特許 6054306 ブロックコポリマーの自己組織化カラムへの形成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6054306

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】ブロックコポリマーの自己組織化カラムへの形成

(51)【国際特許分類】

   G11B 5/84 20060101AFI20161219BHJP

   B29C 59/02 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   G11B5/84 Z

   B29C59/02 ZZNM

【請求項の数】14

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-552017(P2013-552017)

(86)(22)【出願日】2012年1月18日

(65)【公表番号】特表2014-509038(P2014-509038A)

(43)【公表日】2014年4月10日

(86)【国際出願番号】US2012021780

(87)【国際公開番号】WO2012106120

(87)【国際公開日】20120809

【審査請求日】2014年12月22日

(31)【優先権主張番号】13/018,414

(32)【優先日】2011年1月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500373758

【氏名又は名称】シーゲイト テクノロジー エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｓｅａｇａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヤン，シャオミン

(72)【発明者】

【氏名】フー，ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】ユー，ジャオニン

(72)【発明者】

【氏名】フー，ジャスティン・ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】リー，キム・ワイ

【審査官】 中野 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０９０９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１２０２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０１８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２３２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５６２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２４０００１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｂ ５／８４

Ｂ２９Ｃ ５９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インプリントされたピラーを有するレジスト層上に、前記ピラーの全体を覆うように、第１のポリマーブロックと第２のポリマーブロックとを有するブロックコポリマー（ＢＣＰ）層を適用するステップと、
前記第２のポリマーブロックに取り囲まれた前記第１のポリマーブロックの自己組織化されたカラムへと前記ＢＣＰを横方向に分離するように前記ＢＣＰ層を熱アニールするステップとを含み、
前記レジストは前記ＢＣＰに対して化学的に中性であり、前記カラムは前記ピラー上を含む前記レジスト層上に直立して形成される、方法。

【請求項2】

前記ピラーは、間隔Ｌ_ｓでインプリントされ、
前記カラムは、前記ピラーに対応する位置を含み、Ｌ_ｓ＝ｎ×Ｌ_０（ｎは整数）を満たす間隔Ｌ_０で形成される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ＢＣＰ層の前記熱アニールにより形成される前記第１のポリマーブロックからなる前記カラムは円柱形カラムである、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

インプリントされた前記ピラーは、第１の六方最密充填（ＨＣＰ）配置に位置決めされており、前記ＢＣＰは前記レジスト層上に円柱形カラムを、前記第１の六方最密充填（ＨＣＰ）配置よりも高密度の第２の六方最密充填（ＨＣＰ）配置で形成する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

カラム状の穴を前記第２のポリマーブロックに、前記第２の六方最密充填（ＨＣＰ）配置で設けるよう前記第１のポリマーブロックの円柱形カラムを除去するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記カラム状の穴において露出する前記レジストを除去するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記レジスト層は、前記ＢＣＰに対して化学的に中性であるポリマー層を含む基板上にあり、
インプリントされた前記ピラーの位置にて前記基板の部分を露出するよう、前記カラム状の穴にある前記レジストを除去するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記第２のポリマーブロックにおいてカラム状の穴を設けるよう前記第１のポリマーブロックの円柱形カラムを除去するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。

【請求項9】

前記レジスト層は、前記第１のポリマーブロックに対して化学的に中性である第１の物質を含む基板の上にあり、前記レジスト層は、前記第２のポリマーブロックに対して化学的に中性である第２の物質を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

絶縁体、金属、半金属、および磁性材料からなる群から選択される材料で前記カラム状の穴を充填して、充填された前記カラム状の穴を形成するステップと、
前記第１の物質を露出するよう、充填された前記カラム状の穴の間の前記第２のポリマーブロックを除去するステップとさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記レジスト層は表面にポリマーブラシ層を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記レジスト層は表面に自己組織化された単一層を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記第２の六方最密充填（ＨＣＰ）配置は約１テラドット／ｉｎ^２であり、前記第１の六方最密充填（ＨＣＰ）配置は約２５０ギガドット／ｉｎ^２である、請求項４に記載の方法。

【請求項14】

前記ブロックコポリマー（ＢＣＰ）層はポリスチレン／ポリ（メチルメタクリレート）（Ｐ（Ｓ−ｂ−ＭＭＡ））を含む、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

分野
本開示は、装置の作製におけるリソグラフィプロセスに関する。より特定的には、この開示は、円柱を形成するブロックコポリマー（ＢＣＰ）構造の組織化をガイドする高密度パターンを形成する方法に関する。別の態様では、この開示は、円柱を形成するＰ（Ｓ−Ｂ−ＭＭＡ）ブロックコポリマーの組織化をガイドする化学的に修正されたピラー表面に関する。

【背景技術】

【0002】

背景
ビットパターン媒体（bit pattern media（ＢＰＭ））は、高密度ディスクドライブ（high density disk drive（ＨＤＤ））において垂直磁気記録（perpendicular magnetic recording（ＰＭＲ））技術を拡張するいくつかの重要なソリューションの１つとして、磁気記録産業において広範囲に探究されている。ＢＰＭの記憶容量は、媒体基板表面上の磁気アイランド、すなわち「ビット」の密度に依存する。高密度にパターニングされた媒体を達成するための現在のプロセスは、インプリント型作製、ナノインプリンティング、および磁気ドットへのパターン転写などを含む。自己組織化するブロックコポリマー（ＢＣＰ）は、高密度のリソグラフビットパターニング能力を可能にするとともに、ＢＰＭ鋳型の作製について有望な材料である。誘導自己組織化（directed self-assembly）は、「トップダウン」のリソグラフィ（事前に記録されたパターン）とブロックコポリマーのような「ボトムアップ」の自己組織化材料とを組み合せている。誘導自己組織化によって、超高密度な均質なパターンが生成され得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

概要
ある実施形態では、方法は、機構がインプリントされたレジスト層にブロックコポリマー（ＢＣＰ）を適用するステップと、第２のポリマーブロックに取り囲まれた第１のポリマーブロックの自己組織化されたカラムへと上記ＢＣＰを横方向に分離するよう上記ＢＣＰを熱アニールするステップとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1A】ある実施形態に従った化学的に中性のインプリントレジストにインプリントされたピラーパターンを示す図である。

【図1B】この開示に従った、インプリントレジスト上に形成された、アニールされたＢＣＰを示す図である。

【図2A】ある実施形態に従った、ピラーがインプリントされた化学的に中性のインプリントレジスト上に形成されたＢＣＰのイメージの図である。

【図2B】ある実施形態に従った、ピラーがインプリントされていない化学的に中性のインプリントレジスト上に形成されたＢＣＰのイメージの図である。

【図2C】インプリントレジストを有さない表面上に形成されたＢＣＰのイメージの図である。

【図3】ある実施形態に従った、ＢＣＰ機構生成の円柱形成および密度増倍をガイドするための方法の実施形態を示す図である。

【図4】ある実施形態に従った、ＢＣＰ機構生成のピラー形成および密度増倍をガイドするための方法の実施形態を示す図である。

【図5】ある実施形態に従った、ＢＣＰ機構生成のピラー形成および密度増倍をガイドするための方法の実施形態におけるステップを示す図である。

【図6】ある実施形態に従った、ライン状機構を形成するようＢＣＰ機構生成のピラー形成および密度増倍をガイドするための方法の実施形態におけるステップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0005】

詳細な説明
添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、さまざまな構成の説明として意図されたものであり、本願明細書において記載される概念が実施され得る唯一の構成を示すことを意図されたものではない。詳細な説明は、さまざまな概念の完全な理解を提供するために特定の詳細を含む。しかしながら、これらの概念はこれらの特定の詳細がなくても実施されてもよいということは、当業者には明らかであろう。いくつかの場合では、このような概念を不明瞭にすることを回避するために、周知の構造および構成要素がブロック図の形態で示される。

【0006】

化学的に修正されたピラー鋳型トポグラフィを用いて、円柱を形成するＰ（Ｓ−ｂ−ＭＭＡ）ブロックコポリマー（ＢＣＰ）をガイドする方法が開示される。ピラー鋳型トポグラフィは、低密度を有し、現在のリソグラフィ技術を用いて容易に達成され得る。ピラー鋳型が押しつけられるインプリントレジストは、ＢＣＰ構造の配向を制御するために、円柱を形成するＢＣＰ材料に対して「化学的に中性」であってもよい。すなわち、化学的中性により、インプリントレジストは、同じまたは同様の化学的特性を有することによりＢＣＰに合致する対応する化学成分を有する。化学的に中性な面は、スピンコーティング中性ポリマーブラシ材料によって得られ得るか、または自己組織化された単一層（self-assembled monolayer（ＳＡＭ））を用いて得られ得る。

【0007】

図１Ａは、基板１２０上に形成される化学的に中性のインプリントレジスト１１０にインプリントされるピラー１０１のパターンを示す図である。インプリントパターンのためのマスタ型１３０は、ｅビームリソグラフィ、イオンミリング、プラズマエッチング、ＬＩＧＡ、および化学エッチングなどといったさまざまな方法によって形成され得る型である。この例ではピラーである機構同士の間のピッチ距離は、距離Ｌ_sである。ピラー高さは、マスタ型１３０に形成される円柱形穴の寸法のうちの深さと、インプリンティングの間に適用される圧力と、インプリントレジストの元々の厚さとによって決定され得る。たとえば、ピラー高さは５〜３０ｎｍであってもよく、ピラー直径は５〜３０ｎｍであってもよい。当業者には自明であるように、間隔Ｌ_sは、ピラーの直径よりも大きく、寸法は以下に記載される付加的な仕様によって決定される。

【0008】

ピラー構造は、型１３０をインプリントレジスト１１０中に押しつけることによって、インプリントレジスト１１０に形成される。その際、インプリントレジスト１１０は加熱されてその粘性を低減するとともにピラー１０１の形成を促進する。次いで、インプリントレジスト１１０は硬化される。この硬化は、紫外線（ＵＶ）光の照射、加熱、化学処理、または上記の方法の組合せによって達成され得る。次いで、ＢＣＰ材料１４０が、ピラーがインプリントされたレジスト１１０上にコーティングされる。インプリントレジスト１１０は、ＢＣＰの化学組成に対して「化学的に中性」である。すなわち、化学的中性により、インプリントレジストは、同じまたは同様の化学的特性を有することによりＢＣＰに合致する対応する化学成分を有する。化学的に中性な面は、スピンコーティング中性ポリマーブラシ材料によって得られ得るか、または自己組織化された単一層（self-assembled monolayer（ＳＡＭ））を用いて得られ得る。化学的に中性である結果、インプリントレジスト１１０においてピラー１０１を作り出すようレジスト１１０が押しつけられたかどうかに関わらず、インプリントレジスト１１０でコーティングされた基板１２０上には、直立するＢＣＰ１４０の円柱が以下に記載されるプロセスの最中に形成されることになる。しかしながら、円柱の成長をガイドする周期構造がなければ、基板１２０に亘るＢＣＰピラー構造の長範囲規則度が存在しないことになる。さらに、ＢＣＰ１４０を配置すべき化学的に中性な表面がなければ、形成される円柱は基板の面中に存在し得る。

【0009】

ＢＣＰ１４０は、ブロックＡおよびブロックＢとも称され得る２つのポリマー成分を含んでもよい。ＢＣＰ１４０は、第１のパーセンテージのブロックＡと第２のパーセンテージのブロックＢとから構成されてもよく、合計のパーセンテージは１００％以下であってもよい。化学的中性の条件から判断すると、インプリントレジスト１１０は、ブロックＡと化学的に同様の特性を有する材料Ａ′と、ブロックＢと化学的に同様の特性を有する材料Ｂ′とから構成されることになる。さらに、インプリントレジスト１１０は、ＢＣＰの構成ブロックＡおよびブロックＢを含むおおよそ同じパーセンテージのＡ′およびＢ′を含む。

【0010】

図１Ｂを参照して、ＢＣＰ１４０は、以下により詳細に記載されるプロセスにおいて、インプリントレジスト１１０の表面に適用され得る。たとえば、ＢＣＰ１４０は、スピンコーティング、浸漬、またはエアロゾル沈着などを用いて、選択された厚さまで適用され得る。ある実施形態では、厚さは３０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であり得る。ブロックＡポリマーおよびブロックＢポリマーを含むＢＣＰ１４０は、Ｌ₀と称される自然の格子寸法を有する。ピッチ周期Ｌ_sを、ブロックＡおよびブロックＢポリマーの選択された混合の自然のピッチの整数倍になるように選択することにより、すなわちＬ_s＝ｎ×Ｌ₀（式中、ｎは整数（ｎ＝１、２、３…））となるように選択することにより、自己組織化のプロセスは、以下に記載されるように、ＢＣＰにおいて形成されるピラー構造の線密度および面密度の数の増倍へとつながる。すなわち、線密度増倍係数はｎであり、面密度増倍係数はｎ²である。たとえばｎ＝２ならば、ＢＣＰの円柱形ピラーは、インプリントされたレジストピラー１０１の各々に形成することになり、２つの隣接するピラー同士の間に１つの付加的なピラーが自然に形成することになる。ピラーの面密度は、ｎ²＝２²＝４×レジスト１１０におけるピラー１０１のインプリントされたパターンの面密度となる。

【0011】

間隔Ｌ_sが長距離に亘る低密度パターンにより、大規模スケールで自己組織化によって形成される、間隔Ｌ₀である密度増倍された機構の長範囲規則度が強化される。これにより、分子スケールによって決定されるが、ｅビームリソグラフィ技術を用いるシリアルライティングのようなリソグラフィプロセスの分解能または時間およびコストによって限定されない寸法を有する機構が達成される。

【0012】

もっとも稠密な単一のパターンは六方最密充填（hexagonal close pack（ＨＣＰ））であるので、ピッチＬ_sは、インプリントレジスト１１０におけるピラー１０１のインプリントされたパターンのもっとも隣接する任意の２つのもの同士の間で同じである。これにより、ブロックＡ、ブロックＢ、および自然ピッチＬ₀の選択されたものについて可能なもっとも高い密度が形成され得る。

【0013】

図２Ａは、ピラーがインプリントされた化学的に中性のインプリントレジスト上に形成されるＢＣＰ１４０のイメージの図である。インプリントされたレジストピラー１０１は、Ｌ_s＝ｎ×Ｌ₀に従った分離にて形成された。（ａ）長範囲規則度（すなわちＨＣＰパターン）が当該イメージの全フィールドに亘って存続していることと、（ｂ）ＢＣＰの円柱が化学的に中性のインプリントレジスト１１０から垂直に直立しており、ピラー１１０と整列していることとが分かり得る。

【0014】

図２Ｂは、ピラーがインプリントされていない化学的に中性のインプリントレジスト上に形成されるＢＣＰのイメージの図である。（ａ）ＢＣＰの円柱の形成物において長範囲ＨＣＰ規則度が存在していないことと、（ｂ）ＢＣＰの円柱が化学的に中性のインプリントレジスト１１０から垂直に直立しており、ピラー１１０と整列していることとが分かり得る。

【0015】

図２Ｃは、インプリントレジストを有さない基板表面上に形成されるＢＣＰのイメージの図である。（ａ）ＢＣＰの円柱の形成物において長範囲ＨＣＰ規則度が存在していないことと、（ｂ）ＢＣＰの円柱は概して基板の面中に存在しており、図２Ａおよび図２Ｂに示される場合のように垂直な直立するカラムを形成していないこととが分かり得る。

【0016】

ある実施形態において、図３を参照して、ＢＣＰ機構生成の円柱形成および密度増倍をガイドするための方法３０００を説明する。ブロック３１００では、中性のインプリントレジスト３１１０が、基板上に配置される。配置方法は、スピンコーティング、浸漬、および噴霧などを含む。インプリントレジスト３１１０は粘性を低減するよう加熱されてもよい。低密度パターンインプリント鋳型３０３０により、ピラー３１０１の低密度パターンが基板３１２０上の中性のインプリントレジスト３１１０の層にインプリントされる。鋳型３０３０は、たとえば石英から形成されてもよく、リソグラフィおよびプラズマまたは反応性イオンエッチングなどといったさまざまな方法のいずれかによって機械加工された、パターン密度が低い（たとえば、２５０Ｇｄｐｓｉ）ピラー穴を有するよう形成され得る。

【0017】

インプリントレジスト３１１０は、ＵＶ硬化架橋レジストであってもよい。マスタ型３０３０がインプリントレジスト３１１０上に押しつけられた状態で、レジストを架橋硬化するようＵＶ照射を適用してもよい。ある実施形態では、インプリントレジスト３１１０は、ポリスチレン／ポリ（メチルメタクリレート）（Ｐ（Ｓ−ｂ−ＭＭＡ））ＢＣＰ材料において円柱形成をガイドするよう、ポリスチレン（ＰＳ）に基づくＵＶ架橋レジストまたはＰＳ様のＵＶ架橋レジストであってもよい。たとえば、ＢＣＰのブロックＡが約７０％を構成し、ブロックＢが約３０％を構成すれば、インプリントレジスト３１１０は、官能基を有する〜７０％のポリスチレンと、〜１０〜２５％を構成する架橋剤と、〜１〜５％を構成する光開始剤とから構成され得る。この組成範囲のレジストは、ＵＶインプリントリソグラフィに適合しており、十分な均一性、分解能、および感度を有する。

【0018】

ブロック３２００では、インプリント鋳型３０３０は、ＵＶ硬化の後、取り除かれ、インプリント鋳型３０３０に対応する低い空間密度を有するピラー鋳型が露出する。

【0019】

ブロック３３００では、インプリントが規定されたレジスト３１１０上に、たとえばＰ（Ｓ−ｂ−ＭＭＡ）を含むＢＣＰが膜３３１０として配置される。この配置は、スピンコーティング、エアロゾル噴霧、または浸漬などであってもよい。この配置の後、ブロック３４００において、Ｐ（Ｓ−ｂ−ＭＭＡ）膜３３１０は、十分な温度および時間で熱アニールされて、ブロックＡポリマーおよびブロックＢポリマーの横方向の分離により、規則化されたＢＣＰナノパターンのガイドされた横方向の自己組織化形成が可能になる。これにより、ナノ構造密度増倍が得られる。すなわち、ブロックＢポリマーの円柱３４３１は選択された条件下で、インプリントレジストピラー３０３１上での自己組織化によって、Ｌ_sだけ間隔を空けているレジストピラー３０３１同士の間の間隔Ｌ₀の整数倍数で、ブロックＡの材料３４１０がブロックＢの円柱３４３１を取り囲んだ状態で形成され得る。ブロックＢの円柱３４３１の材料はたとえばＰＭＭＡであってもよく、ブロックＡの材料３４１０はポリスチレン（ＰＳ）であってもよい。

【0020】

ブロック３５００では、ＰＭＭＡが除去される。この除去はたとえば、ＰＳブロックＢの円柱３４３１を架橋しながらブロックＡの材料３４１０のＰＭＭＡを劣化させるＵＶ照射によってなされてもよい。当該劣化したＢＣＰの不純物、残留物、または部分を取り除くために１分間酢酸に浸した後、ラインアレイ状のナノ孔（ビア）円柱穴３５３１の鋳型がＰＳ中に残される。

【0021】

ブロック３６００では、当該残っているＰＳナノ孔は、残っているインプリントレジストピラー３０３１と、露出したインプリントレジスト３１１０とを、さまざまな周知のエッチングまたは超微細加工プロセスのいずれかを用いて除去するようマスクとして用いられ得る。これにより、ナノ孔（ビア）パターンが基板まで延在する。

【0022】

このように形成されたカラム状のナノ孔（ビア）３５３１は、用途に合致したさまざまな材料で充填され得る。これらの材料としては、たとえば、磁気メモリのための磁性材料、ＩＣのための酸化物および導電性金属トレース、またはサブ波長プラズモニクスのための光子構造などがある。

【0023】

ある実施形態において、図４を参照して、インプリントリソグラフィプロセスを用いて、ＢＣＰ機構生成の円柱形成および密度増倍をガイドするための方法４０００を説明する。ブロック４１００では、中性の化学ポリマー層４１２０が基板４１０５上に配置され得る。ブロック４２００に示されるように、インプリントレジスト４１１０が中性のポリマー層上に配置される。ブロック４３００では、あるシード機構密度（たとえば２５０ｇｄｓｉ）のインプリント鋳型４３５０が、インプリントレジスト４１１０中に押しつけられて、ブロック４４００に示されるようにインプリントされたレジスト４１１５を形成する。ブロック４４００では、当該インプリントされたレジスト４１１５は熱アニールされる。インプリントされたレジスト４１１５の薄い残留層が、インプリントの間に作り出された凹部領域に残存し得る。したがって、酸素反応性イオンエッチングまたはプラズマのようなレジスト薄層化プロセスが、ブロック４５００に示されるように、インプリントされたエリアにおけるレジストの残留物と、凹部４５５０において露出したポリマ層４１２０とをディスカムおよび除去するよう用いられ得、基板４１０５の一部が露出する。インプリントレジストは、ブロック４６００に示されるように、インプリント鋳型４３５０が押しつけられていないエリアを覆うインプリントレジスト４１１５によって事前にマスキングされた中性の化学ポリマー層４１２０と、基板４１０５の露出した部分とを残して除去され得る。

【0024】

ブロック４７００に示されるように、ＢＣＰ４７１０の層が、基板４１０５と残存しているパターニングされた中性の化学ポリマー層４１２０との上に適用され得る。ＢＣＰ４７１０はたとえば、Ｐ（Ｓ−ｂ−ＭＭＡ）であってもよい。ＢＣＰの熱アニールの間、自己組織化プロセスによって、ＰＭＭＡがカラム４８３１に分離される。カラム４８３１は、ブロック４８００に示されるように、Ｌ_s＝ｎ×Ｌ₀によって決定されるピッチ周期を有するパターンにおいて成長する。図４に示される例では、ｎ＝２であるので、線密度増倍係数は２であり、面密度係数４×により、ポリスチレン４８１０に取り囲まれた、ＢＣＰ出発物質に形成されるＰＭＭＡカラム４８３１の４×２５０ギガドット／ｓｑ−ｉｎ（ｇｄｓｉ）＝１テラドット／ｓｑ−ｉｎ（１ｔｄｓｉ）となる。ブロック４９００に示されるように、ＰＭＭＡは、図３のブロック３６００に示される結果に示されるように、インプリントされたレジストを硬化するＵＶ法に類似して、〜１ｔｄｓｉの穴４９１０のパターンを残して除去される。

【0025】

穴４８１０は次いで、たとえば、磁気メモリ、プラズモニクス、導電性機構、および絶縁体などといった用途に依存してさまざまな材料で充填され得る。

【0026】

カラム状構造を形成する方法はより一般的に、選択された周期性のパターニングまたは基板上に自然に発生する周期性により任意のピラー機構が形成される基板に適用され得る。ピラー機構のピッチおよびＢＣＰの自然のピッチＬ₀は互いに整数関係にあってもよい。たとえば図５は、ＢＣＰ機構生成のピラー形成および密度増倍をガイドするための方法５０００の実施形態を示す。ピラー機構の寸法は、アニールの間に自己組織化によってピラー上に形成されるポリマーの円柱と一対一では一致していない。ブロック５１００では、良好に規定されたピッチＬ_sおよびピラー機構寸法Ｌ_Pのパターンピラー機構５１０１を有する基板５１０５が自然に確立または発生する。ブロック５２００では、中性の化学レジスト５１２０が、既に確立されたパターン上にコーティングされる。ブロック５３００では、中性の化学レジスト５１２０がコーティングされた基板５１０５上に、選択されたＢＣＰが配置される。ブロック５４００では、アニールの間、横方向の分離および自己組織化により、ブロックＢポリマーの円柱５２３１が、距離Ｌ_sだけ分離された周期的なピラー構造上に、かつＬ_s＝ｎ×Ｌ₀の関係に従って自然のピッチＬ₀寸法の整数倍数で、かつブロックＡポリマーに取り囲まれて形成する。ブロックＡ材料およびブロックＢ材料の選択により、機構形成の自然のピッチが決定される。ピラー機構寸法Ｌ_Pは、抑制する役割を果たさない。関係Ｌ_s＝ｎ×Ｌ₀が満たされるとともに機構ピラーがＨＣＰ構造に低密度で存在する場合、円柱５２３１は、ＨＣＰ構成において成長する。この成長は、長範囲規則度が、発生するピラー機構５１０１によって規定されるが、ＢＣＰの面機構密度がｎ²で乗算される。

【0027】

別の実施形態では、導電性または光学線トレースの高密度アレイのような稠密なラインアレイを基板上に形成するのが望ましくあり得る。このような場合では、上記の方法が、ポリマーブロック成分および化学量論的混合物の適切な選択により適用され得、これにより、１つの成分（たとえばＰＭＭＡ）が取り除かれて窪みが形成された線形パターンが形成される。当該窪みは、導電体、光導波路、または絶縁体などで充填され得る。

【0028】

図６は、密度増倍自己組織化窪み構造形成をガイドするための方法６０００の実施形態と、ライン状構造を基板上に形成するよう機構生成を用いるＢＣＰの実施形態とを示す図である。ブロック６１００では、「ブロックＡ様」ポリマー層６１２０が基板６１０５上に形成される。この基板は、絶縁体、半導体、半金属、金属、またはこれらの材料の複合材料であってもよい。このＡ様ポリマー層の厚さは５〜１０ｎｍであってもよいが、これよりも厚いまたは薄い膜が配置されてもよい。ブロック６２００では、「ブロックＢ様」レジストまたはポリマー材料の層が、インプリントリソグラフィを用いて配置およびパターニングされ得、これにより、リッジ６２２０の低密度アレイが形成される。化学処理、酸素反応性イオンエッチング、または酸素プラズマアッシングのような方法を用いて、リッジ６２２０の間のレジストが取り除かれ、ブロックＡ様ポリマーのエリアが露出する。

【0029】

ブロック６３００では、ブロックＡポリマーおよびブロックＢポリマー（たとえば、Ｐ（Ｓ−ｂ−ＭＭＡ））成分を含むＢＣＰが適用されてリッジ６２２０およびポリマー層６１２０の上に層を形成し、次いで熱アニールされて、たとえばＰＭＭＡであるブロックＢポリマー６３３１と、それを取り囲むたとえばポリスチレンのような領域Ａポリマー６３１０とが交互に存在する自己組織化された別個の領域が形成される。図６の例では、ポリマー成分および機構間隔Ｌ_sの選択については、ｎ＝３である。ブロック６４００では、アニールされた材料の１つの成分（たとえば、ブロックＢのＰＭＭＡ）が取り除かれ、用途に依存して電気材料、光学材料、または他の材料が次いで充填され得る窪みが残る。

【0030】

上記の実施形態に記載されたようにブロックＡ様ポリマーの化学的性質がＡおよびＢブロックポリマーに対して中性でないが、層６１２０がむしろＢＣＰのブロックＡポリマーのようである場合には、アニールの際、ブロックＡポリマーは、基板６１０５の面において、上記Ａ様層６１２０上で、リッジ６２２０の長手方向に平行にかつその間に存在し得、ピッチＬ₀を有するラインを形成するということが容易に理解され得る。同様に、アニーリングの際、Ｂ様レジストは、ＢＣＰのＢブロックポリマーを引き寄せて、上述したように、自己分離するとともに、ピラー６２２０の長手方向に平行な基板６１０５の面において平坦に存在するカラムとして、整数倍のｎ行でリッジ６２２０同士の間において平行にピラー６２２０上に形成する。ブロックＢポリマー６３３１は、湿式化学、酸素プラズマまたはＲＩＥなどによるものを含むさまざまな方法によってブロック６４００において除去され得、窪み６４１０は、別の材料で充填されてもよい。

【0031】

低密度インプリント鋳型、化学的性質が中性のレジストおよび／またはポリマー、化学的性質が中性でないレジストおよび／またはポリマー、ならびにブロックコポリマーアニールにおいて有効な密度増倍能力の組み合された使用により、このような機構を基板に直接書き込む高密度ｅビームリソグラフィを用いることに関連付けられるこのような構造を作製するコストが低減され得る高密度の構造の作製が行われ得るということが容易に理解され得る。このような直接書き込むｅビームプロセスは、単一の鋳型を実行するのに数時間または数日かかり得、書込みの間、現在利用可能な光学的干渉計法の動作制御技術を超え得る厳格な位置制御が必要である。上記方法は、ｅビームリソグラフィにおける除去プロセスによってこのような構造において発生し得る欠陥密度を低減し得る。

【0032】

開示された方法におけるステップの特定の順序または階層は、例示的なプロセスを示しているということが理解されるべきである。設計の志向性に基づき、当該方法におけるステップの特定の順序または階層は再構成されてもよいということが理解される。添付の特許請求の範囲の方法の請求項は、さまざまなステップの要素を例示的な順序で提示しており、別途具体的に記載していない限り、提示された特定の順序または階層に限定されるということは意図されない。

【0033】

上記の記載は、如何なる当業者も本願明細書において開示されるさまざまな局面を実施することができるように提供されている。これらの局面に対するさまざまな修正例は当業者にとっては容易に明らかとなり、本願明細書において規定される一般的な原理は他の局面に適用されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本願明細書において示された局面に限定されることを意図しておらず、特許請求の範囲の文言と一致する全範囲に合致するよう意図されるべきである。単数の要素への言及は、具体的にそのように述べられていなければ、「１つおよび１つのみ」ということを意味するのではなく、「１つ以上」ということを意味する。特に別記しない限り、「いくつか」という用語は１つ以上を指す。ある項目のリストの「少なくとも１つ」に言及している文言は、単一の部材を含むそれらの項目の任意の組合せを指す。当業者が分かるかまたは後で分かるようになるこの開示を通して記載されるさまざまな局面の要素に対するすべての構造的および機能的な均等物は、本願明細書において参照により明確に援用されるとともに、特許請求の範囲に含まれることが意図される。さらに、本願明細書において開示されていないものは、このような開示は特許請求の範囲に明確に記載されているかどうかにかかわらず、公衆に供されることが意図される。どの特許請求の範囲の要素も、当該要素が「するための手段」という文言を用いて明確に記載されるか、または方法の請求項の場合は、「するためのステップ」という文言を用いて明確に記載されていなければ、米国特許法第１１２条６項の規定に基づき解釈されるべきではない。

【0034】

本願明細書において記載されるすべての要素、部分、およびステップは含まれるのが好ましい。これらの要素、部分、およびステップのいずれも、当業者には自明のように、他の要素、部分、およびステップによって置き換えられてもよく、またはともに除去されてもよいということが理解されるべきである。

【0035】

広く言えば、この文書には自己組織化する密度増倍されるブロックコポリマー（ＢＣＰ）構造の方法が記載されており、当該方法は、機構がインプリントされたレジスト層にブロックコポリマー（ＢＣＰ）を適用することを含む。ＢＣＰは、第２のポリマーブロックに囲まれる第１のポリマーブロックの自己組織化カラムへとＢＣＰを横方向に分離するよう熱アニールされる。

【0036】

概念
この文書はさらに、少なくとも以下の概念を開示している。

【0037】

概念１．機構がインプリントされたレジスト層にブロックコポリマー（ＢＣＰ）を適用するステップと、
第２のポリマーブロックに取り囲まれた第１のポリマーブロックの自己組織化されたカラムへと上記ＢＣＰを横方向に分離するよう上記ＢＣＰを熱アニールするステップとを含む、方法。

【0038】

概念２．機構がインプリントされた上記レジスト層は、上記ＢＣＰに対して化学的に中性である、概念１に記載の方法。

【0039】

概念３．上記ＢＣＰは、自然の格子間隔Ｌ₀を有しており、上記レジストにインプリントされた上記機構は、距離Ｌ_S＝ｎ×Ｌ₀だけ間隔を置いており、式中ｎは整数である、概念１に記載の方法。

【0040】

概念４．上記ＢＣＰは、熱アニールされると、化学的に中性である上記レジスト上に円柱形カラム構造をピッチ間隔Ｌ_Oで形成する、概念３に記載の方法。

【0041】

概念５．インプリントされた上記機構は、六方最密充填（ＨＣＰ）配置に位置決めされており、上記ＢＣＰは、熱アニールされると、化学的に中性である上記レジスト上に円柱形カラム構造を六方最密充填（ＨＣＰ）間隔Ｌ₀で形成する、概念４に記載の方法。

【0042】

概念６．カラム状の穴を上記第２のポリマーブロックに六方最密充填（ＨＣＰ）ピッチ間隔Ｌ₀で設けるよう上記第１のポリマーブロックの円柱形カラムを除去するステップをさらに含む、概念５に記載の方法。

【0043】

概念７．上記カラム状の穴において露出するインプリントされた上記レジストを除去するステップをさらに含む、概念６に記載の方法。

【0044】

概念８．上記レジスト層は、上記ＢＣＰに対して化学的に中性であるポリマー層を含む基板上にある、概念１に記載の方法。

【0045】

概念９．インプリントされた上記機構にて上記基板の部分を露出するよう、インプリントされた上記機構の位置にある上記レジスト層および上記ポリマー層を除去するステップをさらに含む、概念８に記載の方法。

【0046】

概念１０．インプリントされた上記機構は、間隔が離れた窪みを含む、概念９に記載の方法。

【0047】

概念１１．上記第２のポリマーブロックにおいてトレンチの列を設けるよう上記第１のポリマーブロックのカラム状構造を除去するステップをさらに含む、概念１０に記載の方法。

【0048】

概念１２．上記レジスト層は、上記第１のポリマーに対して化学的に中性である第１の物質を含む基板の上にあり、上記レジスト層は、上記第２のポリマーに対して化学的に中性である第２の物質を含む、概念１に記載の方法。

【0049】

概念１３．上記レジスト層は、間隔が離れた隆起したラインを含む、概念１２に記載の方法。

【0050】

概念１４．上記隆起したライン同士の間の上記第１の物質を露出するステップをさらに含む、概念１３に記載の方法。

【0051】

概念１５．ライン状の窪みを上記第２のポリマーブロックに形成するよう上記第１のポリマーブロックを除去するステップをさらに含む、概念１４に記載の方法。

【0052】

概念１６．絶縁体、金属、半金属、および磁性材料からなる群から選択される材料で上記ライン状の窪みを充填するステップと、
上記第１の物質を露出するよう、充填された上記ライン状の窪みの間の上記第２のポリマーブロックを除去するステップとさらに含む、概念１５に記載の方法。

【0053】

概念１７．概念１に記載の方法によって製造される、装置。

【図1A】

【図1B】

【図3】

【図5】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図4】

【図6】