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助力先進半導體工藝技術革新
楊亮
4小時前
EUV“光刻膠” 清華大學?。旱弥匾M？展
2025-08-02 02:16:47
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本文由半導體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）綜合
清華大學開發(fā)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(fā)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(fā)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(jīng)過化學處理和洗滌，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。
光刻膠在半導體芯片制造中扮演著關鍵的角色。它不僅是半導體生產(chǎn)線中的必要工具，也是實現(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)點不斷推進，13.5nm波長的EUV光刻成為實現(xiàn)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(zhàn)。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(zhàn)。
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；
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(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(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，誘導溶解度變化，從而實現(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，在極簡的設計下實現(xiàn)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(fā)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”（PolytelluoxaneastheidealformulationforEUVphotoresist）為題，于7月16日發(fā)表于《科學進展》（ScienceAdvances）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（MarkNeisser）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(yōu)勢，在高端光刻膠領域占據(jù)了主導地位。這些企業(yè)不僅擁有先進的生產(chǎn)技術和設備，還具備強大的研發(fā)能力和豐富的市場經(jīng)驗。例如，日本JSR在光刻膠領域擁有超過50年的研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗，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(yōu)勢，形成了強大的競爭壁壘。清華大學的最新突破給國產(chǎn)半導體行業(yè)的發(fā)展打開新的大門。
*聲明：本文系原作者創(chuàng)作。文章內(nèi)容系其個人觀點，我方轉(zhuǎn)載僅為分享與討論，不代表我方贊成或認同，如有異議，請聯(lián)系后臺。
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