“芯”向未来 | 珀金埃尔默光刻胶解决方案（上篇）

作为当前技术发展的几个热点领域之一，芯片的设计和制造能力是衡量一个国家技术实力的重要指标，而光刻技术更是皇冠中的璀璨明珠，是促进所有电子器件性能换代提升的重中之重。每一次光刻工艺升级或技术突破都可以引爆超乎想象的前沿应用——诸如物联网高速升级、“元宇宙”的开启等等。因此，要把握电子信息领域的引领地位，发展光刻技术及相关领域的硬实力势在必行，而光刻胶在其中扮演了极其重要的角色。

那么究竟什么是光刻胶呢？

光刻胶是由树脂，感光剂，溶剂，光引发剂等组成的混合液态感光材料。原理是利用光化学反应，经光刻工艺将所需要的微细图形转移到加工衬底上，来达到在晶圆上刻蚀出所需要的图形的目的。如果把光刻机理解为一台胶片相机，它要使用的胶片就是光刻胶。

面对未来的半导体信息技术发展，研发更强大的透镜组件，使用波长更短的光源以及控制更低的K1系数是发展下一代极紫外光刻技术（EUV）的必经之路。契合上述方向，对于研发新一代光刻胶也提出了针对性的技术性能要求，比如：研发金属氧化物复合结构的光刻胶补充或替换现有DUV制程中所使用的有机类光刻胶或化学放大光刻胶，因为必须满足极紫外光源和刻蚀工艺对于光刻胶镀层极薄厚度的要求；提升新一代极紫外光刻胶在深紫外区的光学灵敏度或吸光效率。

1 、光刻胶配方开发和环境颗粒物的相互作用研究

Spotlight™ 400(N) 傅里叶变换 ( 近 ) 红外显微成像系统

TG-IR-GC/MS热重红外气相质谱联用技术

我们知道任何一台单独的设备都有其局限性，比如单独热重（TGA）检测的时候由于没有结构定性的能力，因此研究人员往往只能依靠个人的主观经验推测每个分解温度区间所产生组分的化学结构归属，这对于光刻胶配方逆向开发和性能优化等领域的应用存在较大的不确定性。而单独的红外（FTIR）或者气质（GCMS）均存在单一温度维度测试的局限性，无法有效的还原温度维度或实现原位检测的要求。

图1 热重/红外图像/气质联用逸出气体测试平台（可用于光刻胶配方的剖析和颗粒污染评价）

联用的目的就是为了实现设备间的“协同效应，扬长避短”，比如热重分析仪引入的温度维度可以结合红外或气质的定性能力，赋予我们实时分析光刻胶组分随温度的动态逸出过程，做到原位监测、还原真实的反应/分解过程。又或者热重和质谱直连模式，我们可以快速确定目标产物的逸出温度范围，如果有合适标样的话，我们还可以进行定量。

材料的结构决定了材料的性能。对于光刻胶而言，特殊的链段比例或者光敏剂的引入对于Z 终产品的曝光/固化性质至关重要。此外，随着金属氧化物配体结构的加入，我们更加有必要研究有机无机界面对于极紫外光刻体系的影响。上述TGA/FTIR/GCMS联用技术不仅可以用于表征光刻胶各组成分的结构定性数据，再结合高精度气体混合模块作为标准曲线建立的标尺，还可以针对每种功能组分的含量进行准确还原。

光刻领域另外一个备受关注的细分方向在于环境颗粒物对于制程的影响。举个例子，目前世界上三大制程工艺领先的企业——台积电、三星和Intel虽然都使用ASML的先进光刻机组件，但是在制程工艺上仍然存在不少的差异，其根源还是在于各家对于光刻掩膜版和环境颗粒物控制技术上的代差。由于芯片的有效尺寸仅在几十甚至十几纳米，因此微/纳米级别（纳米级别需要采用ICPMSMS技术进行表征）的环境颗粒物会对Z 终产品造成极大的影响。三联机所配置的空间维度拓展模块——Spotlight 400(N) 傅里叶变换 ( 近 ) 红外显微成像系统，可以对环境颗粒物的空间结构分布、功能性小分子添加剂化学结构以及颗粒物中各组分含量进行准确剖析，从而帮助评价颗粒物的产生机理以及其与光刻组件之间相互影响，Z 终帮助开发下一代光刻技术所亟需的新型防尘技术。

2、极紫外（EUV）金属氧化物基光刻胶辅助研发

图2 NexION®5000单颗粒/四组四级杆电感耦合等离子质谱仪（金属纳米颗粒或表面超痕量检测）

当今Z 先进的光刻技术——EUV光刻技术使用波长为13.5 nm的极紫外光作为光源，传统的碳基光刻胶由于碳元素的核外电子分布导致其无法有效吸收利用极紫外波段的能量，灵敏度非常低。这必然造成传统光刻胶在极紫外波段需要更长的曝光时间，硅片成品加工效率大大降低，Z 终无法实现有效盈利。为了解决这一问题，金属氧化物基光刻胶逐渐走入了人们的视野，主要因为金属元素诸如锌或锡对于极紫外光具有更好的吸收效率（大幅提升产率），且形成的膜层在十几纳米尺度范围具有更强的抗图形“坍塌”和抗蚀刻能力。

由于纳米金属元素的引入，硅片成品表面金属残留以及相互作用的研究成为必须。此外，考虑到7nm或更密集制程对于环境颗粒污染物异常敏感，也需要对纳米级别的颗粒进行监测溯源。传统的ICP-MS设备受限于自身的灵敏度和扫描速率，无法对金属光刻胶的特殊尺寸特点进行高灵敏度表征。珀金埃尔默公司NexION® 5000四组四极杆组成的多重四极杆ICP-MS质谱平台具有优异的BEC信号，且扫描速率极快，可用于构建纳米颗粒物的元素类型及超痕量分析。如果配合其多种形态的反应模式，可以大幅消除超痕量元素间的相互干扰，提升测试结果的准确度和可靠度。

关于光刻胶曝光动力学原位测试与光刻胶DILL模型建立的相关解决方案 我们将在下篇为大家继续进行介绍，欢迎关注。

同时，我们也将参加10月26日-27日在苏州合景万怡酒店（中国江苏省苏州市吴中区金枫路264号）举办的光刻胶产业大会，现场将会由珀金埃尔默行业经理现场带来《珀金埃尔默光刻胶解决方案》。

此外，我们还准备了精美礼品，扫描下方二维码进行登记，即可届时于现场展台领取，期待您的莅临！