Implementatie van gestuurde zelf-assemblage gebaseerd op blokcopolymeren voor geavanceerde lithografie.

Optische lithografie is al meer dan vier decennia een belangrijke drijvende kracht achter de Wet van Moore, waardoor het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling elke twee jaar kon verdubbelen. Dit bracht enorme voordelen voor de industrie met zich mee aangezien transistoren op deze manier goedkoper, sneller en krachtiger werden. Echter, de huidige technologie, gebaseerd op ultraviolet licht met een golflengte van 193 nm, heeft zijn fundamentele resolutielimiet bereikt. Zodoende werden fabrikanten van geïntegreerde schakelingen recent gedwongen de te realizeren structuren op te delen in meervoudige patronen, een kostelijk proces. Door deze economische realiteit is er een interesse ontstaan naar alternatieve technologieën naast optische lithografie. Zelf-assemblage van blokcopolymeren springt hierbij uit het oog doordat het proces uiterst geschikt is om nanostructuren op industriële schaal aan te maken. Blokcopolymeren zijn unieke macromoleculen die door microfase-scheiding zich kunnen assembleren in verschillende periodieke nanostructuren zoals lamellen, bollen, en cilinders op basis van de chemische incompatibiliteit tussen de verschillende blokken. Cilinder-vormende blokcopolymeren, die door een topografisch pre-patroon worden gestuurd, zijn bijzonder geschikt voor het vormen van contacten en vias (verticale interconnecties) in geïntegreerde schakelingen. Voordat zulk zelf-assemblageproces kan worden gebruikt in de halfgeleiderindustrie, moet worden aangetoond dat deze patronen gecreëerd kunnen worden met een kwaliteit die geschikt is voor de productie van geïntegreerde schakelingen. Dit proefschrift richt zich op een experimenteel onderzoek naar de parameters in het proces die hiervoor moeten worden gecontroleerd. Ten eerste wordt aangetoond dat controle over de oppervlakte-energie tussen het pre-patroon en de verschillende blokken van het copolymeer nodig is om de assemblage op de juiste wijze te leiden. Voor dit doel werden verschillende technieken ontwikkeld voor het chemisch modificeren van de verschillende oppervlakken van het pre-patroon. Vervolgens wordt de invloed van lokale filmdikte van het blokcopolymeer, die verband houdt met het circuitontwerp, aangepakt. Verder wordt aangetoond dat de patroonkwaliteit met dit proces aanzienlijk kan worden verbeterd door homopolymeer van het juiste molecuulgewicht aan het blokcopolymeer toe te voegen. Tenslotte wordt gedemonstreerd hoe verticale interconnecties in een representatief 7 nm node circuitontwerp via zelf-assemblage kunnen gevormd worden.