Точнее, это стенд рентгеновского литографа с рабочей длиной волны 13,5 нм, который был разработан и запущен ИФМ РАН ещё в 2011 году, то есть, уже 10 лет назад! Так что наработки по оборудованию для изготовления процессоров по современным техническим нормам у нас точно есть :-)
Это я к тому, что в некоторых комментариях к моим предыдущим публикациям «Собирается ли Россия сама делать оборудование для производства чипов по нормам 28 нм и менее?» и «Да, в России скоро появится свой безмасочный литограф для производства чипов по нормам 28 и 16 нм» был выражен некоторый скепсис по поводу сроков создания первого работающего прототипа безмасочного литографа. Тогда я предположил, что он появится в металле в 2024-25 годах.
Конечно, этот стенд — не промышленный литограф (и не безмасочный), а научный образец, оборудование для изучения рентгеновской литографии. После нескольких доработок как источника излучения, так и объектива, на нём были получены микроструктуры с разрешением порядка 30 нм.
Так что наработки у нас есть довольно серьёзные и, судя по периодическим научным публикациям работников этого института, занимающихся этой темой, в журналах, тема эта так или иначе разрабатывалась все эти 10 лет. Правда, темпы и финансирование в этот период оставляли желать лучшего, и очень хорошо, что сегодня государство, наконец, занялось и этой темой вплотную.
Многослойные зеркала
Замечу, что основным направлением по этой теме в ИФМ РАН является разработка рентгеновской оптики, в частности, зеркал. Именно они используются в современных литографах. Мягкий рентген (или жёсткий ультрафиолет, как кому больше нравится) существенно поглощается почти всеми материалами, поэтому вместо толстых линз для фокусировки этого излучения эффективнее использовать вогнутые зеркала.
Но с зеркалами тоже не всё так просто. Рентгеновские лучи очень плохо отражаются, и больше поглощаются, проходя в толщу материала. И чем перпендикулярнее падает излучение, тем хуже отражаются лучи. Поэтому для отражения рентгеновских лучей используют специальные многослойные зеркала:
Многослойные зеркала, по сути, являются искусственными Брегговскими кристаллами (кто в теме, знает), состоящими из чередующихся слоев «легкого» и «тяжелого» материала. Периодичность такой структуры составляет примерно половину рабочей длины волны для угла падения, близкого к нормали. Многослойные зеркала достигают более высокой отражательной способности в результате интерференции излучения (наложение максимумов волн, отражённых на границах между легкими и тяжелыми слоями).
Для того, чтобы зеркало отражало достаточное количество излучения в диапазоне 13,5 нм, оно должно иметь несколько десятков таких слоёв. Более того, слои должны быть максимально гладкими. Материалы слоёв должны быть подобраны так, чтобы минимизировать диффузию (перемешивание двух материалов в месте соприкосновения). Диффузия уменьшает резкость границ двух материалов и снижает отражательную способность зеркала.
Для уменьшения диффузии слои можно полировать низкоэнергетичными ионами. При этом рыхлый верхний слой напыления снимается, и поверхность становится более твёрдой и менее подверженной диффузии. Ещё можно вводить тонкие барьерные слои между основными материалами. Например, слои рутения или углерода. Это помогает не только повысить коэффициент отражения, но и улучшает термическую стойкость зеркал.
Взаимодействие с ASML
В середине 90-х в FOM-Институте Физики Плазмы (Нидерланды) была построена первая в Европе установка для демонстрации принципа рентгеновской литографии с лазерно-плазменным источником (F. Bijkerk, L. Shmaenok, C. Bruineman). Оптические элементы для той установки были изготовлены в ИФМ РАН, что обеспечило получение в фоторезисте элементов рисунка с впечатляющими для того времени размерами — 100 нм. Уже в то время в ИФМ РАН было изготовлено сферическое зеркало довольно большого диаметра, 250 мм, с заданным градиентным распределением периода многослойной структуры по поверхности.
В результате научного взаимодействия с ASML по проблеме рентгеновской литографии был предложен принцип и создан компактный двузеркальный прибор для характеризации источников в спектральной области 13.5 нм внутри оптической системы ADT сканера. В приборе были применены пары зеркал со специально подобранной спектральной зависимостью коэффициента отражения, практически совпадающей со спектральной зависимостью пропускания многозеркальной (до 11 зеркал) оптической системой сканера. Разработанный прибор был выбран в 2004-2006 гг. консорциумом SEMATECH для программы сравнительной метрологии рентгеновских источников в лабораториях Европы, США и Японии.
А что после 13,5 нм?
В последнее время микроэлектронное сообщество начало активную работу по переходу к литографии уже следующего поколения, после 13.5 нм. Надо отметить, что в выборе новой длины волны — 6.7 нм, свою роль сыграли в том числе и предложения, сделанные при сотрудничестве с ASML в 2006 г. сотрудниками ИФМ РАН.
Но при сокращении длины волны возрастают и сложности. Слоёв в зеркалах нужно уже не десятки, а сотни. Сами слои должны быть ещё тоньше и глаже. Работа над этим ведётся, но она ещё далека от завершения. А пока речь идёт о создании безмасочного литографа с длиной волны 13,5 нм, экспериментальные образцы компонентов которого уже более-менее отработаны.
Заключение
В общем, тема довольно интересная в свете происходящих в российской микроэлектронике событий. Думаю, мы не раз ещё услышим об очередных победах нашей страны в этой области, раз уж за неё взялись.
На сегодня всё, ставьте лайки, подписывайтесь на канал и обязательно оставляйте своё мнение в комментариях! Удачи нам всем! :-)