一种形成包括自组装材料的分层结构的方法，包括：在衬底上布置非交联的光刻胶层；将光刻胶层图案式曝光于第一辐射；可选地加热已曝光光刻胶层；采用含水碱性显影剂在第一显影工艺中显影已曝光光刻胶层，从而形成初始图案化光刻胶层；光化学地、热地和/或化学地处理初始图案化光刻胶层，由此形成包括布置在第一衬底表面上的未交联的已处理光刻胶的已处理图案化光刻胶层；在已处理图案化光刻胶层上浇铸定向控制材料在第一溶剂中的溶液，并且去除第一溶剂，从而形成定向控制层；加热定向控制层以有效地将定向控制材料的一部分结合至第二衬底表面；在第二显影工艺中去除已处理光刻胶的至少一部分以及可选地去除任何未结合的定向控制材料，由此形成用于自组装的预图案；可选地加热预图案；在预图案上浇铸溶解在第二溶剂中的能够自组装的材料的溶液，并且去除第二溶剂；以及采用可选的加热和/或退火，允许已浇铸材料自组装，由此形成包括自组装材料的分层结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及定向自组装方法以及由此形成的分层结构；并且更具体地涉及具有更 高空间频率的嵌段共聚物的微畴(microdomain)的自组装。
技术介绍
以更小关键尺寸来图案化特征的能力允许制造更密集电路，由此使得在相同面积 内能制造更多电路元件并且降低每个元件的总成本。在每一代技术中需要具有更小关键尺 寸和更紧密间距的特征。聚合物材料的定向自组装(DSA)是通过增强空间分辨率和/或控 制衬底上预定义图案的关键尺寸变化来扩展当前光刻技术的潜在候选者。特别地，为此目 的已开发了聚合物共混物以及嵌段共聚物(BCP)材料的DSA。有两种主要方法用于BCP薄 膜的定向自组装制图外延以及化学外延。在附图说明图1A的现有技术所示的制图外延方法中，通过预图案化的衬底的拓扑化特征 来引导嵌段共聚物的自组装。可以使用具有侧壁910的拓扑图案化衬底以及下层定向控制 层来定向在宽度L的沟槽内的自组装(在此情形下是层状畴(domain)的自组装)，其中该 侧壁910具有对于一个畴914的优先亲和性。例如，在图1A中BCP的自对准层状畴914和 916在拓扑化沟槽中形成平行的线条_间隔图案并且通过细分光刻得到的拓扑化预图案的 间隔(沟槽)来增强图案分辨率。可以选择性刻蚀一个畴，例如畴916，而留下畴914。在 沟槽具有宽度L并且BCP具有PBCP的周期的情况下，可以实现L/Pbcp的因子的倍频。然而， 制图外延具有潜在地限制了其作为光刻技术利用的问题。例如，在制图外延中，有缺陷的拓 扑化预图案和涂覆在拓扑化衬底之上的BCP聚合物层的非均匀厚度恶化了 BCP畴的布置误 差和线条_边缘粗糙度。此外，用于指导自组装工艺的心轴918通常远大于BCP畴，并且心 轴所占的面积基本上被浪费。此外，许多制图外延方法使用由刻蚀进入氧化物硬掩模层的 拓扑化特征来提供对于BCP浇铸溶剂稳定的图案。使用硬掩模层的额外工艺步骤增加了基 于制图外延的DSA工艺的成本和复杂度。备选地，在图1B描绘的现有技术所述的化学外延方法中，层920中密集化学图案 控制BCP材料的自组装以形成畴926和928。化学图案的间距(Ps)与BCP畴周期的间距 (PBCP)大致相等。化学图案区域922或者924的至少一个与对应的BCP畴926或者928之 间的优先亲和性根据下层化学预图案指导BCP畴的自组装。不同于制图外延，指导自组装 的特征没有面积损失。此外，由于与下层化学预图案的情形相比，最终自组装结构中具有更 低的关键尺寸变化(意味着关键尺寸以及线条-边缘粗糙度(LER)或者线条-宽度粗糙度 (LWR)两者)，BCP自组装工艺改进了尺寸控制。即使在密集化学图案上使用化学外延的DSA 增强了关键尺寸控制，但其并未提高分辨率或者提供信息增益。当前的光学光刻工具不具 有足够的分辨率来印刷这些1 : 1化学图案。作为替代，使用诸如电子束直写或者远紫外 (EUV，13. 5nm)干涉光刻之类的不适用于大规模制造的光刻技术来制造这些图案。然而，在稀疏化学图案上的化学外延可以提供类似于在密集化学图案上的关键尺 寸以及定向控制，但是也提供了增强的分辨率。例如，图1C现有技术显示了 BCP材料的定向自组装，用以在由交替的钉扎区域934和具有定向控制材料932的区域构成的稀疏化学 图案层930上形成畴936和938，其中钉扎区域934具有宽度WP = 0. 5*Pbcp,而具有定向控 制材料932的区域具有宽度WeA = PS-WP。在图1C所示的示例中，钉扎区域934对于畴938 具有强亲和性。对于畴938和畴936均具有操作上等价亲和性的诸如932的定向控制材料 适用于如所示那样支撑垂直定向的畴(936和938)。稀疏化学图案带的间距(Ps)与BCP间 距(PBCP)的比率确定倍频的因子。在图1C中，所示比率Ps/Pbcp = 2，这将导致双倍频。同 样地，通过使用具有Ps/Pbcp = 3的稀疏化学图案可以实现空间频率三倍，等等。虽然已开发出了包括表面结合自组装单层、聚合物毛刷(也即聚合物链贴在界面 的一端并且远离界面延伸以形成“毛刷”层)、以及光或热可交联聚合物材料的大量定向控 制材料，但是实际上用可以与传统光刻工艺和材料集成的方式来制造有效地指导BCP自组 装的合适的稀疏化学图案是十分困难的。现有技术图2A至图2D显示了已使用的一些方法。 图2A示出了通过在定向控制层940 (例如表面结合聚合物毛刷或者自组装单层)中电子束 直写光刻或者EUV干涉光刻的1 : 1密集化学图案的直写。层940中产生的化学图案指导 BCP的自组装以形成畴942和944。尽管电子束光刻可以用于以如此方式制造稀疏化学图 案，但是电子束直写光刻不适用于大规模制造。备选地，如现有技术图2B所示，可以在定向 控制材料948的顶部上图案化传统正性光刻胶946以形成图案化光刻胶特征950。光刻胶 图案可以在创建钉扎区域(也即对于自组装材料的一个畴具有特别亲和性的区域)的刻蚀 工艺期间保护下层表面，其中在该刻蚀工艺中通过去除材料以暴露下层衬底或者通过对变 得对于BCP自组装畴954或者956之一优先的材料诱发足够损伤来产生钉扎区域。随后可 以通过有机溶剂清洗去除保护性光刻胶层，而留下具有特征952的已刻蚀定向层。然而，具 体定向控制材料可以通过引起反射或者光刻胶粘附问题而干扰光刻胶图案化。此外，该方 法是非常工艺密集的，并且包含无法在光刻导轨工具中实现的刻蚀工艺。此外，刻蚀工艺可 以大大损伤保护性光刻胶层以使其无法干净和完整剥离。除了选择性去除或者改变定向控 制材料之外，已开发出可以在传统抗反射涂层960的顶部上图案化(现有技术图2C)的负 性光-可图案化定向控制材料958。现有技术图2C中也显示了 BCP自组装畴962和964。 实际上，虽然这些负性光-可图案化定向控制材料对于大面积图案工作良好，但是这些材 料没有证实足够分辨率性能。最终，如现有技术图2D所示，在定向控制材料968的顶部上 直接图案化交联的负性光刻胶966可以产生钉扎区域。现有技术图2D中也显示了 BCP自 组装畴970和972。必须当心使得在光刻胶浇铸和显影期间不改变在未曝光区域中的定向 控制材料的表面特性。此外，挑战在于使用暗场掩模以受限范围的用于光学光刻的传统负 性光刻胶来实现高分辨率图案化。已报道的最佳研究使用了氢倍半硅氧烷负性电子束光刻 胶，这不适用于大规模制造。虽然在受控表面上图案化薄负性光刻胶看起来是创建化学图案以指导自组装的 最直接方法，但是实际上遇到了使得该方法不可用的许多问题。例如，虽然图案化通常具有 80nm至200nm厚度的光刻胶适用于产生制图外延所需的拓扑化图案，但在化学图案所需的 薄层(例如亚15nm)中图案化高保真、低缺陷图像是困难的。此外，下层表面必须既要在光 刻胶图案化期间用作底部抗反射涂层(BARC)也要稍后在图案化期间用作已清洁区域中的 定向控制层。然而，商用可获得的BARC(主要优化了其光学特性、刻蚀特性、以及光刻胶粘 附/剖面性能)不具有合适的表面特性以用作定向控制材料。此外，当前的定向控制材料不具有提供足够的反射控制(特别是对于高数值孔径(高NA)光学光刻)所需的厚度或者 光学特性。实际上，非本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·桑德斯，J·程，W·辛斯伯格，HC·金，M·科尔伯恩，S·哈勒，S·霍姆斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：
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