近日，俄羅斯下諾夫哥羅德戰略發展(Nizhy Novgorod Strategy Development)網站發布一則計劃，俄羅斯科學院下屬俄羅斯應用物理研究所(Russian Institute of Applied Physics，IAP RAS)打算超越所有人的預期，到 2028 年生產出具有 7nm 工藝制造的光刻機。

據維基百科消息，俄羅斯科學院是俄羅斯的國家學術機構，是一個公共且非營利組織，也是世界上重要研究機構之一。截至2022年10月1日，俄羅斯科學院共有877名院士、1130名通訊院士和715名俄羅斯科學院教授(其中的163名俄羅斯科學院教授兼有通訊院士身份、16名俄羅斯科學院教授兼有院士身份)。下諾夫哥羅德是俄羅斯重要的經濟、工業、科學、教育和文化中心，位于東歐平原的中心、伏爾加河與其最大支流奧卡河的交匯處，是伏爾加聯邦管區和下諾夫哥羅德州的行政中心(首府)。

這則消息似乎有些離譜?畢竟俄羅斯目前最先進的晶圓廠也就能使用65nm工藝技術生產芯片。由于美國制裁，美國、英國、歐盟和臺灣地區等實際上禁止了幾乎所有擁有先進晶圓廠與俄羅斯實體企業合作。

光刻機譽為“現代半導體行業皇冠上的明珠”，是一種高度復雜的設備。光刻機是通過紫外光作為“畫筆”，把預先設計好的芯片電路路線書寫在硅晶圓旋涂的光刻膠上，光刻工藝直接決定了芯片中晶體管的尺寸和性能，是芯片生產中最為關鍵的過程。當前市場主流采用深紫外(DUV，193 nm)光源和極紫外(EUV，13.5 nm)光源，DUV能覆蓋7nm及以上工藝需求，但想要先進工藝向5nm及以下先進工藝就需要EUV。

不過下諾夫哥羅德戰略發展網站公布的信息指出，下諾夫哥羅德的物理學家、工程師和設計師選擇了 X 射線輻射源，這意味著俄羅斯計劃生產的 “光刻機”與ASML等公司的有所不同。例如，IAP RAS 計劃使用大于 600W 的光源(總功率，不是中焦功率)，曝光波長為 11.3nm(EUV 波長為 13.5nm)，這將需要比現在更復雜的光學器件。由于該設備的光源功率相對較低，這將使該工具更緊湊，更易于構建。

圖注：示范站方案。來源下諾夫哥羅德戰略發展

為此，俄羅斯的開發商們將走上自己獨特的道路。但同時，這種光刻機的產量將大大低于目前市場上主流的深紫外(DUV)光刻機。

與ASML的平板印刷機相比，在下諾夫哥羅德模型中，輻射源在運行中更加緊湊和清潔，最終顯著影響設備的成本、尺寸和復雜性。下諾夫哥羅德的科學家們預測，在輻射源功率相同的情況下，下諾夫哥羅德設備——不再是演示設備，而是完全可操作的設備——將比荷蘭ASML的光刻機的效率高 1.5-2 倍。他們認為，這樣的預測是有根據的：僅憑演示器，就可以在基板上獲得分辨率高達 7 nm 的單個圖像。

該版畫計劃于 2028 年完成。來源下諾夫哥羅德戰略發展

俄羅斯IAP RAS為在2028年制造出光刻機的工業原型，該計劃共分為3個階段來實現。

圖注：未來的三步驟。來源下諾夫哥羅德戰略發展

第一階段：在2024 年開發一臺 alpha 機器。從這一刻起，該設備將成為工作設備，并將被設計為執行一個完整的操作周期。然而，現階段的重點不在于其工作或解決的高速性，而是所有系統的全面實施。

第二階段：到 2026 年，alpha 應該被 beta 所取代。這意味著屆時所有系統都將得到改進和優化，分辨率也將得到大大提升，進一步實現生產合格率，如真能實現，那么將來的許多操作都可以實現機械自動化。該階段最重要的是將其集成到實際的技術流程中，再通過“拉起”適合其他生產階段的設備對其進行調試。

第三階段：在開發的最后階段，也是核心的部分。那就是將為光刻機帶來更強的光源、改進的定位和饋送系統，從而讓一套光刻系統能夠快速準確地工作。預計該工作將在2028年內完成。

下諾夫哥羅德代表團展示了光刻設備的演示樣品，該設備是在下諾夫哥羅德的 IAP RAS 開發、制造和安裝的。到目前為止，這甚至不是設備原型，而是“原型的原型”。

演示版不能解決實際的工業問題，但它的主要功能是讓俄羅斯的科學家們有機會驗證關鍵技術的可行性，并測試進一步工作所必須的其他關鍵假設。也就是實踐出真知，盡管制造光刻機比原子彈還難，但面對“卡脖子”的困境，邁出第一步才有解決問題的希望。

于俄羅斯而言，其汽車、航天、工業等半導體設備很大一部分是按照360nm-65nm的標準生產，盡管當前最先進的工藝已經達到了3nm工藝，2nm工藝也將在近幾年推出。這種嚴重工藝滯后的風險，將在不久的將來帶來嚴重的后果。

世界上沒有任何一個國家/地區能擁有半導體全產業鏈，芯片制造的過程含有數百道復雜且精密的工序，涉及多種設備和數百種不同的材料。光刻機更是最為關鍵的環節，ASML 于 2003 年底推出了其第一款浸沒式光刻系統——Twinscan XT:1250i，并計劃在 2004 年第三季度交付一個，以生產 65nm 邏輯芯片和 70nm 半間距 DRAM。ASML花了大約5年時間，才在 2008 年底宣布其另一代 32nm 功能的 Twinscan NXT:1950i，并于 2009 年開始向客戶交付。

作為光刻機龍頭ASML也是花了大約9年時間才在2018年交付其支持 7nm 和 5nm 的 Twinscan NXT:2000i DUV 工具。ASML的光刻機 從 65nm 到 7nm工藝也是花了14年時間，從時間跨度上可見其難度。

在財力上，僅2021年，ASML每年的研發支出達到25億歐元。

圖注：2015年-2021年ASML研發成本(單位：百萬歐元)

如今，俄羅斯在芯片生產方面沒有經驗，而且晶圓廠設備不限于光刻機，還有刻蝕、沉積、抗試劑去除、計量、檢查操作等，想要在6年時間內從頭開始制造一臺7nm的光刻機，確實需要打一個問號。

圖注：俄羅斯科學院微結構物理研究所副所長尼古拉·奇哈洛語錄。來源下諾夫哥羅德戰略發展

不過，俄羅斯科學院微結構物理研究所副所長尼古拉·奇哈洛表示，“ASML近20年一直在調試其EUV光刻系統，事實證明其技術是非常復雜的。ASML的目標是保持只有世界上最大的工廠才需要的極高性能，但俄羅斯并不需要這么高的精密度，我們從國內微電子面臨的需求和任務出發，是質量而不是數量。首先，我們需要過渡到自己的流程，開發新的設計標準，包括儀器、工程、材料等都是不可避免的，不過我們試圖在簡單性和性能之間取得平衡。”

編輯：黃飛

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