商業ナノテクノロジー

はじめに

このフォーラムは、現代の半導体（p / p）テクノロジーに大きな関心を寄せており、ロシアのシリコンマイクロエレクトロニクスであるゼレノグラードミクロンが現在どの段階にあるのかを解明しようとしています。 com / post / 218171 、このトピックに関する議論を続け、それに含まれる情報にいくつかの答えと説明を与えます）。 このテキストでは、アメリカのp / p業界で20年間働いていて、数年前にロシア連邦に戻り、彼の経験と知識をロシアの同僚と共有しようとした男性の意見を述べています。 重要なことは、彼がロシアとアメリカの両方をよく知っていることです。

商業ナノテクノロジー

すぐにタスクを分割しましょう。 まず、軍事のテーマ、軍事タスク、アプリケーション、注文のためのp-p-electronicsを角かっこから外します。 独自の特性があります。



定義から始めます。 商用ナノテクノロジーとは何ですか？ これは、望ましい特性を備えたナノスケール要素を含む製品の経済的に実行可能な大規模（数百万個）生産です。 たとえば、最新の半導体チップは、それぞれが数十ナノメートルの限界寸法を持つ数十億のナノ要素を含み、数ナノメートルの再現性で形成され、サブナノメートルの精度で測定されます。 したがって、技術は生産方法または「ノウハウ」であるだけでなく、最高の再現性、製品の高い歩留まり（競争状況のp / p業界では、この割合は通常90％よりも高い）、および競争力のある製品の低コストでもあります。



単一のサンプルを作成する機能は、まだ技術ではありません。 そうでなければ、カナダやアメリカの多くの大学は10 nm以下の技術を持っていると言えます。 どうして？ はい、彼らの研究室では、数ナノメートルの臨界サイズで数十個のトランジスタの集積回路を作ることができます。 CNT（カーボンナノチューブ）などに取り組んでいるトランジスタなどが長年にわたって作られてきた大学があります。 しかし、誰もそれを「テクノロジー」と呼ぶことさえ考えないでしょう。 そのため、「CNTで動作するトランジスタを作成しました」または「CNTトランジスタに基づいてロジック要素を作成しました」と言うでしょう。 そして、技術はどこにありますか？ これは技術への最初の一歩に過ぎません。 世界の実践では、これは「研究」と呼ばれます。 「研究」の後に研究開発が続きます。 R＆Dの後には「製品化」が続きます。 「製品化」の後には「ファンアウト」（複数の工場に技術を配置し、生産量を増やす）が続きます。 これらすべての複雑で労働集約的な段階を独自の方法で正常に完了した後、「テクノロジー」の創造について話すことができます。 ちなみに、多くの専門家は、「研究」はこのチェーンの最も複雑な（または高価な）要素とはほど遠いと信じています。



テクノロジーの基本的な要素を見てみましょう。 結局のところ、最終的に製品に必要な電気的特性を提供しなければならないのは、製造プロセス中に作成されたナノスケール要素です。 半導体マイクロ回路では、これらの要素はトランジスターであり、技術の限界寸法は、原則として、最初の金属レベルの周期の半分（MET1の半ピッチ）、つまり、リソグラフィに利用できる最小周期の半分のトランジスターのゲートのサイズに近いです。 したがって、65 nmテクノロジーの集積回路の最小周期MET1は130 nmに近くなります。 リソグラフィの観点から（したがって、一般的な技術）、重要なのは到達可能な最小期間であり、トランジスタのゲートサイズではありません（一部のp / p会社が言うように）。 さまざまな処理トリック（たとえば、リソグラフィ中の光子線量の変化やシャッター材料の追加エッチング）を使用して、固定されたリソグラフィ期間でほぼすべてのシャッターサイズを取得できます。 著者は、65 nmテクノロジーの公称ゲートサイズが40 nmであり、その間に達成可能な最小リソグラフィ期間が130 nmであった例を知っています。 このアプローチでは、超小型回路のトランジスターのパッキング密度を変更することはできませんが、トランジスター、したがって製品の電気的特性を改善するのに役立ちます。



例として、Micronの工場で製造されたトランジスタの公開された顕微鏡写真を使用できます（図1またはhabrahabr.ru/post/213373を参照）。 ゲートサイズが54 nmであると仮定すると（ミクロン自身のデータから）、構造の周期（190 nm）を測定するのは簡単です。 したがって、この構造は95 nmの技術を代表するものであり、65 nmの技術ではありません。 この構造は、90 nmテクノロジーのリソグラフィ装置で作成されたことが知られているため、これは驚くことではありません（達成可能な最小周期は180 nmです）。 前述したように、Mikronはシャッターのサイズで技術を評価する唯一のP / P企業ではありません。 多くの著名な企業は、テクノロジーリーダーの名声を追求して同じことをしています。

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図1.ミクロン工場で製造された「65 nm」技術のトランジスタの顕微鏡写真。 シャッターサイズ= 54 nm。 周期= 190 nm。 [Mikron：周期= 2.71 au * 54 nm /（2 * 0.38 au）= 190 nm、ここで 'au'（任意の単位）はインチ単位の矢印のサイズです。



上記のナノテクノロジーの定義は、詳細を1つも見逃すことなく、真剣かつ非常に慎重にとらえるべきです。 このような定義、またはより正確には、国際社会で採用されている理解は、技術が製品の製造方法（製品を製造するための特定の操作のシーケンス）としてのみ理解されているロシア連邦で採用され、「直感的なレベル」で存在するものと実質的に異なるため、重要です。 このようなソビエトの定義によれば、技術は「世界最大の大規模集積回路」（70年代にはそのような冗談がありました）の生産と呼ばれていました（そして今でも呼ばれています）。 技術のこの理解は、産業の開発と資金調達に関する決定を行うロシアの高いリーダーシップの頭に君臨し、それは不可欠です。 特定の生産プロセスが存在するという「価格に耐えられない」というこの慣行を、軍事生産で可能だと認識しているパーセント単位の利回りで認識します（しかし、そこでも望ましくない）。 テクノロジーを単一のサンプル/プロトタイプの製造とは呼ばないように。 技術と呼ぶことができるのは、再現性があり、大量で、費用対効果が高く、競争力のある製品の連続生産（上記の定義を参照）だけです。



ロシアの科学技術の歴史は、テクノクラートがエリートに体系的に含まれることはなかったほどです。 これの本当の理由は、最も可能性の高い政治経済です。 それは単に、長い資本主義、自由企業のロシアの歴史には存在しませんでした。すなわち、彼は技術、ニーズ、そしてそれらを認識する「友人」です。 技術をスティックの下から作成しようとする試みは、戦間近の分野（核産業、宇宙技術）でのみ成功と見なすことができます。 これらの産業の形成には一定の理解と経験があるため、組織の観点からいくつかの比較を認めます。 さらに、個々のオリガルヒの民間投資がどのようなものであると言われても、この産業はソビエト式の一元化された方法で資金調達されています。 この理由は、単純な売買ビジネスとハイテクビジネスの比較分析で正しく示されています（ " habrahabr.ru/post/218171 ）。 したがって、現代ロシアでは、最高の当局によって「ナノエレクトロニック徴兵」に追い込まれ、民間のハイテクプログラムにお金を投資するオリガルヒは、一族/クラスの友人のよりシンプルで収益性の高いビジネスにjeし、プログラムから資金を不正に盗むことで収益性を平準化します。 これは、私たちが考えている限り、一般的な慣行です。

すでにランニング調整済みバージョンの最新のp / pマイクロ回路のリリースは、数千の複雑な操作で構成される、多段階で厳密に規制された偏差に敏感なプロセスです。 たとえば、10億個のトランジスタのうちの1つのトランジスタの臨界サイズに10％を超える偏差があると、電子回路全体が誤動作する可能性があります。 結婚 このような誤動作は、これらの数千の操作のいずれかの物理化学的条件のわずかな逸脱をもたらす可能性があります。 この場合、問題のプロセスを通過した基板のバッチ全体が結婚する可能性があり、これは数十万個のチップであり、これらは廃棄された材料、電気、作業時間、予想される供給の中断、つまり莫大な損失です。 この意味で、インライン生産は部品生産よりも何倍も複雑で責任があります。



先進国での生産プロセスを説明することにより、情報の借用、購入、または抽出を行うことにより、ハイテク製品の作成を加速することができます。 しかし、いずれにしても、十分な数と品質、インフラストラクチャ、必要な機器と材料（したがって、関連産業）で十分な資格のあるチーム（要員）が必要です。 これは、難しく、遅く、非常にリソースを消費するタスクです。 世界の各技術（180、130、90、65、45、32 nm）の発売には、技術、材料科学、計測、回路などの構成要素の何千人もの資格のある専門家/専門家の関与が必要でした。 そのたびに、彼らはすでにそのような技術の発売で経験を積んだ人々でした。 これらの人々は、非の打ちどころのないエンジニアリングサポート、つまり必要な機器や材料を即座に提供する能力を持っていました。 この理想的な組織化された作業では、数十億ドルと、各技術に対するそのようなチームの約2〜3年の作業がそれを保証するために必要でした。 そして、Zelenogradでの90 nmテクノロジーの発売に関する最新ニュースを聞くと、正当な疑念や奇跡への信仰の必要性があります。 西洋のこの経験豊富な専門家グループの助けがなければ、現代の商用ソフトウェア技術の発売は事実上不可能だからです。 さて、そして奇跡への信仰はロシアの魂の財産です。



ソ連の原子力および宇宙産業のブレークスルーの歴史において、特に重要な役割は、財務およびその他のリソースに関する決定を行った顧客/所有者と直接やり取りしたリーダー、クルチャトフとコロレフの人格によって果たされました。 彼らは必要な決定を彼らの権限で押し、主張し、証明し、確信した。 そして、今のように、プロジェクトの技術的リーダーシップと顧客の主な代表者の間に、技術的に知識のない役人、経済学者、投資家のブレーキング層があるとき。 もちろん、スターリン時代とは別の重要な違いは、強力な腐敗の存在です。これにより、ゴールへの動きに抵抗が生じ、多くの場合、この摩擦が絶対的な障害となり、プロセスが完全に遅くなります。 この段落で述べられたことは、スターリンの「効果的な管理」の言い訳ではありません。 私たちのシステムは外部から単純に変換されましたが、本質的に同じ方法で制御されていました。 したがって、ハイテクブレーキのように破壊するか、ビジネスのために、少なくとも過去の指示された方法を使用する必要があります。



FAU-2ロケットを使用している場合でも、火星への飛行にはまだ程遠い状態です。 250 nmのテクノロジーを使用している場合、すべてのステップ（180 nm、130 nm、90 nm、65、at、45 nm、32 nm ..）をジャンプして、すぐに（たとえば22 nm）実行することはできません。 これらは、これが可能であると信じるおかしな話です。 一般に、正確な科学と技術では、嘘と成果の誇張を省く必要があります。 特徴的な嘘は、単一のサンプルを受け取ったときの技術の発売に関するレポートです。 または、中国がナノテクノロジーの重要な部分をすべて成し遂げた功績に対して、中国と協力して作られた製品を提供すること。 さて、そして、はるかに...私たちは、成果をトランペットする方法を愛し、知っています。 Micronでの65 nmテクノロジーの発売時には、最初のメッセージとして報道レポートがかなり定期的に表示されます。



それでは、実際のビジネスについて説明しましょう。 ロシア連邦では、90 nmの技術が関連しています（起動またはデバッグ）。 22nmまたは3Dチップについて話すのは素晴らしいことです。 それらは、技術的視野を広げるために、理論的な方法でのみ実施できます。

しかし、自分をだますな。 現状の認識は、問題の定式化の重要な部分です。 問題の有能な声明は、解決への道です。

ロシアのナノテクノロジー市場の特徴

別の重要な側面。 上記では、本質的に市場を通じてナノテクノロジーを定義しました。 ロシア連邦では、状況はあいまいです。 ロシアのコンピューター+スマートフォン+向けの消費者市場は存在します、はい...しかし、ナノプロムによって完全に生産された国内製品には何かが見えません。 Micronの製品はどのセクターを対象としていますか？ ルスナノの頭は、技術、物理学などについてあまり理解していません。 しかし、彼がロシア市場に影響を与える方法を大胆かつ世界的に知っていることを彼に拒否することはできません。 自分の手でやるだけです。 まあ、誰もがバウチャーの民営化を覚えています。 括弧内の3つの質問はすべて、熟考する必要があります。 そのため、ほぼ同じ方法で、ロシアのナノテク製品の販売市場が作られています。 私たちが理解している限り、Mikronはモスクワのメトロからの大規模な再生可能注文を持っています。RFIDチップが接着されたカードは、以前に成功したトークンとパッチを置き換えました。 大規模な特性、大きな再生可能容量にもかかわらず、この市場セクターはオープンではなく、競争力がありません。 そうですね、IBMやIntelは、たとえ彼らの製品がより良くて安くても、モスクワの地下鉄にチップを提供することはできません。 つまり、カルテル機能を持​​つ特定の順序です。 Chubais氏の次のグローバルなアイデアは、Rosnanoforum-2010（または2011 ??）で発表されました。 全国の商品のバーコードラベルを、商品の各パッケージに「縫い付けられた」RFIDマーカーを使用した電子ラベルに置き換えます。 私たちは、そのような革新からの会計と管理の喜びを別として、それらが存在します。 しかし、強制消費形成の同じ「専有」アプローチに注意してください。 彼らは人口を増やし、彼にお金をかけずにハイテク製品を要求しました。 このアプローチの試みは、学童や他の人向けのタブレットで行われています。 -実際には、そのような命令は軍隊と異なるものではありません。たとえば、軍隊の航海士やトランシーバーなどです。 したがって、世界の自由市場と競合し、消費者と経済の特性を比較するマイクロンの「正直な」製品を見つけてください。 まだできない、見つからない...

産業計測。 ロシアのナノ計測

次に、ナノテクノロジーの産業計測と、確立された180-32 nmテクノロジーに適用されることについてお話します。 28〜11 nmのより小さなスケールについては、新しいツールと技術が開発され、適用されています-今日はそれに入りません。 工業計測では、製造中、インラインプロセス制御、および出力製品の電気的テスト（たとえば、ウェーハ受け入れテスト）の両方で使用される、製造された構造とその要素の重要なパラメーターの測定を提供します。 インライン制御に焦点を当てます。 これは、適切な製品の量と品質を向上させるための鍵です。 制御は実際には各操作の後に実行され、基板上の要素のトポロジカルな寸法の変化につながる可能性があります。 寸法の不一致または不満足な接着が検出された場合、一部の操作（たとえば、フォトレジストを使用するすべての操作）をやり直すことができます。 要素の制御は、同一の条件下で作成された要素の同一性の合理的な仮定の下で選択的に実行されます。 テストオブジェクトの選択、基板上のそれらの位置、モニタリングの統計的信頼性なども、技術的および概念的に複雑な手順です。 この場合、インライン制御は、生産ラインに沿った基板の流れを遅らせてはならず（狭いネックを作成する）、オペレーターにとって非常にシンプルである必要があります（理想的な場合、完全自動化）。 マイクロチップ要素の重要なサイズを監視することは、現代のナノエレクトロニクスで最も重要な計測プロセスの1つです。 今日の重要なサイズを監視するための主なツールは、走査型電子顕微鏡、SEMです。 これにより、このような測定を十分な速度と精度で非接触で行うことができます（一部のアプリケーションでは、3-5 nmの最終的なSEM精度は完全に満足できるものではありません）。 100 nm未満のオブジェクトの重要なサイズのSEM測定の解釈には困難があります（問題は、ラインのエッジまたはトレンチの壁の真の位置を決定することにあります）。 ナノスケール要素のサイズを正確に測定するには、SEMのキャリブレーションまたは修正の特別な方法を適用する必要があります（» www.gcrm.info/Home/publications-1 ）。 これらの手法を怠ると、再現可能なエラーやシリアルの欠陥が発生する可能性があります。 SEMを使用して限界寸法を測定する際の不正確さ（またはバイアス）は、オブジェクトのジオメトリ、構造の一般的なトポロジ、および材料の物理化学的特性によって異なります。 世紀の初めの世界のP / P業界はこの問題に直面し、それと悪戦苦闘していました。 ロシア連邦で90 nm、特に65 nmの生産を実現するための真剣な試みは、この経験を考慮に入れる必要があります。



ここでは、いわば、いくつかの障害、地元のフレーバーがあります。 最終的に、測定されたオブジェクトと特定の標準、標準を比較する手順に至るまで、測定値はすべて削減されます。 したがって、数十ナノメートルの私たちにとって関心のあるスケールのロシアの国家標準サイズのサンプルと、EMSのキャリブレーションに使用するGOST命令（方法）には重大な問題があり、上記の重要な点を考慮せずに作成されました。 90および65 nmテクノロジーの許容範囲に匹敵する数nmの集積回路素子の限界寸法を決定する際のエラーについて話すことができます（原則として、臨界サイズの許容値は10％に近い）。 既知のように、測定の不確実性は、計測によって制御される寸法の偏差（または許容誤差）の10〜15％を超えてはなりません。 たとえば、「シリコン半導体計測のハンドブック」編を参照してください。Alain Diebold、2001。したがって、測定の不確実性は通常、技術の臨界サイズの1〜2％です（90 nmおよび65 nm技術の場合、それぞれ0.9〜1.8 nmおよび0.7〜1.3 nm）。ここでわかるように、3-5 nmに等しいSEM測定の限界精度（コンポーネントのサンプル間のバイアス変動）は、90 nmおよび65 nmの技術計測の予算を超えているため、受け入れられません。計量学者の場合、いわゆるサンプル間バイアス変動はSEM測定の不確実性の（予測不可能な）部分であり、系統誤差として修正できないことに注意してください。集積回路集積回路の製造におけるアクティブプロセス制御（またはAPC）の場合、プロセス自体の変動と等しく測定の不確実性が、制御されたパラメータの最終的な変動に反映されます。したがって、「悪い」計測は、結局のところ「悪い」プロセスと「悪い」技術に相当します。計測の怠慢は受け入れられません。



ロシアには、さまざまなサイズの標準サンプルを作成、再現、保存する多くの機関があります。ナノ製品の工業生産の開始時には、信頼性の高い国際標準である独自の州標準が必要です。これに基づいて、さまざまな企業（Mikronなど）の標準サンプルを製造し、特定のメーカーおよび技術の重要なサイズの計量を較正するために使用できます。

おわりに

私は肯定的なノートで終了したいと思います。ロシアには、さまざまな種類のP / Pプロジェクトを実装しようとする研究所、企業、センターがあることがわかっています。有利な状況下で、ナノテクノロジーの実際のビジネスに焦点を当てた賢く誠実なリーダーを擁するこれらの既存のロシアの技術成長センターが本格的な産業プラントに発展できることを願っています。これには、ロシアの最高のエンジニアと科学者による数十年の努力と、国家によるこれらのプロジェクトの継続的な財政的支援、および研究、支援、支援の目的で、技術の世界の先進国との建設的なビジネス関係が必要になることを覚えておく必要があります。