光刻机战争新篇，俄罗斯研发芯片制造设备替代光刻机

日前，俄新社从俄罗斯联邦科学和高等教育部获悉，圣彼得堡理工大学的科学家们开发出了一种替代进口光刻机的技术综合体，可以在其上创建各种微电子设备运行所需的纳米结构。这一新技术的发明，将使“俄罗斯解决在微电子领域的技术主权问题”成为可能。

一、技术综合体工作原理

据研究人员称，该综合体，由两部分组成。第一个是无掩模纳米光刻装置的工业原型。第二个部分是硅等离子化学蚀刻装置的工业原型。

传统的光刻机创建纳米结构的第一步是光刻过程（在基板上获得图像），但这个过程需要大量的时间和巨大的资金成本。因此，圣彼得堡的科学家们采用了另一种方法。他们使用无掩模纳米光刻技术——一种无需使用模板（掩模）即可在基板上获取图像的类似方法。

与传统光刻技术相比，这项技术，无论是在成本还是时间方面，都划算得多。科学家们表示，其还开发了用于操作该设备的特殊软件，使该设备完全自动化。

该项目负责人阿特姆·奥西波夫（Artem Osipov）表示：“使用等离子化学蚀刻装置制造的膜在可靠性和灵敏度方面优于液体或激光蚀刻方法制造的膜。此外，它们完全是俄罗斯国产产品。”其中，第一部分的机器费用约500万卢布（约36.4万元人民币），而外国同类则需要10-130亿卢布。

据悉，在过去几十年，光刻机价格从数万美元增加到3亿美元，且长期由ASML垄断。目前，ASML生产的最先进EUV光刻机，架构及技术都非常复杂，可用于7nm及以下的先进工艺，价格也非常昂贵，只有少数大厂拥有，包括英特尔、三星、台积电等几家。

此外，奥西波夫还指出“使用无掩模纳米光刻与等离子体化学蚀刻相结合可以解决广泛的问题。例如，在雷达设备中，可以将设备的使用寿命提高20倍以上。并且使用太阳能电池板生产技术可以减轻其重量和尺寸，从而可以在多云天气下工作，同时保持效率。”

二、自研光刻机：对抗ASML的EUV

1、X射线光刻机

这不是俄罗斯首次对外公布有关光刻设备的消息。为了解决受制于他国光刻机供应的问题，俄罗斯科学院早在去年3月就宣布启动了研发X射线光刻机的计划。

该项目由工业和贸易部首期投资6.7亿卢布资金（约合5000万元人民币），俄罗斯莫斯科电子技术学院MIET（俄罗斯领先的电子工程和计算机科学学府之一）开展研究，将开发用于生产28nm及以下微电路光刻技术，希望以此来对抗荷兰ASML的EUV光刻机。

EUV光刻机，即极紫外光刻，它以波长为13.5 nm的极紫外光作为光源的光刻技术，目前只有荷兰ASML能生产。在2010年代，俄罗斯也开发过这种EUV光刻机，然而，项目却在布局阶段就结束了。

ASML EUV光刻机

如今俄罗斯正在讨论开发的技术，原理完全不同于EUV光刻机，该设备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。其使用的是X射线，波长介于0.01-10nm之间，比EUV极紫外光还要短，因此光刻分辨率要高很多。

而X射线光刻也并非新技术，早在八十年代就有了X射线光刻。一度成为当时下一代光刻技术的强有力竞争者。然而，随着准分子激光和GaF透镜技术的成熟，深紫外光刻技术得以延续，在分辨率和经济性上都打败了X射线光刻。X射线光刻也就逐渐退出了主流光刻技术的竞争。

据项目集体使用中心主任Nikolai Dyuzhev指出：“该项目是一项无与伦比的探索工作，世界上没有人按照这样的原则进行过无掩模光刻。”

三、开发可生产7nm拓扑芯片光刻机

除了X射线光刻机之外，在2020年10月，俄罗斯科学院下诺夫哥罗德应用物理研究所也在积极朝光刻机领域展开工作，该研究所希望能开发俄罗斯首台本土光刻机，用以生产7纳米拓扑芯片，该设备的测试版计划于2026年生产，到2028年，用于微电子生产。

拓扑芯片通常指的是在拓扑结构上设计的集成电路（IC）。拓扑结构是指电路中元件之间连接的方式。在传统的芯片设计中，通常采用平面布局，元件之间的连接是二维的，而拓扑结构则引入了三维的连接方式，使得芯片的性能和效率可以得到提升。拓扑芯片的设计灵感来源于网络拓扑，比如树状结构、环状结构、网状结构等。

为了推进自研光刻机进度，俄罗斯方面还宣布与白俄罗斯微电子项目合作，建立两国光掩模开发和生产联合中心，并向相关企业提供了约100亿卢布（约合7.3亿元人民币）的信贷支持，分别是在集成电路成套工艺方面领先的Integral公司和在精密光刻设备领域拥有丰富经验的Planar公司。

然而，据公开资料显示，截至目前，俄罗斯最多可以使用65nm的拓扑结构（大多数为90nm米或更大），并且都是2000年后购买的外国设备后才达到的。