Начиная с 1990-х годов штат Нью-Йорк (США) превратился из региона с проблемной экономикой в ведущий центр исследований и разработок в области нанотехнологий. Это хороший пример того, как отдельная инициатива местных властей может в глобальном масштабе преобразовать высококонкурентную отрасль экономики. Привлекая крупные инвестиции в университетскую R&D инфраструктуру и налаживая эффективное сотрудничество с частным бизнесом и региональными строительными организациями, штат Нью-Йорк сумел изменить конкурентную среду в полупроводниковой промышленности США, вернув в страну значительную часть инвестиционного потока и рабочих мест в этой высокотехнологичной отрасли.
Центром развития полупроводниковых нанотехнологий в Нью-Йорке является филиал Государственного университета штата Нью-Йорк в г. Олбани (SUNY Albany) и входящий в его состав Колледж наноразмерной науки и техники (Colleges of Nanoscale Science and Engineering, CNSE). SUNY – это крупнейший вуз США, насчитывающий 88 000 человек профессорско-преподавательского состава и 468 000 студентов, годовой бюджет университета на НИОКР составляет около 1 млрд. долларов США. Долгосрочные инвестиции штата в исследовательскую инфраструктуру университета позволили ему стать ключевым экономическим драйвером региона и одним из ведущих нанотехнологических центров во всем мире.
На территории университета SUNY-Олбани располагается один из шести высокотехнологичных кластеров штата, созданных для объединения университетских исследований и разработок с региональными инновационными проектами. Формирование таких инновационных кластеров стало возможным благодаря эффективному взаимодействию властей штата, руководства университета и крупного бизнеса.
В результате, с начала 2000-х годов в Нью-Йорке был реализован ряд крупнейших инвестиционных проектов в области высоких технологий, нанотехники и полупроводников, были созданы так называемые «Технологическая долина» — центр наиболее передового полупроводникового производства в мире и «Нанотехнологический коридор» — сеть центров НИОКР в области нанотехнологий, а сам штат Нью-Йорк стали называть Кремниевой долиной XXI века.
Все эти успехи примечательны еще и тем, что главным инициатором и инвестором проектов выступило не федеральное правительство, а руководство штата и высокотехнологичные компании, а их реализация осуществлялась через университет SUNY, региональные строительные организации и местный частный бизнес.
«Технологическая долина» штата Нью-Йорк
«Нанотехнологический коридор» штата Нью-Йорк
США являются родиной полупроводниковой промышленности, и американские полупроводниковые компании занимают лидирующие позиции по уровню технологического развития и доли на мировом рынке. Однако полупроводниковая отрасль сталкивается с постоянными вызовами, так как совершенствование технологии ведет к непрерывному уменьшению размеров полупроводниковых схем вплоть до физических пределов миниатюризации. Из-за этого стоимость разработки и производства резко возрастает: так, стоимость завода по производству полупроводниковых пластин текущего поколения (300 мм) составляет более 3 млрд. долларов, а пластин следующего поколения (450 мм) — до 10 млрд. долларов и выше.
Полупроводниковые компании отвечают на эти вызовы созданием коллабораций и, все чаще, аутсорсингом исследовательских и производственных функций, так как они наиболее затратны и рискованны. Все больше полупроводниковых компаний по всему миру, в том числе в США, работают по принципу fabless, то есть заказывают производство собственных изделий независимым фабрикам (foundry), оказывающим услуги на контрактной основе.
США начали терять свое лидерство в полупроводниковой промышленности с начала 1980-х гг., по мере того как другие государства (прежде всего Япония) стали искать пути развития собственных полупроводниковых отраслей. Тенденция к аутсорсингу исследовательских и производственных функций, ярко проявившаяся в 1990-е гг., была обусловлена созданием в таких странах как Китай, Корея, Израиль и др. собственных полупроводниковых фабрик, готовых принимать заказы американских компаний по значительно более низким ценам за счет низких местных налогов, дешевой рабочей силы и широкой государственной поддержки.
Кроме того, некоторые государства предоставляют американским полупроводниковым компаниям значительные преференции при создании ими местных исследовательских и производственных отделений. Так, в 2005 г. Израиль заключил соглашение с Intel, по которому корпорация построила в г. Кирьят-Гат современное полупроводниковое производство Fab28 (45 нм, 300 мм) в обмен на налоговые преференции на общую сумму 1 млрд. долларов.
Перспективы крупномасштабного переноса полупроводниковых производств и исследовательских центров из США в другие страны, особенно в восточноазиатском регионе, вызывают обоснованную тревогу правительства США, так как несут значительный ущерб безопасности и технологической конкурентоспособности страны. Компетенции НИОКР в области технологического процесса — то есть интеллектуальная собственность и ноу-хау, необходимые для обеспечения работы полупроводникового производства — концентрируются непосредственно вокруг наиболее современных производств. Аутсорсинг таких производств или их полное отсутствие в государстве означает потерю высококвалифицированных кадров и объектов интеллектуальной собственности, без которых невозможно функционирование конкурентоспособной отрасли.
Схожим образом, сложные цепи поставки, обеспечивающие производство пластин и прочие технологические и метрологические функции, также концентрируются непосредственно вокруг фабрик. Очевидно, что данные тенденции имели негативный эффект для экономики США и поставили под удар многие смежные отрасли.
Возрастающее конкурентное давление на американскую полупроводниковую промышленность было умело использовано руководством штата Нью-Йорк для борьбы с экономическим упадком региона в 1990-е годы. По инициативе тогдашнего губернатора штата Джорджа Патаки (George Pataki) была собрана рабочая группа из заинтересованных представителей власти и бизнеса для решения проблемы сокращения рабочих мест в таких традиционных секторах экономики Нью-Йорка, как сталелитейная промышленность, а также в высокотехнологичных компаниях, базирующихся на территории штата: General Electric, Xerox, Kodak.
Разработанная губернаторской рабочей группой стратегия предполагала объединение исследований и разработок, образования и бизнеса вокруг научно-инновационного центра на базе университета. Под влиянием корпорации IBM тематической областью инноваций были выбраны нанотехнологии — то есть возможность манипулирования материей на атомном уровне. Выбор был обусловлен универсальностью нанотехнологий и возможностями их применения в различных областях: связи, электронике, чистой энергии, фармацевтике и медицине, авиации, космосе и в военных применениях. Кроме того, на выбор повлиял активный член рабочей группы ученый-материаловед Ален Калойерос (Alain Kaloyeros), в начале 1990-х занимавший пост профессора в университете SUNY-Олбани [1].
Наиболее очевидной сферой применения нанотехнологий в штате Нью-Йорк стала полупроводниковая промышленность. Уже с 1960-х гг. в г. Фишкил, Нью-Йорк, функционировали полупроводниковые производства корпорации IBM. Несмотря на то что IBM обладала наиболее передовыми возможностями в области микроэлектроники, к 1980 м гг. корпорация признала, что по мере роста затрат и рисков в микроэлектронном производстве вынуждена все больше полагаться на внешние источники поставок и на коллаборацию с иностранными производителями, чтобы обеспечить стабильные поставки современных компонентов для своих электронных продуктов и систем.
IBM активно участвовала во многих государственных и промышленных инициативах по решению растущих технологических проблем и поддержанию стабильной базы поставщиков, способных обеспечивать корпорацию компонентами требуемого качества и объема. Наиболее значительной из таких инициатив стало образование в 1987 г. исследовательского консорциума SEMATECH, созданного для повышения качества и конкурентоспособности полупроводниковой промышленности США.
Организация SEMATECH (SEmiconductor MAnufacturing TECHnology) была создана в 1987 г. как некоммерческий или бесприбыльный консорциум, который выполняет базовые исследования по перспективным направлениям технологии полупроводниковых интегральных схем на стадиях их доконкурентного (не производственного) применения. SEMATECH был создан по инициативе правительства США как партнерство между правительством и 14 американскими полупроводниковыми компаниями с целью обеспечения технологического превосходства полупроводниковой промышленности США над конкурентами из Японии, которая вышла на первое место в мире по объемам производства полупроводниковых приборов в середине 1980-х годов. Для юридического обеспечения работы консорциума SEMATECH в США в 1984 году был принят ряд законодательных актов, в том числе: Semiconductor Chip Protection Act обеспечил защиту интеллектуальной собственности, а National Cooperative Research Act ослабил антитрестовские (антимонопольные) ограничения для совместных предприятий, занятых исследованиями и разработками.
Первоначальными участниками SEMATECH стали 14 крупнейших микроэлектронных компаний США: AT&T Microelectronics, Advanced Micro Devices, IBM, Digital Equipment, Harris Semiconductor, Hewlett-Packard, Intel, LSI Logic, Micron Technology, Motorola, NCR, National Semiconductor, Rockwell International и Texas Instruments. Изначально большинство компаний не проявляли интереса к правительственной инициативе и вошли в состав консорциума под нажимом правительства. Годовой бюджет SEMATECH составил 200 млн. долларов. В течение первых пяти лет половину годового бюджета оплачивало правительство США через Агенство по перспективным исследованиям (DARPA) Министерства обороны. Остальную сумму вносили участники SEMATECH в размере 1% от своего объема продаж. При этом минимальный размер платежа составлял 1 млн. долларов, а максимальный — 15 млн. долларов. Примерно три года постоянно предрекался крах этого консорциума, однако ещё через два года Совет директоров SEMATECH, ощутив выгоду от партнерства, выкупил долю правительства и весь бюджет стал формироваться только из взносов членов SEMATECH.
В 1994 г. было снято ограничение на участие иностранных партнеров, и в консорциум вошли крупнейшие полупроводниковые производители других стран: Infineon (Германия), NEC (Япония), Panasonic (Япония), Samsung (Корея), Toshiba (Япония), TSMC (Тайвань) и др. Члены SEMATECH производят суммарно продукцию, составляющую более 50% мирового объема рынка полупроводниковых ИС. В соответствии со своим статусом, сам SEMATECH не может заниматься проектированием, производством и продажей полупроводниковой продукции. Члены SEMATECH обеспечивают финансовые ресурсы и основной исследовательский персонал для консорциума. Из общей численности штата консорциума в 400 человек 220 человек – это представители участвующих компаний, которые должны были работать от 6 до 30 месяцев в основном исследовательском центре консорциума в г. Остин, штат Техас.
Руководство штата Нью-Йорк искало способы укрепления позиций штата в полупроводниковой области с середины 1980-х гг. При формировании SEMATECH в 1987 г. Нью-Йорк безуспешно пытался стать местом базирования консорциума (вместо него организация обосновалась в Техасе). В 1988 г. по инициативе тогдашнего губернатора Нью-Йорка Марио Куомо (Mario Cuomo) в университете SUNY-Олбани была введена продвинутая программа подготовки по полупроводниковым технологиям. В 1995 г. в образовательную и научную инфраструктуру SUNY-Олбани были сделаны первые серьезные инвестиции. В начале 2000-х было подписано соглашение о сотрудничестве между SUNY-Олбани и IBM для создания не имевшего мировых аналогов центра исследований и прототипирования наноэлектроники на пластинах диаметром 300 мм.
Правительство штата разработало крупномасштабную грантовую программу развития исследовательской инфраструктуры полупроводниковой промышленности, которая была широко поддержана отраслью и в некоторых случаях федеральным правительством:
Создание инфраструктуры НИОКР для многих из этих проектов частично финансировалось за счет частных инвестиций через НКО Fuller Road Management Corporation, частную корпорацию, созданную на базе партнерства Фонда исследований университета штата Нью-Йорк и Фонда университета в Олбани для управления построенными объектами нанотехнологического кластера.
В сентябре 2001 г. губернатор Нью-Йорка Джордж Патаки при участии профессора SUNY-Олбани Алена Калойероса встретился с президентом SEMATECH Робертом Хелмсом (Robert (Bob) Helms), где уговорил его открыть в Нью-Йорке исследовательский центр SEMATECH. Эта сделка, анонсированная в 2002 г., положила начало научно-исследовательскому сотрудничеству между SUNY-Олбани и SEMATECH. По условиям соглашения инвестиции в совместные исследования от штата и SEMATECH составили 160 млн. и 40 млн. долларов соответственно; SUNY-Олбани и SEMATECH вложили 120 млн. долларов в материальном выражении (включая ноу-хау, имевшиеся в распоряжении SEMATECH); IBM инвестировал 100 млн. долларов в оборудование и прочие ресурсы для университета; штат Нью-Йорк дополнительно инвестировал 50 млн. долларов в строительство двух исследовательских лабораторий в Олбани.
Приход в Нью-Йорк в 2000–2002 гг. консорциума SEMATECH и японской компании Tokyo Electron ознаменовал начало стабильного и постоянно увеличивающегося притока компаний-производителей и поставщиков полупроводниковых устройств и оборудования в район г. Олбани. Tokyo Electron и SEMATECH были привлечены прежде всего строительством в университете исследовательского центра полупроводниковых пластин диаметром 300 мм. Состоявшийся в первой половине 2000 х гг. переход полупроводниковой промышленности с пластин диаметром 200 мм на 300 мм позволил значительно сократить стоимость изделий, однако за счет беспрецедентного уровня инвестиций в НИОКР и строительство фабрик. Создание исследовательского центра 300 мм в Олбани дало малым компаниям доступ к оборудованию, которое ранее могли позволить себе только гиганты отрасли. Благодаря полномасштабным инвестициям в научно-исследовательскую инфраструктуру SUNY-Олбани, доступ к которой могут получить другие компании, штату Нью-Йорк удалось собрать в одном месте все ключевые факторы, необходимые для формирования нанотехнологического кластера.
Начиная с 2005 г. инвестиции в район Олбани выросли еще больше. В 2005 г. компания ASML, один из крупнейших в мире производителей полупроводникового технологического оборудования, объявила о 325 млн. долларов инвестиций в Олбани. IBM, Advanced Micro Devices, Micron Technology and Infineon вложили 600 млн. долларов, а штат инвестировал 180 млн. в консорциум INVENT, созданный для интеграции технических возможностей компаний для разработки передовых технологий литографии. В сентябре 2005 г. IBM и Applied Materials совместно инвестировали еще 300 млн. долларов в нанотехнологические НИОКР в Олбани.
В 2006 г. компания AMD заявила о планах строительства завода по производству полупроводниковых пластин стоимостью 3,2 млрд. долларов в округе Саратога, что явилось результатом почти восьмилетних переговоров между компанией и руководством штата. В 2008 г. IBM заключила со штатом Нью-Йорк контракт на 1,6 млрд. долларов, включавший строительство научно-исследовательского центра МЭМС и технологий полупроводникового корпусирования на 675 рабочих мест и общей площадью 12 000 м2. Владеть и управлять центром стал созданный в структуре SUNY-Олбани Колледж наноразмерной науки и техники (CNSE). В 2010 г. консорциум SEMATECH объявил о том, что полностью переводит свою деятельность из г. Остин, Техас, в Олбани.
В результате, в штате Нью-Йорк удалось сформировать нанотехнологический кластер в области нано- и микроэлектроники, практически объединяющий весь технологический цикл разработки и производства новейших полупроводниковых компонентов, включая подготовку специалистов, разработку и производство экспериментальных образцов, их коммерческое производство, разработку и производство необходимых инструментов, оборудования и оснастки.
В 2004 г. в составе SUNY-Олбани был создан Колледж наноразмерной науки и техники (Colleges of Nanoscale Science and Engineering, CNSE), целью которого стала подготовка высококвалифицированных специалистов в области нанотехнологий. Инициатором создания CNSE выступил тогдашний губернатор штата Нью-Йорк Джордж Патаки, который был убежден, что создание колледжа нанотехнологий приведет к формированию высокотехнологичного кластера. Профессорско-преподавательский состав был привлечен из других институтов SUNY и коммерческих компаний, кроме того, CNSE стал привлекать ученых (в том числе из IBM и SEMATECH), работавших на исследовательских позициях в университете. К 2007 г. количество студентов в CNSE составило 120 против изначальных 40, а в штат были привлечены выдающиеся ученые, например, ведущий специалист по углеродным нанотрубкам Джи Унг Ли (Ji Ung Lee) из компании GE Global Research.
Руководство CNSE. В центре — Ален Калойерос, президент и CEO SUNY-Олбани.
В 2006 г. биржевое издание Small Time назвал CNSE «колледжем №1 для изучения нанотехнологий». В 2007 г. консорциум SEMATECH разместил на территории CNSE свою штаб-квартиру, благодаря чему в колледже было построено здание площадью 23 000 м2 и стоимостью 100 млн. $ (NanoFab East). В презентации 2008 г. исполнительный директор SEMATECH Майкл Полкари (Michael R. Polcari) отметил, что, хотя исследовательская деятельность консорциума в Олбани ограничивалась в основном литографией, «в будущем в Олбани будут осуществляться почти все крупные исследовательские проекты SEMATECH, в том числе разработка технологии трехмерных межсоединений». По его словам, «в CNSE сейчас происходит большая часть технологических прорывов, над которыми работают члены SEMATECH, создавая более мощные компьютерные чипы с большей рентабельностью. Колледж нанотехнологий возглавляет передовые исследования в области так называемой крайне-ультрафиолетовой (EUV) литографии, где свет с крайне короткой длиной волны используется для вытравливания на пластине самых миниатюрных компонентов и схем»[2].
К 2015 г. в CNSE обучается более 400 студентов, проходящих обучение по 4 направлениям:
В состав CNSE вошло большое количество исследовательских центров и лабораторий, где сотрудниками факультетов, студентами и представителями коммерческих компаний реализуется множество исследовательских программ. Ниже приводится список лишь некоторых из них:
Ядром CNSE в Олбани является Нанотехнологический комплекс (NanoTech Complex) с площадью материальной базы (учебных, лабораторных и служебных помещений) 120 000 м2. Площадь чистых производственных помещений первого класса составляет 12 500 м2., в них собрано уникальное лабораторное и производственное оборудование, в том числе полностью интегрированная линия по изготовлению пилотных прототипов интегральных микросхем на пластинах диаметром 300 мм и 450 мм. В Нанотехнологическом комплексе CNSE заняты более 4000 ученых, исследователей, инженеров, студентов и преподавателей. Центры и лаборатории CNSE расположены не только внутри нанокластера Олбани, но и за его пределами по всему штату Нью-Йорк (Баффало, Рочестер, Сиракьюз, Канандайгуа, Ютика). Общая стоимость инвестиций в развитие CNSE составляет более 43 млрд. долларов.
Значительны и масштабы интеграции CNSE с промышленными компаниями и корпорациями. Количество корпоративных партнеров CNSE составляет более 300 и включает ведущие мировые компании и консорциумы в области нано- и микроэлектроники: IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung, TSMC, Toshiba, Applied Materials, Tokyo Electron, ASML, Lam Research, SEMATECH, G450C.Все это превращает CNSE в ведущий мировой научно-исследовательский и учебный центр нанотехнологий как по концентрации специалистов, так и по инвестициям в инфраструктуру и объему выполняемых работ.
CNSE принадлежат объекты инфраструктуры не только на территории кампуса в Олбани, но и по всему штату. В таблице ниже приведены основные объекты недвижимости CNSE и доступные в них технологические возможности.
Согласно официальной информации CNSE, нанотехнологический комплекс в Олбани представляет собой полностью интегрированную систему обучения, исследований, разработки и создания прототипов, обеспечивающую стратегическую поддержку корпоративных резидентов комплекса путем координации с государственными органами, акселерации технологий, бизнес-инкубирования, пилотного прототипирования и проведения измерений.
Научно-исследовательская и производственная инфраструктура комплекса обеспечивает полный цикл работ в таких областях как нано- и микроэлектроника, нанофотоника и оптоэлектроника, нано- и микроэлектромеханические системы (НЭМС и МЭМС), наноэнергетика.
Крупнейший в мире полный комплекс оборудования для производства на пластинах диаметром 450 мм:
Участок интегрированной линии для пластин 450 мм.
Производство на пластинах диаметром 300 мм
Технологические процессы:
Сравнение пластины диаметром 300 мм и первой 450 мм-пластины, структурированной методом иммерсионной литографии 193 нм (193i). Июнь 2014.
Производство на пластинах диаметром 100 мм, 150 мм, 200 мм:
Технологические процессы:
Помимо микроэлектронного производства для нужд участников нанокластера, CNSE принимает заказы на изготовление пластин диаметром 200 мм и 300 мм от сторонних организаций, не являющихся резидентами CNSE. В этом случае заявитель должен связаться с вице-президентом CNSE по бизнес-развитию для оценки реализуемости проекта, его примерной длительности и стоимости. В случае принципиального согласия с условиями, заявитель заполняет форму заявления на обработку пластин и направляет ее вместе с технической документацией (топологии, требования к маскам, пластинам, измерениям) в CNSE, где выставляется счет на работы. После этого сторонами подписывается контракт на обработку пластин и проект ставится в очередь на производство.
В сентябре 2011 г. губернатор Эндрю Куомо (Andrew Cuomo) объявил о подписании соглашения между штатом Нью-Йорк и пятью ведущими микроэлектронными предприятиями: IBM, Global Foundries, Samsung, Intel и TSMC о создании в штате Нью-Йорк полупроводникового производства следующего поколения, основанного на пластинах диаметром 450 мм. Штат обязался инвестировать в CNSE 400 млн $ при условии, что бюджетные деньги не будут направлены какой-то отдельной компании консорциума. Пять членов консорциума, в свою очередь, обязались инвестировать совокупно 4 млрд. $.
Созданная структура получила название Глобальный консорциум по разработке и внедрению пластин диаметром 450 мм (Global 450mm Wafer Development and Deployment Consortium, G450C). Штаб-квартира консорциума расположилась на территории нанокластера CNSE в здании NanoFab Xtension, здесь же находится и одна из линий для пластин 450 мм (выход на проектную мощность запланирован в 2016 г.).
Создание консорциума призвано упростить создание в штате Нью-Йорк полупроводниковых производств по технологиям нового поколения на пластинах 450 мм при инвестиционных затратах более 10 млрд. $ на один завод. По прогнозам G450C должен создать в общей сложности 2500 новых высокотехнологичных рабочих мест в штате, а количество созданных рабочих мест в строительной сфере в г. Олбани составило 1500.
Целями G450C является реализация двух проектов:
Участником проектов от CNSE выступает Фонд исследований государственного университета Нью-Йорка (SUNY Research Foundation), от штата Нью-Йорк – Корпорация городского развития штата Нью-Йорк через компанию Empire State Development Corporation (ESDC).
По условиям проекта №1 IBM вкладывает в общей сложности более 3,6 млрд. $ в НИОКР и прототипирование по технологиям 22 нм и 14 нм на трех объектах: на территории нанокластера CNSE в Олбани и на заводах IBM в городах Фишкил и Йорктаун Хайтс.
Инвестиционные обязательства IBM могут выполняться с участием партнеров IBM, производителей и поставщиков оборудования и материалов.
В свою очередь, по условиям соглашения, Фонд (CNSE) обеспечивает ввод в эксплуатацию комплекса NanoFab Xtension (сдан в 2013 г.), предоставляет IBM чистые помещения площадью 1000 м2 и привлекает бюджетное финансирование штата Нью-Йорк (через ESDC) в размере не более 200 млн. $ на 5 лет. Фонд от имени CNSE владеет всеми материально-техническими объектами, инструментами и оборудованием по технологии 22 нм и 14 нм, приобретенными за счет бюджетных средств.
По условиям проекта №2 Фонд (CNSE) предоставляет членам консорциума G450C дополнительные чистые помещения площадью 2300 м2. Для закупки оборудования Фонд привлекает бюджетные средства штата в размере не более 200 млн. $ в срок 5 лет (за искл. материально-технических объектов). Члены консорциума в свою очередь обязуются вложить общих инвестиций на сумму более 825 млн. $. Оборудование и материально-технические объекты для производства на пластинах 450 мм, приобретенные Фондом остаются в собственности Фонда (CNSE) и сдаются в аренду консорциуму за 1$ в год.
Чистые комнаты производства G450C в июне 2015 г.
Согласно инвестиционному соглашению схема финансирования проекта сторонами в 2011–2015 гг. выглядит следующим образом (в сумму инвестиций штата не входит стоимость строительства зданий):
Механизм создания нанокластера CNSE вполне традиционен для американских высокотехнологичных кластеров — крупный университет штата (SUNY) формирует специализированный научный центр (CNSE), который в свою очередь начинает привлекать своими разработками ведущие промышленные компании. Важную роль при этом играет помощь региональных властей — изначально поддержка правительства штата Нью-Йорк шла напрямую через различные формы стратегического развития «своего» университета, а далее — через налоговые льготы, финансирование инфраструктурных проектов и целевые гранты промышленным компаниям.
Ввиду уникального масштаба финансовых и человеческих ресурсов, которые штат Нью-Йорк может привлекать благодаря своему территориально-экономическому положению, применимость модели нанотехнологического развития Нью-Йорка ограничена на уровне прочих штатов США и мелких территориальных единиц других государств. Однако основные принципы данной модели могли бы быть с успехом использованы для решения схожих задач на более широком региональном и общегосударственном уровне, в том числе и в России.
Подготовлено по материалам открытых источников и официальных сайтов упомянутых организаций
[1] Best Practices in State and Regional Innovation Initiatives.Ed. Ch.W.Wessne. Washington D.C. 2013
[2] “SEMATECH Boss Touts NanoCollege Research,” The Times Union May 20, 2008.
Центром развития полупроводниковых нанотехнологий в Нью-Йорке является филиал Государственного университета штата Нью-Йорк в г. Олбани (SUNY Albany) и входящий в его состав Колледж наноразмерной науки и техники (Colleges of Nanoscale Science and Engineering, CNSE). SUNY – это крупнейший вуз США, насчитывающий 88 000 человек профессорско-преподавательского состава и 468 000 студентов, годовой бюджет университета на НИОКР составляет около 1 млрд. долларов США. Долгосрочные инвестиции штата в исследовательскую инфраструктуру университета позволили ему стать ключевым экономическим драйвером региона и одним из ведущих нанотехнологических центров во всем мире.
На территории университета SUNY-Олбани располагается один из шести высокотехнологичных кластеров штата, созданных для объединения университетских исследований и разработок с региональными инновационными проектами. Формирование таких инновационных кластеров стало возможным благодаря эффективному взаимодействию властей штата, руководства университета и крупного бизнеса.
В результате, с начала 2000-х годов в Нью-Йорке был реализован ряд крупнейших инвестиционных проектов в области высоких технологий, нанотехники и полупроводников, были созданы так называемые «Технологическая долина» — центр наиболее передового полупроводникового производства в мире и «Нанотехнологический коридор» — сеть центров НИОКР в области нанотехнологий, а сам штат Нью-Йорк стали называть Кремниевой долиной XXI века.
Все эти успехи примечательны еще и тем, что главным инициатором и инвестором проектов выступило не федеральное правительство, а руководство штата и высокотехнологичные компании, а их реализация осуществлялась через университет SUNY, региональные строительные организации и местный частный бизнес.
«Технологическая долина» штата Нью-Йорк
«Нанотехнологический коридор» штата Нью-Йорк
Полупроводниковая промышленность США: преимущества и вызовы
США являются родиной полупроводниковой промышленности, и американские полупроводниковые компании занимают лидирующие позиции по уровню технологического развития и доли на мировом рынке. Однако полупроводниковая отрасль сталкивается с постоянными вызовами, так как совершенствование технологии ведет к непрерывному уменьшению размеров полупроводниковых схем вплоть до физических пределов миниатюризации. Из-за этого стоимость разработки и производства резко возрастает: так, стоимость завода по производству полупроводниковых пластин текущего поколения (300 мм) составляет более 3 млрд. долларов, а пластин следующего поколения (450 мм) — до 10 млрд. долларов и выше.
Полупроводниковые компании отвечают на эти вызовы созданием коллабораций и, все чаще, аутсорсингом исследовательских и производственных функций, так как они наиболее затратны и рискованны. Все больше полупроводниковых компаний по всему миру, в том числе в США, работают по принципу fabless, то есть заказывают производство собственных изделий независимым фабрикам (foundry), оказывающим услуги на контрактной основе.
США начали терять свое лидерство в полупроводниковой промышленности с начала 1980-х гг., по мере того как другие государства (прежде всего Япония) стали искать пути развития собственных полупроводниковых отраслей. Тенденция к аутсорсингу исследовательских и производственных функций, ярко проявившаяся в 1990-е гг., была обусловлена созданием в таких странах как Китай, Корея, Израиль и др. собственных полупроводниковых фабрик, готовых принимать заказы американских компаний по значительно более низким ценам за счет низких местных налогов, дешевой рабочей силы и широкой государственной поддержки.
Кроме того, некоторые государства предоставляют американским полупроводниковым компаниям значительные преференции при создании ими местных исследовательских и производственных отделений. Так, в 2005 г. Израиль заключил соглашение с Intel, по которому корпорация построила в г. Кирьят-Гат современное полупроводниковое производство Fab28 (45 нм, 300 мм) в обмен на налоговые преференции на общую сумму 1 млрд. долларов.
Перспективы крупномасштабного переноса полупроводниковых производств и исследовательских центров из США в другие страны, особенно в восточноазиатском регионе, вызывают обоснованную тревогу правительства США, так как несут значительный ущерб безопасности и технологической конкурентоспособности страны. Компетенции НИОКР в области технологического процесса — то есть интеллектуальная собственность и ноу-хау, необходимые для обеспечения работы полупроводникового производства — концентрируются непосредственно вокруг наиболее современных производств. Аутсорсинг таких производств или их полное отсутствие в государстве означает потерю высококвалифицированных кадров и объектов интеллектуальной собственности, без которых невозможно функционирование конкурентоспособной отрасли.
Схожим образом, сложные цепи поставки, обеспечивающие производство пластин и прочие технологические и метрологические функции, также концентрируются непосредственно вокруг фабрик. Очевидно, что данные тенденции имели негативный эффект для экономики США и поставили под удар многие смежные отрасли.
Технологические инновации в штате Нью-Йорк
Возрастающее конкурентное давление на американскую полупроводниковую промышленность было умело использовано руководством штата Нью-Йорк для борьбы с экономическим упадком региона в 1990-е годы. По инициативе тогдашнего губернатора штата Джорджа Патаки (George Pataki) была собрана рабочая группа из заинтересованных представителей власти и бизнеса для решения проблемы сокращения рабочих мест в таких традиционных секторах экономики Нью-Йорка, как сталелитейная промышленность, а также в высокотехнологичных компаниях, базирующихся на территории штата: General Electric, Xerox, Kodak.
Разработанная губернаторской рабочей группой стратегия предполагала объединение исследований и разработок, образования и бизнеса вокруг научно-инновационного центра на базе университета. Под влиянием корпорации IBM тематической областью инноваций были выбраны нанотехнологии — то есть возможность манипулирования материей на атомном уровне. Выбор был обусловлен универсальностью нанотехнологий и возможностями их применения в различных областях: связи, электронике, чистой энергии, фармацевтике и медицине, авиации, космосе и в военных применениях. Кроме того, на выбор повлиял активный член рабочей группы ученый-материаловед Ален Калойерос (Alain Kaloyeros), в начале 1990-х занимавший пост профессора в университете SUNY-Олбани [1].
Наиболее очевидной сферой применения нанотехнологий в штате Нью-Йорк стала полупроводниковая промышленность. Уже с 1960-х гг. в г. Фишкил, Нью-Йорк, функционировали полупроводниковые производства корпорации IBM. Несмотря на то что IBM обладала наиболее передовыми возможностями в области микроэлектроники, к 1980 м гг. корпорация признала, что по мере роста затрат и рисков в микроэлектронном производстве вынуждена все больше полагаться на внешние источники поставок и на коллаборацию с иностранными производителями, чтобы обеспечить стабильные поставки современных компонентов для своих электронных продуктов и систем.
IBM активно участвовала во многих государственных и промышленных инициативах по решению растущих технологических проблем и поддержанию стабильной базы поставщиков, способных обеспечивать корпорацию компонентами требуемого качества и объема. Наиболее значительной из таких инициатив стало образование в 1987 г. исследовательского консорциума SEMATECH, созданного для повышения качества и конкурентоспособности полупроводниковой промышленности США.
SEMATECH
Организация SEMATECH (SEmiconductor MAnufacturing TECHnology) была создана в 1987 г. как некоммерческий или бесприбыльный консорциум, который выполняет базовые исследования по перспективным направлениям технологии полупроводниковых интегральных схем на стадиях их доконкурентного (не производственного) применения. SEMATECH был создан по инициативе правительства США как партнерство между правительством и 14 американскими полупроводниковыми компаниями с целью обеспечения технологического превосходства полупроводниковой промышленности США над конкурентами из Японии, которая вышла на первое место в мире по объемам производства полупроводниковых приборов в середине 1980-х годов. Для юридического обеспечения работы консорциума SEMATECH в США в 1984 году был принят ряд законодательных актов, в том числе: Semiconductor Chip Protection Act обеспечил защиту интеллектуальной собственности, а National Cooperative Research Act ослабил антитрестовские (антимонопольные) ограничения для совместных предприятий, занятых исследованиями и разработками.
Первоначальными участниками SEMATECH стали 14 крупнейших микроэлектронных компаний США: AT&T Microelectronics, Advanced Micro Devices, IBM, Digital Equipment, Harris Semiconductor, Hewlett-Packard, Intel, LSI Logic, Micron Technology, Motorola, NCR, National Semiconductor, Rockwell International и Texas Instruments. Изначально большинство компаний не проявляли интереса к правительственной инициативе и вошли в состав консорциума под нажимом правительства. Годовой бюджет SEMATECH составил 200 млн. долларов. В течение первых пяти лет половину годового бюджета оплачивало правительство США через Агенство по перспективным исследованиям (DARPA) Министерства обороны. Остальную сумму вносили участники SEMATECH в размере 1% от своего объема продаж. При этом минимальный размер платежа составлял 1 млн. долларов, а максимальный — 15 млн. долларов. Примерно три года постоянно предрекался крах этого консорциума, однако ещё через два года Совет директоров SEMATECH, ощутив выгоду от партнерства, выкупил долю правительства и весь бюджет стал формироваться только из взносов членов SEMATECH.
В 1994 г. было снято ограничение на участие иностранных партнеров, и в консорциум вошли крупнейшие полупроводниковые производители других стран: Infineon (Германия), NEC (Япония), Panasonic (Япония), Samsung (Корея), Toshiba (Япония), TSMC (Тайвань) и др. Члены SEMATECH производят суммарно продукцию, составляющую более 50% мирового объема рынка полупроводниковых ИС. В соответствии со своим статусом, сам SEMATECH не может заниматься проектированием, производством и продажей полупроводниковой продукции. Члены SEMATECH обеспечивают финансовые ресурсы и основной исследовательский персонал для консорциума. Из общей численности штата консорциума в 400 человек 220 человек – это представители участвующих компаний, которые должны были работать от 6 до 30 месяцев в основном исследовательском центре консорциума в г. Остин, штат Техас.
Руководство штата Нью-Йорк искало способы укрепления позиций штата в полупроводниковой области с середины 1980-х гг. При формировании SEMATECH в 1987 г. Нью-Йорк безуспешно пытался стать местом базирования консорциума (вместо него организация обосновалась в Техасе). В 1988 г. по инициативе тогдашнего губернатора Нью-Йорка Марио Куомо (Mario Cuomo) в университете SUNY-Олбани была введена продвинутая программа подготовки по полупроводниковым технологиям. В 1995 г. в образовательную и научную инфраструктуру SUNY-Олбани были сделаны первые серьезные инвестиции. В начале 2000-х было подписано соглашение о сотрудничестве между SUNY-Олбани и IBM для создания не имевшего мировых аналогов центра исследований и прототипирования наноэлектроники на пластинах диаметром 300 мм.
Правительство штата разработало крупномасштабную грантовую программу развития исследовательской инфраструктуры полупроводниковой промышленности, которая была широко поддержана отраслью и в некоторых случаях федеральным правительством:
- Штат Нью-Йорк выделил 85 млн. долларов на строительство Инновационного центра наноэлектроники и нанотехнологий (Center of Excellence in Nanoelectronics and Nanotechnology, CENN). Общая сумма государственно-частных инвестиций составила 185 млн. долларов, основным частным инвестором выступила IBM.
- Штат Нью-Йорк выделил 100 млн. долларов на разработку технологий полупроводникового производства в Инновационном центре Олбани. Общая сумма государственно-частных инвестиций составила 300 млн. долларов, основным частным инвестором выступила Tokyo Electron.
- Штат Нью-Йорк выделил 35 млн. долларов на поддержку Центра межсоединений и гиперинтеграции (Interconnect Focus Center for Hyper-Integration), занимающегося технологией наноразмерных межсоединений. Проект софинансировался агентством DARPA и Microelectronics Advanced Research Corporation (MARCO).
Создание инфраструктуры НИОКР для многих из этих проектов частично финансировалось за счет частных инвестиций через НКО Fuller Road Management Corporation, частную корпорацию, созданную на базе партнерства Фонда исследований университета штата Нью-Йорк и Фонда университета в Олбани для управления построенными объектами нанотехнологического кластера.
В сентябре 2001 г. губернатор Нью-Йорка Джордж Патаки при участии профессора SUNY-Олбани Алена Калойероса встретился с президентом SEMATECH Робертом Хелмсом (Robert (Bob) Helms), где уговорил его открыть в Нью-Йорке исследовательский центр SEMATECH. Эта сделка, анонсированная в 2002 г., положила начало научно-исследовательскому сотрудничеству между SUNY-Олбани и SEMATECH. По условиям соглашения инвестиции в совместные исследования от штата и SEMATECH составили 160 млн. и 40 млн. долларов соответственно; SUNY-Олбани и SEMATECH вложили 120 млн. долларов в материальном выражении (включая ноу-хау, имевшиеся в распоряжении SEMATECH); IBM инвестировал 100 млн. долларов в оборудование и прочие ресурсы для университета; штат Нью-Йорк дополнительно инвестировал 50 млн. долларов в строительство двух исследовательских лабораторий в Олбани.
Приход в Нью-Йорк в 2000–2002 гг. консорциума SEMATECH и японской компании Tokyo Electron ознаменовал начало стабильного и постоянно увеличивающегося притока компаний-производителей и поставщиков полупроводниковых устройств и оборудования в район г. Олбани. Tokyo Electron и SEMATECH были привлечены прежде всего строительством в университете исследовательского центра полупроводниковых пластин диаметром 300 мм. Состоявшийся в первой половине 2000 х гг. переход полупроводниковой промышленности с пластин диаметром 200 мм на 300 мм позволил значительно сократить стоимость изделий, однако за счет беспрецедентного уровня инвестиций в НИОКР и строительство фабрик. Создание исследовательского центра 300 мм в Олбани дало малым компаниям доступ к оборудованию, которое ранее могли позволить себе только гиганты отрасли. Благодаря полномасштабным инвестициям в научно-исследовательскую инфраструктуру SUNY-Олбани, доступ к которой могут получить другие компании, штату Нью-Йорк удалось собрать в одном месте все ключевые факторы, необходимые для формирования нанотехнологического кластера.
Начиная с 2005 г. инвестиции в район Олбани выросли еще больше. В 2005 г. компания ASML, один из крупнейших в мире производителей полупроводникового технологического оборудования, объявила о 325 млн. долларов инвестиций в Олбани. IBM, Advanced Micro Devices, Micron Technology and Infineon вложили 600 млн. долларов, а штат инвестировал 180 млн. в консорциум INVENT, созданный для интеграции технических возможностей компаний для разработки передовых технологий литографии. В сентябре 2005 г. IBM и Applied Materials совместно инвестировали еще 300 млн. долларов в нанотехнологические НИОКР в Олбани.
В 2006 г. компания AMD заявила о планах строительства завода по производству полупроводниковых пластин стоимостью 3,2 млрд. долларов в округе Саратога, что явилось результатом почти восьмилетних переговоров между компанией и руководством штата. В 2008 г. IBM заключила со штатом Нью-Йорк контракт на 1,6 млрд. долларов, включавший строительство научно-исследовательского центра МЭМС и технологий полупроводникового корпусирования на 675 рабочих мест и общей площадью 12 000 м2. Владеть и управлять центром стал созданный в структуре SUNY-Олбани Колледж наноразмерной науки и техники (CNSE). В 2010 г. консорциум SEMATECH объявил о том, что полностью переводит свою деятельность из г. Остин, Техас, в Олбани.
В результате, в штате Нью-Йорк удалось сформировать нанотехнологический кластер в области нано- и микроэлектроники, практически объединяющий весь технологический цикл разработки и производства новейших полупроводниковых компонентов, включая подготовку специалистов, разработку и производство экспериментальных образцов, их коммерческое производство, разработку и производство необходимых инструментов, оборудования и оснастки.
CNSE: Колледж наноразмерной науки и техники
В 2004 г. в составе SUNY-Олбани был создан Колледж наноразмерной науки и техники (Colleges of Nanoscale Science and Engineering, CNSE), целью которого стала подготовка высококвалифицированных специалистов в области нанотехнологий. Инициатором создания CNSE выступил тогдашний губернатор штата Нью-Йорк Джордж Патаки, который был убежден, что создание колледжа нанотехнологий приведет к формированию высокотехнологичного кластера. Профессорско-преподавательский состав был привлечен из других институтов SUNY и коммерческих компаний, кроме того, CNSE стал привлекать ученых (в том числе из IBM и SEMATECH), работавших на исследовательских позициях в университете. К 2007 г. количество студентов в CNSE составило 120 против изначальных 40, а в штат были привлечены выдающиеся ученые, например, ведущий специалист по углеродным нанотрубкам Джи Унг Ли (Ji Ung Lee) из компании GE Global Research.
Руководство CNSE. В центре — Ален Калойерос, президент и CEO SUNY-Олбани.
В 2006 г. биржевое издание Small Time назвал CNSE «колледжем №1 для изучения нанотехнологий». В 2007 г. консорциум SEMATECH разместил на территории CNSE свою штаб-квартиру, благодаря чему в колледже было построено здание площадью 23 000 м2 и стоимостью 100 млн. $ (NanoFab East). В презентации 2008 г. исполнительный директор SEMATECH Майкл Полкари (Michael R. Polcari) отметил, что, хотя исследовательская деятельность консорциума в Олбани ограничивалась в основном литографией, «в будущем в Олбани будут осуществляться почти все крупные исследовательские проекты SEMATECH, в том числе разработка технологии трехмерных межсоединений». По его словам, «в CNSE сейчас происходит большая часть технологических прорывов, над которыми работают члены SEMATECH, создавая более мощные компьютерные чипы с большей рентабельностью. Колледж нанотехнологий возглавляет передовые исследования в области так называемой крайне-ультрафиолетовой (EUV) литографии, где свет с крайне короткой длиной волны используется для вытравливания на пластине самых миниатюрных компонентов и схем»[2].
К 2015 г. в CNSE обучается более 400 студентов, проходящих обучение по 4 направлениям:
- Наноразмерные науки (бакалавриат, магистратура, Ph.D.)
- Нанотехника (бакалавриат, магистратура, Ph.D.)
- Нанобиотехнологии (Ph.D.)
- Экономика нанопродуктов (Ph.D.)
В состав CNSE вошло большое количество исследовательских центров и лабораторий, где сотрудниками факультетов, студентами и представителями коммерческих компаний реализуется множество исследовательских программ. Ниже приводится список лишь некоторых из них:
- Центр разработок в области солнечной энергии. Партнеры: SEMATECH, Консорциум фотоэлектрического производства США.
- Центр передовых технологий в области наноматериалов и наноэлектроники (CATN2).
- Центр наноразмерной литографии (CNL). Партнер: Vistec Lithography, Inc.
- Центр исследований полупроводниковых технологий (CSR). Партнеры: IBM, Advanced Micro Devices, SONY, Toshiba, Tokyo Electron, Applied Materials.
- Центр НИОКР в области интеграции компьютерных чипов (CICC). Партнеры: IBM и SEMATECH.
- Центр НИОКР компании Applied Materials.
Ядром CNSE в Олбани является Нанотехнологический комплекс (NanoTech Complex) с площадью материальной базы (учебных, лабораторных и служебных помещений) 120 000 м2. Площадь чистых производственных помещений первого класса составляет 12 500 м2., в них собрано уникальное лабораторное и производственное оборудование, в том числе полностью интегрированная линия по изготовлению пилотных прототипов интегральных микросхем на пластинах диаметром 300 мм и 450 мм. В Нанотехнологическом комплексе CNSE заняты более 4000 ученых, исследователей, инженеров, студентов и преподавателей. Центры и лаборатории CNSE расположены не только внутри нанокластера Олбани, но и за его пределами по всему штату Нью-Йорк (Баффало, Рочестер, Сиракьюз, Канандайгуа, Ютика). Общая стоимость инвестиций в развитие CNSE составляет более 43 млрд. долларов.
Значительны и масштабы интеграции CNSE с промышленными компаниями и корпорациями. Количество корпоративных партнеров CNSE составляет более 300 и включает ведущие мировые компании и консорциумы в области нано- и микроэлектроники: IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung, TSMC, Toshiba, Applied Materials, Tokyo Electron, ASML, Lam Research, SEMATECH, G450C.Все это превращает CNSE в ведущий мировой научно-исследовательский и учебный центр нанотехнологий как по концентрации специалистов, так и по инвестициям в инфраструктуру и объему выполняемых работ.
Инфраструктура CNSE
CNSE принадлежат объекты инфраструктуры не только на территории кампуса в Олбани, но и по всему штату. В таблице ниже приведены основные объекты недвижимости CNSE и доступные в них технологические возможности.
| Объект |
Город |
Ввод в эксплуата-цию |
Объем инвестиций, млн $ |
Площадь, м2 |
Площадь чистых помеще-ний, м2 |
Технологические возможности |
| NanoFab 200 (CESTM) |
Олбани, кампус CNSE |
1997 |
16,5 |
6500 |
370 |
22 нм – 90 нм Пластины 200 мм |
| NanoFab South (NFS) |
Олбани, кампус CNSE |
2004 |
50 |
14000 |
3000 |
14 нм, 22 нм, 28 нм, 32 нм, 45нм, 65 нм, 90 нм Пластины 300 мм |
| NanoFab North (NFN) |
Олбани, кампус CNSE |
2005 |
175 |
21200 |
3300 |
14 нм, 22 нм, 28 нм, 32 нм, 45нм, 65 нм, 90 нм Пластины 150, 200, 300 мм |
| NanoFab East (NFE) |
Олбани, кампус CNSE |
2009 |
150 |
23000 |
– |
Учебные и административные помещения |
| NanoFab Central (NFC) |
Олбани, кампус CNSE |
2009 |
9300 |
1400 |
14 нм, 22 нм, 28 нм, 32 нм, 45нм, 65 нм, 90 нм Пластины 300 мм |
|
| NanoFab Xtension (NFX) |
Олбани, кампус CNSE |
2013 |
365 |
46000 |
4600 |
7 нм (в разработке), 10 нм, 14 нм Пластины 300, 450 мм |
| Zero Energy Nanotechnology (ZEN) |
Олбани, кампус CNSE |
2015 |
191 |
33000 |
– |
«Живая» лаборатория чистых и возобновляемых источников энергии. Энергонезависимое здание. |
| Центр инновационных технологий умного города (SCiTI) |
Олбани |
– |
30 |
Разработка умных устройств, сенсоров, ИС, ПО для мониторинга трафика и городской инфраструктуры |
||
| Центр разработок в области солнечной энергетики (CNSE SEDC) |
Халфмун |
1700 |
Линия прототипирования и демонстрации тонкопленочных CIGS солнечных элементов |
|||
| Центр коммерциализации компьютерных чипов (QUAD-C) |
Ютика |
125 |
23000 |
5200 |
ЦКП: ANS, SEMATECH, Atotech, IBM, Lam Research and Tokyo Electron |
|
| Наноцентр Marcy |
Ютика |
строительство |
– |
766000 |
3х42000 |
Пластины 450 мм 3 полупроводник. фабрики |
| CNSE's Central New York Hub for Emerging Nano Industries |
Сиракьюз |
2015 |
150 |
9670 |
||
| CNSE's Smart System Technology & Commercialization Center (CNSE STC) |
Рочестер, Канандай-гуа |
2010 |
39 |
12000 |
2400 |
Изготовление МЭМС. Корпусирование. Пластины 200, 300 мм |
| CNSE's Photovoltaic Manufacturing and Technology Development Facility (CNSE MDF) |
Рочестер |
5300 |
1850 |
|||
| Buffalo Medical Innovation and Commercialization Hub |
Баффало |
250 |
ЦКП: скрининг лекарств, фармацевтика, привлечение бизнеса, обучение персонала, биоинформатика |
|||
| Buffalo High-Tech Manufacturing Innovation Hub at RiverBend |
Баффало |
1 стадия |
1 725 |
25600 |
ЦКП: биотехнологии, высокие технологии, чистая энергетика |
|
| Buffalo Information Technologies Innovation and Commercialization Hub |
Баффало |
55 |
Ключевой арендатор IBM: IT решения для военных, молекулярных и генетических исследований, энергоэффективности |
Производственные ресурсы CNSE
Согласно официальной информации CNSE, нанотехнологический комплекс в Олбани представляет собой полностью интегрированную систему обучения, исследований, разработки и создания прототипов, обеспечивающую стратегическую поддержку корпоративных резидентов комплекса путем координации с государственными органами, акселерации технологий, бизнес-инкубирования, пилотного прототипирования и проведения измерений.
Научно-исследовательская и производственная инфраструктура комплекса обеспечивает полный цикл работ в таких областях как нано- и микроэлектроника, нанофотоника и оптоэлектроника, нано- и микроэлектромеханические системы (НЭМС и МЭМС), наноэнергетика.
Полупроводниковое производство
Крупнейший в мире полный комплекс оборудования для производства на пластинах диаметром 450 мм:
- разработка и производство под эгидой Консорциума G450C: CNSE, IBM, Intel, Samsung, TSMC, Global Foundries;
- номинальная технология 14/10 нм;
- ведется разработка технологий 10–7 нм;
- к 2016 г готовность оборудования составит 96%;
- план установки оборудования литографии для 450 мм:
- 2013 – прототипирование, 193i: структурирование узлов 14 нм
- 2014 – бета-тестирование, 193 i/dry
- 2014 – бета-тестирование, EUV
- 2015 – старт производства 193i/dry
- 2016 – старт производства EUV
- 2016 – производство 193i/dry
- 2017 – производство EUV
Участок интегрированной линии для пластин 450 мм.
Производство на пластинах диаметром 300 мм
- чистые производственные помещения общей площадью 12 500 м2;
- номинальные технологии: 14 нм, 22 нм, 28 нм, 32 нм, 45нм, 65 нм, 90 нм КМОП и РЧ КМОП;
- ведется разработка технологий 10–7 нм;
- полный набор оборудования: более 120 установок;
- производственная мощность 5000 запусков пластин в месяц (30 в день);
- пилотная линия работает 24/7;
Технологические процессы:
- литография (MUV, 193i, EUV, e-beam);
- осаждение пленок (металлы, CVD, диэлектрики);
- химико-механическая планаризация (CMP);
- травление;
- наборы масок (90 нм, 65 нм, 32 нм, TSV);
- КМОП-интеграция (пассивные РЧ элементы, РЧ полевые транзисторы, МДМ-конденсаторы, МЭМС).
- термическая обработка (Cu отжиг);
- металлизация (FEOL: NiPt (5%), Ti, TiN, TiOx, Si, Ta, TaN, TaOx. BEOL: Ta, TaN, Cu, Ti).
- жидкостная хим.обработка
- имплантация
- аналитические исследования (AES, FIB, SEM, SIMS, TEM, XPS, AFM)
Сравнение пластины диаметром 300 мм и первой 450 мм-пластины, структурированной методом иммерсионной литографии 193 нм (193i). Июнь 2014.
Производство на пластинах диаметром 100 мм, 150 мм, 200 мм:
- чистые производственные помещения в комплексах NanoFab 200 и NanoFab North;
- материал подложек: кремний, стекло, керамика, полимеры.
- изготавливаемые устройства: МЭМС, биоМЭМС, РЧ МЭМС, микрофлюидика, микрооптика, 3D обработка.
Технологические процессы:
- тонкопленочное напыление (PVD, ALD, PECVD, испарение;
- структурирование (установки EVG Bonder/Aligner);
- травление (жидкостное, TMAH, KOH, сухое, кислород);
- бондинг (анодный, термокомпрессионный, эпоксидный, временный);
- химико-механическая планаризация (CMP)
- полный цикл измерений.
Помимо микроэлектронного производства для нужд участников нанокластера, CNSE принимает заказы на изготовление пластин диаметром 200 мм и 300 мм от сторонних организаций, не являющихся резидентами CNSE. В этом случае заявитель должен связаться с вице-президентом CNSE по бизнес-развитию для оценки реализуемости проекта, его примерной длительности и стоимости. В случае принципиального согласия с условиями, заявитель заполняет форму заявления на обработку пластин и направляет ее вместе с технической документацией (топологии, требования к маскам, пластинам, измерениям) в CNSE, где выставляется счет на работы. После этого сторонами подписывается контракт на обработку пластин и проект ставится в очередь на производство.
Глобальный консорциум G450C
В сентябре 2011 г. губернатор Эндрю Куомо (Andrew Cuomo) объявил о подписании соглашения между штатом Нью-Йорк и пятью ведущими микроэлектронными предприятиями: IBM, Global Foundries, Samsung, Intel и TSMC о создании в штате Нью-Йорк полупроводникового производства следующего поколения, основанного на пластинах диаметром 450 мм. Штат обязался инвестировать в CNSE 400 млн $ при условии, что бюджетные деньги не будут направлены какой-то отдельной компании консорциума. Пять членов консорциума, в свою очередь, обязались инвестировать совокупно 4 млрд. $.
Созданная структура получила название Глобальный консорциум по разработке и внедрению пластин диаметром 450 мм (Global 450mm Wafer Development and Deployment Consortium, G450C). Штаб-квартира консорциума расположилась на территории нанокластера CNSE в здании NanoFab Xtension, здесь же находится и одна из линий для пластин 450 мм (выход на проектную мощность запланирован в 2016 г.).
Создание консорциума призвано упростить создание в штате Нью-Йорк полупроводниковых производств по технологиям нового поколения на пластинах 450 мм при инвестиционных затратах более 10 млрд. $ на один завод. По прогнозам G450C должен создать в общей сложности 2500 новых высокотехнологичных рабочих мест в штате, а количество созданных рабочих мест в строительной сфере в г. Олбани составило 1500.
Целями G450C является реализация двух проектов:
- IBM и его технологические партнеры направляют усилия на разработку и производство полупроводниковых структур по технологиям 22 нм и 14 нм с целью снижения энергопотребления и увеличения энергоэффективности изготавливаемых наночипов.
- Пять участников консорциума направляют усилия на осуществление технологического перехода с пластин диаметром 300 мм на пластины 450 мм, с целью повышения рентабельности производства в расчете на один наночип.
Участником проектов от CNSE выступает Фонд исследований государственного университета Нью-Йорка (SUNY Research Foundation), от штата Нью-Йорк – Корпорация городского развития штата Нью-Йорк через компанию Empire State Development Corporation (ESDC).
По условиям проекта №1 IBM вкладывает в общей сложности более 3,6 млрд. $ в НИОКР и прототипирование по технологиям 22 нм и 14 нм на трех объектах: на территории нанокластера CNSE в Олбани и на заводах IBM в городах Фишкил и Йорктаун Хайтс.
| Инвестиции IBM в проект №1 (млн. $) |
||||||
| 2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
Всего |
|
| Заводы IBM в Фишкиле и Йорктауне |
500 |
1035 |
870 |
330 |
90 |
2825 |
| CNSE |
200 |
200 |
150 |
150 |
100 |
800 |
Инвестиционные обязательства IBM могут выполняться с участием партнеров IBM, производителей и поставщиков оборудования и материалов.
В свою очередь, по условиям соглашения, Фонд (CNSE) обеспечивает ввод в эксплуатацию комплекса NanoFab Xtension (сдан в 2013 г.), предоставляет IBM чистые помещения площадью 1000 м2 и привлекает бюджетное финансирование штата Нью-Йорк (через ESDC) в размере не более 200 млн. $ на 5 лет. Фонд от имени CNSE владеет всеми материально-техническими объектами, инструментами и оборудованием по технологии 22 нм и 14 нм, приобретенными за счет бюджетных средств.
| Инвестиции штата Нью-Йорк в проект №1 (млн. $) |
||||||
| 2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
Всего |
|
| CNSE |
40 |
70 |
60 |
30 |
0 |
200 |
По условиям проекта №2 Фонд (CNSE) предоставляет членам консорциума G450C дополнительные чистые помещения площадью 2300 м2. Для закупки оборудования Фонд привлекает бюджетные средства штата в размере не более 200 млн. $ в срок 5 лет (за искл. материально-технических объектов). Члены консорциума в свою очередь обязуются вложить общих инвестиций на сумму более 825 млн. $. Оборудование и материально-технические объекты для производства на пластинах 450 мм, приобретенные Фондом остаются в собственности Фонда (CNSE) и сдаются в аренду консорциуму за 1$ в год.
Чистые комнаты производства G450C в июне 2015 г.
Согласно инвестиционному соглашению схема финансирования проекта сторонами в 2011–2015 гг. выглядит следующим образом (в сумму инвестиций штата не входит стоимость строительства зданий):
| Сумма инвестиций (млн. долларов США) |
||||||
| 2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
Всего |
|
| Штат Нью-Йорк (через Фонд и ESDC) |
10 |
30 |
40 |
70 |
50 |
200 |
| Intel |
7,5 |
15 |
15 |
15 |
22 |
75 |
| Samsung |
7,5 |
15 |
15 |
15 |
22 |
75 |
| TSMC |
7,5 |
15 |
15 |
15 |
22 |
75 |
| IBM |
7,5 |
15 |
15 |
15 |
22 |
75 |
| Global Foundries |
7,5 |
15 |
15 |
15 |
22 |
75 |
| Производители и поставщики оборудования |
25 |
75 |
100 |
150 |
100 |
450 |
Выводы
Механизм создания нанокластера CNSE вполне традиционен для американских высокотехнологичных кластеров — крупный университет штата (SUNY) формирует специализированный научный центр (CNSE), который в свою очередь начинает привлекать своими разработками ведущие промышленные компании. Важную роль при этом играет помощь региональных властей — изначально поддержка правительства штата Нью-Йорк шла напрямую через различные формы стратегического развития «своего» университета, а далее — через налоговые льготы, финансирование инфраструктурных проектов и целевые гранты промышленным компаниям.
Основные участники нанокластера SUNY-Олбани:
Ввиду уникального масштаба финансовых и человеческих ресурсов, которые штат Нью-Йорк может привлекать благодаря своему территориально-экономическому положению, применимость модели нанотехнологического развития Нью-Йорка ограничена на уровне прочих штатов США и мелких территориальных единиц других государств. Однако основные принципы данной модели могли бы быть с успехом использованы для решения схожих задач на более широком региональном и общегосударственном уровне, в том числе и в России.
Подготовлено по материалам открытых источников и официальных сайтов упомянутых организаций
[1] Best Practices in State and Regional Innovation Initiatives.Ed. Ch.W.Wessne. Washington D.C. 2013
[2] “SEMATECH Boss Touts NanoCollege Research,” The Times Union May 20, 2008.