Зачем для нового производства литографов понадобился недостроенный синхротрон?
Новость под общим заголовком «Для литографического производства чипов в Зеленограде планируют достроить советский синхротрон» недавно облетела все российские СМИ. Но, кроме общих слов, никакой конкретики больше не прозвучало. Попытаюсь в этом материале восполнить пробел.
Итак, синхротрон представляет собой электровакуумную установку с кольцевой вакуумной камерой, в которой частицы (например, электроны) ускоряются до скорости, близкой к скорости света, за счёт многократного пролёта через ускоряющее электрическое поле.
Чем больше энергии вкладывается в ускорение, тем выше скорость и энергия частиц, но существенная часть этой энергии уходит также на паразитное излучение, происходящее как во время их ускорения, так и поворота этих частиц магнитным полем для закольцовывания их траектории. Энергия в виде паразитного излучения как бы «срывается» с закольцованной траектории частиц как брызги с вращающегося колеса, стремясь лететь прямо.
Если быть точнее, то это накопительное кольцо представляет собой многогранник, в каждом из многочисленных углов которого расположены поворотные магниты. В этих местах синхротронное излучение и вырывается наружу.
Излучение это очень сфокусированное, оно идёт плотным лучом высокой интенсивности, как лазерное, и может проходить так километры.
Это «паразитное» излучение в прикладном, практическом смысле оказывается очень полезным и называется синхротронным. Синхротронное излучение собирается и используется, например, для изучения материалов на субатомном уровне.
Диапазон синхротронного излучения довольно широк, но для практического применения удобно выделять из него яркий рентгеновский спектр и использовать его. Например, с помощью рентгена можно увидеть пространственное строение таких мелких объектов, как белки (при одновременном их охлаждении, конечно, для защиты от уничтожения) или положение атомов с точностью до десятитысячных долей ангстрема.
В 2014 году синхротрон был фактически смонтирован в соответствии с исходной проектной документацией. Линейный ускоритель и малое накопительное кольцо находились в рабочем состоянии, большое кольцо было полностью собрано и готово к запуску.
Однако для удовлетворения возросших потребностей современной наноиндустрии необходимо было провести модернизацию комплекса, а для его эксплуатации — обеспечить подключение электроэнергии мощностью не менее 20 МВт.
Для полноценного запуска синхротрона оставалось решить ещё ряд задач: проложить кабели и организовать каналы рабочих станций под синхротронное излучение, дооснастить чистые комнаты и лабораторные помещения и, наконец, подключить синхротрон к энергоресурсам. Мощностей, нужных для подключения, у Зеленограда было достаточно. После успешных переговоров с Мосэнерго разрабатывалась схема питания.
Но в это время все работы на ТНК «Зеленоград» были приостановлены из-за финансовых трудностей. Почему государство тогда не профинансировало столь важный для микроэлектроники проект — непонятно. Видимо, в те годы «специалистами» считалось невозможным возродить собственную микроэлектронику, о чём они и «напели» высокому руководству, и установки подобного назначения выглядели не имеющими первостепенной важности.
С 2014 года выручка НИИФП им. Лукина ежегодно падала на 30-40%, из-за чего предприятие балансировало около нулевой отметки, а финансовым итогом 2015 года стал чистый убыток в 150 миллионов рублей. В 2016-м институт задолжал своим сотрудникам 16 миллионов рублей. В конце 2015 — начале 2016 года, когда к этому делу подключилась прокуратура, сумма долга составляла уже около 20 миллионов рублей. Рассчитаться с долгами по зарплате НИИФП удалось лишь к началу 2018 года.
Что теперь?
А теперь приспичило. Сегодня спектр задач, решаемых ТНК «Зеленоград», к тому же, может быть существенно расширен. Синхротрон мог бы стать основой создания инжинирингового центра перспективных материалов, микроэлектроники и биомедицинских технологий.
Важнейшим преимуществом ТНК «Зеленоград» является то, что на одной площадке с ним находятся крупнейшие промышленные предприятия (ПАО ГК «Микрон», АО «Ангстрем», АО «НИИ «Субмикрон», АО «НИИМЭ», НИИТМ и др.), способные освоить серийное производство разработок указанного центра, и НИУ «МИЭТ» — ведущий университет в области микро- и наноэлектроники, телекоммуникаций и информационных технологий.
26 декабря 2023 года директор ИЯФ академик РАН Павел Логачёв сообщил журналистам, что специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (Новосибирск) за три года планируют восстановить технологический накопительный комплекс (ТНК) в Зеленограде:
Мы запустим этот комплекс через три года, он будет основным элементом разработки литографа.
Технологический накопительный комплекс будет востребован для разработки отечественной технологической цепочки производства микроэлектроники. Это будет основной инструмент, который позволит создавать, испытывать и отлаживать технологию так называемых литографов, которые делает, фактически, одна компания в мире (ASML). Нашим заказчиком является Курчатовский институт, и мы очень тесно работаем с их командой над этой большой и важной для страны задачей.
Логачёв уточнил, что стоимость проекта — около 500 млн рублей (вместо 10 млрд, если бы всё пришлось строить с нуля.).
Параллельно в Зеленограде будут разрабатываться литографы, их разработчики при необходимости смогут получать рентгеновское излучение от синхротрона. При этом ускоритель будет оставаться самостоятельным промышленным объектом.
Конечно, почти достроенный синхротрон не помешает ввести в эксплуатацию с любой точки зрения. Тем более, если он расположен там, где планируется развернуть производство литографических линий. В конце концов, помимо всего прочего, от него можно запитывать и сами литографы, подстроив длину излучаемой волны под максимум эффективности отражения рентгеновской оптики, хотя в этом случае я не уверен в экономической эффективности такого источника…
Пятиминутка скептицизма
После изучения слов Логачёва остаётся ощущение того, что он знаком с литографами и технологиями литографии довольно поверхностно, и сам точно не знает, где именно понадобится «в технологии так называемых литографов» рентгеновское излучение.
Как и все учёные узкой тематики, он, при описании преимуществ своей темы, пытается объять необъятное и не пишет никакой конкретики. Только общие реклaмные слова. Типа, можно применить и там, и там, и там… а как именно, хотя бы в двух словах?
Очевидно, не для источника излучения для самой литографии, а, например, для исследования получаемых образцов микроструктур на микроуровне, но это ведь им почему-то не уточняется. А может, и как временный источник излучения для литографии, пока не подвезли лазеры? Или просто для изучения или испытания рентгеновских зеркал?
В комментариях мне уточнили преимущества синхротронного излучения, и для чего оно необходимо. Итак, синхротрон может генерировать излучение с любой настраиваемой длинной волны из достаточно широкого диапазона, а это нужно для исследования:
1. сформированных наноструктур
2. рентгеновских зеркал и оптики
3. фоторезистов и прочей химии
Проще говоря, для разработки основных компонентов литографа, фоторезистов и химии для него, и контроля того как литограф работает — какие структуры он в результате формирует на выходе.
Но это ладно, отсутствие конкретики в словах академика — просто мои придирки. С другой стороны, скажешь журналистам подробности, а они всё перевернут с ног на голову. А вот что действительно тревожит, так это то, что два с половиной года назад, в мае 2021 года, подобное предложение уже озвучивалось. Тогда Курчатовский институт предложил создать на базе синхротрона в Зеленограде центр Московской технологической долины, и премьер-министр РФ поддержал эту идею и пообещал выделить финансирование. И что? Финансирование было?
Замечу, что в 2020-м году были планы перенести блоки синхротронного центра из Зеленограда на остров Русский во Владивосток, но потом «стало очевидно, что зеленоградская машина — уникальное советское наследие». «Такого никогда в мире не было и нет. Мы ее сохранили, собрали. Полностью готовая машина, как технологический инструмент. И поэтому возникло предложение о том, что это должно быть Московской технологической долиной — Центр новых технологий на базе синхротронного источника», — сказал Ковальчук.
Курчатовский институт, как заявляла ещё в 2021 году замдиректора Курчатовского института по научной работе Юлия Дьякова, готов запустить синхротрон в Зеленограде к концу 2023 года и начать проводить не только исследования, но и работы по внедрению результатов в промышленность — в частности, в области создания новых лекарств.
Премьер-министр Мишустин поддержал идею создания научно-производственного кластера в Зеленограде и попросил министра науки РФ Валерия Фалькова проработать вопрос финансирования:
К Зеленограду у меня особое отношение. Очень хорошо знаю лидеров тех инновационных исследований, которые там велись еще в советское время. Еще тогда были сделаны огромные заделы технологических программ, которые до сих пор активно используются. Да и сейчас очень много важного для науки там происходит. […] Мы очень серьезно пересмотрели все свои планы по финансированию отрасли микроэлектроники. Сейчас это более 100 млрд рублей в год. И конечно, Зеленоград, я думаю, значительную часть этих ресурсов получит.
Так что, проработали вопрос финансирования? И каков результат этой проработки? Почему к концу 2023-го года синхротрон не запущен, а его только собираются запустить через 3 года?
Но и тут не нужно пороть горячку (говорю я себе), как это тут же рады делать прожжённые скептики. Как чаще всего бывает в таких случаях, дело может быть не в злом умысле, хищении или непонимании приоритетов высоким руководством (хотя в отдельных случаях и такое ещё имеет место быть, к сожалению).
Могу предположить, что в связи с событиями 2022-го года ресурсы и мозги решили перераспределить на оперативное затыкание более актуальных дыр (например, оборонка). Кроме того, подозреваю, что достройка и запуск синхротрона с обновлёнными параметрами и предполагающейся новой его ориентацией требовала иностранных комплектующих, купить которые стало затруднительным. В связи с этим проект могли отложить до появления в России какой-то относительно твёрдой технологической почвы под ногами, которая к сегодняшнему дню появилась.
Раз проект не замяли, а он снова всплыл в медиапространстве, стало быть перспективы его оживления более-менее прояснились, что может не радовать. Что же, посмотрим, чем всё это закончится.
Оригинал публикации: https://dzen.ru/a/ZY7Y57ChZQJnd9PT
Об авторе: Специалист в области отечественной микроэлектроники, ведёт свой тематический канал «Электромозг» о российской микроэлектронике на платформе «Дзен».
