В настоящий момент первый российский фотолитограф (ключевое оборудование в производстве микросхем) работает в опытном режиме в лаборатории Зеленоградского нанотехнологического центра (созданного при Национальном университете МИЭТ). Так что потенциальные заказчики могут составить представление об отечественной технике прямо «на полигоне». И это приносит свои результаты. ЗНТЦ уже изготавливает серийные машины, заказанные первыми российскими производственными предприятиями: АО «Отраслевые решения» (силовая электроника) и ООО «Маппер» (МЭМС).
Учитывая, что разработку отечественной машины финансировало государство (через Минпромторг РФ), отрадно, что было принято решение оставить наш первый фотолитограф (степпер = проекционная шаговая установка совмещения и экспонирования) в лаборатории ЗНТЦ. Ведь отработать техпроцессы — задача непростая и небыстрая. У наших промышленников должна быть возможность в сотрудничестве с разработчиками довести до ума все необходимые технологии.
А как вообще удалось продемонстрировать заказчикам (и Госкомиссии при приёмке) возможности зеленоградской машины? Ведь фотолитограф не является самодостаточным станком вроде принтера: вставили пачку бумаги, нажали кнопку и получили стопку документов того или иного качества. Фотолитограф так не работает. Он может функционировать только в рамках так называемого фотолитографического кластера, совместно с установкой нанесения фоторезиста/проявки.
Фотолитограф переносит рисунок интегральной схемы с фотошаблона на полупроводниковую пластину, покрытую светочувствительным материалом — фоторезистом (процесс экспонирования). В качестве инструмента рисования использутся ультрафиолетовый свет, генерируемый источником излучения. В случае с зеленоградской машиной это твердотельный лазер (длина рабочей волны 365 нм).
Но ведь сам собой фоторезист на пластине не появится: его нужно нанести. Для этого и применяются коатеры (установки нанесения фоторезиста). Порция смолы подаётся в центр вращающейся пластины. Под действием центробежной силы фоторезист равномерно покрывает всю пластину, затем подсушивается до требуемой кондиции и подаётся в фотолитограф для экспонирования. Звучит просто, но на деле добиться равномерного покрытия с нужной толщиной — задача нетривиальная.
После экспонирования необходимо смыть лишнюю часть фоторезиста, чтобы в итоге получить на полупроводниковой пластине рельефный трафарет, в соответствии с которым будут осуществляться дальнейшие производственные процедуры: травление, ионная имплантация, осаждение. Процедура удаления лишнего (неотверждённого) фоторезиста называется проявкой. Примечательно, что на современных полупроводниковых фабриках установки нанесения фоторезиста/проявки, как правило, комплексные. Одна часть такой машины занимается нанесением, а другая — проявкой.
Иными словами, сначала пластина с уже нанесённым фоторезистом подаётся из такой машины в фотолитограф, а после завершения экспонирования возвращается в эту машину обратно, на этап проявки. Примечательно, что под воздействием света экспонированная часть фоторезиста может как затвердевать, так и плавиться. Впрочем итог этого один и тот же: жидкая часть смывается. Если фоторезист под воздействием света затвердевает, его называют негативным, а если плавится, то позитивным. Соответственно, при использовании негативного резиста рисунок на пластине противоположен рисунку шаблона, а в случае использования позитвного резиста, рисунок такой же.
В общем, чтобы продемонстрировать потенциальному заказчику техники возможности фотолитографа, необходимо предъявить сформированный на пластине трафарет, а стало быть, помимо литографа, иметь установку нанесения фоторезиста/проявки. И такая установка производства воронежского Научно-исследовательского института полупроводникового машиностроения (НИИПМ) в лаборатории ЗНТЦ имеется. Собственно, обе машины, как и положено, трудятся бок о бок. Надо думать, что и заказчики серийных российских фотолитографов будут сразу же заказывать и воронежские машины.
Так что Россия своими силами способна производить фотолитографические кластеры. А кто в мире ещё так может? Нидерланды? Нет. При том, что в области фотолитграфов голландский передовик ASML впереди планеты всей, машины нанесения фоторезиста/проявки он не производит. Может быть США? Тоже нет. Здесь ситуация обратная. Передовики американского электронного машиностроения, Lam Research и Applied Materials, коатеры производят, но в США давным давно никто уже не производит фотолитографы, во всяком случае для массового производства микросхем.
Китай? А вот производители из этой страны фотолитографические кластеры производят. Шанхайский производитель SMEE является местным передовиком по части фотолитографов, а шанхайская же ACM Research (дочернее предприятие одноимённой американской компании) — самый передовой в Китае производитель установок нанесения фоторезиста/проявки. Но вот кто действительно является «королевой бала» в области фотолитографических кластеров, так это Япония. Оптические гиганты Nikon и Canon являются производителями фотолитографов номер два и номер три в мировой табели о рангах (после ASML), а Tokyo Electron — признанный мирвой лидер по части установок нанесения фоторезиста/проявки.
Конечно, японская техника будет потехнологичнее нашей, но это уже детали. Главное, у нас уже сейчас есть крепкая база. А «продвинутые» технологии, их ведь и наработать можно.
Статью про китайские перспективы российской микроэлектроники можно прочитать в премиум-разделе канала «Фотолитограф»: