10月27日，多只光刻膠概念股表現(xiàn)強勁，萬潤股份漲停，晶瑞電材漲超16%，艾森股份漲超6%，南大光電漲超5%，彤程新材漲超4%。這得益于國內(nèi)研究團隊在光刻膠領(lǐng)域取得的新突破。

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撰寫的一篇論文發(fā)表在《自然·通訊》上，引起廣泛關(guān)注。這篇論文將冷凍電子斷層掃描技術(shù)（Cryo-ET）引入半導(dǎo)體領(lǐng)域，通過該技術(shù)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，并提出了一種可顯著減少光刻缺陷的產(chǎn)業(yè)化方案。據(jù)稱，該方案能使光刻技術(shù)在減少圖案缺陷方面取得大于99%的改進。

彭海琳表示，研究成果可以直接用于半導(dǎo)體制造，技術(shù)方案可行且與現(xiàn)有裝備兼容。光刻膠是半導(dǎo)體光刻過程中的一種關(guān)鍵材料，在光刻工藝中用作抗腐蝕涂層材料。簡單來說，光刻是利用光和光刻膠之間的化學(xué)反應(yīng)，采用深紫外光、極紫外光等將掩膜上的圖案轉(zhuǎn)移到硅晶圓上。光刻膠顯影則是通過顯影液溶解曝光后光刻膠可溶解區(qū)域，形成納米級電路圖案，直接影響集成電路的尺寸精度。

然而，光刻膠在顯影液中的行為長期是個“黑匣子”，產(chǎn)業(yè)界在進行工藝優(yōu)化時只能反復(fù)試錯，阻礙了大批量制造時的技術(shù)優(yōu)化，成為制約7納米及更先進制程良率提升的瓶頸之一。彭海琳及其團隊的研究揭示了光刻膠聚合物在液膜和氣液界面處的納米結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性，提高了分辨率。研究人員合成出一張分辨率優(yōu)于5納米的微觀三維“全景照片”。

該論文進一步建議，在光刻膠顯影過程中抑制聚合物纏結(jié)，可能是緩解圖案表面缺陷形成的關(guān)鍵。提高曝光后烘烤溫度可以有效抑制聚合物纏結(jié)。此外，整個光刻膠顯影過程中使用連續(xù)的液膜，能確保在氣液界面處可靠地捕獲解纏結(jié)的聚合物，并防止其重新沉積。通過這種策略，可以在整個12英寸晶圓上消除聚合物殘留物造成的缺陷，缺陷數(shù)量降幅超過99%。

交叉學(xué)科研究在這項研究中起到了關(guān)鍵作用。彭海琳表示，Cryo-ET技術(shù)此前主要用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)，近期斯坦福大學(xué)研究人員將其應(yīng)用于電池領(lǐng)域，而他們則將其應(yīng)用于光刻領(lǐng)域，這是一種跨學(xué)科交叉研究。課題組內(nèi)不同領(lǐng)域的研究人員容易碰撞出火花，很自然就想到用Cryo-ET技術(shù)來解析溶液中的光刻膠高分子。

近年來，國內(nèi)學(xué)界在光刻膠研究領(lǐng)域取得了一些重要進展，部分成果已在賦能半導(dǎo)體制造。例如，清華大學(xué)許華平教授在極紫外光刻材料上取得了重要進展，開發(fā)出一種基于聚碲氧烷的新型光刻膠。復(fù)旦大學(xué)魏大程團隊設(shè)計了一種功能型光刻膠，實現(xiàn)了特大規(guī)模集成度有機芯片制造。華中科技大學(xué)與湖北九峰山實驗室組成聯(lián)合研究團隊，突破了“雙非離子型光酸協(xié)同增強響應(yīng)的化學(xué)放大光刻膠”技術(shù)。

彭海琳認為，需要由產(chǎn)業(yè)界提需求，學(xué)術(shù)界進行基礎(chǔ)研究并反饋給產(chǎn)業(yè)界。隨著集成電路工藝演進，光刻機從DUV演變到EUV。中國學(xué)者在光刻膠相關(guān)研究領(lǐng)域處于努力追趕狀態(tài)。根據(jù)市場研究機構(gòu)QYResearch數(shù)據(jù)，2024年全球半導(dǎo)體光刻膠市場規(guī)模約26.85億美元，預(yù)計2031年將達45.47億美元。盡管目前前五大廠商占據(jù)了大部分市場份額，但國內(nèi)企業(yè)已在部分中低端產(chǎn)品領(lǐng)域取得突破，并投入EUV光刻膠研發(fā)，推動光刻膠國產(chǎn)化進程。國內(nèi)仍需在極紫外光刻膠領(lǐng)域提前布局，追趕國際同行的步伐。