EUV光刻胶！清华大学取得重要进展_风闻

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

清华大学开发出一种基于聚碲氧烷的新型光刻胶。

近日，清华大学化学系许华平教授团队在极紫外（EUV）光刻材料上取得重要进展，开发出一种基于聚碲氧烷（Polytelluoxane, PTeO）的新型光刻胶，为先进半导体制造中的关键材料提供了新的设计策略。

光刻胶是半导体制造过程中的一种关键材料，它是一种在光照下发生化学反应的聚合物溶液。通过将光刻胶涂布在硅片表面，再利用光掩膜进行曝光，并经过化学处理和洗涤，将需要加工的芯片图形转移至硅片表面，使得芯片产品得到精密加工和制造。

光刻胶在半导体芯片制造中扮演着关键的角色。它不仅是半导体生产线中的必要工具，也是实现微米级别精密加工的必要材料。通过光刻胶的特殊性质，芯片生产线可以有效的控制芯片制造的精度和质量，保证芯片产品的高品质、高稳定性和高性能。

随着集成电路工艺向7nm及以下节点不断推进，13.5 nm波长的EUV光刻成为实现先进芯片制造的核心技术。但EUV光源反射损耗大、亮度低等特点，对光刻胶在吸收效率、反应机制和缺陷控制等方面提出了更高挑战。当前主流EUV光刻胶多依赖化学放大机制或金属敏化团簇来提升灵敏度，但常面临结构复杂、组分分布不均、反应容易扩散，容易引入随机缺陷等问题。如何突破这些瓶颈，构建理想光刻胶体系，成为当前EUV光刻材料领域的核心挑战。

学界普遍认为，理想的EUV光刻胶应同时具备以下四项关键要素：

1、高EUV吸收能力，以减少曝光剂量，提升灵敏度；

2、高能量利用效率，确保光能在小体积内高效转化为光刻胶材料溶解度的变化；

3、分子尺度的均一性，避免组分随机分布与扩散带来的缺陷噪声；

4、尽可能小的构筑单元，以消除基元特征尺寸对分辨率的影响，减小线边缘粗糙度（LER）。长期以来，鲜有材料体系能够同时满足这四个标准。

许华平教授课题组基于团队早期发明的聚碲氧烷开发出一种全新的EUV光刻胶，满足了上述理想光刻胶的条件。在该项研究中，团队将高EUV吸收元素碲（Te）通过Te─O键直接引入高分子骨架中。碲具有除惰性气体元素氙（Xe）、氡（Rn）和放射性元素砹（At）之外最高的EUV吸收截面，EUV吸收能力远高于传统光刻胶中的短周期元素和Zn、Zr、Hf和Sn等金属元素，显著提升了光刻胶的EUV吸收效率。同时，Te─O键较低的解离能使其在吸收EUV后可直接发生主链断裂，诱导溶解度变化，从而实现高灵敏度的正性显影。这一光刻胶仅由单组份小分子聚合而成，在极简的设计下实现了理想光刻胶特性的整合，为构建下一代EUV光刻胶提供了清晰而可行的路径。

聚碲氧烷：理想的EUV光刻胶材料

该研究提供了一种融合高吸收元素Te、主链断裂机制与材料均一性的光刻胶设计路径，有望推动下一代EUV光刻材料的发展，助力先进半导体工艺技术革新。

相关成果以“聚碲氧烷作为EUV光刻胶的理想配方”（Polytelluoxane as the ideal formulation for EUV photoresist）为题，于7月16日发表于《科学进展》（Science Advances）期刊。

清华大学化学系2024级博士生周睿豪为论文第一作者，2020级博士生曹木青参与了本工作。清华大学化学系许华平教授为通讯作者，清华大学集成电路学院客座教授马克·奈瑟（Mark Neisser）与江南大学化学与材料工程学院谭以正副教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金重点项目的资助支持。

目前，国际光刻胶巨头凭借其长期的技术积累和市场优势，在高端光刻胶领域占据了主导地位。这些企业不仅拥有先进的生产技术和设备，还具备强大的研发能力和丰富的市场经验。例如，日本JSR在光刻胶领域拥有超过50年的研发和生产经验，其产品涵盖了从g线、i线到KrF、ArF、EUV等全系列光刻胶。JSR每年投入大量的资金用于研发，不断推出新产品，以满足市场对高端光刻胶的需求。此外，JSR还与全球主要的芯片制造企业建立了长期稳定的合作关系，进一步巩固了其市场地位。其他国际巨头如东京应化、信越化学、杜邦等也各自在光刻胶领域拥有独特的优势，形成了强大的竞争壁垒。清华大学的最新突破给国产半导体行业的发展打开新的大门。

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