По некоторым комментариям к моим статьям про литографическое оборудование я заметил в обществе некоторое непонимание относительно современности и актуальности того или иного оборудования, которое почему-то определяют исходя из технологической нормы, на которую оборудование рассчитано, и даже, не поверите, ДИАМЕТРА ПЛАСТИН!
Если про нормы — это ещё можно понять, и тут речь, скорее, не про современность и актуальность, а про возможность производить определённый сегмент СБИС, то заблуждение про диаметр пластин я могу объяснить лишь привычкой, когда диаметр пластин, которым оперирует та или иная литографическая линия, в концепции глобализованного производства считался фактором, ассоциирующимся с «передовитостью» той или иной фабрики.
Диаметр пластин и его смысл
На самом же деле, рост диаметра пластин вызван исключительно вопросами рентабельности крупного глобализованного производства. Так, при теоретическом переходе с нынешнего 300 мм на диаметр 450 мм в конечном итоге произойдёт экономия около 30%. Приблизительно так же как произошло и при смене диаметров с 200 на 300 мм в начале этого века.
Но произойдёт это далеко не сразу. Первоначально стоимость новых пластин окажется значительно выше. Стоимость квадратного сантиметра 450-миллиметровой подложки сравняется с текущей ценой квадратного сантиметра 300-миллиметровой подложки, в лучшем случае, лет через 10, а в самом начале использования она будет в 4-5 раз выше.
Нужно понимать, что использование каждого следующего размера пластин связано с:
- 30-100% увеличением стоимости производственных площадей, технического обслуживания и оборудования для автоматизации.
- 20-50% увеличением стоимости всей линейки литографического оборудования.
- 10-30% снижение пропускной способности проецирующего оборудования.
- 70% увеличение затрат на реактивы.
Именно поэтому самые передовые фабрики мира уже давно отказались от перехода на следующий диаметр 450 мм. Слишком велики затраты, и объём рынка уже не позволяет дождаться желаемую рентабельность в адекватные сроки.
Теперь вспомним про российскую фабрику «Микрон» и загрузку его оборудования в нулевые и десятые годы. Производство на «Микроне» могло простаивать по 2-3 недели в месяц! Исходя из этого, не очень умные головы ещё совсем недавно кричали, что строить собственную фабрику в России нерентабельно, потому что рынок России недостаточен и такая фабрика будет работать 1 день в месяц!
Во-первых, меня всё время удивляло, как может быть недостаточна потребность 150-миллионной страны в СБИС, если производить их самостоятельно, а не закупать за рубежом. Одних только микропроцессоров для компьютеров требуется миллион штук в год, и это только госструктурам. И это при том, что микропроцессоры для компьютеров — не самый многочисленный вид СБИС на фоне потребностей автомобильной электроники, различного вида счётчиков, контроллеров и т.д. и т.п.
Во-вторых, я не понимал, почему все эти люди в расчётах основываются именно на том оборудовании, которое разработано специально для огромных объёмов производства, закрывающего потребности всего мира. Нам всё равно его не продадут, и придётся делать таковое самим. А это означает, что мы можем заложить в это оборудование те требования, которые нам нужны, и именно под тот объём, который нами востребован. А это, в свою очередь, означает, что мы сможем построить на нём круглосуточно работающие и вполне рентабельные производства.
Таким образом, нам не имеет смысла взвинчивать стоимость оборудования, ориентируя его под пластины 300 мм. Более того, нам не нужно упираться в мощные источники излучения ради рекордной производительности наших литографов, что удешевляет не только сам источник излучения, но и весь оптический тракт (например, не нужны настолько дорогостоящие пеликлы (защитные пластины, закрывающие фотошаблон для фотолитографии от пыли, выдерживающие адские режимы работы и т.п.).
Ещё одним важным сегодняшним преимуществом разработки собственного литографического оборудования является то, что наши разработчики — не первопроходцы, а имеют перед глазами уже целый ряд в том числе и альтернативных технологий, позволяющих им создать более оптимальное литографическое производство, поскольку они не привязаны к ранее выбранной и не всегда оптимальной технической базе, как их зарубежные коллеги.
Всё это даёт возможность сделать производство чипов в России не только рентабельным, но и даже не сильно дороже производства на зарубежных фабриках. При этом деньги останутся в стране, что в комплексе сможет сделать производство для страны в целом даже более выгодным. Ну и прибавим сюда сокращение сроков производства и подлинную независимость от прихотей внешних игроков.
Техпроцесс и его назначение
Теперь про техпроцесс. Уровень техпроцесса никак не зависит от диаметра пластин. Точнее, увеличение диаметра пластины на протяжении какого-то периода отчасти компенсировало рост стоимости литографического оборудования, пока это позволял мировой спрос. Но технически 2 нм можно с одинаковым успехом делать как на пластине 300 мм, так и на пластине 100 или 150 мм.
Учитывая все вышеперечисленные нюансы, Россия, судя по всему, выбрала для себя в производстве СБИС наиболее рентабельный путь — небольшой, дешёвый в изготовлении диаметр пластин и ограниченную производительность литографического оборудования, не требующую сумасшедших вложений для получения рекордных показателей производительности.
Поэтому предъявлять претензии, как минимум, к диаметру пластин в отечественном оборудовании, рассчитанном на российские условия и российские потребности рынка, довольно глупо.
Также глупо и по-дилетантски выглядит, когда современные толстые техпроцессы называют отсталыми. Они не отсталые, они именно что современные, но рассчитанные на свою нишу, причём не самую маленькую. Техпроцессы надо делить не на отсталые и современные, а на толстые и тонкие, рассчитанные для разных целей. При этом надо также понимать, что тонкие техпроцессы, применяемые в высокопроизводительных микропроцессорах, нам пока недоступны.
То есть, правильнее укорять Россию не в том, что она отстала навсегда в производстве микроэлектроники, а в том, что она отстала в тонких техпроцессах на значительный период, но не в толстых, которые в течение ближайших лет появятся уже и на отечественном оборудовании.
Причём отставание в тонких техпроцессах нельзя мерить линейно, сравнивая с периодами их развития, который в своё время проходил весь мир. Во-первых, перед переходом на каждый новый техпроцесс в рыночных условиях разработчик должен отбить свои деньги, вложенные в предыдущий. У нас рыночные условия дополняются острой необходимостью, поэтому отбивки денег государство может долго и не ждать, если ему нужен более тонкий техпроцесс раньше этого срока.
Во-вторых, идти первым гораздо сложнее и дольше. Догонять намного проще и быстрее. Все технологии известны, известны также более эффективные альтернативы, новые приёмы и т.п., что может не только сокращать отставание, но и приводить к новым более эффективным решениям на менее тонком техпроцессе. Внедрение элементов кремниевой оптоэлектроники, например.
Ну, а в-третьих, актуальным остаётся вопрос, а нужно ли России именно безоговорочное лидерство по технологическим нормам, или имеет смысл потратить людской ресурс на что-то более технически важное для России сегодня. СБИС по самым тонким технормам в массовых количествах нужны, в основном, для смартфонов, но это сугубо гражданская продукция, и отрезать Россию от неё малореалистично. Для других, немассовых целей, всегда можно завести любые иностранные СБИС серым путём.
А вот, например, космос мы за рубежом не купим, а у нас там сегодня не самый лучшей период. Поэтому имеет смысл взвесить, в какую сторону направлять наш довольно ограниченный людской потенциал. Лично я бы отдал предпочтение не лидерству России в тонких техпроцессах, а лидерству в космосе, что не одно и то же.
А техпроцессы, конечно, стоит подтянуть, но просто сделав отставание менее значительным, скажем, в одно-два поколения, и это будет, на мой взгляд, достаточным. Всегда надо рассматривать проблему не саму по себе, а в комплексе с другими отраслями, и тогда мир начинает выглядеть по-другому, многограннее и красочнее :-)
Производство монокристаллического кремния и пластин
1 ноября 2024 года на на сайте госзакупок появилась заявка на разработку технологий изготовления и организацию опытно-промышленных производств слитков и полированных пластин нейтронно-трансмутационно легированного монокристаллического кремния диаметром 150 мм.
Сроком окончания разработки значится 31.12.2026, то есть, к 2027-му году уж должно быть опытно-промышленное производство.
В настоящее время в России производство разрабатываемых материалов отсутствует, а приобретение зарубежных аналогов невозможно из-за его стратегического назначения.
Разрабатываемые материалы предназначены для обеспечения потребностей отечественных производств электронной компонентной базы для выпуска импортонезависимых отечественных силовых тиристоров, биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), быстровосстанавливающихся диодов FRD различных классов для использования в железнодорожном и автомобильном электротранспорте и зарядной инфраструктуре. Фактически, это автомобильная и электромобильная «рассыпуха», о которой в России так долго говорили.
При выполнении ОКР должны быть разработаны технологии получения и организованы опытно-промышленные производства:
- слитков кремния монокристаллического по методу бестигельной зонной плавки диаметром 150 мм (слитки Si-Fz);
- слитков кремния монокристаллического нейтронно-трансмутационно легированного (слитки Si-Fz-НТЛ);
- пластин кремниевых полированных монокристаллических нейтронно-трансмутационно легированных (пластины Si‑Fz‑НТЛ).
С целью освоения разработанных в ОКР технологий должны быть подготовлены исходные данные на проектирование производства не менее 100 тыс. пластин в год.
Стоимость одной кремниевой пластины при серийном производстве (к 2027 году) и размере партии поставки не менее 100 шт. не должна превышать среднерыночную стоимость аналогичных пластин на Российском рынке более чем на 10-15%.
Довольно умеренный процент, учитывая неглобализированный на весь мир характер производства. Думаю, на базе полученного опыта не за горами и производство монокристаллического кремния и пластин для промышленного производства не только тиристоров, транзисторов и диодов, но и СБИС (микропроцессоров).
На сегодня всё. Ставьте нравлики, делитесь своим мнением в комментариях и подписывайтесь на мой канал. Удачи! :-)