DE102005038087A1 - Oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer, sein Herstellungsverfahren und oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzungen, die selbiges umfassen - Google Patents

Oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer, sein Herstellungsverfahren und oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzungen, die selbiges umfassen Download PDF

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Abstract

Hierin wird ein oberstes Antireflexions-Beschichtungspolymer, das durch Formel 1, unten, dargestellt wird, offenbart, DOLLAR F1 worin R¶1¶ und R¶2¶ unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Methyl oder Fluormethyl sind; R¶3¶ ein C¶1-10¶-Kohlenwasserstoff oder ein C¶1-10¶-Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome teilweise durch Fluoratome ersetzt wurden; ist; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind. Da die oberste Antireflexions-Beschichtung, die unter Verwendung des Antireflexions-Beschichtungspolymers gemäß Formel 1 hergestellt wurde, nicht wasserlöslich ist, kann sie bei der Immersionslithographie unter Verwendung von Wasser als Medium für die Lichtquelle angewandt werden. Zusätzlich wird die Einheitlichkeit des CDs verbessert, da die oberste Antireflexions-Beschichtung den Reflexionsgrad von einer darunterliegenden Schicht vermindert, wodurch die Ausbildung eines ultrafeinen Musters ermöglicht wird.

Description

  • HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
  • Gebiet der Offenbarung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antireflektions-Beschichtungspolymer, das bei einem photolithographischen Verfahren verwendet wird, das ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ist, ein Verfahren zur Herstellung des Antireflektions-Beschichtungspolymers und eine Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung, die das Antireflektions-Beschichtungspolymer umfaßt. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer, das bei der Immersionslithographie zur Herstellung einer sub-50 Nanometer (nm) Halbleitervorrichtung verwendet werden kann, ein Verfahren zur Herstellung des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers und eine oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung, die das oberste Antireflektions-Beschichtungspolymer umfaßt.
  • Beschreibung der zugehörigen Technologie
  • Photolithographie ist ein Verfahren der Übertragung eines Halbleiterschaltungsmusters, das auf einer Photomaske ausgebildet ist, auf einen Wafer, und ist eines der wichtigsten Verfahren bei der Bestimmung des Feinheitsgrades und der Einbaudichte von Schaltungen bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
  • In den letzten Jahren, während sich die Einbaudichte von Halbleitervorrichtungen erhöht hat, wurden neue Methoden entwickelt, die auf das feine Verarbeiten angepaßt sind, das bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen benötigt wird. Unter diesen Umständen besteht ein steigender Bedarf an feinen Verarbeitungsmethoden in einem photolithographischen Verfahren. Das heißt, daß die Verwendung von kurzwelligen Lichtquellen für die Belichtung, wie z. B. KrF-, ArF-, F2- und EUV-Excimerlaser, und Linsen mit einer hohen numerischen Apertur benötigt werden, während die Schaltungslinienbreiten feiner und feiner werden. EUV-, F2-, ArF- und KrF-Laser werden aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge in dieser Reihenfolge bevorzugt als Lichtquellen verwendet.
  • Insbesondere wurde eine Vielzahl von Untersuchungen bezüglich der Entwicklung von sub-50-Nanometern-(nm)-Vorrichtungen aktiv unternommen. Als Folge aus diesen Untersuchungen wurde jüngst die Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von geeigneten Verfahrensanlagen und Materialien, die mit der Verwendung von F2 und EUV als Belichtungslichtquellen einhergehen, gerichtet. Technische Lösungen für die Verwendung von F2 sind einigermaßen befriedigend, es bestehen jedoch die folgenden Probleme: 1) ist es schwierig, hochwertiges CaF2 in einem industriellen Maßstab innerhalb eines kurzen Zeitraums herzustellen, 2) weil Softpellicles durch Aussetzen gegenüber Licht bei 157 nm wahrscheinlich verformt werden, ist ihre Lebenszeit kurz und 3) ziehen harte Pellicles beträchtliche Herstellungskosten nach sich und sind in einem kommerziellen Maßstab aufgrund ihrer Natur der Lichtbrechung schwierig herzustellen.
  • Auf der anderen Seite sind, da geeignete Lichtquellen, Belichtungsanlagen und Masken für die Verwendung mit EUV-Lasern benötigt werden, diese noch nicht für den praktischen Einsatz geeignet. Daher ist die Bildung von feineren, hochgenauen Photoresistmustern durch Verwendung eines Photoresistes, der auf die Verwendung eines ArF-Excimerlasers angepaßt ist, zu einer Schlüsseltechnologieaufgabe geworden. Unter diesen Umständen hat die Immersionslithographie kürzlich Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
  • Trockenlithographie ist ein derzeit verwendetes Lithographieverfahren und ein Belichtungssystem, worin Luft zwischen eine Belichtungslinse und einen Wafer eingefüllt wird. Im Gegensatz zur Trockenlithographie ist die Immersionslithographie, die einer NA-Skalierungsmethode entspricht, ein Belichtungssystem, wobei Wasser zwischen eine Belichtungslinse und einen Wafer gefüllt wird. Da Wasser (Brechungsindex (n) = 1,4) als Medium für eine Lichtquelle bei der Immersionslithographie verwendet wird, ist die NA 1,4 mal größer als bei der Trockenlithographie, die Luft verwendet (Brechungsindex (n) = 1,0). Demgemäß ist die Immersionslithographie bezüglich ihrer hohen Auflösung vorteilhaft.
  • Ein Problem, das bei der Herstellung einer sub-50-Nanometer-Halbleitervorrichtung auftritt, ist, daß die Änderung der kritischen Dimension (CD) eines Photoresistmusters unweigerlich während eines Verfahrens für die Ausbildung eines ultrafeinen Musters stattfindet. Diese Änderungen resultieren aus stehenden Wellen, reflektierenden Aussparungen aufgrund der optischen Eigenschaften einer darunterliegenden Schicht auf einem darüberliegenden Photoresist und aufgrund von Variationen in der Dicke des Photoresists, und gebeugtem und reflektiertem Licht von der darunterliegenden Schicht. Um das reflektierte Licht von der darunterliegenden Schicht zu unterdrücken, wird ein lichtabsorbierendes Material, genannt eine „Antireflektions-Beschichtung", bei einem Wellenlängenband des Lichtes, das als Belichtungslichtquelle verwendet wird, zwischen die darunterliegende Schicht und den Photoresist eingeführt. Eine untenliegende Antireflektions-Beschichtung, die zwischen die darunterliegende Schicht und den Photoresist eingefügt wurde, wurde bis heute verwendet. Mit der kürzlichen Erhöhung des Feinheitsgrades des Photoresistmusters wurde auch eine oberste Antireflektions-Beschichtung (TARC) eingeführt, um zu verhindern, daß das Photoresistmuster durch sowohl reflektiertes als auch gebeugtes Licht gestört wird. Insbesondere kann, da die Miniaturisierung von Halbleitervorrichtungen Photoresistmuster extrem fein macht, die Verwendung einer unteren Antireflektions-Beschichtung alleine nicht vollständig verhindern, daß das Muster durch gestreute Reflektion gestört wird. Entsprechend wurde eine oberste Antireflektions-Beschichtung eingeführt, um die Störung der Muster zu verhindern.
  • Da jedoch herkömmliche, oberste Antireflektions-Beschichtungen für die Verwendung bei der Trockenlithographie wasserlöslich sind (im Falle der Verwendung von KrF- oder ArF-Lasern), können sie nicht bei der Immersionslithographie verwendet werden. Die herkömmlichen, obersten Antireflektions-Beschichtungen werden mit anderen Worten leicht aufgelöst, da Wasser als ein Medium für eine Lichtquelle bei der Immersionslithographie verwendet wird.
  • Daher muß eine ideale, oberste Antireflektions-Beschichtung für die Verwendung bei der Immersionslithographie die folgenden Erfordernisse erfüllen: 1) die oberste Antireflektions-Beschichtung muß für eine Lichtquelle transparent sein; 2) die oberste Antireflektions-Beschichtung muß einen Brechungsindex zwischen 1,4 und 2,0, in Abhängigkeit von der Art des darunterliegenden photosensitiven Films (d. h. Photoresist), der verwendet wird, besitzen; 3) wenn die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung auf einen darunterliegenden Photoresistfilm aufgebracht wird, darf sie den photosensitiven Film nicht auflösen; 4) die oberste Antireflektions-Beschichtung darf in Wasser durch Belichtung nicht gelöst werden; 5) die oberste Antireflektions-Beschichtung muß in einer Entwicklerlösung löslich sein; und 6) die oberste Antireflektions-Beschichtung muß die Bildung eines vertikalen Musters ermöglichen.
  • Die oben genannten zwingenden Erfordernisse machen die Entwicklung einer geeigneten obersten Antireflektions-Beschichtung für die Verwendung bei der Immersionslithographie schwierig. Insbesondere wird eine oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung mit einem neuen Konzept benötigt, um die Erfordernisse von 6) zu erfüllen.
    •
  • Daher besteht ein Bedarf für die Entwicklung einer obersten Antireflektions-Beschichtung für die Verwendung bei der Immersionslithographie, die wasserunlöslich ist und die Bildung eines vertikalen Musters nach Ausbildung auf einem Halbleitermuster ermöglicht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Hierin wird ein oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer offenbart, das bei der Immersionslithographie aufgrund seiner Wasserunlöslichkeit verwendet werden kann, das mehrfache Interferenz von Licht innerhalb eines Photoresists bei der Bildung eines Photoresistmusters verhindern kann, und die Veränderung der Dimension des Photoresistmusters, die aus der Veränderung der Dicke des Photoresists herrührt, verhindern kann. Hierin wird auch ein Verfahren für die Herstellung des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers offenbart. Noch weiter wird hierin eine oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung offenbart. die das oberste Antireflektions-Beschichtungspolymer umfaßt und ein Verfahren zur Ausbildung eines Musters unter Verwendung der Zusammensetzung.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer durch die Formel 1 unten dargestellt: Formel 1
    Figure 00050001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 ein C1-10 Kohlenwasserstoff oder ein C1-10 Kohlenwasserstoff, in dem die Wasserstoffatome teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, ist; und a, b und c, die die Molenbrüche der einzelnen Monomere darstellen, in dem Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung schließt eine oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung das Polymer, das durch obige Formel 1 dargestellt wird, ein.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymer bereitgestellt, insbesondere Poly(t-butylacrylatmethacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat) oder Poly(t-butylacrylat-2-(trifluormethyl)acrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat).
  • Figure 00050002
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung schließt ein Verfahren zur Ausbildung eines Musters auf einer Halbleitervorrichtung das Aufbringen eines Photoresists auf ein Halbleitersubstrat, auf dem eine spezielle darunterliegende Struktur gebildet wird; Aufbringen der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung auf den Photoresist, um eine oberste Antireflektions-Beschichtung zu bilden; und Belichten des Photoresist, gefolgt von Entwickeln, um ein Photoresistmuster zu bilden, ein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorangegangen Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung können leichter aus der folgenden, detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
  • 1 ein 1H-NMR-Spektrum eines obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers, hergestellt in Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung, ist;
  • 2 ein 1H-NMR-Spektrum eines obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers, hergestellt in Beispiel 2 der vorliegenden Offenbarung, ist;
  • 3 ein 80 nm-L/S-Bild eines Halbleitermusters ist, das unter Verwendung einer obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung, hergestellt im Beispiel 3 der vorliegenden Offenbarung, gebildet wurde; und
  • 4 ein 80 nm-L/S-Bild eines Halbleitermusters ist, das unter Verwendung einer obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung, hergestellt in Beispiel 4 der vorliegenden Offenbarung, gebildet wurde.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ein oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer wird durch Formel 1 unten dargestellt:
    Figure 00070001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Methyl oder Fluormethyl sind;
    R3 ein C1-10 Kohlenwasserstoff oder ein C1-10 Kohlenwasserstoff, in dem die Wasserstoffatome teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, ist; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind.
  • Das oberste Antireflektions-Beschichtungspolymer der Formel 1 zeigt hohe Lichttransmission und ist daher für die Ausbildung einer obersten Antireflektions-Beschichtung geeignet. Da das Antireflektions-Beschichtungspolymer zusätzlich in einer Entwicklungslösung nach der Belichtung leicht löslich ist, hat es keine Auswirkung auf die Ausbildung eines Musters. Da das oberste Antireflektions-Beschichtungspolymer zusätzlich wasserunlöslich ist, kann es bei der Immersionslithographie angewandt werden. Da das oberste Antireflektions-Beschichtungspolymer darüber hinaus gestreute Reflektion vom Oberteil eines Photoresists verhindern kann, kann es effektiv verhindern, daß ein Photoresistmuster durch gestreute Reflektion gestört wird.
  • Unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften einer Antireflektions-Beschichtung, die auf den Photoresist aufgebracht werden soll, einschließlich der Löslichkeit und des Brechungsindex, besitzt das oberste Antireflektions-Beschichtungspolymer der vorliegenden Erfindung eine massegemittelte Molekülmasse von 1.000 bis 1.000.000, bevorzugt von 1.000 bis 100.000. Ein zu hohes Molekulargewicht verursacht einen Abfall bei der Löslichkeit der Entwicklerlösung. Als Folge verbleibt ein Teil der Antireflektions-Beschichtung auf dem Photoresistmuster selbst nach der Entwicklung, wodurch eine Verunreinigung des Musters hervorgerufen wird. Auf der anderen Seite stellt ein zu niedriges Molekulargewicht keinen optimierten Brechungsindex der Antireflektions-Beschichtung und eine gute Beschichtung des Photoresists sicher.
  • Beispiele des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers, das in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, schließen ohne Beschränkung Polymere mit einer Struktur, die durch Formel 1 repräsentiert werden, ein. Von diesen Polymeren werden Poly-(t-butylacrylatmethylacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat), repräsentiert durch Formel 2 unten: Formel 2
    Figure 00080001
    worin R1 und R2 unabhängig eine Methylgruppe darstellen; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 liegen; und Poly-(t-butylacrylat-2-(trifluormethyl)acrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat), dargestellt durch Formel 3 unten: Formel 3
    Figure 00080002
    worin R1 eine Methylgruppe ist; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 liegen, bevorzugt.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Poly(t-butylacrylatmethacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat) nach Formel 2 schließt das Auflösen eines t-Butylacrylatmonomers, eines Methacrylsäuremonomers und eines 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylmethacrylatmonomers in einem organischen Lösungsmittel, Zugabe eines Polymerisationsinitiators zu der Lösung und Unterwerfen des Monomers einer freien radikalischen Polymerisation bei 57°C-77°C über 2-10 Stunden ein.
  • Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren ein Verfahren zur Herstellung des Poly(t-butylacrylat-2-(trifluormethyl)acrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat) gemäß Formel 3 durch Auflösen eines Butylacrylatmonomers, eines 2-(Trifluormethyl)acrylsäuremonomers und eines 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylmethacrylatmonomers in einem organischen Lösungsmittel, Zugeben eines Polymerisationsinitiators zu der Lösung und Unterwerfen des Monomers der freien radikalischen Polymerisation bei 57°C-77°C über 2-10 Stunden bereit.
  • Beispiele organischer Lösungsmittel, die bei den Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen allgemeine organische Lösungsmittel für radikalische Polymerisation ein. Vorzugsweise wird das organische Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aceton, PGMEA, Tetrahydrofuran, Cyclohexanon, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dioxan, Methlyethlyketon, Ethylacetat, Benzol, Toluol und Xylol. Aceton ist am meisten bevorzugt.
  • Des weiteren wird der Polymerisationsinitiator bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 2,2'-Azobisisobutyronitril (AIBN), Benzoylperoxid, Acetylperoxid, Laurylperoxid, t-Butylperacetat, t-Butylhydroperoxid und Di-t-butylperoxid. Die Verwendung von 2,2'-Azobisisobutyronitril (AIBN) ist am meisten bevorzugt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch eine oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung bereit, die ein oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer, dargestellt durch Formel 1 unten, umfaßt:
    Figure 00090001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 ein C1-10 Kohlenwasserstoff oder ein C1-10 Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome teilweise durch Fluoratome ersetzt wurden, ist; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich von zwischen 0,05 und 0,9 sind; sowie einen Photosäurebildner und ein organisches Lösungsmittel.
  • Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich des Photosäurebildners, der in der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bevorzugt ist der Photosäurebildner eine Verbindung, dargestellt durch Formel 4 unten: Formel 4
    Figure 00100001
    worin n eine Zahl von 7 bis 25 ist.
  • Wenn in Formel 4 n kleiner als 7 ist, wird eine oberste Antireflektions-Beschichtung in einer Immersionslösung (Wasser) gelöst und daher der Photosäurebildner, der in der Beschichtung enthalten ist, ausgefällt, wodurch eine Verunreinigung der Belichtungslinse hervorgerufen wird. Wenn unterdessen n größer 26 ist, ist das Molekulargewicht der Verbindung der Formel 4 zu groß und daher ist es schwierig, die Säure zu diffundieren, wodurch Probleme bei dem nachfolgenden Entwicklungsschritt hervorgerufen werden. Demgemäß ist der Bereich von n bevorzugt beschränkt auf 7-25.
  • Da die Verbindung gemäß Formel 4 kaum wasserlöslich ist und als ein Photosäurebildner agiert, kann sie verwendet werden, um eine oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung für die Immersionslithographie herzustellen. Zusätzlich löst die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung keinen Teil eines Photosäurebildners, der oben auf einem darunterliegenden Photosensibilisator bei der Musterbildung vorliegt, wodurch verhindert wird, daß der obere Teil in einen dicken Teil umgewandelt wird. Ein bevorzugter Photosäurebildner, der in der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist Triphenylsulfoniumperfluoroctansulfonat (n = 7 in Formel 4).
  • Die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt 0,05 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis 5 Gew.-% des Photosäurebildners, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers. Wenn der Gehalt des Photosäurebildners in der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, können die oben erwähnten Wirkungen des Photosäurebildners nicht erreicht werden. Wenn hingegen der Gehalt des Photosäurebildners 5 Gew.-% übersteigt, absorbiert eine oberste Antireflektions-Beschichtung, die gebildet werden soll, Licht bei 193 nm, wodurch die Arbeitsweise der Antireflektions-Beschichtung bedeutend beeinträchtigt wird, und dadurch die Lichtmenge, die einen darunterliegenden Photosensibilisierer erreicht, vermindert wird und damit eine höhere Belichtungsenergie benötigt wird, was zu einer geringeren Produktivität führt. Demgemäß ist der Bestandteil an Photosäurebildner in der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung bevorzugt beschränkt auf 0,05 Gew.-% bis 5 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers.
  • Organische Lösungsmittel, die bei der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind nicht beschränkt, solange sie das oberste Antireflektions-Beschichtungspolymer und den Photosäurebildner (z. B. Triphenylsulfoniumperfluoroctansulfonat) lösen können. n-Butanol ist insbesondere bevorzugt, da es die meisten darunterliegenden Photosensibilisierer nicht löst, wodurch ein Vermischen der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung mit einem darunterliegenden Photosensibilisierer verhindert wird, wenn die Zusammensetzung auf den Photosensibilisierer aufgebracht wird. Unter Berücksichtigung der Dicke der Antireflektions-Beschichtung wird n-Butanol bevorzugt in einer Menge von 1.000 Gew.-% bis 10.000 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers, verwendet. Wenn die Menge an n-Butanol außerhalb dieses Bereiches liegt, kann die Dicke der Antireflektions-Beschichtung nicht optimiert werden.
  • Die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung kann zusätzlich einen Säurediffusionsinhibitor umfassen. Der Säurediffusionsinhibitor ist nicht speziell beschränkt, solange er die Diffusion einer Säure hemmen kann. L-Prolin ist besonders bevorzugt. Die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% L-Prolin als Säurediffusionsinhibitor umfassen, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers. Der Säurediffusionsinhibitor, der in der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung enthalten ist, wirkt, um die weitere Diffusion einer Säure in Richtung unbelichteter Bereiche zu verhindern.
  • Die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung hat einen optimalen Brechungsindex von 1,4 bis 2,0. Demgemäß kann die Reflektion minimiert werden und damit das Photoresistmuster vor einer Zerstörung durch reflektiertes Licht geschützt werden, wenn die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung über ein Photoresist geschichtet wird.
  • Ein Verfahren zur Bildung eines Musters einer Halbleitervorrichtung schließt ein: (a) Aufbringen eines Photoresists auf ein Halbleitersubstrat, auf dem eine spezielle, darunterliegende Struktur gebildet ist; (b) Aufbringen der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung auf den Photoresist, um eine oberste Antireflektions-Beschichtung zu bilden; und (c) Belichten des Photoresists, gefolgt von der Entwicklung, um ein Photoresistmuster zu bilden. Gemäß diesem Musterbildungsverfahren wird die Antireflektions-Beschichtung, die auf dem Photoresist gebildet wurde, unter Verwendung der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung gebildet. Da die oberste Antireflektions-Beschichtung, die so gebildet wurde, einen Brechungsindex von 1,4 bis 2,0 besitzt, kann der Reflexionsgrad oben an dem Photoresist minimiert werden. Demgemäß verbessert das Photoresistmuster, das durch dieses Verfahren gebildet wurde, wesentlich die Einheitlichkeit des Musters. In einer bevorzugten Ausführungsform des Musterbildungsverfahrens kann ein Brennen vor und/oder nach der Belichtung durchgeführt werden. Das Brennen wird bevorzugt bei 70°C bis 200°C durchgeführt.
  • Die Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung und das Musterbildungsverfahren werden hauptsächlich bei einem Verfahren zur Ausbildung eines ultrafeinen Musters unter Verwendung einer ArF Lichtquelle (193 nm) angewandt. In ähnlicher Weise können sie bei einem Verfahren zur Ausbildung eines ultrafeinen Musters unter Verwendung einer Lichtquelle (z. B. F2 oder EUV) mit einer kürzeren Wellenlänge verwendet werden, solange Wasser als Medium für die Lichtquelle verwendet werden kann. Die Belichtung unter Verwendung der Lichtquelle wird bevorzugt mit einer Belichtungsenergie von 0,1 Millijoule pro Quadratzentimeter (mJ/cm2) bis 50 mJ/cm2 erreicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Musterbildungsverfahrens kann die Entwicklung unter Verwendung einer alkalischen Entwicklerlösung durchgeführt werden. Bevorzugt ist die alkalische Entwicklerlösung eine 0,01-5%ige (w/w) Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) in Wasser.
  • Die oben genannte oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung kann bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet werden. Da die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung gestreute Reflektion vermindern kann, kann sie bei unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden, zusätzlich zum Herstellungsverfahren eines ultrafeinen Musters. Es kann gewürdigt werden, daß die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung bei einer Vielzahl von Verfahren auf Arten eingesetzt werden kann, die für den Fachmann offensichtlich sind, in Abhängigkeit von der Art des Verfahrens. Demgemäß werden die ausführlichen Erklärungen, die die Anwendung der Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen betreffen, ausgelassen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter mit Verweis auf die folgenden Beispiele beschrieben. Diese Beispiele werden jedoch zum Zwecke der Darstellung gegeben und dürfen nicht als den Geltungsbereich der Erfindung beschränkend ausgelegt werden.
    •
  • Beispiel 1
  • Herstellung des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers: Poly(t-butylacrlyatmethacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat.
  • 3 Gramm (g) t-Butylacrylat, 2,5 g Methacrylsäure, 4,5 g 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylmethacrylat und 0,2 g AIBN wurden in 50 g Aceton aufgelöst. Die Monomeren wurden bei 67°C über 6 Stunden polymerisiert. Nach Abschluß der Polymerisation wurde das Polymerisationsprodukt in Wasser ausgefällt, filtriert und in Vakuum getrocknet, um Poly(t-butylacrylatmethacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat) (Ausbeute: 72%) gemäß Formel 2, unten, zu ergeben:
    Figure 00140001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander eine Methylgruppe darstellen; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind. Die Struktur des Polymers wurde durch 1H-NMR-Spektroskopie bestimmt (1).
  • Beispiel 2
  • Herstellung eines obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers: Poly(t-butylacrylat-2-(trifluormethyl)acrylsäure-2,2,3,4,4,4,-hexafluorbutylmethacrylat.
  • 5 g t-Butylacrylat, 2,5 g 2-(Trifluormethly)acrylsäure, 2,5 g 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylmethacrylat und 0,2 g AIBN wurden in 50 g Aceton gelöst. Die Monomeren wurden bei 67°C über 6 Stunden polymerisiert. Nach Abschluß der Polymerisation wurde das Polymerisationsprodukt in Wasser ausgefällt, filtriert und im Vakuum getrocknet, um Poly(t-butylacrylat-2-(trifluormethyl)acrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat) (Ausbeute: 75%) nach Formel 3, unten, zu ergeben:
    Figure 00140002
    worin R1 eine Methylgruppe ist; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind.
  • Die Struktur des Polymers wurde durch 1H-NMR-Spektroskopie (2) bestimmt.
  • Beispiel 3
  • Herstellung einer obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung und Musterausbildung.
  • 1,0 g Poly(t-butylacrylatmethacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat) hergestellt in Beispiel 1, und 0,08 g Triphenylsulfoniumperfluoroctansulfonat wurden in 60 g n-Butanol aufgelöst, um eine oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung für die Immersionslithographie bereitzustellen.
  • Ein Photosensibilisierer (AR1221J, JSR) wurde bis zu einer Dicke von 200 nm auf einen Wafer aufgebracht und bei 130°C über 90 Sekunden gebrannt. Die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung wurde bei 3000 U/min auf den beschichteten Photosensibilisierer aufgebracht. Um festzustellen, ob die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung als schützender Film für den Photosensibilisierer gegen Wasser nach der Beschichtung wirken kann, wurde der Wafer über 3 Minuten in Wasser eingetaucht. Nach dem Belichten des Wafers unter Verwendung von ArF Belichtungsgeräten wurde der belichtete Wafer bei 130°C für 90 Sekunden gebrannt und entwickelt, um ein Muster auszubilden. Ein Abbild des Musters ist in 3 gezeigt. Dieses Abbild zeigt, daß das Muster, das unter Verwendung der obersten Antireflektions-Beschichtung ausgebildet wurde, vertikal ausgebildet wurde.
  • Beispiel 4
  • Herstellung einer obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung und Musterausbildung.
  • Eine oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, daß Poly(t-butylacrylat-2-(trifluormethyl)acrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat), das in Beispiel 2 hergestellt wurde, als ein oberste Antireflektions-Beschichtungspolymer verwendet wurde. Des weiteren wurde ein Muster unter Verwendung der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 3 ausgebildet.
  • Ein Abbild des Musters, das so ausgebildet wurde, ist in 4 gezeigt. Dieses Abbild zeigt, daß das Muster, das unter Verwendung der obersten Antireflektions-Beschichtung hergestellt wurde, vertikal ausgebildet wurde.
  • Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich wird, erfüllt die oberste Antireflektions-Beschichtung, die unter Verwendung der Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, die folgenden Erfordernisse für die Verwendung bei der Immersionslithographie: 1) da die oberste Antireflektions-Beschichtung eine Lichttransmission von 96% oder mehr besitzt, ist sie für Lichtquellen transparent; 2) die oberste Antireflektions-Beschichtung hat einen Brechungsindex zwischen 1,4 und 2,0; 3) die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung löst den darunterliegenden Photosensibilisierer nicht auf; 4) die oberste Antireflektions-Beschichtung ist in Wasser bei Belichtung nicht löslich; 5) die oberste Antireflektions-Beschichtung ist in der Entwicklerlösung hoch löslich; und 6) die oberste Antireflektions-Beschichtung erlaubt die Ausbildung eines vertikalen Musters. Da die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung einen Teil eines Photosäurebildners, der oben auf einem darunterliegenden Photosensibilisierer vorliegt, bei Ausbildung einer obersten Antireflektions-Beschichtung nicht auflöst, kann sie insbesondere verhindern, daß das obere Ende in einen dicken Bereich umgewandelt wird. Demgemäß kann die oberste Antireflektions-Beschichtung, die unter Verwendung der Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde, bei der Immersionslithographie angewandt werden und kann den Reflexionsgrad am oberen Ende des Photoresists vermindern, wodurch die Veränderung des CD minimiert wird.
  • Da die oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung schließlich die Bildung eines feinen Photoresistmusters erlaubt, trägt sie zur Herstellung von sub-50 nm-Halbleitervorrichtungen in einer wirksamen Art und Weise bei.
  • Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken offenbart wurden, wird der Fachmann einsehen, daß verschiedene Veränderungen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Gültigkeitsbereich und Gedanken der Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen offenbart sind.

Claims (23)

  1. Oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer, dargestellt durch Formel 1, unten:
    Figure 00180001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 ein C1-10 Kohlenwasserstoff oder ein C1-10 Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome teilweise durch Fluoratome ersetzt wurden, ist; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind.
  2. Polymer gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer eine massegemittelte Molekülmasse von 1.000 bis 100.000 besitzt.
  3. Polymer gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer Poly(t-butylacrylatmethacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat), dargestellt durch Formel 2, unten, ist:
    Figure 00180002
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander eine Methylgruppe darstellen; und a, b und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind.
  4. Polymer gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer Poly(t-butylacrylat-2-(trifluormethyl)acrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat), dargestellt durch Formel 3, unten, ist:
    Figure 00190001
    worin R1 eine Methylgruppe ist; und a, b, und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, im Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind.
  5. Verfahren zur Herstellung des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers gemäß Anspruch 3, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: (a) Auflösen eines t-Butylacrylatmonomers, eines Methacrylsäuremonomers und eines 2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylatmonomers in einem organischen Lösungsmittel; (b) Zugeben eines Polymerisationsinitiators zu der Lösung; und (c) Radikalische Polymerisation der Monomere bei 57°C bis 77°C für 2 bis 10 Stunden.
  6. Verfahren zur Herstellung des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers gemäß Anspruch 4, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: (a) Auflösen eines t-Butylacrylatmonomers, eines 2-(Trifluormethyl)acrylsäuremonomers und eines 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylmethacrylatmonomers in einem organischen Lösungsmittel; (b) Zugeben eines Polymerisationsinitiators zu der Lösung; und (c) Radikalische Polymerisation der Monomere bei 57°C bis 77°C für 2 bis 10 Stunden.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das organische Lösungsmittel ein Lösungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aceton, PGMEA, Tetrahydrofuran, Cyclohexanon, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dioxan, Methylethylketon, Ethylacetat, Benzol, Toluol und Xylol, ist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Polymerisationsinitiator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus 2,2'-Azobisisobutyronitril (AIBN), Benzoylperoxid, Acetylperoxid, Laurylperoxid, t-Butylperacetat, t-Butylhydroperoxid und Di-t-butylperoxid.
  9. Oberste Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung, die folgendes umfaßt: (a) ein oberstes Antireflektions-Beschichtungspolymer, dargestellt durch Formel 1, unten:
    Figure 00200001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 ein C1-10 Kohlenwasserstoff oder ein C1-10 Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, ist; und a, b, und c, die die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen, in dem Bereich zwischen 0,05 und 0,9 sind; (b) einen Photosäurebildner; und (c) ein organisches Lösungsmittel.
  10. Zusammensetzung gemäß Anspruch 9, wobei der Photosäurebildner eine Verbindung, dargestellt durch Formel 4, unten, ist:
    Figure 00200002
    worin n eine Zahl von 7 bis 25 ist.
  11. Zusammensetzung gemäß Anspruch 10, wobei der Photosäurebildner Triphenylsulfoniumperfluoroctansulfonat ist.
  12. Zusammensetzung gemäß Anspruch 9, wobei die Zusammensetzung 0,05 Gew.-% bis 5 Gew.-% des Photosäurebildners umfaßt, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers.
  13. Zusammensetzung gemäß Anspruch 9, wobei das organische Lösungsmittel n-Butanol ist.
  14. Zusammensetzung gemäß Anspruch 13, wobei die Zusammensetzung durch Auflösen des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers in 1.000 Gew.-% bis 10.000 Gew.-% n-Butanol, basierend auf dem Gewicht des Polymers, hergestellt wird.
  15. Zusammensetzung gemäß Anspruch 9, die zusätzlich einen Säurediffusionsinhibitor umfaßt.
  16. Zusammensetzung gemäß Anspruch 15, wobei der Säurediffusionsinhibitor L-Prolin ist.
  17. Zusammensetzung gemäß Anspruch 16, wobei die Zusammensetzung 1Gew.-% bis 20 Gew.-% L-Prolin umfaßt, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektions-Beschichtungspolymers.
  18. Zusammensetzung gemäß Anspruch 9, wobei die Zusammensetzung einen Brechungsindex zwischen 1,4 und 2,0 besitzt.
  19. Verfahren zur Ausbildung eines Musters einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfaßt: (a) Aufbringen eines Photoresists auf ein Halbleitersubstrat, auf dem eine besondere, darunterliegende Struktur ausgebildet wird, (b) Aufbringen der obersten Antireflektions-Beschichtungszusammensetzung gemäß Anspruch 9 auf den Photoresist, um eine oberste Antireflektions-Beschichtung auszubilden; und (c) Belichten des Photoresists, gefolgt von der Entwicklung des Photoresists, um ein Photoresistmuster auszubilden.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei zusätzlich vor und/oder nach dem Belichten ein Brennen durchgeführt wird.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Brennen bei 70°C bis 200°C durchgeführt wird.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei Wasser als ein Medium für die Lichtquelle bei der Belichtung verwendet wird.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Entwicklung unter Verwendung einer 0,01 bis 5 Gew.-% Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) in Wasser durchgeführt wird.
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