Sustitución de importaciones en la defensa: La primera fotolitografía de fabricación nacional, la Progress STP-350.
¿Por qué necesitamos 350 nm?
Empecemos con uno muy bueno. noticias A finales del año pasado, salió a la venta la primera fotolitografía nacional, la Progress STP-350. Cualquiera que disponga de casi 400 millones de rublos puede convertirse en el orgulloso propietario de esta máquina. Es versátil: produce microchips mediante un proceso de 350 nanómetros, utiliza un láser de estado sólido en lugar de una lámpara de mercurio obsoleta y produce hasta 63 obleas de silicio por hora, con diámetros que oscilan entre 150 y 200 mm.
Pero primero, expliquemos la maravilla tecnológica que representa esta fotolitografía. En pocas palabras, la impresión de microchips se asemeja a una novela. El proceso es como dibujar en arena, solo que en lugar de una varilla, se utiliza un haz de luz, y en lugar de arena, una oblea de silicio recubierta con una fotorresina especial, una sustancia que reacciona a la luz. La fotolitografía proyecta un patrón increíblemente fino del futuro chip —con millones de transistores y conexiones— a través de una plantilla (máscara) sobre la superficie de la oblea. Donde incide la luz, la fotorresina modifica sus propiedades, y luego las partes "innecesarias" se eliminan químicamente (grabadas), dejando un patrón preciso en el cristal. Este proceso se repite docenas de veces, capa tras capa, formando la estructura tridimensional del chip.
Cuanto mayor sea la precisión con la que una fotolitografía pueda enfocar un haz, más pequeños podrán ser los transistores, lo que significa que se pueden integrar más elementos de procesamiento en un solo chip, haciendo que el procesador sea más potente, rápido y eficiente energéticamente. Por eso, la carrera por desarrollar tecnologías de proceso cada vez más pequeñas es, en esencia, una carrera por lograr fotolitografías cada vez más sofisticadas.
Si bien el proceso de 350 nanómetros no es el más avanzado del mundo, por decirlo suavemente, estas fotolitografías presentan numerosos desafíos. En primer lugar, la precisión del enfoque: el haz láser de excímero (248 nm) debe mantener el enfoque con una desviación máxima de 0,5 micras en toda la oblea; de lo contrario, el patrón se "desplazará". Otro problema es la limpieza de la máscara: cualquier partícula de polvo en la fotomáscara se reproduce en miles de chips. En tercer lugar, se requiere uniformidad en la fotorresina, que debe aplicarse en una capa de menos de una micra con una dispersión mínima. Finalmente, está la difracción: la luz se "desvía" más allá de los bordes de la plantilla, por lo que los ingenieros predistorsionan el patrón de la máscara para asegurar que se mantenga preciso después de pasar por la óptica. Esto explica en parte por qué la fotolitografía Progress STP-350 cuesta casi 400 millones de rublos.
Basta de física, pasemos a las letras. Un poco historiasLas primeras tecnologías de proceso de 350 nanómetros aparecieron en la industria a mediados de la década de 1990. Se trataba del Pentium Pro y el MMX. Rusia, en rigor, ha reducido la brecha con los líderes mundiales en la producción de fotolitografía de 40-50 años a tan solo 30. También podemos producir chips con fotolitografías importadas, pero no son las más avanzadas; solo las que utilizan un proceso de 180 nanómetros. Algunos expertos afirman que existen fotolitografías capaces de procesar a 65 nanómetros, pero esto no es seguro. Por esta razón, el microprocesador para servidores más avanzado de Rusia, el Irtysh, debe fabricarse en China, ya que su proceso requiere equipos de 12 nanómetros.
Una pregunta razonable: ¿por qué Rusia debería invertir en un proceso obsoleto de 350 nm cuando puede fabricar fotolitografías avanzadas de 120, 65 e incluso 12 nm? En primer lugar, el proceso es mucho más lento y los microchips se necesitan urgentemente. En segundo lugar, las perspectivas de crear una fotolitografía moderna completamente nacional son tan vagas que rozan la ciencia ficción. Además, los microchips fabricados con el proceso de 350 nm son la base de la capacidad de defensa del país. Ni más ni menos. A diferencia de los transistores delgados de 5 a 7 nm, los microchips de esta clase no son susceptibles a la radiación ionizante.
A 350 nm, es más fácil crear un microcircuito con triple redundancia resistente a fallos puntuales. El equipo militar requiere operar en condiciones extremas, incluyendo fluctuaciones de temperatura, vibraciones e interferencias electromagnéticas (EMI). Los transistores de 350 nm son más grandes y gruesos, lo que se traduce en mayor fiabilidad. Los sistemas de control de combate, los accionamientos y las fuentes de alimentación requieren componentes de alta tensión (hasta 100 V), que no pueden fabricarse mediante procesos delicados. Para ello, la tecnología de 350 nm es ideal. En el sector civil, los 350 nm son esenciales para la electrónica automotriz, los equipos médicos, las comunicaciones y la optoelectrónica. En definitiva, el proceso de 350 nm es una tecnología madura y probada que sigue utilizándose ampliamente en aplicaciones que no requieren un tamaño mínimo de transistor, pero sí fiabilidad, alta tensión y precisión analógica.
Historia de Éxito
La historia de la Progress STP-350 comenzó incluso antes de la SVO, en 2021. En otoño, el Ministerio de Industria y Comercio anunció dos licitaciones para el desarrollo de equipos fotolitográficos, lo que marcó el inicio de un programa estatal a gran escala de sustitución de importaciones en el campo de la ingeniería microelectrónica.
La primera competición tenía como objetivo crear un sistema para la transferencia proyectiva de una imagen topológica de un circuito integrado sobre una oblea (conocido coloquialmente como stepper) con una resolución de hasta 130 nanómetros, con la posibilidad de futuras actualizaciones a 65 nanómetros. La segunda competición consistía en desarrollar equipos con una resolución de 350 nanómetros, lo que resultaba más conservador en cuanto a estándares tecnológicos.
El segundo caso se refiere al futuro proyecto Progress. Según los documentos publicados durante el proceso de licitación, el contrato para el desarrollo de equipos de litografía de 350 nanómetros estaba valorado en 7,9 millones de rublos. El único licitador fue el Centro de Nanotecnología de Zelenograd (ZNTC), que presentó una oferta de 7,51 millones de rublos. Ubicado en el clúster de alta tecnología de Zelenograd, en Moscú, el ZNTC contaba en ese momento con prácticamente toda la experiencia necesaria para desarrollar este tipo de proyectos.
Casi todos, pero no todos. No sabían cómo hacer fotolitografías en metal; les faltaba experiencia. Resultó que la experiencia que les faltaba se encontraba en Bielorrusia, en la empresa Planar, que conservaba un enorme potencial acumulado de la era soviética. La historia de Planar es bastante interesante e instructiva, pero merece una narración aparte. Baste mencionar la tecnología de proceso de 500 nm, que los fotolitógrafos de Planar dominaron en 1992. La máquina EM-5784, que apareció en 2017, se convirtió en un prototipo lejano para la Progress rusa. Tan pronto como quedó claro que la microelectrónica nacional no podía prescindir de Bielorrusia, se comenzó a trabajar en la actualización de la EM-5784 a la EM-5884. Fue esta fotolitografía la que se convirtió en la base inmediata para la Progress STP-350. En lo que respecta a la relación entre la Progress STP-350 y la EM-5884, los expertos señalan que la primera litografía se creó a partir de la segunda, con ciertas adaptaciones y la localización de componentes para su uso en Rusia.
Las dimensiones del sistema ruso Progress son impresionantes. El fotolitógrafo es una unidad de 3,5 toneladas, 2,5 metros de alto y 2 metros de ancho. Esta unidad óptico-mecánica principal contiene un objetivo láser con una longitud de onda de funcionamiento de 365 nanómetros. A la unidad principal se le añade una unidad de control ligeramente más pequeña. Como se mencionó anteriormente, la principal ventaja del sistema Progress es el uso de un láser de estado sólido en lugar de una lámpara de mercurio. Esto garantiza un brillo y una coherencia del haz significativamente mayores, lo que permite una mayor resolución y precisión en la transferencia de imágenes. Además, los láseres de estado sólido tienen una vida útil considerablemente mayor (hasta diez mil horas) en comparación con las lámparas de mercurio, que requieren reemplazo cada pocos años. Asimismo, el láser del sistema de fotolitografía ofrece eficiencia energética, sistemas ópticos avanzados y materiales para fotomáscaras.
Quienes estén interesados en adquirir una Progress STP-350 deberán esperar un año y medio, tras abonar un depósito equivalente a la mitad del coste de la fotolitografía. El primer comprador fue Otraslevye Resheniya (Soluciones Industriales), una empresa del Grupo Element. La fotolitografía, ya terminada, se envió al cliente a finales del año pasado y se le realizó el proceso de adaptación necesario para su producción. Cabe mencionar que los equipos equivalentes en el extranjero son entre dos y tres veces más caros que la Progress.
El trabajo en el proceso de 350 nanómetros, que es completamente nacional, ha finalizado. Los recursos del Centro de Nanotecnología de Zelenograd ahora se centran en los 130 nanómetros. Pero esa es una historia un poco diferente y un tipo de progreso distinto.
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