【導讀】光(guang)刻(ke)技(ji)術(shu)作(zuo)為(wei)支(zhi)撐(cheng)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)芯(xin)片(pian)工(gong)藝(yi)持(chi)續(xu)微(wei)縮(suo)的(de)關(guan)鍵(jian)基(ji)礎(chu)，近(jin)日(ri)迎(ying)來(lai)重(zhong)要(yao)研(yan)究(jiu)進(jin)展(zhan)。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)聯(lian)合(he)合(he)作(zuo)者(zhe)在(zai)《自然-通訊》上shang發fa表biao了le創chuang新xin研yan究jiu成cheng果guo，通tong過guo采cai用yong冷leng凍dong電dian子zi斷duan層ceng掃sao描miao技ji術shu
，首shou次ci揭jie示shi了le光guang刻ke膠jiao在zai液ye態tai環huan境jing中zhong的de三san維wei微wei觀guan結jie構gou及ji其qi動dong態tai行xing為wei
，為wei芯xin片pian製zhi程cheng的de進jin一yi步bu微wei縮suo與yu良liang率lv提ti升sheng開kai辟pi了le新xin路lu徑jing。該gai成cheng果guo已yi於yu《自然-通訊》發布。

據彭海琳教授介紹
，光刻是芯片製造中至關重要的環節
，可類比為在半導體晶圓（如矽片）上“印刷電路”，其核心在於利用高精度光學係統將設計好的電路圖案微縮並轉印至晶圓表麵的光刻膠薄膜
，再經顯影
、刻蝕等步驟完成圖形化。光刻不僅被視為芯片製造的核心技術
，更被譽為微納加工領域“皇冠上的明珠”。

在(zai)光(guang)刻(ke)過(guo)程(cheng)中(zhong)，顯(xian)影(ying)液(ye)對(dui)電(dian)路(lu)圖(tu)案(an)的(de)形(xing)成(cheng)起(qi)著(zhe)關(guan)鍵(jian)作(zuo)用(yong)。顯(xian)影(ying)階(jie)段(duan)
，光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)曝(pu)光(guang)區(qu)域(yu)會(hui)選(xuan)擇(ze)性(xing)溶(rong)解(jie)於(yu)顯(xian)影(ying)液(ye)液(ye)膜(mo)中(zhong)。液(ye)膜(mo)內(nei)光(guang)刻(ke)膠(jiao)分(fen)子(zi)的(de)吸(xi)附(fu)狀(zhuang)態(tai)與(yu)纏(chan)結(jie)行(xing)為(wei)，直(zhi)接(jie)關(guan)係(xi)到(dao)晶(jing)圓(yuan)表(biao)麵(mian)圖(tu)案(an)缺(que)陷(xian)的(de)產(chan)生(sheng)，進(jin)而(er)影(ying)響(xiang)芯(xin)片(pian)的(de)性(xing)能(neng)與(yu)製(zhi)造(zao)良(liang)率(lv)。

《自然-通訊》的(de)論(lun)文(wen)簡(jian)介(jie)指(zhi)出(chu)
，盡(jin)管(guan)光(guang)刻(ke)膠(jiao)研(yan)究(jiu)已(yi)有(you)數(shu)十(shi)年(nian)曆(li)史(shi)，其(qi)在(zai)液(ye)膜(mo)及(ji)界(jie)麵(mian)處(chu)的(de)微(wei)觀(guan)行(xing)為(wei)仍(reng)不(bu)明(ming)確(que)，導(dao)致(zhi)工(gong)業(ye)界(jie)在(zai)圖(tu)案(an)缺(que)陷(xian)控(kong)製(zhi)方(fang)麵(mian)長(chang)期(qi)依(yi)賴(lai)試(shi)錯(cuo)方(fang)法(fa)。本(ben)研(yan)究(jiu)創(chuang)新(xin)性(xing)地(di)運(yun)用(yong)冷(leng)凍(dong)電(dian)子(zi)斷(duan)層(ceng)掃(sao)描(miao)技(ji)術(shu)
，揭(jie)示(shi)了(le)光(guang)刻(ke)膠(jiao)聚(ju)合(he)物(wu)在(zai)液(ye)膜(mo)和(he)氣(qi)液(ye)界(jie)麵(mian)處(chu)的(de)納(na)米(mi)結(jie)構(gou)及(ji)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)。與(yu)傳(chuan)統(tong)表(biao)征(zheng)手(shou)段(duan)相(xiang)比(bi)，cryo-ET 能夠以更高分辨率重建光刻膠在近自然狀態下的三維結構，清晰呈現聚合物鏈在氣液界麵上的空間分布及其內聚纏結行為。

通過抑製聚合物纏結並調控光刻膠在氣液界麵的吸附

，研究團隊在12英寸晶圓工業製程條件下成功消除了因殘留物導致的圖案汙染，使與晶圓產線兼容的光刻圖案缺陷減少超過99%。

【圖示說明】

該研究通過cryo-ET三維重構獲得多項新發現。論文共同通訊作者

、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)高(gao)毅(yi)勤(qin)教(jiao)授(shou)指(zhi)出(chu)，傳(chuan)統(tong)觀(guan)點(dian)認(ren)為(wei)溶(rong)解(jie)的(de)光(guang)刻(ke)膠(jiao)聚(ju)合(he)物(wu)主(zhu)要(yao)分(fen)布(bu)於(yu)液(ye)體(ti)內(nei)部(bu)，但(dan)三(san)維(wei)圖(tu)像(xiang)清(qing)晰(xi)顯(xian)示(shi)其(qi)更(geng)多(duo)吸(xi)附(fu)於(yu)氣(qi)液(ye)界(jie)麵(mian)。研(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)首(shou)次(ci)直(zhi)接(jie)觀(guan)測(ce)到(dao)光(guang)刻(ke)膠(jiao)聚(ju)合(he)物(wu)通(tong)過(guo)較(jiao)弱(ruo)作(zuo)用(yong)力(li)或(huo)疏(shu)水(shui)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)形(xing)成(cheng)的(de)“凝聚纏結”，並發現氣液界麵處的聚合物更易纏結成尺寸約30納米的團聚顆粒，這些顆粒成為光刻圖案缺陷的重要來源。

基於上述發現，團隊提出兩項簡潔高效且與現有半導體產線完全兼容的解決方案：抑製纏結與界麵捕獲。實驗證明，結合這兩種策略可有效消除12英寸晶圓表麵因光刻膠殘留引起的圖案缺陷，缺陷數量降低超過99%，且方案具備優異的可靠性與重複性。

彭海琳教授強調
，該研究不僅展示了冷凍電子斷層掃描技術在解析液相界麵反應中的強大能力
，也為理解高分子材料、增材製造及生命科學中普遍存在的“纏結”現象提供了新視角。所提出的技術方案有望為提升光刻精度與良率開辟全新途徑。

這zhe項xiang由you中zhong國guo科ke學xue家jia主zhu導dao的de突tu破po性xing研yan究jiu，是shi基ji礎chu科ke學xue研yan究jiu與yu產chan業ye應ying用yong深shen度du融rong合he的de典dian範fan。正zheng如ru作zuo者zhe在zai文wen中zhong所suo指zhi出chu，該gai工gong作zuo為wei理li解jie水shui界jie麵mian化hua學xue反fan應ying的de結jie構gou與yu動dong力li學xue奠dian定ding了le基ji礎chu，而er這zhe一yi領ling域yu的de理li論lun體ti係xi仍reng處chu於yu發fa展zhan初chu期qi。冷leng凍dong電dian子zi斷duan層ceng掃sao描miao技ji術shu在zai解jie析xi聚ju合he物wu科ke學xue、增zeng材cai製zhi造zao及ji生sheng命ming科ke學xue中zhong的de纏chan結jie問wen題ti上shang展zhan現xian出chu廣guang闊kuo潛qian力li。在zai半ban導dao體ti工gong業ye中zhong
，對dui液ye膜mo內nei聚ju合he物wu納na米mi結jie構gou與yu動dong態tai行xing為wei的de深shen入ru理li解jie，將jiang有you助zhu於yu光guang刻ke、刻蝕及濕法工藝等關鍵環節的缺陷控製
，對製造下一代電子器件具有重要意義。