1. Наименование проекта:

Разработка трех процессных модулей для кластерного оборудования на основе универсального масштабированного источника плазмы.

2. Цель проекта:

Создание и коммерциализация трех процессных модулей и реализуемых на них технологических процессов вакуумной ионно-плазменной обработки в составе опытно-промышленного образца кластерной установки, содержащей также загрузочный и транспортный модули.

3. Наименование Соискателя:

Общество с ограниченной ответственностью «Перспективные плазменные технологии», сокращенно ООО «ППТ».

4. Направление, к которому относится проект:

Ядерные технологии в пунктах: 2.27, 2.29 и 2.4.14.

5. Краткое резюме проекта:

Соискатель является дочерним предприятием компании ООО «ЭСТО-Вакуум», имеющей большой опыт разработки и изготовления промышленного вакуумного ионно-плазменного оборудования и являющейся держателем патентов на конструкцию универсального масштабированного источника плазмы высокой плотности. ООО «ЭСТО-Вакуум» совместно с ОАО «РОСНАНО» проводит разработку и изготовление загрузочного и транспортного модулей кластерной установки. Соискатель намерен использовать указанную разработку, а также опыт и патенты компании ООО «ЭСТО-Вакуум» для реализации основной цели проекта: создания и коммерциализации трех процессных модулей и реализуемых на них технологических процессов вакуумной ионно-плазменной обработки в составе опытно-промышленного образца кластерной установки.

6. Контактное лицо по проекту:

хххх

ПРОБЛЕМА И РЕШЕНИЕ

7. Проблема, на решение которой направлен проект:

Для уменьшения затрат на разработку и изготовление нового поколения специального технологического оборудования (СТО), ученые, инженеры и конструкторы базируются на следующих прогрессивных принципах [1-3]:

- оборудование должно быть кластерным, содержащим универсальные камеры загрузки-выгрузки пластин и процессные модули, пристыкованные к универсальному транспортному модулю, с объединенной вакуумной системой и системой управления;

- количество процессных модулей должно соответствовать числу операций, необходимых для формирования законченной системы или узла микросхемы или прибора, например, системы металлизации или узла затворов МОП-транзисторов;

- типичный процессный модуль, часто называемый реактором, состоит из источника обработки (химического, электрохимического, термического, фотонного, ионного или плазменного), узла подложкодержателя, на котором закрепляется и обрабатывается пластина, и камеры, обычно цилиндрической формы, на которой источник обработки и подложкодержатель крепятся, и которая также может содержать элементы для обеспечения равномерности обработки по пластине;

- источник (система) обработки должен обладать максимальной эффективностью использования энергии, т.е. затрачивать минимальное количество энергии и энергоносителей для обработки одной пластины.

Естественно, что чем больше технологических операций может выполнять источник обработки, чем проще он может масштабироваться для обработки все больших пластин, и чем меньше он будет потреблять энергии на процесс обработки, тем дешевле будет разработка и изготовление нового поколения СТО.

В настоящее время все ведущие компании по изготовлению производственного оборудования ведут НИОКР по созданию универсальных (обеспечивающих проведение максимально возможного набора технологических операций), масштабируемых до диаметра пластин 450 мм и энергосберегающих источников для химической, электрохимической, термической, фотонной, ионной и плазменной обработки. В частности разработку источников для вакуумной ионно-плазменной обработки пластин диаметром до 450 мм на базе систем с генерацией плазмы высокой плотности (ПВП) (high density plasma – HDP) ведут компании Applied Materials, Hitachi, TEL и Mattson [4,5].

На современном этапе развития промышленное кластерное оборудование, состоящее из транспортной камеры, на которой смонтированы загрузочные камеры и набор процессных модулей, реализующих процессы ионно-плазменной обработки на пластинах (подложках) диаметром 200 мм и 300 мм, (последовательно в каждом из них, без развакуумирования и, следовательно, исключая контакт изделий с атмосферой) является основой нанотехнологий в ведущих странах мира [1,2].

Стоимость современного кластерного оборудования с (3 – 5) процессными модулями составляет 3,0 – 4,5 млн. долларов США, причем, стоимость модулей составляет, обычно (60 - 75) % от стоимости установки. Разработка же таких модулей, снабженных специальными «инструментами» для обработки изделий (химической, электрохимической, термической, фотонной, ионной или плазменной и др.) является наиболее наукоемкой и затратной областью в разработке кластерного оборудования.

В настоящее время Россия не производит промышленное кластерное оборудование для реализации процессов ионно-плазменной обработки материалов и функциональных слоев, в частности, для производства интегральных микросхем (ИМС), что способствует ее хроническому отставанию в области нанотехнологий.

Актуальность заявленной проблемы подтверждается следующими исследованиями и материалами:

1. Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology / edited by Y. Nishi and R. Doering, Marcell Dekker Inc., N.Y., USA, Second Edition, 2008. - 1722 pp.

2. Киреев В.Ю. Введение в технологии микроэлектроники и нанотехнологии. – М.:ФГУП «ЦНИИХМ», 2008. – 432 с.

3. Докторская диссертация Симакина С.В. «Разработка неразрушающих методов контроля ионно-плазменных процессов формирования тонкопленочных структур и элементов оборудования для создания устройств электронной техники» по специальности 05.27.06 – «технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники», Москва, МИСИС, 2009, - 382 с.

4. Intel призвала кооперироваться для перехода на 450-мм пластины. - http://www.findsoft.ru/articl_text.php?vidd=18836&clase=1&subclase=16.

5. Yang Y., Kushner V.J. 450 mm dual frequency capacitively coupled plasma sources: conventional graded and segmented electrodes. - J. Appl. Phys. 108, 11, 3306 (2010).

8. Решение описанной проблемы в проекте и суть инновационности подхода

Для исправления ситуации, компания «ЭСТО-Вакуум», которая является одним из ведущих производителей промышленного вакуумного оборудования для процессов ионно-плазменной обработки материалов для микроэлектроники и других областей производства [6], запланировала приступить к разработке и промышленному производству отечественного кластерного оборудования.

По результатам инвестиционного соглашения, ОАО «РОСНАНО» внесло в уставный фонд компании ООО «ЭСТО-Вакуум» около 200 млн. рублей, на развитие компании: увеличение производства оборудования, расширение производственных площадей, развитие инфраструктуры и, частично, в рамках расширения производства,- на разработку новых моделей промышленного оборудования для вакуумной ионно-плазменной обработки.

Из-за больших объемов финансовых затрат на создание опытно-промышленного образца современного отечественного кластерного оборудования, было решено, в рамках компании «ЭСТО-Вакуум», используя привлеченные средства «РОСНАНО», разработать транспортный и загрузочный модули, аппаратно-программное обеспечение для всей установки и провести подготовку опытно-промышленного образца кластерной установки к серийному производству, а разработку, изготовление, исследования, технологические испытания и коммерциализацию трех процессных модулей для нее на основе запатентованного источника плазмы разработать на условии софинансирования инновационным центром «Сколково».

Для этого компания «ЭСТО-Вакуум» создало дочернее предприятие ООО «ППТ», которому планируется передача всех патентов и другой интеллектуальной собственности на универсальный масштабированный источник плазмы после получения им статуса участника (резидента) инновационного центра «Сколково».

В рамках проекта с инновационным центром «Сколково» ООО «ППТ планирует выполнить следующие работы:

а) Разработка модели и проведение математического моделирования конструкции источника плазмы для обработки подложек (пластин) диаметром 200 мм с неравномерностью не более ±5 %.

б) Разработка, изготовление, исследования, технологические испытания и коммерциализация трех процессных модулей на основе универсального масштабированного источника плазмы, реализующих следующие процессы вакуумной ионно-плазменной обработки:

- процессный модуль №1 - технологические процессы нанесения покрытий и функциональных слоев на подложки с помощью ионного распыления мишеней;

- процессный модуль №2 - технологические процессы высокоразрешающего (анизотропного) травления неорганических функциональных слоев и органических маскирующих покрытий на подложках;

- процессный модуль №3 - технологические процессы удаления органических маскирующих покрытий и очистки поверхности подложек.

в) Программная, вакуумная и механическая стыковка разработанных модулей с транспортной камерой опытно-промышленного образца кластерной установки, изготовленной в рамках проекта между ОАО «РОСНАНО» и компании «ЭСТО-Вакуум», и проведение в ее составе указанных технологических процессов вакуумной ионно-плазменной обработки подложек диаметром 200 мм с неравномерностью не более ±5 %.

Неравномерность обработки не более ±5 % по диаметру (площади) пластины (подложки) удовлетворяет 99 % рыночных запросов на процессы вакуумной ионно-плазменной обработки. Только 1 % потребностей мирового рынка, связанных с изготовлением прецизионных фотошаблонов и зеркал для рентгеновской оптики, требует неравномерности обработки не более ±1 % по площади подложки. Стоимость оборудования, обеспечивающего неравномерность обработки не более ±1 % по площади подложки, в (1,8 – 2,0) раза выше, чем оборудования с неравномерностью обработки не более ±5 %.

г) Проведение проверки и доработки модели, математическое моделирование, разработка и изготовление макета масштабированного под диаметр обработки до 450 мм источника плазмы, проведение его исследований и испытаний на экспериментальном стенде с целью выявления его возможностей для обработки с неравномерностью ±5 %.

Суть инновации проекта заключается в том, что:

- процессные модули опытно-промышленного образца кластерной установки для реализации процессов ионно-плазменного осаждения, травления и очистки материалов изготавливаются на основе запатентованного и обладающего новизной и конкурентными преимуществами перед мировыми аналогами источника плазмы высокой плотности [7];

- и в каждом процессном модуле реализуется оптимальный конструктивный вариант источника плазмы для более эффективного проведения технологического процесса обработки (нанесения, травления или очистки) подложек потоками различных частиц, генерируемых с помощью уникального источника плазмы [8,9].

6. Сайт компании ООО «ЭСТО-Вакуум» - www.esto-vacuum.ru.

7. Е. Берлин, В. Киреев, Д. Челапкин. Специальное технологическое оборудование для производства микросхем. Критерии эффективности и конкурентоспособности. – Электроника НТБ, 2011, №6, с. 94 – 103.

8. Патент РФ №2171555 от 06.03.2000 г.

9. Патент РФ №2285742 от 27.07.2004 г.

9. Основные технологические и рыночные тренды в рассматриваемой отрасли

Необходимость увеличения скорости обработки (нанесения, травления или очистки) материалов, т.е. плотности ионного тока на мишень или подложку, а также повышения разрешающей способности (анизотропии) и качества обработки функциональных слоев, привели к замене в последнее десятилетие традиционных систем (источников) плазмы, таких как ВЧ емкостная и магнетронная системы, работающих при давлениях в диапазоне (5,0 – 50) Па, на источники плазмы высокой плотности (> 10¹¹ см^-3), создаваемой при давлениях менее 1 Па [7].

До кризиса 2008 г. темпы роста мирового рынка технологического оборудования для реализации процессов микроэлектроники составляли (10 – 12)% в год при объеме рынка 40,6 млрд. долларов в 2006 году. При этом темпы роста кластерного технологического оборудования для реализации вакуумных ионно-плазменных процессов (с плазмой высокой плотности) были значительно выше [10].

В 2008 г. объем мирового рынка технологического оборудования для реализации процессов микроэлектроники снизился примерно на 30%. Однако в 2009 – 2011 гг. объем мирового рынка микроэлектронного технологического оборудования снова стал расти с темпами (5 – 7)% в год [11].

Ссылки на исследования и материалы:

10. Гольцова М. Рынок технологического оборудования: цунами налетел. – Электроника НТБ, 2009, № 3, с. 72 – 73.

11. World News: Business Trends. Solid State Technology, July 2011, p. 8 -10.

Ссылки на имеющие непосредственное отношение к проекту российские патенты:

Соискатель является дочерним предприятием компании ООО «ЭСТО-Вакуум», которая является держателем патентов на конструкции универсального, масштабируемого и энергосберегающего источника плазмы высокой плотности (ПВП) для реализации процессов реактивного ионного травления и модификации слоев материалов [8] и для реализации процессов нанесения слоев материала методом ионного распыления [9]. Компания ООО «ЭСТО-Вакуум» готова передать соискателю права на указанные патенты на безвозмездной основе после получения соискателем статуса участника (резидента) инновационного центра «Сколково».

10. Обоснование актуальности проекта

Промышленное кластерное оборудование, реализующее процессы ионно-плазменной обработки на пластинах (подложках) диаметром 200 мм и 300 мм, является основой нанотехнологий в области производства основных изделий микроэлектроники, микроэлектромеханических систем, фото и оптоэлектроники, квантовой и молекулярной электроники в ведущих странах мира [1,2].

Анализ рынка вакуумного ионно-плазменного СТО и реализуемых на нем технологических процессов [12], показал:

- в настоящее время в России отсутствует отечественное промышленное кластерное оборудование для реализации процессов ионно-плазменной обработки материалов и функциональных слоев ИМС;

- ведущие в области микроэлектроники российские предприятия работают на пластинах (подложках) диаметром (150 – 200) мм и требуют неравномерности обработки не более ±5 % по диаметру (площади) пластины (подложки);

- 30 % объема промышленного СТО на базе однокамерных автономных установок для вакуумной ионно-плазменной обработки выпускает компания «ЭСТО-Вакуум»;

- отечественным, запатентованным в ведущих странах мира, универсальным и энергосберегающим плазменным источником обладает компания «ЭСТО-Вакуум», которая на его основе выпускает автономные однокамерные и шлюзовые установки травления, очистки и осаждения функциональных слоев «Caroline PE12», «Caroline PE15» и «Caroline PECVD12» [6,13].

Проведенные лабораторные испытания запатентованного плазменного источника компания «ЭСТО-Вакуум» [8,9] на базе плоской высокочастотной (ВЧ) системы с трансформаторно-связанной плазмой (ТСП) показали [7], что по параметру энергетической эффективности, т.е. по степени преобразования приложенной мощности в используемый для обработки подложек ионный ток, он превосходит в (3,0 – 4,0) раза все известные по литературным данным иностранные и отечественные ВЧ системы (источники) генерации плазмы высокой плотности.

Таким образом, разрабатываемая кластерная установка с тремя процессными модулями (рабочими камерами) на основе универсального, масштабируемого и энергосберегающего источника плазмы высокой плотности для реализации технологических процессов вакуумного ионно-плазменного нанесения, травления и очистки будет конкурентоспособна на мировом рынке специального технологического оборудования, и иметь широкую сферу сбыта в России, где такое оборудование отсутствует, а в ближайшем будущем и за рубежом. Кроме того, с помощью разрабатываемых трех процессных модулей может быть реализована большая группа уникальных, высокоразрешающих и энергосберегающих технологических процессов нанесения, травления и очистки материалов и функциональных слоев.

-Маркетинговое исследование «Рынок услуг и оборудования по нанесению PVD и CVD покрытий», ОАО «Роснано».

- Е. Берлин, С. Двинин, Н. Морозовский и др. Реактивное ионно-плазменное травление и осаждение. Установка «Каролина 15». – Электроника: НТБ, 2003, №2, с. 54 – 56.

ТЕХНОЛОГИЯ И НАПРАВЛЕНИЕ ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

11. Описание базовой технологии и направления Прикладных Исследований.

Проведенные лабораторные исследования технологических возможностей плазменного источника показали, что он может быть использован для реализации следующих процессов обработки [6,13]:

- нанесение различных покрытий и функциональных слоев;

- очистка, модификация и имплантация поверхности различных материалов с целью придания им требуемых физико-химических свойств;

- высокоразрешающее (с субстананометровым разрешением) травление и проявление различных материалов в маршрутах современной фотолитографии и наноимпринт литографии;

- глубокое реактивное ионное травление в маршрутах микро- и наноприборов с трехмерной интеграцией;

- выше перечисленные технологические процессы могут быть реализованы для обработки кремниевых пластин различных диаметров вплоть до 450 мм.

Для использования плазменного источника в процессных модулях опытно-промышленного образца кластерной установки планируется провести следующие прикладные исследования:

- разработка модели и проведение математического моделирования конструкции источника плазмы для обработки подложек (пластин) диаметром 200 мм с неравномерностью не более ±5 %.

- конструкционная специализация процессного модуля №1 под процессы нанесения с помощью ионного распыления мишеней, а также исследование и отработка на нем технологических процессов нанесения покрытий и функциональных слоев на подложки диаметром 200 мм с неравномерностью ±5 %;

- конструкционная специализация процессного модуля №2 под процессы реактивного ионного травления, а также исследование и отработка на нем технологических процессов высокоразрешающего (анизотропного) травления неорганических функциональных слоев и органических маскирующих покрытий на подложки диаметром 200 мм с неравномерностью ±5 %;

- конструкционная специализация процессного модуля №3 под процессы удаления органических масок и очистки подложек, а также исследование и отработка на нем технологических процессов удаления органических маскирующих покрытий и очистки поверхности подложек диаметром 200 мм с неравномерностью ±5 %;

- проведение математического моделирования и технологических испытаний на экспериментальном стенде макета масштабированного под диаметр обработки до 450 мм источника плазмы с целью выявления его возможностей для обработки с неравномерностью ±5 %.

Проведение исследования и технологических испытаний процессного модуля №1 для реализации процессов нанесения функциональных слоев на подложки методом ионного распыления мишеней включает:

1.1. Измерение равномерности параметров плазмы аргона около распыляемой мишени с помощью зондов Лэнгмюра.

1.2. Измерение равномерности параметров плазмы аргона около распыляемой мишени с помощью оптического спектрометра.

1.3. Измерение ионного тока на мишень и распределения его плотности по поверхности мишени.

1.4. Измерение скорости и равномерности ионного распыления мишени и исследование влияния на них различных операционных и конструкционных параметров.

1.5. Измерение скорости и равномерности нанесения распыленного материала на подложку и исследование влияния на них различных операционных и конструкционных параметров.

1.6. Исследования равномерности толщины наносимых пленок на рельефные структуры с различным аспектным отношением.

1.7. Исследования структуры пленок, наносимых методом ионного распыления мишеней.

1.8. Измерение электрофизических и механических свойств пленок, наносимых методом ионного распыления мишеней.

Проведение исследования и технологических испытаний процессного модуля №2 для реализации процессов высокоразрешающего (анизотропного) реактивного ионного травления неорганических функциональных слоев и органических маскирующих покрытий включает:

2.1. Измерение равномерности параметров плазмы рабочих газов около подложкодержателя с помощью зондов Лэнгмюра.

2.2. Измерение равномерности параметров плазмы рабочих газов около подложкодержателя с помощью оптического спектрометра.

2.3. Измерение ионного тока на подложкодержатель и распределения его плотности по поверхности подложкодержателя.

2.4. Измерение скорости, равномерности и селективности процессов реактивного ионного травления материалов подложек, функциональных слоев и органических маскирующих покрытий и исследование влияния на них различных операционных и конструкционных параметров.

2.5. Измерение анизотропии реактивного ионного травления микроструктур функциональных слоев и органических маскирующих покрытий и исследование влияния на них различных операционных и конструкционных параметров.

2.6. Исследования привносимой дефектности процессов реактивного ионного травления материалов подложек, функциональных слоев и органических маскирующих покрытий.

2.7. Исследования изменения спектрального состава плазмы в процессе травления и стравливания функциональных слоев.

2.8. Разработка метода контроля момента окончания процессов реактивного ионного травления функциональных слоев с помощью оптической спектроскопии плазмы.

Проведение исследования и технологических испытаний процессного модуля №3 для реализации процессов плазмохимического удаления органических маскирующих покрытий и очистки поверхности подложек включает:

3.1. Измерение равномерности параметров плазмы рабочих газов около подложкодержателя с помощью зондов Лэнгмюра.

3.2. Измерение равномерности параметров плазмы рабочих газов около подложкодержателя с помощью оптического спектрометра.

3.3. Измерение ионного тока на подложкодержатель и распределения его плотности по поверхности подложкодержателя.

3.4. Измерение скорости, равномерности и селективности процессов плазмохимического удаления органических маскирующих покрытий и исследование влияния на них различных операционных и конструкционных параметров.

3.5. Исследования дефектности и загрязнений поверхности подложек после проведения процессов плазмохимической очистки.

3.6. Исследования изменения спектрального состава плазмы в процессе плазмохимического удаления органических маскирующих покрытий.

3.7. Разработка метода контроля момента окончания процессов плазмохимического удаления органических маскирующих покрытий с помощью оптической спектроскопии плазмы.

Проведение исследований и технологических испытаний макета масштабированного под диаметр обработки 450 мм источника плазмы включает:

4.1. Математическое моделирование увеличения узлов плазменного источника для реализации обработки пластин диаметром 450 мм с неравномерностью ±5 %.

4.2. Разработка и изготовление макета увеличенного (масштабированного) плазменного источника под обработку 450 мм пластин.

4.3. Разработка и изготовление вакуумной установки для ее использования в качестве экспериментального стенда для испытаний макета масштабированного плазменного источника.

4.4. Установка макета масштабированного плазменного источника на вакуумную камеру экспериментального стенда, его подключение и запуск.

4.5. Проведение исследования масштабированного плазменного источника согласно пунктам 2.1 – 2.3.

12. Научные публикации членов команды проекта по теме проекта:

a. Е. Берлин, В. Киреев, Д. Челапкин. Специальное технологическое оборудование для производства микросхем. Критерии эффективности и конкурентоспособности. – Электроника НТБ, 2011, №6, с. 94 – 103.

b. Н.И. Синицин, Ю.В. Гуляев, Н.Д. Девятков, Г.В.Торгашов, Ю.А.Григорьев, Ю.Ф.Захарченко, А.И. Жбанов, Л.А. Чернозатонский, С.А. Князев, З.Я. Косаковская, И.Г. Торгашов. «Углеродные нанокластерные структуры – один из материалов эмиссионной электроники будущего» - Радиотехника, 2000, №2, с.9-18.

c. Киреев В.Ю. Введение в технологии микроэлектроники и нанотехнологии. – М.:ФГУП «ЦНИИХМ», 2008. – 432 с.

d. Киреев В., Столяров А. Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы. – Москва: Техносфера, 2006. - 192 с.

e. Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 264 с.

13. Российские патенты, обладателем которых является Соискатель, как дочернее предприятие компании ООО «ЭСТО-Вакуум»:

Берлин Е.В. Высокочастотный газоразрядный источник ионов высокой плотности с низкоимпедансной антенной. - Патент РФ №2171555 от 06.03.2000 г.

Берлин Е.В. Способ нанесения металлического покрытия на диэлектрическую подложку и устройство для его осуществления. - Патент РФ №2285742 от 27.07.2004 г.

СХЕМА КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ

14. Предполагаемые основные направления коммерциализации проекта

1. В результате выполнения проекта будут разработаны, изготовлены, исследованы и технологически испытаны три процессных модулей на основе запатентованного источника плазмы, реализующих следующие процессы вакуумной ионно-плазменной обработки:

- процессный модуль №1 - технологические процессы нанесения покрытий и функциональных слоев на подложки с помощью ионного распыления мишеней;

- процессный модуль №2 - технологические процессы высокоразрешающего (анизотропного) травления неорганических функциональных слоев и органических маскирующих покрытий на подложках;

- процессный модуль №3 - технологические процессы удаления органических маскирующих покрытий и очистки поверхности подложек.

2. Разработанные модули будут программно, вакуумно и механически стыковаться с транспортной камерой опытно-промышленного образца кластерной установки и производить в ее составе указанные технологические процессы вакуумной ионно-плазменной обработки подложек диаметром 200 мм с неравномерностью не более ±5 %.

3. Будет выполнено математическое моделирование, разработан и изготовлен макет масштабированного плазменного источника для обработки пластин диаметром до 450 мм и проведены его технологические испытания с целью выявления возможностей  обработки с неравномерностью не более ±5 %.

Коммерческий эффект от результатов проекта может быть достигнут в результате реализации нескольких стратегий:

- продажа патентов или «ноу-хау» на конструкции плазменных источников под разработанные процессные модули;

- продажа патентов на уникальные и энергосберегающие технологии получения и обработки с помощью источника различных материалов, а именно - на процессы:

• - нанесения материалов с управляемыми электрофизическими свойствами;


• - высокоразрешающего (с субстананометровым разрешением) травления и проявления материалов в маршрутах современной фотолитографии и наноимпринт литографии;


• - очистки поверхности материалов с целью придания им требуемых физико-химических свойств;


• - для обработки кремниевых пластин диаметром 450 мм;

- продажа готовых источников плазмы, как комплектующих изделий под конкретные реакторы и оборудование с соблюдением условий всех регламентирующих процедур (получение патентов, разрешений, лицензий и т.д.);

Наиболее перспективным способом коммерциализации продукта проекта, по мнению соискателя, заключается в изготовлении и продаже специализированных кластерных установок с процессными модулями (реакторами) на основе уникального источника плазмы под требуемые процессы и изделия Заказчиков.

Кроме того, на разных этапах проекта могут быть получены конкретные результаты, которые могут служить и коммерческими продуктами, например модели расчета геометрии и элементов масштабированного источника плазмы под обработку кремниевых пластин диаметром 450 мм.

15. Примеры успешных компаний

По результатам анализа [12] в настоящее время на рынке можно выделить 10 крупных российских производителей оборудования для вакуумной ионно-плазменной обработки, каждый из которых специализируется на (2 – 3) отраслях (областях) потребления. При этом каждый производитель, как правило, выделяет одну отрасль в качестве ключевой.

Особенностью конкурентной среды российского рынка является тот факт, что каждая из компаний, фокусируя свою деятельность на ряде отраслей потребления, не испытывает острой конкуренции в этих отраслях. Этот факт объясняется тем, что даже в пределах одной отрасли потребления, требования, предъявляемые к покрытиям и оборудованию по их нанесению, существенно разнятся, в зависимости от назначения покрытия.

Крупнейшим производителем на рынке является компания «ЭСТО-Вакуум», занимающая долю в 27% среди российских производителей, и долю 15% общем объеме рынка. Второе место разделяют компании Semiteq и ОАО «НИИТМ», занимающие приблизительно по 16% среди российских производителей, и по 9% в общем объеме рынка.

Компания Semiteq специализируется на оборудовании для электронной промышленности и отрасли научных исследований.

ОАО «НИИТМ» также производит установки для электронной промышленности, и, кроме того, специализируется на отрасли декоративных покрытий и оптике.

Третье место занимает компания «Лаборатория 23», занимающая долю в 11% среди российских производителей, и долю 6% общем объеме рынка. Специализация компании - оборудование для исследовательских институтов, инструментальной промышленности, машиностроения и оптики.

За 7 лет существования, в компании «ЭСТО-Вакуум», разработаны и серийно выпускаются 11 моделей высокоавтоматизированных установок семейства «Caroline», для решения технологических задач по вакуумному ионно-плазменному нанесению, травлению и очистке материалов [6]. В соответствии с растущими потребностями рынка компания планирует сделать новый, качественный шаг в разработке и изготовлении вакуумного технологического оборудования – создания кластерной установки на базе уникального источника плазмы. Для полной реализации этого шага соискатель должен разработать, изготовить, исследовать и технологически испытать три процессных модуля для нанесения, травления и очистки материалов в рамках проекта с фондом «Сколково».

КОНКУРИРУЮЩИЕ РЕШЕНИЯ

16. Наиболее близкие аналоги продукта проекта

К аналогам предлагаемого источника плазмы относятся наиболее перспективные системы (источники), генерирующие плазму высокой плотности (концентрация заряженных частиц более 10¹¹ см^-3) при низких (менее 1 Па) давлениях:

Цилиндрическая ВЧ система с индуктивно-связанной плазмой (ИСП) и нейтральным контуром (Япония) по источнику: T. Uchida, S. Hamaguchi. Magnetic neutral loop discharge (NDL) plasmas for surface processing. – J. Phys. D: Appl. Phys., 2008, v.41, p. 3001 – 3022.

Плоская ВЧ система с трансформаторно-связанной плазмой (ТСП) и нейтральным контуром (Германия) по источнику: T. Gans, D.L. Crintea, D. O’Connell. A planar inductively coupled radio-frequency magnetic neutral loop discharge. - J. Phys. D: Appl. Phys., 2007, v.40, p. 4508 – 4514.

Плоская ВЧ система с ТСП без магнитного поля (Франция) по источнику: Рекламный материал фирмы «Alcatel Micro Machining Systems – AMMS» (Франция) на установку травления с плоской ВЧ системой и трансформаторно-связанной плазмой.

ВЧ система на базе цилиндрического геликонного источника (США) по источнику: A. Aanesland, C. Charles, R.W. Boswell et al. Helicon plasma with additional immersed antenna. - J. Phys. D: Appl. Phys., 2004, v.37, p. 1334 – 1341.

ВЧ система на базе плоского геликонного источника (Украина) по источнику: В.М. Слободян, В.Ф. Вирко, Г.С. Кириченко и др. Геликонный разряд, возбуждаемый плоской антенной вдоль магнитного поля. – Труды международного семинара «Импульсные мощные ускорители и технологии», 2003, Харьков, Украина.

Цилиндрическая ВЧ система с ИСП (Великобритания) по источнику: Рекламный материал фирмы «Oxford Instruments Plasma Technology» (Великобритания) на установку травления с цилиндрической ВЧ системой и индуктивно-связанной плазмой.

В результате проведенного анализа [7] технических характеристик указанных выше устройств, было выявлено, что энергетическая эффективность разрабатываемых в рамках предлагаемого проекта систем травления или осаждения материалов на базе уникального источника ПВП будет:

- в 4,16 раза больше, чем японская цилиндрическая ВЧ система с индуктивно-связанной плазмой (ИСП) и нейтральным контуром;

- в 3,52 раза больше, чем американская ВЧ система на базе цилиндрического геликонного источника и чем английская цилиндрическая ВЧ система с ИСП.

За время эксплуатации (срок службы) оборудования, обычно принимаемое за 5 лет, системы травления и нанесения материалов обрабатывают около 10 млн. пластин. Таким образом, один процессный модуль разрабатываемой кластерной установки, по сравнению с японской установкой, за срок службы потратит электроэнергии на 190000 кВт×ч меньше, а по сравнению с американской и английской установками на 176000 кВт×ч, что в денежном выражении составит экономию в десятки миллионов рублей.

Кроме того, высокая энергетическая эффективность разрабатываемых процессных модулей, позволит при одинаковых затратах электроэнергии получать более высокие скорости обработки материалов, а при одинаковых скоростях обработки позволит значительно уменьшить потребление дорогостоящих и агрессивных рабочих газов, что в конечном итоге повысит ресурс и надежность оборудования и даст возможность сэкономить еще около сотни миллионов рублей в течение срока эксплуатации оборудования.

Более подробно сравнительные характеристики предлагаемого источника плазмы и зарубежных аналогов приведены в дополнительном PDF – файле, приложенном к электронной анкете в разделе «Технология и направление прикладных исследований»

17. Характеристики рынка

До кризиса 2008 г. темпы роста мирового рынка технологического оборудования для реализации процессов микроэлектроники составляли (10 – 12)% в год при объеме рынка 40,6 млрд. долларов в 2006 году. При этом темпы роста кластерного технологического оборудования для реализации вакуумных ионно-плазменных процессов (с плазмой высокой плотности) были значительно выше. В 2008 г. объем мирового рынка технологического оборудования для реализации процессов микроэлектроники снизился примерно на 30%. Однако в 2009 – 2011 гг. объем мирового рынка микроэлектронного технологического оборудования снова стал расти с темпами (5 – 7)% в год (смотри исследования и материалы пункта 9).

По характеристикам отечественного рынка вакуумного ионно-плазменного оборудования смотри исследования и материалы пункта 15.

17.1. Характеристики рынка перечисленных аналогичных решений

Потенциальными потребителями процессных модулей кластерного оборудования как разрабатываемых в рамках проекта, так и перечисленных аналогов, могут быть все предприятия, заинтересованные в получении вакуумных установок для напыления, травления, модификации и очистки поверхностей, т.е. обеспечивающих проведение тех технологий, которые используются при изготовлении:

- различных электронных компонентов;

- различных видов датчиков микро- и наноэлектромеханических систем (МЭМС и НЭМС), а также различных устройств микросистемной техники, таких как акселерометры, гироскопы, микроклапана, микроболометры и др.;

- приборов авионики;

- полупроводниковых СВЧ-приборов;

- фильтров и антенных решеток для устройств связи;

- оптических приборов: полупроводниковых лазеров, светодиодов, световодов и др.

В первую очередь – это российские предприятия, разрабатывающие и выпускающие подобные приборы, далее - это европейские предприятия ведущих стран: Англии, Германии, Франции и Италии. А также, безусловно, страны азиатского региона: Индия, Корея, Китай, Тайвань. Тенденции развития мирового рынка специального вакуумного оборудования анализировались в предыдущем разделе.

18. Научные группы, институты и компании, ведущие разработки аналогов продукта проекта:

Научные группы: кафедра «Электроники» физического факультета Московского государственного университета; подразделения Харьковского университета и НАН Украины.

Институты: НИИ Точного Машиностроения (Москва, Россия), НИИ Полупроводникового Машиностроения (Воронеж, Россия), IMEC (Бельгия).

Компании: «Oxford Instruments Plasma Technology» (Великобритания), «Alcatel Micro Machining Systems» (Франция), «Applied Materials» и «Mattson» (США) , «Hitachi» и TEL (Япония).

Разрабатываемые в рамках проекта для кластерного оборудования три процессных модуля на основе универсального источника плазмы высокой плотности (ПВП) будут обладать в (3 – 4 раза) более высокой энергетической эффективностью генерации ионов (отношением ионного тока насыщения на подложкодержатель к подводимой к источнику электрической мощности) по сравнению с известными отечественными и зарубежными аналогами [7].

Поэтому сами процессные модули и эффективные технологические процессы нанесения, травления и очистки материалов, реализованные на них, будет востребованы и конкурентоспособны на мировом и отечественных рынках специального технологического оборудования.

ПАРАМЕТРЫ РЫНКА

19. Укажите рынки, на которых потенциально может быть реализован проект (перечислите страны, регионы, укажите основных потребителей, оцените примерный объем рынка, его динамику, ваше будущее позиционирование на нем).

Анализ тенденций мирового рынка специального вакуумного оборудования проводился в разделе «конкурирующие решения».

Началом формирования российского рынка вакуумного ионно-плазменного оборудования по нанесению с помощью процессов осаждения из физической фазы (physical vapor deposition - PVD) и из химической фазы (chemical vapor deposition – CVD), соответственно PVD и CVD покрытий, а также травления и очистки функциональных слоев, можно считать начало 2000-х годов [12]. В 1990-х годах почти все заказы приходились на исследовательские институты.

В настоящее время рынок можно назвать сформированным, так как области потребления обозначены довольно четко. Тем не менее, потенциал роста объема рынка все еще остается достаточно большим. В период с 2005 по 2011 годы объем рынка в денежном выражении увеличился с 454 млн. руб. в 2005 году до 1330 млн. руб. в 2011 году. Стоит отметить, что в 2008 году объем рынка составил 1016 млн. руб. Снижение объема рынка на 10% в 2009 году объясняется влиянием кризиса, отмеченным многими производителями [12].

В период с 2011 по 2015 совокупный среднегодовой темп роста объема рынка в денежном выражении прогнозируется на уровне 21% и достижение рынком объема в 2634 млн. руб. к 2015 году. Однако, помимо высокой динамики объема, рынок услуг и оборудования по нанесению PVD и CVD покрытий обладает не менее важной характеристикой, такой, как динамика соотношения долей импорта российских производителей. Предпосылкой для оптимистичного прогноза импортозамещения стали декларируемые планы российских производителей по наращиванию объемов производства и продажи оборудования PVD и CVD. Оптимистичный прогноз предполагает увеличение доли до уровня в 89% к 2015 году [12].

Поскольку, на данный момент, никто из российских производителей не заявлял о намерениях провести разработку и изготовление кластерного оборудования для вакуумной ионно-плазменной обработки материалов, мы позиционируем себя в качестве лидеров в секторе российских производителей оборудования подобного класса.

20. Приведите ссылки на соответствующие исследования рынков.

1. Объемы и динамика развития рынка получены по данным компаний – производителей установок для PVD и CVD покрытий, а так же компаний – потребителей данных технологий.

2. Маркетинговое исследование «Рынок услуг и оборудования по нанесению PVD и CVD покрытий», ОАО «Роснанотех» [12].

КОМАНДА       

21. Ключевые члены команды (не менее двух, не более четырех)

Князев Сергей Александрович - руководитель проекта, генеральный директор ООО «Перспективные Плазменные Технологии» (ООО «ППТ»).

Общее руководство проектом, организация, контроль выполнения программ научных, экспериментальных и опытно-конструкторских работ, проведения отчетности.

С 1976 г. по 1995 г. работал в должностях инженера, ведущего инженера, начальника научно-исследовательского сектора, начальника научно-исследовательского отдела в саратовском Научно Исследовательском Технологическом Институте (НИТИ). Основная сфера деятельности: разработка, изготовление, отладка и внедрение различного технологического вакуумного оборудование, а также экспериментальные исследования в области вакуумных и плазменных технологий. В 1997- 2000 г.г. работал ведущим специалистом в институте радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН, саратовский филиал, в области исследования вакуумно-плазменных технологий получения углеродных наноструктурированных материалов и изучения их автоэмиссионных свойств. В 2000-2004 г.г., будучи ведущим специалистом по вакуумно-плазменным процессам напыления, в НИИ «Волга» г. Саратов участвовал в разработке автоэмиссионных планарных индикаторов отображения информации. С 2004 г. по 2011 г. работал главным инженером ООО «Маргус» (С 2010г.- преобразован в ООО «Спектр-Принт»), где основным видом деятельности было изготовление установок магнетронного напыления и оказание услуг по напылению различных покрытий на изделия из пластмасс.

Работы по созданию оборудования для электронно-лучевой сварки, в том числе с электронными пушками с плазменным катодом, работы по созданию оборудования для ионно-плазменного напыления износостойких слоев нитридов титана и циркония на режущий инструмент, разработка оборудования для высоковакуумной электрофизической обработки лазерных гироскопов. Исследовательские работы в области плазменных источников широких электронных и ионных пучков, углеродных наноструктур и автоэмиссионных приборов на их основе. Большой административный опыт по организации работ научно-исследовательских и производственных коллективов.

Образование высшее, в 1976 г. Окончил физфак Саратовского Государственного Университета (СГУ) им. Н.Г. Чернышевского, специальность – физика.

Главный инженер ООО «Маргус» (с 1-го июля 2010 преобразован в ООО «Спектр-Принт») г. Саратов.

i. Н.И. Синицин, Ю.В. Гуляев, Н.Д. Девятков, Г.В.Торгашов, Ю.А.Григорьев, Ю.Ф.Захарченко, А.И. Жбанов, Л.А. Чернозатонский, С.А. Князев, З.Я. Косаковская, И.Г. Торгашов. «Углеродные нанокластерные структуры – один из материалов эмиссионной электроники будущего» - Радиотехника, 2000, №2, с.9-18.

ii. Синицин Н.И., Гуляев Ю.В., Торгашов Г.В., Григорьев Ю.А., Жбанов А.И., Чернозатонский Л.А., Захарченко Ю.Ф., Мусатов А.Л., Глухова О.Е., Князев С.А., Торгашов И.Г. «Полевая эмиссия из углеродных нанотрубок». - Прикладная и нелинейная динамика» Известия высших учебных заведений, 2000, т.8, №1, с.52-63.

iii. Grigoriev Yu.A., Shesterkin V.I., Reihen G.A., Gulyaev Yu.V., Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Knyazev S.A. «Composite FEAs Containing Carbon Nanocluster Films and Monolithic Carbon Structures» // Proc. IVMC'98, Asheville, North Carolina, USA, July 19-24, 1998, p.A12.

iiii. Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Gulyaev Yu.V., Knyazev S.A., Buyanova Z.I.  Experimental investigation of the influence of Si, Mo, Ni, B atom inclusions in carbon nanocluster films on their field emission properties // Proc. IVMC'98, Asheville, North Carolina, USA, July 19-24, 1998, p.A11.

iiiii.  Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Gulyaev Yu.V., Knyazev S.A., Buyanova Z.I., Zhbanov A.I., Glukhova O.E.,