[发明专利]用于通过嵌段共聚物的自组装在衬底上设置光刻特征的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月15日递交的美国临时申请61/792,538的权益，其在此通过引用全文并入。

技术领域

本发明涉及一种利用设置在衬底上的凹陷中的嵌段共聚物的自组装而在衬底上形成光刻特征的方法。

背景技术

在器件制造的光刻技术中，正在期望减小光刻图案中的特征的尺寸以便提高在给定衬底区域上特征的密度。具有纳米级临界尺寸(CD)的较小特征的图案允许更大的器件或电路结构的集中度，得到在电子和其他器件的尺寸减小和制造成本方面的潜在的改进。在投影光刻技术中，对更小特征的推动导致例如浸没光刻和极紫外(EUV)光刻术等技术的发展。

作为替代方案，所谓的压印光刻术通常涉及使用“压印器”(通常称为压印模板)以将图案转移至衬底上。压印光刻术的优点在于，特征的分辨率不受到例如辐射源的发射波长或投影系统的数值孔径的限制。替代地，分辨率主要受限于压印模板上图案的密度。

对于投影光刻和压印光刻术，期望提供表面的高分辨图案化，例如压印模板或其他衬底的表面的高分辨图案化。已经考虑使用嵌段共聚物(BCP)的自组装作为用于将特征分辨率提高至比通过现有技术的光刻方法能够获得的分辨率更好的值的潜在方法或作为用于制备压印模板的电子束光刻的备选方案。

可自组装嵌段共聚物是在纳米制造技术中有用的化合物，因为它们在冷却至特定温度(有序-无序转变温度To/d)以下时会经受有序-无序转变，导致不同化学性质的共聚物嵌段的相分离，以便形成有序的、化学区分的尺寸为几十纳米或甚至小于10nm的区域或域。区域或域的尺寸和形状可以通过操纵不同嵌段类型的共聚物的分子量和成分来控制。区域或域之间的界面可以具有1-5nm量级的宽度，并且可以通过改变共聚物的嵌段的化学成分来操纵。

Chaikin和Register等人在Science 276,1401(1997)中的文章阐明了使用嵌段共聚物的薄膜作为自组装模板的可行性。具有20nm尺寸的点和孔的密集阵列从聚(苯乙烯-嵌段-橡胶基质)的薄膜转移至氮化硅衬底。

嵌段共聚物包括不同的嵌段，每个嵌段通常包括一个或多个相同的单体，并且沿聚合物链并排布置。每个嵌段可以包括其相应类型的多个单体。因而，例如，A-B嵌段共聚物可以具有在(或每个)A嵌段中的多个A型单体和在(或每个)B嵌段中的多个B型单体。合适的嵌段共聚物的示例是例如具有聚苯乙烯(PS)单体(疏水嵌段)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)单体(亲水嵌段)的共价键链接的多个嵌段的聚合物。具有不同疏水性/亲水性的嵌段的其他嵌段共聚物可以是有用的。例如，三嵌段共聚物(诸如A-B-C嵌段共聚物)可以是有用的，因为可以是交替的或周期性的嵌段共聚物(例如[-A-B-A-B-A-B-]_n或[-A-B-C-A-B-C]_m，其中n和m是整数)。这些嵌段彼此通过共价键以线性或分支(例如星形或分支配置)的方式连接。

依赖于多个嵌段的体积分数、每个嵌段类型内的聚合度(即，每个相应嵌段内每个相应类型的单体的数量)、溶剂的可选使用以及表面相互作用，嵌段共聚物在自组装时可以形成多种不同的相。当在薄膜中应用时，几何限制可能引起附加的边界条件，这可能限制所述形成的相。通常，在自组装嵌段共聚物的薄膜中实际观察到球形(例如立方体)、圆柱形(例如四角形或六边形)以及层状相(即，具有立方体、六边形或层状间隔填充对称的自组装相)。

观察到的相类型可以依赖于不同聚合物嵌段的相对分子体积分数。例如，80：20的分子体积比将提供布置在高体积嵌段的连续区域或域中的低体积嵌段的不连续球形区域或域的立方体相。当体积比减小到70：30时，将形成圆柱形相，不连续区域或域是低体积嵌段的圆柱。在50：50的比例下，形成层状相。在30：70的比例下，可能形成相反的圆柱形相，而在20：80的比例下，可能形成相反的立方体相。

用作可自组装聚合物的合适的嵌段共聚物包括但不限于聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙烯-b-2-乙烯基吡啶)、聚(苯乙烯-b-丁二烯)、聚(苯乙烯-b-二茂铁二甲基硅烷)、聚(苯乙烯-b-环氧乙烯)、聚(环氧乙烯-b-橡胶基质)。符号“b”表示“嵌段”。虽然这些是双嵌段共聚物的示例，但是应该清楚，自组装也可以采用三嵌段共聚物、四嵌段共聚物或其他多嵌段共聚物。