Степпер

Степпер (англ. stepper) — литографическая установка (фотолитограф), использующаяся при изготовлении полупроводниковых интегральных схем. На них проводится важнейший этап проекционной фотолитографии — засветка фоторезиста через маску (принцип работы схож с диапроекторами и фотоувеличителями, однако степперы уменьшают изображение с маски (фотошаблона), обычно в 4—6 раз^[1]). В процессе работы степпера рисунок с маски многократно переводится в рисунок на различных частях полупроводниковой пластины.

Два степпера (левый: EVG-620; правый: MA-150) в лаборатории LAAS-CNRS (фр.), Франция.

Также могут называться «установки проекционного экспонирования и мультипликации», «проекционная система фотолитографии», «проекционная литографическая установка», «установка совмещения и экспонирования». Своё название степпер (от англ. step — шаг) получил из-за того, что каждое экспонирование производится небольшими прямоугольными участками (порядка нескольких см²); для экспонирования всей пластины её передвигают шагами, кратными размеру экспонируемой области (процесс step-and-repeat^[2]). После каждого передвижения проводится дополнительная проверка правильности позиционирования.

Работа степпера над каждой полупроводниковой пластиной состоит из двух этапов:

• позиционирование
• экспонирование

Современные литографические установки могут использовать не шаговый, а сканирующий режим работы; они называются «сканнеры» (step-and-scan^[2]). Они при экспонировании передвигаются в противоположных направлениях и пластина и маска, скорость сканирования масок до 2000 мм/с, пластины — до 500 мм/с^[3]. Луч света имеет форму линии или сильно вытянутого прямоугольника (например использовались лучи с сечением 9×26 мм для экспонирования полей размером 33×26 мм).

В конце 2010-х ширина полосы засвета составляла около 24-26 мм, длина засвечиваемой области до 33 мм (требования ITRS — 26×33 мм для 193-нм оборудования)^[4]. Типичные размеры маски — около 12×18 см, масштабирование в 4 раза^[2][5].

Интерфейсы

Для загрузки и выгрузки пластин и масок, современные степперы используют контейнеры стандартов SMIF и FOUP.

Рынок

М. Макушин приводит следующие характеристики рынка литографического оборудования в 2010 году^[6]

	2007	2008	2009	2010
Объём продаж, млрд долл.	7.14	5.39	2.64	5.67
Отгружено установок, ед	604	350	137	211
Средняя стоимость установки, млн долл.	11.9	15.4	19.3	26.8

В среднем, стоимость установок растет экспоненциально с 1980-х годов, удвоение цены происходит каждые 4,5 года.^[7][8]

Разработчики и производители степперов

Мировые лидеры:^[2][6]

• ASML (51 % в 2009 году, 43 % в 2008 году)
• Nikon (39 % в 2009 году, 29 % в 2008 году)
• Canon (9 % в 2009 году, 28 % в 2008 году)

Ранее степперы и сканеры выпускались также компаниями ASET^[англ.], Cameca Instruments^[англ.], Censor AG, Eaton, GCA^[англ.], General Signal^[англ.], Hitachi, Perkin-Elmer^[англ.], Ultratech^[англ.].^[8][9]

В СССР степперы выпускались в Минске. В 1971 году было образовано научно-производственное объединение "Планар" во главе с КБТЭМ. В 1973 году на "Планаре" был разработан первый степпер модели ЭМ-542^[10]. Белорусское ОАО "Планар" продолжает выпускать степперы для российских заказчиков^[11]

Ссылки

• Тасит Мурки. Закон Мура против нанометров. Всё, что вы хотели знать о микроэлектронике, но почему-то не узнали… // ixbt.com, 2011
• Александр Механик. Фотолитография с пятнадцатилетним опозданием // «Стимул» 2022