Как окислялся кремний, или как запустить в России высокотехнологичное производство

в 8:23, , рубрики: мэмс, нанотехнологии, полупроводниковое производство, Производство и разработка электроники, электронная литография, метки: , ,

Как окислялся кремний, или как запустить в России высокотехнологичное производство - 1

Можно ли создать в России высокотехнологичное производство (например МЭМС) европейского уровня? Уложится ли запуск производства в запланированные сроки и бюджет? Будет ли выпускаемая продукция высококачественной и сможет ли поставляться на экспорт? Ответ компании Маппер – да.

Предыстория

Начну с истоков. В 2000 г в Делфте (Нидерланды) на базе Делфтского технологического университета была основана компания Mapper Lithography, основной идеей которой было создание безмасочной электронной литографии высокой производительности. Вкратце смысл технологии следующий: один электронный луч расщепляется на 13 000 лучей, затем каждый из этих лучей отдельно управляется, коллимируется, фокусируется и т.д. специальными электронными линзами, которые представляют собой пластины с огромным количеством сквозных отверстий. Таким образом, ключевым элементом установки является электронно-оптическая колонна из порядка 20-ти различных элементов. Подробнее о принципах работы машины Mapper Lithography можно прочитать в статье BarsMonster «Вероятное будущее производства микроэлектроники: безмасочная многолучевая электронная литография от Mapper Lithography». Мы же остановимся на одной из фраз из этой статьи: «…все эти микропластинки с «дырками» изготавливаются по уже отработанным MEMS техпроцессам на серийных заводах…» которая имеет ключевое значение для всей нашей дальнейшей истории.

Итак, после длительного периода разработок и изготовления опытных образцов, Mapper Lithography подошла к моменту, когда понадобилось много качественных и воспроизводимых элементов электронной оптики. Первоначальные образцы изготавливались в Делфтском университете, но изготовить прототип и доказать работоспособность концепции – это одно, а наладить серийное производство с жёстким контролем качества – это другое, и задачей университета не является. Очевидный следующий шаг – «отработанные техпроцессы на серийных заводах», но тут Mapper Lithography ждал неприятный сюрприз – производителей, желающих изготавливать такие элементы, не нашлось. Во-первых, требования Mapper Lithography к МЭМС элементам электронной оптики оказались слишком высокими для обычных МЭМС производств. Например, точность совмещения отверстий под электронные пучки с уже существующей CMOS логикой должна быть не более сотни нанометров, на обычных МЭМС фабриках в основном используются контактные методы литографии, которые не позволяют добиться точности совмещения существенно лучше микрометра. Во-вторых, Mapper Lithography требовались специально разработанные метрологические установки для контроля качества электронных линз, которые в обычном МЭМС техпроцессе не используются. В-третьих, объемы производства элементов слишком малы (максимум несколько тысяч в год). Таким образом, «отработанные техпроцессы на серийных заводах» не подошли.

Как справедливо решили голландцы, если завод не идет к Магомету, то Магомет строит свой собственный завод. Тут, правда, возник неприятный вопрос: Где деньги, Зин? Нужны инвесторы, найти их можно, но в обмен на инвестиции они хотят большой кусок пирога, особенно в области прав интеллектуальной собственности. Проект практически зашел в тупик, но тут на горизонте появился Роснано с интересным предложением: инвестируем с основным условием, что завод будет построен в России. Обо всем договорились и решение было принято: Mapper Lithography получает МЭМС фабрику спроектированную и построенную под их нужды; Россия получает МЭМС фабрику мирового уровня, технологии, квалифицированные рабочие места и т.д. Как говорят американцы: «win-win situation». Так родилось ООО «Маппер», известное голландцам как Mapper LLC.

Надеюсь, мне удалось ответить на вопрос, который мне часто задают, когда видят нашу фабрику: «А почему в России?»

История создания фабрики Маппер

Следующий вопрос, который я обычно слышу: «И как это все у вас получилось?». Начнем по порядку.

Начальная фаза

После принятия решения о строительстве фабрики в Москве история Маппера разделилась на два параллельных процесса: в Москве и в Делфте. Московская часть Маппера в составе генерального директора и директора по эксплуатации (голландцы), главного бухгалтера и инженеров по эксплуатации (русские) занимались строительством фабрики, а производственный отдел во главе с директором по производству базировался в Делфте и занимался обучением инженерного персонала и выбором оборудования для производственной линии.

Выбор места

Для организации фабрики рассматривалось два варианта: аренда уже готовых чистых помещений или строительство собственных. Рассмотрев различные возможности голландцы пришли к выводу, что наиболее эффективным будет строительство собственных чистых помещений, правда не с нуля а под крышей технополиса «Москва» (бывший АЗЛК «Москвич»). Технополис предоставлял переоборудованные цеха (в которых нужно было возвести только внутренние стены), инфраструктуру (вода, электричество, отопление, канализация и т.д.), удобное расположение, собственный таможенный пост и т.д. Кроме того, под одной крышей собраны разные высокотехнологичные компании, а вместе, как известно, выжить легче.

Строительство фабрики

Строительство началось в ноябре 2013. Фотография иллюстрирует состояние стройки на 28-е ноября 2013 г.

Как окислялся кремний, или как запустить в России высокотехнологичное производство - 2

Так 25-го марта 2014 выглядела зона фотолитографии:

Как окислялся кремний, или как запустить в России высокотехнологичное производство - 3

Timelapse видео (с 22 ноября по 11 апреля за три минуты) можно увидеть на Youtube:

В июне мы переехали в новый офис, 2-го июня была выпущена первая партия продукции (стеклянные спейсеры, которые в основном не требовали чистых помещений) а 3-го июля состоялось торжественное открытие фабрики в присутствии Собянина и Чубайса:

Как окислялся кремний, или как запустить в России высокотехнологичное производство - 4

Видео этого события можно посмотреть здесь. Необходимо отметить, что реальное производство продукции еще не запущено, поэтому в спецодежде допущены послабления.

Голландский период

От окончания строительства фабрики перенесёмся в четырех координатах: из Москвы в Делфт и назад во времени – в 2013 год, точнее, в его начало. Фабрика в Москве только на стадии проектирования, однако работа в Делфте уже кипит – к моменту окончания строительства фабрика должна быть укомплектована как оборудованием, так и квалифицированным персоналом. Подготовка и того и другого происходит в Голландии, в Делфте.

Остановимся ненадолго на технологии, имевшейся в Mapper Lithography на момент создания ООО «Маппер». Как уже отмечалось выше, Mapper Lithography родилась в стенах Делфтского технического университета и, соответственно, всегда имела с ним тесные связи. Поэтому, когда встал вопрос об изготовлении МЭМС элементов электронной оптики, естественным выбором были чистые помещения университета, теперь же университетскую технологию предстояло перенести на производство.

Таким образом, перед нами стояла следующая задача: разобраться в существующей университетской технологии, переложить ее на производственные рельсы и выбрать под эти производственные задачи соответствующее оборудование. Если университетская технология была разработана по принципу «используем то оборудование, которое есть», наша технология строилась по принципу «покупаем то оборудование, которое необходимо для получения качественного конечного результата».

При выборе оборудования очень кстати пришёлся мой опыт – 15 лет работы в европейском полупроводниковом R&D и производстве – сначала в исследовательском центре IMEC в Бельгии, затем на фабрике GlobalFoundries (бывший завод AMD) в Германии. Оборудование выбиралось тщательно: сначала составлялись, обсуждались и утверждались требования к оборудованию, находились потенциальные поставщики (обычно 2-3 компании), проводились демонстрационные эксперименты (обычно с посещением компании-поставщика оборудования), затем из нескольких компаний выбирался поставщик исходя из соответствия требованиям, общего впечатления от компании и цены оборудования. Надо отметить, что на первом месте стояло соответствие требованиям, а не цена. Так, установка глубокого травления кремния была куплена самая дорогая на рынке (конкуренты стоили в два раза дешевле) так как только она удовлетворяла жестким требованиям к производству элементов. Кроме того, производитель специализировался на изготовлении оборудования для производства, тогда как конкурент – на изготовлении оборудования для университетов и научных центров. С другой стороны, не смотря на отсутствие компромиссов в области качества, путем оптимизации линейки оборудования и грамотным проведением торгов при наличии нескольких потенциальных поставщиков все оборудование было закуплено не то чтобы с превышением бюджета, а даже с 15% экономией (отмечу, что сэкономленные деньги были истрачены на строительство чистых помещений, так как они, как раз, обошлись дороже, чем изначально планировалось).

Параллельно с выбором и закупкой оборудования наши инженеры проходили стажировку в Mapper Lithography. Так как оборудование мы закупали в основном отличное от того, что имелось в наличии в Делфте, цель заключалась не в обучении работе с оборудованием, а в понимании того, что должно получиться в качестве конечного продукта. Кроме того, необходимо было усвоить бизнес-процессы, используемые в головной компании — как составляются отчеты, как принимаются решения и т.д.

Много вниманию уделялось планированию запуска фабрики. На каждую единицу оборудования был составлен список необходимых действий (по несколько сотен пунктов) – как у пилотов перед взлетом – которые необходимо было выполнить прежде чем оборудование будет готово к работе. В итоге тщательное планирование оправдало себя – все поставки оборудования были выполнены в срок, запуск оборудования занял около двух месяцев (за исключением отдельных единиц оборудования, с которыми приключились плохо прогнозируемые проблемы типа банкротства производителя).

На момент моего прихода в компанию (май 2013) в наличии имелось три инженера, главный бухгалтер и генеральный директор. К моменту запуска фабрики (май 2014) Маппер насчитывал 15 инженеров, прошедших стажировку в Голландии.

Запуск фабрики

Благодаря тщательному планированию, запуск фабрики прошел без особых эксцессов, если не считать банкротства одного из производителей оборудования – хорошо, что он успел оборудование произвести и частично запустить, но доделывать пришлось самим с привлечением сторонних компаний.

Слаженная работа команды позволила произвести первый кремниевый элемент (проекционную электронную линзу) в августе 2014. С момента распаковки первой технологической установки прошло 4 месяца.

Сегодняшний день – возможности фабрики

Как окислялся кремний, или как запустить в России высокотехнологичное производство - 5

На сегодняшний день наша фабрика представляет собой практически полную производственную линейку для изготовления современных МЭМС на 100 мм пластинах. У нас есть следующее технологические возможности:

  • литография (разрешающая способность до 300 нм, возможность совмещения лицевой и обратной стороны пластины)
  • плазмохимическое травление (включая глубокое травление методом Бош)
  • осаждение диэлектрических и металлических пленок
  • высокотемпературное окисление
  • жидкостная химобработка
  • метрология (как стандартная, так и специализированная, разработанная Mapper Lithography)

Почти все установки роботизированы – пластины из кассеты подаются на обработку роботами.

Мы освоили производство почти всех элементов электронной оптики, необходимых для Mapper Lithogrpahy, сейчас занимаемся разработкой техпроцесса для последнего оставшегося элемента – электрода, управляющего электронными лучами. Сам электрод производится контрактным производителем пластин, наша задача – протравить с высокой точностью сквозные отверстия для прохода электронных лучей не испортив при этом исходный чип.

Первоначальные надежды на то, что наша фабрика сможет выпускать какую-то продукцию помимо элементов электронной оптики для головной компании, не оправдались. Спрос на российском рынке чрезвычайно низкий, кроме того контрактные производители пластин, которыми мы являемся, не востребованы – всем нужны готовые приборы, а компаний, которые могут делать такие приборы из готовых пластин – нет. Но это тема для отдельной статьи. Пока помимо наших основных заказов мы изготовили только одну партию акселерометров из 10 пластин.

Заключение

Мы часто слышим: «Ну вот запустили вы свою микроскопическую фабрику, создали 30 рабочих мест, для нашей экономики это капля в море». В принципе да, с точки зрения российской экономики мы ничтожны. Но наша заслуга в другом. На своем примере мы показали, что в России вполне возможно создать высокотехнологичное производство европейского уровня. Что деньги не разворуют и запуск не затянется на долгие годы. Что российская компания может работать с высоким качеством исполняя все контрактные обязательства вовремя. Что надпись «Сделано в России» может вызывать не кривую усмешку, а гордость.

Автор: CorneliusAgrippa

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля