Фотолитограф: ключевое и самое дорогое оборудование в производственной линии по изготовлению микрочипов. Такая машина «переносит» рисунок интегральной схемы на полупроводниковую пластину. Технологии, используемые в изготовлении таких машин, столь сложны, что всего несколько компаний в мире способны выпускать такое оборудование.
На первом месте располагается мировой доминант, голландский гигант ASML, контролирующий порядка 90% мирового рынка. Оставшуюся часть делят между собой японские производители Nikon и Сanon, а также китайский SMEE. Следует отметить, что не все фотолитографы одинаковы. Самыми простыми (если это определение вообще применимо к столь сложным технологиям) являются DUV-литографы (глубокий ультрафиолет). Они работают на 193 нм световой волне и используются в производстве чипов по «грубым» техпроцессам. Если, к примеру, требуется изготовить чип для банковской карты или силовую микросхему для автоомобиля по техпроцессу 90 нм, то DUV литографы отлично для этого подойдут (с помощью различных «ухищрений» можно работать по техпроцессам со значительно меньшими размерами в нанометрах, чем длина рабочей волны).
Но вот если понадобиться изготовить микросхему по более «тонкому» техпроцессу, к примеру наиболее распространённому в мире 28 нм, то стандартные DUV литографы с такой задачей не справятся: разрешения, а стало быть и точности системы для этого недостаточно. Так появились иммерсионные DUV литографы, в которых использовалась дополнительная линза: эту функцию выполнял слой очищенной воды. Новую технологию смогли освоить только две компании: ASML и Nikon. Первыми в продажу в 2008 году поступили иммерсионные фотолитографы ASML, а в 2011 году тайваньским производственным гигантом TSMC на этих литографах был выпущен первый чип по техпроцессу 28 нм. Canon и SMEE приходится довольствоваться производством классического «сухого» оборудования. Хотя в мировой прессе регулярно появляются слухи о разработке китайской SMEE иммерсионного 28 нм фотолитографа, реальных доказательств этому пока никто не предоставил.
Микрочипы, исполненные по техпроцессу 28 нм, отлично подходят для использования в бытовой технике: телевизорах, стиральных машинах, холодильниках и даже в не самых «продвинутых» компьютерах и ноутбуках. Но для того, чтобы соответствовать требованиям современных смартфонов, смарт-часов, ноутбуков и систем искусственного интеллекта, микрочипы должны обладать принципиально другой производительностью и эффективностью. Это потребовало разработки новых техпроцессов (самые популярные из которых: 12 нм, 7 нм, 5 нм, 4 нм и самые передовые на сегодня 3 нм), а также создания принципиально новых литографов, способных эти техпроцессы обеспечить.
Так появились EUV фотолитографы (экстремальный ультрафиолет), использующие длину волны 13,5 нм. Это позволило «рисовать» гораздо более «тонкие» схемы, уменьшить размер чипа и увеличить плотность транзисторов. В итоге микрочипы стали значительно более мощными и быстрыми. Первая EUV машина TWINSCAN NXE:3100 была отправлена ASML в Южную Корею, в исследовательский центр Samsung, в 2010 году. Отработка новых техпроцессов заняла немало лет: только в 2019 году появился первый чип, изготовленный с использованием EUV литографов ASML. Им стал мобильный процессор Samsung Exynos 9825, исполненный по техпроцессу 7 нм. Смартфоны Samsung Galaxy Note 10 и Galaxy Note 10+ были оснащены именно этими микропроцессорами.
Кроме голландской ASML никто в мире не выпускает EUV фотолитографы. Всё дело в невероятной сложности технологий, стоящих за этим оборудованием и огромном количестве высокотехнологических компонентов, используемых при его изготовлении. Многие учёные считают, что EUV литограф — это самое сложное оборудование, когда-либо созданное человеком. В этом лежит причина того, что перспектива создания подобного оборудования тем же Китаем дело весьма туманное. ASML разрабатывал эту технологию десятилетиями, имея доступ к самым передовым разработкам со всего мира. У Китая попросту недостаточно таких наработок, а получить доступ в наше время к готовым технологиям такого рода практически невозможно.
Для того, чтобы иметь возможность произвести собственный EUV литограф, нужно иметь доступ к сложнейшим технологиям, таким как лазеры и многослойные зеркала. Ведущими специалистами по этой части в мире являются две немецкие компании: Trumpf (лазеры) и Carl Zeiss (оптические системы). Сам ASML также скупил немало компаний по всему миру, обладающими специфическими ноу-хау. С Китаем этими технологиями никто, конечно, не поделится, да, и зеркала с лазерами не продаст. Конечно, Китай не стоит на месте. Периодически появляется информация о тех или иных научных и инженерных разработках Китая в этом направлении, однако ни о чём сопоставимом с технологиями ASML пока не слышно.
А что же Россия? У нас ситуация в этой сфере принципиально иная. Можно сказать, что именно Советский Союз стоял у истоков EUV-фотолитографии ещё в 70-х годах прошлого века. На сайте ASML прямо указано, что именно основываясь на советских исследованиях в области многослойных зеркал, японский инженер Хироо Накасита из Nippon Telegraph and Telephone (NTT) в 80-х годах спроецировал первые изображения EUV. Уже во времена новой России наши учёные внесли существенный вклад в разработку ключевых технологий создаваемого голландцами EUV литографа. В 2003 г. по контракту с ASML ведущий российский (ранее — советский) центр в области лазерных технологий, Институт спектроскопии (ИСАН) РАН, создал прототип источника EUV излучения на основе электрического разряда в парах олова.
Другую ключевую технологию EUV фотолитографии, изготовление многослойных зеркал, для голландцев разработал ещё один российский передовик, Институт физики микроструктур (ИФМ) РАН. Так что в отличие от китайцев, у нас есть всё необходимое, чтобы стать вторыми в мире производителями ультрасовременных литографов экстремального ультрафиолета. По словам сотрудников ИМФ РАН, литограф, способный массово производить чипы по техпроцессу 28 нм, ожидается к 2030 году, после чего техпроцессы будут утончены до 14 и 12 нм. Стоит подчеркнуть, что в отличие от иммерсионной фотолитографии, где обычно применяется технология многократного экспонирования, EUV литографы могут позволить печатать чипы по указанным техпроцессам всего за один проход.
В этом случае разрабатывать иммерсионный DUV литограф нам, скорее всего, вообще не понадобится: все заботы по «тонким» и «средним» техпроцессам возьмёт на себя EUV машина. Что касается «зрелых» техпроцессов, то и здесь у нас порядок. В этом году Зеленоградский нанотехнологический центр создал свой первый 350 нм фотолитограф (сейчас идёт тестирование). К 2026 году ожидается 130 нм машина, а чуть позже — 90 нм. Никаких сомнений по этому поводу нет: если удалось сделать машину на 350 нм, то доработка остальной линейки «сухих» DUV литографов просто «дело техники».
Так что по части зрелых DUV литографов мы китайцев скоро догоним, а вот что касается EUV литографии — тут у нас явное преимущество. Другое дело, что литографы — не вещь в себе. Параллельно нужно срочным образом доводить до ума всю производственную линейку оборудования: установки травления, осаждения, шлифования и т. д. Средства на это выделены государством, работы идут. Будем надеяться, что всё будет готово своевременно. Но вот в чём нам точно стоит поучиться у китайцев, так это в организации массового производства электронной техники.
Передовые микросхемы мало произвести — их ведь нужно куда-то после этого установить. Следовательно уже сейчас надо думать о разворачивании у нас производства самой разной электронной техники. Развитая микроэлектроника может быть только при наличии развитой электроники: от смартфонов и умных часов до серверов и станков с ЧПУ. Будем надеяться, что и с этим мы справимся. Главное у нас уже есть: благодаря таланту и труду советских и российских учёных и инженеров мы владеем самой сложной технологией нашего времени, EUV фотолитографией. Осталось только реализовать её должным образом.
Свежие комментарии