Minapa ng mga Mananaliksik na Tsino ang mga Molekula ng Photoresist, Iginiit na 99 Porsiyento ang Bawas sa mga Depekto sa mga Advanced na Chip

Bakit mahalaga ang bagong tuklas na ito tungkol sa photoresist

Ayon sa mga mananaliksik na Tsino, direkta nilang namasdan kung paano kumikilos ang mga molekula ng photoresist sa mga likidong pelikulang ginagamit sa lithography ng chip, at ginamit ang natuklasang ito upang makabuo ng solusyong handa nang gamitin sa pabrika na lubhang nagpapababa ng mga depekto. Pinangunahan ng isang pangkat mula sa Peking University, kasama ang mga katuwang sa industriya, ang pag-aaral na inilathala sa Nature Communications noong Setyembre 30, 2025. Iniulat ng pangkat na binawasan ng kanilang protocol nang hanggang 99 porsiyento ang mga polymer residue sa mga wafer na may diyametrong 12 pulgada sa aktuwal na mga kondisyon ng paggawa. Posibleng makatulong ang pagbabagong ito na mapataas ang yield sa mga process node na 7 nm at mas maliit pa.

Ang photoresist ay isang patong na sensitibo sa liwanag at nagtatakda sa mga pattern ng transistor at kawad sa isang silicon wafer. Sa photolithography, ipinoproject ng isang scanner ang larawan ng circuit sa resist. Nagbabago ang solubility ng mga bahaging nabilad sa liwanag, at inilalantad naman ng development at paglilinis ang pattern. Maaaring magdulot ng short circuit sa mga linya, makasira ng mga contact, at pumalya sa mga susunod na hakbang ang maliliit na residue o natirang namuong materyal. Sa mga advanced node na may makikitid na linya at siksik na pagitan, sapat na ang maliit na kumpol ng mga molekula sa maling puwesto para masira ang isang die.

Malaki ang pag-asa ng China sa mga imported na resist, lalo na sa mga high-end na produkto. Isa ito sa mga dahilan kung bakit nahihirapan ang mga lokal na fab na pataasin ang yield sa pinakamga advanced na node. Mula nang harangin noong 2019 ang pagpasok sa merkado ng China ng mga nangungunang extreme ultraviolet scanner ng ASML, gumamit ang mga lokal na gumagawa ng chip ng maraming salin-salin na deep ultraviolet patterning upang makalikha ng mga feature na nasa antas ng 7 nm. Mas mahalaga sa pamamaraang ito ang resist dahil mas maraming beses na inilalantad, dine-develop at hinuhugasan gamit ang likido ang wafer sa dose-dosenang hakbang. Nagbubunga ng mas maraming gumaganang chip sa bawat wafer ang bawat pagbawas sa mga depektong lumilitaw nang sapalaran.

Ano mismo ang ginawa ng mga mananaliksik

Gumamit ang pangkat ng Peking University ng cryo electron tomography upang suriin ang mga pelikulang photoresist habang nasa likas pa nilang likidong kapaligiran ang mga polymer. Sa paraang ito, napakabilis na pinagyeyelo ang isang manipis na sample upang hindi gumalaw ang mga molekula, saka kumukuha ng serye ng mga pahilis na larawan gamit ang transmission electron microscope. Binubuo ng software ang mga larawang ito bilang tatlong-dimensiyonal na mapa na may resolusyong hanggang antas ng nanometer. Gamit ang paraang ito, naipakita ng mga mananaliksik kung paano nagsasaayos at nagkakabuhol-buhol ang mga polymer ng resist sa kabuuan ng pelikula at sa hangganan ng gas at likido habang nagaganap ang development at pagbanlaw.

Itinuro ng mga larawang ito, kasabay ng mga eksperimento sa proseso, ang isang nakatagong pinagmumulan ng residue. Maaaring magkabuhol-buhol ang mahahabang kadena sa ibabaw ng pelikula malapit sa hangganan, at pagkatapos ay maipit sa mga uka ng pattern habang binabanlawan at pinatutuyo. Batay sa mga mapa, bumuo ang pangkat ng protocol upang hadlangan ang pagkakabuhol-buhol ng mga polymer sa hangganan. Iniulat nilang halos naalis ng pagbabagong ito ang mga depektong dulot ng residue sa industriyal na paggawa gamit ang mga wafer na may diyametrong 12 pulgada.

Mula sa biyolohiya hanggang sa paggawa ng chip: ano ang cryo electron tomography

Nagsimula sa structural biology ang cryo electron tomography, na madalas paikliing cryo ET, bilang paraan ng pagkuha ng larawan ng mga protina at selula sa likas na hugis ng mga ito. Vitrified ang sample, ibig sabihin, nagyeyelo ang tubig at mga solvent hanggang maging mala-salaming anyo nang hindi bumubuo ng mga kristal na makasisira sa estruktura. Pagkatapos, binubuo ang serye ng mga pahilis na electron image bilang tatlong-dimensiyonal na volume. Pangunahing bentahe nito ang pagpapanatili sa puwesto ng mga molekula sa halip na patuyuin o kulayan ang mga ito, na maaaring makagalaw o makasira sa mga marurupok na estruktura. Sa paggamit ng cryo ET sa mga materyal na semiconductor, napagmamasdan ng mga mananaliksik ang mga polymer na karaniwang gumagalaw at muling nagsasaayos sa solusyon, kaya nakikita nila sa wakas kung paano nabubuo ang mga network na nagdudulot ng mga depekto.

Bakit nagdudulot ng mga depekto ang pagkakabuhol-buhol ng polymer

Sa panahon ng development, natutunaw ang mga bahaging nabilad sa liwanag habang nananatili naman ang mga bahaging hindi nabilad upang protektahan ang ilalim na pelikula. Maaaring mag-iwan ng maninipis na sapin pagkatapos ng development ang mga kadena na nagkabuhol-buhol sa magkabilang bahagi. Scumming ang tawag sa ganitong depekto. Sa mga trench at butas para sa contact, maaaring sumiksik ang mga buhol at hindi matangay sa pagbabanlaw. Nag-iiwan ito ng residue na nakahahadlang sa pag-ukit o paglalagay ng metal sa mga susunod na hakbang. Karaniwang sanhi ang mga ito ng mababang yield. Pinatataas ng mga ito ang gaspang sa gilid ng linya, nagdudulot ng maliliit na tulay sa pagitan ng mga linya, at nangangailangan ng muling pagproseso. Itinatapon ang wafer kapag napakaraming feature ang apektado. Habang lumiliit ang mga sukat, lalong lumalala ang problema dahil kayang magsara ng puwang o magbago sa kritikal na sukat kahit ilang nanometer lang ng sobrang materyal.

Paano nito mababago ang yield sa produksyon ng mga advanced node

Ang yield ay bahagi ng mga chip na matagumpay na nakumpleto ang proseso sa fab mula sa kabuuang dies na na-pattern sa isang wafer. Sa 7 nm pababa, maaaring maglaman ang isang modernong system on chip ng sampu-sampung bilyong transistor at mangailangan ng daan-daang hakbang sa proseso. Mabilis dumami ang mga depektong lumilitaw nang sapalaran. Kung maaalis ng pagbabago sa resist ang karaniwang pinagmumulan ng residue sa maraming layer, lalawak ang epekto nito sa buong proseso. Maaaring tumaas nang ilang porsiyentong puntos ang pinal na yield, malaking pagbuti iyon sa gastos kada maayos na die para sa ekonomiks ng foundry.

Hindi lang sa exposure at development nakaaapekto ang pagkilos ng resist. Nakadepende rin sa pagbuo at pagkasira ng polymer network ang selectivity sa pag-ukit, pinsala mula sa plasma at mga basang paglilinis. Ayon sa pangkat ng mga mananaliksik, binabawasan din ng parehong kontrol sa hangganan na nagpapababa ng residue sa lithography ang pagdadala ng mga depekto papunta sa pag-ukit at paglilinis. Makakatulong ito para maging mas matatag ang mga kritikal na sukat at gaspang ng linya, na magpapabuti naman sa pagkakaiba-iba at performance ng mga device.

Mas kaunting muling pagproseso, mas maraming maayos na die sa bawat wafer

Madalas ibalik ng mga foundry ang mga wafer sa paglilinis o mga paraang pangkumpuni upang maisalba ang yield. Bawat ulit ay nagdaragdag ng oras, gastos at panganib. Kung mababawasan nang 99 porsiyento ang mga residue, liliit ang pangangailangan sa mga dagdag na hakbang. Magpapalaya ito ng kapasidad ng mga makina, magpapaikli sa oras ng proseso at magbabawas sa paggamit ng kemikal. Para sa mga customer, nangangahulugan ang mas kaunting nakatagong depekto ng mas maaasahang produkto sa burn-in testing at aktuwal na paggamit. Para sa mga chip designer, nagbibigay ng mas mahuhulaang timing at konsumo ng kuryente ang mas maliit na pagkakaiba-iba sa lapad ng linya at mga contact.

Saan ito pumapasok sa estratehiya ng China sa chip

Nasa sentro ng pagsisikap ng China na mabawasan ang pag-asa sa mga dayuhang supplier ang mga materyal at lithography. Isang malinaw na kahinaan ang photoresist. Umusad na ang mga lokal na supplier sa mga mid-range na produkto para sa mga KrF at ArF tool, ngunit mga kompanya sa Japan, Estados Unidos at South Korea pa rin ang nangingibabaw sa mga high-end na grado. Tinataya ng industriya na nagkakahalaga ng humigit-kumulang 11.4 bilyong yuan noong 2024 ang merkado ng photoresist sa China, at inaasahang magpapatuloy ang paglago nito sa 2025. Halos 2.7 bilyong dolyar naman ang halaga ng pandaigdigang demand para sa photoresist noong nakaraang taon, at maaari itong umabot sa 4.5 bilyon pagsapit ng 2031 dahil sa pagdami ng mga layer at paghihigpit ng mga tuntunin sa disenyo.

Itinarget ng mga tagapagpatupad ng patakaran ang mga materyal sa pinakabagong yugto ng pagpopondo ng National Integrated Circuit Industry Investment Fund. Iniulat ng mga analyst na mahigit 50 bilyong yuan ang inilaan sa Phase Three para sa mga kemikal, resist at kaugnay na proseso, bukod pa sa pamumuhunan sa mga tool at kagamitan. Bahagi ng pagsisikap na ito ang pagtatakda ng magkakatulad na pamantayan. Naglabas ang Standardization Administration of China ng pambansang espesipikasyon sa pagsusuri para sa mga extreme ultraviolet photoresist. Tinutulungan ng magkakatulad na pamamaraan sa pagsusuri ang mga unibersidad at kompanya na paghambingin ang mga resulta, kilalanin ang mga supplier na pasado sa pamantayan at maghanda para sa pilot manufacturing.

Nagtutulungan ang mga unibersidad at kompanya sa pagbuo ng mga bagong materyal

Nagsasaliksik din ang mga unibersidad at startup sa China ng mga bagong kemistri para sa panahon ng extreme ultraviolet. Iniulat noong Hulyo ng isang pangkat mula sa Tsinghua University ang isang polytelluoxane resist na may mga atom ng tellurium sa gulugod ng polymer upang mapataas ang pagsipsip nito sa 13.5 nm. Mas madaling napuputol sa ilalim ng exposure ang bigkis na Te O, na maaaring magpataas sa sensitivity habang pinananatiling mababa ang bigat molekular upang mapahusay ang resolusyon. Kung mapapalawak ang paggawa sa materyal na ito, maaari itong magbigay ng lokal na paraan para sa extreme ultraviolet patterning na may mas mahusay na balanse sa pagitan ng sensitivity, gaspang ng linya at pagbuga ng gas.

Sa panig ng mga kompanya, ipinakita ng sangay ng SiCarrier para sa mga materyal ang isang resist na gawa sa mga kumpol ng metal. Ayon sa mga patent, nakabatay ito sa mga kumpol ng tin oxide at kayang mag-pattern mula 3 nm hanggang 50 nm. Kailangan pang patunayan nang hiwalay ang mga pahayag na ito sa isang linya ng foundry, ngunit bahagi ang mga ito ng mas malawak na kalakaran. Lumalahok na ang mga kompanyang Tsino sa karera sa resist habang pinalalawak naman ng mga gumagawa ng tool ang mga lokal na opsiyon sa lithography. Ipinakita ng bagong spin-off ng Shanghai Micro Electronics Equipment ang mga stepper para sa mga compound semiconductor, sistema ng laser annealing at kagamitan sa inspeksiyon. Wala pa ring access ang bansa sa mga advanced na extreme ultraviolet scanner ng ASML, ngunit nagsisikap ang sektor na tugunan ang mga kakulangan sa materyal, metrology at software sa disenyo.

Ano ang nagagawa at hindi nagagawa ng pambihirang tuklas na ito

Tinutugunan ng resulta ng Peking University ang isang napakatiyak na suliranin: ang pagkilos ng mga polymer ng resist sa mga likidong pelikula at sa hangganan ng mga ito at ng hangin habang nagaganap ang development at pagbabanlaw. Sa pamamagitan ng direktang pagkuha ng larawan sa mga estrukturang ito at pagbabago sa paraan ng pagbuo ng mga ito, nagmumungkahi ang pangkat ng paraan upang mabawasan ang karaniwang pinagmumulan ng kontaminasyon. Mahalaga ito dahil pinaiikli nito ang pag-aayos ng proseso at binabawasan ang paulit-ulit na pagsubok. Pareho ang mga ito sa mga karaniwang pinagmumulan ng pagkaantala kapag sinisimulan ng isang fab ang paggawa sa bagong node.

Hindi nito mapapalitan ang mga pinakabagong scanner, mask at resist na kailangan upang makamit ang pinakamaliliit na sukat. May mga hamon ang extreme ultraviolet lithography na higit pa sa mga residue. Limitado ang liwanag na nagmumula sa pinagmumulan nito, nagdudulot ng sapalarang pagbabago sa mga gilid ng linya ang shot noise, at kailangang balansehin ng resist ang sensitivity at gaspang ng linya at pagbagsak ng pattern. Kailangan ng mga mask ng pellicle na makatatagal sa liwanag na may mataas na enerhiya, at mahigpit na kailangang kontrolin ang kontaminasyon. Makakatulong ang pagkontrol sa hangganan, ngunit malilimitahan pa rin ang mga fab sa China ng mga tool na kaya nilang bilhin at gawin.

Kailangan ding patunayan ang mga pahayag sa mas malawak na saklaw. Maaaring hindi umabot sa lahat ng resist o bawat layer ang 99 porsiyentong pagbawas na nasukat sa iisang kapaligiran. Masalimuot ang ugnayan ng iba't ibang densidad ng pattern, developer, pagbabanlaw at kemistri sa pag-ukit. Ang susunod na hakbang ay ulitin ang pagsubok sa maraming fab at proseso, at magbigay ng datos sa antas ng device na mag-uugnay sa pagbawas ng residue sa mas mataas na pinal na yield at pagiging maaasahan.

Mga susunod na hakbang para sa pananaliksik at industriya

May ilang palatandaang magpapakita kung mababago nga ng pagsulong na ito ang aktuwal na produksyon. Una, maaaring subukan ng mga independiyenteng fab at supplier ng materyal ang protocol sa karaniwang ArF immersion at dry extreme ultraviolet stack, at ilathala ang mga saklaw ng proseso. Ikalawa, maaaring iulat ng mga foundry kung gaano nabawasan ang muling pagproseso at kung paano bumuti ang gaspang ng gilid ng linya at pagkakaiba-iba ng kritikal na sukat kapag inilapat ang paraang ito sa mahahalagang layer. Ikatlo, maaaring magmungkahi ang mga supplier ng kagamitan at kemikal ng mga setting ng tool at pormulasyon na isinasama ang pagkontrol sa hangganan sa mga handa nang gamitin na recipe, upang magamit ito ng mga customer nang walang malalaking pagbabago.

Palatandaan sa patakaran sa China ang patuloy na pamumuhunan sa mga materyal na photoresist. Dapat makatulong ang pambansang pamantayan sa pagsusuri ng mga extreme ultraviolet resist upang mas madaling maikumpara ang performance at masuri ang mga batch. Pinananatili namang aktibo ang susunod na henerasyon ng mga eksperto sa pamamagitan ng mga programa sa unibersidad, kabilang ang pananaliksik ng Tsinghua tungkol sa mga polymer na nakabatay sa tellurium. Nagsisimula nang magpakita ang mga kompanya sa mga pampublikong pagtitipon ng samu't saring scanner, sistema ng inspeksiyon at bagong resist, na nagpapahiwatig na may paparating pang mga pilot project. Sa labas ng China, naglalaan ng bilyun-bilyon ang mga programang sinusuportahan ng pamahalaan sa Estados Unidos, Europa, Japan at South Korea para sa pananaliksik sa chip. Malamang na titindi ang kompetisyon sa agham ng photoresist habang nagsisikap ang bawat rehiyon na magkaroon ng kontrol sa mas malaking bahagi ng mga materyal na ginagamit sa paggawa ng chip.

Mahahalagang Punto

• Gumamit ang Peking University at mga katuwang nito ng cryo electron tomography upang kunan ng larawan ang mga molekula ng photoresist sa mga likidong pelikula at sa mga hangganan ng mga ito. Pagkatapos, bumuo sila ng prosesong ayon sa pangkat ay nakapagbawas nang hanggang 99 porsiyento sa mga polymer residue sa mga wafer na may diyametrong 12 pulgada.
• Inilathala ang pag-aaral sa Nature Communications noong Setyembre 30, 2025. Tinutugunan nito ang pagkawala ng yield sa mga node na 7 nm at mas maliit pa, kung saan kayang sumira ng die ang maliliit na residue.
• Umaasa pa rin ang China sa mga imported na high-end na photoresist at wala itong access sa mga advanced na extreme ultraviolet scanner ng ASML dahil sa mga kontrol sa pag-export.
• Sinusuportahan na ng China ang mga materyal sa pamamagitan ng pagpopondo at mga pamantayan, kabilang ang bagong pambansang espesipikasyon sa pagsusuri ng mga extreme ultraviolet photoresist.
• Nag-ulat ang Tsinghua University ng extreme ultraviolet resist na nakabatay sa tellurium. Nagpakita rin ang mga kompanyang Tsino ng mga resist na gawa sa mga kumpol ng metal at lokal na tool sa lithography, bagaman kailangan pang patunayan nang hiwalay ang maraming pahayag.
• Pinahuhusay ng pagsulong na ito ang pag-unawa at pagkontrol sa pagkilos ng resist sa mga hangganan, ngunit hindi nito inaalis ang pangangailangan sa mga advanced na scanner, mask at resist ng susunod na henerasyon.