中国光刻胶领域取得新突破！首次合成分辨率优于5nm的微观三维“全景照片”

10月26日，我国在光刻胶研究领域迎来重要进展！

据《科技日报》报道，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队及其合作者，创新性地采用冷冻电子断层扫描技术，首次在液相环境中实现了对光刻胶分子微观三维结构、界面分布及缠结行为的原位解析，并据此提出了一套可显著降低光刻缺陷的产业化改进方案。 该研究成果已发表于国际权威期刊《自然·通讯》。

作为集成电路制造中的核心技术之一，光刻工艺推动着芯片制程不断向更小尺寸演进。

通俗地说，光刻胶就像是芯片制造过程中的“雕刻颜料”，其关键功能是将设计完成的电路图形精准复制到硅晶圆表面。通过显影液去除曝光区域的胶层，实现从掩模版到晶圆的图案转移，这一过程正是光刻工艺的核心环节。

其中，“显影”步骤尤为关键——利用显影液溶解已曝光的部分光刻胶，从而把电路图准确转印至硅片上。

光刻胶在显影液中的动态行为，直接影响图案转移的精度和质量，进而决定芯片的良率。光刻胶材料的性能与光刻设备的匹配程度密切相关，只有两者高度协同，才能支撑先进制程的技术突破。

然而长期以来，光刻胶在显影过程中于液体环境下的微观行为一直如同“黑箱”，产业界只能依赖大量实验进行经验式优化，这已成为制约7纳米及以下先进节点良率提升的主要障碍之一。

为攻克这一难题，研究团队首次将冷冻电子断层扫描技术引入半导体材料研究。最终成功构建出分辨率优于5纳米的三维“全景影像”，彻底解决了传统手段难以实现原位、三维、高分辨观测的三大技术瓶颈。

彭海琳指出，冷冻电子断层扫描技术为揭示液相体系中聚合物材料在原子与分子尺度上的结构演化提供了强有力的工具。深入理解液体环境中高分子的行为机制，有望全面提升光刻、蚀刻以及湿法清洗等关键工艺的缺陷控制能力，助力高端芯片制造的良率提升。

延伸阅读：

通常而言，芯片制造主要包括以下五个核心流程：

1、晶圆制备——打造“地基”

将纯度高达99.9999%的硅原料生长成单晶硅棒，再将其切割成薄片即为晶圆。这便是芯片制造的“地基”，所有后续电路都将构建其上。

2、晶圆氧化——形成保护层

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在晶圆表面高温生成一层二氧化硅薄膜，类似于为地基涂刷防水层，以防止后续工艺对硅基底造成损伤。

3、绘制电路图——光刻工艺（此时光刻胶开始发挥作用）

这是整个制造流程中最关键的环节，相当于在“地基”上描绘电路蓝图，具体分为三个子步骤：

涂胶：在氧化层表面均匀涂覆一层光刻胶；

曝光：使用光刻机照射晶圆，光线透过预设图案的掩模版，使光刻胶特定区域发生化学变化而变脆；

显影：用显影液冲洗掉已变脆的曝光区域，剩余部分则形成“镂空模板”，精确覆盖在晶圆表面，为下一步刻蚀提供掩护。

4、刻蚀电路——蚀刻工艺

采用化学或物理方法对晶圆进行雕刻：未被光刻胶覆盖的氧化层被去除，而被覆盖区域得以保留。这样就在晶圆上形成了所需的电路凹槽，光刻胶在此过程中充当了“防护罩”。

5、后续处理与封装

向刻好的凹槽中注入掺杂元素以形成晶体管结构，铺设金属导线连接各元件，随后将整块晶圆切割成独立芯片单元，最后进行封装测试，制成可供使用的成品芯片。

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