作為當前技術發展的幾個熱點領域之一，芯片的設計和制造能力是衡量一個國家技術實力的重要指標，而光刻技術更是皇冠中的璀璨明珠，是促進所有電子器件性能換代提升的重中之重。每一次光刻工藝升級或技術突破都可以引爆超乎想象的前沿應用——諸如物聯網高速升級、“元宇宙”的開啟等等。因此，要把握電子信息領域的引領地位，發展光刻技術及相關領域的硬實力勢在必行，而光刻膠在其中扮演了極其重要的角色。

那么究竟什么是光刻膠呢？

光刻膠是由樹脂，感光劑，溶劑，光引發劑等組成的混合液態感光材料。原理是利用光化學反應，經光刻工藝將所需要的微細圖形轉移到加工襯底上，來達到在晶圓上刻蝕出所需要的圖形的目的。如果把光刻機理解為一臺膠片相機，它要使用的膠片就是光刻膠。

面對未來的半導體信息技術發展，研發更強大的透鏡組件，使用波長更短的光源以及控制更低的K1系數是發展下一代極紫外光刻技術（EUV）的必經之路。契合上述方向，對于研發新一代光刻膠也提出了針對性的技術性能要求，比如：研發金屬氧化物復合結構的光刻膠補充或替換現有DUV制程中所使用的有機類光刻膠或化學放大光刻膠，因為必須滿足極紫外光源和刻蝕工藝對于光刻膠鍍層極薄厚度的要求；提升新一代極紫外光刻膠在深紫外區的光學靈敏度或吸光效率。

1 、光刻膠配方開發和環境顆粒物的相互作用研究

Spotlight? 400(N) 傅里葉變換 ( 近 ) 紅外顯微成像系統

TG-IR-GC/MS熱重紅外氣相質譜聯用技術

我們知道任何一臺單獨的設備都有其局限性，比如單獨熱重（TGA）檢測的時候由于沒有結構定性的能力，因此研究人員往往只能依靠個人的主觀經驗推測每個分解溫度區間所產生組分的化學結構歸屬，這對于光刻膠配方逆向開發和性能優化等領域的應用存在較大的不確定性。而單獨的紅外（FTIR）或者氣質（GCMS）均存在單一溫度維度測試的局限性，無法有效的還原溫度維度或實現原位檢測的要求。

圖1 熱重/紅外圖像/氣質聯用逸出氣體測試平臺（可用于光刻膠配方的剖析和顆粒污染評價）

聯用的目的就是為了實現設備間的“協同效應，揚長避短”，比如熱重分析儀引入的溫度維度可以結合紅外或氣質的定性能力，賦予我們實時分析光刻膠組分隨溫度的動態逸出過程，做到原位監測、還原真實的反應/分解過程。又或者熱重和質譜直連模式，我們可以快速確定目標產物的逸出溫度范圍，如果有合適標樣的話，我們還可以進行定量。

材料的結構決定了材料的性能。對于光刻膠而言，特殊的鏈段比例或者光敏劑的引入對于Z 終產品的曝光/固化性質至關重要。此外，隨著金屬氧化物配體結構的加入，我們更加有必要研究有機無機界面對于極紫外光刻體系的影響。上述TGA/FTIR/GCMS聯用技術不僅可以用于表征光刻膠各組成分的結構定性數據，再結合高精度氣體混合模塊作為標準曲線建立的標尺，還可以針對每種功能組分的含量進行準確還原。

光刻領域另外一個備受關注的細分方向在于環境顆粒物對于制程的影響。舉個例子，目前世界上三大制程工藝領先的企業——臺積電、三星和Intel雖然都使用ASML的先進光刻機組件，但是在制程工藝上仍然存在不少的差異，其根源還是在于各家對于光刻掩膜版和環境顆粒物控制技術上的代差。由于芯片的有效尺寸僅在幾十甚至十幾納米，因此微/納米級別（納米級別需要采用ICPMSMS技術進行表征）的環境顆粒物會對Z 終產品造成極大的影響。三聯機所配置的空間維度拓展模塊——Spotlight 400(N) 傅里葉變換 ( 近 ) 紅外顯微成像系統，可以對環境顆粒物的空間結構分布、功能性小分子添加劑化學結構以及顆粒物中各組分含量進行準確剖析，從而幫助評價顆粒物的產生機理以及其與光刻組件之間相互影響，Z 終幫助開發下一代光刻技術所亟需的新型防塵技術。

2、極紫外（EUV）金屬氧化物基光刻膠輔助研發

圖2 NexION?5000單顆粒/四組四級桿電感耦合等離子質譜儀（金屬納米顆粒或表面超痕量檢測）

當今Z 先進的光刻技術——EUV光刻技術使用波長為13.5 nm的極紫外光作為光源，傳統的碳基光刻膠由于碳元素的核外電子分布導致其無法有效吸收利用極紫外波段的能量，靈敏度非常低。這必然造成傳統光刻膠在極紫外波段需要更長的曝光時間，硅片成品加工效率大大降低，Z 終無法實現有效盈利。為了解決這一問題，金屬氧化物基光刻膠逐漸走入了人們的視野，主要因為金屬元素諸如鋅或錫對于極紫外光具有更好的吸收效率（大幅提升產率），且形成的膜層在十幾納米尺度范圍具有更強的抗圖形“坍塌”和抗蝕刻能力。

由于納米金屬元素的引入，硅片成品表面金屬殘留以及相互作用的研究成為必須。此外，考慮到7nm或更密集制程對于環境顆粒污染物異常敏感，也需要對納米級別的顆粒進行監測溯源。傳統的ICP-MS設備受限于自身的靈敏度和掃描速率，無法對金屬光刻膠的特殊尺寸特點進行高靈敏度表征。珀金埃爾默公司NexION? 5000四組四極桿組成的多重四極桿ICP-MS質譜平臺具有優異的BEC信號，且掃描速率極快，可用于構建納米顆粒物的元素類型及超痕量分析。如果配合其多種形態的反應模式，可以大幅消除超痕量元素間的相互干擾，提升測試結果的準確度和可靠度。

關于光刻膠曝光動力學原位測試與光刻膠DILL模型建立的相關解決方案 我們將在下篇為大家繼續進行介紹，歡迎關注。

同時，我們也將參加10月26日-27日在蘇州合景萬怡酒店（中國江蘇省蘇州市吳中區金楓路264號）舉辦的光刻膠產業大會，現場將會由珀金埃爾默行業經理現場帶來《珀金埃爾默光刻膠解決方案》。

此外，我們還準備了精美禮品，掃描下方二維碼進行登記，即可屆時于現場展臺領取，期待您的蒞臨！