Ключевой технологией для изготовления микроэлектроники, является фотолитография

ЭкспертHi-Tech

Микросхемам готовят отечественную печать

Ключевой технологией, обеспечивающей возможность изготовления и развития микроэлектроники, является фотолитография. Две зеленоградские организации по заказу Минпромторга занялись разработкой фотолитографов (степперов) для реализации разных проектных норм — от 130 до 28 нм и менее

Александр Механик

Нарастание геополитического противостояния России и, как теперь принято говорить, коллективного Запада продемонстрировало предельно острую необходимость обеспечения технологической независимости России. В первую очередь это означает необходимость достижения независимости от поставок микроэлектроники — ключевого элемента любой современной электроники, которая, в свою очередь, является основой всей современной техники. А выполнение такой задачи требует развития в стране электронного машиностроения, которое должно обеспечить независимость российской микроэлектроники от импорта оборудования и технологий, главной из которых является фотолитография.

Наш журнал неоднократно писал об этом последние пятнадцать лет (см., например, «Возродить электронное машиностроение», № 26 за 2016 год), однако, к сожалению, правительство вплотную занялось этой проблемой только с приходом в него новой команды в 2020 году. Возможно, если бы возрождать электронное машиностроение начались пятнадцать лет назад, страна не стояла бы сейчас перед угрозой лишения ее доступа к современной микроэлектронике. Но это к слову.

И вот сейчас две зеленоградские организации по заказу Минпромторга занялись разработкой фотолитографов (степперов) для реализации разных проектных норм. Это Зеленоградский нанотехнологический центр, который разрабатывает фотолитограф на 130 нм, и Центр коллективного пользования «Микросистемная техника и электронная компонентная база» при НИУ «Московский институт электронной техники» (ЦКП «МСТ и ЭКБ» МИЭТ), взявшийся за разработку концепции безмасочного экстраультрафиолетового (ЭУФ) с длиной волны излучения менее 13,5 нм литографа с разрешением 28 нм и менее. Первый необходим для поддержания существующего уровня российской микроэлектроники, второй — для достижения самого современного уровня.

Какая бывает фотолитография

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. Применение иммерсии на длине волны 193 нм и технологии многократного экспонирования позволяет получать технологические нормы до 10 нм. Проблема в стоимости такой литографии и производительности. Цена таких установок выросла за последние десятилетия с десятков тысяч долларов до 300 миллионов (см. схему 1).

А литографические объективы фирмы Carl Zeiss, которая, по сути, монополизировала рынок высокоразрешающих литографических объективов и фактически является их единственным производителем, имеют высоту до 170 см, диаметр до 600 мм, содержат около 40 чрезвычайно высококачественных линз и отражающих оптических элементов и весят до 800 кг.

Последняя разработка советской фотолитографической установки такого типа (революционная по тем временам) была сделана в СССР в конце 1980-х минским предприятием «Планар» под научным руководством тогдашнего директора Физико-технологического института РАН академика РАН Камиля Валиева.

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

Суммарная стоимость набора фотошаблонов (масок) для производства одного типа чипов, которые являются важнейшим элементом технологии фотолитографии, может достигать нескольких миллионов долларов, и они требуют регулярной замены. Суммарная их стоимость за время производства данного типа чипов может достигать многих десятков миллионов долларов.

До недавнего времени самые передовые проектные нормы достигались с использованием проекционной фотолитографии на длине волны 193 нм, возможности которой уже на порядок превзошли дифракционный предел разрешающей способности оптической системы литографа.

А разрешение 14 нм и менее, уже несколько лет назад достигнутое в массовом производстве, является результатом применения EUV- фотолитографии на длине волны 13,5 нм. 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 (см. схему 2).

Поэтому в подобных оптических системах используют отражающую многослойную оптику, то есть зеркала с соответствующим интерференционным покрытием.

Вторая важная проблема состоит в том, что с уменьшением проектных норм повышаются требования к точности системы позиционирования.

В результате сложность этих установок такова, что их стоимость уже превосходит 300 млн долларов.

В России в 2010-е годы тоже была начата разработка такого EUV-фотолитографа (см. «Сложить нанопасьянс», «Эксперт» № 4 за 2012 год). 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 Института прикладной физики РАН — ИПФ) 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 обоих этих коллективов использовались и в той самой нидерландской компании ASMLithography.

Член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института физики микроструктур РАН Николай Салащенко. Фото: Николай Нестеренко

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

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Гид по джинсам от Энн Хэтэуэй, главной поклонницы денима в Голливуде Гид по джинсам от Энн Хэтэуэй, главной поклонницы денима в Голливуде

Стиль Энн Хэтэуэй — чему мы можем поучиться?

Cosmopolitan
Экспорт идет не как по маслу Экспорт идет не как по маслу

Дисбаланс на рынках растительного масла по всему миру уже случился

Эксперт
Дело не в тебе Дело не в тебе

Что сделать, чтобы развод родителей не травмировал ребенка?

Лиза
«Золотой» автобан «Золотой» автобан

Дорожное строительство в стране оказалось фактически парализовано

Эксперт
Не выбрасывай еду: как сократить количество пищевых отходов раз и навсегда Не выбрасывай еду: как сократить количество пищевых отходов раз и навсегда

Эти простые решения принесут пользу планете и вашему кошельку

Cosmopolitan
Ошибка китайского магната Ошибка китайского магната

Как рискованные спекуляции взорвали рынок никеля

Эксперт
История «Артека»: как рай советских пионеров превращался в кошмар История «Артека»: как рай советских пионеров превращался в кошмар

Каждый советский ребёнок мечтал побывать в летнем лагере «Артек»

Популярная механика
Квартирный рынок: без ажиотажа Квартирный рынок: без ажиотажа

Ипотека резко подорожала, а аренда жилья дешевеет

Эксперт
«Дома вообще нет никакой Елены Подкаминской как актрисы» «Дома вообще нет никакой Елены Подкаминской как актрисы»

Миллион неудобных вопросов и честные ответы — в интервью с Еленой Подкаминской

OK!
Глобальный сдвиг или глубочайший кризис: каким будет 2021 год Глобальный сдвиг или глубочайший кризис: каким будет 2021 год

Список главных трендов года

РБК
«Не боясь ни насмешек, ни ущемлений»: как в СССР было равенство, но не было феминизма «Не боясь ни насмешек, ни ущемлений»: как в СССР было равенство, но не было феминизма

Рассказываем историю феминистского самиздата в СССР

Forbes
Слайд-шоу Слайд-шоу

Новые разработки и прототипы

Популярная механика
Шутить изволите? Шутить изволите?

О чем говорит твое чувство юмора

Лиза
Арабская ночь Арабская ночь

Как устроена финансовая система ОАЭ

Forbes
«Никто не хочет играть с таким ребенком» «Никто не хочет играть с таким ребенком»

Как получить тьютора в детский сад

СНОБ
5 полезных уроков, которые дали нам феминистки 5 полезных уроков, которые дали нам феминистки

Чему мы можем поучиться у феминисток?

Psychologies
Деменция: 8 признаков, при которых нельзя оставлять пожилых родителей одних Деменция: 8 признаков, при которых нельзя оставлять пожилых родителей одних

Как вовремя определить начало деменции?

Популярная механика
Исландия, Хадльгримскиркья Исландия, Хадльгримскиркья

Это не Мордор и не Ктулхоград. А уютная христианская обитель с видом на вулканы

Maxim
Золото городов Золото городов

Владимирская область — один из древнейших центров формирования русской культуры

Отдых в России
Шутки в сторону! Почему Жириновский на самом деле не так прост Шутки в сторону! Почему Жириновский на самом деле не так прост

Владимир Жириновский — нереалистичный или гениальный?

Cosmopolitan
Три сказки о любви Три сказки о любви

Мы собрали сказки о любви и попросили фольклористов их прокомментировать

Arzamas
В отпуск через космос В отпуск через космос

Каким станет транспорт будущего

РБК
Что такое ШРУС в автомобиле и как он ломается Что такое ШРУС в автомобиле и как он ломается

Хитрый узел под названием ШРУС есть на большинстве современных автомобилей

РБК
На всю жизнь! Звездные стрижки, которые хорошо смотрятся в любом возрасте На всю жизнь! Звездные стрижки, которые хорошо смотрятся в любом возрасте

Какие стрижки будут актуальны и в 20, и в 50+ лет

VOICE
«Юбилейный» переработает горох в изолят и крахмал «Юбилейный» переработает горох в изолят и крахмал

«Юбилейный» планирует построить завод в Тюменской области к 2028 году

Агроинвестор
Стефан Цвейг. «Когда ты получишь это письмо, мне уже будет лучше» Стефан Цвейг. «Когда ты получишь это письмо, мне уже будет лучше»

История трагической гибели Стефана Цвейга

СНОБ
Как не реагировать на троллей и злобных комментаторов в соцсетях Как не реагировать на троллей и злобных комментаторов в соцсетях

Почему тролли так ужасно ведут себя в соцсетях как на них реагировать?

Psychologies
Ошибка выжившего: как не стать жертвой выводов-заблуждений Ошибка выжившего: как не стать жертвой выводов-заблуждений

Что такое ошибка выжившего и как не стать жертвой самозаблуждений?

Forbes
«Это все из-за меня!»: как самообвинения приводят к депрессии «Это все из-за меня!»: как самообвинения приводят к депрессии

Как чувства вины и ответственности приводят к депрессии

Psychologies
Открыть в приложении