使用激光定向自组装嵌段共聚物的方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 随着半导体技术的发展，现有的光刻技术W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（Xayerbylayerselfassembled membrane)，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 形成键或氨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。W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，送种聚合物嵌段组合的周期性结构并不是一种有序结构域，
[0003] 因此，为了在纳米级尺寸上形成有序结构域（weU-organizedstruc化res)提出 了定向自组装值irectedself-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W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、氨键、静电 力、表面张力、毛细管力等。送种驱动能还可W是外场，比如电场、磁场、流场等。
[0004]DSA按照其原理可W分为形貌引导DSA和化学引导DSA。其中，
[0005] 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：
[0006] 步骤一，如图1所示，先提供一衬底101 ;
[0007] 步骤二，如图2所示，在所述衬底101上沉积苯己基Η氯娃焼 (phenylethyltrichlorosilane，PETS)层 102。
[0008] 步骤H，如图3所示，在阳TS层102上涂覆光刻胶103;
[0009] 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，W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)。
[0010] 本步骤中，照射是在氧气氛围下用业内已知的超紫外光巧uv)、x射线或者电子 巧-beam)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（化emicallymodified)区域104;而被光刻图案遮蔽的另一部分阳TS102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-化emicallymodified)区 域 105。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 化学引导DSA依靠的是分子与分子之间的作用力，由于送种作用力（化学势能） 太弱，对分子的束缚W及定向的强度不够，最后导致两种嵌段的排列位置W及有序程度受 到影响。
【发明内容】
[0014] 鉴于W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W及图案边缘形状不符合工艺要求的问题。
[0015] 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：
[0016] 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；
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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 娃衬底。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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】
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 元件标号说明
[0031] 101, 201 衬底
[0032] 102 阳TS层
[0033] 103 光刻胶
[0034] 104 化学改性区
[003引 105 非化学改性区
[0036] 106, 206 嵌段共聚物
[0037] 202 底部抗反射层
[0038] 207 PS
[0039] 208 PMMA
[0040] 301 光罩
[0041] 302 棱镜
【具体实施方式】
[0042]W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 所掲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W通过另外不同的具体实 施方式加W实施或应用，本说明书中的各项细节也可W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。
[0043] 请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅W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。
[0044] 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：
[0045] 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；
[0046] 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。
[0047] 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。