【导读】光刻技能作为支撑集成电路芯片工艺连续微缩的要害基础，近日迎来主要研究进展。北京年夜学化学与份子工程学院彭海琳传授团队结合互助者于《天然-通信》上发表了立异研究结果，经由过程采用冷冻电子断层扫描技能，初次展现了光刻胶于液态情况中的三维微不雅布局和其动态举动，为芯片制程的进一步微缩与良率晋升斥地了新路径。该结果已经在《天然-通信》发布。

据彭海琳传授先容，光刻是芯片制造中至关主要的环节，可类比为于半导体晶圆（如硅片）上“印刷电路”，其焦点于在使用高精度光学体系将设计好的电路图案微缩并转印至晶圆外貌的光刻胶薄膜，再经显影、刻蚀等步调完成图形化。光刻不仅被视为芯片制造的焦点技能，更被誉为微纳加工范畴“皇冠上的明珠”。

于光刻历程中，显影液对于电路图案的形成起着要害作用。显影阶段，光刻胶的暴光区域会选择性消融在显影液液膜中。液膜内光刻胶份子的吸附状况与缠结举动，直接瓜葛到晶圆外貌图案缺陷的孕育发生，进而影响芯片的机能与制造良率。

《天然-通信》的论文简介指出，只管光刻胶研究已经有数十年汗青，其于液膜和界面处的微不雅举动仍不明确，致使工业界于图案缺陷节制方面持久依靠试错要领。本研究立异性地应用冷冻电子断层扫描技能，展现了光刻胶聚合物于液膜及气液界面处的纳米布局和动态变化。与传统表征手腕比拟，cryo-ET 可以或许以更高分辩率重修光刻胶于近天然状况下的三维布局，清楚出现聚合物链于气液界面上的空间漫衍和其内聚缠结举动。

经由过程按捺聚合物缠结并调控光刻胶于气液界面的吸附，研究团队于12英寸晶圆工业制程前提下乐成消弭了因残留物致使的图案污染，使与晶圆产线兼容的光刻图案缺陷削减跨越99%。

【图示申明】

该研究经由过程cryo-ET三维重构得到多项新发明。论文配合通信作者、北京年夜学化学与份子工程学院高毅勤传授指出，传统不雅点认为消融的光刻胶聚合物重要漫衍在液体内部，但三维图象清楚显示其更多吸附在气液界面。研究团队初次直接不雅测到光刻胶聚合物经由过程较弱作使劲或者疏水彼此作用形成的“凝结缠结”，并发明气液界面处的聚合物更容易缠结成尺寸约30纳米的团圆颗粒，这些颗粒成为光刻图案缺陷的主要来历。

基在上述发明，团队提出两项简便高效且与现有半导体产线彻底兼容的解决方案：按捺缠结与界面捕捉。试验证实，联合这两种计谋可有用消弭12英寸晶圆外貌因光刻胶残留引起的图案缺陷，缺陷数目降低跨越99%，且方案具有优秀的靠得住性与反复性。

彭海琳传授夸大，该研究不仅展示了冷冻电子断层扫描技能于解析液相界面反映中的强盛能力，也为理解高份子质料、增材制造和生命科学中遍及存于的“缠结”征象提供了新视角。所提出的技能方案有望为晋升光刻精度与良率斥地全新路子。

这项由中国科学家主导的冲破性研究，是基础科学研究与财产运用深度交融的范例。正如作者于文中所指出，该事情为理解水界面化学反映的布局与动力学奠基了基础，而这一范畴的理论系统仍处在成长早期。冷冻电子断层扫描技能于解析聚合物科学、增材制造和生命科学中的缠结问题上揭示出广漠潜力。于半导体工业中，对于液膜内聚合物纳米布局与动态举动的深切理解，将有助在光刻、刻蚀和湿法工艺等要害环节的缺陷节制，对于制造下一代电子器件具备主要意义。