中国高端芯片制造长期受制于美国卡脖子，但北京大学化工专业团队近日声称已开发出可显著减少曝光缺陷的产业化方案，通过改良光阻剂技术来提高芯片良率。
综合科技日报、光明日报报导，北京大学化学与分子工程学院教授彭海琳团队及合作者近日通过冷冻电子断层扫描技术，首次在原位状态下解析了光阻剂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曝光缺陷的产业化方案。相关论文近日刊发于「自然·通信」。
在曝光机运作中，「显影」是曝光机的内核步骤之一，通过显影液溶解光阻剂的曝光区域，将电路图案精确转移到硅片上。光阻剂如同刻画电路的颜料，它在显影液中的运动，直接决定电路画得是否准确与优良，进而影响芯片良率。然而，长期以来，光阻剂在显影液中的微观行为是「黑盒子」，工业界的工艺优化只能靠反复试错，这成为制约中国7纳米及以下先进制程良率提升的关键瓶颈之一。
面对该挑战，研究团队另辟蹊径，首次将「冷冻电子断层扫描」技术首次引入半导体研究并取得奇效。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」。且基于这些微观发现，研究团队提出了两项简洁高效且与现有半导体产线兼容的解决方案。
「实验结果令人振奋：12英吋晶圆表面由光阻剂残留引起的图案缺陷被成功消除，缺陷数量骤降超过99%，且方案表现出极高的可靠性和重复性。」研究团队称。
彭海琳指出，这项研究运用的冷冻电子断层扫描技术，其应用潜力远不限于芯片与曝光领域。它为在原子/分子尺度上窥探各种液相界面反应（如催化、合成与生命过程）提供了强大工具。对于半导体产业而言，这次对液体中聚合物微观行为的成功解码，将推动先进制程中曝光、蚀刻、湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率攀升。
据锐观产业研究院报告，2023年中国光阻剂市场规模约人民币109.2亿元，2024年增长至人民币114亿元以上，KrF光阻剂等中高端产品国产替代进程加快，预计中国2025年光阻剂市场规模可达123亿元。不过，近年中国曝光剂国产化虽然进程加快，但与国际领先水平相比仍存在技术限制，尤其是高端曝光机技术受制于国外供应商。