光刻技術是推動集成電路芯片製程工藝持續微縮的核心驅動力之一。近日，北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授團隊及合作者通過冷凍電子斷層掃描技術，首次在原位狀態下解析了光刻膠分子在液相環境中的微觀三維結構、界面分布與纏結行為，指導開發出可顯著減少光刻缺陷的產業化方案。相關論文近日刊發於《自然·通訊》。

“顯影”是光刻的核心步驟之一，通過顯影液溶解光刻膠的曝光區域，將電路圖案精確轉移到硅片上。光刻膠如同刻畫電路的顏料，它在顯影液中的運動，直接決定電路畫得準不準、好不好，進而影響芯片良率。長期以來，光刻膠在顯影液中的微觀行為是“黑匣子”，工業界的工藝優化只能靠反覆試錯，這成為制約7納米及以下先進製程良率提升的關鍵瓶頸之一。

為破解難題，研究團隊首次將冷凍電子斷層掃描技術引入半導體領域。研究人員最終合成出一張分辨率優於5納米的微觀三維“全景照片”，一舉克服了傳統技術無法原位、三維、高分辨率觀測的三大痛點。

彭海琳表示，冷凍電子斷層掃描技術為在原子/分子尺度上解析各類液相界面反應提供了強大工具。深入掌握液體中聚合物的結構與微觀行為，可推動先進製程中光刻、蝕刻和溼法清洗等關鍵工藝的缺陷控制與良率提升。