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EUV光刻膠！清華大學取得重要進展

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EUV光刻膠！清華大學取得重要進展

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EUV光刻膠！清華大學取得重要進展


本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）綜合
清華大學開發出一種基于聚碲氧烷的新型光刻膠 。

近日 ， 清華大學化學系許華平教授團隊在極紫外（EUV）光刻材料上取得重要進展 ， 開發出一種基于聚碲氧烷（Polytelluoxane PTeO）的新型光刻膠 ， 為先進半導體制造中的關鍵材料提供了新的設計策略 。
光刻膠是半導體制造過程中的一種關鍵材料 ， 它是一種在光照下發生化學反應的聚合物溶液 。 通過將光刻膠涂布在硅片表面 ， 再利用光掩膜進行曝光 ， 并經過化學處理和洗滌 ， 將需要加工的芯片圖形轉移至硅片表面 ， 使得芯片產品得到精密加工和制造 。
光刻膠在半導體芯片制造中扮演著關鍵的角色 。 它不僅是半導體生產線中的必要工具 ， 也是實現微米級別精密加工的必要材料 。 通過光刻膠的特殊性質 ， 芯片生產線可以有效的控制芯片制造的精度和質量 ， 保證芯片產品的高品質、高穩定性和高性能 。
隨著集成電路工藝向7nm及以下節點不斷推進 ， 13.5 nm波長的EUV光刻成為實現先進芯片制造的核心技術 。 但EUV光源反射損耗大、亮度低等特點 ， 對光刻膠在吸收效率、反應機制和缺陷控制等方面提出了更高挑戰 。 當前主流EUV光刻膠多依賴化學放大機制或金屬敏化團簇來提升靈敏度 ， 但常面臨結構復雜、組分分布不均、反應容易擴散 ， 容易引入隨機缺陷等問題 。 如何突破這些瓶頸 ， 構建理想光刻膠體系 ， 成為當前EUV光刻材料領域的核心挑戰 。
學界普遍認為 ， 理想的EUV光刻膠應同時具備以下四項關鍵要素：
1、高EUV吸收能力 ， 以減少曝光劑量 ， 提升靈敏度；
【EUV光刻膠！清華大學取得重要進展】2、高能量利用效率 ， 確保光能在小體積內高效轉化為光刻膠材料溶解度的變化；
3、分子尺度的均一性 ， 避免組分隨機分布與擴散帶來的缺陷噪聲；
4、盡可能小的構筑單元 ， 以消除基元特征尺寸對分辨率的影響 ， 減小線邊緣粗糙度（LER） 。 長期以來 ， 鮮有材料體系能夠同時滿足這四個標準 。
許華平教授課題組基于團隊早期發明的聚碲氧烷開發出一種全新的EUV光刻膠 ， 滿足了上述理想光刻膠的條件 。 在該項研究中 ， 團隊將高EUV吸收元素碲（Te）通過Te─O鍵直接引入高分子骨架中 。 碲具有除惰性氣體元素氙（Xe）、氡（Rn）和放射性元素砹（At）之外最高的EUV吸收截面 ， EUV吸收能力遠高于傳統光刻膠中的短周期元素和Zn、Zr、Hf和Sn等金屬元素 ， 顯著提升了光刻膠的EUV吸收效率 。 同時 ， Te─O鍵較低的解離能使其在吸收EUV后可直接發生主鏈斷裂 ， 誘導溶解度變化 ， 從而實現高靈敏度的正性顯影 。 這一光刻膠僅由單組份小分子聚合而成 ， 在極簡的設計下實現了理想光刻膠特性的整合 ， 為構建下一代EUV光刻膠提供了清晰而可行的路徑 。

聚碲氧烷：理想的EUV光刻膠材料
該研究提供了一種融合高吸收元素Te、主鏈斷裂機制與材料均一性的光刻膠設計路徑 ， 有望推動下一代EUV光刻材料的發展 ， 助力先進半導體工藝技術革新 。
相關成果以“聚碲氧烷作為EUV光刻膠的理想配方”（Polytelluoxane as the ideal formulation for EUV photoresist）為題 ， 于7月16日發表于《科學進展》（Science Advances）期刊 。
清華大學化學系2024級博士生周睿豪為論文第一作者 ， 2020級博士生曹木青參與了本工作 。 清華大學化學系許華平教授為通訊作者 ， 清華大學集成電路學院客座教授馬克·奈瑟（Mark Neisser）與江南大學化學與材料工程學院譚以正副教授為共同通訊作者 。 該研究得到國家自然科學基金重點項目的資助支持 。
目前 ， 國際光刻膠巨頭憑借其長期的技術積累和市場優勢 ， 在高端光刻膠領域占據了主導地位 。 這些企業不僅擁有先進的生產技術和設備 ， 還具備強大的研發能力和豐富的市場經驗 。 例如 ， 日本JSR在光刻膠領域擁有超過50年的研發和生產經驗 ， 其產品涵蓋了從g線、i線到KrF、ArF、EUV等全系列光刻膠 。 JSR每年投入大量的資金用于研發 ， 不斷推出新產品 ， 以滿足市場對高端光刻膠的需求 。 此外 ， JSR還與全球主要的芯片制造企業建立了長期穩定的合作關系 ， 進一步鞏固了其市場地位 。 其他國際巨頭如東京應化、信越化學、杜邦等也各自在光刻膠領域擁有獨特的優勢 ， 形成了強大的競爭壁壘 。 清華大學的最新突破給國產半導體行業的發展打開新的大門 。
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