重磅！俄罗斯计划研发无掩模X射线光刻机

4月2日消息，据外媒报道，俄罗斯莫斯科电子技术学院（MIET）已经接下了贸工部的6．7亿卢布资金（约合5100万元人民币），准备研发制造芯片的光刻机，并号称该款光刻机工艺可以达到EUV级别，但技术原理完全不同，他们研发的是基于同步加速器和／或等离子体源的无掩模X射线光刻机。

文章内容显示：“MIET已经在无掩模EUV光刻领域取得了进展，包括与国内其他科研机构和科学家团体联合开展的研究。该项目还将涉及Zelenograd公司ESTO和Zelenograd同步加速器，现在是国家研究中心库尔恰托夫研究所的技术储存综合体（TNK）Zelenograd。

“基于在该国运行和发射的同步加速器，特别是在TNKZelenograd的同步加速器以及国内等离子源的基础上，创造技术和设备，将使处理具有设计标准的半导体晶片成为可能28nm、16nm及以下，”招标文件包含这项研究工作（研发）的要求。“无掩模X射线纳米光刻技术和正在开发的设备在国内和世界上都没有类似物。”

据了解，X射线因为波长很短，几乎没有衍射效应，所以很早就进入了光刻技术研发的视野内，并且在八十年代就有了X射线光刻。九十年代，IBM在美国佛蒙特州建了一条采用同步辐射光源的X射线光刻机为主力的高频IC生产线，美国军方为主要客户。而当年X射线光刻技术，是当时的下一代光刻技术的强有力竞争者。后来随着准分子激光和GaF透镜技术的成熟，深紫外光刻技术延续了下去，在分辨率和经济性上都打败了X射线光刻。X射线光刻就退出了主流光刻技术的竞争。

现在用X射线光刻的，主要是LIGA技术，用来制造高深宽比结构的一种技术，可以制造出100:1的深宽比，应用于mems技术当中。目前国内有两个地方可以做X射线光刻，一个是合肥同步辐射，一个是北京同步辐射。

由于X射线准直性非常好，传统的X射线光刻，是1:1复制的。掩模版使用的是硅梁支撑的低应力氮化硅薄膜，上面有一层图形化的金，作为掩蔽层。曝光方式采用扫描的方式，效率不高。

目前最先进的光学光刻是EUV，极紫外光刻。我们也称之为软X射线光刻，既有光学光刻的特征，也有X射线光刻的特征。极紫外波长很短，没有透镜能够放大缩小，所以只能采用凹面镜进行反射式缩放。而掩模版也采用反射式，曝光方式也是扫描，整个系统在真空下运行。

公开资料显示，承接了光刻机研发计划的“MIET”是俄罗斯高科技领域领先的技术大学。通过将现代实验室、对教育过程的全新认识以及教育、科学和工业进行独特整合，MIET成为微电子和纳米电子、电信和信息技术领域培训专家的领导者。该大学是俄罗斯大学发明活动排名中最强大的三所大学之一，是莫斯科国立大学排名中排名前五的技术大学之一，也是著名的英国出版物《泰晤士报》排名前20位的俄罗斯大学之一高等教育。

实际上俄罗斯早已在芯片制造业上遭到了美国制裁。俄国内唯二半导体企业Ангстрем公司原计划通过AMD购买必要工艺设备，但这笔交易由于2016年Ангстрем公司上了美国商务部制裁名单而中止，其在泽列诺格勒的工厂因为制程工艺落后无法获得足够订单长期处于亏损状态债务超过1000亿卢布，2019年其最大债权方VEB.RF（俄罗斯国家开发集团）对其进行破产重组。当然俄另一家芯片制造商Микрон因祸得福获得了利用Ангстрем生产车间改造28纳米制程新生产线的机会，为其节省了10亿美元。

俄国内半导体消费市场不到全球份额2%，如果没有政府推动，针对这样小市场的产业需求去研发制造需要投入几百亿美元成本的DUV\EUV光刻机是经济上极不合理的（全世界产业市场也就那么大）。另一方面俄军用、航天市场对芯片需求的批量不大，但种类多，需要经济上合理的小批量、多品种的产能。适用于大批量生产的投影式光刻机不能满足这种产业需求。

俄国内有两条使用8英寸晶圆的生产线，分别属于АО «Микрон»和ООО «НМ-ТЕХ» 。6英寸晶圆的四条生产线，分属АО «Микрон»， АО «Ангстрем»， АО «ВЗПП-Микрон»和НИИСИ РАН，前面三个都属于上世纪90年代至本世纪初技术水平，值得注意的是最后那个用的是新的无掩膜直写。

2014年荷兰Mapper公司与俄RUSNANO公司合资在莫斯科组建一家生产无掩膜光刻机核心组件微机电光学元件的工厂。该工厂生产的电子光学元件可以将一束电子束分成13000束电子束，并对每束电子束进行控制，从而极大提高了无掩膜电子束光刻机的生产效率，使这类光刻机用于设计阶段样品制造外，更加适应小批量生产的需求。Mapper公司多束无掩模光刻机，可以用于32纳米制成，其核心部件即由俄罗斯制造。

更早时候，RUSNANO投资了瓦迪姆.拉霍夫斯基教授团队研制的纳米级定位器，使用该项技术可用于加工10纳米精度的非球面光学元件（用于紫外和X波段）。而这位瓦迪姆.拉霍夫斯基，是位大牛。1992年他与苏联时期在全联盟计量科学研究所工作的同事创立一家小公司接一些为苏联时期电子产品生产零件的零散订单。在生产过程中，他们被掩膜缺陷反复折腾，随着制成工艺缩小，就会出现新的问题，之前提出的解决方法都不再有效。而所需要的投资也越来越高，单是掩膜成本就从0.5微米时代的400美元增加到如今的70万美元以上。

这时候拉霍夫斯基想到如果用全息生成图像的方法就可以避免掩膜缺陷对产品质量造成影响，据估计，即便缺陷占据全息掩膜面积1%，实际创建的图像质量也不会受到影响。掩膜局部缺陷对成像质量的影响降低了9-10个数量级。这同样可以延长掩膜的使用寿命和降低透镜成本（只需要简单的透镜来照射面罩），甚至利用这一技术可以实现3D光刻。但根据全息图像计算全息掩膜时，他们遇到了数学难题，为此他找到了现代渐近衍射理论的创始人弗拉基米尔·安德烈耶维奇·博罗维科夫教授，教授为他提供了计算方法。然而全息掩膜的计算量仍然需要超级计算机才能完成。之后他的开发团队致力于简化算法，直至能够在微机上实现，同时他们开发了一个软件包，用以生成全息掩膜（在此过程中他们发现如果用平面波再现全息图将使掩膜的拓扑结构变得无法制造，为此他们通过数学方法解决了会聚球面波的难题）。

最初他找到RUSNANO，希望获得对其研发的全息投影光刻技术的投资。但RUSNANO的态度令他感到失望。之后这位老哥找到SEMI欧洲分会主席，于是他获得了瑞士Empa资金支持，并在2015年成立了Nanotech SWHL GmbH公司。按照这位大牛的观点，俄政府领导人熟悉大工业，但不熟悉技术密集型产业，缺乏苏联政府那样对有产业潜力的先进技术孵化投资的远见。

而此次外媒报道的无掩膜X射线光刻机虽然无法满足大批量生产的需求。不过2020至2021年9月份，俄整个电子工业只得到2660亿卢布拨款，一座28纳米生产线和配套晶圆厂至少也要投资上万亿卢布，投入这么大一笔费用，俄国内市场也难以提供足够订单维持其运转。光刻机、芯片制造从来不是自古华山一条道，解决不同需求有不同的技术路径(例如大批量生产方面压印法也是比较有发展前景的工艺)。