光致產(chǎn)酸劑（Photoacid Generator, PAG）是一類在紫外或深紫外光照射下能夠高效分解并釋放出定量質(zhì)子酸的光敏化合物。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)及電荷特性，光致產(chǎn)酸劑主要分為兩大類：離子型光致產(chǎn)酸劑（硫鎓鹽、碘鎓鹽）和非離子型光致產(chǎn)酸劑（肟磺酸酯、萘酰亞胺磺酸酯）。
其中，離子型光致產(chǎn)酸劑的陰離子結(jié)構(gòu)決定酸活性、擴(kuò)散率及光刻膠的感光度、分辨率，主要應(yīng)用于深紫外DUV光刻技術(shù)，成本與穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)顯著。非離子型光酸分子骨架上的官能團(tuán)可以調(diào)節(jié)吸光特性，具有低擴(kuò)散、高電子敏化效率的特性，因此其被應(yīng)用于極紫外EUV光刻技術(shù)。
圖 1 芯片制造的光刻工藝示意圖
光致產(chǎn)酸劑作為化學(xué)放大光刻體系中的核心功能材料，從根本上改變了現(xiàn)代微納制造的底層邏輯。光刻膠經(jīng)歷涂膠和軟烘后，光致產(chǎn)酸劑會(huì)均勻分散于光刻膠聚合物基質(zhì)中。當(dāng)光刻膠經(jīng)歷曝光后，曝光區(qū)域的PAG分子吸收光子后發(fā)生光解反應(yīng)，定量生成強(qiáng)酸；隨后的后烘烤工序使這些質(zhì)子酸作為催化劑，驅(qū)動(dòng)光刻膠樹(shù)脂中的酸敏基團(tuán)發(fā)生脫保護(hù)或交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致曝光區(qū)與未曝光區(qū)在顯影液中的溶解速率出現(xiàn)數(shù)量級(jí)的差異。
正是憑借這種“化學(xué)放大”機(jī)制，使得光引發(fā)產(chǎn)生的質(zhì)子酸能催化數(shù)百乃至上千個(gè)化學(xué)反應(yīng)，大幅提升了光刻膠的感光靈敏度，為紫外（DUV）和極紫外（EUV）光刻技術(shù)提供了可行性支撐。
圖 2 光刻曝光光源迭代路線與分辨率演進(jìn)圖
目前，基于光致產(chǎn)酸劑的光刻體系已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片制造、微機(jī)電系統(tǒng)、微流控芯片等領(lǐng)域。從深紫外248nm、193nm到極紫外13.5nm，每一代光刻節(jié)點(diǎn)的躍進(jìn)都離不開(kāi)光致產(chǎn)酸劑分子結(jié)構(gòu)與性能的不斷優(yōu)化—提升量子產(chǎn)率、調(diào)控酸擴(kuò)散長(zhǎng)度、降低產(chǎn)氣釋放等。
可以說(shuō)，如果沒(méi)有光致產(chǎn)酸劑，便無(wú)法實(shí)現(xiàn)7nm乃至更先進(jìn)制程的高良率生產(chǎn)，也就沒(méi)有今天高度集成化的微處理器與存儲(chǔ)芯片。這項(xiàng)看似微觀的化學(xué)工具，實(shí)則是支撐整個(gè)數(shù)字時(shí)代底層制造技術(shù)不可或缺的基石。
我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)起步較晚，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)光刻膠呈現(xiàn)顯著的階梯式發(fā)展格局。在PCB和顯示面板領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)到55%左右，已形成規(guī)?；某墒旃?yīng)鏈。
但進(jìn)入集成電路制造的核心賽道，國(guó)產(chǎn)化率驟然下滑：g/i線光刻膠國(guó)產(chǎn)化率僅10%-15%，主要用于6-8英寸成熟制程；KrF光刻膠約1%-5%，主要用于功率器件、邏輯芯片的成熟制程；而ArF光刻膠國(guó)產(chǎn)化率不足1%，EUV光刻膠仍為空白。從更宏觀的國(guó)產(chǎn)替代水平看，高端光刻膠國(guó)產(chǎn)化率約5%，整體自給率仍處于較低水平。
圖 3 光刻膠專用高純PAG公斤級(jí)包裝實(shí)拍圖
為了助力解決我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中關(guān)鍵光刻工藝材料的卡脖子問(wèn)題，樂(lè)研試劑聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所沈其龍課題組共同開(kāi)發(fā)適用于DUV和EUV光刻膠的光致產(chǎn)酸劑。目前已完成四十余款PAG分子的合成和純化工藝開(kāi)發(fā)，涵蓋離子型光致產(chǎn)酸劑（硫鎓鹽、碘鎓鹽）和非離子型光致產(chǎn)酸劑（肟磺酸酯、萘酰亞胺磺酸酯）。
已中試量產(chǎn)的產(chǎn)品在純度、金屬雜質(zhì)等關(guān)鍵性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際供應(yīng)商同等水平，其中化學(xué)純度可達(dá)99.5%以上；在金屬離子含量方面，單一金雜小于10ppb，總金雜小于50ppb。近些年，結(jié)構(gòu)新穎的離子型和非離子型光致產(chǎn)酸劑不斷被開(kāi)發(fā)和公斤級(jí)放大，部分光致產(chǎn)酸劑分子已通過(guò)國(guó)內(nèi)芯片制造商的上線工藝驗(yàn)證。
最后，歡迎聯(lián)系樂(lè)研試劑就DUV和EUV光刻膠用光致產(chǎn)酸劑的相關(guān)產(chǎn)品和定制服務(wù)洽談合作！
上海有機(jī)化學(xué)研究所沈其龍
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