EUV光刻膠！清華大學取得重要進展_風聞

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清華大學開發出一種基於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，開發出一種基於聚碲氧烷（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。通過將光刻膠塗布在硅片表面，再利用光掩膜進行曝光，並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製造。

光刻膠在半導體芯片製造中扮演着關鍵的角色。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製造的精度和質量，保證芯片產品的高品質、高穩定性和高性能。

隨着集成電路工藝向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製造的核心技術。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，但常面臨結構複雜、組分分佈不均、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；

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，避免組分隨機分佈與擴散帶來的缺陷噪聲；

4、儘可能小的構築單元，以消除基元特徵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於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吸收能力遠高於傳統光刻膠中的短週期元素和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後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，於7月16日發表於《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，國際光刻膠巨頭憑藉其長期的技術積累和市場優勢，在高端光刻膠領域佔據了主導地位。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於研發，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製造企業建立了長期穩定的合作關係，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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