當(dāng)前，極紫外(Extreme Ultraviolet, EUV)光刻技術(shù)對先進(jìn)集成電路制造具有重要意義，受到半導(dǎo)體工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，由于EUV光源的輸出功率過低，開發(fā)合適的EUV圖案化材料面臨著巨大的挑戰(zhàn)。納米金屬氧化物具有對短波輻射的高靈敏度和較小的幾何尺寸，因此可以提供更好的圖案分辨率和更高的抗蝕性能，是當(dāng)前EUV光刻膠的研究熱點(diǎn)。
納米氧化錫 (SnO2)具有廣泛應(yīng)用，但是由于SnO2納米粒子固有的不均勻性，難以精確控制其原子結(jié)構(gòu)，極大影響其光刻性能。原子級精確的錫氧簇（tin-oxo clusters，TOCs）可以針對性地解決這一問題，已在EUV納米光刻中表現(xiàn)出優(yōu)異的圖案化性能。但目前的研究主要集中在烷基錫氧團(tuán)簇的圖案化表現(xiàn)，從結(jié)構(gòu)化學(xué)的角度來看，這類有機(jī)錫氧簇相對穩(wěn)定的Sn?C鍵極大限制了它們的表面改性，不利于通過團(tuán)簇表面結(jié)構(gòu)調(diào)控優(yōu)化其圖案化性能。
鑒于此，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所張磊研究員等人利用配位延遲水解合成策略，以吡唑類化合物作為延遲水解配體與反應(yīng)媒介，以無機(jī)四氯化錫鹽為前體成功制備了系列不含端基Sn?C鍵的非烷基錫氧簇。為了評估表面配體及簇核大小對圖案化性能的影響，分別合成了吡唑、3-甲基吡唑和4-甲基吡唑官能化的Sn10-氧簇（相同簇核，不同配體），以及4-甲基吡唑官能化的Sn14-氧簇（相同配體，不同簇核）。首先通過X-射線單晶衍射分析確定所得非烷基錫氧簇的分子結(jié)構(gòu)，利用粉末衍射和譜學(xué)測試證實(shí)制備樣品的純度，進(jìn)而通過電噴霧質(zhì)譜（ESI-MS）分析證實(shí)這系列非烷基錫氧簇具有良好的溶解性和優(yōu)異的溶液穩(wěn)定性。
圖1 非烷基錫氧簇的光刻性能研究圖示
在此基礎(chǔ)上，作者將非烷基錫氧簇的溶液通過旋涂法制成具有不同厚度和粗糙度的薄膜，進(jìn)而利用電子束光刻（EBL）對其圖案化性能進(jìn)行評估。對比研究顯示，配體種類及配體:金屬比例都對圖案表現(xiàn)有重要影響。其中，4-甲基吡唑配體修飾的Sn14-氧簇呈現(xiàn)出最好的圖案化性能，SEM和AFM等電鏡表征證實(shí)其在100 μC/cm2的較低曝光能量下就能得到50 nm線條，而當(dāng)曝光能量提高到1000 μC/cm2時，所得圖案的分辨率能夠顯著提升。這一工作開拓了原子級精確非烷基錫氧簇的光刻應(yīng)用，為深入了解結(jié)構(gòu)-光刻功能關(guān)系提供了良好的平臺，并為未來開發(fā)高性能金屬氧簇基EUV圖案化材料提供了一種有效的結(jié)構(gòu)化學(xué)方法。
詳見：Di Wang, Xiaofeng Yi, Lei Zhang. Non-alkyl tin-oxo clusters as new-type patterning materials for nanolithography. Sci. China Chem., 2021, 64, DOI:10.1007/s11426-021-1092-2.
通訊作者簡介
張磊 中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員，博士生導(dǎo)師。2004年本科畢業(yè)于南京大學(xué)化學(xué)系，2009年獲中科院福建物構(gòu)所博士學(xué)位。2009年11月至2014年8月，分別在愛爾蘭都柏林圣三一學(xué)院（博士后）和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)（洪堡學(xué)者）從事研究工作。2014年9月獲聘中科院福建物構(gòu)所“百人計(jì)劃”回國工作。一直從事金屬氧簇化學(xué)研究工作，發(fā)展了配位延遲水解合成策略，有效解決易水解金屬離子的成簇結(jié)晶難題，制備系列新穎鈦氧簇、錫氧簇并系統(tǒng)研究了其簇核與表面結(jié)構(gòu)調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，近年來致力于開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的金屬氧簇基光刻材料，并利用合成化學(xué)方法優(yōu)化其圖案化性能。
