Это может показаться неожиданным, но между тем дела обстоят именно так, если мы говорим о выпущенном в этом году Зеленоградским нанотехнологическим центром первом российском фотолитографе (степпере, работающем с источником излучения, генерирующем 365 нм ультрафиолетовые волны). Такие машины традиционно работают с техпроцессами производства микросхем по топологическим нормам 350 нанометров. На Западе подобная техника (классифицируется как i-line) появилась 40 лет назад. Лидеры фотолитографического рынка того времени, японская Nikon и голландская ASML, выпустили модели Nikon NSR-1010i3 и ASML PAS 2500/40 в 1984 и 1987 годах соответственно.
Надо сказать, что эти компании и по сей день остаются лидерами рынка. Правда занимавший в те годы первое место Nikon в наше время уступил первую позицию ASML. Примечательно, что обе эти компании продолжают выпускать 350 нм машины и в наши дни. И это при том, что уже сменилось несколько поколений фотолитографической техники: после ультрафиолетовых машин (к которым и относится линейка i-line) появились более передовые установки глубокого ультрафиолета (DUV), работающие с источниками на эксимерных (газовых) лазерах: 248 нм (KrF = фторид криптона) и 193 нм (ArF = фторид аргона), затем иммерсионные ArF машины (использующую дополнительную водяную линзу), ну и, наконец, самые современные на сегодня фотолитографы EUV (экстремальный ультрафиолет), работающие с 13,5 нм светом, генерируемым источниками на плазме олова.
Но ассортимент чипов, выпускаемых современной полупроводниковой промышленностью, настолько велик, что востребованными остаются буквально все фотолитографические установки: от «древних» до современных. Тем более, что цены на подобную технику всегда были очень высокими. Поэтому обращаются с ней настолько бережно, что большинство машин ASML или Nikon, выпущенных 30-40 лет назад, вовсю трудятся на полупроводниковых фабриках и сегодня. В результате рядом с новейшими i-line машинами ASML XT: 400L, Nikon NSR-2205iL и Canon FPA-3030i6 даже на современных фабриках можно встретить их работающих далёких предков.
При этом все западные машины линейки i-line используют в качестве источника 365 нм излучения ртутную лампу. Что само по себе примечательно, учитывая, что ртутные лампы вовсю использовались уже в 60-х годах прошлого века, так сказать на заре «фотолитографической истории». Контактные машины, проксимальные (зазор в пару десятков микрон между последней линзой и полупроводниковой пластиной), проекционные степперы и даже первые сканеры,— все они вовсю использовали ртутные лампы как для генерирования 436 нм излучения (g-line), так и более коротковолнового 365 нм (i-line). Так что добрые 60 лет полупроводниковой истории для ртутной лампы не помеха и в наши дни.
И всё же наши инженеры остановили свой выбор на твердотельном лазере (производит лазерный свет внутри твёрдого кристалла). А почему бы и нет? Лазер — это лазер. Это очевидно более передовое решение: тут и более узкий спектр по сравнению с традиционной ртутной лампой, и более высокие мощность и энергоэффективность. Не говоря уже об экологичности: ртутные дуговые лампы высокого давления содержат ртуть по определению. Да даже для того, чтобы ртутной лампе просто «раскочегариться» до рабочей мощности, обычно требуется несколько минут после включения.
А флуктуации света, а общая нестабильность в работе, присущая ртутным лампам? И, кстати, ртутные лампы необходимо частенько менять. Обычно их срок службы не превышает 1000 часов. Так что каждые пару-тройку месяцев, как говорится, вынь да положь новую лампочку. Расход электроэнергии тоже не в пользу ртутных ламп: требуемая входная мощность составляет порядка 1 кВт. У твердотельных лазеров с накачкой на лазерных диодах она обычно в несколько раз меньше. Так что наша фотолитографическая машина — это действительно самый настоящий прорыв в своей области. А учитывая её весьма интересную стоимость (порядка 4,5 миллионов долларов по заявлению самого ЗНТЦ), установка получилась действительно уникальной.
Почему же западные производители всё ещё не перешли на твердотельные лазеры? Прежде всего потому что лазерным диодам и светодиодам сложно обеспечить такую же выходную мощность, которую способны обеспечить ртутные лампы высокого давления (сотни Ватт). Очевидно, что российским инженерам этот вопрос решить удалось. Насколько я понимаю, соответствующий твердотельный лазер был разработан самим Зеленоградским нанотехнологическим центром, а производство поручено одному из российских предприятий-производителей лазерной техники. У нас в стране их, кстати, очень немало. Никаких особых подробностей по этой части, как впрочем и по оптической системе новой машины, на данный момент не сообщается. Впрочем главное, что фотолитограф с лазерным источником уже есть, машина прямо сейчас отрабатывает техпроцессы в Зеленоградском нанотехнологическом центре, а подробности — они со временем наверняка появятся.
Обнадёживает, что отечественная микроэлектроника не просто идёт по стопам западной: мы стараемся сделать лучше. Помимо твердотельных лазеров хорошим примером могут также служить разработки нижегородским Институтом физики микроструктур РАН оригинальных технологий для будущего отечественного фотолитографа экстремального ультрафиолета (EUV). В отличие от источника светового излучения на плазме олова (13,5 нм), который использует та же голландская ASML, наши учёные работают над более коротковолновым (и более эффективным) источником на плазме ксенона (11,5 нм). Отражающие зеркала для такого излучения также изготавливаются из других, чем у голландцев, материалов. А ведь именно оригинальные технологии сулят нам в будущем эффективное производство внутри страны и конкурентные преимущества на мировом рынке.
Премиум-статья про первую оптическую систему ASML: