Мы живём в эпоху миниатюризации: в начале 60-х годов прошлого века, на заре микроэлектроники, количество транзисторов в первых интегральных схемах измерялось единицами, а сейчас их уже — десятки миллиардов. В ближайшие годы триллион транзисторов в чипе должен стать самым обычным делом. Но раз транзисторов становится больше, размеры элементов микрочипов очевидно становятся всё меньше и меньше.
Времена, когда фотолитографические машины были способны работать только по техпроцессам, измеряемых в микронах, давно прошли: эту страницу в истории ещё в 1975 году перевернула легендарная литографическая систеиа FPA-141F производства японской Canon. Эта машина первой в мире смогла обеспечить разрешение менее 1 мкм (800 нанометров). А сейчас бельгийский профильный институт IMEC совместно с мировым лидером в производстве фотолитографов голландской ASML, работают над технологиями, которые должны позволить производить микрочипы по техпроцессам менее 1 нм.
Последние полвека шаг за шагом уменьшалась длина волны, используемая в литографических машинах в качестве инструмента рисования интегральных схем на полупроводниковой пластине. Ведь чем тоньше «карандаш», тем более тонкий рисунок им можно нарисовать. Сперва использовались g-line фотолитографы, использующие ртутные лампы в качестве источника синего 436 нм света. Потом в ход пошли ртутные лампы, генерирующие 365 нм ультрафиолетовый свет (i-line фотолитографы).
Затем ртутные лампы уступили дорогу источникам светового излучения на эксимерных лазерах (KrF = фторид криптона, с длиной волны 248 нм, и ArF = фторид аргона, с длиной волны 193 нм). Так появились «сухие» и иммерсионные (используется дополнительная линза из очищенной воды) литографы глубокого ультрафиолета (DUV). Вершиной прогресса в этой области на сегодня являются фотолитографы экстремального ультрафиолета мирового монополиста ASML (источник 13,5 нм света — плазма олова).
Cамый тонкий фотолитограф, который на сегодняшний день создан в России, это 350 нм машина с рабочей длиной волны 365 нм производства Зеленоградского нанотехнологическогоцентра, о создании которого объявили в прошлом году. Но российский «карандаш» продолжают затачивать: в Зеленоградском нанотехнологическом центре идёт работа над 130 нм фотолитографом. Для него российской ГК «Лассард» уже создан опытный образец эксимерного KrF лазера с длиной волны 248 нм. Над более передовым ArF лазером с длиной волны 193 нм работа также идёт: это откроет дорогу к созданию машин, способных «печатать» чипы по топологии 90 нанометров.
Следует в связи с этим отметить и усилия российского Института физики микроструктур РАН. Нижегородские учёные работают над ксеноновым источником светового излучения 11,2 нм (лазерно-плазменный источник рентгеновского излучения на основе ионов ксенона): в России предпочитают называть этот вид излучения «мягким рентгеновским» в отличие от «экстремального ультрафиолета», принятого на Западе. Если всё получится, то российский «карандаш» станет самым тонким в мире. Почему бы и нет? В конце концов именно российские ИФМ РАН и Институт спектроскопии по контракту с ASML в начале 2000-х разработали ключевые технологии, благодаря которым сегодня и процветает EUV фотолитография.
❗ Для знатоков и любителей микроэлектроники, полупроводниковой промышленности и фотолитографии: заходите в премиум-раздел канала «Фотолитограф».