在生产更薄、计算能力更强的微芯片方面，我们取得了重大进展。五十多年来，基于光的光刻技术在推动半导体技术发展方面发挥了重要作用，实现了电子元件、电路和超薄半导体芯片的精密打印。这种方法代表了精密制造的巅峰。

该领域的最新发展——极紫外光刻技术(EUVL)——在生产快速高效的计算机芯片方面发挥着关键作用，这些芯片支持着人工智能、现代电子技术、5G 技术和量子机器学习的进步。本文讨论了基于光的光刻技术在生产更薄、更高效的微芯片方面的重要性。

光刻技术在半导体行业中的重要性

光刻技术，又称基于光的光刻技术，是半导体制造中最广泛使用的技术。这些芯片包含微型晶体管——用于处理和存储数据的微型硅开关。

随着芯片上晶体管数量的增加，其快速计算和处理数据的能力也随之提升。多年来，光刻技术的进步使得使用更短波长的光成为可能，从而实现了更小的晶体管，并带来了更薄的芯片和更快的处理速度。

光刻技术的核心是将光学图像投射并记录到光刻胶（一种感光材料）上，从而在芯片上创建精确的图案。这些记录图像的质量直接影响后续制造阶段生产的电子元件的性能。

目前，化学增幅光刻胶（CAR）是这项技术的基础。这类光刻胶由聚合物核心、光酸产生剂（PAG）以及其他受保护基团和猝灭剂组成。

在光刻过程中，光与光引发剂（PAG）的相互作用会导致质子的发射。这些质子在材料中扩散，导致功能基团溶解度发生显著变化，从而形成亲水性的脱?；せ?。

在显影阶段，这些亲水基团会溶解，留下光刻胶的未曝光区域，这些区域具有称为线宽粗糙度 (LWR) 的特征起伏。此过程对于创建定义现代微芯片的复杂图案至关重要。

一种常见的技术是投影印刷，它需要在半导体晶圆上涂覆一层聚合物，并在光线穿过掩模时将其暴露在紫外线下。光学元件将掩模的图像聚焦到晶圆表面，从而确保产生高分辨率图案。

对微芯片小型化的影响

集成电路 (IC) 制造行业发生了翻天覆地的变化，使得晶体管特征尺寸更小、效率更高的集成电路得以开发。光刻技术在生产微米级和纳米级半导体芯片方面发挥了重要作用。

传统的光刻方法使用波长在 193 nm 至 248 nm 之间的光源。为了获得更短的波长，引入了极紫外光刻 (EUVL) 技术，利用锡 (Sn) 等离子体产生的 13.5 nm 光子以及反射镜和光学元件网络将图案投射到硅晶圆上。

根据瑞利准则，较短波长的光源可用于制造特征尺寸较小的纳米结构。EUVL技术能够进一步缩小特征尺寸，从而提高微芯片效率并缩短制造时间。

EUVL 技术的发展，从制造微米级结构到如今的高分辨率纳米图案，都得益于半导体材料、光源和光掩模的进步。随着先进光刻胶材料研究的不断深入，未来有望实现更高效的半导体芯片和更小的集成电路。

技术进步

分辨率达 5 纳米的 EUV 干涉光刻技术 (EUV-IL)

保罗·谢勒研究所的研究人员最近利用EUV-IL技术，通过一种基于镜面的新型技术，生产出更高效、更密集的微芯片。这一突破实现了光刻胶材料线图案化，分辨率达到5纳米，这在半导体制造领域是一项重大成就。此前，实现低于10纳米分辨率的图案化几乎是不可能的。

新颖的 EUV 镜面干涉光刻 (MIL) 方法涉及通过相同的镜子反射两束相干光束，从而产生干涉图案，其中间距通过调整掠射角和光源波长来控制。

为了实现这些成果，研究人员在保罗谢尔研究所的 XIL-II 光束线上使用了 EUV-IL 工具，为科学和工业应用树立了新标准，特别是在先进光刻胶和底层材料的开发方面。

新型光刻胶材料的开发

自 2019 年以来，EUVL 已成为量产 (HVM) 的领先技术，取代了传统的深紫外光刻 (DUVL)。然而，光刻技术的进步也带来了挑战。随着光源波长的减小，光子能量的增加，导致光刻胶降解和随机效应加剧。

当前的EUVL光刻胶系统需要优化才能实现超高分辨率图案化。因此，对能够高效吸收EUV光子的先进光刻胶的需求日益增长。

为了解决这个问题，研究人员开发了基于含有t -Boc 保护基团的芘衍生物的新型分子玻璃光刻胶。芘核心连接多个苯环，具有抗蚀刻性和热稳定性，而t -Boc 基团则作为酸敏元素，能够在较低曝光剂量下实现溶解转变。

Pyr-4Boc 和 Pyr-8Boc 这两种材料均表现出优异的热性能和成膜性能，适合用作正性光刻胶。测试表明，它们的初始分解温度高于 170°C，证实了它们适用于高分辨率应用。

两种材料的均方根 (RMS) 粗糙度均低于 0.4 纳米，表明它们具有形成稳定薄膜的潜力。其中，Pyr-4Boc 性能更佳，与 Pyr-8Boc 相比，其分辨率更高（半间距 25 纳米），灵敏度更高（50 μC/cm 2），对比度更高（4.9）。

此外，Pyr-Boc 光刻胶表现出优异的耐蚀刻性，其中 Pyr-4Boc 的蚀刻选择性是商用 PMMA 光刻胶 (950k) 的两倍。这些特性使 Pyr-Boc 光刻胶成为高分辨率光刻应用的有力候选材料，并能提供更优异的性能。

结论：克服未来微芯片的光刻挑战

短波长光源的采用显著提升了光刻性能，从而能够生产出更高效的微芯片。尽管极紫外光刻 (EUVL) 等工艺不断发展，但挑战依然存在，尤其是光刻胶材料的降解问题。

解决这些问题需要开发新型光刻材料。该领域的持续研究有望进一步提升微芯片的性能。

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