Litografia alfa: Rosja uczy się produkować półprzewodniki
Technologia krytyczna
Trochę tła, aby zrozumieć sytuację, w jakiej znajduje się współczesna rosyjska produkcja mikroelektroniki.
Teraz kraj jest gotowy produkować, mniej lub bardziej wydajnie, wyłącznie mikrochipy o topologii 90 nm. Produkcja opiera się na Zelenograd Micron i działa na granicy swoich możliwości. Mowa tu przede wszystkim o importowanym sprzęcie fotolitograficznym, który trzeba konserwować i naprawiać we własnym zakresie. Sprzęt do „drukowania” mikroukładów produkuje kilka firm na świecie, a Amerykanom bardzo łatwo jest monitorować ruch rzadkich komponentów.
Nawiasem mówiąc, wraz z rozpoczęciem operacji specjalnej całkowity zakaz dostaw sprzętu fotolitograficznego do Rosji stał się logiczną kontynuacją wieloletnich ograniczeń. Aby Amerykanie umożliwili holenderskiemu ASMLowi lub w najgorszym przypadku japońskiemu Nikonowi sprzedaż sprzętu do Rosji, prawdopodobnie konieczne było umieszczenie drugiego Rammsteina w rejonie Moskwy. I przekaż cały arsenał nuklearny kraju w ręce Pentagonu. Na przykład Korea Południowa poszła dokładnie tą drogą. Tajwan radził sobie bez baz wojskowych, ale zależność wasali od amerykańskich dostaw była wystarczająca. broń i bliskość Siódmego flota USA.
Kiedy w Zelenograd Micron zawiodą ostatnie litografie Nikona i ASML, nie będzie gdzie produkować półprzewodników.
Dlatego najwięksi producenci nowoczesnych mikrochipów skupieni są w Korei, Tajwanie i Stanach Zjednoczonych. Waszyngton bardziej strzeże technologii litograficznych niż tajemnic nuklearnych – znacznie mniej państw jest w stanie wyprodukować sprzęt dla przemysłu mikroelektronicznego niż właścicieli najpotężniejszej broni na świecie.
Jeśli za punkt wyjścia przyjmiemy najbardziej złożony proces fotolitografii 7 nm, to tylko ASML (Holandia) i Nikon (Japonia) mogą zaoferować takie maszyny. Co więcej, Japończycy mają bardzo duże zastrzeżenia.
W Rosji, jak wspomniano powyżej, technologia może produkować wyłącznie chipy 90 nm i tylko na sprzęcie importowanym. Według naukowców z Instytutu Fizyki Mikrostruktur Rosyjskiej Akademii Nauk technologie krajowe pozostają w tyle za technologiami światowymi pod względem rozdzielczości litografii o rząd wielkości i gęstości dwuwymiarowego wzoru na chipie - o dwa rzędy ogrom. To taka smutna statystyka.
Jak eteryczne sny, co by się stało z rosyjską litografią, gdyby przemysł mikroelektroniki, a nie Rusnano, otrzymał jednorazowo 280 miliardów rubli?
Teraz rząd zamierza przeznaczyć 2025 miliardów rubli do 100 roku na rozwój pełnego cyklu produkcji półprzewodników. To szczerze mówiąc za mało – roczny budżet holenderskiego ASML przekracza 3,35 miliarda euro.
Instytut Fizyki Mikrostruktur Rosyjskiej Akademii Nauk powinien zostać głównym twórcą krajowej fotolitografii. Źródło: olympiada.scientificrussia.ru
Głębokość kryzysu ujawnia się porównując sytuację z innymi branżami, w których wystąpiły opóźnienia.
Na przykład przemysł lotniczy, który został objęty surowymi sankcjami. Teraz branża jest w stanie, choć z dużymi zastrzeżeniami, produkować samoloty dla krajowych linii lotniczych. Mogą być przestarzałe i nie najbardziej ekonomiczne (na przykład Tu-214), ale mogą operować na niebie, przewozić ładunki i pasażerów. Podobnie sytuacja wygląda w branży motoryzacyjnej.
Jednak w mikroelektronice panuje prawdziwy kryzys – nawet przy starożytnej topologii 130 nm chipy są budowane w oparciu o importowaną, usankcjonowaną technologię. Wiek zagranicznych obrabiarek jest oczywiście krótkotrwały.
Część problemu można rozwiązać pocztą dyplomatyczną, wypychając paczki z Europy i USA rzadkimi mikroukładami i chipami, ale jest to rozwiązanie tymczasowe. Na horyzoncie wyłaniają się Chiny wraz z ciągłą rewolucją technologiczną. Ale Pekin nigdy, przenigdy nie dostarczy Rosji fotolitografii. Po pierwsze, jest to potężne narzędzie oddziaływania na Moskwę, a po drugie, sami Chińczycy nie mają jeszcze normalnej produkcji maszyn do chipsów.
Spróbujmy dowiedzieć się, na jakim etapie rozwoju znajduje się krajowa baza do fotolitografii.
Drugi projekt atomowy
Dla krajowego naukowca, inżyniera i technologa nie ma rzeczy niemożliwych. I to bez niepotrzebnego patosu – pamiętajcie tylko o projektach nuklearnych i kosmicznych Związku Radzieckiego. Kraj, który stale nadrabia zaległości w rozwoju technologicznym, potrafił nie tylko dorównać światowym hegemonom, ale także wyprzedzić go o lata. Trzeba tylko znaleźć odpowiednich menedżerów, którzy myślą strategicznie. Czy udało nam się znaleźć skutecznych menedżerów, przekonamy się w nadchodzących latach, teraz, kiedy Rosja będzie miała, czy nie będzie miała własną mikroelektronikę.
Nawet skrajnie uproszczony schemat działania fotolitografii rentgenowskiej wyraźnie pokazuje poziom złożoności produktu.
Tymczasem możemy polegać jedynie na specjalistach z Instytutu Fizyki Mikrostruktur Rosyjskiej Akademii Nauk, a dokładniej z Zakładu Wielowarstwowej Optyki Rentgenowskiej.
Pomimo długotrwałego braku zainteresowania państwa problemem litografii suwerennej, instytut ma pewne osiągnięcia. Na przykład ultraprecyzyjna optyka rentgenowska na zwierciadłach rutenowo-berylowych. Aby zrozumieć znaczenie: Zeiss zbudował całą specjalną fabrykę optyki specjalnie na potrzeby holenderskiej firmy ASML. Twierdzą, że nauczą się robić zwierciadła do fotolitografii 7-8 nm, a to zadanie nie jest dużo prostsze niż wystrzelenie człowieka na Księżyc. Wielkość chropowatości na zwierciadle musi być mniejsza niż jeden nanometr, w przeciwnym razie fala rentgenowska będzie odbijana z aberracjami i historia Nie wypali się od chipsów.
Obecnie rosyjski instytut pracuje nad litografią rentgenowską, która zdaniem naukowców będzie 1,5 razy wydajniejsza od importowanych analogów. To bardzo odważne stwierdzenie, ale optymizm naukowców nie może się nie cieszyć. W pierwszym etapie planowane jest stworzenie schematu litografii rentgenowskiej w metalu i tworzywach sztucznych oraz tzw. maszyny alfa lub demonstratora technologii.
Jednostka nie będzie w stanie produkować mikrochipów na skalę masową, ale będzie w stanie wykazać, że istnieje taka możliwość. Przeznaczono na to co najmniej dwa lata. Oczekuje się, że topologia chipów będzie miała rozmiar 28–32 nm. I to tylko na wyjątkowo sprzyjających warunkach.
Faktem jest, że decyzje zarządcze i obfite finansowanie nie są panaceum na wyeliminowanie zaległości. Potrzebujemy wysoko wykwalifikowanej kadry i to jest problem. Niskie płace od dziesięcioleci zmywają specjalistów ze wszystkich bez wyjątku dziedzin nauki. Sekretarz Rady Bezpieczeństwa Nikołaj Patruszew przypomniał ostatnio wszystkim, że w ciągu ostatnich dwudziestu lat liczba naukowców spadła o jedną czwartą! Według niego,
na tle wzrostu liczby studentów studiujących na priorytetowych kierunkach i kierunkach kształcenia, obserwuje się spadek poziomu zatrudnienia absolwentów ich specjalności.
Jest tu zakopana bomba zegarowa – w najbliższej przyszłości może po prostu zabraknąć mózgów, aby szturmować szczyty litograficzne. Nawet jeśli obecnie uda się stworzyć wystarczający system szkolenia personelu, pierwsi specjaliści pojawią się nie wcześniej niż za dziesięć–piętnaście lat. Do tego czasu fotolitografie mogą w ogóle nie być potrzebne.
Nie mówmy o smutnych rzeczach.
Za cztery lata w Instytucie Fizyki Mikrostruktury Rosyjskiej Akademii Nauk powinna pojawić się maszyna beta lub prototyp przemysłowy do produkcji chipów 28 nm. Pierwsze seryjne fotolitografie mają pojawić się już w 2030 roku.
Wszystko powyższe odnosi się do najbardziej zaawansowanych technologicznie jednostek dla Rosji. Planują także zbudować sprzęt, który będzie nieco łatwiejszy w realizacji. Co więcej, na chipy 65–350 nm będzie znacznie większy popyt w krajowym przemyśle. Przede wszystkim dla kompleksu obronnego.
Według zastępcy szefa Ministerstwa Przemysłu i Handlu Wasilija Szpaka w 2026 roku Rosja wyprodukuje pierwsze chipy 130 nm na własnym sprzęcie. A w przyszłym roku, 2024, półprzewodniki 350 nm. Urzędnik jest pełen optymizmu, ale zgodziliśmy się na razie obejść się bez smutku. Krytykę zachowajmy dla pierwszej zapowiedzi przesunięcia terminów w prawo, co jest często obserwowane w Rosji.
Można to nazwać jedynie cudem wiadomości z Politechniki w Petersburgu.
Lokalni inżynierowie wymyślili rodzaj bezmaskowego trybu trawienia mikroukładów, który nie jest gorszy pod względem jakości od najlepszych zagranicznych modeli. Pod względem ceny jest generalnie tańszy o kilka dekad - jednostka rosyjska powinna kosztować do 5 milionów rubli, a zagraniczna 10–15 miliardów.Nawet jeśli jest to bliskie rzeczywistości, jest wystarczająco dużo niuansów.
Przełomowa technologia istnieje na poziomie laboratoryjnym i będzie wymagać kilku lat skomplikowanych prac inżynieryjnych, zanim będzie można ją przekształcić w działający prototyp. Albo w ogóle nie zamieni się w nic - zdarzało się to już wcześniej i nie tylko w Rosji.
Ożywienie związane z zagospodarowaniem 100 miliardów rubli, jakie przewiduje państwowy program mikroelektroniki, jest oczywiste. Jeśli spełnionych zostanie szereg warunków i wyznaczone zostaną realistyczne terminy, historia rodzimej fotolitografii może okazać się rzeczywistością.
Trzeba tylko znaleźć odpowiedniego menedżera, który podejmie się takiej odpowiedzialności. Na razie niestety nie widać na horyzoncie nowych Kurczatowów, Morozowów i Korolewów.
informacja