光刻技术是推动集成电路芯片制程工艺持续微缩的核心驱动力之一。近日，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，指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案。相关 论文近日刊发于《自然·通讯》。 "显影"是光刻的核心步骤之一，通过显影液溶解光刻胶的曝光区域，将电路图案精确转移到硅片 上。光刻胶如同刻画电路的颜料，它在显影液中的运动，直接决定电路画得准不准、好不好，进而影响 芯片良率。长期以来，光刻胶在显影液中的微观行为是"黑匣子"，工业界的工艺优化只能靠反复试错， 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，研究团队首次将冷冻电子断层扫描技术引入半导体领域。研究人员最终合成出一张分 辨率优于5纳米的微观三维"全景照片"，一举克服了传统技术无法原位、三维、高分辨率观测的三大痛 点。 彭海琳表示，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工 具。深入掌握液体中聚合物的结构与微观行为，可推动先进制程中光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的 缺陷控制与良率提升。 电 ...

简单理解，光刻是利用光和光刻胶之间的化学反应，采用深紫外光、极紫外光等将掩膜上的图案转移到硅晶圆上。光刻胶显影是通过显影液溶解曝光后光刻 胶可溶解区域，形成纳米级电路图案，这一步骤直接影响集成电路的尺寸精度。然而，光刻胶在显影液中的行为长期是"黑匣子"，产业界在进行工艺优化时 只能反复试错，阻碍了大批量制造时的技术优化，成为制约7纳米及更先进制程良率提升的瓶颈之一。 "随着图案的特征尺寸接近光刻胶聚合物的轮廓长度，液膜内光刻胶分子的吸附和纠缠行为成为控制图案缺陷形成的关键因素，最终决定半导体器件的稳定 性和良率。"这篇名为《Cryo-electron tomography reconstructs polymer in liquid film for fab-compatible lithography》（冷冻电子断层扫描重建液膜中的聚合物以 实现与半导体制造兼容的光刻技术）的论文称，然而，尽管经过数十年的研究，光刻胶在液膜以及在气液界面处的微观行为仍难以捉摸，导致产业界在控制 图案缺陷方面基本上是一个不断试错的过程。 研究者称，需要在极紫外光刻胶领域进行提前布局，追赶国际同行的步伐。 10月27日，多只光刻 ...

技术突破 - 北京大学彭海琳教授团队首次利用冷冻电子断层扫描技术原位解析光刻胶在显影液中的微观三维结构、界面分布与缠结行为 [1] - 该技术合成出分辨率优于5纳米的微观三维“全景照片” 克服了传统技术无法原位、三维、高分辨率观测的三大痛点 [1] 行业影响 - 光刻胶在显影液中的微观行为长期是“黑匣子” 工业界工艺优化依赖反复试错 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 [1] - 该研究指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案 有助于将电路图案更精确地转移到硅片上 直接影响芯片良率 [1] - 深入掌握液体中聚合物结构与微观行为 可推动先进制程中光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率提升 [2] 研究意义 - “显影”是光刻核心步骤 通过显影液溶解光刻胶曝光区域以转移电路图案 光刻胶在显影液中的运动直接决定电路图案的精确度 [1] - 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工具 [2]

彭海琳表示，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工具。深 入掌握液体中聚合物的结构与微观行为，可推动先进制程中光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷 控制与良率提升。 来 源： 内容来自科技日报 ，作者：张盖伦，谢谢 。 光刻技术是推动集成电路芯片制程工艺持续微缩的核心驱动力之一。近日，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，指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案。相 关论文近日刊发于《自然·通讯》。 "显影"是光刻的核心步骤之一，通过显影液溶解光刻胶的曝光区域，将电路图案精确转移到硅片上。 光刻胶如同刻画电路的颜料，它在显影液中的运动，直接决定电路画得准不准、好不好，进而影响芯 片良率。长期以来，光刻胶在显影液中的微观行为是"黑匣子"，工业界的工艺优化只能靠反复试错， 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，研究团队首次将冷冻电子断层扫描技术引入半导体领域。研究人员最终合成出一张分辨 率优于5纳米的微观三维"全景照片"，一举克服了 ...

光刻技术研究突破 - 北京大学研究团队首次通过冷冻电子断层扫描技术原位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[2] - 该技术克服了传统方法无法原位、三维、高分辨率观测的三大痛点生成分辨率优于5纳米的微观三维图像[2] - 研究成果可指导开发显著减少光刻缺陷的产业化方案有望提升7纳米及以下先进制程的芯片良率[2] 光刻工艺优化意义 - 显影作为光刻核心步骤通过显影液溶解光刻胶曝光区域将电路图案精确转移到硅片上[2] - 光刻胶在显影液中的微观行为长期是黑匣子工业界工艺优化依赖反复试错制约先进制程良率提升[2] - 掌握液体中聚合物结构与微观行为可推动光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率提升[3] 半导体材料与设备 - 碳材料在半导体领域应用广泛包括高纯石墨、金刚石单/多晶、热沉片及培育钻石等[4] - 半导体生产设备涵盖光刻设备、刻蚀设备、离子注入设备、键合设备及各类镀膜设备[4] - 分析仪器包括XRD、SEM、TEM、拉曼光谱仪等用于材料性能测试与质量控制[4]

北京大学光刻胶微观结构研究突破 - 研究团队首次通过冷冻电子断层扫描技术，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 [1] - 该技术解决了传统方法无法实现原位、三维、高分辨率观测的三大痛点，观测分辨率优于5纳米 [4] - 研究成果指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案，相关论文发表于《自然-通讯》 [1] 技术突破对芯片产业的意义 - 精准掌握液体中聚合物材料的微观行为，将极大推动光刻、蚀刻、清洗等先进制造关键环节的缺陷控制和良率提升 [5] - 该技术为在原子/分子尺度上原位研究液体环境中的化学反应提供了通用工具，意义远超光刻领域本身 [5] - 光刻是集成电路制造中耗时最长、难度最大的工艺，耗时约占IC制造的50%，成本约占IC生产成本的1/3 [5] 中国光刻胶市场现状与前景 - 光刻胶是光刻过程最重要的耗材，其质量对光刻工艺有重要影响，其中半导体光刻胶的技术壁垒最高 [5] - 2023年中国光刻胶市场规模约为109.2亿元，2024年增长至114亿元以上，KrF等中高端产品国产替代进程加快 [5] - 预计2025年中国光刻胶市场规模可达123亿元 [5] 中国光刻机产业链国产化进展 - 中国光刻机国产化进程加快，但在高端光刻机技术方面仍存在限制，需要上下游协同攻坚 [7] - 光刻机产业链涵盖上游设备及材料、中游系统集成和生产、下游应用三大环节 [7] - 国内在光刻机各细分技术领域均有技术储备，多家公司已进入ASML/上海微电子等供应链 [8] - 关键细分领域进展包括：科益虹源研发248nm和干式193nm准分子激光器，国望光学研发90nm节点ArF光刻机曝光光学系统等 [9][10]

技术突破核心 - 北京大学研究团队首次通过冷冻电子断层扫描技术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 [2][3] - 该技术解决了传统方法无法原位、三维、高分辨率观测光刻胶在显影液中微观行为的三大痛点，观测分辨率优于5纳米 [3][4] - 研究发现了光刻胶聚合物主要吸附在气液界面并易发生缠结形成平均尺寸约30纳米的团聚颗粒，这些颗粒是导致电路图案缺陷的潜在根源 [4] 产业化应用与效果 - 基于研究发现提出了两项实用方案：提高曝光后烘烤温度以抑制聚合物缠结，以及优化显影工艺使连续液膜带走聚合物 [4] - 结合两种方案后，在12英寸晶圆上成功消除了光刻胶残留物引起的图案缺陷，缺陷数量降幅超过99% [4] - 该研究成果为指导开发可显著减少光刻缺陷的产业化方案提供了科学依据，有助于提升7纳米及以下先进制程的良率 [2][3] 行业背景与市场 - 光刻是集成电路制造过程中耗时最长、难度最大的工艺，耗时约占IC制造的50%，成本约占IC生产成本的三分之一 [5] - 光刻胶是光刻过程最重要的耗材，随着芯片制造特征尺寸缩小，光刻胶正向高分辨率、高对比度及高敏感度方向发展 [5] - 中国光刻胶市场规模持续增长，2023年市场规模约109.2亿元，2024年增长至114亿元以上，预计2025年可达123亿元，KrF等中高端产品国产替代进程加快 [2][6] 研究意义与影响 - 该研究突破了对光刻胶在显影液中微观行为这一“黑匣子”的认知，为工业界工艺优化提供了理论指导，改变了以往只能靠反复试错的局面 [3] - 冷冻电子断层扫描技术的应用威力远超光刻领域，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了通用工具 [5] - 精准掌握液体中聚合物材料的微观行为将极大推动光刻、蚀刻、清洗等先进制造关键环节的缺陷控制和良率提升，为制造下一代芯片铺平道路 [5]

技术突破 - 研究团队首次将冷冻电子断层扫描技术引入半导体领域，可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[2] - 该技术通过快速冷冻至玻璃态“定格”光刻胶在溶液中的真实状态，并基于计算机三维重构算法将二维图像融合成分辨率优于5纳米的高分辨率三维视图[2][3] - 该方法解决了传统技术无法原位、三维、高分辨率观测光刻胶微观行为的三大痛点[3] 核心发现 - 三维图像显示溶解后的光刻胶聚合物大多吸附在气液界面，而非业界此前认为的主要分散在液体内部[5] - 研究首次直接观察到光刻胶聚合物依靠较弱力或疏水相互作用结合的“凝聚缠结”现象[5] - 吸附在气液界面的聚合物更易发生缠结，形成平均尺寸约30纳米的团聚颗粒，这些颗粒是潜在的缺陷根源，易沉积到电路图案上导致缺陷[5] 产业化应用与效果 - 团队提出两项实用方案以控制缠结：适当提高曝光后烘烤温度以抑制聚合物缠结；优化显影工艺使晶圆表面保持连续液膜以带走聚合物[5] - 结合两种方案后，12英寸晶圆表面由光刻胶残留物引起的图案缺陷被成功消除，缺陷数量降幅超过99%[5] - 该技术为在原子/分子尺度解析液相界面反应提供工具，有望推动先进制程中光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率提升[5]

技术突破 - 北京大学彭海琳教授团队通过冷冻电子断层扫描技术首次原位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[1] - 该技术合成出分辨率优于5纳米的微观三维全景照片克服传统技术无法原位、三维、高分辨率观测的三大痛点[1] - 研究成果指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案相关论文发表于《自然·通讯》[1] 行业影响 - 光刻胶在显影液中的微观行为长期是黑匣子工业界工艺优化依赖反复试错制约7纳米及以下先进制程良率提升[1] - 显影是光刻核心步骤通过显影液溶解光刻胶曝光区域将电路图案精确转移到硅片直接影响芯片良率[1] - 深入掌握液体中聚合物结构与微观行为可推动先进制程中光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率提升[2]

技术突破 - 北京大学研究团队首次通过冷冻电子断层扫描技术 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 [1] - 该技术合成出分辨率优于5纳米的微观三维全景照片 克服了传统技术无法原位、三维、高分辨率观测的三大痛点 [1] - 该技术为在原子或分子尺度上解析各类液相界面反应提供了强大工具 [2] 行业影响 - 显影是光刻的核心步骤之一 通过显影液溶解光刻胶的曝光区域将电路图案精确转移到硅片上 [1] - 光刻胶在显影液中的微观行为长期是黑匣子 工业界工艺优化只能靠反复试错 [1] - 此瓶颈是制约7纳米及以下先进制程良率提升的关键因素之一 [1] - 深入掌握液体中聚合物的结构与微观行为 可推动先进制程中光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率提升 [2] 应用前景 - 该研究指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案 [1] - 研究成果已刊发于《自然·通讯》杂志 [1]