Обет безбрачия: Китай первым в мире заявил о приближении к бездефектному производству чипов

Китайские исследователи провели уникальный анализ причин появления дефектов в производстве чипов на 300-мм кремниевых пластинах. Они буквально заморозили момент на одном из ключевых этапов, что дало возможность оптимизировать последующие операции и достичь 99-процентного сокращения дефектов при производстве микросхем. Такого в индустрии ещё не было и это путь к заметной экономии при выпуске полупроводников.

Давным-давно уровень брака при серийном выпуске чипов не превышал 5 %, реже — 8 %. Но по мере снижения масштабов техпроцесса и увеличения площади кристаллов уровень брака мог достигать 50 % и более. Одним из ключевых факторов, влияющих на уровень брака, стал фоторезист. От свойств и характеристик фоторезиста — своего рода фоточувствительной краски, которая позволяет переносить рисунок чипа на кремний — зависит толщина и чёткость линий и компонентов на кристалле.

В своей работе коллектив учёных из Пекинского университета (Peking University) в сотрудничестве с исследователями из Университета Цинхуа (Tsinghua University) и Университета Гонконга (University of Hong Kong) искал ответ на вопрос, как разные подходы к смыву фоторезиста с экспонированной пластины влияют на уровень дефектов при производстве.

Современные фоторезисты — это полимеры. В определённых условиях молекулы способны слипаться и оседать случайным образом на поверхности пластины, что ведёт к возникновению дефектов в таких местах. По наблюдениям исследователей — это наиболее частая причина дефектов при производстве чипов особенно на ранних его этапах, пока процесс не отлажен. Для анализа поведения молекул фоторезиста и его остатков в смывающей жидкости на стадии проявления рисунка чипа учёные резко охладили жидкость до температуры -175 ℃. После этого они проанализировали слепок методом электронно-лучевой томографии.

Заморозка позволила с беспрецедентной точностью высветить очаги потенциального возникновения дефектов, где молекулы фоторезиста начали формировать осадочные структуры размерами около 30 нм. Также было выявлено, что около 70 % нерастворённого фоторезиста концентрировалось на границе раздела сред — жидкости и воздуха. Основываясь на этих наблюдениях учёные предложили, во-первых, изменить температуру отжига для предотвращения расслаивания полимеров и, во-вторых, оптимизировать процесс уноса нерастворённых частиц в процессе проявления рисунка. Всё вместе позволило на 99 % снизить уровень брака в поставленном эксперименте.

Можно предположить, что для разных фоторезистов и других производственных условий результат будет иным и, соответственно, уровень брака будет зависеть от этого. В то же время китайские учёные показали новый путь для снижения брака, который производители чипов могут взять на вооружение. В конечном итоге это понизит себестоимость производства, к чему все стремятся тем или иным образом.