福建物构所金属氧簇光刻材料研究新进展
更新日期：2025-05-19纳米光刻技术的飞速发展，正推动半导体制造迈入前所未有的高精度时代。其中，极紫外光刻（EUVL）的突破性应用，开启了芯片制造的新纪元。作为EUV光刻的核心材料，光刻胶的性能至关重要——高分辨率、低线边缘粗糙度和超高灵敏度成为其关键指标。在这一背景下，金属氧簇（MOCs）凭借其均一的纳米级尺寸、原子级结构精确性和出色的EUV吸收能力，成为极具潜力的新一代光刻胶材料。中国科学院福建物质结构研究所张健研究员团队长期聚焦金属氧簇基光刻胶研究，近期取得系列重要突破，这些研究为高性能MOCs光刻胶的分子设计和性能优化提供了创新理论支撑和设计思路，推动光刻胶材料向更高性能迈进。
研究进展一：通过异金属策略提高原子精确的有机锡纳米团簇的光刻灵敏度
有机锡氧簇作为一种极具潜力的纳米光刻材料，其结构特性对光刻性能的影响机制尚不明确，特别是主族金属掺杂的异金属有机锡氧簇体系亟待深入研究。为此，张健研究员团队创新性地将具有不同EUV吸收能力的主族金属离子（In3+、Fe3+和Al3+）引入到有机锡氧簇中，并首次建立了金属掺杂剂特性与纳米光刻性能的构效关系。此外，为了探讨掺杂金属配位几何的影响，还通过引入N-羧酸配体实现了铟掺杂位点配位数的增加。电子束光刻测试证实，所有材料均可实现50 nm分辨率，其中SnOC-1(In) 凭借最优的EUV吸收能力和不饱和配位结构表现出最高灵敏度?；硌芯勘砻鳎?/span>Sn–丁基–Sn交联网络的形成、苯基膦酸盐解离以及Sn–苯基–Sn交联网络的形成共同促进了光刻过程中的溶解度转变。该工作不仅填补了主族金属掺杂有机锡氧簇的研究空白，更为原子级精确设计高性能光刻材料提供了新思路。
通过主族金属离子（In3+/Fe3+/Al3+）掺杂及配位几何调控，优化有机锡氧簇光刻灵敏度。
相关研究成果以“Improving the Lithography Sensitivity of Atomically Precise Tin-Oxo Nanoclusters via Heterometal Strategy”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，中国科学院福建物质结构研究所与福州大学联培硕士生陈伟洲论文第一作者（共一第一），中国科学院福建物构所张健研究员和仪晓凤副研究员为共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202414360
研究进展二：通过异金属与配体调控协同策略调节金属氧簇光刻性能
有机锡氧簇因EUV诱导的Sn–C键高效裂解特性在负性光刻领域展现出独特优势，但在合成条件下稳定的Sn–C键难以断裂，导致其结构多呈现中空构型且表面富集Sn–C基团，严重限制了结构多样性的发展。相比之下，锆氧簇虽具有更优的结构可调性和致密簇核特性，却受限于较弱的EUV吸收能力。针对这一现状，张健研究员团队提出锆锡异金属氧簇构建与配体调控协同策略，巧妙结合了锆氧簇的结构优势与锡、卤素的高EUV吸收特性。并通过这一策略设计合成了三种具有不同卤素特性的异金属{Zr6Sn4}氧簇，系统研究了卤素类型（Cl/F）及其化学环境（Csp2–Cl、Csp2–F、Csp3–F）对光刻胶性能的影响机制。其中，间三氟甲基苯甲酸根修饰的SnOC-5材料表现出最优异的性能：其高氟含量及易断裂的Csp3-F/Ph-CF3键可高效生成活性自由基，使材料具有最高光刻灵敏度。研究提出了四种协同竞争的光刻机制：“Sn–butyl–Sn”交联、配体脱羧、Sn–Cl键裂解以及原位配体转化。这项研究为基于MOCs光刻胶材料的优化提供了有价值的指导和见解。
将锡-碳（Sn–C）结构单元以及多种卤素羧酸配体整合到锆氧簇中，提升光刻性能。
相关研究成果以“Synthesis,Characterization,and Radiation Chemistry of Fluorine-riched Zr-Sn-oxo Cluster”为题发表在CCS Chemistry上，中国科学院福建物质结构研究所与福州大学联培硕士生叶雨婷为第一作者，张健研究员和仪晓凤副研究员为共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202405308
研究进展三：通过配体效应调控用于纳米光刻技术的金属氧簇。
金属氧簇在纳米光刻技术中展现巨大的潜能，但精确控制其结构和组成以提高溶液可加工性和薄膜性能仍面临重大挑战。为此福建物质结构研究所张健团队创新性的采用配体调控策略，用于?？榛樽邦?/span>-钛氧簇，并首次将其应用于纳米光刻。他们以铟基柔性三齿配体InL3作为金属配体（L=水杨酸衍生物），稳定了具有不同球形外壳的异构体In4Ti12氧核（InOC-20V、InOC-21V、InOC-22V和InOC-23H）。这些异构体表现出显著不同的溶液可加工性。其中，InOC-20V到InOC-22V因具有垂直连接的Ti6In2次级结构单元（SBUs），溶解性优于具有平行连接Ti6In2-SBUs的InOC-23H。此外，有机外围配体对薄膜形成至关重要，只有水杨酸基团修饰的InOC-20V可通过旋涂形成高质量薄膜，并实现50 nm分辨率的光刻图案，最终发现脱羧和交联是光刻图案形成的关键。该工作不仅提供了可推广的合成方法以扩展铟-钛氧簇的结构化学，还凸显了定制化结构调控在提升溶液可加工性和光刻性能方面的有效性，为未来材料设计和应用提供了宝贵见解。
不同水杨酸衍生物配体影响铟钛氧簇组装，引起的溶解性差异影响光刻性能。
相关研究成果以“Ligand effect on In-Ti-oxo nanoclusters for nanolithography”为题发表在Materials Horizons上，中国科学院福建物质结构研究所与福建师范大学联培硕士生吴娇为第一作者，张健研究员和仪晓凤副研究员为共同通讯作者。
论文链接：
https://192.168.5.203:8080/en/content/articlelanding/2025/MH/D4MH01920B?page=search
（张健课题组供稿）