gh ОЛОВЯННЫЙ ИСТОЧНИК ИЗ ИСАНА

Две струи расплавленного олова, между которыми время от времени загорается разряд, испускающий мягкие рентгеновские лучи - возможно, так будет выглядеть источник света для нанолитографии, то есть производства микросхем, толщина линии которых измеряется считанными нанометрами, разработанный учеными из троицкого Института спектроскопии РАН.

Ныне процессоры делают по так называемой 90 и 65-нанометровой технологии. Причем в этом году уже более половины процессоров компании "Intel" были изготовлены по технологии 65 нм, а ее ближайший конкурент - компания "AMD" внедрит эту технологию к лету 2007 года. Впрочем, инженеры "Интела" к тому времени собираются уже перейти на технологию 45 нм, а к 2009 - и вовсе на 32 нм.

Уменьшение размеров элемента микросхемы влечет существенные изменения во всем оборудовании: нужны все более и более точные механизмы. Однако самое главное - источник света. Должен быть достаточно мощный источник света, длина волны которого не более, чем в два раза, превышает толщину линии на микросхеме. Иначе никакой литографии в принципе не получится. Засветка фоточувствительной эмульсии светом, отраженным от шаблона с наносимым узором, и последующее удаление засвеченных частей был и остается единственным методом массового изготовления микросхем. Хотя нанотехнологии уже позволяют с помощью зондовых микроскопов рисовать отдельные линии нанометровой толщины, но изготовители процессоров пока что не рискуют отказаться от хорошо отлаженного метода и перейти на некое подобие гравировки микросхем вручную.

Свет с длиной волны 65 нм - это ультрафиолет, а 32 нм и меньше - это уже мягкий рентген. Если ультрафиолет еще удается сфокусировать привычными линзами, то рентгеновским лучом управляют с помощью так называемых брэгговских многослойных зеркал. Пик отражения таких зеркал приходится на 13,5 нм, но тогда нужен и источник который дает излучение с длиной волны 13,5 нм. До недавнего времени в мире не было источника мягкого рентгена со столь мощным лучом, чтобы быстро засвечивать фоточувствительную эмульсию. В принципе, большая выдержка отнюдь не препятствует изготовлению микросхем, но это будет технология штучных изделий, не пригодная для массового производства. Вот ученые во всем мире и бьются над тем, чтобы сделать достаточно мощный источник рентгеновского света с длиной волны 13,5 нм.

"По инициативе мирового лидера в производстве литографических машин, голландской компании "ASMLithography", нас пригласили в европейский проект "MoreMoore" (то есть больше чем требует тот самый Мур, эмпирический закон которого предсказывает удвоение числа транзисторов на единицу площади микросхемы каждые два года). Этот консорциум специально создан для разработки технологии 32-нм, - рассказывает заведующий лабораторией спектроскопии плазмы Константин Кошелев из Института спектроскопии РАН. - Его деятельность финансирует Еврокомиссия с помощью 6-й Рамочной программы. В состав консорциума помимо научных институтов входят и крупные компании. Каждый участник отвечает за свой участок работы. Например, изготовление источника света - задача, над которой работают сразу несколько компаний - итальянская, немецкая, французская, а из наиболее известных - голландский "Филипс". Именно он и реализует одну из схем, разработанных нами совместно с "ASML".

Для получения светового луча исследователи пробуют различные типы разрядов, в том числе так называемый "лазерный термояд", когда плазма греется до температуры до полумиллиона градусов лучом очень мощного лазера. Это очень перспективная технология, но пока слишком дорогая. Мы решили сконцентрироваться на плазме электрических разрядов. Когда мы познакомились с техническим заданием, то подумали, что выполнить его вряд ли будет возможно, но через три года удалось получить то, что там требовалось. Однако за это время у инженеров, которые проектируют машину для изготовления микросхем, выросли и требования к параметрам источника. Мы думаем над тем, как их выполнить, и конструкция с жидкими электродами - одно из возможных решений. Пока же в прототипе литографической машины, на котором уже начинают отрабатывать технологию, стоит "Филипсовский" источник света, созданный при нашем участии".

Первый шаг, который сделали ученые из ИСАНа - предложили заменить рабочее вещество с первоначально предложенного ксенона на олово. Работать с оловом труднее, но эффективность преобразования энергии разряда в полезное излучение вблизи 13,5 нм у него значительно выше. Олово с электрода можно испарить, применив лазерный луч небольшой мощности, что значительно дешевле, а получившуюся плазму нагревают импульсным разрядом силой тока в десятки колоампер.

Главная проблема с созданием источника состоит в том, что он переводит в полезный свет всего 2-3% мощности, причем размер светящейся области равен одному кубическому миллиметру. И от этого миллиметрового пятнышка приходится отводить огромную энергию - 200 киловатт. Как это сделать? Поначалу была предложена схема, подобная револьверу: выстрел лазера, испарение олова, вспышка света, после чего отработавшая пара электродов уходит к охладителю и на ее место встает другая пара. А потом ученым из Троицка пришла в голову гораздо более изящная схема. Раз выделяется много тепла, которое грозит расплавить электроды, так почему бы сразу же не сделать их жидкими. Во-первых, они смогут выдерживать гораздо более сильный нагрев, а во-вторых, стекая в ванну, жидкость будет уносить с собой излишнее тепло, выделяемое в разряде. Если же сделать электроды оловянными, то и испарять олово можно будет, освещая лучом лазера один из них. Так и появился источник, в котором постоянно текут две струйки олова, а между ними с частотой в несколько килогерц время от времени вспыхивает газовый разряд, который дает рентгеновское излучение.

"Прототип литографической машины, или, как его называют, альфа-тул от английского tool - инструмент, использует предыдущий тип источника, револьверный, - говорит Константин Кошелев. - Если жидкие электроды позволят утроить мощность, а мы на это рассчитываем, то есть большие шансы, что они могут быть использованы в последней версии коммерческого продукта - гамма-тул, который ожидается после 2010 года. На прошедшей в конце октября в Барселоне конференции "EUV Lithography" наши коллеги неплохо отнеслись к предложенной идее. Конечно, это пока "журавль в небе", но очень симпатичный журавль. По крайней мере, наше сообщение отмечено во всех итоговых документах, а консорциум "MoreMoore" назвал это направление приоритетным."

***