Каким будет российский литограф на 130 нм?

В прошлой статье я описал характеристики первого российского литографа на 350 нм, который уже построен и тестируется в Зеленограде. Но одновременно с этим первым литографом разрабатывается и следующий, на 130 нм. Его разработка и строительство опытного образца завершится в 2026-м году.

Если первый литограф на 350 нм, по сути, является, скорее всего, переработкой белорусского литографа ЭМ-5784 в направлении увеличения площади экспонирования более чем на полтора порядка (с 3,2х3,2 мм до 22х22 мм) и увеличения максимального диаметра экспонируемых пластин со 150 до 200 мм, то следующий литограф — это уже глубокая переработка с добавлением новых источников излучения — лазеров с длинами волн 193 и 248 нм.

По сути, литограф на 350 нм — это, в большей части, простая компиляция имеющихся технологий, т.н. скоростной вариант, чтобы побыстрее его сделать, то следующий литограф на 130 нм — это уже эволюционное развитие применяемых технологий.

Итак, давайте сфокусируемся на общем списке проводимых работ и поподробнее остановимся на технических характеристиках следующей создаваемой установки. Близким к теме людям они будут довольно интересны. Кое что я даже выделил жирным шрифтом.

Более подробно про этот литограф можно прочитать в конкурсной документации по ссылке, приведённой ниже.

Проводимые работы

Согласно ОКР, АО «Зеленоградский нанотехнологический центр» (ЗНТЦ) в сотрудничестве с ОАО «Планар» проводит следующие работы по литографу:

Разработка конструкторской документации с литерой «О» и изготовление опытного образца установки проекционного переноса изображений топологического рисунка ИС на пластину (Step&Repeat) и источников излучения с длинной волны 193 и 248 нм, постановка базовых технологических процессов (БТП) проекционного переноса изображений на пластину (Step&Repeat) с размером минимального конструкционного элемента 130 нм.

Установка предназначена для проекционного переноса изображения фотошаблона на полупроводниковую пластину и мультипликации его на пластине при изготовлении СБИС с проектной топологическойнормой 0,13 мкм.

В рамках проекта допускается возможность применения режима double patterning или multi patterning — двойного или многократного маскирования (далее маскирование) с применением фазосдвигающих шаблонов для достижения проектной топологической нормы 130 нм при условии недостижения физического разрешения проекционной системы степпера 130 нм.

В ходе выполнения работы должны быть выполнены следующие работы:

• разработаны составные части эскизных проектов установки;
• разработаны составные части технических проектов;
• изготовлены макеты ключевых узлов установки;
• разработана конструкторская документация (КД), технологическая документация (ТД), проектная документация (ПД) и эксплуатационная документация (ЭД) на установки;
• изготовлен технологический стенд;
• изготовлен опытный образец эксимерного лазера с источником излучения 248 нм;
• изготовлен опытный образец эксимерного лазера с источником излучения 193 нм;
• изготовлен опытный образец установки;
• сформированы технические требования (ТТ) к БТП на основе критического анализа развития технологии современных ЭКБ;
• исследованы и отработаны БТП с использованием разработанных и изготовленных тестовых структур на пластинах диаметром 150 мм на опытном образце установки;
• разработана ТД на БТП отработанного на опытном образце установки;
• совместно с Заказчиком проведены предварительные испытания (ПрИ) опытных образцов установки;
• совместно с Заказчиком проведены приемочные испытания (ПИ) опытных образцов установки, по результатам ПИ КД, ТД присвоены литеры «О»;
• получено заключение предприятия-потребителя по уровню параметров и применяемости разработанных установки;
• определено предприятие-изготовитель установки.

Технические требования к изделию

В состав установки должны входить следующие составные части:

• а) устройство оптико-механическое (ОМУ);
• б) комплекс управляющий (КУ);
• в) программное обеспечение;
• г) комплект запасных частей и принадлежностей.

Установка должна производить индивидуальную обработку пластин с автоматической системой загрузки и выгрузки пластин из подающей кассеты в приемную или из приёмной обратно в подающую.

Установка должна быть оборудована не менее, чем двумя кассетами для загрузки и выгрузки пластин соответственно диаметром 150 или 200 мм. Вместимость кассет — 25 пластин.

Основные технические требования к параметрам составных частей и систем установки

Источник излучения

• Лазер — Эксимерный
• Мощность, Вт не менее — 10
• Частота, Гц — 1000
• Рабочая длина волны, нм — Определяется в ходе работ (248 или 193 нм)

Объектив

• Масштаб изображения — 1:5
• Числовая апертура — 0,4 — 0,63
• Размеры поля изображения, X x Y, мм, квадратный кадр — 22 х 22
• Глубина резкости, мкм, не менее для L/S — 0,5 (уточняется на этапе изготовления опытного образца)
• Дисторсия (по всему полю изображения), nм, не более — ±25
• Размер минимального конструкционного элемента по полю изображения периодической структуры в однослойном резисте толщиной 0,5-0.7 мкм с допуском на размер ±10 %, мкм — 0,15

Система освещения

• Максимальная энергетическая освещенность в плоскости экспонирования, мВт/см2, не менее — 225
• Неравномерность освещенности поля изображения, %, не более — ±1,5
• Нестабильность дозы экспонирования, %, не более — ±1,0

Система фокусировки и покадрового выравнивания

• Система должна обеспечить работу при максимально допустимом изменении толщины пластин от партии к партии, мкм, не более — 50
• Точность фокусировки, нм — ±300
• Невоспроизводимость фокусировки, мкм, не более — ±0,1

Система совмещения

• Метки совмещения — дифракционно-фазовые
• Случайная составляющая погрешности совмещения (3σ), нм, не более — 60

Система загрузки пластин

• Диаметр обрабатываемых пластин, мм — 150 или 200
• Время переналадки, ч, не более — 12
• Производительность, пластин в час — 100
• Обеспечение обработки пластин notch — имеется
• Обработка «прозрачных» пластин — имеется
• Механизмы загрузки и разгрузки пластин — SMIF-контейнеры
• Манипулирование пластинами — «рукой» миниробота с вакуумной присоской с обратной стороны пластины
• Геометрические характеристики кремниевых пластин должны соответствовать требованиям стандартов SEMI, в т.ч. по параметру локальной неплоскостности (методика SBIR), (на поле 22 х 22 мм), мкм, не более — 0,1

Система загрузки фотошаблонов

• Загрузка подготовленных фотошаблонов с пелликлами — из переносных индивидуальных контейнеров
• Загрузка фотошаблонов в ОМУ — из магазина фотошаблонов на 12 позиций
• Время смены и позиционирования фотошаблона, с, не более — 50

Координатный стол

• Рабочий ход, мм, Х — 250, Y — 210
• Точность позиционирования, нм — ±5
• Масса каретки, кг — 20
• Тип двигателей — линейный

Требования надёжности:

• наработка на отказ — не менее 500 часов;
• время восстановления — не более 2 часов;
• срок сохраняемости — не менее 1 года;
• срок службы — не менее 5 лет.

Требования к разработке эксимерных лазеров с источниками излучения 248 и 193 нм

Эксимерный лазер с длиной волны 248 нм

Назначение — использование в качестве источника света в литографических сканерах с технологической нормой до 130 нм.

• Длина волны генерации — 248.3271 нм
• Диапазон перестройки длины волны — 248.2 нм – 248.510 нм
• Стабильность длины волны генерации (кратковременная, 60сек) — ≤±0.012 пм
• Стабильность длины волны генерации (долговременная, 100 млн. импульсов) — ≤±0.03 пм
• Скорость перестройки длины волны 0 – 0.2 пм — ≤50 мс, 0 – 0.6 пм — ≤175 мс
• Точность установки длины волны — ≤0.01 пм
• Ширина спектра генерации FWHM — ≤0.35 пм
• Ширина спектра генерации E95% — ≤1.2 пм
• Частота следования импульсов генерации (перестраиваемая) — 1000 – 4000 Гц
• Максимальная средняя мощность на частоте 4000 Гц — 40Вт
• Номинальное значение энергии в импульсе — 10 мДж
• Область регулировки энергии в импульсе — 7.5 – 12.5 мДж
• Точность установки значение энергии в импульсе — 0,1 мДж
• Стабильность дозы (за 100 импульсов) — <0.4%
• Стабильность энергии импульсов — <±10% (3σ, 100 импульсов)
• Размер пучка по горизонтали (по уровню 10% от максимальной интенсивности) — 2.8 ±0.3 мм
• Размер пучка по вертикали (по уровню 10% от максимальной интенсивности) — 15.5 ±0.8 мм
• Симметрия профиля пучка по горизонтали — ≤40% @FW 10%
• Симметрия профиля пучка по вертикали — ≤40% @FW 10%
• Расходимость излучения по горизонтали (полный угол, по уровню 10% от максимальной интенсивности) — 1.3 мрад ±0.5 мрад
• Расходимость излучения по вертикали (полный угол, по уровню 10% от максимальной интенсивности) — 2.2 мрад ±0.8 мрад
• Стабильность положения пучка по горизонтали (измеренная за 100 млн импульсов) — ≤±0.1 мм
• Стабильность положения пучка по вертикали (измеренная за 100 млн импульсов) — ≤±0.1 мм
• Угловая стабильность положения пучка по горизонтали (измеренная за 100 млн импульсов) — ≤±0.2 мрад
• Угловая стабильность положения пучка по вертикали (измеренная за 100 млн импульсов) — ≤±0.2 мрад
• Длительность импульса — ≥15 нс (FWHM)
• Поляризация (горизонтальная) — >98%

Эксимерный лазер с длиной волны 193 нм

Назначение — использование в качестве источника света в литографических сканерах с технологической нормой до 80 нм.

• Длина волны генерации — 193 нм (требуется уточнение)
• Диапазон перестройки длины волны — (требуется уточнение)
• Стабильность длины волны генерации (кратковременная, 60 сек) — ≤±0.012 пм
• Стабильность длины волны генерации (долговременная, 100 млн. импульсов) — ≤± 0.03 пм
• Скорость перестройки длины волны, 0 – 0.2 пм — ≤ 50 мс, 0 – 0.6 пм — ≤175 мс
• Точность установки длины волны — ≤0.01 пм
• Ширина спектра генерации FWHM — ≤0.35 пм
• Ширина спектра генерации E95% — ≤1.2 пм
• Частота следования импульсов генерации (перестраиваемая) — 1000 – 4000 Гц
• Максимальная средняя мощность на частоте 4000 Гц — 20 Вт
• Номинальное значение энергии в импульсе — 10 мДж
• Область регулировки энергии в импульсе — 7.5 – 12.5 мДж
• Точность установки значение энергии в импульсе — 0,1 мДж
• Стабильность дозы (за 100 импульсов) — <0.4%
• Стабильность энергии импульсов — <±10% (3σ,100 импульсов)
• Размер пучка по горизонтали (по уровню 10% от максимальной интенсивности) — 2.8 ±0.3 мм
• Размер пучка по вертикали (по уровню 10% от максимальной интенсивности) — 15.5 ±0.8 мм
• Симметрия профиля пучка по горизонтали — ≤40% @ FW 10%
• Симметрия профиля пучка по вертикали — ≤40% @ FW 10%
• Расходимость излучения по горизонтали (полный угол, по уровню 10% от максимальной интенсивности) — 1.3 мрад ±0.5 мрад
• Расходимость излучения по вертикали (полный угол, по уровню 10% от максимальной интенсивности) — 2.2 мрад ±0.8 мрад
• Стабильность положения пучка по горизонтали (измеренная за 100 млн импульсов) — ≤±0.1 мм
• Стабильность положения пучка по вертикали (измеренная за 100 млн импульсов) — ≤±0.1 мм
• Угловая стабильность положения пучка по горизонтали (измеренная за 100 млн импульсов) — ≤±0.2 мрад
• Угловая стабильность положения пучка по вертикали (измеренная за 100 млн импульсов) — ≤±0.2 мрад
• Длительность импульса — ≥15 нс (FWHM)
• Поляризация (горизонтальная) — >98%

Отличия нового литографа на 130 нм

Если сравнивать характеристики этого литографа с характеристиками предыдущего на 350 нм, то первое отличие наблюдается в применении лазерного источника излучения. В литографе на 350 нм это, похоже, ртутная лампа, если судить по длине волны излучения.

Также бросается в глаза, что разрабатываются сразу два лазера на разные длины волн. Первый — 248 нм для технологической нормы до 130 нм и второй — 193 нм для технологической нормы до 80 нм. Таким образом, уже идёт задел для следующего литографа на 90 нм.

Также в новом литографе применяется другой объектив и улучшенная система совмещения. Также появился параметр производительности системы загрузки пластин — 100 пластин в час. В остальном параметры обоих литографов более-менее схожи.

Заключение

В процессе изучения характеристик обоих литографов у меня сложилась картина, которую я уже так или иначе озвучивал — первый, на 350 нм, делается ради скорости внедрения, на базе имеющихся технологий, а второй, на 130 нм — с заделом на дальнейшую эволюцию до 90 нм. При этом обе разработки создаются практически параллельно, чтобы не терять время, что правильно.

Оригинал публикации в блоге автора на Дзене: https://dzen.ru/a/ZlCh5aCuq3xybFw8

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

На фото вверху: Автоматическая установка совмещения и экспонирования ЭМ-5784 (Беларусь, 2017 год) с разрешением (минимальным размером элемента) 350 нм