北大團(tuán)隊(duì)破解光刻技術(shù)難題分子級導(dǎo)航系統(tǒng)引領(lǐng)突破

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2025-10-28 11:13:17 耿彪

北大團(tuán)隊(duì)破解光刻技術(shù)難題分子級導(dǎo)航系統(tǒng)引領(lǐng)突破。當(dāng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還在為3納米良率困境焦頭爛額時，中國科學(xué)家用一把“冷凍電鏡鑰匙”打開了光刻膠微觀世界的大門。北京大學(xué)彭海琳團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表在《自然·通訊》的研究成果，為芯片制造裝上了“分子級導(dǎo)航系統(tǒng)”。通過5納米分辨率的三維全景圖，人類首次看清光刻膠分子在顯影液中的“舞蹈軌跡”。這不僅讓7納米以下先進(jìn)制程良率提升有了明確路徑，更標(biāo)志著我國在半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從“跟跑”到“并跑”的關(guān)鍵跨越。

在芯片制造過程中，光刻被稱為“皇冠上的明珠”，而光刻膠則是這顆明珠的“顏料”。當(dāng)光刻機(jī)的激光透過掩模版照射硅片，光刻膠分子會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，顯影液隨后溶解曝光區(qū)域，將電路圖案永久刻在硅片上。這個看似簡單的“顯影”過程實(shí)際上是一場發(fā)生在納米尺度的分子工程。直徑僅頭發(fā)絲萬分之一的光刻膠分子，在顯影液中如何擴(kuò)散、如何纏結(jié)、如何與硅片表面相互作用，直接決定電路線條的邊緣粗糙度、線寬均勻性，最終影響芯片良率。

長期以來，這個發(fā)生在液相環(huán)境中的微觀過程對人類而言是個徹頭徹尾的“黑箱”。傳統(tǒng)觀測技術(shù)要么需要將樣品干燥固化，要么只能獲得二維投影，要么分辨率卡在幾十納米級別。工業(yè)界被迫陷入“配方試錯-工藝調(diào)整-良率波動”的惡性循環(huán)：某款光刻膠換了批次，顯影時間要重新摸索；升級到5納米制程，缺陷率突然飆升30%卻找不到原因；甚至同一家工廠的不同設(shè)備，需要設(shè)置完全不同的工藝參數(shù)。

臺積電2022年技術(shù)白皮書曾披露，7納米制程的光刻工藝缺陷中，有42%源于顯影階段的不可控因素。ASML的工程師私下承認(rèn)，EUV光刻機(jī)的極致精度反而讓光刻膠的微觀缺陷被無限放大。這種“看得見光刻機(jī)的原子級精度，卻看不清光刻膠分子的舞蹈”的現(xiàn)實(shí)成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向3納米、2納米沖刺時共同的難題。

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