北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授團隊聯合科研伙伴，在半導體材料研究領域取得突破性進展。通過引入冷凍電子斷層掃描技術，研究團隊首次實現了對液相環境中光刻膠分子三維結構的原位觀測，為解決先進芯片制造中的關鍵工藝難題提供了科學依據。相關成果已發表于國際權威期刊《自然-通訊》。
在芯片制造過程中，光刻環節占據著核心地位。數據顯示，該工序耗時約占集成電路制造總周期的50%，成本占比達三分之一。作為光刻工藝的關鍵耗材，光刻膠在顯影液中的分子行為直接影響著電路圖案的轉移精度，進而決定芯片良率。然而長期以來，工業界對光刻膠在液相環境中的微觀動態缺乏有效觀測手段，只能通過反復試驗進行工藝優化，這成為制約7納米及以下制程技術突破的重要瓶頸。
研究團隊創新性地采用冷凍電鏡技術破解這一難題。科研人員在完成標準光刻曝光后，將含有光刻膠聚合物的顯影液快速轉移至電鏡載網，并在毫秒級時間內將其冷凍至玻璃態，成功"定格"了分子在溶液中的真實狀態。通過采集不同傾斜角度的二維投影圖像，并運用三維重構算法，團隊獲得了分辨率優于5納米的立體結構圖譜。這項技術突破同時解決了原位觀測、三維成像和高分辨率分析三大技術難題。
該研究的技術輻射效應遠超半導體領域。冷凍電子斷層掃描技術為在原子尺度研究液相環境中的化學反應提供了全新工具，其應用范圍涵蓋催化反應、化學合成乃至生命科學等領域。在芯片制造領域，這項技術將推動光刻、蝕刻、清洗等多個關鍵環節的缺陷控制，為開發更先進制程的芯片制造工藝奠定基礎。
市場研究機構數據顯示，我國光刻膠產業正呈現快速發展態勢。2023年市場規模達109.2億元，2024年突破114億元，預計2025年將增至123億元。其中，KrF等中高端光刻膠的國產化進程顯著加快。從產品分類看，半導體光刻膠因其技術門檻最高，成為產業發展的重點方向。
在材料領域取得突破的同時，我國光刻機設備的國產化進程也在加速推進。雖然與國際領先水平仍存在技術差距，特別是高端光刻機核心部件仍依賴進口，但產業鏈各環節已形成完整布局。據證券機構分析，國內光刻機產業涵蓋上游設備材料、中游系統集成和下游應用三大板塊，在準分子激光光源、光學鏡頭等關鍵領域均有技術儲備。
具體來看，科益虹源研發的248nm和193nm準分子激光器，福晶科技開發的KBBF晶體，以及國望光學研制的90nm節點ArF光刻機曝光系統等成果，標志著我國在光刻機核心部件領域已取得重要進展。中科科儀開發的納米聚焦鏡鍍膜裝置等設備，則進一步提升了光學系統的制造精度。
