Создание элементов технологии проекционной нанолитографии с использованием источников излучения короче 10нм (Литография с излучением 6,7нм)
Цели проекта:
1. Разработка принципов создания эффективных источников излучения для проекционной литографии с использованием излучения в области короче EUV излучения – на длине волны 6,7 нм
2. Создание аппаратуры для метрологии и диагностики излучения плазмы в диапазоне, предназначенном для использования в следующем после EUV поколения проекционной литографии
3. Создание источников для исследовательских работ по литографии BEUV (Beyond EUV)
Планируемый в ближайшие годы переход проекционной литографии в EUV (длина волны излучателя 13,5 нм) позволит достичь разрешения в 22 нм. Рассматриваются технологические возможности использовать EUV литографию для печатания микросхем с разрешением до 16 нм, однако, существуют серьезные риски, что такое продвижение окажется невозможным. В первую очередь это связано с двумя главными характеристиками литографического процесса – разрешением и глубиной фокуса. Эти две характеристики диктуют технические параметры всей системы, в первую очередь, оптической её части. Разрешение (R) описывается формулой R=k1*λ/NA , где λ – длина волны излучения, используемого для печати, к1 – технический коэффициент, описывающий особенности оптической системы, NA – числовая апертура оптической системы. Другая важная характеристика глубина фокуса (DoF) описывается как DoF=ë/(NA)2. Разрабатываемая в настоящее время EUV литографическая машина с разрешением в R = 22 нм будет иметь 11 зеркал с числовой апертурой NA=0.25 при величине k1=0,4 и соответствующей величине DoF = 200 нм. Переход к R = 16 нм потребует увеличения числовой апертуры в 2 раза (что, в свою очередь, значительно удорожит используемую оптику) и приведет к технологически опасному уменьшению DoF до величины 50 – 100 нм.
Другая возможность улучшения разрешения состоит в уменьшении длины волны излучения, используемого для печатания микросхем. Спектральные интервалы, которые можно было бы использовать для литографии, определяются в первую очередь коэффициентом отражения многослойных зеркал. «Островки» высокого отражения многослойных зеркал немногочисленны. Ближайший из них в области 11,4 нм связан с использованием зеркал содержащих бериллий и поэтому не рассматриваются. Другой спектральный интервал связан с использованием зеркал La/B4C и C/B4C, которые, как ожидается, будут иметь весьма высокий коэффициент отражения в спектральной области 6,6 – 6,7 нм.
Анализ показывает, что использование более коротковолнового излучения, в частности, излучения на длине волны 6,6 — 6,7 нм , позволяет существенно улучшить разрешение, сохраняя при этом большое значение DoF и существенно уменьшить требуемую числовую апертуру оптической системы. Достижение R=16 нм возможно при условии уменьшения числовой апертуры более чем в два раза и уменьшения количества используемых зеркал (в используемом модельном расчете с 11 до 7), что позволяет существенно уменьшить стоимость оптической системы.
Разработка методов защиты и очистки многослойной EUV оптики в литографической машине
Цели проекта:
1. Разработка принципов защиты и очистки многослойной EUV оптики для проекционной литографии с использованием излучения в области EUV излучения – на длине волны 13.5 и 6,7 нм
2. Создание аппаратуры для диагностики и плазменной очистки многослойной EUV оптики
Разработка методов защиты и очистки многослойной EUV оптики в литографической машине
Планируемый в ближайшие годы переход проекционной литографии в EUV (длина волны излучателя 13,5 нм) позволит достичь разрешения в 22 нм. Рассматриваются технологические возможности использовать EUV литографию для печатания микросхем с разрешением до 16 нм. Однако, серьезные риски в EUV литографии связаны с достаточно быстрым загрязнением отражающих многослойных зеркал под действием мощного EUV излучения. Дело в том, что даже в условиях сверх высокого вакуума (~10-8 Top) и так называемых «чистых камер» на поверхности зеркал всегда присутствует некоторое количество адсорбированных молекул воды и углеводородов. Взаимодействие жестких EUV фотонов и вторичных фотоэлектронов с адсорбированными молекулами приводит к практически полной диссоциации адсорбированных молекул и образованию активных атомов и радикалов на поверхности зеркала.
Вследствие этого взаимодействия происходит окисление верхнего защитного слоя зеркала, а также рост углеродной пленки.
Оксидный слой и слой углерода толщиной всего в несколько нм приводят уже к заметной потере отражательной способности EUV зеркал. Учитывая наличие до десятка зеркал в оптической схеме EUV литографа, это приводит к быстрому блокированию литографического процесса.
Международная программа по развитию полупроводниковых устройств до 2020 года на пути внедрения EUVL с разрешением < 22 нм выделяет как одну из наиболее критических задач – задачу «Контроля и очистки загрязнений оптики с достижением времени жизни более 5 лет (30 тыс часов)».
Без системы специальной очистки деградация многослойной EUV оптики в EUV литографе будут происходить в течение нескольких суток, а требуемый срок их службы 5 лет. Отсюда следует, что система очистки должна удалять многократно и непрерывно образующиеся в EUVL загрязнения, причем полностью, не затрагивая поверхность зеркала даже на атомарном уровне. Это требует исключительной высокой селективности, точности и скорости очистки. Адекватное решение данной проблемы возможно только в рамках самой литографической машины с использованием свойств и условий EUVL. Поэтому необходимо проведение и НИР и далее НИОКР, направленных на изучение возможных механизмов сверхтонкой очистки поверхности на атомарном уровне и разработку технологии как очистки, так и систем контроля чистоты и качества поверхности с точностью ~0.1-0.3 нм.
Кроме загрязнения могут возникать дефекты, связанные с загрязнением ее поверхности частицами, особенно наноразмерными, которые не могут быть удалены традиционными методами очистки от частиц. Поэтому также необходимы НИР механизмов очистки поверхности EUV оптики от наночастиц.
Создание метрологического и диагностического оборудования для EUV нанолитографии (метрология для нанолитографии)
Цели проекта:
1. Разработка систем регистрации EUV излучения с помощью микроканальных пластин, специализированных для целей нанолитографии.
2. Разработка компактных спектральных приборов, позволяющих анализировать излучение в диапазоне 5 – 15 нанометров.
3. Разработка метрологических источников для целей абсолютной калибровки диагностических систем.
Коротковолновое ультрафиолетовое излучение, необходимое для литографических технологий, может быть получено из плотной горячей плазмы, содержащей многозарядные ионы определенных химических элементов. Коммерческое использование этого излучения в любой технологии требует контроля его спектрального состава и спектральной яркости. В рамках настоящего проекта предполагается разработка диагностического комплекса, позволяющего получать спектры в диапазоне 5-15 нанометров с относительным разрешением 200-300, с возможностью абсолютной калибровки спектральной яркости. В состав комплекса входят: спектрограф, регистратор и источник для абсолютной калибровки. Диспергирующим элементом спектрографа является вогнутая решетка скользящего падения, используемая по схеме внероуландовской регистрации спектра. Система регистрации излучения на основе микроканальной пластины позволяет получать двумерные изображения с временным разрешением порядка наносекунды. Помимо регистрации спектров, микроканальный детектор может быть использован для изучения пространственного распределения светящейся плазмы. Для абсолютной калибровки системы будет разработан лазерно-плазменный источник излучения.
Создание центра оптической нанодиагностики при РнД-ИСАН
Цели проекта:
1. Создание центра оптической нанодиагностики при РнД-ИСАН.
2. Разработка новых технологий оперативной оптической нанодиагностики, на основе результатов научных и прикладных исследований проводимых в Институте спектроскопии РАН и РнД-ИСАН, с целью создания новых методик и приборов на их основе.
3. Продажа разработанных технологий и приборов на их основе.
Возможности традиционных методов диагностики нанообъектов и наноструктур ограничены их малой информативностью, сложностью процедуры подготовки образца, большим временем измерения, высокой стоимостью аппаратуры и др. Это делает актуальным разработку оптических методов нанодиагностики, которые обладают в потенциале такими преимуществами, как высокая информативность, включая возможность характеризации изучаемых нанообъектов, универсальность, возможность проведения оперативных дистанционных измерений, неразрушающих исследуемый объект, возможность осуществления индивидуальной диагностики нанообъектов, возможность создания простых приборов для нанодиагностики и др.
Цель проекта – разработка новых методик и технологий оперативной оптической диагностики нанообъектов и наноструктур на основе оптических методов и создание новых приборов на основе этих методов.
Будут развиты методики индивидуальной диагностики диэлектрических наночастиц и молекулярных структур по спектрам комбинационного рассеяния света и флуоресценции. Планируется разработать два типа приборов на основе развитых методик: 1) Лазерный спектрометр комбинационного рассеяния и флуоресценции на базе многочастотного лазера, конфокального микроскопа, спектрографа с компенсацией астигматизма (имидж-спектрограф) и охлаждаемой жидким азотом ПЗС-матрицы. 2) Лазерный микроскоп комбинационного рассеяния и флуоресценции на основе многочастотного лазера, многополосовых фильтров и высокочувствительной ПЗС-матрицы.
Будет развита методика оптической нанодиагностики сложных молекулярных структур по спектрам хромофорных молекул, внедряемых в образец в качестве спектрального нанозонда. Предполагается довести точность определения координат наблюдаемых хромофорных молекул в латеральной плоскости образца до 5 нм. На основе развитой методики планируется спроектировать опытный образец прибора для оптической нанодиагностики органических стекол, полимеров и молекулярных кристаллов.
Будет разработана технология оптической диагностики нанотрещин в кристаллах по изображениям примесных молекул хромофоров, внедряемых в упомянутые трещины. Планируется разработать технологию введения хромофорных молекул зондов в нанотрещины путем растворения этих молекул в двууглекислом газе или шестифтористой сере, переведенных в состояние сверхкритической жидкости.
Главным источником получения прибыли при выполнении проекта является продажа, в том числе фирмам ASML и INTEL, разработанных технологий и приборов для оптической нанодиагностики.
Разработки базируются на уникальных технологиях, развитых в течение последних нескольких лет участниками предлагаемого проекта, и на имеющихся «ноу-хау», защищаемых патентами.
Результаты выполнения проекта создадут основу для промышленного производства приборов оптической диагностики нанообъектов и наноструктур. С этой целью на начальной стадии проекта планируется изготовить опытные образцы перечисленных выше типов приборов оптической нанодиагностики.