В России написана «дорожная карта» создания суверенного литографа дешевле и проще, чем у ASML

В России разработан план создания оборудования для создания современных чипов, которое будет дешевле и эффективнее, чем установки сегодняшнего монополиста рынка ASML. Авторы проекта считают, что нашей стране нецелесообразно идти путем нидерландской компании, так как это слишком затратно. Поэтому Россия будет создавать установки не с длиной волны 13,5, а 11,2 нанометров.

«Дорожная карта» создания российского литографа

В России разработали «дорожную карту» создания литографа,
который будет дешевле, а в изготовлении проще, чем оборудование нидерландской ASML. Но при этом российская
установка будет не менее эффективной. Это следует из «Новой концепции развития
высокопроизводительной рентгеновской литографии», подготовленной сотрудником Института
физики микроструктур Российской академии наук (ИФМ РАН) Николаем Чхало, которая оказалась в распоряжении CNews.

Реализация «дорожной карты» позволит в разумные сроки
создать в стране собственные современные нанолитографические установки,
отмечается в документе.

ИФМ РАН предлагает уменьшить рабочую длины волны литографа с
13,5 до 11,2 нм. Ожидается, что этот подход снизит затраты как на изготовление
вакуумных элементов и систем, и литографа в целом, так и на стоимость
эксплуатации.

Инновационная концепция

Для создания отечественного литографа, не уступающего ASML, ИФМ РАН предлагает ряд
инноваций. Например, длина волны 11,2 нм. Это должно привести к
увеличению разрешающей способности установки на 20% (разрешающая способность
определяется, как минимальный элемент, воспроизведенный в слое фоторезиста).

«Это позволит уменьшить габаритные размеры и существенно
упростить изготовление зеркал, а также заметно удешевить производство объектива,
— отмечает Чхало. — В российской установке планируется заменить оловянный
лазерно-плазменный источник на ксеноновый. Это должно на порядки уменьшить загрязнения
оптических элементов продуктами разлета материала источника. В разы возрастет
время жизни дорогостоящих коллектора и pellicle (свободновисящих многослойных пленок для защиты масок), а значит и масок».

Переход к длине волны 11,2 нм в потенциале открывает
возможность использования резистов на основе кремния, в частности
кремнийорганических. Наибольшей чувствительностью при высоких параметрах
передачи рисунка в EUV-литографии обладают органические резисты, следует из
концепции. «Можно ожидать, что увеличение доли кремния в резисте приведет к
заметному увеличению эффективности резиста на длине волны 11,2 нм по сравнению
с 13,5 нм», — подчеркивает Чхало.

Сравнение российского
и литографа ASML

В таблице приводится сравнение основных параметров литографа
TWINSCAN NXE:3600D производства ASMLс
ожидаемыми параметрами литографа, разрабатываемого в ИФМ РАН.

Как видно из таблицы, при средней мощности лазера 3,6 кВт ожидаемая производительность на длине волны 11,2 нм будет меньше примерно в 2,7 раза, чем у ASML-литографа.

«Для фабрик, у которых рынок продукции меньше, чем у 5-топ
компаний, этой величины вполне достаточно, с учетом того что из всех слоев на
чипе рентгеновская литография используется только при формировании нескольких
критических слоев, — отмечается в документе. — —Таким образом, успешная
реализация данной концепции позволит достичь целей повышения доступности
рентгеновской литографии для пользователей без ущерба разрешающей способности».

Работа в
три этапа

По аналогии с опытом развития мировой EUV-литографии
реализация предложенной концепции предполагает три этапа, приводит Чхало.

Первый этап состоит из научно-исследовательской работы (НИР)
с элементами опытно-конструкторской (ОКР). Планируется создать критические технологии
рентгеновской литографии, выявить основные проблемы по всем ключевым
технологиям и выработать предложения по коррекции технических решений.

Помимо этого, планируется сформировать кооперационные связи
и список оборудования, необходимого для решения задач второго этапа. Создать
экспериментальный образец литографа для тестирования всех элементов в реальном
технологическом процессе, разработать резисты и отработать технологии
формирования наноструктур методом рентгеновской литографии.

Среди целей второго этапа заявлено создание опытного образца
высокопроизводительного литографа с шестизеркальным проекционным объективом,
мультикиловаттной лазерной системой, системой сканирования для пластин 200/300
мм. В том числе, планируется интеграция рентгеновской литографии в
высокопроизводительную линейку производства передовых отечественных чипов, создание
кооперационных цепочек для производства основных элементов и систем литографа.

Результатами этапа станут опытный образец литографа с
производительностью более 60 пластин 200 мм в час. Также планируется интеграция
рентгеновской литографии в технологическую цепочку производства чипов на
передовой отечественной фабрике, позволяющая использовать эту технологию при
производстве критических, с минимальными топологическими нормами, слоев, а
также формулирование технического задания и технико-экономического обоснования
на опытный образец литографа для индустриальных применений.

Третий этап предполагает создание литографа, адаптированного
к эксплуатации на фабрике, с производительностью пластин диаметром 300 мм более
60 в час, организацию серийного производства литографов в России.

Сроки прохождения этапов в документе не названы.

О начале работы над литографом в ИПФ РАН CNews сообщал в октябре 2022 г. Предполагалось, что установка сможет выпускать чипы по
топологии 7 нм. Полноценную работу оборудование может начать в 2028 г. В РАН ожидают, что российский литограф будет в 1,5-2 раза эффективнее того, что создан ASML.

Опыт ASML

Чхало убежден, что попытка копирования литографа компании
ASML не приведет к успеху. Этот вывод относится как к техническим, так и
экономическим проблемам, стоящим на пути построения литографа на 13,5 нм,
продолжает он.

«В целом, развиваемая ASML концепция привела к огромной
стоимости оборудования, — отмечает Чхало. — По разным данным, цена выпускаемых
в настоящее время литографов серии NXE:3400C и NXE:3600D превышает 300
миллионов евро, а нового поколения EXE:5000 с разрешением 8 нм в разы больше».

Тем не менее, топ-менеджеры компаний TSMC, Samsung и Intel
подтверждают, что, несмотря на все эти затраты, EUV-литография экономически
эффективна, отмечается в документе. «Однако надо учитывать, что эта эффективность
обусловлена гигантским рынком чипов, занимаемым этими компаниями, по сути,
монополистами, — следует далее. — При уменьшении рынка эта эффективность резко
упадет. Косвенным подтверждением этого вывода является и то, что, кроме этих
гигантов, а также американской Micron Technology и корейской SK Hynix Korea,
входящих в 5-топ производителей чипов в мире, такое оборудование больше никто
не приобрел и согласно прогнозам ASML на ближайшее будущее и не планирует».

Вышла новая версия гиперконвергентного решения российского разработчика

Цифровизация

Поэтому Чхало приходит к выводу, что с экономической точки
зрения повторять проект ASML для России бессмысленно. Так как при мелкосерийном
производстве она может и превысить стоимость спецтехники, для которой этот чип
производился.

Технически повторить разработку ASML представляется
маловероятным, да и использование подобного оборудования для отечественного
рынка чипов с его ограниченным объемом не представляется целесообразным.

Невероятные технологические трудности создания EUV-литографа
привели к тому, что даже США и Япония, стартовав в этой гонке первыми, не
смогли довести свои EUV-программы до конкурентного продукта и ограничились лишь
отдельными компонентами для ASML.

«Причиной их неудачи, и, в противовес, успеха ASML, на наш
взгляд, является то, что ASML смогла интегрировать в своем продукте лучшие
мировые достижения по всем основным компонентам, — продолжает Чхало. — Этого они достигли путем
беспрецедентной открытости проекта. На основании этого можно сделать вывод, что
и в технологическом смысле одной стране маловероятно повторить проект ASML».

Поэтому автору очевидно, что для отечественной программы
необходим альтернативный подход к решению проблемы высокопроизводительной
рентгеновской литографии, обеспечивающий сопоставимые технические
характеристики и при этом делающий эту технологию более доступной по цене
оборудования и стоимости эксплуатации. В случае реализации этой концепции
литографы будут востребованы не только в РФ, но и зарубежом, так как они станут
доступными для компаний, не входящих в 5-топ.

Литография в России

Напомним, из-за санкций в Россию не ввозят оборудование для литографии. Так что собственное производство — важный шаг на пути к технологическому суверенитету.

Нехватка ИТ-кадров заставляет компании сдвигать сроки проектов

Облачные тренды

Производство российского оборудования для выпуска чипов с
топологией 350 нм начнется в 2024 г., а 130 нм — в 2026 г. Такие амбициозные планы озвучивал замглавы
Минпромторга Василий Шпак. На
сегодняшний день такую литографию выпускают только две компании в мире —
голландская ASML и японская Nikon.

После 2026 г. в России начнется сравнительно крупное производство лазеров для литографии, которые будут
использоваться для выпуска микросхем. Планируется сборка как минимум пяти таких
лазеров в год. Разработка идет полным ходом: тестовые испытания в составе
литографа назначены на 2025 г.

За разработку лазера отвечала ГК «Лассард». Проводить
тестирование будут сотрудники «Зеленоградского нанотехнологического центра»
(ЗНТЦ), а сам лазер будет использоваться в составе литографа, первоначально
рассчитанного на топологию 350 нм. Новый лазер «прокачает» его до 130 нм. Для
сравнения, самый современный техпроцесс, по которому в 2024 г. производятся
различные микросхемы, в том числе и центральные процессоры — это 3 нм. Эти
нормы используются на фабриках TSMC для производства чипов Apple.

В своем оригинальном исполнении он предназначен для выпуска
чипов по топологии 350 нм. Это не самый современный техпроцесс – пик его
актуальности пришелся на 1995-1996 гг. Чипы размером 350 нанометров хоть и
считаются большеразмерными чипами, но до сих пор используются во многих
отраслях, в том числе в автопроме, энергетике и телекоммуникациях.

CNews
писал о проблемах,
связанных с исполнением таких проектов. Во-первых, бюджеты. Власти потратят
100 млрд руб. на возведение в России индустрии по выпуску оборудования для
производства микросхем. Деньги будут выделяться в течение трех лет. Для
сравнения, только за 2022 г. ASML, крупнейший вендор такой аппаратуры в мире,
вложил в НИОКР втрое больше денег. К тому же в России почти нет нужных
специалистов, а тем, кого удалось найти, уже около 80 лет.

«У предприятий не хватает ни сотрудников, способных
просчитать технологический процесс работы таких установок, ни ученых,
обладающих достаточными знаниями в области, например, практической физики», — отмечал
заместитель заведующего кафедрой микро- и наноэлектроники МФТИ Евгений Горнев.