近日，九峰山实验室联合华中科技大学武汉光电国家研究中心朱明强教授团队，协同武汉纺织大学、武汉新芯集成电路制造有限公司开展产学研联合攻关，在新型光刻胶技术领域取得突破。科研团队通过全新分子结构设计与新型图案化策略，研发出基于单一均聚物PDHF的多模式光刻胶体系，实现负性图案（negative-tone pattern）、正性图案（positive-tone pattern）及边缘保留型图案（edge-tone pattern）的可控构筑，具备完全自主知识产权。
相关研究成果以“Exposure dose-dependent multi-tone photolithography via photoacid-induced crosslinking and degradation of poly(2,3-dihydrofuran)“为题于2026年8月20日正式发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
图1 文章于2026年8月20日发表于Nature Communications
01
研究背景
立足多模式光刻痛点，创新材料设计思路
光刻是半导体微纳加工领域的核心工艺，而光刻胶作为实现图形转移的关键功能材料，直接影响微纳图案的制备。在传统光刻技术框架下，光刻胶通常功能单一：一款材料通常只能对应一种模式——正性或者负性，很难同时兼顾两种甚至更多种图案。
如果Fab厂在同一工艺节点同时需要正性图案与负性图案，甚至还需要其他特殊形态的图案，就只能分别采购、分别验证、分别管理多种光刻胶。材料种类越多，工艺开发和品控就越复杂，新材料从验证到量产的周期也越长。
如能基于同一种光刻胶，仅依靠曝光剂量调控，实现正性、负性以及边缘保留型多种图案构筑，将简化材料与工艺开发流程，拓展光刻图形的设计自由度。
针对这一技术瓶颈，研究团队从分子结构与光化学反应机制源头开展原创性设计，探索可通过工艺参数调控实现多图案输出的新型光刻胶体系，依托单一材料体系兼容多种光刻图案制备，简化光刻工艺体系，拓展微纳加工技术边界。
图2、PDHF光刻胶依赖曝光剂量，发生交联、降解的演化过程及曝光剂量依赖的三种图案化模式的光刻工艺流程示意图。
02
研究突破
基于光/酸可编程的交联与降解竞争反应
实现三种图案模式可控构筑
团队选择结构简单、易于合成且单价低廉的均聚物聚（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。
PDHF的合成采用开环易位聚合方法。其分子链上的烯醇醚结构在光酸作用下有两种反应可能：一是链与链之间交联起来，二是主链断裂降解。两种反应相互竞争，光酸浓度不同，占主导的反应也不同。
而光酸浓度由曝光剂量决定。低曝光剂量下，交联占主导，生成负性图案；高曝光剂量下，降解占主导，生成正性图案。
图3、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。
边缘型图案的形成则源于光酸向未曝光区边缘的扩散——曝光区产生的光酸容易向主要由PDHF（Tg ≈ –56 ℃）组成的未曝光区边缘扩散，引发该区域边缘的PDHF交联。未曝光区中心的PDHF以及曝光区的降解产物均溶于乙酸乙酯，只有未曝光区边缘的交联PDHF不溶于乙酸乙酯，因此曝光后用乙酸乙酯显影，即可得到边缘型图案。基于这一剂量依赖的竞争机制，团队在单一均聚物体系中实现了负性、正性及边缘保留型三种图案化。
图4 边缘型图案的制备（a-c），形成机制（d）以及曝光剂量对边缘型图案尺寸的调控（e）。
该体系同时具备三项工艺优势：三种模式均无需曝光后烘（PEB），避免了酸扩散对图案分辨率和线边缘粗糙度的不利影响；均可采用低毒乙酸乙酯显影，替代传统正性光刻胶常用的TMAH水溶液；所得三种图案均由交联网络构成，相比线型聚合物具有更高的抗刻蚀能力与结构稳定性。
03
研究意义
为多模式光刻材料设计提供新思路
具备完全自主知识产权
该研究的核心思想不限于PDHF体系，还为同时存在“酸诱导交联”与“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，通过提高聚合物骨架刚性、调控交联密度、优化光酸扩散行为，此类多模式光刻体系的图案分辨率与尺寸稳定性仍有提升空间。
作为一类全新的光刻胶树脂，PDHF及其共聚物具备完全自主知识产权，可为高端半导体光刻胶的国产化替代提供一条新的技术路径。