Способ формирования наноразмерного рисунка на подложке (варианты) и структура с рисунком, состоящая из наноразмерных самособранных самовыстроенных структур

Способ формирования наноразмерного рисунка на подложке (варианты) и структура с рисунком, состоящая из наноразмерных самособранных самовыстроенных структур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к наноразмерным структурам и, в частности, к самособирающимся сублитографическим наноразмерным структурам в упорядоченной периодической решетке и к способам их изготовления.

Уровень техники

В полупроводниковой промышленности растет интерес к применению методов восходящего проектирования при изготовлении полупроводников. Согласно одному из таких методов для создания сублитографических наноразмерных рисунков согласно правилам проектирования используют самособирающиеся блок-сополимеры.

Самособирающиеся сополимерные материалы, способные самоорганизовываться в наноразмерные рисунки, могут наноситься в пределах впадины в трафаретном слое для формирования наноразмерной структуры. В соответствующих условиях два или более несмешиваемых компонента блок-сополимера разделяются на две или более фазы нанометрового масштаба и таким образом образуют рельефные рисунки из изолированных наноразмерных структурных единиц. Такие упорядоченные рисунки из изолированных наноразмерных структурных единиц, образуемые самособирающимися блок-сополимерами, могут использоваться для изготовления наноразмерных структурных единиц в полупроводниковых, оптических и магнитных устройствах. Размеры получаемых таким образом структурных единиц обычно составляют от 5 до 40 нм, что соответствует сублитографическим размерам (т.е. размерам, находящимся ниже разрешающей способности оборудования для литографии).

Самособирающиеся блок-сополимеры сначала растворяют в соответствующей системе растворителей с получением раствора блок-сополимера, который затем наносят на поверхность подслоя с получением слоя блок-сополимера. Самособирающиеся блок-сополимеры подвергают отжигу при повышенной температуре с получением двух наборов полимерных блочных структур, содержащих два различных полимерных блочных компонента. Полимерной блочной структурой могут являться линии или цилиндры. Один набор полимерных блочных структур может быть встроен в другой набор полимерных блочных структур, или полимерные блочные структуры, относящиеся к различным наборам, могут чередоваться. Самособирающиеся блок-сополимеры являются нефоточувствительными резистами, формирование в которых рисунков осуществляется не фотонами, т.е. оптическим излучением, а за счет самосборки при соответствующих условиях, таких как условия отжига.

Если самосборка двух наборов полимерных блочных структур за счет отжига является химическим свойством, присущим самособирающимся блок-сополимерам, то для самовыстраивания двух наборов полимерных блочных структур требуется взаимодействие самособирающихся блок-сополимеров с окружающей средой, создающей физические ограничения. Иными словами, для самовыстраивания двух наборов полимерных блочных структур необходима внешняя структура, по которой выравнивались бы самовыстраивающиеся структуры. Такая внешняя структура действует как шаблон для выравнивания самовыстраивающейся структуры во время отжига, разделяющего первый полимерный блочный компонент и второй полимерный блочный компонент.

Область упорядочения, создаваемая внешней структурой и обеспечивающая самовыстраивание самособирающихся блок-сополимеров во время отжига, является конечной. Иными словами, пространственная протяженность эффекта присутствия внешней структуры в качестве шаблона является ограниченной и не распространяется до бесконечности. Если расстояние между самособирающимися блок-сополимерами и внешней структурой превышает эффективную область упорядочения, когерентность упорядочения теряется. В этом случае два набора полимерных блочных структур уже не выравниваются с внешней структурой. Хотя диапазон самособранной самовыстроенной наноразмерной структуры может колебаться в зависимости от состава самособирающихся блок-сополимеров, ограниченный диапазон области упорядочения обычно составляет менее 100 чередований первого полимерного блочного компонента и второго полимерного блочного компонента. Таким образом, получение самособранной самовыстроенной наноразмерной структуры размером свыше около 1 мкм является затруднительным.

Вместе с тем, для перспективных полупроводниковых и наноразмерных устройств весьма желательно иметь большие структуры с повторяющимся рельефным рисунком. В связи с этим существует потребность в наноразмерной самособранной самовыстроенной структуре, которая простиралась бы на участке большой площади и размер которой не ограничивался бы присущим самособирающимся блок-сополимерам эффективным диапазоном области упорядочения, и в способах формирования такой наноразмерной самособранной самовыстроенной структуры.

Раскрытие изобретения

Описанные выше потребности удовлетворяются настоящим изобретением за счет создания смежных наноразмерных самособранных самовыстроенных структур, простирающихся на участке, выходящем за диапазон области упорядочения самособирающихся блок-сополимеров, создаваемый внешними структурами, а также способов их изготовления.

В одном из вариантов осуществления изобретения участок большой площади, превышающей диапазон когерентности упорядочения при самовыстраивании, поделен на шестиугольные ячейки, имеющие литографические размеры. Шестиугольные ячейки поделены на три группы, в каждую из которых входит одна треть всех шестиугольных ячеек, не пересекающихся друг с другом. Шестиугольные ячейки каждой группы образуют шестиугольную решетку. В трафаретном слое выполняют отверстия для шестиугольных ячеек каждой группы, и внутри каждого отверстия наносят набор самособирающихся блок-сополимеров, образующий определенный рисунок. Этот процесс повторяют три раза по числу групп, в результате чего получают самовыстроенный рисунок на участке большой площади. В другом варианте осуществления изобретения участок большой площади делят на прямоугольные ячейки, образующие две неперекрывающиеся и дополняющие друг друга группы. Каждый прямоугольный участок имеет меньшую ширину, чем область упорядочения самособирающихся блок-сополимеров. В каждой группе последовательно формируют самособранные самовыстроенные линейно-пространственные структуры, в результате чего на участке большой площади, превышающей диапазон области упорядочения, формируется рельефный рисунок из линий и интервалов между ними. В качестве вариантов шестиугольных ячеек в изобретении также предусмотрены прямоугольные, квадратные и треугольные элементы.

Одним объектом настоящего изобретения является способ формирования наноразмерного рисунка на подложке, включающий:

- формирование первого трафаретного слоя, охватывающего заданный участок на подложке,

- выполнение в первом трафаретном слое системы первых отверстий, каждое из которых имеет форму правильного шестиугольника и которые расположены в ячейках первой шестиугольной решетки,

- формирование в первых отверстиях первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур,

- формирование второго трафаретного слоя, охватывающего указанный участок, поверх первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур,

- выполнение во втором трафаретном слое системы вторых отверстий, каждое из которых имеет форму правильного шестиугольника и которые расположены в ячейках второй шестиугольной решетки,

- формирование во вторых отверстиях вторых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур,

- формирование третьего трафаретного слоя, охватывающего указанный участок, поверх первых и вторых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур,

- выполнение в третьем трафаретном слое системы третьих отверстий, каждое из которых имеет форму правильного шестиугольника и которые расположены в ячейках третьей шестиугольной решетки, и

- формирование в третьих отверстиях третьих наноразмерных самособранных самовыстроенных структур.

В одном из вариантов осуществления изобретения каждое из первых отверстий, вторых отверстий и третьих отверстий не перекрывается ни с одним другим из первых отверстий, вторых отверстий и третьих отверстий.

В другом варианте осуществления изобретения заданный участок соответствует объединению вместе взятых площадей первых отверстий, вместе взятых площадей вторых отверстий и вместе взятых площадей третьих отверстий.

В еще одном варианте осуществления изобретения вторая шестиугольная решетка смещена относительно первой шестиугольной решетки на один экземпляр указанного правильного шестиугольника, а третья шестиугольная решетка смещена относительно первой шестиугольной решетки на другой экземпляр указанного правильного шестиугольника, а относительно второй шестиугольной решетки - еще на один экземпляр указанного правильного шестиугольника.

В еще одном варианте осуществления изобретения каждая из первых, вторых и третьих наноразмерных самособранных самовыстроенных структур конгруэнтна другой из первых, вторых и третьих наноразмерных самособранных самовыстроенных структур.

В еще одном варианте предлагаемый в изобретении способ дополнительно характеризуется тем, что:

- перед формированием первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур внутри каждого из первых отверстий наносят нефоточувствительный полимерный резист, содержащий первый полимерный блочный компонент и второй полимерный блочный компонент,

- перед формированием вторых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур внутри каждого из вторых отверстий наносят указанный нефоточувствительный полимерный резист, и

- перед формированием третьих наноразмерных самособранных самовыстроенных структур внутри каждого из третьих отверстий наносят указанный нефоточувствительный полимерный резист.

В еще одном варианте осуществления изобретения каждая из первых, вторых и третьих наноразмерных самособранных самовыстроенных структур включает в себя по меньшей мере один круговой цилиндр, содержащий первый полимерный блочный компонент, и полимерную матрицу, содержащую второй полимерный блочный компонент и примыкающую к указанному по меньшей мере одному круговому цилиндру по его боковой поверхности.

В еще одном варианте осуществления изобретения каждая из первых, вторых и третьих наноразмерных самособранных самовыстроенных структур дополнительно включает в себя шесть экземпляров трети кругового цилиндра, каждый из которых имеет объем, составляющий одну треть общего объема указанного по меньшей мере одного кругового цилиндра, и угол 120° при ребре.

При этом шесть экземпляров трети кругового цилиндра и полимерная матрица могут примыкать боковыми поверхностями к границе одного из первых, вторых и третьих отверстий.

В еще одном варианте осуществления изобретения каждая из первых, вторых и третьих наноразмерных самособранных самовыстроенных структур включает в себя множество круговых цилиндров, содержащих первый полимерный блочный компонент, и полимерную матрицу, содержащую второй полимерный блочный компонент и примыкающую к по меньшей мере одному круговому цилиндру по его боковой поверхности, причем каждый из множества круговых цилиндров отделен от границ первых, вторых и третьих отверстий.

В еще одном варианте осуществления предлагаемый в изобретении способ дополнительно включает травление группы круговых цилиндров, избирательное по отношению к набору полимерных матриц, или травление группы полимерных матриц, избирательное по отношению к набору круговых цилиндров.

В еще одном из вариантов осуществления изобретения в подложке дополнительно формируют рисунок сублитографических размеров, используя оставшуюся часть круговых цилиндров и полимерных матриц в качестве маски для травления.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ формирования наноразмерного рисунка на подложке, включающий:

- формирование первого трафаретного слоя, охватывающего заданный участок на подложке,

- выполнение в первом трафаретном слое системы первых отверстий, каждое из которых имеет форму прямоугольника и литографическую ширину,

- формирование в первых отверстиях первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур,

- формирование второго трафаретного слоя непосредственно на первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структурах,

- выполнение во втором трафаретном слое системы вторых отверстий, каждое из которых имеет форму прямоугольника и литографическую ширину и которые дополняют первые отверстия в пределах заданного участка, и

- формирование во вторых отверстиях вторых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур.

Предлагаемый в изобретении способ в одном из вариантов его осуществления дополнительно характеризуется тем, что;

- перед формированием первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур в каждом из первых отверстий наносят нефоточувствительный полимерный резист, содержащий первый полимерный блочный компонент и второй полимерный блочный компонент, и

- перед формированием вторых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур в каждом из вторых отверстий наносят указанный нефоточувствительный полимерный резист.

В другом варианте осуществления изобретения каждая из первых и вторых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур включает в себя по меньшей мере одну линию номинальной ширины и две краевые линии, каждая из которых содержит первый полимерный компонент, при этом каждая из двух краевых линий примыкает к границе одного из первых отверстий, указанная по меньшей мере одна линия номинальной ширины отделена от двух краевых линий и имеет номинальную ширину, являющуюся сублитографической и превышающую ширину краевых линий.

В еще одном варианте осуществления изобретения каждая из первых и вторых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур включает в себя также дополняющие линии, содержащие второй полимерный компонент, причем каждая из дополняющих линий примыкает сбоку к двум линиям из числа по меньшей мере одной линии номинальной ширины и двух краевых линий и имеет другую ширину, являющуюся сублитографической.

Предлагаемый в изобретении способ в еще одном варианте его осуществления дополнительно включает:

- травление первого полимерного компонента, избирательное по отношению ко второму полимерному компоненту, или травление второго полимерного компонента, избирательное по отношению к первому полимерному компоненту, и

- формирование в подложке рисунка сублитографических размеров с периодическим повтором по меньшей мере одной первой линии, имеющей первый сублитографический размер, и второй линии, имеющей второй сублитографический размер, причем в каждой паре, состоящей из по меньшей мере одной первой линии и второй линии, соседние линии разделены одинаковым сублитографическим интервалом.

Еще одним объектом настоящего изобретения является структура, содержащая подложку, имеющую рисунок, выступающий из по существу плоской поверхности или углубленный в нее и включающий в себя шестиугольную решетку с минимальной периодичностью, имеющей литографический размер, и элементарной ячейкой, имеющей форму правильного шестиугольника и содержащей окружности одинакового диаметра, причем совокупность окружностей двух соседних экземпляров элементарной ячейки не имеет шестиугольной периодичности.

В одном из вариантов осуществления изобретения указанный одинаковый диаметр является сублитографическим.

В другом варианте осуществления изобретения рисунок выступает из поверхности, а предлагаемая в изобретении структура включает в себя множество цилиндров одинакового диаметра, содержащих полимерный компонент нефоточувствительного полимерного резиста и расположенных непосредственно на каждом из выступающих элементов рисунка, причем края окружностей совпадают с цилиндрическими поверхностями указанных цилиндров.

В еще одном варианте осуществления изобретения рисунок углублен в поверхность, а предлагаемая в изобретении структура включает в себя матрицу из полимерного компонента нефоточувствительного полимерного резиста, имеющую цилиндрические отверстия, причем края окружностей совпадают с цилиндрическими поверхностями цилиндрических отверстий.

Еще одним объектом настоящего изобретения является структура, содержащая подложку с одномерным периодическим повтором элемента рисунка, включающего в себя по меньшей мере одну первую линию и вторую линию, выступающую из по существу плоской поверхности или углубленную в нее, причем первая линия или каждая из первых линий имеет первую сублитографическую ширину, вторая линия имеет вторую сублитографическую ширину, и в каждой паре, состоящей из по меньшей мере одной первой линии и второй линии, соседние линии разделены одинаковым сублитографическим интервалом.

В одном из вариантов осуществления изобретения первая сублитографическая ширина и вторая сублитографическая ширина являются различными.

В другом варианте осуществления изобретения рисунок выступает из поверхности, а предлагаемая в изобретении структура включает в себя множество полимерных линий, содержащих полимерный компонент нефоточувствительного полимерного резиста и расположенных непосредственно на каждой из по меньшей мере одной первой линии и второй линии, причем каждый край полимерных линий совпадает по вертикали с краем по меньшей мере одной первой линии или второй линии.

В еще одном варианте осуществления изобретения рисунок углублен в поверхность, а предлагаемая в изобретении структура включает в себя множество полимерных линий, содержащих полимерный компонент нефоточувствительного полимерного резиста и расположенных непосредственно на указанной по существу плоской поверхности, причем каждый край полимерных линий совпадает по вертикали с краем по меньшей мере одной первой линии или второй линии.

Краткое описание чертежей

Чертежи с одинаковыми цифровыми обозначениями относятся к одной стадии изготовления. На чертежах с индексом "А" показаны виды сверху вниз. На чертежах с индексом "Б" или "В" показаны виды в вертикальном поперечном разрезе соответственно вдоль плоскости В-В' или С-С' на соответствующем чертеже с таким же цифровым обозначением и индексом "А".

На фиг.1А-16Б показаны последовательные виды первого примера выполнения наноразмерной структуры,

на фиг.17А-18Б - последовательные виды одного из вариантов первого примера выполнения наноразмерной структуры,

на фиг.19А-23Б - последовательные виды одного из вариантов второго примера выполнения наноразмерной структуры,

на фиг.24А и 24Б - последовательные виды одного из вариантов второго примера выполнения наноразмерной структуры,

на фиг.25А-33Б - последовательные виды третьего примера выполнения наноразмерной структуры.

Подробное описание изобретения

Как указано выше, настоящее изобретение относится к самособранным сублитографическим наноразмерным структурам в регулярной периодической решетке и способам их изготовления, которые будут более подробно описаны далее со ссылкой на сопровождающие чертежи. Следует отметить, что одинаковые и сходные элементы обозначены на чертежах одинаковыми позициями.

Как показано на фиг.1, наноразмерная структура согласно первому примеру осуществления содержит первый трафаретный слой 20А, сформированный на подложке 10. Протяженность площади первого трафаретного слоя 20А и подложки 10 может превышать протяженность области упорядочения применяемых впоследствии нефоточувствительных полимерных резистов. Подложкой 10 может являться полупроводниковая подложка, диэлектрическая подложка, металлическая подложка или их сочетание. Полупроводниковой подложкой может являться кремниевая подложка, полупроводниковая подложка из другого элемента IV группы или подложка из полупроводникового соединения. Полупроводниковой подложкой также может являться монолитная подложка, подложка со структурой полупроводник на диэлектрике (ПНД или SOI, от английского - semiconductor-on-insulator) или гибридная подложка, имеющая монолитную часть и часть с ПНД-структурой. Первый трафаретный слой 20А может содержать полупроводниковый материал или изоляционный материал. Примеры полупроводниковых материалов включают поликремний, аморфный кремний, поликристаллический кремний, содержащий сплав, в который входит германий или углерод, или аморфный кремний, содержащий сплав, в который входит германий или кремний. Примеры изоляционных материалов включают диэлектрический окисел, диэлектрический оксинитрид, диэлектрический нитрид и пористый или непористый изоляционный материал с низкой диэлектрической постоянной (меньшей диэлектрической постоянной, чем у окиси кремния, т.е. 3,9). Кроме того, первый трафаретный слой 20 может содержать аморфный углерод или углерод с алмазоподобной структурой, такой как безводородный аморфный углерод, тетраэдрический безводородный аморфный углерод, металлосодержащий безводородный аморфный углерод, гидрогенизированный аморфный углерод, тетраэдрический гидрогенизированный аморфный углерод, металлосодержащий гидрогенизированный аморфный углерод и модифицированный гидрогенизированный аморфный углерод.

При формировании первого трафаретного слоя 20А сначала полностью покрывают верхнюю поверхность подложки 10 слоем покрытия, на котором затем литографическим способом формируют рисунок путем нанесения фоторезиста (не показан), формирования рисунка фоторезиста и анизотропного травления с целью переноса рисунка фоторезиста на первый трафаретный слой 20А. Рисунок содержит первые отверстия О1, которые выполнены в первом трафаретном слое 20А и под которыми находится вскрытая верхняя поверхность подложки 10. Каждое из первых отверстий О1 имеет форму правильного шестиугольника одинакового размера. Поскольку первые отверстия O1 формируются методами литографии, их характеристические размеры, например длина стороны правильного шестиугольника, являются литографическими размерами.

Является ли размер литографическим или сублитографическим, зависит от того, достижим ли он литографическими методами формирования рисунка. Минимальный размер, достижимый литографическими методами формирования рисунка, именуется в настоящем изобретении "минимальным литографическим размером" или "критическим размером". Хотя минимальный литографический размер задают только применительно к определенному литографическому оборудованию, и обычно он изменяется от поколения к поколению полупроводниковой техники, подразумевается, что минимальный литографический размер и сублитографический размер должны задаваться в расчете на оптимальные характеристики литографического оборудования, доступного на момент изготовления полупроводника. По данным на 2007 год минимальный литографический размер составляет около 45 нм, и по расчетам должен уменьшиться в будущем. Размер, меньший минимального литографического размера, является сублитографическим размером, а размер, равный или превышающий минимальный литографический размер, является литографическим размером.

Местоположение первых отверстий О1 определяют путем заполнения верхней поверхности первого трафаретного слоя 20А, которая сформирована путем осаждения или нанесения покрытия из материала, образующего первый трафаретный слой 20А и не содержащего рельеф, гипотетической шестиугольной решеткой правильных шестиугольников. Правильные шестиугольники заполняют верхнюю поверхность первого трафаретного слоя 20А таким же образом, как и шестиугольные элементы, используемые для заполнения заданного участка. Границы правильных шестиугольников показаны на фиг.1А пунктирными линиями. Набор из одной трети правильных шестиугольников содержит первые отверстия О1, при этом каждый из правильных шестиугольников в наборе отделен от других правильных шестиугольников того же набора и образует еще одну шестиугольную решетку, элементарный шестиугольник которой показан на фиг.1А сдвоенными пунктирными линиями. Эта шестиугольная решетка первых отверстий именуется в изобретении "первой шестиугольной решеткой". Таким образом, площадь первых отверстий О1 составляет приблизительно одну треть всей площади верхней поверхности первого трафаретного слоя 20А перед формированием рисунка.

Длина стороны правильного шестиугольника имеет литографический размер и, например, может превышать 45 нм. Стандартный интервал длин стороны правильного шестиугольника, применимый в 2007 году, составляет от 45 нм до около 1000 нм, в основном от около 45 нм до около 100 нм.

Как показано на фиг.2А и 2Б, первый нефоточувствительный полимерный резист наносят внутри каждого из первых отверстий О1 хорошо известными способами, такими как нанесение покрытия центрифугированием, чтобы сформировать участки 30А первого нефоточувствительного полимерного резиста. Верхняя поверхность участков 30А первого нефоточувствительного полимерного резиста лежит в одной плоскости с верхней поверхностью первого трафаретного слоя 20А или углублена относительно верхней поверхности первого трафаретного слоя 20А. Первый нефоточувствительный полимерный резист содержит самособирающиеся блок-сополимеры, способные самоорганизовываться в наноразмерные рисунки.

Первый нефоточувствительный полимерный резист содержит первый полимерный блочный компонент и второй полимерный блочный компонент, которые не способны смешиваться друг с другом. Нефоточувствительный полимерный резист может быть самовыстраивающимся. В качестве альтернативы, нефоточувствительный полимерный резист может выравниваться методами химико-механического совмещения, травления углублений или их сочетания.

Примеры материалов первого полимерного блочного компонента и второго полимерного блочного компонента описаны в одновременной находящейся на рассмотрении патентной заявке US 11/424963, поданной 19 июня 2006 г., правопреемником которой является правопреемник по настоящей заявке, и содержание которой путем ссылки включено в настоящую заявку. Конкретные примеры образующих нефоточувствительный полимерный резист самособирающихся блок-сополимеров, применимых для формирования структурных единиц согласно настоящему изобретению, могут включать, без ограничения, блок-сополимер стирола и метилметакрилата (PS-b-PMMA), блок-сополимер стирола и изопрена (PS-b-PI), блок-сополимер стирола и бутадиена (PS-b-PBD), блок-сополимер стирола и винилпиридина (PS-b-PVP), блок-сополимер стирола и этиленоксида (PS-b-PEO), блок-сополимер стирола и этилена (PS-b-PE), блок-сополимер стирола и органосиликата (PS-b-POS), блок-сополимер стирола и ферроценилдиметилсилана (PS-b-PFS), блок-сополимер этиленоксида и изопрена (PEO-b-PI), блок-сополимер этиленоксида и бутадиена (PEO-b-PBD), блок-сополимер этиленоксида и метилметакрилата (РЕО-b-РММА), блок-сополимер этиленоксида и этилэтилена (РЕО-b-РЕЕ), блок-сополимер бутадиена и винилпиридина (PBD-b-PVP) и блок-сополимер изопрена и метилметакрилата (PI-b-PMMA). Самособирающиеся блок-сополимеры сначала растворяют в применимой системе растворителей, чтобы получить раствор блок-сополимера, который затем наносят на поверхность структуры согласно первому примеру с целью формирования нефоточувствительного полимерного резиста. Система растворителей, используемая для растворения блок-сополимера и получения раствора блок-сополимера, может содержать любой применимый растворитель, включая без ограничения толуол, ацетат монометилового эфира пропиленгликоля (PGMEA), монометиловый эфир пропиленгликоля (PGME) и ацетон. Нефоточувствительный полимерный резист не является обычным фоторезистом, который может быть проявлен под действием ультрафиолетового излучения или видимого света. Кроме того, нефоточувствительный полимерный резист не является обычным диэлектриком с низкой диэлектрической постоянной.

Как показано на фиг.3А и 3Б, в каждом из первых отверстий О1 формируют первую наноразмерную самособранную самовыстроенную структуру путем сшивания самособирающихся блок-сополимеров посредством отжига. В частности, первый нефоточувствительный полимерный резист отжигают путем обработки ультрафиолетовым излучением или термического отжига при повышенной температуре, чтобы получить первые столбчатые полимерные структуры 40А, содержащие первый полимерный блочный компонент, и первую полимерную матрицу 50А, содержащую второй полимерный блочный компонент и примыкающую сбоку к боковым стенкам первых столбчатых полимерных структур 40А.

Примеры процессов отжига самособирающихся блок-сополимеров в слое блок-сополимера с целью получения двух наборов полимерных блоков описаны в работе Nealey и др. "Self-assembling resists for nanolithography", IEDM Technical Digest, декабрь 2005 г., Digital Object Identifier 10.1109/IEDM.2005.1609349. содержание которой путем ссылки включено в настоящее описание. Могут применяться способы отжига, описанные в заявке '963. Отжиг может осуществляться, например, при температуре от около 200°С до около 300°С в течение от менее около 1 часа до около 100 часов.

Первые столбчатые полимерные структуры 40А содержат по меньшей мере один круговой цилиндр и шесть частичных круговых цилиндров, каждый из которых составляет одну треть по меньшей мере одного кругового цилиндра и имеет дугу с двугранным углом охвата, преимущественно равным 120° или 2π/3. Иными словами, каждый из шести частичных круговых цилиндров может быть получен путем разделения по меньшей мере одного кругового цилиндра на три равные части посредством трех радиальных разрезов, отстоящих на 120° друг от друга и берущих начало от центральной оси одного кругового цилиндра. Таким образом, каждый из шести частичных круговых цилиндров имеет две прямоугольные сопряженные поверхности, образующие гребень под углом 120°. Гребень частичного кругового цилиндра расположен в углу правильного шестиугольника, образующего одну из первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур (40А, 50А). Шесть частичных круговых цилиндров формируют путем выбора материала первого трафаретного слоя 20А и первого и второго полимерных блочных компонентов таким образом, чтобы первый полимерный блочный компонент "смачивал" стенки первого трафаретного слоя 20А за счет поверхностного натяжения. Например, можно регулировать состав и среднюю молекулярную массу первого полимерного блочного компонента с тем, чтобы первый полимерный блочный компонент в большей или меньшей степени смачивал поверхность материала, выбранного для трафаретного слоя 20А.

Первые наноразмерные самособранные самовыстроенные структуры (40А, 50А) являются "самособранными". Химический состав первого нефоточувствительного полимерного резиста таков, что несмешиваемость первого и второго полимерных блочных компонентов способствует самосборке первого полимерного блочного компонента в первые столбчатые полимерные структуры 40А, т.е. по меньшей мере в один круговой цилиндр и шесть частичных круговых цилиндров. Второй полимерный блочный компонент собирается в первую полимерную блочную матрицу 50А.

Первые наноразмерные самособранные самовыстроенные структуры (40А, 50А) являются самовыровненными по стенкам первого трафаретного слоя 20А, образующего первые отверстия О1. В частности, каждая из первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур (40А, 50А) ограничена площадью правильного шестиугольника, который соответствует одному из первых отверстий О1 (смотри фиг.1А). Кроме того, за счет свойств самосборки и смачивания каждый из цилиндров, включающих по меньшей мере один круговой цилиндр, шесть частичных круговых цилиндров, самовыстроен относительно правильного шестиугольника. По меньшей мере одним круговым цилиндром может являться единственный цилиндр, семь цилиндров или любое множество цилиндров, совместимых с формированием шестиугольной решетки цилиндров в каждом из первых отверстий О1. Если общее число круговых цилиндров в каждом из первых отверстий О1 превышает семь цилиндров, в каждом из первых отверстий О1 могут быть сформированы полуцилиндры (не показаны), каждый из которых равен половине по меньшей мере одного кругового цилиндра и представляет собой первый полимерный блочный компонент с тем, чтобы по меньшей мере один круговой цилиндр, шесть частичных круговых цилиндров и полуцилиндры обеспечивали шестиугольную периодичность.

В одном из наглядных примеров внутри блок-сополимера метилметакрилата и стирола (PMMA-b-S) формируют "ячеистую" структуру. В случае диблочного сополимера с цилиндрическим фазовым объемом после термического отжига блок PMMA-b-S может разделиться на вертикально ориентированные цилиндры внутри матрицы полистирольного блока.

Как показано на фиг.4А и 4Б, избирательно по отношению к первым наноразмерным самособранным самовыстроенным структурам (40А, 50А) и подложке 10 удаляют первый трафаретный слой 20А. Для этого может использоваться влажное или сухое травление. Набор первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур (40А, 50А) образует шестиугольная решетка, элементарная ячейка которой содержит один экземпляр первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур (40А, 50А) и пространство, не содержащее первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур (40А, 50А) и имеющее объем, равный двум экземплярам первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур (40А, 50А).

Как показано на фиг.5А и 5Б, поверх первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур (40А, 50А) и подложки 10 формируют второй трафаретный слой 20 В. Материал второго трафаретного слоя 20В может быть выбран из материалов, которые применяются в качестве первого трафаретного слоя 20А. Второй трафаретный слой 20В может содержать такой же материал, что и первый трафаретный слой 20А, или отличающийся материал. Второй трафаретный слой 20В формируют в качестве слоя покрытия, полностью покрывающего верхние поверхности первых наноразмерных самособранных самовыстроенных структур (40А, 50А).

Как показано на фиг.6А и 6Б, затем методами литографии формируют рисунок второго трафаретного слоя 20В путем нанесения фоторезиста (не показан), формирования рисунка фоторезиста и анизотропного травления с целью переноса рисунка фоторезиста на второй трафаретный слой 20В. Рисунок содержит вторые отверстия О2, которые выполнены во втором трафаретном слое 20В и под которыми находится вскрытая верхняя поверхность подложки 10. Каждое из вторых отверстий О2 имеет форму правильного шестиугольника одинакового размера, которая является формой первых отверстий О1 (смотри фиг.1А). Поскольку вторые отверстия О2 формируются методами литографии, их характеристические размеры, например длина стороны правильного шестиугольника, являются литографическими размерами.

Размер и ориентации каждого из вторых отверстий О2 идентичны размеру и ориентации каждого из первых отверстий О1. Местоположение вторых отверстий О2 определяют путем смещения набора первых отверстий О1 на один правильный шестиугольник размером с одно из первых отверстий О1 в направлении, перпендикулярном одной из сторон правильного шестиугольника. Таким образом, каждый экземпляр вторых отверстий О2 не перекрывает первые отверстия О1 или другой экземпляр вторых отверстий О2. Вторые отверстия О2 входят в показанный на фиг.1А набор, содержащий одну треть правильных шестиугольников, при этом каждый из правильных шестиугольников набора отделен от других правильных шестиугольников этого же набора. Вторые отверстия О2 образуют еще одну шестиугольную решетку, элементарный шестиугольник которой показан на фиг.6А сдвоенными пунктирными линиями. Эта шестиугольная решетка именуется в описании "второй шестиугольной решеткой". Вторая шестиугольная решетка смещена относительно первой шестиугольной решетки на один экземпляр указанного правильного шестиугольника. Площадь вторых отверстий О2 составляет приблизительно одну треть всей площади верхней поверхности второго трафаретного слоя 20В перед формированием рисунка.

Как показано на фиг.7А и 7Б, в каждом из вторых отверстий О2 наносят второй нефоточувствительный полимерный ре