Родом из нищеты

Минэкономразвития РФ сообщило, что "абсолютная величина отечественного высокотехнологичного экспорта достигает в последние годы 2,5–3 млрд. долларов".

Минэкономразвития РФ сообщило, что "абсолютная величина отечественного высокотехнологичного экспорта достигает в последние годы 2,5–3 млрд. долларов". Сумма внушительная, однако в прошлом году, например, Россия поставила на мировые рынки этой продукции почти в 3 раза меньше, чем Филиппины, в 4,5 раза меньше Таиланда, в 10 раз меньше Мексики, в 13 раз меньше Малайзии и Китая и в 17,5 раза меньше Южной Кореи.

Мы бедные… Мы не владеем технологиями переднего края… Ах, у нас нету денег, чтобы создать конкурентоспособные технологии… Нам не на чем выпускать современные микросхемы… Мы не знаем, как встать на ноги…

Нытье…

Что означают слова: "мы владеем передовой технологией"? Или: "мы не владеем…"? Или: "в области высоких технологий имеет место некоторое отставание…" Что стоит за всеми этими фразами?

Ключевую мысль высказал Камиль Ахметович Валиев, академик РАН: "На современном этапе развития микроэлектроники… уже нет деления на оборудование и технологию. Сегодня это единый комплекс… Следовательно, если мы хотим развивать технологию, необходимо… прежде всего развивать оборудование".

Вот и попробуем разобраться в смысле приведенных выше фраз. Когда говорится о том, что "мы владеем передовой технологией", это означает, что мы не только знаем, как устроено то или иное высокотехнологичное изделие, из каких материалов и по какому технологическому процессу оно изготавливается, но и располагаем технологическим оборудованием, позволяющим надежно, серийно и дешево производить эти изделия. Иными словами, оборудование - это овеществленное практическое знание технологии. Владеть оборудованием означает владеть технологией. Совершенствовать оборудование означает двигаться к новым технологическим высотам.

Напрашивается вывод: страна выходит вперед в мировом технологическом соревновании не за счет наращивания объемов выпуска ширпотреба (пусть даже самого высокотехнологичного!), а тогда, когда максимум усилий направляет на совершенствование существующих и создание новых технологий и соответствующего оборудования [Обладание совершенным высокопроизводительным оборудованием приносит, кроме того, ощутимые конкурентные преимущества и успех теперь уже в экономическом соревновании].

Конечно, все необходимое можно купить за границей. Покупали же мы трактора у Форда в 20-е годы, чтобы овладеть передовой технологией полевых работ. И позже много еще чего покупали именно с целью овладеть… А то, что нам не хотели продавать, все равно добывали через вторые и третьи страны, по линиям разведки и дипломатии. В общем, мы покупали, монтировали, запускали установки и микроэлектронные технологические комплексы и овладевали-таки технологиями, соответствующими уровню этого оборудования, но они в то же самое время совершенствовали станочный парк, а у нас с этим всегда было "не очень"…

Сама по себе задача создания собственной технологии очень сложна. Вдобавок она имеет комплексный, межведомственный характер. Ну не под силу отдельно взятым КБ, институтам или фирмам решить весь круг задач, встающих перед разработчиком серийного промышленного микроэлектронного комплекса. Здесь: разработка и изготовление сверхточной механики, расчет, конструирование и изготовление специальной оптики, вакуумных систем, ионного, электронно-лучевого, плазменного, лазерного и другого инженерно-физического оборудования, обеспечение необходимыми металлами, керамикой, пластмассами, уплотнительными и смазочными материалами, датчиками параметров, алгоритмами систем управления - за каждым из этих пунктов труд многих сотен людей и десятков организаций!

Работая над темой номера, я разговаривал с несколькими руководителями предприятий, в свое время успешно поставлявших на внутренний рынок (впрочем, какой это был "рынок"?) электронную элементную базу. Большинство моих собеседников сегодня на пенсии или занимается консалтингом. Меня потрясло, что все они единогласно заявили, что не верят в возможность возрождения отечественной электронной индустрии. Я потребовал объяснений!

Их аргумент был таков: разрушена промкооперация. Институт головных организаций, когда-то являвшихся генподрядчиками и распорядителями бюджетных средств, а также идеологами научно-технических решений, закладываемых в создаваемые системы, ныне сохранился лишь в сфере производства вооружений. Больше нигде он не уцелел. Во многом именно потому эта продукция у нас получается "на уровне" [Не так давно министр экономического развития и торговли РФ Герман Греф так обрисовал нынешнюю ситуацию: "Конкурентными товарами… у России остаются пока еще продукция ракетно-космической, атомной отрасли и некоторые виды вооружений - этим список исчерпан". Изящно сказано].

Один из моих собеседников заявил, что, по его мнению, сосредоточить усилия нужно на освоении готовых решений - то есть попросту покупать технологические линейки, ставить, запускать, учиться торговать готовой продукцией и лишь попутно с этим заниматься новыми разработками. Во всяком случае, в числе мер, призванных стимулировать развитие высокотехнологичных производств в России, министр экономического развития и торговли Герман Греф назвал отмену двух третей существующих ставок пошлин на ввоз современного оборудования. Однако "по оставшейся одной трети правительству не удалось найти общего языка с профильными ведомствами" [Отсылаю читателей к комментариям В. Сазонова на стр. 35–37].

Можно легко убедиться, что сегодня в России успешными являются лишь технологические бизнес-проекты, требующие для своей реализации возможностей одной, максимум двух-трех фирм, объединенных простеньким договором поставки или оказания услуг. Почему? Нет организаторов сложного научно-технического сотрудничества. Пользуясь современными аналогиями, можно сказать, что "головники" выполняли роль своеобразных "продюсеров" технологий.

То, что сегодня нет ни одной компании, способной вложить в комплексную разработку, предположим, передовой микроэлектронной технологической линейки сумму в $200–500 млн., - это факт. Однако мы знаем, что альтернативой массированному финансовому инвестированию является кооперация, то есть объединение в рамках проекта государственных и негосударственных участников финансирования, страховых компаний, фирм разработчиков, изготовителей механических, оптико-электронных и вакуумных агрегатов. Создание этой сложной системы взаимодействия под каждый конкретный проект и является профессиональной областью деятельности "продюсера от технологий".

Сегодня мы бедны на таких людей. Вот грустная правда.

Впрочем, в последние годы ситуация стала меняться. Знаковое событие случилось в 1996 году. Именно тогда был начат совместный проект Российской академии наук и Российского научного центра (РНЦ) "Курчатовский институт" (инициатором выступил президент РНЦ академик РАН Е. П. Велихов), в ходе которого планировалось создать уникальный комплекс оборудования, позволяющего выпускать БИСы по проектным нормам 0,5–0,35 мкм с возможностью дальнейшей модернизации для достижения технологических норм 0,18–0,13 мкм. Участниками проекта стали: Физико-технологический институт РАН (возглавляемый тогда академиком К. А. Валиевым), НИИ системных исследований РАН и Институт микротехнологий, входящий в структуру РНЦ "Курчатовский институт" (директор НИИСИ и ИМ академик РАН В. Б. Бетелин).

Надо отметить, что к этому времени в стране уже много лет не проводилось никаких работ по созданию технологического оборудования для микроэлектроники, профильные структуры МЭП были практически разрушены, финансирование обеспечивалось лишь для поддержания работающих технологических линий в "минимально-исправном состоянии" (был введен в обиход даже такой термин!). О создании сколько-нибудь современных полупроводниковых предприятий вообще речи быть не могло по причине отсутствия всего: денег, оборудования, персонала.

В этих условиях проект трех академиков многим казался фантастикой. Говорит Велихов: "Надо понимать, что, исходя из экономической ситуации в России в начале 90-х, завод для массового производства мы построить не могли. Однако и малосерийное, прототипное производство, на котором производственный цикл, включая подготовительные операции, занимает несколько дней, крайне необходимо России… Интерес к подобным производственным линейкам сегодня во всем мире очень велик - массовое производство их не заменяет.

Кроме того, появление подобной линейки означает, что теперь наши специалисты могут учиться, осваивать современную полупроводниковую технологию непосредственно в России. Очень важно, чтобы у нас в стране были люди, которые своими руками ощутили бы, что значит 0,5- или 0,35-мкм процесс. Не теоретически, а на практике" [Здесь и далее высказывания участников проекта цитируются по www.electronics.ru/pdf/3_2004/01.pdf].

В ходе подготовительного периода были сформулированы базовые принципы разработки: минимизация размеров сверхчистой операционной зоны практически до размеров одной обрабатываемой пластины диаметром 200 мм; отказ от разработки и изготовления отечественных технологических установок в пользу агрегатирования оборудования, специально для этого проекта заказываемого у известных зарубежных производителей; размещение всего производственного комплекса в гермокабинах для придания заводу мобильности и возможности монтажа в помещениях, выстроенных не специально под него. Последний фактор тесно связан с требованием сокращения стоимости проекта. Эта стоимость должна быть в 15–20 раз (!) меньше стоимости обычного серийного предприятия.

Новый необычный завод - это десять гермокабин, самая тяжелая из которых весит 14 тонн. Каждая снабжена кондиционером, агрегатами поддержания микроклимата и фильтрационными установками, обеспечивающими необходимые показатели чистоты воздуха. Оборудование изготавливали фирмы Applied Materials и Semitool на базе своих стандарных узлов и агрегатов. Технологические операции в пределах кабины объединены в робототехнический комплекс и не нуждаются в присутствии человека-оператора. Операторы лишь осуществляют перегрузку частично обработанных пластин из кабины в кабину и дистанционный контроль над всеми технологическими операциями при помощи специализированной системы мониторинга, включающей в себя около 16 тысяч датчиков и вычислительно-управляющий комплекс.

В модульном заводе реализован КМОП-техпроцесс, состоящий примерно из трехсот операций.

Все работы по агрегатированию установок в единый комплекс и его монтажу в гермокабинах было решено проводить за рубежом - в Швейцарии. Этот шаг был продиктован целым рядом причин отнюдь не научно-технического свойства. Практически неразрешимыми оказались таможенные, транспортные и бюрократические проблемы. Как рассказывал Велихов, на самостоятельную сборку лишь одной установки в России потребовался год - так много времени ушло на прохождение всех пограничных и таможенных процедур. В Швейцарии же на полную сборку одной гермокабины требовалось в среднем три месяца.

Сборка кабин проходила с участием российских специалистов. В ходе приемки готовых изделий проводились функциональные (электромеханический пуск без подачи технологических жидкостей и газов) и даже прочностные испытания, так как перевозить кабины в Россию планировалось автотранспортом. В целом "зарубежный" этап работ занял два года - с 1997 по 1999-й. Еще два года ушло на решение проблем "местного характера". В 2003 году модульный завод выпустил опытную партию 32-разрядных процессоров 1890ВМ1Т по технологическому процессу 0,5 мкм. Проектная производительность завода - до 100 тысяч СБИС в год, что определяет его назначение как базу для выпуска пилотных, прототипных партий микросхем, а также БИС контроллеров специального и промышленного назначения, себестоимость которых не является столь критичной, как в случае массовой продукции бытового назначения.

В настоящее время освоено производство по нормам 0,35 мкм. По словам Велихова и Бетелина, в технологический комплекс заложены большие возможности развития.

Сериал с бюджетом от $3 млрд.

Уменьшение линейных размеров элементов микросхем - задача прежде всего для разработчиков фотолитографического оборудования и технологии маскирования. Известные положения волновой оптики, казалось бы, однозначно указывают, что необходимо переходить на все более коротковолновое излучение при фотопечати на кремниевой пластине через маску, поскольку считается, что дифракция на краях маски "смажет" детали, размеры которых меньше длины волны используемого света [Частично это ограничение научились преодолевать средствами самой же волновой оптики - используя особым образом приготовленные толстослойные маски с распределенной оптической плотностью рисунка - так называемые маски с фазовым сдвигом или коррекцией. Подробнее см. на www.freepatentsonline.com/index.html (Phase-shift mask and method for making… United States Patent 5286581, и Method of manufacturing a phase shift mask comprising two phase shift layers and sloping sidewalls, United States Patent 5300377)].

Драматические события, связанные с преодолением ограничений литографии, начались, когда рабочая длина волны уменьшилась до 193 нм (свет фторид-аргонового лазера). В 2001 году IBM объявила о начале разработки оборудования, использующего свет длиной волны 157 нм. Этот шаг повлек за собой множество трудностей: нужно было сконструировать и изготовить новый тип лазера, создать новые маски и материалы фоторезистов, потребовалось разрабатывать новую оптику, линзы для которой должны быть изготовлены не из стекла, а из фтористого кальция… На эти работы было выделено $760 млн., чего оказалось мало. Впоследствии бюджет проекта не раз увеличивался и к настоящему времени достиг почти $2 млрд.

Параллельно начался совместный проект IBM и Управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) по созданию литографического комплекса, использующего синхротронное излучение, длина волны которого лежит в области так называемого мягкого рентгена. На эти исследования и экспериментальные работы, не давшие к сегодняшнему дню практически значимых результатов, было выделено (и потрачено) чуть более $1 млрд.

Intel пошла другим путем. Свои стратегические надежды компания связала с технологией литографии на жестком ультрафиолете с длиной волны 13 нм (что, вообще говоря, позволяет и этот проект отнести к технологиям мягкого рентгена, но, видимо, Intel желает максимально дистанцироваться от работ IBM, особенно после конференции Sematech 2002 года. О событиях на этой конференции - чуть позже). Технологические трудности здесь оказались беспрецедентными, ведь даже от привычной линзовой оптики пришлось отказаться в пользу специальных многослойных зеркал довольно сложной геометрии. Сколько потрачено на эти работы компания не сообщает, однако многие специалисты придерживаются мнения, что эта технология никогда не будет внедрена из-за ожидаемой экстремально высокой стоимости оборудования и материалов.

В 2002 году на конференции Sematech исполнительный директор компании Taiwan Semiconductor Manufacturing Барн Лиин (Burn Lin) сделал доклад, произведший эффект разорвавшейся бомбы. Он привел серьезные аргументы в пользу того, что 157-нм литографический процесс не будет работать так, как ожидают в IBM, а кроме того, обратил внимание присутствующих на возможность достичь разрешения 32–45 нм с использованием обычного, давно используемого оборудования на 193 нм, дополнив технологию иммерсионным принципом - то есть поместив объектив фотолитографической установки в слой специальным образом подготовленной воды или другой жидкости, подходящей по оптическим свойствам. Весной 2005 года Брюс Смит (Bruce W. Smith) из Рочестерского технологического института на конференции инженеров-оптиков сообщил о возможности замены жидкофазной иммерсионной технологии твердофазной - при которой используется сапфировый слой, соприкасающийся со слоем фоторезиста. Этот принцип позволит уменьшить размер элемента схемы до 25 нм без принципиальных переделок существующего оборудования.

Немая сцена в исполнении Intel, IBM и DARPA…