目前高端芯片光刻胶主要依赖进口，国产化努力方向主要集中于复刻国外光刻胶专利技术，必然受制于国外专利技术壁垒与封锁。因此，如何通过分子从头设计和光刻新机制的探索，研发具备完全自主知识产权的新型光刻胶专利技术，早日实现国产替代，成为光刻材料与技术研究的重要方向。

  华中科技大学朱明强团队联合武汉纺织大学、九峰山实验室、武汉新芯系统集成有限公司，通过全新的分子结构设计以及新型图案化策略，选择结构简单、易于合成且单体廉价的均聚物聚（2,3-二氢呋喃）（PDHF）作为单一均聚物光刻胶树脂，以4,5-二甲氧基-2-硝基苯对甲苯磺酸酯（MONS）为光酸剂，制备了PDHF光刻胶，获得光/酸可编程化学交联/降解的结构演化特性，即低剂量曝光产生微量酸诱导PDHF光刻胶发生部分阳离子交联，高剂量曝光产生高浓度酸诱导部分交联的PDHF光刻胶发生酸催化降解，构建了基于单一PDHF光刻胶的多模式光刻体系，实现了负性、正性以及刀锋型图案的可控构筑（图1）。

  2026年8月20日，相关成果发表在Nature Communications：Exposure dose-dependent multi-tone photolithography via photoacid-induced crosslinking and degradation of poly(2,3-dihydrofuran) , doi.org/10.1038/s41467-026-76913-6。

图1 PDHF光刻胶的制备及多模式光刻体系的构建

  图2展示了PDHF光刻胶依赖曝光剂量发生交联、降解结构演化的过程及三种图案化模式的光刻工艺流程示意图。PDHF光刻胶薄膜使用掩模版进行低剂量曝光并显影后可得到负性图案；PDHF光刻胶薄膜先无掩膜全曝光，然后使用掩模版进行高剂量曝光并显影后可得到正性图案；PDHF光刻胶薄膜使用掩模版进行高剂量曝光并显影后可得到刀锋型图案。

图2 PDHF光刻胶依赖曝光剂量发生交联、降解结构演化的过程（a）及三种图案化模式的光刻工艺流程示意图（b）。绿色：线型PDHF，粉色：交联PDHF，蓝色：降解碎片。

  图3和图4分别展示了PDHF光刻胶按照图2光刻工艺流程制备的3、5及10 μm负性和正性图案的金相显微镜、SEM图像以及SEM图像所对应的宽度统计分布图。获得3、5及10 μm负性图案所需的曝光剂量，分别为120、84和48 mJ/cm2，其中3 μm图案的σ_LWR为0.07 μm。获得3、5及10 μm正性图案所需的曝光剂量，分别为534、414和396 mJ/cm2，其中3 μm图案的σ_LWR为0.06 μm。

图3 PDHF光刻胶分别使用3、5、10 μm掩模版负性光刻后所得图案的金相显微镜（a，d，g）、SEM图像（b，e，h）及SEM图像所对应的间隙宽度统计分布图（c，f，i）

图4 PDHF光刻胶分别使用3、5、10 μm掩模版正性光刻后所得图案的金相显微镜（a，d，g）、SEM图像（b，e，h）及SEM图像所对应的间隙宽度统计分布图（c，f，i）

  无论负性还是正性图案，都是对掩模几何图形的复制，二者与掩模的几何图形完全相反或完全相同。不同于传统负性和正性光刻图案，刀锋型图案并非直接复制掩模的几何图形，而是在未曝光区域与曝光区域的交界处产生刀锋型结构，呈现出与掩模几何图形不同的图案特征（图5）。刀锋型图案的形成源于曝光区域产生的光酸容易向主要由PDHF（T_g ≈ –56 ℃）组成的未曝光区域的边缘发生扩散，从而引发该区域边缘的PDHF交联。未曝光区域中心的PDHF以及曝光区域的降解产物均溶于乙酸乙酯，只有未曝光区域边缘的交联PDHF不溶于乙酸乙酯，因此，曝光后用乙酸乙酯显影，能够得到刀锋型图案。此外，由于刀锋型图案的形成源于光酸从曝光区域向未曝光区域扩散，因此，通过控制曝光剂量可以实现对刀锋型图案尺寸的调控。

图5 刀锋型图案的制备（a-c），形成机制（d）以及曝光剂量对刀锋型图案尺寸的调控（e，标尺：20 μm）。

  PDHF光刻胶的多模式图案化在光刻工艺、显影液的选择以及所得图案的构成这三个方面的共同特点。首先是光刻工艺，PDHF光刻胶在负性、正性及刀锋型图案的光刻工艺中均无需PEB，而传统化学增幅光刻胶（CAR）普遍依赖PEB。因此，PDHF光刻胶简化了光刻工艺流程，避免了PEB过程中酸扩散对图案分辨率和线边粗糙度的不利影响。然后是显影液的选择，PDHF光刻胶的三种图案化模式均可采用毒性较低的乙酸乙酯进行显影，而传统正性CAR通常采用毒性较大且pH高于13的TMAH水溶液（2.38 wt%）作为显影液。相比TMAH水溶液，乙酸乙酯作为显影液更加安全环保。最后是所得图案的构成，PDHF光刻胶多模式图案化所得的三种图案均主要由交联的PDHF构成，而传统正性CAR光刻后得到的图案通常主要由线型聚合物构成。相比线型结构，交联结构能显著提高材料的抗刻蚀能力，且具有更高的结构稳定性与抗酸侵蚀能力。

  以上共同特点表明，PDHF光刻胶的多模式图案化不仅打破了传统光刻胶图案化模式单一的限制，而且在光刻工艺简化、显影体系优化以及图案结构稳定性提升方面展现出一定优势。

  值得注意的是，该工作所采用的PDHF作为验证多模式光刻的模型材料，初步展示了该类型光刻模式的有趣实例。研究所建立的核心思想并不限于PDHF体系，而是为同时存在酸诱导交联和酸催化降解两条竞争反应路径的光刻材料设计提供了一种新的思路。未来，通过进一步提高聚合物骨架刚性、调控交联密度以及优化光酸扩散行为，有望进一步提升此类多模式光刻体系的图案分辨率和尺寸稳定性。作为一类全新的光刻胶树脂，PDHF及其共聚物光刻胶并非复刻国外技术专利，而是独辟蹊径，因此具备完全的自主知识产权，必将带来全新的光刻技术，有效规避了目前国外光刻技术专利壁垒，可望早日实现国产替代。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76913-6