“顯影”是光刻的核心步驟之一，通過顯影液溶解光刻膠的曝光區(qū)域，將電路圖案精確轉(zhuǎn)移到硅片上。光刻膠如同刻畫電路的顏料，它在顯影液中的運動，直接決定電路畫得準(zhǔn)不準(zhǔn)、好不好，進而影響芯片良率。長期以來，光刻膠在顯影液中的微觀行為是“黑匣子”，工業(yè)界的工藝優(yōu)化只能靠反復(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。

近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授團隊及合作者通過冷凍電子斷層掃描（cryo-electron tomography，cryo-ET）技術(shù)，首次在原位狀態(tài)下解析了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，指導(dǎo)開發(fā)出可顯著減少光刻缺陷的產(chǎn)業(yè)化方案。相關(guān)論文近日刊發(fā)于《自然-通訊》。

為破解難題，研究團隊首次將冷凍電子斷層掃描技術(shù)引入半導(dǎo)體領(lǐng)域。他們在晶圓上進行標(biāo)準(zhǔn)的光刻曝光后，將含有光刻膠聚合物的顯影液快速吸取到電鏡載網(wǎng)上，并在毫秒內(nèi)將其急速冷凍至玻璃態(tài)，“定格”光刻膠在溶液中的真實狀態(tài)。

隨后，研究人員在冷凍電鏡中傾斜該樣品，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，將這些二維圖像融合成一張高分辨率的三維視圖，分辨率優(yōu)于5納米。這種方法一舉解決了傳統(tǒng)技術(shù)無法原位、三維、高分辨率觀測的三大痛點。

光刻膠高分子的界面分布、三維結(jié)構(gòu)及纏結(jié)方式。北京大學(xué)供圖

該技術(shù)帶來諸多新發(fā)現(xiàn)。論文通訊作者之一、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院高毅勤教授介紹，以往業(yè)界認(rèn)為溶解后的光刻膠聚合物主要分散在液體內(nèi)部，然而三維圖像顯示它們大多吸附在氣液界面；團隊還首次直接觀察到光刻膠聚合物的“凝聚纏結(jié)”，其依靠較弱的力或者疏水相互作用結(jié)合；而且，吸附在氣液界面的聚合物更易發(fā)生纏結(jié)，形成平均尺寸約30納米的團聚顆粒，這些“團聚顆�！闭菨撛诘娜毕莞�，它們?nèi)菀壮练e到精密的電路圖案上，讓本該分開的電路連在一起。

本文來自：科技日報