Усиление геополитической напряженности между Россией и Западом показало необходимость обеспечения научно-технологического развития нашей страны для достижения технологического суверенитета. Прежде всего это означает, что необходимо достичь независимости от поставок микроэлектроники – критически важного компонента любых современных электронных систем и изделий, которые, в свою очередь, являются неотъемлемой частью современной техносферы. Для выполнения такой задачи требуется развитие в стране электронного машиностроения, которое позволит обеспечить независимость российской микроэлектроники от импорта оборудования и технологий, главной из которых является фотолитография [9]. Фотолитография (именуемая также литография) – это процесс изготовления чипов с использованием света для формирования заданного изображения на кремниевой пластине (подложке) для получения необходимой топологии [24. С. 276].

Эксперты отмечают, что создание современной отечественной литографической системы будет являться не локальным достижением, а событием планетарного масштаба. Ее успешное промышленное внедрение приблизит Россию к достижению полного технологического суверенитета, что поможет избежать многих значимых рисков для национальной безопасности и экономики страны [21]. Продукция микроэлектроники становится все более востребованной в различных сферах промышленности – таких, как медицина, телекоммуникации, приборостроение, станкостроение, автопром и др., поэтому создание собственного литографического оборудования позволит России укрепить свои позиции и в этих областях.

Целью настоящего исследования является анализ состояния и перспектив развития отечественного электронного машиностроения на примере полупроводниковых литографических систем. Для анализа были использованы нормативные правовые документы, данные компаний полупроводниковой отрасли, оценки экспертов, научная литература и другие источники. Методология исследования базируется на общенаучных методах познания: логическом и системном анализе, синтезе, методах сравнения, сбора и описания данных.

Полупроводниковые литографические системы (Semiconductor Lithography Systems) – это ключевое производственное оборудование, которое является самым сложным и дорогостоящим элементом любого процесса производства микроэлектроники [21]. Такие установки производят всего несколько компаний в мире (табл. 1).

Таблица 1 Сегментирование полупроводниковых литографических систем по технологиям, в разбивке по основным производителям

Около 98% мирового рынка полупроводникового литографического оборудования в 2019 году контролировали три крупнейших производителя – ASML, Nikon и Canon [33]. ASML является абсолютным монополистом в сегменте EUV-литографии (позволяет выпускать чипы по техпроцессу 7-нм и ниже), а также крупнейшим поставщиком DUV-систем. Nikon производит всю линейку DUV-литографии. Canon специализируется только на двух наиболее «зрелых» технологиях – KrF и i-line. Чтобы удерживать рыночные позиции, ведущие производители продолжают из года в год вкладывать значительные средства в НИОКР. Несмотря на то, что представленные в табл. 2 компании производят, помимо литографического оборудования, иные оптические и электронные продукты, представленный объем инвестиций дает представление о масштабе «цены» их успеха.

Таблица 2 Инвестиции в НИОКР производителей полупроводникового литографического оборудования, в млн долл.^*

В последние годы Китай активно подключился к исследованиям в области фотолитографии, чтобы снизить свою зависимость от иностранного оборудования. Так, молодой китайский производитель SMEE, основанный в 2002 г., уже планирует до конца 2023 г. представить свою первую иммерсионную литографическую машину (технология ArFi), способную производить чипы по техпроцессу 28-нм, что станет большим прорывом для компании, которая в настоящее время производит литографы, подходящие для выпуска чипов 90-нм и выше. Благодаря освоению новой технологии, китайский производитель сможет превзойти Canon, сравняться по своим возможностям с Nikon, а также сократить разрыв с ASML [36]. Однако, несмотря на стремительный прорыв, SMEE не смог заслужить статус ведущего производителя даже на внутреннем рынке в связи с тем, что по качеству и надежности китайское оборудование пока уступает зарубежным аналогам [20].

В 2022 г., после начала СВО, Россия подверглась беспрецедентному геополитическому и экономическому давлению. Власти США, ЕС и ряда других стран ввели несколько пакетов экономических санкций, расширяя сферу их действия на виды деятельности, организации и физические лица, подпадающие под те или иные ограничения. Кроме того, иностранные корпорации взяли на себя добровольные обязательства, связанные с прекращением или приостановкой своей деятельности в России [23. С. 4]. Международные санкции в сфере микроэлектроники стали одним из главных направлений удара по отечественной экономике среди всех ограничительных мер, которые заключаются в запрете или значительном сдерживании экспорта полупроводников, технологий и оборудования для их производства. Введенные ограничения затронули не только сектор микроэлектроники, но и практически все отрасли промышленности и сферы общественной жизни, так как сложно представить область, где можно было бы обойтись без мобильных телефонов, компьютеров, телекоммуникационного оборудования, транспортных средств – чипы встроены даже в рабочие электронные пропуска и проездные билеты, которыми ежедневно пользуются миллионы людей [4].

Недружественными странами, в число которых вошли Нидерланды и Япония, был введен полный запрет на экспорт полупроводниковых литографических систем в Россию. Однако, проблемы с поставками оборудования для отечественной микроэлектроники возникли значительно раньше – уже в 2010 г. появились серьезные ограничения, хотя и до этого можно было приобрести только устаревшее оборудование, отстававшее на два-три поколения от новейших технологий. Наша страна оказалась в крайне сложном положении, поскольку такое оборудование никогда не производилось в России, даже во времена СССР его выпускали лишь на территории Белоруссии [21]. Согласно оценкам экспертов, сейчас в России имеется порядка 35–40 литографических установок, отработавших по 15–20 лет и требующих замены на новое оборудование [9], и с этим у нашей страны возникли серьезные проблемы.

Когда весной 2022 г. возник ажиотажный спрос со стороны отечественных дизайн-центров на производственные мощности внутри страны, возникший из-за прекращения сотрудничества с ними производителей микрочипов из недружественных стран, у нашей страны появилась уникальная возможность локализовать сегмент контрактного производства, но, к сожалению, реализовать ее мы не смогли. Зеленоградский «Микрон», единственный в России контрактный производитель, выпускающий чипы по технологиям 180–90-нм в промышленных масштабах для гражданской продукции, был перегружен. Хотя «Микрон» и запланировал расширение мощностей, но только к 2025 г., причем на тот момент было непонятно, каким образом решать вопрос с закупкой импортного оборудования для новых линий. Данная ситуация вынудила отечественных разработчиков искать зарубежные фабрики для переноса выпуска своей продукции, в первую очередь, в Китае [5].

Снижение зависимости от импорта оборудования и компонентов стало критически важным в условиях усиления геополитической напряженности и санкций со стороны США и их союзников. Для обеспечения технологической независимости возникла необходимость в активизации НИОКР по созданию собственного оборудования для производства микроэлектроники. Однако, это очень сложная задача, которая требует времени, значительных инвестиций, наличия квалифицированных кадров и развития компетенций в данной области. Стоит отметить, что в нашей стране сохранились и работают научные школы и организации, способные разрабатывать и выпускать такое сложное оборудование, а также имеется определенный научный задел в этой области. В настоящее время исследования и разработки по созданию собственных полупроводниковых литографических систем при поддержке государства ведутся параллельно несколькими группами российских ученых:

• команда разработчиков нижегородского Института прикладной физики РАН осенью 2022 г. представила демоверсию своей установки с рентгеновским источником излучения. Планируется к 2024 г. разработать альфа-машину, к 2026 г. – бета-машину, а к 2028 г. создать промышленный образец литографа. Ожидается, что нижегородская разработка будет обходиться дешевле в производстве, компактнее по размерам и эффективнее в 1,5–2 раза чем мировые аналоги, а также будет иметь уникальную оптическую систему [21];

• в зеленоградском МИЭТ ведется поисковый аванпроект концепции безмасочной рентгеновской литографии на базе источника синхротронного излучения, не имеющей мировых аналогов. В кооперации с МИЭТ над проектом работают завод «Микрон», ЗНТЦ, ИПФ РАН, НПП ЭСТО, ИСАН РАН. Следует подчеркнуть, что у МИЭТ уже имелся научный задел – совместные исследования по данной тематике ведутся не один десяток лет учеными этого института и других научных организаций. Инвестиции в проект от Минпромторга составили 670 млн руб. [2; 22];

• Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ) в 2021 г. выиграл два конкурса Минпромторга на разработку отечественных фотолитографических установок. Осуществить запуск серийного производства планируется к 2026 году. Совокупная стоимость инвестиций составит более 6 млрд руб. [1]

Помимо этого, при консолидации усилий Минпромторга, Минобрнауки, профильных вузов и производителей полупроводников, в России планируется осуществить строительство сети технологических полигонов, которые будут использоваться для отладки и тестирования оборудования для микроэлектроники и подготовки кадров. Строительство одного полигона, с учетом затрат на сложную инженерную инфраструктуру, включающую оборудование «чистой комнаты», оценивается порядка 5 млрд руб. Один из полигонов планируется запустить осенью 2026 г. на базе зеленоградского МИЭТ после реконструкции корпуса завода «Протон», который станет площадкой для разработки и трансфера базовых технологических процессов на основе нового оборудования, в т.ч. для фотолитографических установок. Участники проекта полагают, что это позволит примерно на год ускорить начало серийного выпуска таких систем [7].

Вместе с тем, для успешной разработки и внедрения литографических систем необходима государственная поддержка. Некоторые меры уже реализуются, однако они носят скорее точечный характер. Необходим переход от точечной к комплексной системе поддержки полного цикла – от НИОКР до внедрения в производство.

Еще в 2021 г. Правительством РФ была предложена концепция «сквозного проекта», ориентированная на создание максимально полной вертикально-интегрированной цепочки создания электронной продукции за счет согласования мер поддержки на всех этапах и обеспечения массового спроса на нее, что позволило бы осуществить максимальную локализацию сегментов цепочки и увеличить долю российских компаний в конечной продукции [11].

Логика механизма «сквозных проектов» предполагает формирование мер поддержки по трем основным блокам:

• Стимулирование разработчиков. В рамках первого блока предусматривается субсидирование части затрат (до 70–90%) в процессе реализации комплексных проектов (включающих в себя НИОКР, технологические работы, выпуск опытных образцов, организацию серийного выпуска и коммерциализацию произведенной продукции) на:

• создание научно-технического задела по разработке базовых технологий производства приоритетных электронных компонентов и радиоэлектронной аппаратуры – до 350 млн руб. ежегодно по одному проекту [13];

• обеспечение мероприятий по проведению НИОКР в области средств производства электроники (оборудования, систем автоматизированного проектирования (САПР), материалов) – до 500 млн руб. ежегодно по одному проекту [14];

• создание электронной компонентной базы (ЭКБ) и модулей – до 1500 млн руб. ежегодно по одному проекту [15];

• разработку конкурентоспособных нишевых аппаратно-программных комплексов для целей искусственного интеллекта – до 500 млн руб. ежегодно по одному проекту [16].

• Стимулирование внедрения. В рамках второго блока предусматривается субсидирование части затрат, связанных с внедрением российской продукции радиоэлектронной промышленности в конечную продукцию (готовое промышленное изделие, предназначенное для реализации) – до 4 млрд руб. ежегодно по одному проекту [17].

• Стимулирование спроса. В рамках третьего блока в октябре 2021 г. Минцифры был подготовлен проект документа, замыкающего механизм «сквозных проектов» (регламентирующий участников, порядок отбора, рассмотрения и реализации сквозных проектов) [18], однако принят он так и не был.

Осуществить запуск механизма «сквозных проектов» изначально планировалось до конца 2021 года. В 2021 году было рассмотрено 19 проектов, 8 из них на общую сумму 147 млрд руб. были одобрены, и еще 51 проект на сумму более 360 млрд руб. находился на рассмотрении в начале 2022 года [19]. Однако, до февраля 2022 г. финансирование из бюджета на них так и не было выделено, а после этой даты реализацию «сквозных проектов» приостановили для доработки, что было связано как с изменением конъюнктуры после начала СВО, так и с рядом выявленных недочетов реализации проектов – таких, как нечеткое определение ролей всех участников, отсутствие регламентации ответственности разработчиков и поставщиков за конечный результат, а также отсутствие четкого определения того, что должно считаться российской продукцией [6; 12]. В связи с этим в течение 2022 г. велась работа над доработкой механизма «сквозных проектов», а сроки его запуска неоднократно откладывались; о перезапуске механизма Минцифры вновь объявило в апреле 2023 г. Изменения должны коснуться крупномасштабной поддержки как покупателей, так и производителей – планируется компенсировать разницу расходов на закупку отечественного оборудования в случае, если оно окажется по стоимости дороже импортного. Для реализации данной меры потребуется длинный форвардный контракт, значимые объемы и верификация по качеству [10]. Более актуальных сведений по реализации данной концепции в открытом доступе не найдено.

В то же время Китай, также находящийся под санкциями, проводит проактивную экономическую политику по развитию всех секторов национальной полупроводниковой отрасли. В частности, страна только за последние два года (2021–2022 гг.) реализовала 56 инвестиционных проектов в сегменте полупроводникового оборудования совокупным объемом 7,8 млрд долл. (56,7 млрд юаней) [31]. Более того, Китай планирует в течение следующих пяти лет выделить новый пакет финансовой помощи в размере 143 млрд долл., большая часть которой будет направлена на субсидирование закупок отечественного полупроводникового оборудования местными производителями [37]. Весьма значительная комплексная поддержка государства обеспечила стремительное развитие китайской полупроводниковой отрасли, что позволило восточной стране продолжить экспансию на российский рынок, теперь и в сегменте полупроводникового оборудования.

В июне 2023 г. в печати появилась информация о том, что зеленоградский контрактный производитель «Микрон» в рамках программы увеличения производительности перешел на китайское и белорусское оборудование, а также оборудование других стран [8]. Хотя в статье не раскрываются типы поставленных машин, наверняка среди них была литографическая установка, без которой едва ли возможен запуск новой технологической линии. В том случае, если литограф был китайский, то ситуация складывается двоякая. С одной стороны, нашей стране на сегодняшний момент крайне необходимо полупроводниковое оборудование для импортозамещения компонентной базы. С другой стороны, несколько десятков видов полупроводниковых машин, которые изначально проектируются с учетом их совместимости, комплектуются в единую технологическую линию. Если в такие линии будут встраиваться китайские литографы, то непонятно, каким образом мы будем внедрять отечественные аналоги, когда они будут готовы к промышленному использованию, если российская ниша будет уже занята. При этом успешное взаимодействие с разделением сегмента между Китаем и Россией в данном случае вряд ли получится, т.к. обе страны не отступятся от разработки литографических систем как критической технологии полупроводниковой отрасли.

В свете проведенного исследования в отношении НИОКР, реализуемых российскими научными коллективами и организациями, можно отметить следующие положительные аспекты. Во-первых, поддерживаются проекты по разработке целой линейки оборудования – как с применением более зрелых технологий для производства товарных чипов, используемых в бытовой, промышленной, автомобильной и космической электронике, так и с применением передовых технологий, необходимых для потребительской электроники. Во-вторых, параллельная разработка альтернативных технологий повышает шансы на успешное доведение хотя бы одной из них до готовности к коммерческому использованию. В-третьих, конечно, мы не сможем создать собственный литограф в краткосрочной перспективе, однако существует вероятность получить определенные результаты в разумные сроки – к 2026–2028 гг.

В то же время необходима скорейшая доработка и реализация механизма «сквозных проектов», т.к. точечные меры поддержки не способны запустить локальную вертикально-интегрированную цепочку создания стоимости электроники. Остается открытым вопрос по объемам финансирования как НИОКР в области полупроводниковых литографических систем, так и всей электронной промышленности России в целом, ввиду ограниченного доступа к такого рода информации. По подсчетам представителя «Ассоциации разработчиков и производителей электроники», в электронике 21 технологическое направление, и для поддержания технологий на уровне глобальных корпораций на каждое требуются инвестиции в объеме от одного до десятков млрд долл. в год [3].

Нельзя не отметить и потенциальные риски, связанные с экспансией Китая на российский рынок полупроводникового оборудования. Дальнейшее развитие этого процесса может привести к тому, что мы поменяем одних иностранных производителей на других вместо того, чтобы развивать собственный сегмент локальной цепочки.