Производство микросхем: как работает микроэлектронное производство и на каком оборудовании

Микросхемы служат сырьем для электронной промышленности, охватывающей все сферы человеческой жизни. Три четверти мирового производства сосредоточено в Юго-Восточной Азии, в список лидеров также входят Япония, Китай, США. За последние несколько лет и российские компании достигли определенных успехов в производстве микросхем: научились выпускать чипы, подходящие для многих задач и видов техники, хотя их уровень отстает от мировых лидеров, в том числе из-за отсутствия инструментов для эффективного производственного планирования и автоматизации производства.

Современное производство микросхем и чипов представляет собой один из самых сложных процессов по сравнению с другими отраслями. Технологии изготовления включают большое количество физических и химических реакций, требуют предельной точности, внимания и полной стерильности производства.

Производственный цех представляет собой комнату, где поддерживается максимальная чистота — электронная гигиена, направленная на защиту продукции от неблагоприятных внешних воздействий в процессе изготовления.

Производственный цикл включает несколько сотен операций и может продолжаться несколько недель. Основные стадии изготовления включают:

• Подготовку. На этом этапе исходный материал, в качестве которого берется кремниевая пластина, полируется для устранения даже мельчайших дефектов на поверхности.
• Создание защитного слоя диоксида кремния. Он образуется при окислении поверхности кремниевой пластины.
• Нанесение фоторезиста. Он представляет собой полимерный фоточувствительный слой, меняющий свойства под влиянием излучения.
• Облучение ультрафиолетом. Засветка фоторезиста происходит через маску, которая фактически является трафаретом.
• Экспонирование. Часть фоторезиста, находившаяся под прозрачными участками маски, удаляется вместе с диоксидом кремния специальными химикатами.
• Эпитаксия. На пластине с нанесенным первичным рисунком создается еще несколько слоев диоксида кремния. На одних из них процедура нанесения рисунка повторяется, а другие подвергаются воздействию ионизированных плазм, нагреваются, покрываются металлом. Каждый этап меняет свойства слоя, формируя конкретную модель готового изделия.
• Нанесение слоя металла. С помощью вакуумного напыления поверхность получившегося полуфабриката покрывают металлическим слоем в несколько этапов.
• Проверка. Транзисторы на кремниевой пластине проходят проверку на работоспособность, чтобы выявить брак. Затем пластина разрезается на отдельные микросхемы, которые передают на упаковку.

В микроэлектронном производстве используется большое количество оборудования, в том числе степпер (сканер) — фотолитограф, на котором производится засветка фоторезиста через маску печи для термической обработки, камеры для отмывки, окисления, оборудование для электрохимического осаждения и т.д.

Производственное оборудование стоит очень дорого, поэтому даже очень крупные компании предпочитают размещать заказы на фабриках, которые не занимаются разработками и не продают продукцию самостоятельно, а специализируются на организации производства микросхем для сторонних заказчиков.

Кремниевые пластины, используемые в качестве сырья, имеют определенные размеры и нарезаются из кристаллов, которые в свою очередь, выращиваются из песка. Кремниевые слитки, как правило, изготавливаются за границей, что также приводит к удорожанию производства. Изготовление фотошаблонов представляет собой отдельную, достаточно сложную отрасль, поэтому производителей масок немного.

Высокая стоимость оборудования, сырья и материалов ставит перед предприятиями микроэлектроники задачу по снижению затрат на производство, в том числе при изготовлении небольших серий микросхем. Решение проблемы кроется в повышении эффективности планирования.

Adeptik APS — система, созданная на базе технологий искусственного интеллекта, которая позволяет автоматизировать процесс планирования и оптимизировать процесс выпуска продукции:

• эффективно использовать оборудование, сокращая затраты на его содержание во время простоев, и ускоряя выполнение заказов;
• точно прогнозировать потребность в полуфабрикатах для уменьшения страховых запасов;
• соблюдать сроки производства продукции за счет повышения прозрачности всех процессов;
• гибко реагировать на изменение как внутренней, так и внешней ситуации, внося корректировки в режиме реального времени.