EUV-литография в Китае к 2030 году: реально ли достичь поставленной компартией цели
Часто можно услышать мнение, что вопрос создания Китаем EUV-литографических машин – вопрос времени. Что скоро их будет много, дешевых и доступных всем буквально через AliExpress. Что с мощной поддержкой государства у КНР это обязательно получится.
Отчасти это справедливо. Так, компания SMEE (Shanghai Micro Electronics Equipment), основанная в 2002 году, в настоящее время выпускает 600 Series Stepper, литографическую машину, позволяющую выпускать чипы по техпроцессу 90 нм. Источником света там является аргонфторидный (ArF) лазер с длиной волны 193 нм. Необходимо напомнить, что DUV-литография способна создавать чипы по техпроцессу и 7 нм, для этого применяется такой процесс, как множественное экспонирование. Это дольше, а следовательно — и дороже, плюс страдает качество чипа, получается много брака.
Есть в Китае и экспериментальные разработки. Так, в Институте оптоэлектроники Китайской академии наук в рамках проекта “Super Resolution Lithography Equipment Development” создана литографическая машина, которая применяет свет с длиной волны в 365 нм. При этом экспериментальная китайская фотолитографическая машина позволяет создавать чипы по техпроцессу 22 нм (каким образом это происходит с такой длиной волны, не раскрывается, применяются «революционные» технологии). Отмечается, что зарубежные патенты в этом устройстве для фотолитографии не применяются и не нарушаются.
В целом план компартии Китая гласит, что устройство для экстремальной EUV-фотолитографии должно быть создано в КНР к 2030 году.
Дядюшка Сэм давит санкциями китайский техпрогресс
Напомним, администрация Джо Байдена, стремясь ограничить применение в подсанкционных странах EUV-литографии и современных средств создания чипов (куда, кроме фотолитографии, к слову входят еще «большие» и «малые» процессы, среди больших еще etching и deposition, а среди «малых» - cleaning, oxidation, detection и ion implantation), создал «Группу Четырех» (Chip 4), куда кроме США вошли Тайвань, Южная Корея и Япония. Цель группы — изолировать Китай от технического прогресса, в частности, от EUV-литографии.
Напомним, в 2018 году китайская компания SMIC, флагман полупроводниковой промышленности КНР, заказала у ASML EUV-литографическую машину за $120 млн. Но вмешались США, сделка сорвалась.
При этом Поднебесная активно покупает продукцию ASML, купив в прошлом году 81 литографическую DUV-машину, на DUV-фотолитографию санкции не распространяются.
Казалось бы, получи в Китае одну современную EUV-машину компании ASML, ее можно было бы разобрать и сделать подобную, благо, собственные решения для DUV-литографии уже есть, опыт накоплен. Но все не так просто, разобрать и посмотреть — в данном случае недостаточно. И вот почему.
Технологические EUV-сложности
Напомним, что в EUV-машинах применяется ультрафиолет с длиной волны 13,5 нм (напомним, DUV-устройства работают с УФ-лучами с длиной волны 193 нм), его в установке компании ASML получают из плазмы. Полученный из плазмы свет отражается от нескольких зеркал и только тогда попадает на пластину, причем отражаясь от шаблона, а не проходя сквозь него.
Одна из проблем — источник света. В EUV-литографии в качестве источника света применяется плазма (laser-produced-plasma, LPP), которая создается из капель олова, которые сжигает углекислотный лазер. К слову, источник света из плазмы был создан компанией Cymer, которую ASML купила за 3,1 млрд евро в 2013 году. Затем система из несколько зеркал (см рисунок к статье) перенаправляет свет на пластину. Система зеркал — отдельная серьезная проблема: нужно несколько раз отражать излучение с длиной волны 13,5 нм, а оно предельно плохо отражается от чего угодно, EUV – это почти рентгеновское излучение, граница проходит, напомним, на уровне 10 нм. Если свет с длиной волны 13,5 нм пройдет через систему обычных зеркал, он попросту будет поглощен и рассеян. Поэтому зеркала делают как брэгговские отражатели — многослойными, собирающими несколько отражений в одно достаточно сильное. Зеркала в EUV-машинах созданы компанией Zeiss и состоят из 50 пар перемежающихся слоев кремния и молибдена (в целом 100 слоев Mo/Si), при этом толщина слоя молибдена 2,7 нм, а слоя кремния — 4,1 нм. В первой версии зеркал, показанных компанией Carl Zeiss в 2010 году, лучи ультрафиолета не только отражались, но и рассеивались, и это было недопустимо. Потребовалось еще много лет работы, чтобы убрать этот эффект. Разработавшая зеркала компания получила в ходе работы порядка 2000 патентов. В настоящее время EUV-зеркала компании Carl Zeiss являются самыми ровными зеркалами в мире, если растянуть такое зеркало на площадь США, отклонение от условной ровной поверхности нигде не превысит 0,5 мм. В результате компании удалось добиться коэффициента отражения порядка 70%.
Вернемся к источнику света. Как уже отмечалось выше, олово в EUV-машине ASML, «выплевываемое» крошечными каплями по 25 микрон в диаметре, горит под лучами лазера и превращается в плазму (более того, лазер ударяет каждую каплю дважды — первый раз слегка, превращая ее ударом в плоский блинчик, и второй раз по-серьезному, сжигая; капли вылетают со скоростью 50 тыс в секунду). Этот источник света находится в полусфере примерно как автомобильная фара. Полусфера должна четко собирать свет, при этом меняется она раз в год, даже если чипы штампуются непрерывно весь год круглые сутки. Как это сделано? Прежде всего создано магнитное поле, которое отталкивает частицы олова от полусферы. Также создана буферная зона из интертного газа. Тем не менее, некоторые частицы олова до отражающей полусферы долетают, а если слой металла на отражателе достигает толщины 1,2 нм, отражающая способность снижается на 20%. Поэтому каждые два часа происходит процедура очистки: в полусферу запускаются ионы водорода, они реагируют с оловом, создавая гидрид SnH4, бесцветный тяжелый газ (кстати, ядовитый). Тем не менее, собирающая свет полусфера все равно постепенно теряет свои свойства и требует замены раз в год.
Зеркала, их создание и обслуживание — только одна из проблем создания EUV-машины, не самая серьезная, она иллюстрирует, что на пути повторения успеха ASML с EUV-литографией требуется решить множество технологических проблем, на которые у самой ASML ушло полтора десятка лет. Еще одна проблема — EUV-маски, они в подобных литографических машинах тоже отражательные, то есть тоже зеркала. Фотомаски для EUV-фотолитографии выпускают в мире компании, число которых можно пересчитать на пальцах одной руки - Applied Materials, Asahi Glass и Hoya. Не забываем и о дефектоскопии: на 300-мм пластине нужно достаточно быстро выявлять неработоспособные участки. Для этого применяются электронно-лучевые дефектоскопы, их выпускают компании KLA, NuFlare и Tasmit.
Удастся ли, как утверждает Компартия Китая, решить все эти вопросы в Поднебесной к 2030 году, большой вопрос.
Опубликовано 23.12.2022