Альфа-литограф: Россия учится выпускать полупроводники

Критическая технология

Небольшая предыстория для понимания ситуации, в которой оказалось современное российское производство микроэлектроники.

Сейчас в стране готовы выпускать более или менее качественно только микрочипы по топологии в 90 нм. Производство базируется на зеленоградском «Микроне» и работает на пределе возможностей. Все дело в импортном фотолитографическом оборудовании, обслуживать и ремонтировать которое приходится своими силами. Техника для «печатания» микросхем выпускается считанными компаниями в мире, и американцам очень просто отслеживать трафик дефицитных компонентов.

К слову, с началом спецоперации тотальный запрет на поставки фотолитографического оборудования в Россию стал логическим продолжением многолетних ограничений. Для того чтобы американцы разрешили голландской ASML или, на худой конец, японской Nikon продать технику в Россию, надо было, наверное, разместить второй Рамштайн в Подмосковье. И передать в руки Пентагона весь ядерный запас страны. Южная Корея, к примеру, пошла именно по этому пути. С Тайванем обошлось без военных баз, но достаточным оказалась вассальная зависимость от поставок американского оружия и непосредственная близость Седьмого флота США.

Когда на зеленоградском «Микроне» выйдут из строя последние литографы Nikon и ASML, выпускать полупроводники будет негде.

Именно поэтому крупнейшие производители современных микрочипов сконцентрированы в Корее, Тайване и Соединенных Штатах. Вашингтон хранит технологии литографии пуще ядерных секретов – государств, способных выпускать оборудование для микроэлектронной промышленности, гораздо меньше, чем обладателей самого мощного оружия в мире.

Если взять за точку отсчета самый сложный 7-нанометровый процесс фотолитографии, то только ASML (Нидерланды) и Nikon (Япония) могут предложить подобные машины. Причем японцы с очень большими оговорками.

В России, как уже говорилось выше, техника может выпускать только 90-нм чипы и только на импортном оборудовании. По оценкам ученых из Института физики микроструктур РАН, отечественные технологии отстали от мировых по разрешению литографии на порядок, по плотности двухмерного рисунка на чипе – на два порядка. Такая вот невеселая статистика.

В качестве бесплотных мечтаний – что было бы с российской литографией, если бы 280 млрд рублей в свое время получила микроэлектронная промышленность, а не «Роснано»?

Сейчас правительство намерено до 2025 года выделить 100 млрд рублей на разработку полного цикла производства полупроводников. Этого откровенно мало – ежегодный бюджет голландской ASML превышает 3,35 млрд евро.

Институт физики микроструктур РАН должен стать головным разработчиком отечественного фотолитографа. Источник: olympiada.scientificrussia.ru

Глубину кризиса раскрывает сравнение ситуации с остальными отраслями, в которых наметилось отставание.

К примеру, авиастроение, попавшее под жесткие санкции. Сейчас промышленность в состоянии, пусть и с большими оговорками, выпускать самолеты для внутренних авиалиний. Пусть они устаревшие и не самые экономичные (к примеру, Ту-214), но они могут работать в небе, перевозить грузы и пассажиров. Аналогичная ситуация в автомобильной отрасли.

Но в микроэлектронике форменный кризис – даже по древней 130-нм топологии чипы строятся на импортной санкционной технике. Век зарубежных станков, разумеется, недолог.

Частично проблему можно решать дипломатической почтой, набивая посылки из Европы и США дефицитными микросхемами и чипами, но это временная мера. На горизонте вырисовывается Китай с его перманентной технологической революцией. Но Пекин никогда и ни за что не будет поставлять в Россию фотолитографы. Во-первых, это мощный инструмент влияния на Москву, а во-вторых – пока у самих китайцев нет нормального производства станков для чипов.

Попробуем разобраться, на каком этапе развития находится отечественная база для фотолитографии.

Второй атомный проект

Для отечественного ученого, инженера и технолога нет ничего невозможного. И это без лишнего пафоса – достаточно вспомнить атомные и космические проекты Советского Союза. Страна с вечно догоняющим технологическим развитием смогла не только встать в один ряд с мировыми гегемонами, но и вырваться на годы вперед. Надо только найти правильных управленцев со стратегическим мышлением. Получилось ли сейчас найти эффективных менеджеров, мы узнаем уже в ближайшие годы, когда в России появится или не появится собственная микроэлектроника.

Даже предельно упрощенная схема работы рентгеновского фотолитографа хорошо показывает уровень сложности изделия.

А пока остается надеяться на специалистов Института физики микроструктур РАН, точнее – отдела многослойной рентгеновской оптики.

Несмотря на многолетнее отсутствие интереса со стороны государства к проблеме суверенной литографии, в институте имеются некоторые наработки. Например, сверхточная рентгеновская оптика на рутениево-бериллиевых зеркалах. Для понимания важности: Zeiss специально под нужды голландской ASML построил целый завод специальной оптики. Уверяют, что научатся делать зеркала для 7–8-нм фотолитографов, а это задача не намного проще запуска человека на Луну. Размер шероховатостей на зеркале должен быть менее одного нанометра, иначе рентгеновская волна отразится с аберрациями и история с чипами не выгорит.

Сейчас в российском институте идут работы над рентгеновским литографом, который, по сообщениям ученых, будет в 1,5 раза эффективнее импортных аналогов. Это очень смелое заявление, но оптимизм ученых не может не радовать. На первом этапе планируется создать в металле и пластике принципиальную схему рентгеновской литографии и так называемую альфа-машину или демонстратор технологии.

Производить микрочипы серийно агрегат не сможет, но показать возможность будет способен. На это выделяется не менее двух лет. Топология чипов предполагается в размере 28–32 нм. И это только для предельно благоприятных условий.

Дело в том, что управленческие решения и обильное финансирование не являются панацеей для ликвидации отставания. Нужны высококвалифицированные кадры, с которыми проблемы. Низкие зарплаты десятилетиями вымывали специалистов из всех научных отраслей без исключения. Секретарь Совбеза Николай Патрушев недавно напомнил всем, что за последние двадцать лет число ученых сократилось на четверть! По его словам,

Здесь зарыта мина замедленного действия – в ближайшей перспективе может просто не хватить мозгов для штурма литографических вершин. Даже если сейчас удастся создать достаточную систему подготовки кадров, то первые спецы появятся не ранее, чем через десять-пятнадцать лет. К тому времени фотолитографы вообще могут быть уже не нужны.

Не будем о грустном.

Через четыре года в Институте физики микроструктур РАН должна появиться бета-машина или промышленный образец для производства 28-нм чипов. Первые серийные фотолитографы обещают к 2030 году.

Все вышесказанное относится к самым высокотехнологичным для России агрегатам. Технику несколько проще в исполнении также планируют строить. Тем более что 65–350-нм чипы в отечественной индустрии будут гораздо более востребованы. В первую очередь для оборонного комплекса.

Как заявил заместитель главы Минпромторга Василий Шпак, в 2026 году Россия изготовит первые 130-нм чипы на собственном оборудовании. А в следующем 2024 году – 350-нм полупроводники. Оптимизма у чиновника не занимать, но мы договорились пока обходиться без грусти. Прибережем критику для первого объявления о смещении сроков вправо, что сплошь и рядом наблюдается в России.

Не иначе как чудом можно назвать новости из Санкт-Петербургского политехнического университета.

Местные инженеры придумали некий безмасочный режим травления микросхем, не уступающий по качеству лучшим зарубежным образцам. По цене вообще обходит на несколько десятилетий – российский агрегат должен стоить до 5 млн рублей, а иностранные уходят по 10–15 млрд. Даже если это и близко к действительности, нюансов хватает.

Прорывная технология существует на уровне лабораторного образца и потребует несколько лет сложного инжиниринга, прежде чем преобразится в действующий прототип. Или вообще ни во что не превратится – так уже бывало, и не только в России.

Оживление, связанное с освоением 100 млрд рублей, предусмотренных государственной программой для микроэлектроники, налицо. При соблюдении ряда условий и постановки реальных сроков история отечественного фотолитографа может оказаться реальностью.

Надо только найти правильного управленца, способного взять на себя такую ответственность. Пока новых Курчатовых, Морозовых и Королевых, к сожалению, на горизонте не предвидится.