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北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授團隊聯(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，首次在液相原位條件下“看清”了光刻膠分子的三維形態(tài)、界面排布及鏈纏結細節(jié)，并據(jù)此提出一套可快速落地的缺陷抑制方案。實驗線數(shù)據(jù)顯示，新方案將193 nm ArF光刻的隨機缺陷密度從每平方厘米180余顆降至30顆以下，對應良率提升逾7%。該成果北京時間10月27日凌晨在線發(fā)表于《自然·材料》，被審稿人評價為“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，其微觀結構直接決定圖案精度。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、烘烤等關鍵工藝中發(fā)生在“濕”環(huán)境內(nèi)的結構演化，導致缺陷機理長期懸而未決。彭海琳團隊歷時五年，將cryo-ET的樣品制備溫度窗口拓寬至-180 ℃—-150 ℃，時間分辨率縮短到秒級，實現(xiàn)了對液相光刻膠“速凍-成像-重構”的閉環(huán)；配合自研的深度學習算法，把三維重構效率提升了一個數(shù)量級。論文第一作者、北大博士后李睿介紹，團隊在像素級分辨率下發(fā)現(xiàn)，高極性顯影液會誘導膠束界面出現(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、三維結構及纏結方式 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)線進行動態(tài)驗證。對比測試顯示，新光刻膠在28 nm邏輯器件金屬層曝光中，缺陷率下降82%，曝光能量窗口擴大18%，顯影時間縮短6秒，機臺產(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，僅需升級涂布顯影Track參數(shù)，預計單條月產(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，下一步團隊將把cryo-ET方法推廣到極紫外（EUV）光刻膠體系，并聯(lián)合設備廠開發(fā)在線“冷凍切片-快速成像”原型裝置，力爭在未來三年內(nèi)實現(xiàn)關鍵缺陷的實時閉環(huán)控制。中科院院士、化學部副主任張希評價，這項研究不僅填補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”的科學依據(jù)。 |
