포토리소그래피 ASML. 출처: arscomp.ru
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러시아에 자체 포토리소그래피가 필요한 이유는 무엇이며 무엇을 할 수 있습니까?
조금 더 시작할 가치가 있습니다. 많은 사람들에 따르면 2세기 국가 발전의 신호는 첨단 제품을 생산하는 능력입니다. 예를 들어, 스마트폰이나 노트북. 엄밀히 말하면 러시아는이 자격을 완전히 준수합니다. 국가는 상당히 경쟁력있는 장비를 생산합니다. 여기서 Bitblaze Titan은 국산 노트북이거나 YotaPhone XNUMX는 국산 스마트폰입니다. 이 노트북은 또한 러시아 XNUMX코어 Baikal-M 프로세서를 기반으로 제작되었습니다. 자부심의 이유가 준비된 것 같습니다. 모두 축하에 초대합니다. 그러나 여기에서 뉘앙스가 시작됩니다.
스마트폰과 노트북은 모두 가져온 구성 요소를 편집하고 전체 기술 오케스트라를 미세 조정한 제품일 뿐입니다. 작업이 쉽지 않고 수준 높은 두뇌를 필요로 하지만 취약점이 많다. 우선 공급자에 대한 의존성. 유명한 Baikal-M은 디자인만 국산입니다. 그리고 여기에서 모든 것이 완전히 러시아어는 아닙니다. 영국 사무소 ARM의 프로세서 코어입니다. A부터 Z까지 제품 생산은 대만 거대 TSMC 시설에서 조직되었습니다.
마찬가지로 스마트폰 "Skif"용 프로세서는 Zelenograd SPC "Elvis" - "Electronic Computing and Information Systems"에서 제조됩니다. 보다 정확하게는 대만 제조업체가 모든 러시아 개발자를 거부했습니다.
포토리소그래피 후의 실리콘 결정. 출처: domoticzfaq.ru
우리나라에서 잘 발달 된 마이크로 칩 설계 산업이 만들어졌습니다. 리더 중에는 MCST Elbrus, Baikal Electronics, STC Modul, Syntacore 및 위에서 언급한 SPC Elvis가 있습니다. 아이러니한 것은 독자적으로 개발한 Baikal-M 칩과 Elbrus 라인의 가장 진보된 칩인 러시아가 자체적으로 생산할 능력이 없다는 것입니다. 현재 러시아 최고의 마이크로프로세서 "Mikron" 공장은 90나노미터 기술을 사용하여 제품을 생산할 준비가 되어 있습니다. 파일럿 생산 순으로 65nm도 가능합니다. Baikal-M은 28nm 공정 기술을 위해 설계되었으며 Elbrus-16C는 일반적으로 16nm 공정 기술을 위해 설계되었습니다. 이것은 비극입니까? 아니요, 국가의 기술 독립에는 그다지 중요하지 않습니다.
사실 러시아에서 마스터한 기술 프로세스는 방위 산업과 민간 부문 모두에 충분합니다. 65~180nm 범위에서 국내 제조업체는 최신 공작 기계, 서버, 가정용, 자동차 및 군용 장비용 프로세서를 구축할 수 있습니다. 상대적으로 순항미사일은 5~10나노미터 구조에 칩이 필요하지 않다. 이러한 미묘한 기술은 스마트폰 및 기타 웨어러블 기술에 필요합니다. 예를 들어 5nm 칩은 Sony Playstation 게임 콘솔에 내장되어 있습니다. 그러나 러시아에서는 생산되지 않습니다.
언뜻보기에는 모든 것이 괜찮습니다. 자체 제작 및 고품질 제조업체가 있으며 개발자도 순서대로 있으며 국내 시장의 요구 사항에 적응하는 것만 남아 있습니다. 그러나 한 가지 주의 사항이 있습니다. 모든 생산 장비는 독점적으로 수입됩니다. 주로 포토리소그래피, 마이크로프로세서 공장의 중요한 구성 요소.
포토리소그래피는 우리의 전부입니다.
Mikron, Milander, Module 또는 Elvis와 같은 러시아 마이크로프로세서 생산을 보면 네덜란드(ASML) 또는 일본(Nikon, Canon) 포토리소그래피가 도처에 있습니다. 물론 이제이 장비의 예비 부품조차도 완성 된 기계는 말할 것도없고 공식적으로 러시아에 공급할 수 없습니다. 그리고 스스로 포토리소그래피를 만드는 것은 쉽지 않습니다. 더 정확하게는 매우 어렵습니다.
약간의 이론. 모든 사진 석판 기계는 사진 인쇄 기계와 매우 유사합니다. 모든 것이 훨씬 더 복잡하고 비쌉니다. 예를 들어, 인쇄 칩용 포토마스크 키트의 비용은 최대 10만 달러에 이릅니다. 이러한 템플릿을 통해 자외선 방출기(대부분 레이저)는 감광성 구성으로 코팅된 실리콘 결정에 회로를 투사합니다. 이것이 미래의 마이크로칩 블랭크가 나타나는 방식입니다.
이 노출 절차는 에칭, 도핑, 건조 및 증착과 함께 여러 번 반복됩니다. 최신 프로세서는 전계 효과 트랜지스터, 컨덕터 및 기타 구성 요소로 구성된 12개 이상의 레이어를 포함할 수 있습니다. 그리고 이것은 인간의 머리카락 두께보다 100만 배나 작은 물체에 관한 것입니다. 물론 외부 진동으로부터 격리된 특수 건물과 울트라 클린룸에서 생산이 이루어집니다. 전문가들은 공장에서 몇 블록을 지나가는 트램도 칩 제조의 정확도에 영향을 미칠 수 있다고 말합니다.
포토리소그래피 제조업체 중 실제 독점자는 네덜란드 ASML입니다. 일본 Nikon과 Canon은 훨씬 덜 완벽합니다. 동일한 포토리소그래피에서 마이크로칩 생산을 위한 세계 센터는 대만에 있습니다.
우리 자신의 사진 석판화의 국내 프로젝트는 10-12 년 전에 나타 났지만 어떤 이유로이 방향을 동결하기로 결정했습니다. 이제 막 해동했습니다. Zelenograd Nanotechnology Center에서 산업 통상부의 명령에 따라 130nm 공정용 기계를 개발하기 시작했습니다. 가장 보수적인 추정에 따르면 최대 XNUMX년이 걸릴 것입니다. 작동하는 프로토타입을 만드는 것과 이미 직렬 제품의 원활한 작동을 보장하는 것은 또 다른 일입니다.
두 번째 프로젝트는 350nm 공정 기술용 포토리소그래피에 중점을 둡니다. 이러한 칩은 예를 들어 방위 산업에서 큰 수요가 있습니다. 최근까지 군산복합체는 일반적으로 600nm 및 미크론 마이크로프로세서를 관리했습니다.
Zelenograd의 Mikron 공장. 러시아에서 가장 발전된 마이크로 프로세서가 여기에서 만들어집니다. 출처: Zelenograd-info.rf
문제는 러시아가 모든 생산망과 부품을 자체 원자재로 100% 대체할 수 없다는 점이다. 자신만의 포토리소그래피를 만드는 데 성공하더라도 소모품 및 구성 요소의 전체 산업을 형성해야 합니다. 예를 들어, 실리콘 칩에 "패턴"을 현상하는 데 필요한 액상 포토레지스트는 세계의 몇몇 회사에서 생산합니다.
물론, 이 모든 역사 손실로 운영되며 시장 관계에 대한 이야기는 없습니다. 국가는 마이크로칩의 생산과 미래의 사진 석판화 조립 모두에 보조금을 지급해야 할 것입니다. 국내 마이크로 프로세서 기술에 대한 광범위한 시장이 거의 없기 때문에 대부분의 제품은 정부 기관으로 이동합니다.
러시아는 현재 밀레니엄이 끝나는 시점이 아니라 XNUMX~XNUMX년 후에 자체 포토리소그래피가 필요합니다. 수입 장비의 자원이 곧 고갈되고 전체 마이크로 전자 산업이 멈출 것입니다. 물론 중국에서 물건을 살 수는 있지만 가장 현대적인 개발을 러시아에 제공하지는 않습니다. 또한 이웃의 마이크로 프로세서 기계 개발에 모든 것이 순조롭게 진행되는 것은 아닙니다.
베이징은 오랫동안 "포토리소그래피" 제재를 받아 왔으며 아직 45나노 공정 기술보다 작은 제품을 독자적으로 생산할 수 없습니다. 2018년 트럼프 대통령이 대만 TSML에 마이크로칩 주문을 금지한 화웨이가 대표적이다. 결과적으로 더 성공적인 경쟁자에 비해 시장의 침체와 손실. 화웨이가 이 구멍에서 벗어날 수 있을지는 알 수 없지만 이미 10나노 공정 기술용 포토리소그래피 특허를 출원한 상태다. 그러나 특허에서 완성된 샘플까지 몇 년이 걸릴 수 있습니다.
네덜란드 ASML은 최소 5년 동안 극자외선(EUV)에서 획기적인 포토리소그래피를 개발하여 20나노미터 이하의 기술을 사용하여 칩을 인쇄할 수 있습니다. 그리고 그러한 프로젝트의 비용은 약 XNUMX억 달러입니다.
여기 Rosatom에서 휘두른 사진 석판화가 있습니다. 우리는 대통령령으로 만들어진 Sarov의 National Center for Physics and Mathematics 프로젝트에 대해 이야기하고 있습니다.
ASML의 EUV 포토리소그래피. 출처: ravenfile.com
조금 더 많은 이론. EUV를 만드는 이유는 무엇입니까?
기존의 포토리소그래피에서 사용되는 자외선의 파장(약 120-140나노미터)에 관한 것입니다. 물리적 법칙은 가능한 모든 트릭을 사용하더라도 40–65nm 미만의 토폴로지 칩을 생성하는 것을 허용하지 않습니다. ASML은 방사선의 작동 파장을 13,5nm로 근본적으로 줄이기로 결정했습니다. 즉, 실제로 부드러운 X 선으로 내려갔습니다. 누구도 겁주지 않기 위해 이 기술에 "극자외선"이라는 이름을 붙였습니다.
종이에 모든 것이 간단합니다. 파장이 적고 해상도가 낮습니다. 칩을 2nm까지 인쇄합니다. 주된 어려움은 방사선 자체에서 발생합니다. 13,5nm X선 파장은 공기에서 렌즈에 이르기까지 모든 것을 흡수합니다. 광학 장치는 첨단 거울 시스템으로 교체되었으며, 이는 세계에서 독일 칼 자이스만이 만들 수 있는 것입니다. 요컨대, 이러한 각 제품의 거칠기는 1nm를 초과해서는 안 됩니다. 물론 포토리소그래피는 고진공 조건에서만 가능하므로 개발자와 기술자 모두에게 추가적인 어려움이 있습니다. 방사선 자체는 강력한 레이저가 원하는 13,5nm 파장을 생성하는 플라즈마로 변하는 주석 한 방울을 공격한 후에 형성됩니다.
일반적으로 자체 개발한 EUV 포토리소그래피 프로젝트는 복잡성 면에서 우주 프로그램과 비슷합니다. 이것은 러시아 산업 및 과학 조직 모두에게 진정한 도전입니다. 러시아 과학 아카데미 알렉산더 세르게예프(Academician of the Russian Academy of Sciences)의 학자인 알렉산더 세르게예프(Academician Alexander Sergeev)에 따르면 미세 구조 물리학 연구소(Institute of Physics of Microstructures)에서 X선 거울에 대한 국내 개발이 진행 중이며 Rosatom은 멀티킬로와트 레이저를 제공할 준비가 되어 있습니다.
동시에 Institute of Applied Physics는 7나노미터 기술을 사용하여 칩을 만들 수 있는 포토리소그래피의 "프로토타입 프로토타입"을 만들었습니다. 그러나 우리는 반복합니다. 수십 년은 아니더라도 몇 년은 프로토타입 제작에서 연속 제품으로 넘어갈 수 있습니다.
Sarov의 국립 물리 및 수학 센터. 출처: atomic-energy.ru
훨씬 더 혁신적인 것은 국립 연구 센터 "Kurchatov Institute"와 Moscow Institute of Electronic Technology에서 개발 중인 마스크 없는 X선 나노리소그래피 프로젝트입니다. 프로토타입은 이미 준비되었으며 테스트는 2026-2027년에 시작될 예정입니다.
좋은 뉴스 그리고 국내 최초의 포토리소그래피의 전망에 대한 예측은 여전히 나쁘다. 그러나 우리 업계는 최근 완제품 생산시기를 습관적으로 오른쪽으로 강하게 이동했습니다. 이것은 특히 다음에 적용됩니다. 항공, 자동차 및 기타 중요한 산업. 마이크로일렉트로닉스가 이 슬픈 목록에 포함될지는 시간이 말해줄 것입니다.