光刻技術(shù)是推動集成電路芯片制程工藝持續(xù)微縮的核心驅(qū)動力之一。近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授團隊及合作者通過冷凍電子斷層掃描技術(shù)，首次在原位狀態(tài)下解析了光刻膠分子在液相環(huán)境中的微觀三維結(jié)構(gòu)、界面分布與纏結(jié)行為，指導(dǎo)開發(fā)出可顯著減少光刻缺陷的產(chǎn)業(yè)化方案。相關(guān)論文近日刊發(fā)于《自然·通訊》。

“顯影”是光刻的核心步驟之一，通過顯影液溶解光刻膠的曝光區(qū)域，將電路圖案精確轉(zhuǎn)移到硅片上。光刻膠如同刻畫電路的顏料，它在顯影液中的運動，直接決定電路畫得準(zhǔn)不準(zhǔn)、好不好，進而影響芯片良率。長期以來，光刻膠在顯影液中的微觀行為是“黑匣子”，工業(yè)界的工藝優(yōu)化只能靠反復(fù)試錯，這成為制約7納米及以下先進制程良率提升的關(guān)鍵瓶頸之一。

為破解難題，研究團隊首次將冷凍電子斷層掃描技術(shù)引入半導(dǎo)體領(lǐng)域。研究人員最終合成出一張分辨率優(yōu)于5納米的微觀三維“全景照片”，一舉克服了傳統(tǒng)技術(shù)無法原位、三維、高分辨率觀測的三大痛點。

彭海琳表示，冷凍電子斷層掃描技術(shù)為在原子/分子尺度上解析各類液相界面反應(yīng)提供了強大工具。深入掌握液體中聚合物的結(jié)構(gòu)與微觀行為，可推動先進制程中光刻、蝕刻和濕法清洗等關(guān)鍵工藝的缺陷控制與良率提升。