Récemment, l'équipe de recherche dirigée par le professeur Xu Huaping du département de chimie de l'université Tsinghua a réalisé des progrès significatifs dans le domaine des matériaux photorésistants pour l'ultraviolet extrême (EUV). Elle a développé une nouvelle résine photorésistante à base de polytétrafluoroéthylène (PTeO), offrant une nouvelle stratégie de conception pour les matériaux clés de la fabrication avancée de semi-conducteurs.

Alors que les procédés de fabrication de circuits intégrés progressent vers le nœud 7 nm et au-delà, la lithographie EUV à 13.5 nm est devenue la technologie de base pour la fabrication de puces avancées. Cependant, les caractéristiques des sources lumineuses EUV, telles que les pertes par réflexion élevées et la faible luminosité, imposent des défis majeurs aux photorésines en termes d'efficacité d'absorption, de mécanismes de réaction et de contrôle des défauts. Les photorésines EUV actuelles reposent souvent sur des mécanismes d'amplification chimique ou des clusters sensibilisés aux métaux pour améliorer la sensibilité, mais elles sont fréquemment confrontées à des problèmes tels que des structures complexes, une distribution inégale des composants, une diffusion aisée des réactions et l'introduction de défauts stochastiques. Surmonter ces obstacles pour construire un système de photorésine idéal constitue un défi majeur dans le domaine actuel des matériaux de lithographie EUV. La communauté universitaire s'accorde largement à dire qu'une photorésine EUV idéale doit simultanément posséder les quatre éléments clés suivants : 1) une forte capacité d'absorption EUV pour réduire la dose d'exposition et améliorer la sensibilité ; 2) une efficacité énergétique élevée, garantissant une conversion efficace de l'énergie lumineuse en variations de solubilité du matériau photorésine dans un petit volume ; 3) Uniformité à l'échelle moléculaire pour éviter le bruit dû aux défauts causés par la distribution et la diffusion aléatoires des composants ; 4) Unités de construction minimales pour éliminer l'influence de la taille des éléments sur la résolution et réduire la rugosité des bords de ligne (LER). Pendant longtemps, peu de systèmes de matériaux répondaient à ces quatre critères.

L'équipe de recherche du professeur Xu Huaping a développé une nouvelle résine photosensible EUV basée sur leur invention antérieure du polytelluoxane, satisfaisant les conditions de la résine photosensible idéale mentionnée ci-dessus. Dans cette étude, l'équipe a incorporé directement du tellure (Te), un élément à forte absorption EUV, dans le squelette du polymère via des liaisons Te─O. Le tellure possède la section efficace d'absorption EUV la plus élevée de tous les éléments, à l'exception des gaz inertes xénon (Xe), radon (Rn) et de l'élément radioactif astate (At). Sa capacité d'absorption EUV dépasse de loin celle des éléments à courte période couramment utilisés dans les résines photosensibles traditionnelles et des éléments métalliques comme Zn, Zr, Hf et Sn, améliorant considérablement l'efficacité d'absorption EUV de la résine photosensible. Simultanément, l'énergie de dissociation relativement faible de la liaison Te─O permet une scission directe de la chaîne principale lors de l'absorption EUV, induisant des changements de solubilité et permettant le développement de tons positifs à haute sensibilité. Cette photorésine est synthétisée uniquement à partir de petites molécules monocomposantes, intégrant les caractéristiques d'une photorésine idéale sous une conception extrêmement simple, offrant une voie claire et réalisable pour la construction de photorésines EUV de nouvelle génération.

Polytelluoxane : le matériau photorésistant EUV idéal

Cette recherche propose une méthode de conception de résine photosensible intégrant l'élément à forte absorption Te, un mécanisme de scission de la chaîne principale et l'uniformité du matériau. Elle devrait favoriser le développement de matériaux de lithographie EUV de nouvelle génération et contribuer à l'innovation technologique des procédés de semi-conducteurs avancés.

La réalisation connexe a été publiée dans Science Advances le 16 juillet sous le titre « Polytelluoxane comme formulation idéale pour la photorésine EUV ».

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