在过去的40年里，半导体集成电路技术一直沿着摩尔定律预言的速度迅猛发展，其核心战略就是通过工艺技术上的创新实现半导体器件关键尺寸的不断缩小。光刻技术是实现器件小型化战略的关键，但在发展的过程中光刻的成本与工艺复杂度也不断攀升。当半导体技术节点推进至16/14nm及以下时，常规的光学光刻技术几乎到达了其物理极限。国际半导体技术蓝图在2013年提出，下一代光刻技术的解决方案主要有极紫外光刻、纳米压印、无掩膜光刻和嵌段共聚物定向自组装四种。其中，嵌段共聚物定向自组装光刻(Directed Self-Assembly of Block CopolymerLithography)简称DSA，采用的是由化学性质不同的两种单体聚合而成的嵌段共聚物作为原材料，在热退火下分相形成纳米尺度的图形，再通过一定的方法将图形诱导为规则化的纳米线或纳米孔阵列，从而形成刻蚀模板进行纳米结构的制造。与其他几种技术相比，DSA因为无需光源和掩膜版，具有低成本、高分辨率、高产率的固有优势，正逐渐得到人们的广泛关注，包括Intel、IBM、IMEC在内的众多国际知名公司与研究机构已对此项技术开展了相应研究。本文进行了嵌段共聚物定向自组装光刻技术的相关研究，对嵌段共聚物的薄膜自组装工艺、定向自组装工艺和图形转移工艺三个关键工艺模块进行系统的研究，解决了其中一些关键问题与挑战，建立起一套与现有CMOS工艺相兼容的嵌段共聚物定向自组装光刻基线工艺流程。　　本研究主要内容包括：⑴嵌段共聚物薄膜自组装工艺及分相特性的研究:研究了周期25nm的对称型嵌段共聚物PS-b-PMMA在薄膜中的自组装性质，优化了自组装关键工艺条件，包括衬底处理方式、嵌段共聚物膜厚、退火温度与时间等，最终整合建立起一套具有低缺陷密度、高产率等优势的薄膜自组装工艺流程，为后续定向自组装光刻技术开发提供了实验基础与工艺窗口；⑵嵌段共聚物定向自组装工艺及分相特性的研究:开发了相应HSQ电子束曝光工艺并应用于诱导结构的制造，建立起一套基于“图形结构外延法”的嵌段共聚物定向自组装工艺流程。同时，进行了诱导结构尺寸对自组装图形形态的影响研究，采用不同尺寸的诱导结构对PS-b-PMMA自组装进行定向诱导，通过Matlab分析所采集的SEM图像信息，发现了自组装条纹数目与宽度变化规律、图形缺陷产生机制以及线条宽度渐变结构，通过统计分析建立起相应描述模型以提供嵌段共聚物定向自组装图形的具体形态信息；⑶图形转移技术的研发:通过实验优化及工艺方案的改进，建立了一种新型的原子层沉积(ALD，Atomic Layer Deposition)与硬掩膜(Hard Mask)相结合的图形转移技术，使用Al2O3增强PMMA嵌段的抗蚀性，并使用Hard Mask减少缺陷密度，解决了超薄嵌段共聚物薄膜刻蚀选择比低、抗蚀性弱的问题，成功在硅衬底上实现了周期25nm纳米线结构的刻蚀转移，确立了一套适用于尺寸30nm及以下嵌段共聚物定向自组装的图形转移工艺流程。