国内团队称破解芯片光刻缺陷难题显著减少光刻缺陷

10月27日，多只光刻胶概念股表现强劲，万润股份涨停，晶瑞电材涨超16%，艾森股份涨超6% ，南大光电涨超5% ，彤程新材涨超4% 。这得益于国内研究团队在光刻胶领域取得的新突破。

北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队及合作者撰写的一篇论文发表在《自然·通讯》上，引起广泛关注。这篇论文将冷冻电子断层扫描技术（Cryo-ET）引入半导体领域，通过该技术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，并提出了一种可显著减少光刻缺陷的产业化方案。据称，该方案能使光刻技术在减少图案缺陷方面取得大于99%的改进。
彭海琳表示，研究成果可以直接用于半导体制造，技术方案可行且与现有装备兼容。光刻胶是半导体光刻过程中的一种关键材料，在光刻工艺中用作抗腐蚀涂层材料。简单来说，光刻是利用光和光刻胶之间的化学反应，采用深紫外光、极紫外光等将掩膜上的图案转移到硅晶圆上。光刻胶显影则是通过显影液溶解曝光后光刻胶可溶解区域，形成纳米级电路图案，直接影响集成电路的尺寸精度。
然而，光刻胶在显影液中的行为长期是个“黑匣子”，产业界在进行工艺优化时只能反复试错，阻碍了大批量制造时的技术优化，成为制约7纳米及更先进制程良率提升的瓶颈之一。彭海琳及其团队的研究揭示了光刻胶聚合物在液膜和气液界面处的纳米结构和动态特性，提高了分辨率。研究人员合成出一张分辨率优于5纳米的微观三维“全景照片” 。
该论文进一步建议，在光刻胶显影过程中抑制聚合物缠结，可能是缓解图案表面缺陷形成的关键。提高曝光后烘烤温度可以有效抑制聚合物缠结。此外，整个光刻胶显影过程中使用连续的液膜，能确保在气液界面处可靠地捕获解缠结的聚合物，并防止其重新沉积。通过这种策略，可以在整个12英寸晶圆上消除聚合物残留物造成的缺陷，缺陷数量降幅超过99% 。
交叉学科研究在这项研究中起到了关键作用。彭海琳表示，Cryo-ET技术此前主要用于结构生物学，近期斯坦福大学研究人员将其应用于电池领域，而他们则将其应用于光刻领域，这是一种跨学科交叉研究。课题组内不同领域的研究人员容易碰撞出火花，很自然就想到用Cryo-ET技术来解析溶液中的光刻胶高分子。
近年来，国内学界在光刻胶研究领域取得了一些重要进展，部分成果已在赋能半导体制造。例如，清华大学许华平教授在极紫外光刻材料上取得了重要进展，开发出一种基于聚碲氧烷的新型光刻胶。复旦大学魏大程团队设计了一种功能型光刻胶，实现了特大规模集成度有机芯片制造。华中科技大学与湖北九峰山实验室组成联合研究团队，突破了“双非离子型光酸协同增强响应的化学放大光刻胶”技术。
彭海琳认为，需要由产业界提需求，学术界进行基础研究并反馈给产业界。随着集成电路工艺演进，光刻机从DUV演变到EUV 。中国学者在光刻胶相关研究领域处于努力追赶状态。根据市场研究机构QYResearch数据， 2024年全球半导体光刻胶市场规模约26.85亿美元，预计2031年将达45.47亿美元。尽管目前前五大厂商占据了大部分市场份额，但国内企业已在部分中低端产品领域取得突破，并投入EUV光刻胶研发，推动光刻胶国产化进程。国内仍需在极紫外光刻胶领域提前布局，追赶国际同行的步伐。

国内团队称破解芯片光刻缺陷难题 显著减少光刻缺陷

国内团队称破解芯片光刻缺陷难题显著减少光刻缺陷