近日，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队及其合作者在《自然·通讯》上披露了他们的新发现。该团队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。

彭海琳表示，光刻是芯片制造中关键的步骤之一，通俗理解，光刻就是给半导体晶圆（比如硅片）“印电路”，核心是用超精密“投影仪”把设计好的电路图案，缩小后印在硅片的特殊薄膜上，再通过冲洗定型。光刻是芯片制造的核心技术之一，更是微纳加工领域“皇冠上的明珠”。

显影液则在电路图案形成过程中发挥着重要作用。在光刻胶显影过程中，光刻胶的曝光区域会选择性地溶解在显影液的液膜中。液膜中光刻胶分子的吸附与缠结行为，是影响晶圆表面图案缺陷形成的关键因素，进而可直接影响芯片性能和良率。

此次，团队首次将冷冻电镜断层扫描技术引入到半导体领域，设计了一套与光刻流程紧密结合的样品制备方法。

具体来说，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，瞬间“冻结”光刻胶在溶液中的真实构象。之后在冷冻电镜下倾斜该样品，通过采集多角度下的二维投影图像，实现三维重构，分辨率可达亚纳米级。

与传统方法相比，冷冻电子断层扫描分析具有显著优势，可高分辨率重建液膜中光刻胶聚合物的三维结构与界面分布，还能解析光刻胶分子的聚合物缠结现象。