Что в споре рождается истина, мы знаем чуть ли не с детства, не особо задумываясь о доказательствах правоты этого древнего тезиса. Что при этом нередко теряется здравый смысл узнаем, как правило, значительно позже, убеждаясь на собственном опыте и набивая шишки себе на лбу.

Чем дольше полупроводниковая индустрия обсуждает сроки перехода при изготовлении микросхем на использование кремниевых подложек диаметром 450 мм, тем менее осмысленной выглядит сама постановка проблемы в ее нынешнем виде. И чем больше аргументов в пользу той или иной точки зрения приводится, тем дальше расходятся друг от друга полюса дискуссии и призрачнее становится возможность достижения компромисса, приемлемого для индустрии в целом.

Скорее всего, именно этим и объясняется циклический характер полемики, которая то ослабевает и почти прекращается, то разгорается с новой силой. В качестве ее главного инициатора до сих пор выступала корпорация Intel, в которой преимущества увеличения размеров подложек по мере совершенствования технологических процессов объясняют примерно так. При увеличении диаметра подложки увеличивается и количество получаемых с нее микросхем, и соответственно уменьшается удельная себестоимость их изготовления. В Intel периодически напоминают «собратьям по цеху» и бизнес-партнерам об этом, а также о том, что в Санта-Кларе считают необходимым начать переход на новый стандарт подложек примерно в 2012 году. Еще четыре-пять лет назад с подачи Intel о тех же сроках достаточно уверенно говорилось и от имени авторитетного экспертного объединения International Technology Roadmap for Semiconductors, за которым стоят пять ведущих региональных ассоциаций электронной и полупроводниковой индустрии. Однако в последнее время тон официальных материалов этой организации стал более осторожным.

Поскольку речь фактически идет о стандартизации одного из важнейших компонентов технологического процесса изготовления микросхем, естественно, предпочтительным для большинства их производителей вариантом была бы не частная инициатива одного лидера, а согласованные действия всего сообщества производителей микросхем вместе с поставщиками оборудования и материалов. В этом интересы сообщества и Intel вроде бы полностью совпадают.

Это совпадение интересов, однако, быстро заканчивается, стоит только Intel в очередной раз напомнить сообществу о своем видении временной шкалы процесса стандартизации. В ответ обычно поступает некоторое количество одобрительных отзывов от компаний, разделяющих планы Intel и видящих в них залог дальнейшего процветания и продвижения отрасли вперед по закону Мура. Помимо них, естественно, поступает и некоторое количество отзывов неодобрительных — в основном от компаний, напуганных астрономическими размерами инвестиций, которых требует не только сооружение и ввод в эксплуатацию, но даже и просто поддержание в рабочем состоянии производственных мощностей по обработке кремниевых подложек диаметром почти полметра. В этих компаниях обычно напоминают, что в предыдущих случаях количество производителей микросхем при увеличении диаметра подложек (и соответственно — снижении удельной себестоимости производства) всякий раз уменьшалось в результате, прежде всего, существенного роста капитальных затрат.

Таким образом через некоторое время выясняется, что согласие в сообществе по-прежнему отсутствует, а следовательно, и согласованные его действия по данному вопросу вряд ли возможны. А если что и возможно, так это действия самой Intel вкупе с другими столь же верными адептами учения Мура (в частности, по факту к их числу следует отнести TSMC и Samsung) по освоению производства с использованием подложек любого диаметра по их усмотрению. Добравшись вместе с участниками дискуссии до столь удивительного открытия, сторонний наблюдатель вправе задаться банальным вопросом.

Зачем все это нужно Intel?

Среди людей, поверхностно знакомых с ИТ-индустрией, и даже среди некоторых категорий ИТ-специалистов бытует мнение, что корпорация Intel неимоверно сильна. И что стоит только корпорации чего-либо пожелать, она непременно это получит в тот же самый день или в крайнем случае на следующий. Мнение это ошибочно. Чтобы добиться желаемого, Intel тоже порой, несмотря на всю свою действительно огромную мощь, приходится искать поддержки среди партнеров и даже конкурентов, добиваться благосклонности поставщиков, допускать компромиссные варианты и мириться с нападками недругов, не имея возможности гордо встать из-за стола и выйти из переговорного процесса. Дискуссия вокруг 450-миллиметровых подложек все это наглядно подтверждает. Было бы, наверное, нелепо полагать, что гегемону мировой полупроводниковой индустрии разговоры важнее самих подложек, точнее — выгод от их внедрения в массовое производство. И вот ради этих выгод Intel приходится то время от времени возвращать дискуссию практически в исходную точку и даже идти на некоторые уступки, то без лишний рефлексий увлекать сообщников и попутчиков в смелый рейд по тылам противоположной стороны, рассчитывая лихим кавалерийским наскоком застать ее врасплох.

Весьма показательной стала прошлогодняя кампания. Началась она с того, что в ходе форума Intel Developer Forum в Пекине Марк Бор, занимающий пост директора по организации и интеграции производственных процессов в подразделении Intel Technology and Manufacturing Group, вновь подтвердил заинтересованность корпорации во внедрении нового стандарта подложек в известные сроки. Кроме того, он акцентировал внимание аудитории на намерении корпорации — ради достижения этой цели — наладить конструктивный диалог с производителями оборудования и материалов, а также отраслевыми ассоциациями и консорциумами.

Одним из первых на заявление Бора отреагировал, причем довольно жестко, Стэнли Майерс, глава SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) — влиятельной международной ассоциации поставщиков оборудования и материалов для полупроводниковых производств. Отреагировал он в том духе, что, мол, по его мнению, производителям микросхем стоит больше думать не о подложках диаметром 450 мм, а о том, как эффективнее организовать производство с использованием подложек 300 мм. А чуть позже консалтинговая компания Wright Williams & Kelly (WWK) обнародовала результаты проведенного ею опроса специалистов полупроводниковой отрасли, согласно которым почти 40% респондентов ответили, что переход на 450-миллиметровые подложки не должен произойти никогда.

Все это, однако, нисколько не смутило консорциум SEMATECH, объединяющий лидеров полупроводниковой индустрии во главе с Intel, и его «боевой авангард» ISMI (International SEMATECH Manufacturing Initiative). От SEMI, конечно, так просто не отмахнешься — эта организация крепко держит в своих руках механизмы стандартизации ключевых технологических элементов полупроводниковых производств (в частности, тех же самых подложек). Но с другой-то стороны, 50% мирового рынка микросхем, принадлежащие компаниям–участницам SEMATECH, тоже что-нибудь да значат. А ведь SEMATECH — это еще и HP — крупнейший в мире покупатель микросхем. Так неужели поставщики оборудования и материалов, которых представляет SEMI, откажутся от продолжения диалога со своими наиболее могущественными в финансовом плане заказчиками? Разумеется, нет.

Все упирается в Applied Materials?

Продолжение диалога состоялось в рамках летней выставки SEMICON West — лучшего места, наверное, было и не найти. Организатором этой выставки выступает SEMI, а сама она является главным ежегодным смотром достижений в области оборудования и материалов для полупроводниковых производств. Но если время и место встречи были выбраны удачно, то ее содержание оказалось, мягко выражаясь, сомнительным. О том, что в рамках проекта ISMI инициирована программа подготовки отрасли к переходу на подложки диаметром 450 мм, было объявлено, можно сказать, в одностороннем порядке. Да, в ходе SEMICON West некоторыми компаниями демонстрировались прототипы оборудования для работы с 450-миллиметровыми подложками, но в целом сообщество поставщиков было, что называется, поставлено перед свершившимся фактом.

Не обошлось, впрочем, и без небольшого реверанса в адрес Майерса и тех, кто разделяет его позицию. Было заявлено, что параллельно с программой, призванной обеспечить отрасль 450-миллиметровыми подложками, в рамках ISMI будет также развиваться и совершенствоваться программа 300mm Prime, ставящая своей целью повышение эффективности нынешнего поколения полупроводниковых производств. Не очень верится, честно говоря, что таким нехитрым маневром в ISMI могли всерьез рассчитывать сбить с толку своих партнеров по диалогу и добиться «пакетного» одобрения сразу двух программ. Речь, скорее, могла идти о попытке этим несколько смягчить ответную реакцию.

В результате реакции не последовало вообще. Партнеры взяли тайм-аут вплоть до сентябрьской региональной выставки SEMICON Taiwan. В Тайбэе генеральный менеджер Applied Materials Санджив Миттал подчеркнул исключительную важность работ по программе 300mm Prime и… вновь заявил об отсутствии у его компании каких бы то ни было программ и исследований, связанных с подложками диаметром 450 мм (вновь — поскольку прежде это делали и другие представители Applied Materials, в том числе однажды это уже случилось в ходе SEMICON Taiwan, в 2006 году). Причина — для большинства заказчиков производить микросхемы с использованием таких подложек, полагают в Applied Materials, было бы невыгодно. В зале в этот момент присутствовали представители компании TSMC, и у них было несколько иное мнение по предмету дискуссии. Но Миттал дал понять, что дружной коалицией участников SEMATECH (а TSMC также входит в этот консорциум) список заказчиков Applied Materials вовсе не ограничивается.

Что такое Applied Materials? «Всего лишь» крупнейший в мире поставщик оборудования для полупроводниковых производств — системы послойного атомного осаждения (ALD), физического (PVD) и химического (CVD) осаждения из паровой фазы, химико-механической планаризации (CMP), электрохимического нанесения покрытий, ионной имплантации, травления, обнаружения дефектов и т.д. С позицией Applied Materials сегодня приходится считаться и Intel, и другим мировым лидерам полупроводниковой индустрии. Не случайно аналитики не раз высказывались в том смысле, что столь масштабные начинания, как внедрение нового стандарта подложек, в современной полупроводниковой индустрии зависят в первую очередь от Applied Materials.

Почему Applied Materials против? Казалось бы, что мешает Intel или SEMATECH напрямую договориться с этой компанией? Ведь даже президентом Applied Materials сейчас является Майкл Сплинтер, проработавший почти два десятка лет в… Intel, где перед своим уходом он занимал пост исполнительного вице-президента и директора по продажам и маркетингу, а до того возглавлял подразделение Intel Technology and Manufacturing Group.

Липовый доктор с роялем в кустах

В конце 2007 года на сайте Fabtech.org появились выдержки из любопытного документа «для внутреннего пользования», поступившего в редакцию, как было сказано, из анонимного источника в сообществе поставщиков оборудования и материалов для полупроводниковой индустрии. Местом получения по легенде стал симпозиум ISMI, проходивший в конце октября в Остине. Автор произведения также пожелал сохранить инкогнито, скрыв от коллег свое настоящее имя под псевдонимом «Доктор Лестер Фенортнер». Если бы к тому времени в индустрии продолжалась активная публичная дискуссия о подложках диаметром 450 мм, этот вымышленный персонаж сомнительного происхождения с большой вероятностью даже не появился бы на свет. Но поскольку к публичной дискуссии оппоненты к тому времени охладели, предпочитая ей более интимный формат жесткого диалога при закрытых дверях, прорвавшаяся наружу небольшая часть этого диалога фактически подвела итог всему, что индустрия сумела породить в предметной области за минувший год.

Сам «доктор» не раскрыл каких-то особых тайн и вселенских интриг, не принялся раздавать налево и направо уничижительные эпитеты, а только лишь подсказал несколько простых ответов на сложные вопросы.

Действительно, к чему все эти пышные речи о судьбах индустрии, когда в конечном итоге все упирается во взаимоотношения заказчика и поставщика? Переход на использование подложек диаметром 450 мм начнется тогда, когда об этом договорятся производитель микросхем и поставщик оборудования для производства микросхем. Не раньше и не позже. «Вы хотите, чтобы я поверил в то, что Applied Materials печется о благополучии полупроводниковой индустрии больше, чем о своем собственном? Гарантия сохранности бизнеса Applied Materials не является предметом ответственности заказчиков», — пишет «Фенортнер».

Это простой ответ на вопрос о том, почему Applied Materials выступает против подложек диаметром 450 мм. Потому что инвестиции в создание оборудования для работы с ними могут не окупиться. Но, казалось бы, чем уж так опасен подобный вывод, чтобы прятать его под грифом «Для внутреннего пользования» да еще и скрываться под псевдонимом? А вы представьте себе, что это сказано на публике в присутствии большого количества репортеров ежедневных ИТ- и бизнес-изданий. Думаете, что-то удержит волну заголовков типа «Applied Materials рискует вылететь из бизнеса?» А ведь примеры, когда самая успешная компания–производитель оборудования для изготовления микросхем оказывалась за бортом этого бизнеса, в истории уже были.

«Никто не заставляет поставщиков оборудования идти на такие инвестиции. У каждого есть выбор: делать это или нет, — логично продолжает «доктор». — Ведь любой из них может легко сказать: этих инвестиций не будет до тех пор, пока их не возьмете на себя вы, наши заказчики. Неудобство такой ситуации для поставщиков оборудования заключается в том, что кто-то из них может рискнуть вложиться раньше других и опередить их на рынке».

А рынок этот, между прочим, будет консолидироваться, то есть количество производителей микросхем (заказчиков — в терминологии поставщиков оборудования) будет уменьшаться. Чтобы это предполагать, сейчас не нужно быть неуловимым «Фенортнером». Еще полтора года назад об этом говорил президент компании Inotera Чарльз Кау (говорил, кстати, опасаясь за судьбу вверенной ему компании, выпускающей микросхемы оперативной памяти). И такую точку зрения разделяют многие. Согласен с ней и Брюс Сон — президент компании First Solar, выпускающей фотоэлектрические модули на основе теллурида кадмия для систем солнечной энергетики (в прошлом Сон так же, как и Сплинтер, работал в Intel Technology and Manufacturing Group, где отвечал за программу перевода производственных мощностей на использование 300-миллиметровых подложек). Как полагали некоторые эксперты, солнечная энергетика могла бы сгладить какую-то часть негативных последствий консолидации полупроводниковой индустрии, став своего рода резервным рынком если не для оборудования, предназначенного для работы с подложками диаметром 450 мм, то хотя бы для собственно подложек. По мнению Сона, такие надежды необоснованны — толщина этих подложек (см. таблицу «Физические параметры подложек 300 и 450 мм») слишком велика, а цена слишком высока для производителей фотоэлектрических элементов.

Триллеру требуется сценарий

Вообще при нынешнем дефиците поликристаллического кремния производителям подложек приходится жаловаться, скорее, на простои предприятий и перебои с поставками сырья, чем на нехватку спроса. Не только 300-миллиметровые, но и подложки меньших диаметров (200, 150 мм и ниже) на рынке идут практически «на ура». Даже лом использованных подложек, прежде подвергавшийся захоронению, и тот теперь находит применение — после переработки его с радостью забирает себе солнечная энергетика.

Между прочим, кремниевые подложки при определенных обстоятельствах могли бы стать еще одной доходной статьей российского экспорта. Автору этих строк не раз доводилось слышать от представителей международных компаний об их заинтересованности в покупке кремниевых подложек любых размеров где угодно. Россия — даже с ее, мягко говоря, не самым передовым на сегодняшний день производством подложек — многими рассматривается как потенциально очень сильный игрок на этом рынке. Но отношение самой России к своему потенциалу пока остается не вполне ясным.

В такой ситуации, когда спрос превышает предложение, казалось бы, зачем производителям подложек создавать самим себе дополнительные проблемы, расходуя драгоценное сырье (которого и так не в избытке) на большие по размеру и толщине подложки, рынок которых к тому же еще и очень ограничен? Но с другой-то стороны, ведь именно этим компаниям и адресована в первую очередь программа ISMI. И первый результат уже достигнут — в конце октября японская компания Nippon Mining & Metals объявила о завершении разработки образцов 450-миллиметровых подложек, предназначенных для механических тестов, и намерении начать их коммерческие поставки в 2008 году.

Так что же — еще один шаг в заданном направлении сделан, и нам следует ждать, что по мере приближения к 2012 году постепенно образуется идеологически выверенная славная поступь, попутно увеличивая ряды дружно шагающих в ногу с консорциумом SEMATECH и его «боевым авангардом»? Возможно. Но ведь и у тех, кого подобный сценарий не устраивает, еще есть время. В феврале нынешнего года упомянутая выше компания WWK выпустила свой очередной отчет. В нем, в частности, говорится, что на одни только образцы подложек, которые потребуются для выполнения полной программы квалификационного тестирования первых комплектов заводского оборудования, должно быть потрачено 7 млрд долл. — в семь раз больше той суммы, которой в свое время хватило на образцы 300-миллиметровых подложек при аналогичных тестах.

Как было отмечено в редакционном комментарии на сайте Fabtech.org, этот отчет WWK отвечает не на все вопросы, поднятые в ходе дискуссии о новом стандарте подложек, но помогает укрепить аргументы тех, кто пытается остановить или хотя бы ограничить ударную группировку чипмейкеров в ее естественном стремлении определять пути технологического развития и скорость движения по ним. А в самой WWK тем временем обещают продолжать радовать общественность своими отчетами.

Неизбежен возврат к публичному диалогу и главных его участников с обеих сторон. И, надо полагать, к «продолжению банкета» они придут не с пустыми руками, а с новыми идеями — о том, как совместными усилиями все же подтвердить древнюю мудрость, не расплескав при этом столь ценную по нынешним временам субстанцию, как здравый смысл. Наблюдать за этим будет интересно.

Утолщение следует

Первый шаг на пути внедрения стандарта 450 мм — механические испытания подложек на надежность и совместимость с устройствами и механизмами транспортировки, а также симуляционные тесты с различным производственным оборудованием (без применения к подложкам реальных операций технологического процесса изготовления микросхем). Для этого в ISMI предложили использовать тестовые подложки, в основном с теми же геометрическими характеристиками, что зафиксированы в стандарте SEMI для подложек диаметром 300 мм, за исключением толщины. С первоначальной оценкой толщины (825 микрон), вероятнее всего, придется расстаться как минимум на данном этапе, хотя это и утяжелит подложки, и сделает их дороже. По словам представителей ISMI, утолщение до 1 мм снизит риск поломок при проведении механических тестов, в чем в первую очередь заинтересованы производители подложек. В дальнейшем, в ISMI полагают, что толщина будет все же уменьшаться. До какого значения? Этот вопрос пока остается открытым. Например, научный сотрудник Intel Майк Голдстайн, возглавляющий разработку технических требований к тестовым подложкам диаметром 450 мм в рамках рабочей группы при профильном комитете SEMI, заявил некоторое время назад, что он считает оптимальной толщину 925 микрон.

Переход на подложки диаметром 450 мм

        Пионеры внедрения

  1. Intel (США)
  2. Samsung (Южная Корея)
  3. Toshiba (Япония)
  4. TSMC (Тайвань)
  5. Hynix (Южная Корея)

    Последуют позже
  6. Powerchip Semiconductor (Тайвань)
  7. Qimonda (Германия)
  8. ProMOS Technologies (Тайвань)
  9. Elpida Memory (Япония)
  10. Nanya Technology (Тайвань)
  11. UMC (Тайвань)
  12. Micron Technology (США)
  13. SMIC (Китай)
  14. Chartered Semiconductor Manufacturing (Сингапур)
  15. IBM (США)

Источник: IC Insights, октябрь 2007.

Гонка с выбыванием

В октябре прошлого года аналитики IC Insights обнародовали список компаний, которые, по их мнению, в конечном итоге смогут осилить затраты, связанные со строительством и вводом в эксплуатацию предприятий по обработке 450-миллиметровых кремниевых подложек. В нем присутствует всего 15 компаний, из них пять тайваньских (в том числе три производителя чипов памяти — Powerchip, Nanya и ProMOS), три американских, по две японских и корейских, по одной сингапурской, китайской и немецкой. Обращает на себя внимание отсутствие в этом списке компании AMD — единственного реального конкурента Intel на рынке микропроцессоров. С тем, что у AMD могут быть проблемы с переходом на подложки большего размера, согласен и таинственный «Доктор Фенортнер». По его словам, это может быть одной из причин, объясняющих заинтересованность Intel в ускоренном внедрении нового стандарта.

Под номерами 1 и 2 в списке IC Insights значатся Intel и Samsung. Президент компании First Solar Брюс Сон разделяет такой подход к ранжированию. В его персональном рейтинге эти две компании также фигурируют в качестве наиболее вероятных кандидатов на постройку первого в мире предприятия по обработке 450-миллиметровых подложек. Сценарий Intel, согласно которому такое предприятие может появиться уже в 2012 году, Сон считает трудноосуществимым. Сам он придерживается мнения, что это должно произойти примерно в 2016 году.

Не только 300-миллиметровые, но и подложки меньших диаметров на рынке идут практически «на ура». Между прочим, подложки вполне могли бы стать еще одной доходной статьей российского экспорта. Россия — даже с ее не самым передовым на сегодняшний день кремниевым производством — в полупроводниковой индустрии многими рассматривается как потенциально очень сильный игрок на этом рынке. Но отношение самой России к своему потенциалу пока остается не вполне ясным.