Из Сибири – в будущее: российский ВУФ-источник бросает вызов мировым лидерам
Россия может войти в число технологических лидеров в одном из самых закрытых и сложных направлений современной микроэлектроники. Речь идет о разработке источника экстремального вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения для литографов — машин, без которых невозможно производство современных микросхем. Над этой задачей сегодня работают физики из Института ядерной физики СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН), и их цель не просто догнать мировые технологии, а предложить альтернативу существующим решениям, способную обогнать монополистов.
Пока рынок оборудования для литографии почти полностью контролируется нидерландской компанией ASML. С долей более 90% она обеспечивает поставки сложнейших машин, основанных на технологии EUV (Extreme Ultraviolet Lithography), без которых невозможны техпроцессы ниже 7 нанометров. Удивительно, но даже США и Япония — страны с передовой научной базой — не смогли создать полный аналог. Попытки закончились разработкой отдельных компонентов. Китай тоже пытается прорваться в эту область и, по сообщениям СМИ, рассчитывает запустить пробное производство своих установок в 2025 году, а массовый выпуск — в 2026-м. Но все эти решения основаны на одном и том же подходе: создании ВУФ-излучения с помощью лазерной импульсной плазмы на основе капель олова.
Российские физики идут другим путем. Вместо олова — ксенон, вместо всплесков — стабильное квазистационарное излучение, вместо сложных и дорогих импортных компонентов — уникальная лазерная установка на свободных электронах, созданная в Новосибирске. По сути, это попытка заново изобрести ключевой элемент литографической машины, сделав его чище, надежнее и долговечнее. Ведь, как отмечают разработчики, оловянная плазма нестабильна по своей природе. Она загрязняет зеркала оптической системы и снижает точность. Кроме того, она требует частой замены компонентов. Следовательно, это тормозит массовое производство и увеличивает его стоимость. Российская установка уже позволяет получать сферическую плазму диаметром 1 мм с температурой 5 электронвольт. Это соответствует начальному уровню для ВУФ-источника. Цель — повысить температуру до 10–12 эВ, чтобы обеспечить необходимый уровень излучения.
Конечно, сейчас технология еще не адаптирована для массового производства, и используется на крупной экспериментальной установке. Однако в будущем, как предполагают учёные, возможен переход к более компактным системам. Они будут построены на основе терагерцевых гиротронов. Сейчас такие гиротроны уже разрабатываются в ИПФ РАН. Это открывает потенциал для внедрения технологии в реальные литографы. Пусть не завтра, но в обозримом будущем такой сценарий вполне реален.
Важно и то, что предлагаемое решение потенциально обходится без ряда проблем, с которыми сталкивается ASML. Существующая монопольная система основана на оловянном излучении. Она уже достигла предела своего совершенства. При этом она требует постоянного ремонта и тонкой настройки. В этом контексте российский подход может предложить альтернативу. Причём не только научную, но и промышленно устойчивую. Технология проще, ресурснее и, возможно, дешевле.
История знает примеры, когда отстающая сторона неожиданно предлагала радикально новое решение. Так было, например, с разработкой твердотельных радиолокаторов или с переходом от вакуумных ламп к микросхемам. Тогда казалось, что мир поделён между несколькими грандами, а потом приходило неочевидное изобретение — и всё менялось. Есть шанс, что именно сейчас мы наблюдаем такой поворот.
Сравнение с ASML, безусловно, амбициозно. Сама идея опереться на фундаментальную физику и оригинальный метод — не нова. Именно такие подходы всегда продвигали науку вперёд. Особенно важно, что инициатива исходит не от корпораций, а от академических институтов — ИЯФ и ИПФ РАН. Эти центры остаются редкими точками на научной карте страны. У них всё ещё есть доступ к уникальному оборудованию, фундаментальным разработкам и, главное, к научной смелости.
Конечно, путь от лаборатории до промышленного применения долог. Придётся доказать, что система стабильно работает в серийной эксплуатации. Также важно показать, что её компоненты можно масштабировать. Кроме того, установка должна интегрироваться в производственную цепочку. Однако если всё это получится, российская технология станет не просто альтернативой. Она может превратиться в важную точку роста для всей отечественной микроэлектронной отрасли.
Сейчас доступ к западным литографам ограничен. При этом внутренний спрос на чипы продолжает расти — как в оборонной, так и в гражданской сфере. Поэтому успех в этой области станет не просто научной победой. Это будет вклад в технологический суверенитет страны. И, возможно, именно ксеноновая плазма из Новосибирска станет ключом к этому прорыву.
