Проект реализован совместными усилиями Научно-исследовательского института молекулярной электроники (ННИМЭ) и Научно-исследовательского института точного машиностроения (НИИТМ). Оба института входят в группу компаний «Элемент», которая объединяет более 30 предприятий отрасли, в том числе в ее состав входит завод «Микрон», крупнейший российский производитель микроэлектронной продукции. ГК была создана в 2019 году на базе активов АФК «Система» и госкорпорации «Ростех» для консолидации отрасли микроэлектроники с целью создания отечественной электронной продукции.

На прочном фундаменте

НИИМЭ в проекте создания кластерных установок по плазмохимическому осаждению и травлению взял на себя разработку технологических процессов, НИИТМ — разработку и производство самих установок. Заказчиком выступил Минпромторг, который в рамках программы развития электронного машиностроения профинансировал две ОКР (опытно-конструкторские работы): на ПХТ было выделено примерно 1,3 млрд рублей, на ПХО — 1,2 млрд рублей. Со стороны исполнителей тоже были вложения: в числе прочего были оборудованы чистые помещения, где собирались и тестировались установки, сделан подвод коммуникаций к ним.

Проект стартовал в 2021 году, то есть высокотехнологичное оборудование было создано в весьма сжатые сроки. Как известно, каждой ОКР предшествует НИР (научно-исследовательская работа). И здесь надо сказать, что оба института, созданные в 60-х годах прошлого века, накопили серьезные компетенции.

«Все это было бы невозможно без наличия у нас фундаментальных исследований, — подчеркнул в ходе презентации Михаил Бирюков, генеральный директор НИИМЭ. — Технологии в микроэлектронике базируются на фундаментальных прикладных исследованиях, связанных с материалами, их свойствами и применением».

При этом, как рассказал Александр Кравцов, в техническом задании Минпромторга требования к оборудованию были аналогичны тем, что предъявляются к установкам от ведущих мировых производителей — американских компаний Applied Materials (AMAT) и Lam Research. И эти требования были выполнены. Таким образом, НИИМЭ и НИИТМ вошли в пятерку мировых компаний, способных разрабатывать и производить это высокотехнологичное оборудование.

Мировым стандартом в электронном машиностроении уже давно стало создание кластерных комплексов, где объединяется от двух до восьми технологических установок с общей системой загрузки кремниевых пластин. Это позволяет последовательно осуществлять процессы их обработки в вакууме без выгрузки в атмосферную среду: пластины перемещаются из одной установки в другую внутри кластерной системы. За счет этого снижается количество брака. Модульная структура также позволяет выстраивать оборудование в нужной конфигурации, обеспечивая максимальную производительность и снижение себестоимости. Кроме того, созданное НИИМЭ и НИИТМ оборудование может быть подключено к внешней системе управления производством верхнего уровня, MES-системе, что также повышает эффективность его работы.

Микросхема, как известно, представляет собой результат множества операций, проводимых на поверхности кремниевой пластины, целью которых является создание электронных компонентов (транзисторов, резисторов, диодов). И операции плазмохимического осаждения и травления среди важнейших. Первая — это создание на поверхности полупроводников пластины тонкой, как правило диэлектрической, пленки. Затем на ней создается фотолитографическая маска, по которой потом осуществляется плазмохимическое травление — удаление материала с определенных областей пластины. В процессе создания интегральной схемы эти операции — осаждения и травления — могут повторяться много раз, в зависимости от ее сложности.

«Общее количество операций, которое включает в себя технологический маршрут изготовления микросхем, — около тысячи. Из них порядка 30‒40 процентов закрывают операции плазмохимического осаждения и травления, — объясняет Павел Игнатов, директор по развитию технологий НИИМЭ. — В процессе создания микросхемы надо либо травить какие-либо слои, либо осаждать слои, формируя структуру транзисторов и других элементов, которые лежат в основе интегральных схем уровня 65 нанометров».

«Сегодня мы закрыли для 300-миллиметрового производства с топологическими нормами до 65 нанометров направления по плазмохимическому травлению и осаждению. Коллеги занимаются фотолитографией, у нас ведутся работы по созданию установки ионной имплантации. То есть постепенно формируется пул оборудования, который позволит собирать отечественные линейки оборудования для производства микроэлектроники», — резюмировал Александр Кравцов.

Как отмечают эксперты, перечисленных установок достаточно для того, чтобы иметь собственное производство интегральных микросхем, поскольку остальное оборудование технологической цепочки доступно для покупки по импорту.

«Сейчас начинается позитивное движение. Но я хочу сказать, что на Западе создание такого оборудования — это опыт многих десятилетий и миллиардные инвестиции в разработки. Мы этот путь проходим со свойственной нам наглостью за гораздо меньшие деньги и время. Пока у нас получается. Надеемся, и у коллег получится», — говорит генеральный директор НИИТМ Александр Кравцов.

Ионный имплантер, предназначенный для контролируемого ионного легирования полупроводниковых материалов, по условиям контракта с Минпромторгом НИИМЭ и НИИТМ должны разработать и представить в 2028‒2029 годах.

Что касается литографа, то им занимается Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ) в партнерстве с белорусской компанией «Планар» (производитель литографов).

Линейка фотолитографических машин для изготовления микросхем, разработку которых они ведут, будет оперировать пластинами диаметром 150 и 200 мм. Размер 200 мм, как рассказывал ранее генеральный директор ЗНТЦ Анатолий Ковалев, будет основным. Первый опытный образец фотолитографической машины с уровнем топологии 350 нм уже создан, начало серийного производства ожидается в следующем году. Как говорят в ЗНТЦ, эта установка станет основой для семейства полностью локализованных литографов с нормами 130 и 90 нм.

Размер имеет значение

Как уже было сказано, созданное оборудование оперирует кремниевыми пластинами диаметром 300 мм. И надо сказать, что такой размер — это задел на будущее, поскольку сегодня в России нет фабрик, которые использовали бы в своей работе пластины такого размера.

История здесь повторяется. Как рассказал Михаил Бирюков, в 2016 году, когда государство обратило внимание на ситуацию в электронной промышленности и начало субсидировать разработку и производство оборудования для нее, институт в качестве стратегического направления выбрал создание установок под пластины диаметром 200 мм. «И почти десятилетний опыт подтвердил, что мы были правы, хотя нам тогда говорили, что это стране не нужно, поскольку с таким размером работает только “Микрон”. Причем это звучало из уст руководителей профильных отделов министерства. Тем не менее мы создали линейку оборудования под 200 миллиметров. И это стало базой для последующих наших разработок».

Размер пластин имеет значение: с пластины большего диаметра можно получить больше «чипов», а значит, себестоимость их производства будет ниже. Правда, увеличивать размер до бесконечности не получится. В 2010-х годах активно декларировался переход на использование пластин диаметром 450 мм. Однако он по разным причинам, в том числе из-за слишком высокой стоимости (пришлось бы создавать новое оборудование, способное оперировать новым размером), не случился. И до 95% микросхем в мире производится из кремниевых пластин диаметром 300 мм. Остальное — из пластин меньшего размера.

Сейчас на «Микроне» устанавливается созданное институтами оборудование, которое за счет применения специальной оснастки будет работать с пластинами 200 мм.

«Если “Микрон” когда-нибудь начнет переходить на 300-миллиметровые пластины, он заменит некоторую оснастку, и все. Я считаю, что это достаточно интересный опыт и правильный подход», — уверен Михаил Бирюков.

Важный момент: до топологических норм 90 нм можно использовать пластины диаметром 200 мм и меньше, экономика производства это позволяет. Если же норма ниже 90 нм, то выгоднее использовать пластины 300 мм. Продукция завода «Микрон» сегодня выпускается в размере 180‒90 нм. В случае перехода к более низким нормам — 65 и 28 нм, нужно будет использовать оборудование, которое работает с 300-миллиметровыми кремниевыми пластинами. Впрочем, из всей цепочки оборудования, которое позволит российской микроэлектронике перейти на работу по технологическому процессу 65 нм, пока в наличии только установки плазмохимического осаждения и травления. Фотолитограф на 90 нм еще только в планах, и дата его появления даже не названа. На такой же техпроцесс рассчитана и установка ионной имплантации, которой сейчас занимаются НИИМЭ и НИИТМ.

К производству готовы

Универсальность созданного оборудования, которое при использовании его определенной конфигурации может применяться в процессах с бóльшими, нежели 65 нм, проектными нормами (90, 130 и 180 нм), дает возможность расширить круг потенциальных заказчиков.

Что касается цены на оборудование, то она будет зависеть от спроса, считает Михаил Бирюков: «Одно дело — выпустить одну установку за десять лет, и совсем другое — десять установок за один год. Мы стремимся к тому, чтобы все установки были максимально локализованы. И тогда цена на них, мы надеемся, будет ниже. А самое главное, обслуживание импортного оборудования сегодня — это тот еще квест. А мы двадцать четыре часа в сутки семь дней в неделю доступны, и, если, не дай бог, что, сразу реагируем. Даже тогда, когда на оборудование закончилась гарантия. Мы понимаем, что многие работают по ГОЗу и у них каждый час простоя ведет к серьезным проблемам. И с этой точки зрения наше оборудование не имеет конкурентов».

Александр Кравцов объяснил, что это оборудование делается под конкретного заказчика и настраивается под его процессы. И так же работают иностранные производители, выполняя штучные заказы. Что касается географии продаж, то расчет делается не только на российских заказчиков. В следующем году оборудование будет презентовано в Китае. «Экспорт мы рассматриваем как один из действенных способов увеличения объемов производства», — подчеркнул Александр Кравцов и отметил, что стоимость будет сопоставима с иностранными аналогами.

Срок создания установки при появлении заказа — полтора года.

Отчасти он зависит от поставок из Китая некоторых комплектующих.

«До недавнего времени, пока мы не купили свое металлообрабатывающее оборудование, срок изготовления корпусных изделий доходил до семи месяцев, — рассказал Михаил Бирюков. — Сейчас, когда у нас появились свои обрабатывающие центры, срок существенно сократился. Впрочем, как и стоимость».

Работу по импортозамещению компонентов и материалов в установках предполагается продолжить.

Статья одновременно публикуется в журнале "Стимул".