近日，清华大学化学系许华平教授团队在极紫外（EUV）光刻材料研究上取得重要突破，开发出基于聚碲氧烷的新型光刻胶，为先进半导体制造关键材料提供新设计策略，相关成果已于7月16日发表于《科学进展》期刊，该研究获得国家自然科学基金资助。这一成果不仅为我国在EUV技术领域突破助力，更为国产半导体行业发展带来新希望，尽管距离实际应用仍有距离，但无疑意义重大。
芯片制造的关键材料与技术难题
随着集成电路工艺向7nm及以下节点推进，13.5nm波长的EUV光刻成为先进芯片制造核心技术。然而，EUV光源反射损耗大、亮度低，对光刻胶在吸收效率、反应机制和缺陷控制等方面提出更高要求。当前主流EUV光刻胶多依赖化学放大机制或金属敏化团簇提升灵敏度，却常面临结构复杂、组分分布不均、反应易扩散、易引入随机缺陷等问题。构建理想光刻胶体系，成为EUV光刻材料领域核心挑战。学界认为，理想EUV光刻胶应具备高EUV吸收能力、高能量利用效率、分子尺度均一性、尽可能小的构筑单元这四项关键要素，但长期以来，鲜有材料体系能同时满足。
清华团队的创新突破
许华平教授团队基于早期发明的聚碲氧烷开发出全新EUV光刻胶，成功攻克难题。团队将高EUV吸收元素碲（Te）通过Te─O键引入高分子骨架，碲的EUV吸收能力远高于传统光刻胶中的元素，显著提升吸收效率。同时，Te─O键较低解离能使其吸收EUV后可直接主链断裂，实现高灵敏度正性显影。且该光刻胶仅由单组份小分子聚合而成，在极简设计下整合了理想光刻胶特性。在满足标准的同时，该光刻胶在13.1 mJ/cm2的剂量下实现了18 nm的综合线宽 ，线边缘粗糙度为1.97 nm。
成果发表与团队协作
7月16日，相关成果以“聚碲氧烷作为EUV光刻胶的理想配方”为题，发表在《科学进展》期刊。论文第一作者是清华2024级博士生周睿豪，通讯作者是许华平教授，还有清华大学集成电路学院客座教授马克·奈瑟与江南大学化学与材料工程学院谭以正副教授共同参与，该研究得到国家自然科学基金重点项目的资助支持。
对我国半导体产业的重要意义
光刻作为半导体晶圆制造重要环节，国产化迫在眉睫。长期以来，受出口限制影响，中国大陆虽为全球重要半导体市场，却无法获得ASML的EUV光刻机及部分先进DUV光刻机。清华团队此次进展，助力我国在EUV技术领域突破，为7nm及以下芯片制造扫清材料障碍。尽管从实验室到实际应用还有待时日，需解决量产稳定性、成本及环境风险等问题，但这一成果为国产半导体行业发展打开新大门，具有重要意义。
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