CN106206261B - 形成图案的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成图案的方法包括：在下面层上形成引导图案，在引导图案和下面层上形成自组装嵌段共聚物(BCP)层，将自组装BCP层退火以形成被交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域和第二聚合物嵌段域，以及选择性地去除第一聚合物嵌段域。引导图案由可显影抗反射材料形成。另外，引导图案彼此间隔开，使得引导图案中的每个的宽度小于引导图案之间的距离。

Description

形成图案的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年9月16日提交的申请号为10-2014-0123032的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此，如同全文阐述。
技术领域
本公开的各种实施例涉及制造半导体器件的方法，更具体而言，涉及形成精细图案的方法。
背景技术
在制造半导体器件时，大量的努力集中于将更多的图案集成在有限的面积内。即，试图增加半导体器件的集成密度通常已经导致越来越精细的图案形成。已经提出了各种技术用于在几纳米至几十纳米的范围内形成更精细的图案，诸如具有纳米尺度临界尺寸(CD)的小接触孔。
当仅使用光刻来形成精细图案时，由于在光刻工艺中使用的设备的图像分辨率极限而存在限制。使用聚合物分子的自组装来形成精细图案可以是用于克服由于在光刻工艺中使用的光学系统的本质(诸如从光刻工艺中使用的光学系统的光源中产生的光的波长)而导致的图像分辨率极限的候选方法。
发明内容
各种实施例涉及使用自组装聚合物分子来形成图案的方法。
根据一个实施例，一种形成图案的方法包括：在设置在半导体衬底上的底部层上形成可显影抗反射层；在可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；将光致抗蚀剂层的部分和可显影抗反射层的部分选择性地暴露至光；选择性地去除光致抗蚀剂层的未曝光区，以形成暴露出可显影抗反射层的未曝光区的光致抗蚀剂图案；选择性地去除可显影抗反射层的曝光区，以形成引导图案；形成填充引导图案之间的空间的中间层；在引导图案和中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；将自组装BCP层退火以形成被交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域和第二聚合物嵌段域；以及选择性地去除第一聚合物嵌段域。
根据另一个实施例，一种形成图案的方法包括：在设置在半导体衬底上的底部层上形成可显影抗反射层；在可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；将光致抗蚀剂层的部分和可显影抗反射层的部分选择性地暴露至光，以限定光致抗蚀剂层和可显影抗反射层的线形状的未曝光区；选择性地去除光致抗蚀剂层的未曝光区，以形成提供暴露出可显影抗反射层的未曝光区的沟槽的光致抗蚀剂图案；选择性地去除可显影抗反射层的曝光区，以形成具有小于线形状的引导图案之间的距离的宽度的线形状的引导图案；形成填充引导图案之间的空间的中性层；在引导图案和中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；将自组装BCP层退火，以形成被交替地且重复地排列的线形状的第一聚合物嵌段域和线形状的第二聚合物嵌段域；以及选择性地去除第一聚合物嵌段域。
根据另一个实施例，一种形成图案的方法包括：在设置在半导体衬底上的底部层上形成可显影抗反射层；在可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；将光致抗蚀剂层的部分和可显影抗反射层的部分选择性地暴露至光，以限定光致抗蚀剂层和可显影抗反射层的岛形状的未曝光区；选择性地去除光致抗蚀剂层的未曝光区，以形成暴露出可显影抗反射层的未曝光区的光致抗蚀剂图案；选择性地去除可显影抗反射层的曝光区，以形成具有小于线形状的引导图案之间的距离的宽度的岛形状的引导图案；形成填充引导图案之间的空间的中性层；在引导图案和中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；将自组装BCP层退火，以形成第一聚合物嵌段域和包围第一聚合物嵌段域的侧壁的第二聚合物嵌段域；以及选择性地去除第一聚合物嵌段域以形成孔。
根据另一个实施例，一种形成图案的方法包括：在设置在半导体衬底上的底部层上形成中性层；在中性层上形成可显影可反射层；在可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；将光致抗蚀剂层的部分和可显影抗反射层的部分选择性地暴露至光；选择性地去除光致抗蚀剂层的未曝光部分，以形成暴露出可显影抗反射层的未曝光区的光致抗蚀剂图案；选择性地去除可显影抗反射层的曝光区，以形成暴露出中性层的部分的引导图案；在引导图案和暴露出的中性层之间形成自组装嵌段共聚物BCP层；将自组装BCP层退火，以形成被交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域和第二聚合物嵌段域；以及选择性地去除第一聚合物嵌段域。
根据另一个实施例，一种形成图案的方法包括在设置在半导体衬底上的底部层上形成引导图案。引导图案由可显影抗发射材料形成。引导图案彼此间隔开，使得引导图案中的每个的宽度小于引导图案之间的距离。自组装嵌段共聚物BCP层形成在引导图案和底部层上。自组装BCP层包括第一聚合物嵌段成分和第二聚合物嵌段成分。自组装BCP层被退火以形成被交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域和第二聚合物嵌段域。第一聚合物嵌段域被选择性地去除。第一聚合物嵌段域由第一聚合物嵌段成分形成，以及第二聚合物嵌段域由第二聚合物嵌段成分形成。第一聚合物嵌段域中的第一域形成在引导图案上。第二聚合物嵌段域和第一聚合物嵌段域中的第二域被交替地且重复排列在引导图案之间。
附图说明
考虑附图和伴随的详细描述，本公开的各种实施例将变得更加显而易见，其中：
图1至图13是图示根据本公开的一个实施例的形成精细图案的方法的截面图；
图14和图15图示了在本公开的一些实施例中使用的可显影抗反射层的化学式和分子结构；
图16、图17和图18是图示在本公开的一些实施例中使用的嵌段共聚物(BCP)层的相分离的示意图；
图19至图26是图示根据本公开的一个实施例的形成线和空间阵列图案的方法的立体图；
图27至图38是图示根据本公开的一个实施例的形成孔阵列图案的方法的平面图和截面图；以及
图39至图45是图示根据本公开的另一个实施例的形成精细图案的方法的截面图。
具体实施方式
将理解的是，尽管可以在本文中使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但是这些元件不应当限制于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。因而，在不脱离本公开的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件可以被称作为在其他实施例中的第二元件。
还将理解的是，当一个元件被称作为位于另一个元件“之下”、“下方”、“以下”、“下部”、“上”、“之上”、“以上”、“上部”、“侧面”、“旁边”时，其可以与其他元件直接接触，或者可以在它们之间存在至少一个中间元件。因此，诸如在本文中使用的“之下”、“下方”、“以下”、“下部”、“上”、“之上”、“以上”、“上部”、“侧面”、“旁边”等的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非意图限制本公开的范围。用于描述元件或层之间的关系的其他词应当采用相似的方式来解释，例如，“在…之间”与“直接在…之间”或者“与…相邻”与“直接与…相邻”。
本公开的一些实施例可以提供使用嵌段共聚物(BCP)层的相分离来形成线和空间图案的方法。另外，本公开的一些实施例可以提供使用BCP层的相分离来形成孔阵列图案的方法。以下实施例可以利用使用BCP层的相分离的直接自组装(DSA)工艺。因而，根据实施例，可以形成具有小于典型光刻工艺的分辨率极限的尺寸的精细图案或精细空间。例如，BCP层中的特定聚合物嵌段可以被排序和相分离，以在受控制的条件下形成域部分，并且相分离的域部分可以被选择性地去除，以形成具有纳米尺度特征尺寸的空间或图案。这里，纳米尺度特征的尺寸意旨从几纳米至几十纳米。
BCP层的自组装结构可以根据组成BCP层的两个或更多个不同的聚合物嵌段的体积比、BCP层的相分离的退火温度、组成BCP层的聚合物嵌段的分子尺寸、以及组成BCP层的聚合物嵌段的分子量，形成为具有圆柱形形状或薄片形状。即，被相分离的聚合物嵌段的域部分可以形成为具有圆柱形形状或薄片形状。如果BCP层的自组装结构具有圆柱形形状，则BCP层可以被用于形成孔阵列图案。如果BCP层的自组装结构具有薄片形状，则BCP层可以被用于形成线和空间图案。
本公开的各种实施例可以被应用于高集成半导体器件的制造，例如，包括在单元区中具有精细特征尺寸的储存节点的阵列和与储存节点连接的互连线的阵列的相变随机存取存储(PcRAM)器件或者阻变随机存取存储(ReRAM)器件。此外，以下实施例可以应用于规则或不规则排列的导电通孔和导电线的形成。另外，以下实施例可以被应用于存储器件的制造，诸如静态随机存取存储(SRAM)器件、快闪存储器件、磁性随机存取存储(MRAM)器件和铁电随机存取存储(FeRAM)器件，或者被应用于逻辑器件的制造，诸如控制器件、中央处理单元(CPU)以及算术逻辑单元(ALU)。
图1至图13是图示根据本公开的一个实施例的形成精细图案的方法的截面图。
图1和图2图示了形成可显影抗反射层301和交联的可显影抗反射层300的步骤。
参见图1，在衬底100上可以形成刻蚀目标层210。衬底100可以是形成有组成集成电路的电路元件的半导体衬底。刻蚀目标层210可以是在后续工艺中被图案化用于形成电路互连线的导电层。可替选地，刻蚀目标层210可以在后续的工艺中被图案化，以形成在底部层(未示出)被刻蚀时用作刻蚀掩模的刻蚀目标图案。因而，刻蚀目标层210可以通过沉积或者涂覆电介质材料或者导电材料来形成。在本公开的一些实施例中，刻蚀目标层210可以由金属层、金属合金层或者金属氮化物层形成。金属可以包括铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)或者钛(Ti)。可替选地，刻蚀目标层210可以由诸如层间绝缘层或者模板层的电介质层形成。例如，刻蚀目标层210可以由氧化硅(SiO2)层形成。
硬掩模层230可以形成在刻蚀目标层210上。硬掩模层230可以在后续的工艺中被图案化，并且图案化的硬掩模层可以在刻蚀目标层210被刻蚀时用作刻蚀掩模。因此，硬掩模层230可以由相对于刻蚀目标层210具有刻蚀选择性的材料层形成。例如，硬掩模层230可以形成为包括氮化硅(Si3N4)层或者氮氧化硅(SiON)层。
可显影抗反射层301可以形成在包括刻蚀目标层210和硬掩模层230的底部结构上。可显影抗反射层301可以通过如下来形成：将有机聚合物材料(R’-OH)和交联剂溶解在溶剂中以形成溶液材料(参见图14)，并且利用旋涂工艺将溶液材料涂覆在硬掩模层230上。可显影抗反射层301可以包括诸如光子酸产生剂(PAG)或者热酸产生剂(TAG)的酸产生剂。当溶液材料被涂覆在硬掩模层230上时，在涂覆在硬掩模层230上的可显影抗反射层301中的聚合物可以不交联，并且可以溶解在溶剂中。然而，随后，可显影抗反射层301可以在室温之上的高温中被退火或烘焙，以在其中的聚合物之间引起交联反应。因此，可以形成交联的可显影抗反射层301，以及可显影抗反射层301中的交联聚合物可以在溶剂中不溶解。如果交联的可显影抗反射层300中的部分通过光刻工艺中的曝光步骤而暴露出，则交联的可显影抗反射层300中的曝光区可以使用显影剂选择性地去除。因而，可显影抗反射层301可以使用已知作为可显影底部抗反射涂覆(D-BARC)材料的一种材料来形成。即，可显影抗反射层301不使用不可显影的典型的底部抗反射涂覆(BARC)材料来形成。
图3图示了形成光致抗蚀剂层400的步骤。
参见图3，具有负性显影特征的抗蚀剂材料可以涂覆在交联的可显影抗反射层300上，以形成光致抗蚀剂层400。随后，光致抗蚀剂层400可以被软烘焙，以减少包含在光致抗蚀剂层400中的溶剂量。软烘焙工艺可以在大约90℃至大于150℃的温度执行大约30秒至大约90秒。
图4图示了对光致抗蚀剂层400曝光的步骤。
参见图4，包括光致抗蚀剂层400的衬底可以加载在曝光装置中，在光掩模500之下。具有“hυ”能量的光可以被辐照在光掩模500上，以选择性地将光致抗蚀剂层400的部分曝光，其中，“h”表示普朗克(Planck)常数，以及“υ”表示光的频率。因而，光致抗蚀剂层400可以包括曝光区410和未曝光区430。在曝光步骤期间，光还可以穿过光致抗蚀剂层400以到达交联的可显影抗反射层300。因而，交联的可显影抗反射层300还可以包括曝光区310和未曝光区330。可以通过使用ArF受激准分子激光器作为光源进行曝光步骤，并且光致抗蚀剂层400可以由被暴露至ArF受激准分子激光器的材料形成。可替选地，曝光步骤可以使用超紫外(EUV)射线作为光源来执行，并且光致抗蚀剂层400可以由被暴露至EUV射线的EUV抗蚀剂材料形成。
在曝光步骤期间，为光致抗蚀剂层400中的部件之一的光子酸产生剂可以与穿过光致抗蚀剂层400的光反应，以在光致抗蚀剂层400的曝光区410中产生酸(H+)或者酸离子。在曝光区410中产生的酸(H+)或者酸离子可以将曝光区410从对于显影剂的可溶解状态改变成不可溶解的状态。因而，曝光区410在显影剂中处于可溶解的状态。
在交联的可显影抗反射层300的曝光区310中的酸产生剂还可以与穿过交联的可显影抗反射层300的光反应，以在交联的可显影抗反射层300的曝光区310中产生酸(H+)或者酸离子。在曝光区310中的酸(H+)或者酸离子可以起作用，使得在曝光区310中的交联的聚合物之间的接合可以被破坏。因而，曝光区310可以在显影剂(例如，正性显影剂)中被改变成可溶解的状态。如果暴露出的光致抗蚀剂层400暴露至显影剂，则光致抗蚀剂层400中的曝光区410可以呈现与光致抗蚀剂层400中的未曝光区430的溶解性不同的溶解性。因而，未曝光区430可以在显影剂中选择性地溶解，并且在后续的显影步骤中去除。在执行显影步骤之前，暴露出的光致抗蚀剂层400可以经受后曝光烘焙(PEB)步骤。在后曝光烘焙(PEB)步骤中，在曝光区410中产生的酸(H+)或者酸离子可以扩散至交联的可显影抗反射层300的曝光区310。因而，在交联的可显影抗反射层300的曝光区310中产生的酸(H+)或者酸离子的浓度可以增加。
PEB步骤条件可以根据光致抗蚀剂层400的厚度和成分而不同。在本公开的一些实施例中，PEB步骤可以在大约80℃至大约150℃的温度执行大约30秒至大约90秒。
图5图示了形成光致抗蚀剂图案410的步骤。
参见图4和图5，暴露的光致抗蚀剂层400中的未曝光区430可以使用负性显影剂(NTD)来选择性地去除。NTD可以是有机显影剂。例如，有机显影剂可以包括选自酮类、酯类、醚类、酰胺类、烃类或者它们的组合中的任意一种溶剂。酮类溶剂可以包括：丙酮、2-己酮、5-甲基-2-己酮、2-庚酮、4-庚酮、1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、二异丁基酮(DIBK)环己酮、甲基环己酮、苯丙酮、甲基乙基酮、或甲基异丁基酮。酯类溶剂可以包括：乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸戊酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯，乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、或者乳酸丙酯。醚类溶剂可以包括二噁烷(dioxane，或二恶烷)、四氢呋喃、或者乙二醇醚。乙二醇醚可以包括：乙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、丙二醇单乙基醚、二乙二醇单甲基醚、三乙二醇单乙醚、或甲氧基甲基丁醇。酰胺类溶剂可以包括：N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、或者N,N-二甲基甲酰胺。烃类溶剂可以包括芳烃，例如甲苯或二甲苯。在一些实施例中，用作NTD的有机显影剂可以包括选自酮类溶剂，酯类溶剂，醚类溶剂，酰胺类和烃类溶剂中的至少一种。
NTD可以使用旋涂技术或者搅拌涂覆技术而应用于暴露出的光致抗蚀剂层400，以及冲洗步骤可以应用于所显影的光致抗蚀剂层400以选择性地去除未曝光区430。即，曝光区410可以保留下来以组成暴露出可显影抗反射层300的未曝光区330的光致抗蚀剂图案410。可显影抗反射层300中的未曝光区330仍可以保持交联状态。因而，可显影抗反射层300中的未曝光区330即使在光致抗蚀剂层400中的未曝光区430通过NTD被去除之后也可以保留下来。
图6图示了形成引导图案330的步骤。
参见图4和图6，可以选择性地去除可显影抗反射层300的曝光区310。在曝光步骤期间，光可以在可显影抗反射层300的曝光区310中产生酸，并且酸可以破坏曝光区310(参见图15)中的交联聚合物之间的键联。此外，在曝光区310中产生的酸可以通过在PEB步骤期间提供的热能激活，以破坏曝光区310中的交联聚合物之间的键联。因此，曝光区310可以容易地溶解在溶剂中。相反地，由于在曝光步骤期间光未辐照在未曝光区330上，未曝光区330仍可以保持交联状态。因而，曝光区310的溶解度可以与显影剂中的未曝光区330的溶解度不同。
可以使用负性显影剂(PTD)选择性地去除可显影抗反射层300中的曝光区310。PTD可以是碱性显影剂。碱性显影剂可以是包含碱性成分的水溶液。例如，碱性显影剂可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液。TMAH溶液可以包括大约2wt％至大约5wt％的TMAH材料。
TMAH显影剂可以使用旋涂方法施加至光致抗蚀剂图案410和可显影抗反射层300的未曝光区330。因此，曝光区310可以被选择性地去除，以仅将未曝光区330保留在硬掩模层230上。曝光区310可以在TMAH显影剂中显影，并且光致抗蚀剂图案410可以被剥离并且去除。保留在硬掩模层230上的未曝光区330可以被形成为引导图案。即使光致抗蚀剂图案410覆盖可显影抗反射层300的曝光区310，PTD的TMAH显影剂也可以经由光致抗蚀剂图案410的边沿部分渗透至曝光区310，并且可以溶解可显影抗反射层300的曝光区310。因而，可以使用PTD同时去除光致抗蚀剂图案410和曝光区310，或者可以在曝光区310通过PTD溶解之后将光致抗蚀剂图案410剥离。为了加速利用PTD的显影步骤，在执行显影步骤之前，光致抗蚀剂图案410可以通过使用包括稀释剂的有机溶液来处理。光致抗蚀剂图案410的侧表面部分可以被剥去，以暴露出可显影抗反射层300的暴露区310的边沿部分。因此，可以加速TMAH显影剂的渗透或者TMAH显影剂可以直接接触曝光区310的暴露部分。因而，可以加速曝光区310的去除。
再次参见图4、图5和图6，在使用PTD执行显影步骤时光致抗蚀剂图案410可以防止引导图案330倒塌。这是由于光致抗蚀剂图案410覆盖曝光区310以防止曝光区310在显影步骤期间被诸如TMAH显影剂的PTD过度地显影。如果引导图案330(即，未曝光区)的宽度小于曝光区310的宽度，并且曝光区310被直接暴露至TMAH显影剂，而没有光致抗蚀剂图案410，则引导图案330可以在显影步骤期间被破坏或者可以从TMAH显影剂处倒塌。然而，根据本公开的实施例，由于光致抗蚀剂图案410与曝光区310重叠，所以可以防止在显影步骤期间引导图案330的破坏或倒塌。
光致抗蚀剂图案410可以将酸或者酸离子供应至可显影抗反射层300的曝光区310。尽管在曝光步骤期间在可显影抗反射层300中产生的酸的浓度低，但是在光致抗蚀剂层400中的曝光区410(即，光致抗蚀剂图案)产生的酸或者酸离子可以扩散至曝光区310中，以增加曝光区310的酸浓度。通过在PEB步骤期间产生的热可以导致酸或者酸离子的这种扩散。如果曝光区310的酸浓度增加，则在显影步骤期间曝光区310可以清洁地去除，而不留下曝光区310的残留物或者痕迹。
利用NTD的显影步骤之后可以接着利用PTD的显影步骤。由于在使用NTD的显影步骤与使用PTD的显影步骤之间不执行工艺，所以使用NTD的显影步骤和使用PTD的显影步骤可以在同一装置上使用原位工艺来连续执行。因而，制造所需的工艺步骤的数量或者工艺时间可以减少。可以在使用PTD的显影步骤之后执行冲洗步骤。
图7和图8图示了形成中性层600的步骤。
参见图7，中性层600可以形成在引导图案330之间的空间中。引导图案330可以具有小于引导图案330之间的距离的宽度W1，并且可以暴露出底部硬掩模层230的部分。因而，中性层600可以形成为覆盖硬掩模层230的暴露出的部分，并且暴露出引导图案330的顶表面。中性层600可以引起构成在后续工艺中形成的BCP层的聚合物嵌段，以相分离成嵌段域(block domain)，该嵌段域可交替地且重复地排序以形成圆柱形形状或者薄片形状。即，中性层600中的每个可以用作定向控制层，其控制BCP层中的聚合物嵌段的方向以便当BCP层被相分离时交替地且重复地排列嵌段域。
中性层600可以由对BCP层的全部聚合物嵌段呈现出相似亲和力的材料层形成。例如，中性层600可以形成为包括包含无规共聚的聚合物嵌段“A”和聚合物嵌段“B”的共聚物材料。在本公开的一些实施例中，如果BCP层由聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯)嵌段共聚物(PS-b-PMMA)材料形成，则中性层600可以被形成为包括包含PS嵌段和PMMA嵌段的共聚物材料，即PS-r-PMMA材料。
为了形成中性层600，各种无规共聚物材料中的一个或更多个，诸如PS-r-PMMA材料可以用作具有末端羟基(-OH基)的聚合物材料，并且无规共聚物材料可以被溶解在溶剂中以形成中性溶液。然后，中性溶液可以被涂覆在引导图案330的顶表面上和硬掩模层230的暴露出的部分上，以形成涂覆层601。随后，涂覆层601可以被退火以将涂覆层601中的羟基(-OH基)与硬掩模层230键合/接合。在引导图案330的顶表面上的涂覆层601不与硬掩模层230接合。因而，引导图案330的顶表面上的涂覆层601可以使用溶剂来去除，由此形成仅覆盖硬掩模层230的中性层600。硬掩模层230可以由提供能够与涂覆层601中的羟基(-OH基)键合的表面键联的材料形成。例如，硬掩模层230可以由包含硅的材料形成。在本公开的一些实施例中，硬掩模层230可以由氮氧化硅层形成。如上所述，可以使用聚合物刷擦工艺将中性层600形成在引导图案330之间的空间中。由于引导图案330，即交联的可显影抗反射层300，具有有机聚合物结构，所以可以抑制引导图案330与涂覆层601中的羟基(-OH基)之间的化学键合。因而，如上所述，在引导图案330的顶表面上的涂覆层601可以通过聚合物刷擦工艺来去除。作为聚合物刷擦工艺的结果，中性层600中的每个可以形成为具有与引导图案330的顶表面基本共面的顶表面。因此，在BCP层通过退火工艺来相分离时，由于存在中性层600，所以可以防止构成BCP层的聚合物嵌段的自对准故障，其在后续工艺中形成在中性层600和引导图案330上。
参见图8，引导图案330中的每个可以形成为具有小于中性层600中的每个的宽度W2的宽度W1。当BCP层被相分离时，引导图案330可以引起在构成BCP层的两个或更多个不同的聚合物嵌段之中的任何一种聚合物嵌段形成在引导图案330上。因而，当BCP层在后续的工艺中被相分离时，在BCP层中的两个或更多个不同的聚合物嵌段可以被交替地且重复地排列在引导图案330之间的中性层600上。
图9图示了形成BCP层700的步骤。
参见图9，自组装BCP材料可以涂覆在引导图案330和中性层600上，以形成覆盖引导图案330和中性层600的BCP层700。BCP层700可以由PS-b-PMMA材料或者聚苯乙烯-聚(二甲基硅氧烷)(PS-PDMS)嵌段共聚物材料形成。当BCP层700由包含PS嵌段和PMMA嵌段的PS-b-PMMA材料形成时，PS嵌段与PMMA嵌段的体积比可以被控制成大约7:3至大约5:5。PS嵌段与PMMA嵌段的体积比或者PS嵌段和PMMA嵌段的分子量可以根据工艺方案适当地控制。例如，PS-b-PMMA材料可以具有大约50vol.％至大约80vol.％的PS嵌段含量和大约20vol.％至大约50vol.％的PMMA嵌段含量。
BCP层700可以包括具有聚合物嵌段的功能性聚合物材料，其中聚合物嵌段具有被共价键合(共价键联接)的两个或更多个不同的结构，以组成单个嵌段共聚物，如图16中所示。如图16中进一步所示，BCP层700的单个嵌段共聚物可以具有聚合物嵌段A和聚合物嵌段B经由连接点通过共价键彼此连接的链形状。BCP层700可以被涂覆成均相，如图17中所示。
因为BCP层700中的聚合物嵌段由于其不同的化学结构而具有不同的可溶混性和不同的溶解度，所以BCP层700中的聚合物嵌段可以形成不同的结构。即，具有不同结构的聚合物嵌段在某些温度中彼此是不可溶混的。因而，BCP层700可以使用退火工艺被相分离，以提供自对准结构，如图18中所示。即，具有均相的BCP层700可以通过退火工艺被相分离成布置有聚合物嵌段“A”的域“A”和布置有聚合物嵌段“B”的域“B”。照此，BCP层700中的聚合物嵌段可以被相分离，或者选择性地溶解成液态或者固态，以形成自组装结构。
经由BCP层700的自组装来形成具有特定形状的纳米尺度的结构可以受到BCP层700的聚合物嵌段的物理属性和/或化学属性的影响。当由两种不同的聚合物嵌段构成的BCP层被自组装在衬底上时，根据构成BCP层的聚合物嵌段的体积比、BCP层的相分离的退火温度、以及构成BCP层的聚合物嵌段的分子尺寸，BCP层的自组装结构可以被形成为三维立方体形状、三维双螺旋形状、二维六边填充柱形状或者二维薄片形状。
在本公开的一些实施例中，BCP层700可以由如下形成：聚丁二烯-聚甲基丙烯酸丁酯嵌段共聚物、聚丁二烯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚丁二烯-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物、聚丁二烯聚乙烯基吡啶嵌段共聚物、聚丙烯酸丁酯-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物、聚丙烯酸丁酯-聚乙烯基吡啶嵌段共聚物、聚异戊二烯-聚乙烯基吡啶嵌段共聚物、聚异戊二烯-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物、聚丙烯酸己酯聚乙烯基吡啶嵌段共聚物、聚异丁烯-聚甲基丙烯酸丁酯嵌段共聚物、聚异丁烯-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物、聚异丁烯-聚甲基丙烯酸丁酯嵌段共聚物、聚异丁烯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸丁酯聚丙烯酸丁酯嵌段共聚物、聚乙基乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸丁酯嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚异戊二烯嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚乙烯基吡啶嵌段共聚物、聚乙基乙烯-聚乙烯基吡啶嵌段共聚物、聚乙烯-聚乙烯基吡啶嵌段共聚物、聚乙烯基吡啶聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物、聚环氧乙烷-聚异戊二烯嵌段共聚物、聚环氧乙烷-聚丁二烯嵌段共聚物、聚环氧乙烷-聚苯乙烯嵌段共聚物、聚环氧乙烷聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物、聚环氧乙烷-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、或聚苯乙烯-聚环氧乙烷嵌段共聚物。
图10图示了形成聚合嵌段的第一域710和聚合嵌段的第二域720的步骤。
参见图10，BCP层(图9中的700)可以使用退火工艺而相分离，以形成被交替地且重复地排列的聚合嵌段的第一域710和聚合嵌段的第二域720。即，具有图17中所示的均相的BCP层700可以通过退火工艺被相分离成与图18中的域“A”相对应的第一聚合物嵌段域710、和与图18中的域“B”相对应的第二聚合物嵌段域720。在本公开的一些实施例中，第一聚合物嵌段域710或者第二聚合物嵌段域720可以形成为具有圆形柱体形状。可替选地，第一聚合物嵌段域710和第二聚合物嵌段域720可以形成为具有薄片形状。用于BCP层700的相分离的退火工艺可以是在大约100℃至大约190℃的温度执行小于1小时至大约一百小时的热退火工艺。可替选地，热退火工艺可以执行几分钟。作为退火工艺的结果，第一聚合物嵌段域710和第二聚合物嵌段域720可以被重新布置且以分离相存在，如图18中所示。
如果BCP层700由PS-b-PMMA材料形成，则用于形成引导图案330的可显影抗反射层或者可显影抗反射材料不同于中性层600，可以由对于PS嵌段成分或者PMMA嵌段成分具有更大亲和力的材料形成。例如，用于形成引导图案330的可显影抗反射层或者可显影抗反射材料可以由对于PMMA嵌段成分比对于PS嵌段成分具有更大亲和力的材料形成。因而，引导图案330可以与第一聚合物嵌段域710(例如，PMMA嵌段)接合或者对准，并且排斥或者仅仅不吸引第二聚合物嵌段域720。即，在退火工艺期间，仅BCP层700中的PMMA嵌段可以与引导图案330对准或接合，以形成构成第一聚合物嵌段域710的第一域711。如上所述，在引导图案330之间的中性层600中的每个可以对构成BCP层700的全部聚合物嵌段(即，PS嵌段和PMMA嵌段)具有基本相同的亲和力。PS嵌段成分或者PMMA嵌段成分都不具有更大趋势与中性层600对准或接合。因而，第一聚合物嵌段域710和第二聚合物嵌段域720可以被交替地且重复地排列在每个中性层600上。由于第一嵌段域710中的第一域711形成在引导图案330上，所以第二聚合物嵌段域720可以位于中性层600的顶表面上，并且与引导图案330上的第一域711接触。如果每个中性层600的宽度(图8中的“W2”)被设定成每个引导图案330的宽度(图8中的“W1”)的奇数倍，诸如等于或大于“3”，则每个第一聚合物嵌段域710的宽度可以等于每个第二聚合物嵌段域720的宽度。即，如果每个中性层600的宽度(图8中的“W2”)被设定成“W1×(2N-1)”，其中，“N”表示等于或大于2的自然数，则每个第一聚合物嵌段域710的宽度可以等于每个第二聚合物嵌段域720的宽度。
图11图示了去除第一聚合物嵌段域710的步骤。
参见图11，可以选择性地去除第一聚合物嵌段域710。具体地，可以使用利用适用于将第一聚合物嵌段域710的PMMA嵌段成分选择性地溶解的溶剂作为刻蚀剂的湿法刻蚀工艺来选择性地去除第一聚合物嵌段域710。可替选地，第一聚合物嵌段域710可以使用干法刻蚀工艺被选择性地去除。如果第一聚合物嵌段域710被选择性地去除，则具有圆柱形形状或沟槽形状的腔可以被提供在第二聚合物嵌段域720之间。
图12图示了形成硬掩模图案235的步骤。
参见图12，使用第二聚合物嵌段域720作为刻蚀掩模，可以顺序地刻蚀中性层600和硬掩模层230，以在第二聚合物嵌段域720之下形成中性图案610，并且在中性图案610之下形成硬掩模图案235。因此，第二聚合物嵌段域720的图案形状可以被转移至硬掩模层230上，并且硬掩模图案235可以形成为具有与第二聚合物嵌段域720基本相同的图案形状。硬掩模图案235可以在后续的刻蚀工艺中用作刻蚀掩模。
图13图示了形成刻蚀目标图案215的步骤。
参见图13，可以刻蚀被硬掩模图案235暴露出的刻蚀目标层210的部分(图12中所示)以形成刻蚀目标图案215的阵列。在本公开的一些实施例中，可以在将刻蚀目标层210的暴露出的部分刻蚀之前去除第二聚合物嵌段域720和中性图案610。
根据上述实施例，引导图案330可以形成为包括对BCP层700的PMMA嵌段成分比对BCP层700的PS嵌段成分具有更大的亲和力的可显影抗反射材料。因而，精细图案可以使用BCP层700的相分离来形成。
图19至图26是图示根据本公开的一个实施例的形成线和空间阵列图案的方法的立体图。
图19图示了形成交联的可显影抗反射层2300和光致抗蚀剂层2400的层叠结构的步骤。
参见图19，可以在衬底2100上形成刻蚀目标层2210。衬底2100可以是形成有组成集成电路的电路元件的半导体衬底。刻蚀目标层2210可以是在后续工艺中被图案化以形成电路互连线的导电层。可替选地，刻蚀目标层2210可以在后续工艺中被图案化，以便形成在下面的层(未示出)被刻蚀时用作刻蚀掩模的刻蚀目标图案。因而，刻蚀目标层2210可以通过将电介质材料或导电材料沉积或涂覆来形成。在本公开的一些实施例中，刻蚀目标层2210可以由用作模板层的电介质层来形成。例如，刻蚀目标层2210可以被形成为包括氧化硅(SiO2)层。
硬掩模层2230可以形成在刻蚀目标层2210上。硬掩模层2230可以由相对于刻蚀目标层2210具有刻蚀选择性的材料形成。例如，硬掩模层2230可以被形成为包括氮化硅(Si3N4)层或者氮氧化硅(SiON)层。即，硬掩模层2230可以由与刻蚀目标层2210不同的材料形成，以获得相对于刻蚀目标层2210的刻蚀选择性。
交联的可显影抗反射层2300可以形成在包括刻蚀目标层2210和硬掩模层2230的下层结构上。可以通过将有机聚合物材料(R’-OH)和交联剂溶解在溶剂中以形成诸如可显影抗反射材料(参见图14)的溶液材料来形成交联的可显影抗反射层2300。然后，可以利用旋涂工艺将溶液材料涂覆在硬掩模层2230上，然后可以在涂覆的溶液材料中引起交联反应。交联的可显影抗反射层2300可对于例如PTD的显影剂不溶解。交联的可显影抗反射层2300可以由可显影的底部抗反射涂覆(D-BARC)材料形成。即，交联的可显影抗反射层2300可以不使用对于PTD不可显影的典型的底部抗反射涂覆(BARC)材料形成。然后，可以通过将用于负性显影的光致抗蚀剂材料涂覆在交联的可显影抗反射层2300上来形成光致抗蚀剂层2400。
图20图示了将光致抗蚀剂层2400曝光的步骤。
参见图20，包括光致抗蚀剂层2400的衬底可以加载在曝光装置中，光掩模(未示出)之下。具有“hυ”能量的光可以被辐照在光掩模上，以选择性地暴露出光致抗蚀剂层2400的部分，其中，“h”表示普朗克(Planck)常数，以及“υ”表示光的频率。因而，光致抗蚀剂层2400可以包括曝光区2410和未曝光区2430。曝光区2410可以形成为产生彼此平行的线。在曝光步骤期间，光还可以穿过光致抗蚀剂层2400以到达交联的可显影抗反射层2300。因而，交联的可显影抗反射层2300还可以包括曝光区2310和未曝光区2330。
在曝光步骤期间，在光致抗蚀剂层2400的曝光区2410中的酸产生剂可以与穿过光致抗蚀剂层2400的光反应，以产生酸(H+)或者酸离子。另外，在交联的可显影抗反射层2300的曝光区2310中的酸产生剂还可以与穿过交联的可显影抗反射层2300的光反应，以产生酸(H+)或者酸离子。因此，光致抗蚀剂层2400的曝光区2410可以具有与光致抗蚀剂层2400的未曝光区2430不同的溶解度。因此，光致抗蚀剂层2400的未曝光区2430对于显影剂可处于可溶解的状态，并且曝光区2410可以在后续显影步骤中被改变成对于显影剂处于不可溶解的状态。在执行显影步骤之前，暴露出的光致抗蚀剂层2400可以经受后曝光烘焙(PEB)步骤。PEB步骤条件可以基于光致抗蚀剂层2400的厚度和成分而不同。在本公开的一些实施例中，PEB步骤可以在大约80℃至大约150℃的温度执行大约30秒至大约90秒。
图21图示了形成光致抗蚀剂图案2410的步骤。
参见图21，暴露出的光致抗蚀剂层2400中的未曝光区2430可以使用负性显影剂(NTD)被选择性地去除。NTD可以是有机显影剂。
NTD可以使用旋涂技术或者搅拌涂覆技术应用于暴露出的光致抗蚀剂层2400。因此，未曝光区2430可以被选择性地去除以形成提供线性形状的沟槽2411的光致抗蚀剂图案2410。在显影步骤期间，光致抗蚀剂层2400中的曝光区2410可以保留下来以构成光致抗蚀剂图案2410，并且暴露出可显影抗反射层2300的未曝光区2330。可显影抗反射层2300中的未曝光区2330可以保留在交联的状态。因而，可显影抗反射层2300中的未曝光区2330即使在光致抗蚀剂层2400中的未曝光区2430通过NTD去除之后也可以保留下来。
图22图示了形成引导图案2330的步骤。
参见图22，可显影抗反射层2300的曝光区(图21中的2310)可以被选择性地去除。在曝光步骤期间，光可以在可显影抗反射层2300的曝光区2310中产生酸，并且酸可以破坏曝光区2310中的交联聚合物之间的键合(参见图15)。此外，在曝光区2310中产生的酸可以通过在PEB步骤期间提供的热能激活，以破坏曝光区2310中的交联聚合物之间的键合。因此，曝光区2310可以容易地溶解至例如PTD的显影剂中。相反，由于在曝光步骤期间光未辐照在未曝光区2330上，所以未曝光区2330仍可以保持交联状态。因而，在显影剂中，曝光区2310的溶解度可以与未曝光区330的溶解度不同。
可显影抗反射层2300中的曝光区2310可以使用负性显影剂(PTD)选择性地去除。PTD可以是碱性显影剂。碱性显影剂可以是包含碱性成分的水溶液。例如，碱性显影剂可以四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液。TMAH溶液可以包括大约2wt％至大约5wt％的TMAH材料。
TMAH显影剂可以使用旋涂方法施加至可显影抗反射层2300的曝光区2310和光致抗蚀剂图案2410。因此，曝光区2310可以被选择性地去除，以仅将未曝光区2330保留在硬掩模层2230上。保留在硬掩模层2230上的未曝光区2330可以用作引导图案。即使光致抗蚀剂图案2410覆盖可显影抗反射层2300的曝光区2310，PTD的TMAH显影剂也可以经由光致抗蚀剂图案2410的边沿部分穿过/渗透至曝光区2310，并且可以溶解可显影抗反射层2300的曝光区2310。因而，光致抗蚀剂图案2410和曝光区2310可以使用PTD同时去除，或者光致抗蚀剂图案2410可以在曝光区2310通过PTD去除之后被剥离。
利用NTD的显影步骤之后可以接着利用PTD的显影步骤。由于在利用NTD的显影步骤与利用PTD的显影步骤之间不执行工艺，所以利用NTD的显影步骤和利用PTD的显影步骤可以在单个制造装置中使用原位工艺连续地执行。因而，可以减少用于制造所需的工艺步骤的数量或工艺时间。可以在利用PTD的显影步骤之后执行冲洗步骤。
图23图示了形成中性层2600的步骤。
参见图23，中性层2600可以形成在引导图案2330之间的空间中。引导图案2330可以具有小于引导图案2330之间的距离的宽度，并且可以暴露出下面的硬掩模层2230的部分。因而，中性层2600可以形成为覆盖硬掩模层2230的暴露出的部分，并且暴露出引导图案2330的顶表面。中性层2600可以在构成BCP层(将在后续工艺中形成)的聚合物嵌段中引起相分离。这种相分离可以导致交替地且重复地排序的嵌段域的形成。即，每个中性层2600可以用作控制BCP层中的聚合物嵌段的方向的定向控制层，使得当BCP层被相分离时，BCP层中的聚合物嵌段被交替地且重复地排列。
中性层2600可以由对BCP层的全部聚合物嵌段呈现出相似亲和力的值的材料层形成。例如，中性层2600可以包括包含被无规共聚的聚合物嵌段“A”和聚合物嵌段“B”的无规共聚物材料。在本公开的一些实施例中，如果BCP层由聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯)嵌段共聚物(PS-b-PMMA)材料形成，则中性层2600可以形成为包括包含PS嵌段和PMMA嵌段的无规共聚物材料，即PS-r-PMMA材料。
为了形成中性层2600，诸如PS-r-PMMA材料的共聚物材料可以利用用作末端基团的羟基(-OH基)来制备，并且共聚物材料可以溶解在溶剂中以形成中性溶液。然后，可以将中性溶液涂覆在引导图案2330的顶表面上和硬掩模层2230的暴露出的部分上，以形成涂覆层。随后，可以将涂覆层退火以将涂覆层中的羟基(-OH基)与硬掩模层2230接合。在引导图案2330的顶表面上的涂覆层不与硬掩模层2230接合。因而，在引导图案2330的顶表面上的涂覆层可以使用溶剂去除，由此形成仅覆盖硬掩模层2230的中性层2600。
引导图案2330中的每个可以形成为具有小于中性层2600中的每个的线宽S2的线宽S1。例如，中性层2600中的每个的线宽S2可以被设定成“S1×(2N-1)”，其中，“N”表示等于或大于2的自然数。
图24图示了形成第一聚合物嵌段域2710和第二聚合物嵌段域2720的步骤。
参见图24，自组装BCP材料可以涂覆在引导图案2330和中性层2600上。涂覆的BCP材料可以使用退火工艺被相分离，以形成交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域2710和第二聚合物嵌段域2720。即，如图17中所示的具有均相的所涂覆的BCP材料可以通过退火工艺被相分离成与图18中的域“A”相对应的第一聚合物嵌段域2710和与图18中的域“B”相对应的第二聚合物嵌段域2720。第一聚合物嵌段域2710和第二聚合物嵌段域2720可以交替地且重复地排列以提供薄片形状。用于所涂覆的BCP材料的相分离的退火工艺可以是在大约100℃至大约190℃的温度执行大约1小时至大约100小时的热退火工艺。作为退火工艺的结果，第一聚合物嵌段域2710和第二聚合物嵌段域2720可以被重新布置和相分离，如图18中所示。
如果BCP材料由PS-b-PMMA材料形成，则用于引导图案2330中的可显影抗反射层或可显影抗反射材料可以不同于中性层2600，对PS嵌段成分或者PMMA嵌段成分具有更大的亲和力。例如，用于引导图案2330中的可显影抗反射层或者可显影抗反射材料可以对PMMA嵌段成分比对PS嵌段成分具有更大的亲和力。因而，引导图案2330可以与第一聚合物嵌段域2710(例如，PMMA嵌段)对准，而不是第二聚合物嵌段域2720。即，在退火工艺期间，仅BCP材料中的PMMA嵌段可以将其本身布置在引导图案2330上，以形成第一聚合物嵌段域2710的第一域2711。如上所述，在引导图案2330之间的每个中性层2600可以对BCP材料中的全部聚合物嵌段(即，PS嵌段和PMMA嵌段)具有基本相同的亲和力。因而，PS嵌段成分或者PMMA嵌段成分都不与中性层2600接合或者对准。因此，第一聚合物嵌段域2710和第二聚合物嵌段域2720可以被交替地且重复地排列在每个中性层2600上。由于第一聚合物嵌段域2710的第一域2711形成在引导图案2330上，所以第二聚合物嵌段域2720可以位于中性层2600的顶表面上，并且与引导图案2330上的第一域2711相邻。第一聚合物嵌段域2710和第二聚合物嵌段域2720可以形成具有基本相同的宽度。
图25图示了去除第一聚合物嵌段域2710的步骤。
参见图25，第一聚合物嵌段域2710(图24中所示)可以被选择性地去除。具体地，可以使用利用将第一聚合物嵌段域2710中的PMMA嵌段成分选择性地溶解的溶剂的湿法刻蚀工艺来选择性地去除第一聚合物嵌段域2710。可替选地，第一聚合物嵌段域2710可以使用干法刻蚀工艺选择性地去除。如果第一聚合物嵌段域2710被选择性地去除，则腔可以保留在第二聚合物嵌段域2720之间。
图26图示了形成硬掩模图案2235和刻蚀目标图案2215的步骤。
参见图26，使用第二聚合物嵌段域2720作为刻蚀掩模，可以顺序地刻蚀中性层2600和硬掩模层2230以在第二聚合物嵌段域2720之下形成中性图案，并且在中性图案之下形成硬掩模图案2235。随后，可以刻蚀通过硬掩模图案2235暴露出的刻蚀目标层2210的部分，以形成刻蚀目标图案2215的阵列。在本公开的一些实施例中，可以在刻蚀目标层2210的暴露出的部分被刻蚀之前去除第二聚合物嵌段域2720和中性图案。
图27至图38是图示根据本公开的一个实施例的形成精细孔的方法的平面图和截面图。这个实施例可以被应用于形成重复地排列的精细接触孔。
图27是图示光致抗蚀剂层3400的未曝光区3430的平面图，以及图28是沿着图27的线A-A’截取的截面图。
参见图27和图28，刻蚀目标层3210可以形成在衬底3100上。硬掩模层3230可以形成在刻蚀目标层3210上。可显影抗反射层3300可以形成在包括刻蚀目标层3210和硬掩模层3230的下面结构上。可显影抗反射层3300可以由可显影底部抗反射涂覆(D-BARC)材料形成。然后，光致抗蚀剂层3400可以通过将用于负性显影的光致抗蚀剂材料涂覆在可显影抗反射层3300上来形成。
包括光致抗蚀剂层3400的衬底可以加载在曝光装置中，光掩模(未示出)之下。具有“hυ”能量的光可以被辐照在光掩模上，以选择性地暴露出光致抗蚀剂层3400的部分，其中，“h”表示普朗克(Planck)常数，以及“υ”表示光的频率。因而，光致抗蚀剂层3400可以包括曝光区3410和未曝光区3430。未曝光区3430可以具有被重复地且规则地排列的圆形形状。未曝光区3430可以形成在四角形的顶点处。尽管在附图中未示出，但是在本公开的一些实施例中，未曝光区3430可以形成在三角形的顶点处。
在曝光步骤期间，光还可以穿过光致抗蚀剂层3400到达可显影抗反射层3300。因而，可显影抗反射层3300还可以包括曝光区3310和未曝光区3330。因此，未曝光区3330还可以以重复地且规则地排列的圆形形状存在。如果光致抗蚀剂层3400的未曝光区3430形成在四角形的顶点处，则抗反射层的未曝光区3330也可以形成在四角形的顶点处。尽管在附图中未示出，但是如果未曝光区3430形成在三角形的顶点处，则未曝光区3330页可以形成在三角形的顶点处。
光致抗蚀剂层3400的曝光区3410可以具有与光致抗蚀剂层3400的未曝光区3430不同的溶解度。因此，光致抗蚀剂层3400的未曝光区3430可以在后续的显影步骤中选择性地去除。在执行显影步骤之前，暴露出的光致抗蚀剂层3400可以经受后曝光烘焙(PEB)步骤。
图29是图示光致抗蚀剂图案3410的平面图，以及图30是沿着图29的线A-A’截取的截面图。
参见图29和图30，暴露出的光致抗蚀剂层3400的未曝光区3430可以使用负性显影剂(NTD)选择性地去除。NTD可以是有机显影剂。
可以使用旋涂技术或者或者搅拌涂覆技术将NTD应用于暴露出的光致抗蚀剂层3400。结果，未曝光区3430可以被选择性地去除以形成具有圆形形状的开口的光致抗蚀剂图案3410。在显影步骤期间，光致抗蚀剂层3400中的曝光区3410可以保留下来以组成光致抗蚀剂图案3410，并且暴露出可显影抗反射层3300的未曝光区3330。
图31是图示引导图案3410的平面图，以及图32是沿着图31中的线A-A’截取的截面图。
参见图31和图32，可以选择性地去除可显影抗反射层3300的曝光区(图30中的3310)。在曝光步骤期间，光可以在可显影抗反射层3300的曝光区3310中产生酸，并且酸可以破坏曝光区3310(参见图15)中的交联聚合物之间的键/键合。此外，在曝光区3310中产生的酸可以通过在PEB步骤期间提供的热能被激活，以破坏曝光区3310中的交联的聚合物之间的键合。因此，曝光区3310可以被容易地溶解到显影剂中。相反，由于在曝光步骤期间光未辐照在未曝光区3330上，所以未曝光区3330仍可以保持交联的状态。因而，在显影剂中，曝光区3310的溶解度可以未曝光区3330的溶解度不同。
可显影抗反射层3300中的曝光区3310可以使用负性显影剂(PTD)选择性地去除。PTD可以是碱性显影剂。碱性显影剂可以是包含碱性成分的水溶液。例如，碱性显影剂可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液。TMAH溶液可以包括大约2wt％至大约5wt％的TMAH材料。
TMAH显影剂可以使用旋涂方法施加至光致抗蚀剂图案3410和可显影抗反射层3300的未曝光区3330。因此，光致抗蚀剂图案3410和曝光区3310可以选择性地去除，以仅将未曝光区3330保留在硬掩模层3230上。保留在硬掩模层3230上的未曝光区3330可以用作引导图案。因而，引导图案3330可以具有彼此隔离的圆形形状的图案。
利用NTD的显影步骤之后可以接着利用PTD的显影步骤。由于在利用NTD的显影步骤与利用PTD的显影步骤之间不执行工艺，所以利用NTD的显影步骤和利用PTD的显影步骤可以在单个装置使用原位工艺连续地执行。因而，可以减少用于制造所需的工艺步骤的数量或工艺时间。可以在利用PTD的显影步骤之后执行冲洗步骤。
图33是图示中性层3600的平面图，以及图34是沿着图33的线A-A’截取的截面图。
参见图33和图34，中性层3600可以形成在引导图案3330之间的空间中。引导图案3330可以具有小于引导图案3330之间的距离的宽度，并且可以暴露出下面的硬掩模层3230的部分。因而，中性层3600可以覆盖硬掩模层3230的暴露出的部分，并且暴露出引导图案3330的顶表面。中性层3600可以引起构成BCP层(将在后续工艺中形成)的聚合物嵌段的相分离，以分离相且形成交替地和重复地布置的嵌段域。即，当BCP层被分离成不同的相时，中性层3600可以用作控制BCP层中的聚合物嵌段的方向的定向控制层，导致交替地且重复地排列的嵌段域。
中性层3600可以由对BCP层的全部聚合物嵌段呈现出相似亲和力的材料层形成。为了形成中性层3600，诸如PS-r-PMMA材料的各种无规共聚物材料可以利用用作末端基的羟基(-OH基)来制备，并且无规共聚物材料可以被溶解在溶剂中以形成中性溶液。然后，中性溶液可以被涂覆在引导图案3330的顶表面上和硬掩模层3230的暴露出的部分上，以形成涂覆层。随后，聚合物刷擦工艺可以应用至涂覆层以形成与硬掩模层3230的暴露出的部分交界的中性层3600。引导图案3330中的每个可以具有小于引导图案3330之间的距离D2的直径D1。距离D2可以被设定成“D1×(2N-1)”，其中，“N”表示等于或大于2的自然数。
图35是图示第一聚合物嵌段域3710和第二聚合物嵌段域3720的平面图，以及图36是沿着图35中的线A-A’截取的截面图。
参见图35和图36，自组装BCP材料可以被涂覆在引导图案3330和中性层3600上。涂覆的BCP材料可以使用退火工艺来相分离，以形成交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域3710和第二聚合物嵌段域3720，如图36中的截面图所示。即，如图17中所示的以均相施加的所涂覆的BCP材料可以通过退火工艺来相分离成与图18中的域“A”相对应的第一聚合物嵌段域3710和与图18中的域“B”相对应的第二聚合物嵌段域3720。第一聚合物嵌段域3710可以具有圆形柱体结构并且可以被重复地排列。用于所涂覆的BCP材料的相分离的退火工艺可以是在大约100℃至大约190℃的温度执行大约1小时至大约100小时的热退火工艺。作为退火工艺的结果，第一聚合物嵌段域3710和第二聚合物嵌段域3720可以通过相分离而重复地且规则地排列，如图18中所示。
如果BCP材料由PS-b-PMMA材料形成，则用于形成引导图案3330中的可显影抗反射层或可显影抗反射材料可以不同于中性层3600，由对PS嵌段成分或者PMMA嵌段成分具有更大的亲和力的材料形成。例如，用于形成引导图案3330中的可显影抗反射层或者可显影抗反射材料可以对PMMA嵌段成分比对PS嵌段成分具有更大的亲和力。因而，引导图案3330可以仅与第一聚合物嵌段域3710(例如，PMMA嵌段)对准，而不是第二聚合物嵌段域3720。即，在退火工艺期间，仅BCP材料中的PMMA嵌段可以将其本身布置在引导图案3330上，以形成构成第一聚合物嵌段域3710的第一域3711。如上所述，在引导图案3330之间的中性层3600可以对BCP材料中的全部聚合物嵌段(即，PS嵌段和PMMA嵌段)具有基本相同的亲和力。因而，PS嵌段或者PMMA嵌段成分都不对中性层3600具有更大的亲和力。因此，第一聚合物嵌段域3710，即组成第一聚合物嵌段域3710的第二域3712，和第二聚合物嵌段域3720可以交替地且重复地对角排列在中性层3600上，如图35中所示。由于第一聚合物嵌段域3710的第一域3711形成在引导图案3330上，所以第二聚合物嵌段域3720可以位于与形成在引导图案3330上的第一域3711相邻。因而，如果在排列在图35的对角方向上的引导图案3330之间的距离D2是引导图案3330的直径D1的三倍，则第一聚合物嵌段域3710的第二域3712可以形成在引导图案3330之间的空间的中心部分上，如图35中所示。如果距离D2增加，则形成在第一域3711之间的第二域3712的数量也可以增加。
图37是图示孔3800的平面图，以及图38是沿着图37的线A-A’截取的截面图。
参见图37和图38，第一聚合物嵌段域3710可以被选择性地去除。具体地，可以使用利用将第一聚合物嵌段域3710中的PMMA嵌段成分选择性地溶解的溶剂作为刻蚀剂的湿法刻蚀工艺来选择性地去除第一聚合物嵌段域3710。可替选地，第一聚合物嵌段域3710可以使用干法刻蚀工艺来选择性地去除。如果第一聚合物嵌段域3710被选择性地去除，则可以形成被第二聚合物嵌段域3720包围的孔3800。孔3800可以包括与引导图案3330对准的第一孔3811和被排列在第一孔3811之间的第二孔3812。
随后，尽管在附图中未示出，但是使用第二聚合物嵌段域3720作为刻蚀掩模，可以刻蚀中性层3600和引导图案3330，以暴露出硬掩模层3230的部分。然后，硬掩模层3230中暴露出的部分可以被刻蚀以形成硬掩模图案，并且暴露出刻蚀目标层3210的部分。刻蚀目标层3210中暴露出的部分可以被刻蚀以形成具有接触孔的刻蚀目标图案。
图39至图45是图示根据本公开的另一个实施例的形成精细图案的方法的截面图。这个实施例可以被应用于在中性层上形成引导图案。
图39图示了形成中性层4260、可显影抗反射层4300和光致抗蚀剂层4400的层叠结构的步骤。
参见图39，在衬底4100上可以形成刻蚀目标层4210。衬底4100可以是形成有组成集成电路的电路元件的半导体衬底。刻蚀目标层4210可以通过刻蚀工艺被图案化。在刻蚀目标层4210上可以形成硬掩模层4230。
中性层4260可以形成在包括刻蚀目标层4210和硬掩模层4230的下面结构上。中性层4260可以用作控制BCP层中的聚合物嵌段的方向的定向控制层，使得当BCP层在后续的工艺中被相分离时，BCP层中的聚合物嵌段被交替地且重复地排列在嵌段域中。中性层4260可以由对BCP层的全部聚合物嵌段具有相似亲和力的材料形成。例如，中性层4260可以包括包含被无规共聚的聚合物嵌段“A”和聚合物嵌段“B”的共聚物材料。在本公开的一些实施例中，如果BCP层由聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯)嵌段共聚物(PS-b-PMMA)材料形成，则中性层4260可以包括包含PS嵌段和PMMA嵌段的共聚物材料，即PS-r-PMMA材料。
为了形成中性层4260，可以使用聚合物刷擦工艺。诸如具有羟基(-OH基)末端基的PS-r-PMMA材料的无规共聚物材料被制备，并且可以溶解在溶剂中以形成中性溶液。然后，中性溶液可以涂覆在硬掩模层4230上以形成涂覆层。随后，涂覆层可以被退火以将涂覆层中的羟基(-OH基)与硬掩模层4230的表面接合。可以将剩余的聚合物材料冲洗掉。
可显影抗反射层4300可以形成在中性层4260上。可显影抗反射层4300可以由可显影底部抗反射涂覆(D-BARC)材料形成。用于负性显影的光致抗蚀剂材料可以涂覆在可显影抗反射层4300上以形成光致抗蚀剂层4400。
图40图示了形成光致抗蚀剂图案4410的步骤。
参见图40，包括光致抗蚀剂层4400的衬底可以加载至曝光装置中，在光掩模(未示出)之下。具有“hυ”能量的光可以辐照在光掩模上，以选择性地暴露出光致抗蚀剂层4400的部分，其中，“h”表示普朗克(Planck)常数，以及“υ”表示光的频率。因而，光致抗蚀剂层4400可以包括曝光区和未曝光区。在曝光步骤期间，光还可以穿过光致抗蚀剂层4400到达可显影抗反射层4300。因而，可显影抗反射层4300还可以包括曝光区4310和未曝光区4330。
在曝光步骤期间，光致抗蚀剂层4400的曝光区4410中的酸产生剂可以与穿过的光反应，以产生酸(H+)或酸离子。另外，在可显影抗反射层4300的曝光区4310中的酸产生剂还可以与穿过的光反应以产生酸(H+)或酸离子。因此，光致抗蚀剂层4400的曝光区可以具有与光致抗蚀剂层4400的未曝光区不同的溶解度。因此，光致抗蚀剂层4400的未曝光区可以被选择性地去除，以将与光致抗蚀剂图案相对应的曝光区4410保留下来。
光致抗蚀剂层4400的未曝光区可以使用负性显影剂(NTD)选择性地去除。NTD可以是有机显影剂。NTD可以使用旋涂技术或者搅拌涂覆技术应用于光致抗蚀剂层4400。结果，光致抗蚀剂层4400的未曝光区可以被选择性地去除以暴露出可显影抗反射层4300的未曝光区4330。
图41图示了形成引导图案4330的步骤。
参见图41，可显影抗反射层4300的曝光区(图40中的4310)可以被选择性地去除。在曝光步骤期间，光可以在可显影抗反射层4300的曝光区4310中产生酸，并且酸可以破坏曝光区4310(参见图15)中的交联聚合物之间的键合。此外，在曝光区4310中产生的酸可以通过在PEB步骤期间提供的热能激活，以破坏曝光区4310中的交联聚合物之间的键合。因此，曝光区4310可以容易地溶解在溶剂中。相反，由于在曝光步骤期间光未辐照在未曝光区4330上，所以未曝光区4330仍可以保持交联的状态。因而，在显影剂中曝光区4310的溶解度可以与未曝光区3330的溶解度不同。
可显影抗反射层4300中的曝光区4310可以使用正性显影剂(PTD)选择性地去除。PTD可以是碱性显影剂。碱性显影剂可以是包含碱性成分的水溶液。例如，碱性显影剂可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液。TMAH显影剂可以使用旋涂方法施加至光致抗蚀剂图案4410和可显影抗反射层4300的曝光区4310。因此，光致抗蚀剂图案4410和曝光区4310可以被选择性地去除，以仅将未曝光区4330保留在中性层4260上。保留在中性层4260上的未曝光区4330可以用作引导图案。因而，光致抗蚀剂图案4410和曝光区4310可以使用PTD同时去除，或者光致抗蚀剂图案4410可以在曝光区4310通过PTD去除之后而被剥离。
利用NTD的显影步骤之后可以接着利用PTD的显影步骤。由于在利用NTD的显影步骤与利用PTD的显影步骤之间不执行工艺(processes，加工)，所以利用NTD的显影步骤和利用PTD的显影步骤可以利用单件设备使用原位工艺连续地执行。因而，可以减少工艺步骤的数量和/或工艺时间。可以在利用PTD的显影步骤之后执行冲洗步骤。
引导图案4330可以彼此间隔开，并且中性层4260的部分可以通过引导图案4330之间的空间暴露出。引导图案4330中的每个可以具有小于引导图案4330之间的距离的宽度。即，引导图案4330中的每个的宽度W3可以小于中性层4260中的所暴露出的部分的每个的宽度W4。例如，中性层4260中的每个暴露出的部分的宽度W4可以被设定成“W3×(2N-1)”，其中，“N”表示等于或大于2的自然数。
图42图示了形成BCP层4700的步骤。
参见图42，自组装BCP材料可以被涂覆在引导图案4330和中性层4260上，以形成BCP层4700。BCP层可以由PS-b-PMMA材料或者PS-PDMS嵌段共聚物材料形成。
图43图示了形成第一聚合物嵌段域4710和第二聚合物嵌段域4720的步骤。
参见图43，BCP层4700(图42中所示)可以使用退火工艺来相分离，以形成交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域4710和第二聚合物嵌段域4720。即，BCP层4700可以被施加具有均相，如图17中所示，并且可以使用退火工艺来分离相以形成第一聚合物嵌段域4710(例如，PMMA聚合物嵌段)和第二聚合物嵌段域4720(例如，PS聚合物嵌段)。第一聚合物嵌段域4710和第二聚合物嵌段域4720可以采用线性方式交替地且重复地排列。可替选地，第一聚合物嵌段域4710可以具有彼此隔离且被第二聚合物嵌段域4720包围的圆形柱体形状。
如果BCP层4700由PS-b-PMMA材料形成，则用于形成引导图案4330的可显影抗反射层或可显影抗反射材料可以不同于中性层4260，由对PS嵌段成分或者PMMA嵌段成分具有更大的亲和力的材料形成。例如，用于形成引导图案4330的可显影抗反射层或者可显影抗反射材料可以对PMMA嵌段成分比对PS嵌段成分具有更大的亲和力。因而，引导图案4330可以与第一聚合物嵌段域4710(例如，PMMA嵌段)对准，而不是第二聚合物嵌段域4720。即，在退火工艺期间，仅BCP材料中的PMMA嵌段可以与引导图案4330对准，以形成组成第一聚合物嵌段域4710的第一域4711。如上所述，中性层4260可以对BCP材料中的全部聚合物嵌段(即，PS嵌段和PMMA嵌段)具有基本相同的亲和力。因而，PS嵌段成分或者PMMA嵌段成分都不具有对中性层4260的更好的亲和力。因此，第一聚合物嵌段域4710，即组成第一聚合物线段域4710的第二域4712、和第二聚合物嵌段域4720可以交替地且重复地排列在中性层4260上。由于第一聚合物嵌段域4710的第一域4711形成在引导图案4330上，所以第二聚合物嵌段域4720可以位于与第一域4711相邻。
图44图示了去除第一聚合物嵌段域4710和引导图案4330的步骤。
参见图44，第一聚合物嵌段域4710可以被选择性地去除。具体地，可以使用利用将第一聚合物嵌段域4710中的PMMA嵌段成分选择性地溶解的溶剂的湿法刻蚀工艺来选择性地去除第一聚合物嵌段域4710。可替选地，可以使用干法刻蚀工艺选择性地去除第一聚合物嵌段域4710。如果第一聚合物嵌段域4710被选择性地去除，则腔或孔可以保留在第二聚合物嵌段域4720之间。随后，可以去除引导图案4330。
图45图示了将中性层4260和硬掩模层4230图案化的步骤。
参见图45，使用第二聚合物嵌段域4720作为刻蚀掩模，可以顺序地刻蚀中性层4260和硬掩模层4230，以在第二聚合物嵌段域4720之下形成中性图案，并且在中性图案之下形成硬掩模图案。随后，尽管在附图中未示出，但是可以刻蚀通过硬掩模图案暴露出的刻蚀目标层4210的部分，以形成刻蚀目标图案。
根据上述实施例，可以使用BCP层的相分离技术在大的衬底上制造纳米尺度结构或者纳米结构。纳米尺度结构可以用于偏光板的制造中或者反射液晶显示器(LCD)单元中的反射透镜的形成中。纳米结构还可以用于包括显示面板的单独的偏光板的制造中以及偏光部件的形成中。例如，纳米结构可以用于制造包括薄膜晶体管的阵列衬底中，或者用于在滤色器衬底上直接形成偏光部件的工艺中。另外，纳米结构可以用于制造纳米线晶体管或者存储器的模制工艺、制造诸如纳米尺度的互连的电子/电气部件的模制工艺、制造太阳能电池和燃料电池的催化剂的模制工艺、制造刻蚀掩模和有机电致发光二极管(OLED)的模制工艺、以及制造气体传感器的模制工艺。
根据本公开的前述实施例的方法和由此形成的结构可以用于集成电路(IC)芯片的制造中。IC芯片可以采用未加工晶片形式、裸片形式或者封装体形式供应至用户。IC芯片还可以采用单个封装体的形式或者多芯片封装体的形式被供应。IC芯片可以被集成在诸如母板或者最终产品的中间产品中，以组成信号处理器件。最终产品可以包括玩具、低端应用产品或者诸如计算机的高端应用产品。例如，最终产品可以包括显示单元、键盘、或者中央处理单元(CPU)。
以上已经出于说明性的目的公开了本公开的实施例。本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求所公开的本公开的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。
通过以上实施例可以看出，本申请提供了以下的技术方案。
技术方案1.一种形成图案的方法，所述方法包括：
在设置在半导体衬底上的下面层上形成可显影抗反射层；
在所述可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；
将所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分选择性地暴露于光；
选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分，以形成暴露出所述可显影抗反射层的未曝光部分的光致抗蚀剂图案；
选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分，以形成引导图案；
形成填充所述引导图案之间的空间的中性层；
在所述引导图案和所述中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；
将所述自组装BCP层退火以形成交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域和第二聚合物嵌段域；以及
选择性地去除所述第一聚合物嵌段域。
技术方案2.如权利要求1所述的方法，其中，选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分使用负性显影剂来执行。
技术方案3.如权利要求1所述的方法，其中，选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分使用正性显影剂来执行。
技术方案4.如权利要求3所述的方法，其中，所述正性显影剂是包括四甲基氢氧化铵(TMAH)材料的碱性显影剂。
技术方案5.如权利要求3所述的方法，
其中，当所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分被暴露于光时，在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中产生酸；以及
其中，在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中产生的酸被扩散至所述可显影抗反射层的曝光部分中，使得所述可显影抗反射层的曝光部分通过所述正性显影剂来溶解。
技术方案6.如权利要求5所述的方法，还包括将后曝光烘焙PEB步骤应用至暴露出的光致抗蚀剂层，以加速在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中酸的产生，并且加速酸扩散至所述可显影抗反射层的曝光部分中。
技术方案7.如权利要求3所述的方法，其中，当所述可显影抗反射层的曝光部分使用所述正性显影剂来选择性去除时，所述光致抗蚀剂图案被去除。
技术方案8.如权利要求3所述的方法，还包括：利用有机溶剂来去除所述光致抗蚀剂图案的侧表面部分，以暴露出所述可显影抗反射层的曝光部分的边沿部分。
技术方案9.如权利要求1所述的方法，
其中，所述自组装BCP层包括第一聚合物嵌段成分和第二聚合物嵌段成分，其适于在所述自组装BCP层的退火期间相分离；以及
其中，所述第一聚合物嵌段域由所述第一聚合物嵌段成分形成，以及所述第二聚合物嵌段域由所述第二聚合物嵌段成分形成。
技术方案10.如权利要求9所述的方法，
其中，所述可显影抗反射层由对所述第一聚合物嵌段成分比对所述第二聚合物嵌段成分具有更大亲和力的材料形成；以及
其中，当所述自组装BCP层被退火时，在所述引导图案上形成所述第一聚合物嵌段域。
技术方案11.如权利要求9所述的方法，
其中，所述自组装BCP层包括聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯)嵌段共聚物PS-b-PMMA材料；以及
其中，所述可显影抗反射层包括对所述PMMA聚合物嵌段成分比对所述PS聚合物嵌段成分具有更大亲和力的有机材料。
技术方案12.如权利要求9所述的方法，其中，所述中性层具有对所述第一聚合物嵌段成分和所述第二聚合物嵌段成分基本相同的亲和力，使得所述第一聚合物嵌段域和所述第二聚合物嵌段域交替地且重复地排列在所述中性层上。
技术方案13.如权利要求9所述的方法，其中，形成所述中性层包括：
制备具有用作末端基的羟基(-OH基)的聚合物材料，以与通过所述引导图案暴露出的所述下面层接合；
将具有所述羟基的所述聚合物材料涂覆在所述引导图案和所述下面层上；
将所述聚合物材料退火，以将所述聚合物材料的所述羟基与所述下面层接合；以及
使用聚合物刷擦工艺来选择性地去除在所述引导图案上的所述聚合物材料，
其中，所述聚合物刷擦工艺使用溶剂来执行。
技术方案14.如权利要求1所述的方法，其中，所述中性层形成为具有与所述引导图案的顶表面基本共面的顶表面。
技术方案15.如权利要求1所述的方法，其中，所述引导图案彼此间隔开，使得所述引导图案之间的距离为“W×(2N-1)”；以及
其中，“N”表示等于或大于2的自然数，以及“W”表示所述引导图案中的每个的宽度。
技术方案16.一种形成图案的方法，所述方法包括：
在设置在半导体衬底上的下面层上形成可显影抗反射层；
在所述可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；
将所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分选择性地暴露于光，以限定所述光致抗蚀剂层和所述可显影抗反射层的线形状的未曝光部分；
选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分，以形成提供暴露出所述可显影抗反射层的未曝光部分的沟槽的光致抗蚀剂图案；
选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分，以形成具有小于所述线形状的引导图案之间的距离的宽度的线形状的引导图案；
形成填充所述引导图案之间的空间的中性层；
在所述引导图案和所述中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；
将所述自组装BCP层退火，以形成被交替地且重复地排列的线形状的第一聚合物嵌段域和线形状的第二聚合物嵌段域；以及
选择性地去除所述第一聚合物嵌段域。
技术方案17.一种形成图案的方法，所述方法包括
在设置在半导体衬底上的下面层上形成可显影抗反射层；
在所述可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；
将所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分选择性地暴露于光，以限定所述光致抗蚀剂层和所述可显影抗反射层的圆形形状的未曝光部分；
选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分，以形成暴露出所述可显影抗反射层的未曝光部分的光致抗蚀剂图案；
选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分，以形成具有小于所述圆形形状的引导图案之间的距离的宽度的圆形形状的引导图案；
形成填充所述引导图案之间的空间的中性层；
在所述引导图案和所述中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；
将所述自组装BCP层退火，以形成第一聚合物嵌段域和包围所述第一聚合物嵌段域的侧壁的第二聚合物嵌段域；以及
选择性地去除所述第一聚合物嵌段域以形成孔。
技术方案18.如权利要求17所述的方法，其中，选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分使用负性显影剂来执行。
技术方案19.如权利要求18述的方法，其中，选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分使用正性显影剂来执行。
技术方案20.如权利要求19的方法，
其中，在所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分被暴露于所述光时，在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中产生酸；以及
其中，在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中产生的所述酸扩散至所述可显影抗反射层的曝光部分中，使得所述可显影抗反射层的所述曝光部分适于通过所述正性显影剂来溶解。

Claims (20)

1.一种形成图案的方法，所述方法包括：
在设置在半导体衬底上的下面层上形成可显影抗反射层；
在所述可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；
将所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分选择性地暴露于光；
选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分，以形成暴露出所述可显影抗反射层的未曝光部分的光致抗蚀剂图案；
选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分，以形成引导图案；
形成填充所述引导图案之间的空间的中性层；
在所述引导图案和所述中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；
将所述自组装BCP层退火以形成交替地且重复地排列的第一聚合物嵌段域和第二聚合物嵌段域；以及
选择性地去除所述第一聚合物嵌段域。
2.如权利要求1所述的方法，其中，选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分使用负性显影剂来执行。
3.如权利要求1所述的方法，其中，选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分使用正性显影剂来执行。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述正性显影剂是包括四甲基氢氧化铵(TMAH)材料的碱性显影剂。
5.如权利要求3所述的方法，
其中，当所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分被暴露于光时，在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中产生酸；以及
其中，在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中产生的酸被扩散至所述可显影抗反射层的曝光部分中，使得所述可显影抗反射层的曝光部分通过所述正性显影剂来溶解。
6.如权利要求5所述的方法，还包括将后曝光烘焙PEB步骤应用至暴露出的光致抗蚀剂层，以加速在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中酸的产生，并且加速酸扩散至所述可显影抗反射层的曝光部分中。
7.如权利要求3所述的方法，其中，当所述可显影抗反射层的曝光部分使用所述正性显影剂来选择性去除时，所述光致抗蚀剂图案被去除。
8.如权利要求3所述的方法，还包括：利用有机溶剂来去除所述光致抗蚀剂图案的侧表面部分，以暴露出所述可显影抗反射层的曝光部分的边沿部分。
9.如权利要求1所述的方法，
其中，所述自组装BCP层包括第一聚合物嵌段成分和第二聚合物嵌段成分，其适于在所述自组装BCP层的退火期间相分离；以及
其中，所述第一聚合物嵌段域由所述第一聚合物嵌段成分形成，以及所述第二聚合物嵌段域由所述第二聚合物嵌段成分形成。
10.如权利要求9所述的方法，
其中，所述可显影抗反射层由对所述第一聚合物嵌段成分比对所述第二聚合物嵌段成分具有更大亲和力的材料形成；以及
其中，当所述自组装BCP层被退火时，在所述引导图案上形成所述第一聚合物嵌段域。
11.如权利要求9所述的方法，
其中，所述自组装BCP层包括聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯)嵌段共聚物PS-b-PMMA材料；以及
其中，所述可显影抗反射层包括对所述PMMA聚合物嵌段成分比对所述PS聚合物嵌段成分具有更大亲和力的有机材料。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述中性层具有对所述第一聚合物嵌段成分和所述第二聚合物嵌段成分相同的亲和力，使得所述第一聚合物嵌段域和所述第二聚合物嵌段域交替地且重复地排列在所述中性层上。
13.如权利要求9所述的方法，其中，形成所述中性层包括：
制备具有用作末端基的羟基(-OH基)的聚合物材料，以与通过所述引导图案暴露出的所述下面层接合；
将具有所述羟基的所述聚合物材料涂覆在所述引导图案和所述下面层上；
将所述聚合物材料退火，以将所述聚合物材料的所述羟基与所述下面层接合；以及
使用聚合物刷擦工艺来选择性地去除在所述引导图案上的所述聚合物材料，
其中，所述聚合物刷擦工艺使用溶剂来执行。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述中性层形成为具有与所述引导图案的顶表面共面的顶表面。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述引导图案彼此间隔开，使得所述引导图案之间的距离为“W×(2N-1)”；以及
其中，“N”表示等于或大于2的自然数，以及“W”表示所述引导图案中的每个的宽度。
16.一种形成图案的方法，所述方法包括：
在设置在半导体衬底上的下面层上形成可显影抗反射层；
在所述可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；
将所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分选择性地暴露于光，以限定所述光致抗蚀剂层和所述可显影抗反射层的线形状的未曝光部分；
选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分，以形成提供暴露出所述可显影抗反射层的未曝光部分的沟槽的光致抗蚀剂图案；
选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分，以形成具有小于所述线形状的引导图案之间的距离的宽度的线形状的引导图案；
形成填充所述引导图案之间的空间的中性层；
在所述引导图案和所述中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；
将所述自组装BCP层退火，以形成被交替地且重复地排列的线形状的第一聚合物嵌段域和线形状的第二聚合物嵌段域；以及
选择性地去除所述第一聚合物嵌段域。
17.一种形成图案的方法，所述方法包括
在设置在半导体衬底上的下面层上形成可显影抗反射层；
在所述可显影抗反射层上形成光致抗蚀剂层；
将所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分选择性地暴露于光，以限定所述光致抗蚀剂层和所述可显影抗反射层的圆形形状的未曝光部分；
选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分，以形成暴露出所述可显影抗反射层的未曝光部分的光致抗蚀剂图案；
选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分，以形成具有小于所述圆形形状的引导图案之间的距离的宽度的圆形形状的引导图案；
形成填充所述引导图案之间的空间的中性层；
在所述引导图案和所述中性层上形成自组装嵌段共聚物BCP层；
将所述自组装BCP层退火，以形成第一聚合物嵌段域和包围所述第一聚合物嵌段域的侧壁的第二聚合物嵌段域；以及
选择性地去除所述第一聚合物嵌段域以形成孔。
18.如权利要求17所述的方法，其中，选择性地去除所述光致抗蚀剂层的未曝光部分使用负性显影剂来执行。
19.如权利要求18述的方法，其中，选择性地去除所述可显影抗反射层的曝光部分使用正性显影剂来执行。
20.如权利要求19的方法，
其中，在所述光致抗蚀剂层的部分和所述可显影抗反射层的部分被暴露于所述光时，在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中产生酸；以及
其中，在所述光致抗蚀剂层的曝光部分中产生的所述酸扩散至所述可显影抗反射层的曝光部分中，使得所述可显影抗反射层的所述曝光部分适于通过所述正性显影剂来溶解。
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