Китайская экосистема EUV-метрологии набирает форму: от DUV 193 нм к измерениям на 13,5 нм

Переход передовых чипов от структур FinFET к трёхмерным транзисторам GAA (gate-all-around, «затвор со всех сторон») предъявляет новые требования к контролю производства. EUV-литография работает на длине волны 13,5 нм, тогда как в традиционной глубокой ультрафиолетовой метрологии широко используются 193 и 248 нм. Чем меньше критические размеры и дефекты, тем важнее одновременно повысить пространственное разрешение, скорость измерений и снизить риск повреждения образца.5532

Важно отделять экосистему EUV-метрологии от готовой отечественной EUV-литографической машины. Открытые данные пока описывают формирование набора технологий и поставщиков вокруг измерений: источники света, зеркала, вакуумные камеры, детекторы, прецизионные платформы, алгоритмы реконструкции и программное обеспечение для управления процессами. Реальный промышленный результат будет зависеть от того, удастся ли объединить эти компоненты в систему, способную месяцами работать на фабрике, проходить калибровку и связывать результаты измерений с данными о печати на пластине, электрическими характеристиками и выходом годных.

Почему GAA-транзисторам нужна EUV-инспекция

В FinFET значительная часть геометрии доступна для оптического контроля. В GAA каналы, затворы и интерфейсы образуют более сложную объёмную структуру, а некоторые критические элементы находятся под слоями материалов или на границах раздела. Поэтому одной поверхностной картинки недостаточно: необходимо оценивать критические размеры, профиль боковых стенок, смещение слоёв и скрытые дефекты. Переход к GAA рассматривается как один из факторов, стимулирующих разработку более точных бесконтактных методов контроля.8

Преимущество длины волны 13,5 нм состоит не только в том, что она короче. В задачах рассеяния размер дефекта и длина волны освещения сильно влияют на интенсивность сигнала; более короткое излучение повышает чувствительность к наноразмерным неоднородностям. Итог, однако, определяется также мощностью источника, качеством оптики, шумом детектора, материалами образца и алгоритмом восстановления структуры.18

EUV-метрология может использовать рассеяние, когерентную дифракционную визуализацию (CDI), рефлектометрию и безлинзовую птхографию. Эти методы позволяют восстанавливать параметры структуры по дифракционным данным, не контактируя с пластиной. Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) уже применял настольный HHG-источник для EUV-дифрактометрии структур «линия–промежуток» с критическими размерами менее 50 нм. Другая работа показала чувствительность EUV-рассеяния к объёмным особенностям двумерных межсоединений на уровне единиц нанометров.3334

Зачем проверять EUV-маски на той же длине волны

EUV-маска — это не прозрачный шаблон, а сложная многослойная отражающая структура. Фазовый дефект, который плохо заметен при другой длине волны, способен повлиять на перенос рисунка на пластину. Поэтому термин «актиническая инспекция» обычно означает контроль на тех же 13,5 нм, что используются при экспонировании. Такой подход позволяет прямее оценивать, будет ли дефект печататься на пластине. Исследования указывают, что именно 13,5 нм особенно важны для выявления критических фазовых дефектов в многослойных EUV-масках.48

Это одна из причин интереса к генерации высших гармоник — HHG (high-harmonic generation). Она создаёт когерентное EUV-излучение при взаимодействии фемтосекундного лазера с газом или другим материалом. Такая характеристика полезна для когерентной микроскопии рассеяния, дифракционных измерений и безлинзовой визуализации. В материалах Samsung описывалась система повторной проверки дефектов EUV-масок с отдельным HHG-источником, что помещает технологию в контекст специализированных исследовательских и инспекционных установок.42

Четыре маршрута к EUV-источнику

LPP: высокая мощность ценой максимальной сложности

В источниках лазерно-индуцированной плазмы — LPP (laser-produced plasma) — мощный лазер воздействует на капли жидкого олова, формируя плазму, излучающую на 13,5 нм. Именно этот базовый подход используется в коммерческих EUV-системах ASML.55

Главное достоинство LPP — наиболее очевидный запас по мощности для литографии и высокопроизводительной инспекции. Но за него приходится платить сложной инженерией: нужны мощный приводной лазер, точное управление каплями олова, подавление мусора, защита коллекторного зеркала от загрязнения, эффективный отвод тепла и регулярное обслуживание. Для стартапа такой маршрут означает высокий порог по капиталу, разработке и сервисной инфраструктуре.

DPP: более компактный вариант для отдельных задач

В источниках разрядно-индуцированной плазмы — DPP (discharge-produced plasma) — плазма формируется электрическим разрядом. Потенциально такая система может быть компактнее крупных ускорительных комплексов и соответствовать части требований метрологии. В публикациях о китайских разработках DPP упоминается как одно из направлений.1726

Однако остаются проблемы эрозии электродов, загрязнения, стабильности плазмы, ресурса источника и длительной эксплуатации. Для фабрики недостаточно продемонстрировать генерацию 13,5-нм излучения: важны непрерывная работа и предсказуемый интервал обслуживания.

FEL и синхротрон: сильные исследовательские платформы

Свободноэлектронные лазеры (FEL) и синхротронные источники отличаются высокой яркостью, когерентностью и возможностью настройки параметров излучения. Они подходят для эталонных измерений, анализа материалов, исследования масок и разработки технологических процессов.

Обратная сторона — крупные ускорительные комплексы, высокая стоимость и сложные условия эксплуатации. Поэтому в обычном производственном цехе такие источники вряд ли станут стандартным инструментом. Их более вероятная роль — научно-исследовательские платформы и эталоны, с которыми можно сравнивать результаты компактных установок.

SSMB: долгосрочная ставка на высокую среднюю мощность

Метод устойчивой микробанчировки — SSMB (steady-state microbunching), развиваемый при участии Университета Цинхуа, использует электронный пучок в накопительном кольце. Лазер модулирует пучок в ондуляторе, после чего микросгустки сохраняются от оборота к обороту и формируют когерентное излучение. Экспериментальная работа продемонстрировала базовый принцип SSMB.12

Последующие проектные материалы описывают возможность получить излучение на 13,5 нм с высокой средней мощностью и узкой полосой. В некоторых вариантах указывалась целевая мощность свыше 1 кВт на инструмент, однако это инженерный ориентир, а не свидетельство создания и сертификации источника для массового производства.3410

SSMB привлекает сочетанием высокой частоты повторения накопительного кольца и яркости когерентного излучения. Но путь к практической установке требует стабильного электронного пучка, точной лазерной модуляции, управления кольцом, контроля качества пучка, крупной инфраструктуры и значительных затрат. Это скорее долгосрочная альтернатива для мощного EUV-источника, чем ближайший путь к настольной системе метрологии.

Почему HHG считают важным направлением следующего поколения

В процессе HHG ультракороткий лазерный импульс фокусируется в газе и создаёт гармоники в диапазоне от EUV до мягкого рентгеновского излучения. По сравнению с оловянной плазмой технология даёт несколько важных преимуществ:

• Компактность: источник потенциально можно разместить в лабораторной или специализированной измерительной установке без синхротрона;
• Высокая когерентность: это удобно для CDI, рассеяния, птхографии и проверки масок;
• Гибкость по длине волны: параметры можно подбирать под материал, геометрию и модель измерения;
• Отсутствие оловянного мусора: нет капельной оловянной плазмы, а значит, проще решать часть задач загрязнения;
• Сверхбыстрый режим: он открывает возможности для временно-разрешённых измерений и исследований материалов.3544

HHG особенно перспективна там, где нужна когерентность и точность, но не требуется мощность уровня экспонирования всей пластины. Эксперименты NIST с настольным источником показали применимость HHG для EUV-дифрактометрии, а научные работы рассматривают её как важный источник для метрологии и визуализации.3335

Ограничения также очевидны: низкая эффективность преобразования, небольшая выходная мощность, требования к стабильности пучка, ресурсу, частоте повторения и потерям в оптике. Кроме того, крупноформатное сканирование требует значительно большего потока фотонов. В одной инженерной оценке для полной инспекции EUV-маски фигурировал диапазон примерно 1–100 мВт мощности на источнике. Это не универсальный порог: потребность меняется в зависимости от чувствительности к дефектам, площади сканирования, отношения сигнал/шум и требуемой производительности.51

Открытые публикации сообщают, что ASML, Intel, Samsung и TSMC использовали или оценивали технологии HHG в измерениях и инспекции.1824 Но это не означает, что HHG уже повсеместно заменила плазменные источники в высокопроизводительных системах фабрик. Надёжнее говорить о подтверждённом интересе к технологии в исследовательских, специализированных и актинических инспекционных установках.

Китайская экосистема: от источника к полной системе

В открытых публикациях среди китайских участников называются Huaxin Aurora (华芯极光), Langdao Technology (朗道科技), Yunqi Jiyao (云栖极耀), Huari Laser (华日激光) и Haoyu Xinguang (皓宇芯光). Их описывают как компании, работающие в разных звеньях цепочки — от лазеров и источников до оборудования и системной интеграции; Haoyu Xinguang связывают прежде всего с направлением HHG.17

Наиболее подробно в открытых материалах представлен университетский проект SSMB при Университете Цинхуа. Его проверка принципа выполнялась совместно с Центром Гельмгольца в Берлине и немецким Федеральным физико-техническим институтом. Это показывает, что развитие направления опирается не только на внутренние разработки, но и на глубокую международную базу ускорительной физики и метрологии.214

Полноценная национальная экосистема должна охватывать не только генерацию света:

• многослойные EUV-зеркала, вакуумные камеры и системы контроля загрязнения;
• детекторы, прецизионные платформы, юстировку, калибровку и радиометрию;
• модели рассеяния, реконструкцию изображений, классификацию дефектов и программное обеспечение для управления процессами;
• заготовки масок, плёнки, фоторезисты и тестовые структуры технологического процесса;
• сотрудничество с фабриками для сопоставления измерений с реальной печатью, электрическими параметрами приборов и выходом годных.

Иными словами, степень локализации нельзя оценивать только по числу компаний, заявляющих о разработке EUV-источников. Важнее наличие поставляемой готовой системы, стабильной системы калибровки и замкнутого цикла с реальными производственными данными.

Пять барьеров между прототипом и фабрикой

1. Полезная мощность и производительность

Мощность, заявленная для источника, не равна мощности, которая после потерь в оптике доходит до образца и превращается в полезный сигнал детектора. Инструмент должен найти баланс между чувствительностью, площадью сканирования, временем экспозиции и шумом.

2. Долговременная стабильность

Фабрике нужен инструмент, который одинаково работает от смены к смене и на протяжении месяцев, а не только показывает хороший результат в коротком эксперименте. Длину волны, дозу, направление пучка, когерентность и отклик детектора необходимо постоянно контролировать и калибровать.

3. Ресурс источника и системы

Лазеры, плазменные компоненты, вакуумная аппаратура, зеркала и детекторы определяют интервал обслуживания. Загрязнение, деградация оптики и стоимость замены ключевых узлов напрямую влияют на совокупную стоимость владения.

4. Связь измерений с результатом на пластине

Высокодетализированное изображение — не конечная цель. Система должна доказать, что измеренные критические размеры, ошибки совмещения и признаки дефектов позволяют предсказывать реальную печатаемость, характеристики приборов и выход годных. Без такой корреляции измерения трудно встроить в производственный контроль.3050

5. Интеграция с технологией и программным обеспечением

EUV-инструменту необходимо работать с масками, фоторезистами, плёнками, рельефом поверхности пластины, автоматической транспортировкой, интерфейсами данных и фабричной системой управления процессами. Длительная сертификация заказчиком, сравнительные испытания и накопленные полевые данные зачастую важнее единичной демонстрации в лаборатории.

Как понять, что китайская EUV-метрология действительно созрела

Ключевыми показателями будут не заявления о получении 13,5-нм света сами по себе, а проверяемые результаты: данные длительной работы, фактическая мощность на образце, скорость сканирования, метрологическая калибровка чувствительности к дефектам, корреляция с электронно-лучевыми измерениями, синхротронными эталонами или электрическими тестами на пластине, а также длительные испытания и сертификация на фабрике.

Наиболее реалистичным выглядит поэтапный сценарий. HHG может раньше других войти в исследовательские установки, повторную проверку масок и специализированную метрологию. DPP и другие компактные плазменные источники способны претендовать на отдельные задачи поточного контроля. Синхротроны и SSMB продолжат играть роль высококлассных источников и платформ для развития метрологии. LPP, вероятно, сохранит значение там, где требуются максимальная мощность и высокая производительность.

Таким образом, в Китае действительно просматриваются контуры экосистемы EUV-метрологии — от источников до оборудования и интеграции. Но между «экосистема формируется» и «инструменты готовы к массовому производству» остаётся существенная дистанция. Решит не сам факт генерации 13,5-нм излучения, а способность объединить источник, оптику, детекторы, алгоритмы, материалы и знания о процессе производства пластин в надёжную систему, прошедшую фабричную квалификацию.