Сложить нанопасьянс

Наука и технологии / Наноэлектроника У России появился шанс стать мировым лидером в производстве фотолитографических машин. Но даже если она его упустит, мы в любом случае можем разработать технологии, которые станут основой следующего нанотехнологического уклада
Фото: Алексей Майшев

На заре микроэлектроники, еще в 1965 году, один из создателей корпорации Intel Гордон Мур высказал предположение, которое впоследствии назвали законом Мура: число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые полтора-два года, а их размеры — с той же скоростью уменьшаться. И если в 1971 году проектные нормы производства микросхем были 10 мкм, то сейчас речь идет о размерах меньше 20 нм.

Ключевой технологией, обеспечивающей достижение этих результатов, является фотолитография. Фотолитографическое оборудование — одно из самых сложных, точных и дорогих в машиностроении. Цена таких установок выросла с десятков тысяч долларов до десятков миллионов.

Цель фотолитографии в микроэлектронике — формирование заданного изображения на кремниевой подложке для получения необходимой топологии микросхемы. Для этого на подложку наносят тонкий слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На этот слой наносится светочувствительный материал — фоторезист, который подвергается облучению через оптическую систему и фотошаблон (маску). После дальнейшей обработки фоторезиста, на пластине остается заданный фотошаблоном рисунок. Чтобы закон Мура продолжал соблюдаться, необходимо постоянное уменьшение размеров элементов рисунка. Это, в свою очередь, требует уменьшения длины волны излучения, повышения качества оптической системы и увеличения точности работы механизма, передвигающего подложку под падающим лучом.

Вот почему ключевые элементы любой фотолитографической установки — это оптическая система, источник излучения и система совмещения (позиционирования).

Последняя разработка советской фотолитографической установки (революционная по тем временам) с источником света на длине волны 248 нм была сделана в СССР в конце 1980-х минским предприятием «Планар» под научным руководством тогдашнего директора Физико-технологического института РАН академика РАН Камиля Валиева. Опытный образец установки, находившийся на «Планаре», судя по всему, в начале 1990-х был продан в Китай.

Всего две фирмы

В последние годы голландская компания ASMLithography разработала фотолитографическое оборудование на длине волны 193 нм с разрешением 32 нм, которое испытывается в Intel и в тайваньской компании TSMC. Однако возможность дальнейшего кардинального уменьшения проектных норм при длине волны источника 193 нм у многих специалистов вызывает сомнения.

Еще в начале 1990-х возникла идея создавать оптическую литографию на длине волны 13,5 нм — это диапазон мягкого рентгена или экстремального ультрафиолета (extreme ultraviolet, EUV). Такая длина волны была выбрана потому, что создать эффективные источники излучения и оптику в диапазоне от 193 до 13,5 нм оказалось невозможно. Проблема в том, что на длине волны 13,5 нм нельзя использовать традиционную преломляющую оптику из-за интенсивного поглощения такого света всеми материалами. Поэтому в подобных оптических системах используют отражающую рентгенооптику, то есть зеркала с соответствующим интерференционным покрытием.

В настоящее время лишь две

Технологический процесс фотолитографии
Эволюция длины волны излучения в литографическом процессе
Оптическая схема традиционного фотолитографа
Источники EUV-излучения
Оптическая схема EUV-фотолитографа

spam@petrov.vodka