Новый прорыв в китайской индустрии чипов! 

В процессе производства передовых чипов по технологическим нормам 7 нм и менее существует давняя и трудноразрешимая проблема в фотолитографии: микроскопическое поведение фоторезиста в проявителе остается ненаблюдаемым «чёрным ящиком». Эта «слепая зона» приводит к тому, что промышленность лишена фундаментального понимания механизма растворения фоторезиста, распределения на границах раздела фаз и причин возникновения дефектов. Оптимизация процесса вынужденно полагается на неэффективный «метод проб и ошибок», что серьёзно сдерживает повышение выхода годных кристаллов. В недавно опубликованной в журнале «Nature Communications» статье исследовательская группа профессора Пэн Хайлиня с химического факультета Пекинского университета и их коллабораторы представили совместно разработанное решение, которое нацелено на эту ключевую проблему. Работа преобразует фотолитографический процесс из «слепого метода проб и ошибок» в «прецизионное управление», предлагая руководство для разработки промышленного решения, способного значительно сократить дефекты фотолитографии.

Фотолитография — это «сердце» производства чипов, а проявление — ключевой этап переноса схемы цепи с фоторезиста на кремниевую пластину. Растворение, диффузия и запутывание цепей фоторезиста в проявителе напрямую определяют точность рисунка. Однако до сих пор понимание этого процесса в промышленности ограничивалось лишь теоретическими предположениями: как распределяются полимеры? Происходит ли запутывание цепей? Откуда берутся дефекты? Никто не мог дать четкого ответа. Оптимизация процесса полностью зависела от метода проб и ошибок, что приводило к низкой эффективности, высокой стоимости и, что еще более критично, создавало непреодолимый барьер для повышения выхода годных продуктов при переходе к передовым техпроцессам.

Команда профессора Пэн Хайлиня из Пекинского университета совместными усилиями прорвала этот «занавес неведения», применив технологию криоэлектронной томографии (cryo-ET). Они пошли нестандартным путём: после завершения экспонирования пластины её с содержащим фоторезист проявителем мгновенно заморозили, «зафиксировав» в стеклообразном состоянии. Затем с помощью алгоритмов трёхмерной реконструкции были получены динамические трёхмерные изображения с высоким разрешением, превосходящим 5 нанометров. Данная технология впервые позволила провести непосредственное в среде, трёхмерное, высокоразрешающее наблюдение фоторезиста в жидкой фазовой среде, сделав его микроскопическое поведение «полностью видимым».

После того как коренная причина проблемы была выявлена, решение пришло естественным образом. Команда предложила две целевые стратегии: во-первых, повышение температуры прокалки после экспонирования для подавления первоначального запутывания полимеров и сокращения образования крупных частиц; во-вторых, оптимизацию процесса проявления для поддержания непрерывной жидкой плёнки на поверхности пластины и своевременного удаления взвешенных частиц. Благодаря совместному применению этих двух мер, дефекты остаточного фоторезиста на 12-дюймовой пластине сократились более чем на 99%. Граничное распределение, трёхмерная структура и способы запутывания макромолекул фоторезиста.

Значение этого прорыва выходит далеко за рамки самого результата. Он не только предоставил «точный хирургический скальпель» для повышения выхода годных изделий по передовым техпроцессам, но и подтвердил потенциал применения технологии криоэлектронной микроскопии в полупроводниковой области. Когда микроскопическое поведение фоторезиста превратилось из «чёрного ящика» в «прозрачное», контроль дефектов в таких ключевых процессах, как фотолитография, травление и очистка, вышел на скоростную магистраль научно обоснованного управления.

От расшифровки «чёрного ящика наблюдения» до выявления коренных причин дефектов и, наконец, до внедрения промышленного решения — команда, используя «электронный микроскоп», зажгла «рентгеновский прожектор» для фотолитографического этапа производства чипов. Это преобразовало фотолитографический процесс из «слепого метода проб и ошибок» в «прецизионное управление», устранив ключевое препятствие для повышения выхода годных изделий по передовым техпроцессам. Это также обеспечило новую парадигму для контроля дефектов в ключевых полупроводниковых процессах и заложило технологическую основу для скачка в производительности чипов следующего поколения.