DE112010004291T5

DE112010004291T5 - Zweischichtige Systeme, welche eine untere Schicht auf Polydimethylglutarimid-Basis umfassen, und Zusammensetzungen daraus

Info

Publication number: DE112010004291T5
Application number: DE112010004291T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ito; Hoa Truong; Joy Cheng; Ho-cheol Kim
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2013-01-10
Also published as: GB2487130B; CN102597048B; US8323868B2; US20110111339A1; CN102597048A; WO2011054557A1; GB2487130A; GB201200148D0

Abstract

Zweischichtige Systeme umfassen eine untere Schicht, welche aus Polydimethylglutarimid, einem säureempfindlichen Auflösungshemmer und einem Photosäurebildner gebildet ist. Das zweischichtige System kann in einem Verfahren mit einer einzigen Belichtung und einer einzigen Entwicklung belichtet und entwickelt werden.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft zweischichtige Systeme, bei welchen Polydimethylglutarimid-Zusammensetzungen verwendet werden, und Verfahren zur Abbildung derselben.
Die Ausdehnung der Photolithographie auf Elemente von weniger als 50 Nanometern (nm) wird ernsthaft in Betracht gezogen, wobei die Wasserimmersionslithographie mit Verfahren doppelter Belichtung (Double Exposure, DE) oder doppelter Strukturierung (Double Patterning, DP) kombiniert wird, da die EUV-Lithographie nicht so weit ist, dass sie eingesetzt werden könnte, und sich die Immersionslithographie mit hohem Brechungsindex nicht als realisierbare Alternative erwiesen hat. DE- und DP-Verfahren sind jedoch kostspielig und verringern den Wafer-Durchsatz. Außerdem wird bei diesen Verfahren eine Antireflexbeschichtung (Antireflection Coating, ARC) verwendet und spielt bei der Photolithographie mit diesen Abmessungen eine sehr wichtige Rolle. Die ARC wird typischerweise vernetzt, um nach dem Beschichten dieser mit einer Photoresistschicht eine Grenzflächenvermischung zu verhindern, wobei die ARC im Folgenden nach dem Entwickeln des Photoresists durch Plasmaätzen entfernt werden muss. Das Plasmaätzverfahren zum Entfernen der ARC nach dem Entwickeln des Photoresists erhöht die Gesamtkosten der Herstellung.
Dementsprechend besteht auf dem Fachgebiet ein Bedarf für verbesserte Verfahren und Materialien zum Ausdehnen der Photolithographie auf Elemente von weniger als 50 nm, die kommerziell zu realisieren sind.
KURZDARSTELLUNG
Die Nachteile des Stands der Technik werden durch das Bereitstellen einer photoabbildfähigen Zusammensetzung und eines Verfahrens mit einer einzigen Entwicklung und einer einzigen Belichtung überwunden, und es werden weitere Vorteile bereitgestellt. Die photoabbildfähige Zusammensetzung umfasst Poly(dimethylglutarimid) (PMGI); einen säureempfindlichen Auflösungshemmer; einen Photosäurebildner (Photochemical Acid Generator, PAG) und ein Lösungsmittel. Die Verwendung der photoabbildfähigen Zusammensetzung des Poly(dimethylglutarimids) (PMGI) kann einfach und ökonomisch so konfiguriert werden, dass eine Linienverengung erreicht wird, wie sie in einigen Anwendungen erwünscht sein kann, und/oder eine wirksame Antireflexbeschichtung bereitgestellt wird, welche nach dem Entwickeln des oberen Resists entfernbar ist.
Die photoabbildbare Zusammensetzung kann in einem zweischichtigen System verwendet werden. Das zweischichtige System umfasst eine untere Schicht, welche das PMGI, den säureempfindlichen Auflösungshemmer und den Photosäurebildner umfasst; und eine obere Schicht, welche einen Photoresist umfasst.
Ein Verfahren mit einer einzigen Belichtung und einer einzigen Entwicklung zum Strukturieren eines zweischichtigen Systems umfasst das Belichten eines zweischichtigen Systems mit einer einzigen Belichtung, wobei das zweischichtige System eine obere Schicht umfasst, welche aus einem Photoresist gebildet ist, und eine untere Schicht umfasst, welche PMGI, einen säureempfindlichen Auflösungshemmer und einen Photosäurebildner umfasst; und das Entwickeln des zweischichtigen Systems in einem einzigen Entwicklungsschritt mit einem wässrigen alkalischen Entwickler.
Durch die Techniken der vorliegenden Erfindung werden weitere Merkmale und Vorteile realisiert. Andere Ausführungsformen und Erscheinungsformen der Erfindung werden hierin detailliert beschrieben und als Teil der beanspruchten Erfindung angesehen. Zum besseren Verständnis der Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen sei auf die Beschreibung und die Zeichnungen verwiesen.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand der Erfindung wird in den Patentansprüchen am Ende der Beschreibung speziell herausgestellt und unterscheidbar beansprucht. Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
1 ein Verfahren mit einer einzigen Belichtung und einer einzigen Entwicklung zum Strukturieren eines zweischichtigen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
2 die Auflösungsgeschwindigkeit in 0,26 N Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) als Funktion der Wärmebehandlungstemperatur für PMGI-Dünnschichten graphisch veranschaulicht;
3 die Kinetik der Auflösungsgeschwindigkeit in 0,26 N TMAH für verschiedene PMGI-Zusammensetzungen graphisch veranschaulicht;
4 die Kinetik der Auflösungsgeschwindigkeit in 0,26 N TMAH für verschiedene zweischichtige Systeme, bei welchen eine untere Schicht auf PMGI-Basis verwendet wird, vor und nach dem Bestrahlen mit UV-Strahlung graphisch veranschaulicht;
5 und 6 Kontrastkurven in 0,26 N TMAH für zweischichtige Systeme, bei welchen eine untere Schicht auf PMGI-Basis verwendet wird, bei verschiedenen Wärmebehandlungsbedingungen graphisch veranschaulichen;
7 rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines strukturierten zweischichtigen Systems bildlich veranschaulicht, bei welchem eine untere Schicht auf PMGI-Basis verwendet wird, wobei eine Abbildung durch eine Hellfeldmaske und eine Dunkelfeldmaske erfolgt;
8 rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines strukturierten zweischichtigen Systems bildlich veranschaulicht, bei welchem eine untere Schicht auf PMGI-Basis verwendet wird, die aus PMGI, 2,5-Dimethylhex-2,5-yl-bis-adamantan-1-carboxylat (BAD) und p-t-Butylphenyliodoniumperfluoroctansulfonat (IPFOS) gebildet ist;
9 rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines strukturierten zweischichtigen Systems bildlich veranschaulicht, bei welchem eine untere Schicht auf PMGI-Basis verwendet wird, die aus PMGI, BAD und Triphenylsulfoniumnonaflat (TPSONf) gebildet ist; und
10 rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines strukturierten zweischichtigen Systems bildlich veranschaulicht, bei welchem eine untere Schicht auf PMGI-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die aus PMGI, einem säureempfindlichen Auflösungshemmer und einem PAG gebildet ist.
In der detaillierten Beschreibung werden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit deren Vorteilen und Merkmalen erläutert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin werden mit einer einzigen Entwicklung und einer einzigen Belichtung photoabbildfähige Zusammensetzungen offenbart, um die Photolithographie auf Elementgrößen von weniger als 50 nm auszudehnen. Die photoabbildfähigen Zusammensetzungen umfassen Polydimethylglutarimid (PMGI), einen säureempfindlichen Auflösungshemmer (Dissolution Inhibitor, DI) und einen Photosäurebildner (PAG). Die Zusammensetzung auf PMGI-Basis kann als untere Schicht in einem zweischichtigen Resistsystem verwendet werden, um durch die einzige Belichtung, gefolgt von der einzigen Entwicklung, einen Unterschnitt zu erzeugen. Das Maß des Unterschneidens kann durch die Zusammensetzung, die Wärmebehandlungsbedingungen, die Entwicklungszeit und Ähnliches gesteuert werden. Der säureempfindliche Auflösungshemmer verleiht der Zusammensetzung größere Anpassungsfähigkeit, so dass die Zusammensetzung in Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung nach der Entwicklung so konfiguriert werden kann, dass sie mehr anisotrop oder mehr isotrop ist. Überdies kann das PMGI in der Zusammensetzung als Antireflexbeschichtung (ARC) fungieren, welche trotz der geringeren Strahlungsmenge, welche die untere Schicht erreicht, durch alkalische Entwicklung schnell entfernt werden kann, wodurch das Erfordernis eines Plasmaätzschrittes entfällt. Außerdem benötigt die untere Schicht, die aus der Zusammensetzung auf PMGI-Basis gebildet ist, keine Vernetzung, um nach dem Beschichten mit einem Photoresist wirksam eine Grenzflächenvermischung zu verhindern. Die Zusammensetzung auf PMGI-Basis kann auch als Führungsstruktur und/oder neutrale Oberfläche dienen, um einen Selbstaufbau von Polymeren, z. B. Blockcopolymeren und Polymergemischen, zu leiten. Zum Beispiel stellt PMGI eine neutrale Oberfläche bereit, um eine senkrechte Orientierung von Mikrodomänen eines Hybridmaterials aus Polystyrol-b-ethylenoxid) und Organosilicat zu ermöglichen.
Wie oben angegeben, umfasst die Beschichtungszusammensetzung auf PMGI-Basis PMGI, einen säureempfindlichen Auflösungshemmer, einen Photosäurebildner und ein Lösungsmittel. PMGI weist die folgende Formel (I) auf:
wobei R für H oder CH₃ steht und n eine ganze Zahl von 10 bis 10.000 in einigen Ausführungsformen, 10 bis 5.000 in anderen Ausführungsformen und 10 bis 2.000 in noch anderen Ausführungsformen ist. Das Gewichtsmittel-Molekulargewicht des PMGI beträgt 500 g/mol bis 1.000 g/mol in einigen Ausführungsformen, 1 kg/mol bis 500 kg/mol in anderen Ausführungsformen und 1 kg/mol bis 100 kg/mol in noch anderen Ausführungsformen. Die Auflösungsgeschwindigkeit des PMGI kann eingestellt werden, indem das Molekulargewicht und/oder die Wärmebehandlungstemperaturen verändert werden, indem die Beschichtungszusammensetzung bestrahlt wird, z. B. mit einer Strahlung einer Wellenlänge von 254 nm, indem die azidische NH-Gruppe in der Formel des PMGI geschützt wird, indem die Stärke des Entwicklers verändert wird, indem Zusätze eingebaut werden und durch Ähnliches. Die Menge des PMGI in der Beschichtungszusammensetzung beträgt hierin vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels in der Zusammensetzung; in anderen Ausführungsformen umfasst das PMGI in der Beschichtungszusammensetzung hierin vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels in der Zusammensetzung; und in noch anderen Ausführungsformen umfasst das PMGI in der Beschichtungszusammensetzung hierin vorzugsweise ungefähr 2 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels in der Zusammensetzung.
Geeignete säureempfindliche Auflösungshemmer sind dem Fachmann bekannt und/oder in der einschlägigen Literatur beschrieben. Bevorzugte säureempfindliche Auflösungshemmer weisen eine hohe Löslichkeit in der Resistzusammensetzung und dem Lösungsmittel auf, das verwendet wird, um Lösungen der Resistzusammensetzung herzustellen, weisen ein gewünschtes Maß an Auflösungshemmung auf, weisen eine hohe Auflösungsgeschwindigkeit nach Bestrahlung auf, weisen einen mäßigenden Einfluss auf die Tg auf, weisen eine starke Ätzbeständigkeit auf und weisen eine gute Wärmestabilität (d. h. Stabilität bei Temperaturen von etwa 140°C oder höher) auf. In der PMGI-Beschichtungszusammensetzung der Erfindung können sowohl polymere als auch monomere säureempfindliche Auflösungshemmer verwendet werden.
Geeignete säureempfindliche Auflösungshemmer sind z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, Bisphenol-A-Derivate und Carbonat-Derivate, wobei die Hydroxylgruppe des Bisphenol A (Bis-A) durch eine säureempfindliche Gruppe ersetzt ist. Geeignete säureempfindliche Schutzgruppen sind z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, Einheiten der Struktur der Formal (II)
wobei m 0 bis 4 ist, n 0 bis 1 ist und R¹ für CR²R³R⁴, SiR⁵R⁶R⁷ oder GeR⁵R⁶R⁷ steht, wobei R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander für Wasserstoff, eine Alkyl-, Alkoxy-, Aryl- oder Aryloxygruppe stehen, typischerweise für Wasserstoff, eine niedere Alkyl- oder niedere Alkoxygruppe, oder verbunden sind, um einen Cycloalkyl- oder Cyclooxyalkylring zu bilden, typischerweise einen fünf- bis zwölfgliedrigen Ring, und R⁵, R⁶ und R⁷ identisch oder verschieden sind und jeweils für einen Alkylsubstituenten, typischerweise einen niederen Alkylsubstituenten, stehen.
Die R'-Einheiten sind unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt, die aus Wasserstoff, Alkyl-, Aryl- und Alkarylgruppen besteht. Wenn R' für eine Alkyl-, Aryl- oder Alkarylgruppe steht, kann diese mit einem bis vier Substituenten substituiert sein, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einer Hydroxygruppe, Halogenatomen, niederen Alkylgruppen, niederen Alkoxygruppen und einer Nitrogruppe besteht. Beispiele für besonders bevorzugte R'-Gruppen sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Wasserstoff, C_1-12-Alkylgruppen und C_1-12-Alkylgruppen, die mit einer endständigen Hydroxylgruppe, einem Halogenatom, insbesondere Brom, einem Phenylring oder einem Phenylring substituiert sind, der einen Hydroxy-, Halogen- oder niederen Alkylsubstituenten trägt.
Somit kann R¹ zum Beispiel für Methoxymethyl-, Ethoxymethyl-, Methoxyethoxymethyl-, Benzyloxymethyl-, Cyclopropylmethyl-, Diphenylmethyl-, Triphenylmethyl-, 1-Methoxyethyl-, 1,1-Dimethoxyethyl-, 1-Ethoxyethyl-, 1-Ethylthioethyl-, 1,1-Diethoxyethyl-, 1-Phenoxyethyl-, 1,1-Diphenoxyethyl-, 1-Cyclopropylethyl-, 1-Phenylethyl-, 1,1-Diphenylethyl-, t-Butyl, 1,1-Dimethylpropyl-, 1-Methylbutyl-, 1,1-Dimethylbutyl-, Methylcyclopentyl-, Ethylcyclopentyl-, Methylcyclohexyl-, Ethylcyclohexyl-, Methylcyclooctyl-, Ethylcyclooctyl-, Methyladamantyl-, Ethyladamantyl-, Trimethylsilyl-, Ethyldimethylsilyl-, Diethylmethylsilyl-, Triethylsilyl-, Dimethylisopropylsilyl-, t-Butyldimethylsilyl-, Di-t-butylmethylsilyl-, Tri-t-butylsilyl-, Dimethylphenylsilyl-, Methyldiphenylsilyl-, Triphenylsilyl-, Trimethylgermyl-, Ethyldimethylgermyl-, Diethylmethylgermyl-, Triethylgermyl-, Dimethylisopropylgermyl-, Methyldiisopropylgermyl-, Triisopropylgermyl-, t-Butyldimethylgermyl-, Di-t-butylmethylgermyl-, Tri-t-butylgermyl-, Dimethylphenylgermyl-, Methyldiphenylgermyl-, Triphenylgermylgruppen und Ähnliches stehen. Andere geeignete säureempfindliche Schutzgruppen finden sich in der einschlägigen Literatur und den einschlägigen Texten (z. B. Greene u. a., Protective Groups in Organic Synthesis, 2. Aufl. (New York: John Wiley & Sons, 1991)).
Beispielhafte -OR-Einheiten sind im Folgenden in den Formeln (III) bis (VIII) dargestellt.
Beispiele für geeignete säureempfindliche Auflösungshemmerverbindungen sind niedere Alkylester der Cholsäure, Ursocholsäure und Lithocholsäure, z. B. Methylcholat, Methyllithocholat, Methylursocholat, t-Butylcholat, t-Butyllithocholat, t-Butylursocholat und Ähnliches (vgl. z. B. Allen u. a. (1995), Photopolym. Sci. Technol., oben zitiert); hydroxylsubstituierte Analoge solcher Verbindungen (ebenda) und Androstan-17-alkylcarboxylate, welche mit 1 bis 3 C-C₄-Fluoralkylcarbonyloxy-Substituenten, z. B. t-Butyltrifluoracetyllithocholat, substituiert sind (vgl. z. B. die US-Patentschrift 5 580 694 an Allen u. a.). Andere geeignete säureempfindliche Auflösungshemmer sind z. B. säureempfindliche geschützte Calixarene und Derivate derselben.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Calixarenen um Calix[4]resorcinarene der Struktur der Formel (IX), wobei die R-Einheiten die säureempfindlichen Schutzgruppen sind. Man erkennt, dass die symmetrische Anordnung der OR-Einheiten in dem Calix[4]resorcinaren der Formel (IX) der Positionierung der OR-Einheiten auf dem Resorcinol-Ausgangsmaterial entspricht, das verwendet wird, um diese Verbindungen herzustellen. Die verschiedenen Calix[4]resorcinarene sind Kondensationsprodukte von Resorcinolen und Aldehyden.
Die X- und Y-Einheiten können identisch oder verschieden sein und sind unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt, die aus Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy-, Aryl-, Aralkyl-, Alkaryl-, Halogen-, Cyano-, Nitro- und Carboxylatgruppen besteht. In bestimmten Ausführungsformen handelt es sich bei allen X-Einheiten um Wasserstoff, und die Y-Einheiten sind aus der Gruppe ausgewählt, die aus Wasserstoff und einer niederen Alkylgruppe besteht.
Außerdem kann das Calix[4]resorcinaren-Grundmolekül in einer von zwei isomeren Formen vorliegen, welche gewöhnlich als C_2V-und C_4V-Konfiguration bezeichnet werden (hierin auch manchmal als „ctt”- bzw. „ccc”-Isomere bezeichnet).
Der säureempfindliche Auflösungshemmer liegt in einigen Ausführungsformen in einer Menge im Bereich von etwa 1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% des PMGI, von etwa 1 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% des PMGI in anderen Ausführungsformen und von etwa 1 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% des PMGI in noch anderen Ausführungsformen vor.
Nach der Bestrahlung erzeugt der PAG eine Säure, welche verwendet wird, um die säureempfindlichen Gruppen des säureempfindlichen Auflösungshemmers zu spalten. In der Zusammensetzung auf PMGI-Basis der vorliegenden Erfindung kann eine Vielfalt von PAGs verwendet werden. Im Allgemeinen weisen geeignete Säurebildner eine hohe Wärmestabilität auf (vorzugsweise bis zu Temperaturen von mehr als 140°C), so dass sie bei der Verarbeitung vor der Belichtung nicht zersetzt werden.
Geeignete Photosäurebildner sind, ohne darauf beschränkt zu sein, (1) Sulfoniumsalze, z. B. Triphenylsulfoniumperfluormethansulfonat (Triphenylsulfoniumtriflat), Triphenylsulfoniumperfluorpentansulfonat, Triphenylsulfoniumperfluoroctansulfonat, Triphenylsulfoniumhexafluorantimonat, Triphenylsulfoniumhexafluorarsenat, Triphenylsulfoniumhexafluorphosphat, Triphenylsulfoniumbromid, Triphenylsulfoniumchlorid, Triphenylsulfoniumiodid, 2,4,6-Trimethylphenyldiphenylsulfoniumperfluorbutansulfonat, 2,4,6-Trimethylphenyldiphenylsulfoniumbenzolsulfonat, Tris(t-butylphenyl)sulfoniumperfluorooctansulfonat, Triphenylsulfoniumnonaflat (TPSONf), Diphenylethylsulfoniumchlorid und Phenacyldimethylsulfoniumchlorid; (2) Haloniumsalze, insbesondere Iodoniumsalze, z. B. Diphenyliodoniumperfluormethansulfonat (Diphenyliodoniumtriflat), Diphenyliodoniumperfluorbutansulfonat, Diphenyliodoniumperfluorpentansulfonat, Diphenyliodoniumperfluoroctansulfonat, Diphenyliodoniumhexafluorantimonat, Diphenyliodoniumhexafluorarsenat, Bis(t-butylphenyl)iodoniumtriflat, Di-t-butylphenyliodoniumperfluoroctansulfonat und Bis(t-butylphenyl)iodoniumcamphanylsulfonat; (3) α, α'-Bis(sulfonyl)diazomethane, z. B. Bis(p-toluolsulfonyl)diazomethan, Methylsulfonyl-p-toluolsulfonyldiazomethan, 1-Cyclohexylsulfonyl-1-(1,1 dimethylethylsulfonyl)diazomethan und Bis(cyclohexylsulfonyl)diazomethan; (4) Trifluormethansulfonatester von Imiden und Hydraxyimiden, z. B. α-(Trifluormethylsulfonyloxy)bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarboximid (MDT); (5) Nitrobenzylsulfonatesters, z. B. 2-Nitrobenzyl-p-toluolsulfonat, 2,6-Dinitrobenzyl-p-toluolsulfonat und 2,4-Dinitrobenzyl-p-trifluormethylbenzolsulfonat; (6) Sulfonyloxynaphthalimide, z. B. N-Camphersulfonyloxynaphthalimid und N-Pentafluorphenylsulfonyloxynaphthalimid; (7) Pyrogallol-Derivate (z. B. ein Trimesylat des Pyrogallols); (8) Naphthochinon-4-diazide; (9) Alkyldisulfone; (10) s-Triazin-Derivate und (11) verschiedene Sulfonsäurebildner, z. B. t-Butylphenyl-α-(p-toluolsulfonyloxy)acetat, t-Butyl-α-(p-toluolsulfonyloxy)acetat und N-Hydroxynaphthalimiddodecansulfonat (DDSN) und Benzointosylat.
Andere geeignete PAGs sind bei Reichmanis u. a. (1991), Chemistry of Materials 3: 395, und in der US-Patentschrift 5 679 495 an Yamachika u. a. offenbart. Weitere geeignete Säurebildner, die in Zusammenhang mit den hierin bereitgestellten Zusammensetzungen und Verfahren von Nutzen sind, sind dem Fachmann bekannt und/oder in der einschlägigen Literatur beschrieben.
Der PAG liegt in einigen Ausführungsformen in einer Menge im Bereich von etwa 0,001 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% des PMGI, von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% des PMGI in anderen Ausführungsformen und von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% des PMGI in noch anderen Ausführungsformen vor.
Andere übliche Zusätze können ebenfalls in der PMGI-Beschichtungszusammensetzung vorliegen, u. a. Pigmente, Sensibilisatoren, Konservierungsmittel, die Säurediffusion steuernde Mittel, Beschichtungshilfsmittel, z. B. oberflächenaktive Substanzen oder Antischaummittel, Haftvermittler, Weichmacher und Oberflächenmodifikatoren. Typischerweise umfasst die Summe aller üblichen Zusätze weniger als 20 Prozent der in der Zusammensetzung enthaltenen Feststoffe, vorzugsweise weniger als 5 Prozent der Feststoffe in der Zusammensetzung.
Die PMGI-Beschichtungszusammensetzung umfasst ferner ein Lösungsmittel. Die Wahl des Lösungsmittels wird von vielen Faktoren geleitet, die nicht auf die Löslichkeit und Mischbarkeit von Resistkomponenten, das Beschichtungsverfahren und Sicherheits- und Umweltbestimmungen beschränkt sind. Außerdem ist ein inertes Verhalten gegenüber anderen Resistkomponenten wünschenswert. Es ist auch wünschenswert, dass das Lösungsmittel die geeignete Flüchtigkeit besitzt, um eine einheitliche Beschichtung mit Dünnschichten zu ermöglichen und dennoch auch eine deutliche Verringerung oder vollständige Entfernung restlichen Lösungsmittels während des Wärmebehandlungsverfahrens nach dem Aufbringen zu ermöglichen. Vgl. z. B. Introduction to Microlithography, Hrsg. Thompson u. a., zuvor bereits zitiert. Die Lösungsmittel können im Allgemeinen aus Ether-, Ester-, Hydroxyl- und Ketongruppenhaltigen Verbindungen oder Gemischen dieser Verbindungen ausgewählt sein. Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind Cyclopentanon, Cyclohexanon, Lactatester wie Ethyllactat, Alkylenglykolalkyletherester wie Propylenglykolmethyletheracetat, Alkylenglykolmonoalkylester wie Methylcellosolve, Butylacetat, 2-Ethoxyethanol und Ethyl-3-ethoxypropionat. Bevorzugte Lösungsmittel sind z. B. Ethyllactat, Propylenglykolmethyletheracetat und Gemische aus Ethyllactat und Ethyl-3-ethoxypropionat. Die obige Liste von Lösungsmitteln dient nur Veranschaulichungszwecken und sollte nicht als umfassend angesehen werden, auch sollte die Wahl des Lösungsmittels in keiner Weise als Beschränkung für die Erfindung angesehen werden. Der Fachmann erkennt, dass eine beliebige Anzahl an Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen verwendet werden kann.
Die obige Liste von Lösungsmitteln dient nur Veranschaulichungszwecken und sollte nicht als umfassend angesehen werden, auch sollte die Wahl des Lösungsmittels in keiner Weise als Beschränkung für die Erfindung angesehen werden. Der Eachmann erkennt, dass eine beliebige Anzahl an Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen verwendet werden kann. Mehr als 50 Prozent der Gesamtmasse der Resistformulierung besteht typischerweise aus dem Lösungsmittel, vorzugsweise mehr als 80 Prozent.
Das Verfahren des zweischichtigen Systems 10 umfasst im Allgemeinen eine einzige Belichtung und eine einzige Entwicklung, wie in 1 ausgeführt ist. Eine Schicht 14 einer PMGI-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf ein Substrat 12 gegossen. Der Gießvorgang kann auf beliebige Weise durchgeführt werden, z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, Aufschleudern, Tränken, Tauchbeschichten, Rakelauftrag und Ähnliches. Auf die PMGI-Schicht 14 wird dann eine obere Photoresistschicht 16 gegossen. Vorteilhafter Weise ist eine Grenzflächenvermischung der Photoresistschicht mit der PMGI-Schicht ohne Vernetzung der PMGI-Schicht auf ein Mindestmaß beschränkt, falls überhaupt eine solche vorliegt. Es wird eine einzige Belichtung durchgeführt, um den Photoresist lithographisch zu strukturieren, gefolgt von der Entwicklung in einem wässrigen alkalischen Entwickler. Unerwarteter Weise erfolgt die Auflösung der Zusammensetzung auf PMGI-Basis trotz der verringerten Strahlungsmenge schnell.
Wie in 1 schematisch dargestellt, kann die Zusammensetzung auf PMGI-Basis als untere Schicht in einem zweischichtigen System eingesetzt werden und kann optimiert werden, um die folgende Funktion auszuüben: 1) als untere Antireflexbeschichtung (BARC) mit minimalem Unterschnitt oder 2) bei einer Leitungsverengungsanwendung für Abhebeverfahren, alles in einem Verfahren mit einem einzigen Belichtungsschritt/einem einzigen Entwicklungsschritt. Ein weiteres attraktives Merkmal des PMGI ist, dass es eine Führungsstruktur und/oder neutrale Oberfläche zum Leiten des Selbstaufbaus von Polymeren, z. B. Blockcopolymeren und Polymergemischen, bereitstellt. Zum Beispiel stellt PMGI eine neutrale Oberfläche für den Selbstaufbau eines Blockcopolymer-Hybridmaterials (z. B. Poly(styrol-b-ethylenoxid) und Organosilicat) bereit.
Für BARC-Anwendungen (untere Antireflexbeschichtung) kann die Absorption der PMGI-Schicht durch Auswahl eines PAG, durch Auswahl eines DI (aromatischer DI für stärkere Absorption, aliphatischer DI, wie z. B. BAD, für schwächere Absorption, oder eine Mischung beider) oder durch Zugabe eines Farbstoffes wie Sudanorange eingestellt werden, welcher die Auflösungsgeschwindigkeit des PMGI nicht beeinflusst. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (SEM) in 6 zeigen, dass in dem zweischichtigen Resist durch einen Belichtungsschritt bei 193 nm, gefolgt von einem Entwicklungsschritt, in der Tat feine Linien-/Raumstrukturen (130 nm) mit einem minimalen Unterschnitt in der unteren PMGI-Schicht erzeugt werden können. In diesem Fall entfällt die Entfernung der herkömmlichen BARC durch Ätzen vollständig.
Es versteht sich, dass, obwohl die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, die vorstehende Beschreibung sowie die folgenden Beispiele den Umfang der Erfindung veranschaulichen und nicht beschränken sollen. Dem Fachmann auf dem Fachgebiet, zu welchem die Erfindung gehört, sind weitere Erscheinungsformen, Vorteile und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung ersichtlich.
Beispiel 1.
In diesem Beispiel wurde die Auflösungsgeschwindigkeit als Funktion der Wärmebehandlungstemperatur einer PMGI-Dünnschicht in einem 0,26 N Tetramethylammoniumhydroxid(TMAH)-Entwickler unter Verwendung einer Quarzkristall-Mikrowaage gemessen. Die Dünnschicht wurde aus einer Lösung von PMGI und Cyclopentanon gegossen. Das PMGI (R = CH₃) wurde hausintern synthetisiert, wies eine Glasübergangstemperatur von 185°C auf und wies ein Zahlenmittel-Molekulargewicht von 13,4 kg/mol auf. 2 veranschaulicht graphisch die Auflösungsgeschwindigkeit (Ängström/Sekunde) als Funktion der Wärmebehandlungstemperatur. Wie dargestellt, wies PMGI selbst bei einer Wärmebehandlung nach dem Aufbringen von 130°C für 60 Sekunden eine Auflösungsgeschwindigkeit in 0,26 N TMAH von ungefähr 3.400 Ågström je Sekunde auf und wies eine Auflösungsgeschwindigkeit von ungefähr 1.071 Å/s auf, wenn die Temperatur der Wärmebehandlung nach dem Aufbringen auf 150°C für 60 Sekunden erhöht wurde.
Beispiel 2.
In diesem Beispiel wurden die Auflösungsgeschwindigkeiten verschiedener PMGI-haltiger Dünnschichten in 0,26 N TMAH-Entwickler unter Verwendung einer Quarzkristall-Mikrowaage gemessen. Die PMGI-Dünnschichten wurden aus Cyclopentanon gegossen und umfassten die folgenden gegossenen Dünnschichten: a) PMGI, wärmebehandelt bei 150°C für 60 Sekunden; b) PMGI und Bis-p-t-butylphenyliodoniumperfluoroctansulfonat-PAG (IPFOS) in einem Verhältnis von 100:5, wärmebehandelt bei 130°C für 60 Sekunden; c) PMGI, BAD (2,5-Dimethylhex-2,5-yl-bis-adamantan-1-carboxylat) und IPFOS in einem Verhältnis von 100:20:1, wärmebehandelt bei 130°C für 60 Sekunden; und d) PMGI und Sudanorange in einem Verhältnis von 100:5, wärmebehandelt bei 150°C für 60 Sekunden. 3 veranschaulicht die Ergebnisse graphisch und zeigt die deutliche Auswirkung des säureempfindlichen Auflösungshemmers (BAD) auf die Auflösungsgeschwindigkeit im Vergleich zu den anderen PMGI-Dünnschichten, die keinen Auflösungshemmer enthielten. Wenn die Auflösungsgeschwindigkeit der gegossenen PMGI-Dünnschicht mit der PMGI-und-IPFOS-Dünnschicht verglichen wird, wird außerdem gezeigt, dass sich die Auflösungsgeschwindigkeit nach der Zugabe des Photosäurebildners verringert. Die Auflösungsgeschwindigkeit verringerte sich auf 471 A/s, obwohl die Wärmebehandlung nach dem Aufbringen bei 130°C erfolgte. Nach der Zugabe des säureempfindlichen Auflösungshemmers (BAD) verringerte sich die Auflösungsgeschwindigkeit weiter auf ungefähr 19 Å/s, wenn nach dem Aufbringen bei einer Temperatur von 130°C für 60 Sekunden wärmebehandelt wurde. Hinsichtlich der PMGI-Zusammensetzung, welche Sudanorange enthielt, wurde die Auflösungsgeschwindigkeit im Wesentlichen nicht beeinflusst. Somit kann die Zugabe eines Farbstoffs genutzt werden, um die Absorption zu steuern, wie es für einige Anwendungen wünschenswert sein kann.
Beispiel 3.
In diesem Beispiel wurde die Auflösungskinetik belichteter und unbelichteter PMGI-Dünnschichten gemessen. Einzelne PMGI-Dünnschichten (PMGI, IPFOS, BAD in einem Verhältnis von 100:20:1, wärmebehandelt bei 130°C für 60 Sekunden) wurden gegossen und 60 Sekunden lang oder 100 Sekunden lang mit ultraviolettem Licht (254 nm) bestrahlt. Außerdem wurde ein zweischichtiges System gebildet, welches eine obere Schicht eines siliciumhaltigen Photoresists (SCR858 von der Shin-Etsu Chemical Company, Japan), der für eine 193-nm-Belichtung optimiert war und in einer Dicke von 85 nm aufgebracht war, und eine untere Schicht der PMGI-Dünnschicht (PMGI, IPFOS, BAD in einem Verhältnis von 100:20:1, wärmebehandelt bei 130°C für 60 Sekunden) enthielt. Die optische Dichte der einzelnen PMGI-Dünnschicht bei 193 nm betrug 3,0/μm.
Wie in 4 dargestellt, war nach dem Bestrahlen der einzelnen PMGI-Dünnschicht mit UV-Strahlung ein deutlicher Anstieg der Auflösungsgeschwindigkeit zu beobachten (28 Å/s ggü. 19 Å/s). Außerdem löste sich die PMGI-Dünnschicht, die durch einen siliciumhaltigen 193-nm-Resist belichtet wurde, nach der sehr schnellen Auflösung der oberen siliciumhaltigen Resistschicht ungefähr mit derselben Geschwindigkeit auf wie die bestrahlte einzelne PMGI-Dünnschicht (beide etwa mit 28 Å/s), obwohl das zweischichtige System mit einer niedrigeren Dosis bestrahlt wurde (60 Sekunden ggü. 100 Sekunden).
Beispiel 4.
In diesem Beispiel wurden Kontrastkurven der zweischichtigen Systeme, die mit 193 nm belichtet und unter verschiedenen Bedingungen wärmebehandelt wurden, mit einer Wärmegradient-Heizplatte (Thermal Gradient Hotplate, TGP) erzeugt. Bei der oberen Schicht handelte es sich um einen 193-nm-Photoresist, der von der Japan Synthetic Rubber Company, Japan, unter der Handelsbezeichnung 1682J-15 als oberer Abbildungs-Resist erhalten wurde. Die untere Schicht wurde aus einer PMGI-Beschichtungszusammensetzung gebildet. In einem zweischichtigen System umfasste die PMGI-Zusammensetzung a) PMGI, BAD und IPFOS in einem Gewichtsverhältnis von 100:20:1, und in einem zweiten zweischichtigen System umfasste die PMGI-Zusammensetzung b) PMGI, BAD und TPSONf (Triphenylsulfoniumnonaflat) in einem Gewichtsverhältnis von 100:20:1. Die PMGI-Zusammensetzungen in den entsprechenden zweischichtigen Systemen wurden bei 80°C, 92°C, 115°C, 145°C und 165°C 90 Sekunden lang wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung nach dem Aufbringen erfolgte 90 Sekunden lang bei 110°C, und die Wärmebehandlung nach dem Belichten erfolgte 60 Sekunden lang bei 110°C. Die Proben wurden in einer 0,26 N TMAH-Lösung entwickelt.
Wie in 5 und 6 gezeigt, wurden die zweischichtigen PMGI-Systeme schnell entwickelt, nachdem der obere Resist vollständig entwickelt war, trotz der verringerten Menge der 193-nm-Strahlung, welche die untere Schicht auf PMGI-Basis erreichte.
Beispiel 5.
In diesem Beispiel wurde ein zweischichtiges System auf ein Substrat geschichtet und einem Verfahren mit einer einzigen 193-nm-Belichtung und einer einzigen Entwicklung in 0,26 N TMAH unterzogen. Das zweischichtige System umfasste eine obere Schicht, die aus einem 193-nm-Resist gebildet war, der von JSR unter der Handelsbezeichnung 1682J-15 erhalten wurde, in einer Dicke von 168 nm und eine untere Schicht, die aus PMGI, BAD und IPFOS in einem Gewichtsverhältnis von 100:20:1 gebildet war, in einer Dicke von 82 nm. Die untere Schicht wurde 60 Sekunden lang bei 130°C wärmebehandelt. Die obere Schicht wurde nach dem Aufbringen 90 Sekunden lang bei 110°C wärmebehandelt und nach dem Belichten 90 Sekunden lang bei 110°C wärmebehandelt. Das zweischichtige System wurde mit 193 nm in einer Dosis von 28 mJ/cm² belichtet, gefolgt von einem Entwicklungsschritt in 0,26 N TMAH/60 Sekunden. 7 zeigt rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Hellfeld- und Dunkelfeldabbildung von 130-nm-Linien-/Raumstrukturen. Es wurden gerade Wände beobachtet, welche die Antireflexeigenschaften der unteren PMGI-Schicht demonstrieren, wobei ein minimaler Unterschnitt vorliegt. Durch die Verwendung der unteren PMGI-Schicht entfiel die Entfernung der herkömmlichen BARC durch Ätzen.
Beispiel 6.
In diesem Beispiel wurden zweischichtige Systeme unter Verwendung drei verschiedener PMGI-Zusammensetzungen als untere Schicht für die Linienbreitenverengung konfiguriert. Die PMGI-Beschichtungszusammensetzungen umfassten a) PMGI, BAD und IPFOS in einem Gewichtsverhältnis von 100:20:1, einer Dicke von 82 nm und mit einer Wärmebehandlung nach dem Aufbringen für 60 Sekunden bei 130°C; die obere Photoresistschicht wurde von JSR unter der Handelsbezeichnung 1682J-15 erhalten und wurde in einer Dicke von 168 nm aufgebracht, wobei nach dem Aufbringen eine Wärmebehandlung für 60 Sekunden bei 110°C erfolgte und nach dem Belichten eine Wärmebehandlung für 60 Sekunden bei 110°C erfolgte; b) PMGI, BAD und TPSONf in einem Verhältnis von 100:20:1, einer Dicke von 82 nm und mit einer Wärmebehandlung nach dem Aufbringen für 60 Sekunden bei 130°C; die obere Photoresistschicht wurde von JSR unter der Handelsbezeichnung 1682J-15 erhalten und wurde in einer Dicke von 168 nm aufgebracht, wobei nach dem Aufbringen eine Wärmebehandlung für 60 Sekunden bei 110°C erfolgte und nach dem Belichten eine Wärmebehandlung für 60 Sekunden bei 110°C erfolgte; und c) PMGI, Di-t-butyl-(2,2'-(4,4'-(perfluorpropan-2,2-diyl)bis(4,1-phenylen))bis(oxy)diacetat und IPFOS in einem Verhältnis von 100:20:1, einer Dicke von 51 nm und mit einer Wärmebehandlung nach dem Aufbringen für 60 Sekunden bei 180°C; die obere Photoresistschicht wurde von JSR unter der Handelsbezeichnung 1682J-15 erhalten und wurde in einer Dicke von 140 nm aufgebracht, wobei nach dem Aufbringen eine Wärmebehandlung für 90 Sekunden bei 130°C erfolgte und nach dem Belichten eine Wärmebehandlung für 90 Sekunden bei 130°C erfolgte.
Die optische Dichte bei 193 nm für jede untere PMGI-Schicht in den verschiedenen zweischichtigen Systemen betrug 3,0/μm; 3,0/μm bzw. 6,3/μm.
Die zweischichtigen Systeme wurden mit einer einzigen Bestrahlung mit 193 nm belichtet und in einem einzigen Entwicklungsschritt entwickelt, welcher eine Eintauch-Entwicklung in 0,26 N TMAH umfasste. Die Elementgröße reicht von 200 nm bis 250 nm. 8 bis 10 veranschaulichen bildlich rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der belichteten und entwickelten zweischichtigen Systeme. In jedem Fall wurde ein deutlicher Unterschnitt beobachtet.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dient den Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form beschränken, und es sind viele Modifikationen und Variationen möglich. Solche Modifikationen und Variationen, welche dem Fachmann ersichtlich sein können, sollen im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten sein, wie er durch die anhängenden Patentansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5580694 [0026]
US 5679495 [0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Greene u. a., Protective Groups in Organic Synthesis, 2. Aufl. (New York: John Wiley & Sons, 1991) [0024]
Reichmanis u. a. (1991), Chemistry of Materials 3: 395 [0033]
Introduction to Microlithography, Hrsg. Thompson u. a. [0036]

Claims

Photoabbildfähige Zusammensetzung, welche das Folgende umfasst: Poly(dimethylglutarimid) (PMGI); einen säureempfindlichen Auflösungshemmer; einen Photosäurebildner (PAG); und ein Lösungsmittel.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das PMGI 1 bis 40 Gewichtsprozent ausmacht, bezogen auf das Gewicht des Lösungsmittels; der säureempfindliche Auflösungshemmer 1 bis 50 Gewichtsprozent ausmacht, bezogen auf das Gewicht des PMGI in der Zusammensetzung, und der PAG 0,1 bis 20 Gewichtsprozent ausmacht, bezogen auf das Gewicht des PMGI in der Zusammensetzung.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der säureempfindliche Auflösungshemmer durch Reaktion mit einer Säure, die aus dem PAG photochemisch erzeugt wird, in eine azidische Form umgewandelt wird.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem säureempfindlichen Auflösungshemmer um einen Aromaten handelt.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem säureempfindlichen Auflösungshemmer um eine alicyclische Substanz handelt.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem säureempfindlichen Auflösungshemmer um ein Calixaren oder ein Calixarenderivat handelt.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, welche ferner einen Zusatz umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Farbstoff, einem alkalischen Quencher, einer oberflächenaktiven Substanz, einem Egalisiermittel, einem gegen Säuren inerten Auflösungshemmer und Kombinationen derselben besteht.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das PMGI die folgende Formel aufweist:
wobei R für H oder CH₃ steht und n eine ganze Zahl von 10 bis 10.000 ist.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das PMGI ein Gewichtsmittel-Molekulargewicht von 1 kg/mol bis 1.000 kg/mol aufweist.
Photoabbildfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der säureempfindliche Auflösungshemmer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Cholsäure, Ursocholsäure, Lithocholsäure und Androstan-17-alkylcarboxylaten besteht.
Zweischichtiges System, welches das Folgende umfasst: eine untere Schicht, welche PMGI, einen säureempfindlichen Auflösungshemmer und einen Photosäurebildner umfasst; und eine obere Schicht, welche einen Photoresist umfasst.
Zweischichtiges System nach Anspruch 11, wobei der säureempfindliche Auflösungshemmer, bezogen auf das Gewicht des PMGI in der Zusammensetzung, 1 bis 50 Gewichtsprozent ausmacht und der PAG, bezogen auf das Gewicht des PMGI in der Zusammensetzung, 0,1 bis 20 Gewichtsprozent ausmacht.
Zweischichtiges System nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem säureempfindlichen Auflösungshemmer um einen Aromaten handelt.
Zweischichtiges System nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem säureempfindlichen Auflösungshemmer um eine alicyclische Substanz handelt.
Zweischichtiges System nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem säureempfindlichen Auflösungshemmer um ein Calixaren oder ein Calixarenderivat handelt.
Zweischichtiges System nach Anspruch 11, wobei der säureempfindliche Auflösungshemmer durch Reaktion mit einer Säure, die aus dem Photosäurebildner photochemisch erzeugt wird, in eine azidische Form umgewandelt wird.
Verfahren zum Strukturieren eines zweischichtigen Systems, welches das Folgende umfasst: Belichten eines zweischichtigen Systems durch Bestrahlung, wobei das zweischichtige System eine obere Schicht, die aus einem Photoresist gebildet ist, und eine untere Schicht umfasst, die PMGI, einen säureempfindlichen Auflösungshemmer und einen Photosäurebildner umfasst; und Entwickeln des zweischichtigen Systems in einem Entwicklungsschritt mit einem wässrigen alkalischen Entwickler.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die untere Schicht so konfiguriert ist, dass durch das Entwickeln des zweischichtigen Systems in der unteren Schicht relativ zu der oberen Schicht ein Unterschnitt gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die untere Schicht so konfiguriert ist, dass durch das Entwickeln des zweischichtigen Systems belichtete Abschnitte der oberen Schicht und entsprechende Abschnitte der unteren Schicht, welche unter den belichteten Abschnitten in der oberen Schicht angeordnet sind, entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei es sich beim Belichten des zweischichtigen Systems um eine einzige Belichtung und beim Entwickeln des zweischichtigen Systems um einen einzigen Entwicklungsschritt handelt.