近日，我國(guó)在光刻膠領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要技術(shù)突破，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家科研機(jī)構(gòu)，首次運(yùn)用冷凍電子斷層掃描技術(shù)，成功解析了光刻膠分子在液相環(huán)境中的三維微觀結(jié)構(gòu)及界面分布特征，為優(yōu)化光刻工藝缺陷控制提供了關(guān)鍵理論支撐。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《自然·通訊》。

作為集成電路制造的核心材料，光刻膠承擔(dān)著將電路設(shè)計(jì)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移至硅片的重任。其工作原理是通過特定波長(zhǎng)光線照射，使曝光區(qū)域的光刻膠發(fā)生化學(xué)性質(zhì)改變，再經(jīng)顯影液溶解后形成鏤空?qǐng)D案，最終通過蝕刻工藝在晶圓表面刻出納米級(jí)電路結(jié)構(gòu)。這一過程中，光刻膠在顯影液中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響電路成型的精度與芯片良率。

長(zhǎng)期以來，工業(yè)界對(duì)光刻膠在液相環(huán)境中的微觀行為認(rèn)知有限，傳統(tǒng)工藝優(yōu)化主要依賴經(jīng)驗(yàn)性試錯(cuò)，導(dǎo)致7納米及以下先進(jìn)制程的良率提升遭遇技術(shù)瓶頸。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將冷凍電子斷層掃描技術(shù)引入半導(dǎo)體領(lǐng)域，成功獲取了分辨率達(dá)5納米級(jí)的三維結(jié)構(gòu)圖像，突破了傳統(tǒng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)原位觀測(cè)、三維重構(gòu)和高分辨率解析的局限。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，通過精準(zhǔn)調(diào)控光刻膠分子的纏結(jié)行為與界面分布，可顯著減少顯影過程中的邊緣缺陷和圖案畸變。彭海琳教授指出，該技術(shù)為原子尺度解析液相界面反應(yīng)提供了全新工具，對(duì)光刻、蝕刻及濕法清洗等關(guān)鍵工藝的缺陷控制具有重要指導(dǎo)價(jià)值。例如在光刻環(huán)節(jié)，優(yōu)化后的光刻膠配方可使電路線寬控制精度提升30%以上。

集成電路制造包含五大核心工序：首先將高純度硅料加工成單晶硅棒并切片為晶圓基底；隨后在表面生長(zhǎng)二氧化硅防護(hù)層；關(guān)鍵的光刻步驟中，需依次完成涂膠、曝光和顯影操作——將光刻膠均勻涂覆后，通過掩模版選擇性曝光使特定區(qū)域感光，再用顯影液去除變脆部分形成電路模板；蝕刻階段利用化學(xué)或物理方法雕刻出電路凹槽；最終通過離子注入、金屬沉積和切割封裝等工序完成芯片制造。

據(jù)行業(yè)分析，此次技術(shù)突破有望推動(dòng)國(guó)產(chǎn)光刻膠材料向5納米及以下制程邁進(jìn)。研究團(tuán)隊(duì)已基于微觀結(jié)構(gòu)解析結(jié)果，開發(fā)出適配極紫外光刻（EUV）工藝的新型光刻膠體系，目前正在中芯國(guó)際等企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)線驗(yàn)證。該成果不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在高端光刻材料領(lǐng)域的技術(shù)空白，也為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供了中國(guó)方案。