俄国光刻机的研发,130nm光刻机之后,65nm的工程开发工作启动及其瓶颈——产业链配套设备,特别是高纯基础化工原料的重建
俄国光刻机的技术路径和全产业链配套本地化及其瓶颈
当前俄国光刻机从350纳米向130纳米的过渡,其技术本质是物理平台的整体更换。前一代“进步STP-350”工作波长为365纳米,而130nm的新装置采用波长193纳米的准分子激光器。这属于深紫外(DUV)光刻类别,在全球实践中可支撑130纳米及更细工艺节点。这些变化的不仅是光源:需要全新的投影光学系统(公差要求完全不同)、不同的光刻胶,以及不同的层间对准标准。换句话说,这不是对旧机器的“升级”,而是创建了一个全新类别的设备。
在结构设计中,莫斯科的“拉萨德”(Lassard)公司占有特殊地位:直到不久前,全球实际能生产光刻用准分子激光器的只有两家公司,现在出现了第三家。该公司计划年产约1000台各类激光器。这是一个在公开讨论中被低估的独立成果:光源是光刻机中最复杂、最“封闭”的节点之一,其本土化的实现将在未来多年内部分解除相关依赖。
俄国光刻机和生产流程中的关键瓶颈依然存在,其中最突出的是光学系统。准分子激光元件和高分辨率物镜需要单晶氟化钙晶锭,全球仅有极少数公司能够生产;目前俄罗斯产晶锭质量仍落后于世界水平。俄工贸部近期取消了物镜生产相关招标。如果情况不改变,没有这种材料就无法制造90纳米及更细工艺的光刻机。
当然,当前俄工贸部表现出来的态度相对乐观,已宣布后续试验设计工作,目标是90-65纳米节点,并规划长期分阶段掌握直至28纳米的工艺。于此同时,俄国在国家层面正在推进产业链全链条本地化工作:在光刻机本身之外,同步建设掩模版全套配套设备的设计开发和本地化配套。包括图像发生器(在模板上绘制电路图形的设备)、质量检测系统,以及激光修版装置(可精确“擦除”模板上的偶然纳米缺陷和划痕)。此外,泽列诺格勒纳米技术中心(ЗНТЦ)已建成电子束光刻机装置( 150nm的电子束光刻机)——这是一种特殊工具,可通过受控电子束直接“刻写”芯片,无需使用掩模版,非常适合小批量及保密芯片的设计生产( 并不太适合大批量,大规模的生产)。
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设计开发的成本变化,nm数的减少,工程开发成本呈现指数级增长
俄国光刻机及其产业链配套的开发成本估算:
基础型350纳米步进式光刻机(“进步STP-350”)的研发花费预算约10亿卢布
130纳米光刻机设计拨出约57亿卢布
仅其中一个样机装配阶段就耗资超过24.6亿卢布
90-65nm光刻机——试验设计工作成本还将再增加70-100亿卢布
从130nm的步进式架构转为复杂的扫描式架构,由于同步系统和光学系统复杂度成倍增加,新的试验设计工作成本还将再增加70-100亿卢布
可见,更细工艺光刻机的投入呈指数级增长。
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产业链配套,需要的成本开支更加庞大——掌握或重新掌握313种高纯化学品和250种特种材料的生产
光刻机本身若没有配套产业链,基本无用,而配套产业链才是资金投入的大头。配套光掩模综合体(图像发生器、面向130-90纳米的掩模激光修版等)未来几年将需要150-200亿卢布的投入开发和本地化部署。
整体配套环境其他方面,如设备、材料与化学品的建设和落地,正在电子行业工业发展综合发展计划框架内推进,该计划至2030年的预算拨款超过2400亿卢布。在其框架内,计划掌握313种化学品和250种特种材料的生产,其中包括用于更加精细工艺节点的光刻胶。
面对这样的指数级成本递增,俄国财政和俄产业链企业都无法回避——事实上,这样的重建和追赶总是比同步前进要贵数倍,当然,这也是1991年之后电子工业失去的30年一个回补
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