光刻膠領(lǐng)域，北京大學(xué)取得新突破 新方法可顯著減少芯片光刻缺陷

近日，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)及合作者通過冷凍電子斷層掃描技術(shù)，首次在原位狀態(tài)下解析了光刻膠分子在液相環(huán)境中的微觀三維結(jié)構(gòu)、界面分布與纏結(jié)行為，指導(dǎo)開發(fā)出可顯著減少光刻缺陷的產(chǎn)業(yè)化方案。相關(guān)成果刊發(fā)于《自然?通訊》，為開發(fā)高良率光刻技術(shù)提供了核心理論支撐。

光刻技術(shù)是芯片制造的“靈魂工序”，而顯影步驟則是決定電路圖案精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果把芯片制造比作在硅片上“作畫”，光刻膠就是刻畫電路的“特種顏料”，顯影液則是讓圖案顯現(xiàn)的“顯影劑”。通過顯影液溶解光刻膠的曝光區(qū)域，電路圖案才能精確轉(zhuǎn)移到硅片上，其轉(zhuǎn)移精度直接決定了芯片的性能與良率。然而，光刻膠分子在顯影液中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)極其復(fù)雜，傳統(tǒng)觀測(cè)技術(shù)始終無法突破三大痛點(diǎn)：無法在原位環(huán)境下觀測(cè)（脫離實(shí)際工作環(huán)境的觀測(cè)結(jié)果失真）、難以實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)解析（二維圖像無法完整呈現(xiàn)分子空間分布）、分辨率不足（無法捕捉納米級(jí)的分子細(xì)節(jié)）。這使得光刻膠的微觀行為長(zhǎng)期處于“看不見、摸不著”的狀態(tài)，工業(yè)界的工藝優(yōu)化只能依賴經(jīng)驗(yàn)主義的反復(fù)試錯(cuò)，不僅效率低下，更難以適應(yīng)先進(jìn)制程對(duì)精度的嚴(yán)苛要求。

面對(duì)這一世界性技術(shù)難題，彭海琳教授團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，做出了大膽的技術(shù)創(chuàng)新——將冷凍電子斷層掃描技術(shù)首次應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域。這一跨界融合的思路堪稱“破局之舉”：冷凍電子斷層掃描技術(shù)原本主要用于生物分子結(jié)構(gòu)解析，其核心優(yōu)勢(shì)在于能夠在接近天然狀態(tài)下快速冷凍樣品，保留分子的原位結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過多角度成像重構(gòu)三維模型，實(shí)現(xiàn)高分辨率觀測(cè)。

彭海琳教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過無數(shù)次試驗(yàn)，成功解決了光刻膠樣品冷凍固定、液相環(huán)境保持、電子束損傷控制等一系列技術(shù)難題，最終合成出一張分辨率優(yōu)于5納米的微觀三維“全景照片”。這張“照片”清晰呈現(xiàn)了光刻膠分子在顯影液中的空間排布、界面相互作用及纏結(jié)狀態(tài)，第一次揭開了光刻膠微觀行為的神秘面紗，為工藝優(yōu)化提供了精準(zhǔn)的理論依據(jù)。

這一突破的意義遠(yuǎn)超技術(shù)本身，它標(biāo)志著我國(guó)在半導(dǎo)體核心材料基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。長(zhǎng)期以來，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)在光刻機(jī)、高端光刻膠等關(guān)鍵領(lǐng)域受制于美西方的技術(shù)封鎖，核心癥結(jié)之一就是基礎(chǔ)研究的滯后——缺乏對(duì)材料微觀機(jī)制的深刻理解，導(dǎo)致自主創(chuàng)新只能停留在“知其然不知其所以然”的層面。彭海琳教授團(tuán)隊(duì)的研究成果，不僅填補(bǔ)了國(guó)際上光刻膠原位三維結(jié)構(gòu)解析的技術(shù)空白，更構(gòu)建了“微觀結(jié)構(gòu)-宏觀性能”的關(guān)聯(lián)理論，為定向設(shè)計(jì)高性能光刻膠、優(yōu)化顯影工藝參數(shù)提供了科學(xué)指導(dǎo)。基于這一理論，產(chǎn)業(yè)界可以有針對(duì)性地調(diào)整光刻膠配方、優(yōu)化顯影時(shí)間與溫度參數(shù)，從根源上減少光刻缺陷，顯著提升芯片良率，這對(duì)于降低芯片制造成本、增強(qiáng)我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有里程碑式的意義。

每一項(xiàng)重大突破的背后，都凝聚著科研人員的心血與堅(jiān)守。在芯片領(lǐng)域被“卡脖子”的困境下，彭海琳教授團(tuán)隊(duì)的科研工作者們沒有退縮，而是以頑強(qiáng)的毅力攻堅(jiān)克難，用跨界創(chuàng)新的智慧打破技術(shù)壁壘。他們的研究成果再次證明，核心技術(shù)是買不來、討不來的，只有堅(jiān)持自主創(chuàng)新、深耕基礎(chǔ)研究，才能真正掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。如今，理論層面的突破已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，接下來的關(guān)鍵在于將科研成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化方案。隨著這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步完善與推廣，我們有理由相信，我國(guó)在光刻膠乃至光刻機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸將逐步被打破。

從基礎(chǔ)研究的突破到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的落地，雖然還有一段漫長(zhǎng)的路要走，但彭海琳教授團(tuán)隊(duì)的成果已經(jīng)讓我們看到了希望的曙光。在無數(shù)科研工作者的不懈努力下，中國(guó)人憑借不服輸?shù)捻g性和攻堅(jiān)克難的決心，一定能在芯片領(lǐng)域徹底打破美西方的技術(shù)封鎖。每一次這樣的突破，都是對(duì)科研精神的致敬，更是對(duì)國(guó)家科技自立自強(qiáng)的踐行。讓我們?yōu)榕砗Ａ战淌趫F(tuán)隊(duì)點(diǎn)贊，也期待更多科研工作者涌現(xiàn)，在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，推動(dòng)我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，書寫科技自立自強(qiáng)的新篇章。