[看！我们的切割技术] 光明日报北京10月23日电（记者金浩田）自半导体产业诞生以来，光刻技术始终发挥着重要作用，是集成电路芯片制造工艺不断微缩的主要推动力之一。在芯片制造过程中，光刻担负着将电路图案转移到硅片上的设计图纸的首要任务。其中，光刻胶在显影机中的“一举一动”，直接决定了数亿个晶体管的形状和芯片的最终良率。然而，这种发生在液体环境中的微观过程一直是一个无法直接观察到的“黑匣子”，一直困扰着国际科学界。北京大学化学与分子工程学院裴海林教授、高益勤教授、博士郑黎明 清华大学教授王宏伟，香港大学博士刘楠利用尖端的冷冻电子断层扫描技术，成功揭开了这个“黑匣子”的神秘面纱，首次捕捉到了溶液中光刻胶分子的真实三维形态。基于此，他们开发出了可大幅减少缺陷的产业化解决方案，消除了先进芯片制造工艺提高良率的一大障碍。相关研究成果近日发表在《自然》杂志上。 彭海林告诉记者，在芯片制造的光刻工艺中，“开发”是决定格局成败的关键步骤。开发人员需要精确熔化特定区域的光刻胶，以将预设的电路图案精确地转移到硅片上。这种发生在液固界面的微妙反应的准确性直接影响芯片的性能。尽管行业投入巨资，但由于液体环境的复杂性和动态特性，传统观测方法无法进行原位观测。因此，人们对光刻胶溶解机制、接触和缺陷形成机制等基本问题知之甚少。这也导致了工业工艺优化长期依赖反复“试错”，成为制约7纳米及以下先进工艺良率提升的主要瓶颈之一。 面对这一挑战，研究团队另辟蹊径，首次将冷冻电子断层扫描技术引入半导体研究，取得了奇迹般的成果。研究人员最终合成了分辨率优于5纳米的显微三维“全景照片”，克服了传统技术无法原位观察、三维、高分辨率的三大痛点。 高益勤表示第一个清晰的三维视图带来了一系列令人不安的发现。该研究不仅颠覆了业界长期以来“聚合物溶解后均匀分散”的观点，还首次直接捕捉到了三维空间中光刻胶聚合物之间的“咬合”行为，从而找到了芯片图形缺陷的根本原因——“聚集颗粒”。在工业发展中，由于光刻胶本身具有高度疏水性，这些团聚物会重新沉积在精细的电路图案中，造成致命的缺陷。通过缺陷识别，研究团队发现，一块12英寸晶圆上的缺陷数量可高达6617个，这对于大规模工业生产来说是无法接受的。 基于这些微观发现，研究团队提出了两种简单、高效且与现有半导体生产线兼容的解决方案。 “实验结果令人兴奋：图案缺陷使用的12英寸晶圆表面光刻胶残留物被成功去除，缺陷数量减少99%以上，并且该解决方案表现出非常高的可靠性和重复性。 ”王宏伟说。 “本研究中使用的冷冻电子断层扫描技术示例具有潜在的应用，不仅限于芯片和光刻领域。”彭海林指出，它为原子/分子尺度上窥探各种液相界面反应（如催化、合成和生命过程）提供了有力的工具。对于半导体行业来说，液体中聚合物微观行为的成功解码，将促进先进制造工艺中光刻、刻蚀、湿法清洗等关键工艺的控制控制和良率提升，为芯片性能跨越式发展注入新动能。 《光明日报》（2025年10月24日第08页）