Fotolitograf rus - imposibilul este posibil
Fotolitografie ASML. Sursa: arscomp.ru
Nicăieri să te deplasezi la dreapta
De ce are nevoie Rusia de propria sa fotolitografie și ce poate face?
Merită să începi puțin mai departe. Potrivit multora, în secolul 2, un semn al dezvoltării statului este capacitatea de a produce produse de înaltă tehnologie. De exemplu, smartphone-uri sau laptopuri. Strict vorbind, Rusia respectă pe deplin această calificare - țara produce echipamente destul de competitive. Aici, Bitblaze Titan este un laptop casnic sau YotaPhone XNUMX este un smartphone de acasă. Laptopul este construit și în jurul procesorului rus Baikal-M cu opt nuclee. S-ar părea că un motiv de mândrie este gata - invităm pe toată lumea să sărbătorească. Dar aici încep nuanțele.
Atât un smartphone cât și un laptop sunt doar un produs al compilării componentelor importate și al reglajului fin întregii orchestre tehnice. Munca nu este ușoară și necesită creier de înaltă calitate, dar are o mulțime de vulnerabilități. Dependența de furnizori, în primul rând. Faimosul Baikal-M este autohton numai în design. Și aici, nu totul este complet rusesc - nucleul procesorului este de la biroul britanic ARM. Producția produsului de la A la Z a fost organizată la facilitățile gigantului taiwanez TSMC.
În mod similar, procesorul pentru smartphone-uri „Skif” este fabricat din Zelenograd SPC „Elvis” - „Electronic Computing and Information Systems”. Mai precis, a fost făcut: producătorul taiwanez a refuzat toți dezvoltatorii ruși.
Cristal de siliciu după fotolitografie. Sursa: domoticzfaq.ru
În țara noastră a fost creată o industrie de design de microcipuri bine dezvoltată. Printre lideri se numără MCST Elbrus, Baikal Electronics, STC Modul, Syntacore și SPC Elvis, menționat mai sus. Ironia este că cipurile Baikal-M dezvoltate independent și cele mai avansate din linia Elbrus, Rusia nu este capabilă să le producă singură. În prezent, cea mai bună fabrică rusă de microprocesoare „Mikron” este gata să producă produse folosind tehnologia de 90 de nanometri. În ordinea producției pilot, este posibil și 65 nm. Baikal-M este proiectat pentru tehnologia de proces de 28 nm, iar Elbrus-16C este în general pentru 16 nm. Este aceasta o tragedie? Nu, nu contează prea mult pentru independența tehnologică a țării.
Cert este că procesele tehnice stăpânite în Rusia sunt mai mult decât suficiente atât pentru industria de apărare, cât și pentru sectorul civil. În intervalul de la 65 la 180 nm, producătorii autohtoni pot construi procesoare pentru mașini-unelte moderne, servere, echipamente casnice, auto și militare. Relativ vorbind, o rachetă de croazieră nu are nevoie de cipuri pe o arhitectură de 5-10 nanometri. Astfel de tehnologii subtile sunt necesare pentru smartphone-uri și alte tehnologii portabile. De exemplu, cipurile de 5 nm sunt încorporate în consolele de jocuri Sony Playstation. Dar în Rusia acestea nu sunt produse.
La prima vedere, totul este în regulă - există producători de origine și destul de de înaltă calitate, dezvoltatorii sunt de asemenea în ordine, rămâne doar să se adapteze la cerințele pieței interne. Dar există o avertizare - toate echipamentele de producție sunt importate exclusiv. În primul rând fotolitografii, componente critice ale unei fabrici de microprocesoare.
Fotolitografiile sunt totul pentru noi
Dacă te uiți la orice producție rusească de microprocesoare, fie că este vorba de Mikron, Milander, Module sau Elvis, există peste tot fotolitografii olandeze (ASML) sau japoneze (Nikon, Canon). Desigur, acum nici măcar piesele de schimb pentru acest echipament nu pot fi furnizate oficial Rusiei, ca să nu mai vorbim de mașinile finite. Și nu este ușor să creezi o fotolitografie pe cont propriu. Mai exact, este foarte greu.
Un pic de teorie. Orice mașină fotolitografică este foarte asemănătoare cu mașinile de imprimat foto. Numai că totul este mult mai complicat și mai scump. De exemplu, un kit de măști foto pentru imprimarea cipurilor poate costa până la 10 milioane de dolari. Prin aceste șabloane, un emițător de ultraviolete (cel mai adesea un laser) proiectează un circuit pe un cristal de siliciu acoperit cu o compoziție fotosensibilă - așa apare viitorul blank al microcipului.
Această procedură de expunere se repetă de multe ori, intercalate cu gravare, dopaj, uscare și depunere. Procesoarele moderne pot conține 12 sau mai multe straturi, constând din tranzistori cu efect de câmp, conductori și alte componente. Și toate acestea sunt pe obiect, de 100 de mii de ori mai puțin decât grosimea unui păr uman. Desigur, producția este organizată în camere ultra-curate și în clădiri speciale izolate de vibrațiile exterioare. Experților le place să spună că chiar și un tramvai care trece pe lângă câteva blocuri de fabrică poate afecta precizia fabricării așchiilor.
Actualul monopolist printre producătorii de fotolitografii este ASML olandez. Nikon și Canon japonezi fac mult mai puțin perfecte. Centrul mondial pentru producția de microcipuri pe aceleași fotolitografii este situat în Taiwan.
Proiectele interne ale propriilor noastre fotolitografii au apărut în urmă cu 10-12 ani, dar apoi, din anumite motive, s-a decis să înghețe această direcție. Tocmai dezghețat acum. La Centrul de Nanotehnologie Zelenograd, prin ordin al Ministerului Industriei și Comerțului, au început să dezvolte o mașină pentru un proces de 130 nm. Potrivit celor mai conservatoare estimări, va dura până la zece ani. Un lucru este să creezi un prototip funcțional și cu totul altul să asigure funcționarea fără probleme a produselor deja în serie.
Al doilea proiect se concentrează pe o fotolitografie pentru tehnologia de proces de 350 nm. Astfel de cipuri sunt la mare căutare, de exemplu, în industria de apărare. Până de curând, complexul militar-industrial gestiona în general microprocesoare de 600 nm și chiar microprocesoare.
Uzina Mikron din Zelenograd. Aici sunt fabricate cele mai avansate microprocesoare din Rusia. Sursa: Zelenograd-info.rf
Problema este că Rusia nu este capabilă să înlocuiască 100% toate lanțurile de producție și componentele cu materii prime proprii. Chiar dacă reușiți să vă creați propria fotolitografie, va trebui să formați o întreagă industrie de consumabile și componente. De exemplu, fotorezistul lichid necesar pentru a dezvolta un „model” pe un cip de siliciu este produs de câteva companii din lume.
Desigur, toate acestea poveste va funcționa în pierdere, nu se poate vorbi de vreo relație de piață. Statul va trebui să subvenționeze atât producția de microcipuri, cât și asamblarea viitoarelor fotolitografii. Majoritatea produselor vor merge către agențiile guvernamentale, deoarece practic nu există o piață largă pentru tehnologia microprocesoarelor autohtone.
Rusia are nevoie de propria fotolitografie nu la sfârșitul mileniului actual, ci peste doi sau trei ani. Resursa de echipamente importate se va epuiza în curând, iar întreaga industrie microelectronică pur și simplu se va opri. Desigur, puteți cumpăra ceva de la chinezi, dar nici măcar ei nu vor livra cele mai moderne dezvoltări în Rusia. În plus, nu totul este în regulă cu dezvoltarea mașinilor cu microprocesor în vecinii noștri.
Beijingul a fost mult timp sub sancțiuni „fotolitografice” și nu este încă capabil să producă independent produse mai mici decât tehnologia de proces de 45 de nanometri. Un exemplu în acest sens este Huawei, căruia Trump i-a interzis în 2018 să plaseze comenzi pentru microcipuri pe TSML din Taiwan. Ca urmare, stagnarea și pierderea pieței în raport cu concurenții mai de succes. Nu se știe dacă Huawei va putea ieși din gaură, dar compania a brevetat deja o fotolitografie pentru o tehnologie de proces de 10 nanometri. Cu toate acestea, pot dura ani de la un brevet până la un eșantion finit.
ASML olandez a dezvoltat fotolitografii inovatoare la ultraviolete extreme (EUV) de cel puțin douăzeci de ani, permițând imprimarea cipurilor folosind tehnologii de 5 nanometri și chiar mai mici. Și un astfel de proiect a costat aproximativ 20 de miliarde de dolari.
Iată o fotolitografie făcută la Rosatom. Vorbim despre proiectul Centrului Național de Fizică și Matematică din Sarov, creat prin decret prezidențial.
Fotolitografie EUV de la ASML. Sursa: ravenfile.com
Mai multă teorie. De ce să creăm EUV?
Totul ține de lungimea de undă a ultravioletului folosită în fotolitografiile convenționale - aproximativ 120-140 de nanometri. Legile fizice nu permit, chiar și cu toate trucurile posibile, să se creeze cipuri de topologie sub 40–65 nm. ASML a decis să reducă radical lungimea de undă de operare a radiației la 13,5 nm, adică au coborât de fapt la raze X moi. Pentru a nu speria pe nimeni, tehnologiei i s-a dat numele de „ultraviolet extrem”.
Pe hârtie, totul este simplu - mai puțină lungime de undă, mai puțină rezoluție. Imprimați cipuri până la 2 nm. Principalele dificultăți apar cu radiația în sine - undele de raze X de 13,5 nm absorb totul, de la aer la lentile. Optica a fost înlocuită cu un sistem de oglinzi high-tech, pe care doar germanul Carl Zeiss îl poate realiza în lume. Pe scurt, rugozitatea fiecărui astfel de produs nu trebuie să depășească 1 nm. Desigur, fotolitografia este posibilă numai în condiții de vid înalt, ceea ce creează dificultăți suplimentare atât pentru dezvoltatori, cât și pentru tehnologi. Radiația în sine se formează după ce un laser puternic bombardează o picătură de staniu, care se transformă într-o plasmă care generează unda dorită de 13,5 nm.
În general, proiectul unei fotolitografii EUV de origine este comparabil ca complexitate cu programul spațial. Aceasta este o adevărată provocare atât pentru industria rusă, cât și pentru organizațiile științifice. Potrivit academicianului Academiei Ruse de Științe Alexander Sergeev, există evoluții interne în oglinzile cu raze X la Institutul de Fizică a Microstructurilor, iar Rosatom este gata să furnizeze lasere cu mai multe kilowatt.
În paralel, Institutul de Fizică Aplicată a creat un „prototip prototip” al unei fotolitografii care permite crearea de cipuri folosind tehnologia de 7 nanometri. Dar, repetăm, ani, dacă nu decenii, pot trece de la crearea unui prototip la un produs de serie.
Centrul Național de Fizică și Matematică din Sarov. Sursa: atomic-energy.ru
Și mai revoluționar este proiectul de nanolitografie cu raze X fără mască, care este dezvoltat la Centrul Național de Cercetare „Institutul Kurchatov” și Institutul de Tehnologie Electronică din Moscova. Un prototip este deja gata, testarea căruia va începe în 2026-2027.
bun Știri iar prognozele privind perspectivele primei fotolitografii interne sunt încă mai mult decât proaste. Dar industria noastră a schimbat recent în mod obișnuit timpul de creare a produselor finite puternic spre dreapta. Acest lucru se aplică în special la aviaţie, industria auto și alte industrii critice. Dacă microelectronica va fi pe această listă tristă, timpul va spune.
informații