Новые фабрики по производству фотолитографических машин, ключевого оборудования в производстве микрочипов, в наши дни открываются очень и очень нечасто. Другое дело фабрики по производству самих микрочипов: они, наоборот, растут сейчас как грибы после дождя. А вот по-поводу «фотолитографических фабрик» даже трудно вспомнить, когда до этого года такое случалось в последний раз.
Наш советский завод «Планар» был построен в Минске в начале 60-х. Основные производственные мощности голландского фотолитографического передовика ASML были построены в городе Вельдховене ещё в конце прошлого века. Последняя крупная стройка ASML состоялась, пожалуй, в 2009 году: тогда был открыт новый комплекс по разработке и производству EUV фотолитографов. Конечно, такой гигант как ASML постоянно что-то строит: только в текущем году голландцы ввели в строй целый офисный комплекс из четырёх зданий, рассчитанный на работу четырёх тысяч сотрудников (общее число работников кампуса в Вельдховене превысило 20 тысяч человек). Однако офисы это одно, а производственные цеха — всё же другое.
Серьёзное расширение производственных мощностей мирового производителя фотолитографов №2, японской Nikon, последний раз происходило в 2008-2009 годах.Тогда были построены новые корпуса на фабрике в городе Кумагая (серийное производства фотолитографов) и на фабрике Nikon Precision Co., Ltd. в городе Тотиги (изготовление проекционных систем экспонирования, линз и компонентов для систем полупроводниковой литографии). Ну а американские предприятия, лидировавшие в производстве фотолитографов в 60-70 годах прошлого века, такие как GCA или Perkin-Elmer, с той поры новые производственные мощности не то что не открывали, а напротив, усердно их закрывали или продавали до тех пор, пока полностью не вышли из этого неблагодарного для них бизнеса.
Впрочем, в том, что подобных предприятий в мире наперечёт, ничего удивительного нет. Ведь фотолитографы — оборудование чрезвычайно дорогое. Стоимость даже самых «простых» машин, работаюших со световыми волнами глубокого ультрафиолета (DUV), обычно измереяется в десятках миллионов долларов. Цены на более сложные установки экстремального ультрафиолета (EUV) начинаются от 150 миллионов, ну а за самую «продвинутую» EUV машину с высокой числовой апертурой придётся выложить почти 400 миллионов долларов. Естественно, что строительство фабрики, на которой такие машины производятся, удовольствие тоже не из дешёвых. Тут и «чистые помещения» с особым микроклиматом, и совершенное метрологическое оборудование, и специализированное программное обеспечение. А уж про подготовку высококлассных специалистов и говорить не приходится.
Так что открытие 30 июля 2025 года новой фабрики по производству литографического оборудования японской компанией Canon в г. Уцуномия, к северу от Токио, смело можно назвать событием десятилетия в этой области. Площадь фабрики составила 67 518 квадратных метров. Японский оптический конгломерат ничего подобного не строил уже более 20 лет. В результате общие мощности Canon по производству фотолитографического оборудования увеличились в полтора раза.
Очевидно, что японский производитель смотрит в будущее с оптимизмом. И это неспроста. Хотя, казалось бы, в мировой табели о рангах Canon занимает только третье место после голландской ASML и японской Nikon, однако перспективы у него действительно завидные. Дело в том, что значительная часть производственных мощностей новой фабрики предназначена для запуска серийного производства литографических машин нового поколения: NIL (наноимпринтная литография).
В отличие от классической полупроводниковой фотолитографии, которая использует ультрафиолетовый свет для переноса рисунка интегральной схемы с фотошаблона на полупроводниковую пластину, покрытую фоторезистом (светочувствительным материалом), нанимпринтный литограф штампует (при помощи специальной рельефной формы) рисунок непосредственно на покрытых фоторезистом кремниевых плвстинах. И хотя работает новая диковинка гораздо медленнее классических фотолитографических сканеров, цена этого оборудования практически в десять раз дешевле фотолитографа экстремального ультрафиолета. Да и потребление электроэнергии не идёт ни в какое сравнение с энергоёмкими EUV машинами.
Неудивительно, что от желающих приобрести такую технику у Canon сейчас буквально нет отбоя. Тем более, что опытные машины, прошедшие обкатку на ряде японских фабрик (например, принадлежащей производителю компьютерной памяти Kioxia = бывшая Toshiba Memory), показали себя с самой лучшей стороны. Так что у японской корпорации были все причины срочно построить новую фабрику. И сделано это было в рекордные сроки, всего за два года с момента начала строительства в 2023 году. Важно отметить, что NIL машина Canon (FPA-1200NZ2C) достигла разрешения (минимального размера элемента) 14 нанометров, что позволяет производить логические чипы по передовым техпроцессам 5 нм.
По заверениям японской стороны, не за горами отработка 2 нм техпроцессов на этой машине, что поставит Canon в один ряд с нынешним монополистом в области производства литографических машин для ультрапередовых чипов, голландской ASML. В ближайшие несколько лет японцы планируют производить примерно по 10-20 NIL машин в год. Для сравнения: в 2024 году ASML поставила 44 установки EUV.
Можно сделать вывод, что масштабное строительство новых производственных мощностей в области полупроводниковой фотолитографии практически всегда связано с развитием новых технологий. Так упомянутое в статье расширение производственных мощностей компанией Nikon было связано с бурным развитием иммерсионных технологий (использование в фотолитографах дополнительной водяной линзы), расширение мощностей ASML — c запуском технологий экстремального ультрафиолета, ну а строительство новой фабрики Canon стало необходимым вследствие развития технологий наноимпринтинга.
Отдельного упоминания заслуживает китайский передовик в области производства фотолитографических систем, шанхайская компания SMEE. Это предприятие было основано относительно недавно: в 2002 году. Китайцы пока освоили производство только самых простых, «сухих» фотолитографов (без водяных линз), которые способны производить микросхемы всего лишь по 90 нм техпроцессам и «толще». Так что китайцам ещё предстоит наладить выпуск и иммерсионных машин, и EUV литографов. Учитывая гигантскую потребность в этой технике китайской полупроводниковой промышленности, работающей в условиях западных ограничений, строительство новых мощностей все эти годы в китайской компании практически не останавливается.
Примечательно, что часть мощностей новой фабрики Canon отведена под производство десятилетиями зарекомендовавших себя «зрелых» фотолитографов: машины i-line на ртутных лампах (источник 365 нм) и машины на KrF лазерах (источник фторид криптона = 248 нм). Мудро, что и говорить.
Кстати, это именно та номенклатура, которая стоит на повестке дня в российской фотолитографии. Недавно выпущенный первый российский фотолитограф как раз относится к линейке i-line, работает на 365 нм волне (правда, не на ртутной лампе, а на твердотельном лазере) и предназначен для производства чипов по 365 нм техпроцессу. Ну а на следующий год запланировано появление очередной российской машины на эксимерном 248 нм KrF лазере. На нём будут выпускать чипы по 130 нм техпроцессу. Такие микросхемы ещё долго будут востребованы в производстве автомобилей, станков, поездов и самолётов. Ведь одними смартфонами и графическими процессорами искусственного интеллекта, где действительно необходимы ультрапередовые чипы, потребности мировой электроники далеко не исчерпываются.
Всвязи с этим возникает вопрос: на каких мощностях собираются разворачивать серийное производство фотолитографов у нас в стране? Первая установка была собрана в Зеленоградском нанотехнологическом центре. За основу была взята машина белорусского «Планара» (существенно доработанная специалистами ЗНТЦ). И всё же ЗНТЦ — это не завод в классическом понимании слова, это инновационный центр, созданный при Национальном университете МИЭТ, задачами которого являются исследования и прикладные разработки. Впрочем, производственной деятельностью ЗНТЦ тоже с успехом занимается. Недаром зеленоградский передовик является российским лидером в производстве фотонных устройств. К тому же мы знаем примеры советского времени, когда из институтов получались превосходные производственные предприятия. Например, зеленоградский НИИ точного машиностроения и воронежский НИИ полупроводникового машиностроения — это самые настоящие производители разнообразного оборудования для полупроводниковой промышленности. Возможно, их примеру последует и ЗНТЦ?
С другой стороны, минский «Планар» — это самое что ни на есть профильное предприятие по части промышленного производства фотолитографической техники. Возможно, как в советские времена, стоит развернуть серийное производство в Белоруссии? Ну и само собой всегда есть самый красивый вариант: построить в чистом поле новенький завод по производству фотолитографов. Вернее не завод, а целый комплекс: с исследовательскими лабораториями, производственными линиями, испытательными полигонами, отделениями ведущих радиоэлектронных ВУЗов. И поставлять российские машины не только российским и белорусским предприятиям, но и полупроводниковым фабрикам дружественных стран. Хорошо бы.
