每經(jīng)編輯｜張錦河    

光刻技術(shù)是推動(dòng)集成電路芯片制程工藝持續(xù)微縮的核心驅(qū)動(dòng)力之一。

據(jù)科技日?qǐng)?bào)，近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授團(tuán)隊(duì)及合作者通過冷凍電子斷層掃描技術(shù)，首次在原位狀態(tài)下解析了光刻膠分子在液相環(huán)境中的微觀三維結(jié)構(gòu)、界面分布與纏結(jié)行為，指導(dǎo)開發(fā)出可顯著減少光刻缺陷的產(chǎn)業(yè)化方案。相關(guān)論文近日刊發(fā)于《自然·通訊》。

“顯影”是光刻的核心步驟之一，通過顯影液溶解光刻膠的曝光區(qū)域，將電路圖案精確轉(zhuǎn)移到硅片上。光刻膠如同刻畫電路的顏料，它在顯影液中的運(yùn)動(dòng)，直接決定電路畫得準(zhǔn)不準(zhǔn)、好不好，進(jìn)而影響芯片良率。長(zhǎng)期以來，光刻膠在顯影液中的微觀行為是“黑匣子”，工業(yè)界的工藝優(yōu)化只能靠反復(fù)試錯(cuò)，這成為制約7納米及以下先進(jìn)制程良率提升的關(guān)鍵瓶頸之一。

光明日?qǐng)?bào)報(bào)道，面對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，首次將“冷凍電子斷層掃描”技術(shù)首次引入半導(dǎo)體研究并取得奇效。研究人員最終合成出一張分辨率優(yōu)于5納米的微觀三維“全景照片”，一舉克服了傳統(tǒng)技術(shù)無法原位、三維、高分辨率觀測(cè)的三大痛點(diǎn)。

高毅勤說，首次出現(xiàn)的清晰三維視圖帶來了一系列顛覆性發(fā)現(xiàn)。研究不僅推翻了業(yè)界長(zhǎng)期認(rèn)為的“溶解后聚合物均勻分散”觀點(diǎn)，還首次在真實(shí)三維空間直接捕捉到了光刻膠聚合物之間的“纏結(jié)”行為，并由此找到了芯片圖案上的缺陷根源——“團(tuán)聚顆?！薄Ｔ诠I(yè)顯影中，由于光刻膠本身疏水性強(qiáng)，這些團(tuán)聚體會(huì)重新沉積到精密的電路圖案上，造成如“橋連”之類的致命缺陷。研究團(tuán)隊(duì)通過缺陷表征發(fā)現(xiàn)，一塊12英寸晶圓上的缺陷數(shù)量可高達(dá)6617個(gè)，這是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)所無法接受的。

基于這些微觀發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了兩項(xiàng)簡(jiǎn)潔高效且與現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)線兼容的解決方案。“實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人振奮：12英寸晶圓表面由光刻膠殘留引起的圖案缺陷被成功消除，缺陷數(shù)量驟降超過99%，且方案表現(xiàn)出極高的可靠性和重復(fù)性?！蓖鹾陚フf。

“這項(xiàng)研究運(yùn)用的冷凍電子斷層掃描技術(shù)，其應(yīng)用潛力遠(yuǎn)不限于芯片與光刻領(lǐng)域?！迸砗Ａ罩赋?，它為在原子/分子尺度上窺探各種液相界面反應(yīng)（如催化、合成與生命過程）提供了強(qiáng)大工具。對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，這次對(duì)液體中聚合物微觀行為的成功解碼，將推動(dòng)先進(jìn)制程中光刻、蝕刻、濕法清洗等關(guān)鍵工藝的缺陷控制與良率攀升，為芯片性能跨越式發(fā)展注入新動(dòng)能。

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合科技日?qǐng)?bào)、光明日?qǐng)?bào)

封面圖片來源：圖片來源：每經(jīng)記者 張建 攝