бы просто потому, что они туда нереальное количество денег уже вбухали (в 450 раз больше, чем на аналогичную разработку в России), однако последние новости говорят о прототипе, который достиг разрешения в 65 нм.
Недавно министерство промышленности и информационных технологий Китая опубликовало документы, касающиеся разработок отечественной литографической машины. За 5 млрд долларов и 10 лет разработки им пока так и не удалось создать полноценный мере аналог литографу "ASML" 2005 года выпуска.
Судя по опубликованным данным, новейший китайский литограф, который проходит испытания, относится к классу систем литографии в глубоком ультрафиолете (DUV), на длине волны 193 нм.
Китайская машина "Huaguang" способна производить полупроводники по техпроцессу 65 нм. Однако старые голландские машины всё равно остаются лучше, потому что в спецификации Китая указано, что литографические линзы со сверхвысоким разрешением имеют наложения в 8 нм против 2,5 нм у голландского старичка.
Вот только есть небольшой нюанс: лазер там стоит японский. США пока разрешают Японии поставлять лазерные компоненты в Китай.
Постскриптум.
В Россию запрещено поставлять вообще любое литографическое оборудование и любые компоненты, позволяющие его создавать, даже самые древние литографы, в том числе б/у на 800 нм и более.
До недавнего времени даже Ирану, который находится 45 лет под санкциями США, разрешено было поставлять некоторые виды литографических машин, но для России запрещено вообще всё. Полный запрет действует с 2014 года, а запрет на поставку нового поколения машин действует с 2001 года.
Для Китая США ввели запрет на передовые разработки (EUV) в 2019 году, а в 2024 году — на современные DUV-литографы, способные произвести техпроцесс до 7–5 нм.
- В Китай всё ещё разрешены поставки литографов и оборудования 10–15-летней давности (65, 45, 28 и 14 нм).
Вопрос: почему США так боятся поставлять в Россию передовые технологии микроэлектроники, что запретили это делать ещё 23 года назад?
Ответ: Россия — единственная страна, способная в одиночку разработать EUV-литограф. И я расскажу об этом в следующем материале.
Предлагаю обсудить эту тему в моём Telegram-канале. Там вы можете задать вопрос, оставить комментарий к материалам, а также поделиться своим мнением. В "Телеграме" я делюсь дополнительным контентом на самые разные темы.
Поддержать канал в условиях лишения меня монетизации и постоянных блокировок можно тут:
