Китайские исследователи представили новую технологию, которая позволяет выявить источник производственных дефектов в процессе изготовления микрочипов. Согласно исследованию, этот метод способен сократить количество ошибок на целых 99%, что знаменует собой значительный прорыв для отечественного производства полупроводников.
В настоящее время одним из самых деликатных этапов создания компьютерных чипов является фотолитография. По сути, она включает использование света для «печати» невероятно крошечных схем на кремниевых пластинах. Этот процесс можно сравнить с проявкой микроскопической фотографии. Во время него литографические устройства наносят на пластину фоторезист — светочувствительную жидкость. Затем ультрафиолетовый свет проходит через трафарет с шаблоном, который служит «чертежом» схемы. После этого машины химическим образом проявляют фоторезист, в результате чего одни его области растворяются, а другие остаются. То, что осталось, действует как защитный трафарет для последующих этапов, таких как травление металла или кремния. Как бы эффективен этот процесс ни был, со временем он может приводить к серьезным проблемам.
Например, на стадии проявления фоторезист не всегда ведет себя предсказуемо. Часть растворенного материала слипается в микроскопические частицы, которые могут заново прилипнуть к пластине. Эти частицы вызывают дефекты, такие как мостики, разрывы или шероховатые края, которые портят чипы. Для технологических норм в 5 нанометров и меньше крошечная частица размером в 30 нанометров (примерно 1/3000 толщины человеческого волоса) может разрушить схему и сделать чип непригодным. Это может обернуться большими убытками. До сих пор производители не могли увидеть, что именно происходит внутри этой проявляющей жидкости; это был, по сути, черный ящик.
Для решения этой проблемы группа профессора Пэн Хайлиня из Пекинского университета, Университета Цинхуа и Гонконгского университета использовала технику крио-электронной томографии (крио-ET), чтобы буквально заморозить химический процесс на середине и заглянуть внутрь него в 3D. Крио-ET — это метод, обычно применяемый в биологии для изучения клеток с мельчайшими деталями. Используя его, команда, после экспонирования и проявления пластины, быстро заморозила проявитель до –175 °C, остановив все процессы на месте. Затем они использовали электронную томографию, которая делает множество снимков под разными углами и воссоздает 3D-изображение на молекулярном уровне. Это позволило им понаблюдать, как ведут себя полимеры фоторезиста во время проявления.
После этого анализа команда впервые смогла увидеть, что именно идет не так. Например, они обнаружили, что молекулы фоторезиста спутываются друг с другом (как спагетти) посредством слабых гидрофобных взаимодействий. Эти клубки вырастают в частицы размером 30–40 нм. Они также выяснили, что около 70% этих молекул не растворяются должным образом; вместо этого они остаются на границе раздела фаз жидкость-воздух. Когда пластину промывают, эти сгустки осаждаются обратно на поверхность, вызывая дефекты.
Основываясь на этих выводах, команда предложила два простых, но эффективных решения, совместимых с существующими методами изготовления чипов. Они предложили слегка повысить температуру отжига после экспонирования, чтобы уменьшить возможность спутывания полимеров. При реализации этого метода они обнаружили, что изначально образуется гораздо меньше сгустков. Команда также изменила процесс промывки при проявлении, чтобы уловить полимеры на границе раздела фаз и изменить поток жидкости, который сметает их до того, как они смогут повторно прикрепиться к пластине. Когда они протестировали этот подход, количество дефектов на 30,5 см пластинах сократилось более чем на 99%, что фактически позволило достичь почти идеального качества литографии. Благодаря заморозке и визуализации того, что происходит в проявителе, команда превратила давно нерешенный процесс, основанный на догадках, в процесс, который можно увидеть, понять и контролировать.
