北京大学团队芯片制造新突破：冷冻电子断层扫描技术

芯片制造是现代信息技术的基石，而光刻技术则是其中最核心、最关键的环节之一。随着集成电路制程不断向7纳米甚至更深微缩，光刻工艺中的每一个细节都对最终的芯片良率产生巨大影响。近年来，光刻胶在显影液中的微观行为，长期以来如同一个“黑匣子”，制约着先进制程技术的发展。

近期，来自北京大学化学与分子工程学院的彭海琳教授团队及其合作者，利用前沿的冷冻电子断层扫描技术，成功在原位状态下解析了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，这一研究成果为芯片制造领域带来了重大突破。

光刻“黑匣子”的破解之路

光刻过程的核心步骤之一是“显影”，即利用显影液溶解光刻胶的曝光区域，从而在硅片上精确地转移电路图案。可以把光刻胶想象成刻画电路的“颜料”，它在显影液中的运动状态，直接决定了电路图形的精度和最终芯片的良率。

长期以来，工业界优化工艺往往依赖大量的反复试错，因为我们无法清晰地观察到光刻胶分子在显影液中的具体行为。这种观测上的空白，成为了制约7纳米及以下先进制程良率提升的关键瓶颈之一。如何打开这个“黑匣子”，成为了行业亟待解决的问题。

冷冻电子断层扫描技术的引入

为了攻克这一难题，研究团队大胆创新，首次将先进的冷冻电子断层扫描技术引入到半导体领域的研究中。这项技术允许研究人员在极低的温度下对样品进行冷冻，并在不破坏其液相结构的前提下进行高分辨率的三维成像。

通过这项创新技术，研究人员成功合成了一张分辨率优于5纳米的微观三维“全景照片”。这有效地克服了传统技术在观测时无法同时实现“原位、三维、高分辨率”观测的三大痛点，使得我们首次能够清晰地看到光刻胶分子在显影过程中的真实动态。

这项技术突破对于提升 芯片制造 效率和良率具有指导性意义。它让研究人员能够从分子层面理解光刻胶的溶解、扩散等行为，从而更精确地指导显影液配方和工艺参数的优化。

指导产业化方案的开发

研究成果不仅停留在理论层面，更直接指导了产业化的方案开发。通过对光刻胶分子微观行为的深入理解，团队提出了可显著减少光刻缺陷的产业化方案。这意味着，未来在先进制程芯片的生产中，我们可以通过更科学、更精准的方法来控制光刻缺陷，提高芯片的成品率。

彭海琳教授指出，冷冻电子断层扫描技术为在原子/分子尺度上解析各类液相界面反应提供了强大的研究工具。深入掌握液体中聚合物的结构与微观行为，对于推动先进制程中 光刻技术、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与 芯片良率 提升至关重要。

展望未来：从微观到宏观的飞跃

这项研究不仅是我国在半导体领域取得的又一重要进展，更代表了基础科学研究如何服务于国家关键产业发展的典范。从微观的分子结构到宏观的芯片良率提升，清晰的路径已经被打通。

未来，随着这项技术的进一步应用和优化，我们有理由期待在 半导体 领域取得更多突破。这对于推动我国集成电路产业的持续健康发展，保障产业链安全，具有深远的积极意义。

掌握了 光刻胶 显影的秘密，无疑为我国在国际集成电路竞争中赢得了新的主动权。从“黑匣子”到“透明化”，每一步都凝聚着科研工作者的智慧与汗水，也预示着我国芯片技术将迈向新的高度。