Гонка за миниатюризацией полупроводников подошла к жесткому физическому барьеру. Современная EUV-литография, монополизированная нидерландской ASML, базируется на длине волны 13,5 нанометра. Выжать из этого стандарта техпроцессы менее 3 нм становится невероятно дорого и технически сложно из-за дифракционных ограничений. Чтобы двигаться дальше, индустрии нужен качественный скачок в рентгеновский диапазон.
Именно такой фундаментальный шаг описан в свежем номере авторитетного журнала «Успехи прикладной физики» (том 14, № 1, 2026 год). Исследовательская группа, объединяющая физиков из Центра Келдыша, ТРИНИТИ и Института спектроскопии РАН, представила технологию генерации излучения на длине волны 6,7 нм. Эта разработка закладывает базис для создания отечественного литографического оборудования топологического уровня 1–3 нанометра.
Проблема капельной мишени: почему буксует классический EUV
Чтобы понять значимость российской разработки, необходимо взглянуть на главную «головную боль» современных литографов ASML. Источником 13,5-нм излучения в них служит оловянная плазма. Лазер стреляет по микроскопическим каплям жидкого олова. Проблема в том, что металл испаряется не полностью: образуется мелкодисперсный мусор. Микронные осколки олова разлетаются по вакуумной камере, оседая на сложнейшей многослойной оптике и разрушая вакуумные насосы.
Для борьбы с деградацией зеркал применяются громоздкие системы охлаждения и сложнейшая магнитная защита, что превращает EUV-литограф в установку размером с автобус и стоимостью в сотни миллионов долларов.
Решение от Центра Келдыша: чистое облако вместо грязных капель
Российские физики предложили принципиально иной подход к источнику излучения. Во-первых, для генерации более короткой и «жесткой» волны (6,7 нм) вместо олова используются пары тугоплавких редкоземельных металлов — гадолиния и тербия. Исследования доказали, что именно эти элементы дают максимальный коэффициент преобразования лазерной энергии в рентгеновское излучение нужного спектра.
Во-вторых, и это главное ноу-хау Центра Келдыша, ученые разработали концепцию газовой мишени. В зону облучения лазером подается не твердое вещество и не капли, а уже готовый горячий газ из гадолиния. Лазер бьет по плотному газовому «облаку». Нет твердых остатков — нет мусора. Это кардинально решает проблему загрязнения рентгеновских зеркал и обеспечивает чистоту процесса.
Экстремальная инженерия: как укротить 3000 °C
Переход на газ звучит изящно в теории, но сталкивается с колоссальной проблемой на практике. Температура плавления гадолиния превышает 1500 °C, а чтобы перевести его в газообразное состояние с необходимым для литографа давлением, рабочую зону нужно разогреть почти до 3000 °C. При такой температуре плавится и разрушается подавляющее большинство известных конструкционных материалов.
Специалисты Центра Келдыша предложили непростую инженерную схему:
- Сверхтугоплавкий тигель: резервуар для гадолиния планируется изготавливать из экзотического сплава вольфрама и рения (температура плавления около 3600 К);
- Электронно-лучевой нагрев: вместо сложных лазеров для разогрева тигля используется генератор электронного пучка. В отличие от многих систем, он способен стабильно работать не в абсолютном вакууме, а в среде буферного газа (гелия или аргона), что критически важно для архитектуры литографа.
Согласно расчетам, для поддержания нужной температуры потребуется мощность всего около 1,2 кВт — это абсолютно реалистичная цифра для современных электронных генераторов. А применение теплоотражающих экранов с серебряным покрытием сведет тепловые потери к минимуму.
Оптика нового поколения и перспективы технологии
Переход на длину волны 6,7 нм требует новой оптической системы. К счастью, база для этого уже есть: последние достижения в оптике позволили создать многослойные рентгеновские зеркала на основе лантана и бора. Их теоретический коэффициент отражения на этой длине волны достигает 80%.
Безусловно, от научной статьи до серийной промышленной машины предстоит пройти длинный путь. Работа с температурами около 3000 °C требует высочайшей культуры производства и материаловедения. Сами авторы исследования отмечают, что следующим этапом станет сборка лабораторного макета установки. На нем технология удержания и испарения будет отрабатываться с использованием более дешевого молибденового тигля, и лишь затем инженеры перейдут к дорогостоящему вольфрам-рениевому сплаву.
Однако уникальность ситуации заключается в том, что зарубежных аналогов подобной компактной системы генерации газовой гадолиниевой мишени в открытой научной печати пока не зафиксировано. Если Центр Келдыша и ТРИНИТИ успешно реализуют «в железе» описанную архитектуру, российская микроэлектроника получит не просто аналог западных машин, а технологию следующего поколения. Это реальный шанс перепрыгнуть через ступень развития и создать базис для независимого производства чипов топологического уровня 1–3 нанометра.