▲第一作者：李维娜 博士研究生
通讯作者：涂敏 研究员
通讯单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所 传感器技术全国重点实验室
论文DOI：10.1002/advs.202415804
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该研究通过极紫外（EUV）光刻技术对卤代沸石咪唑骨架（ZIF）材料实现了无光刻胶直接图案化，图案最高分辨率达到40纳米，边缘粗糙度为8.5 纳米，为MOF在微电子器件中的大规模集成提供了新方法，同时为开发极紫外光刻胶正胶材料提供了重要启示。
随着微电子和光电子领域对新型功能材料的不断追求，金属有机框架材料（
MOFs
）因其具有独特的高比表面积以及化学可调性等优点，在化学传感器，忆阻器和光电探测器等领域展现出应用前景。
MOF
薄膜图案化是将其集成到微电子器件中的关键步骤，传统方法通常依赖光刻胶的图形转移，不仅步骤繁多，还可能导致孔道堵塞和污染等问题。因此，亟需开发无光刻胶直接图案化策略。
该研究首次报道了MOF作为正性EUV光刻胶，推动了EUV光刻胶材料向金属基正胶的跨越式发展。通过上海光源BL08U1B线站（软X射线干涉光刻线站）的干涉光刻技术实现了对卤代ZIF薄膜的无光刻胶图案化，实现了40纳米的高分辨率图案，满足先进微电子工艺需求。该工作在MOF材料电子束直写图案化的前期研究基础上（Nat. Mater. 2021, 20, 93），进一步运用先进的EUV光刻技术实现了MOF材料的高分辨率图案化。EUV光刻技术基于掩模并行加工，与电子束光刻相比，更适配半导体大批量制造需求。通过与上海光源BL02B01（近常压光电子能谱实验站）线站合作，运用原位同步辐射X射线光电子能谱（XPS）和近常压X射线光电子能谱（NAP-XPS）技术，研究了EUV曝光下ZIF薄膜的化学变化及湿度对反应的影响，为EUV光刻胶的研发提供了新的思路。
图
1
要点：卤代
ZIF
薄膜的直接
EUV
光刻图案化。
(a) ZIF-71
和
ZIF-8_Cl
的晶体结构示意图及对应的有机配体结构，
(b) ZIF
薄膜的无光刻胶
EUV
光刻示意图，
ZIF
薄膜表现为正胶。
图
2
要点：
ZIF
薄膜
EUV
光刻图案效果的
SEM
图。
(a, b
）
440 mJ cm
-2
剂量下，
60 nm ZIF-71
薄膜
50 nm
分辨率的图形；（
c, d
）
425 mJ cm
-2
的剂量下，
60 nm ZIF-71
薄膜
40 nm
分辨率的图形；（
e, f
）在
400 mJ cm
-2
的剂量下，
80 nm ZIF-8_Cl
薄膜
50 nm
分辨率的图形；（
g, h
）在
265 mJ cm
-2
的剂量下，
80 nm ZIF-8_Cl
薄膜
40 nm
分辨率的图形。
图
3
要点：同步辐射原位
XPS
对
ZIF-71
薄膜
EUV
光刻机理的研究。
(a)
同步辐射原位
XPS
装置示意图。
(b) Cl 2p
（左）和
N 1s
（右）的
XPS
光谱与
EUV
曝光时间的关系。
(c)
氯键（
C-Cl
和
Zn-Cl
，左图）和氮键（
Zn-N
、
N-H
和
C-N
，右图）的比例与
EUV
曝光时间的关系。
图
4
要点：通过近常压
XPS
技术分析湿度对
ZIF-71
薄膜
EUV
曝光反应的影响。
(a) Cl 2p
在不同
EUV
曝光环境（真空和湿度条件下曝光）曝光
60
分钟的
XPS
光谱。
(b)
在不同的
EUV
曝光环境（真空和湿度条件下曝光）氯键（
C-Cl
和
Zn-Cl
）的比例。
