專利名稱：采用自組裝材料的圖形形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及納米尺寸結(jié)構(gòu)，更特別地，涉及規(guī)則周期性陣列(regular periodic array)中的自組裝的亞光刻納米尺寸結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中日益關(guān)注使用由下而上的方式進(jìn)行半導(dǎo)體制造。一種這樣的方式 是利用自組裝的嵌段共聚物來(lái)產(chǎn)生亞光刻基本規(guī)則(ground rule)納米尺寸圖形。能夠自行組織成為納米尺寸圖形的自組裝共聚物材料被施加在模板層的凹陷區(qū) 域內(nèi)以形成納米尺寸結(jié)構(gòu)。在適當(dāng)條件下，兩種或更多種不混溶的聚合物嵌段成分分離為 兩種或更多種納米尺寸的不同相，從而形成由隔離的納米尺寸結(jié)構(gòu)單位組成的有序圖形。 這種通過(guò)自組裝嵌段共聚物形成的由隔離的納米尺寸結(jié)構(gòu)單位組成的有序圖形可用于制 造半導(dǎo)體、光學(xué)、及磁性裝置中的納米尺寸結(jié)構(gòu)單位。這樣形成的結(jié)構(gòu)單位的尺寸一般在5 至40nm的范圍內(nèi)，其是亞光刻的(sublithographic)(即，低于光刻工具的分辨率)。自組裝嵌段共聚物首先被溶解在適當(dāng)溶劑系統(tǒng)中以形成嵌段共聚物溶液，該溶液 接著被施加到一底層的表面上以形成嵌段共聚物層。在升高的溫度下對(duì)自組裝嵌段共聚物 進(jìn)行退火，以形成含有兩種不同聚合物嵌段成分的兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)。聚合物嵌段結(jié)構(gòu) 為線或柱。一組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)被嵌在另一組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)中，或者屬于不同組的聚合 物嵌段結(jié)構(gòu)交錯(cuò)。自組裝嵌段共聚物是非光敏性抗蝕劑，對(duì)其的構(gòu)圖不是通過(guò)光子(即光 輻射)實(shí)現(xiàn)的，而是在適當(dāng)條件(例如，退火)下通過(guò)自組裝實(shí)現(xiàn)的。盡管通過(guò)退火對(duì)兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)的自組裝是自組裝嵌段共聚物的一種固有 的化學(xué)性質(zhì)，但兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)的自對(duì)準(zhǔn)需要自組裝嵌段共聚物與物理上限制的環(huán)境 互相作用。換言之，兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)的自對(duì)準(zhǔn)需要一外部結(jié)構(gòu)以對(duì)齊(register)該自 對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。這種外部結(jié)構(gòu)用作在退火期間對(duì)齊該自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的模板，其使第一聚合物嵌段 成分和第二聚合物嵌段成分分離。產(chǎn)生了由外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的有序(order)的有效范圍，且在退火期間對(duì)自組裝嵌段 共聚物的自對(duì)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)是有限的。換言之，作為模板的外部結(jié)構(gòu)的存在效應(yīng)的空間范圍是 受限的，而非無(wú)限延伸。如果自組裝嵌段共聚物與外部結(jié)構(gòu)之間的距離超過(guò)有效范圍，有序 的連貫性(coherence)會(huì)喪失。在此情況下，這兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)不再與外部結(jié)構(gòu)對(duì)齊。 盡管自組裝自對(duì)準(zhǔn)納米尺寸結(jié)構(gòu)的尺寸會(huì)根據(jù)自組裝嵌段共聚物的組成而變化，但有限的 范圍內(nèi)一般包含第一聚合物嵌段成分與第二聚合物嵌段成分的少于100次變化。因此，難 以形成尺寸(dimension)超過(guò)約1微米的自組裝自對(duì)準(zhǔn)納米尺寸結(jié)構(gòu)。然而，對(duì)于先進(jìn)半導(dǎo)體器件和納米尺寸器件，高度需要大的重復(fù)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)。因 此，需要一種在大面積內(nèi)延伸、且尺寸不受自組裝嵌段共聚物的固有有效范圍限制的納米 尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)以及形成這種納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提供遍布這樣的區(qū)域的連續(xù)的納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及其形成方 法而解決上述需求，該區(qū)域延伸超出了由外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的自組裝嵌段共聚物的有序范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，延伸超出自對(duì)準(zhǔn)的有序連貫范圍的大區(qū)域被分為具有光刻尺寸 的六邊形瓦片(tile)。這些六邊形瓦片被分為三個(gè)群組，每個(gè)群組含有彼此分離的所有六 邊形瓦片的1/3。每個(gè)群組中的六邊形瓦片為六邊形陣列。在模板層中形成每個(gè)群組中的 六邊形瓦片的開(kāi)口，且在每個(gè)開(kāi)口中施加并構(gòu)圖自組裝嵌段共聚物的組；重復(fù)該過(guò)程三次 以涵蓋所有三個(gè)群組，產(chǎn)生遍布寬廣區(qū)域的自對(duì)準(zhǔn)圖形。在第二實(shí)施例中，該大區(qū)域被分為 兩個(gè)不重迭且互補(bǔ)的群組的矩形瓦片。每個(gè)矩形區(qū)域的寬度小于自組裝嵌段共聚物的有序 范圍。以順序方式(in a sequential manner)在每一群組中形成自組裝自對(duì)準(zhǔn)的線與間 隔(line and space)結(jié)構(gòu)，從而線與間隔圖形形成為遍及了延伸超出有序范圍的大區(qū)域。 本發(fā)明還涵蓋六邊形瓦片的變化例，例如矩形、方形、以及三角形瓦片。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種在襯底上形成納米尺寸圖形的方法。該方法包 括形成第一模板層，其包圍襯底上的預(yù)定區(qū)域；在所述第一模板層中構(gòu)圖第一開(kāi)口，每個(gè)第一開(kāi)口具有正六邊形的形狀，其中所 述第一開(kāi)口被排列為第一六邊形陣列；在所述第一開(kāi)口中形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；在所述第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)上形成包圍所述區(qū)域的第二模板層；在所述第二模板層中構(gòu)圖第二開(kāi)口，每個(gè)第二開(kāi)口具有所述正六邊形的形狀，其 中所述第二開(kāi)口被排列為第二六邊形陣列；在所述第二開(kāi)口中形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；在所述第一和第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)上形成包圍所述區(qū)域的第三模板 層；在所述第三模板層中構(gòu)圖第三開(kāi)口，每個(gè)第三開(kāi)口具有所述正六邊形的形狀，其 中所述第三開(kāi)口被排列為第三六邊形陣列；以及在所述第三開(kāi)口中形成第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一開(kāi)口、所述第二開(kāi)口和所述第三開(kāi)口中的每一個(gè)不與 任何其它的所述第一開(kāi)口、所述第二開(kāi)口和所述第三開(kāi)口重迭。在另一實(shí)施例中，所述預(yù)定區(qū)域與所述第一開(kāi)口的組合區(qū)域、所述第二開(kāi)口的組 合區(qū)域和所述第三開(kāi)口的組合區(qū)域的并集(union)相同。在又一實(shí)施例中，所述第二六邊形陣列從所述第一六邊形陣列偏移所述正六邊形 的一個(gè)例元(instance)，所述第三六邊形陣列從所述第一六邊形陣列偏移所述正六邊形的 另一個(gè)例元，且所述第三六邊形陣列從所述第二六邊形陣列偏移所述正六邊形的又一個(gè)例兀。在又一實(shí)施例中，所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè) 與所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的另一個(gè)一致(congruent)。在又一實(shí)施例中，該方法還包括在所述形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第一開(kāi)口內(nèi)施加
6非光敏性聚合物抗蝕劑，所述非光敏性聚合物抗蝕劑含有第一聚合物嵌段成分與第二聚合 物嵌段成分；在所述形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第二開(kāi)口內(nèi)施加 所述非光敏性聚合物抗蝕劑；以及在所述形成第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第三開(kāi)口內(nèi)施加 所述非光敏性聚合物抗蝕劑。在又一實(shí)施例中，每一個(gè)所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)包括 聚合物基體和至少一個(gè)圓形圓柱體(circular cylinder)，所述至少一個(gè)圓形圓柱體含有 所述第一聚合物嵌段成分，所述聚合物基體含有所述第二聚合物嵌段成分并橫向鄰接所述 至少一個(gè)圓形圓柱體。在再一實(shí)施例中，每一個(gè)所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)還包 括六個(gè)三分之一圓形圓柱體的例元，每一個(gè)例元具有所述至少一個(gè)圓形圓柱體的總體積的 三分之一的體積且在脊部處具有120度的角。在又一實(shí)施例中，所述六個(gè)例元與所述聚合物基體橫向鄰接所述第一、第二和第 三開(kāi)口中的一個(gè)的邊界。在又一實(shí)施例中，每一個(gè)所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)包括 聚合物基體和多個(gè)圓形圓柱體，所述多個(gè)圓形圓柱體含有所述第一聚合物嵌段成分，所述 聚合物基體含有所述第二聚合物嵌段成分并橫向鄰接所述至少一個(gè)圓形圓柱體，且所述多 個(gè)圓形圓柱體中的每一個(gè)從所述第一、第二和第三開(kāi)口的邊界分離。在又一實(shí)施例中，該方法還包括相對(duì)于所述圓形圓柱體的組和所述聚合物基體的 組中的一者選擇性地蝕刻該圓形圓柱體的組和該聚合物基體的組中的另一者。在又一實(shí)施例中，該方法還包括利用所述圓形圓柱體和所述聚合物基體的剩余部 分作為蝕刻掩模，在所述襯底中形成具有亞光刻尺寸的圖形。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在襯底上形成納米尺寸圖形的方法。該方法 包括形成第一模板層，其包圍襯底上的預(yù)定區(qū)域；在所述第一模板層中構(gòu)圖第一開(kāi)口，每個(gè)第一開(kāi)口具有矩形形狀和光刻寬度；在所述第一開(kāi)口中形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；直接在所述第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)上形成第二模板層；在所述第一模板層中構(gòu)圖第二開(kāi)口，每個(gè)第二開(kāi)口具有矩形形狀和光刻寬度，其 中在所述預(yù)定區(qū)域內(nèi)所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口互補(bǔ)(complement)；以及在所述第一開(kāi)口中形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在所述形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第一開(kāi)口內(nèi)施加 非光敏性聚合物抗蝕劑，所述非光敏性聚合物抗蝕劑含有第一聚合物嵌段成分和第二聚合 物嵌段成分；以及在所述形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第二開(kāi)口內(nèi)施加 所述非光敏性聚合物抗蝕劑。在另一實(shí)施例中，所述第一和第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)包括至
7少一條標(biāo)稱寬度線和兩條邊緣線，這些線中的每一條都含有所述第一聚合物成分，其中所 述兩條邊緣線中的每一條鄰接所述第一開(kāi)口中的一個(gè)的邊界，其中所述至少一條標(biāo)稱寬度 線與所述兩條邊緣線分離，其中所述至少一條標(biāo)稱寬度線具有標(biāo)稱線寬且所述兩條邊緣線 具有邊緣線寬，其中所述標(biāo)稱線寬為亞光刻的且大于所述邊緣線寬。在又一實(shí)施例中，所述第一和第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)還包括 補(bǔ)線(complementary line)，所述補(bǔ)線含有所述第二聚合物成分，其中每一條所述補(bǔ)線橫 向鄰接所述至少一條標(biāo)稱寬度線和所述兩條邊緣線中的兩條線，并具有亞光刻的另一寬 度。在又一實(shí)施例中，該方法還包括相對(duì)于所述第一聚合物成分和所述第二聚合物成分中的一者選擇性地蝕刻另一 者；以及在所述襯底中形成具有亞光刻尺寸的圖形，其中該圖形包括具有第一亞光刻尺寸 的至少一條第一線和具有第二亞光刻尺寸的第二線的周期性重復(fù)，其中所述至少一條第一 線與所述第二線的每一個(gè)相鄰對(duì)被相同的亞光刻間隔所分隔。在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種包括襯底的結(jié)構(gòu)，所述襯底具有從基本上平 面的表面突起或凹陷的圖形，其中所述圖形包括單位圖形的六邊形陣列，其中所述六邊形 陣列具有光刻尺寸的最小周期性，其中所述單位圖形具有正六邊形的形狀并包括相同直徑 的圓形，其中來(lái)自所述單位圖形的兩個(gè)相鄰例元的所述圓形的集合不具有六邊形周期性。在一個(gè)實(shí)施例中，所述相同直徑為亞光刻的。在另一實(shí)施例中，所述圖形是突起的圖形，其中所述結(jié)構(gòu)還包括具有所述相同直 徑的多個(gè)圓柱體，所述多個(gè)圓柱體含有非光敏性聚合物抗蝕劑的聚合物成分且直接位于所 述突起的圖形的每一個(gè)上，其中所述圓形的邊緣與所述多個(gè)圓柱體的圓柱體表面相符。在另一實(shí)施例中，所述圖形為凹陷的圖形，其中所述結(jié)構(gòu)還包括非光敏性聚合物 抗蝕劑的聚合物成分的基體，其中所述基體含有圓柱體開(kāi)口，其中所述圓形的邊緣與所述 圓柱體開(kāi)口的圓柱體表面相符。在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種包括襯底的結(jié)構(gòu)，所述襯底具有單位圖形的 一維周期性重復(fù)，其中所述單位圖形包括在基本上平面的表面上的第二線和至少一條第一 線的突起或凹陷，其中所述至少一條第一線中的每一條具有第一亞光刻寬度，其中所述第 二線具有第二亞光刻寬度，其中所述至少一條第一線與所述第二線的每個(gè)相鄰的對(duì)被相同 的亞光刻間隔所分隔。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一亞光刻寬度與所述第二亞光刻寬度不同。在另一實(shí)施例中，所述圖形是突起的圖形，其中所述結(jié)構(gòu)還包括多條聚合物線，所 述多條聚合物線含有非光敏性聚合物抗蝕劑的聚合物成分且直接位于所述至少一條第一 線和所述第二線中的每一條線上，其中所述聚合物線的每個(gè)邊緣與所述至少一條第一線或 所述第二線的邊緣垂直相符。在又一實(shí)施例中，所述圖形是凹陷的圖形，其中所述結(jié)構(gòu)還包括多條聚合物線，所 述多條聚合物線含有非光敏性聚合物抗蝕劑的聚合物成分且直接位于所述基本上平面的 表面上，其中所述聚合物線的每一個(gè)邊緣與所述至少一條第一線或所述第二線的邊緣垂直 相符。


具有相同數(shù)字標(biāo)示的圖對(duì)應(yīng)于相同的制造階段。具有后綴“A”的圖是自頂向下視 圖。具有后綴“B”或“C”的圖分別為具有相同數(shù)字標(biāo)示且具有后綴“A”的對(duì)應(yīng)圖的沿著平 面B-B’或C-C’的垂直截面視圖。圖1A-16B為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第一示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)的順序視圖；圖17A-18B為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第一示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)的變化例的順 序視圖；圖19A-23B為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第二示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)的變化例的順 序視圖；圖24A和24B為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第二示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)的變化例的順 序視圖；以及圖25A-33B為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第三示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)的順序視圖。
具體實(shí)施例方式如上所述，本發(fā)明涉及規(guī)則周期性陣列中的自組裝亞光刻納米尺寸結(jié)構(gòu)及其制造 方法，現(xiàn)在參考附圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)注意，相同或相應(yīng)的要素以相同的參考標(biāo)號(hào)表
7J\ ο參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第一示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)包括形成于襯底10 上的第一模板層20A。第一模板層20A和襯底10的橫向范圍可超過(guò)隨后采用的非光敏性 聚合物抗蝕劑的橫向有序范圍。襯底10可以是半導(dǎo)體襯底、絕緣體襯底、金屬襯底、或其組 合。半導(dǎo)體襯底可為硅襯底、其它IV族元素半導(dǎo)體襯底、或化合物半導(dǎo)體襯底。半導(dǎo)體襯底 也可為體襯底、絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底、或具有體部分和SOI部分的復(fù)合襯底。第一模 板層20A可包含半導(dǎo)體材料或絕緣體材料。示例的半導(dǎo)體材料包括多晶硅、非晶硅、含有多 晶硅的合金(其包含鍺或碳)、或者含有非晶硅的合金(其包含鍺或硅)。示例性的絕緣體 材料包括介電氧化物、介電氮氧化物、介電氮化物、以及多孔性或非多孔性低介電常數(shù)的絕 緣體材料(其介電常數(shù)低于氧化硅的介電常數(shù)3. 9)。此外，第一模板層20A可包括非晶碳 或類金剛石碳，例如無(wú)氫非晶碳、四面體無(wú)氫非晶碳、含有金屬的無(wú)氫非晶碳、氫化非晶碳、 四面體氫化非晶碳、含有金屬的氫化非晶碳、以及改性的氫化非晶碳。第一模板層20A首先形成為覆蓋襯底10的整個(gè)頂表面的覆蓋層(blanket layer)，接著利用光致抗蝕劑(未示出)的施加、光致抗蝕劑的構(gòu)圖、以及將光致抗蝕劑中 的圖形轉(zhuǎn)移至第一模板層20A中的各向異性蝕刻的光刻方法進(jìn)行構(gòu)圖。該圖形包含第一模 板層20A中的第一開(kāi)口 01，在第一開(kāi)口 01之下，襯底10的頂表面暴露。每一個(gè)第一開(kāi)口 01 具有相同大小的正六邊形的形狀。由于第一開(kāi)口 01是通過(guò)光刻方法所形成，特征尺寸(例 如正六邊形的邊長(zhǎng))為光刻尺寸。尺寸是光刻尺寸或亞光刻尺寸取決于該尺寸是否通過(guò)光刻構(gòu)圖方法形成。通過(guò)光 刻構(gòu)圖方法形成的最小尺寸在本文中即稱為“光刻最小尺寸”或“臨界尺寸”。盡管光刻最小 尺寸被定義為僅與給定的光刻工具有關(guān)，且其通常隨半導(dǎo)體技術(shù)的世代而改變，但應(yīng)理解， 光刻最小尺寸與亞光刻尺寸被定義為與在半導(dǎo)體制造時(shí)可用的光刻工具的最佳性能有關(guān)。在2007年，光刻最小尺寸為約45nm且預(yù)期未來(lái)會(huì)縮小。小于光刻最小尺寸的尺寸為亞光 刻尺寸，而等于或大于光刻最小尺寸的尺寸為光刻尺寸。通過(guò)用正六邊形的假想六邊形陣列填充通過(guò)覆蓋沉積或覆蓋施加含有第一模板 層20A的材料且不含任何圖形的剛形成的第一模板層20A的頂表面，確定第一開(kāi)口 01的 位置。正六邊形填充第一模板層20A的頂表面，其方式與采用六邊形瓦片填充預(yù)定區(qū)域相 同。正六邊形的邊界由圖IA中的虛線表示，三分之一正六邊形的組包括第一開(kāi)口 01，以便 該組中的每一個(gè)正六邊形都與同一組中的其它正六邊形分隔，并形成另一六邊形陣列，該 另一六邊形陣列的單位六邊形由圖IA中的雙點(diǎn)劃線示出。在本文中，第一開(kāi)口的該六邊形 陣列稱為“第一六邊形陣列”。由此，第一開(kāi)口 01的面積約為在構(gòu)圖前第一模板層20A的頂 表面的整體面積的三分之一。該正六邊形的邊長(zhǎng)為光刻尺寸，例如，其可大于45nm。在2007年可實(shí)用的正六邊 形的邊長(zhǎng)的典型范圍為從約45nm至約lOOOnm，更典型地，從約45nm至約lOOnm。參照?qǐng)D2A與圖2B，通過(guò)本領(lǐng)域中公知的方法(例如旋涂)在每一個(gè)第一開(kāi)口 01 內(nèi)施加第一非光敏性聚合物抗蝕劑，以形成第一非光敏性聚合物抗蝕劑部分30A。優(yōu)選地， 第一非光敏性聚合物抗蝕劑部分30A的頂表面與第一模板層20A的頂表面共面，或凹陷為 低于第一模板層20A的頂表面。第一非光敏性聚合物抗蝕劑包括能夠自組織成納米尺寸圖 形的自組裝嵌段共聚物。第一非光敏性聚合物抗蝕劑包括彼此不混溶的第一聚合物嵌段成分與第二聚合 物嵌段成分。該非光敏性聚合物抗蝕劑可自平面化?？商娲?，可通過(guò)化學(xué)機(jī)械平面化、凹 陷蝕刻、或其組合而使該非光敏性聚合物抗蝕劑平面化。在2006年6月19日提交的共同受讓、共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/424，963 中，描述了第一聚合物嵌段成分和第二聚合物嵌段成分的示例性材料，通過(guò)引用將其內(nèi)容 并入本文中。可用于形成本發(fā)明的結(jié)構(gòu)單位的非光敏性聚合物抗蝕劑的自組裝嵌段共聚 物的具體實(shí)例包括但不限于聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物(PS-b-PMMA)、聚苯 乙烯-聚異戊二烯嵌段共聚物(PS-b-PI)、聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物(PS-b-PBD)、 聚苯乙烯-聚乙烯吡啶嵌段共聚物(PS-b-PVP)、聚苯乙烯-聚環(huán)氧乙烷嵌段共聚物 (PS-b-PE0)、聚苯乙烯-聚乙烯嵌段共聚物(PS-b-PE)、聚苯乙烯-聚有機(jī)硅酸鹽嵌段共聚 物(PS-b-P0S)、聚苯乙烯-聚二茂鐵二甲基硅烷嵌段共聚物(PS-b-PFS)、聚環(huán)氧乙烷-聚 異戊二烯嵌段共聚物(ΡΕΟ-b-PI)、聚環(huán)氧乙烷-聚丁二烯嵌段共聚物(PE0-b-PBD)、聚環(huán) 氧乙烷-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物(PS-b-PMMA)、聚環(huán)氧乙烷-聚乙基乙烯嵌段共聚 物(PE0-b-PEE)、聚丁二烯-聚乙烯吡啶嵌段共聚物(PBD-b-PVP)、以及聚異戊二烯-聚甲 基丙烯酸甲酯嵌段共聚物(PI-b-PMMA)。自組裝的嵌段共聚物首先被溶解在適當(dāng)溶劑系統(tǒng) 中以形成嵌段共聚物溶液，該嵌段共聚物溶液接著被施加到第一示例性結(jié)構(gòu)的表面上以形 成非光敏性聚合物抗蝕劑。用于溶解嵌段共聚物且形成嵌段共聚物溶液的溶劑系統(tǒng)可包括 任何適當(dāng)溶劑，該溶劑包括但不限于甲苯、丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚 (PGME)、以及丙酮。非光敏性聚合物抗蝕劑并非在暴露至紫外光或可見(jiàn)光(optical light) 時(shí)可顯影的傳統(tǒng)光致抗蝕劑，并且，非光敏性聚合物抗蝕劑也不是傳統(tǒng)的低k介電材料。參照?qǐng)D3A與圖3B，通過(guò)利用退火引起自組裝嵌段共聚物的交聯(lián)，在每一個(gè)第一開(kāi) 口 01內(nèi)形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。具體而言，通過(guò)紫外光處理或在升高的溫度
10下進(jìn)行熱退火而退火第一非光敏性聚合物抗蝕劑，以形成含有第一聚合物嵌段成分的第一 柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A以及含有第二聚合物嵌段成分且橫向鄰接第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A的 側(cè)壁的第一聚合物基體50A。^t Nealey ^ 人 ^ "Self-assembling resists for nanolithography", IEDM Technical Digest，Dec.，2005，Digital Object Identifier 10. 1109/IEDM. 2005. 1609349 中描述了對(duì)嵌段共聚物層中的自組裝嵌段共聚物進(jìn)行退火以形成兩組聚合物嵌段的示例 性處理，通過(guò)引用將其內(nèi)容并入本文中?？刹捎谩?963申請(qǐng)案中所描述的退火方法。例如， 可在約200°C至約300°C的溫度下進(jìn)行從小于約1小時(shí)至約100小時(shí)的退火。第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A包括至少一個(gè)圓形圓柱體和六個(gè)部分圓形圓柱體，每一 個(gè)部分圓形圓柱體對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)圓形圓柱體中的一個(gè)的三分之一且含有跨過(guò)基本等于 120度(或2π/3)的角度的圓弧。換言之，六個(gè)部分圓形圓柱體中的每一個(gè)是通過(guò)三個(gè)徑 向切面(radial cut)將至少一個(gè)圓形圓柱體中的一個(gè)細(xì)分為三個(gè)相等部分而獲得的，每個(gè) 徑向切面相隔120度并源自該一個(gè)圓形圓柱體的中央軸。因此，該六個(gè)部分圓形圓柱體中 的每一個(gè)都具有兩個(gè)矩形表面，這兩個(gè)矩形表面交會(huì)于120度角的邊緣處的脊部處。部分 圓形圓柱體的脊部位于形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)之一的正六邊形 的拐角處。通過(guò)選擇第一模板層20A以及第一和第二聚合物嵌段成分的材料以使第一聚合 物嵌段成分通過(guò)表面張力“潤(rùn)濕”第一模板層20A的壁，實(shí)現(xiàn)六個(gè)部分圓形圓柱體的形成。 例如，第一聚合物嵌段成分的組成和平均分子量被控制為使第一聚合物嵌段成分更加潤(rùn)濕 或更不潤(rùn)濕被選擇用于第一模板層20A的材料的表面。第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)被“自組裝”。第一非光敏性聚合物抗 蝕劑的化學(xué)組成使得第一和第二聚合物嵌段成分的不混溶性能夠?qū)⒌谝痪酆衔锴抖纬煞?自組裝為第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A，即，所述至少一個(gè)圓形圓柱體和六個(gè)部分圓形圓柱體。 第二聚合物嵌段成分組裝為第一聚合物嵌段基體50A。第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)與第一模板層20A的限定第一開(kāi)口 01的壁“自對(duì)準(zhǔn)”。具體而言，每一個(gè)第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)被限制在 與其中一個(gè)第一開(kāi)口 01(見(jiàn)圖1A)對(duì)應(yīng)的正六邊形的區(qū)域中。此外，由于自組裝與潤(rùn)濕特 性，所述至少一個(gè)圓形圓柱體和六個(gè)部分圓形圓柱體中的每一個(gè)相對(duì)于該正六邊形而自對(duì) 準(zhǔn)。所述至少一個(gè)圓形圓柱體可包括單個(gè)圓柱體、七個(gè)圓柱體或與每一個(gè)第一開(kāi)口 01內(nèi)的 圓柱體的六邊形陣列的形成相兼容的任意多個(gè)圓柱體。當(dāng)在每一個(gè)第一開(kāi)口 01中所述至 少一個(gè)圓形圓柱體的總數(shù)超過(guò)七個(gè)時(shí)，可在每一個(gè)第一開(kāi)口 01內(nèi)形成半圓柱體(未示出)， 所述半圓柱體中的每一個(gè)等同于所述至少一個(gè)圓形圓柱體之一的一半且含有第一聚合物 嵌段成分，以便通過(guò)所述至少一個(gè)圓形圓柱體、所述六個(gè)部分圓形圓柱體以及所述半圓柱 體而滿足六邊形周期性。在一種示例性情況下，在聚甲基丙烯酸甲酯-b-苯乙烯(PMMA-b-S)嵌段共聚物中 形成“蜂窩式”結(jié)構(gòu)。在圓柱相雙嵌段的情況下，PMMA-b-S嵌段可分離以在熱退火時(shí)在聚苯 乙烯嵌段的襯底內(nèi)形成垂直取向的圓柱體。參照?qǐng)D4A與圖4B，相對(duì)于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)和襯底10 而選擇性去除第一模板層20A?？刹捎脻袷轿g刻或干式蝕刻。第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)(40A，50A)的集合構(gòu)成六邊形陣列，其中單位單元包括第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的一個(gè)例元和不含任何第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的間隔， 所述間隔的體積等于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的兩個(gè)例元的體積。參照?qǐng)D5A與圖5B，在第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)和襯底10之上 形成第二模板層20B。第二模板層20B可選自可用作第一模板層20A的材料。第二模板層 20B可包括與第一模板層20A相同或不同的材料。第二模板層20B被形成為覆蓋層，且覆蓋 第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的頂表面。參照?qǐng)D6A與圖6B，隨后通過(guò)利用施加光致抗蝕劑(未示出)、構(gòu)圖光致抗蝕劑、以 及將光致抗蝕劑中的圖形轉(zhuǎn)移至第二模板層20B中的各向異性蝕刻的光刻方法，構(gòu)圖第二 模板層20B。該圖形包含第二模板層20B中的第二開(kāi)口 02，在第二開(kāi)口 02之下，襯底10的 頂表面暴露。每一個(gè)第二開(kāi)口 02具有正六邊形的形狀，即第一開(kāi)口 01的形狀(見(jiàn)圖1A)。 由于第二開(kāi)口 02是由光刻方法形成，特征尺寸(例如正六邊形的邊長(zhǎng))為光刻尺寸。每一個(gè)第二開(kāi)口 02的大小和方向都與每一個(gè)第一開(kāi)口 01的大小相同。第二開(kāi)口 02的位置是通過(guò)將第一開(kāi)口 01的圖形在與正六邊形的一個(gè)邊垂直的方向上偏移第一開(kāi)口 01之一的大小的一個(gè)正六邊形而獲得的。因此，第二開(kāi)口 02的每一個(gè)例元并不與任何一 個(gè)第一開(kāi)口 01或第二開(kāi)口 02的任何其它例元重迭。圖IA中的三分之一正六邊形的組包 括第二開(kāi)口 02，因而該組中的每一個(gè)正六邊形與同一組中的其它正六邊形分隔。第二開(kāi)口 02形成另一個(gè)六邊形陣列，其單位六邊形由圖6A中的雙點(diǎn)劃線表示。在本文中，該六邊形 陣列也稱為“第二六邊形陣列”。第二六邊形陣列從第一六邊形陣列偏移了正六邊形的一例 元。第二開(kāi)口 02的面積約等于構(gòu)圖之前的第二模板層20B的頂表面的總面積的三分之一。參照?qǐng)D7A與圖7B，通過(guò)本領(lǐng)域中公知的方法(例如旋涂)在每一個(gè)第二開(kāi)口 02 內(nèi)施加第二非光敏性聚合物抗蝕劑，以形成第二非光敏性聚合物抗蝕劑部分30B。優(yōu)選地， 第二非光敏性聚合物抗蝕劑部分30B的頂表面被凹陷為低于第二模板層20B的頂表面。同 樣優(yōu)選地，第二非光敏性聚合物抗蝕劑部分30B的頂表面與第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié) 構(gòu)(40A，50A)的頂表面共面。第二非光敏性聚合物抗蝕劑還可被施加為與第二模板層20B 的頂表面共面、或高于第二模板層20B的頂表面，然后通過(guò)凹陷蝕刻(recess etch)或通過(guò) 采用隨后溶劑從其中蒸發(fā)而引起各第二開(kāi)口 02內(nèi)的體積收縮的稀釋溶液，將第二非光敏 性聚合物抗蝕劑凹陷至第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的頂表面高度。第二非光敏性聚合物抗蝕劑包括能夠自組織成納米尺寸圖形的自組裝嵌段共聚 物。因此，上面列出的用于第一非光敏性聚合物抗蝕劑的任何材料可被用于第二非光敏性 聚合物抗蝕劑。第二非光敏性聚合物抗蝕劑可包括與第一非光敏性聚合物抗蝕劑相同或不 同的材料。為了示例本發(fā)明，假設(shè)第一非光敏性聚合物抗蝕劑與第二非光敏性聚合物抗蝕 劑采用相同的材料。參照?qǐng)D8A與圖8B，通過(guò)利用退火引起自組裝嵌段共聚物的交聯(lián)，在每一個(gè)第二開(kāi) 口 02內(nèi)形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)?？刹捎门c用于形成第一納米尺寸自組裝自 對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的形成方法相同的方法來(lái)形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。每一個(gè)第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)包括第二柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40B和第二聚 合物嵌段基體50B。第二柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40B包括至少一個(gè)圓形圓柱體和六個(gè)部分圓形圓 柱體，每一個(gè)部分圓形圓柱體對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)圓形圓柱體之一的三分之一且含有跨過(guò) 基本等于120度(或2 π/3)的角度的圓弧。因此，每一個(gè)第二柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40Β具有與
12上述第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A之一相同的結(jié)構(gòu)，且由相同的方法形成。第二聚合物基體50B 包括第二聚合物嵌段成分并橫向鄰接每一個(gè)第二柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40B。由于相同的機(jī)制被用于第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)的不同成分 的自組裝和自對(duì)準(zhǔn)，因此第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)是以與第一納米尺寸 自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的自組裝和自對(duì)準(zhǔn)相同的方式自組裝和自對(duì)準(zhǔn)而成。因此， 第二柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40B的每一個(gè)例元包括相同成分且與第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A的例元 一致，且第二聚合物基體50B的每一個(gè)例元包括相同材料并與第一聚合物基體50A的例元 一致。參照?qǐng)D9A與圖9B，相對(duì)于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)、第二納米 尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)和襯底10而選擇性去除第二模板層20B?？刹捎脻袷轿g 刻或干式蝕刻。參照?qǐng)D10A-10C，在第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)、第二納米尺寸自 組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)和襯底10之上形成第三模板層20C。第三模板層20C可選自 可用作第一模板層20A的材料。第三模板層20C可包括與第一模板層20A相同或不同的材 料。第三模板層20C覆蓋第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)和第二納米尺寸自組 裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)的頂表面。參照?qǐng)D1IA-11C，隨后通過(guò)利用施加光致抗蝕劑(未示出)、構(gòu)圖光致抗蝕劑、以及 將光致抗蝕劑中的圖形轉(zhuǎn)移至第三模板層20C中的各向異性蝕刻的光刻方法，構(gòu)圖第三模 板層20C。該圖形包含第三模板層20C的第三開(kāi)口 03，在第三開(kāi)口 03之下，襯底10的頂表 面暴露。每一個(gè)第三開(kāi)口 03具有正六邊形的形狀，即第一開(kāi)口 01的形狀(見(jiàn)圖1A)。由于 第三開(kāi)口 03是由光刻方法形成，特征尺寸(例如正六邊形的邊長(zhǎng))為光刻尺寸。每一個(gè)第三開(kāi)口 03的大小和方向都與每一個(gè)第一開(kāi)口 01的大小相同。第三開(kāi)口 03的位置是通過(guò)將第一開(kāi)口 01的圖形在與正六邊形的一個(gè)邊垂直的方向上偏移第一開(kāi)口 01之一的大小的一個(gè)正六邊形而獲得的，以便該偏移方向從用于偏離第一開(kāi)口 01產(chǎn)生第 二開(kāi)口 02而偏移的方向分開(kāi)60度。因此，第三開(kāi)口 03的每一個(gè)例元并不與任何一個(gè)第一 開(kāi)口 01、第二開(kāi)口 02、或第三開(kāi)口 03的任何其它例元重迭。圖IA中的三分之一正六邊形 的組包括第三開(kāi)口 03，因而該組中的每一個(gè)正六邊形與同一組中的其它正六邊形分隔。第 三開(kāi)口 03形成另一個(gè)六邊形陣列，其單位六邊形由圖IlA中的雙點(diǎn)劃線示出。在本文中， 該六邊形陣列也稱為“第三六邊形陣列”。第三六邊形陣列從第一六邊形陣列偏移了正六邊 形的一例元。第三六邊形陣列也從第二六邊形陣列偏移了正六邊形的另一例元。第三開(kāi)口 03的面積約等于構(gòu)圖之前的第三模板層20C的頂表面的總面積的三分之一。參照?qǐng)D12A與圖12B，通過(guò)本領(lǐng)域中公知的方法(例如旋涂)在每一個(gè)第三開(kāi)口 03內(nèi)施加第三非光敏性聚合物抗蝕劑，以形成第三非光敏性聚合物抗蝕劑部分30C。優(yōu)選 地，第三非光敏性聚合物抗蝕劑部分30C的頂表面被凹陷為低于第三模板層20C的頂表面。 同樣優(yōu)選地，第三非光敏性聚合物抗蝕劑部分30C的頂表面與第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)(40A，50A)和第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)的頂表面共面。第三非光敏 性聚合物抗蝕劑還可被施加為與第三模板層20C的頂表面共面、或高于第三模板層20C的 頂表面，然后通過(guò)凹陷蝕刻或通過(guò)采用隨后溶劑從其中蒸發(fā)而引起各第三開(kāi)口 03內(nèi)的體 積收縮的稀釋溶液，將第三非光敏性聚合物抗蝕劑凹陷至第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A, 50A)的頂表面高度。第三非光敏性聚合物抗蝕劑包括能夠自組織成納米尺寸圖形的自組裝嵌段共聚 物。因此，上面列出的用于第一非光敏性聚合物抗蝕劑的任何材料可被用于第三非光敏性 聚合物抗蝕劑。第三非光敏性聚合物抗蝕劑可包括與第一非光敏性聚合物抗蝕劑相同或不 同的材料。為了示例本發(fā)明，假設(shè)第一非光敏性聚合物抗蝕劑與第三非光敏性聚合物抗蝕 劑采用相同的材料。參照?qǐng)D13A與圖13B，通過(guò)利用退火引起自組裝嵌段共聚物的交聯(lián)，在每一個(gè)第三 開(kāi)口 03內(nèi)形成第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)?？刹捎门c用于形成第一納米尺寸自組裝 自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的形成方法相同的方法來(lái)形成第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。每一個(gè)第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)包括第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40C和第三聚 合物嵌段基體50C。第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40C包括至少一個(gè)圓形圓柱體和六個(gè)部分圓形圓 柱體，每一個(gè)部分圓形圓柱體對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)圓形圓柱體之一的三分之一且含有跨過(guò) 基本等于120度(或2 π/3)的角度的圓弧。因此，每一個(gè)第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40C具有與 上述第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40Α之一相同的結(jié)構(gòu)，且由相同的方法形成。第三聚合物基體50C 包括第二聚合物嵌段成分并橫向鄰接每一個(gè)第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40C。由于相同的機(jī)制被用于第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40C，50C)的不同成分 的自組裝和自對(duì)準(zhǔn)，因此第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40C，50C)是以與第一納米尺寸 自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的自組裝和自對(duì)準(zhǔn)相同的方式自組裝和自對(duì)準(zhǔn)而成。因此， 第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40C的每一個(gè)例元包括相同成分且與第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A的例元 一致，且第三聚合物基體50C的每一個(gè)例元包括相同材料并與第三柱狀聚合物基體50A的 例元一致。參照?qǐng)D14A-14C，相對(duì)于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)、第二納米尺 寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40C，50C)而選擇性去 除第三模板層20C?？刹捎脻袷轿g刻或干式蝕刻。各個(gè)部分圓形圓柱體和半圓柱體(如果存在)組合而形成完整圓柱體，該完整圓 柱體的圓形水平截面區(qū)域的直徑與各個(gè)圓形圓柱體的截面區(qū)域的直徑相同。無(wú)論含有第一 聚合物嵌段成分的任何圓柱體是僅由第一、第二和第三非光敏性聚合物抗蝕劑中的一種形 成或是由第一、第二和第三非光敏性聚合物抗蝕劑中的至少兩種形成，所有的這種圓形圓 柱體在本文中合稱為圓形聚合物圓柱體。換言之，第一、第二和第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)(40A， 40B，40C)共同構(gòu)成圓形聚合物圓柱體。參照?qǐng)D15A與圖15B，通過(guò)相對(duì)于第一聚合物嵌段成分而選擇性去除第二聚合物 嵌段成分的蝕刻，來(lái)相對(duì)于第一、第二和第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)(40A，40B，40C)而選擇性去 除第一、第二和第三聚合物嵌段基體(50A，50B，50C)。該蝕刻可以為各向同性或各向異性 的。在去除第一、第二和第三聚合物嵌段基體(50A，50B，50C)之后，在襯底10上形成圓形 聚合物圓柱體40的六邊形陣列，即，圓形聚合物圓柱體40被排列而形成六邊形陣列，其中 該六邊形陣列的周期性與圓形聚合物圓柱體40的相鄰的軸對(duì)之間的距離相同。參照?qǐng)D16A與圖16B，通過(guò)相對(duì)于圓形聚合物圓柱體40而選擇性去除襯底10的 暴露部分的各向異性蝕刻，將圓形聚合物圓柱體40的六邊形陣列的圖形轉(zhuǎn)移到襯底10中。 襯底10的凹陷表面11被暴露于襯底10與圓形聚合物圓柱體40的六邊形陣列之間的界面下方。凹陷表面11含有多個(gè)孔，所述多個(gè)孔與圓形聚合物圓柱體40的六邊形陣列的位置 相符。由于圓形聚合物圓柱體40的直徑為亞光刻的，因此凹陷表面11的圖形含有亞光刻 的單位圖形。通過(guò)相對(duì)于襯底10而選擇性去除圓形聚合物圓柱體40的六邊形陣列，提供了包 括襯底10的結(jié)構(gòu)，其中襯底10具有從基本上平面的表面(即凹陷的表面11)的突起圖形。 該圖形包括單位圖形的六邊形陣列，該單位圖形是具有與圓形聚合物圓柱體40之一的直 徑基本相同的直徑的圓形圓柱體。該六邊形陣列具有亞光刻尺寸的最小周期性。參照?qǐng)D17A與圖17B，通過(guò)相對(duì)于第一、第二和第三聚合物嵌段基體(50A，50B， 50C)的組合(本文中合稱為組合的聚合物嵌段基體50)而選擇性去除第一、第二和第三柱 狀聚合物結(jié)構(gòu)(40A，40B，40C)，由圖14A-14C的第一示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)形成第一示例性 納米尺寸結(jié)構(gòu)的變型?？刹捎孟鄬?duì)于第二聚合物嵌段成分而選擇性去除第一聚合物嵌段成 分的蝕刻。該蝕刻可為各向同性或各向異性的。在去除第一、第二和第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)(40A，40B，40C)之后，在組合的聚合物 嵌段基體50中形成了圓柱狀腔的六邊形陣列。換言之，在組合的聚合物嵌段基體50中的 圓柱狀腔被排列為形成六邊形陣列，在該六邊形陣列中，六邊形陣列的周期性與圓柱狀腔 的相鄰的軸對(duì)之間的距離相同。參照?qǐng)D18A與圖18B，通過(guò)相對(duì)于組合的聚合物嵌段基體50而選擇性去除襯底10 的暴露部分的各向異性蝕刻，將圓柱狀腔的六邊形陣列的圖形轉(zhuǎn)移到襯底10中。通過(guò)從組 合的聚合物嵌段基體50內(nèi)的圓柱狀腔內(nèi)去除襯底材料，形成襯底10的凹陷的溝槽底表面 12。襯底10內(nèi)的圓柱狀溝槽被排列為六邊形陣列。由于圓柱狀溝槽的直徑為亞光刻的，因 此圓柱狀溝槽的圖形含有亞光刻的單位圖形。通過(guò)相對(duì)于襯底10而選擇性去除組合的聚合物嵌段基體50的六邊形陣列，提供 了包括襯底10的結(jié)構(gòu)，其中襯底10具有從基本上平面的表面(即凹陷的溝槽底表面12) 的凹陷圖形。該圖形包括單位圖形的六邊形陣列，該單位圖形是具有與圓形聚合物圓柱體 40之一的直徑基本上相同的直徑的圓形溝槽)。該六邊形陣列具有亞光刻尺寸的最小周期 性。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，第二示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)始于圖1A-2B的第一示例性 納米尺寸結(jié)構(gòu)。然而，為了形成第二示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)，第一和第二聚合物嵌段成分的潤(rùn) 濕特性被修改為使得第一聚合物嵌段成分不潤(rùn)濕第一模板層20A的表面，而第二聚合物嵌 段成分潤(rùn)濕第一模板層20A的表面。參照?qǐng)D19A與圖19B，通過(guò)利用退火而引起自組裝嵌段共聚物的交聯(lián)，在每一個(gè)第 一開(kāi)口 01(見(jiàn)圖IA和圖1B)內(nèi)形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)?？刹捎门c第一實(shí)施 例中相同的退火工藝。通過(guò)利用退火而引起自組裝嵌段共聚物的交聯(lián)，在每一個(gè)第一開(kāi)口 01內(nèi)形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。具體而言，通過(guò)進(jìn)行紫外光處理或通過(guò)在升高 的溫度下進(jìn)行熱退火，退火第一非光敏性聚合物抗蝕劑，以形成含有第一聚合物嵌段成分 的第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A以及含有第二聚合物嵌段成分且橫向鄰接第一柱狀聚合物結(jié) 構(gòu)40A的側(cè)壁的第一聚合物基體50A。第一柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40A不接觸第一開(kāi)口 01的側(cè) 壁，而第一聚合物基體50A鄰接每一個(gè)第一開(kāi)口 01中的第一模板層20A的側(cè)壁。由于與第 一實(shí)施例中相同的機(jī)制，第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)被“自組裝”和“自對(duì)
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參照?qǐng)D20A與圖20B，相對(duì)于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)和襯底 10而選擇性去除第一模板層20A。可使用濕式蝕刻或干式蝕刻。第一納米尺寸自組裝自對(duì) 準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的集合構(gòu)成六邊形陣列，其中單位單元包括第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)(40A，50A)的一個(gè)例元和不含任何第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的間 隔，所述間隔的體積等于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的兩個(gè)例元的體積。參照?qǐng)D21A與圖21B，在第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)和襯底10之 上形成第二模板層20B。第二模板層20B可選自可用作第一模板層20A的材料。第二模板 層20B可包括與第一模板層20A相同或不同的材料。第二模板層20B被形成為覆蓋層，且 覆蓋第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)的頂表面。執(zhí)行與第一實(shí)施例的圖6A-13B對(duì)應(yīng)的處理步驟，以形成第二納米尺寸自組裝自 對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40C，50C)。通過(guò)調(diào)整第一和第二 聚合物嵌段成分的潤(rùn)濕特性，第二柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40B不接觸第二開(kāi)口 02的側(cè)壁，而每一 個(gè)第二聚合物基體50B鄰接每一個(gè)第二開(kāi)口 02中的第二模板層20B的側(cè)壁。同樣地，第三 柱狀聚合物結(jié)構(gòu)40C不接觸第三開(kāi)口 03的側(cè)壁，而每一個(gè)第三聚合物基體50C鄰接每一個(gè) 第三開(kāi)口 03中的第三模板層20C的側(cè)壁。參照?qǐng)D22A與圖22B，相對(duì)于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)、第二納 米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B，50B)和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40C，50C)而選擇 性去除第三模板層20C?？墒褂脻袷轿g刻或干式蝕刻。參照?qǐng)D23A與圖23B，通過(guò)相對(duì)于第一聚合物嵌段成分而選擇性去除第二聚合物 嵌段成分的蝕刻，來(lái)相對(duì)于第一、第二和第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)(40A，40B，40C)而選擇性去 除第一、第二和第三聚合物嵌段基體(50A，50B，50C)。該蝕刻為各向同性或各向異性的。第 一、第二和第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)(40A，40B，40C)共同構(gòu)成圓形聚合物圓柱體40。圓形聚合 物圓柱體40被排列為形成六邊形陣列。然而，該六邊形陣列的周期性與圓形聚合物圓柱體 40的相鄰軸對(duì)之間的距離不同。相反地，該六邊形陣列所具有的單位單元具有與第一開(kāi)口 01、第二開(kāi)口 02和第三開(kāi)口 03(分別見(jiàn)圖1A、圖6A和圖11A)中的每一者的尺寸相同的尺 寸，且含有多個(gè)圓形聚合物圓柱體40。該六邊形陣列的兩個(gè)示例性單位單元被標(biāo)示為“G1” 和 “G2”。通過(guò)相對(duì)于圓形聚合物圓柱體40而選擇性去除襯底10的暴露部分的各向異性蝕 刻，將圓形聚合物圓柱體40的六邊形陣列的圖形轉(zhuǎn)移到襯底10中。襯底10的凹陷表面11 被暴露于襯底10與圓形聚合物圓柱體40的六邊形陣列之間的界面下方。凹陷表面11含 有多個(gè)孔，所述多個(gè)孔與圓形聚合物圓柱體40的六邊形陣列的位置相符。由于圓形聚合物 圓柱體40的直徑為亞光刻的，因此凹陷表面11的圖形含有亞光刻的單位圖形。通過(guò)相對(duì)于襯底10而選擇性去除圓形聚合物圓柱體40的六邊形陣列，提供了包 括襯底10的結(jié)構(gòu)，其中襯底10具有從基本上平面的表面(即凹陷的表面11)的突起圖形。 該圖形包括單位圖形(例如Gl或G2)的六邊形陣列，該六邊形陣列包括具有與襯底10成 整體結(jié)構(gòu)的多個(gè)圓柱體，即，作為襯底10的一部分并具有與圓形聚合物圓柱體40之一基本 上相同的直徑。該六邊形陣列具有光刻尺寸的最小周期性。單位圖形(例如Gl或G2)具 有正六邊形的形狀且包括相同直徑(即每一個(gè)圓形聚合物圓柱體40的直徑)的圓形。然而，來(lái)自單位圖形的兩個(gè)相鄰例元的圓形的集合并不具有六邊形周期性。例如，Gl與G2的 單位組中的圓形的集合并不具有六邊形周期性，這是因?yàn)閳A形聚合物圓柱體40的任何六 邊形周期性的連貫性都不延伸超出第一、第二和第三開(kāi)口(01，02，03)之一的區(qū)域。參照?qǐng)D24A與圖24B，通過(guò)相對(duì)于第一、第二和第三聚合物嵌段基體(50A，50B， 50C)的組合(本文中稱為組合的聚合物嵌段基體50)而選擇性去除第一、第二和第三柱狀 聚合物結(jié)構(gòu)(40A，40B，40C)，由圖22A-22B的第二示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)形成第二示例性納 米尺寸結(jié)構(gòu)的變型。可采用相對(duì)于第二聚合物嵌段成分而選擇性去除第一聚合物嵌段成分 的蝕刻。該蝕刻可為各向同性或各向異性的。在去除第一、第二和第三柱狀聚合物結(jié)構(gòu)(40A，40B，40C)之后，在組合的聚合物 嵌段基體50中形成了圓柱狀腔的陣列。通過(guò)相對(duì)于組合的聚合物嵌段基體50而選擇性去 除襯底10的暴露部分的各向異性蝕刻，將該圓柱狀腔的陣列的圖形轉(zhuǎn)移到襯底10中。通 過(guò)從組合的聚合物嵌段基體50內(nèi)的圓柱狀腔中去除襯底材料，形成襯底10的凹陷的溝槽 底表面12。襯底10內(nèi)的圓柱狀溝槽被排列為形成六邊形陣列。然而，該六邊形陣列的周期 性與圓柱狀溝槽的相鄰軸對(duì)之間的距離不同。相反地，該六邊形陣列所具有的單位單元具 有與第一開(kāi)口 01、第二開(kāi)口 02和第三開(kāi)口 03 (分別見(jiàn)圖1A、圖6A和圖11A)中的每一者的 尺寸相同的尺寸，且含有多個(gè)圓柱狀溝槽。該六邊形陣列的兩個(gè)示例性單位單元被標(biāo)示為 “G3” 和 “G4，，。通過(guò)相對(duì)于襯底10而選擇性去除組合的聚合物嵌段基體50，提供了包括襯底10 的結(jié)構(gòu)，其中襯底10具有從基本上平面的表面(即襯底10的頂表面，即，襯底10與組合的 聚合物嵌段基體50之間的先前界面)的凹陷圖形。該圖形含有單位圖形(例如G3或G4) 的六邊形陣列，該六邊形陣列包括多個(gè)具有襯底10的圓柱狀溝槽(即具有與圓形聚合物圓 柱體40之一基本上相同的直徑)。該六邊形陣列具有光刻尺寸的最小周期性。單位圖形 (例如G3或G4)具有正六邊形的形狀且包括相同直徑(即每一個(gè)圓柱狀溝槽的直徑)的圓 形。然而，來(lái)自單位圖形的兩個(gè)相鄰例元的圓形的集合并不具有六邊形周期性。例如，G3與 G4的單位組中的圓形的集合并不具有六邊形周期性，這是因?yàn)閳A柱狀溝槽的任何六邊形周 期性的連貫性都不延伸超出第一、第二和第三開(kāi)口(01，02，03)之一的區(qū)域。參照?qǐng)D25A與圖25B，其示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第三示例性納米尺寸結(jié) 構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括襯底10和第一模板層20A。第一模板層20A和襯底10的橫向范圍可超過(guò)隨 后所采用的非光敏性聚合物抗蝕劑的橫向有序范圍。襯底10和第一模板層20A可包括與 第一實(shí)施例相同的材料，且可通過(guò)與第一實(shí)施例相同的方法形成。第一模板層20A被構(gòu)圖為具有第一矩形開(kāi)口以暴露襯底10。每一個(gè)第一矩形開(kāi)口 的橫向?qū)挾葹楣饪坛叽?。此外，相鄰的第一矩形開(kāi)口之間的間隔也同樣為光刻尺寸。盡管 第一矩形開(kāi)口的寬度可在不同開(kāi)口之間變化，但為了說(shuō)明本發(fā)明，假設(shè)第一矩形開(kāi)口具有 相同的橫向?qū)挾龋诒疚闹袑⑵浞Q為第一橫向?qū)挾萀W1。同樣地，為了說(shuō)明本發(fā)明，假設(shè)相鄰 的第一矩形開(kāi)口之間具有相同的間隔，在本文中將其稱為第二橫向?qū)挾萀W2。本文中還明確 地預(yù)期其中第一矩形開(kāi)口具有不同的橫向?qū)挾群?或相鄰的第一矩形開(kāi)口具有不同的間 隔的實(shí)施例。每一個(gè)第一矩形開(kāi)口的長(zhǎng)度方向充分地大于第一橫向?qū)挾萀W1，而足以在隨后沿 著第一矩形開(kāi)口的長(zhǎng)度方向(即，在與第一矩形開(kāi)口的橫向?qū)挾鹊姆较虼怪钡姆较蛏?形成自對(duì)準(zhǔn)圖形。參照?qǐng)D26A與圖26B，通過(guò)本領(lǐng)域中公知的方法(例如旋涂)在每一個(gè)第一矩形開(kāi) 口內(nèi)施加第一非光敏性聚合物抗蝕劑，以形成第一非光敏性聚合物抗蝕劑部分30A。優(yōu)選 地，第一非光敏性聚合物抗蝕劑部分30A的頂表面與第一模板層20A的頂表面共面，或凹陷 為低于第一模板層20A的頂表面。第一非光敏性聚合物抗蝕劑包括能夠自組織成納米尺寸 圖形的自組裝嵌段共聚物。第一非光敏性聚合物抗蝕劑包括彼此不混溶的第一聚合物嵌段成分與第二聚合 物嵌段成分。該非光敏性聚合物抗蝕劑可自平面化?？商娲?，可通過(guò)化學(xué)機(jī)械平面化、凹 陷蝕刻、或其組合而使該非光敏性聚合物抗蝕劑平面化?？墒褂门c第一實(shí)施例中用于第一 聚合物嵌段成分和第二聚合物嵌段成分相同的材料。并且，可使用與第一實(shí)施例相同的施 加方法。參照?qǐng)D27A與圖27B，通過(guò)利用退火引起自組裝嵌段共聚物的交聯(lián)，在每一個(gè)第一 矩形開(kāi)口內(nèi)形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl。具體而言，通過(guò)紫外光處理或在升高 的溫度下進(jìn)行熱退火而退火第一非光敏性聚合物抗蝕劑，以形成含有第一聚合物嵌段成分 的第一主片狀結(jié)構(gòu)(primary lamellar structure) 43A以及含有第二聚合物嵌段成分的第 一補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)(complementary lamellar structure) 53A。第一主片狀結(jié)構(gòu)43A和第一補(bǔ) 片狀結(jié)構(gòu)53A在第一橫向?qū)挾萀Wl的方向上周期性交替。調(diào)整第一非光敏性聚合物抗蝕劑的組成和潤(rùn)濕特性，以使得部分第一主片狀結(jié)構(gòu) 43A鄰接第一模板層20A的側(cè)壁，而第一補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)53則與第一模板層20A的側(cè)壁分離。 第一聚合物嵌段成分的潤(rùn)濕特性被調(diào)整為使得第一主片狀結(jié)構(gòu)43A的寬度取決于第一主 片狀結(jié)構(gòu)43是否接觸第一模板層20A的側(cè)壁。在此將不接觸第一模板層20A的側(cè)壁的第 一主片狀結(jié)構(gòu)43A的寬度稱為第一寬度Wl。在此將與第一模板層20A的側(cè)壁接觸的第一主 片狀結(jié)構(gòu)43A的寬度稱為第二寬度W2。第一寬度Wl和第二寬度W2都為亞光刻的，例如，在 約Inm至約40nm的范圍內(nèi)，典型地在約5nm至約30nm的范圍內(nèi)。第一寬度Wl大于第二寬 度W2。第一寬度Wl可以大于、等于或小于第二寬度W2的兩倍。第一補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)53A的寬 度相同，在此將其稱為片狀間隔S，其也是亞光刻的。第一寬度Wl與片狀間隔S之和也是亞 光刻的。第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl被“自組裝”。第一非光敏性聚合物抗蝕劑的 化學(xué)組成使得第一和第二聚合物嵌段成分的不混溶性能夠?qū)⒌谝痪酆衔锴抖纬煞肿越M裝 為第一主片狀結(jié)構(gòu)43A且將第二聚合物嵌段成分組裝為第一補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)53A。第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl與第一模板層20A的限定矩形開(kāi)口的壁“自 對(duì)準(zhǔn)”。第一主片狀結(jié)構(gòu)43A和第一補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)53A沿著第一模板層20A中的矩形開(kāi)口的 長(zhǎng)度方向延伸。隨后相對(duì)于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl和襯底10而選擇性去除第一模 板層20A?？墒褂脻袷轿g刻或干式蝕刻。參照?qǐng)D28A與圖28B，在第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl和襯底10之上形成 第二模板層20B。第二模板層20B可選自可用作第一模板層20A的材料。第二模板層20B 可包括與第一模板層20A相同或不同的材料。第二模板層20B被形成為覆蓋層，且覆蓋第 一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl的頂表面。
通過(guò)施加光致抗蝕劑(未示出)、光刻構(gòu)圖光致抗蝕劑、以及借助于各向異性蝕刻 將光致抗蝕劑中的圖形轉(zhuǎn)移到第二模板層中，對(duì)第二模板層20B光刻構(gòu)圖。在第二模板層 20B中形成第二矩形開(kāi)口的組，其覆蓋第一矩形開(kāi)口的互補(bǔ)區(qū)域。因此，第二矩形開(kāi)口形成 在第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl之間，且第二矩形開(kāi)口的邊界與第一納米尺寸自組 裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl的邊界實(shí)質(zhì)上相符。每一個(gè)第二矩形開(kāi)口的寬度為第二橫向?qū)挾萀W2，其 為光刻尺寸且可與第一橫向?qū)挾萀Wl相同或不同。參照?qǐng)D29A與圖29B，通過(guò)本領(lǐng)域中公知的方法(例如旋涂)在每一個(gè)第二矩形開(kāi) 口內(nèi)施加第二非光敏性聚合物抗蝕劑，以形成第二非光敏性聚合物抗蝕劑部分30B。優(yōu)選 地，第二非光敏性聚合物抗蝕劑部分30B的頂表面被凹陷為低于第二模板層20B的頂表面。 同樣優(yōu)選地，第二非光敏性聚合物抗蝕劑部分30B的頂表面與第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)NSl的頂表面共面。第二非光敏性聚合物抗蝕劑可被施加為與第二模板層20B的頂表 面共面、或高于第二模板層20B的頂表面，然后通過(guò)凹陷蝕刻或通過(guò)采用隨后溶劑從其中 蒸發(fā)而引起各第二矩形開(kāi)口內(nèi)的體積收縮的稀釋溶液，將第二非光敏性聚合物抗蝕劑凹陷 至第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl的頂表面高度。第二非光敏性聚合物抗蝕劑包括能夠自組織成納米尺寸圖形的自組裝嵌段共聚 物。因此，上面列出的用于第一非光敏性聚合物抗蝕劑的任何材料可被用于第二非光敏性 聚合物抗蝕劑。第二非光敏性聚合物抗蝕劑可包括與第一非光敏性聚合物抗蝕劑相同或不 同的材料。為了示例本發(fā)明，假設(shè)第一非光敏性聚合物抗蝕劑與第二非光敏性聚合物抗蝕 劑采用相同的材料。參照?qǐng)D30A與圖30B，通過(guò)利用退火引起自組裝嵌段共聚物的交聯(lián)，在每一個(gè)第二 矩形開(kāi)口內(nèi)形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NS2?？刹捎门c用于形成第一納米尺寸自 組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl的形成方法相同的方法來(lái)形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NS2。具體而言，通過(guò)紫外光處理或通過(guò)在升高的溫度下進(jìn)行熱退火而退火第二非光敏 性聚合物抗蝕劑，以形成含有第一聚合物嵌段成分的第二主片狀結(jié)構(gòu)43B以及含有第二聚 合物嵌段成分的第二補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)53B。第二主片狀結(jié)構(gòu)43B和第二補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)53B在第二 橫向?qū)挾萀W2的方向上周期性交替。調(diào)整第二非光敏性聚合物抗蝕劑的組成和潤(rùn)濕特性，以使得部分第二主片狀結(jié)構(gòu) 43B鄰接第一主片狀結(jié)構(gòu)43A的暴露側(cè)壁，而第二補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)53B與第一主片狀結(jié)構(gòu)43A的 側(cè)壁分離。調(diào)整第一聚合物嵌段成分的潤(rùn)濕特性，以使得第二主片狀結(jié)構(gòu)43B的寬度取決 于第二主片狀結(jié)構(gòu)43B是否接觸第一主片狀結(jié)構(gòu)43A的側(cè)壁。優(yōu)選地，不接觸第一主片狀 結(jié)構(gòu)43A的側(cè)壁的第二主片狀結(jié)構(gòu)43B的寬度與第一寬度Wl相同。與第一主片狀結(jié)構(gòu)43A 的側(cè)壁接觸的第二主片狀結(jié)構(gòu)43B的寬度可與第二寬度W2相同或不同。第二補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu) 53B的寬度在它們之間是相同的，其可與第一補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)53A的寬度(片狀間隔S)相同或 不同。由于相同的機(jī)制被用于第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NS2的不同成分的自組 裝和自對(duì)準(zhǔn)，因此第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NS2是以與第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)NSl的自組裝和自對(duì)準(zhǔn)相同的方式自組裝和自對(duì)準(zhǔn)而成。參照?qǐng)D31A與圖31B，相對(duì)于第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NSl、第二納米尺寸 自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)NS2和襯底10而選擇性去除第二模板層20B?？墒褂脻袷轿g刻或干式蝕
19刻。參照?qǐng)D32A與圖32B，通過(guò)相對(duì)于第一聚合物嵌段成分而選擇性去除第二聚合物 嵌段成分的各向異性蝕刻，相對(duì)于第一和第二主片狀結(jié)構(gòu)(43A，43B)而選擇性去除第一和 第二補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)(53A，53B)。來(lái)自相同第一矩形開(kāi)口的第一片狀結(jié)構(gòu)43A的組構(gòu)成了第 一一維陣列Al，陣列Al具有的間隔為片狀間隔S。同樣地，來(lái)自相同第二矩形開(kāi)口的第二片 狀結(jié)構(gòu)43B的組構(gòu)成了第二一維陣列A2，陣列A2具有的間隔為片狀間隔S。然而，第一一 維陣列Al與第二一維陣列A2的相鄰對(duì)可彼此一致或不一致，即，它們構(gòu)成另一個(gè)具有周期 性的一維陣列。如果第二寬度W2為第一寬度的一半時(shí)，第一一維陣列Al與第二一維陣列 A2的集合構(gòu)成一擴(kuò)展的一維陣列，其周期性為第一寬度Wl與片狀間隔S之和。然而，當(dāng)?shù)?二寬度W2不等于第一寬度Wl的一半時(shí)，該擴(kuò)展的一維陣列(包括多個(gè)第一一維陣列Al和 第二一維陣列A2)具有的周期性為第一橫向?qū)挾萀Wl與第二橫向?qū)挾萀W2之和。因此，最 小周期性為光刻尺寸。參照?qǐng)D33A與圖33B，通過(guò)相對(duì)于第一和第二主片狀結(jié)構(gòu)(43A，43B)而選擇性去除 襯底10的暴露部分的各向異性蝕刻，將包括第一一維陣列Al和第二一維陣列A2的擴(kuò)展的 陣列的圖形轉(zhuǎn)移到襯底10中。在襯底內(nèi)形成線性溝槽，以在線性溝槽的底部處暴露出溝槽 底表面13。隨后去除第一和第二主片狀結(jié)構(gòu)(43A，43B)。第三示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)包括具有單位圖形的一維周期性重復(fù)的襯底10。該單位 圖形包括位于基本上平面的表面(即溝槽底表面13的集合)上的第二線和至少一條第一 線的突起。所述至少一條第一線中的每一個(gè)被形成為直接在不鄰接第二主片狀結(jié)構(gòu)43B的 第一主片狀結(jié)構(gòu)43A下方，或者直接在不鄰接第一片狀結(jié)構(gòu)43A的第二主片狀結(jié)構(gòu)43B下 方。第二線被形成為直接在鄰接第二主片狀結(jié)構(gòu)43B的第一主片狀結(jié)構(gòu)43A下方。所述至 少一條第一線中的每一個(gè)都具有第一亞光刻寬度(即第一寬度Wl)，且第二線具有第二亞 光刻寬度(即第二寬度W2的兩倍)。第二線與所述至少一條第一線的每個(gè)相鄰的對(duì)被相同 的亞光刻間隔(即片狀間隔S)分隔。如果第一寬度Wl是第二寬度W2的兩倍，則第一亞光刻寬度與第二亞光刻寬度相 同。該一維單位圖形具有的最小周期性等于第一寬度Wl與片狀間隔S之和。然而，如果第 一寬度Wl不等于第二寬度W2的兩倍，第一亞光刻寬度與第二亞光刻寬度則不同。如果第 一橫向?qū)挾萀Wl與第二橫向?qū)挾萀W2相同，則該一維單位圖形具有的最小周期性等于第一 橫向?qū)挾萀Wl，其為光刻尺寸。如果第一橫向?qū)挾萀Wl與第二橫向?qū)挾萀W2不同，則該一維 單位圖形具有的最小周期性等于第一橫向?qū)挾萀Wl與第二橫向?qū)挾萀W2之和，其為光刻尺 寸。在去除第一和第二主片狀結(jié)構(gòu)(43A，43B)之前，第三示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)還包括 多條聚合物線，所述多條聚合物線為第一和第二主片狀結(jié)構(gòu)(43A，43B)，含有非光敏性聚合 物抗蝕劑的聚合物成分且直接位于第二線和所述至少一條第一線的每一條線上。聚合物線 的每一個(gè)邊緣都與第二線或所述至少一條第一線的邊緣垂直相符。替代從圖31A和圖31B的第三示例性納米尺寸結(jié)構(gòu)相對(duì)于第一和第二主片狀結(jié)構(gòu) (43A，43B)而選擇性去除第一和第二補(bǔ)片狀結(jié)構(gòu)(53A，53B)，可以相對(duì)于第一和第二補(bǔ)片 狀結(jié)構(gòu)(53A，53B)而選擇性去除第一和第二主片狀結(jié)構(gòu)(43A，43B)。接著將第一和第二主 片狀結(jié)構(gòu)(43A，43B)的圖形轉(zhuǎn)移到襯底10中，以形成具有與圖33A和圖33B的結(jié)構(gòu)相反極性的另一個(gè)納米尺寸結(jié)構(gòu)。所產(chǎn)生的圖形是一凹陷圖形而非突起圖形，其中該結(jié)構(gòu)還包括 多條聚合物線，所述多條聚合物線含有非光敏性聚合物抗蝕劑的聚合物成分并直接位于基 本上平面的表面上，且聚合物線的每一個(gè)邊緣都與第二線或所述至少一條第一線的邊緣垂 直相符。還可預(yù)期瓦片或開(kāi)口的幾何形狀的變化。瓦片或開(kāi)口可包括一種形狀(例如六邊 形、矩形、菱形、平行四邊形、三角形或正多邊形)，或者可包括至少兩種不同形狀的集合。雖然關(guān)于具體實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但很明顯，鑒于前述說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人 員而言，眾多替代例、修飾例和變化例是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明旨在涵蓋所有落入本發(fā) 明的范圍和精神以及下述權(quán)利要求內(nèi)的所有這樣的替代例、修飾例和變化例。工業(yè)適用性本發(fā)明對(duì)在半導(dǎo)體襯底上設(shè)計(jì)和制造納米尺寸圖形具有工業(yè)適用性，尤其適合在 各種電子和電學(xué)裝置中使用的集成電路芯片，尤其可用于計(jì)算機(jī)和通信領(lǐng)域。
2權(quán)利要求
一種在襯底上形成納米尺寸圖形的方法，所述方法包括以下步驟形成第一模板層(20A)，其包圍襯底上的預(yù)定區(qū)域；在所述第一模板層(20A)中構(gòu)圖第一開(kāi)口(O1)，每個(gè)第一開(kāi)口(O1)具有正六邊形的形狀，其中所述第一開(kāi)口(O1)被排列為第一六邊形陣列；在所述第一開(kāi)口(O1)中形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)；在所述第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A)上形成包圍所述區(qū)域的第二模板層(20B)；在所述第二模板層(20B)中構(gòu)圖第二開(kāi)口(O2)，每個(gè)第二開(kāi)口(O2)具有所述正六邊形的形狀，其中所述第二開(kāi)口(O2)被排列為第二六邊形陣列；在所述第二開(kāi)口(O2)中形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40B)；在所述第一和第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40A，50A，40B)上形成包圍所述區(qū)域的第三模板層(30C)；在所述第三模板層(30C)中構(gòu)圖第三開(kāi)口(O3)，每個(gè)第三開(kāi)口(O3)具有所述正六邊形的形狀，其中所述第三開(kāi)口(O3)被排列為第三六邊形陣列；以及在所述第三開(kāi)口(O3)中形成第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(40C，50C)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一開(kāi)口、所述第二開(kāi)口和所述第三開(kāi)口中的每 一個(gè)不與任何其它的所述第一開(kāi)口、所述第二開(kāi)口和所述第三開(kāi)口重迭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述預(yù)定區(qū)域與所述第一開(kāi)口的組合區(qū)域、所述第二 開(kāi)口的組合區(qū)域和所述第三開(kāi)口的組合區(qū)域的并集相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第二六邊形陣列從所述第一六邊形陣列偏移所述 正六邊形的一個(gè)例元，其中所述第三六邊形陣列從所述第一六邊形陣列偏移所述正六邊形 的另一個(gè)例元，且其中所述第三六邊形陣列從所述第二六邊形陣列偏移所述正六邊形的再 一個(gè)例元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中 的每一個(gè)與所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的另一個(gè)一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在所述形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第一開(kāi)口內(nèi)施加非光 敏性聚合物抗蝕劑，所述非光敏性聚合物抗蝕劑含有第一聚合物嵌段成分與第二聚合物嵌 段成分；在所述形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第二開(kāi)口內(nèi)施加所述 非光敏性聚合物抗蝕劑；以及在所述形成第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第三開(kāi)口內(nèi)施加所述 非光敏性聚合物抗蝕劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每一個(gè)所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)包括聚合物基體和至少一個(gè)圓形圓柱體，所述至少一個(gè)圓形圓柱體含有所述第一聚合 物嵌段成分，所述聚合物基體含有所述第二聚合物嵌段成分并橫向鄰接所述至少一個(gè)圓形 圓柱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中每一個(gè)所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)還包括三分之一圓形圓柱體的六個(gè)例元，每一個(gè)例元具有所述至少一個(gè)圓形圓柱體的總體積的三分之一的體積且在脊部處具有120度的角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述六個(gè)例元和所述聚合物基體橫向鄰接所述第一、 第二和第三開(kāi)口中的一個(gè)的邊界。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中每一個(gè)所述第一、第二和第三納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)包括聚合物基體和多個(gè)圓形圓柱體，所述多個(gè)圓形圓柱體含有所述第一聚合物嵌段成 分，所述聚合物基體含有所述第二聚合物嵌段成分并橫向鄰接所述至少一個(gè)圓形圓柱體， 其中所述多個(gè)圓形圓柱體中的每一個(gè)從所述第一、第二和第三開(kāi)口的邊界分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括相對(duì)于所述圓形圓柱體的組和所述聚合物基體的 組中的一者而選擇性地蝕刻所述圓形圓柱體的所述組和所述聚合物基體的所述組中的另 “"者 ο
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括利用所述圓形圓柱體和所述聚合物基體的剩余部 分作為蝕刻掩模，在所述襯底中形成具有亞光刻尺寸的圖形。
13.一種在襯底上形成納米尺寸圖形的方法，所述方法包括以下步驟形成第一模板層，其包圍襯底上的預(yù)定區(qū)域；在所述第一模板層中構(gòu)圖第一開(kāi)口，每個(gè)第一開(kāi)口具有矩形形狀和光刻寬度；在所述第一開(kāi)口中形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；直接在所述第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)上形成第二模板層；在所述第一模板層中構(gòu)圖第二開(kāi)口，每個(gè)第二開(kāi)口具有矩形形狀和光刻寬度，其中在 所述預(yù)定區(qū)域內(nèi)所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口互補(bǔ)；以及在所述第一開(kāi)口中形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括以下步驟在所述形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第一開(kāi)口內(nèi)施加非光 敏性聚合物抗蝕劑，所述非光敏性聚合物抗蝕劑含有第一聚合物嵌段成分和第二聚合物嵌 段成分；以及在所述形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之前，在每一個(gè)所述第二開(kāi)口內(nèi)施加所述 非光敏性聚合物抗蝕劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述第一和第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的每 一個(gè)包括至少一條標(biāo)稱寬度線和兩條邊緣線，這些線中的每一條都含有所述第一聚合物成 分，其中所述兩條邊緣線中的每一條鄰接所述第一開(kāi)口中的一個(gè)的邊界，其中所述至少一 條標(biāo)稱寬度線與所述兩條邊緣線分離，其中所述至少一條標(biāo)稱寬度線具有標(biāo)稱線寬且所述 兩條邊緣線具有邊緣線寬，其中所述標(biāo)稱線寬為亞光刻的且大于所述邊緣線寬。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述第一和第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的每 一個(gè)還包括補(bǔ)線，所述補(bǔ)線含有所述第二聚合物成分，其中每一條所述補(bǔ)線橫向鄰接所述 至少一條標(biāo)稱寬度線和所述兩條邊緣線中的兩條線并具有亞光刻的另一寬度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括以下步驟相對(duì)于所述第一聚合物成分和所述第二聚合物成分中的一者而選擇性地蝕刻另一者；以及在所述襯底中形成具有亞光刻尺寸的圖形，其中所述圖形包括具有第一亞光刻尺寸的 至少一條第一線和具有第二亞光刻尺寸的第二線的周期性重復(fù)，其中所述至少一條第一線與所述第二線的每一個(gè)相鄰的對(duì)被相同的亞光刻間隔所分隔。
18.—種包括襯底的結(jié)構(gòu)，所述襯底具有從基本上平面的表面突起或凹陷的圖形，其中 所述圖形包括單位圖形的六邊形陣列，其中所述六邊形陣列具有光刻尺寸的最小周期性， 其中所述單位圖形具有正六邊形的形狀并包括相同直徑的圓形，其中來(lái)自所述單位圖形的 兩個(gè)相鄰例元的所述圓形的集合不具有六邊形周期性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中所述相同直徑為亞光刻的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中所述圖形是突起的圖形，其中所述結(jié)構(gòu)還包括具有 所述相同直徑的多個(gè)圓柱體，所述多個(gè)圓柱體含有非光敏性聚合物抗蝕劑的聚合物成分且 直接位于所述突起的圖形的每一個(gè)上，其中所述圓形的邊緣與所述多個(gè)圓柱體的圓柱體表 面相符。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中所述圖形為凹陷的圖形，其中所述結(jié)構(gòu)還包括非光 敏性聚合物抗蝕劑的聚合物成分的基體，其中所述基體含有圓柱體開(kāi)口，其中所述圓形的 邊緣與所述圓柱體開(kāi)口的圓柱體表面相符。
22.一種包括襯底的結(jié)構(gòu)，所述襯底具有單位圖形的一維周期性重復(fù)，其中所述單位圖 形包括在基本上平面的表面上的第二線和至少一條第一線的突起或凹陷，其中所述至少一 條第一線中的每一條具有第一亞光刻寬度，其中所述第二線具有第二亞光刻寬度，其中所 述至少一條第一線與所述第二線的每個(gè)相鄰的對(duì)被相同的亞光刻間隔所分隔。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的結(jié)構(gòu)，其中所述第一亞光刻寬度與所述第二亞光刻寬度不同。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的結(jié)構(gòu)，其中所述圖形是突起的圖形，其中所述結(jié)構(gòu)還包括多條 聚合物線，所述多條聚合物線含有非光敏性聚合物抗蝕劑的聚合物成分且直接位于所述至 少一條第一線和所述第二線中的每一條線上，其中所述聚合物線的每個(gè)邊緣與所述至少一 條第一線或所述第二線的邊緣垂直相符。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的結(jié)構(gòu)，其中所述圖形是凹陷的圖形，其中所述結(jié)構(gòu)還包括多條 聚合物線，所述多條聚合物線含有非光敏性聚合物抗蝕劑的聚合物成分且直接位于所述基 本上平面的表面上，其中所述聚合物線的每一個(gè)邊緣與所述至少一條第一線或所述第二線 的邊緣垂直相符。
全文摘要
在一個(gè)實(shí)施例中，包圍大區(qū)域的六邊形瓦片被分為三個(gè)群組，每個(gè)群組含有彼此分離的所有六邊形瓦片的三分之一。在模板層(2OA，2OB，20C)中形成每個(gè)群組(01，02，03)中的六邊形瓦片的開(kāi)口，且在每個(gè)開(kāi)口內(nèi)施加并構(gòu)圖自組裝嵌段共聚物的組。重復(fù)該過(guò)程三次以涵蓋所有三個(gè)群組，產(chǎn)生遍布寬廣區(qū)域的自對(duì)準(zhǔn)圖形。在另一實(shí)施例中，該大區(qū)域被分為兩個(gè)不重迭且互補(bǔ)的群組的矩形瓦片。每個(gè)矩形區(qū)域的寬度小于自組裝嵌段共聚物的有序范圍。以順序方式在每一群組中形成自組裝自對(duì)準(zhǔn)的線與間隔結(jié)構(gòu)(4OA，5OA；4OB，5OB；4OC，50C)，從而線與間隔圖形形成為遍及了延伸超出有序范圍的大區(qū)域。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101939253SQ200980104087
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日
發(fā)明者B·B·多里斯, C·T·布萊克, C·拉登斯, T·J·達(dá)爾頓 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司