Литографията е основен двигател зад непрекъснатата миниатюризация на процесите за производство на чипове с интегрални схеми.
Наскоро екип, ръководен от професор Хайлин Пенг от Колежа по химия и молекулярно инженерство в Пекинския университет, в сътрудничество с други изследователи, постигна значителен пробив. За първи път те използваха криоелектронна томография (cryo-ET), за да разрешат микроскопичната 3D структура, разпределението на интерфейса и поведението на заплитане на молекулите на фоторезиста в тяхното естествено течно състояние. Това ключово откритие ръководи разработването на индустриално решение, което значително намалява литографските дефекти. Свързаните констатации са публикувани в Nature Communications.
„Разработването“, решаваща стъпка в литографията, включва използването на проявител за разтваряне на откритите участъци от фоторезиста, прецизно прехвърляне на модела на веригата върху силиконовата пластина. Движението на фоторезиста в проявителя директно определя точността и качеството на този „чертеж на верига“, което в крайна сметка влияе върху добива на чипове. Исторически погледнато, микроскопичното поведение на фоторезиста по време на разработката е било „черна кутия“, принуждавайки индустрията да разчита на повтарящи се опити и грешки за оптимизиране на процеса – основно препятствие за подобряване на добивите в 7nm възела и извън него.
За да се справи с това, екипът е пионер в прилагането на cryo-ET в изследванията на полупроводниците. След стандартна литографска експозиция върху пластина, те бързо извличат проба от проявителя, съдържаща фоторезистентни полимери, върху EM мрежа. След това тази проба беше витрифицирана в рамките на милисекунди, „замразявайки“ фоторезиста в истинското му течно състояние.
Впоследствие изследователите наклониха замразената проба вътре в криоелектронния микроскоп, събирайки серия от 2D проекционни изображения от различни ъгли. Използвайки изчислителни алгоритми за 3D реконструкция, те обединиха тези изображения в 3D визуализация с висока разделителна способност с разделителна способност, по-добра от 5 нанометра. Този метод едновременно преодолява трите основни ограничения на традиционните техники: невъзможността за извършване на място, триизмерно наблюдение с висока разделителна способност.
Тази техника доведе до няколко критични открития. Както обясни съответният автор професор Yiqin Gao, докато преди това се предполагаше, че разтворените фоторезистни полимери са диспергирани в обема на течността, 3D изображенията разкриват, че те се адсорбират предимно на интерфейса въздух-течност. Екипът също така директно наблюдава „кохезионното заплитане“ на тези полимери, държани заедно от слаби сили или хидрофобни взаимодействия. Освен това, полимерите в този интерфейс са по-податливи на заплитане, образувайки агрегирани клъстери със среден размер около 30 nm. Тези клъстери са потенциални източници на дефекти, тъй като могат да се отлагат върху сложни вериги, причинявайки нежелани връзки.
Екипът предложи две практически решения за контролиране на заплитането: оптимално повишаване на температурата на изпичане след излагане, за да се потисне заплитането на полимера и да се намалят големите агрегати, и оптимизиране на процеса на проявяване, за да се поддържа непрекъснат течен филм върху повърхността на вафлата, помагайки за отмиване на полимерите и предотвратяване на отлагането. Комбинирането на тези стратегии успешно елиминира дефектите на модела, причинени от остатъци от фоторезист върху 12-инчови вафли, намалявайки броя на дефектите с над 99%.
Професор Peng подчерта, че cryo-ET предоставя мощен инструмент за разрешаване на различни междинни реакции в течна фаза в атомен/молекулен мащаб. По-задълбоченото разбиране на полимерната структура и поведение в течности може да подобри контрола на дефектите и да доведе до подобряване на критични процеси като литография, ецване и мокро почистване за усъвършенствани производствени възли.
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта