Российские ученые совершили прорыв в области полупроводниковых технологий, создав новый источник плазмы, который может стать альтернативой решениям мирового лидера в производстве литографов — нидерландской компании ASML. Разработка ведется совместно Институтом ядерной физики СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Институтом прикладной физики РАН (ИПФ РАН) и направлена на формирование стабильного источника экстремального вакуумного ультрафиолетового излучения (ВУФ), необходимого для производства микросхем нового поколения.
Почему это важно для микроэлектроники?
Современные литографы используют метод фотолитографии, позволяющий наносить на кремниевые пластины микроскопические элементы микросхем. Однако с каждым годом требования к миниатюризации растут, и традиционные технологии приближаются к физическим пределам. Для создания чипов с топологическими нормами менее 5 нм необходимо излучение с длиной волны порядка 10–30 нанометров, что требует принципиально новых подходов.
В настоящее время ASML применяет импульсную лазерную плазму на основе олова, но у этой технологии есть существенные недостатки:
- Нестабильность — оловянная плазма подвержена колебаниям.
- Загрязнение оптики — испаряющееся олово оседает на зеркалах, снижая их ресурс.
- Высокая стоимость обслуживания — частые замены компонентов увеличивают расходы.
Российские ученые предлагают альтернативу — плазму на основе ксенона, формируемую с помощью терагерцевого излучения.
Как работает новая технология?
В экспериментах используется лазер на свободных электронах (НЛСЭ), расположенный в Новосибирске. Это единственная в мире установка, способная генерировать стабильный терагерцевый разряд. Уже достигнуты первые результаты:
- Создана квазистационарная сферическая плазма диаметром 1 мм.
- Температура плазмы — 5 эВ, плотность — 3,5 × 10¹⁷ см⁻³.
- В планах — увеличение температуры до 10–12 эВ, что приблизит технологию к промышленному применению.
В перспективе разработка может быть адаптирована для компактных гиротронных установок, что сделает ее более доступной для производства.
Почему ASML пока вне конкуренции?
Нидерландская компания ASML контролирует 90% рынка литографов, а ее EUV-машины (Extreme Ultraviolet Lithography) считаются вершиной технологического прогресса. Однако даже США и Япония, обладая мощными научными базами, не смогли создать полноценных аналогов и вынуждены сотрудничать с ASML.
Основные сложности производства EUV-литографов:
- Высочайшая точность — отклонения в оптике не должны превышать долей нанометра.
- Сложность генерации ВУФ-излучения — современные методы требуют огромных энергозатрат.
- Гигантские инвестиции — разработка одного литографа обходится в миллиарды долларов.
Китайский прорыв и российские перспективы
В марте 2025 года CNews сообщал, что Китай активно тестирует собственный EUV-литограф на основе олова и планирует запуск пробного производства уже в III квартале 2025 года. Однако российские ученые идут другим путем, предлагая более стабильную ксеноновую плазму, что может стать ключевым конкурентным преимуществом.
Виталий Кубарев, ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН, отмечает:
“Оловянная плазма принципиально неустойчива, а ее использование ведет к быстрому износу оборудования. Наша технология на основе ксенона и терагерцевого излучения может обеспечить долговременную стабильность, что критически важно для массового производства.”
Что это значит для России?
Успех проекта откроет перед Россией новые возможности:
- Снижение зависимости от импорта — собственная технология литографии уменьшит риски санкционного давления.
- Развитие отечественной микроэлектроники — возможность выпуска современных процессоров и чипов.
- Экспортный потенциал — в случае коммерциализации технология может заинтересовать Китай и другие страны.
Когда ждать промышленного внедрения?
Пока разработка находится на стадии экспериментов, но первые результаты обнадеживают. Ученые планируют увеличить температуру плазмы и провести испытания на более компактных установках. Если все пойдет по плану, первые прототипы промышленных источников могут появиться в течение 5–7 лет.
