Основные исследования и разработки, готовые к практическому применению
Впервые в России создан стенд проекционного нанолитографа с рабочей длиной волны 13,5 нм и расчетным разрешением 30 нм. Изображение наноструктуры с уменьшением 1:5 проецируется на фоторезисте с помощью двузеркального асферического объектива. Создание стенда свидетельствует о наличии в России ключевых технологий, позволяющих разрабатывать и производить литографическое оборудование, которое в ближайшие годы станет основным при производстве чипов с топологическими нормами 8−22 нм.
Авторы
Б.А. Закалов,
Аннотация
Проекционная литография экстремального ультрафиолетового излучения (EUVL), диапазон рабочих длин волн 13,5 нм ± 1%, является наиболее вероятным кандидатом для массового производства наноэлектроники следующего поколения с топологическими нормами 22−8 нм. Планируется начало ее промышленного использования с 2013—2015 года. Относясь к стратегическим технологиями, оборудование, компоненты оборудования и фоторезисты для этой литографии находится под экспортным контролем правительства США. В настоящее время в компаниях ASML (Нидерланды), Canon и Nikon (Япония) изготовлено несколько экспериментальные образцы проекционных установок. В ряде компаний, мировых лидеров микроэлектроники, начались экспериментальные исследования по разработке технологии EUV литографии.
В рамках программ РАН, грантов РФФИ и государственного контракта с РосАтом в ИФМ РАН впервые в России был создан стенд проекционного нанолитографа с рабочей длиной волны 13,5 нм с расчетным разрешением 30 нм. Изображение топологии наноструктуры с уменьшением 1:5 формируется в фоторезисте с помощью двузеркального асферического объектива. Размер засвечиваемой области на фотрезисте составляет 0,6×0,6 мм2. С помощью двухкоординатной системы сканирования рисунок может мультиплицироваться на площади 5×5 мм2. Разработан перспективный отечественный фоторезист, чувствительный в области 13,5 нм. Получены первые наноструктуры и начаты работы по оптимизации фоторезистов для области 13,5 нм.
Создание стенда продемонстрировало появление в России ключевых технологий, позволяющих разрабатывать и производить литографическое оборудование для диапазона длин волн в окрестности 13,5 нм. Данная разработка, в совокупности с другими отечественными разработками в области мощных газоразрядных источников экстремального ультрафиолетового излучения, может стать основой для отечественной программы производства компонентов наноэлектроники.
Публикации
- Н.Н. Салащенко,
Н. И. Чхало . Проект изготовления российского ЭУФ-нанолитографа для производства СБИС по технологическим нормам 22 нм. Известия РАН. Серия физическая 2011, 2011, том 75, № 1, с. 49−53 - N.I. Chkhalo, M. M. Barysheva, A. E. Pestov, N. N. Salashchenko, M. N. Toropov. Manufacturing and characterization the diffraction quality normal incidence optics for the XEUV range. Proc. of SPIE. V. 8076. Р. 80760P-1−13. 2011.
- С.Ю. Зуев,
А. Е. Пестов ,Н. Н. Салащенко ,А. С. Скрыль ,И. Л. Струля ,Л. А. Суслов ,М. Н. Торопов ,Н. И. Чхало . Двухзеркальный проекционный объектив нанолитографа на λ=13.5 нм. Известия РАН. Серия физическая, 2011, том 75, № 1, с. 61−64 - N.I. Chkhalo, N. N. Salashchenko. Projection XEUV-nanolithography. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. V. 603. Iss. 1−2. 2009. P. 147−149.
- С.Ю. Зуев,
А. Е. Пестов ,В. Н. Полковников ,Н. Н. Салащенко ,А. С. Скрыль ,И. Л. Струля ,М. Н. Торопов ,Н. И. Чхало . Система освещения маски ЭУФ-нанолитографа. Поверхность. № 6. 2011. С. 10−13.
Создан интерферометр с дифракционной волной сравнения для измерения с субнанометровой точностью формы светосильных оптических поверхностей, включая асферические, и волновых деформаций объективов. По своим параметрам интерферометр входит в число лучших в мире, а по ряду параметров существенно превосходит аналоги. Создание такого интерферометра позволяет реализовать в России разработки объективов сверхвысокого разрешения для проекционной литографии, рентгеновской микроскопии и астрономии.
Руководитель
Н.Н. Салащенко
Авторы
А. Ю. Климов,
Аннотация
Традиционные методы интерферометрии для изучения формы поверхности оптических элементов, использующие для формировании волны сравнения эталонные поверхности, гарантируют точность измерений не выше λ/20- λ/30 (20−30 нм), что на два порядка хуже требуемой для современных схем рентгеновской микроскопии и проекционной нанолитографии.
Безэталонные интерферометры, использующие в качестве источника эталонной сферической волны дифракцию света на отверстии, обеспечивают субнанометровую точность измерений. Однако строгий анализ амплитудно-фазовых характеристик дифракционной волны с учетом реальных значений толщины и электродинамических параметров материала экрана выявил ряд физических ограничений на качество дифракционной волны. В частности, из-за взаимодействия с краями отверстия дифракционная волна, распространяющаяся во внеосевом направлении, деформируется и эта деформация растет с увеличением угла наблюдения, резко снижая рабочую апертуру интерферометра. Кроме того, этот способ формирования эталонной волны предъявляет жесткие требования к волновым деформациям первичной оптики и ее юстировке. Все это приводит к трудно контролируемым ошибкам измерений и, практически, исключает применение интерферометров в промышленности.
Разработанный интерферометр с дифракционной волной сравнения, использующий в качестве источника эталонной сферической волны одномодовое оптическое волокно с зауженной до 0,2−0,3 мкм выходной апертурой, лишен отмеченных недостатков. По точности измерений, ошибка по среднеквадратическому отклонению менее 0,1 нм в числовой апертуре 0,1, интерферометр входит в тройку мировых лидеров. Благодаря особенностям источника эталонной волны, развитой оптоволоконной инфраструктуре, по ряду параметров, таким как интенсивность, изотропность и числовая апертура эталонной волны, возможность реализации разнообразных схем измерений, он существенно превосходит аналоги. Для восстановления формы поверхностей и волновых деформаций объективов по данным интерферометрии разработан оригинальный математический алгоритм, сочетающий в себе простоту амплитудного способа регистрации интерферограмм с достоинствами фазовой модуляции эталонной волны.
Появление этого интерферометра заложило основы для развития в стране самых передовых технологий в области прецизионной микроскопии, внеземной астрономии и проекционной нанолитографии.
Публикации
- А.Ю. Климов,
Е. Б. Клюенков ,А. Л. Мизинов ,Е. Л. Панкратов ,В. Н. Полковников ,Н. Н. Салащенко ,Е. Д. Чхало ,Н. И. Чхало ,Н. Б. Вознесенский . Экспериментальные исследования возможностей интерферометра с дифракционной волной сравнения для контроля формы оптических элементов. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. № 6. 2007. С. 99−103. - А.Ю. Климов,
В. В. Рогов ,Н. Н. Салащенко ,Н. И. Чхало . Источник сферической волны на основе зонда ближнепольного микроскопа. // Известия РАН. Серия физическая. Том 72. № 2. 2008. С. 221−223. - Е.Б. Клюенков,
В. Н. Полковников ,Н. Н. Салащенко ,Н. И. Чхало . Коррекция формы оптических поверхностей с субнанометровой точностью. Проблемы, статус, перспективы. // Известия РАН. Серия физическая. Том 72. № 2. 2008. С. 205−208. - Н.Н. Салащенко,
Н. И. Чхало . Коротковолновая проекционная литография. // Вестник Российской Академии Наук. Том 78. № 5. 2008. С. 13−20. - Н.Н. Салащенко,
М. Н. Торопов ,Н. И. Чхало . Влияние неровностей субмикронных отверстий на дифракцию света. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. № 7. 2008. С. 3−5. - N.I. Chkhalo, A. Yu. Klimov, V. V. Rogov, N. N. Salashchenko, and M. N. Toropov. A source of a reference spherical wave based on a single mode optical fiber with a narrowed exit aperture. // Rev. Sci. Instrum. V. 79. 033107. 2008.
- Е.Б. Клюенков,
А. Е. Пестов ,В. Н. Полковников ,Д. Г. Раскин ,М. Н. Торопов ,Н. Н. Салащенко ,Н. И. Чхало . Измерение и коррекция формы оптических элементов с субнанометровой точностью. // Российские нанотехнологии. Том 3. № 9−10. С. 90−98. 2008. - N.I. Chkhalo, E. B. Kluenkov, A. E. Pestov, D. G. Raskin, N. N. Salashchenko, M. N. Toropov. Manufacturing and investigation of objective lens for ultrahigh resolution lithography facilities. // Proc. SPIE Vol. 7025, 702505 (2008)
- N.I. Chkhalo, I. A. Dorofeev, N. N. Salashchenko, and M. N. Toropov. A plane wave diffraction on a pin-hole in a film with a finite thickness and real electrodynamic properties. Proc. SPIE 7025, 702507 (2008).
- N.I. Chkhalo, A. Y. Klimov, D. G. Raskin, V. V. Rogov, N. N. Salashchenko, and M. N. Toropov. A new source of a reference spherical wave for a point diffraction interferometer. Proc. SPIE 7025, 702506 (2008).
Разработан автоматизированный, малогабаритный, калиброванный по чувствительности измеритель мощности излучения с дискретно перестраиваемой спектральной полосой пропускания. Прибор позволяет изучать характеристики источников в диапазоне от инфракрасного до мягкого рентгеновского излучения. В настоящее время он используется в различных лабораториях и компаниях, разрабатывающих источники излучения для проекционной литографии на длинах волн 13.5 нм и 6.7 нм.
Руководитель
Н.Н. Салащенко
Авторы
Забродин И. Г.,
Публикации
- Shmaenok L. A., Salashchenko N. N., Chkhalo N. I., Zabrodin I. G., Zuev S. Yu., Kaskov I. A., Klyuenkov E. B., Sukhanov V. L., Zabrodsky V. V., Belik V. P. Multilayer based instrumentation developments for EUVL source metrology. Proceedings of International SEMATECH EUV Source Workshop. February 23. 2003. Santa Clara California. USA.
- Забродин И. Г.,
Закалов Б. А. ,Зуев С. Ю. ,Каськов И. А. ,Клюенков Е. Б. ,Лопатин А. Я. ,Салащенко Н. Н. ,Суслов Л. А. ,Пестов А. Е. ,Чхало Н. И. , ШмаенокЛ. А. Абсолютно калиброванный измеритель EUV мощности для аттестации и оптимизации источников излучения на 13,5 нм. Материалы симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника». ИФМ РАН. Нижний Новгород. 25−29 марта 2005 г. т.2. С. 302−303. - И.Г. Забродин,
Б. А. Закалов ,С. Ю. Зуев ,И. А. Каськов ,Е. Б. Клюенков ,А. Я. Лопатин ,Н. Н. Салащенко ,Л. А. Суслов ,А. Е. Пестов ,Н. И. Чхало ,Л. А. Шмаенок . Абсолютно калиброванный измеритель ЭУФ-мощности для аттестации и оптимизации источников излучения на 13,5 нм. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. № 6. 2007. С. 104−107. - К.Н. Кошелев,
В. Е. Банин ,Н. Н. Салащенко . Работы по созданию источников коротковолнового излучения для нового поколения литографии. // УФН, 2007, т. 177, в. 7, с. 777−780.
Развита методика изготовления свободновисящих EUV фильтров с апертурой 140×40 мм2 и рекордно высокой прозрачностью (T ~ 80%) в спектральной области 13.5 нм при прозрачности от 0.1% в УФ до 4% в ИК области. Основные области применения разработанных фильтров — проекционная EUV-литография и метрология источников излучения литографических установок, рентгеновская диагностика плазмы, рентгеновская астрономия.
Авторы
Е.Б. Клюенков,
Публикации
- М.С. Бибишкин,
С. Ю. Зуев ,А. Ю. Климов ,Е. Б. Клюенков ,А. Я. Лопатин ,В. И. Лучин ,Н. Н. Салащенко ,Л. А. Суслов ,Н. Н. Цыбин ,Н. И. Чхало ,Л. А. Шмаенок . Фильтры на пропускание для стендов проекционной EUV-литографии. Материалы симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника». 2005, Т.2. С. 497−498. - Vadim Banine, Leonid Sjmaenok, Roel Moors, Nikolay Salashchenko. Patent P-2221.000-Us «Multilayer filters in EUV litography for mitigation of source produced debris and DUV radiation» (29−3-2005).
- 3
С. С. Андреев ,М. С. Бибишкин ,С. Ю. Зуев , Х. Кимура,Е. Б. Клюенков ,А. Я. Лопатин ,В. И. Лучин ,К. А. Прохоров ,Н. Н. Салащенко ,Л. А. Суслов , Т. Хироно,Н. Н. Цыбин ,Н. И. Чхало . Многослойные рентгеновские фильтры и поляризаторы на просвет. // Материалы совещания «Рентгеновская оптика — 2004». С. 51−52. - S.S. Andreev, M. S. Bibishkin, N. I. Chkhalo, E. B. Kluenkov, A. Ya. Lopatin, V. I. Luchin, K. A. Prokhorov, N. N. Salashchenko, N. N. Tsybin, H. Kimura, T. Hirono. Free standing multilayers for the soft-x-ray and EUV ranges. Proceeding of 7th International Conference on the Physics of X-Ray Multilayer Structures. Sapporo. Japan. 2004.
- С.С. Андреев,
С. Ю. Зуев ,Е. Б. Клюенков ,А. Я. Лопатин ,В. И. Лучин ,К. А. Прохоров ,Н. Н. Салащенко ,Л. А. Суслов . Фильтры для экстремального ультрафиолетового диапазона на основе многослойных структур Zr/Si, Nb/Si, Mo/Si и Mo/C. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2003. № 2. С. 6−9.
Разработана технология изготовления и подготовлено серийное производство многослойных рентгеновских зеркал в форме параболических цилиндров для оснащения отечественных дифрактометров ДРОН-3,4,6. Применение таких зеркал позволяет более чем на порядок увеличить угловую апертуру отбора излучения рентгеновских трубок, что значительно повышает светосилу приборов. Дифрактометры серии ДРОН являются в России наиболее распространенными рентгенодифракционными приборами, которых остается в эксплуатации на сегодняшний день около 1500 штук. Модернизация позволяет подлить эксплуатацию приборов на качественно новом современном уровне и существенно расширяет их измерительные возможности.
Авторы
А.А. Ахсахалян,
Публикации
- А.А. Ахсахалян,
А. Д. Ахсахалян ,Е. Б. Клюенков ,В. А. Муравьев ,Н. Н. Салащенко ,А. И. Харитонов . Многослойные рентгеновские зеркала для формирования пучков субнанометрового диапазона длин волн// Известия РАН. Сер. физическая. 2005. Т.69. № 2. С. 174−181. - А.Д. Ахсахалян,
Е. Б. Клюенков ,В. А. Муравьев ,Н. Н. Салащенко . // Осветители на многослойных рентгеновских зеркалах цилиндрической формы // Поверхность. 2005. № 2. С. 36−44. - A.A. Akhsakhalyan, A. D. Akhsakhalyan, A. I. Kharitonov, E. B. Kluenkov, V. A. Murav’ev, N. N. Salashchenko. Multilayer Mirror Systems to Form Hard X-ray Beams// Central European Journal of Physics. 3 (2). 2005. P. 163−177.
- Ю.Н. Дроздов,
А. А. Ахсахалян ,А. Д. Ахсахалян ,Е. Б. Клюенков ,Л. А. Мазо ,А. И. Харитонов . Параболическое многослойное зеркало для дифрактометра ДРОН-4 // Поверхность. 2005. № 5. С. 33−37. - А.А. Ахсахалян,
А. Д. Ахсахалян ,Ю. Н. Дроздов ,Е. Б. Клюенков ,Н. Н. Салащенко ,А. И. Харитонов . Коллимирующие зеркала для дифрактометров ДРОН// Матер. Симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника». Нижний Новгород, 25−29 марта 2005 г. С. 512−513.
Разработан и реализован твердотельный субмиллиметровый нестационарный спектрометр. В качестве источника излучения используется генератор Ганна с умножителем частоты на полупроводниковых сверхрешетках. Генератор Ганна работает в диапазоне частот 75−79 ГГц. Его излучение синхронизировано по синтезатору сантиметрового диапазона длин волн. Пятая гармоника умножителя частоты обеспечивает возможность работы спектрометра в субмиллиметровом диапазоне длин волн. Проведены тестовые измерения линии поглощения воды вблизи 380 ГГц.
Авторы
В.Л. Вакс,
Аннотация
Микроволновые нестационарные (с регистрацией во временной области) спектрометры, в которых в качестве источников излучения используются лампы обратной волны, (ЛОВ) обеспечивают в настоящее время наилучшее приближение к теоретическому пределу чувствительности при доплеровской разрешающей способности, что делает такие спектрометры уникальным инструментом для экологических и аналитических исследований. Однако высокая цена на ЛОВ, ее высокое энергопотребление, ограниченное гарантированное время работы существенно сдерживают применение таких спектрометров в указанных выше областях. Поэтому переход к твердотельным генераторам, (например, к генератору Ганна), работающих в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн, нагруженных на высокоэффективные умножители частоты, сделает возможным применение таких спектрометров в указанных выше областях.
Разработаны, реализованы и готовы к применению синтезаторы частот терагерцового частотного диапазона.
а) С использованием в качестве опорного синтезатора 3-миллиметрового диапазона длин волн реализован синтезатор частот диапазона 870−1100 ГГц.
б) С использованием в качестве опорного синтезатора частот 1,5 см длин волн реализован синтезатор частот 790−970 ГГц.
Стабилизация частоты произведена по 55 гармонике опорного сигнала на основе разработанной системы ФАПЧ ЛОВ с. Гармонический смеситель выполнен на полупроводниковых сверхрешетках.
Авторы
В.Л. Вакс,
Аннотация
Освоение терагерцового диапазона не возможно без создания широкодиапазонных источников высокостабильного по частоте и спектрально чистого излучения. Традиционно используемый подход в создании таких источников излучения состоит в последовательном умножении и синхронизации частот нескольких генераторов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. В результате получался уникальный как по стоимости, так и по сложности прибор. Описанный выше результат позволяет любой лаборатории, имеющей синтезатор частот, работающий до 20ГГц, в принципе реализовать синтезатор частот 790−970 ГГц.
Публикации
- D.G. Paveliev, Yu. I. Koshurinov, V. P. Koshelets, A. N. Panin, V. L. Vaks. Phase synchronization of BWO SubTHz frequency range, applying superlattice harmonic mixer. // 16th International Symposium on Space Terahertz Technology (ISSTT 2005), Chalmers, Sweden, May 2−4, 2005. Book of Abstracts. P5−16.
- В.Л. Вакс,
Ю. И. Кошуринов ,Д. Г. Павельев ,А. Н. Панин . Разработка и создание системы фазовой синхронизации в субтерагерцовом и терагерцовом частотных диапазонах по гармонике сигнала синтезатора сантиметрового диапазона. // Изв. ВУЗов. Радиофизика (в печати).
Разработан, реализован и готов к применению полетный вариант малогабаритного высокостабильного генератора диапазона 19−21 ГГц с малым энергопотреблением (12Вт). Прибор предназначен для работы в радиоизмерительных и спектроскопических комплексах при проведении аэрокосмических исследований в качестве опорного и задающего генератора. Генератор обеспечивает высокостабильные колебания без разрыва фазы в рабочем диапазоне 19−21 ГГц, 3.8−4 ГГц и 800 МГц. При этом его выходная мощность составляет от -5 до +15 dBm в температурном диапазоне от -40С до +55С. Проведены климатические, вибрационные и ударопрочные испытания полетного варианта прибора.
Авторы
В.Л. Вакс,
Аннотация
В настоящее время активно разрабатывается субмиллиметровая спектроскопическая аппаратура для проведения аэрокосмических исследований. Для получения требуемых спектроскопических характеристик необходимы источники излучения, обеспечивающие спектроскопические комплексы высокостабильным и спектрально чистым излучением. Именно такие задачи и решает созданный генератор.
