Прорыв в технологии фотолитографии: впервые создана 3D-карта микроструктуры фотoresista с разрешением лучше 5 нм

В области фотoresistов, ключевого материала для производства чипов, достигнут значительный прорыв. Команда профессора Пэн Хайлиня с химического факультета Пекинского университета совместно с другими исследователями впервые смогла визуализировать трёхмерную микроструктуру молекул фотoresista в жидкой среде.

Исследователи применили технику крио-электронной томографии, которая позволила им впервые в исходном состоянии проанализировать трёхмерную микроструктуру молекул фотoresista, их распределение на границе раздела фаз и поведение при запутывании в жидкой среде. Это открытие поможет разработать промышленные решения для значительного сокращения дефектов при фотолитографии. Соответствующая статья была недавно опубликована в журнале «Nature Communications».

Фотолитография является одной из ключевых движущих сил постоянной миниатюризации технологических процессов производства интегральных схем.

Если говорить просто, фоторезист — это «краска» для создания схем в производстве чипов, основная функция которой — точное перенесение разработанного рисунка схемы на кремниевую пластину. Растворение его экспонированных областей проявителем завершает копирование рисунка с фотошаблона на кремниевую пластину — это базовый этап фотолитографического процесса.

«Проявление» является одним из ключевых этапов фотолитографии, в ходе которого проявитель растворяет экспонированные области фоторезиста, точно перенося рисунок схемы на кремниевую пластину.

Движение фоторезиста в проявителе напрямую определяет точность и качество нанесения схемы, что, в свою очередь, влияет на выход годных чипов. Производительность фоторезиста напрямую влияет на эффективность работы фотолитографического оборудования, и только их совместимость позволяет достичь прорыва в передовых технологических процессах.

Долгое время микроповедение фоторезиста в проявителе оставалось «чёрным ящиком», и оптимизация процессов в промышленности проводилась методом проб и ошибок, что стало одним из ключевых препятствий для повышения выхода годных изделий в технологических процессах 7 нанометров и менее.

Для решения этой проблемы исследовательская группа впервые применила крио-электронную томографию в полупроводниковой области. В результате исследователям удалось синтезировать трёхмерную «панорамную фотографию» микроструктуры с разрешением лучше 5 нанометров, разом преодолев три основные слабости традиционных технологий: невозможность наблюдения в исходном состоянии, в трёхмерном формате и с высоким разрешением.

Профессор Пэн Хайлинь отметил, что крио-электронная томография предоставляет мощный инструмент для анализа различных реакций на границе раздела фаз в жидкости на атомарном/молекулярном уровне. Глубокое понимание структуры и микроповедения полимеров в жидкостях может способствовать контролю дефектов и повышению выхода годных изделий в ключевых процессах, таких как фотолитография, травление и мокрая очистка в передовых технологических процессах.

Дополнительная информация:

Производство чипов обычно делится на 5 основных этапов:

1. Изготовление пластины — создание «фундамента»

Кремниевый материал чистотой 99,9999% превращается в монокристаллические слитки цилиндрической формы, которые затем нарезаются на пластины — это «фундамент» для чипов, на котором будут создаваться все схемы.

2. Окисление пластины — нанесение защитного слоя

На поверхность пластины напыляется слой диоксида кремния, подобно нанесению гидроизоляционного покрытия на фундамент, чтобы защитить саму пластину от повреждений на последующих этапах.

3. Создание рисунка схемы — фотолитография (здесь и используется фоторезист)

Это самый критичный этап, эквивалентный нанесению чертежа схемы на «фундамент». Состоит из трёх шагов:

• Нанесение резиста: равномерное покрытие окисленного слоя фоторезистом.
• Экспонирование: освещение пластины в фотолитографическом сканере; свет, проходя через маску с заданным рисунком, делает определённые области фоторезиста чувствительными и растворимыми.
• Проявление: смывание растворимого фоторезиста проявителем; оставшийся фоторезист образует «ажурный трафарет схемы», точно покрывающий пластину.

4. Травление схемы

Химическое или физическое травление пластины: окисленный слой, не защищённый фоторезистом, вытравливается, а области под резистом сохраняются. Фоторезист действует как защитная маска, позволяя протравить канавки схемы только в нужных местах.

5. Последующая обработка и корпусирование

В протравленные канавки вводятся «примеси» (для формирования транзисторов), наносятся металлические слои, после чего пластина нарезается на отдельные чипы, которые затем корпусируются, превращаясь в готовые к использованию микросхемы.