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》。
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
一举解决三大痛点
“显影”是光刻的核心步骤之一，通过显影液溶解光刻胶的曝光区域，将电路图案精确转移到硅片上。光刻胶如同刻画电路的颜料，它在显影液中的运动，直接决定电路画得准不准、好不好，进而影响芯片良率。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。他们在晶圆上进行标准的光刻曝光后，将含有光刻胶聚合物的显影液快速吸取到电镜载网上，并在毫秒内将其急速冷冻至玻璃态，“定格”光刻胶在溶液中的真实状态。
随后，研究人员在冷冻电镜中倾斜该样品，采集一系列倾斜角度下的二维投影图像，再基于计算机三维重构算法，将这些二维图像融合成一张高分辨率的三维视图，分辨率优于5纳米。这种方法一举解决了传统技术无法原位、三维、高分辨率观测的三大痛点。
意义有多大？
该研究的意义远超光刻领域本身。其所展现的冷冻电子断层扫描技术威力，为在原子 / 分子尺度上原位研究各类发生在液体环境中的化学反应（如催化、合成乃至生命过程）提供了强大的通用工具。对于芯片产业而言，精准掌握液体中聚合物材料的微观行为，将极大地推动包括光刻、蚀刻、清洗等在内的多个先进制造关键环节的缺陷控制和良率提升，为制造性能更强、更可靠的下一代芯片铺平道路。
据申港证券的研报，光刻是整个集成电路制造过程中耗时最长、难度最大的工艺，耗时占IC制造50%左右，成本约占IC生产成本的1/3。光刻胶是光刻过程最重要的耗材，光刻胶的质量对光刻工艺有着重要影响。
从需求端来看，光刻胶可分为半导体光刻胶、面板光刻胶和PCB光刻胶。其中，半导体光刻胶的技术壁垒最高。
据锐观产业研究院报告，2023年我国光刻胶市场规模约109.2亿元，2024年增长至114亿元以上，KrF光刻胶等中高端产品国产替代进程加快，预计2025年光刻胶市场规模可达123亿元。
光刻机国产化进程加快
在光刻胶等材料领域取得新突破的同时，作为芯片制造核心装备的光刻机，其国产化进程同样备受关注。
近些年中国光刻机国产化进程加快，产业取得一定发展，但与国际领先水平相比仍存在技术限制，尤其是高端光刻机技术受制于国外供应商，需要上下游同心协力攻坚。
国内光刻机产业链主要包括上游设备及配套材料、中游光刻机系统集成和生产，以及下游光刻机应用三大环节。
华金证券研报显示，光刻机产业链中“卡脖子”环节，技术积累较深或已直接/间接进入ASML/上海微电子等供应链的厂商包括：芯碁微装（688630.SH，直写光刻）、富创精密（零部件）、炬光科技（688167.SH，光学器件）、赛微电子（300456.SZ，物镜）、波长光电（301421.SZ，光源）、奥普光电（002338.SZ，整机）、腾景科技（688195.SH，光学器件）、福晶科技（002222.SZ，光源）、茂莱光学（688502.SH，光源）、电科数字（600850.SH，计算/控制模块）、新莱应材（维权）（300260.SZ，零部件）、美埃科技（688376.SH）/蓝英装备（300293.SZ）（洁净设备）、同飞股份（300990.SZ）/海立股份（600619.SH）（温控）、东方嘉盛（002889.SZ，服务）、上海微电子（整机，未上市）、华卓精科（工件台，未上市）。
21世纪经济报道记者梳理发现，目前，我国在光刻机各细分技术领域均有储备。
针对准分子激光光源，科益虹源主要研发248nm准分子激光器、干式193nm准分子激光器等；福晶科技研发KBBF晶体；中国科学院研发40瓦干式准分子激光光源。针对光学镜头，国望光学研发90nm节点ArF光刻机曝光光学系统、110nm节点KrF光刻机曝光光学系统；中科科仪研发直线式劳埃透镜镀膜装置、纳米聚焦镜镀膜装置等。