צילום ASML. מקור: arscomp.ru
אין לאן לזוז ימינה
למה רוסיה צריכה צילום משלה ומה היא יכולה לעשות?
כדאי להתחיל קצת מרחוק. לדעת רבים, במאה ה-2 סימן להתפתחות המדינה הוא היכולת לייצר מוצרי היי-טק. למשל, סמארטפונים או מחשבים ניידים. באופן קפדני, רוסיה עומדת במלואה עם ההסמכה הזו - המדינה מייצרת ציוד תחרותי למדי. כאן, Bitblaze Titan הוא מחשב נייד ביתי או YotaPhone XNUMX הוא סמארטפון תוצרת בית. המחשב הנייד בנוי גם סביב המעבד הרוסי בעל שמונה ליבות Baikal-M. נראה כי סיבה לגאווה מוכנה - אנו מזמינים את כולם לחגוג. אבל כאן מתחילים הניואנסים.
גם סמארטפון וגם מחשב נייד הם רק תוצר של קומפילציה של רכיבים מיובאים וכיוונון עדין של התזמורת הטכנית כולה. העבודה לא קלה ודורשת מוח איכותי, אבל יש בה הרבה נקודות תורפה. תלות בספקים, קודם כל. Baikal-M המפורסם הוא ביתי רק בעיצוב. וכאן, לא הכל רוסי לחלוטין - ליבת המעבד היא מהמשרד הבריטי ARM. ייצור המוצר מא' ועד ת' נערך במתקני הענק הטייוואני TSMC.
באופן דומה, המעבד לסמארטפונים "Skif" מיוצר מ-Zelenograd SPC "Elvis" - "מערכות מחשוב ומידע אלקטרוני". ליתר דיוק, זה נעשה: היצרן הטיוואני סירב לכל המפתחים הרוסים.
קריסטל סיליקון לאחר פוטוליתוגרפיה. מקור: domoticzfaq.ru
בארצנו נוצרה תעשיית עיצוב מיקרו שבבים מפותחת. בין המובילים נמצאים MCST Elbrus, Baikal Electronics, STC Modul, Syntacore ו-SPC Elvis הנ"ל. האירוניה היא ששבבי Baikal-M שפותחו באופן עצמאי והמתקדמים ביותר מליין Elbrus, רוסיה לא מסוגלת לייצר אותם בעצמה. נכון לעכשיו המפעל הרוסי הטוב ביותר של מעבדי מיקרו "Mikron" מוכן לייצר מוצרים באמצעות טכנולוגיית 90 ננומטר. לפי סדר ייצור הפיילוט, אפשר גם 65 ננומטר. Baikal-M מיועד לטכנולוגיית תהליך 28nm, ו-Elbrus-16C מיועד בדרך כלל ל-16nm. האם זו טרגדיה? לא, זה לא משנה הרבה לעצמאות הטכנולוגית של המדינה.
העובדה היא שהתהליכים הטכניים ששולטים ברוסיה הם די והותר הן עבור התעשייה הביטחונית והן עבור המגזר האזרחי. בטווח שבין 65 ל-180 ננומטר, יצרנים מקומיים יכולים לבנות מעבדים לכלי מכונות מודרניים, שרתים, ציוד ביתי, רכב וצבא. באופן יחסי, טיל שיוט לא צריך שבבים בארכיטקטורה של 5-10 ננומטר. טכנולוגיות עדינות כאלה נדרשות עבור סמארטפונים וטכנולוגיה לבישה אחרת. לדוגמה, שבבי 5nm מובנים בקונסולות המשחקים של Sony Playstation. אבל ברוסיה אלה לא מיוצרים.
במבט ראשון הכל בסדר - יש יצרנים תוצרת בית ואיכותיים למדי, גם מפתחים בסדר, נשאר רק להתאים את עצמם לדרישות השוק המקומי. אבל יש אזהרה אחת - כל ציוד הייצור מיובא בלעדי. בעיקר צילומים, רכיבים קריטיים של מפעל מיקרו-מעבדים.
צילומים הם הכל שלנו
אם אתה מסתכל על ייצור מיקרו-מעבד רוסי כלשהו, בין אם זה מיקרון, מילנדר, מודול או אלביס, יש צילום הולנדית (ASML) או יפנית (ניקון, קנון) בכל מקום. כמובן, עכשיו אפילו חלקי חילוף לציוד זה לא יכולים להיות מסופקים רשמית לרוסיה, שלא לדבר על מכונות מוגמרות. וזה לא קל ליצור צילום בעצמך. ליתר דיוק, זה מאוד קשה.
קצת תיאוריה. כל מכונה פוטוליטוגרפית דומה מאוד למכונות הדפסת תמונות. רק שהכל הרבה יותר מסובך ויקר. לדוגמה, ערכת פוטומסכות להדפסת שבבים יכולה לעלות עד 10 מיליון דולר. באמצעות תבניות אלו, פולט אולטרה סגול (לרוב לייזר) מקרין מעגל על גבי גביש סיליקון המצופה בהרכב רגיש לאור - כך נראה ריק המיקרו-שבב העתידי.
הליך חשיפה זה חוזר על עצמו פעמים רבות, בין השאר בתחריט, סימום, ייבוש ותצהיר. מעבדים מודרניים יכולים להכיל 12 שכבות או יותר, המורכבות מטרנזיסטורי אפקט שדה, מוליכים ורכיבים אחרים. וזה הכל על החפץ, פי 100 אלף פחות מעובי שערה אנושית. כמובן, הייצור מאורגן בחדרים נקיים במיוחד ובמבנים מיוחדים המבודדים ברעידות חיצוניות. מומחים אוהבים לומר שאפילו חשמלית העוברת כמה רחובות מהמפעל יכולה להשפיע על הדיוק של ייצור השבבים.
המונופולין בפועל בין יצרני צילומי הצילום הוא ASML ההולנדית. ניקון וקנון יפניות עושות הרבה פחות מושלמות. המרכז העולמי לייצור שבבי מיקרו על אותם צילומי תמונות נמצא בטייוואן.
פרויקטים מקומיים של צילומי הצילום שלנו הופיעו לפני 10-12 שנים, אבל אז, מסיבה כלשהי, הוחלט להקפיא את הכיוון הזה. רק עכשיו הפשרה. במרכז הננוטכנולוגיה זלנוגרד, בהוראת משרד התעשייה והמסחר, החלו לפתח מכונה לתהליך של 130 ננומטר. לפי ההערכות השמרניות ביותר, זה ייקח עד עשר שנים. זה דבר אחד ליצור אב טיפוס עובד ודבר אחר לגמרי כדי להבטיח פעולה חלקה של מוצרים סדרתיים כבר.
הפרויקט השני מתמקד בפוטוליתוגרפיה עבור טכנולוגיית התהליך של 350nm. לשבבים כאלה יש ביקוש רב, למשל, בתעשייה הביטחונית. עד לאחרונה, המתחם הצבאי-תעשייתי ניהל בדרך כלל מיקרו-מעבדים של 600 ננומטר ואפילו מיקרון.
מפעל מיקרון בזלנוגרד. המיקרו-מעבדים המתקדמים ביותר ברוסיה מיוצרים כאן. מקור: Zelenograd-info.rf
הבעיה היא שרוסיה לא מסוגלת להחליף ב-100 אחוז את כל רשתות הייצור והרכיבים בחומרי גלם משלה. גם אם תצליחו ליצור צילום ליטוגרפי משלכם, תצטרכו ליצור תעשייה שלמה של חומרים מתכלים ורכיבים. לדוגמה, הפוטורסיסט הנוזלי הדרוש לפיתוח "תבנית" על שבב סיליקון מיוצר על ידי כמה חברות בעולם.
כמובן, כל זה היסטוריה יפעל בהפסד, לא יכול להיות לדבר על יחסי שוק כלשהם. המדינה תצטרך לסבסד הן את ייצור המיקרו-שבבים והן את הרכבת הצילומים העתידיים. רוב המוצרים יעברו לסוכנויות ממשלתיות, מכיוון שאין כמעט שוק רחב לטכנולוגיית מיקרו-מעבד מקומי.
רוסיה זקוקה לצילום משלה לא בסוף המילניום הנוכחי, אלא בעוד שנתיים או שלוש. משאב הציוד המיובא ייגמר בקרוב, וכל התעשייה המיקרואלקטרונית פשוט תיעצר. כמובן, אתה יכול לקנות משהו מהסינים, אבל אפילו הם לא יספקו את הפיתוחים המודרניים ביותר שלהם לרוסיה. יתרה מכך, לא הכל בסדר עם פיתוח מכונות מיקרו-מעבד אצל שכנינו.
בייג'ינג נמצאת זמן רב בסנקציות "פוטוליתוגרפיות", ועדיין אינה מסוגלת לייצר באופן עצמאי מוצרים קטנים יותר מטכנולוגיית התהליך של 45 ננומטר. דוגמה לכך היא Huawei, אשר נאסר על ידי טראמפ בשנת 2018 לבצע הזמנות של שבבים ב-TSML הטייוואנית. כתוצאה מכך, קיפאון ואובדן השוק ביחס למתחרים מצליחים יותר. לא ידוע אם Huawei תצליח לצאת מהחור, אבל החברה כבר רשמה פטנט על צילום לטכנולוגיית תהליך של 10 ננומטר. עם זאת, זה יכול לקחת שנים מפטנט ועד דגימה מוגמרת.
ASML ההולנדית מפתחת צילומי פריצת דרך באולטרה סגול קיצוני (EUV) במשך עשרים שנה לפחות, המאפשרת להדפיס שבבים בטכנולוגיות של 5 ננומטר ואף נמוכות יותר. ופרויקט כזה עלה כ-20 מיליארד דולר.
הנה תצלום שהונף ברוסאטום. אנחנו מדברים על הפרויקט של המרכז הלאומי לפיזיקה ומתמטיקה בסרוב, שנוצר על ידי צו נשיאותי.
צילום EUV מבית ASML. מקור: ravenfile.com
עוד קצת תיאוריה. למה ליצור EUV בכלל?
הכל קשור באורך הגל של האולטרה סגול המשמש בצילומי צילום קונבנציונליים - בערך 120-140 ננומטר. חוקים פיזיקליים אינם מאפשרים, אפילו עם כל הטריקים האפשריים, ליצור שבבי טופולוגיה מתחת ל-40-65 ננומטר. ASML החליטה להפחית באופן קיצוני את אורך הגל ההפעלה של קרינה ל-13,5 ננומטר, כלומר, הם ירדו למעשה לקרני רנטגן רכות. כדי לא להפחיד אף אחד, הטכנולוגיה קיבלה את השם "אולטרה סגול קיצוני".
על הנייר הכל פשוט - פחות אורך גל, פחות רזולוציה. הדפס שבבים עד 2 ננומטר. הקשיים העיקריים מתעוררים עם הקרינה עצמה - גלי רנטגן של 13,5 ננומטר סופגים הכל, מאוויר ועד עדשות. האופטיקה הוחלפה במערכת של מראות הייטק, שרק קרל זייס הגרמני יכול לייצר בעולם. בקיצור, החספוס של כל מוצר כזה לא יעלה על 1 ננומטר. כמובן שפוטוליתוגרפיה אפשרית רק בתנאים של ואקום גבוה, מה שיוצר קשיים נוספים הן למפתחים והן לטכנולוגים. הקרינה עצמה נוצרת לאחר שלייזר רב עוצמה מפציץ טיפת פח, שהופכת לפלזמה שמייצרת את הגל הרצוי של 13,5 ננומטר.
באופן כללי, הפרויקט של צילום EUV בגידול ביתי דומה במורכבותו לתוכנית החלל. זהו אתגר אמיתי הן עבור התעשייה הרוסית והן עבור ארגונים מדעיים. לדברי האקדמיה של האקדמיה הרוסית למדעים אלכסנדר סרגייב, יש התפתחויות מקומיות במראות רנטגן במכון לפיזיקה של מיקרו-מבנים, ו-Rosatom מוכנה לספק לייזרים רב-קילווואט.
במקביל, המכון לפיזיקה יישומית יצר "אב טיפוס" של פוטוליטוגרפיה המאפשר יצירת שבבים בטכנולוגיית 7 ננומטר. אבל, אנו חוזרים, שנים, אם לא עשרות שנים, יכולות לעבור מיצירת אב טיפוס למוצר סדרתי.
המרכז הארצי לפיזיקה ומתמטיקה בסרוב. מקור: atomic-energy.ru
מהפכני עוד יותר הוא הפרויקט של ננוליטוגרפיה ללא מסכות, המפותח במרכז המחקר הלאומי "מכון קורצ'טוב" ובמכון מוסקבה לטכנולוגיה אלקטרונית. אב טיפוס כבר מוכן, שבדיקתו יתחילו בשנים 2026-2027.
טובים חדשות והתחזיות לגבי הסיכויים של הצילום הביתי הראשון עדיין גרועות יותר. אבל התעשייה שלנו שינתה לאחרונה את העיתוי של יצירת מוצרים מוגמרים חזק ימינה. זה חל במיוחד על תְעוּפָה, רכב ותעשיות קריטיות אחרות. האם מיקרואלקטרוניקה תהיה ברשימה העצובה הזו, הזמן יגיד.