В комментариях к статье Вредные заблуждения о нанометрах. Или почему наличие в России доступа только к 90нм – это катастрофа проявилась не только масса экспертов с вежей регистрацией, но и отсутствие понимания работы индустрии в целом. Попробую как могу пояснить – хотя это совсем не мое направление интересов, так что будет масса ошибок. Согласно усредненному мнению -

Оборудование можно сделать и самим, но пока можно и просто привезти серым импортом. Оборудование выглядит примерно как большой ящик с дырками, включённый в розетку; в одну дырку складываешь кремний, в другую заливаешь фоторезистор. Под третью дырку надо подставить ведро — в него будут ссыпаться чипы. Вёдра мы делать умеем (хотя и импортируем сейчас, но чертежи-то остались), фоторезистор научатся намешивать в Зелинограде; с кремнием разберемся, не всё сразу. Надо ещё заранее заказать в Китае переходник с европейской розетки на нормальную — лучше сразу 3 или 4, они постоянно горят. Вроде все ясно. И надо ещё 3 или 4 росгвардейца, чтобы ведро не (стащили).

Чтобы вывезти оборудование, надо дать денег охраннику на заводе чипов в Европе, чтобы он аккуратно отключил от розетки и выволок ящик к проходной. Будет немного поцарапанный — ничего, покрасим. Денег надо дать в пятницу вечером, чтобы они до понедельника не спохватились. Грузовик лучше взять в аренду прямо в Европе (у наших все шины китайские), а потом не возвращать — у нас сразу появятся и чипы и бесплатный грузовик. На грузовике потом можно будет возить кремний.

Там какой-то типа модуль с гпс и электронный ключ. Но мы его хакнем, это не может быть сложно. У меня вот была программа которая выдавала ключ для Windows в 2001 году ещё. И другая для Симсити. Могу даже поискать.

Саппорт разумеется не нужен, зачем — это же просто ящик с тремя дырками. Ну там может какой-то тумблер ещё есть: налево — сыпятся cpu, направо — карты памяти, это можно просто попробовать и понятно будет. Если перестанет работать, то надо просто открыть (гарантия всё равно тютю) и если что-то болтается — подтянуть, где скрипит — смазать, это вам любой инженер скажет. Иногда надо термопасту менять, конечно. Но я вот менял сам, ничего сложного.

Так что не надо негатива. Надо просто засучить рукава и делать.

© @hippohood(кстати - автор в RO).

Из той же серии истории «давайте поищем – вдруг где-то в странах четвертого мира есть установки на 3000 нм – на них делались отличные КР1858ВМ1 и Т34ВМ1, и сразу же начнется - Безмолвная водная гладь, и над нею стелется дым. Вот протяжный зов трубы! Вода забурлила. И на поверхность из пены стали всплывать города. Сначала вынырнули колокольни, заводские трубы, мачты радиоантенн. Затем показались гребни красных крыш и кроны деревьев. Страна медленно всплыла, и тотчас же густой желтый дым повис над заводами, а с обсыхающих взлетных площадок поднялись самолеты и стаями закружили в воздухе. Ой простите, этодругое.

Но, еще до того как засыпать кремний в приемное окно, нужно его где-то взять: Металлургический и технический кремний (Metallurgical grade / industrial grade silicon)

Итак, кремний, Si. Источник силикона и силикагеля. Элемент за номером 14, между алюминием и фосфором. В природе этого кремния – как гуталина на фабрике, просто завались – от песка до разного рода смесей. Гранит – 68-73% оксида кремния, 68—73 %; базальт – до половины. Можно ли брать любой песок и выделять из него чистый оксид – теоретически, да. Можно. Например, Чаунский ИТЛ (Чаунлаг, ИТЛ Упр. п/я 14) Дальстроя ГУЛАГ добывал продукт с:

Среднее содержание на Северном было 0,1 процента. Это, примерно, на тонну руды — килограмм урана. В те годы и небогатые руды шли в дело.

Практически, чем чище сырье, тем дешевле будет получить из него относительно чистый оксид и заняться его переработкой. С сырьем проблем нет: Кварциты, сырье для получения технического кремния .. добывают на Черемшанском руднике, принадлежащем ЗАО «Кремний» г. Шелехов. В промышленности кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO2 углеродом при температуре около 1800 °C между графитовыми электродами в руднотермических печах шахтного типа.

Получаемый таким образом технический кремний содержит 98 – 99 % Si, 1 –2 % Fe, Аu, В, Р, Са, Cr, Cu, Mg, Mn, Ni, Ti, V

Но есть нюанс: еще в 2019-2020 гг шло обсуждение, что рудник и завод надо закрывать: В правительстве Иркутской области обсудили судьбу завода АО «Кремний» в Шелехове, принадлежащего компании РУСАЛ. Пока завод работает. Однако в правительстве сообщают, что есть вероятность его закрытия.

И:

В декабре (2019) РУСАЛ приостановил работу одного из двух предприятий по выплавке кремния. Предприятие расположено в городе Каменск-Уральский в Свердловской области.

Также уже объявлено о практически полном сокращении штата работников Черемшанского рудника в Бурятии, являющегося филиалом АО «Кремний». Отметим, сырье для производства кремния для шелеховского АО «Кремний» поставлялось как раз с Черемшанского рудника.

2020:

Шелеховскому предприятию по производству кремния грозит временная консервация.

Других .. не то чтобы нет, но придется сильно поискать. К тому же, главный вопрос – а сколько его надо? Килограмм в квартал, или тонну в день?

Пойдем дальше. В мире порядка 80% кремния идет на получение ферросилиция (ferrosilicon alloy), оставшиеся 20% идут на получение металлургического кремния, который идет и на силумин (aluminium-silicon alloys (silumin alloys)), и на кремний солнечного и полупроводникового качества. Точнее как – в русскоязычной литературе выделяют кремний «солнечного качества» - похуже, и электронного (полупроводникового). В иностранной литературе пишут, что для современных солнечных ячеек надо брать тоже полупроводниковый, чистотой девять девяток  (nine-9 ) - 99.9999999%

Кремний полупроводниковой чистоты

Для получения металлургического кремния надо потратить жалкие 12 киловатт*ч / кг. Для получения кремния солнечной чистоты (SoG-Si) «улучшенным Сименс-процессом (modified Siemens process)» надо потратить еще 20 киловатт*ч / кг., и получить 14 килограмм отходов на килограмм кремния. Есть три серийных (и сколько-то опытных) пути: вебка

1. TCS (Trichlorosilane) - Siemens process . Трихлорсилан и вот это все.

2. REC Silicon’s Siemens process - SiH4/FBR . Silane-Based Fluidized Bed Reactor (FBR). Реактор с псевдо ожиженным слоем, кажется так, или как вариант – с центрифугой, Centrifugal Chemical Vapor Deposition Reactor (CCVDR).

3. Upgraded metallurgical grade (UMG) silicon.

Разберу кратко первый и второй, к тому же есть хороший слайд отсюда, или отсюда.

Ничего сложного: Берем кремний металлургического качества, размельчаем. Кстати, что у нас с дробилками? Это не самый простой процесс, посмотрите статью НЛМК

Дело не в том чтобы раздробить, а в том, чтобы раздробить не больше и не меньше.

Загоняем в реактор силикон кремний, чистый водород (да, тоже очистки 99…), хлорид кремния (тоже чистый) и получаем трихлорсилан, SiHCl3, TCS (Trichlorosilane). Дальше этот трихлорсилан гоняется по циклу нагрев-очистка – отвод хлорида-чистка-нагрев-осаждение.. до получения гидрида кремния, SiH4 - силан.

Трихлорсилан

Если никого не напугал хлорид кремния, который надо еще получить – а хлор вещество очень не полезное, что массам известно с 22 апреля 1915 (В России знакомство с хлором чуть отложили – до 31 мая 1915), то трихлорсилан не сильно лучше. LD50 Mouse = 1500 mg/cu m/2 hr, что получше, чем знакомый всей Индии метил изоцианат (6100 ppb/6H) , и в 4-5 раз слабее хлора (LC50 Mouse inhalation = 368 mg/cu m/30 min (95% C.I., 307-441 mg/cu m)) , но все равно очень полезный. С водой разлагается на хлористый водород. Кипит уже при  31.8°C. Горит и взрывается в широком диапазоне концентраций (1.2-90.5 %).

А что с производством?

Завод по производству трихлорсилана в Усолье-Сибирское (Усольехимпром) был закрыт в 2012, о чем громко кричали в тогдашней прессе. Насколько я помню, было даже открытое письмо каких-то академиков, но итог тот же - трихлорсилана там нет. Это был НИТОЛ - Проект Роснано и Сбербанка, счетная палата что-то писала про «признаки нецелевого», но вроде никого так и не посадили, а завод (СПЕЦЗАВОД №97) закрыли.

Вроде Альфагаз (Новосибирск) еще производит трихлорсилан, но не понятно какого качества (чистоты), как и Хорст (Дзержинск) – заявлен NCS 99,995%. Химпром (Новочебоксарск) – тоже заявляет про марки А, Б,В (99,5 / 98/ 80 чистоты). Вопрос в чистоте и объемах. До 99.5 у всех, если верить сайтам и обьявлениям.

Необходимая чистота – 5 девяток и выше, Especially pure polycrystalline silicon (PCS) of high purity (99.999 %, 99.9999 % and higher). Технология известна, производства в РФ… я не нашел. Что будет, если взять с примесями? Зависит от того, какой процент брака на этапе роста кристалла и его нарезки вы хотите получить. Ладно, что там дальше? А – да, на выходе из каскада реакторов силан, и -

Из силана в поликремний

Для получения поликремния есть два пути – первый, привычный по улучшенному сименс-процессу, REC Silicon’s Siemens process, как раз под дальнейшее использование по методу Чохральского (Czochralski (CZ) polysilicon applications) и под метод зонной плавки (Float-zone silicon).

И второй - Fluidized Bed Reactor (FBR) Technology.

Что там у нас с заводами?

Завод поликремния в Железногорске Красноярского края – банкрот с 2017. В 2021 году так и стоял, только хлорсилан подтекал так, что жителей села рядом собирались эвакуировать.  Абакан, Омск, Новоуральск, Сосновый бор (Балтийская кремниевая долина- ПОЛИSiЛ») – толи стоят, толи так и не запущены.

Так что когда целый директор Центра политического анализа Павел Данилин заявляет что :

Сегодня в России работают два завода по производству поликремния - в Каменск-Уральском и иркутском городе Шелехове (ссылка)

То хочется уточнить – а в каком объеме и какого именно поликремния (какой чистоты) ?

Ладно, получили поликремний, а дальше .. а дальше надо его расплавить, вырастить монокристалл с числом дефектов поменьше (что получается не всегда), разрезать (что сложно) и отполировать. Причем, когда говорят про "отполировать", не всегда понимают что необходимая точность полировки - микрометры, а методы полировки - и механический и химическое травление.. А, да - чем шире кристалл, тем сложней его растить. В СССР 80-х работали со 100-мм кристаллом.

В вопросе нарезки и полировки интернет знает про 6 фирм - Applied Materials Inc., Ebara Corporation, Disco Corporation, Tokyo Seimitsu Co. Ltd. (Accretech Create Corp.), Revasum Inc, и Akrion Systems (Naura Microelectronics Equipment Co. Ltd)  - а дальше ..

дальше нам сделать хотя бы чистую комнату.. что у нас есть?

Гугль говорит, что в Туле есть комнатка ..Сейчас посмотрим участок настройки, — говорит он. — Это чистое помещение, где максимально допустимое количество пыли — 3,5 тысячи частиц на литр при размере частиц 0,5 микрона

Что на этот счет пишет ASML:

Most chipmakers have ‘ISO class 1’ cleanrooms that are ‘zero dust’, meaning there are no more than 10 particles between 100 and 200 nm in size per cubic meter of air, and none larger than 200 nm. In comparison, a clean, modern hospital has about 10,000 dust particles per cubic meter.

Что на этот счет пишет International Organization for Standardization (ISO) ?

ISO 1 Cleanroom Requirements and Standards: Cleanrooms must meet rigorous requirements and standards to comply with ISO 1.

Essentially, they must be capable of rigorous filtration. ISO 1 cleanrooms must be capable of handling 500 to 750 air changes per hour.

ISO 1 cleanroom standards require the filtering of particulates smaller than a speck of dust. To meet this strict requirement, the air inside an ISO Class 1 cleanroom must test at fewer than 12 particles larger than 0.3 micron or smaller in each cubic meter.

Можно ли работать с не очень чистым кремниевыми не очень ровным кристаллом в не очень чистой комнате? Можно. Брак будет до 100%, в зависимости от соотношения качества всех процессов и технологии. Для 3000 нм, наверное, сколько-то годных будет. Например одна на партию тысяч в 20 пластин. Для примера, СССР, 1985: Для давно освоенных видов продукции с хорошо отлаженным техническим процессом выход годных кристаллов может составлять, как я уже говорил, 15-20% и даже выше. Для микросхем, находящихся в стадии освоения этот показатель долгое время может держаться почти на нуле и составлять доли процента.

Перейдем к не менее интересному моменту: вибрации

Ознакомимся с скромной заметкой в 300 страниц о влиянии вибрации: Vibration Control of High-Precision Machines with Active Structural Elements by Jan Holterman

На русском ее, разумеется, нет.

А дальше?

А дальше уже пустяки. Притащить откуда-то машину в 200 тонн в сборе, сборка которой занимает всего 150 часов / два месяца (TWINSCAN NXT:2000i).  Машину прошлого поколения СОБИРАЛИ на месте шесть месяцев. Найти где-то маски (которые делают целых три фирмы - Applied Materials, Asahi Glass Co (AGC) и Hoya), запилить чип, найти где-то сканирующие электронные микроскопы выходного контроля, ну и пластину порезать на чипы, и припаять ножки. А там уже можно и в ведро ссыпать готовые.

Про проектирование и ПО для разводки схем уже написали.

Литература, которую мне не хочется красиво оформлять

• Крайние земли. Первый уран. Чаунлаг в проекте Андрея Шапрана

• Как искали и добывали уран. Сборник статей -воспоминаний ветеранов атомной промышленности

• ПРИМЕНЕНИЕ МОЛОТОГО КРЕМНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ - А.Н. Романова , Ю.А. Зыкова , Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,  Усольский филиал

• (2020) Закрыть нельзя модернизировать. Судьба завода АО «Кремний» в Шелехове под вопросом

• High-Efficiency Multicrystalline Silicon Solar Cells

• The Importance of New “Sand-to-Silicon” Processes for the Rapid Future Increase of Photovoltaics

• (2009) Кремний «солнечного качества»: производство в России

• Solar grade silicon: Technology status and industrial

• From Metallurgical-Grade to Solar-Grade Silicon: An Overview (Chigondo, Fidelis)

• Technoeconomic and Environmental Assessment for Design and Optimization of Tetraethyl Orthosilicate Synthesis Process (Nguyen, Thuy T. H.; Fukaya, Norihisa; Sato, Kazuhiko; Choi, Jun-Chul; Kataoka, Sho)

• REC Silicon’s Siemens process

• Upgraded metallurgical grade (UMG) silicon

• ЗАБЫТАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ВОЙНА 1915-1918 гг. II. Тактическое применение химического оружия в годы Первой мировой войны

• Химическое оружие на фронтах Мировой войны 1914-1918 гг. Краткий исторический очерк. Первая газобаллонная атака на восточноевропейском театре в районе Болимова у Воли Шидловской

  (Примечание. Очень уважаю этого автора (Супотницкого), и за его прекрасные книги про чуму, и за книгу Химическое оружие в ирано-иракской войне 1980-1988 годов. )

• Methyl isocyanate

• Trichlorosilane

• Chlorine

• 12/2021 Жителей готовят к эвакуации из-за утечки на красноярском заводе поликремния

• 12/2021 А могло и грохнуть...

• Especially pure trichlorosilane production technology

• Siemens Process

• НИТОЛ. Усольехимпром. Поликремний — СПЕЦЗАВОД №97

• (2022) Завод технического кремния стоимостью более 9 млрд рублей начнут строить в Верхней Салде

• (2019) «Русал» приостановит производство кремния на Урале из-за нерентабельности

• (2020) Шелеховскому предприятию по производству кремния грозит временная консервация

• Белановский: Интервью с рабочим завода по производству электронных микросхем

• Сверхжёсткий ультрафиолет (EUV) в полупроводниковой литографии: сложно, долго, дорого — и необходимо

• Эта компания делает машины, которые делают процессоры. Без нее невозможно будущее

• Как работает микроэлектронное производство и что нам стоит дом построить?

• Рынок оборудования для полировки и шлифования полупроводниковых пластин — рост, тенденции, влияние COVID-19 и прогнозы (2022–2027 гг.)

• Технология утонения ультратонких полупроводниковых пластин

• «Стрела» создаёт новые рабочие места

• ASML How microchips are made

• From ISO 1 to ISO 9: the World of Cleanrooms

• ISO 14644-1:2015 - Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration

• Cleanrooms

• Vibration Control of High-Precision Machines with Active Structural Elements by Jan Holterman. 2002

• Mechanics & mechatronics

• EUV Mask Blank Battle Brewing

PS

Я еще не стал упоминать такие мелочи, как материальная база производства. КИП - от расходомеров и манометров (и прочих насосов, включая вакуумные – формакуумные) до плоскопараллельных стеклянных пластин, подшипников 4/P4/ABEC7 и 2/PA2/ABEC9/SKF PA9B и прочих штандартенциркулей из отдела сами-знаете-каких товаров. И методологию, позволяющую прикладывать все это к чему-то - стоящему измерения с такой точностью.

Чуть не забыл. Люди. Которые будут это проектировать, отлаживать, настраивать и производить. Планировать и контролировать. Как вариант, конечно можно взять всех тех, кто не поленился зарегистрироваться и написать по десятку бесполезных комментариев, и отправить их на тренировку – глаз пристреливать. Потому как по бедности мелкоскопа не имеем, а все что есть - масло сливочное. Профессорам по сорок грамм, инженерам по двадцать.