Ядерный щит российской микроэлектроники

Технологический комплекс, находящийся в распоряжении российских ученых-атомщиков, способен производить микросхемы по нормам 0,35 мкм, а при условии некоторой модернизации - и по нормам 0,18 мкм.

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. Он сказал следующее: "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 ответить на поставленные только что вопросы о смысле 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 надёжно, серийно и дёшево эти изделия производить.

Иными словами, оборудование - это наше овеществлённое практическое знание технологии. Владеть оборудованием - означает владеть технологией. Развивать, совершенствовать оборудование - означает двигаться к новым ее высотам. Напрашивается резюме: страна выходит вперёд в мировом технологическом соревновании не за счёт наращивания выпуска ширпотреба (пусть даже самого высокотехнологичного!), а тот момент, 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.

Сами по себе эти задачи очень сложны. Вдобавок они имеют комплексный, межведомственный характер. Ну не под силу любым отдельно взятым КБ, институтам или фирмам решить весь круг задач, встающих перед разработчиком современного серийного промышленного микроэлектронного комплекса. Здесь: разработка и изготовление сверхточной механики; расчёт, конструирование и изготовление специальной оптики, вакуумных систем, ионного, электронно-лучевого, плазменного, лазерного и другого инженерно-физического оборудования; обеспечение ассортиментом необходимых металлов, керамики, пластмасс, уплотнительными и смазочными материалами, датчиками параметров, алгоритмами систем управления - за каждым из этих пунктов труд многих сотен людей и десятков организаций!

Конечно же, всё необходимое можно купить за границей. Покупали же мы трактора у Форда в 20-е годы - именно, чтобы овладеть передовой технологией полевых работ. И позже много ещё чего покупали именно с этой целью… 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 в работу установки и микроэлектронные технологические комплексы и овладевали-таки технологиями, соответствующими уровню этого оборудования, но они в это время совершенствовали "станочный парк", а у нас с этим всегда было "не очень"...

В самом деле, давайте вспомним историю отечественной техники и попытаемся увидеть, когда, в какие моменты мы были по-настоящему сильны в технологическом плане. Военные технологии - это бесспорно. Атомный проект, авиация, ракеты... И обеспечивающие их металлургия, химия и пр. Могучая система подготовки кадров. Всё. Но, заметьте, перечисленное - это же индустрия оборудования! Своеобразного, но всё же - оборудования. В этом смысле и ракета, и самолет - всего лишь "станки" для производства конечного "продукта". Как фордовские трактора, о которых мы только что вспоминали. А колоссальный общетехнологический прогресс страны, ставший результатом ядерной программы, - тривиальное следствие невозможности купить готовые решения на рынке.

Работать "плечом к плечу" с технологами микроэлектроники российские атомщики начали довольно давно. В середине 60-х годов ОКБ и опытные производства нескольких физико-технических институтов получили задание разработать установки для напыления в вакууме тонких плёнок на керамические и кремниевые подложки, а также установки для выращивания монокристаллических слоёв кремния на сапфире. Участвовали физики и в создании установок для ионной имплантации и фотолитографии на жёстком ультрафиолете. А выпуск сверхчистых материалов - вообще по их "профилю"… К сожалению, это сотрудничество носило характер скорее факультативной помощи, чем планомерной научно-технической кооперации, что не позволило в своё время получить от него максимальную отдачу, позднее же оно и вовсе со шло на нет.

Знаковое событие случилось в 1996 году. Именно тогда стартовал совместный проект Российской академии наук и Российского научного центра (РНЦ) "Курчатовский институт" (президент РНЦ академик РАН Е. П. Велихов стал инициатором этих работ), в ходе которого планировалось создать уникальный комплекс оборудования, позволяющий выпускать БИСы по проектным нор мам 0,5-0,35 мкм с возможностью дальнейшей модернизации. Участниками проекта стали: Физико-технологический институт РАН (в то время возглавляемый 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).

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 ввёден в обиход даже такой термин!) О построении современных полупроводниковых предприятий вообще речи быть не могло из-за отсутствия всего: денег, оборудования, персонала.

В этих условиях проект трёх академиков многим казался фантастикой. Говорит академик 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".

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. Она должна быть в 15-20 раз меньше стоимости обычного серийного предприятия.

Новый необычный завод - это десять гермокабин, самая тяжёлая из которых весит 14 тонн. Каждая снабжена собственным кондиционером, агрегатами поддержания микроклимата и фильтрационными установками, обеспечивающими необходимые показатели чистоты воздуха. Оборудование специально для этого проекта изготавливали фирмы Applied Materials и Semitool на базе своих стандартных узлов и агрегатов. Технологические операции в пределах кабины объединены в роботехнический 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-технологический процесс, состоящий примерно из трёхсот операций. Все работы по агрегатированию установок в единый комплекс и монтажу его 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 Е. П. Велихов, на самостоятельную сборку лишь одной установки в России потребовался год - так много времени ушло на прохождение всех пограничных и таможенных процедур. В то же время в Швейцарии на полную сборку одной гермокабины требовалось в среднем три месяца.

Кабины собирали с участием российских специалистов. В ходе приёмки готовых изделий проводились функциональные (электромеханический пуск без подачи технологических жидкостей и газов) и даже прочностные испытания, так как перевозить кабины в Россию планировали автотранспортом. В целом "зару бежный этап работ занял два года - с 1997 по 1999 й. Ещё два года ушло на решение проблем местного характера. В 2003 году модульный завод выпустил опытную партию 32 разрядных процессоров 1890ВМ1Т по технологическому про цессу 0,5 мкм. Проектная производительность завода - до 100 тысяч СБИС в год, то есть он мог служить базой для выпуска пилотных, прототипных партий микросхем, а также БИС контроллеров специального и промышленного назначения, себестоимость которых не является столь критичной, как в случае массовой бытовой продукции.

В настоящее время освоено производство по нормам 0,35 мкм. По словам Велихова и Бетелина, в технологический комплекс заложены большие возможности развития - так, применяемое фотолитографическое оборудование уже сегодня позволяет формировать структуры по нормам 0,18 мкм, однако для осуществления этого техпроцесса потребуется модернизировать кое какое технологическое оборудование.

Академик Валиев оценил результаты проделанной работы так: "Если мы хотим развивать технологию, необходимо... прежде всего развивать оборудование. На рынок можно выходить лишь с машинами именно такого класса, с уже встроенной технологией. В России разработок оборудования на этом уровне абсолютно нет. Никто в данной области не работает. Конечно, по уровню машиностроения мы отстали очень сильно. Даже спроектировать подобные установки вручную невозможно - требуются специальные САПР, которых у нас тоже нет... В целом же эта успешная и очень красивая работа заслуживает самой высокой оценки".

Вот, оказывается, какая непростая вещь - станочный парк высоких технологий. Технология "в железе" - это практика. Всё остальное, прошу прощения, - теория.