Да, в Рос­сии скоро по­явит­ся свой без­ма­соч­ный ли­то­граф для про­из­вод­ства чипов по нор­мам 28 и 16 нм

Вот те на... Ска­зоч­ник что ли... или?..

Ещё не так давно я думал, что со­здать своё обо­ру­до­ва­ние для про­из­вод­ства про­цес­со­ров наша стра­на не смо­жет во­об­ще ни­ко­гда, да и не ста­нет даже пы­тать­ся за­ни­мать­ся этим делом. В край­нем слу­чае, про­сто купит что-​то околь­ны­ми пу­тя­ми. Ведь годы раз­ру­хи и все­об­ще­го упад­ка сде­ла­ли своё дело и убили об­ра­зо­ва­ние, науку и про­мыш­лен­ность. В на­ро­де была весь­ма по­пу­ляр­на идея о ми­ро­вом раз­де­ле­нии труда, вы­гля­дя­щая эко­но­ми­че­ски про­сто ши­кар­но. Делай толь­ко то, что уме­ешь лучше всего. Осталь­ное тебе дадут в обмен на то, что ты сде­лал. Ага, «щаззз».

Идея ра­бо­та­ет толь­ко бу­дучи об­ла­чён­ная в сфе­ри­че­скую форму и по­ме­щён­ная в ва­ку­ум. А на прак­ти­ке это, увы, не ра­бо­та­ет по при­чине того, что: а) в мире от­сут­ству­ет цен­тра­ли­зо­ван­ное управ­ле­ние; б) стра­ны не чув­ству­ют себя еди­ной общ­но­стью. Всё это при­во­дит к по­сто­ян­но­му пе­ре­тя­ги­ва­нию оде­я­ла на себя, кон­флик­там, по­сто­ян­ным недо­воль­ством более бед­ных или более за­ви­си­мых стран своим по­ло­же­ни­ем, и т.д., и т.п. Идею более-​менее можно ре­а­ли­зо­вать лишь в пре­де­лах одной стра­ны или одной общ­но­сти. А весь мир в одну общ­ность не за­го­нишь — слиш­ком уж он раз­ный.

В общем, ми­ро­вое раз­де­ле­ние труда ока­за­лось не такой пре­крас­ной шту­кой, какой оно вы­гля­де­ло из­на­чаль­но, хотя неко­то­рым стра­нам, ко­то­рые рулят про­цес­сом, оно да­ва­ло опре­де­лён­ную вы­го­ду, хотя и уве­ли­чи­ва­ло риски даже для них.

Итак, я был обык­но­вен­ным (хотя и до­воль­но уме­рен­ным) всё­про­паль­щи­ком, пока после 2014-го года про­тив Рос­сии не ввели санк­ции, объём ко­то­рых по­сто­ян­но рос, вслед­ствие чего она не смог­ла за­ку­пать у США мик­ро­элек­тро­ни­ку для кос­ми­че­ских нужд. Вот тогда у меня за­теп­ли­лась на­деж­да, что жи­во­тво­ря­щие санк­ции всё же за­ста­вят наше выс­шее ру­ко­вод­ство раз­ви­вать соб­ствен­ную науку и про­мыш­лен­ность.

Но даже тогда я по­ни­мал, что угнать­ся за ми­ро­вы­ми ли­де­ра­ми в про­из­вод­стве, ска­жем, мик­ро­про­цес­со­ров, в обо­зри­мой пер­спек­ти­ве не по­лу­чит­ся про­сто по объ­ек­тив­ным при­чи­нам. Почти весь мир прямо или кос­вен­но фи­нан­си­ру­ет про­из­во­ди­те­ля обо­ру­до­ва­ния для про­из­вод­ства мик­ро­про­цес­со­ров — ни­дер­ланд­скую ком­па­нию ASML, и почти весь мир за­ка­зы­ва­ет пе­чать мик­ро­про­цес­со­ров у тай­вань­ской фаб­ри­ки TSMC, ко­то­рая и за­ку­па­ет это но­вей­шее обо­ру­до­ва­ние от ASML.

Соб­ствен­ны­ми си­ла­ми пока про­дол­жа­ют де­лать про­цес­со­ры толь­ко такие ги­ган­ты, как Intel и Samsung, и то им непро­сто в этой кон­ку­рен­ции. Что уж го­во­рить о Рос­сии, не име­ю­щей ни­че­го, даже необ­хо­ди­мых кад­ров.

Но зна­е­те... всё ока­за­лось не со­всем так. Но обо всём по-​порядку.

Раз­ра­бот­ка про­цес­со­ров

Пер­вое время рос­сий­ской юри­ди­че­ски счи­та­лась тех­ни­ка, про­сто со­бран­ная из ино­стран­ных ком­плек­ту­ю­щих, но внут­ри стра­ны. Затем тре­бо­ва­ния по­сте­пен­но стали уже­сто­чать­ся, и стали по­яв­лять­ся про­из­вод­ства по пайке своих ма­те­рин­ских плат, хотя ком­по­нент­ная база была, и до сих пор есть, в ос­нов­ном ки­тай­ская.

Сей­час же уже тре­бу­ет­ся, чтобы на ма­те­рин­ской плате был и рос­сий­ский про­цес­сор. Но вот что озна­ча­ет — рос­сий­ский про­цес­сор? Уди­ви­тель­но, но ока­зы­ва­ет­ся, Рос­сия раз­ра­ба­ты­ва­ет таки соб­ствен­ные про­цес­со­ры! Прав­да, пе­ча­та­ют­ся они всё же не у нас...

Что ка­са­ет­ся про­цес­со­ров Эль­брус рос­сий­ской раз­ра­бот­ки, то компания-​разработчик этих про­цес­со­ров рас­тёт кор­ня­ми ещё из СССР, и бла­го­да­ря за­ка­зам от обо­рон­ки и в своё время со­труд­ни­че­ству с ком­па­ни­ей Sun Microsystems оста­лась на плаву и в даль­ней­шем смог­ла са­мо­сто­я­тель­но ре­а­ли­зо­вать свою дав­ниш­нюю за­дум­ку — про­цес­сор Эль­брус с ар­хи­тек­ту­рой ядер, ос­но­ван­ной на прин­ци­пах VLIW. Неко­то­рые вто­ро­сте­пен­ные блоки этого про­цес­со­ра до сих пор не соб­ствен­ные, а куп­лен­ные по ли­цен­зии, но это уже не столь кри­тич­но, когда ядра свои.

Про­цес­со­ры Бай­кал тоже раз­ра­бо­та­ны рос­сий­ски­ми спе­ци­а­ли­ста­ми, но в них боль­ше ли­цен­зи­он­ных бло­ков, и что осо­бен­но об­ра­ща­ет на себя вни­ма­ние — у них ли­цен­зи­он­ные ядра от ком­па­нии ARM. С одной сто­ро­ны, это опас­ность от­зы­ва ли­цен­зии, но с дру­гой — боль­шее ко­ли­че­ство про­грамм­но­го обес­пе­че­ния в мире, ко­то­рое сов­ме­сти­мо с этим про­цес­со­ром.

Также в Рос­сии ком­па­ния Yadro при­ку­пи­ла рос­сий­скую же ком­па­нию Syntacore, ока­зы­ва­ет­ся раз­ра­ба­ты­ва­ю­щую (вне­зап­но) ядра си­сте­мы ко­манд RISC-​V и со­би­ра­ет­ся раз­ра­бо­тать тре­тий про­цес­сор об­ще­го на­зна­че­ния с от­кры­той си­сте­мой ко­манд RISC-​V.

Так что с раз­ра­бот­кой про­цес­со­ров у нас всё от­но­си­тель­но непло­хо. Но вот что с их про­из­вод­ством?

Да, мы можем про­из­во­дить мик­ро­про­цес­со­ры по тех­но­ло­ги­че­ским нор­мам 90 нм и выше в то время, как на TSMC можно уже за­ка­зы­вать ин­же­нер­ные (неболь­шие) пар­тии про­цес­со­ров с тех­но­ло­ги­че­ски­ми нор­ма­ми 3 нм. Скоро будет воз­мож­но за­ка­зы­вать и круп­но­се­рий­ные пар­тии с этой тех­но­ло­ги­че­ской нор­мой. По­это­му со­вре­мен­ные се­рий­ные Бай­ка­лы и Эль­бру­сы, раз­ра­бо­тан­ные под нормы 28 нм, вы­пус­ка­ют­ся в TSMC а не у нас. А по­сколь­ку серии про­цес­со­ров от­но­си­тель­но неболь­шие (де­сят­ки и сотни тысяч), то и се­бе­сто­и­мость каж­до­го про­цес­со­ра силь­но выше, чем у их мно­го­мил­ли­он­ных кон­ку­рен­тов.

Так что с про­из­вод­ством чипов?

Бла­го­да­ря до­ста­точ­но дли­тель­ным санк­ци­ям ру­ко­вод­ство стра­ны всё же по­ня­ло, что санк­ции на­дол­го, и при­ня­ло окон­ча­тель­ное и твёр­дое ре­ше­ние об им­пор­то­за­ме­ще­нии клю­че­вых ком­по­нен­тов мик­ро­элек­тро­ни­ки и про­из­вод­стве их на тер­ри­то­рии Рос­сии. Твёр­дость на­ме­ре­ний под­твер­жда­ет­ся не толь­ко на­пи­сан­ным в стра­те­гии раз­ви­тия элек­трон­ной про­мыш­лен­но­сти Рос­сий­ской Фе­де­ра­ции на пе­ри­од до 2030 года, при­ня­той в 2020-м году с при­хо­дом Ми­шу­ст­и­на, но и кучей всё новых и новых вы­хо­дя­щих по­ста­нов­ле­ний пра­ви­тель­ства на эту тему. Давно так упор­но не били в одну точку.

В части мик­ро­про­цес­со­ров Рос­сии нужно так или иначе ре­шить за­да­чу про­из­вод­ства хотя бы части про­цес­со­ров внут­ри стра­ны объ­ё­мом, до­ста­точ­ным для по­кры­тия клю­че­вых кри­ти­че­ских об­ла­стей. Как ми­ни­мум, это сер­ве­ры и си­сте­мы хра­не­ния дан­ных гос­струк­тур и ком­па­ний с госу­ча­сти­ем. Бо­ну­сом могут идти и ра­бо­чие стан­ции этих ор­га­ни­за­ций.

Со­вре­мен­ное обо­ру­до­ва­ние для пе­ча­ти про­цес­со­ров про­из­во­ди­те­ли нам про­да­вать не хотят. Самим же такое обо­ру­до­ва­ние в ра­зум­ные сроки сде­лать прак­ти­че­ски невоз­мож­но, по­сколь­ку по­ми­мо всего про­че­го при­дёт­ся ис­поль­зо­вать много уже за­па­тен­то­ван­ных ре­ше­ний, ко­то­рые нам ско­рее всего не про­да­дут. А изоб­ре­сти ве­ло­си­пед, ко­то­рый был бы не ве­ло­си­пе­дом, до­воль­но слож­но.

Кроме того, су­ще­ству­ю­щее обо­ру­до­ва­ние под­ра­зу­ме­ва­ет вы­пуск боль­ших пар­тий про­цес­со­ров. Се­бе­сто­и­мость про­цес­со­ра в малых пар­ти­ях по­лу­ча­ет­ся до­воль­но вы­со­ким. Ка­за­лось бы, тупик.

Но выход об­на­ру­жил­ся :-) Ока­за­лось, что в Рос­сии есть за­па­тен­то­ван­ные на­ра­бот­ки, ко­то­рые можно при­ме­нить, на­при­мер, в без­ма­соч­ной рент­ге­нов­ской ли­то­гра­фии, а эта тех­но­ло­гия поз­во­ля­ет пе­ча­тать неболь­шие серии про­цес­со­ров по уме­рен­ной се­бе­сто­и­мо­сти. Если в тра­ди­ци­он­ной фо­то­ли­то­гра­фии се­бе­сто­и­мость од­но­го чипа па­да­ет с уве­ли­че­ни­ем серии, то в без­ма­соч­ной ли­то­гра­фии се­бе­сто­и­мость чипа от их ко­ли­че­ства прак­ти­че­ски не ме­ня­ет­ся. Ми­ну­сом такой тех­но­ло­гии яв­ля­ет­ся на по­ряд­ки мень­шая про­из­во­ди­тель­ность, но всё осталь­ное — толь­ко плюсы, и одним из таких плю­сов яв­ля­ет­ся на по­ря­док мень­шая сто­и­мость са­мо­го обо­ру­до­ва­ния.

При­ме­ча­тель­но ещё и то, что в мире пока ещё нет та­ко­го обо­ру­до­ва­ния, оно тоже ещё толь­ко раз­ра­ба­ты­ва­ет­ся, по­это­му Рос­сии будет легче в плане па­тен­тов, ко­то­рых ещё от­но­си­тель­но мало, а мно­гие уже у Рос­сии.

Так де­ла­ет­ся ли что-​то ре­аль­но?

Да! Но со­би­рать ин­фор­ма­цию при­хо­дит­ся по кру­пи­цам — де­я­тель­ность силь­но не афи­ши­ру­ет­ся, ви­ди­мо, чтобы из­бе­жать раз­ду­ва­ния «эф­фек­та Ро­го­зи­на».

На­сколь­ко мне уда­лось узнать ис­хо­дя из до­ступ­ной ин­фор­ма­ции о неко­то­рых кон­курс­ных лотах, в Рос­сии было про­ра­бо­та­но несколь­ко фи­нан­си­ру­е­мых го­су­дар­ством аван­про­ек­тов (тех­ни­че­ских пред­ло­же­ний) по темам, це­ле­на­прав­лен­но свя­зан­ным с без­ма­соч­ной рент­ге­нов­ской ли­то­гра­фи­ей.

Клю­че­вые узлы без­ма­соч­но­го рент­ге­нов­ско­го ли­то­гра­фа — это ис­точ­ник рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния нуж­ной длины волны и чип мик­ро­зер­кал, фор­ми­ру­ю­щих изоб­ра­же­ние на фо­то­ре­зи­сте. Об этом ниже.

Ис­точ­ник рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния

Уже в конце 2017-го года было вы­де­ле­но 300 млн. руб­лей и На­ци­о­наль­ным ис­сле­до­ва­тель­ским уни­вер­си­те­том МИЭТ в со­труд­ни­че­стве с ОАО «Научно-​исследовательский ин­сти­тут по­лу­про­вод­ни­ко­во­го ма­ши­но­стро­е­ния» и при­вле­че­ни­ем сле­ду­ю­щих со­ис­пол­ни­те­лей:

• Ин­сти­тут фи­зи­ки мик­ро­струк­тур РАН
• АО «Завод ПРО­ТОН»
• ООО «Мик­ро­фо­то­ни­ка»
• ООО «СЕР­ТАЛ»
• АО «Научно-​исследовательский ин­сти­тут точ­но­го ма­ши­но­стро­е­ния»
• ООО «На­но­про­мим­порт»

был вы­пол­нен про­ект по теме «Раз­ра­бот­ка ис­точ­ни­ка мяг­ко­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния на ос­но­ве мат­ри­цы мик­ро­фо­кус­ных рент­ге­нов­ских тру­бок для без­ма­соч­но­го ли­то­гра­фа с раз­ре­ше­ни­ем лучше 10 нм».

Цель про­ек­та — поиск аль­тер­на­тив­ных ме­то­дов без­ма­соч­ной ли­то­гра­фии, обес­пе­чи­ва­ю­щих од­но­вре­мен­но и до­ста­точ­ную для ин­ду­стри­аль­ных при­ме­не­ний про­из­во­ди­тель­ность, и на­но­мет­ро­вое про­стран­ствен­ное раз­ре­ше­ние. Впер­вые пред­ло­жен новый метод бес­шаб­лон­ной на­но­ли­то­гра­фии, в ко­то­рой в ка­че­стве «элек­трон­ной» маски вы­сту­па­ет мик­ро­схе­ма мик­ро­фо­кус­ных рент­ге­нов­ских тру­бок с «про­стрель­ной» ми­ше­нью.

Ра­бо­ты по про­ек­ту про­дол­жа­лись около трёх лет и были за­кон­че­ны 30 июня 2020 года. Прав­да, они не будут по­ло­же­ны в ос­но­ву со­зда­ния пер­во­го ли­то­гра­фа, по­сколь­ку для него, как мы позже уви­дим, будет ис­поль­зо­вать­ся не мат­ри­ца мик­ро­фо­кус­ных рент­ге­нов­ских тру­бок, а более клас­си­че­ский ва­ри­ант — син­хро­трон­ный или плаз­мен­ный ис­точ­ник из­лу­че­ния плюс мик­ро­зер­ка­ла. Думаю, это обу­слов­ле­но боль­шей про­ра­бо­тан­но­стью вто­ро­го ва­ри­ан­та, чем «аль­тер­на­тив­но­го» пер­во­го, не да­ю­ще­го, ви­ди­мо прин­ци­пи­аль­ных пре­иму­ществ.

Чип мик­ро­зер­кал

Пер­вой ла­сточ­кой был про­ект с шиф­ром «Филлит-​А», ко­то­рый вы­пол­нил ФТИАН им. К.А. Ва­ли­е­ва РАН. Про­ект на­зы­вал­ся «Раз­ра­бот­ка тех­ни­че­ско­го об­ли­ка ди­на­ми­че­ской маски на ос­но­ве чипа мик­ро­зер­кал для бес­шаб­лон­ной ли­то­гра­фии в рент­ге­нов­ском диа­па­зоне». Про­во­ди­лись ра­бо­ты по на­не­се­нию ди­элек­три­че­ско­го по­кры­тия ме­то­дом атомно-​слоевого оса­жде­ния на мик­ро­опто­элек­тро­ме­ха­ни­че­ские си­сте­мы (МОЭМС).

В уста­нов­ке без­ма­соч­ной рент­ге­нов­ской ли­то­гра­фии МОЭМС вы­пол­ня­ет функ­цию фо­то­шаб­ло­на: то­по­ло­гия чипа ко­ди­ру­ет­ся со­сто­я­ни­ем МОЭМС-​пикселей (мик­ро­зер­кал), от­ра­жа­ю­щих лучи, иду­щие от ис­точ­ни­ка из­лу­че­ния, и фор­ми­ру­ю­щих изоб­ра­же­ние на фо­то­ре­зи­сте. Ис­поль­зо­ва­ние МОЭМС об­лег­че­но тем, что в Рос­сии уже есть их про­из­вод­ство.

Рраз­мер пик­се­ля у се­рий­но вы­пус­ка­е­мых Рос­сии МОЭМС со­став­ля­ет около 10×10 мкм. Спе­ци­а­ли­сты счи­та­ют, что воз­мож­но, со­здать МОЭМС и с раз­ме­ром пик­се­ля 4 мкм, хотя для этого нужно ре­шить ряд про­блем.

Затем был про­ект с шиф­ром «Филлит-​А2», ко­то­рый на ос­но­ве преды­ду­ще­го про­ек­та «Филлит-​А» вы­пол­нил ИФМ РАН. Про­ект на­зы­вал­ся «Опре­де­ле­ние тех­ни­че­ской воз­мож­но­сти и путей со­зда­ния клю­че­вых эле­мен­тов рент­ге­нов­ской оп­ти­ки для бес­шаб­лон­ной ли­то­гра­фии».

В ходе вы­пол­не­ния про­ек­та были оп­ти­ми­зи­ро­ва­ны усло­вия на­не­се­ния, ма­те­ри­а­лы и тол­щи­ны ди­элек­три­че­ско­го атомно-​слоевого по­кры­тия на МОЭМС мик­ро­зер­кал. Было по­лу­че­но 18 об­раз­цов МОЭМС с на­не­сен­ным атомно-​слоевым по­кры­ти­ем, при­год­ных для даль­ней­ше­го ис­поль­зо­ва­ния в рам­ках про­ек­та, и не менее пяти крем­ни­е­вых пла­стин с на­не­сен­ным атомно-​слоевым по­кры­ти­ем.

Затем был про­ект «Филлит-​А3», ин­фор­ма­ции по ко­то­ро­му мне найти не уда­лось. Если у кого-​нибудь есть ин­фор­ма­ция по этому про­ек­ту и со­от­вет­ству­ю­щие ссыл­ки, прошу оста­вить их в ком­мен­та­ри­ях, было бы очень ин­те­рес­но озна­ко­мить­ся. Хо­ро­шо бы найти гос­за­куп­ки по всем трём шиф­рам — у меня этого почему-​то не по­лу­чи­лось.

И вот со­всем недав­но, 28 сен­тяб­ря 2021 года, на тор­го­вой пло­щад­ке «Рос­эл­торг» по­явил­ся при­ме­ча­тель­ный лот на 670 млн. руб­лей от Ми­ни­стер­ства про­мыш­лен­но­сти и тор­гов­ли Рос­сий­ской Фе­де­ра­ции: НИР (научно-​исследовательская ра­бо­та) «Раз­ра­бот­ка уста­нов­ки без­ма­соч­ной рент­ге­нов­ской на­но­ли­то­гра­фии на ос­но­ве МЭМС (мик­ро­элек­тро­ме­ха­ни­че­ской си­сте­мы) ди­на­ми­че­ской маски для фор­ми­ро­ва­ния на­но­струк­тур с раз­ме­ра­ми от 13 нм и ниже на базе син­хро­трон­но­го и/или плаз­мен­но­го ис­точ­ни­ка», шифр «Рентген-​Литограф».

По сути, это уже ис­сле­до­ва­ние воз­мож­но­сти раз­ра­бот­ки без­ма­соч­но­го рент­ге­нов­ско­го ли­то­гра­фа для фор­ми­ро­ва­ния эле­мен­тов по про­ект­ным тех­но­ло­ги­че­ским нор­мам 28 нм и 16 нм.

Сро­ком за­вер­ше­ния работ зна­чит­ся 30 но­яб­ря 2022 года. Ре­зуль­та­том работ будет раз­ра­бот­ка ТЗ (тех­ни­че­ско­го за­да­ния) на ОКР (опытно-​конструкторские ра­бо­ты).

Чуть по­дроб­нее этот лот я опи­сал в про­шлой ста­тье «Будут ли в Рос­сии де­лать обо­ру­до­ва­ние для про­из­вод­ства чипов по нор­мам 28 нм и менее?», по­смот­ри­те, до­воль­но ин­те­рес­но.

29 ок­тяб­ря 2021 года заказ до­стал­ся На­ци­о­наль­но­му ис­сле­до­ва­тель­ско­му уни­вер­си­те­ту «Мос­ков­ский ин­сти­тут элек­трон­ной тех­ни­ки». При этом, со­глас­но кон­курс­ной до­ку­мен­та­ции, он обя­зан за­клю­чить с Фон­дом пер­спек­тив­ных ис­сле­до­ва­ний без­воз­мезд­ный ли­цен­зи­он­ный до­го­вор на ис­поль­зо­ва­ние в своей научно-​исследовательской ра­бо­те научно-​технических ре­зуль­та­тов и ре­зуль­та­тов ин­тел­лек­ту­аль­ной де­я­тель­но­сти, по­лу­чен­ных в рам­ках аван­про­ек­тов Фонда пер­спек­тив­ных ис­сле­до­ва­ний (шифр «Филлит-​А», «Филлит-​А2», «Филлит-​А3»), о ко­то­рых я рас­ска­зы­вал выше. То есть, видно, что идёт по­сле­до­ва­тель­ная ра­бо­та во вполне опре­де­лён­ном на­прав­ле­нии.

За­клю­че­ние

В общем, всё идёт к тому, что в рай­оне 2024-2025 годов (по моим оцен­кам) у Рос­сии будет свой пер­вый про­то­тип без­ма­соч­но­го ли­то­гра­фа для про­из­вод­ства чипов по нор­мам 28 нм и 16 нм, а ра­бо­ты по даль­ней­ше­му умень­ше­нию тех­про­цес­са, несо­мнен­но, про­дол­жат­ся.