專利名稱：圖案形成方法和聚合物合金基材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施方案涉及圖案形成方法和聚合物合金基材。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)方法如生產(chǎn)LSI的方法中，迄今使用采用光刻法(lithography)的微制造技術(shù)。由于確定需要更多微觀加工，光刻法中光源波長的降低和抗蝕劑性能的增強正在進(jìn)行中。然而，用這些措施改善分辨率變得越來越困難。同時，使用嵌段共聚物的相分離結(jié)構(gòu)的微制造技術(shù)引起注意。在微制造技術(shù)中，嵌段共聚物的相分離結(jié)構(gòu)的規(guī)則排列是需要的。已提出以下方法獲得嵌段共聚物的相分離結(jié) 構(gòu)的規(guī)則排列。例如，已知一種形成嵌段共聚物的微相分離圖案的方法，其包括在基質(zhì)上形成自組裝單層(SAM);通過光刻法將光致抗蝕劑涂覆于基質(zhì)上以形成線-和-空間抗蝕劑圖案；通過使用抗蝕劑圖案作為掩模在氧氣氣氛下用X射線進(jìn)行選擇性照射以實現(xiàn)SAM的一部分的化學(xué)改性；除去抗蝕劑圖案；和將SAM用嵌段共聚物涂覆，其后退火。另外，已知一種形成嵌段共聚物的微相分離圖案的方法，其包括在基質(zhì)上形成SAM ;通過干涉曝光使SAM的一部分選擇性曝光以形成化學(xué)改性點圖案；和將SAM用嵌段共聚物涂覆，其后退火。然而，由于這些使用SAM的方法對SAM涂覆速率的波動敏感，且由于形成SAM的分子的化學(xué)勢有限，方法的問題是SAM的差表面自由能可控性和嵌段共聚物的微相分離圖案的取向的不穩(wěn)定排列。另外，已知一種形成嵌段共聚物的微相分離圖案的方法，其包括通過加熱長時間在基質(zhì)上形成由聚合物化合物形成并稱為聚合物刷的單層；通過光刻法將光致抗蝕劑涂覆于基質(zhì)上以形成線-和-空間抗蝕劑圖案；通過使用抗蝕劑圖案作為掩模在氧氣氣氛下用X射線進(jìn)行選擇性照射以除去一部分聚合物刷；除去抗蝕劑圖案；和將聚合物刷用嵌段共聚物涂覆，其后退火。另外，已知一種形成嵌段共聚物的微相分離圖案的方法，其包括在基質(zhì)上形成聚合物刷；通過光刻法將電子束抗蝕劑涂覆于基質(zhì)上以形成點圖案；通過使用電子束抗蝕劑的點圖案作為掩模進(jìn)行氧等離子體照射以形成一部分聚合物刷；除去抗蝕劑圖案；和將SAM用嵌段共聚物涂覆，其后退火。該方法公開了嵌段共聚物的點圖案的點距比電子束抗蝕劑上形成的點圖案的點距更窄。在這些使用聚合物刷的方法中，由于聚合物鋪展于表面上以形成單層，可穩(wěn)定地進(jìn)行表面自由能的控制，由于SAM由硅烷偶聯(lián)劑形成。然而，需要使聚合物末端的羥基與Si基質(zhì)表面之間的化學(xué)反應(yīng)在聚合物刷的形成期間充分進(jìn)行并應(yīng)用熱能，所述熱能充分超過化學(xué)反應(yīng)所需的活化能且能使Si附近的羥基在不發(fā)生聚合物的熱分解的溫度下充分?jǐn)U散。因此，方法作為半導(dǎo)體器件等的微制造技術(shù)是不實際的，因為它們需要長時間熱處理。另外，報告了這種現(xiàn)象當(dāng)具有二苯甲酮結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑的SAM在基質(zhì)上形成時，在將聚合物用該聚合物容易溶于其中的有機溶劑沖洗以后保留聚合物的界面部分；將聚合物涂覆于基質(zhì)上；并進(jìn)行光照射以導(dǎo)致與SAM接觸的界面部分上的聚合物層與二苯甲酮之間的交聯(lián)反應(yīng)。然而，不預(yù)期材料能進(jìn)行嵌段共聚物的微相分離圖案的定向排列且沒有證明該材料是有效的。引文列表專利文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)I]美國專利No.6，746，825[專利文獻(xiàn)2]美國專利No.7，521，090非專利文獻(xiàn)[非專利文獻(xiàn)I] S. O. Kim 等人，Nature,第 424 卷,第 411-414 頁(2003)[非專利文獻(xiàn)2]E. ff. Edwards 等人，Adv. Mater,第 16 卷,第 1315-1319 頁(2004)[非專利文獻(xiàn)3]R. Ruiz 等人，Science，第 321 卷，第 936-939 頁(2008)[非專利文獻(xiàn)4]O. Prucker 等人，J. Am. Chem. Soc.，第 121 卷，第 8766-8770 頁(1999)[非專利文獻(xiàn) 5]A. M. Welander 等人,Macromolecules, 41,第 2759-2761 頁(2008)[非專利文獻(xiàn)6]K. Asakawa 等人，APS March Meeting (2000)發(fā)明公開內(nèi)容待通過本發(fā)明解決的問題本發(fā)明的目的是提供圖案形成方法和能在短時間內(nèi)在聚合物合金上形成具有優(yōu)異取向相分離結(jié)構(gòu)的圖案的聚合物合金基材。
解決問題的方法根據(jù)一個實施方案，圖案形成方法包括將自組裝單層和聚合物膜層壓在基質(zhì)上；通過用能量束照射導(dǎo)致聚合物膜與自組裝單層之間化學(xué)鍵合以在自組裝單層上形成聚合物表面層；和在聚合物表面層上形成具有相分離結(jié)構(gòu)圖案的聚合物合金。附圖簡述

圖1A(a)-1A(C)為顯示根據(jù)第一實施方案的聚合物合金圖案形成方法的透視圖；圖lB(d)和lB(e)為顯示根據(jù)第一實施方案的聚合物合金圖案形成方法的透視圖；圖2A(a)_2A(c)為顯示根據(jù)第二實施方案的聚合物合金圖案形成方法的透視圖；圖2B(d)和2B(e)為顯示根據(jù)第二實施方案的聚合物合金圖案形成方法的透視圖；圖3 (a)和3 (b)為顯示根據(jù)第二實施方案的聚合物合金圖案形成方法的透視圖；和圖4(a)和4(b)為顯示根據(jù)第三實施方案的聚合物合金圖案形成方法的透視圖。進(jìn)行本發(fā)明的模式(第一實施方案)圖1A(a)-1A(C)和圖1B(d)和IB(e)為顯不根據(jù)第一實施方案的聚合物合金圖案形成方法的透視圖。如圖1A (a)所示，自組裝單層2在基質(zhì)I上形成。
作為基質(zhì)1，可使用硅片、摻雜硅片、其中絕緣層或用作電極或配線的金屬層形成于表面上的硅片、掩模坯料或第II1-V族化合物如GaAs和AlGaAs的半導(dǎo)體片。另外，可使用鉻或氧化鉻沉積基質(zhì)、鋁沉積基質(zhì)、IBSPG涂覆基質(zhì)、旋涂式玻璃(spin-on-glass，S0G)涂覆基質(zhì)或SiN涂覆基質(zhì)。特別地，從形成自組裝單層2的容易性觀點看，基質(zhì)I可優(yōu)選在其表面上具有許多羥基。自組裝單層膜2可優(yōu)選由容易與有機硅基質(zhì)上形成的金屬或金屬氧化物表面上的羥基反應(yīng)的材料(如含有硅烷偶聯(lián)劑的材料)形成。自組裝單層膜2可優(yōu)選由有效地吸收能量束如UV射線和電子束以導(dǎo)致與接觸光聚合引發(fā)劑的聚合物交聯(lián)反應(yīng)的光聚合引發(fā)劑(如具有二苯甲酮結(jié)構(gòu)的材料)形成。具有二苯甲酮結(jié)構(gòu)的材料由以下通式Ia表示。通式Ia中的R為末端具有S1-F、
S1-Cl、S1-Br或S1-OH、Si_0CH3、S1-OC2H5, S1-OC3H7的直鏈烷基且烷基鏈中可具有醚鍵。[化學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.一種圖案形成方法，其包括 將自組裝單層和聚合物膜層壓在基質(zhì)上； 通過用能量束照射導(dǎo)致聚合物膜與自組裝單層之間化學(xué)鍵合，由此在自組裝單層上形成聚合物表面層；和 在聚合物表面層上形成具有相分離結(jié)構(gòu)圖案的聚合物合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的圖案形成方法，其進(jìn)一步包括 除去聚合物表面層上在聚合物層形成以后未化學(xué)鍵合的一部分聚合物膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的圖案形成方法，其中 將基質(zhì)上的部分區(qū)域用能量束選擇性地照射以導(dǎo)致該部分區(qū)域上的聚合物膜與自組裝單層之間選擇性化學(xué)鍵合，由此形成聚合物表面層；和 聚合物合金在從未被能量束照射的區(qū)域上除去聚合物膜以后形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的圖案形成方法，其中 聚合物合金的相分離結(jié)構(gòu)由第一相和第二相形成； 第一相在聚合物表面層上形成；且 第二相在通過除去未被能量束照射的區(qū)域上的聚合物膜而曝光的自組裝單層表面上形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的圖案形成方法，其進(jìn)一步包括 將光致抗蝕劑涂覆于聚合物表面層上并通過使用UV射線或電子束使圖案曝光和顯影而在光致抗蝕劑上形成圖案； 通過蝕刻除去未被在其上形成圖案的光致抗蝕劑涂覆的區(qū)域上的聚合物表面層，并將圖案轉(zhuǎn)移至聚合物表面層上；和 在圖案轉(zhuǎn)移至聚合物表面層上以后通過使用溶劑除去光致抗蝕劑， 其中聚合物合金在除去光致抗蝕劑以后形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的圖案形成方法，其中 聚合物合金的相分離結(jié)構(gòu)由第一相和第二相形成； 第一相在聚合物表面層上形成；且 第二相在通過除去未被光致抗蝕劑涂覆的區(qū)域上的聚合物膜而曝光的自組裝單層表面上形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的圖案形成方法，其進(jìn)一步包括 選擇性除去相分離結(jié)構(gòu)的一部分相。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的圖案形成方法，其中 所述部分相由嵌段鏈形成，所述嵌段鏈具有比相分離結(jié)構(gòu)的其它相更低的耐蝕刻性并通過反應(yīng)性化學(xué)蝕刻除去。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的圖案形成方法，其中 所述部分相由嵌段鏈形成，所述嵌段鏈在顯影劑中具有比相分離結(jié)構(gòu)的其它相更高的溶解并通過使用顯影劑除去。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的圖案形成方法，其中 所述聚合物合金由嵌段共聚物、接枝共聚物和共混聚合物中的至少一種形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的圖案形成方法，其中所述聚合物合金為 具有芳族結(jié)構(gòu)、丙烯酰結(jié)構(gòu)和脂環(huán)族結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物； 包含具有芳族結(jié)構(gòu)的均聚物、具有丙烯酰結(jié)構(gòu)的均聚物和具有脂環(huán)族結(jié)構(gòu)的均聚物中的至少兩種的共混聚合物；或 包含具有芳族結(jié)構(gòu)的均聚物、具有丙烯酰結(jié)構(gòu)的均聚物或具有脂環(huán)族結(jié)構(gòu)的均聚物的聚合物，和嵌段共聚物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的圖案形成方法，其中 所述自組裝單層包含光聚合弓I發(fā)劑的衍生物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的圖案形成方法，其中 所述自組裝單層包含具有二苯甲酮作為組成要素的化合物，且二苯甲酮由以下通式I表不:
14.一種聚合物合金基材，其具有當(dāng)用能量束照射時化學(xué)鍵合于自組裝單層上的特性或當(dāng)用能量束照射時與二苯甲酮交聯(lián)的特性，其中聚合物合金基材用作形成具有相分離結(jié)構(gòu)的聚合物合金的底層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的聚合物合金基材，其中 所述聚合物合金由嵌段共聚物、接枝共聚物和共混聚合物中的至少一種形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖案形成方法，其能短時間內(nèi)形成高取向的圖案以及在聚合物合金上的相分離結(jié)構(gòu)；還提供聚合物合金基材。提供圖案形成方法，該方法包括將自組裝單層和聚合物膜層壓在基質(zhì)上；用能量射線照射所得層壓材料以將聚合物膜與自組裝單層化學(xué)鍵合，從而在自組裝單層膜上形成聚合物表面層；和在聚合物表面層上形成具有在其上形成的相分離結(jié)構(gòu)圖案的聚合物合金。
文檔編號G03F7/42GK103003918SQ201180035598
公開日2013年3月27日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者服部繁樹, 淺川鋼兒, 中村裕子, 北川良太, 清野由里子, 菅野正洋, 比嘉百夏 申請人:株式會社 東芝