圖案化介質(zhì)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了圖案化介質(zhì)及其制造方法。該方法包括：提供在光刻圖案化表面層下具有外部層的襯底，光刻圖案化表面層包括第一區(qū)域中的第一圖案和第二區(qū)域中的第二圖案；在第一區(qū)域上涂敷第一掩模材料；轉(zhuǎn)移第二圖案至第二區(qū)域中的外部層內(nèi)；在光刻圖案化表面層上形成自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)，自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)與第一區(qū)域中的第一圖案對(duì)齊；在第二區(qū)域上涂敷第二掩模材料；轉(zhuǎn)移聚合物鏈段圖案至第一區(qū)域中的外部層內(nèi)；按照轉(zhuǎn)移至第二區(qū)域中的外部層的第二圖案和轉(zhuǎn)移至第一區(qū)域中的外部層的聚合物鏈段圖案蝕刻襯底。
【專利說明】圖案化介質(zhì)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的主題涉及用于制造圖案化介質(zhì)的技術(shù)，更具體地涉及制造具有特征密度不同的區(qū)域的圖案化介質(zhì)和集成電路。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)磁存儲(chǔ)裝置被用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和信息已有多年。磁存儲(chǔ)裝置一般包括磁性材料單元(“位”)，該磁性材料能被極化成不同的磁態(tài)，諸如正態(tài)和負(fù)態(tài)。每個(gè)位能存儲(chǔ)取決于該位的磁極化狀態(tài)的信息(一般為呈I或O的形式的二進(jìn)制信息)。因而，磁存儲(chǔ)裝置一般包括:“讀”元件，其在磁性材料上方經(jīng)過并感知每一位的磁極化狀態(tài)；以及“寫”元件，其在磁性材料上方經(jīng)過并改變每一位的磁極化狀態(tài)，從而記錄信息的單個(gè)單元。因此，磁存儲(chǔ)裝置上能存儲(chǔ)的信息的量與磁存儲(chǔ)裝置上的磁位的數(shù)量成正比。
[0003]存在多種類型的磁存儲(chǔ)裝置，每個(gè)類型有不同的制造過程。例如，傳統(tǒng)的顆粒磁記錄裝置是具有磁層位的盤，每個(gè)位上有多個(gè)磁顆粒。在顆粒磁裝置中，所有位都是共面的，且盤的表面是光滑且連續(xù)的。為了增加顆粒磁盤上能存儲(chǔ)的信息的量，位尺寸能被減小，同時(shí)保持顆粒尺寸不變。然而，對(duì)于更小的位，每個(gè)位上有更少的顆粒，這降低了信噪比(更少的信號(hào)，更大的噪聲)。為了保持更好的信噪比，已經(jīng)發(fā)展出了減小位尺寸和顆粒尺寸兩者的方法，從而保持每個(gè)位上的相同數(shù)量的顆粒。但是，當(dāng)顆粒變得過小時(shí)，熱漲落會(huì)使顆粒自發(fā)地反轉(zhuǎn)極性，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的存儲(chǔ)和信息的丟失。
[0004]位圖案化介質(zhì)裝置是磁存儲(chǔ)裝置的另一示例。在位圖案化介質(zhì)中，利用傳統(tǒng)光刻和蝕刻技術(shù)，位被物理地蝕刻至表面中。與顆粒磁記錄裝置不同，位圖案化介質(zhì)裝置被形貌化地構(gòu)圖有交叉的溝槽和抬高的位島。在一些實(shí)例中，溝槽被直接蝕刻至磁性材料內(nèi)；在另一些實(shí)例中，物理圖案被蝕刻至襯底內(nèi)，然后磁性材料被被覆在圖案化的襯底上。由于抬高的位島和溝槽之間的物理分隔，為了增加裝置的面位密度，每個(gè)獨(dú)立位島的寬度能被減小，同時(shí)仍保持高的信噪比和高的熱穩(wěn)定性。
[0005]事實(shí)上，傳統(tǒng)位圖案化介質(zhì)的面位密度僅受傳統(tǒng)光刻技術(shù)的分辨率極限限制，不受如顆粒磁記錄裝置中那樣的穩(wěn)定性問題限制。例如，在大于每平方英寸一萬億比特(Tbit/in2)的位密度的情況下，位圖案化磁記錄介質(zhì)可以是熱和磁穩(wěn)定的。然而，傳統(tǒng)光刻僅能形成最高約0.5Tbit/in2的位圖案密度和相關(guān)的伺服特征。
[0006]光刻包括在待圖案化介質(zhì)上被覆抗蝕劑材料，和按特定的圖案橫過抗蝕劑材料發(fā)射射線(例如光或電子束)，從而顯影抗蝕劑材料的特定部分。此射線制備了抗蝕劑材料的將被選擇性去除的部分?？刮g劑材料的被去除的部分暴露了介質(zhì)的用于進(jìn)一步處理的圖案部分。雖然傳統(tǒng)光刻工藝能夠構(gòu)圖約30納米小的特征，但是對(duì)位圖案化介質(zhì)中更小的特征和更高密度的圖案的需求已將傳統(tǒng)光刻技術(shù)推至其分辨率極限。
[0007]因此，已經(jīng)發(fā)展和正在發(fā)展其他技術(shù)以增加位圖案化介質(zhì)的圖案密度。例如，嵌段共聚物的定向自組裝已經(jīng)被實(shí)施，以獲得大于lTbit/in2的位密度。如美國(guó)專利第8059350號(hào)和美國(guó)專利第8119017號(hào)(兩者的受讓人與本申請(qǐng)的受讓人相同)中進(jìn)一步明確說明的那樣，嵌段共聚物的定向自組裝能用來增加面位密度和/或精制傳統(tǒng)光刻位圖案。由于嵌段共聚物的自組裝與本公開的主題有關(guān)，所以與嵌段共聚物的自組裝有關(guān)的附加細(xì)節(jié)和描述以下被包括在詳細(xì)說明中。
[0008]然而，使用密度增加技術(shù)例如嵌段共聚物的定向自組裝來生產(chǎn)圖案化介質(zhì)，會(huì)使圖案化介質(zhì)限制于單一特征密度。換句話說，若某應(yīng)用需要既具有高特征密度區(qū)又具有低特征密度區(qū)的圖案化介質(zhì)，傳統(tǒng)的密度增加技術(shù)不可使用。例如，傳統(tǒng)位圖案化磁記錄硬盤驅(qū)動(dòng)器一般包括數(shù)據(jù)區(qū)和伺服區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)一般包括重復(fù)的位島以用于讀/寫信息，而伺服區(qū)部分地用于位置誤差信令(PES)。為了提高位圖案化磁硬盤驅(qū)動(dòng)器的存儲(chǔ)容量和性能，有益的是，增大數(shù)據(jù)位島密度而超出傳統(tǒng)光刻的分辨率極限，同時(shí)仍將伺服特征密度保持在傳統(tǒng)光刻的分辨率極限內(nèi)。由于傳統(tǒng)密度增加技術(shù)會(huì)影響圖案化介質(zhì)的整個(gè)表面，所以這些技術(shù)不可用。
[0009]在另一示例中，集成電路常常包括多種不一致且非重復(fù)的特征。傳統(tǒng)密度增加技術(shù)——例如嵌段共聚物的自組裝——在制造集成電路時(shí)是無用的，因?yàn)榧呻娐繁砻嫔系牟煌瑓^(qū)域各自可能需要不同的特征密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]由前述討論顯見，存在對(duì)以下方法的需求，該方法分別地處理圖案化介質(zhì)的多個(gè)區(qū)域，以在每個(gè)區(qū)域中獲得不同的特征密度。響應(yīng)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的當(dāng)前狀態(tài)，更具體地，響應(yīng)于當(dāng)前可用的微制造方法和納米制造方法仍未完全解決的本【技術(shù)領(lǐng)域】中的問題和需要，本申請(qǐng)的主題得以開發(fā)。因而，本公開被開發(fā)來提供一種克服本【技術(shù)領(lǐng)域】中的以上討論的缺點(diǎn)中的諸多或全部缺點(diǎn)的，用于分別地處理圖案化介質(zhì)的多個(gè)區(qū)域的方法。
[0011]根據(jù)一實(shí)施方式，用于制造圖案化介質(zhì)的方法包括步驟:提供在光刻圖案化表面層下具有外部層的襯底，該光刻圖案化表面層包括第一區(qū)域中的第一圖案和第二區(qū)域中的第二圖案；在第一區(qū)域上涂敷第一掩模材料；在第二區(qū)域中轉(zhuǎn)移第二圖案至外部層內(nèi)；去除第一掩模材料；在光刻圖案化表面層上形成自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)，自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)與第一區(qū)域中的第一圖案對(duì)齊且包括聚合物鏈段圖案；在第二區(qū)域上涂敷第二掩模材料；在第一區(qū)域中轉(zhuǎn)移聚合物鏈段圖案至外部層內(nèi)；去除第二掩模材料和自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)；以及按照轉(zhuǎn)移至第二區(qū)域中的外部層的第二圖案和轉(zhuǎn)移至第一區(qū)域中的外部層的聚合物鏈段圖案蝕刻襯底。
[0012]在一實(shí)施方式中，制造模板的方法可用來制造其他圖案化介質(zhì)。而且，第一區(qū)域可以是數(shù)據(jù)區(qū)域，第二區(qū)域可以是伺服區(qū)域。在另一實(shí)施方式中，第一區(qū)域是第一密度數(shù)據(jù)區(qū)域，第二區(qū)域是第二密度數(shù)據(jù)區(qū)域。在又一實(shí)施方式中，第一區(qū)域是第一密度伺服區(qū)域，第二區(qū)域是第二密度伺服區(qū)域。本方法也包括使用光致抗蝕劑材料或電子束抗蝕劑材料，例如ZEP520或聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)。
[0013]根據(jù)另一實(shí)施方式，用于制造圖案化介質(zhì)的方法包括步驟:提供襯底，襯底在光刻圖案化表面層下具有外部層，該光刻圖案化表面層包括第一區(qū)域中的第一圖案和第二區(qū)域中的第二圖案；在光刻圖案化表面層之上涂敷保護(hù)層；在第一區(qū)域上涂敷第一掩模材料；通過按照第二圖案剝離第二區(qū)域中光刻圖案化表面層的部分在第二區(qū)域中形成保護(hù)層圖案；在第二區(qū)域中轉(zhuǎn)移保護(hù)層圖案至外部層內(nèi)；去除第一掩模材料和保護(hù)層；在光刻圖案化表面層上形成自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)，自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)與第一區(qū)域中的第一圖案對(duì)齊，且包括聚合物鏈段圖案；在第二區(qū)域之上涂敷第二掩模材料；在第一區(qū)域中轉(zhuǎn)移聚合物鏈段圖案至外部層內(nèi)；去除第二掩模材料和自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)；以及按照轉(zhuǎn)移至第二區(qū)域中的外部層的保護(hù)層圖案和轉(zhuǎn)移至第一區(qū)域中的外部層的聚合物鏈段圖案蝕刻襯底。
[0014]在一實(shí)施方式中，制造模板的方法可用來制造其他圖案化介質(zhì)。而且，第一區(qū)域可以是數(shù)據(jù)區(qū)域，第二區(qū)域可以是伺服區(qū)域。在另一實(shí)施方式中，第一區(qū)域是第一密度數(shù)據(jù)區(qū)域，第二區(qū)域是第二密度數(shù)據(jù)區(qū)域。在又一實(shí)施方式中，第一區(qū)域是第一密度伺服區(qū)域，第二區(qū)域是第二密度伺服區(qū)域。本方法也包括使用光致抗蝕劑材料或電子束抗蝕劑材料，例如ZEP或聚甲基丙烯酸甲酯。本方法可以進(jìn)一步包括使用金屬保護(hù)層。
[0015]本公開的主題也涉及一種圖案化介質(zhì)，其包括:襯底；涂敷于襯底上的外部層；涂敷于外部層上的光刻圖案化表面層，該光刻圖案化表面層包括第一區(qū)域中的第一圖案和第二區(qū)域中的第二圖案，其中第二區(qū)域中的第二圖案被轉(zhuǎn)移至外部層；以及與第一區(qū)域中的第一圖案對(duì)齊的自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)。該圖案化介質(zhì)的第一區(qū)域可以是數(shù)據(jù)區(qū)域，第二區(qū)域可以是伺服區(qū)域。在另一實(shí)施方式中，第一區(qū)域是第一密度數(shù)據(jù)區(qū)域，第二區(qū)域是第二密度數(shù)據(jù)區(qū)域。在又一實(shí)施方式中，第一區(qū)域是第一密度伺服區(qū)域，第二區(qū)域是第二密度伺服區(qū)域。
[0016]此說明書全文中對(duì)特征、優(yōu)點(diǎn)的提及或類似語(yǔ)言不表明可用本公開實(shí)現(xiàn)的所有特征和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在或就在本發(fā)明的任何單個(gè)實(shí)施方式中。相反，提及特征和優(yōu)點(diǎn)的語(yǔ)言被理解為意味著，結(jié)合一實(shí)施方式描述的具體特征、優(yōu)點(diǎn)或特性被包括在本文公開的主題的至少一個(gè)實(shí)施方式中。因此，本說明書全文中對(duì)特征和優(yōu)點(diǎn)的討論和類似語(yǔ)言可以指同一實(shí)施方式，但是不是必定指同一實(shí)施方式。
[0017]進(jìn)一步，本公開的所描述的特征、優(yōu)點(diǎn)和特性可以以任何合適的方式組合在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，本申請(qǐng)的主題在沒有【具體實(shí)施方式】的特定特征或優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)的情況下可被實(shí)施。在其他情形下，附加特征和優(yōu)點(diǎn)可在某些實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)，其可以不出現(xiàn)在本公開的全部實(shí)施方式中。
[0018]本公開的這些特征和優(yōu)點(diǎn)將因以下說明和所附權(quán)利要求而變得更充分明顯，或可通過如以下闡述的本公開的實(shí)施而被了解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了本公開的優(yōu)點(diǎn)被容易地理解，將通過參照附圖中示出的特定實(shí)施方式，給出對(duì)以上簡(jiǎn)要描述的本公開的更具體的說明。在這些附圖僅繪示本公開的典型實(shí)施方式且因此將不被當(dāng)作本公開的范圍的限制的條件下，將通過附圖的使用，以更多的特征和細(xì)節(jié)來描述和說明本申請(qǐng)的主題，附圖中:
[0020]圖1是位圖案化磁存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器的一實(shí)施方式的透視圖，其具有圖案化表面的放大圖；
[0021]圖2A是圖案化介質(zhì)的一種實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，該視圖示出涂敷于襯底上的外部層；
[0022]圖2B是圖2A的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出涂敷于外部層之上的表面層；
[0023]圖2C是圖2B的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出覆蓋表面層的抗蝕劑層；
[0024]圖2D是圖2C的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出經(jīng)歷了光刻構(gòu)圖工藝后的抗蝕劑層中的圖案；
[0025]圖2E是圖2D的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D,但該視圖不出表面層和抗蝕劑層中的圖案；
[0026]圖2F是圖2E的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出抗蝕劑層已經(jīng)被去除后的表面層中的圖案；
[0027]圖3是簡(jiǎn)單蝕刻的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，其中外部層和襯底具有與原始光刻圖案相應(yīng)的蝕刻圖案；
[0028]圖4A是圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，該視圖示出被選擇性地涂敷到襯底的第一區(qū)域上的新掩模材料；
[0029]圖4B是圖4A的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出第二區(qū)域中按照表面層的原始光刻圖案蝕刻出的外部層；
[0030]圖4C是圖4B的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D,但該視圖不出表面層從第二區(qū)域中的襯底去除和該新掩模材料從第一區(qū)域去除；
[0031]圖4D是圖4C的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出涂敷在第一區(qū)域中的光刻圖案化表面層上和第二區(qū)域中的光刻圖案化外部層上的嵌段共聚物；
[0032]圖4E是圖4D的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出已經(jīng)被退火后的嵌段共聚物；
[0033]圖4F是圖4E的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出被選擇性地涂敷在襯底的第二區(qū)域上的另一掩模材料；
[0034]圖4G是圖4F的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出第一區(qū)域中的密度增加圖案；
[0035]圖4H是圖4G的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出被蝕刻至第一區(qū)域中的表面層和外部層內(nèi)的密度增加圖案；
[0036]圖4J是圖4H的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出第一區(qū)域中的外部層的密度增加圖案和第二區(qū)域中的外部層的原始光刻圖案；
[0037]圖4K是圖4J的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出用第一區(qū)域中的密度增加圖案和第二區(qū)域中的原始光刻圖案蝕刻出的襯底；
[0038]圖4L是圖4K的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出所有加工層被剝離且第一區(qū)域具有蝕刻出的密度增加圖案和第二區(qū)域具有蝕刻出的原始光刻圖案的襯底；
[0039]圖5A是圖2E的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出涂敷在抗蝕劑層和外部層上的保護(hù)層；
[0040]圖5B是圖5A的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D,但該視圖不出抗蝕劑層自圖案化介質(zhì)剝離，并示出掩模材料在第一區(qū)域上的后續(xù)涂敷；[0041]圖5C是圖5B的圖案化介質(zhì)的根據(jù)一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出按照第二區(qū)域中的保護(hù)層圖案蝕刻出的外部層；
[0042]圖5D是圖5C的圖案化介質(zhì)的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出掩模材料被去除；以及
[0043]圖6是描述用于制造圖案化介質(zhì)的方法的一實(shí)施方式的示意性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]本公開的主題總體上涉及物理地構(gòu)圖介質(zhì)。遍及本公開，術(shù)語(yǔ)“圖案化介質(zhì)”指包括物理圖案化特征的任何設(shè)備或裝置。例如，在一實(shí)施方式中，圖案化介質(zhì)指具有物理圖案化數(shù)據(jù)位和伺服特征的磁存儲(chǔ)硬盤驅(qū)動(dòng)器。在另一實(shí)施方式中，圖案化介質(zhì)指能用來制造圖案化盤的模板、鑄模或沖模，該圖案化盤能安裝到硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)。在又一實(shí)施方式中，圖案化介質(zhì)指包括各種物理圖案化特征的集成電路。
[0045]而且，在整個(gè)公開中，術(shù)語(yǔ)“襯底”指位圖案化介質(zhì)的一部件，尤其是最終獲得物理圖案化特征的部件。例如，在一實(shí)施方式中，術(shù)語(yǔ)“襯底”指硅晶片，該硅晶片蝕刻有上百萬個(gè)物理圖案化特征并形成基底，為了制造磁存儲(chǔ)硬盤驅(qū)動(dòng)器(一種圖案化介質(zhì))，磁材料涂層可涂敷于該基底上。在另一實(shí)施方式中，術(shù)語(yǔ)“襯底”指磁層本身，因?yàn)榇艑邮菍?shí)際獲得物理圖案化特征的材料。在另一實(shí)施方式中，術(shù)語(yǔ)“襯底”指為制造集成電路(一種圖案化介質(zhì))作準(zhǔn)備而被構(gòu)圖的半導(dǎo)體材料。
[0046]如圖1所示，根據(jù)一實(shí)施方式，硬盤驅(qū)動(dòng)器100包括多個(gè)圖案化襯底或硬盤102。硬盤驅(qū)動(dòng)器100的襯底102以及其他圖案化介質(zhì)裝置的襯底包括至少上百萬個(gè)獨(dú)立的物理圖案化特征152。特征152沿著襯底102布置，以形成物理圖案。與集成電路上的特征類似，特征152的物理圖案能以多種方式制造。本公開的主題總體上涉及將特征的這樣的圖案制造在圖案化介質(zhì)的襯底中。所形成的圖案化襯底能用作模板。然后，該模板用于在其他盤上壓印壓印抗蝕劑圖案。那些其他的盤可包含磁層。圖案化的壓印層用作掩模，該掩模用于利用諸如蝕刻或離子注入的多種構(gòu)圖方法中的一種來構(gòu)圖那些磁盤。
[0047]如圖1所示，圖案化介質(zhì)通常包括襯底102，該襯底具有被蝕刻至襯底102的表面內(nèi)的至少上百萬個(gè)柱152和/或特征152。一些實(shí)施方式中，為了產(chǎn)生基本上平滑的表面，惰性的填充材料(未示出)可添加在襯底102的特征152之間(在溝槽中)，使得特征152的頂部與填充材料的表面共面。遍及本公開，術(shù)語(yǔ)“特征”用來表示被蝕刻至圖案化介質(zhì)的襯底內(nèi)的獨(dú)立的柱。于是，在例如圖1所示的磁硬盤驅(qū)動(dòng)器的圖案化介質(zhì)上，“特征”被定義為基本一致的和重復(fù)的數(shù)據(jù)島和/或伺服特征。在模板、鑄模和沖模上，“特征”被定義為溝槽和島，該溝槽和島將被用于將一圖案蓋印或壓印至另一襯底。在集成電路上，“特征”被定義為表面元件，諸如柵、觸點(diǎn)、或用于后續(xù)蝕刻/摻雜的標(biāo)記。
[0048]在一實(shí)施方式中，襯底102是一種半導(dǎo)體,例如娃。在另一實(shí)施方式中，襯底102可包括石英、二氧化硅、SiO2、玻璃、鋁合金、鎳合金、硅合金、以及類似物。根據(jù)給定應(yīng)用的特性，特征152能在寬度、高度、大小和密度方面變化。例如，特征152可以如所示那樣是基本上圓柱形的，或者位可以是基本上矩形的、圓錐形的、橢圓形的、或類金字塔狀的。在光刻構(gòu)圖中，特征152之間的距離(通常所說的位節(jié)距(bit pitch))可以為5-10納米小。諸如嵌段共聚物的自組裝的密度增加技術(shù)可用于減小位節(jié)距，并因而增大面位/特征密度。圖1中還包括觀察點(diǎn)154,其示出沿襯底102的表面的視圖。[0049]圖2A-2F描繪根據(jù)一實(shí)施方式的用于制造圖案化介質(zhì)的方法的各階段。圖2A是圖案化介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，該視圖示出涂敷于襯底102上的外部層104。如以上簡(jiǎn)要描述的那樣，一實(shí)施方式中的襯底102可以是任何合適的半導(dǎo)體那樣的材料，且可根據(jù)給定應(yīng)用的特性選擇。一般地，襯底102的材料是具有平滑表面的固體。通常硅被用作襯底，因此，本公開的所有頁(yè)面中，術(shù)語(yǔ)“襯底”、“硅”和“晶片”將被可互換地使用，且全都指基底半導(dǎo)體材料，在一實(shí)施方式中，該基底半導(dǎo)體材料最終被蝕刻有圖案化特征。在另一實(shí)施方式中，襯底102可以是磁性材料，該磁性材料被構(gòu)圖以制造磁記錄硬盤驅(qū)動(dòng)器。
[0050]外部層104可以是任何掩模材料，其充分地保護(hù)襯底102免受過早的蝕刻，并保持襯底102的表面沒有缺陷。在一實(shí)施方式中，外部層104包括單層掩模材料。在另一實(shí)施方式中，外部層104包括多層掩模材料。例如,鉻可被選作第一掩模材料,且可被涂敷于襯底102表面上。在涂敷鉻之后，一層二氧化硅可被涂敷于鉻之上，于是形成雙涂層外部層104。在一實(shí)施方式中，外部層104與襯底102基本相同，因?yàn)橥獠繉?04是襯底102的構(gòu)件。在另一實(shí)施方式中，夕卜部層104可實(shí)質(zhì)上不同于襯底102。在一實(shí)施方式中，取代鉻,招被使用。
[0051]二氧化硅和鉻是“硬”掩模材料的示例，當(dāng)圖案化介質(zhì)在后續(xù)處理步驟中以反應(yīng)氣體或化學(xué)溶劑處理時(shí)，所述“硬”掩模材料是非常耐腐蝕的，不會(huì)被損傷或破壞。這些“硬”掩模材料通常用于在外面的層經(jīng)歷化學(xué)洗滌和蝕刻的同時(shí)保護(hù)襯底。這些“硬”外部層104為制造者提供了在構(gòu)圖和處理襯底方面的更大的控制，因?yàn)椤坝病蓖獠繉?04允許制造者控制何時(shí)某蝕刻或洗滌工藝會(huì)穿透外部層104，并因而控制何時(shí)襯底102的實(shí)際蝕刻會(huì)發(fā)生。
[0052]也可以預(yù)期，外部層104可以包括“軟”掩模材料，例如聚合物膜、抗蝕劑層等。這些“軟”掩模材料更易受沖洗和蝕刻以及其他去除處理的影響，因此可能不能提供“硬”外部層104能提供的保護(hù)級(jí)別。涉及“軟”掩模材料、沖洗和蝕刻的額外細(xì)節(jié)，將在下面參考圖2B、2C和2E更詳細(xì)地描述。其他材料可用來形成外部層104，且這樣的其他材料將被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到。
[0053]圖2B是圖2A的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出涂敷于外部層104之上的表面層106。表面層106可以是聚合物膜，該聚合物膜經(jīng)歷多個(gè)構(gòu)圖和處理步驟，直到獲得最終期望的圖案。表面層106可作為制造者在其上作業(yè)直到獲得最終圖案的工作表面或地圖。一旦表面層106已繪制有最終圖案，該最終圖案然后可被轉(zhuǎn)移穿過外部層104 (通過蝕刻外部層)并進(jìn)入襯底102內(nèi)。然而，在一些實(shí)施方式中，表面層106、外部層104和襯底102可在同一處理步驟中且基本上同時(shí)被蝕刻。在另一些實(shí)施方式中，根據(jù)特定制造工藝的要求，表面層106和外部層104可被結(jié)合成單個(gè)保護(hù)或遮蔽層。
[0054]在一實(shí)施方式中，表面層106可以是刷聚合物(brush polymer)材料。刷聚合物一般是某長(zhǎng)度的聚合物鏈，其能附著于表面上。通常，刷聚合物包括“頭，，部和“尾”部?jī)烧撸渲蓄^部附著于表面，而尾部懸空且與其他附近的組元相互作用。例如，聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)可用作表面層106，且可被涂敷在外部層104上。
[0055]除了刷聚合物外，MAT聚合物或其他聚合物膜可用來覆蓋外部層104的表面。MAT材料是交聯(lián)聚合物，所述交聯(lián)聚合物具有允許后續(xù)的嵌段共聚物層自組裝成周期交替圖案的化學(xué)表面特征。合適的表面層106的選擇可與后續(xù)使用的構(gòu)圖和密度增加技術(shù)有關(guān)。例如，利用電子束光刻的構(gòu)圖(下面參照?qǐng)D2C和2D說明)可要求某種光刻抗蝕劑材料，該光刻抗蝕劑材料可附著或可不附著在某些表面層106成分上。
[0056]圖2C是圖2B的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出覆蓋表面層106的抗蝕劑層108。如上面簡(jiǎn)要描述，抗蝕劑層108可類似于外部層104( S卩“硬”掩模層)，或者其可以是不同類型的聚合物膜。另外，抗蝕劑層108可包括抗蝕劑材料，諸如光刻或電子束光刻中使用的那些。在一實(shí)施方式中，抗蝕劑層108的目的可以是獲得初始圖案。例如，PMMA可以用作抗蝕劑層108，且其可用作一種電子束抗蝕劑。當(dāng)電子按某圖案在PMMA掩模材料上方經(jīng)過時(shí)，PMMA的被輻射/被影響部分被認(rèn)為已經(jīng)“顯影”，且已顯影的部分可用選擇性化學(xué)洗滌或其他選擇性清洗或分解工藝去除。在其他抗蝕劑材料中，顯影過的部分可保持，未顯影的部分可被選擇性地去除。其他抗蝕劑材料108可被使用，且不同的材料與下面的層102、104、106可以發(fā)生不同的反應(yīng)，或者可用不同的方式選擇性地去除。ZEP-520是可與電子束光刻一起被使用的適當(dāng)抗蝕劑材料108的另一示例。其他類型的抗蝕劑材料108可被使用，諸如馬薩諸塞州莫爾伯勒的希普勒公司(Shipley company)制造的Microposit SJR5440光致抗蝕劑。
[0057]圖2D是圖2C的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出經(jīng)歷光刻構(gòu)圖工藝后抗蝕劑層108中的圖案114、116。如以上簡(jiǎn)要說明那樣，光刻是在顯影劑膜上選擇性發(fā)射射線以選擇性地去除部分顯影劑膜的工藝。如圖2D所示，抗蝕劑層108包括若干間隙，抗蝕劑層108的在間隙處的部分已被選擇性地去除。在一實(shí)施方式中，抗蝕劑層108的被去除的部分可形成橫跨抗蝕劑層108的溝或槽?？刮g劑層108的剩余部分(即仍未被去除的部分)形成島的光刻圖案，所述島的光刻圖案將用作后續(xù)蝕刻工序的構(gòu)圖地圖。
[0058]上述實(shí)施方式中，光刻構(gòu)圖形成了第一區(qū)域110中的第一圖案114和第二區(qū)域112中的第二圖案116。其他實(shí)施方式中，光刻構(gòu)圖可形成橫過整個(gè)抗蝕劑層108延伸的單一圖案，或光刻構(gòu)圖可形成橫過抗蝕劑層108的多個(gè)區(qū)域延伸的多個(gè)圖案。
[0059]在一實(shí)施方式中，第一區(qū)域110可代表諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁盤或硬盤驅(qū)動(dòng)器模板工具的圖案化介質(zhì)的數(shù)據(jù)區(qū)域，第二區(qū)域112可代表圖案化介質(zhì)上的伺服區(qū)域。在另一實(shí)施方式中，第一區(qū)域110可代表笫一密度數(shù)據(jù)區(qū)域，第二區(qū)域112可代表第二密度數(shù)據(jù)區(qū)域。在又一實(shí)施方式中，第一區(qū)域110可代表第一密度伺服區(qū)域，第二區(qū)域112可代表第二密度伺服區(qū)域。第一區(qū)域和第二區(qū)域也可代表諸如磁RAM(MRAM)或相變可擦除(PCE)或其他種類的集成電路的存儲(chǔ)器件上的不同區(qū)域。在所述實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)圖案114包括重復(fù)且基本一致的數(shù)據(jù)島，伺服圖案116包括任意的、不重復(fù)的和/或?qū)嵸|(zhì)上不一致的伺服特征。
[0060]圖2E是圖2D的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出轉(zhuǎn)移至表面層106的第一圖案114和第二圖案116。一旦抗蝕劑層108已被光刻構(gòu)圖，貝U表面層106可被蝕刻或洗滌，以將光刻圖案從抗蝕劑層108轉(zhuǎn)移至表面層106。通過部分抗蝕劑層108的選擇性去除形成于抗蝕劑層108中的溝或槽暴露表面層106的某些部分。因此，表面層106的暴露部分易受化學(xué)洗滌或蝕刻工藝影響，所述工藝去除部分表面層106。
[0061]多種蝕刻工藝(例如濕蝕刻或干蝕刻)可用來將抗蝕劑層108的光刻圖案轉(zhuǎn)移至其他層(例如表面層106、外部層104和/或襯底102)。本文公開的涉及蝕刻工藝的細(xì)節(jié)僅是納米制造中涉及的諸多技術(shù)和方法的例證。因此，可以預(yù)期，下文沒有描述的其他蝕刻工藝或技術(shù)也落入本公開的范圍內(nèi)。進(jìn)一步地，下文描述的蝕刻技術(shù)不僅用于表面層的蝕亥|J，通常也用于蝕刻其它層，諸如外部層104的“硬”或“軟”掩模材料的蝕刻和襯底102的蝕刻。
[0062]濕蝕刻(即化學(xué)洗滌)可用于構(gòu)圖層或某材料。濕蝕刻通常包括液相溶液(即蝕刻劑)。待蝕刻的襯底或材料可被浸入蝕刻劑，材料的未掩蔽區(qū)域被溶解、被解體、被損壞、被化學(xué)改性或受到其他影響從而被去除。一些蝕刻劑特別適合蝕刻某些材料。例如，緩沖鹽酸可用于蝕刻二氧化硅，氫氧化鉀可用于蝕刻硅晶片。可用的其他蝕刻劑包括但不限于鹽酸、檸檬酸、硫酸和過氧化氫的混合物(即食人魚蝕刻劑)、氟化銨和氫氟酸。
[0063]干蝕刻(即反應(yīng)離子蝕刻)也可用于構(gòu)圖特定的材料。干蝕刻通常包括將高能自由基或離子發(fā)射至待蝕刻表面或材料上。發(fā)射的粒子與材料反應(yīng)，導(dǎo)致材料散開或者分解以用于后續(xù)的去除。在被發(fā)射之前，可以通過使氣體穿過導(dǎo)致顆粒形成等離子體的電場(chǎng)，向顆粒賦能或者加速之。例如，氧或氫等離子體可用于蝕刻聚合物膜，諸如抗蝕劑層108中或表面層106中使用的那些聚合物膜。在一實(shí)施方式中，含氟蝕刻劑諸如四氟化碳可用于蝕刻娃或二氧化娃。如以上參考圖2A所述那樣,若外部層104包括一層二氧化娃和另一層鉻，則二氧化硅可用氟等離子體蝕刻，鉻可用濕蝕刻劑或氯RIE (反應(yīng)離子蝕刻)蝕刻工藝來蝕刻。
[0064]在一實(shí)施方式中，蝕刻過程可包括剝離過程。如上所述，諸多構(gòu)圖技術(shù)包括蝕刻材料的未掩蔽或暴露的區(qū)域。然而，作為備選步驟，新的掩模材料可被涂敷在已經(jīng)圖案化的層上。新掩模材料將覆蓋溝槽和島兩者，且襯底可被浸入化學(xué)洗滌劑或蝕刻劑浴中。蝕刻劑將與島的垂直側(cè)面反應(yīng)，且將溶解/分散組成島的材料，導(dǎo)致它們被剝離和去除。此備選的蝕刻過程本質(zhì)上將原始圖案化的島轉(zhuǎn)變成溝槽，并將原始圖案化的溝槽轉(zhuǎn)變成島。
[0065]圖2F是圖2E的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出已經(jīng)去除抗蝕劑層108后的表面層106中的第一圖案114和第二圖案116。去除抗蝕劑層108可作為單獨(dú)且獨(dú)立的步驟來執(zhí)行，或者抗蝕劑層108的去除可以與另一處理/蝕刻/清洗步驟同時(shí)執(zhí)行。去除(例如剝離或清除)材料與蝕刻材料不同，因?yàn)槿コǔ０ǚ稚⒒蛉芙饽巢牧系娜?，而不是僅未暴露的圖案化的部分。該去除可通過將襯底102浸入尤其諸如丙酮浴或N-甲基-2-吡咯烷酮(“NMP”)浴的清洗溶劑浴內(nèi)來實(shí)現(xiàn)。其他化學(xué)物質(zhì)和工藝可用于將材料自襯底102去除，例如酸處理、熱或高溫處理、pH處理、壓力處理等。
[0066]一旦表面層106已被蝕刻，則通常有兩種方式來繼續(xù)進(jìn)行圖案化介質(zhì)的制造。第一種，如圖3所示，制造者可繼續(xù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的蝕刻，該蝕刻包括按照原始光刻圖案114、116蝕刻外部層104和襯底102。第二種，如圖4A-4L所示，制造者可繼續(xù)進(jìn)行密度增加技術(shù)以增大原始光刻圖案114、116的密度。在一實(shí)施方式中，制造者可增加第一區(qū)域114或第二區(qū)域116的圖案/特征密度。在另一實(shí)施方式中，制造者可增加第一區(qū)域114和第二區(qū)域116兩者的圖案/特征密度。
[0067]諸如雙重構(gòu)圖和嵌段共聚物的自組裝的若干技術(shù)可用于增加圖案密度?？砂p重抗蝕劑技術(shù)、雙重抗蝕劑顯影技術(shù)、雙重曝光和雙重蝕刻等的雙重構(gòu)圖，可用來通過多次構(gòu)圖、曝光和/或蝕刻襯底來增加圖案化介質(zhì)上的特征密度。盡管這樣的技術(shù)可產(chǎn)生所期望的增加特征密度的結(jié)果，但時(shí)間和材料成本以及復(fù)雜的處理步驟通常使得這些方法不太理想。嵌段共聚物的定向自組裝是用于在圖案化介質(zhì)上增加特征密度的較新的技術(shù)；然而，如以上在【背景技術(shù)】部分中討論的那樣，傳統(tǒng)的定向自組裝技術(shù)在襯底的整個(gè)表面上形成統(tǒng)一的特征密度。本公開的主題涉及使得制造者能使用密度增加技術(shù)，尤其是嵌段共聚物的自組裝，還能制造多個(gè)區(qū)域具有不同特征密度的介質(zhì)的方法。
[0068]使不同的區(qū)域蝕刻有不同的特征密度和形狀是增加圖案化介質(zhì)的功用、效率和容量的重要方面。然而，在一些應(yīng)用中，硬盤驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)區(qū)域和伺服區(qū)域相互依賴地對(duì)齊是至關(guān)重要的。若數(shù)據(jù)區(qū)域和伺服區(qū)域未相互對(duì)齊(即若數(shù)據(jù)區(qū)域和伺服區(qū)域之間的關(guān)系未知)，則伺服區(qū)域?qū)⑻峁┎粶?zhǔn)確和/或不正確的定位反饋。需要伺服-數(shù)據(jù)關(guān)系來允許讀/寫頭保持在目標(biāo)數(shù)據(jù)軌道上。因此，雖然本公開涉及分別蝕刻不同區(qū)域以具有不同特征密度，但是所述區(qū)域的初始構(gòu)圖和對(duì)齊必須在單一步驟中完成，從而保持區(qū)域的相互對(duì)齊，使得數(shù)據(jù)區(qū)域和伺服區(qū)域之間的空間關(guān)系已知。
[0069]數(shù)據(jù)區(qū)域110可包括大致環(huán)形的線或大致徑向的線，其構(gòu)成用于后續(xù)形成數(shù)據(jù)位的基本元素。伺服區(qū)域112可包括與數(shù)據(jù)區(qū)域110同時(shí)被曝光的傳統(tǒng)伺服圖案，以保證涂敷中所需的對(duì)準(zhǔn)程度而不導(dǎo)致重疊。這時(shí)，該工藝也確保了與嵌段共聚物處理兼容的材料和工藝。
[0070]利用嵌段共聚物的密度增加和/或圖案調(diào)整在美國(guó)專利第8059350號(hào)和美國(guó)專利第8119017號(hào)中被更詳細(xì)地描述，這兩個(gè)專利都被轉(zhuǎn)讓給了與本申請(qǐng)相同的受讓人，并且被引用結(jié)合在本文中。嵌段共聚物通常包括兩個(gè)或更多個(gè)聚合物鏈段，所述聚合物鏈段在被退火時(shí)，分離成具有不同形態(tài)的重復(fù)圖案。盡管此分離在微觀尺度上表現(xiàn)為基本有序的，但宏觀尺度上的長(zhǎng)程有序并不完美，且交替聚合物鏈段序列可具有不一致性或缺陷。然而，當(dāng)嵌段共聚物被涂敷在光刻圖案化襯底上且隨后被退火時(shí)，襯底表面上的對(duì)比光刻圖案(contrasting lithographic pattern)方便和促進(jìn)了聚合物鏈段的長(zhǎng)程有序。在一實(shí)施方式中，在退火嵌段共聚物后，交替聚合物鏈段中的一個(gè)可被去除，于是形成與下面的光刻圖案對(duì)齊的圖案。在另一實(shí)施方式中，一旦嵌段共聚物已被退火，則聚合物鏈段可被交聯(lián)，然后交替聚合物鏈段中的一個(gè)可被去除。
[0071]例如，如果嵌段共聚物120包括A聚合物鏈段組元122和B聚合物鏈段組元124 (見圖4E)，則一旦共聚物已被退火，聚合物鏈段組元的交替排列序列是一A-B-A-B-A—。一旦退火，聚合物鏈段組元之一，例如B鏈段組元124，可被選擇性地從序列中去除(例如被分解)，于是鏈段序列會(huì)變成一A-(間隙)-A-(間隙)-A—。在另一實(shí)施方式中，來自交替聚合物鏈段序列的圖案可通過原子層沉積、薄膜沉積、化學(xué)氣相沉積等被轉(zhuǎn)移至不同層。
[0072]交替聚合物鏈段的周期和大體尺寸取決于聚合物鏈段的分子量、體積分?jǐn)?shù)和聚合物相互作用。例如，嵌段共聚物通常具有平衡周期(“U”，見圖4E)，該平衡周期代表共聚物已被退火且已相分離成交替的獨(dú)立聚合物鏈段時(shí)，跨兩個(gè)交替聚合物鏈段的距離。該周期代表聚合物鏈段的具有最低能量的交替序列的尺寸。該周期取決于組成嵌段共聚物的聚合物的尺寸和分子量、以及聚合物鏈段之間的聚合物相互作用(即弗洛里赫金斯相互作用參數(shù)(Flory-Huggins interaction parameters))。
[0073]因此，如果光刻圖案化位節(jié)距(跨一個(gè)光刻圖案化位和一個(gè)光刻圖案化溝槽的距離)與嵌段共聚物的周期相同，則光刻圖案密度不會(huì)增加，僅會(huì)被調(diào)整(尺寸、位置和對(duì)準(zhǔn)精度)。然而，如果光刻圖案化位節(jié)距是嵌段共聚物的周期的兩倍，則對(duì)線圖案而言，光刻圖案密度將會(huì)加倍，對(duì)點(diǎn)圖案而言，光刻圖案密度會(huì)成為四倍。[0074]可用的嵌段共聚物的具體示例包括聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-MMA)、聚(環(huán)氧乙燒~b~異戍二烯)(PEO-b-PI)、聚(環(huán)氧乙燒-b- 丁二烯)(PEO-b-PBD)、聚(環(huán)氧乙烷-b-苯乙烯)(PEO-b-PS)、以及其他。對(duì)合適的嵌段共聚物的選擇可涉及若干因素，包括周期(Ltl)、嵌段共聚物形態(tài)、光刻分辨率、退火的容易和方法、相分離成交替聚合物鏈段序列的過程中正確序列排列的可能性、交聯(lián)的穩(wěn)定性、圖案轉(zhuǎn)移的可靠性、去除序列中聚合物單元之一的容易和方法、聚合物與周圍材料(例如圖案化抗蝕劑層、圖案化表面層、圖案化外部層等)的相互作用、以及處理完成之后去除嵌段共聚物的容易和方法。
[0075]圖4A-4L描繪了使用嵌段共聚物的自組裝來獲得第一區(qū)域110上的密度增加同時(shí)維持第二區(qū)域112上的傳統(tǒng)光刻密度的方法的一實(shí)施方式。盡管圖中未示出，但可以預(yù)期，本公開也涉及在襯底102的不同區(qū)域上使用不同的密度增加技術(shù)來獲得不同的特征密度。在另一實(shí)施方式中，本公開可被實(shí)施以調(diào)整一區(qū)域中的圖案，且可被實(shí)施以增加另一區(qū)域的圖案密度。
[0076]圖4A是圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，該視圖顯示了被選擇性地涂敷在襯底102的第一區(qū)域110上的新掩模材料118。在一實(shí)施方式中，新掩模材料118可以是光致抗蝕劑材料，其輪廓位于第一區(qū)域110和第二區(qū)域112之間。在另一實(shí)施方式中，掩模材料118可進(jìn)一步包括犧牲層，該犧牲層進(jìn)一步保護(hù)部分襯底免遭過早的蝕刻，且在后續(xù)處理步驟中被去除。圖4B是圖4A的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出已按第二區(qū)域112中表面層106的原始光刻圖案116蝕刻過的外部層104。在所描述的實(shí)施方式中，還沒有發(fā)生密度增加或圖案調(diào)整，且原始光刻圖案116已被蝕刻或轉(zhuǎn)移至第二區(qū)域112中的外部層104。
[0077]在一實(shí)施方式中，保護(hù)層(例如金屬)可敷于光刻圖案116的“溝槽”和“島”上。如以上參照?qǐng)D2E簡(jiǎn)述那樣，剝離工藝然后可去除/剝離光刻圖案的“島”，留下圖案化保護(hù)層，圖案化保護(hù)層可作為用于蝕刻第二區(qū)域112中的外部層104的掩模層。以下參照?qǐng)D5A-5D和圖6敘述此工藝的更詳細(xì)的說明。圖4C是圖4B的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出表面層106從第二區(qū)域112中的襯底102去除，還示出新掩模材料118從第一區(qū)域110去除。第二區(qū)域112中的表面層106的去除一般發(fā)生在第一區(qū)域110中的新掩模材料118的去除之前，從而第一區(qū)域110中的表面層106原地保留。在一實(shí)施方式中(未示出)，第二區(qū)域中的表面層106在本方法的此步驟中可不被去除，而是可稍后在第一區(qū)域中的表面層106被去除時(shí)去除。
[0078]圖4D是圖4C的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出涂敷在第一區(qū)域110中的光刻圖案化表面層106上和在第二區(qū)域112的光刻圖案化外部層104上的嵌段共聚物120。圖4E是圖4D的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出嵌段共聚物已退火后的嵌段共聚物120。嵌段共聚物120的聚合物單元122、124已分離成第一聚合物122和第二聚合物124的交替序列。由于促進(jìn)長(zhǎng)程有序和對(duì)齊的下面的光刻圖案化表面層106，在第一區(qū)域110中，交替聚合物單元122、124的序列基本無缺陷。在所描述的實(shí)施方式中，第二區(qū)域112中聚合物序列122、124的有序和對(duì)齊不重要，因?yàn)榈诙^(qū)域112中的外部層104已經(jīng)被蝕刻且第二區(qū)域112僅等候襯底102的蝕刻。
[0079]在所描述的實(shí)施方式中，嵌段共聚物120的周期(Ltl)是位節(jié)距的一半，這意味著第一區(qū)域110中交替序列的兩個(gè)周期與位節(jié)距對(duì)齊。表面層106的島和外部層104的溝槽之間的對(duì)比化學(xué)性質(zhì)促進(jìn)了此有序和對(duì)齊。在另一實(shí)施方式中，嵌段共聚物的周期與位節(jié)距的比可以是另外的比率。
[0080]圖4F是圖4E的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出選擇性地涂敷在襯底102的第二區(qū)域112上的另一掩模材料128。在一實(shí)施方式中，新掩模材料128可以是輪廓位于第一區(qū)域110和第二區(qū)域112之間的光致抗蝕劑材料。在另一實(shí)施方式中，新掩模材料128可以是硬掩模材料(即二氧化硅、氧化鋁、鋁、銅、鉻等)或軟掩模材料(即聚合物膜)。在該正確的序列中，嵌段共聚物120 (第一聚合物單元122和第二聚合物單元124的交替序列)可被交聯(lián)以使聚合物融合在一起。交聯(lián)可由熱、壓力、pH、輻射或其它引發(fā)。在一實(shí)施方式中，聚合物122、124的交聯(lián)在新掩模材料128的涂敷之后發(fā)生。在另一實(shí)施方式中，聚合物122、124的交聯(lián)發(fā)生在新掩模材料128的涂敷之前。
[0081]圖4G是圖4F的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖不出第一區(qū)域110中的密度增加圖案115。密度增加圖案115由第二聚合物單元124已被選擇性去除之后的剩下的第一聚合物單元122形成?；瘜W(xué)洗滌或其他剝離工藝可去除第二聚合物單元124。再一次，在所描述的實(shí)施方式中，第二區(qū)域112中的聚合物序列的有序和對(duì)齊不重要，且可沒有對(duì)齊。而且，在一實(shí)施方式中，由于保護(hù)掩模材料128，第二聚合物單元124還沒有從第二區(qū)域112去除。
[0082]圖4H是圖4G的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出被蝕刻入第一區(qū)域Iio中的表面層106和外部層104內(nèi)的密度增加圖案115。如上所述，蝕刻可以是濕蝕刻或干蝕刻。圖4J是圖4H的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出第一區(qū)域110中外部層104的密度增加圖案115和第二區(qū)域112中外部層104的原始光刻圖案116。在所描述的實(shí)施方式中，所有殘余的(如果有的話)掩模、抗蝕劑和表面層118、128、108、106已被去除，圖案化外部層104和襯底保留。圖4K是圖4J的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出蝕刻有第一區(qū)域110中的密度增加圖案115和第二區(qū)域112中的原始光刻圖案116的襯底102。圖4L是圖4K的圖案化介質(zhì)的一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出襯底102，其中所有處理層都被剝離，第一區(qū)域110具有蝕刻的密度增加圖案115，第二區(qū)域112具有蝕刻的原始光刻圖案116。
[0083]圖5A是根據(jù)一實(shí)施方式的圖2E的圖案化介質(zhì)的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖通過示出涂敷于抗蝕劑層108和外部層104上的保護(hù)層130來示出用于處理第二區(qū)域112中的外部層104的備選步驟。因此，圖5A-?顯示了用于處理第二區(qū)域112中的外部層104的，與圖4A-4C中示出的實(shí)施方式不同的實(shí)施方式。在一實(shí)施方式中，保護(hù)層130可包括金屬、鋁、絡(luò)、銅等。
[0084]圖5B是圖5A的圖案化介質(zhì)的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出抗蝕劑層108和覆蓋抗蝕劑層108的任意保護(hù)層130的剝離。根據(jù)一實(shí)施方式，圖5B也描繪了第一區(qū)域110上掩模材料118的后續(xù)涂敷。該剝離可以通過濕蝕刻技術(shù)或其他去除工藝完成。如上所述，掩模材料118可以是抗蝕劑材料或可選擇性涂敷的聚合物膜。
[0085]圖5C是根據(jù)一實(shí)施方式的圖5B的圖案化介質(zhì)的橫截面?zhèn)纫晥D,但該視圖顯不了按照第二區(qū)域112中的保護(hù)層圖案132蝕刻的外部層104。在第一區(qū)域110被掩蔽時(shí)，第二區(qū)域112中的外部層104可被蝕刻。此蝕刻過程包括蝕刻/去除圖案化保護(hù)層材料130之間中的圖案化表面層106材料。一旦第二區(qū)域112中表面層106已被去除，第二區(qū)域112中暴露的外部層104可被蝕刻。于是，如以上參照?qǐng)D2E所述，剩余的圖案(保護(hù)層圖案)132本質(zhì)上是通過光刻形成的原始第二圖案116的反圖案。[0086]圖是圖5C的圖案化介質(zhì)的橫截面?zhèn)纫晥D，但該視圖示出掩模材料118被去除。圖基本上與圖4C相同，除了第二區(qū)域112中的保護(hù)層圖案132以外。因此，在一實(shí)施方式中，圖5A-?描繪了一備選實(shí)施方式，該實(shí)施方式用于將圖2E所示的圖案化介質(zhì)轉(zhuǎn)變成第二區(qū)域中有反圖案的圖4C所示的圖案化介質(zhì)。
[0087]圖6是用于制造圖案化介質(zhì)的方法600的一實(shí)施方式的示意性流程圖。方法600包括602提供在光刻圖案化表面層之下有外部層的襯底。光刻圖案化表面層至少具有第一區(qū)域和第二區(qū)域。在一實(shí)施方式中，第一區(qū)域和第二區(qū)域包括基本相同的光刻圖案。在另一實(shí)施方式中，第一區(qū)域和第二區(qū)域包括非常不同的光刻圖案。
[0088]在一實(shí)施方式中，在襯底102已被提供602之后，方法600可以以用于構(gòu)圖第二區(qū)域112中的外部層104的兩種方式之一來繼續(xù)進(jìn)行。用于構(gòu)圖第二區(qū)域112中的外部層104的第一選擇(圖4A-4C示出)包括在第一區(qū)域上涂敷604掩模材料。如以上參照?qǐng)D2A討論的那樣，掩模材料118可以是任意材料,該材料能附著于表面層106的第一區(qū)域110或第二區(qū)域112，且能臨時(shí)保護(hù)第一區(qū)域或第二區(qū)域免遭某些種類的化學(xué)洗滌或蝕刻工藝。一旦掩模材料已涂敷604于第一區(qū)域110，第二圖案116被轉(zhuǎn)移606至第二區(qū)域中的外部層。該轉(zhuǎn)移可以通過濕或干蝕刻完成，也可包括密度增加技術(shù)，例如嵌段共聚物的自組裝。
[0089]方法600中用于構(gòu)圖第二區(qū)域112中的外部層的第二選擇(圖5A-?示出)包括在表面層106上涂敷703保護(hù)層130。保護(hù)層130可以是氧化鋁、銅、鎳等。然后第一掩模材料118被涂敷704于第一區(qū)域110上，于是方法600包括通過按照第二圖案116剝離第二區(qū)域中表面層106的某些部分來形成705保護(hù)層圖案132。在形成保護(hù)層圖案132后，方法600包括轉(zhuǎn)移706保護(hù)層圖案132至第二區(qū)域112中的外部層104內(nèi)。
[0090]在構(gòu)圖第二區(qū)域112中的外部層104后，方法600包括去除608第一掩模材料118，形成610聚合物鏈段圖案115，且在第一區(qū)域110中使聚合物鏈段圖案與第一圖案114對(duì)齊。形成610聚合物鏈段圖案115包括在表面層106上形成自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)，這在以上被參照?qǐng)D4D-4J進(jìn)行了說明。方法600包括在第二區(qū)域112上涂敷612第二掩模材料128，轉(zhuǎn)移614聚合物鏈段圖案115至第一區(qū)域110中的外部層104內(nèi)，然后去除616第二掩模材料128。
[0091]在構(gòu)圖第一區(qū)域110中的外部層104后，該方法最后包括蝕刻618、718襯底102。取決于構(gòu)圖第二區(qū)域112中的外部層104的步驟，在一實(shí)施方式中，方法600包括按照第二區(qū)域112中的第二圖案116和第一區(qū)域110中的聚合物鏈段圖案115蝕刻618襯底，或按照第二區(qū)域110中的保護(hù)層圖案132和第一區(qū)域110中的聚合物鏈段圖案115蝕刻718襯
。
[0092]下面的示例按照如上記載的本公開的說明和細(xì)節(jié)執(zhí)行。硅晶片被覆蓋以鉻硬掩模層。在鉻層之上，添加二氧化硅制成的另一硬掩模層。然后，墊聚合物膜被添加到硬掩模層之上。墊聚合物主要包括聚苯乙烯，它被旋涂在硬掩模的表面上至7-9nm厚，然后被交聯(lián)。在墊聚合物的涂敷之后，聚(甲基丙烯酸甲酯)(“PMMA”)(一種電子束抗蝕劑材料)被涂敷在聚苯乙烯墊層上。
[0093]電子按照?qǐng)D案化方式橫跨PMMA抗蝕劑材料被發(fā)射，以曝光和顯影部分抗蝕劑材料。抗蝕劑材料的顯影部分被去除，直到抗蝕劑材料的剩余部分形成第一光刻圖案。第一光刻圖案包括晶片的數(shù)據(jù)區(qū)域中基本一致和重復(fù)的柱和伺服區(qū)域中不重復(fù)和基本不一致的特征。在抗蝕劑材料被構(gòu)圖的情況下，氧等離子體被發(fā)射在晶片上，墊聚合物的暴露部分按照抗蝕劑材料圖案被蝕刻。一旦墊聚合物被蝕刻，抗蝕劑材料用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP溶劑)去除。NMP溶劑不影響墊聚合物。
[0094]然后，SJR5440(光致抗蝕劑材料)僅被涂敷在數(shù)據(jù)區(qū)中的光刻圖案化墊聚合物上。光致抗蝕劑材料大約0.7微米厚。此光致抗蝕劑材料描繪了數(shù)據(jù)區(qū)和伺服區(qū)之間的邊界，且本質(zhì)上臨時(shí)掩蔽數(shù)據(jù)區(qū)域以免遭進(jìn)一步處理。伺服區(qū)域未覆蓋有光致抗蝕劑材料，并且因?yàn)閴|聚合物僅部分地覆蓋硬掩模層，所以伺服區(qū)域中的硬掩模硅層用四氟化碳等離子體(或其他含氟等離子體)蝕刻。然后，硬掩模鉻層用含氯等離子體蝕刻。此鉻蝕刻也去除伺服區(qū)域中的墊聚合物層，僅留下伺服區(qū)域中的圖案化鉻層。晶片再次用NMP清洗，以去除數(shù)據(jù)區(qū)中的光致抗蝕劑材料。
[0095]然后，橫跨晶片的整個(gè)表面涂敷聚苯乙烯PMMA嵌段共聚物。嵌段共聚物隨后被加熱/退火，使得兩聚合物相分離成獨(dú)立聚合物單元的交替序列。獨(dú)立聚合物單元的交替序列是有序的和對(duì)齊的，沒有任何主要缺陷，因?yàn)閿?shù)據(jù)區(qū)中的光刻圖案化墊聚合物層有助于序列的長(zhǎng)程有序和對(duì)齊。伺服區(qū)中的有序不重要，因?yàn)楣饪趟欧D案已經(jīng)被向下轉(zhuǎn)移至鉻硬掩模層。墊聚合物柱和二氧化硅溝槽的對(duì)比化學(xué)成分使聚合物單元的序列有序和對(duì)齊。然后，嵌段共聚物被交聯(lián)，使得獨(dú)立聚合物單元被融合/連接在一起。涂敷光致抗蝕的另一涂層，這次在晶片的伺服區(qū)中。通過施加紫外線輻射，然后用乙酸洗滌晶片，PMMA聚合物單元被去除，于是僅留下間隔開的聚苯乙烯聚合物單元。此剩余的聚苯乙烯成為硬掩模層的新密度增加蝕刻地圖。
[0096]再一次，二氧化硅層被蝕刻，且墊聚合物層和剩下的聚苯乙烯單元在鉻蝕刻期間被去除。晶片再次用NMP清洗，以從伺服區(qū)去除光致抗蝕劑層，并去除任何其他剩余的雜質(zhì)等。然后使用濕蝕刻技術(shù)蝕刻襯底，然后用食人魚溶液(硫酸和過氧化氫)清洗晶片。然后，該晶片被用作用于制造獨(dú)立圖案化介質(zhì)的母模板(master template)。
[0097]本說明書全文提及“一種實(shí)施方式”、“一實(shí)施方式”或類似表述，這意味著結(jié)合該實(shí)施方式說明的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本公開的至少一實(shí)施方式中。于是，本說明書全文中短語(yǔ)“在一種實(shí)施方式中”、“在一實(shí)施方式中，，和類似表述的出現(xiàn)可以全部指同一實(shí)施方式，但不是必然指同一實(shí)施方式。
[0098]此外，本公開的所述特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中。在下面的描述中，提供了大量具體細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本申請(qǐng)的主題可以被實(shí)施，而不具有所述具體細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多個(gè)，或者具有其它方法、部件、材料等等。在其它情況下，公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作未被示出或詳細(xì)描述，以避免使本公開的各方面模糊。
[0099]這里包括的示意性流程圖作為邏輯流程圖得以概括地闡述。同樣地，所描述的順序和標(biāo)示的步驟表示本方法的一實(shí)施方式。在功能、邏輯或效果上與所示方法的一個(gè)或更多個(gè)步驟或者所述步驟的部分等同的其他步驟和方法可以被想到。另外，所用的形式和符號(hào)被用來解釋本方法的邏輯步驟，且被理解為不限制本方法的范圍。盡管多種箭頭類型和線型可用在流程圖中，但它們被理解為不限制相應(yīng)方法的范圍。實(shí)際上，一些箭頭或其他連接符可被使用以僅表示方法的邏輯流程。例如，箭頭可表示所描述方法的所列舉步驟之間的未指定期間的等待或監(jiān)控時(shí)期。另外，具體方法發(fā)生的順序可以嚴(yán)格地或可以不嚴(yán)格地遵從所示的相應(yīng)步驟的順序。
[0100]本公開的主題可以以其他具體的形式實(shí)施，而不脫離其主旨或本質(zhì)特性。所述實(shí)施方式在所有方面將僅被認(rèn)為是說明性的，而非限制性的。因此，本公開的范圍由所附權(quán)利要求表示，而不是由前述描述表示。在權(quán)利要求的等同的含義和范圍內(nèi)發(fā)生的所有改變將被包含在其范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造圖案化介質(zhì)的方法，包括: 提供在光刻圖案化表面層下面具有外部層的襯底，該光刻圖案化表面層包括第一區(qū)域中的第一圖案和第二區(qū)域中的第二圖案； 在所述第一區(qū)域上涂敷第一掩模材料； 轉(zhuǎn)移所述第二圖案至所述第二區(qū)域中的所述外部層內(nèi)； 去除所述第一掩模材料； 在所述光刻圖案化表面層上形成自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)，所述自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)與所述第一區(qū)域中的所述第一圖案對(duì)齊且包括聚合物鏈段圖案； 在所述第二區(qū)域上涂敷第二掩模材料； 轉(zhuǎn)移所述聚合物鏈段圖案至所述第一區(qū)域中的所述外部層內(nèi)； 去除所述第二掩模材料和所述自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)；以及 按照轉(zhuǎn)移至所述第二區(qū)域中的所述外部層的所述第二圖案和轉(zhuǎn)移至所述第一區(qū)域中的所述外部層的所述聚合物鏈段圖案蝕刻所述襯底。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述圖案化介質(zhì)是用于制造其他圖案化介質(zhì)的模板。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一區(qū)域是數(shù)據(jù)區(qū)域，所述第二區(qū)域是伺服區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一區(qū)域是第一密度數(shù)據(jù)區(qū)域，所述第二區(qū)域是第二密度數(shù)據(jù)區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中`所述第一區(qū)域是第一密度伺服區(qū)域，所述第二區(qū)域是第二密度伺服區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一掩模材料和所述第二掩模材料中的至少一個(gè)包括光致抗蝕劑。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一掩模材料和所述第二掩模材料中的至少一個(gè)包括電子束抗蝕劑。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中所述電子束抗蝕劑包括ZEP或聚甲基丙烯酸甲酯。
9.一種用于制造圖案化介質(zhì)的方法，包括: 提供在光刻圖案化表面層下具有外部層的襯底，該光刻圖案化表面層包括第一區(qū)域中的第一圖案和第二區(qū)域中的第二圖案； 在所述光刻圖案化表面層之上涂敷保護(hù)層； 在所述第一區(qū)域上涂敷第一掩模材料； 通過按照所述第二圖案剝離所述光刻圖案化表面層在所述第二區(qū)域中的部分在所述第二區(qū)域中形成保護(hù)層圖案； 轉(zhuǎn)移所述保護(hù)層圖案至所述第二區(qū)域中的所述外部層內(nèi)； 去除所述第一掩模材料和所述保護(hù)層； 在所述光刻圖案化表面層上形成自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)，所述自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)與所述第一區(qū)域中的所述第一圖案對(duì)齊，且包括聚合物鏈段圖案； 在所述第二區(qū)域之上涂敷第二掩模材料； 轉(zhuǎn)移所述聚合物鏈段圖案至所述第一區(qū)域中的所述外部層內(nèi)； 去除所述第二掩模材料和自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)；以及 按照轉(zhuǎn)移至所述第二區(qū)域中的所述外部層的所述保護(hù)層圖案和轉(zhuǎn)移至所述第一區(qū)域中的所述外部層的所述聚合物鏈段圖案蝕刻所述襯底。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中所述圖案化介質(zhì)是用于制造其他圖案化介質(zhì)的模板。
11.如權(quán)利要求9的方法，其中所述第一區(qū)域是數(shù)據(jù)區(qū)域，所述第二區(qū)域是伺服區(qū)域。
12.如權(quán)利要求9的方法，其中所述第一區(qū)域是第一密度數(shù)據(jù)區(qū)域，所述第二區(qū)域是第二密度數(shù)據(jù)區(qū)域。
13.如權(quán)利要求9的方法，其中所述第一區(qū)域是第一密度伺服區(qū)域，所述第二區(qū)域是第二密度伺服區(qū)域。
14.如權(quán)利要求9的方法，其中所述第一掩模材料和所述第二掩模材料中的至少一個(gè)包括光致抗蝕劑。
15.如權(quán)利要求9的方法，其中所述第一掩模材料和所述第二掩模材料中的至少一個(gè)包括電子束抗蝕劑。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中所述電子束抗蝕劑包括ZEP或聚甲基丙烯酸甲酯。
17.如權(quán)利要求9的方法，其中所述保護(hù)層包括金屬。
18.—種圖案化介質(zhì),包括: 襯底； 涂敷于所述襯底上的外部層； 涂敷于所述外部層上的光刻`圖案化表面層，該光刻圖案化表面層包括第一區(qū)域中的第一圖案和第二區(qū)域中的第二圖案，其中所述第二區(qū)域中的所述第二圖案被轉(zhuǎn)移至所述外部層；以及 與所述第一區(qū)域中的所述第一圖案對(duì)齊的自組裝嵌段共聚物結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求18的圖案化介質(zhì)，其中所述第一區(qū)域是數(shù)據(jù)區(qū)域，所述第二區(qū)域是伺服區(qū)域。
20.如權(quán)利要求18的圖案化介質(zhì)，其中所述第一區(qū)域是第一密度數(shù)據(jù)區(qū)域，所述第二區(qū)域是第二密度數(shù)據(jù)區(qū)域。
21.如權(quán)利要求18的圖案化介質(zhì)，其中所述第一區(qū)域是第一密度伺服區(qū)域，所述第二區(qū)域是第二密度伺服區(qū)域。
22.如權(quán)利要求18的圖案化介質(zhì)，其中所述襯底包括磁層和非磁層。
23.如權(quán)利要求18的圖案化介質(zhì)，其中所述第二區(qū)域包括非重復(fù)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G11B5/84GK103680527SQ201310563617
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】K·魯賓, R·魯茲, J·利爾, L·萬 申請(qǐng)人:Hgst荷蘭公司