化学系团队合作开发出理想的极紫外（EUV）光刻胶材料
清华新闻网7月23日电 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。
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。
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