«Маппер»
Практически во всех современных интеллектуальных системах не обойтись без МЭМС – микроэлектромеханических систем, миниатюрных устройств, которые объединяют в себе механические и элект­рические компоненты. Они используются в датчиках, переключателях и многих других приборах. В вашем мобильном телефоне, ноутбуке и автомобиле они тоже есть. Российская компания «Маппер» уже 10 лет успешно работает над выпуском отечественных МЭМС. Производство здесь непростое: уникальное оборудование, особые технологические условия, опасные этапы работы. Но выпуск «чувствительной» продукции продолжает расти.

Татьяна Васильева,

инженер по контролю качества

С производством компании «Маппер» нас знакомит Тать­яна Васильева – сотрудник молодой, но уже с большим опытом работы и принятия ответственных решений. Татьяна пришла в «Маппер» сразу после института (Московский энергетический институт, специальность «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике») на должность оператора полупроводникового производства, за шесть лет успела поработать инженером в отделах разработки плазмо­химического травления, химического травления и отмывки, фотолитографии, а последние два года она отвечает за контроль качества продукции.
В 2019 году компания «Маппер» получила международный сертификат соответствия системы менеджмента качества

Тонкие материи

Литография с использованием травления восходит еще ко временам Альбрехта Дюрера, который вошел в историю искусства именно своими гравюрами. Металлическую пластину покрывали лаком, в котором содержалось баранье или свиное сало, затем по лаку выцарапывали рисунок и помещали пластину в кислоту. На непокрытых лаком участках металл вытравливался. Когда затем на пластину наносили краску и протирали поверхность, краска оставалась только в протравленных углублениях.
Альбрехт Дюрер, гравюра на меди «Меланхолия» (1514 г.)
По такому же принципу работает метод фотолитографии. Кремниевую пластину покрывают светочувствительным материалом – фоторезистом. Затем эта пленка засвечивается ультрафиолетом сквозь фотошаблон (маску) с определенным рисунком. После этого разрушенные участки удаляют с использованием проявителя. Сохранившийся на пластине рисунок используется для дальнейших технологических этапов, таких как травление или напыление тонких слоев металлов или диэлектриков, и затем оставшуюся пленку резиста тоже удаляют. При таком методе производства для каждого нового элемента нужна уникальная маска.

«Маппер» не выпускает конечного продукта в традиционном смысле этого слова (микротранзисторы или микросхемы), а делает чувствительные элементы по технологии микроэлектромеханических систем на заказ. МЭМС – это устройства, в которые входят механические и электрические микрокомпоненты. Это могут быть датчики интегрального гироскопа или акселерометра. Каждый заказ требует индивидуального подхода.
В чистой комнате, где производят МЭМС, допускается наличие менее 3 тыс. частиц размером не более 5 мкм на 1 куб. м воздуха. В среднем в Москве в кубометре воздуха летает около 25 тыс. частиц такого размера.

Кстати!

МЭМС на пластине диаметром 100 мм
Татьяна рассказывает, что в «Маппере» выполняют плазмохимическое травление, реактивное ионное травление, глубокое травление кремния, в зависимости от задачи. И на всех установках ей удалось поработать. Иногда пластину нужно протравить насквозь. Для этого, чтобы не сломать тонкие перемычки, снизу приклеивается подложка. Еще будучи младшим инженером, Татьяна сама выбирала и заказывала установку бондер для склеивания и сращивания пластин – это была очень ответственная задача. Склеиваются кремниевые поверхности иногда временно, их потом разъединяют с помощью химии, иногда – капитально, можно склеить со стеклом, в этом случае идет сращивание на молекулярном уровне. «Бывают задачи, при которых нужно создать более сложную кремниевую конструкцию, – ­объясняет ­Татьяна. – Например, какая-­то структура – на одной пластине, какая-то – на другой, их сращивают, а между ними остается вакуумная полость».

Большие проблемы маленьких чипов

Мы беседуем в зоне разработок. Я интересуюсь: если элементы, которые выпускает компания, не являются самостоятельным продуктом, а всегда во что-то еще устанавливаются, как можно проверить качество, если нет возможности их «запустить»? ­Татьяна рассказывает, что для этого существуют системы, которые на определенных этапах позволяют измерять электронно-оптические свойства продукта, его вольт-амперные характеристики, чистоту и геометрию. По этим значениям можно определить, будет ли деталь соответствовать требованиям заказчика.
В чистой комнате – около
30 уникальных установок, сделанных по последнему слову техники
При современных размерах элементов (фотолитография в экстремальном ультрафиолете делает возможной печать линий шириной до 12 нм) чистота очень важна. Все процессы происходят в чистой комнате, куда можно попасть только в специальном синтетическом костюме, не генерирующем частиц пыли. Но даже в этих стерильных условиях пластины проходят очистку, в том числе и от биоматериала. Одним из наиболее сложных решений на своей нынешней должности Татьяна называет использование такого химического соединения, как «Пиранья». Это смесь серной кислоты и перекиси водорода: во время смешивания этих двух компонентов происходит сильная экзотермическая реакция и возникает вероятность взрыва. «У нас на производстве было все необходимое для приготовления смеси, но все боялись ее приготовить. Мы собрали совещание, оговорили все пункты, связанные с техникой безопасности, что делать, если что-то пойдет не так. Место, где производился процесс, модифицировали. Серная кислота комнатной температуры смешивается с перекисью водорода комнатной температуры, смесь самостоятельно нагревается, и в нее нужно положить элемент, который мы хотим отмыть. Если на нем много органики, то возможен взрыв».
1500 кв. м – площадь чистой технологической комнаты

Непыльная работа

На этих словах мы решили покинуть зону разработок и отправились в чистую комнату. В холле перед ней переодеваемся в специальные костю­мы, надеваем очки, маски, перчатки, в послед­нюю очередь – наботинники: стоять в них в ­холле уже нельзя, по одной ноге переступаем за ­черту. Далее воздушный шлюз.
Чистая комната разделена на зоны: травления и нанесения тонких пленок, фотолитографии, метрологии, обработки и резки пластин. Один из самых важных приборов тут – степпер компании ASML. Он и проводит фотолитографию, перенося рисунок с маски на небольшие участки пластины, многократно, шаг за шагом, перемещая ее.

Чрезвычайно трудно эффективно протравить тончайшие дорожки после обработки пластины. При таком размере элементов возникают сложности с равномерной заливкой реагента в предельно узкие канавки. ­Татьяна показывает установку для сращивания пластин, которую она выбирала несколько лет назад; вакуумную камеру для напыления тонких пленок металлов; печь, которая выращивает оксиды на поверхности кремния; сканирующий электронный микроскоп, исследующий материал образца.

Отдельная закрытая зона отведена фотолитографии. Здесь всегда горит желтый свет, он не разрушает фоторезист. В этом же «желтом» секторе находится установка для обработки пластин и элементов. Одна часть установки предназначена для работы с органической ­химией, вторая – с неорганикой. С неорганической химией взаимодействует робот-рука, он опускает кассеты с пластинами в ванночки с кислотами и щелочами и потом ополаскивает водой. Одна из обязанностей ­Татьяны – ответственность за химическую безопасность. Она обращает мое внимание, что рядом с эвакуационным выходом есть уголок помощи в случае возникновения угрозы здоровью и жизни сотрудников. Тут можно промыть направленной струей глаза, смыть попавшие на костюм реагенты, воспользоваться огнетушителем.
В должности инженера по контролю качества Татьяна находит свои преимущества: «Эта должность позволяет все модернизировать так, чтобы улучшить процесс, ведь нет предела совершенству. Основополагающий принцип в менеджменте качества – plan-do-check-act, он зациклен и никогда не останавливается. У нас в «Маппере» нет такого понятия как человеческий фактор: если мы получили неудовлетворительный результат, значит, в процедуре что-то не было прописано, надо ее поменять, задокументировать верный ход процессов и научить этому сотрудников». И я понимаю, что рядом с таким человеком никакой огнетушитель мне не понадобится и взрыв «Пираньи» не ­страшен.
WOW-ФАКТОР
Фотолитография – достаточно дорогой процесс. Поскольку при масочном методе для каждого элемента нужна своя маска, то многие компании могут позволить себе выпуск только крупнотиражной продукции. В московском «Маппере» вы можете заказать себе даже одну пластину.
2012
Основание компании «Маппер» как дочернего предприятия голландского холдинга Mapper Lithography при финансовой поддержке «Роснано».
2015
Первые сторонние заказы, начата отладка технологического процесса по производству элементов с управляющими электродами.
2018
Российский «Маппер» полностью выкуплен «Роснано».
2022
«Маппер» выкуплен АО «ОКБ «Астрон».

Промышленные туры

Режут как надо – инструменты с уникальными покрытиями обрабатывают любые металлы.
Microbor
Лифты из стекла, скоростные, с распашными дверьми, с УФ-рециркулятором. Хайтек в каждом подъезде?
«Мослифт»
Карты вместо ключей. Как делают цифровые метки для метро и офисов, которые хранят в своих карманах большинство москвичей
«Смарт системз»
Ароматный кофе и вкуснейший шоколад умеет делать оборудование, выпускаемое Москве. А покупают его во всем мире
Kadzama