納米光刻技術的飛速發展，正推動半導體制造邁入前所未有的高精度時代。其中，極紫外光刻(EUVL)的突破性應用，開啟了芯片制造的新紀元。作為EUV光刻的核心材料，光刻膠的性能至關重要——高分辨率、低線邊緣粗糙度和超高靈敏度成為其關鍵指標。在這一背景下，金屬氧簇(MOCs)憑借其均一的納米級尺寸、原子級結構精確性和出色的EUV吸收能力，成為極具潛力的新一代光刻膠材料。中國科學院福建物質結構研究所張健研究員團隊長期聚焦金屬氧簇基光刻膠研究，近期取得系列重要突破，這些研究為高性能MOCs光刻膠的分子設計和性能優化提供了創新理論支撐和設計思路，推動光刻膠材料向更高性能邁進。
 

　　研究進展一：通過異金屬策略提高原子精確的有機錫納米團簇的光刻靈敏度
 

　　有機錫氧簇作為一種極具潛力的納米光刻材料，其結構特性對光刻性能的影響機制尚不明確，特別是主族金屬摻雜的異金屬有機錫氧簇體系亟待深入研究。為此，張健研究員團隊創新性地將具有不同EUV吸收能力的主族金屬離子(In3+、Fe3+和Al3+)引入到有機錫氧簇中，并首次建立了金屬摻雜劑特性與納米光刻性能的構效關系。此外，為了探討摻雜金屬配位幾何的影響，還通過引入N-羧酸配體實現了銦摻雜位點配位數的增加。電子束光刻測試證實，所有材料均可實現50 nm分辨率，其中SnOC-1(In)憑借最優的EUV吸收能力和不飽和配位結構表現出最高靈敏度。機理研究表明，Sn–丁基–Sn交聯網絡的形成、苯基膦酸鹽解離以及Sn–苯基–Sn交聯網絡的形成共同促進了光刻過程中的溶解度轉變。該工作不僅填補了主族金屬摻雜有機錫氧簇的研究空白，更為原子級精確設計高性能光刻材料提供了新思路。
 

　　通過主族金屬離子(In3+/Fe3+/Al3+)摻雜及配位幾何調控，優化有機錫氧簇光刻靈敏度。
 

　　相關研究成果以“Improving the Lithography Sensitivity of Atomically Precise Tin-Oxo Nanoclusters via Heterometal Strategy”為題發表在Angewandte Chemie International Edition上，中國科學院福建物質結構研究所與福州大學聯培碩士生陳偉洲論文第一作者(共一第一)，中國科學院福建物構所張健研究員和儀曉鳳副研究員為共同通訊作者。
 
 

　　研究進展二：通過異金屬與配體調控協同策略調節金屬氧簇光刻性能
 

　　有機錫氧簇因EUV誘導的Sn–C鍵高效裂解特性在負性光刻領域展現出獨特優勢，但在合成條件下穩定的Sn–C鍵難以斷裂，導致其結構多呈現中空構型且表面富集Sn–C基團，嚴重限制了結構多樣性的發展。相比之下，鋯氧簇雖具有更優的結構可調性和致密簇核特性，卻受限于較弱的EUV吸收能力。針對這一現狀，張健研究員團隊提出鋯錫異金屬氧簇構建與配體調控協同策略，巧妙結合了鋯氧簇的結構優勢與錫、鹵素的高EUV吸收特性。并通過這一策略設計合成了三種具有不同鹵素特性的異金屬{Zr6Sn4}氧簇，系統研究了鹵素類型(Cl/F)及其化學環境(Csp2–Cl、Csp2–F、Csp3–F)對光刻膠性能的影響機制。其中，間三氟甲基苯甲酸根修飾的SnOC-5材料表現出最優異的性能：其高氟含量及易斷裂的Csp3-F/Ph-CF3鍵可高效生成活性自由基，使材料具有最高光刻靈敏度。研究提出了四種協同競爭的光刻機制：“Sn–butyl–Sn”交聯、配體脫羧、Sn–Cl鍵裂解以及原位配體轉化。這項研究為基于MOCs光刻膠材料的優化提供了有價值的指導和見解。
 

將錫-碳(Sn–C)結構單元以及多種鹵素羧酸配體整合到鋯氧簇中，提升光刻性能。
 

　　相關研究成果以“Synthesis,Characterization,and Radiation Chemistry of Fluorine-riched Zr-Sn-oxo Cluster”為題發表在CCS Chemistry上，中國科學院福建物質結構研究所與福州大學聯培碩士生葉雨婷為第一作者，張健研究員和儀曉鳳副研究員為共同通訊作者。
 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202405308
 

　　研究進展三：通過配體效應調控用于納米光刻技術的金屬氧簇。
 

　　金屬氧簇在納米光刻技術中展現巨大的潛能，但精確控制其結構和組成以提高溶液可加工性和薄膜性能仍面臨重大挑戰。為此福建物質結構研究所張健團隊創新性的采用配體調控策略，用于模塊化組裝銦-鈦氧簇，并首次將其應用于納米光刻。他們以銦基柔性三齒配體InL3作為金屬配體(L=水楊酸衍生物)，穩定了具有不同球形外殼的異構體In4Ti12氧核(InOC-20V、InOC-21V、InOC-22V和InOC-23H)。這些異構體表現出顯著不同的溶液可加工性。其中，InOC-20V到InOC-22V因具有垂直連接的Ti6In2次級結構單元(SBUs)，溶解性優于具有平行連接Ti6In2-SBUs的InOC-23H。此外，有機外圍配體對薄膜形成至關重要，只有水楊酸基團修飾的InOC-20V可通過旋涂形成高質量薄膜，并實現50 nm分辨率的光刻圖案，最終發現脫羧和交聯是光刻圖案形成的關鍵。該工作不僅提供了可推廣的合成方法以擴展銦-鈦氧簇的結構化學，還凸顯了定制化結構調控在提升溶液可加工性和光刻性能方面的有效性，為未來材料設計和應用提供了寶貴見解。
 

不同水楊酸衍生物配體影響銦鈦氧簇組裝，引起的溶解性差異影響光刻性能。
 

　　相關研究成果以“Ligand effect on In-Ti-oxo nanoclusters for nanolithography”為題發表在Materials Horizons上，中國科學院福建物質結構研究所與福建師范大學聯培碩士生吳嬌為第一作者，張健研究員和儀曉鳳副研究員為共同通訊作者。