光刻胶技术破局！北大团队突破芯片制造关键瓶颈

在芯片制造的“光刻”环节，光刻胶如同精准雕刻的“画笔”，其性能直接决定芯片的制程精度与良率。长期以来，高端光刻胶技术被少数国家垄断，成为我国芯片产业自主化进程中的关键瓶颈。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取得重大技术突破——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，并据此开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案。这一成果不仅填补了光刻胶分子原位结构解析的国际空白，更为我国高端光刻胶国产化提供了核心技术支撑。

技术攻坚：看清光刻胶分子的“真面目”

光刻胶的工作原理，是通过紫外光、电子束等照射后发生化学变化，在晶圆表面形成精细图案，而这一过程中分子的微观状态直接影响图案精度。传统研究中，科学家多通过干燥、冷冻干燥等处理手段观测光刻胶分子结构，这种“离线”观测方式会破坏分子原有的液相环境，导致观测结果与实际工作状态存在偏差，无法精准解释光刻缺陷产生的根源。

彭海琳团队的创新之处，在于采用冷冻电子断层扫描技术实现了“原位观测”。该技术通过快速冷冻将光刻胶分子的液相状态瞬间“定格”，再利用电子显微镜对样品进行三维断层扫描，最终重构出分子在真实工作环境中的三维结构。“就像给分子拍了一套‘3D全息照片’，我们第一次清晰看到了光刻胶分子如何排列、如何与基底界面作用、如何形成缠结网络。”彭海琳教授解释道。

通过这套“透视”技术，团队发现了光刻缺陷产生的关键诱因：液相环境中部分分子存在不规则缠结，导致曝光后形成的图案边缘出现“毛边”；分子在基底界面的分布不均匀，则会造成图案局部厚度差异。这一发现颠覆了以往对光刻缺陷成因的认知，为针对性优化方案提供了科学依据。

产业化突破：缺陷率显著降低的“中国方案”

基础研究的突破最终要落地为产业价值。基于分子结构解析的成果，彭海琳团队联合企业研发出全新的光刻胶分子设计与制备方案：通过调整分子链长度与官能团分布，减少不规则缠结；在基底表面引入新型修饰剂，引导分子均匀分布。经企业中试验证，采用该方案制备的光刻胶在14nm制程芯片测试中，光刻缺陷率较传统产品降低40%以上，关键性能指标达到国际高端产品水平。

这一成果对我国芯片产业具有里程碑意义。数据显示，我国光刻胶市场规模已超百亿元，但高端光刻胶自给率不足5%，尤其是14nm及以下制程的光刻胶几乎完全依赖进口。进口光刻胶不仅价格高昂，还面临供应稳定性风险。“此前我国企业也能生产光刻胶，但因缺陷率偏高，难以进入高端制程供应链。彭海琳团队的技术让我们实现了‘从能做到做好’的跨越。”合作企业技术负责人表示。

目前，该产业化方案已申请12项发明专利，其中6项已获得授权，团队正与国内多家半导体材料企业推进量产合作，预计2026年可实现首批高端光刻胶量产供应。

创新启示：基础研究与产业需求的“同频共振”

此次突破并非偶然，而是北大团队十余年深耕“化学-材料-半导体”交叉领域的成果。团队自2012年起就聚焦光刻胶分子设计，先后攻克分子合成、界面调控等多项技术难题，期间与中芯国际、长江存储等企业建立联合实验室，始终以产业实际需求为导向开展研究。“半导体材料的突破，不能靠‘闭门造车’，必须让基础研究的‘根’扎在产业需求的‘土壤’里。”彭海琳教授强调。

从更宏观的视角看，这一突破也是我国强化“卡脖子”技术攻关的缩影。近年来，国家通过新型研发机构建设、企业研发费用加计扣除等政策，推动高校与企业深度协同创新。在半导体领域，从光刻机核心部件到光刻胶、大硅片等材料，一系列关键技术正逐步实现突破，形成“点上突破、面上协同”的创新格局。

行业专家指出，光刻胶技术的突破将产生“链式反应”：不仅能降低我国芯片制造企业的成本，还将带动上下游的光刻胶树脂、光敏剂等原材料产业发展，完善半导体材料产业链。同时，该研究中采用的原位观测技术，还可推广应用于电池电极、催化剂等其他材料的研究，为更多领域的技术创新提供方法论支撑。

展望未来：筑牢芯片自主化的“材料基石”

随着芯片制程向7nm、5nm乃至更先进节点推进，对光刻胶的精度、稳定性要求将更高。彭海琳团队表示，下一步将聚焦EUV（极紫外光）光刻胶开展研究，目前已在分子结构设计方面取得初步进展。“EUV光刻胶是下一代光刻技术的核心，我们计划用3-5年时间实现关键技术突破，力争与国际先进水平同步。”

在政策层面，国家发改委等部门近期密集出台支持半导体材料产业发展的政策，包括将高端光刻胶纳入“新型政策性金融工具”支持范围、设立半导体材料专项基金等。在产学研协同与政策支持的双重驱动下，我国半导体材料产业正加速从“跟跑”向“并跑”“领跑”跨越。

彭海琳团队的光刻胶技术突破，不仅是一个科研成果的诞生，更是我国芯片产业自主化征程上的重要一步。从实验室里的分子解析到生产线的量产应用，这条创新之路印证了“基础研究是创新的源头活水”。随着更多这样的技术突破涌现，我国芯片产业必将筑牢自主化的“材料基石”，为数字经济高质量发展提供核心支撑。