集成電路制造中，光刻工藝因其耗時最長、技術難度最高，成為制約芯片性能提升的關鍵環節。作為光刻過程的核心耗材，光刻膠的質量直接影響電路圖形的轉移精度，進而決定芯片良率。隨著國內半導體產業加速崛起，光刻膠市場規模持續擴大，2023年達109.2億元，2024年突破114億元，預計2025年將增至123億元，其中KrF等中高端產品的國產化替代進程顯著加快。

長期以來，光刻膠在顯影液中的微觀行為如同“黑匣子”，工業界只能通過反復試驗優化工藝，這成為7納米及以下先進制程良率提升的主要障礙。近日，北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授團隊聯合合作者，首次將冷凍電子斷層掃描技術（cryo-ET）引入半導體領域，成功在原位狀態下解析了光刻膠分子在液相環境中的三維結構、界面分布及纏結行為，為減少光刻缺陷提供了產業化解決方案。

研究團隊在晶圓完成標準光刻曝光后，將含光刻膠聚合物的顯影液快速轉移至電鏡載網，并在毫秒級時間內將其急速冷凍至玻璃態，從而“定格”分子在溶液中的真實狀態。通過冷凍電鏡傾斜采樣結合計算機三維重構算法，團隊獲得了分辨率優于5納米的立體圖像，突破了傳統技術無法同時實現原位、三維、高分辨率觀測的局限。

針對纏結問題，團隊提出兩項實用方案：一是適當提高曝光后烘烤溫度，抑制聚合物過度纏結；二是優化顯影工藝，保持晶圓表面連續液膜，通過流動帶走聚合物。實驗表明，兩種方案結合可使12英寸晶圓表面的光刻膠殘留缺陷減少超99%，顯著提升芯片制造良率。

該技術的突破不僅限于光刻領域。冷凍電子斷層掃描技術為原子/分子尺度下原位研究液體環境中的化學反應提供了通用工具，可應用于催化、合成乃至生命過程研究。對于芯片產業而言，精準掌握液體中聚合物的微觀行為，將推動光刻、蝕刻、清洗等關鍵環節的缺陷控制，為制造更高性能、更可靠的下一代芯片奠定基礎。

光刻工藝占集成電路制造總耗時的約50%，成本約占生產總成本的1/3。其核心步驟“顯影”通過溶解光刻膠的曝光區域，將電路圖案精確轉移到硅片上。隨著芯片特征尺寸不斷縮小，光刻膠需滿足更高分辨率、對比度和敏感度的要求。目前，光刻膠按應用領域可分為半導體、面板和PCB三類，其中半導體光刻膠的技術門檻最高，市場長期被東京應化、信越化學等國際巨頭壟斷。

近年來，受多重因素推動，我國半導體產業自主可控步伐加快，光刻膠作為關鍵環節，其國產化替代進程顯著提速。從需求端看，半導體光刻膠的技術壁壘最高，而KrF等中高端產品的國產化突破，正逐步改變全球市場格局。