Поскольку тема моей недавней статьи про российские EUV-литографы вызвала у читателей живой интерес, я решил рассказать про разработку высокопроизводительного EUV-литографа от ИПФ РАН чуточку подробнее.
Несмотря на то, что разработчики на своём демонстрационном образце получали отдельные изображения на подложках с разрешением до 7 нм., и теоретически могли замахнуться на самые передовые технологические нормы, вытекающие из этого разрешения, в реальной предлагаемой ими машине они решили ориентироваться на более скромные условные нормы в 28 нм.
Замечу, что современные EUV-литографы от ASML имеют фактическое разрешение 13 нм, что не мешает им соответствовать условной технологической норме 5 нм и менее.
С одной стороны, технологическая норма 28 нм — это тот минимум, который необходим сегодня для производства массовых российских микропроцессоров, а с другой — эта относительно грубая технология снижает требования к точности совмещения и к дефектам масок, что сегодня пока ещё является проблемой для нас.
Концентрация сил на топологической норме 28 нм даёт возможность сделать литограф уже в ближайшие годы, а не откладывать результат на неопределённый срок, когда «сдохнет либо ишак, либо эмир». Одновременно с этим остаётся большой потенциал по модернизации установки по мере отработки технологий создания более качественных масок, зеркал, более совершенных узлов совмещения и других частей системы.
Кроме дауншифта по технологической норме, разработчики пошли по пути разумного уменьшения стоимости разработки и производства за счёт в 3-4 раза более низкой производительности проектируемого литографа по сравнению с литографом от ASML.
Ещё не так давно можно было услышать аргументы в пользу отказа от строительства собственной фабрики в России на том основании, что она будет неконкурентоспособна, потому что наш рынок невелик, и она будет работать только условные «2 дня в неделю», а остальное время простаивать.
С одной стороны, рынок России всё-таки не настолько мал, 150 миллионов населения страны, вставшей на путь цифровизации — это всё же довольно существенный объём, особенно в текущих условиях. А с другой стороны — вот вам более дешёвые машины с более низкой производительностью.
Числовая апертура (NA) оптической системы снижена до 0,25 по сравнению с 0,33 у ASML, что несколько снижает разрешение, но существенно упрощает её изготовление.
Что такое апертура показано на примере оптической системы из линз:
А вот дальше начинается интересное...
Рабочая длина волны
Вместо оловянного источника излучения с длиной волны 13,5 нм, применяемой в установках ASML, учёные ИПФ РАН выбрали источник на основе газа ксенона 11,24 нм, в результате чего во-первых, при генерации излучения не возникает мешающих дальнейшей генерации излучения отходов, что является большой проблемой для источников излучения на основе олова, а во-вторых, увеличивается разрешение, что существенно компенсирует сниженную апертуру оптической системы. Потеря пространственного разрешения в итоге составляет менее 10%.
Источники на основе ксенона получаются существенно проще и намного дешевле. Львиная доля стоимости литографов — это именно источники излучения. Кроме того, под эту длину волны в ИПФ РАН разработана технология напыления рутениево-бериллиевых многослойных зеркал, у которых коэффициент отражения 72%, что существенно больше, чем у молибдено-кремниевых зеркал, использующихся на длине волны 13,5 нм.
Вообще, источник излучения является, пожалуй самым сложным элементом системы. Он влияет на многие параметры литографа и во многом ограничивает его возможности. Источник излучения занимает около 10 кубических метров, лазерная система — это второй этаж целого здания. Вся литографическая машина от ASML весит около двухсот тонн и стоит около 300 миллионов долларов.
Заключение
Информация для этой статьи почерпнута из лекции Чхало Николая Ивановича «Состояние дел и перспективы развития рентгеновской литографии», прозвучавшей 21 сентября 2022 года в Нижнем Новгороде на проводимом Институтом физики микроструктур РАН мероприятии «Школа молодых ученых «Современная рентгеновская оптика».
Судя по всему, в области рентгеновских литографов мы не повторяем иностранные разработки а идём своим более оптимальным для себя путём, что даёт теоретическую возможность к потенциальному лидерству в этих технологиях в будущем вместо постоянного копирования устаревающих технологий и оборудования.
Завтра я расскажу более подробно уже о бесфотошаблонном (т.н. «безмасочном») литографе от ИПФ РАН. Поэтому подпишитесь на канал, чтобы не пропускать новые статьи. Поставьте этой статье нравлик, если она была для вас интересной, а также напишите свой отзыв в комментариях. Удачи! :-)