Речь идет о принципиально новом источнике экстремального ультрафиолетового излучения (ЭУФ или EUV), который может кардинально изменить расклад сил в мировой микроэлектронной индустрии. Если утрировать, то сейчас ключевой элемент литографических сканеров — это мощная лазерно-плазменная пушка, которая обстреливает капли расплавленного олова, превращая их в плазму с температурой в сотни тысяч градусов.
Это излучение, проходя через сложнейшую систему зеркал, и создает тот самый рисунок на кремниевой пластине. Однако в основе зарубежных машин ASML лежит технология, требующая огромных энергозатрат (более 1 МВт на установку), экстремально точной синхронизации и редкоземельных материалов, доступ к которым жестко контролируется. Российские ученые предложили альтернативный путь: не дробить и нагревать жидкий металл, а испарять его в вакууме, используя для генерации плазмы совершенно иной физический принцип.
Предложенная технология, судя по публикации в «Успехах прикладной физики», базируется на применении мощного электронного пучка для испарения и ионизации мишени из редкоземельного элемента — скорее всего, гадолиния или тербия. Именно эти металлы при переходе в состояние многозарядных ионов дают интенсивную линию излучения в диапазоне 6,5–6,7 нанометров (так называемая «линия Gd»), что близко к рабочей длине волны современных EUV-литографов (13,5 нанометров у ASML).
Отличие в том, что отечественный подход не требует дорогостоящих и сверхмощных CO₂-лазеров, а вместо этого использует компактный ускоритель электронов. Это существенно упрощает конструкцию, снижает требования к оптике и, что важнее всего, позволяет обойти технологические ограничения, наложенные на Россию санкциями в области высокоточной лазерной техники и вакуумной электроники.
Если разработку удастся довести до промышленного прототипа, это может обеспечить технологический суверенитет России в производстве чипов по топологическим нормам 1–3 нанометра. Дело в том, что нынешние нидерландские литографические машины ASML (модели NXE:3400 и более новые) работают на длине волны 13,5 нанометров, что является пределом для классической EUV-литографии с оловом. Дальнейшее уменьшение размера транзистора требует перехода, к так называемой «высшей ультрафиолетовой» области (High-NA EUV, 0,33 NA), где возможности ASML уже почти исчерпаны, либо к смене длины волны на 6,7 нанометра.
Российский подход с гадолинием/тербием как раз нацелен на эту перспективную нишу, где даже лидер рынка из Нидерландов только начинает делать первые шаги. Таким образом, речь идет не о догоняющей, а об опережающей разработке, которая может сделать Россию одним из ключевых игроков в создании литографического оборудования следующего поколения.
Тем не менее, от лабораторной установки до работающего литографического сканера — дистанция огромного размера. За иностранным словом «источник излучения» скрывается лишь один из множества узлов сложнейшей машины. Потребуется разработать систему многослойных рентгеновских зеркал с коэффициентом отражения более 70% (что само по себе — вызов для российской оптической промышленности), синхронизировать испарение мишени с работой редуктора (системы уменьшения проекции), создать сверхчувствительные фоторезисты и отработать очистку пластин.
Однако сам факт того, что онаши отечественные коллективы из Центра Келдыша (госкорпорация «Роскосмос») и ТРИНИТИ (входит в «Росатом») смогли решить задачу генерации стабильного потока ионов в нужном спектральном диапазоне, говорит о высоком уровне компетенции в области физики плазмы и вакуумной техники. Если к проекту будут привлечены структуры типа Микрона или ИНЭУМ, то в течение 5–7 лет мы можем увидеть первую российскую литографическую установку, работающую на новых физических принципах, без аналогов на Западе.