登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《约翰斯·霍普金斯大学突破芯片制造极限：新型金属有机光刻胶助力纳米级电路雕刻》

  • 来源专题：新一代信息技术
  • 编译者： 刘飞
  • 发布时间：2025-09-19

  • 约翰斯·霍普金斯大学研究团队在《自然·化学工程》发表革命性微芯片制造技术，通过新型金属有机光刻胶（metal-organic resists）和化学液相沉积（CLD）工艺，实现比当前10纳米标准更精细的电路雕刻。该技术利用锌等金属与咪唑类有机物的组合，有效吸收"超极紫外光"（B-EUV）并引发精准化学反应，为未来十年芯片制造工艺升级铺平道路。

    研究团队发现金属有机物光刻胶（锌+咪唑）相比传统材料对B-EUV辐射具有更强吸收和反应效率，使更高精度雕刻成为可能。开发化学液相沉积（CLD）技术，可在硅晶圆上实现纳米级厚度控制的溶液沉积，突破传统气相沉积的效率和精度限制。不同金属-有机物组合适配不同辐射波长（锌在B-EUV波段表现优异），为多波长光刻系统提供材料库支持。

    研究团队已开始测试10余种金属与数百种有机物的组合优化，预计B-EUV光刻技术将在未来10年内投入量产。该技术得到布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室等机构联合验证，标志着产学研协同创新模式在半导体领域的成功实践。

    该项研究突破当前EUV光刻精度极限，支持3纳米以下制程工艺发展。有效成本控制，溶液沉积工艺相比气相沉积更具经济性，有望降低先进制造成本。为全球芯片制造设备商提供替代技术路径，减少对单一光刻技术的依赖。此项突破将推动智能手机、汽车电子、航空设备等所有依赖微芯片的行业向更小、更快、更节能的方向发展。

  • 原文来源：http://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250912195126.htm
30浏览量
原文链接
相关报告

  • 《突破 | 高光灵敏度光刻胶在微纳增材制造打印速率方面实现突破》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2023-11-17
    • 近期，清华大学核能与新能源技术研究院何向明研究员、徐宏副教授团队和浙江大学光电科学与工程学院匡翠方教授团队合作研发了一种基于金属氧化物杂化纳米颗粒的高光灵敏度光刻胶材料。合作研究团队利用光致极性变化原理研发出的光刻胶在光刻曝光时能够高效发生化学反应，并显著改变其在显影剂中的溶解性，成功将双光子光刻技术的打印制造速率提升至了米/秒级，比常规的双光子光刻适用的打印速率（通常为微米/秒到毫米/秒级）快了3-5个数量级，大幅提高了双光子光刻技术的制造效率。 双光子光刻技术是一种微纳米级增材制造打印技术，其利用光刻前后光刻胶的溶解度变化来实现精细结构的制造。双光子光刻技术利用高数值孔径的物镜对激发光束进行聚焦，使其在空间上形成亚微米级尺度的焦点。焦点处的光刻胶能够发生双光子吸收效应，进而引发化学反应，使得光刻胶的溶解度发生变化。通过控制焦点的移动路径，在显影过后就可以得到打印出的三维立体微结构。然而，常规的双光子光刻的打印速率（即双光子线性扫描速率）较慢，通常为微米/秒到毫米/秒级，在制造较大体积的微结构时需要耗费极长的时间，这成为了限制双光子光刻技术大规模实际应用的瓶颈难题。要使双光子光刻技术能够成为现实可行的大规模微结构制造技术，在保持微纳米级打印精度的同时，打印制造速率需要提升几个数量级。 为了解决双光子光刻技术打印速率慢的难题，研究团队利用光致极性变化原理研发了一种基于金属氧化物杂化纳米颗粒的高光灵敏度双光子光刻胶材料。与传统的聚合物基光刻胶不同，该光刻胶的成膜树脂是氧化锆杂化纳米颗粒，其由氧化锆内核和甲基丙烯酸配体外壳组成。2,4-双（三氯甲基）-6-对甲氧基苯乙烯基-1,3,5-三嗪（BTMST）作为该光刻胶体系的光敏剂，光刻曝光时引发氧化锆杂化纳米颗粒的化学反应。为了实现高速双光子光刻，研究团队自主搭建了一台配备了转镜扫描系统的双光子光刻设备。利用该台双光子光刻设备，氧化锆杂化光刻胶能够适配7.77 m/s的双光子打印速率，比传统的聚合物基光刻胶的适用打印速率快了3-5个数量级。此外，氧化锆杂化光刻胶还具有微纳米级的打印精度，曝光线条的线宽能够小至38 nm。研究团队进一步研究发现，氧化锆杂化光刻胶的高光灵敏度是由氧化锆杂化纳米颗粒的高效光致极性变化引起的。 氧化锆杂化光刻胶由光敏剂BTMST、氧化锆杂化纳米颗粒和溶剂丙二醇单甲醚乙酸酯组成。氧化锆杂化纳米颗粒具有约46 wt%的无机含量，并且含有许多易带电荷的Zr（IV）和O原子；然而，表面配体外壳能够对无机内核进行有效的电荷屏蔽，使得氧化锆杂化纳米颗粒的整体外表面呈现中性。中性的外表面使得氧化锆杂化纳米颗粒在有机溶剂中具有很高的溶解度。通过旋涂/软烘法将氧化锆杂化光刻胶在玻璃基片上制成光刻胶膜，并使用油浸式双光子光刻模式对光刻胶膜进行打印曝光（图1）。 图1. 双光子光刻系统及其打印速率挑战示意图。 研究团队自主搭建了一台配备了转镜扫描系统的双光子光刻设备（780 nm飞秒光源），该台设备能够实现米/秒级的双光子光刻打印。利用该台光刻设备，氧化锆杂化光刻胶能够适配7.77 m/s的双光子打印速率，打印线条的线宽为172 nm。米/秒级的双光子打印速率比传统的聚合物基光刻胶（微米/秒到毫米/秒级）快了3-5个数量级。利用氧化锆杂化光刻胶，研究团队在米/秒级的双光子打印速率下刻写了一些2D和3D的结构图形，例如1 cm2面积的正方形光栅图形和~1 mm3体积的3D微透镜阵列图形（图2）。 图2. 氧化锆杂化光刻胶在配备了转镜扫描系统的双光子光刻设备（780 nm飞秒光源）下的双光子光刻性能。 研究团队还自主搭建了一台配备了振镜扫描系统的双光子光刻设备（532 nm飞秒光源）。利用该台光刻设备，氧化锆杂化光刻胶能够打印出38 nm线条线宽的图形；光刻图形的最小可分辨间距能够达到150 nm。此外，研究团队还打印了一些复杂的3D微结构，例如空心的富勒烯结构和超材料立方体结构等（图3）。 图3. 氧化锆杂化光刻胶在配备了振镜扫描系统的双光子光刻设备（532 nm飞秒光源）下的双光子光刻性能。 研究团队利用DFT-COSMO方法对光刻胶组分结构的电荷密度分布进行了模拟预测（图4）。曝光前，氧化锆杂化纳米颗粒以及纳米颗粒的聚集体的表面电荷呈现中性；然而，曝光后，氧化锆杂化纳米颗粒阳离子以及纳米颗粒阳离子的聚集体的表面带有明显的正电荷。研究团队根据模拟计算和光谱实验的结果，提出了该光刻胶可能的成像机理：光敏剂BTMST通过双光子吸收发生异裂，生成了活性阳离子。光敏剂活性阳离子进而诱导氧化锆杂化纳米颗粒的外层配体壳发生解离，外层配体壳受到破坏后生成了氧化锆杂化纳米颗粒阳离子。破坏纳米颗粒的外层电荷屏蔽壳会使得纳米颗粒之间产生强相互作用力，导致纳米颗粒发生聚集。氧化锆杂化纳米颗粒阳离子及其聚集体的分子极性与原始的氧化锆杂化纳米颗粒的分子极性相差很大，这种高效的光致极性变化极大地改变了纳米颗粒在显影剂中的溶解性，从而实现了高速双光子光刻。 图4. 利用DFT-COSMO方法计算模拟光刻胶组分结构的表面电荷密度分布情况 研究团队研发了一种可实现高速双光子光刻的高光灵敏度氧化锆杂化光刻胶，以解决双光子光刻技术打印速率慢的难题。氧化锆杂化纳米颗粒的高效光致极性变化使得曝光后的光刻胶在显影剂中的溶解性发生了明显改变。为了体现氧化锆杂化光刻胶高光灵敏度的优势，研究团队自主搭建了一台配备了转镜扫描系统的双光子光刻设备，并利用氧化锆杂化光刻胶实现了7.77 m/s的双光子光刻打印速率。在打印精度方面，研究团队通过优化双光子曝光-显影工艺，获得了线宽为38 nm的光刻图形。该项工作研发的高光灵敏度光刻胶材料能够显著提高双光子光刻技术的打印速率，并大幅缩短双光子光刻制造所需的时间，有望推动双光子光刻技术在微纳增材制造领域的大规模实际应用。
    418浏览量
    原文链接

  • 《国产光刻胶通过验证》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：胡思思
    • 发布时间：2024-10-21
    • 据“中国光谷”消息，光谷企业近日在半导体专用光刻胶领域实现重大突破：武汉太紫微光电科技有限公司推出的T150 A光刻胶产品，已通过半导体工艺量产验证，实现配方全自主设计，有望开创国内半导体光刻制造新局面。 该产品对标国际头部企业主流KrF光刻胶系列。相较于被业内称之为“妖胶”的国外同系列产品UV1610，T150 A在光刻工艺中表现出的极限分辨率达到120nm，且工艺宽容度更大，稳定性更高，坚膜后烘留膜率优秀，其对后道刻蚀工艺表现更为友好，通过验证发现T150 A中密集图形经过刻蚀，下层介质的侧壁垂直度表现优异。 据悉，太紫微公司由华中科技大学武汉光电国家研究中心团队创立。该团队立足于关键光刻胶底层技术研发，在电子化学品领域深耕二十余载。武汉光电国家研究中心是科技部于2017年批准建设的第一批，也是唯一的一批6个国家研究中心之一，其前身为2003年获批的武汉光电国家实验室（筹）。 据天眼查信息显示，太紫微公司成立于2024年5月31日，注册资本200万元，实控人为朱明强，最终受益股份77%。除了朱明强本人外，太紫微公司的另外两家股东，湖北高碳光电科技有限公司、武汉市马斯洛普管理咨询合伙企业，朱明强则分别持股100%和8%。 对于此次突破，部分行业人士表示，在KrF系列光刻胶产品中，T150 A对标的UV1610产品算是“比较常用的胶”，需求量比较大，目前对于UV1610产品北京科华、徐州博康等国内厂商有能力生产。1、国产光刻胶进程目前，我国集成电路用半导体光刻胶尤其是高端产品仍高度依赖进口，其中日本是我国光刻胶第一大进口来源国。据中国海关总署数据，2023年我国感光化学品进口总额21.77亿美元，从日本进口额11.49亿美元，占比52.8%。至2024年1-6月份，从日本进口额为6.38亿美元，同比增长16.7%。其中今年Q2季度进口总额3.38亿美元，同比增长15.6%，环比增长12.6%。日本进口平均占比约51.5%，近年来占比处于历史高位。 从全球光刻胶市场格局看，日美厂商占据了全球光刻胶市场大部分份额，日本合成橡胶（JSR）、日本东京应化、美国杜邦-罗门哈斯、日本信越化学、日本住友化学、日本富士电子材料六家大厂高度垄断了半导体光刻胶的大部分市场。并且目前日韩、欧美主要厂商已实现高端制程光刻胶的量产。作为对比，我国光刻胶国产化率还较低。综合行业各方数据显示，KrF光刻胶整体国产化率不足5%，ArF光刻胶整体国产化率不足 1%。 我国光刻胶加速发展可以追溯到21世纪。2018年5月，国家科技重大专项中的极紫外光刻胶项目顺利通过国家验收，标志着中国在高端光刻胶领域的重大进步。此后2019年11月，8种"光刻胶及其关键原材料和配套试剂"入选工信部的重点新材料指导目录，并且我国先后发布《新材料关键技术产业化实施方案》、《关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》等鼓励性、支持性政策，推动我国国产光刻胶加速突破。 而从国内光刻胶产业链相关企业发展情况看，国产光刻胶在近年来发展迅速。目前，中国已经成为全球最大的光刻胶市场之一。国内有数十家企业涉足光刻胶领域，其中一些企业已经取得了不错的成绩。让我们来认识几个代表性的"选手"：2、我国科研团队突破新型光刻胶技术今年4月，九峰山实验室、华中科技大学组成联合研究团队，依托九峰山实验室工艺平台，支持华中科技大学团队突破“双非离子型光酸协同增强响应的化学放大光刻胶”技术。该成果以“Dual nonionic photoacids synergistically enhanced photosensitivity for chemical amplified resists”为题，在国际顶级刊物Chemical Engineering Journal上发表。这一具有自主知识产权的光刻胶体系已在产线上完成了初步工艺验证，并同步完成了各项技术指标的检测优化，实现了从技术开发到成果转化的全链条打通。 据悉，该研究通过巧妙的化学结构设计，以两种光敏单元构建“双非离子型光酸协同增强响应的化学放大光刻胶”，最终得到光刻图像形貌与线边缘粗糙度优良、space图案宽度值正态分布标准差（SD）极小（约为0.05）、性能优于大多数商用光刻胶，且光刻显影各步骤所需时间完全符合半导体量产制造中对吞吐量和生产效率的需求。据悉，该研究成果有望为光刻制造的共性难题提供明确的方向，同时为EUV光刻胶的着力开发做技术储备。 徐州博康 近期，据徐州博康信息化学品有限公司博康光刻胶事业部总经理杜光宇披露，徐州博康已成功开发ArF/KrF单体及光刻胶、I线光刻胶、封装光刻胶、电子束光刻胶等系列产品。具备干法ArF及湿法ArF光刻胶的技术能力，干法ArF可应用于90nm/65nm/55nm节点。湿法ArF可应用于40nm/28nm节点，在现有技术产品基础上积极开发14nm及以下工艺节点应用的更先进的湿法ArF光刻胶材料。 公开资料显示，徐州博康成立于2010年3月，是专注于中高端光刻胶及相关原材料研发制造的国家高新技术企业，目前在江苏邳州、浙江东阳有两个生产基地。其中，徐州市邳州生产基地占地200亩，于2021年上半年完成建设，已正式投产，可年产1100吨光刻材料及10000吨电子级溶剂。今年9月14日，根据采招网信息，徐州博康信息化学品有限公司年产1406吨光刻材料及152吨光刻胶技改项目备案。 彤程新材 据彤程新材披露的上半年财报显示，彤程新材半导体光刻胶业务实现营业收入1.28亿元，同比增长54.43%；得益于产业的复苏、公司新品的大规模上量以及彤程电子生产厂区的投产和用户验证推进，2024年上半年公司半导体业务发展迅速，销售收入增长率超过50%，为历史最高点。 据悉，中高档集成电路光刻胶产品已成为彤程新材产品的核心力量，从产品分类上看，2024年上半年公司KrF光刻胶产品增长率超过60%；化学放大型I线光刻胶得益于存储行业的飞速发展，增长率超过500%，是增长最快的产品序列。除了传统优势产品外，2024年上半年公司已导入多款高分辨KrF、ArF光刻胶（含干式和浸润式）和BARC底部抗反射涂层等产品在客户端验证，并陆续通过客户产品认证，其中ArF光刻胶已开始形成销售。 在溶剂领域，彤程新材借由高纯试剂的生产能力，实现半导体暨显示光刻胶产品的溶剂自产模式。2024年上半年高规光刻胶配套试剂EBR G5等级已实现正式量产出货，并且提供高规槽车并导入客户端开始验证，预计下半年逐步上量。目前公司是国内唯一能自产自销，并达量产规模高纯试剂EBR G5等级的本土光刻胶供应商。而在研发方面，彤程新材I线光刻胶部分新产品在重点12寸客户获得验证通过并得到快速上量。 晶瑞电材 是国内最早规模量产光刻胶公司之一，其全资子公司苏州瑞红早在1993年开始光刻胶生产，承担并完成了国家02专项i线光刻胶产品开发及产业化项目。据悉，到目前已经拥有g线、i线、KrF等上百个型号产品。i线光刻胶已向国内中芯国际、长鑫存储等知名大尺寸半导体厂商大批量供货，多款KrF光刻胶已量产并供应多家半导体客户。同时还启动了ArF光刻胶研发工作正式启动。公司目前光刻胶产品，有30%用于面板LCD领域，70%用于半导体领域。 除了历史悠久，经验丰富之外，公司在光刻胶方面有一个很大优势，就在于自己拥有5台光刻机，这一点与程彤新材旗下子公司北京科华类似。公司2020年购买了阿斯麦1900 Gi型光刻机，2021年下半年购入了尼康KrF S207光刻机及配套设备。并已建成ArF和KrF光刻实验室，有5台光刻机为核心的光刻胶研发测试平台，可为公司产品研发测试、客户验证等提供全面的核心设备保障。 上海新阳 上海新阳在光刻胶产品方面覆盖较为全面，涉及i线、KrF、ArF干法以及ArF浸没式光刻胶。公司致力于突破高端光刻胶技术，特别是在ArF浸没式光刻胶方面，产品已达到较高技术水平，适用于28纳米及以上的集成电路制造工艺。 今年3月，上海新阳发布公告称公司拟以增资方式投资浙江新盈电子材料有限公司（以下简称“浙江新盈”）。据悉，浙江新盈设立时注册资本金为3500万元，现上海新阳认缴出资500万元对该公司增资。此次增资完成后，公司直接持有浙江新盈12.5%的股份。据悉，浙江新盈具有光刻胶树脂等原材料产品研发团队，具备光刻胶树脂等原材料研发、生产工艺技术及质量管控、客户技术服务能力等专有技术。 南大光电 今年6月，南大光电在最新的机构调研中透露，公司始终坚持从原材料到产品的完全自主化研发路线。其光刻胶研发中心已具备研制功能单体、功能树脂、光敏剂等关键原材料的能力，实现了从光刻胶原材料到配套材料的全部自主化。在光刻胶领域，南大光电已取得了显著进展。据了解，公司研发的多款ArF光刻胶正在国内主要集成电路芯片制造企业进行验证，并已通过验证的三款ArF光刻胶实现了少量销售，质量稳定。 此外，还有多家企业在光刻胶领域进行研发和生产，如厦门恒坤新材料、鼎龙股份、万华电子材料、珠海基石、苏州润邦半导体、威迈芯材、微芯新材、河北凯诺中星等等。也在为光刻胶生产提供重要的原材料支持。这些企业的不断发展，推动了国内光刻胶市场的快速增长。
    1064浏览量
    原文链接