Лазерный мир

В России изготовили два опытных эксимерных лазера с длиной волны 193 нм для отечественного фотолитографического оборудования. Разработку выполнила группа компаний «Лассард» в рамках проекта Зеленоградского нанотехнологического центра по созданию установки для производства с проектными нормами 130 нм.

Сам по себе лазер микросхемы не производит. Он служит источником глубокого ультрафиолетового излучения, которым фотолитограф переносит рисунок будущей микросхемы с фотошаблона на покрытую фоторезистом кремниевую пластину.

Именно поэтому появление собственного источника важно не только для одного российского степпера. 193-нм лазер относится к базовой технологии DUV-литографии, которая в мировой полупроводниковой промышленности используется для техпроцессов значительно меньше 130 нм.

Однако между созданием двух опытных образцов и серийным российским лазером для 65-нм производства пока остаётся большой технологический путь.

Почему именно 193 нм

В фотолитографии действует простой принцип: чем короче длина волны используемого света, тем более мелкие элементы можно воспроизвести.

Первые поколения промышленной DUV-литографии широко использовали эксимерные KrF-лазеры на смеси криптона и фтора. Они работают на длине волны 248 нм.

Следующим этапом стали ArF-лазеры на смеси аргона и фтора. Их длина волны составляет 193 нм.

Переход с 248 на 193 нм позволил заметно увеличить разрешение литографических установок. Именно ArF-источники стали основой оборудования для выпуска многих поколений микросхем, начиная со зрелых норм и заканчивая современными техпроцессами, где 193-нм литография используется совместно с иммерсией и многократным формированием рисунка.

Поэтому цифра 193 нм в российской разработке важнее, чем может показаться.

Речь идёт не о , созданном исключительно под одну 130-нм установку, а об освоении класса источников, который потенциально можно развивать дальше.

193 нм не означает техпроцесс 193 нм

Длину волны лазера и проектную норму микросхемы нельзя напрямую приравнивать друг к другу.

193-нм излучение вполне может использоваться для формирования элементов значительно меньше собственной длины волны.

Разрешение литографии зависит не только от источника света. На него влияют:

• числовая апертура проекционного объектива;
• качество и спектральные характеристики лазера;
• фотошаблон;
• фоторезист;
• система освещения;
• методы коррекции изображения;
• точность позиционирования пластины;
• применение иммерсии;
• многократное формирование рисунка.

Именно поэтому зарубежные ArF-системы с той же длиной волны 193 нм в своё время прошли путь от норм порядка 130–90 нм к десяткам нанометров.

Современная иммерсионная DUV-литография продолжает использовать 193-нм источники даже на фабриках, где часть слоёв микросхем формируется с применением EUV.

Лазер задаёт технологическую основу, но конечное разрешение определяет вся литографическая установка.

Что именно сейчас создано в России

Зеленоградский нанотехнологический центр в августе 2026 года завершил третий этап опытно-конструкторской работы по российскому фотолитографу с проектной нормой 130 нм.

Установка рассчитана на пластины диаметром до 200 мм.

В рамках этого этапа изготовили:

• опытный образец фотолитографической установки;
• два эксимерных источника излучения с длиной волны 193 нм;
• фотошаблоны;
• тестовые структуры;
• стенд для измерения характеристик проекционных объективов;
• средства контроля фотолитографических и аберрационных параметров.

Также отрабатывались базовые технологические процессы.

Лазерную часть проекта выполнил «Лассард». Разработка двух источников входила в отдельный крупный контракт стоимостью около 500 млн рублей.

При этом непосредственно изготовленные опытные лазеры оценены примерно в 49 и 46 млн рублей каждый.

Это стоимость опытных изделий, а не будущая серийная цена.

Но серийного литографа пока нет

Здесь важно не перепутать завершение очередного этапа ОКР с готовностью оборудования к промышленной эксплуатации.

130-нм установка пока имеет статус опытного образца.

По словам руководства ЗНТЦ, впереди предварительные испытания и постановка базового технологического процесса. Только после этого можно будет переходить к полноценной работе с потенциальными заказчиками.

Контрактацию серийных поставок планируют начать в 2027 году.

То же касается лазеров.

Два изготовленных экземпляра подтверждают, что российская команда смогла пройти от разработки принципиальной схемы к физическим изделиям, предназначенным для работы в литографическом комплексе.

Но два опытных лазера ещё не означают наличие серийного производства.

Ранее Минпромторг сообщал о планах после 2026 года выйти как минимум на пять таких изделий ежегодно. Выполнен ли этот план, можно будет оценить только после появления реальных серийных поставок.

История проекта начиналась с 248 нм

Есть ещё одна важная деталь, которая теряется в свежей новости.

Несколько лет назад «Лассард» двигался к литографическому источнику постепенно.

Для 130-нм проекта компания создавала KrF-лазер с длиной волны 248 нм. В 2024 году руководство группы сообщало, что следующий этап будет связан уже с ArF-источником на 193 нм для будущих литографических установок с нормами примерно 90–45 нм.

Ещё весной 2026 года представители ЗНТЦ рассказывали об использовании 248-нм KrF-лазера в 130-нм степпере.

Однако в документах о завершённом в августе третьем этапе уже фигурируют два опытных источника на 193 нм.

Получается, проект за время разработки продвинулся дальше первоначальной конфигурации.

При этом подробная техническая документация на новые 193-нм лазеры в открытом доступе пока отсутствует. Поэтому нельзя уверенно сказать, насколько новая модель наследует предыдущую конструкцию и какие именно характеристики были изменены.

Почему литографический лазер намного сложнее обычного эксимерного

Сам факт генерации света на длине волны 193 нм давно не относится к уникальным научным достижениям.

Такие лазеры применяют не только в микроэлектронике, но и в медицине, научных установках и обработке материалов.

Проблема начинается, когда источник нужно поставить в промышленный фотолитограф.

Для изготовления микросхем недостаточно просто получить ультрафиолетовый импульс.

Лазер должен много часов подряд выдавать огромное количество импульсов с очень стабильными параметрами.

Особенно критичны:

• точность длины волны;
• ширина спектральной линии;
• энергия импульса;
• повторяемость энергии;
• частота импульсов;
• пространственные характеристики пучка;
• долговременная стабильность;
• ресурс газоразрядной камеры и электродов;
• стойкость оптики;
• возможность быстрой замены расходных узлов.

Малейший дрейф источника способен повлиять на изображение, которое проекционная оптика формирует на пластине.

Поэтому изготовить эксимерный лазер и изготовить промышленный источник для серийной полупроводниковой литографии – задачи разного уровня сложности.

Почему особенно важна узкая спектральная линия

Проекционный объектив литографа рассчитан на очень узкий диапазон длин волн.

Если спектр источника становится слишком широким, разные составляющие излучения фокусируются немного по-разному. Для обычной лазерной обработки материала это может не иметь решающего значения. При проецировании топологии микросхемы подобная ошибка уже критична.

Поэтому промышленные литографические ArF-лазеры используют специальные системы сужения спектральной линии и её стабилизации.

Чем выше разрешение установки, тем жёстче становятся требования.

Именно здесь находится один из вопросов к российской разработке: открытых паспортных значений ширины линии, стабильности длины волны, частоты импульсов и средней мощности новых 193-нм образцов пока нет.

Без этих характеристик утверждать, что российский источник полностью соответствует современным серийным аналогам Cymer или Gigaphoton, преждевременно.

От 130 нм к 90 и 65 нм нельзя перейти заменой одного лазера

Появление собственного источника на 193 нм действительно создаёт задел для более совершенных литографов.

Но было бы ошибкой рассуждать так: если лазер уже работает на 193 нм, значит Россия почти получила оборудование для 65 нм.

Для следующего поколения придётся повышать характеристики всей установки.

Нужны:

• более совершенный проекционный объектив;
• большая числовая апертура;
• значительно более точная механика;
• улучшенная система совмещения слоёв;
• высокоточные интерферометрические измерения положения;
• более совершенные фотошаблоны;
• подходящие фоторезисты;
• контроль критических размеров и дефектов;
• новый технологический процесс.

Для литографии 65 нм точность совмещения последовательных слоёв уже измеряется единицами и десятками нанометров.

Поэтому 193-нм лазер можно назвать не готовой технологией 65 нм, а одним из необходимых компонентов будущей установки этого класса.

Это принципиальная разница.

Почему России вообще понадобился собственный источник

Современный фотолитограф состоит из множества сложных подсистем.

Источник излучения – одна из них, но критическая.

Если вся установка разработана внутри страны, а лазер приходится покупать у одного зарубежного поставщика, технологическая зависимость сохраняется.

Причём проблема не заканчивается первоначальной поставкой.

Литографический источник требует:

• технического обслуживания;
• замены оптики;
• ремонта высоковольтных компонентов;
• обслуживания газовой системы;
• замены электродов;
• калибровки;
• поставки расходных частей.

Для фабрики, которая должна выпускать микросхемы годами, доступность такого сервиса не менее важна, чем наличие самого лазера.

Поэтому разработка российского источника нужна прежде всего для контроля полного жизненного цикла литографического оборудования.

А Россия действительно стала третьей страной?

Нет, по имеющимся открытым данным так формулировать пока нельзя.

В мировом высокопроизводительном оборудовании для полупроводниковой литографии действительно доминируют два поставщика источников – американская Cymer, входящая в ASML, и японская Gigaphoton.

Именно их системы массово работают в современных литографах ведущих фабрик.

Однако из этого не следует, что только США и Япония способны создавать подобные лазеры.

Китайская Beijing RSLaser ещё в прошлом десятилетии сообщала о собственных KrF- и ArF-источниках для литографии, включая разработки на 193 нм. Китайские организации продолжают развивать и другие варианты 193-нм источников.

Сам «Лассард» ранее говорил примерно о пяти компаниях в мире, обладающих компетенциями в эксимерных лазерах.

Поэтому фраза «Россия стала третьей страной в мире с собственной технологией» не подтверждается.

Гораздо точнее другое: Россия впервые создаёт собственные литографические эксимерные источники и пытается довести их до серийного использования в отечественных степперах.

Для российской микроэлектроники этого достаточно, чтобы считать событие значимым без искусственного мирового рекорда.

Советская разработка вернулась в микроэлектронику спустя полвека

У этой истории есть необычная историческая деталь.

Исследования, с которых принято отсчитывать появление эксимерных лазеров, проводились в СССР.

В 1970 году группа под руководством Николая Басова в Физическом институте имени П. Н. Лебедева получила стимулированное ультрафиолетовое излучение эксимерной системы на основе ксенона. Результаты были опубликованы в начале 1970-х.

Однако современные литографические источники ArF и KrF появились позднее и развивались уже усилиями многих исследовательских групп.

Поэтому напрямую проводить линию от установки Басова к сегодняшнему 193-нм лазеру «Лассарда» было бы слишком большим упрощением.

Историческая связь есть прежде всего на уровне научной школы и физического принципа.

Парадокс в другом: страна, сыгравшая заметную роль в раннем развитии эксимерных лазеров, десятилетиями не производила собственные высокопроизводительные источники именно для полупроводниковой литографии.

Теперь этот разрыв пытаются закрыть.

Главная проверка впереди – не лаборатория, а фабрика

Сегодня у российского проекта уже есть физические результаты: опытный 130-нм степпер и два 193-нм лазера.

Следующий этап гораздо сложнее.

Нужно показать, что установка способна стабильно работать с реальным технологическим процессом:

• выдерживать требуемое разрешение;
• точно совмещать последовательные слои;
• обеспечивать одинаковую экспозицию по всей пластине;
• работать с приемлемой производительностью;
• поддерживать характеристики в течение длительной эксплуатации;
• не требовать постоянной ручной перенастройки;
• обеспечивать приемлемый выход годных микросхем.

Для самих лазеров столь же важны длительные ресурсные испытания.

Серийному производству микросхем нужен не источник, который несколько часов показал правильную длину волны, а оборудование, способное выдавать миллиарды стабильных импульсов с предсказуемыми параметрами и обслуживаться непосредственно на фабрике.

Именно поэтому новость о двух опытных образцах стоит воспринимать как создание недостающего элемента российской DUV-литографии, а не как завершение импортозамещения.

Если 193-нм источник пройдёт квалификацию вместе с фотолитографом, а после 2026 года действительно начнётся его мелкосерийный выпуск, Россия получит собственную основу для дальнейшего движения от 130 к 90 и 65 нм.

В этом случае ценность разработки будет измеряться уже не рекордными заявлениями, а количеством пластин, которые российские лазеры смогут стабильно экспонировать на действующих производственных линиях.

Источник: https://www.elec.ru/publications/analitika-rynka/10391/