湖南大学段辉高教授《AM》：干法剥离的力学光刻范式--赋能半导体制造工艺更绿色环保

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-11-29 07:53

正文

光刻是泛半导体行业的核心制造工艺，已广泛应用于硅基器件的大规模生产，推动了半导体、传感器和纳米光子学等领域的发展。光刻的工艺流程通常包括烘干、底涂、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、图形转移和检测等多个步骤。然而，传统光刻工艺流程涉及大量化学品使用，不仅在环境、安全、健康和可持续性（ESH/S）方面仍面临严峻挑战，还存在一些工艺兼容性问题。

作为一个案例，湿法剥离工艺（也称lift-off）的图形转移面临三大挑战：一是大量有机溶剂的使用引发环保与可持续性问题；二是工艺限制，包括残胶、金属再沉积、良率低及大面积剥离效率低等；三是与难加工衬底（如溶剂敏感聚合物或可降解衬底）不兼容，无法实现相应图形转移。这些问题限制了湿法剥离工艺在泛半导体行业作为标准工艺的潜力，也制约了光刻技术的应用场景扩展。

为应对上述挑战，湖南大学段辉高教授课题组提出了一种符合环保与可持续发展要求的力学光刻范式。其核心是开发了一类超低界面粘附的光刻胶材料，可通过商用胶带干法剥离。该范式以力学剥离手段替代传统的化学剥离手段，具备多场景兼容性和尺寸扩展性，可实现无溶剂、大面积、高效率、100%良率的图形转移。同时，力学光刻范式支持柔性非平面衬底和瞬态可降解衬底等难加工衬底的图形转移，能够实现此类衬底表面器件的原位共形制造，如瞬态电子器件，进一步拓宽了光刻的应用领域。总之，这项工作有望提升剥离工艺在工业泛半导体领域作为标准化、可持续批量生产工艺的潜力，并为绿色电子、光子及瞬态柔性电子的系统级集成制造提供了广阔的可能性。相关成果以“Sustainable Lithography Paradigm Enabled by Mechanically Peelable Resists”发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》上。论文通讯作者为段辉高教授，第一作者为陈雷博士。