利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物自组装的方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其是涉及一种用于嵌段共聚物的导向自组装的方法。

背景技术：

1、众所周知，制造业是最大的能源消耗者和二氧化碳排放者。然而，最近全球半导体制造商宣布将扩大芯片制造的计划以满足对芯片激增的需求，这可能会进一步增加碳排放，并且还会导致危险化学品消耗的增加，例如芯片制造所需的光敏材料、溶剂和有毒气体消耗的增加。

2、在芯片制造的过程中，光刻是最重要、最复杂、最昂贵的工艺，其成本占总生产成本的30％以上，耗时约占整个工艺周期的50％，其精密度决定了芯片的制程及器件性能。

3、基于嵌段共聚物(block copolymer,bcp)的导向自组装(directed self-assembly,dsa)技术是一种“自下而上”的光刻新技术，现已受到半导体工业界的高度关注，其原理与传统的光学光刻以及电子束光刻截然不同。嵌段共聚物的导向自组装(下面有时简称为bcp自组装)已被国际设备和系统路线图(irds)列为下一代半导体芯片生产技术的候选者。bcp自组装具有高通量、高效率、低成本以及与工业半导体工艺相兼容等优势。到目前为止，bcp自组装已被广泛用于制造非易失性存储器、鳍式场效应晶体管和光子纳米器件等。

4、bcp自组装依赖于分子微相分离产生高密度和高度有序的图案阵列，其特征尺寸范围为5到100nm。自组装的驱动力源于bcp嵌段之间的热力学不相容性。然而，在自组装过程之前，仍然需要外部提供能量克服bcp内部动力学势垒。热退火是bcp微相分离最常用的技术。后来，开发了各种用于bcp微相分离的退火技术，例如溶剂蒸汽退火、微波退火、激光退火、闪光灯辐射和氩气等离子体辐射等。然而，这些退火技术需要消耗二次能量(例如电能)来克服bcp自组装的动力学势垒。这将增加不可再生能源(如化石燃料)的消耗，从而导致碳排放量增加。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物自组装的方法，其中聚焦太阳能退火(focused solar annealing,fsa)工艺是本发明中所提出的用于bcp自组装的绿色、节能的新技术，可在平面衬底以及图形引导模板上使bcp实现微相分离，能够显著降低bcp光刻的能耗、工艺时间及成本。

2、解决技术问题的技术方案

3、为了解决上述问题，本发明的第一方面所涉及的利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物自组装的方法中，包括如下步骤：

4、(1)在衬底上接枝无规共聚物；

5、(2)在所述无规共聚物上涂覆包含与所述无规共聚物相对应的嵌段共聚物的材料；以及

6、(3)利用聚焦太阳能退火工艺来驱动所述嵌段共聚物进行微相分离，从而使所述嵌段共聚物在所述衬底上进行自组装以形成有序结构。

7、进一步地，所述步骤(1)中，通过将包含所述无规共聚物的材料涂覆在所述衬底上，并使用真空退火炉进行热处理，从而在所述衬底上接枝无规共聚物。

8、进一步地，所述步骤(1)中，通过将包含所述无规共聚物的材料涂覆在所述衬底上，并使用聚焦太阳能热处理工艺进行热处理，从而在所述衬底上接枝无规共聚物。

9、进一步地，所述无规共聚物的类型为a-r-b型，所述嵌段共聚物的类型为a-b-b型。

10、进一步地，所述聚焦太阳能退火工艺中，通过对聚焦太阳光而形成的光斑的尺寸进行调整，来获得所需退火温度，使所述嵌段共聚物在所述所需退火温度下暴露一定退火时间后，冷却至环境温度。

11、进一步地，所述聚焦太阳能热处理工艺中，通过对聚焦太阳光而形成的光斑的尺寸进行调整，来获得所需热处理温度，使所述无规共聚物在所述所需热处理温度下暴露一定热处理时间。

12、本发明的第二方面所涉及的利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物导向自组装的方法中，包括如下步骤：

13、(1’)在衬底上所形成的图形引导模板上接枝无规共聚物；

14、(2’)在所述无规共聚物上涂覆与所述无规共聚物相对应的嵌段共聚物；以及

15、(3’)利用聚焦太阳能退火工艺来驱动所述嵌段共聚物进行微相分离，从而使所述嵌段共聚物在所述图形引导模板上进行导向自组装以形成有序结构。

16、进一步地，所述步骤(1’)中，通过将包含所述无规共聚物的材料涂覆在所述图形引导模板上，并使用真空退火炉进行热处理，从而在所述图形引导模板上接枝无规共聚物。

17、进一步地，通过将包含所述无规共聚物的材料涂覆在所述图形引导模板上，并使用聚焦太阳能热处理工艺进行热处理，从而在所述图形引导模板上接枝无规共聚物。

18、进一步地，通过对所述衬底进行图形化，来形成所述图形引导模板。

19、进一步地，所述无规共聚物的类型为a-r-b型，所述嵌段共聚物的类型为a-b-b型。

20、进一步地，所述聚焦太阳能退火工艺中，通过对聚焦太阳光而形成的光斑的尺寸进行调整，来获得所需退火温度，使所述嵌段共聚物在所述所需退火温度下暴露一定退火时间后，冷却至环境温度。

21、进一步地，所述聚焦太阳能热处理工艺中，通过对聚焦太阳光而形成的光斑的尺寸进行调整，来获得所需热处理温度，使所述无规共聚物在所述所需热处理温度下暴露一定热处理时间。

22、本发明的第三方面提供一种利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物自组装的系统，包括无规共聚物接枝部、嵌段共聚物涂覆部、以及聚焦太阳能退火部，所述系统用于执行以下步骤：

23、(1)使用所述无规共聚物接枝部，在衬底上接枝无规共聚物；

24、(2)使用所述嵌段共聚物涂覆部，在所述无规共聚物上涂覆与所述无规共聚物相对应的嵌段共聚物；以及

25、(3)使用所述聚焦太阳能退火部，利用聚焦太阳能退火工艺来驱动所述嵌段共聚物进行微相分离，从而使所述嵌段共聚物在所述衬底上进行自组装以形成有序结构。

26、进一步地，所述聚焦太阳能退火部通过使用凸透镜来聚焦太阳光，或者通过使用菲涅尔透镜以及凹面镜来聚焦太阳光。

27、本发明的第四方面提供一种利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物导向自组装的系统，包括无规共聚物接枝部、嵌段共聚物涂覆部、以及聚焦太阳能退火部，所述系统用于执行以下步骤：

28、(1’)使用所述无规共聚物接枝部，在衬底上所形成的图形引导模板上接枝无规共聚物；

29、(2’)使用所述嵌段共聚物涂覆部，在所述无规共聚物上涂覆与所述无规共聚物相对应的嵌段共聚物；以及

30、(3’)使用所述聚焦太阳能退火部，利用聚焦太阳能退火工艺来驱动所述嵌段共聚物进行微相分离，从而使所述嵌段共聚物在所述图形引导模板上进行导向自组装以形成有序结构。

31、进一步地，所述聚焦太阳能退火部通过使用凸透镜来聚焦太阳光，或者通过使用菲涅尔透镜以及凹面镜来聚焦太阳光。

32、本发明还提供一种利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物自组装的系统的控制方法，用于控制上述第三方面和第四方面所述的系统执行各个步骤。

33、本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物自组装的系统的控制方法。

34、本发明还提供一种计算机可读取介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物自组装的系统的控制方法。

35、发明效果

36、本发明的利用聚焦太阳能退火工艺进行嵌段共聚物自组装的方法中，通过采用聚焦太阳能退火工艺，可在平面衬底和图形引导模板上使bcp实现微相分离，能够显著降低bcp光刻的能耗、工艺时间及成本；并且与常规的真空热退火工艺相比，实现微相分离所需的时间更短，层状相的取向相关长度更长；并且由于聚焦太阳能退火工艺直接采用作为一次能源的太阳能，因此还具有易于操作、绿色、低成本和零碳排放等诸多优点，将为太阳能的利用开辟新的方向(芯片制造等)，将使bcp光刻朝着可持续、无污染和碳中和等方面发展。