近日，清华大学化学系许华平教授团队在极紫外（EUV）光刻材料上取得了重要进展，成功开发出一种基于聚碲氧烷（Polytelluoxane, PTeO）的新型光刻胶。这一成果为先进半导体制造中的关键材料提供了全新的设计策略。
光刻胶是半导体制造过程中的关键材料，在光照下会发生化学反应。在芯片制造流程中，将光刻胶均匀涂布在硅片表面，利用光掩膜进行曝光，再经过一系列化学处理和洗涤工序，把需要加工的芯片图形精准转移至硅片表面，从而实现芯片产品的精密加工和制造。光刻胶不仅是半导体生产线必不可少的工具，更是实现微米级别精密加工的关键材料，能够有效控制芯片制造的精度和质量，确保芯片产品具备高品质、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。
理想的EUV光刻胶应具备高EUV吸收能力、高能量利用效率、分子尺度的均一性以及尽可能小的构筑单元。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，成功开发出一种全新的EUV光刻胶，完美满足了上述条件。在研究中，团队将高EUV吸收元素碲通过Te─O键直接引入高分子骨架中。碲具有除惰性气体元素氙、氡和放射性元素砹之外最高的EUV吸收截面，其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。Te─O键较低的解离能在吸收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光刻胶提供了清晰且可行的路径。
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。相关成果发表于《科学进展》期刊。清华大学化学系2024级博士生周睿豪为论文第一作者，许华平教授为通讯作者，马克·奈瑟与谭以正为共同通讯作者。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长期的技术积累和市场优势，在高端光刻胶领域占据主导地位。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为国产半导体行业的发展打开新的大门，有望打破国际巨头在高端光刻胶领域的垄断，为我国半导体产业的自主可控发展提供有力支撑。
