【導讀】在zai芯xin片pian製zhi造zao這zhe場chang微wei觀guan世shi界jie的de極ji致zhi角jiao逐zhu中zhong
，光guang刻ke技ji術shu始shi終zhong是shi推tui動dong製zhi程cheng工gong藝yi持chi續xu微wei縮suo的de核he心xin驅qu動dong力li。近jin日ri，北bei京jing大da學xue化hua學xue與yu分fen子zi工gong程cheng學xue院yuan彭peng海hai琳lin教jiao授shou團tuan隊dui與yu合he作zuo者zhe在zai《自然-通訊》上發表了一項突破性研究，他們首次將常用於生命科學領域的冷凍電子斷層掃描技術引入半導體製造領域，成功“凍結”並(bing)解(jie)析(xi)了(le)光(guang)刻(ke)膠(jiao)分(fen)子(zi)在(zai)顯(xian)影(ying)液(ye)中(zhong)的(de)真(zhen)實(shi)三(san)維(wei)結(jie)構(gou)與(yu)行(xing)為(wei)

，進(jin)而(er)開(kai)發(fa)出(chu)可(ke)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)光(guang)刻(ke)缺(que)陷(xian)的(de)產(chan)業(ye)化(hua)方(fang)案(an)。這(zhe)一(yi)跨(kua)界(jie)嚐(chang)試(shi)，為(wei)芯(xin)片(pian)製(zhi)造(zao)的(de)精(jing)度(du)與(yu)良(liang)率(lv)提(ti)升(sheng)打(da)開(kai)了(le)新(xin)的(de)想(xiang)象(xiang)空(kong)間(jian)。

光刻：芯片製造“皇冠上的明珠”

光刻，被彭海琳教授形象地比喻為“給半導體晶圓‘印電路’”。它如同一個超精密的投影儀，將設計好的電路圖案縮小後，“印刷”在矽片表麵的光刻膠薄膜上，再通過顯影、刻蝕等步驟最終成型。這一環節的精度
，直接決定了芯片上數以億計晶體管的結構是否完整
、性能是否達標。

而在光刻過程中，顯影液的作用至關重要——它(ta)負(fu)責(ze)溶(rong)解(jie)曝(pu)光(guang)區(qu)域(yu)的(de)光(guang)刻(ke)膠(jiao)
，形(xing)成(cheng)電(dian)路(lu)圖(tu)案(an)。其(qi)中(zhong)，光(guang)刻(ke)膠(jiao)分(fen)子(zi)在(zai)液(ye)膜(mo)中(zhong)的(de)吸(xi)附(fu)與(yu)纏(chan)結(jie)行(xing)為(wei)

，是(shi)影(ying)響(xiang)圖(tu)案(an)缺(que)陷(xian)形(xing)成(cheng)的(de)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)
，也(ye)直(zhi)接(jie)牽(qian)動(dong)著(zhe)芯(xin)片(pian)的(de)最(zui)終(zhong)性(xing)能(neng)與(yu)製(zhi)造(zao)良(liang)率(lv)。

跨界“利器”：冷凍電鏡如何“看清”液相微觀世界？

盡管國際學界已嚐試使用原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡等多種技術研究光刻機理，但這些手段仍難以捕捉光刻膠高分子在液態顯影環境中的動態行為與真實構象。

北大團隊突破性地引入了冷凍電子斷層掃描技術。他們設計了一套與光刻流程緊密配合的樣品製備方法：在晶圓完成曝光後
，迅速吸取含光刻膠的顯影液至電鏡載網，並在毫秒級時間內將其急速冷凍至玻璃態，從而“定格”光刻膠分子在溶液中的原始狀態。隨後，通過傾斜樣品、采集多角度二維圖像並進行三維重構
，團隊以亞納米級的分辨率清晰呈現了液膜中光刻膠分子的分布與纏結情況。

“與傳統方法相比，冷凍電鏡斷層掃描不僅能高分辨率重建三維結構，還能解析以往難以捕捉的聚合物纏結現象。”彭海琳指出。

從三維圖像到產業方案：缺陷數量下降超99%

三維重構圖像帶來了令人驚訝的發現。論文通訊作者之一、北(bei)京(jing)大(da)學(xue)高(gao)毅(yi)勤(qin)教(jiao)授(shou)介(jie)紹(shao)
，過(guo)去(qu)業(ye)界(jie)普(pu)遍(bian)認(ren)為(wei)溶(rong)解(jie)後(hou)的(de)光(guang)刻(ke)膠(jiao)聚(ju)合(he)物(wu)主(zhu)要(yao)分(fen)散(san)在(zai)液(ye)體(ti)內(nei)部(bu)，但(dan)圖(tu)像(xiang)清(qing)晰(xi)顯(xian)示(shi)，它(ta)們(men)更(geng)多(duo)吸(xi)附(fu)在(zai)氣(qi)液(ye)界(jie)麵(mian)。更(geng)關(guan)鍵(jian)的(de)是(shi)，團(tuan)隊(dui)首(shou)次(ci)直(zhi)接(jie)觀(guan)測(ce)到(dao)光(guang)刻(ke)膠(jiao)分(fen)子(zi)通(tong)過(guo)較(jiao)弱(ruo)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)形(xing)成(cheng)“凝聚纏結”，並在氣液界麵處團聚成平均尺寸約30納米的顆粒——這些顆粒正是導致圖案缺陷的潛在“元凶”。

基於這一機製
，團隊提出了兩項簡單且與現有產線高度兼容的解決方案：一是抑製分子纏結，二是實施界麵捕獲。實驗證明，結合兩種策略後，12英寸晶圓表麵因光刻膠殘留引起的圖案缺陷數量下降超過99%，方案具備極高的可靠性與重複性。

為芯片製造與液相界麵研究開辟通途

“這項研究不僅為提升光刻精度與良率開辟了新路徑


，也展示了冷凍電鏡技術在解析液相界麵反應中的強大潛力。”彭海琳強調，該技術未來有望廣泛應用於高分子材料
、增材製造乃至生命科學中涉及“纏結”現象的研究領域。

在zai芯xin片pian製zhi造zao持chi續xu逼bi近jin物wu理li極ji限xian的de今jin天tian
，北bei大da的de這zhe一yi跨kua界jie探tan索suo，不bu僅jin為wei解jie決jue光guang刻ke缺que陷xian提ti供gong了le切qie實shi可ke行xing的de工gong程cheng方fang案an
，更geng在zai方fang法fa論lun層ceng麵mian啟qi示shi我wo們men：打破學科邊界，往往能於無聲處聽驚雷。