В литографической цепочке

В продолжение экскурсии по Троицкому инженерному центру 2 ноября состоялась лекция его гендиректора Евгения Горского. Она была организована вновь в рамках фестиваля «Наука 0+» и проекта DO.PLACE, на этот раз – в онлайн-формате.

Тогда, в зале ТИЦ, Горский сделал в своём рассказе упор на разработках для биомедицины – устройствах для экспресс-анализа ПЦР и детектирования биопатогенов в воздухе, а сейчас всё внимание было уделено другой теме, которой занимается компания, –
современным технологиям для нанолитографии (производства процессоров и другой микроэлектроники).

248, 193… 13,5!

Всю жизнь мы видим, как процессоры становятся лучше (быстрее, компактнее, энергоэффективнее) за те же деньги. Есть такой «закон Мура»: каждые два года количество транзисторов в них удваивается. Вернее это называть эмпирическим правилом или даже «самосбывающимся пророчеством» – чтобы не отстать от других, производители микропроцессоров должны умещать на одном кристалле всё больше и больше элементов. Кто ещё помнит, как работает фотоувеличитель, легко представит процесс литографии – проецирования маски на кремниевую подложку со светочувствительным слоем, только линзы уменьшающие. Но миниатюризация имеет предел – дифракционный: детали изображения становятся нечёткими в масштабе порядка длины волны источника. Главный способ его преодолеть – поменять само излучение. За минувшие 20–30 лет литографическая индустрия перешла от ртутных ламп на 365 нм к эксимерным лазерам на 248 и 193 нм, и всего два года назад началось промышленное использование экстремального ультрафиолета – 13,5 нм. Источник используется плазменный: лазер стреляет по капелькам жидкого олова. Всё происходит в вакууме (любая среда для этого диапазона непрозрачна), а вместо линз используются многослойные молибден-кремниевые зеркала –
единственные, которые дают приемлемый коэффициент отражения, причём в очень узком спектральном диапазоне.

Встроиться в «космос»

В основу источника легли работы научной группы Константина Кошелева (лаборатория спектроскопии плазмы ИСАН), которые, в свою очередь, стали продолжением фундаментальных исследований по физике многозарядных ионов. В сотрудничестве с троицкими коллегами голландский гигант ASML впервые в мире создал промышленный нанолитограф. Работает он пока всего в двух компаниях: Samsung (Корея) и TSMC (Тайвань), и представляет собой двухэтажную махину, вобравшую ультрасовременные технологии.

«Представьте себе летающий на магнитной левитации полуметровый стол, на нём лежит пластина, которая перемещается прыжками с ускорением 5 g и встаёт с точностью до 1 нм по шести осям, и всё это в вакууме, – поясняет Евгений Горский. – По сравнению с этим обеспечение космического полёта кажется детским конструктором. Уровень техники фантастический, и приятно осознавать, что в эту отрасль мы вносим свой вклад».

Совместно с компанией «ЭУФ Лабс», ещё одним «спин-оффом» ИСАНа, они создали установку на ту же длину волны, но не для производства, а для инспекции. Маски и оптические элементы нужно проверять, причём на той же длине волны, и для этого нужен относительно компактный источник. Принцип его работы предложил сотрудник ИСАНа Владимир Иванов – это быстро вращающийся в вакууме диск со слоем жидкого олова на «ободе», по которому «стреляет» лазер. За счёт вращения не только обновляется материал мишени, но и отсеиваются ненужные капли и ионы. Разработку коммерческого прибора начали в конце 2019-го, сделали за год с небольшим, установка уже поставляется в Корею. «Мы в полной мере можем сказать, что Троицк встроился в мировую цепочку ЭУФ-технологий, будет отвоёвывать свою нишу и займёт достойное место в этом процессе», – завершает Горский.

Нанометровый предел

Время вопросов… Самый «горящий»: как делают микросхемы с техпроцессом 7 нм и меньше, если длина волны 13,5? Есть много тонкостей. Первая – сами эти нанометры скорее маркетинговая, чем реальная цифра, да и микросхема слишком сложно устроена, чтобы искать там типовое «расстояние между грядками». Вторая –
радиус дифракционного кружка рассеяния считается по формуле, где есть не только длина волны, но и коэффициент преломления среды, и светосила оптической системы. Третья – толщину дорожек можно сделать ещё меньше за счёт тонких химических эффектов, а потом использовать многократную экспозицию.

А насколько ещё можно уменьшать масштабы? По прогнозу Горского, предел – 1–2 нм, дальше физически нереализуемо. Так что источники на 13,5 нм будут актуальны ещё лет 20 точно. При этом и для предыдущих технологий остаются свои экономические ниши, скажем, RFID-метки, силовая и оптоэлектроника, поэтому производители микроэлектроники, которые не осилили переход на 13,5 нм, не планируют
разоряться.

Лекция длилась больше полутора часов, её слушали около 30 человек, велась и видеозапись, которая будет опубликована в сообществе DO.PLACE и на YouTube-канале «ЕстьЧтоСказать».

Владимир МИЛОВИДОВ,

фото автора