光刻技术作为推动集成电路芯片制程工艺向更小尺寸发展的关键动力，其核心环节的突破始终备受关注。近日，北京大学化学与分子工程学院的研究团队联合多家科研机构，通过冷冻电子断层扫描技术，首次在液相环境中捕捉到光刻胶分子的三维结构与界面相互作用，为优化光刻工艺、减少缺陷提供了关键理论支持。相关研究成果已发表于国际权威期刊《自然·通讯》。
在芯片制造中，“显影”是光刻流程的核心步骤之一。该过程通过显影液溶解光刻胶的曝光区域，将设计好的电路图案精准转移到硅片表面。光刻胶的性能直接决定了电路转移的精度与质量，进而影响芯片的良品率。然而，长期以来，光刻胶在显影液中的微观运动机制如同“黑箱”，工业界只能依赖经验反复调整工艺参数，这一难题成为制约7纳米及以下先进制程良率提升的主要障碍之一。
为破解这一科学谜题，研究团队创新性地将冷冻电子断层扫描技术引入半导体制造领域。该技术通过快速冷冻样品并利用电子束进行三维断层扫描，成功实现了对液相环境中光刻胶分子的原位、高分辨率观测。研究人员最终获得了分辨率优于5纳米的微观三维图像，首次清晰呈现了光刻胶分子的缠结行为与界面分布特征，克服了传统技术无法同时满足原位、三维、高分辨率观测的局限。
团队负责人指出，冷冻电子断层扫描技术为解析液相界面反应提供了前所未有的工具。通过精准掌握液体中聚合物的结构与动态行为，可以针对性地优化光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺，从而有效控制缺陷产生，提升先进制程的良品率。这一突破不仅为光刻胶材料的研发指明了方向，也为半导体制造工艺的精细化控制提供了新的理论依据。
