Регистрация / Вход
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.

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.

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.