Часто в обсуждениях, посвященных внедрению все более мелких техпроцессов изготовления СБИС, всплывает тема рентгеновской литографии. Тема довольно сложная, и запутанная, особенно если обсуждать вопрос "кто кого родил - Cymer или ASML. Но этот пост совершенно не про историю.
Так уж получилось, что последние 20 с лишним лет я занимаюсь исследованием и изготовлением многослойных периодических покрытий, являющихся ключевым элементом многих рентгенооптических приборов, включая EUV степперы, нынче активно внедряемые в производство. Вот об особенностях изготовления таких покрытий применительно к рентгеновской оптике я и хочу рассказать.
Что за рентгеновская оптика?
Рентгеновская оптика – это одна из современных ключевых технологий, жизненно важная для многих инженерных и научных областей, таких как рентгенофлуоресцентный анализ, космическая астрономия, лазеры на свободных электронах, и т.п. Наиболее важной областью применения рентгеновской оптики стало новое поколение литографии, использующее длину волны 13.5 нм. Формально, такое излучение относится к мягкому рентгену, но больше известно под «коммерческим именем» Extreme Ultraviolet (EUV).
С развитием микроэлектроники, нормы техпроцесса, используемого для ее производства, продолжают уменьшаться. В настоящее время наиболее широко используется глубокий ультрафиолет (Deep Ultraviolet (DUV)) с длиной волны 193 нм. Это оборудование относится к предыдущему поколению. Новое поколение уже использует EUV. Поскольку природа взаимодействия мягкого рентгеновского излучения с веществом сильно отличается от таковой для ультрафиолета, переход на новую длину волны требует буквально «все переделать». В частности, особенности взаимодействия мягких рентгеновских лучей с веществом требуют использования отражающей оптики.
Рисунок выше иллюстрирует оптическую систему типичного EUV степпера, используемого в литографии. Как видно, он содержит не менее 5 зеркал в подсветке оптики и 6 зеркал в разделах проекционной оптики. Общая пропускная способность такой оптической системы примерно в сто раз ниже, чем отражательная способность одиночного зеркала из-за множественного отражения. Увеличение коэффициента отражения (КО) каждого зеркала с 53 до 65% увеличит интегральную пропускную способность системы примерно в 7 раз. Таким образом, даже небольшое улучшение отражающей способности дает немедленное повышение эффективности литографических систем. Это также снижает общую стоимость производства, уменьшая время экспозиции. Поэтому, отражательная способность рентгеновской оптики имеет решающее значение для эффективности EUV степпера. «Так давайте же увеличим КО, отполируем зеркала, к примеру…» подумает любознательный читатель. Но не все так просто…
Хьюстон, у нас проблема…
Слабое отражение мягкого рентгеновского излучения твердыми веществами требует использования специальных отражающих оптических устройств. Показатель преломления в рентгеновском диапазоне является комплексным и равен 1 - δ + iβ, где мнимая часть — это поглощение. Сразу после открытия рентгеновских лучей было обнаружено, что показатель преломления всех материалов очень слабо отличается от единицы (δ ~ 10-5). Позже, в результате открытия рентгеновской дифракции на кристаллах, был обнаружен и способ отклонения рентгеновских лучей. «Новая версия» рентгеновской дифракции была предложена 30 лет назад, когда было предложено использовать искусственные дифракционные структуры вместо природных кристаллов для манипулирования рентгеновскими лучами. Обычно такие искусственные структуры состоят из периодически чередуемых нанослоев двух материалов, как показано на рисунке 3. Таким образом, отражательная способность рентгеновских лучей усиливается из-за умножения отражающих границ раздела. Такие структуры называются многослойными периодическими рентгеновскими зеркалами (англ. periodical multilayer X-ray mirrors - PMMS).
Многослойки, по сути, являются искусственными Брегговскими кристаллами, состоящими из чередующихся слоев «легкого» и «тяжелого» материала; они также называются «spacer» и «absorber». Периодичность такой структуры составляет примерно половину рабочей длины волны для угла падения, близкого к нормали. Многослойные зеркала достигают высокой отражательной способности в результате интерференции излучения, отраженного на границах между легкими и тяжелыми слоями.
На любой заданной длине волны материалы с высоким δ и низким β действуют в качестве отражающих слоев. Материалы с низким δ и низким β служат спейсерами. Последовательность слоев с высокими и низкими δ (чередования спейсера и абсорбера) обеспечивают оптический контраст. Как абсорберы, так и спейсеры требуют низкого β, чтобы минимизировать поглощение излучения. Например, на длине волны выше 12,8 нм свойства молибдена позволяют использовать его в качестве абсорбера. На той же длине волны кремний действует как спейсер.
Сначала посчитаем
Проектирование высокоэффективных зеркал для конкретной длины волны включает в себя несколько основных шагов. Первый шаг - выбор пары материала. Выбор определяется оптическими свойствами материалов в данном диапазоне длин волн. Например, пара Mo/Si в основном используются для длины волны 13,5 нм (EUV), а многослойки Mo/B оптимальны для 6,7 нм, поскольку бор имеет более низкое поглощение в этом диапазоне по сравнению с кремнием; Co/C являются наиболее эффективными для более короткого диапазона длин волн 4,4 - 4,5 нм.
Следующим шагом выбирает толщину отдельных слоев и их количество. Этот шаг обычно основан на компьютерном моделировании KO на заданной длине волны. Для расчета КО используются различные инструменты. Мы предпочитаем наш собственный X-RayCalc.
Например, для 13.5 нм, оптимальные толщины Mo и Si составляют 2.8 и 4.6 нм, общее число пар (периодов) - 50-60:
Так как же это сделано?
Традиционный метод изготовления многослойных рентгеновских зеркал – магнетронное распыление (никакого отношения в ВЧ магнетронам не имеет). Весь процесс происходит в сильно разряженной атмосфере инертного газа (аргона). Если сильно упростить – магнетронный источник имеет два магнитных кольца, расположенных под мишенью (диск из материала, который нужно распылять). Магниты создают замкнутое магнитное поле, улавливающее электроны. Электроны эмитируются из мишени под действием отрицательно электрического потенциала, прикладываемого к мишени (обычно, несколько сотен вольт). Электроны двигаются в магнитном поле, сталкиваются с атомами газа, ионизируя его. Ионы бомбардируют подложку, распыляя ее. Поток атомов направляется на подложку, где и осаждается, формируя тонкую пленку. Недавно на хабре вышла статья о постройке магнетронного источника в домашних условиях.
Для изготовления многослойного периодического покрытия необходимо использовать несколько магнетронов с разными мишенями, и чередовать потоки атомов, прилетающих на подложку. Это можно реализовать разными способами. Для рентгеновских зеркал используется особая конфигурация напылительной системы, т.н. карусель.
В такой конфигурации магнетроны расположены вокруг оси карусели и перпендикулярно ее плоскости. Карусель вращается, подложка циклически перемещается от одного магнетрона к другому. Магнетроны работают в стационарном режиме, и толщины слоев определяются временем экспозиции. Для более точного контроля времени используется вращающаяся заслонка с окном. Выглядит довольно просто, не так ли?
Ещё одно лирическое отступление
За свою карьеру я построил три установки для напыления зеркал. Первая была в Харькове, во времена аспирантуры, с очень ограниченным бюджетом, и «построил» следует читать буквально, поскольку процесс включал заливку бетонного фундамента для форвакуумного насоса. Установка работает до сих пор, хотя в этом году будет отмечать двадцатилетие. Посмотрите, какой стимпанк (ось карусели расположена горизонтально):
Дальше я уже ничего не строил сам, а только проектировал. Вторая установка была в Корее, и на ней удалось сделать очень неплохие зеркала Mo/B для длины волны 6.7 нм. Тут ось вертикальная, магнетроны сверху, подложка под ними.
На схеме: 1 - вакуумная камера, 2 и 3 - магнетроны. 4-5 - подложкодержатель.
Установка третьего поколения была запущена несколько месяцев назад. Накопленный опыт + (почти) неограниченный бюджет произвели вот эту красоту:
Четыре 150 мм магнетрона, ионное травление, водо-охлаждаемый держатель подложки, шлюз, мощные насосы, максимальная автоматизация. Базовое давление - 1e-7 Торр. Наконец-то можно развернуться по полной программе.
Кстати, для первой и третьей установок, система перемещения делалась исключительно своими силами. Импортные шаговые двигатели и продвинутые программируемые контроллеры позволяют довольно прецизионно рулить этим хозяйством. Даже своя локальная сеть внутри есть:
Ну и красивый самописный интерфейс на Delphi, куда же без него. На данном этапе это выглядит так:
Ключевое здесь – свой скриптовый язык, позволяющий полностью автоматизировать весь процесс, включая управление блоками питания. Когда изготовление одного зеркала занимает 3-5 часов, не считая подготовки, без автоматизации никак.
И где мы?
Напылить рентгеновское зеркало – это только полдела. Его еще нужно аттестовать, и убедится в том, что напылили именно то, что спроектировали (обычно – нет). Прямолинейный метод – поехать на ближайший синхротрон, и померять КО на нужной длине волны. К сожалению, долго, дорого, и если что-то пошло не так, мы это увидим, но вряд ли поймем почему.
Тут на помощь приходит малоугловая рентгеновская дифракция + описанное выше компьютерное моделирование. Идея следующая – берем обычный лабораторный рентгеновский дифрактометр, использующий жесткий рентген (обычно 0.154 нм), и снимаем дифракционную кривую. Поскольку есть периодическая структура, то все работает почти так же, как с обычными кристаллами. Но из-за большего параметра периодичности, дифракционные максимумы будут находиться вблизи первичного пучка, на очень малых углах. Потом берем нашу физическую модель, считаем с помощью X-Ray Calc, и совмещаем обе дифракционные кривые. Не совпало? Подгоняем параметры модели до тех пор, пока не совпадет. Примерно так:
Не попали …
Ключевой параметр многослойного зеркала - это его период, равный сумме толщин одного легкого и одного тяжелого слоя. Все рентгеновская оптика завязана на одно простое уравнение Брэгга, которое определят условие дифракции:
2d sin θ = nλ
Где d – период, тета – угол дифракции, лямбда – длина волны, n – дифракционный порядок.
Самый частый косяк при изготовлении многослоек – не попали в период. Основная причина – скорость осаждения зависит от многих факторов, таких как состав атмосферы в камере, расстояние от мишени до подложки, температура и т.п. Все эти параметры могут меняться от эксперимента к эксперименту. И если, например, с постоянством состава атмосферы можно бороться техническими методами (использовать шлюз для загрузки подложек), то от эрозии мишени в процессе распыления никуда не денешься.
В итоге можно промахнуться на пару ангстрем (при периоде в 6,5 нм) и получится вот так:
Тут вроде и пиковый КО на месте, только вот положение пика уехало почти на семь градусов. Такой промах юстировкой оптики уже не исправить ...
Другая распространенная проблема – дрифт периода вызванный непостоянством скорости напыления во время изготовления зеркала. Опять же, в процессе меняется атмосфера, растет температура, и т.п. Это лечится длительной подготовкой, обычно за загрузкой подложек следует прогрев самой вакуумной камеры, потом несколько часов магнетроны просто работают вхолостую. «У нас поплыл период» на малоугловой дифракции выглядит как-то так:
Ясное дело, ждать высокого КО на целевой длине волны тут не приходится.
Но ежели чудесным образом мы попали в нужный период, и ничего не уплыло, можно начинать праздновать. Но для начала, нужно оценить КО используя уточненную модель, полученную на основании малоугловой дифракции. Или даже померять на синхротроне, если бюджет позволяет. Тогда может получиться как-то так:
Но позвольте,
Где же наш КО?
В смысле, почему такая разница с теорий, и не в нашу пользу? Проблема в том, что наноструктура многослойных зеркал имеет критическое влияние на оптические свойства. В принципе, ее (наноструктуру) можно контролировать в определённых пределах. Разумеется, это возможно, когда есть полное понимание взаимосвязей между структурой и условиями изготовления. Структурные дефекты, такие как шероховатость интерфейса и перемешивание между слоями, уменьшают резкость границ раздела и ухудшают отражательную способность. Таким образом, без знания реальной структуры невозможно правильно предсказать отражающую способность зеркал. По этой причине интенсивное исследование структуры и механизмов формирования зеркал для EUV диапазона предшествовало их коммерческому использованию.
Межслоевая шероховатость уменьшает отражательную способность каждой границы внутри зеркала из-за диффузного рассеяния. Влияние шероховатости может быть оценено с использованием различных теоретических моделей, например, с использованием коэффициента т.н. Дебаевского фактора. Если распределение шероховатости описывается функцией Гаусса, влияние шероховатости на КО можно описать следующей функцией:
где r0 - это отражательная способность идеально гладкой и границы между двумя слоями. Расчет показывает, что введение 0,3 нм шероховатости на границах раздела может уронить КО на десятки процентов по сравнению с идеальной моделью. Уменьшение шероховатости от 0,3 до 0,2 нм увеличивает отражательную способность на 5-6%.
Дальше хуже …
Помимо шероховатости, для многих пар материалов характерно протекание твердотельных химических реакций, приводящее к т.н. межслоевому перемешиванию. Например, осаждение молибдена на кремний Si приводит к образованию тонкого слоя молибден дисилицида молибдена MoSi2. В случае Mo и B появление диборида молибдена MoB2:
Перемешивание считается структурным несовершенством, поскольку смежные слои уменьшают оптическую контрастность границы и опять роняют КО, несмотря на их низкую толщину (около 1 нм). Если произошло перемешивание, интерфейс (граница раздела) Mo/B, замещается двумя куда менее контрастными интерфейсами B/MoB2 и MoB2/Mo. Кроме того, общий объем интерфейсов в покрытии увеличился. Поскольку каждый интерфейс также имеет собственную шероховатость , происходит кумулятивное ухудшение отражательной способности. Таким образом, подавление или даже полное устранение смешивания имеют решающее значение для улучшения отражательной способности зеркал:
И что с этим делать?
Есть разные способы. Наиболее эффективный - введение тонких барьерных слоев на границах между основными материалами. Например, слоев рутения или углерода. Помогает не только повысить КО, но и улучшает термическую стойкость зеркал.
А что после EUV
Технология движется в строну дальнейшего уменьшения длины волны, до 6.7 нм (т.н. BEUV). Там проблем еще больше. Во-первых, период зеркал нужно уменьшить почти вдвое (до 3.4 нм). Во-вторых, число периодов увеличить хотя бы до 300. В третьих, заменить кремнй на бор (та еще зараза). Позитивный момент - больше энергия фотонов, немного проще засвечивать фоторезист, что несколько компенсирует меньший KO.
На этом все. Если вас заинтересовала эта тема, то множество подробностей об EUV литографии (включая историю) можно найти в этой замечательной книге:
Vivek Bakshi, EUV Lithography, SPIE 2018
Еще больше деталей по самим зеркалам и сопутствующим технологиям можно найти здесь:
Spiller Eberhard, Soft X-Ray Optic, SPIE 1994
Виноградов А., Брытов И., Грудский А., Зеркальная рентгеновская оптика, Л. Машиностроение, 1989
На тему проблем BEUV оптики можно почитать наш свежий обзор: Multilayer Reflective Coatings for BEUV Lithography: A Review.
Немножечко информации для тех, кому это интересно
В моем лице исследовательский центр инновационных наноматериалов при Международном кампусе Джедзянского университета (Zhejiang University, 53 место в мировом рейтинге THE), ищет магистров и аспирантов, желающих двигать науку в области материаловедения, включая многослойную рентгеновскую оптику.
Комментарии (94)
AntonSor
09.10.2021 12:25+2Скажите, а почему не получилось применить методы контроля толщины слоев прямо в процессе напыления? Для оптических просветляющих и отражающих покрытий такое вполне себе применяется. Скажем, с использованием пьезоэлемента - при напылении покрытия на пьезоэлемент у него уходит резонансная частота. Или просвечивать покрытие светом в процессе напыления (если подложка непрозрачная - то на свидетеле) и измерять сдвиг фазы. Правда, для обеспечения нужной точности придется строить многопроходный ультрафиолетовый интерферометр.
koreec Автор
09.10.2021 12:31+3У кварца чувствительности не хватает. Нам нужно разрешение в 0.1 ангстрема. Его можно получить только на малоугловой дифракции и только тогда, когда уже есть периодическая структура. С одним слоем не прокатит. Ну и это совершенно не in-situ метод.
order227
09.10.2021 12:45+1приводит к образованию тонкого слоя молибден дисилицида молибдена MoSi2. В случае Mo и B появление диборида молибден MoB2:
Правильно понимаю, что это просто интерметаллидные пленки на границе взаимодействия?
qbertych
09.10.2021 12:57+2Мы боролись с wedge (когда период в центре подложки больше, чем на периферии) находя область с нужным периодом и вырезая оттуда кусок нужного размера. Но это была MBE + конечный продукт размером ~5х5 мм. В вашем случае что-то такое делают, или зеркала должны быть большими?
koreec Автор
09.10.2021 13:12+6Для степперов нужны зеркала с однородностью периода лучше 99% процентов на десятках сантиметров (к ASML коллектор около 70 см в диаметре).
Хорошая новость - магнетроны масштабируются . Можно сделать, скажем, 20 х 100 сантиметров, и вращать подложку. Ну ещё всякие маски, сканирование, и т.п.
novoselov
09.10.2021 13:09+4Пару вопросов:
зачем нужно столько зеркал в процессе?
при уменьшении длины волны количество зеркал меняется?
какой ожидаемый предел длины волны?
black_Angel_by
09.10.2021 13:32+1Ну зеркал может быть много, чтобы точно передать фокусируемый пучок, причем скорее всего с довольно большого расстояния, так как источник рентгена хорошо бы надежно экранировать от всего. От электроники, от подложки с фоторезистом... да и от людей тоже не помешало бы ))
koreec Автор
09.10.2021 13:45+101) в основном, для уменьшения аберраций. В принципе, изображение можно и на трёх линзах получить.
2) не особенно. Скорее, могут быть вариации от схемы к схеме.
3) С точки зрения рентгеновский оптики - около 2.4 нм. Но там много других факторов - источник, фоторезист и т.п.
qbertych
09.10.2021 13:13+1Недавно появилась любопытная технология для видимого/ИК: кристаллические вогнутые зеркала. Их растят на MBE, потом стравливают подложку и переносят пленку-зеркало на стеклянную заготовку с нужным радиусом кривизны. Идея из Австрии, компанию недавно купил Thorlabs.
Как думаете, что-то такое может быть интересно в рентгене? И как сейчас устроены фокусирующие рентгеновские зеркала?koreec Автор
09.10.2021 13:28+1Мы такое давно делали для спектроскопии. Многослойки напыляется на тонкую кремниевую подложку (100 микрон), которая потом вклеивается в цилиндрическую оправу. Но для литографии просто покрытие наносится на, грубо говоря, сферическую/асферическую линзу.
qbertych
09.10.2021 13:39То есть sputtering можно сразу делать на вогнутых/выпуклых подложках?
koreec Автор
09.10.2021 13:47+1Да. Там есть нюансы с зависимостью скорости осаждения от расстояния, но это решается масками.
qbertych
10.10.2021 13:11И все-таки, можно ли делать рентгеновские зеркала эпитаксией для лучшего качества? Или какой-то из компонентов принципиально отказывается быть кристаллом?
koreec Автор
10.10.2021 13:19+1Давно уже последними достижениями эпитаксии не интересовался, но не думаю, что это имеет практический смысл. Во-первых нужна огромная, по меркам эпитаксии, площадь. Во вторых, скорость осаждения слишком маленькая.
Материалы - это отдельная тема. Молибден и кремний, наверное, можно вырастить. Насчёт бора не уверен.
rPman
09.10.2021 19:35+4Не могу понять, вроде из-за плохого отражения, ренгеновская оптика должна работать по касательным (на рисунке после illuminator optics два так расположены) а тут почти все зеркала работают под острыми углами?
koreec Автор
10.10.2021 03:16+2Очень слабое отражение у одиночной границы раздела. Многослойное покрытие позволяет достичь КО в 70% при нормальном отражении. В этом то и вся суть.
rPman
10.10.2021 22:12+1так хочется спросить про защиту от жестких космических излучений на этом принципе но смутное понимание что это немного другое мне подсказывает что нет.
amartology
11.10.2021 12:43+2Такой рентген — это очень маленькая часть жесткого космического излучения, а от других типов излучения защита из тяжелых элементов не спасет, а наоборот, сделает хуже.
kompilainenn2
09.10.2021 20:44+7Очень хорошая статья, все бы такие писали на Хабр. Спасибо
ps: жаль, что Китай дал Вам достойную работу и (буду надеяться) достойную зарплату
koreec Автор
10.10.2021 03:29+11Будем откровенны. Если бы не хорошая зарплата и финансирование, никто бы сюда не ехал.
slovak
10.10.2021 11:09А как Харьковский политехнический поживает? Заглохло все, или какая-то наука еще происходит?
koreec Автор
10.10.2021 11:19+5По разному. Кто хочет заниматься наукой - тот по прежнему занимается.
rPman
11.10.2021 14:52+1пытались завались деньгами
?
средняя зарплата на 2018г в 'рекламном сообщении' 25т.р. (до30-45т.р. специалистам)
DustCn
09.10.2021 21:37-9И как по скорости этот калькулятор на Делфи? Может вынести вычисления в C/C++ библиотеку с openmp?
koreec Автор
10.10.2021 03:21+5Со скоростью и так все нормально. На Rizen 3950 типичная модель рассчитывается примерно за 0.02 секунды.
VolodjaT
10.10.2021 10:42+6Делфи это э нейтив код. Какие могут быть проблемы?
DustCn
10.10.2021 15:26Да полно, отсутствие векторизации, убогий оптимизатор, нет openmp. Впрочем если скорость устраивает почему бы и нет.
koreec Автор
10.10.2021 15:39А зачем нужен openmp в Windows? Кстати, с многопоточностью в дельфях проблем нет, насколько я вижу.
DustCn
10.10.2021 21:46Немного не понял причем тут Windows.
OpenMP дает вам возможность сделать горячие циклы паралельными "дешево" - явно не работая с потоками, их блокировками и аффинитизацией. Автоматически масштабируется под железо, имеет достаточно низкую гранулярность (можно навалить мелких циклов).
Меня заинтересовало все это с точки зрения поиска оптимума. Ведь там придется считать не одну модель. Скажем брутфорс по различным конфигурациям, или какой более хитрый поиск. Хотя если там все линейно и предсказуемо то и фиг с ним.
koreec Автор
11.10.2021 04:36Спасибо за объяснение.
Мы используем OmniThread Library. Она, возможно, не такая продвинутая, как OpenMP, но дает существенный выигрыш по сравнению с нативными потоками.
Я вспомнил, что сталкивался с OpenMP в пакете LAMMPS. И там было все не так однозначно как раз в Windows. Насколько помню, потоки стартовали с большой задержкой, так что на небольших задачах в итоге скорость даже падала.
DmitryVS
09.10.2021 22:37Позитивный момент - больше энергия фотонов, немного проще засвечивать фоторезист
А проще ли? Со стохастикой проблемы не увеличатся? Поинтересуюсь, как там актуальная ситуация с материалами, на чём сейчас работают в продакшн, не знаете, модернизированные под EUV CAR или какой-то другой тип резистов выбрали?
Спасибо за отличную статью!
koreec Автор
10.10.2021 03:27BEUV пока что больше концепция. Более - менее хорошие зеркала мы сделали, дальше нужно все в комплексе проверять.
Насчёт актуальной ситуации - все довольно подробно описано у Вивека. Книга легко ищется в известном месте на букву Г.
Sarjin
10.10.2021 10:26+1А метаматериалы используются в этой области? расчет и изготовление зеркал это тоже Ваша область? Как проверяете форму зеркал? Насколько сложно собирать систему? Есть ли крупные исследовательские центры в СНГ?
koreec Автор
10.10.2021 10:36Начну с конца.
Есть в Харькове, Новосибирске, Питере (Буревестник).
Насчёт "собирать" это не к нам, мы занимаемся разработкой технологии и изготовлением прототипов. Наша ответственность - только отражающие покрытия. Сами линзы ( подложки) предоставляет заказчик. Соответственно, метрология - это тоже не наша проблема.
Насчет метаматериалов - все зависит от вкладываемого в это слово смысла. Иногда многослойные покрытия как раз к метаматериалам и относят.
Sarjin
10.10.2021 10:59процитирую авторов статьи: "The central active blocking layer is designed to be a metamaterial composite media made of silver nanoparticles (AgNP) organised in a three-dimensional (3D) primitive hexagonal Bravais lattice configuration and embedded in a high-index dielectric of Zinc Sulphide (ZnS)"
результат выходит очень интересный. жаль только почти никто не производит пока такие штуки.
А ваше покрытие ведь может изменить форму подложки? это компенсируется или рассчитывается как то?
koreec Автор
10.10.2021 11:05Толщина покрытия обычно меньше микрона, и это можно учесть при изготовлении подложки.
koreec Автор
10.10.2021 10:35+6Спасибо всем, кто отправил багрепорты. Давненько уже ничего серьезного на русском языке не писал, начал забывать.
koreec Автор
10.10.2021 13:48+3Извините, случайно отклонил комментарий насчёт "кто все эти люди, и как вы во всем этом разбираетесь".
Ну так Физтех круче всех ;)
Alex_Kuzen
11.10.2021 01:47Я честно даже представить не могу как в этом разбираться. Я для души начал изучать программирование, так как просто интересно. И у меня на базовых стадиях уже голова кругом, а тут словно чернокнижник творит магию. И вроде все на русском написано, но ничего не понятно. В целом, спасибо за статью, может когда нибудь я хотя бы на 0,0001% приближусь к пониманию всего этого.
И ещё вопрос, как обстоят дела с литографией у Китая ? Я слышал Шанхайская академия наук планирует выпустить своё литографическое оборудование на 16Нм.
mithdradates
24.11.2021 02:23+2И ещё вопрос, как обстоят дела с литографией у Китая ? Я слышал Шанхайская академия наук планирует выпустить своё литографическое оборудование на 16Нм.
Про EUV не в курсе, но по DUV к концу этого года SMEE должна выпустить машину для 28 нм. С применением multiple patterning можно изготавливать также и 14 нм узлы, т.е. машина где-то уровня ASML'овского 1980i - это примерно два поколения разрыв. Далее уже процесс итеративный, поэтому через пару лет вполне могут достичь уровня 2050i, т.е. текущей последней DUV машины от ASML. С ней можно и с 5 нм техпроцессом работать.
wormball
10.10.2021 23:07+1А вот интересно. Ежели разрешение 20 нм, а размер чипа 20 мм, то шаблон должен быть миллион на миллион точек? И разрешение всей оптики тоже? А ежели нет, то сколько максимальное разрешение шаблона?
И не по теме статьи, но по теме камента. На днях я решил посчитать, с какой точностью должна двигаться головка жёсткого диска. Получилось те же 20 нм (а то и меньше). То бишь головка должна менее чем за одну сотую секунды переместиться на несколько сантиметров в строго заданную точку с нанометровой точностью, и всё это в девайсе за 3 тысячи рублей, включая сам диск! А мы ещё при их упоминании плюёмся, что это, видите ли, прошлый век. А, например, 3д-принтеры ползают с черепашьей скоростью, и точность в 50 мкм уже считается за счастье, однако ж продают их на порядок дороже и считают вершиной прогресса. Или какие-нибудь расстановщики СМД — ненамного быстрее, а стоят ещё дороже. Вот я и подумал — а нельзя ли какие-либо секреты жёстких дисков применить в дешёвых станках? Где можно об позиционировании головок поподробнее почитать?VolodjaT
10.10.2021 23:49+3В жестком диске магия обратной связи - налету корректирует положение читая информацию с дорожки. В оптическим диске еще веселее - механизм из какого то сопливого пластика, а тоже ловит микроны
В современных дисках несколько уровней точности наводки - грубо основной катушкой, точно пьезоэлементами на кончике головки
koreec Автор
11.10.2021 02:00+1А вот интересно. Ежели разрешение 20 нм, а размер чипа 20 мм, то шаблон должен быть миллион на миллион точек?
Ну шаблон-то аналоговый .
Но вообще это интересный вопрос. Я нигде точных цифр не находил, но по нашей оценке, разрешение шаблона должно быть в районе 10 микрон, размер - до 10 сантиметров.
wormball
11.10.2021 11:21-1Ну аналоговый-то аналоговый, но разрешение всё равно есть, и у оптики есть разрешение — у самых крутых телескопов вроде в районе гигапикселя. В общем, сомневаюсь, что возможно сделать оптику, которая бы терапиксель разрешала (а ежели брать 2 нм — то и все 100 терапикселей).
> разрешение шаблона должно быть в районе 10 микрон, размер — до 10 сантиметров
Вот это более похоже на правду — всего ничего 100 мегапикселей. Только получается, что чтобы сделать процессор о 2 нм, надо один только слой миллион раз экспонировать…
Ckpyt
14.10.2021 04:54Ну шаблон-то аналоговый .
А размер слоя в процессоре - считанные фотоны.
Тут вопрос, скорее, когда уже перейдут к управлению отдельными фотонами, а не пучками рентгена
amartology
11.10.2021 12:46+3А вот интересно. Ежели разрешение 20 нм, а размер чипа 20 мм, то шаблон должен быть миллион на миллион точек?
Еще интереснее. Даже на 250-500 нм процессах шаг сетки обычно 5 нм. То есть мы делаем размеры не меньше 250, но можем 250, 255, 260, 265 и так далее. Даже для относительно небольшого чипа текстовый файл с координатами углов всех составляющих чип многоугольников может весить несколько гигабайт.
ivan01
11.10.2021 00:09Ходят слухи про другие Хуайвеевские импортозамещения? Установки для производства стекла для экранов ещё не строят? Можно ответ и в личку, личный интерес.
koreec Автор
11.10.2021 01:53Про Хуавей сложно что-то сказать в том плане что у них там разные отделы полностью изолированы друг от друга. Я общался только ч товарищами, делающими литографию. Насчёт других направлений - х.з.
GHouL512
11.10.2021 11:38На сколко я помню для бреговских зеркал есть зависемость не только от частоты излучения но от угла падения насколько это портит жизнь?
koreec Автор
11.10.2021 11:41Пиковый коэффициент отражения как функция угла меняется не так уж и сильно. Главное - в нужный угол попасть.
polearnik
11.10.2021 16:27Мне все же непонятно почему не сделать рентгеновскую трубку которая будет светить нужной длинной волны. Это будет сложнее чем так вот заморачиваться зеркалами и терпеть такое падение КО?
koreec Автор
11.10.2021 17:09+1Давайте отделять мух от котлет. Оптика нужна для того, что бы сначала расходящийся пучок от точечного источника излучения сделать параллельным, сфокусировать на отражающей маске, а потом уменьшить отраженое изображение по возможности без искажений. И тут не важно, что именно является источником.
Теперь про трубку. Трубка даёт жёсткий рентген, длина волны которого настолько маленькая, что получить отражение на углах падения близких к нормали, физически невозможно. В лучшем случае будет 20-30 градусов, а на этом оптику не построить.
michael_v89
11.10.2021 18:43И что с этим делать?
Есть разные способы. Наиболее эффективный — введение тонких барьерных слоев на границах между основными материалами.А что насчет таких?
Охлаждение до низких температур.
Уменьшение энергии столкновения атомов напыления путем уменьшения напряжения.И еще такой вопрос. Является ли проблемой диффузия слоев друг в друга? Зеркала же при комнатной температуре работают, наверно со временем качество зеркала должно падать.
koreec Автор
12.10.2021 02:17+1Вот как раз диффузия и является проблемой. При комнатной температуре она практически отсутствует. Но часть зеркал во время работы изрядно греется, меняется период, пик отражения смещается.
Насчёт охлаждения - вот этим мы и занимаемся. Но возникает проблема внутренних механических напряжений.
"Уменьшать напряжение" (на самом деле ток или мощность" - дальше уже некуда, потому что скорость осаждения падает, время изготовления зеркала будет стремиться к бесконечности.
Arxitektor
12.10.2021 17:01Огромное спасибо за статью. И это только малая часть проблем литографии EUV.
Одни
зеркаланапыление на зеркала. Интересно а как делают сами подложки для напыление и проверяют их.? Плюс юстировка.... Ведь вся система неподвижна или есть какая-то система коррекции искажений ?Читаю про шероховатость 0,3 Нм это же размер отдельных атомов...
Каких же усилий потребует дальнейшее уменьшение длины волны, до 6.7 нм т.н. BEUV ?Сможет ли вообще промышленность осилить там же придется контролировать напыление слоев с точностью по толщине 1-2 атома... Если уже
Например, для 13.5 нм, оптимальные толщины Mo и Si составляют 2.8 и 4.6 нм а сколько это атомных слоёв ?
koreec Автор
13.10.2021 04:38+2Метрология подложек (линз) - это отдельная большая тема, хорошо описанная в книге Бакши.
Насчёт уменьшения длины волны - 6.7 это далеко не самое коротковолновое излучение, для которого применяется многослойная оптика. К примеру, есть ещё "рентгеновская микроскопия в водяном окне", там длина волны от 2.5 нм, соответственно, период - в районе 1.35 нм.
Касательно контроля толщины слоёв - нужно, помнить, что речь идёт о некоей средней толщине, и усреднение происходит на очень большой площади (десятки кв. сантиметров). Например, у нас есть квадрат из 10 х 10 атомов кремня, лежащих в одной плоскости. Толщина такого слоя - 0.24 нм. Если добавить ещё пять атомов сверху, то средняя толщина увеличится до 0.24 * (1 + 5 /100) = 0.252 нм. Если изъять те же 5 атомов из плоскости - то средняя толщина уменьшится до 0.228 нм.
Например, у нас сейчас скорость осаждения кремня 0.0675 нм/сек. Соответственно, для напыления 4.6 нм экспозиция должна быть 68.14 сек. Уменьшим/увеличим время на 1 секунду - средняя толщина изменится на 0.067 нм.
С точки зрения промышленного производства, изготовление зеркал для 6.7 нм и 13.4 нм ничем не отличается. Мы делаем Mo/Si и Mo/B в одной и той же установке, даже мишени менять не нужно, потому что у нас четыре магнетрона. Есть чисто физические проблемы, связанные с бором он лёгкий диэлектрик, поэтому есть нюансы. Тем не менее, вполне приличные прототип зеркала Mo/B для 6.7 нм мы сделали.
1A1A1
14.10.2021 09:40И что с этим делать?
Есть разные способы. Наиболее эффективный - введение тонких барьерных слоев на границах между основными материалами. Например, слоев рутения или углерода. Помогает не только повысить КО, но и улучшает термическую стойкость зеркал.
А чуть выше:
Если произошло перемешивание, интерфейс (граница раздела) Mo/B, замещается двумя куда менее контрастными интерфейсами B/MoB2 и MoB2/Mo. Кроме того, общий объем интерфейсов в покрытии увеличился.
Т.е. получаемый трёхкомпонентный сэндвич B/C/Mo B/Ru/Mo не даст такого негативного эффекта как образование третьего слоя в виде борида т.к. один их них по характеристикам ближе с спейсеру, второй к абсорберу, но при этом химически более нейтральны?
koreec Автор
14.10.2021 12:18Смысл барьерных слове прежде всего в том, что они могут быть сильно тоньше, чем бориды/силициды, и они стабильны при высокой температуре. В Mo/Si типичная толщина силицида 0.5 + 1 нм, а барьеры мы делаем 0.2 нм. Углерод хорош в качестве барьера именно для Mo/Si. Он с кремнием реагирует, образуется весьма стабильный и инертный карбид, плюс оптические свойства более-менее подходят.
Рутений можно использовать в обоих случаях, он инертный сам по себе. В принципе, можно просто сделать многослойку Ru/B, она будет ещё лучше чем Mo/B. Но таких публикаций я не видел, есть только про Ru/B4С. Лично меня пока останавливает цена рутениевой мишени (около 10 килобаксов).
JINR
21.10.2021 11:24Какая у вас неоднородность по толщине слоёв?
koreec Автор
22.10.2021 03:33Около 0.2 ангстрема.
JINR
22.10.2021 09:37А общая площадь напыляемой поверхности?
koreec Автор
22.10.2021 12:40+1На установке, которая в статье, можно делать до 7x7 см
nae
08.11.2021 14:57Московскому институту электронной техники выпал НИР на проектирование макета сканера на электронном пучке через отражение от матрицы микрозеркал с сотней элементов (бесшаблонная технология). Как Вы считаете имеет ли сия технология ближайшее будущее с точки зрения удешевления производства не больших партий микросхем? Или это какой-то очень экзотический подход?
koreec Автор
08.11.2021 15:30Как по мне, электронно-лучевая литография для массового производства не подходит. Вот для прототипов - самое оно.
Am0ralist
08.11.2021 18:25Так вопрос насколько «не массовое»? То есть если с помощью него получится клепать хотя бы партиями в несколько тысяч штук, то за неимением горничной (с)… в плане, что могут быть вещи, которые оправдают даже подобное.
dragonnur
22.11.2021 18:03Для космоса и практически штучные могут пригодиться, КМК.
amartology
22.11.2021 19:56+1В космосе тоже есть бюджеты, и они совершенно не таковы, чтобы вкладываться в разработку практически штучных вещей. Наоборот, каждый раз всеми силами расширяют функциональность, чтобы хоть немного поднять ожидаемый тираж и раскидать на него стоимость разработки чипа.
Am0ralist
23.11.2021 11:28Для космоса — вряд ли, если только на сдачу.
В основном для военки железки, которые не под рабочие места операторов делопроизводства.
Phenom32
22.10.2021 03:28Вопрос от "чайника": после отражения от трафарета в результате отражения от многослойных зеркал, лучи приходят с разным временем? Или это как-то учитывается? Как дорожки делают змейкой, ради уравнения времени приходов сигналов по параллельным шинам.
amartology
22.10.2021 10:07А зачем это учитывать? Вам нужно обеспечить общую засветку куска фоторезиста, она обеспечивается. Неравномерности из-за разницы путей внутри небольшого, в общем-то, контейнера с девайсом должны быть пренебрежимо малы, мы же не данные с мультигигабитными скоростями гоняем.
qbertych
22.10.2021 11:36Вообще да, но эта разница минимальна. В видимом свете это десятки фемтосекунд, в рентгене ее просто невозможно измерить.
AntonSor
Спасибо, очень интересно!