CN105446074A - 使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法 - Google Patents
使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105446074A CN105446074A CN201410417661.4A CN201410417661A CN105446074A CN 105446074 A CN105446074 A CN 105446074A CN 201410417661 A CN201410417661 A CN 201410417661A CN 105446074 A CN105446074 A CN 105446074A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- block
- block copolymers
- self
- molecule
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
本发明提供一种使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，包括步骤：提供一表面沉积有嵌段共聚物层的衬底，其中，所述嵌段共聚物包括两种不同的嵌段分子；通过光罩将激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光强分布，光强最强处为势能的最低点，所述嵌段共聚物中与激光频率产生共振的嵌段分子则被势能的最低点俘获，从而引导两种不同的嵌段分子进行周期性有序排列，形成定向的自组装图案。本发明提供的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法属于物理方法，利用激光照射对其中一种嵌段分子产生的极为强烈的束缚作用，从而使嵌段共聚物中两种嵌段分子定向有序的间隔排列，实现自组装图案的边缘线条清晰，无毛刺，无弯折，无缺陷。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种半导体制造方法，特别是涉及一种使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，现有的光刻技术以及不能够适应在纳米尺寸上的结构制造。具有自组装(self-assembly，SA)特性的自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(self-assemblymonolayer，SAM)和逐层自组装膜(Layerbylayerselfassembledmembrane)，目前对高聚物大分子自组装领域的研究主要针对液晶高分子、嵌段共聚物、能形成键或氢键的聚合物及带相反电荷体系的组合，其中嵌段共聚物的SAM，因其自组装特性为纳米尺寸上的图案化提供了另一途径。以二嵌段共聚物为例，在基板表面旋涂二嵌段共聚物后，可通过组成二嵌段共聚物的聚合物在退火后(例如，通过在高于所述聚合物的玻璃态转变温度时实施热退火或通过溶剂退火)的微相分离自发地组装成具有周期性结构的两种聚合物嵌段组合。但是，这种聚合物嵌段组合的周期性结构并不是一种有序结构域，
因此，为了在纳米级尺寸上形成有序结构域(well-organizedstructures)提出了定向自组装(Directedself-assembly，DSA)嵌段共聚物技术，从而为在纳米尺寸上进行光刻的图案化提供另一途径。在自组装过程中，原子、分子、颗粒以及其它建构体，由系统能量驱动，把它们自己组装成特殊功能结构。实现自组装的驱动力包括范德华力、氢键、静电力、表面张力、毛细管力等。这种驱动能还可以是外场，比如电场、磁场、流场等。
DSA按照其原理可以分为形貌引导DSA和化学引导DSA。其中，
结合图1～图6说明现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物方法流程图，其具体步骤如下：
步骤一，如图1所示，先提供一衬底101；
步骤二，如图2所示，在所述衬底101上沉积苯乙基三氯硅烷(phenylethyltrichlorosilane，PETS)层102。
步骤三，如图3所示，在PETS层102上涂覆光刻胶103；
步骤四，如图4所示，光刻后所述光刻胶103图案化形成光刻图案，以形成光刻图案的光刻胶103为掩膜对PETS层102进行照射，在PETS层102表面形成化学图案(chemicalpattern)。
本步骤中，照射是在氧气氛围下用业内已知的超紫外光(EUV)、X射线或者电子(E-bearn)曝光系统对PETS层102进行照射。对于没有被光刻图案遮蔽的部分PETS层102，在上述光束或电子束照射下和氧气发生化学反应，使其由非极性转变为极性的化学改性(Chemicallymodified)区域104；而被光刻图案遮蔽的另一部分PETS102则没有和氧气发生化学反应，仍然保持非极性的状态，称为非化学改性(Non-Chemicallymodified)区域105。
步骤五，如图5所示，剥离光刻图案。在具有化学图案的PETS层102表面旋涂嵌段共聚物106作为SAM。
步骤六，如图6所示，对嵌段共聚物106进行退火，其自组装形成两种聚合物嵌段组合，两种聚合物嵌段组合是具有周期性结构的有序结构域。
化学引导DSA依靠的是分子与分子之间的作用力，由于这种作用力(化学势能)太弱，对分子的束缚以及定向的强度不够，最后导致两种嵌段的排列位置以及有序程度受到影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，用于解决现有技术中采用化学引导的方法形成的自组装嵌段共聚物的位置不准确以及图案边缘形状不符合工艺要求的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，所述方法至少包括步骤：
提供一表面沉积有嵌段共聚物层的衬底，其中，所述嵌段共聚物包括两种不同的嵌段分子；
通过光罩将激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光强分布，光强最强处为势能的最低点，所述嵌段共聚物中与激光频率产生共振的嵌段分子则被势能的最低点俘获，从而引导两种不同的嵌段分子进行周期性有序排列，形成定向的自组装图案。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，所述激光为窄带激光光束。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，所述激光强度大于正常光刻胶曝光的强度。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，激光照射在嵌段共聚物层的表面后，整个系统的温度控制在300～400K范围内。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，与激光频率产生共振的嵌段分子中会产生偶极力，使该嵌段分子由非极性转变为极性。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，所述嵌段分子是否与激光产生共振，与失谐量有关；失谐量越小，激光与嵌段分子越容易发生共振，势能对嵌段分子的吸附力越强；失谐量越大，激光与嵌段分子越难发生共振，势能对嵌段分子的吸附力越弱。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，在所述衬底上沉积所述嵌段共聚物层之前，还包括在所述衬底表面沉积底部抗反射层的步骤。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，所述衬底为硅衬底。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，所述嵌段共聚物为PS-b-PMMA。
作为本发明使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的一种优化方案，所述光罩和衬底之间还设置有用于聚焦的棱镜。
如上所述，本发明的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，包括步骤：提供一表面沉积有嵌段共聚物层的衬底，其中，所述嵌段共聚物包括两种不同的嵌段分子；通过光罩将激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光强分布，光强最强处为势能的最低点，所述嵌段共聚物中与激光频率产生共振的嵌段分子则被势能的最低点俘获，从而引导两种不同的嵌段分子进行周期性有序排列，形成定向的自组装图案。本发明提供的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法属于物理方法，利用激光照射对其中一种嵌段分子产生的极为强烈的束缚作用，使嵌段共聚物中两种嵌段分子定向有序的间隔排列，实现自组装图案的边缘线条清晰，无毛刺，无弯折，无缺陷。
附图说明
图1～图6为现有技术中通过化学引导的方式定向自组装嵌段共聚物的方法示意图。
图7～图11为本发明的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法的制备流程示意图。
元件标号说明
101,201衬底
102PETS层
103光刻胶
104化学改性区
105非化学改性区
106,206嵌段共聚物
202底部抗反射层
207PS
208PMMA
301光罩
302棱镜
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，所述方法至少包括步骤：
步骤一、提供一表面沉积有嵌段共聚物层的衬底，其中，所述嵌段共聚物包括两种不同的嵌段分子；
步骤二、通过光罩将激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光强分布，光强最强处为势能的最低点，所述嵌段共聚物中与激光频率产生共振的嵌段分子则被势能的最低点俘获，从而引导两种不同的嵌段分子进行周期性有序排列，形成定向的自组装图案。
下面结合具体附图对本发明的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法做详细的说明。
首先执行步骤一，提供一表面沉积有嵌段共聚物层的衬底，其中，所述嵌段共聚物包括两种不同的嵌段分子。
提供的衬底如图7所示，衬底201是指任一支承结构，包括但不限于半导电性基板、晶片片段和晶片。本实施例中，提供一晶片(wafer)作为基板，所述晶片可以是为硅衬底、硅锗衬底、硅碳衬底、III-V族化合物半导体衬底等。本实施例中，所述晶片为硅衬底。
在优选的实施例中，沉积所述嵌段共聚物层之前，需要在所述衬底201表面沉积一层底部抗反射层(BARC)202，如图8所示。所述底部抗反射层202可以由氮氧化硅或者其他可应用的材料形成。可以采用任何合适的方法将底部抗反射层202沉积在所述衬底201上，比如，旋涂沉积技术、喷涂、挤压涂敷或化学气相沉积等。形成的底部抗反射层202可以减少嵌段共聚物底部光波的反射率，提高分辨率，使后续分离的嵌段共聚物的线条更加笔直美观，满足工艺要求。
如图9所示，采用旋涂的方式在所述衬底201表面形成嵌段共聚物206。优选的实施例中，衬底201表面有底部抗反射层202，则在所述底部抗反射层(BARC)202表面形成嵌段共聚物206。
所述嵌段共聚物206可以是苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)、聚氧化乙烯-聚异戊二烯、聚氧化乙烯-聚丁二烯、聚氧化乙烯-聚苯乙烯、聚氧化乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-聚乙烯基吡咯啶、聚苯乙烯-聚异戊二烯(PS-b-PI)、聚苯乙烯-聚丁二烯、聚丁二烯-聚乙烯基吡咯啶或者聚异戊二烯-聚甲基丙烯酸甲酯。本实施例中，所述嵌段共聚物206优选为苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)。
接着执行步骤二，如图10所示，通过光罩301将激光照射在所述嵌段共聚物206的表面，形成光强分布，光强最强处为势能的最低点，所述嵌段共聚物206中与激光频率产生共振的嵌段分子则被势能的最低点俘获，从而引导两种不同的嵌段分子进行周期性有序排列，形成定向的自组装图案。
两种嵌段分离后形成的自组装图案如图11所示。以嵌段共聚物PS-b-PMMA为例，分离之后嵌段PS207与嵌段PMMA208进行周期性间隔排列。
本发明中采用窄带激光作为光源，所述窄带激光的频率可以认为是单一频率，单一频率的激光穿过一光罩301照射在所述嵌段共聚物206的表面。进一步地，所述光罩301和衬底201之间还设置有用于聚焦的棱镜302，镜头的焦深要合适，可以使激光清晰且以符合要求的强度照射在嵌段共聚物206的表面。另外，激光在嵌段共聚物206表面形成驻波，以干涉条纹的形状分布在嵌段共聚物206的表面。
需要说明的是，激光的频率相对于正常光刻工艺中光刻胶曝光的强度要高。因为光刻胶曝光利用的是光刻胶感光后发生的化学反应，该过程需要的驱动能较低，而本发明的嵌段共聚物在激光的照射下发生的是物理迁移，其所需的驱动能较高。
在激光的照射下，所述嵌段共聚物206中与激光频率产生共振的嵌段分子则被势能的最低点俘获，同时，该种嵌段分子会吸收共振激光的一部分能量，产生偶极力，偶极力使嵌段分子由极性转变为极性。
偶极力其中，R为散射率，Isat为饱和吸收强度，I为激光强度，Δ为失谐量，α为系数，v为分子移动速度。
而与激光频率不发生共振的另一种嵌段分子相对于激光而言是完全透明的，不会沿着势能的方向迁移，也不会产生偶极力，整个过程保持自身的非极性状态。当发生共振的嵌段分子进行有序排列后，不发生共振的嵌段分子则自动排列在其旁侧。
所述嵌段共聚物中的嵌段分子是否与激光产生共振，与失谐量有关。所谓失谐量，是激光频率与嵌段分子频率的差值。失谐量越小，激光与嵌段分子越容易发生共振，势能最低点对嵌段分子的吸附力越强，嵌段分子沿着势能梯度的方向迁移至势能的最低点；失谐量越大，激光与嵌段分子越难发生共振，势能最低点对嵌段分子的吸附力越弱，嵌段分子远离势能的最低点。
激光照射在嵌段共聚物层206的表面后，整个系统的温度控制在300～400K范围内。现有技术中，需要进行高温退火来使嵌段共聚物中的两种嵌段分子进行分离，高温退火会引起晶圆膨胀等一系列的负面效应，对整个芯片制造工艺造成不良影响。而本发明中两种嵌段分子的分离属于纯物理过程，不需要较高的温度，可以避免高温带来的不良影响。
当嵌段共聚物206中的两种嵌段分子分离后，两种嵌段分子分别以极性分子和非极性分子的形式存在，利用分离后两种嵌段高的蚀刻选择比，可以选择性的蚀刻掉其中一种嵌段，另一种嵌段则作为后续蚀刻的掩膜层。
综上所述，本发明提供一种使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，包括步骤：提供一表面沉积有嵌段共聚物层的衬底，其中，所述嵌段共聚物包括两种不同的嵌段分子；通过光罩将激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光强分布，光强最强处为势能的最低点，所述嵌段共聚物中与激光频率产生共振的嵌段分子则被势能的最低点俘获，从而引导两种不同的嵌段分子进行周期性有序排列，形成定向的自组装图案。本发明提供的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法属于物理方法，利用激光照射对其中一种嵌段分子产生的极为强烈的束缚作用，使嵌段共聚物中两种嵌段分子定向有序的间隔排列，实现自组装图案的边缘线条清晰，无毛刺，无弯折，无缺陷。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于，所述方法至少包括：
提供一表面沉积有嵌段共聚物层的衬底，其中，所述嵌段共聚物包括两种不同的嵌段分子；
通过光罩将激光照射在所述嵌段共聚物的表面，形成光强分布，光强最强处为势能的最低点，所述嵌段共聚物中与激光频率产生共振的嵌段分子则被势能的最低点俘获，从而引导两种不同的嵌段分子进行周期性有序排列，形成定向的自组装图案。
2.根据权利要求1所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：所述激光为窄带激光光束。
3.根据权利要求2所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：所述激光强度大于正常光刻胶曝光的强度。
4.根据权利要求1所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：激光照射在嵌段共聚物层的表面后，整个系统的温度控制在300～400K范围内。
5.根据权利要求1所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：与激光频率产生共振的嵌段分子中会产生偶极力，使该嵌段分子由非极性转变为极性。
6.根据权利要求1所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：所述嵌段分子是否与激光产生共振，与失谐量有关；失谐量越小，激光与嵌段分子越容易发生共振，势能对嵌段分子的吸附力越强；失谐量越大，激光与嵌段分子越难发生共振，势能对嵌段分子的吸附力越弱。
7.根据权利要求1所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：在所述衬底上沉积所述嵌段共聚物层之前，还包括在所述衬底表面沉积底部抗反射层的步骤。
8.根据权利要求1所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：所述衬底为硅衬底。
9.根据权利要求1所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：所述嵌段共聚物为PS-b-PMMA。
10.根据权利要求1所述的使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法，其特征在于：所述光罩和衬底之间还设置有用于聚焦的棱镜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410417661.4A CN105446074B (zh) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | 使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410417661.4A CN105446074B (zh) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | 使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105446074A true CN105446074A (zh) | 2016-03-30 |
| CN105446074B CN105446074B (zh) | 2019-09-06 |
Family
ID=55556428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410417661.4A Active CN105446074B (zh) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | 使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105446074B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112661934A (zh) * | 2019-10-16 | 2021-04-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种环氧树脂乳化剂及其制备方法和应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014096662A1 (fr) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Arkema France | Procede de fabrication de masque de nanolithographie |
-
2014
- 2014-08-22 CN CN201410417661.4A patent/CN105446074B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014096662A1 (fr) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Arkema France | Procede de fabrication de masque de nanolithographie |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112661934A (zh) * | 2019-10-16 | 2021-04-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种环氧树脂乳化剂及其制备方法和应用 |
| CN112661934B (zh) * | 2019-10-16 | 2024-03-12 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种环氧树脂乳化剂及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105446074B (zh) | 2019-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI464544B (zh) | Pattern formation method | |
| US8951428B2 (en) | Method for the fabrication of periodic structures on polymers using plasma processes | |
| KR100930966B1 (ko) | 블록공중합체의 나노구조와 일치하지 않는 형태의 표면패턴상에 형성되는 블록공중합체의 나노구조체 및 그 제조방법 | |
| US7122482B2 (en) | Methods for fabricating patterned features utilizing imprint lithography | |
| US20110039061A1 (en) | Directed material assembly | |
| US20150364335A1 (en) | Methods for providing spaced lithography features on a substrate by self-assembly of block copolymers | |
| CN103187245B (zh) | 一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法 | |
| TW201324615A (zh) | 使用定向自組裝製程形成半導體元件的精細圖樣的方法 | |
| Girardot et al. | Pulsed transfer etching of PS–PDMS block copolymers self-assembled in 193 nm lithography stacks | |
| Servin et al. | Contact hole shrink by directed self-assembly: Process integration and stability monitored on 300 mm pilot line | |
| KR102160791B1 (ko) | 블록 공중합체 및 이를 사용한 패턴 형성 방법 | |
| Pound-Lana et al. | Dry-etching processes for high-aspect-ratio features with sub-10 nm resolution high-χ block copolymers | |
| US9235125B2 (en) | Methods of providing patterned chemical epitaxy templates for self-assemblable block copolymers for use in device lithography | |
| Chevalier et al. | Lithographically Defined Cross-Linkable Top Coats for Nanomanufacturing with High-χ Block Copolymers | |
| JP2014170802A (ja) | パターン形成方法 | |
| CN105446074A (zh) | 使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法 | |
| KR101789921B1 (ko) | 나노 박막 패턴 구조물의 제조 방법 | |
| Meng et al. | A novel nanofabrication technique of silicon-based nanostructures | |
| CN103969963A (zh) | 用于光刻系统的图案生成器 | |
| Rasappa et al. | Sub‐15 nm Silicon Lines Fabrication via PS‐b‐PDMS Block Copolymer Lithography | |
| Castro et al. | Nanoscale control of Si nanoparticles within a 2D hexagonal array embedded in SiO2 thin films | |
| Meng et al. | A straightforward and CMOS-compatible nanofabrication technique of periodic SiO2 nanohole arrays | |
| Pimenta-Barros et al. | Precise control of template affinity achieved by UV-assisted graphoepitaxy approach on silicon nanowires applications | |
| KR101304991B1 (ko) | 실리콘 나노팁 어레이의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 실리콘 나노팁 어레이 | |
| Putranto et al. | Controlled Anisotropic Wetting by Plasma Treatment for Directed Self-Assembly of High-χ Block Copolymers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |