Ai快訊 我國芯片領(lǐng)域取得新突破。北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授團隊及合作者，通過冷凍電子斷層掃描技術(shù)，首次在原位狀態(tài)下解析光刻膠分子在液相環(huán)境中的微觀三維結(jié)構(gòu)、界面分布與纏結(jié)行為，并開發(fā)出可顯著減少光刻缺陷的產(chǎn)業(yè)化方案，相關(guān)論文刊發(fā)于《自然 - 通訊》。
光刻是集成電路制造過程中耗時最長、難度最大的工藝，耗時占 IC 制造 50% 左右，成本約占 IC 生產(chǎn)成本的 1/3。光刻膠是光刻過程最重要的耗材，在光刻過程中，需在硅片上涂一層光刻膠，經(jīng)紫外線曝光后，光刻膠化學性質(zhì)變化，顯影后被曝光的光刻膠去除，實現(xiàn)電路圖形由掩膜版轉(zhuǎn)移到光刻膠，再經(jīng)刻蝕轉(zhuǎn)移到硅片，刻蝕時光刻膠起防腐蝕保護作用。
隨著集成電路發(fā)展，芯片制造特征尺寸變小，對光刻膠要求提高，其核心技術(shù)參數(shù)包括分辨率、對比度和敏感度等，朝著高分辨率、高對比度以及高敏感度方向發(fā)展。光刻膠從需求端可分為半導(dǎo)體光刻膠、面板光刻膠和 PCB 光刻膠，其中半導(dǎo)體光刻膠技術(shù)壁壘最高。
長期以來，光刻膠在顯影液中的微觀行為是“黑匣子”，工業(yè)界工藝優(yōu)化靠反復(fù)試錯，這成為制約 7 納米及以下先進制程良率提升的關(guān)鍵瓶頸之一。為破解難題，研究團隊將冷凍電子斷層掃描技術(shù)引入半導(dǎo)體領(lǐng)域。在晶圓上進行標準光刻曝光后，將含光刻膠聚合物的顯影液快速吸取到電鏡載網(wǎng)上，毫秒內(nèi)急速冷凍至玻璃態(tài)，“定格”光刻膠在溶液中的真實狀態(tài)。
研究人員在冷凍電鏡中傾斜樣品，采集一系列傾斜角度下的二維投影圖像，再基于計算機三維重構(gòu)算法，將二維圖像融合成高分辨率三維視圖，分辨率優(yōu)于 5 納米，解決了傳統(tǒng)技術(shù)無法原位、三維、高分辨率觀測的痛點。
該技術(shù)有諸多新發(fā)現(xiàn)。以往認為溶解后的光刻膠聚合物主要分散在液體內(nèi)部，三維圖像顯示大多吸附在氣液界面。還首次直接觀察到光刻膠聚合物的“凝聚纏結(jié)”，其依靠較弱的力或疏水相互作用結(jié)合，吸附在氣液界面的聚合物更易纏結(jié)，形成平均尺寸約 30 納米的團聚顆粒，這些“團聚顆?！笔菨撛谌毕莞矗壮练e到電路圖案上。
團隊為控制纏結(jié)提出兩項方案：適當提高曝光后烘烤溫度，抑制聚合物纏結(jié)，減少大團聚體生成；優(yōu)化顯影工藝，讓晶圓表面始終有連續(xù)液膜，帶走聚合物，避免沉積。兩種方案結(jié)合，12 英寸晶圓表面由光刻膠殘留物引起的圖案缺陷被消除，缺陷數(shù)量降幅超過 99%。
該研究意義超光刻領(lǐng)域本身，冷凍電子斷層掃描技術(shù)為在原子/分子尺度上原位研究液體環(huán)境中的化學反應(yīng)提供通用工具。對于芯片產(chǎn)業(yè)，精準掌握液體中聚合物材料微觀行為，推動光刻、蝕刻、清洗等先進制造關(guān)鍵環(huán)節(jié)的缺陷控制和良率提升。
隨著中國半導(dǎo)體廠商崛起和下游需求擴大，光刻膠市場規(guī)模持續(xù)增長。2023 年我國光刻膠市場規(guī)模約 109.2 億元，2024 年增長至 114 億元以上，KrF 光刻膠等中高端產(chǎn)品國產(chǎn)替代進程推進，預(yù)計 2025 年光刻膠市場規(guī)?？蛇_ 123 億元。
（AI撰文，僅供參考）
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