使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于半導體制造技術領域，涉及一種半導體制造方法，特別是涉及一種使 用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著半導體技術的發展，現有的光刻技術W及不能夠適應在納米尺寸上的結構 制造。具有自組裝（self-assembly,SA)特性的自組裝膜按其成膜機理分為自組裝單層 膜（self-assemblymonolayer,SAM)和逐層自組裝膜（Xayerbylayerselfassembled membrane)，目前對高聚物大分子自組裝領域的研究主要針對液晶高分子、嵌段共聚物、能 形成鍵或氨鍵的聚合物及帶相反電荷體系的組合，其中嵌段共聚物的SAM，因其自組裝特性 為納米尺寸上的圖案化提供了另一途徑。W二嵌段共聚物為例，在基板表面旋涂二嵌段共 聚物后，可通過組成二嵌段共聚物的聚合物在退火后（例如，通過在高于所述聚合物的玻 璃態轉變溫度時實施熱退火或通過溶劑退火）的微相分離自發地組裝成具有周期性結構 的兩種聚合物嵌段組合。但是，送種聚合物嵌段組合的周期性結構并不是一種有序結構域，
[0003] 因此，為了在納米級尺寸上形成有序結構域（weU-organizedstruc化res)提出 了定向自組裝值irectedself-assembly,DSA)嵌段共聚物技術，從而為在納米尺寸上進行 光刻的圖案化提供另一途徑。在自組裝過程中，原子、分子、顆粒W及其它建構體，由系統能 量驅動，把它們自己組裝成特殊功能結構。實現自組裝的驅動力包括范德華力、氨鍵、靜電 力、表面張力、毛細管力等。送種驅動能還可W是外場，比如電場、磁場、流場等。
[0004]DSA按照其原理可W分為形貌引導DSA和化學引導DSA。其中，
[0005] 結合圖1~圖6說明現有技術中化學引導DSA嵌段共聚物方法流程圖，其具體步 驟如下：
[0006] 步驟一，如圖1所示，先提供一襯底101 ;
[0007] 步驟二，如圖2所示，在所述襯底101上沉積苯己基Η氯娃焼 (phenylethyltrichlorosilane，PETS)層 102。
[0008] 步驟H，如圖3所示，在陽TS層102上涂覆光刻膠103;
[0009] 步驟四，如圖4所示，光刻后所述光刻膠103圖案化形成光刻圖案，W形成光刻 圖案的光刻膠103為掩膜對PETS層102進行照射，在PETS層102表面形成化學圖案 (chemicalpattern)。
[0010] 本步驟中，照射是在氧氣氛圍下用業內已知的超紫外光巧uv)、x射線或者電子 巧-beam)曝光系統對PETS層102進行照射。對于沒有被光刻圖案遮蔽的部分PETS層 102,在上述光束或電子束照射下和氧氣發生化學反應，使其由非極性轉變為極性的化學改 性（化emicallymodified)區域104;而被光刻圖案遮蔽的另一部分陽TS102則沒有和氧 氣發生化學反應，仍然保持非極性的狀態，稱為非化學改性（Non-化emicallymodified)區 域 105。
[0011] 步驟五，如圖5所示，剝離光刻圖案。在具有化學圖案的PETS層102表面旋涂嵌 段共聚物106作為SAM。
[0012] 步驟六，如圖6所示，對嵌段共聚物106進行退火，其自組裝形成兩種聚合物嵌段 組合，兩種聚合物嵌段組合是具有周期性結構的有序結構域。
[0013] 化學引導DSA依靠的是分子與分子之間的作用力，由于送種作用力（化學勢能） 太弱，對分子的束縛W及定向的強度不夠，最后導致兩種嵌段的排列位置W及有序程度受 到影響。
【發明內容】
[0014] 鑒于W上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種使用激光定向自組裝 嵌段共聚物的方法，用于解決現有技術中采用化學引導的方法形成的自組裝嵌段共聚物的 位置不準確W及圖案邊緣形狀不符合工藝要求的問題。
[0015] 為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種使用激光定向自組裝嵌段共聚 物的方法，所述方法至少包括步驟：
[0016] 提供一表面沉積有嵌段共聚物層的襯底，其中，所述嵌段共聚物包括兩種不同的 嵌段分子；
[0017] 通過光罩將激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光強分布，光強最強處為勢 能的最低點，所述嵌段共聚物中與激光頻率產生共振的嵌段分子則被勢能的最低點俘獲， 從而引導兩種不同的嵌段分子進行周期性有序排列，形成定向的自組裝圖案。
[0018] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，所述激光為 窄帶激光光束。
[0019] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，所述激光強 度大于正常光刻膠曝光的強度。
[0020] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，激光照射在 嵌段共聚物層的表面后，整個系統的溫度控制在300~400K范圍內。
[0021] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，與激光頻率 產生共振的嵌段分子中會產生偶極力，使該嵌段分子由非極性轉變為極性。
[0022] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，所述嵌段分 子是否與激光產生共振，與失諧量有關；失諧量越小，激光與嵌段分子越容易發生共振，勢 能對嵌段分子的吸附力越強；失諧量越大，激光與嵌段分子越難發生共振，勢能對嵌段分子 的吸附力越弱。
[0023] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，在所述襯底 上沉積所述嵌段共聚物層之前，還包括在所述襯底表面沉積底部抗反射層的步驟。
[0024] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，所述襯底為 娃襯底。
[0025] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，所述嵌段共 聚物為PS-b-PMMA。
[0026] 作為本發明使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的一種優化方案，所述光罩和 襯底之間還設置有用于聚焦的棱鏡。
[0027] 如上所述，本發明的使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法，包括步驟；提供一表 面沉積有嵌段共聚物層的襯底，其中，所述嵌段共聚物包括兩種不同的嵌段分子；通過光罩 將激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光強分布，光強最強處為勢能的最低點，所述嵌 段共聚物中與激光頻率產生共振的嵌段分子則被勢能的最低點俘獲，從而引導兩種不同的 嵌段分子進行周期性有序排列，形成定向的自組裝圖案。本發明提供的使用激光定向自組 裝嵌段共聚物的方法屬于物理方法，利用激光照射對其中一種嵌段分子產生的極為強烈的 束縛作用，使嵌段共聚物中兩種嵌段分子定向有序的間隔排列，實現自組裝圖案的邊緣線 條清晰，無毛刺，無彎折，無缺陷。
【附圖說明】
[0028] 圖1~圖6為現有技術中通過化學引導的方式定向自組裝嵌段共聚物的方法示意 圖。
[0029] 圖7~圖11為本發明的使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法的制備流程示意 圖。
[0030] 元件標號說明
[0031] 101, 201 襯底
[0032] 102 陽TS層
[0033] 103 光刻膠
[0034] 104 化學改性區
[003引 105 非化學改性區
[0036] 106, 206 嵌段共聚物
[0037] 202 底部抗反射層
[0038] 207 PS
[0039] 208 PMMA
[0040] 301 光罩
[0041] 302 棱鏡
【具體實施方式】
[0042]W下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所掲露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可W通過另外不同的具體實 施方式加W實施或應用，本說明書中的各項細節也可W基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0043] 請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅W示意方式說明本發明 的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形 狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布 局型態也可能更為復雜。
[0044] 本發明提供一種使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法，所述方法至少包括步 驟：
[0045] 步驟一、提供一表面沉積有嵌段共聚物層的襯底，其中，所述嵌段共聚物包括兩種 不同的嵌段分子；
[0046] 步驟二、通過光罩將激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光強分布，光強最強 處為勢能的最低點，所述嵌段共聚物中與激光頻率產生共振的嵌段分子則被勢能的最低點 俘獲，從而引導兩種不同的嵌段分子進行周期性有序排列，形成定向的自組裝圖案。
[0047] 下面結合具體附圖對本發明的使用激光定向自組裝嵌段共聚物的方法做詳細的 說明。