Ai快讯 我国芯片领域取得新突破。北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队及合作者，通过冷冻电子断层扫描技术，首次在原位状态下解析光刻胶分子在液相环境中的微观三维结构、界面分布与缠结行为，并开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案，相关论文刊发于《自然 - 通讯》。

光刻是集成电路制造过程中耗时最长、难度最大的工艺，耗时占 IC 制造 50% 左右，成本约占 IC 生产成本的 1/3。光刻胶是光刻过程最重要的耗材，在光刻过程中，需在硅片上涂一层光刻胶，经紫外线曝光后，光刻胶化学性质变化，显影后被曝光的光刻胶去除，实现电路图形由掩膜版转移到光刻胶，再经刻蚀转移到硅片，刻蚀时光刻胶起防腐蚀保护作用。

随着集成电路发展，芯片制造特征尺寸变小，对光刻胶要求提高，其核心技术参数包括分辨率、对比度和敏感度等，朝着高分辨率、高对比度以及高敏感度方向发展。光刻胶从需求端可分为半导体光刻胶、面板光刻胶和 PCB 光刻胶，其中半导体光刻胶技术壁垒最高。

长期以来，光刻胶在显影液中的微观行为是“黑匣子”，工业界工艺优化靠反复试错，这成为制约 7 纳米及以下先进制程良率提升的关键瓶颈之一。为破解难题，研究团队将冷冻电子断层扫描技术引入半导体领域。在晶圆上进行标准光刻曝光后，将含光刻胶聚合物的显影液快速吸取到电镜载网上，毫秒内急速冷冻至玻璃态，“定格”光刻胶在溶液中的真实状态。

研究人员在冷冻电镜中倾斜样品，采集一系列倾斜角度下的二维投影图像，再基于计算机三维重构算法，将二维图像融合成高分辨率三维视图，分辨率优于 5 纳米，解决了传统技术无法原位、三维、高分辨率观测的痛点。

该技术有诸多新发现。以往认为溶解后的光刻胶聚合物主要分散在液体内部，三维图像显示大多吸附在气液界面。还首次直接观察到光刻胶聚合物的“凝聚缠结”，其依靠较弱的力或疏水相互作用结合，吸附在气液界面的聚合物更易缠结，形成平均尺寸约 30 纳米的团聚颗粒，这些“团聚颗粒”是潜在缺陷根源，易沉积到电路图案上。

团队为控制缠结提出两项方案：适当提高曝光后烘烤温度，抑制聚合物缠结，减少大团聚体生成；优化显影工艺，让晶圆表面始终有连续液膜，带走聚合物，避免沉积。两种方案结合，12 英寸晶圆表面由光刻胶残留物引起的图案缺陷被消除，缺陷数量降幅超过 99%。

该研究意义超光刻领域本身，冷冻电子断层扫描技术为在原子/分子尺度上原位研究液体环境中的化学反应提供通用工具。对于芯片产业，精准掌握液体中聚合物材料微观行为，推动光刻、蚀刻、清洗等先进制造关键环节的缺陷控制和良率提升。

随着中国半导体厂商崛起和下游需求扩大，光刻胶市场规模持续增长。2023 年我国光刻胶市场规模约 109.2 亿元，2024 年增长至 114 亿元以上，KrF 光刻胶等中高端产品国产替代进程推进，预计 2025 年光刻胶市场规模可达 123 亿元。

（AI撰文，仅供参考）