Новый метод китайских ученых снижает количество дефектов в микрочипах почти до нуля

Новости МирТесен

Новая технология, разработанная китайскими учеными, позволяет определять причину возникновения дефектов при производстве микрочипов. По результатам исследования, применение этого метода способно уменьшить число ошибок на 99%, что является существенным достижением для российской полупроводниковой индустрии.

Сегодня фотолитография – один из наиболее сложных этапов производства компьютерных чипов. Она заключается в использовании света для «нанесения» чрезвычайно миниатюрных схем на кремниевые пластины. Этот процесс можно провести аналогией с проявлением микроскопического снимка. В ходе него литографическое оборудование наносит на пластину фоторезист – вещество, чувствительное к свету. Затем ультрафиолетовое излучение проходит через маску с рисунком, которая служит «чертежом» схемы. Далее машины химическим способом проявляют фоторезист, в результате чего некоторые его участки растворяются, а другие сохраняются. Оставшаяся часть служит защитной маской для последующих операций, например, для травления металла или кремния. Несмотря на свою эффективность, со временем этот процесс может вызывать значительные трудности.

На этапе формирования фоторезист не всегда демонстрирует ожидаемое поведение. Выделенный из раствора материал может формировать микроскопические частицы, которые вновь осаждаются на поверхности пластины. Эти частицы приводят к возникновению дефектов, включая мостики, разрывы и шероховатые края, что негативно сказывается на качестве чипов. Для технологических норм с шириной линии 5 нанометров и ниже, частица всего в 30 нанометров (что сопоставимо с 1/3000 от толщины человеческого волоса) способна вывести из строя схему и сделать чип неработоспособным. Это может повлечь за собой значительные финансовые потери. До недавнего времени производители не имели возможности наблюдать за процессами, происходящими внутри проявляющей жидкости; это представляло собой некий непрозрачный механизм.

Для решения поставленной задачи группа профессоров, включающая Пэн Хайлиня из Пекинского университета, Университета Цинхуа и Гонконгского университета, применила метод крио-электронной томографии (крио-ET). Этот метод позволил буквально «заморозить» химический процесс в момент его протекания и детально изучить его в трехмерном изображении. Крио-ET – это технология, часто используемая в биологии для исследования клеточных структур с высокой степенью детализации. Используя ее, ученые после экспонирования и проявления пластины оперативно заморозили проявитель до температуры –175 °C, тем самым остановив все происходящие процессы. Затем они применили электронную томографию, которая предполагает получение множества снимков под различными углами и последующее создание трехмерного изображения на молекулярном уровне. Это дало возможность наблюдать за поведением полимеров фоторезиста в процессе проявления.

В результате проведенного анализа команда впервые получила четкое представление о причинах возникновения проблем. В частности, было установлено, что молекулы фоторезиста объединяются в сложные структуры из-за слабых гидрофобных связей, напоминающие запутанную лапшу. Эти агрегаты формируют частицы диаметром 30–40 нм. Кроме того, было установлено, что примерно 70% этих молекул не растворяются полностью; они остаются на границе раздела фаз, состоящей из жидкости и воздуха. Во время промывки пластины эти скопления оседают обратно на поверхность, что приводит к появлению дефектов.

На основании полученных результатов команда разработала два несложных, но действенных решения, которые можно интегрировать в существующие технологии производства чипов. Было предложено незначительно увеличить температуру отжига после экспонирования, чтобы снизить вероятность перепутывания полимеров. В процессе внедрения этого подхода было отмечено, что изначально формируется значительно меньше комков. Кроме того, команда модифицировала процедуру промывки при проявлении, чтобы задерживать полимеры на границе раздела фаз и изменять поток жидкости, которая вымывает их до повторного прикрепления к пластине. После тестирования этой методики количество дефектов на пластинах размером 30,5 см уменьшилось более чем на 99%, что фактически позволило добиться практически безупречного качества литографии. Благодаря заморозке и визуализации происходящего в проявителе, команда преобразовала длительное время остававшийся нерешенным процесс, основанный на предположениях, в процесс, который можно наблюдать, понимать и контролировать.