Российская инновационная компания «Технологии кварцевых кристаллов» запускает проект по производству высокоточной оснастки из кварцевого стекла. Ее цель — заместить импортные аналоги продукции и наладить экспорт в Китай.
«Оснастка из кварцевого стекла — это не более процента в производственных затратах предприятий микроэлектроники, оптоволоконных систем, нефтепереработки и других отраслей. Наша продукция незаметна, она как скрепки.
Но для компаний эти скрепки очень важные, они золотые. Без них технологически невозможен производственный процесс. Если нашей продукции не будет, предприятия, оперирующие выручкой в десятки миллиардов рублей, могут попросту остановиться», — говорит Никита Ильин, руководитель компании «Технологии кварцевых кристаллов» (ТКК).
В настоящее время компания ТКК реализует проект по импортозамещению продукции из кварцевого стекла для полупроводниковой промышленности. Например, компании «Микрон» и «Ангстрем» на базе высокоточной оснастки (труб, стержней, пластин и прочих изделий) из кварцевого стекла создают чипы, транзисторы и всю электронную компонентную базу, на которой основано отечественное приборостроение и оборонно-промышленный комплекс. С февраля 2022 года зарубежные игроки, такие как TEL (Япония), General Electric (США), LTE (Италия), SVGC (Франция), перестали поставлять оснастку в нашу страну, а российские производители не смогли предложить аналоги рынку. Как правило, западная оснастка шла на наш рынок в комплекте с оборудованием «под ключ».
С уходом западных игроков и наступившим дефицитом продукции из кварцевого стекла компания ТТК решила занять их нишу. Несмотря на то что компания относится к предприятиям малого бизнеса (ее оборот — менее 100 миллионов рублей в год), она является значимым производителем изделий из кварцевого стекла в стране. Ведущая свою историю с 2008 года, ТКК была создана на базе стекольного завода в подмосковных Химках (с 1926 года специализировался на выпуске трубок из электровакуумного стекла, с 1963 года мощности перепрофилированы на выпуск продукции из кварцевого стекла). Сегодня в состав предприятия входят подразделение по проектированию изделий из кварцевого стекла, научно-исследовательский центр, группа НИОКР, производственные линии, департамент контроля качества и экспертизы.
Основные конкуренты ТКК — западные игроки, поставляющие оснастку из кварцевого стекла для микроэлектроники и лазерной техники. Среди российских компаний конкурентов почти не осталось. До недавнего времени в схожей нише работала компания «Технокварц» (бывший завод ОЧКС — особо чистого кварцевого стекла), которая два года назад подала на банкротство. Другой производитель, стекольный завод имени Дзержинского (г. Гусь-Хрустальный), специализируется на более простых изделиях из кварцевого стекла. К примеру, там выпускают бронестекла, триплексы (многослойное безосколочное стекло), лабораторную посуду, где не требуются столь высокие точность и чистота.
С этого года компания ТКК — участник инновационного территориального кластера «Зеленоград» (создавался как аналог американской Кремниевой долины). Сейчас здесь работает целый ряд компаний в области информационных технологий, электроники и микроэлектроники, медицины и робототехники. В бизнес-инкубаторе ТКК снимает офисное помещение на условиях льготной аренды; в непосредственной близости будет построено и новое производство по созданию высокоточных изделий из кварцевого стекла. До конца 2022 года ТКК планирует инвестировать в проект порядка 50-60 млн рублей. А общая стоимость проекта — 400 млн рублей. Плановый срок окупаемости проекта — семь лет. В планах компании полностью импортозаместить в нашей стране кварцевую продукцию для полупроводниковой промышленности и, став крупнейшей в нише изделий высокоточного кварцевого стекла, выйти на экспорт в Китай.
Главный продукт компании ТКК — оснастка для диффузионных и эпитаксиальных процессов — является основным компонентом для производственного цикла предприятий микроэлектроники, без нее невозможен выпуск конечной продукции
Пустой рынок
Главный продукт компании ТТК — оснастка для диффузионных и эпитаксиальных процессов — является основным компонентом для производственного цикла предприятий микроэлектроники, без нее невозможен выпуск конечной продукции. «Вся электроника основана на полупроводниковых материалах, таких как, к примеру, кремний. А кварцевое стекло — это диоксид кремния, обладающий определенными свойствами для того, чтобы использовать его в качестве оснастки. Химические процессы эпитаксии* и диффузии** позволяют изменить свойства самого полупроводника, для того чтобы впоследствии можно было создать полупроводниковый прибор с нужными свойствами, сделать чип или микросхему», — объясняет Никита Ильин.
Новый проект в компании ТКК планируют реализовать в три этапа. Первый этап — создание кварцедувного участка. Поскольку небольшие изделия проще заместить технологически, акцентировать внимание здесь будут на ручном производстве и выпуске мелкогабаритной продукции. Например, наибольшей популярностью у заказчиков пользуются так называемые лодочки, или кассеты из кварцевого стекла, как расходная деталь, используемая в диффузионных реакторах.
Второй этап предусматривает создание станочного парка и производство крупногабаритных изделий. Например, самый распространенный реактор (внешне похож на трубу) для микроэлектроники имеет длину почти 2,5 метра и диаметр 20 сантиметров, с кучей хвостовиков и патрубков, чтобы можно было вводить необходимую химию в процесс осаждения кремниевых структур.
И наконец, третий этап — строительство участка печей непрерывного действия для производства всех видов изделий из кварцевого стекла.
На данном этапе компания ТКК имеет сборочное производство в Китае, где закупает до 40-60% самой простой оснастки в виде труб, стержней и пластины из кварцевого стекла, представленных в виде заготовок. Завершающая стадия проекта предполагает увеличение собственной локализации в Зеленограде до 100%.
Сегодняшние задачи для ТКК — создание более высокоточных изделий из спецсплавов, которые ранее не производились в России, например легированного кварцевого стекла. «Раньше мы выпускали до 40 процентов высокотехнологичной продукции, а остальное производство — простые изделия, пользующиеся постоянным спросом. После завершения проекта практически 80 процентов будут составлять высокотехнологичные изделия. Для нас это большой шаг вперед. Кроме того, изменилось и качество продукции: оснастка, которую сейчас требует от нас рынок микроэлектроники, технологически ушла далеко вперед. И нам необходимо наверстать это время», — говорит Никита Ильин. К тому же выпускать продукцию с высокой добавочной стоимостью выгоднее: ее маржинальность доходит до 40%, тогда как более простых изделий — 15%.
Стоимость высокоточных изделий может колебаться от нескольких десятков тысяч рублей до несколько миллионов рублей за единицу. Например, если в среднем кассета для кремния стоит 30-50 тыс. рублей, то реактор для эпитаксии оценивается в 2-3 млн рублей, а отдельные экземпляры реакторов стоят свыше 5 млн рублей за единицу. Конечно, потребности рынка в более дорогостоящей продукции невелики. Если брать реакторы, например, под эпитаксию, то компания ТКК ориентируется на выпуск всего лишь десятка штук в год. Потребности рынка в менее дорогостоящих реакторах под диффузию составляют порядка 150-200 единиц изделий в год.
В ближайшие три года компания ТКК нацелена кратно нарастить выручку. «Если брать микроэлектронику, то мы можем импортозаместить объемы оснастки на сумму 100 миллионов рублей. Если рассматривать наши изделия для последующего производства лазеров, то это еще порядка 30-40 миллионов рублей в год. Однако сейчас к нам также начинают обращаться производители оптоволоконных систем, которые ощущают дефицит импортных комплектующих, — стоимость наших пресс-форм, с помощью которых эти компании могли бы делать вытяжку своего оптоволокна, будет превышать 100 миллионов рублей. А если вдруг в нашу страну совсем перестанут поставлять комплектующие для оптоволоконного кабеля, то это совсем другие потенциальные объемы для производства — порядка двух миллиардов рублей в год», — считает Никита Ильин.
* Эпитаксия — закономерное нарастание одного кристаллического материала на другом. В результате получают слои с разными свойствами, их взаимодействие позволяет создать полупроводниковый прибор с необходимыми параметрами. ** Диффузия — процесс переноса примесей необходимого вещества из области с высокой в область с низкой концентрацией, стимулированный высокой температурой для изменения свойств конечного продукта.
Для промпредприятий, которым необходима оснастка, важны как особенности стекол, используемых в реакторах, так и высокая геометрическая точность изготовления изделий
Десятки долей миллиметра
Для промпредприятий, которым необходима оснастка, важны как особенности стекол, используемые в реакторах, так и высокая геометрическая точность изготовления изделий. «В техническом плане ключевая сложность заключается в том, что кварцевое стекло не поддается литейному производству и его формование происходит в кислород-водородной среде, в узком коридоре высоких температур — около 1750 градусов по Цельсию. А ведь помимо плавления есть механическая обработка кварцевого стекла — при сварке и формовании стекла происходит нарушение его геометрических размеров, и нужно выдерживать точность в десятки долей миллиметра», — говорит Никита Ильин.
Примерно 80% своей продукции ТКК выпускает под заказ. Большая часть клиентов — предприятия микроэлектроники, которые, к примеру, обращаются с просьбой разработать высокоточную оснастку для конкретных производств. Оставшиеся 20% — это серийная продукция.
В ТКК считают плюсом то, что компания является небольшим, но узкоспециализированным нишевым игроком на рынке: это дает гибкость в решении узкопрофильных задач для заказчиков. Сейчас в ТКК всего 20 сотрудников, половина из которых — технологи и отдел продаж. В дальнейших планах при реализации проекта персонал будет расширен до 100-115 человек. Прежде всего вырастет количество рабочих — стеклодувов, кварцедувов, травильщиков.
«Мы беремся практически за любую задачу и предлагаем оперативные технические решения без усложненных и длительных согласований, которые свойственны корпорациям, — говорит Никита Ильин. — Например, при эпитаксии есть очень точные изделия со сложной переформовкой, где толщина стекла доходит до миллиметра и даже чуть меньше. И мы понимаем, что в процессе производства вероятность разрушения изделия доходит до 70 процентов. То есть при нагревании кварцевое стекло может лопнуть, поэтому в материале необходимо постоянно контролировать напряжение. Для нас это всегда вызов, потому что западные игроки избегают рисков и отказываются от выполнения подобных заказов».
Кварцевое стекло, как и любое другое стекло, довольно хрупкое. Поэтому самая частая причина замены оснастки — это ее бой. К разрушению кристаллической решетки кварцевого стекла приводят и высокие температуры, когда происходит так называемое раскварцовывание материала. Например, реактор для диффузии на заводах микроэлектроники считается расходным материалом, поскольку выдерживает порядка 20 высокотемпературных теплосмен, после чего изделие требуется заменить.
Среди уникальных разработок ТКК — формоустойчивые реакторы. «Нельзя просто так увеличить толщину стенки реактора, чтоб он дольше служил. Поскольку у кварцевого стекла есть архитектура, как у любого материала, то оно просто под собственным весом начнет разрушаться. Поэтому мы разработали ребра жесткости, которые позволяют на 15-30 процентов увеличить количество теплосмен реактора. Кроме нас, подобное никто не использовал серийно, даже на европейском рынке. В числе наших разработок также плазменное напыление на наружную часть реактора, благодаря которому в процессе эксплуатации изделие будет меньше деформироваться», — рассказывает Никита Ильин
Выход в Китай
В целом предприятия, которые закупают продукцию ТКК из кварцевого стекла, позитивно отзываются о ней. К примеру, для одного из производителей микроэлектроники (здесь и далее названия компаний не приводятся из-за влияния санкций), у которого возникла необходимость замещения оснастки для диффузионных процессов в оборудовании японского производителя, решающим фактором оказалось умение компании проектировать всю оснастку с нуля. Предприятия из других сфер также опирались на сухие факты — им требовалось комплексное замещение имп¯ртной оснастки итальянского производства на эпитаксиальном участке производства, поэтому они оценили опыт команды в выпуске крупногабаритных изделий по сложным чертежам. Кроме того, при оценке компании ТКК специалисты обращают внимание на ее компетенции в специальных сплавах кварцевого стекла и отражающих покрытий.
Сейчас основной кейс для компании ТКК — технологический. Существенная часть ее расходов уходит на научные исследования и разработки. Основная сложность в анализе и расшифровке технологий, которые «спрятаны» в оснастке зарубежных компаний. Так, на данном этапе в компании разбирают реактор, который ранее поставляла итальянская LTE. И если метод напыления, отражающий инфракрасное излучение, уже смогли воссоздать в собственной лаборатории, то необходимой защиты этого покрытия пока добиться не могут. А поскольку нельзя допустить, чтобы промпредприятия простаивали, время такой расшифровки весьма ограничено. В ТКК уверены, что смогут заместить высокотехнологичную оснастку в первом полугодии 2023 года.
«Во-первых, там всегда есть спрос — даже по одному направлению микроэлектроники китайский рынок в разы превышает европейский. Во-вторых, китайские предприятия полупроводниковой промышленности специализируются на выпуске более массовой продукции из кварцевого стекла — труб, стержней и прочего. А высокоточные изделия и спецсплавы из кварцевого стекла в Китае почти не производят, так как это требует более сложной организации менеджмента и гибкости предприятий, поэтому они тоже зависят от оснастки западных игроков. И мы уверены, что в конкуренции с западными компаниями сможем добиться экономического превосходства», — заключает Никита Ильин.