В Институте физики микроструктур Российской академии наук — филиале ИПФ имени Гапонова-Грехова — создан и испытан опытный стенд лазерно-плазменного источника излучения для рентгеновской литографии на длине волны 11,2 нм. Этот стенд является прототипом рентгеновского источника нового поколения, который в перспективе может стать ключевым элементом отечественной литографической системы для микроэлектроники. В работе принимали участие сотрудники Передовой инженерной школы «Космическая связь, радиолокация и навигация» Нижегородского государственного университета имени Лобачевского.
Экспериментальная установка включает основные компоненты будущего рентгеновского литографа: сверхзвуковое сопло c подачей ксенона, мощный твердотельный лазер с системой фокусировки, а также коллектор рентгеновского излучения. Для исследования параметров источника использованы современные диагностические инструменты: зеркальный брэговский спектрометр, высокоразрешающий спектрограф и квантометр.
Результаты исследований были опубликованы в авторитетных научных изданиях — отечественном «Журнале технической физики» Физико-технического института имени Иоффе РАН и зарубежном рецензируемом журнале Physical Review Applied.
Результаты и перспективы
Теоретическое обоснование концепции источника с ксеноновой мишенью разработали специалисты отдела физики плазмы и электроники больших мощностей ИПФ РАН. На стенде удалось получить излучающую область размером 150 × 400 µм, а коэффициент конверсии энергии лазерного излучения в рентгеновское достиг 3%, что считается достаточным для применения в промышленной литографии.
Отмечается, что использование ксеноновой плазмы в отличие от традиционных источников с оловянными мишенями позволяет снизить поток высокоэнергетичных ионов, которые могут негативно влиять на коллектор. Это может повысить долговечность элементов оптической системы и снизить технические риски при эксплуатации.
Особое внимание уделяется разработке нового твердотельного диодно-накачиваемого лазера на основе кристаллов иттрий-алюминиевого граната, легированного иттербием (Yb:YAG), который заменит используемый на стенде маломощный коммерческий лазер. Новая лазерная система позволит протестировать ресурс ключевых компонентов источника и подготовить технологию к промышленной разработке.
Контекст и факты
Лазерно-плазменные источники X-лучей рассматриваются в мировой научной практике как перспективная альтернатива традиционным источникам на длине волны 13,5 нм, поскольку позволяют оптимизировать параметры спектра и уменьшить нежелательные эффекты от воздействия ионов на оптику литографа.
Аналогичные исследования зарубежных ученых показывают, что лазерно-плазменные источники на основе газовых струй (например, ксеноновых) могут обеспечивать достаточную яркость при минимальных примесях и механическом загрязнении, что важно для надежной работы высокопроизводительных и экологичных литографов.
Истоки исследований лазерно-плазменных источников для литографии уходят в научные труды 1990-х годов, где изучалась оптимизация длины волны и структуры мишеней для генерации мягкого рентгеновского излучения.
Микролитография — это ключевой технологический процесс в микроэлектронике, используемый для переноса геометрического рисунка (топологии) с фотошаблона на поверхность полупроводниковой подложки с помощью чувствительных к излучению материалов (фоторезистов). Она применяется для создания микросхем, транзисторов и других компонентов.
Основные типы литографии
По типу используемого излучения выделяют:
- Фотолитография (оптическая). Использует ультрафиолетовое излучение (200-450 нм);
- Рентгеновская литография. Применяет мягкое рентгеновское излучение (0,5-15 нм) для получения более мелких элементов;
- Электронно-лучевая литография. Использует пучки электронов (длина волны 0,01 нм и меньше) обеспечивая наивысшую точность нанесения.
Подводя итоги своего исследования, авторы особо отмечают важность того, что ксеноновый источник не производит потока высокоэнергетичных ионов, разрушающих рентгеновский коллектор, в отличие от оловянного источника, используемого в литографах ASML.
Недавно порталу Hi-Tech Mail стало известно, что ученые научились добывать графен из ореховой шелухи, кофейной гущи и банановых шкурок.
