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]

光刻技术的重要性与挑战 - 光刻是芯片制造中给半导体晶圆"印电路"的关键步骤，被视为微纳加工领域"皇冠上的明珠" [1] - 在光刻胶显影过程中，光刻胶分子的吸附与缠结行为是影响晶圆表面图案缺陷形成的关键因素，直接影响芯片性能和良率 [1] 研究方法的创新 - 团队首次将冷冻电镜断层扫描技术引入半导体领域，设计了一套与光刻流程紧密结合的样品制备方法 [2] - 该方法通过急速冷冻将光刻胶在溶液中的真实构象瞬间"冻结"，并通过三维重构达到亚纳米级分辨率 [2] - 与传统方法相比，该技术可高分辨率重建液膜中光刻胶聚合物的三维结构与界面分布，并能解析聚合物缠结现象 [2] 核心研究发现 - 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 [3] - 研究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 [3] - 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，这些颗粒被确认为光刻潜在的缺陷根源 [3] 产业化方案与效果 - 基于发现提出了两项与现有半导体产线兼容的解决方案：抑制缠结和界面捕获 [3] - 实验表明，两种策略结合可使12英寸晶圆表面的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% [3] - 该方案具备极高的可靠性和重复性，为提升光刻精度与良率开辟了新路径 [3]