CCS Chemistry | 彭孝军院士团队：通过精准调节光刻胶金属氧簇分子中的配体配位模式优化…

以下文章来源于CCSChemistry ，作者CCS Chemistry

CCSChemistry.

CCS Chemistry是由中国化学会创办的高水平旗舰新刊，面向全球科学家，收录化学各领域高质量原创科技论文。关注CCS Chemistry，即时获取期刊相关资讯。

近日，大连理工大学彭孝军院士＆陈鹏忠副研究员课题组系统探究了有机配体配位模式（螯合μ₁与桥接μ₂）对锆氧簇光刻性能的影响。通过精准合成三种含不同μ₁/μ₂配位比例的锆氧簇（Zr₆O₈为金属核心，甲基丙烯酸为配体），结合单晶衍射、理论计算及光刻实验，揭示了配体配位模式与光刻性能的关联性：μ₁比例高的簇（如Zr₆(OH)₈(μ₁-OMc)₆(μ₂-OMc)₆）因μ₁配体解离能较低（3.95 eV），展现出更高灵敏度；而μ₂比例高的簇（如Zr₆O₈(μ₁-OMc)₃(μ₂-OMc)₉）则具有更优分辨率。在电子束光刻（EBL）中实现了15 nm线宽（剂量460 pC/cm），在EUVL中达到30 nm线宽（剂量35 mJ/cm⊃2;），性能超越多数金属氧簇光刻胶。此外，材料表现出高蚀刻抗性（选择性比达0.45），为新型锆基光刻胶的设计提供了理论指导。

图1. 研究背景与本文工作

背景介绍：

随着半导体工艺向2 nm工艺节点的迈进，极紫外光刻（EUVL）对光刻胶的分辨率、灵敏度及蚀刻抗性提出了更高要求。金属有机簇（MOCs）因其原子级结构可调性，成为理想候选材料。其中，锆基材料因高熔点、化学稳定性及与硅工艺兼容性备受关注。然而，配体配位模式（如螯合μ₁或桥接μ₂）如何影响光刻性能仍不明确。传统研究多聚焦于配体种类或金属核心尺寸，而本研究首次从配位模式角度切入，通过精确调控μ₁/μ₂比例，探索其对光刻性能的原子级影响机制。

本文亮点：

本研究通过精准调控锆氧簇中螯合（μ₁）与桥接（μ₂）配位模式的比例，首次在成键层面揭示了配位模式对光刻性能的调控机制。结合密度泛函理论（DFT）计算，证明μ₁配体因解离能较低（3.95 eV vs. μ₂的4.76 eV）显著提升了团簇的光刻灵敏度，而高比例μ₂配体则通过增强结构稳定性实现了更优分辨率。实验结果表明，所设计材料在电子束光刻（EBL）中可形成15 nm线宽（剂量460 pC/cm），在极紫外光刻（EUVL）中达到30 nm线宽（剂量35 mJ/cm⊃2;），性能超越现有锆氧簇及多数金属氧簇光刻胶，同时展现出高蚀刻抗性（选择性比达0.45）。通过TGA-MS、XPS和FTIR系统解析了曝光过程中配体脱羧与自由基交联的溶解转换机制，突破了传统光刻胶“灵敏度-分辨率-线粗糙度（RLS）”的权衡限制，为精准设计高性能光刻材料提供了新范式。

总结与展望：

综上所述，本研究通过分子成键层面的配位模式调控，为高性能锆基光刻胶的设计开辟了新路径。未来可进一步探索多元配体组合或金属核心修饰，以实现更优的RLS平衡。该成果不仅推动了EUVL材料的微观精准设计，也为其他纳米加工技术提供了借鉴。

文章详情：

Zirconium-oxo clusters for high-resolution lithography: Influence of the organic-ligand coordination mode

Min Zhang, Daohan Wang, Zijian Chen, Xiaofeng Gong, Jun Zhao, Pengzhong Chen* and Xiaojun Peng*

Cite this by DOI:10.31635/ccschem.025.202505425文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202505425

扫码在线阅读

扫描或长按左侧二维码，

在线阅读全文

原标题：《CCS Chemistry | 彭孝军院士团队：通过精准调节光刻胶金属氧簇分子中的配体配位模式优化材料光刻性能的研究》

阅读原文