Самарский портал "Технологии, компьютеры"

Интервью старшего заслуженного исследователя корпорации Intel, директора направления перспективной литографии Янa Бородовскoгo журналисту Александру Семёнову, 5 октября 2009 г.

Александр Семёнов: Давайте начнём с того, когда в Intel произошёл переход на иммерсионную литографию?

Ян Бородовский: Чипы по технологии 45 нанометров делались с помощью сухой литографии, а 32 нанометра – уже с помощью иммерсионной.

Расскажите поподробнее, что такое иммерсионная литография и почему произошёл переход к ней.

Вы знаете, вся компьютерная отрасль стремилась перейти на иммерсионную литографию так быстро, как это казалось возможным. Наши особенно торопливые конкуренты перешли на неё уже на 65 нанометрах, по крайней мере, они говорили об этом. Очень многие перешли на 45 нанометрах. Intel продолжает выпускать чипы по технологическим процессам 65 и 45 нанометров с помощью сухой литографии, потому что она намного дешевле, чем иммерсионная, процентов на 30. Эта задержка позволила нам сэкономить немало денег.

Мы хотели остаться на сухой литографии и на 32 нанометрах, но тогда мы остались бы единственной компании в мире, кто делает это. Нашим подрядчикам, которые создают для нас аппаратуру, пришлось бы изготавливать уникальные устройства, а это всегда плохо. Лучше быть частью «мейнстрима». Именно эти соображения стали основным аргументом для перехода на иммерсионную литографию. Действительно, она дороже, но при этом обладает большим запасом прочности. Сухая литография на 32 нанометрах работала бы уже на пределе своих возможностей.

Рассказывая о процессе литографии, стоит вспомнить уже подзабытый процесс обычной фотографии. Кто-то, может быть, даже помнит, как в тёмной комнате в специальный увеличитель вставляли плёнку, пускали свет и он, проходя через плёнку, доносил изображение до фотобумаги. Так получалась фотография. Таким образом действует сухая литография.

Если на пути света между линзой и фотобумагой поместить воду, то мы получаем иммерсионную литографию (от английского to immerse – погружать). У воды достаточно большой коэффициент преломления – 1,44 для длины волны 193 нм – поэтому она и была выбрана в качестве immersionnoi среды. Использование воды позволяет на 44% повысить разрешение всех используемых в процессе линз.

Какие сложности возникают при переходе к иммерсионной литографии?

Прежде всего, любой пузырёк газа в воде будет создавать искажение образа, который вы стремитесь получить. Были предприняты очень серьёзные инженерные усилия, чтобы научиться убирать газы из воды.

Второй непростой проблемой было создание специальных фотоматериалов, которые не загрязняли бы воды примесями при соприкосновении с ней. Эти примеси не только загрязняли бы воду, но и могли осаждаться на линзу и таким образом ухудшать качество изображения.

Третьей проблемой было то, что на самом деле изображение формируется не статично (как в фотоувеличителе): в нашем примере фотобумага движется по отношению к линзе со скоростью 600 миллиметров в минуту, а плёнка – в четыре раза быстрее. Вода, смачивающая чувствительный фотослой на кремниевой пластине, может оставлять на нём капельки, которые при высыхании оставляют следы и могут сделать пластину непригодной к дальнейшему использованию. Очень важно было подобрать такие фотоматериалы, которые не давали бы образовываться таким капелькам. Это была очень непростая проблема, но и она была решена.

Четвёртая проблема была связана с тем, что поток света, проходящий через воду, испаряет некоторое её количество. Испаряющаяся вода отбирает некоторое количество тепла у kemnievoi пластины, что может исказить размеры верхнего слоя пластины и его положение по отношению к более нижним слоям. Но и эта сложная техническая проблема была успешно решена, причём в рекордно короткие сроки.

На мой взгляд, за счёт того, что компания Intel не торопилась с внедрением иммерсионной технологии и подождала 3-4 года, эта технология успешно развилась и стала надёжной и отлаженной. Мы позволили другим компаниям стать пионерами в этом направлении (как говорит американская пословица «первопроходцев всегда узнают по стрелам в задней части тела») и избежали многих хлопот и проблем.

И сколько технологических поколений процессоров будут использовать эту схему иммерсионной литографии?

История показывает, что каждая новая литографическая технология живёт как минимум три поколения. Поэтому, я думаю, иммерсионная технология в современном варианте будет работать для 32, 22 и 15 нанометров.

Разрабатываете ли вы что-то новое для следующих технологических процессов?

Конечно. «Дорожная карта» (roadmap) для процессоров Intel всегда насчитывает 5 поколений, мы всегда стараемся смотреть на 10 лет вперёд. Такое прогнозирование – очень непростой процесс, поскольку одновременно приходится решать и технические, и экономические задачи. Очень сложно чётко угадать, что будет более выгодно – найти новое решение при старой технологии и таким образом избежать рисков и минимизировать стоимость или разработать кардинально новую технологию. Поэтому Intel всегда ведет работы в двух направлениях параллельно, стараясь продлить жизнь существующей технологии и одновременно разрабатывая новые пути. Наша литография с длиной волны 193 нанометра – это старая технология, жизнь которой мы продлили, сделав её иммерсионной.

Два пути, по которым мы сейчас работаем – это литография с более короткими длинами волн и литография с делением шага. Какой путь окажется более успешным, как с технологической, так и с экономической точки зрения (что не менее важно) мы пока не знаем. Решение должно быть принято в 2012 году, чтобы у нас было ещё года три для доведения всех технических деталей до готовности к массовому производству. И в 2015 году начнёт работать новая литографическая схема.

Расскажите поподробнее о двух этих путях.

Первая – это использование длин волн в десять раз меньше, чем современные 193 нанометра. Эффективная длина волны в иммерсионной литографии равна 193/1.44 = 134 нм, а у нового излучения – 13,5 нанометров. Понятно, что при более короткой длине волны будет лучше разрешение, правда, по чисто техническим причинам выигрыш будет не в 10 раз, а в пять. Такая литография называется EUV – Extreme Ultraviolet, то есть сверхжесткое ультрафиолетовое излучение. Так как свет с длиной волны 13,5 нм поглощается всеми материалами, в том числе стеклом, из которого изготавливаются традиционные линзы, в EUV-литографии используется полностью отражающая оптика, а не пропускающая. Маски, которые традиционно являются пропускающими, также должны быть отражающими. Кроме того, вся система должна находиться в вакууме, так как световые волны диапазона EUV поглощаются воздухом. Это только несколько примеров проблем, которые нужно решить для начала массового производства компонентов на базе EUV-литографии.

Качество зеркал в EUV-литографии должно быть очень высоким на достаточно большой площади – до 300 мм в диаметре. Шероховатости не могут превышать один нанометр. При малейшем слое примеси на таких зеркалах качество изображения падает очень быстро. Именно по этой причине и необходим вакуум.

Ещё одна проблема для EUV-литографии – это мощность источника излучения, которая приводит с очень серьёзным термическим эффектам. Дело в том, что коэффициент преобразования лазерного излучения в мягкий рентген довольно маленький, поэтому надо будет рассеивать огромные тепловые потоки. Чтобы получить 100 Вт излучения EUV, надо закачать 40 киловатт инфракрасного излучения. Отвод такого количества тепла – сложная инженерная задача. Именно поэтому мы пока и не можем ничего сказать с полной уверенностью о будущем этой технологии.

Если продолжать работать с излучением 193 нанометра, то к 2013-2015 году его разрешения уже не будет хватать. Единственная возможность продолжать работать в этом направлении – это взять существующий дизайн и разбить его на две части. Каждая из частей будет делаться отдельно, но стоимость процесса при таком подходе может несколько возрасти.

Итак, один путь нам понятен, но он дороже, другой – может быть дешевле, но пока не совсем понятно, возможно ли его реализовывать в нужное время, но это, как я уже говорил, привычная ситуация.

А почему в качестве жидкости в иммерсионной литографии выбрана именно вода, а не какое-нибудь масло?

Пробовали не только масло, но и множество других жидкостей. Вода была выбрана по целому ряду своих качеств. Одно из важных – это температурная зависимость коэффициента преломления, у воды она лучше, чем у масла.

Была найдена ещё одна очень хорошая жидкость–- растворенный в воде оксид гафния, это тот самый high-k диэлектрик. Из него научились делать очень монодисперсные нанокристаллы размером около двух нанометров, их можно растворить в воде до концентрации 70%. В таком растворе коэффициент преломления получается около 1,7. Но при её использовании могут возникнуть проблемы с вредностью для окружающей среды и участников производственного процесса.

В общем, было проведено очень много опытов и проверок, и вода оказалась самой подходящей жидкостью.

Понятно, что ситуация до 2015 года у вас продумана и распланирована, а работаете ли вы над более далекой перспективой?

Если работать с длиной волны 193 нанометра, то, как я уже говорил, в 2013-2015 году можно перейти к делению маски на две части, а ещё через какое-то время – на четыре части. Тогда мы сможем работать по этой технологии и до 2021 года.

Скажите несколько слов о проектах, которыми занимаетесь лично вы.

Я обычно одновременно работаю над несколькими проектами. Один из них должен принести конкретные результаты в ближайшие год-два, другой будет завершён лет через шесть-восемь и третий – в промежутке между ними. Все они мне одинаковы интересны, и я люблю их как собственных детей, просто один из них «совсем младенец», а другой уже «пошёл в школу».

Самый «юный» проект заключается в том, что к 2019 году важно будет понять – можно ли существенно удешевить производство чипов. Я считаю, что такая возможность есть при сохранении постоянного уменьшения их размеров. Для этого надо разрешить наличие некоторого количества дефектов в наших чипах. Сейчас таких дефектов практически нет, может быть, один на сто миллиардов элементов, и это достигается за счёт большого удорожания процесса. Если продолжать работать без дефектов, что через 10 лет стоимость производства очень существенно вырастет. А при допущении совершенно мизерного процента дефектов эту стоимость можно снизить в десять и даже в сто раз. Сейчас я занимаюсь начальными обсуждениями этой проблематики с некоторыми единомышленниками.

Этого нельзя будет сделать без существенного изменения микроархитектуры процессоров, поскольку надо создать ПО, которое будет выявлять дефект и обходить его. Очень интересно, но результаты могут появиться только лет через 8-10.

Второй проект – это нормальная инженерная работа для 2012-2013 гг.

Третий, который близок к завершению, это обоснование работоспособности литографии в ближайшие годы, своеобразное решение обратной задачи для литографии.

Как вы считаете, достижения Intel в области литографии – это самый передний край этой деятельности в мире? Знает ли кто-то что-нибудь такое, чего не знаете вы?

То, что мы называем литографией, это очень большая и комплексная вещь. Она состоит из большого количества сложной аппаратуры, которую мы покупаем. Эту аппаратуру разрабатывают очень квалифицированные люди, и её может купить любой человек на Земле. Материалы, которые мы используем в процессе литографии, также поставляются нам поставщиками, и их тоже может купить любой. А вот как эти материалы используются совместно с упомянутой аппаратурой, лучше всех знаем мы, в смысле – Intel, как компания. Но это не потому, что мы самые умные, а потому, что мы – единственная в мире компания, которая реализует весь процесс самостоятельно. У нас собственные дизайнеры, литографы и разработчики масок. В силу этого мы понимаем, где можно пойти на компромисс, чтобы в результате достичь уникального решения. Другие это сделать не могут.

Теперь вопрос не из области литографии. Одним из важнейших достижений Intel последних лет стала разработка подложки под затвор транзистора из high-k диэлектрика. Почему ваши конкуренты не идут по этому пути?

Самый простой ответ на этой вопрос – «не знаю» – потому что я действительно не знаю, что движет другими людьми и компаниями. Я думаю, что разработка Intel стала для них абсолютным сюрпризом. Если вы припомните, то объявлено о ней было только тогда, когда началась рассылка готовых процессоров нашим заказчикам. Отстав от нас на 2-3 года, очень сложно догонять. В то время многие из наших конкурентов усиленно муссировали мысль о том, что Закон Мура перестал действовать. Их недальновидность стала залогом нашего успеха. Я думаю, что здесь в первую очередь вина не инженерного состава, а менеджмента.

А вы верите в то, что кремниевые чипы будут существовать лет 10 и даже после этого?

Я просто уверен в этом, правда – с определёнными химическими добавками. Вы видите, что в последние 5-6 лет огромное количество новых химических элементов и соединений становятся частью кремниевой технологии. Технология продолжит существовать, но будет активно модифицироваться.

И последний вопрос – цель Вашего визита в Россию.

Меня пригласили участвовать в двух Форумах. Первый прошёл в Санкт-Петербурге, где я прочёл доклад о роли нанотехнологий в информатике для очень широкой аудитории специалистов, занимающихся, как наукой, так и более глобальными проблемами общества. В Москве меня пригласили прочитать два доклада на Форуме, который организует компания «Роснанотех». Кроме этого, я очень рад, что мне удалось встретиться с представителями российского сайт Intel и пообщаться с ними.

Кроме того, компания Intel в течение neskol'kikh лет финансирует определённые исследовательские работы в Институте неорганической химии imeni Zelinskogo Академии наук РФ и МГУ им. Ломоносова. Я встречался с участниками этих работ и обсуждал с ними интересующие нас темы. Это исследовательские работы. Компания Intel существенную часть своих исследований делает руками и умами учёных из российских и других университетов. Мы всегда стараемся выбрать самых лучших экспертов во всём мире. В России очень хорошие фотохимики, поэтому мы работаем с ними.

Спасибо большое за очень интересное интервью.

Краткая автобиография Яна Бородовского

Я родился в Харькове и вырос в Киеве, где окончил специальную школу №45 с физическим уклоном. В 18 лет поступил на работу в Институт Физики, а параллельно с этим заочно учился в Тульском политехническом институте. По окончании института год отслужил в армии и вернулся назад. Институт к тому времени разделился, и я продолжил работать в его части, которая называлась Институт ядерных исследований Украинской академии наук. Там я занимался проблематикой физики твёрдого тела, в частности, спектрометрами ядерных излучений.

В 1979 году мне с семьёй пришлось уехать из Советского Союза, точнее – нас к этому вынудили, и мы перебрались в США. Там мне просто невероятно повезло, я практически не знал английского языка, но случайно нашёл работу по специальности через газету. Работа оказалась очень интересной: я участвовал в создании новых материалов для преобразования тепла в электричество на спутниках. Один из таких материалов установлен на спутнике «Галилео».

Около трёх лет я занимался наукой, встречался с очень интересными людьми, но для того, чтобы заработать достаточно денег для содержания семьи, я решил перейти на работу в промышленность. Когда живёшь в стране, где есть много возможностей заработать деньги, в конце концов, приходишь выводу, что это нужно сделать.

Моим знаниям и квалификации более всего подходила электронная индустрия. Я довольно быстро нашёл хорошее место, хотя начинать приходилось в той области, где я очень мало что знал. Но мне опять повезло: большинство американцев – эмигранты во втором или третьем поколении, поэтому они очень тепло относятся к таким же эмигрантам и стараются им помогать. С тех пор я больше 25 лет работаю в компьютерной индустрии и 22 года – в корпорации Intel. Честно говоря, я очень рад, что ушёл из академии и все эти годы проработал в индустрии, потому что это работа для взрослых людей – с новыми людьми, с новыми материалами и новыми принципами. На мой взгляд, любой человек, занимающийся наукой и техникой, в какой-то момент должен заняться техникой, чтобы после него осталось что-то действительно реальное, а не просто записи на бумаге.

В корпорации Intel у меня сразу две должности. Одна из них – директор направления перспективной (advanced) литографии. Суть моей работы в том, что я определяю не только сегодняшние технические решения в области литографии, но и определяю, какие технологические направления будут перспективными в будущем, иногда на 6-8 лет вперед. Это важно, потому что цикл создания новой аппаратуры и новых материалов может длиться от четырёх до шести лет. Мне хочется подчеркнуть, что английское слово to direct означает направлять, а не руководить, поэтому работа моя скорее направленческая, а не руководящая.

Вторая моя работа определяется моим званием Intel senior fellow. Это самая высокая техническая должность в Intel, я думаю, она соответствует старшему вице-президенту на уровне менеджмента. Это звание даётся в качестве признания заслуг человека, по важности вклада, который он внёс в реальное развитие компании.