21 мая 2024 года в Нижнем Новгороде в кулуарах конференции ЦИПР (Цифровая индустрия промышленной России), проходящей с 21 по 24 мая, заместитель министра промышленности и торговли Василий Шпак сообщил о том, что первый российский литограф, обеспечивающий выпуск чипов по техпроцессу 350 нм, уже создан и проходит испытания.

Заместитель министра промышленности и торговли Василий Шпак

В частности, он сказал:

Первый отечественный литограф мы собрали, сделали. Он сейчас проходит уже испытания в составе технологической линейки в Зеленограде.

Дополнительно было сообщено, что следующий литограф, который сможет обеспечить создание чипов по техпроцессу 130 нанометров, планируется создать в 2026 году:

В 2026 году мы должны получить отечественный литограф на 130 нанометров.

Вот вам одновременно два заявления — одно с умиротворяющими словами «уже создан» и второе, которое часто бесит скептиков, «планируется создать». Конечно, читать про то, что уже создано, приятнее, поскольку то, что только планируется создать, не факт, что будет создано, и слабонервным не хочется разочаровываться.

Но ведь планы тоже интересны, ибо не все они «остаются только на бумаге», как утверждают эти скептики. Особенно сегодня, когда англосаксы нам дали волшебный пинок. Так что о планах я тоже буду продолжать писать, уж потерпите. Планы, дорожные карты и прочие «роадмэпы» мне довольно интересны и, думаю, не только мне. Даже «роадмэпы» Интела для меня были всегда весьма занимательны несмотря на постоянную сдвижку их сроков вправо, что уж говорить про наши, родные планы.

В случае же литографов речь идёт об ОКР'ах с конкретными, прописанными в документах датами. Причём с ОКР'ами на уже существующие в мире аппараты, работающими на длине волны 354,7 нм (для техпроцесса 350 нм) и длинах волн 248 и 193 нм (для техпроцесса 130 нм и тоньше). То есть, вероятность того, что ОКР'ы на них закончатся удачно, приближается, не побоюсь этого слова, к ста процентам.

Другое дело с ОКР'ами по рентгеновскому литографу. Там вероятность успеха несколько ниже, поскольку мы не повторяем западные образцы EUV-литографов, а используем другие компоненты. Например, источник излучения, который работает по другому принципу и излучает на чуть более короткой волне. Соответственно, и многослойные зеркала из других материалов и т.п.

Напомню, что чуть ранее разработка бесфотошаблонного литографа упёрлась в неработоспособность матрицы зеркал после их напыления на МЭМС, хотя по другой части рентгеновской оптики всё удалось. Но одновременно выяснилось, что можно создать классический рентгеновский литограф существенно дешевле, чем предполагалось ранее (вследствие чего от него и отказались в пользу бесфотошаблонного), используя другой более дешёвый в производстве и обслуживании источник и меньшую производительность (ведь пока нет нужды печатать СБИС для всего мира).

Но вернёмся к нашим классическим литографам. Как сказал Шпак, следующим станет разработка 90 нанометрового литографа:

Дальше будем идти поступательно на 90 нанометров и ниже. Поэтому не останавливаемся здесь. У нас принята комплексная программа для электронного машиностроения.

Таким образом, у нас в разработке имеется цепочка классических DUV-литографов 350-130-90 нм с вероятностью их постройки в назначенные сроки, близкой к 100% и линейка EUV-литографов 90-28-16-12 нм (т.н. рентгеновских), вероятность построения которых несколько ниже, но, по моей оценке, в нынешних условиях тоже довольно высока.

Ранее я много и подробно писал именно про рентгеновские литографы, разбирал их по косточкам. А вот разработке классических DUV-литографов уделял меньше внимания. Но, поскольку сегодня у нас появилась информация о том, что литограф 350 нм уже готов и проходит испытания, давайте познакомимся поподробнее с тем, а какие работы, собственно, ведутся, и какие сроки у них расставлены.

Начнём с литографа на 350 нм. Стоимость его разработки 985 млн. руб., что в шесть раз меньше, чем стоимость разработки следующего литографа на 130 нм, которая оценивается в 5 млрд. 900 млн. руб. Это говорит нам о том, что большинство ключевых технологий (например, источник излучения) для изготовления первого литографа уже имеется, в том числе, видимо, в составе наработок белорусского завода «Планар» (машины «Планара» доходили до минимального уровня топологии в 0,5 микрон), в сотрудничестве с которым и проводятся эти работы.

DUV-литограф 350 нм

Стоимость разработки 985 млн. руб.

Этап 1 (10.11.2021 — 31.07.2022) — пройден!

1. Предварительный расчёт рабочего объектива для проекционной системы для производства СБИС с топологической нормой 350 нм для длины волны 354,7 нм и рабочим полем 22х22 мм. Обоснование использования необходимых оптических материалов.

2. Уточнение технических требований на исследование и отработку БТП (базовых технологических процессов).

3. Составление библиотеки элементов тестовых структур предназначенных для отработки БТП.

4. Разработка эскизного проекта установки.

5. Проведение патентных исследований.

Результат:

1. Отчет с расчетами объектива и обоснованием выбора оптических материалов.

2. Технические требования на отработку БТП.

3. Проект библиотеки элементов тестовых структур.

4. КД эскизного проекта — 1 комплект.

5. Отчет о патентных исследованиях — 1 комплект.

Мой комментарий:

Этап завершился летом 2022 года, то есть 2 года назад. Как мы видим, кроме расчёта объектива, других работ по ключевым компонентам литографа не наблюдается. Таким образом, очевидно, что все эти компоненты, такие, как источник излучения, уже разработаны и имеются в наличии в высокой степени готовности.

Также проведены работы по подготовке к разработке базового технологического процесса и разработка библиотеки тестовых структур (будущих компонентов транзисторов).

Этап 2 (01.08.2022 — 30.06.2023) — пройден!

1. Разработка КД (конструкторской документации) на опытный образец установки и комплект стендового оборудования:
   -высокопрецизионный обрабатывающий центр с вертикальным аэростатическим шпинделем с системой контроля децентрировки линз в оправах;
   -установка сборки высокоапертурных фотолитографических объективов;
   -стенд для измерения (контроля) фотолитографических и аберрационных характеристик объективов на рабочих длинах волн

2. Разработка конструкции и технологического маршрута изготовления тестовых структур.

3. Разработка ПМИ (программы и методики испытаний) для аттестации БТП (базовых технологических процессов).

4. Изготовление ФШ (фотошаблонов) тестовых структур.

5. Изготовление тестовых структур на технологической линейке Исполнителя с применением оборудования, имеющим топологический размер минимального элемента 350 нм .

6. Проведение технологических испытаний тестовых структур

7. Разработка ТД (технической документации) на опытный образец установки и комплект стендового оборудования:
   - высокопрецизионный обрабатывающий центр с вертикальным аэростатическим шпинделем с системой контроля децентрировки линз в оправах;
   - установка сборки высокоапертурных фотолитографических объективов;
   - стенд для измерения (контроля) фотолитографических и аберрационных характеристик объективов на рабочих длинах волн.

8. Анализ ТД на технологичность предлагаемых конструкций узлов опытного образца установки.

Результат:

1. КД — 4 комплекта.

2. Проект технологического маршрута изготовления тестовых структур.

3. ПМИ для аттестации БТП.

4. ФШ тестовых структур.

5. Тестовые структуры — 1 компл.

6. Протоколы технологических испытаний.

7. ТД — 4 комплекта.

Мой комментарий:

Этап завершился летом 2023 года, то есть 1 год назад. Созданы фотошаблоны тестовых структур, на имеющимся стороннем оборудовании созданы сами тестовые структуры для отработки технологии их изготовления. Подготовлена конструкторская документация на опытный образец литографа а также на стендовое производственное и измерительное оборудование.

В общем, проведена, пожалуй, самая рутинная часть работ.

Этап 3 (01.07.2023 — 30.06.2024) — практически пройден!

1. Изготовление опытного образца установки.

2. Разработка ПД (проектной документации).

3. Разработка программы и методики ПрИ (предварительных испытаний) опытного образца установки и комплекта стендового оборудования:
   - высокопрецизионный обрабатывающий центр с вертикальным аэростатическим шпинделем с системой контроля децентрировки линз в оправах;
   - установка сборки высокоапертурных фотолитографических объективов;
   - стенд для измерения (контроля) фотолитографических и аберрационных характеристик объективов на рабочих длинах волн.

4. Отработка БТП (базовых технологических процессов) на опытном образце установки.

5. Изготовление ФШ (фотошаблонов) для опытного образца установки.

6. Изготовление комплекта тестовых структур на опытном образце установки.

7. Проведение технологических испытаний тестовых структур изготовленных на опытном образце установки.

8. Анализ результатов испытаний.

9. Наладка опытного образца установки.

Результат:

1. Опытный образец установки — 1.

2. Комплект стендового оборудования — 1.

3. ПД — 1 комплект.

4. Программа и методика ПрИ опытного образца — 1 комплект.

5. Комплект тестовых структур

6. Протоколы технологических испытаний тестовых структур

7. Результаты анализа испытаний

8. Протокол определительных испытаний — 1 экз.

Мой комментарий:

Этап на стадии завершения. Как нам сообщил Василий Шпак, опытный образец литографа изготовлен, стендовое производственное и измерительное оборудование изготовлено, проектная документация готова, сейчас проводятся испытания тестовых структур (очевидно, транзисторов), изготовленных на опытном образце литографа и по их результатам его соответствующая доналадка.

Этап 4 (01.07.2024 — 30.11.2024) — до конца этого года!

1. Проведение совместно с Заказчиком ПрИ (предварительных испытаний) опытного образца установки.

2. Присвоение КД (конструкторской документации) и ТД (технологической документации) литеры «О» (опытный образец).

3. Проведение совместно с Заказчиком ПИ (приёмочных испытаний) опытного образца установки.

4. Присвоение КД (конструкторской документации) и ТД (технологической документации) литеры «О1» (опытный образец).

5. Разработка комплекта РТД (рабочей технологической документации) на БТП (базовые технологические процессы) для серийного оборудования. Организация технологической и сервисной поддержки БТП при эксплуатации отечественного оборудования.

Результат:

1. Материалы ПрИ — 1 комплект.

2. КД, ТД с литерой «О» — комплекты.

3. КД, ТД с литерой «О1» — комплекты.

4. Научно-технический отчет по ОКР — 1 комплект.

5. Заключение предприятия-потребителя по уровню параметров — 1 экз.

6. Предложение по предприятию-изготовителю изделий — 1 экз.

Мой комментарий:

До конца ноября этого года будут проведены предварительные испытания опытного образца литографа и подготовлена вся документация для промышленного производства серийных машин.

Таким образом, все работы идут по плану, и с 2025-го года можно будет начать промышленное серийное изготовление этих машин и создание производственных линий.

Теперь давайте посмотрим, что у нас там со следующим литографом на 130 нм.

DUV-литограф 130 нм

Стоимость разработки 5 млрд. 900 млн. руб.

Этап 1 (19.11.2021 — 31.10.2022) — пройден!

1. Разработка эскизного проекта:
   - установки проекционного переноса изображений
   - эксимерного лазера с длиной волны 248 нм
   - эксимерного лазера с длиной волны 193 нм

2. Предварительный расчет рабочего объектива для проекционной системы. Обоснование использования необходимых оптических материалов

3. Анализ состояния технологических процессов для производства ЭКБ на пластинах диаметром 150 и 200 мм

4. Проведение патентных исследований.

5. Изготовление макетов ключевых узлов:
   - эксимерного лазера с длиной волны 248 нм
   - эксимерного лазера с длиной волны 193 нм

Результат:

1. Отчет с расчетами объектива и обоснованием выбора оптических материалов.

2. КД эскизного проекта — 1 комплект.

3. Отчет о патентных исследованиях — 1 комплект.

4. Материалы НТО.

Мой комментарий:

Вот теперь мы видим помимо расчёта объектива проектирование эксимерных лазеров (газовых лазеров, работающих на электронных переходах эксимерных, т.е существующих только в электронно-возбуждённых состояниях, молекулах).

Итого, полтора года назад уже рассчитан объектив и изготовлены макеты лазеров двух длин волн. Также создан эскизный проект установки проекционного переноса изображений.

Этап 2 (01.11.2022 – 31.01.2024) — пройден!

1. Разработка КД и ТД,
   - установки проекционного переноса изображений
   - эксимерного лазера с длиной волны 248 нм;
   - эксимерного лазера с длиной волны 193 нм.

2. Изготовление макетов ключевых узлов установки проекционного переноса изображений.

3. Уточнение технических требований на исследование и отработку БТП.

4. Составление библиотеки элементов тестовых структур предназначенных для отработки БТП.

5. Изготовление технологического стенда и отработка технологии изготовления широкоформатных оптических деталей асферической формы.

6. Разработка ПД, изготовление опытного образца эксимерного лазера с длиной волны 248 нм.

7. Разработка конструкции и технологического маршрута изготовления тестовых структур.

8. Разработка ПМИ для аттестации БТП.

9. Изготовление опытных образцов
   - эксимерного лазера с длиной волны 248 нм;
   - эксимерного лазера с длиной волны 193 нм.

10. Разработка ПМИ для
    - эксимерного лазера с длиной волны 248 нм;
    - эксимерного лазера с длиной волны 193 нм.

11. Разработка КД на опытный образец установки и стенд для измерения (контроля) фотолитографических и аберрационных характеристик объективов на рабочих длинах волн.

12. Изготовление ФШ тестовых структур.

13. Изготовление тестовых структур на технологической линейке Исполнителя с применением оборудования, имеющим топологический размер минимального элемента 180 нм.

14. Проведение технологических испытаний тестовых структур.

15. Проведение совместно с Заказчиком ПрИ
    - эксимерного лазера с длиной волны 248 нм;
    - эксимерного лазера с длиной волны 193 нм.

16. Присвоение КД, ТД и ПД литеры «О».

17. Проведение совместно с Заказчиком ПИ
    - эксимерного лазера с длиной волны 248 нм;
    - эксимерного лазера с длиной волны 193 нм.

18. Присвоение КД, ТД и ПД литеры «О1» по результатам испытаний эксимерного лазера.

19. Разработка ТД на опытный образец установки и стенд для измерения (контроля) фотолитографических и аберрационных характеристик объективов на рабочих длинах волн.

20. Анализ ТД на технологичность предлагаемых конструкций узлов установки.

Результат:

1. КД — 1 комплект.

2. ТД — 1 комплект.

3. Акт изготовления макетов — 1 шт.

4. Технические требования на отработку БТП.

5. Проект библиотеки элементов тестовых структур.

6. Проект технологического маршрута изготовления тестовых структур.

7. ПМИ для аттестации БТП.

8. Опытные образцы
   - эксимерного лазера с длиной волны 248 нм;
   - эксимерного лазера с длиной волны 193 нм.

9. КД на опытный образец установки и комплект стендового оборудования.

10. ФШ тестовых структур.

11. Тестовые структуры — 1 компл.

12. Протоколы технологических испытаний.

13. КД, ТД с литерой «О1» — комплекты на эксимерные лазеры.

Мой комментарий:

Таким образом, на сегодняшний день уже изготовлены опытные образцы эксимерных лазеров для двух длин волн, созданы фотошаблоны тестовых структур, а на имеющимся стороннем оборудовании созданы сами тестовые структуры для отработки технологии их изготовления с размером минимального элемента 180 нм.

Почему отрабатываются тестовые структуры с размером минимального элемента 180 нм а не 130 нм я не очень понял, поскольку везде в документации значится именно 130 нм. Думаю, что просто в наличии нет соответствующего стороннего оборудования для отработки структур 130 нм, и их будут доотрабатывать уже на готовом литографе, тем более, что соответствующие пункты есть в третьем этапе.

Замечу, что техпроцессы тоньше 250 нм и вплоть до 65 нм считаются согласно плану ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors — международный технологический план для производителей полупроводников) по минимальной ширине дорожки нижнего уровня металла (т.н. полушаг дорожки, что примерно вдвое длиннее затвора транзистора.

Напомню, что шаг дорожек — это дорожка плюс промежуток между дорожками). Это правило должно было соблюдаться для норм 180 нм, 130 нм, 90 нм и 65 нм, хотя фактически соблюдалось не всеми производителями.

Также подготовлена конструкторская документация на опытный образец литографа и на стендовое производственное и измерительное оборудование. В общем, вся основная рутина завершена.

Этап 3 (01.02.2024 — 31.03.2026) — начался и продлится весь 2025-й год!

1. Изготовление опытного образца установки.

2. Разработка ПД.

3. Разработка программы и методики ПрИ опытного образца установки и стенд для измерения (контроля) фотолитографических и аберрационных характеристик объективов на рабочих длинах волн.

4. Макетирование основных подсистем установки step-and-scan уровня 90 нм:
   -подсистема режимов освещения (круговое, кольцевое, квадрупольное, дипольное);
   -подсистема гомогенизатора для получения высокой степени равномерности освещения на рабочем поле объектива;
   - подсистема формирования линейной и круговой поляризации;
   - устройство измерения и контроля поляризации осветительной системы;
   - сканирующая диафрагма.

5. Отработка БТП на опытном образце установки.

6. Изготовление ФШ для опытного образца установки.

7. Изготовление комплекта тестовых структур на опытном образце установки.

8. Проведение технологических испытаний тестовых структур изготовленных на опытном образце установки.

9. Анализ результатов испытаний.

10. Наладка опытного образца установки.

Результат:

1. Опытный образец установки — 1.

2. Стендовое оборудование — 1.

3. ПД — 1 комплект.

4. Программа и методика ПрИ опытного образца — 1 комплект.

5. Комплект тестовых структур.

6. Протоколы технологических испытаний тестовых структур.

7. Результаты анализа испытаний.

8. Комплект тестовых структур.

9. Протоколы технологических испытаний тестовых структур.

10. Результаты анализа испытаний.

Мой комментарий:

В настоящее время идёт сборка опытного образца литографа и стендового оборудования. Готовится проектная документация. Примечательно, что планируется макетирование основных подсистем установки step-and-scan уровня 90 нм. То есть, в ближайшее время возможна новая госзакупка на разработку российского литографа уже для техпроцесса 90 нм.

Этап 4 (01.04.2026 — 30.11.2026)

1. Разработка технологии фотолитографии.

2. Разработка комплекта РТД на БТП для серийного оборудования.

3. Организация технологической поддержки БТП при эксплуатации отечественного оборудования.

4. Проведение совместно с Заказчиком ПрИ опытного образца установки.

5. Присвоение КД, ТД литеры «О».

6. Проведение совместно с Заказчиком ПИ опытного образца установки.

Результат:

1. Протокол определительных испытаний — 1 экз.

2. Материалы ПрИ — 1 комплект.

3. КД, ТД с литерой «О» — комплекты.

Мой комментарий:

В течение всего 2026-го года будет разрабатываться технология фотолитографии, документация для серийного оборудования, испытания опытного образца литографа.

Таким образом, все работы здесь тоже идут по плану, и с 2027-го года можно будет начать промышленное серийное изготовление этих машин и создание производственных линий для техпроцесса 130 нм.

Заключение

Таким образом, работы по DUV-литографам идут по плану, особых неожиданностей тут быть уже не должно. Все технологии давно известны миру и их тут просто нужно повторить.

Другое дело российские EUV-литографы (это которые «рентгеновские»). По ним большинство ключевых технологий тоже имеется, но ввиду ориентации на другой источник излучения, который выглядит лучше и технологичнее, чем у ASML, его конструкция обещает быть довольно инновационной, что может вызывать непредвиденные затруднения.

Впрочем, я думаю, что и с рентгеновскими литографами наши учёные справятся. Держим за них кулачки )))