何嘉儀

本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）綜合

清華大學(xué)開發(fā)出一種基于聚碲氧烷的新型光刻膠。

近日，清華大學(xué)化學(xué)系許華平教授團(tuán)隊在極紫外（EUV）光刻材料上取得重要進(jìn)展，開發(fā)出一種基于聚碲氧烷（Polytelluoxane,PTeO）的新型光刻膠，為先進(jìn)半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵材料提供了新的設(shè)計策略。

光刻膠是半導(dǎo)體制造過程中的一種關(guān)鍵材料，它是一種在光照下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(jìn)行曝光，并經(jīng)過化學(xué)處理和洗滌，將需要加工的芯片圖形轉(zhuǎn)移至硅片表面，使得芯片產(chǎn)品得到精密加工和制造。

光刻膠在半導(dǎo)體芯片制造中扮演著關(guān)鍵的角色。它不僅是半導(dǎo)體生產(chǎn)線中的必要工具，也是實(shí)現(xiàn)微米級別精密加工的必要材料。通過光刻膠的特殊性質(zhì)，芯片生產(chǎn)線可以有效的控制芯片制造的精度和質(zhì)量，保證芯片產(chǎn)品的高品質(zhì)、高穩(wěn)定性和高性能。

隨著集成電路工藝向7nm及以下節(jié)點(diǎn)不斷推進(jìn)，13.5nm波長的EUV光刻成為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)芯片制造的核心技術(shù)。但EUV光源反射損耗大、亮度低等特點(diǎn)，對光刻膠在吸收效率、反應(yīng)機(jī)制和缺陷控制等方面提出了更高挑戰(zhàn)。當(dāng)前主流EUV光刻膠多依賴化學(xué)放大機(jī)制或金屬敏化團(tuán)簇來提升靈敏度，但常面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組分分布不均、反應(yīng)容易擴(kuò)散，容易引入隨機(jī)缺陷等問題。如何突破這些瓶頸，構(gòu)建理想光刻膠體系，成為當(dāng)前EUV光刻材料領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。

學(xué)界普遍認(rèn)為，理想的EUV光刻膠應(yīng)同時具備以下四項關(guān)鍵要素：

1、高EUV吸收能力，以減少曝光劑量，提升靈敏度；

2、高能量利用效率，確保光能在小體積內(nèi)高效轉(zhuǎn)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(jī)分布與擴(kuò)散帶來的缺陷噪聲；

4、盡可能小的構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)。

許華平教授課題組基于團(tuán)隊早期發(fā)明的聚碲氧烷開發(fā)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(tuán)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(yuǎn)高于傳統(tǒng)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(fā)生主鏈斷裂，誘導(dǎo)溶解度變化，從而實(shí)現(xiàn)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(shè)計下實(shí)現(xiàn)了理想光刻膠特性的整合，為構(gòu)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(jī)制與材料均一性的光刻膠設(shè)計路徑，有望推動下一代EUV光刻材料的發(fā)展，助力先進(jìn)半導(dǎo)體工藝技術(shù)革新。

相關(guān)成果以“聚碲氧烷作為EUV光刻膠的理想配方”（PolytelluoxaneastheidealformulationforEUVphotoresist）為題，于7月16日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（ScienceAdvances）期刊。

清華大學(xué)化學(xué)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(xué)化學(xué)系許華平教授為通訊作者，清華大學(xué)集成電路學(xué)院客座教授馬克·奈瑟（MarkNeisser）與江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)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(xué)基金重點(diǎn)項目的資助支持。

目前，國際光刻膠巨頭憑借其長期的技術(shù)積累和市場優(yōu)勢，在高端光刻膠領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。這些企業(yè)不僅擁有先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，還具備強(qiáng)大的研發(fā)能力和豐富的市場經(jīng)驗(yàn)。例如，日本JSR在光刻膠領(lǐng)域擁有超過50年的研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，其產(chǎn)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(fā)，不斷推出新產(chǎn)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(yè)建立了長期穩(wěn)定的合作關(guān)系，進(jìn)一步鞏固了其市場地位。其他國際巨頭如東京應(yīng)化、信越化學(xué)、杜邦等也各自在光刻膠領(lǐng)域擁有獨(dú)特的優(yōu)勢，形成了強(qiáng)大的競爭壁壘。清華大學(xué)的最新突破給國產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展打開新的大門。

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