В российской микроэлектронике есть негласная иерархия дефицитов. На верхнем этаже проектирование чипов: не хватает инженеров-схемотехников. Этажом ниже — производство: не хватает фабрик. А в самом фундаменте — оборудование, на котором эти фабрики работают. Литографы, установки травления, системы напыления — всё то, что после 2022 года оказалось практически недоступным для российских предприятий из-за санкционных ограничений. Каждый шаг в сторону собственного оборудования — событие для отрасли, даже если широкой публике оно кажется незаметным.
Два института в составе ГК «Элемент» НИИТМ и НИИМЭ приступили к созданию первой в стране восьмимодульной кластерной установки для нанесения алюминиевой металлизации методом магнетронного вакуумного напыления. Оборудование предназначено для выпуска микросхем по топологическим нормам от 180 до 90 нанометров на кремниевых пластинах диаметром 200 мм.
Зачем нужно напыление алюминия и при чём тут микросхемы
Для читателей, далёких от технологии производства чипов, коротко о сути процесса. Любая интегральная микросхема — это миллионы транзисторов, сформированных в кремниевой пластине, которые необходимо соединить между собой токопроводящими дорожками. Эти дорожки — межслойная металлизация — создаются путём напыления тонких плёнок металла на поверхность пластины с последующим формированием рисунка.
Алюминий — классический материал для металлизации микросхем, выпускаемых по зрелым техпроцессам (90 нм и старше). На более тонких нормах его вытеснила медь, но для абсолютного большинства аналоговых, силовых и специализированных микросхем — а именно они составляют основу продукции российских фабрик — алюминиевая металлизация остаётся стандартом.
Магнетронное напыление — один из наиболее распространённых методов нанесения таких плёнок. В вакуумной камере ионы аргона бомбардируют мишень из алюминия, выбивая из неё атомы, которые осаждаются на поверхности пластины равномерным слоем толщиной в десятки нанометров. Качество этого слоя — его однородность, адгезия к подложке, отсутствие примесей — напрямую определяет надёжность и долговечность готовой микросхемы.
Что будет представлять собой установка
Разрабатываемый комплекс — не единичная вакуумная камера, а полноценная кластерная система из восьми технологических модулей, объединённых общей транспортной инфраструктурой. Архитектура продумана с прицелом на промышленную эксплуатацию, а не на лабораторные эксперименты.
Ключевые конструктивные решения:
- Транспортная система с двумя распределительными модулями и буферной камерой. Такая конфигурация позволяет перемещать пластины между рабочими станциями, не нарушая глубокий вакуум — любое проникновение воздуха загрязняет поверхность и делает напылённую плёнку непригодной. Буферная камера выполняет роль шлюза, изолирующего технологическую зону от внешней среды.
- Два робота-манипулятора для автоматической загрузки и перемещения пластин между модулями. Ручные операции на этапе напыления исключены — человеческий фактор здесь равен браку.
- Модульный принцип сборки. Каждый из восьми модулей может быть заменён или перенастроен без остановки всего комплекса. Это означает, что установку можно адаптировать под новые задачи, например, под напыление других металлов или многослойных структур, без проектирования с нуля.
- Дублирование критических узлов. Запасные модули обеспечивают непрерывность производственного цикла даже во время планового технического обслуживания. Для фабрики, работающей в режиме 24/7, это не роскошь, а необходимость.
Кто делает и на какие средства
Распределение ролей между двумя институтами выстроено по принципу «конструкторы + технологи».
НИИТМ — Научно-исследовательский институт точного машиностроения — отвечает за разработку конструкторской документации, создание макетных образцов и проведение механических и вакуумных испытаний. Генеральный директор НИИТМ Михаил Бирюков охарактеризовал проект как «новый вызов, требующий решения комплексных научно-технических задач».
НИИМЭ — Научно-исследовательский институт молекулярной электроники — формулирует технические требования к качеству напылённых плёнок и проводит технологическую верификацию на реальных производственных процессах. Генеральный директор НИИМЭ Александр Кравцов рассчитывает, что готовая установка будет востребована не только на российских предприятиях, но и на экспортных рынках.
Оба института входят в ГК «Элемент» — крупнейший отечественный микроэлектронный холдинг, о котором мы регулярно пишем. Финансирование проекта осуществляется через Минпромторг в рамках программы «Развитие электронного машиностроения до 2030 года». Завершение работ запланировано на сентябрь 2030 года.
Контекст: почему это важнее, чем кажется
Установка магнетронного напыления — не самый эффектный элемент полупроводниковой фабрики. Она не формирует рисунок транзисторов (это делает литограф) и не создаёт полупроводниковые переходы (за это отвечают установки ионной имплантации). Но без качественной металлизации микросхема остаётся набором изолированных транзисторов, не соединённых в работающую схему. Это как построить город, но не проложить в нём дороги.
На сегодняшний день российские фабрики используют для напыления импортное оборудование — преимущественно американского и японского производства. Запчасти к нему поступают с перебоями, сервисное обслуживание зависит от третьих лиц, а поставка новых установок заблокирована санкциями. Создание отечественного аналога — не амбиция, а производственная необходимость.
Важно и то, что проект изначально закладывается с запасом на модернизацию. Восьмимодульная кластерная архитектура — это платформа, которую можно развивать: менять модули напыления, добавлять этапы очистки или предварительной обработки, адаптировать под новые материалы. В мировой практике именно так устроено оборудование ведущих производителей — Applied Materials, Lam Research, Tokyo Electron: базовая платформа живёт десятилетиями, а модули обновляются под каждое новое поколение техпроцесса.
Реалистичность сроков
Сентябрь 2030 года — обозначенный дедлайн. С учётом сложности задачи и опыта российской микроэлектронной отрасли (вспомним историю с фабрикой «Карат» в Екатеринбурге, где сроки уже сдвинулись, а конкурс на подрядчика провалился) к этой дате стоит относиться с осторожным оптимизмом. Четыре с половиной года на создание сложной вакуумной системы с роботизированной транспортировкой — срок реалистичный, но не допускающий существенных задержек на любом из этапов.
Отдельный вопрос — компонентная база для самой установки. Вакуумные насосы, датчики давления, магнетронные источники, системы управления роботами — всё это высокоточные компоненты, значительная часть которых традиционно импортировалась. Насколько удастся локализовать их производство или найти доступных поставщиков — фактор, способный как ускорить, так и затормозить проект.
Вывод
Каждая статья о проигрыше в сфере микроэлектронике оставляет горькое послевкусие. Кажется, что каждый шаг в сторону технологической независимости - это ошибка. Но проект восьмимодульной кластерной установки напыления — история из другой тональности: конкретное техническое задание, понятное распределение ролей, программное финансирование и срок, привязанный к реальной дорожной карте развития отрасли.
Получится ли довести установку до серийной эксплуатации — покажут ближайшие годы. Но сама постановка задачи — создать не отдельную камеру, а полноценный промышленный кластерный комплекс с роботизированной логистикой и модульной архитектурой — свидетельствует о том, что уровень амбиций в российском электронном машиностроении вырос. Осталось подтвердить амбиции результатом.