Сколько в Поднебесной нанометров?

До настоящего времени монополистом в области изготовления таких установок была нидерландская ASML, которая под давлением американцев, введших санкции против Huawei, отказала ей в поставках этих установок в КНР. США явно рассчитывали, что таким образом им удастся остановить развитие микроэлектроники в Китае.

Экстремальная ультрафиолетовая монополия

Цель фотолитографии в микроэлектронике — формирование заданного изображения на кремниевой подложке для получения необходимой топологии микросхемы. Для этого на кремниевую подложку наносят тонкий слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На этот слой наносится светочувствительный материал — фоторезист, который подвергается облучению через оптическую систему специальной машины — фотолитографа — и фотошаблон (маску). После последующей обработки фоторезиста на пластине остается заданный рисунок. Чем меньше длина волны излучения, тем меньше размеры получаемых элементов рисунка. В процессе изготовления микросхем операция фотолитографии на одной пластине повторяется многократно, и каждое новое изображение должно очень точно совмещаться с предыдущим.

Существует несколько типов фотолитографии. До последнего времени в производстве микроэлектроники использовалась проекционная фотолитография с источником света в ближней ультрафиолетовой области спектра, оборудование которой было одним из самых сложных, точных и дорогих устройств в машиностроении до появления следующего поколения фотолитографии. Такого типа проекционная фотолитография позволяет достичь проектных норм до 28 нм и ниже.

А разработку и производство самых современных фотолитографов следующего поколения, так называемых EUV-установок (extreme ultraviolet lithography, экстремальная ультрафиолетовая литография; ниже мы для упрощения мы называем ее рентгеновской), рассчитанных на достижение проектных норм менее 10 нм, осуществляет в мире только одна компания — нидерландская ASMLithography.

Проблема при создании установок для EUV-литографии состоит в том, что на этой длине волны нельзя использовать традиционные источники света и традиционную оптику из-за интенсивного поглощения такого излучения всеми известными оптическими материалами. Поэтому в подобных оптических системах используют отражающую многослойную оптику, то есть зеркала с соответствующим интерференционным покрытием. Некоторое время назад перспективы в этом направлении были и у России.

В России в 2010-е годы была начата разработка такого EUV-фотолитографа. Разработкой его оптической системы, ее элементов и интерференционных покрытий, работающих на длине волны 13,5 нм, и прототипа самой установки занимался в Институте физики микроструктур (ИМФ) РАН (теперь это филиал ИПФ, Института прикладной физики РАН) в Нижнем Новгороде коллектив разработчиков во главе с членом-корреспондентом РАН Николаем Салащенко, известным специалистом в области многослойной рентгеновской оптики.

Источник излучения разрабатывался в Институте спектроскопии (ИСАН) РАН в подмосковном Троицке под руководством заведующего лабораторией Константина Кошелева, занимавшегося методами возбуждения мощного коротковолнового излучения в плазме с температурой почти миллион градусов. Благодаря многолетним исследованиям спектров различных материалов в ИСАН знали, что на длине волны 13,5 нм излучают пары олова. Разработчики предложили оригинальные решения конструкций источников излучения. Надо отметить, что разработки этих коллективов использовались и в ASMLithography.

К сожалению, эта разработка отечественного EUV-фотолитографа закончилась на стадии макета, хотя ее результатами в части высокоточной рентгеновской оптики и многослойных покрытий и источника излучения собирается воспользоваться ЦКП «МСТ и ЭКБ» МИЭТ, взявшийся за разработку фотолитографа на 28 нм на принципиально новых принципах безмасочной фотолитографии с использованием динамической маски на основе МЭМС (или, скорее, МОЭМС). Основы такого подхода ранее также были разработаны в ИМФ (ИПФ) уже под руководством доктора физико-математических наук Николая Чхало. И вот теперь в это соревнование включилась Huawei.

Ждем установки

Цель китайского изобретения — существенно увеличить когерентность излучения, что должно повысить разрешение и, соответственно, уменьшить проектные нормы планируемой установки. Однако опрошенные нами специалисты, занимающиеся и в России, и за рубежом EUV-фотолитографией, выразили большое сомнение как в реализуемости представленного патента, так и в квалификации специалистов Huawei, также занимающихся фотолитографией. Тем более что если ASML привлекала для работы над своими установками специалистов из многих стран, то Huawei, насколько известно, пока это не удалось, да и в современной ситуации вряд ли удастся. Но, конечно, окончательно все станет ясно, когда компания представит работающую установку.