Прислать материал
Разработка актинического источника излучения для инспекции наноструктур в области нано и микроэлектроники
Докладчик: Христофоров Олег Борисович
Должность: ведущий научный сотрудник ООО "ЭУФ Лабс", доктор физико- математических наук
Цель проекта:
Развитие проекционной литографии нового поколения для крупномасштабного производства интегральных схем (ИС) сверхвысокого разрешения основано на использовании экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения в узком диапазоне длин волн 13.5+/-0.135 нм, отвечающем максимуму отражения многослойных Mo/Si зеркал. Цель проекта: проведение экспериментальных исследований источников коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы и разработка на их основе прототипа промышленного актинического высокояркостного источника с длиной волны излучения 13.5 нм, предназначенного для оптической инспекции наноструктур в области нано- и микроэлектроники. Реализация проекта послужит основой создания «Нанотехнологическим центром ТЕХНОСПАРК» во взаимодействии с компанией «ЭУФ Лабс» инновационной продукции, востребованной на глобальном рынке микроэлектроники, в первую очередь, для актинической инспекции литографических ЭУФ масок при их изготовлении и при использовании в широкомасштабном производстве ИС по технологическим нормам 22 нм и менее.
Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта будут:
1. определены параметры лазерного излучения и состав рабочего вещества жидкометаллической мишени, позволяющие создать лазерную плазму, излучающую в диапазоне длин волн 13.5 нм±1% с эффективностью ~2%/2pi ср с характерным размером не более 0.3 мм,
2. найдены физические условия, позволяющие сохранить энергетические и пространственные параметры источника при импульсно-периодическом режиме работы источника с высокой частотой следования импульсов, что обеспечит интегральную яркость источника не менее 200 Вт/мм^2 ср,
3. определены физические условия, обеспечивающие энергетическую и пространственную стабильность источника,
4. найдены методы, минимизирующие образование и разлет загрязняющих плазменных продуктов,
5. определены физические условия, обеспечивающие получение стабильных параметров рабочего вещества (мишени),
6. спроектирован и разработан актинический высокояркостный источник ЭУФ излучения, предназначенный для инспекции наноструктур,
7. изготовлен и испытан актинический источник излучения для инспекции наноструктур в области нано- и микроэлектроники.
Для решения поставленных задач и достижения планируемых результатов проекта будут разработаны и реализованы следующие подходы.
- Будет создан экспериментальный стенд и проведена оптимизация параметров лазерного излучения и структуры возобновляемой металлической мишени для получения требуемых параметров излучения лазерной плазмы в диапазоне длин волн 13.5 нм±1% .
- Для исследования возможности создания актинического источника с высокой средней яркостью будут проведены эксперименты в импульсно-периодическом режиме с высокой частотой повторения импульсов и исследовано влияния этого режима на излучательные характеристики плазмы.
- Для исследования физических условий, обеспечивающих энергетическую и пространственную стабильность излучающей плазмы, будет проведен поиск экспериментальных условий, влияющих на эти характеристики.
- Для исследования методов получения стабильных параметров рабочего тела (мишени) будут испытаны различные способы его формирования.
- Для проектирования, разработки и изготовления актинического яркостного источника ЭУФ излучения, будет проведено проектирование и изготовление отдельных систем, узлов и элементов, их автономное испытание, сборка всего источника и его комплексное испытание с регистрацией всех выходных параметров (энергетических, временных, пространственных, спектральных), а также диагностика разлета загрязняющих параметров.
1. определены параметры лазерного излучения и состав рабочего вещества жидкометаллической мишени, позволяющие создать лазерную плазму, излучающую в диапазоне длин волн 13.5 нм±1% с эффективностью ~2%/2pi ср с характерным размером не более 0.3 мм,
2. найдены физические условия, позволяющие сохранить энергетические и пространственные параметры источника при импульсно-периодическом режиме работы источника с высокой частотой следования импульсов, что обеспечит интегральную яркость источника не менее 200 Вт/мм^2 ср,
3. определены физические условия, обеспечивающие энергетическую и пространственную стабильность источника,
4. найдены методы, минимизирующие образование и разлет загрязняющих плазменных продуктов,
5. определены физические условия, обеспечивающие получение стабильных параметров рабочего вещества (мишени),
6. спроектирован и разработан актинический высокояркостный источник ЭУФ излучения, предназначенный для инспекции наноструктур,
7. изготовлен и испытан актинический источник излучения для инспекции наноструктур в области нано- и микроэлектроники.
Для решения поставленных задач и достижения планируемых результатов проекта будут разработаны и реализованы следующие подходы.
- Будет создан экспериментальный стенд и проведена оптимизация параметров лазерного излучения и структуры возобновляемой металлической мишени для получения требуемых параметров излучения лазерной плазмы в диапазоне длин волн 13.5 нм±1% .
- Для исследования возможности создания актинического источника с высокой средней яркостью будут проведены эксперименты в импульсно-периодическом режиме с высокой частотой повторения импульсов и исследовано влияния этого режима на излучательные характеристики плазмы.
- Для исследования физических условий, обеспечивающих энергетическую и пространственную стабильность излучающей плазмы, будет проведен поиск экспериментальных условий, влияющих на эти характеристики.
- Для исследования методов получения стабильных параметров рабочего тела (мишени) будут испытаны различные способы его формирования.
- Для проектирования, разработки и изготовления актинического яркостного источника ЭУФ излучения, будет проведено проектирование и изготовление отдельных систем, узлов и элементов, их автономное испытание, сборка всего источника и его комплексное испытание с регистрацией всех выходных параметров (энергетических, временных, пространственных, спектральных), а также диагностика разлета загрязняющих параметров.
Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В результате выполнения проекта должен быть разработан высокояркостный источник ЭУФ излучения для выполнения диагностики наноструктур; основное использование данного источника —проведение инспекции наноструктур в области нано- и микроэлектроники.
Результаты НИР будут являться фундаментом для дальнейших технологических разработок в рамках ОКР по следующим направлениям:
- методы и аппаратурные комплексы диагностики масок в ЭУФ литографических машинах по нормам Substrate inspection, Blank inspection и Pattern inspection,
- методы и аппаратурные комплексы диагностики загрязнения кремниевых пластин (wafer) в ЭУФ литографических машинах,
- метрологическое оборудование для ЭУФ технологии,
- разработка основ компонентной базы для ЭУФ литографии с длиной волны 13.5 нм,
- разработка отражательных микроскопов ЭУФ диапазона.
По экспертным оценкам объем мирового рынка литографических машин для ЭУФ литографии составит 50- 150 устройств или 2,5- 10 млрд. евро в год к 2020 г.
Основными потребителями ЭУФ технологии являются уже существующие производства ИС. При сохранении тенденции производства 5-15% микроэлектронных компонентов по новым технологическим процессам 30-40 производств в год будет оснащаться новыми ЭУФ литографическими машинами с интегрированными в них системами актинической инспекции литографических ЭУФ масок для контроля бездефектного производства ИС по технологическим нормам 22 нм и менее. Потребность в устройствах для актинической инспекции ЭУФ масок будет резко нелинейно возрастать с прогнозируемым увеличением производительности литографического производства.
Меньший сектор потребления приходится на производителей литографических ЭУФ масок. Клиентами оборудования для инспекции ЭУФ масок будет 15-20 производителей.
Потребителями результатов работы также являются научные коллективы и компании, занимающиеся разработками в области современной оптической литографии, а также ведущие исследования по оптической диагностике наноструктур во всем мире.
В России результаты работы востребованы в рамках программ развития технологического комплекса России – в частности в современной отечественной нанолитографии.
Результаты исследований позволят разработать новые подходы к решению задач оптической нанодиагностики. Они могут быть применены в материаловедении для более информативного определения параметров создаваемых наноструктур.
Анализ потребностей рынка показывает, что диагностическая аппаратура, разработанная на основе полученных результатов, найдет устойчивый спрос при ее мелкосерийном производстве.
Результаты НИР будут являться фундаментом для дальнейших технологических разработок в рамках ОКР по следующим направлениям:
- методы и аппаратурные комплексы диагностики масок в ЭУФ литографических машинах по нормам Substrate inspection, Blank inspection и Pattern inspection,
- методы и аппаратурные комплексы диагностики загрязнения кремниевых пластин (wafer) в ЭУФ литографических машинах,
- метрологическое оборудование для ЭУФ технологии,
- разработка основ компонентной базы для ЭУФ литографии с длиной волны 13.5 нм,
- разработка отражательных микроскопов ЭУФ диапазона.
По экспертным оценкам объем мирового рынка литографических машин для ЭУФ литографии составит 50- 150 устройств или 2,5- 10 млрд. евро в год к 2020 г.
Основными потребителями ЭУФ технологии являются уже существующие производства ИС. При сохранении тенденции производства 5-15% микроэлектронных компонентов по новым технологическим процессам 30-40 производств в год будет оснащаться новыми ЭУФ литографическими машинами с интегрированными в них системами актинической инспекции литографических ЭУФ масок для контроля бездефектного производства ИС по технологическим нормам 22 нм и менее. Потребность в устройствах для актинической инспекции ЭУФ масок будет резко нелинейно возрастать с прогнозируемым увеличением производительности литографического производства.
Меньший сектор потребления приходится на производителей литографических ЭУФ масок. Клиентами оборудования для инспекции ЭУФ масок будет 15-20 производителей.
Потребителями результатов работы также являются научные коллективы и компании, занимающиеся разработками в области современной оптической литографии, а также ведущие исследования по оптической диагностике наноструктур во всем мире.
В России результаты работы востребованы в рамках программ развития технологического комплекса России – в частности в современной отечественной нанолитографии.
Результаты исследований позволят разработать новые подходы к решению задач оптической нанодиагностики. Они могут быть применены в материаловедении для более информативного определения параметров создаваемых наноструктур.
Анализ потребностей рынка показывает, что диагностическая аппаратура, разработанная на основе полученных результатов, найдет устойчивый спрос при ее мелкосерийном производстве.
Текущие результаты проекта:
4. На первом промежуточном этапе проекта «Выбор направления исследований» получены следующие основные результаты:
Разработаны и обоснование экспериментальные и методические подходы для регистрации выходных параметров источника в нанометровом диапазоне спектра, соответствующем области оптимального отражения многослойных зеркал. Выработанные подходы основаны на применении комплекса уникальных компактных мобильных диагностических приборов, разработанных участниками проекта для ЭУФ литографии.
Разработаны и экспериментально исследованы лабораторные методы получения следующих видов высокотемпературной плазмы, эффективно излучающей в области 13,5 нм ±1%:
- газоразрядной плазмы на основе Z- пинча в ксеноне,
- лазерно- инициируемой разрядной плазмы со струйными жидкометаллическими электродами,
- лазерной плазмы.
Полученные значения яркости, являются наивысшими для газоразрядных источников ЭУФ излучения.
Вместе с тем, недостатками разрядных ЭУФ источников являются либо ограниченный ресурс, либо высокий уровень загрязнений, генерируемых в области ЭУФ излучения. В связи с этим выбранное в ходе предварительных исследований направление разработки высокояркостного актинического источника основано на использовании лазерной- плазмы жидкометаллических капельных мишеней с ограниченной массой и применением высокоэффективной лазерной системы с предымпульсом на основе твердотельных лазеров.
За счет средств Индустриального партнера, которым является ООО «Нанотехнологический центр ТЕХНОСПАРК», обеспечивающий внебюджетное софинансирование работ по проекту в размере 45 млн. руб. на 2014-2016 гг., осуществлена закупка материалов и оборудования для разработки и изготовления отдельных элементов, узлов и систем лабораторного образца актинического источника излучения.
По результатам первого этапа исследований в журнале «Квантовая электроника» сделаны две публикация.
По результатам работы в №11 (2014 г.) журнала «Квантовая электроника» опубликована статья «Источник света с высокой яркостью излучения на длине волны 13.5 нм» и ее англоязычная версия в журнале Quantum Electronics.
Разработаны и обоснование экспериментальные и методические подходы для регистрации выходных параметров источника в нанометровом диапазоне спектра, соответствующем области оптимального отражения многослойных зеркал. Выработанные подходы основаны на применении комплекса уникальных компактных мобильных диагностических приборов, разработанных участниками проекта для ЭУФ литографии.
Разработаны и экспериментально исследованы лабораторные методы получения следующих видов высокотемпературной плазмы, эффективно излучающей в области 13,5 нм ±1%:
- газоразрядной плазмы на основе Z- пинча в ксеноне,
- лазерно- инициируемой разрядной плазмы со струйными жидкометаллическими электродами,
- лазерной плазмы.
Полученные значения яркости, являются наивысшими для газоразрядных источников ЭУФ излучения.
Вместе с тем, недостатками разрядных ЭУФ источников являются либо ограниченный ресурс, либо высокий уровень загрязнений, генерируемых в области ЭУФ излучения. В связи с этим выбранное в ходе предварительных исследований направление разработки высокояркостного актинического источника основано на использовании лазерной- плазмы жидкометаллических капельных мишеней с ограниченной массой и применением высокоэффективной лазерной системы с предымпульсом на основе твердотельных лазеров.
За счет средств Индустриального партнера, которым является ООО «Нанотехнологический центр ТЕХНОСПАРК», обеспечивающий внебюджетное софинансирование работ по проекту в размере 45 млн. руб. на 2014-2016 гг., осуществлена закупка материалов и оборудования для разработки и изготовления отдельных элементов, узлов и систем лабораторного образца актинического источника излучения.
По результатам первого этапа исследований в журнале «Квантовая электроника» сделаны две публикация.
По результатам работы в №11 (2014 г.) журнала «Квантовая электроника» опубликована статья «Источник света с высокой яркостью излучения на длине волны 13.5 нм» и ее англоязычная версия в журнале Quantum Electronics.