Чистая работа: предприятия по производству микросхем переходят на отечественное оборудование

Уровень производства микроэлектронных устройств в России продолжает повышаться, несмотря на беспрецедентные санкции США и стран Европейского союза. Государство принимает меры, чтобы стимулировать рынок полупроводниковой индустрии. Эксперты рассказали «Вечерней Москве», как отечественные специалисты изготавливают интегральные схемы и какие существуют проблемы в их производстве.

Директор по производству завода «Микрон» Ирина Коротова держит в руках круглую пластину из кремния — полупроводникового материала. На зеркальной темно-серой основе сформированы микросхемы, которые радужно переливаются под воздействием света. Такой продукт — результат трех-четырех месяцев высокотехнологичных работ на производственных площадках московского предприятия.

Слой за слоем

Микросхема представляет собой «пирог» — 3D-лабиринт из сотен слоев, которые формируются на протяжении нескольких месяцев, в зависимости от радиуса заказанного чипа. Например, это могут быть пластины в 100, 150 и 200 миллиметров для разных видов деятельности.

— Слои, которые затем составляют микрочип, формируют в особой зоне — «чистой комнате». Она — сердце нашего завода, — говорит специальному корреспонденту «Вечерней Москвы» Ирина Коротова.

Там сотрудники работают в специальных комбинезонах и масках, а пластины находятся в специальных контейнерах, которые защищают их от любых воздействий. Сберечь будущие микрочипы позволяет активная циркуляция воздуха и система фильтров.

— «Чистая комната» разделена на множество участков, — рассказывает директор по производству предприятия. — В их числе — зона фотолитографии («печати изображения» на пластине. — «Вечерняя Москва»), где формируется рисунок микросхемы.

На основе заранее разработанной схемы изготавливается фотошаблон. Он представляет собой специальное кварцевое стекло, с одной стороны покрытое хромом, в котором сформирован рисунок микрочипа.

— Перед началом фотолитографии фотошаблон тщательно проверяют на предмет дефектов, ведь любая пылинка на нем способна нарушить дальнейший процесс изготовления чипа, — отмечает Ирина Коротова.

После его в специальном контейнере размещают в установку под ультрафиолетовый лазер. Там изображение проецируется на кремниевую пластину, покрытую слоем фоторезиста — полимерного светочувствительного материала. Этот процесс, кстати, чем-то даже напоминает изготовление пленочной фотографии. Но, конечно, более технологичный.

Наиболее распространенный метод нанесения фоторезистов на поверхность — это центрифугирование, позволяющее создавать однородную пленку светочувствительного материала по всему диаметру пластины.

— Засвеченные области фоторезиста на пластине удаляются. Там остается «отпечаток» будущей микросхемы, — рассказывает Ирина Коротова.

После этого на кремниевой подложке формируются бороздки, повторяющие рисунок первого слоя микросхемы. Далее начинается плазмохимическое травление — ПХТ — или ионное легирование.

— По сути это внедрение в кристаллическую решетку кремния ионов нужного вещества, — говорит директор по производству зеленоградского завода «Микрон».

Следующий этап производства чипов — это химико-механическая полировка, сообщает «ВМ» Ирина Коротова. Еще этот процесс называют планаризацией.

Все выполненные операции проверяют на метрологическом оборудовании, которое контролирует соблюдение минимальных размеров, толщину слоев и других параметров, выявляя возможные дефекты.

Богаты материалами

Процесс изготовления отечественных микрочипов становится менее зависимым от иностранного влияния. Сейчас на производствах столичного региона появляется все больше российского оборудования.

— Например, в этом году на завод добавилось 15 единиц отечественного оборудования для производства чипов, а в следующем планируется запустить еще 35, — отмечает Ирина Коротова. — Российское машиностроение не стоит на месте, поэтому у нас есть все шансы для реализации поставленных задач.

Более того, российские компании по производству чипов активно следуют отечественным федеральным программам импортозамещения в промышленности.

— На данный момент мы используем 26 российских материалов для производства микрочипов, до конца года пройдут квалификацию еще четыре. Более того, в разработке — 28 отечественных материалов, — говорит директор по производству зеленоградского завода «Микрон» Ирина Коротова. — К концу 2025 года планируем полностью выйти на материалы отечественного производства.

Интегральная палитра

Зеленоградский завод демонстрирует высокую загрузку производственных мощностей. В продуктовом портфеле «Микрона» более 750 типономиналов микросхем для промышленности, управления питанием, транспорта, финансовой сферы, идентификационных документов, защищенных носителей данных.

Также на столичном производстве создают дискретные полупроводниковые устройства, микроконтроллеры, изделия с сертификационной криптозащитой в области интернета вещей для интеллектуального управления городом.

Ежегодно на предприятии осваивают в производстве десятки новых изделий.

Суверенная микроэлектроника

Вопрос повышения уровня производства микрочипов в нашем государстве тесно связан с тем, насколько активно отечественные ученые станут решать проблемы, которые тормозят этот процесс. Это отмечает специалист по производству микроустройств Анастасия Глушкова.

— Одна из проблем, которая, к сожалению, препятствует сейчас уверенному движению полупроводниковой индустрии в нашей стране, — это обращение отечественных предприятий к использованию иностранных решений, — сообщает эксперт Глушкова «Вечерней Москве». — В какое-то время мы много закупали американские микросхемы. Но как только китайцы начали догонять, а затем обгонять своих иностранных партнеров в производстве микрочипов, мы начали активно закупать изделия у них. Все потому, что они выходят дешевле, а по качеству точно такие же.

Однако Анастасия Глушкова считает, что для того, чтобы уравнять наши силы на технологическом уровне, российские ученые должны изготавливать свои интегральные схемы с максимальным использованием отечественных материалов и внедрением наших устройств в работу.

— Производителей микрочипов необходимо поддерживать на государственном уровне, что ускорит темпы развития отечественной полупроводниковой индустрии, — рассказывает Анастасия Глушкова. — И власти уже приняли ряд мер, которые способны улучшить производство микрочипов в нашем государстве. Например, организация производства полупроводников в России включена в «Стратегию развития радиоэлектронной промышленности до 2030 года», которую приняли в январе 2020 года.

А весной этого года власти утвердили два ключевых для отечественной микроэлектронной индустрии документа — это «Концепцию технологического развития на период до 2030 года» и Указ президента страны Владимира Путина «Основы государственной политики России в области развития электронной промышленности на период до 2030 года и дальнейшую перспективу».

Тогда заместитель министра промышленности и торговли России Василий Шпак отмечал, что принятые документы формируют государственную политику в области развития российской электроники, которая фокусируется на отечественных комплектующих, локализации технологий и независимости от западных решений.

Но все же для наиболее успешного и полного результата необходимо инвестировать в большое количество отраслей. Например, в химическую промышленность, производство автоматизированных станков, материаловедение и разработку программного обеспечения. Ведь микроэлектроника — это очень наукоемкая сфера.

— Важно позаботиться, например, о разработке материалов и оборудования для производства кремниевых пластин; химических веществ, необходимых для обработки микрочипов, — рассказывает корреспонденту «Вечерней Москвы» специалист по производству микроустройств Анастасия Глушкова.

Изменение подхода к производству полупроводниковых интегральных схем тоже может ускорить развитие индустрии. Таким мнением с «Вечерней Москвой» поделился кандидат технических наук Петр Федоров.

— Например, необходимо создавать их не только с желанием получить какую-то коммерческую выгоду, но и с целью обеспечения безопасности государства, — отмечает Федоров. — Но, конечно, очень важно понимать, что это небыстрый процесс, который займет примерно несколько лет.

В любом случае локализация микроэлектронной промышленности обеспечит информационную безопасность России. К этому важно стремиться, потому что электронную компонентную базу могут использовать не только в экономических, но и в политических целях. Особенно в условиях вооруженного противостояния конкурирующих государств.

— Вопрос производства микроэлектроники беспокоил ученых еще с советских времен, — рассказывает военный эксперт Василий Дандыкин. — Тогда наши иностранные конкуренты говорили, что мы «вынимаем из холодильников и стиральных машин платы, чтобы построить космический корабль». Прошло много лет, а наши ракеты по-прежнему покоряют космос, хотя тех холодильников и стиральных машин, которые мы якобы разбирали, не осталось. Производство техники для военных нужд нашей страны всегда оставалось независимым от иностранного влияния.

Ученые старались использовать отечественные комплектующие для своих разработок, которые по своей эффективности не уступали зарубежным. По мнению эксперта, военно-промышленный комплекс России и на сегодняшний день продолжает активно развиваться на фоне беспрецедентных санкций Запада, даже на уровне микроэлектроники.

В ТЕМУ

По оценке крупной компании стратегического консалтинга, на развитие микроэлектроники в ближайшие 17 лет потребуется 700–800 миллиардов рублей. Эксперты отметили, что на расширение локального производства оборудования для создания кремниевых пластин, устройств для фотолитографии, а также на субсидирование научно-исследовательских работ в этих областях потребуется около 400–500 миллиардов рублей, половину из которых необходимо выделить из бюджета. Наладить локальное производство такого оборудования получится к 2030 году, говорят авторы исследования. Инвестиции такого рода обеспечат базовый уровень развития отрасли, создадут основу для перехода на более современные технологические процессы и помогут отказаться от импорта. До 2040 года потребуется еще 300 миллиардов рублей на развитие собственных компетенций в разработке и изготовлении микроэлектронных схем различного уровня, отмечают эксперты.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Первые микроэлектронные компоненты произвели на территории США в начале 60-х годов ХХ века. Именно тогда началось серийное производство интегральных схем на полупроводниках. Следуя этой тенденции, министр электронной промышленности СССР Александр Шокин сформулировал основные требования к новому объединению предприятий, институтов, заточенному на производство этих компонентов. Весной 1962 года специалисты подготовили концепцию нового Центра микроэлектроники. Во время встречи первого секретаря ЦК КПСС Никиты Хрущева с судостроителями в Ленинграде 4 мая 1962 года ему представили образец электронно-вычислительной машины, созданной на основе транзисторной схемы. Это убедило его в необходимости развития отрасли. Уже в 1964 году советские ученые создали приемник «Микро». Он стал первым изделием потребительской микроэлектроники.

ЦИТАТА

Владимир Путин, президент России:

— Очевидно также, что для эффективного развития микроэлектроники нужна комплексная, долгосрочная стратегия, план действий, предусматривающий конкретные мероприятия по укреплению существующих и созданию новых производств, а также более активному внедрению российской продукции как на отечественном, так и на внешнем рынке. И конечно, необходимо проработать вопрос формирования соответствующего национального центра компетенций, который должен будет определять приоритетные технологические направления развития микроэлектроники.