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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)聯(lián)合中科院微電子所、上海集成電路材料研究院等合作單位，利用冷凍電子斷層掃描（cryo-ET）技術(shù)，首次在液相原位條件下“看清”了光刻膠分子的三維形態(tài)、界面排布及鏈纏結(jié)細(xì)節(jié)，并據(jù)此提出一套可快速落地的缺陷抑制方案。實(shí)驗(yàn)線數(shù)據(jù)顯示，新方案將193 nm ArF光刻的隨機(jī)缺陷密度從每平方厘米180余顆降至30顆以下，對(duì)應(yīng)良率提升逾7%。該成果北京時(shí)間10月27日凌晨在線發(fā)表于《自然·材料》，被審稿人評(píng)價(jià)為“為理解并控制光刻膠介觀行為提供了前所未有的工具”。 光刻膠是芯片制造的核心耗材，其微觀結(jié)構(gòu)直接決定圖案精度。傳統(tǒng)手段只能在干燥或剖離狀態(tài)下觀察膠膜，無法捕捉曝光、烘烤等關(guān)鍵工藝中發(fā)生在“濕”環(huán)境內(nèi)的結(jié)構(gòu)演化，導(dǎo)致缺陷機(jī)理長期懸而未決。彭海琳?qǐng)F(tuán)隊(duì)歷時(shí)五年，將cryo-ET的樣品制備溫度窗口拓寬至-180 ℃—-150 ℃，時(shí)間分辨率縮短到秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液相光刻膠“速凍-成像-重構(gòu)”的閉環(huán)；配合自研的深度學(xué)習(xí)算法，把三維重構(gòu)效率提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。論文第一作者、北大博士后李睿介紹，團(tuán)隊(duì)在像素級(jí)分辨率下發(fā)現(xiàn)，高極性顯影液會(huì)誘導(dǎo)膠束界面出現(xiàn)“指狀回縮”，這是產(chǎn)生橋聯(lián)缺陷的元兇；而引入微量含氟表面活性劑后，界面張力下降30%，分子鏈纏結(jié)度降低，有效抑制了回縮現(xiàn)象。 
光刻膠高分子的界面分布、三維結(jié)構(gòu)及纏結(jié)方式 基于上述發(fā)現(xiàn)，合作方之一的上游材料企業(yè)在兩周內(nèi)完成配方迭代，并在國內(nèi)某12英寸量產(chǎn)線進(jìn)行動(dòng)態(tài)驗(yàn)證。對(duì)比測(cè)試顯示，新光刻膠在28 nm邏輯器件金屬層曝光中，缺陷率下降82%，曝光能量窗口擴(kuò)大18%，顯影時(shí)間縮短6秒，機(jī)臺(tái)產(chǎn)能提升4.5%。上海集成電路材料研究院總經(jīng)理王躍透露，采用該方案無需改造現(xiàn)有Scanner硬件，僅需升級(jí)涂布顯影Track參數(shù)，預(yù)計(jì)單條月產(chǎn)4萬片的12英寸生產(chǎn)線每年可節(jié)省光刻膠、返工及良率損失成本逾兩千萬元。 彭海琳表示，下一步團(tuán)隊(duì)將把cryo-ET方法推廣到極紫外（EUV）光刻膠體系，并聯(lián)合設(shè)備廠開發(fā)在線“冷凍切片-快速成像”原型裝置，力爭(zhēng)在未來三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵缺陷的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。中科院院士、化學(xué)部副主任張希評(píng)價(jià)，這項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了液相高分子原位表征的空白，更為我國建立自主可控的光刻膠創(chuàng)新鏈條提供了“看得見”的科學(xué)依據(jù)。 |
