中国芯片新突破 北京时间2025年10月26日消息，北京大学化学与分子工程学院

中国芯片新突破 北京时间2025年10月26日消息，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队及合作者在光刻技术领域取得重要突破。光刻技术是推动集成电路芯片制程持续微缩的核心驱动力之一，而“显影”作为其核心步骤，通过显影液溶解光刻胶的曝光区域，将电路图案转移到硅片上。光刻胶在显影液中的微观行为，如同刻画电路的颜料如何运动，直接决定了电路图案的精确性和最终芯片良率。然而，长期以来这一微观过程如同一个“黑匣子”，工业界只能依靠反复试错进行工艺优化，成为制约7纳米及以下先进制程良率提升的关键瓶颈。 面对这一挑战，研究团队创新性地将“冷冻电子断层扫描”（cryo-ET）技术首次引入半导体研究领域。该技术使得研究人员能够在原位状态下，首次解析出光刻胶分子在液相显影环境中的微观三维结构、界面分布以及关键的缠结行为，并合成出一张分辨率优于5纳米的微观三维“全景照片”，一举克服了传统技术无法同时实现原位、三维、高分辨率观测的三大痛点。 这一微观层面的清晰三维视图带来了颠覆性的发现。它不仅推翻了业界长期认为的“光刻胶溶解后其聚合物会均匀分散”的观点，更首次在真实三维空间中直接捕捉到了光刻胶聚合物分子间的“缠结”行为。研究团队由此精准定位了芯片图案缺陷的核心根源——光刻胶聚合物形成的疏水性“团聚颗粒”。在工业显影过程中，这些团聚体会重新沉积到精密的电路图案上，造成如“桥连”等致命缺陷。缺陷表征发现，一块12英寸晶圆上的此类缺陷数量可高达6617个，这对于大规模芯片生产是完全无法接受的。 基于对微观机制的深刻理解，研究团队随后提出了两项简洁高效且与现有半导体产线完全兼容的解决方案。实验效果令人振奋：应用优化方案后，12英寸晶圆表面由光刻胶残留引起的图案缺陷被成功消除，缺陷数量骤降超过99%，且方案表现出极高的可靠性和重复性。这一成果直接解决了长期困扰先进制程的光刻胶行为“黑匣子”难题，为突破7纳米及以下制程的良率瓶颈提供了强有力的科学支撑。 彭海琳教授指出，此项研究所运用的冷冻电子断层扫描技术，其应用潜力远不限于芯片与光刻领域，它为在原子/分子尺度上原位窥探各种液相界面反应（如催化、合成与生命过程）提供了强大工具。对整个半导体产业而言，这次对液体环境中聚合物微观行为的成功解码，将极大地推动先进制程中光刻、蚀刻、湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率攀升，为芯片性能的跨越式发展注入全新动能。这项将基础科学发现（微观机制）与工业痛点（缺陷控制）直接衔接的研究，标志着光刻胶表征从传统的“试错优化”正式迈入“机理驱动”的新阶段，相关成果已发表于国际权威期刊《自然·通讯》。