Китайские учёные нашли способ сократить дефекты микрочипов на 99% с помощью крио-томографии

Группа китайских учёных совершила прорыв в производстве полупроводников, разработав инновационную технологию диагностики. Этот метод позволяет с беспрецедентной точностью выявлять и устранять источники производственных дефектов при изготовлении микрочипов. Согласно опубликованным данным, применение новой методики способно сократить количество ошибок на производстве на ошеломляющие 99%, что открывает новые горизонты для отечественной полупроводниковой индустрии.

Проблема «чёрного ящика» в фотолитографии

Ключевым и наиболее сложным этапом создания современных процессоров является фотолитография. Этот процесс можно сравнить с нанесением микроскопического рисунка на кремниевую пластину с помощью света. Специальные машины наносят светочувствительный материал — фоторезист, который затем экспонируется ультрафиолетом через шаблон-маску. После химического проявления на пластине формируется защитный трафарет для последующих операций травления.

Главная проблема кроется именно в стадии проявления. Растворённый фоторезист образует микроскопические частицы, которые повторно осаждаются на пластину. Для чипов с технологическими нормами в 5 нанометров и менее даже частица размером в 30 нм (в 3000 раз тоньше человеческого волоса) может привести к фатальному браку и огромным финансовым потерям. До сих пор этот химический процесс оставался «чёрным ящиком» — производители не могли наблюдать за ним в реальном времени.

Обратите внимание: При помощи нового метода диагностики стало возможным на ранней стадии выявить риск развития шизофрении.

Замораживание процесса: взгляд изнутри

Междисциплинарная команда под руководством профессора Пэн Хайлиня из ведущих китайских университетов применила для решения этой задачи метод крио-электронной томографии (крио-ET). Эта технология, заимствованная из структурной биологии, позволяет изучать объекты с атомарной детализацией.

Учёные буквально «заморозили» процесс проявления, мгновенно охладив образец до -175 °C. Это остановило все химические реакции на месте. Затем с помощью электронной томографии, делающей сотни снимков под разными углами, была воссоздана трёхмерная модель происходящего на молекулярном уровне. Впервые в истории исследователи смогли увидеть, как ведут себя полимеры фоторезиста в растворе.

Открытие и инженерное решение

Анализ 3D-моделей выявил корень проблемы. Оказалось, что молекулы фоторезиста образуют запутанные клубки (наподобие спагетти) за счёт слабых гидрофобных взаимодействий. Эти клубки, вырастая до 30–40 нм, и становятся теми самыми дефектообразующими частицами. Более того, около 70% молекул не растворяются полностью, а остаются на границе раздела фаз жидкость-воздух, и при промывке снова оседают на пластину.

На основе этих фундаментальных открытий команда предложила два элегантных и совместимых с существующими производственными линиями решения:

• Незначительное повышение температуры отжига после экспонирования, что снижает вероятность спутывания полимерных цепей.
• Модификация процесса промывки, которая позволяет улавливать полимеры на границе раздела фаз и изменять поток жидкости, смывая частицы до их повторного прилипания.

Практические испытания на пластинах диаметром 30,5 см показали сокращение дефектов более чем на 99%. Это фактически означает достижение почти идеального качества литографии. Новая технология превратила процесс, основанный на догадках и эмпирике, в полностью контролируемый и оптимизируемый.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Китайские исследователи представили новую технологию, которая позволяет выявить источник производственных дефектов в процессе изготовления микрочипов.