Alfa litografija: Rusija uči da proizvodi poluprovodnike

Malo pozadine za razumevanje situacije u kojoj se nalazi moderna ruska proizvodnja mikroelektronike.

Sada je zemlja spremna da proizvodi, manje-više efikasno, samo mikročipove sa 90 nm topologijom. Proizvodnja je bazirana u Zelenograd Micronu i radi na granici svojih mogućnosti. Sve se radi o uvoznoj fotolitografskoj opremi, koju morate sami održavati i popravljati. Opremu za “štampanje” mikrokola proizvodi nekoliko kompanija u svetu, a Amerikancima je vrlo lako pratiti promet deficitarnih komponenti.

Inače, početkom specijalne operacije, potpuna zabrana isporuke fotolitografske opreme Rusiji postala je logičan nastavak višegodišnjih ograničenja. Da bi Amerikanci dozvolili holandskom ASML-u ili, u najgorem slučaju, japanskom Nikonu da prodaju opremu Rusiji, verovatno je bilo potrebno postaviti drugi Rammstein u Podmoskovlju. I prebaciti celokupnu nuklearnu zalihu zemlje u ruke Pentagona. Južna Koreja je, na primer, krenula upravo tim putem. S Tajvanom se rešavalo bez vojnih baza, ali vazalna zavisnost o snadbevanju američkim oružjem i neposredna blizina Sedme flote SAD-a bili su dovoljni.

Kada poslednji Nikon i ASML litografi propadnu u Zelenogradskom mikronu, neće biti gde da se proizvedu poluprovodnici. 

Zato su najveći proizvođači modernih mikročipova koncentrisani u Koreji, Tajvanu i Sjedinjenim Državama. Vašington čuva litografske tehnologije više od nuklearnih tajni - mnogo je manje država sposobnih za proizvodnju opreme za mikroelektronsku industriju nego što ima vlasnika najmoćnijeg oružja na svetu.

Ako kao polaznu tačku uzmemo najsloženiji 7nm proces fotolitografije, onda samo ASML (Holandija) i Nikon (Japan) mogu ponuditi takve mašine. Štaviše, Japanci imaju velike rezerve.

U Rusiji, kao što je već spomenuto, tehnologija može proizvoditi samo 90 nm čipove i to samo na uvezenoj opremi. Prema naučnicima sa Instituta za fiziku mikrostruktura Ruske akademije nauka, domaće tehnologije zaostaju za svetom u rezoluciji litografije za red veličine, a po gustini dvodimenzionalnog uzorka na čipu - za dva reda. magnitude. Ovo je tako tužna statistika.

Kao eterični snovi, šta bi se dogodilo s ruskom litografijom da je industrija mikroelektronike, a ne Rusnano, u jednom trenutku dobila 280 milijardi rubalja?

Sada vlada namerava izdvojiti 100 milijardi rubalja do 2025. godine za razvoj punog ciklusa proizvodnje poluprovodnika. Ovo, iskreno, nije dovoljno – godišnji budžet holandskog ASML-a premašuje 3,35 milijardi evra.

Institut za fiziku mikrostruktura Ruske akademije nauka trebao bi postati vodeći proizvođač domaće fotolitografije. Izvor: olympiada.scientificrussia.ru

Dubina krize otkriva se poređenjem situacije sa drugim industrijama u kojima je došlo do zaostajanja.

Na primer, avioindustrija koja je bila pod strogim sankcijama. Sada je industrija u stanju, iako sa velikim rezervama, proizvoditi avione za domaće aviokompanije. Možda su zastareli i nisu najekonomičniji (na primer, Tu-214), ali mogu raditi na nebu, prevoziti teret i putnike. Slična situacija je i u automobilskoj industriji.

Ali postoji prava kriza u mikroelektronici - čak i sa drevnom topologijom od 130 nm, čipovi su izgrađeni na uvezenoj odobrenoj tehnologiji. Doba stranih alatnih mašina je, naravno, kratkog veka.

Deo problema se može rešiti diplomatskom poštom, punjenjem paketa iz Evrope i SAD-a oskudnim mikro krugovima i čipovima, ali to je privremena mera. Kina se nazire na horizontu sa svojom trajnom tehnološkom revolucijom. Ali Peking nikada, nikada neće isporučiti fotolitografije Rusiji. Prvo, ovo je moćno oruđe uticaja na Moskvu, a drugo, sami Kinezi još nemaju normalnu proizvodnju mašina za čipove.

Pokušajmo shvatiti u kojoj je fazi razvoja domaća baza za fotolitografiju.

Drugi atomski projekat

Za domaćeg naučnika, inženjera i tehnologa ništa nije nemoguće. I to bez nepotrebnog patosa - setite se samo nuklearnih i svemirskih projekata Sovjetskog Saveza. Država sa stalnim tehnološkim razvojem bila je u stanju ne samo da se izjednači sa svetskim hegemonima, već i godinama napreduje. Samo trebate pronaći prave menadžere sa strateškim razmišljanjem. Da li smo uspeli da nađemo efikasne menadžere sada, kada Rusija hoće ili neće imati sopstvenu mikroelektroniku, saznaćemo u narednim godinama.

Čak i krajnje pojednostavljen dijagram rada rendgenske fotolitografije jasno pokazuje nivo složenosti proizvoda.

U međuvremenu, možemo se osloniti samo na stručnjake Instituta za fiziku mikrostruktura Ruske akademije nauka, tačnije, odeljenja višeslojne rendgenske optike.

Uprkos dugogodišnjoj nezainteresovanosti države za problem suverene litografije, institut ima određene pomake. Na primer, ultra precizna rendgenska optika na rutenijum-berilij ogledalima. Da shvatimo važnost: Zeiss je izgradio čitavu specijalnu fabriku optike posebno za potrebe holandskog ASML-a. Tvrde da će naučiti kako napraviti ogledala za fotolitografije od 7-8 nm, a taj zadatak nije mnogo jednostavniji od lansiranja čoveka na Mjesec. Veličina hrapavosti na ogledalu mora biti manja od jednog nanometra, inače će se rendgenski talas reflektovati s aberacijama i priča sa čipovima neće uspeti.

Trenutno ruski institut radi na litografiji rendgenskih zraka, koja će, prema naučnicima, biti 1,5 puta efikasnija od uvezenih analoga. Ovo je vrlo hrabra izjava, ali optimizam naučnika ne može a da ne raduje. U prvoj fazi planira se izrada šematskog dijagrama rendgenske litografije u metalu i plastici i takozvanog alfa mašine ili demonstrator tehnologije.

Jedinica neće moći masovno proizvoditi mikročipove, ali će moći demonstrirati tu mogućnost. Za to su izdvojene najmanje dve godine. Očekuje se da će topologija čipa biti veličine 28-32 nm. I to samo za izuzetno povoljne uslove.

Činjenica je da upravljačke odluke i obilno finansiranje nisu lek za otklanjanje zaostatka. Treba nam visoko kvalifikovano osoblje, što je problem. Niske plate već decenijama peru specijaliste iz svih naučnih oblasti bez izuzetka. Sekretar Saveta bezbednosti Nikolaj Patrušev nedavno je podsetio da se u poslednjih dvadeset godina broj naučnika smanjio za četvrtinu! Prema njemu,

U kontekstu povećanja broja studenata koji studiraju na prioritetnim specijalnostima i oblastima obuke, dolazi do smanjenja nivoa zaposlenosti diplomiranih studenata u svojoj specijalnosti.

Ovde je zakopana tempirana bomba - u bliskoj budućnosti možda jednostavno neće biti dovoljno mozga da juriša na litografske vrhove. Čak i ako je sada moguće stvoriti dovoljan sistem obuke kadrova, prvi specijalisti će se pojaviti tek za deset do petnaest godina. Do tada fotolitografije možda više neće biti potrebne.

Hajde da ne pričamo o tužnim stvarima.

Za četiri godine na Institutu za fiziku mikrostrukture Ruske akademije nauka trebalo bi da se pojavi beta mašina ili industrijski prototip za proizvodnju 28 nm čipova. Prve serijske fotolitografije obećavaju se do 2030. godine.

Sve navedeno odnosi se na najsavremenije jedinice za Rusiju. Planiraju i izradu opreme koja je nešto lakša za implementaciju. Štaviše, 65–350 nm čipovi će biti mnogo traženiji u domaćoj industriji. Prvenstveno za odbrambeni kompleks.

Prema rečima zamenika šefa Ministarstva industrije i trgovine Vasilija Špaka, Rusija će 2026. godine proizvoditi prve 130-nm čipove koristeći vlastitu opremu. I sledeće godine, 2024., 350 nm poluprovodnici. Zvaničnik je pun optimizma, ali smo se dogovorili da za sada prođemo bez tuge. Sačuvajmo kritike za prvu najavu o pomeranju rokova udesno, što se često primećuje u Rusiji.

Vest sa Politehničkog univerziteta u Sankt Peterburgu može se nazvati samo čudom.

Lokalni inženjeri osmislili su svojevrsni način rada bez maske za urezivanje mikro krugova, koji po kvaliteti nije lošiji od najboljih stranih uzoraka. Što se tiče cene, generalno je jeftinije za nekoliko decenija - ruska jedinica bi trebala koštati do 5 miliona rubalja, a strana 10-15 milijardi. Čak i ako je to blizu stvarnosti, ima dovoljno nijansi.

Revolucionarna tehnologija postoji na nivou laboratorija i biće potrebno nekoliko godina složenog inženjeringa pre nego što se može transformisati u radni prototip. Ili se neće pretvoriti u ništa - to se dešavalo i ranije, i to ne samo u Rusiji.

Očigledno je oživljavanje povezano s razvojem od 100 milijardi rubalja predviđenim državnim programom za mikroelektroniku. Ako se ispune brojni uslovi i postave realni rokovi, istorija domaće fotolitografije može se pokazati kao stvarnost.

Vi samo trebate pronaći pravog menadžera koji može preuzeti takvu odgovornost. Za sada, nažalost, nema novih Kurčatova, Morozova i Koroljeva na horizontu.