Cryo-microscopie électronique révèle les défauts des photorésines et réduit les imperfections des wafers de 99 %

Une équipe de l’Universite9 de Pe9kin a utilisé pour la premie8re fois la cryo-microscopie e9lectronique par tomographie (cryo-ET) pour observer in situ le comportement des photore9sines employe9es en lithogravure. En identifiant les causes microscopiques des de9fauts, les chercheurs ont mis au point des ajustements de processus industriels qui ont permis de re9duire les imperfections sur wafers de 99 %.

Le proble8me: une « boeete noire » de la lithogravure

La fabrication de semi-conducteurs repose sur des ope9rations de pre9cision nanome9trique. La lithogravure imprime les motifs des circuits sur des galettes de silicium, mais la photore9sine, cette encre photosensible, est reste9e longtemps un facteur impre9visible. Les essais et erreurs dominaient l’optimisation, en partie parce que il e9tait difficile d’observer la chimie et la physique de la re9action en milieu liquide, en 3D et e0 haute re9solution.

Observations inédites avec une technique emprunte9e e0 la biologie

Le groupe du professeur Peng Hailin a adapte9 la cryo-ET: en figeant la solution de de9veloppement e0 -175b0C au cours de la re9action, les chercheurs ont capture9 des images tridimensionnelles e0 une re9solution infe9rieure e0 5 nm. Cette approche, de9crite dans un article publie9 dans Nature, a permis de de9passer les limites des me9thodes classiques qui ne peuvent pas observer simultane9ment in situ, en 3D et e0 si haute re9solution.

Ce que montrent les images

• Les polyme8res de la photore9sine ne se dissolvent pas toujours proprement: environ 70 % des mole9cules observe9es ne se dissolvaient pas correctement.
• Ces mole9cules forment des amas de 30 e0 40 nm qui flottent e0 l’interface air-liquide avant de se rede9poser sur le wafer.
• Le rede9pf4t de ces « grumeaux » peut compromettre un circuit entier, constituant un frein majeur pour les nf8uds de gravure e0 7 nm et au-dele0.

Des ajustements simples, des gains importants

c0 partir de ces observations, l’e9quipe a teste9 deux modifications compatibles avec les lignes de production existantes:

• une le9ge8re augmentation de la tempe9rature de cuisson post-exposition (post-exposure bake);
• une modification de l’e9tape de rine7age pour e9viter la rede9position des amas sur les motifs.

Sur des wafers de 12 pouces, ces ajustements ont fait chuter le nombre de de9fauts de plus de 99 %, donnant des qualite9s de lithogravure presque parfaites lors des tests.

Conse9quences industrielles et scientifiques

Au-dele0 de la seule lyphogravure, la possibilite9 d’observer en de9tail les re9actions en milieu liquide pourrait aider e0 optimiser d’autres e9tapes critiques comme la gravure ou le nettoyage humide. Pour la filie8re chinoise, qui cherche e0 maeetriser l’ensemble de la chaeene de valeur des semi-conducteurs, ce type d’avance9 peut contribuer e0 une production plus fiable et plus autonome de puces avance9es.

Publie9e dans Nature et pilote9e par le professeur Peng Hailin, l’e9tude illustre comment des techniques importe9es de la biologie peuvent re9soudre des proble8mes industriels de haute technologie. Sur le plan ge9opolitique, ces progre8s techniques seront surveille9s par les acteurs internationaux, mais les implications concre8tes d’une telle avance de9pendent de l’inte9gration e0 grande e9chelle et de la robustesse du procédé en production continue.