据科技日报报道，近日，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队及合作者通过冷冻电子断层扫描（cryo-electron tomography，cryo-ET）技术，首次在原位状态下解析了光刻胶分子在液相环境中的微观三维结构、界面分布与缠结行为，指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案。相关论文近日刊发于《自然·通讯》。

长期以来，光刻胶在显影液中的微观行为是“黑匣子”，工业界的工艺优化只能靠反复试错，这成为制约7纳米及以下先进制程良率提升的关键瓶颈之一。为破解难题，研究团队首次将冷冻电子断层扫描技术引入半导体领域。研究人员最终合成出一张分辨率优于5纳米的微观三维“全景照片”，一举克服了传统技术无法原位、三维、高分辨率观测的三大痛点。

光刻胶高分子的界面分布、三维结构及缠结方式（北京大学供图）

论文通讯作者之一、北京大学化学与分子工程学院高毅勤教授介绍，以往业界认为溶解后的光刻胶聚合物主要分散在液体内部，然而三维图像显示它们大多吸附在气液界面；团队还首次直接观察到光刻胶聚合物的“凝聚缠结”，其依靠较弱的力或者疏水相互作用结合；而且，吸附在气液界面的聚合物更易发生缠结，形成平均尺寸约30纳米的团聚颗粒，这些“团聚颗粒”正是潜在的缺陷根源，它们容易沉积到精密的电路图案上，让本该分开的电路连在一起。

团队为控制缠结提出了两项实用方案：适当提高曝光后烘烤温度，抑制聚合物缠结，减少大团聚体生成；优化显影工艺，让晶圆表面始终有连续液膜，使其可以带走聚合物，避免其沉积。两种方案结合，12英寸晶圆表面的光刻胶残留物引起的图案缺陷被成功消除，缺陷数量降幅超过99%。

彭海琳表示，冷冻电子断层扫描技术为在原子/分子尺度上解析各类液相界面反应提供了强大工具。深入掌握液体中聚合物的结构与微观行为，可推动先进制程中光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率提升。