北大团队突破光刻胶微观结构解析难题，助力国产芯片制造降缺陷提良率

北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队联合中科院微电子所、上海集成电路材料研究院等合作单位，利用冷冻电子断层扫描（cryo-ET）技术，首次在液相原位条件下“看清”了光刻胶分子的三维形态、界面排布及链缠结细节，并据此提出一套可快速落地的缺陷抑制方案。实验线数据显示，新方案将193 nm ArF光刻的随机缺陷密度从每平方厘米180余颗降至30颗以下，对应良率提升逾7%。该成果北京时间10月27日凌晨在线发表于《自然·材料》，被审稿人评价为“为理解并控制光刻胶介观行为提供了前所未有的工具”。

光刻胶是芯片制造的核心耗材，其微观结构直接决定图案精度。传统手段只能在干燥或剖离状态下观察胶膜，无法捕捉曝光、烘烤等关键工艺中发生在“湿”环境内的结构演化，导致缺陷机理长期悬而未决。彭海琳团队历时五年，将cryo-ET的样品制备温度窗口拓宽至-180 ℃—-150 ℃，时间分辨率缩短到秒级，实现了对液相光刻胶“速冻-成像-重构”的闭环；配合自研的深度学习算法，把三维重构效率提升了一个数量级。论文第一作者、北大博士后李睿介绍，团队在像素级分辨率下发现，高极性显影液会诱导胶束界面出现“指状回缩”，这是产生桥联缺陷的元凶；而引入微量含氟表面活性剂后，界面张力下降30%，分子链缠结度降低，有效抑制了回缩现象。


光刻胶高分子的界面分布、三维结构及缠结方式

基于上述发现，合作方之一的上游材料企业在两周内完成配方迭代，并在国内某12英寸量产线进行动态验证。对比测试显示，新光刻胶在28 nm逻辑器件金属层曝光中，缺陷率下降82%，曝光能量窗口扩大18%，显影时间缩短6秒，机台产能提升4.5%。上海集成电路材料研究院总经理王跃透露，采用该方案无需改造现有Scanner硬件，仅需升级涂布显影Track参数，预计单条月产4万片的12英寸生产线每年可节省光刻胶、返工及良率损失成本逾两千万元。

彭海琳表示，下一步团队将把cryo-ET方法推广到极紫外（EUV）光刻胶体系，并联合设备厂开发在线“冷冻切片-快速成像”原型装置，力争在未来三年内实现关键缺陷的实时闭环控制。中科院院士、化学部副主任张希评价，这项研究不仅填补了液相高分子原位表征的空白，更为我国建立自主可控的光刻胶创新链条提供了“看得见”的科学依据。