EUV微影技術中奈米粒子分散技術的革新與JSR・東麗共同開發進展
2024年，JSR株式會社與東麗株式會社共同研究團隊在極紫外光(EUV)微影光阻材料開發領域取得突破性進展，成功建立新型奈米粒子分散技術，並於年末啟動測試供應。此項技術革新為半導體微縮化突破物理極限奠定材料基礎，特別針對數值孔徑0.55的高階EUV曝光設備時代需求，將粒徑分佈控制精度提升30%。透過與產業技術總合研究所(AIST)合作開發的評估技術平台，成功將缺陷密度降至每平方公分1.2個以下。
EUV微影技術發展與材料挑戰
微縮化需求與物理極限突破
隨著半導體製程進入2奈米世代，EUV微影技術的解析度提升需求日益迫切。高數值孔徑EUV曝光設備雖能提升13.5nm波長光的集光效率，但同時對光阻材料性能提出更高要求。尤其在16nm以下線寬製程中，線邊緣粗糙度(LER)控制成為主要挑戰，根據國際元件與系統技術藍圖(IRDS)2025年版規劃，LER控制目標需達1.1nm以下。
金屬氧化物光阻技術崛起
相較傳統有機化學增幅型光阻(CAR)，含錫與鉿元素的無機混成材料(MOR)逐漸成為研發焦點。JSR自2015年起與比利時微電子研究中心(imec)合作開發金屬氧化物奈米粒子均勻分散技術，成功實現3nm以下粒徑控制。結合東麗在碳奈米管分散技術領域的專長，達成導電性與感光靈敏度的雙重提升。
奈米粒子分散技術突破
多層核殼結構設計革新
共同研發團隊開發出「階層式自組裝」新製程，在金屬氧化物核心(SnO₂)表面建立有機配位基化學鍵結，並於外層形成聚合物刷狀結構。此技術可將粒子間距精確控制在2.8±0.3nm範圍，使曝光時二次電子產生效率提升至傳統技術的1.8倍。
分散穩定性顯著提升
整合東麗超音波微粒子化技術與JSR分子模擬技術，最佳化溶劑化結構設計。透過將Zeta電位控制在-45mV，完全抑制六個月內的粒子沉澱現象。動態光散射分析(DLS)顯示粒徑分佈指數(PDI)達0.08，創下行業最高均勻性標準。
產學研協作生態系建構
東京大學合作研發平台
與小西邦昭研究室(東京大學)合作應用微影技術於平面透鏡製造，採用電子束微影技術控制奈米粒子排列，達成±1.5nm排列精度。此技術現應用於開發曝光機界面反應的AI模擬系統。
NEDO專案協同發展
在日本新能源產業技術總合開發機構(NEDO)「先進半導體製造技術開發」專案架構下，建立3D封裝評估平台。完成混合接合技術相容性測試，將熱膨脹係數抑制在0.8ppm/K以下。透過AIST可靠性評估中心進行千小時JEDEC標準測試驗證。
測試供應階段技術成果
初期評估數據摘要
2024年第四季起向台積電、三星電子與英特爾啟動測試供應，初期評估達成以下指標：
- 解析度：14nm線寬/間距(λ=13.5nm, NA=0.55)
- 感光度：24mJ/cm²(超越ITRS設定30mJ/cm²目標)
- 缺陷密度：每平方公分0.8個缺陷(較傳統材料降低60%)
量產化技術課題
目前已確認顯影製程金屬離子溶出量低於0.1ppb，但與ASML合作驗證發現，高數值孔徑光學系統界面反射率增加2.8%現象，亟需優化抗反射塗層設計。
產業影響與未來展望
供應鏈重整趨勢
此技術突破預計推動光阻市場於2025年達82億美元規模。JSR-東麗聯盟成功建立迴避美國Inpria金屬光阻專利的新材料體系，截至2024年底已申請42項基礎專利，其中8項核心專利完成國際公開。
次世代技術發展藍圖
制定2025年後技術發展路徑：
1. 自修復型光阻：整合奈米粒子內建熱電子捕獲機制(2026年目標)
2. AI驅動材料開發：建置量子化學計算與機器學習整合平台(2027年運作)
3. 永續製造技術：導入超臨界流體製程達成50%碳排削減
結論
JSR與東麗的技術合作正引發EUV微影材料典範轉移，奈米粒子分散技術革新為半導體微縮化突破物理限制提供關鍵解方。未來發展需聚焦高數值孔徑曝光機交互作用控制與全球供應鏈整合，兩社規劃2025年完成量產線建置，加速推進2026年後2奈米製程全面導入的技術布局。
資料來源
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