Технологическую линию по выпуску микроэлектронной продукции на зеленоградском заводе «Ангстрем-Т» готовили к запуску летом 2016 года, но из-за санкций запустить его удалось только к декабрю 2017-го. Сегодня завод выпускает чипы с топологией 250 нм и готовится перейти на уровень 90 нм в следующем году: на производство пустили журналистов и рассказали о том, как всё работает. В святая святых, «чистых комнатах» завода побывали корреспонденты Zelenograd.ru — переодевшись с ног до головы.
Сердце фабрики — самые большие в России «чистые комнаты», как утверждают в «Ангстрем-Т»: их площадь 7,5 тысяч кв.метров. Общая площадь всего производственного корпуса — 43 тысячи кв.метров.
Внутри поддерживается постоянная температура 22,5 градуса и влажность 40%. Отклонения от этих значений влияют на точность выполнения технологических операций на пластинах кремния. Целая система датчиков следит за показателями — допустимы колебания температуры в пределах 0,5 градуса, при больших оборудование выдаст «ошибку».
Строго следят и за уровнем пыли в воздухе: в «чистых комнатах» класс чистоты 1000 — в кубометре воздуха не более 1000 частиц размером от 0,1 микрона. Вентиляционные решетки в потолке и в полу создают потоки воздуха сверху вниз, уносящие случайные пылинки. Липкий коврик у дверей тоже собирает пыль, а перед зеркалом можно проверить свой внешний вид, который меняется до неузнаваемости.
Переодеться перед входом в «чистые комнаты» нужно почти полностью. Состав «гостевого» костюма: белый трикотажный костюм поверх белья, напоминающий пижаму, бахилы на обувь, сверху комбинезон, «сапоги"-бахилы до колена, застегивающиеся на молнии, маска на лицо, шапочка для волос, капюшон, на руки — трикотажные перчатки и резиновые перчатки. Изолировано должно быть всё кроме глаз, косметика недопустима. Для бородатых и курящих предусмотрены дополнительные меры в одежде или радикальное решение — не работать в чистой зоне.
У штатных сотрудников — собственные наборы одежды, включающие синий комбинезон. Их ткань содержит специальные графитовые нити, по которым «стекает» статическое электричество: оно тоже не должно повлиять на высокоточное производство кристаллов. Рабочие костюмы периодически меняют, стиркой занимается специальная прачечная при фабрике. У каждого из работников есть бейджик, без него бывает трудно опознать друг друга.
В «чистых комнатах» уже установлено 330 единиц оборудования, 150 из них уже запущены и эксплуатируются, еще 180 предназначены для увеличения производственной мощности. Оборудование всё импортное: американских и японских брендов, есть несколько европейских брендов, корейских. Отечественного оборудования для такого уровня технологий не существует, поясняют специалисты, отвечая на вопросы прессы.
Среди установок есть и та самая технологическая линия от AMD для производства чипов с топологическим уровнем 130 нм, купленная «Ангстрем-Т» на кредит Внешэкономбанка. Чипы с топологией 250 нм, которые уже выпускают — это «итерация на пути к технологии 90нм», пояснил начальник отдела технологических процессов Алексей Смирнов: именно у технологии 250 нм больше связи с технологией 90 нм, чем у технологии 130 нм.
«В части уменьшения размеров главную роль играет процесс фотолитографии. У нас уже есть необходимое оборудование, современный сканер ASML, приобретенный для реализации технологии 90 нм по договору с компанией IBM», — рассказывает Алексей (соглашение с IBM о передаче «Ангстрем-Т» технологии производства чипов 90 нм было подписано в 2012 году — Zelenograd.ru).
Поддержкой всего импортного оборудования поначалу занимались представители компаний-производителей, но после антироссийских санкций США обслуживание производства пришлось обеспечивать другими способами. «Есть азиатский рынок…», пояснили журналистам.
Кристаллы микросхем создаются на кремниевой подложке — на пластинах диаметром 200 мм. На одной пластине можно получить разное количество кристаллов микросхем, это зависит от их сложности и предназначения: микропроцессоров или фоточувствительных матриц может быть несколько десятков штук, а элементарных микросхем, например, для RFID-меток — десятки тысяч.
Маршрут производства включает от 50 до 500 операций, которые выполняются с пластинами на разных установках. При этом они всегда находятся либо в установке, либо в специальных SMIF-контейнерах на 25 пластин, которые переносят от установки к установке операторы. В контейнерах и в самих установках всегда поддерживается класс чистоты 1.
На некоторых из установок есть наглядные плакаты, поясняющие суть операции: тут, например, происходит процесс осаждения поликремния — на кремний наносится тонкий слой оксида, так называемый подзатворный диэлектрик, сверху осаждается слой поликремния. Это основа будущих транзисторов.
Для формирования самих транзисторов производится фотолитография — в отдельной, изолированной зоне с жёлтым светом. Сам процесс схож с печатью фотографий в фотоувеличителе: там в роли шаблона выступает фотоплёнка, а при «печати» транзисторов на технологических слоях пластины формируется маска — наносится светочувствительная эмульсия (фоторезист) его облучают через специальный фотошаблон, а затем проявляют. На пластине появляются планарные слои и отдельные блоки, основа будущих микрочипов. Жёлтый свет, как и красный при фотопечати, нужен для защиты светочувствительных материалов.
На участке плазмохимического травления по сформированной маске на пластине проводится травление, это этап формирования затворов транзисторов. И дальше на каждом этапе формируется определенный блок будущего микрочипа. Есть целая линейка химического оборудования, где удаляются остатки слоёв при помощи жидких химреактивов. А на участке плазменных процессов используются специальные газы.
Система LSS, Life Security System, следит за возможными утечками газов — их улавливают специальные сенсоры, и если происходит авария, срабатывает общезаводская сигнализация: в производственных помещениях загораются красные сигнальные лампы, гудит сирена, весь персонал должен покинуть чистую зону. Затем сюда придут специалисты со средствами химзащиты, найдут причину утечки и устранят её.
Фабрика действует непрерывно, семь дней в неделю 24 часа в сутки. Все установки полностью автоматизированы, логистика внутри каждой установки осуществляется автоматически. Но если установка выдает какие-то ошибки, их контролируют и частично устраняют операторы, а частично — более квалифицированные инженеры.
В состав персонала входит большой штат инженеров-технологов, которые разрабатывают технологические процессы на установках, и инженеров по оборудованию, которые его обслуживают. Днём на производстве занято около 40 человек — дневная смена операторов плюс инженеры-технологи и ремонтники.
В составе инфраструктуры «Ангстрем-Т», размещенной на территории завода — собственная электростанция мощностью до 42 МВт, которая полностью обеспечивает производство электричеством, а также собственное газовое хозяйство.
Автономная электростанция — подобные станции обслуживают огромные круизные теплоходы — работает на двигателях финской компании Wartsila, используя в качестве ресурса газ и резервное дизельное топливо. Из пяти генераторов три функционируют постоянно и выдают 35 МВт для работы производства. Станцию запустили первой из всех производственных модулей фабрики, в конце 2015 года.
Станция деионизованной воды «Ангстрем-Т» заработала сразу после электростанции, в январе 2016-го. Она построена немецкой фирмой Hager+Elsasser (H+E). Деионизованная вода — основная технологическая среда в микроэлектронике, которая используется для многократной промывки пластин после разных операций. К такой воде предъявляются самые высокие и жесткие требования, и эта станция является одной из лучших в мире по соответствию им, как сообщили технологи «Ангстрема-Т».
Станция обеспечит подачу 100 кубометров воды в час — 85 холодной и 15 горячей. В качестве первичного источника воды используются артезианские скважины глубиной около 160 метров, расположенные метрах в 300 от станции. Под станцией находятся два резервуара ёмкостью по 300 кубометров для запаса воды на случай перебоев.
Затем вода проходит предобработку — проходит через насыпные и угольные фильтры, удаляющие крупные взвеси, на этапе обратного осмоса удаляются катионы и анионы, затем проходит стадия постоянной ионизации, и последний этап — обработка с помощью ионообменных смол. Каждую стадию контролируют приборы. После прохождения ультрафильтров вода идёт в производство.
Сосед «Ангстрем-Т» — компания Air Liquid (купившая в 2012 году зеленоградский завод «Логика») — поставляет чистые газы: кислород, аргон, водород. Они поступают по трубопроводам прямо в «газовое» крыло микроэлектронной фабрики, где проходят дополнительную очистку.
Сегодня «Ангстрем-Т» выпускает полупроводниковые изделий с топологическими нормами 250 нм с перспективой перехода на 90 нм, его производственная мощность — 15 тысяч пластин с микросхемами в месяц. Активная фаза строительства фабрики пришлась на период с мая 2012 по декабрь 2015 года, затем на «Ангстрем-Т» приступили к установке оборудования. В 2016 году начались пуско-наладочные работы и постановка технологий. Для реализации проекта еще в 2008 году был привлечён крупный кредит Внешэкономбанка, в том числе на приобретение оборудования от AMD для производства чипов 110-130 нм и на покупку технологии 90 нм у IBM.
Сразу после презентации почти готовой производственной линии, которую устроили для главы правительства РФ Дмитрия Медведева в августе 2016 года, «Ангстрем-Т» попал под санкции США, в связи с чем на заводе сложилась непростая ситуация с обслуживанием производства. Запустить первую технологию по топологическим нормам 250 нм «Ангстрему-Т» удалось в декабре 2017 года.
«Мы компания довольно молодая — в прошлом году выпустили первую рабочую демонстрационную схему, а с начала года начали заключение коммерческих контрактов с заказчиками, которые спроектировали микросхемы под нашу фабрику. Мы запускаем тестовые партии MPW, сейчас идёт производство второй партии для шести-семи заказчиков (Multi Project Wafer, на одной пластине изготавливаются микросхемы нескольких заказчиков — в нобяре 2017 „Ангстрем-Т“ предложил студентам вузов так же выпускать микросхемы-прототипы для своих проектов, Zelenograd.ru). Планируем выйти на самоокупаемость фабрики в ближайшие два года» , — рассказал журналистам генеральный директор предприятия Андрей Аникин.
За первые полгода начала производства «Ангстрем-Т» нашёл и первого крупного заказчика — китайского, с которым заключил двухлетний контракт на сумму более 2 миллиардов рублей на поставки до 10 тысяч пластин с чипами в месяц.
В 2019 году запланировано начать выпуск кристаллов с топологией 90 нм, а в дальнейшем довести уровень производства до норм 65 нм — в развитии фабрики как фаундри эти этапы должны проходит последовательно. Чипы 250 нм вполне востребованы рынком, как видно из контракта с китайским партнёром, а на чипы 90 нм, по оценке компании Garthner, бум продлится еще пять-семь лет.
«Например, в вашем телефоне всего две-три микросхемы уровня 28 нм и ниже, а все остальные попадают в наш диапазон, — объясняет Андрей Аникин. — „Ангстрем-Т“ обладает технологией 90 нм с рядом опций, которые позволяют выпускать чипы для разных сфер применения. Опция mixed signal, технология для обработки смешанного сигнала, используется для изготовления аналого-цифровых приборов, которые применяются в телеметрии, а опция RF — высокочастотная, для устройств беспроводной передачи данных, например, RFID-меток. Мы можем выпускать и низкопотребляющие микросхемы (опция LP — low power), востребованные в сегменте интернета вещей. „Ангстрем-Т“ владеет также технологией энергонезависимой памяти flash третьей генерации на 90-нанометровый техпроцесс по лицензии компании SST».
У «Ангстрем-Т» есть и микросхемы собственной разработки — это, например, микросхемы с топологией 90 нм, которые уже опробованы в производстве (часть производственных операции приходилось делать на аналогичной зарубежной фабрике). Речь идёт об аналого-цифровом 14-разрядном преобразователе, который успешно прошел испытания и был поставлены ряду заказчиков. «Даже китайские партнёры, получившие эту микросхему, очень хотят её у нас купить и просят сотни штук. Поэтому мы дозапускаем технологию 90 нм — заказчик на эту продукцию у нас есть» , — заявил Андрей Аникин.
Для России это тоже интересное предложение, и «Ангстрем-Т» уже заявил о себе как крупный игрок — фаундри для дизайн-центров, проектирующих микросхемы, где они могут размещать заказы. Но спрос внутри страны слишком мал, и сам «Ангстрем-Т» в основном ориентирован на экспорт — доля поставок за рубеж планируется от 70% и больше. Учитывая политическую обстановку, на заводе рассчитывают в основном на рынки Китая и ЮВА, работают и с европейскими компаниями.