Как сообщает сайт IEEE Spectrum, с конца февраля по начало марта на базе бельгийского центра Imec совместно с американской компанией KMLabs была создана лаборатория для изучения проблем с полупроводниковой фотолитографией под воздействием EUV-излучения (в сверхжёстком ультрафиолетовом диапазоне). Казалось бы, что тут изучать? Нет, предмет для изучения есть, но зачем для этого учреждать новую лабораторию? Компания Samsung ещё полгода назад приступила к выпуску 7-нм чипов с частичным использованием сканеров диапазона EUV. Вскоре к ней в этом присоединится компания TSMC. К концу года обе они начнут рисковое производство с нормами 5 нм и так далее. И всё же проблемы есть, и они достаточно серьёзные, чтобы ответы на вопросы искать в лабораториях, а не на производстве.

Главной проблемой в EUV-литографии сегодня остаётся качество фоторезиста. Источником EUV излучения является плазма, а не лазер, как в случае старых 193-нм сканеров. Лазер испаряет каплю свинца в газовой среде и возникающее излучение испускает фотоны, энергия которых в 14 раз выше энергии фотонов в сканерах с ультрафиолетовым излучением. Как результат, фоторезист разрушается не только в тех местах, где он бомбардируется фотонами, но и возникают случайные ошибки, в том числе из-за так называемого эффекта дробного шума. Слишком уж высока энергетика фотонов. Опыты с EUV-сканерами показывают, что фоторезисты, которые ещё способны работать с нормами 7 нм, в случае изготовления 5-нм схем демонстрируют критически высокий уровень брака. Проблема настолько серьёзна, что многие специалисты не верят в скорый успешный запуск 5-нм техпроцесса, не говоря уже о переходе к 3 нм и ниже.

Проблему создания фоторезиста нового поколения будут пытаться решать в совместной лаборатории Imec и KMLabs. И решать они её будут с точки зрения научного подхода, а не с помощью подбора реактивов, как это делалось в последние тридцать с чем-то лет. Для этого научные партнёры создадут инструмент для детального изучения физических и химических процессов в фоторезисте. Обычно для изучения процессов на молекулярном уровне используются синхротроны, но Imec и KMLabs собираются создать проекционную и измерительную EUV аппаратуру на основе инфракрасных лазеров. Компания KMLabs как раз является специалистом по лазерным установкам.

На основе лазерной установки KMLabs будет создана платформа для генерации гармоник высокого порядка (high harmonics). Обычно для этого лазерный импульс высокой интенсивности направляют в газовую среду, в которой возникают весьма высокие гармоники частот направленного импульса. При таком преобразовании происходит значительная потеря мощности, так что напрямую для полупроводниковой литографии подобный принцип генерации EUV излучения использовать нельзя. Но для проведения экспериментов этого достаточно. Самое главное, что результирующим излучением можно управлять как по длительности импульса в пределах от пикосекунд (10-12) до аттосекунд (10-18), так и по длине волны от 6,5 нм до 47 нм. Для измерительного инструмента это ценные качества. Они помогу изучить процессы сверхбыстрых молекулярных изменений в фоторезисте, процессы ионизации и воздействие фотонами с высокой энергией. Без этого промышленная фотолитография с нормами менее 3 и даже 5 нм остаётся под вопросом.