Как идут работы по российскому литографу на 28 нм: Информация от наших ученых

Стали известны новые подробности по рентгеновскому литографу. Несколько дней назад у меня вышла статья «Рентгеновская оптика для российского литографа. Начался симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», в которой я сообщил о начале проведения XXVIII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника» в Нижнем Новгороде, на котором должен был выступить наш «главный по тарелочкам» (то есть, по рентгеновской оптике) — Николай Иванович Чхало.

В конце той статьи я пообещал озвучить новости про российский рентгеновский литограф, если таковые появятся. Так вот, сегодня, в последний день симпозиума, как и было запланировано, выступил Николай Иванович Чхало с докладом «Дорожная карта развития высокопроизводительной рентгеновской литографии в России».

Итак, что же он сказал интересного? Есть несколько новых моментов.

1. На сегодня работы ведёт не только ИФМ, растущий коллектив которого вы можете видеть на фото ниже:

Уже есть целая команда организаций с имеющимися научно-техническими заделами, которые способны решить проблему создания рентгеновского литографа.

Кстати, Николай Иванович ещё раз уточнил, что «рентгеновская литография» и «литография в экстремальном ультрафиолете» — это правомерные названия одной и той же технологии. От себя добавлю, что за рубежом сложилась практика называть эту литографию — литографией в экстремальном ультрафиолете, а у нас — рентгеновской.

Свойства излучения на самом краю ультрафиолетового диапазона на длине волны 11-13 нм идентичны свойствам рентгеновского диапазона, а не ультрафиолетового. Поэтому для исследований в этой области нужны знания именно рентгеновской оптики и ею занимаются соответствующие учёные, больше специализирующиеся на рентгене.

Отсюда, с их подачи, и сложилась такая практика, хотя формально условная граница между этими диапазонами, рентгеновским и ультрафиолетовым, проведена по округлённой цифре в 10 нм. что, конечно же, притянутая за уши условность. По факту, длины волн вокруг этих цифр обладают свойствами рентгена.

Кстати, в моей статье «Опасность сотовой связи 5G. Насколько она реальна? Высокие частоты» я приводил полную таблицу длин волн, из которой можно наглядно увидеть по круглым цифрам границ диапазонов всю условность деления электромагнитного диапазона волн на отрезки. Так что давайте уж использовать терминологию наших учёных, которая, несомненно, ближе к физической сути явления.

2. В докладе были перечислены 8 критически важных технологий, которыми надо обладать, чтобы собрать рентгеновский литограф, и даны оценки готовности данных технологий у нас в стране:

1. Сверхточная рентгеновская оптика.
2. Высокоэффективные источники рентгеновского излучения
3. Маски (фотошаблоны)
4. Высокоэффективные фильтры спектральной очистки и защиты маски, т.н. пелликлы.
5. Рентгено-резисты (чистая химия).
6. Системы совмещения.
7. Системы сканирования.
8. Автофокус.

По сверхточной рентгеновской оптике у нас имеются достаточно хорошие заделы. В ИФМ РАН умеют полировать подложки для асферических рентгеновских зеркал до необходимого сегодня уровня и знают, как повысить этот уровень до уровня компании Carl Zeiss для применения их в реальной литографической машине, когда такая потребность возникнет.

Что касается напыления зеркал, то ИФМ РАН имеет для этого 8 технологических установок, разработанных ими самостоятельно. Институту принадлежат рекордные коэффициенты отражения зеркал в диапазоне 9-30 нм, что выводит его в мировые лидеры по этой теме (что касается диапазона 6 нм, то он был признан институтом неперспективным, и работы по нему больше не ведутся, хотя результаты здесь тоже были неплохими, пусть на сегодня уже и уступили зарубежным).

По части высокоэффективных источников рентгеновского излучения в ИФМ РАН был разработан лазерно-плазменный источник на основе сверхзвуковой струи ксенона. Подтверждено, что ксеноновый источник является «чистым». Первые публикации в научных журналах по таким источникам появились в 2018 году, но практические результаты у нас уже есть.

В 2023-м году в ИФМ РАН был разработан прототип мощного источника рентгеновского излучения 10-14 нм для литографии на основе ксенона. Стенд находится в процессе монтажа и к концу года, скорее всего, будет уже запущен:

Примечательно, что ксеноновый источник с длиной волны 11,2 нм требует на порядок меньшую мощность входящего в его состав лазера, чем оловянный на 13,5 нм у ASML на 22 кВт (и 50 кВт в будущем).

Поставка рабочего экземпляра наносекундного диского лазера мощностью 60 Вт из ИПФ РАН в ИФМ РАН, как центрального компонента источника рентгеновского излучения, для целей исследований ожидается уже осенью этого (2024) года.

Также в ИПФ РАН уже давно разработан наносекундный дисковый лазер мощностью 650 Вт. В перспективе пары лет его мощность будет доведена до 1,2 кВт, а ещё через год — до 2,5 кВт, что хотя и является по оценке разработчиков пределом выбранной технологии, но уже вполне достаточно для применения в реальных источниках рентгеновского излучения на основе ксенона для серийных рентгеновских литографических машин.

Кстати, о преимуществах длины волны 11,2 нм я писал год назад в своей статье «Почему в перспективном российском EUV-литографе предлагается длина волны 11,2 нм а не 13,5 нм, как у ASML?», почитайте, там всё подробно изложено. Единственная поправка — безмасочный (бесфотошаблонный) рентгеновский литограф пока не разрабатывается. О причинах можно прочитать у меня в статье «МЭМС для бесфотошаблонного EUV-литографа в рамках НИР сделать не удалось».

По части отражающих масок (фотошаблонов) имеются свои сложности, связанные с эффектом затенения краёв из-за высоты маскирующего слоя а также с трудностями контроля глубинных дефектов при их изготовлении:

Именно эти сложности в ИФМ и пытались исключить, разрабатывая безмасочный (правильнее — бесфотошаблонный) литограф, но столкнулись со сложностями с МЭМС и производительностью литографа в целом.

На слайде ниже синим цветом показаны пока отсутствующие у нас технологии для изготовления масок, светлозелёным — имеющиеся, а тёмнозелёным — технологии, в которых мы являемся лидерами:

С высокоэффективными фильтрами спектральной очистки и защиты маски, т.н. пелликлами (ультратонкими плёнками), у ИФМ РАН тоже всё выглядит довольно неплохо. Более того, при разработке рентгеновских литографов ASML добивалась от своих машин той же производительности, что и от машин глубокого ультрафиолета, чем загнала себя в адски жёсткие условия, что вылилось впоследствии и в стоимость её оборудования и стоимость его обслуживания. У нас же пока не стоит проблемы необходимости сверхвысокой производительности оборудования, чтобы удовлетворять аппетиты всего мира.

Нам можно либо снизить требования к стойкости дорогих пелликлов, которые живут в машинах ASML всего 2-3 недели, после чего приходят в негодность от невероятной мощности излучения, либо сделать срок их жизни более длительным, что существенно удешевит обслуживание литографа.

Неплохие заделы у нас, внезапно, и по рентгенорезистам.

А вот с системами сканирования, совмещения и автофокуса у нас, по сути, нет ничего. Этой темой до сей поры в России не занимались. А между тем, требования к этим системам довольно жёсткие:

Кое-какие институты по отдельным компонентам, однако, существуют, то есть, где-то и есть, с чего расти, а что-то придётся начинать с нуля.

Итого, основные сложности при постройке рентгеновского литографа просматриваются именно с системами совмещения, системами сканирования и автофокусом.

Ну и, в заключение, посмотрим на обновлённые слайды этапов разработки рентгеновского литографа с уточнёнными характеристиками:

Альфа-машина — это не просто прототип, а рабочий прототип, на котором можно будет в ручном режиме обрабатывать 3 пластины в час, что вполне достаточно для выпуска инженерных образцов процессоров. При этом из-за ограничений пока ещё несовершенной системы совмещения и сканирования на этом этапе ожидается техпроцесс 90 нм.

Как и ранее, создание Альфа-машины прогнозируется через 3 года, машины второго этапа ещё через два, и третьего — ещё через два. То есть, «альфа» по оценке ИФМ РАН должна появиться в 2026-2027 годах, машина второго этапа в 2028-2029 и машина третьего этапа в районе 2030-2032 годов. Замечу, что эти даты определены ИФМ РАН исходя из приблизительной оценки состояния дел и возможностей, и не являются «обещаниями власти». Извините, для некоторых приходится уточнять…

Оригинал публикации в блоге автора на Дзене: https://dzen.ru/a/ZfRB8NC2HniyOJVt

Об авторе: Специалист в области отечественной микроэлектроники, ведёт свой тематический канал «Электромозг» о российской микроэлектронике на платформе «Дзен».