Ключевой технологией, обеспечивающей возможность изготовления и развития микроэлектроники, является фотолитография. После февраля 2022 года стало очевидным, что в России требуется восстановление и перезапуск потерянных в 90-х годах технологий, которыми успели воспользоваться иностранные компании.
На данный момент на мировом рынке установок для литографии лидирует нидерландская AMSL с технологией фотолитографии, использующая фотошаблоны (маски). В современных установках используется технология глубокий ультрафиолет (DUV), источником света служит эксимерный лазер с длинной волны 365, 248, 193 нм. Данная технология позволяет достигать техпроцесса c точностью 22 nm. Дальнейшее развитие данной технологии — экстремальный ультрафиолет (EUV) позволило достигнуть техпроцесса точностью 7 нм. Для этого пришлось использовать вместо источника света плазму, получаемую путем распыления олова в вакууме с последующей обработкой лазером с длинной волны 13,5 нм, а также применять специальные многослойные зеркала из искусственных дифракционных структур производства компании Zeiss (Немецкая компания).
Рисунок. Схема EUV установки.
Общие проблемы развития фотолитографии с применением фотошаблонов в России связаны с общей дороговизной разработки данного оборудования, из-за этого монополист в EUV технологиях нидерландская компания AMSL начала строить экспериментальные установки еще в середине 2000-х годов. При этом использовались технологии, разработанные российскими учеными. На данный момент даже такие технические гиганты как INTEL и TSMC не могут себе позволить в полном объеме закупить новейшие установки от AMSL, при этом очередь на них достигает нескольких лет. Вторым аспектом препятствующем разработке данного оборудования в РФ является необходимость производства дорогостоящих фотошаблонов, которые необходимо менять в случае внесения в производимую продукцию любых небольших изменений. Третьим аспектом является отсутствие производства кремниевых пластин размером 300 мм, обычно используемых для техпроцессов ниже 65 нм. В отечественной литографии в основном используются пластины размером 200 мм, которые по различным причинам существенно увеличивают себестоимость выпускаемой продукции при комбинации с современными техпроцессами. Современная технология EUV фотолитографии с использованием фотошаблонов уже сейчас подбирается к теоретическому пределу развития, и может окупится только если конечная продукция выпускается огромными тиражами, это основное достоинство данной технологии.
Альтернативой масочной фотолитографии является безмасочная, которая делиться на несколько подвидов, которые в основном различаются типом воздействия (оптическим, рентгеновским или электронным лучом) на резистивный слой подложки. Данная технология не требует создания фотошаблонов и позволяет легко вносить модификации при производстве конечной продукции, при этом может достигнуть техпроцесса менее 10 нм. При этом данные технологии являются наиболее перспективными. Основным минусом данных методов литографии является существенно более медленная скорость (в разы) изготовления конечных изделий. Поэтому в основном данная технология применяется в экспериментальных установках.
Рисунок. Схема безмасочной рентгеновской установки.
На данный момент действующего производства литографических установок в РФ не существует и требует отдельного внимания на возрождение технологии и последующего его усовершенствования.
Разработкой прототипа EUV фотолиграфической установки и ее оптической занимался Николай Салащенко в Институте физики микроструктур (ИМФ) РАН в Нижнем Новгороде, производство планировали наладить на Красногорском механическом заводе, но на момент проведения мониторинга производство не было запущено.
Источником излучения EUV занимался Константин Кошелев в Институте спектроскопии (ИСАН) РАН в подмосковном Троицке, именно разработки Константина Кошелева легли в основу EUV технологии компании AMSL. Сверхточными системами позиционирования, которые можно использовать и в фотолитографических установках, занималась «Лаборатория “Амфора”» в Москве, которая закрылась в 2016 году.
В НЦО Курчатовском институте используют экспериментальную литографическую установку Лига (К6.3), которую спроектировали для задач глубокой рентгеновской литографии.
Также НИИ Молекулярной электроники ведет разработку экспериментальной литографической установки на электронных пучках.
В 2010 году специалисты Института ядерной физики им Г.И. Будкера предложили создать источник для литографических установок на базе лазера с длинной волны 13,5 нм на свободных электронах (ЛСЭ), который может применяться в безмасочных литографических установках. На данный момент в институте создан и используется первый в мире лазер на свободных электронах, использующий ондулятор с плавно изменяемым периодом.
В феврале 2022 года Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ) объявил о планах серийного производства фотолиграфических установок на отечественной базе с топологическими нормами 350 и 130 нм, с применением лазера длинной волны 192 и 248 нм. ЗНТЦ планирует привлечь к разработке белорусский Планар и компанию Lassard (связана с Байкал Электроникс), которая производит лазерные установки. В настоящее время заключены несколько контрактов на разработку отечественных литографических установок.
Московский институт электронной техники (МИЭТ) заключил с Минпромторгом контракт на разработку концепции безмасочного рентген-фотолитографа «на базе синхротронного и/или плазменного источника. При разработке данного литографа будут использоваться ранние разработки, указанные выше. Роль фотошаблона у такого сканера будет играть массив микрозеркал на основе матриц МОЭМС. Планируется достичь техпроцесса 28 нм и меньше. Использование МОЭМС облегчено тем, что в России голландская фирма Mapper Lithography и «Роснано» создали в начале 2010-х годов совместное предприятие «Маппер», выпускающее МОЭМС. Позже компания Mapper Lithography обанкротилась и была выкуплена компанией AMSL, в то же время российская часть компании отошла Роснано и функционирует до сих пор в Технополисе (Москва). Источником излучения установки может стать лазерно-плазменный излучатель на основе олова от компании RnD-ISAN, разработанный под руководством Константина Кошелева, или лазерно-плазменный источник на основе ксенона или криптона.
Сейчас в Зеленограде МИЭТ совместно с Микроном и ЗНТЦ строит на месте старых корпусов «Ангстрема» новую фабрику в рамках государственной программы «Развитие электронной и радиоэлектронной промышленности»., где планируют к 2030 году начать выпускать отечественное литографическое оборудование для производства микросхем по 28 нм техпроцессу. Основой будет технология МИЭТ c использованием динамической МЭМС маски, на базе источника с EUV лазером.
В конце 2021 года Минпромторг заказал разработку программы развития электронного машиностроения в России до 2030 года. Она предполагает налаживание выпуска установок для производства современной микроэлектроники. Разработчиком программ выбрано ФГКУ «Мытищинский научно-исследовательский институт радиоизмерительных приборов». Но какая бы не была программа, необходимо создание и развитие отечественных компаний, обеспечивающих разработку, производство и серийное сопровождение микроэлектронного технологического оборудования и расходных материалов в объемах, необходимых отечественным производителям микроэлектроники.
—А как вы оцениваете перспективы развития литографии в России? Сможем ли мы наладить производство микроэлектроники или всё закончится импортом?
Может, проще и дешевле обратиться к Китаю?