EUV光刻胶是半导体制造工艺中使用的光敏材料，特别是在先进的光刻技术中。这些材料必须能够承受高能EUV光子，并提供高分辨率的图案化能力。开发EUV光刻胶材料的一些挑战是，它们需要对短波长高度敏感，实现高分辨率对于在3nm下生产复杂和小规模的图案至关重要，最大限度地减少线边缘粗糙度，并且除气（污染）给制造商带来了维持生产的问题。
这些创新材料通常被归类为化学放大光刻胶 （CAR）、非化学放大光刻胶、无机 EUV 光刻胶和混合 EUV 光刻胶，具体取决于其配方或成分。当暴露在EUV光下时，它们会发生化学或物理变化，从而能够将图案准确地转移到表面上。
EUV光刻胶材料是光敏物质，当暴露于高能EUV光子时会发生化学变化。EUV光子从光敏化合物中产生光酸。这种酸催化抗蚀剂聚合物中的脱保护反应，使其更易溶于显影液。扩增的反应可提高灵敏度并实现高分辨率图案化。随着半导体节点向更小的规模发展，保持分辨率、灵敏度和图形保真度变得更加复杂和具有挑战性。目前正在研究开发新的材料、机制和加工技术，以应对这些挑战并实现进一步的小型化。
极紫外光刻胶材料的种类
化学放大光刻胶：化学放大光刻胶是最常用的EUV光刻胶。它们采用光酸发生器 （PAG），在暴露于 EUV 光子时产生酸。这种酸催化光刻胶中的化学反应，导致显影过程中暴露区域的溶解。CAR 以其高灵敏度而闻名，使其适用于低剂量 EUV 暴露并提高半导体制造过程中的吞吐量。它们可能会在光学器件、显示器和先进封装中找到应用。
无机EUV光刻胶：具有不同EUV吸收系数和高刻蚀性的无机光刻胶材料对于解决一些存在的问题很重要。因此，许多研究人员开始研究无机材料在光刻胶领域的应用。这些材料与有机CAR不同，因为它们由无机材料组成，例如金属氧化物或含金属化合物。它们通过将丙烯酸作为有机配体的金属氧化物系统应用于EUV光刻来工作。与有机光刻胶相比，无机光刻胶有望提供更高的热稳定性和更低的释气。它们可能会在极端环境或专门的半导体工艺中得到应用。
非化学放大光刻胶：与CAR不同，非化学放大的光刻胶不依赖于酸催化反应。相反，它们在EUV暴露时直接发生光解反应，导致溶解度发生变化。这些材料通常需要更高剂量的 EUV 光进行图案化，并且正在探索特定应用和工艺要求。
混合EUV光刻胶： 混合EUV光刻胶结合了有机和无机元素，以利用这两种材料类型的优势。这些材料的工作原理是选择用于配体交换反应后纯化步骤的树脂，即用叔胺、哌啶和二甲胺官能化的聚苯乙烯树脂。这些材料旨在提供更高的灵敏度、分辨率和热稳定性，解决纯有机或无机光刻胶的一些局限性。
EUV光刻胶开发中的主要挑战
EUV 灵敏度：灵敏度是EUV光刻的主要挑战之一;开发和优化能够有效吸收EUV光并与之反应以在半导体晶圆上产生精确图案的光刻胶材料是很困难的。EUV光子稀缺且昂贵，因此需要具有高灵敏度的光刻胶材料，以便在制造过程中实现每小时100至120片晶圆的足够吞吐量。
分辨率和 LER：随着特征尺寸的减小，在不过度的线边缘粗糙度 （LER） 的情况下保持高分辨率变得成问题。由于光子能量高，EUV光刻胶LER的一个重要潜在来源是光子散粒噪声。LER的挑战包括最大限度地减少形成晶体管特征的显现光刻胶线边缘的不规则性或粗糙度。过高的 LER 会导致晶体管性能变化和芯片良率降低。制造商需要优化光刻胶配方和工艺条件，以实现 2 nm 的 LER，但灵敏度仅为 70 mJ/cm，并且晶体管特征上的边缘更平滑、更精确。
除气：EUV光刻中的除气问题是指在暴露于EUV光下时，光刻胶中释放出挥发性有机化合物（VOCs）或其他材料。这些脱气材料可能会污染周围环境，包括EUV光刻设备中使用的光学器件和反射镜。污染会降低设备性能和产量，同时增加维护要求。控制和最大限度地减少释气对于保持整个EUV光刻工艺的可靠性和效率至关重要。
热稳定性：EUV暴露会产生相当大的热量，因此需要在高能量条件下使用稳定的光刻胶材料。许多应用需要具有出色热稳定性的涂层。大多数市售去除剂在高达 130°C 的热负荷后会迅速溶解光刻胶层。
新型EUV光刻胶材料的重大进展
高灵敏度、低剂量材料：研究人员正在探索创新的化学放大光刻胶，即使在较低剂量下也能对EUV光子产生强烈反应，从而将吞吐量提高到每小时100片晶圆并降低制造成本。
改进的分辨率和 LER 控制：化学放大和无机光刻胶等新型材料旨在减轻 LER，同时保持高分辨率图案化能力。先进的化学原子光刻胶成分和独特的聚合物结构在实现对 EUV 光的更高灵敏度、提高对比度和将 LER 降低到 2nm 以下方面发挥着至关重要的作用。
减少释气：低释气光刻胶的开发确保了更清洁的EUV曝光，从而提高了产量和半导体器件的可靠性。减少释气对于保持EUV光刻工艺的清洁度和完整性至关重要，因为EUV光刻工艺对污染物高度敏感。半导体制造商与材料供应商和设备制造商密切合作，以确保EUV光刻工艺中使用的光刻胶和其他材料满足严格的除气要求，并有助于生产高质量的半导体器件。
热稳定性解决方案：为了应对EUV光刻的热挑战，研究人员正在引入具有增强热稳定性的工程材料，从而在不影响性能的情况下延长曝光时间。
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