DE102014119645B4

DE102014119645B4 - Fotolack und Verfahren

Info

Publication number: DE102014119645B4
Application number: DE102014119645.7A
Authority: DE
Inventors: Chen-Hau Wu; Wei-Han Lai; Ching-Yu Chang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-12-28
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2034-12-29
Also published as: TW201545396A; US9581908B2; TWI567492B; US20170176857A1; CN105093826A; CN105093826B; TW201708951A; US20150331317A1; KR20170118013A; US10114286B2; KR20150131940A; DE102014119645A1; TWI628512B

Abstract

Fotolack, umfassend:eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette;eine Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit, die an die Kohlenwasserstoff-Hauptkette angebunden ist; undeine sich zersetzende Gruppe, die an die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit gebunden ist, wobei die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit eine der folgenden Strukturen hat:wobei R1eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine Pentylgruppe und Isopentylgruppe ist; und R3eine C1-C3 Alkylkette ist, und wobei R2eine der folgenden Strukturen hat:wobei R4und R5eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopropylgruppe, und eine Isobutylgruppe ist und wobei R6die sich zersetzende Gruppe ist.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH UND QUERVERWEIS
Diese Anmeldung beansprucht Priorität der vorläufigen US Anmeldung Nr. 61/994/741 , eingereicht am 16. Mai 2014 mit dem Titel „Photoresist and Method“, welche Anmeldung hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
Diese Anmeldung betrifft die Anmeldung mit dem Anwalts-Aktenzeichen TSM13-1765 ( US 2015 / 0 160 552 A1 ), die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, welche Anmeldung hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
HINTERGRUND
Da Verbrauchergeräte auf Verlangen der Verbraucher immer kleiner werden, haben notwendigerweise die einzelnen Komponenten dieser Vorrichtungen auch immer geringere Größen. Halbleitervorrichtungen, die eine Hauptkomponente von Geräten wie Mobiltelefonen, Computer-Tablets und dergleichen bilden, mussten immer kleiner werden, mit einem entsprechenden Druck auf die einzelnen Vorrichtungen (z.B. Transistoren, Widerstandselemente, Kondensatoren usw.) innerhalb der Halbleitervorrichtungen, die auch verkleinert werden müssen.
Eine mögliche Technologie, die in den Herstellungsprozessen von Halbleitervorrichtungen verwendet wird, ist die Verwendung fotolithografischer Materialien. Solche Materialien werden auf eine Oberfläche aufgebracht und dann einer Energie ausgesetzt, die selbst strukturiert wurde. Ein solches Belichten modifiziert die chemischen und physikalischen Eigenschaften der belichteten Bereiche des fotolithografischen Materials. Diese Modifizierung, gemeinsam mit einem Mangel an Modifizierung in Bereichen des fotolithografischen Materials, die nicht belichtet wurden, kann zur Entfernung eines Bereichs ohne Entfernung des anderen genutzt werden. US 2011 / 0 177 455 A1 beschreibt einen Fotolack aus einem Polymer, der eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette enthält, an die verschiedene Gruppen gebunden sind, wie beispielsweise Gruppen mit hoher Ätzbeständigkeit, an denen wiederum zersetzende Gruppen gebunden sein können. US 2011 / 0 177 455 A1 aber auch US 2006 / 0 008 736 A1 , US 2013 / 0 045 365 A1 und US 2010 / 0 273 105 A1 beschreiben Fotolacke, die sich zersetzende Gruppen, die an eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette gebunden sind, und weiterhin eine Wideranbindungsgruppe enthalten können.
Da jedoch die Größe einzelner Vorrichtungen abgenommen hat, wurden Prozessfenster für eine fotolithografische Bearbeitung immer enger. Als solches sind Fortschritte im Gebiet der fotolithografischen Bearbeitung notwendig, um weiterhin die Möglichkeit einer Verkleinerung der Vorrichtungen zu haben, und es sind weitere Verbesserungen notwendig, um die gewünschten Gestaltungskriterien zu erfüllen, so dass die Bewegung hin zu immer kleineren Komponenten fortgesetzt werden kann.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verständlich, wenn diese mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird festgehalten, dass gemäß der Standardpraxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht im Maßstab gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale der klaren Erörterung wegen willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.

1 zeigt eine Trägerschicht mit einer Schicht, die strukturiert werden soll, und einem Fotolack gemäß einigen Ausführungsformen;
2 zeigt einen Fotolack gemäß einigen Ausführungsformen mit einer sich zersetzenden Gruppe;
3 zeigt einen Fotolack gemäß einigen Ausführungsformen mit Vernetzungsstellen;
4 zeigt einen Fotolack gemäß einigen Ausführungsformen mit einer wieder anbindenden, sich zersetzenden Gruppe;
5 zeigt eine Belichtung des Fotolacks gemäß einigen Ausführungsformen;
6A - 6C zeigen Mechanismen gemäß einigen Ausführungsformen, durch die der Fotolackharz mit Protonen reagiert;
7 zeigt eine Entwicklung des Fotolacks gemäß einigen Ausführungsformen;
8 zeigt eine Entfernung des Entwicklers gemäß einigen Ausführungsformen;
9 zeigt eine andere Ausführungsform, in der eine untere Antireflexionsschicht gemeinsam mit dem Fotolack verwendet wird; und
10 zeigt eine Strukturierung der Schicht, die strukturiert werden soll, unter Verwendung der unteren Antireflexionsschicht, der Mittelschicht und des Fotolacks.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Implementierung verschiedener Merkmale des vorgesehenen Gegenstandes vor. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind in der Folge zur Vereinfachung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Diese sind natürlich nur Beispiele und sind nicht als Einschränkung gedacht. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, in welchen die ersten und zweiten Merkmale in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen enthalten, in welchen zusätzliche Merkmale zwischen den ersten und zweiten Merkmalen eingefügt sind, so dass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt sein können. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder - buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und legt selbst keine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Gestaltungen fest. Die vorliegende Offenbarung löst das der Anmeldung zugrunde liegende Problem durch die Gegenstände der Ansprüche.
Unter Bezugnahme nun auf 1 ist eine Halbleitervorrichtung 100 mit einer Trägerschicht 101, aktiven Vorrichtungen 103 auf der Trägerschicht 101, einer dielektrischen Zwischen- (ILD) Schicht 105 über den aktiven Vorrichtungen 103, Metallisierungsschichten 107 über der ILD-Schicht 105, einer Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, über der II,D-Schicht 105, und einem Fotolack 111 über der Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, dargestellt. Die Trägerschicht 101 kann im Wesentlichen leitend oder halbleitend sein, mit einem elektrischen Widerstand von weniger als 10³ Ohm-Meter und kann Volumen-Silizium, dotiert oder undotiert, oder eine aktive Schicht einer Silizium-auf-Isolator (SOI) Trägerschicht umfassen. Im Allgemeinen umfasst eine SOI-Trägerschicht eine Schicht eines Halbleitermaterials, wie Silizium, Germanium, Siliziumgermanium, SOI, Siliziumgermanium auf Isolator (SGOI) oder Kombinationen davon. Andere Trägerschichten, die verwendet werden können, enthalten mehrschichtige Trägerschichten, Gradiententrägerschichten oder Hybrid-Orientierungsträgerschichten.
Die aktiven Vorrichtungen 103 sind in 1 als ein einzelner Transistor dargestellt. Wie für einen Fachmann jedoch erkennbar ist, kann eine Vielzahl aktiver Vorrichtungen wie Kondensatoren, Widerstandselemente, Induktoren und dergleichen zur Erzeugung der gewünschten strukturellen und funktionellen Anforderungen der Gestaltung für die Halbleitervorrichtung 100 verwendet werden. Die aktiven Vorrichtungen 103 können unter Verwendung sämtlicher geeigneter Verfahren gebildet werden, entweder innerhalb oder aber auf der Oberfläche der Trägerschicht 101.
Die ILD-Schicht 105 kann ein Material wie Borphosphorsilikatglas (BPSG) umfassend, obwohl sämtliche geeignete Dielektrika für jede Schicht verwendet werden können. Die ILD-Schicht 105 kann unter Verwendung eines Prozesses wie PECVD gebildet werden, obwohl andere Prozesse, wie LPCVD, alternativ verwendet werden können. Die ILD-Schicht 105 kann zu einer Dicke von etwa 100 Å bis etwa 3.000 Å gebildet werden.
Die Metallisierungsschichten 107 werden über der Trägerschicht 101, den aktiven Vorrichtungen 103 und der ILD-Schicht 105 gebildet und sind so gestaltet, dass sie die verschiedenen aktiven Vorrichtungen 103 zur Bildung eines Funktionsschaltkreises verbinden. Während in 1 als eine einzelne Schicht dargestellt, sind die Metallisierungsschichten 107 aus abwechselnden Schichten aus dielektrischem und leitendem Material gebildet und können durch jeden geeigneten Prozess (wie Abscheidung, Damascene, Dual-Damascene, usw.) gebildet werden. In einer Ausführungsform können vier Metallisierungsschichten vorhanden sein, die durch die ILD-Schicht 105 von der Trägerschicht 101 getrennt sind, aber die präzise Anzahl von Metallisierungsschichten 107 hängt von der Gestaltung der Halbleitervorrichtung 100 ab.
Eine Schicht 109, die mit einer Struktur versehen oder auf andere Weise mit dem Fotolack 111 bearbeitet werden soll, wird über den Metallisierungsschichten 107 gebildet. Die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, kann eine obere Schicht der Metallisierungsschichten 107 oder aber eine dielektrische Schicht (wie eine Passivierungsschicht) sein, die über den Metallisierungsschichten 107 gebildet ist. In einer Ausführungsform, in der die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, ein Halbleitermaterial ist, kann die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, die Trägerschicht 101 ohne dazwischen liegende Metallisierungsschichten 107 sein (eine Ausführungsform, die nicht separat in 1 dargestellt ist).
Alternativ kann in einer Ausführungsform, in der die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, eine Metallisierungsschicht ist, die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, aus einem leitendem Material unter Verwendung von Prozessen ähnliche den Prozessen gebildet werden, die für die Metallisierungsschichten verwendet werden (z.B. Abscheidung, Damascene, Dual-Damascene, usw.). In einer besonderen Ausführungsform umfasst das leitende Material für die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, wenigstens ein Metall, eine Metalllegierung, Metallnitrid, Metallsulfid, Metallselenid, Metalloxid oder Metallsilicid. Zum Beispiel kann das leitende Material die Formel MX_a haben, wobei M ein Metall ist und X Stickstoff, Silizium, Selen, Sauerstoff oder Silizium ist und wobei a zwischen 0,4 und 2,5 ist. Besondere Beispiele enthalten Kupfer, Titan, Aluminium, Kobalt, Ruthenium, Titannitrid, Wolframnitrid (WN₂) und Tantalnitrid, obwohl jedes geeignete Material alternativ verwendet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, eine dielektrische Schicht mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 1 bis etwa 40. In dieser Ausführungsform umfasst die Schicht, die mit einer Struktur versehen werden soll, Silizium, ein Metalloxid oder ein Metallnitrid mit einer Formel MX_b, wobei M ein Metall oder Silizium ist, X Stickstoff oder Sauerstoff ist und b zwischen etwa 0,4 und 3,5 liegt. In besonderen Beispielen kann die dielektrische Schicht für die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid oder dergleichen sein, und wird unter Verwendung solcher Prozesse wie Abscheidung, Oxidation oder dergleichen gebildet.
Wie für einen Durchschnittsfachmann jedoch offensichtlich ist, während Materialien, Prozesse und andere Einzelheiten in den Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Einzelheiten nur Ausführungsformen veranschaulichen und sind in keiner Weise als Einschränkung gedacht. Vielmehr kann jede geeignete Schicht, die aus jedem geeigneten Material, durch jeden geeigneten Prozess und in jeder geeigneten Dicke hergestellt wird, alternativ verwendet werden. Alle solchen Schichten sollen im Schutzumfang der Ausführungsformen enthalten sein.
Der Fotolack 111 wird auf die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, aufgebracht. In einer Ausführungsform enthält der Fotolack 111 ein Polymerharz gemeinsam mit einer oder mehreren fotoaktiven Verbindungen (PACs) in einem Lösemittel. Das Polymerharz und die PACs in dem Lösemittel werden auf die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, aufgebracht und ein Backen vor der Belichtung wird ausgeführt, um das Lösemittel zu erwärmen und zu verdampfen, um das Lösemittel zu entfernen und das Polymerharz und die PACs zur Belichtung zurückzulassen.
2 zeigt eine Ausführungsform des Polymerharzes, die für den Fotolack 111 verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform kann das Polymerharz eine Kohlenwasserstoffstruktur (wie eine alicyclische Kohlenwasserstoffstruktur 201, die in 2 im gestrichelten Kasten dargestellt ist) umfassen, die eine oder mehr hoch ätzbeständige Gruppen enthält, (dargestellt in 2 durch das mit 203 markierte G₁ Zeichen), die ferner an eine sich zersetzende Gruppe gebunden ist, die sich zersetzt (dargestellt in 2 durch das mit 205 markierte G₂ Zeichen), oder anders reagiert, wenn sie mit Säuren, Basen oder freien Radialen gemischt wird, die durch die PACs erzeugt werden (wie in der Folge näher beschrieben ist). In einer Ausführungsform umfasst die Kohlenwasserstoffstruktur 201 eine Wiederholungseinheit, die ein Skelettrückgrat oder eine Hauptkette des Polymerharzes bildet. Diese Wiederholungseinheit kann Acrylester, Methacrylester, Crotonester, Vinylester, Maleinsäurediester, Fumarinsäurediester, Itaconsäurediester, (Meth)acrylonitril, (Meth)acrylamide, Styrole, Vinylether, Kombinationen von diesen oder dergleichen enthalten.
Spezielle Strukturen, die für die Wiederholungseinheit der Kohlenwasserstoffstruktur verwendet werden können, enthalten Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, Isopropylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, tert-Butylacrylat, n-Hexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Acetoxyethylacrylat, Phenylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Methoxyethylacrylat, 2-Ethoxyethylacrylat, 2-(2-Methoxyethoxy)ethylacrylat, Cyclohexylacrylat, Benzylacrylat, 2-Alkyl-2-adamantyl(meth)acrylat oder Dialkyl(1-adamantyl)methyl(meth)acrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Propylmethacrylat, Isopropylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, tert-Butylmethacrylat, n-Hexylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Acetoxyethylmethacrylat, Phenylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Methoxyethylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat, 2-(2-Methoxyethoxy)ethylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Benzylmethacrylat, 3-Chlor-2-hydroxypropylmethacrylat, 3-Acetoxy-2-hydroxypropylmethacrylat, 3-Chloracetoxy-2-hydroxypropylmethacrylat, Butylcrotonat, Hexylcrotonat und dergleichen. Beispiele für die Vinylester enthalten Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutylat, Vinylmethoxyacetat, Vinylbenzoat, Dimethylmaleat, Diethylmaleat, Dibutylmaleat, Dimethylfumarat, Diethylfumarat, Dibutylfumarat, Dimethylitaconat, Diethylitaconat, Dibutylitaconat, Acrylamid, Methylacrylamid, Ethylacrylamid, Propylacrylamid, n-Butylacrylamid, tert-Butylacrylamid, Cyclohexylacrylamid, 2-Methoxyethylacrylamid, Dimethylacrylamid, Diethylacrylamid, Phenylacrylamid, Benzylacrylamid, Methacrylamid, Methylmethacrylamid, Ethylmethacrylamid, Propylmethacrylamid, n-Butylmethacrylamid, tert-Butylmethacrylamid, Cyclohexylmethacrylamid, 2-Methoxyethylmethacrylamid, Dimethylmethacrylamid, Diethylmethacrylamid, Phenylmethacrylamid, Benzylmethacrylamid, Methylvinylether, Butylvinylether, Hexylvinylether, Methoxyethylvinylether, Dimethylaminoethylvinylether und dergleichen. Beispiele für die Styrole enthalten Styrol, Methylstyrol, Dimethylstyrol, Trimethylstyrol, Ethylstyrol, Isopropylstyrol, Butylstyrol, Methoxystyrol, Butoxystyrol, Acetoxystyrol, Chlorstyrol, Dichlorstyrol, Bromstyrol, Vinylmethylbenzoat, α-Methylstyrol, Maleimid, Vinylpyridin, Vinylpyrrolidon, Vinylcarbazol, Kombinationen von diesen oder dergleichen.
In einer Ausführungsform kann in die Wiederholungseinheit der Kohlenwasserstoffstruktur 201 auch entweder eine monocyclische oder eine polycyclische Kohlenwasserstoffstruktur substituiert sein oder aber die monocyclische oder polycyclische Kohlenwasserstoffstruktur kann die Wiederholungseinheit sein, um eine alicyclische Kohlenwasserstoffstruktur zu bilden. Spezielle Beispiele von monocyclischen Strukturen, die verwendet werden können, enthalten Bicycloalkan, Tricycloalkan, Tetracycloalkan, Cyclopentan, Cyclohexan oder dergleichen. Spezielle Beispiele für polycyclische Strukturen, die verwendet werden können, enthalten Cycloalkan, Adamantin, Adamantin, Norbornan, Isobornan, Tricyclodecan, Tetracycododecan oder dergleichen.
In einer Ausführungsform können die hoch ätzbeständigen Reste 203 eine chemische Struktur umfassen, die nicht von der Kohlenwasserstoff-Hauptkette 201 abgespalten wird, während die sich zersetzende Gruppe 205 vom Rest der Struktur abgespalten wird. Indem sie zurückbleiben, nachdem die sich zersetzende Gruppe 205 abgespalten ist, können die hoch ätzbeständigen Reste 203 noch zur Ätzbeständigkeit des Fotolacks 111 nach der Entwicklung beitragen.
Erfindungsgemäß hat die hoch ätzbeständige Gruppe 203 eine der folgenden Strukturen:

wobei R₁ eine Vernetzungsmittel (in 3 nicht dargestellt, aber weiter unten beschrieben); und R₃ eine C1-C3 Alkylkette ist.
R₂, wie oben beschrieben, hat eine der folgenden Strukturen:

wobei R₄ und R₅ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopropylgruppeund eine Isobutylgruppe ist; und R₆ die sich zersetzende Gruppe 205 ist (bereits an die R₂-Gruppe angebunden dargestellt).
An die hoch ätzbeständigen Reste 203 ist die sich zersetzende Gruppe 205 angebunden. Die sich zersetzende Gruppe 205 reagiert mit den Säuren/Basen/freien Radikalen, die durch Belichtung des Fotolacks 111 erzeugt werden (in 2 nicht dargestellt, aber weiter unten in Bezug auf 5 dargestellt und besprochen), und spaltet sich von den hoch ätzbeständigen Resten 203 ab, an die sie angebunden ist. Diese Spaltung verändert die Löslichkeit des Harzes und ermöglicht, dass ein geeigneter Entwickler (in 2 nicht dargestellt, aber weiter unten in Bezug auf 5 dargestellt und besprochen) einen Teil des Fotolacks 111 (z.B. einen belichteten Teil) von einem anderen Teil des Fotolacks 111 (z.B. einem unbelichteten Teil) abtrennt.
In einer Ausführungsform hat die sich zersetzende Gruppe 205, die an den hoch ätzbeständigen Rest 203 angebunden ist, eine der folgenden Strukturen:

wobei R₁₀ eine C1-C8 gerade oder verzweigte Alkylkette ist, wie eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopentylgruppe oder dergleichen; R₇, R₈ und R₉ Wasserstoff oder eine C1-C8 gerade oder verzweigte Alkylkette sind, wie eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopentylgruppe oder dergleichen; R₁₁ ein CH₂, C₂H₄ oder C₃H₆ ist; und R₁₂ CH₃, C₂H₅, OH, OCH₃, OC₂H₅ oder dergleichen ist.
In einer Ausführungsform können der hoch ätzbeständigen Rest 203 und die sich zersetzende Gruppe 205 eine Ladung auf der Kohlenwasserstoff-Hauptkette (die Anzahl von Stellen, die auf der Kohlenwasserstoff-Hauptkette zum Anbinden von Gruppen zur Verfügung steht) zwischen etwa 1 % und etwa 10 % haben. Eine solche Ladung ist jedoch nur als Veranschaulichung gedacht und soll keine Einschränkung der vorliegenden Ausführungsformen darstellen. Vielmehr kann jede geeignete Ladung des hoch ätzbeständigen Rests 203 und der sich zersetzenden Gruppe 205 in einem Bemühen verwendet werden, die Schrumpfung des Fotolacks 111 zu verringern.
In einer Ausführungsform kann das Polymerharz optional auch andere Gruppen umfassen, die an die Kohlenwasserstoffstruktur 201 angebunden sind, die dazu beitragen, eine Reihe von Eigenschaften des polymerisierbaren Harzes zu verbessern. Zum Beispiel hilft ein Einschluss einer Lactongruppe (dargestellt in 2 durch das mit 207 markierte G₃ Zeichen) in der Kohlenwasserstoffstruktur 201, die Menge einer Linienkantenrauheit zu verringern, nachdem der Fotolack 111 entwickelt wurde, was dazu beiträgt, die Anzahl von Defekten zu verringern, die während der Entwicklung auftreten. In einer Ausführungsform können die Lactongruppen 207 Ringe mit fünf bis sieben Gliedern enthalten, obwohl jede geeignete Lactonstruktur alternativ für die Lactongruppe 207 verwendet werden kann, und die Lactongruppe 20 kann auch eine Ladung auf der Kohlenwasserstoff-Hauptkette zwischen etwa 30 % und 70 % haben.
In besonderen Ausführungsformen kann die Lactongruppe 207 die folgenden Strukturen umfassen:

wobei R₁₃ eine C1-C8 Alklgruppe, eine C4-C7 Cycloalkylgruppe, eine C1-C8 Alkoxygruppe, eine C2-C8 Alkoxycarbonylgruppe, eine Carboxylgruppe, ein Halogenatom, eine Hydroxylgruppe, eine Cyanogruppe oder eine sich zersetzende Gruppe darstellt. Ferner kann die Lactongruppe die R₁₃-Gruppe nicht aufweisen oder kann mehrere aneinander gebundene R₁₃-Gruppen, wobei jede der R₁₃-Gruppen dieselbe oder eine andere sein kann, entweder in einer linearen oder cyclischen Struktur aufweisen.
Das Polymerharz kann auch optional Gruppen umfassen, die zur Erhöhung der Haftfähigkeit des Fotolacks 111 (dargestellt in 2 durch das mit 209 markierte G₄ Zeichen) an darunter liegenden Strukturen beitragen (z.B. der Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll). In einer Ausführungsform können polare Gruppen verwendet werden, die dazu beitragen, die Haftfähigkeit zu erhöhen, und polare Gruppen, die in dieser Ausführungsform verwendet werden können, enthalten Hydroxylgruppen, Cyanogruppen oder dergleichen, obwohl jede geeignete polare Gruppe alternativ verwendet werden kann. In einer Ausführungsform kann die Gruppe 209, die zur Erhöhung der Haftfähigkeit beiträgt, eine Ladung auf der Kohlenwasserstoff-Hauptkette von weniger als etwa 20 % haben.
Die verschiedenen Gruppen, die in dem Polymerharz erwünscht sind, werden dann zur Bildung des Polymerharzes vereint. In einer besonderen Ausführungsform werden die verschiedenen Monomere mit den Gruppen, wie die Monomere mit der sich zersetzenden Gruppe 205, die an den hoch ätzbeständigen Rest 203 angebunden ist, ein Monomer mit der haftenden Gruppe 209 und das Monomer mit der Lactongruppe 207 und sämtliche andere gewünschte Monomere miteinander unter Verwendung z.B. einer Radikalpolymerisation polymerisiert, um eine Polymerstruktur mit der Kohlenstoffketten-Hauptkette für das Polymerharz zu bilden.
3 zeigt eine andere Ausführungsform des Polymerharzes, das nicht abgehende Monomere mit Vernetzungsstellen (dargestellt in 3 durch das mit 301 markierte G₅ Zeichen) verwendet, um wenigstens teilweise zu verhindern, dass die sich zersetzende Gruppe 205 abgeht, nachdem die sich zersetzende Gruppe 205 vom Rest des Harzes abgespalten wurde. Indem verhindert wird, dass die sich zersetzende Gruppe 205 physisch den Fotolack 111 nach der Abspaltung verlässt, kommt es zu einer verminderten Schrumpfung des Fotolacks 111, wodurch eine höhere Präzision innerhalb des Prozesses möglich ist.
In einer Ausführungsform arbeitet die nicht abgehende Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 mit einem Vernetzungsmittel (in 3 nicht dargestellt, aber weiter unten beschrieben) zusammen, um ein Polymer des Harzes im Fotolack 111 an ein anderes Polymer des Harzes im Fotolack 111 zu binden. Durch Vernetzen der verschiedenen Polymere nimmt die gesamte Filmdichte des Fotolacks 111 zu, was dazu beiträgt, die sich zersetzende Gruppe 205 einzufangen und an einem Abgehen vom Fotolack 111 nach der Belichtung zu hindern.
In einer besonderen Ausführungsform hat die nicht abgehende Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 die folgenden Strukturen:

wobei R₁₄ H, OH, OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, OC₄H₉, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇, CH₂CH₃OC₄H₉ ist und wobei R₁₅ eine C1-C5 Alkylkette ist, wie ein Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl oder dergleichen.
In dieser Ausführungsform, in der die nicht abgehende Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 gemeinsam mit einem Vernetzungsmittel (weiter unten beschrieben) verwendet wird, kann die sich zersetzende Gruppe 205 so strukturiert sein, dass sie durch die erhöhte Dichte eingefangen wird. In besonderen Ausführungsformen hat die sich zersetzende Gruppe 205 die folgende Struktur (die mit der oben angeführten Struktur überlappen kann).
wobei R₁₈ Wasserstoff, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, oder eine Isopentylgruppe ist; und R₁₉ eine Epoxygruppe, eine Alkhoholgruppe, eine Amingruppe oder eine Carbonsäuregruppe ist.
In einer Ausführungsform kann die nicht abgehende Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 eine Ladung auf der Kohlenwasserstoff-Hauptkette zwischen etwa 10 % und etwa 50 % haben. Eine solche Ladung soll jedoch nur der Veranschaulichung dienen und ist nicht als Einschränkung der vorliegenden Ausführungsformen gedacht, Vielmehr kann jede geeignete Ladung der nicht abgehenden Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 in einem Bemühen verwendet werden, das Schrumpfen des Fotolacks 111 zu verringern.
Zusätzlich kann die nicht abgehende Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 gemeinsam mit dem hoch ätzbeständigen Rest 203 und der sich zersetzenden Gruppe 205 wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, verwendet werden. Durch gemeinsame Verwendung dieser zwei Ausführungsformen kann ein Schrumpfen noch weiter verringert werden. In dieser Ausführungsform hat die nicht abgehende Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 eine Ladung zwischen etwa 5 % und etwa 50 %, wie etwa 30 %, während der hoch ätzbeständige Rest 203 und die sich zersetzende Gruppe 205 eine Ladung zwischen etwa 5 % und etwa 50 %, wie etwa 10 %, haben. Es kann jedoch alternativ jede Ladung verwendet werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst der Fotolack 111 auch eine oder mehrere PACs. Die PACs können fotoaktive Komponenten wie Fotosäuregeneratoren, Fotobasengeneratoren, Freies-Radikal-Generatoren oder dergleichen sein und die PACs können positiv wirkend oder negativ wirkend sein. In einer Ausführungsform, in der die PACs ein Fotosäuregenerator sind, können die PACs halogenierte Triazine, Oniumsalze, Diazoniumsalze, aromatische Diazoniumsalze, Phosphoniumsalze, Sulfoniumsalze, Jodoniumsalze, Imidsulfonat, Oximsulfonat, Diazodisulfon, Disulfon, o-Nitrobenzylsulfonat, sulfonierte Ester, halogenierte Sulfonyloxydicarboximide, Diazodisulfone, α-Cyanooxyamin-sulfonate, Imidsulfonate, Ketodiazosulfone, Sulfonyldiazoester, 1,2-Di(arylsulfonyl)hydrazine, Nitrobenzylester und die s-Triazinderivate, geeignete Kombinationen von diesen und dergleichen umfassen.
Spezielle Beispiele für Fotosäuregeneratoren, die verwendet werden können, enthalten α-(Trifluormethylsulfonyloxy)-bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbo-ximid (MDT), N-Hydroxynaphthalimid (DDSN), Benzointosylat, t-Butylphenyl-α-(p-toluolsulfonyloxy)-acetat und t-Butyl-α-(p-toluolsulfonyloxy)-acetat, Triarylsulfonium- und Diaryliodonium-Hexafluorantimonate, Hexafluorarsenate, Trifluormethansulfonat, Jodoniumperfluoroctansulfonat, N-Camphersulfonyloxynaphthalimid, N-Pentafluorphenylsulfonyloxynaphthalimid, ionische Jodoniumsulfonate wie Diaryljodonium-(Alkyl oder Aryl-)sulfonat und bis-(di-t-Butylphenyl)jodoniumcamphanylsulfonat, Perfluoralkansulfonate wie Perfluorpentansulfonat, Perfluoroctansulfonat, Perfluormethansulfonat, Aryl- (z.B. Phenyl- oder Benzyl-) Triflate wie Triphenylsulfoniumtriflat oder bis-(t-Butylphenyl)jodoniumtriflat; Pyrogallolderivate (z.B., Trimesylat von Pyrogallol), Trifluormethansulfonatester von Hydroxyimiden, α,α'-bis-Sulfonyl-diazomethane, Sulfonatester von nitro-substituierten Benzylalkoholen, Naphthochinon-4-diazide, Alkyldisulfone und dergleichen.
In einer Ausführungsform, in der die PACs ein Freies-Radikal-Generator sind, können die PACs n-Phenylglycin, aromatische Ketone wie Benzophenon, N,N'-Tetramethyl-4,4'-diaminobenzophenon, N,N'-Tetraethyl-4,4'-diaminobenzophenon, 4-Methoxy-4'-dimethylaminobenzo-phenon, 3,3'-Dimethyl-4-methoxybenzophenon, p,p'bis(Dimethylamino)benzo-phenon, p,p'-bis(Diethylamino)-benzophenon, Anthrachinon, 2-Ethylanthrachinon, Naphthachinon und Phenanthrachinon, Benzoine wie Benzoin, Benzoinmethylether, Benzomethylether, Benzoinisopropylether, Benzoin-n-butylether, Benzoinphenylether, Methylbenzoin und Ethybenzoin, Benzylderivate wie Dibenzyl, Benzyldiphenyldisulfid und Benzyldimethylketal, Acridinderivate wie 9-Phenylacridin und 1,7-bis(9-Acridinyl)heptan, Thioxanthone wie 2-Chlorthioxanthon, 2-Methylthioxanthon, 2,4-Diethylthioxanthon, 2,4-Dimethylthioxanthon und 2-Isopropylthioxanthon, Acetophenone wie 1,1-Dichloracetophenon, p-t-Butyldichloracetophenon, 2,2-Diethoxyacetophenon, 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon und 2,2-Dichlor-4-phenoxyacetophenon, 2,4,5-Triarylimidazoldimere wie 2-(o-Chlorphenyl)-4,5-diphenylimidazoldimer, 2-(o-Chlorphenyl)-4,5-di-(m-methoxyphenylimidazoldimer, 2-(o-Fluorphenyl)-4,5-diphenylimidazoldimer, 2-(o-Methoxyphenyl)-4,5-diphenylimidazoldimer, 2-(p-Methoxyphenyl)-4,5-diphenylimidazoldimer, 2,4-di(p-Methoxyphenyl)-5-phenylimidazoldimer, 2-(2,4-Dimethoxyphenyl)-4,5-diphenylimidazoldimer und 2-(p-Methylmercaptophenyl)-4,5-diphenylimidazoldimer, geeignete Kombinationen von diesen oder dergleichen umfassen.
In einer Ausführungsform, in welchen die PACs ein Fotobasengenerator sind, können die PACs quaternäre Ammoniumdithiocarbamate, Aminoketon, Oxim-urethan-hältige Moleküle wie Dibenzophenonoximhexamethylendiurethan, Ammoniumtetraorganylboratsalze, und N-(2-Nitrobenzyloxycarbonyl)cyclische Amine, geeignete Kombinationen von diesen oder dergleichen umfassen. Wie jedoch für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, sind die hier angeführten chemischen Verbindungen nur als veranschaulichende Beispiele der PACs gedacht und sollen nicht auf die Ausführungsform nur jener PACs, die speziell beschrieben sind, beschränkt sein. Vielmehr kann jeder geeignete PAC, wie ein thermischer Säuregenerator, alternativ verwendet werden und alle derartigen PACs sollen zur Gänze im Schutzumfang der vorliegenden Ausführungsformen enthalten sein.
Die einzelnen Komponenten des Fotolacks 111 können in ein Lösemittel eingebracht werden, um das Mischen und die Anordnung des Fotolacks 111 zu unterstützen. Zur Unterstützung des Mischens und der Anordnung des Fotolacks 111 wird das Lösemittel zumindest teilweise anhand der Materialien gewählt, die für das Polymerharz wie auch die PACs gewählt wurden. Insbesondere wird das Lösemittel so gewählt, dass das Polymerharz und die PACs gleichmäßig in dem Lösemittel aufgelöst und auf die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, abgegeben werden können.
In einer Ausführungsform kann das Lösemittel ein organisches Lösemittel sein und kann jedes geeignete Lösemittel umfassen, wie Keton, Alkohole, Polyalkohole, Ether, Glycolether, cyclische Ether, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ester, Propionate, Lactate, Milchsäureester, Alkylenglycol-monoalkylether, Alkyllactate, Alkylalkoxypropionate, cyclische Lacton, Monoketonverbindungen, die einen Ring enthalten, Alkylencarbonate, Alkylalkoxyacetat, Alkylpyruvate, Lactatester, Ethylenglycolalkyl-etheracetate, Diethylenglycol, Propylenglycolalkyl-etheracetate, Alkylenglycolalkyletherester, Alkylenglycol-monoalkylester oder dergleichen.
Spezielle Beispiele für Materialien, die als Lösemittel für den Fotolack 111 verwendet werden können, enthalten, Aceton, Methanol, Ethanol, Toluol, Xylol, 4-Hydroxy-4-methyl-2-pentaton, Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylisoamylketon, 2-Heptanon, Ethylenglycol, Ethylenglycol-monoacetat, Ethylenglycol-dimethylether, Ethylenglycoldimethylether, Ethylenglycol-methylethylether, Ethylenglycol-monoetherylether, Methylcellosolveacetat, Ethylcellosolveacetat, Diethylenglycol, Diethylenglycol-monoacetat, Diethylenglycol-monomethylether, Diethylenglycol-diethylether, Diethylenglycol-dimethylether, Diethylenglycol-ethylmethylether, Dietherylenglycol-monoethylether, Diethylenglycolmonobutylether, Ethyl-2-hydroxypropionat, Methyl-2-hydroxy-2-methylpropionat, Ethyl-2-hydroxy-2-methylpropionat, Ethylethoxyacetat, Ethylhydroxyacetat, Methyl-2-hydroxy-2-methylbutanat, Methyl-3-methoxypropionat, Ethyl-3-methoxypropionat, Methyl-3-Ethoxypropionat, Ethyl-3-ethoxypropionat, Ethylacetat, Butylacetat, Methyllactat und Ethyllactat, Propylenglycol, Propylenglycol-monoacetat, Propylenglycol-monoethyl Etheracetat, Propylenglycol-monomethyl-etheracetat, Propylenglycol-monopropylmethyl-etheracetat, Propylenglycol-monobutyl-etheracetat, Propylenglycol-monobutyl-etheracetat, Propylenglycol-monomethyl-etherpropionat, Propylenglycol-monoethyl-etherpropionat, Propylenglycolmethyletheracetat, Propylenglycolethyl-etheracetat, Ethylenglycol-monomethyl-etheracetat, Ethylenglycol-monoethyl-etheracetat, Propylenglycol-monomethylether, Propylenglycolmonoethylether, Propylenglycol-monopropylether, Propylenglycol-monobutylether, Ethylenglycol-monomethylether, Ethylenglycol-monoethylether, Methyllactat, Ethyllactat, Propyllactat und Butyllactat, Ethyl-3-ethoxypropionat, Methyl-3-methoxypropionat, Methyl-3-ethoxypropionat und Ethyl-3-methoxypropionat, (3-Propiolacton, β-Butyrolacton, γ-Butyrolacton, α-Methyl-γ-butyrolacton, β-Methyl-γ-butyrolacton, γ-Valerolacton, γ-Caprolacton, γ-Octansäurelacton, α-Hydroxy-γ-butyrolacton, 2-Butanon, 3-Methylbutanon, Pinacolon, 2-Pentanon, 3-Pentanon, 4-Methyl-2-pentanon, 2-Methyl-3-pentanon, 4,4-Dimethyl-2-pentanon, 2,4-Dimethyl-3-pentanon, 2,2,4,4-Tetramethyl-3-pentanon, 2-Hexanon, 3-Hexanon, 5-Methyl-3-hexanon, 2-Heptanon, 3-Heptanon, 4-Heptanon, 2-Methyl-3-heptanon, 5-Methyl-3-heptanon, 2,6-Dimethyl-4-heptanon, 2-Octanon, 3-Octanon, 2-Nonanon, 3-Nonanon, 5-Nonanon, 2-Decanon, 3-Decanon, 4-Decanon, 5-Hexen-2-on, 3-Penten-2-on, Cyclopentanon, 2-Methylcyclopentanon, 3-Methylcyclopentanon, 2,2-Dimethylcyclopentanon, 2,4,4-Trimethylcyclopentanon, Cyclohexanon, 3-Methylcyclohexanon, 4-Methylcyclohexanon, 4-Ethylcyclohexanon, 2,2-Dimethylcyclohexanon, 2,6-Dimethylcyclohexanon, 2,2,6-Trimethylcyclohexanon, Cycloheptanon, 2-Methylcycloheptanon, 3-Methylcycloheptanon, Pylencarbonat, Vinylencarbonat, Ethylencarbonat und Butylencarbonat, Acetat-2-methoxyethyl, Acetat-2-ethoxyethyl, Acetat-2-(2-ethoxyethoxy)ethyl, Acetat-3-methoxy-3-methylbutyl, Acetat-1-methoxy-2-propyl, Dipropylenglycol, Monomethylether, Monoethylether, Monopropylether, Monobutylether, Monophenylether, Dipropylenglycolmonoacetat, Dioxan, Methyllactat, Ethyllactat, Methylacetat, Ethylacetat, Butylacetat, Methylpuruvat, Ethylpuruvat, Propylpyruvat, Methylmethoxypropionat, Ethylethoxypropionat, n-Methylpyrrolidon (NMP), 2-Methoxyethylether (Diglyme), Ethylenglycol-monomethylether, Propylenglycolmonomethylether; Ethyllactat oder Methyllactat, Methylproponiat, Ethylproponiat und Ethylethoxyproponiat, Methylethylketon, Cyclohexanon, 2-Heptanon, Kohlenstoffdioxid, Cyclopentaton, Cyclohexanon, Ethyl-3-ethoxypropionat, Ethyllactat, Propylenglycol Methyletheracetat (PGMEA), Methylencellosolve, Butylacetat, und 2-Ethoxyethanol, N-Methylformamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methylformanilid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid, Benzylethylether, Dihexylether, Acetonylaceton, Isophoron, Capronsäure, Caprylsäure, 1-Octanol, 1-Nonanol, Benzylalkohol, Benzylacetat, Ethylbenzoat, Diethyloxalat, Diethylmaleat, y-Butyrolacton, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Phenylcellosolveacetat oder dergleichen.
Wie jedoch ein Durchschnittsfachmann erkennen wird, sind die oben angeführten und als Beispiel beschriebenen Materialien, die für die Lösemittelkomponente des Fotolacks 111 verwendet werden können, nur eine Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung der Ausführungsformen gedacht. Vielmehr kann jedes geeignete Material, welches das Polymerharz und die PACs auflösen kann, alternativ verwendet werden, um ein Mischen und Aufbringen des Fotolacks 111 zu unterstützen. Alle derartigen Materialien sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
Zusätzlich, während einzelne der oben beschriebenen Materialien als Lösemittel für den Fotolack 111 verwendet werden können, können in alternativen Ausführungsformen mehr als eines der oben beschriebenen Materialien verwendet werden. Zum Beispiel kann das Lösemittel ein Kombinationsgemisch von zwei oder mehr der beschriebenen Materialien umfassen. Alle derartigen Kombinationen sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
Optional kann auch ein Vernetzungsmittel dem Fotolack 111 zugegeben werden. Das Vernetzungsmittel reagiert mit dem Polymerharz innerhalb des Fotolacks 111 nach Belichtung und trägt zur Erhöhung der Vernetzungsdichte des Fotolacks 111 bei, wodurch die Fotolackstruktur und die Beständigkeit gegen Trockenätzen verbessert werden. In einer Ausführungsform kann das Vernetzungsmittel ein Mittel auf Melaminbasis, ein Mittel auf Harnstoffbasis, ein Mittel auf Ethylenharnstoffbasis, ein Mittel auf Glycolurilbasis, ein aliphatischer cyclischer Kohlenwasserstoff mit einer Hydroxylgruppe, einer Hydroxyalkylgruppe oder eine Kombination von diesen, sauerstoffhältige Derivate des aliphatischen cyclischen Kohlenwasserstoffs, Glycolurilverbindungen, veretherte Aminoharze, Kombination von diesen oder dergleichen sein.
Spezielle Beispiele für Materialien, die als Vernetzungsmittel verwendet werden können, enthalten Tetramethylolglycouril (TMGA) und seine Derivate, Melamin, Acetoguanamin, Benzoguanamin, Harnstoff, Ethylenharnstoff oder Glycoluril mit Formaldehyd, Glycoluril mit einer Kombination von Formaldehyd und einem niederen Alkohol, Hexamethoxymethylmelamin, Bismethoxymethylharnstoff, Bismethoxymethylbismethoxyethylenharnstoff, Tetramethoxymethylglycoluril und Tetrabutoxymethylglycoluril, mono-, di-, tri- oder tetra-hydroxymethyliertes Glycoluril, mono-, di-, tri- und/oder tetra-methoxymethyliertes Glycoluril, mono-, di-, tri- und/oder tetraethoxymethyliertes Glycoluril, mono-, di-, tri- und/oder tetra-propoxymethyliertes Glycoluril und mono-, di-, tri- und/oder tetra-butoxymethyliertes Glycoluril, 2,3-Dihydroxy-5-hydroxymethylnorbaman, 2-Hydroxy-5,6-bis(hydroxymethyl)norbaman, Cyclohexandimethanol, 3,4,8(oder 9)-Trihydroxytricyclodecan, 2-Methyl-2-adamantanol, 1,4-Dioxan-2,3-diol und 1,3,5-Trihydroxycyclohexan, Tetramethoxymethylglcoluril, Methylpropyltetramethoxymethylglycoluril und Methylphenyltetramethoxymethylglycoluril, 2,6-bis(Hydroxymethyl)p-cresol, N-Methoxymethyl- oder N-Butoxymethyl-melamin. Zusätzlich enthalten Verbindungen, die durch Reaktion von Formaldehyd oder Formaldehyd und niederen Alkoholen mit Aminogruppen, wie Melamin, Acetoguanamin, Benzoguanamin, Harnstoff, Ethylenharnstoff und Glycoluril, und Substituieren der Wasserstoffatome der Aminogruppe mit Hydroxymethylgruppe oder niederer Alkoxymethylgruppe, wie zum Beispiel Hexymethoxymethylmelamin, Bismethoxymethylharnstoff, Bismethoxymethylbismethoxyethylenharnstoff, Tetramethoxymethylglcyoluril und Tetrabutoxymethylglycoluril, erhalten werden, Copolymere von 3-Chlor-2-hydroxypropylmethacrylat und Methacrylsäure, Copolymere von 3-Chlor-2-hydroxypropylmethcrylat und Cyclohexylmethacrylat und Methacrylsäure, Copolymere von 3-Chlor-2-hydroxypropylmethcrylat und Benzylmethacrylat und Methacrylsäure, Bisphenol A-di(3-Chlor-2- hydroxypropyl)ether, Poly(3-chlor-2-hydroxypropyl)ether eines Phenol-NovolakHarzes, Pentaerythritol-tetra(3-chlor-2-hydroxypropyl)ether, Trimethylolmethan-tri(3-chlor-2-hydroxypropyl)etherphenol, Bisphenol A-di(3-acetoxy-2-hydroxypropyl)ether, Poly(3-acetoxy-2-hydroxypropyl)ether eines Phenol-Novolak-Harzes, Pentaerythritol-tetra(3-acetoxy-2-hydroxypropyl)ether, Pentaerythritol-poly(3-chloracetoxy-2-hydroxypropyl)ether, Trimethylolmethan-tri(3-acetoxy-2-hydroxypropyl)ether, Kombinationen von diesen oder dergleichen.
Zusätzlich hat in der oben unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Ausführungsform, in welcher die nicht abgehende Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 mit dem Vernetzungsmittel verwendet wird, um die sich zersetzende Gruppe 205 einzufangen, das Vernetzungsmittel die folgende Struktur:
wobei R₂₅ Wasserstoff, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇, CH₂CH₃OC₄H₉ ist und wobei R₂₆ eine C1-C4 Kohlenstoffkette ist.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der eine nicht abgehende, sich zersetzende Gruppe (dargestellt in 4 durch den gestrichelten, mit 401 markierten Kasten), direkt an die Kohlenwasserstoff-Hauptkette 201 angebunden ist (z.B. ohne an die hoch ätzbeständigen Reste 203 gebunden zu sein), in der aber die nicht abgehende, sich zersetzende Gruppe 401 eine Struktur hat, die ihr ein Zurückvernetzen zu einer der nicht abgehenden Gruppen mit der Vernetzungsstelle 301 ermöglicht, nachdem sie während der Belichtung und des Backprozesses nach der Belichtung abgespalten wurde. Durch Spalten ändert die sich zersetzende Gruppe 205 innerhalb der nicht abgehenden Sich zersetzenden Gruppe 401 die Löslichkeit des Harzes, aber durch erneutes Anbinden an die Kohlenwasserstoff-Hauptkette 201 bleibt die sich zersetzende Gruppe 205 bei dem Polymerharz, so dass der Prozess ein Schrumpfen oder andere Verluste aufgrund der Entfernung der sich zersetzenden Gruppe 205 verhindern kann.
In dieser Ausführungsform kann die nicht abgehende sich zersetzenden Gruppe 401 ähnlich der sich zersetzenden Gruppe 205 sein (die oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde), die aber modifiziert wurde, um an eine Wiederanbindungsgruppe (dargestellt in 4 durch die mit 403 markierte Bezeichnung G₇) gebunden zu werden. Erfindungsgemäß ist die Wiederanbindungsgruppe 403 H, OH, OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, OC₄H₉, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇, oder CH₂CH₃OC₄H₉.
Zusätzlich zu den Polymerharzen, den PACs, den Lösemitteln, den Vernetzungsmitteln kann der Fotolack 111 auch eine Reihe anderer Zusatzstoffe enthalten, die dazu beitragen, dass der Fotolack 111 die höchste Auflösung erhält. Zum Beispiel kann der Fotolack 111 auch oberflächenaktive Substanzen enthalten, um zu einer Verbesserung der Fähigkeit des Fotolacks 111, die Oberfläche zu beschichten, auf die er aufgetragen wird, beizutragen. In einer Ausführungsform können die oberflächenaktiven Substanzen nicht ionische oberflächenaktive Substanzen, Polymere mit fluorierten aliphatischen Gruppen, oberflächenaktive Substanzen, die wenigstens ein Fluoratom und/oder wenigstens ein Siliziumatom enthalten, Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylen-alkylarylether, Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockcopolymere, Sorbitanfettsäureester, Polyoxyethylensorbitfettsäureester beinhalten.
Spezielle Beispiele für Materialien, die als oberflächenaktive Substanzen verwendet werden können, enthalten Polyoxyethylen-laurylether, Polyoxyethylen-stearylether, Polyoxyethylen-cetylether, Polyoxyethylen oleylether, Polyoxyethylen-octylphenolether, Polyoxyethylen-nonylphenolether, Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitanmonostearat, Sorbitanmonooleat, Sorbitantrioleat, Sorbitantristearat, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylen-sorbitanmonopalmitat, Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylen-sorbitantrioleat, Polyoxyethylen-sorbitantristearat, Polyethylenglycoldistearat, Polyethylenglycoldilaurat, Polyethylenglycoldilaurat, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Polyoxyethylen-stearylether und Polyoxyethylen-cetylether; fluorhaltige kationische oberflächenaktive Substanzen, fluorhaltige nicht ionische oberflächenaktive Substanzen, fluorhaltige anionische oberflächenaktive Substanzen, kationische oberflächenaktive Substanzen und anionische oberflächenaktive Substanzen, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Polyoxyethylen-cetylether, Kombinationen von diesen oder dergleichen.
Ein weiterer Zusatzstoff, der dem Fotolack 111 zugegeben werden kann, ist ein Abschreckmittel, das zur Hemmung der Diffusion der erzeugten Säuren/Basen/freien Radikalen im Fotolack verwendet werden kann, was zur Fotolackstrukturgestaltung wie auch zur Verbesserung der Fähigkeit des Fotolacks 111 im Laufe der Zeit beiträgt. In einer Ausführungsform ist das Abschreckmittel ein Amin wie ein zweites niederes aliphatisches Amin, ein tertiäres, niederes aliphatisches Amin oder dergleichen. Spezielle Beispiele für Amine, die verwendet werden können, enthalten Trimethylamin, Diethylamin, Triethylamin, Di-n-propylamin, Tri-n-propylamin, Tripentylamin, Diethanolamin, und Triethanolamin, Alkanolamin, Kombinationen von diesen oder dergleichen.
Alternativ kann eine organische Säure als Abschreckmittel verwendet werden. Spezielle Ausführungsformen von organischen Säuren, die verwendet werden können, enthalten Malonsäure, Zitronensäure, Apfelsäure, Bernsteinsäure, Benzoesäure, Salicylsäure, Phosphoroxosäure und ihre Derivate wie Phosphorsäure und Derivate davon wie ihre Ester, wie Phosphorsäure, Phosphorsäure-di-n-Butylester und Phosphorsäure-diphenylester; Phosphonsäure und Derivate davon wie ihre Ester, wie Phosphonsäure, Phosphonsäure-dimethylester, Phosphonsäure-di-n-butylester, Phenylphosphonsäure, Phosphonsäure-diphenylester und Phosphonsäure-dibenzylester; und Phosphinsäure und Derivate davon wie ihre Ester, einschließlich Phosphinsäure und Phenylphosphinsäure.
Ein weiterer Zusatzstoff, der dem Fotolack 111 zugegeben werden kann, ist ein Stabilisator, der dazu beiträgt, eine unerwünschte Diffusion der Säuren zu verhindern, die während der Belichtung des Fotolacks 111 erzeugt wurden. In einer Ausführungsform kann der Stabilisator stickstoffhaltige Verbindungen wie aliphatische primäre, sekundäre und tertiäre Amine, cyclische Amine wie Piperidine, Pyrrolidine, Morpholine, aromatische Heterocyclen wie Pyridine, Pyrimidine, Purine, Imine wie Diazabicycloundecen, Guanidine, Imide, Amide und andere enthalten. Alternativ können auch Ammoniumsalze für den Stabilisator verwendet werden, einschließlich Ammonium, primärer, sekundärer, tertiärer und quaternärer Alkyl- und Arylammoniumsalze von Alkoxide, einschließlich Hydroxid, Phenolate, Carboxylate, Aryl- und Alkylsulfonate, Sulfonamide und anderer. Andere kationische stickstoffhaltige Verbindungen, einschließlich Pyridiniumsalze und Salze anderer heterocyclischer stickstoffhaltiger Verbindungen mit Anionen wie Alkoxide, einschließlich Hydroxid, Phenolate, Carboxylate, Aryl- und Alkylsulfonate, Sulfonamid und dergleichen, können ebenso verwendet werden.
Ein anderer Zusatzstoff, der dem Fotolack 111 zugegeben werden kann, kann ein Auflösungshemmer sein, um zur Kontrolle der Auflösung des Fotolacks 111 während der Entwicklung beizutragen. In einer Ausführungsform können Gallensalzester als Auflösungshemmer verwendet werden. Spezielle Beispiele für Materialien, die verwendet werden können, enthalten Cholsäure (IV), Deoxycholsäure (V), Lithocholsäure (VI), t-Butyldeoxycholat (VII), t-Butyllithocholat (VIII), und t-Butyl-3-α-acetyllithocholat (IX).
Ein weiterer Zusatzstoff, der dem Fotolack 111 zugegeben werden kann, kann ein Weichmacher sein. Weichmacher können zur Verringerung der Delaminierung und Rissbildung zwischen dem Fotolack 111 und darunter liegenden Schichten (z.B., der Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll) verwendet werden und können monomere, oligomere und polymere Weichmacher umfassen, wie Oligo-anpolyethylenglycolether, cycloaliphatische Ester, und nicht säurereaktionsfähige, steroid abgeleitete Materialien. Spezielle Beispiele für Materialien, die für die Weichmacher verwendet werden können, enthalten Dioctylphthalat, Didodecylphthalat, Triethylenglycoldicaprylat, Dimethylglycolphthalat, Tricresylphosphat, Dioctyladipat, Dibutylsebacat, Triacetylglycerin und dergleichen.
Adhäsionszusatzstoffe können auch dem Fotolack 111 zur Förderung der Adhäsion zwischen dem Fotolack 111 und einer darunter liegenden Schicht zugegeben werden, auf die der Fotolack 111 aufgebracht wurde (z.B. die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll). In einer Ausführungsform enthalten die Adhäsionszusatzstoffe eine Silanverbindung mit wenigstens einem reaktionsfähigen Substituenten wie einer Carboxylgruppe, einer Methacryloylgruppe, einer Isocyanatgruppe und/oder einer Epoxygruppe. Spezielle Beispiele für die Adhäsionskomponenten enthalten Trimethoxysilylbenzoesäure, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, γ-Isocyanatpropyltriethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, (3-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, Benzimidazole und Polybenzimidazole, ein niederes Hydroxyalkyl-substituiertes Pyridinderivat, eine heterocyclische Stickstoffverbindung, Harnstoff, Thioharnstoff, eine Organophosphorverbindung, 8-Oxychinolin, 4-Hydroxypteridin und -derivat, 1,10-Phenanthrolin und -derivat, 2,2'-Bipyridin und -derivat, Benzotriazole; Organophosphorverbindungen, Phenylendiaminverbindungen, 2-Amino-1-phenylethanol, N-Phenylethanolamin, N-Ethyldiethanolamin, N-Ethylethanolamin und Derivate, Benzothiazol und ein Benzothiazolaminsalz mit einem Cyclohexylring und einem Morpholinring, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3-Mercaptopropyltriethoxysilan, 3-Methacryloyloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Kombinationen von diesen oder dergleichen.
Nivellierungsmittel können zusätzlich dem Fotolack 111 zugegeben werden, die dazu beitragen, dass eine obere Oberfläche des Fotolacks 111 eben ist, so dass einfallendes Licht nicht durch eine unebene Oberfläche nachteilig verändert wird. In einer Ausführungsform können Nivellierungsmittel fluoraliphatische Ester, Hydroxyl-terminierte fluorierte Polyether, fluorierte Ethylenglycolpolymere, Silikone, Acrylpolymer-Nivellierungsmittel, Kombinationen von diesen oder dergleichen enthalten.
In einer Ausführungsform werden das Polymerharz und die PACs, gemeinsam mit sämtlichen gewünschten Zusatzstoffen oder anderen Mitteln dem Lösemittel zum Aufbringen zugegeben. Sobald sie zugegeben sind, wird die Mischung dann gemischt, um eine gleichförmige Zusammensetzung im Fotolack 111 zu erhalten, so dass sichergestellt ist, dass keine Defekte vorhanden sind, die durch ein ungleichmäßiges Mischen oder eine nicht konstante Zusammensetzung des Fotolacks 111 erhalten werden. Nach dem Mischen kann der Fotolack 111 entweder vor seiner Verwendung gelagert oder aber sofort verwendet werden.
Sobald der Fotolack 111 fertig ist, kann er verwendet werden, indem der Fotolack 111 zunächst auf die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, aufgebracht wird. Der Fotolack 111 kann auf die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, so aufgebracht werden, dass der Fotolack 111 eine obere frei liegende Oberfläche der Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, beschichtet, und kann mit einem Prozess wie einem Rotationsbeschichtungsprozess, einem Tauchbeschichtungsverfahren, einem Luftrakelbeschichtungsverfahren, einem Vorhangbeschichtungsverfahren, einem Drahtrakelbeschichtungsverfahren, einem Gravurbeschichtungsverfahren, einem Laminierungsverfahren, einem Extrusionsbeschichtungsverfahren, Kombinationen von diesen oder dergleichen aufgebracht werden. In einer Ausführungsform kann der Fotolack 111 so aufgebracht werden, dass er eine Dicke über der Oberfläche der Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, zwischen etwa 10 nm und etwa 300 nm, wie etwa 150 nm, hat.
Sobald der Fotolack 111 auf die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, aufgetragen ist, wird ein Vorbacken des Fotolacks 111 durchgeführt, um den Fotolack 111 zu härten und zu trocknen, bevor er belichtet wird, um den Auftrag des Fotolacks 111 fertigzustellen. Das Härten und Trocknen des Fotolacks 111 entfernt die Lösemittelkomponente, während das Polymerharz, die PACs, das Vernetzungsmittel 307 und die anderen gewählten Zusatzstoffe zurückbleiben. In einer Ausführungsform kann das Vorbacken bei einer Temperatur durchgeführt werden, die zum Verdampfen des Lösemittels geeignet ist, wie zwischen etwa 50 °C und 250 °C, obwohl die präzise Temperatur von den Materialien abhängig ist, die für den Fotolack 111 gewählt werden. Das Vorbacken wird über eine ausreichende Zeit ausgeführt, um den Fotolack 111 zu härten und zu trocken, wie zwischen etwa 10 Sekunden bis etwa 5 Minuten, wie etwa 90 Sekunden.
5 zeigt eine Belichtung des Fotolacks 111 zur Bildung einer belichteten Region 201 und einer unbelichteten Region 203 im Fotolack 111. In einer Ausführungsform kann die Belichtung durch Anordnen der Halbleitervorrichtung 100 und des Fotolacks 111, sobald dieser gehärtet und getrocknet ist, in einer Bildgebungsvorrichtung 500 zur Belichtung eingeleitet werden. Die Bildgebungsvorrichtung 500 kann eine Trägerplatte 505, eine Energiequelle 507, eine strukturierte Maske 509 zwischen der Trägerplatte 505 und der Energiequelle 507 und eine Optik 513 umfassen. In einer Ausführungsform ist die Trägerplatte 505 eine Oberfläche, auf der die Halbleitervorrichtung 100 und der Fotolack 111 angeordnet oder befestigt werden können und die für eine Halterung und Kontrolle der Trägerschicht 101 während der Belichtung des Fotolacks 111 sorgt. Zusätzlich kann die Trägerplatte 505 entlang einer oder mehrerer Achsen beweglich sein, wie auch jede gewünschte Erwärmung oder Kühlung an der Trägerschicht 101 und dem Fotolack 111 vorsehen, um zu verhindern, dass Temperaturgradienten den Belichtungsprozess beeinträchtigen.
In einer Ausführungsform liefert die Energiequelle 507 Energie 511 wie Licht zum Fotolack 111, um eine Reaktion der PACs auszulösen, wodurch wiederum eine Reaktion mit dem Polymerharz erfolgt, um jene Teile des Fotolacks 111 chemisch zu verändern, auf welche die Energie 511 auftrifft. In einer Ausführungsform kann die Energie 511 elektromagnetische Strahlung sein, wie g-Strahlen (mit einer Wellenlänge von etwa 436 nm), i-Strahlen (mit einer Wellenlänge von etwa 365 nm), Ultraviolettstrahlung, Fernultraviolettstrahlung, Extremultraviolettstrahlung, x-Strahlen, Elektronenstrahlen oder dergleichen. Die Energiequelle 507 kann eine Quelle der elektromagnetischen Strahlung sein und kann ein KrF Excimerlaserlicht (mit einer Wellenlänge von 248 nm), ein ArF Excimerlaserlicht (mit einer Wellenlänge von 193 nm), ein F₂ Excimerlaserlicht (mit einer Wellenlänge von 157 nm) oder dergleichen sein, obwohl jede andere geeignete Quelle der Energie 511, wie Quecksilberdampflampen, Xenonlampen, Kohlenstoffbogenlampen oder dergleichen, alternativ verwendet werden können.
Die strukturierte Maske 509 befindet sich zwischen der Energiequelle 507 und dem Fotolack 111 zur Blockierung von Teilen der Energie 511 zur Bildung einer strukturierten Energie 515, bevor die Energie 511 tatsächlich auf den Fotolack 111 auftrifft. In einer Ausführungsform kann die strukturierte Maske 509 eine Reihe von Schichten (z.B., Trägerschicht, Absorbierungsschichten, Antireflexionsbeschichtungsschichten, Abschirmungsschichten, usw.) umfassen, die Teile der Energie 511 reflektieren, absorbieren oder auf andere Weise blockieren, so dass sie die Teile des Fotolacks 111 nicht erreichen, die nicht belichtet werden sollen. Die gewünschte Struktur kann in der strukturierten Maske 509 durch Bildung von Öffnungen durch die strukturierte Maske 509 in der gewünschten Beleuchtungsform gebildet werden.
Optik (dargestellt in 5 durch das mit 513 markierte Trapezoid) kann zum Konzentrieren, Erweitern, Reflektieren oder andersartiges Kontrollieren der Energie 511 verwendet werden, wenn diese die Energiequelle 507 verlässt, von der strukturierten Maske 509 in eine Struktur gebracht wird und auf den Fotolack 111 gerichtet wird. In einer Ausführungsform umfasst die Optik 513 ein/ein/einen oder mehrere Linsen, Spiegel, Filter, Kombinationen von diesen oder dergleichen zur Kontrolle der Energie 511 entlang ihres Pfades. Zusätzlich, während die Optik 513 in 5 zwischen der strukturierten Maske 509 und dem Fotolack 111 angeordnet dargestellt ist, können Elemente der Optik 513 (z.B. einzelne Linsen, Spiegel, usw.) auch an jeder Stelle zwischen der Energiequelle 507 (wo die Energie 511 erzeugt wird) und dem Fotolack 111 angeordnet sein.
In einer Ausführungsform wird die Halbleitervorrichtung 100 mit dem Fotolack 111 auf der Trägerplatte 505 angeordnet. Sobald die Struktur mit der Halbleitervorrichtung 100 ausgerichtet ist, erzeugt die Energiequelle 507 die gewünschte Energie 511 (z.B. Licht), die auf ihrem Weg zum Fotolack 111 durch die strukturierte Maske 509 und die Optik 513 geht. Die strukturierte Energie 515, die auf Teile des Fotolacks 111 auftrifft, löst eine Reaktion der PACs im Fotolack 111 aus. Die chemischen Reaktionsprodukte der Absorption der strukturierten Energie 515 (z.B. Säuren/Basen/freie Radikale) durch die PACs reagieren dann mit dem Polymerharz, wodurch der Fotolack 111 in jenen Teilen chemisch verändert wird, die durch die strukturierte Maske 509 beleuchtet wurden.
Alternativ können zur Strukturbildung beim Fotolack 111 mehrere Belichtungen verwendet werden. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform der Fotolack 111 ein erstes Mal mit einer ersten Energiewellenlänge, wie 254 nm, belichtet werden. Dann, nach der ersten Belichtung kann der Fotolack 111 ein zweites Mal bei einer zweiten Wellenlänge, wie 193 nm, belichtet werden. Es kann alternativ jede Anzahl von Belichtungen mit jeder Kombination von Wellenlängen verwendet werden und alle diese Anzahlen und Kombinationen sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen enthalten sein.
6A zeigt ein spezielles Beispiel, in dem die strukturierte Energie 515 eine 193 nm Wellenlänge von Licht ist, der PAC ein Fotosäuregenerator ist und das Fotolackharz die sich zersetzende Gruppe 205 umfasst, die anfänglich an den hoch ätzbeständigen Rest 203 gebunden ist (wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben). In dieser Ausführungsform trifft die strukturierte Energie 515 auf den Fotosäuregenerator und der Fotosäuregenerator absorbiert die auftreffende strukturierte Energie 515. Diese Absorption veranlasst den Fotosäuregenerator, ein Proton (z.B. ein H+ Atom) in dem Fotolack 111 zu erzeugen. Wenn das Proton auf die sich zersetzende Gruppe 205 auftrifft, reagiert das Proton mit der sich zersetzenden Gruppe 205, wodurch die sich zersetzende Gruppe 205 von dem hoch ätzbeständigen Rest 203 abspaltet und die Eigenschaften des Polymerharzes verändert, um das Polymerharz zu veranlassen, hydrophiler zu werden und seine Löslichkeit in organischen Lösemitteln (wie einem Negativentwickler, der unten in Bezug auf 7 erörtert wird) zu verringern.
Die sich zersetzende Gruppe entgast dann vom Fotolack 111 entweder sofort während des Belichtungsprozesses oder aber während des Backprozesses nach der Belichtung (in der Folge beschrieben). Der hoch ätzbeständige Rest 203 spaltet sich aber nicht vom Polymer ab. Als solches bleibt der hoch ätzbeständige Rest 203 zurück, sobald die sich zersetzende Gruppe 205 abgespalten hat, und die Ätzbeständigkeit des Fotolacks 111 kann bewahrt bleiben.
6B zeigt eine alternative Ausführungsform, in der der Fotolack 111 das Polymerharz mit der nicht abgehenden Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301, die sich zersetzende Gruppe 205 (wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben) und das Vernetzungsmittel (dargestellt in 6B mit der 604 markierten Bezeichnung G₇) enthält. In dieser Ausführungsform trifft die strukturierte Energie 515 von der Belichtung auf die PACs und erzeugt die Protonen, die dann sowohl mit der sich zersetzenden Gruppe 205 (sie zum Spalten veranlassen) wie auch mit der nicht abgehenden Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 und dem Vernetzungsmittel 601 reagieren, wodurch das Vernetzungsmittel 601 mit verschiedenen der Polymere im Harz bindet. Eine solche Vernetzung erhöht die Dichte des Polymers.
Zusätzlich wird aufgrund der erfolgten Vernetzung die nun abgespaltene, sich zersetzende Gruppe 205 in den vernetzten Polymeren eingefangen. Als solches ist die sich zersetzende Gruppe 205 nicht imstande, vom Fotolack 111 zu entgasen und zu entweichen, was sonst der Fall wäre. Durch Verhindern dieser Entgasung kann auch der Verlust der Masse vom Fotolack 111 verhindert werden, was dazu beiträgt, die Menge an Schrumpfung zu verringern, die während des Prozesses auftritt.
Wie jedoch ein Durchschnittsfachmann erkennen wird, ist die oben beschriebene Vernetzung nicht die einzige Vernetzung, die stattfindet. Vielmehr vernetzen tatsächlich viele verschiedene Stellen innerhalb der Polymerharze ebenso. Zum Beispiel kann eine sich zersetzende Gruppe 205, anstatt zersetzt zu werden und abzugehen, mit einer anderen sich zersetzenden Gruppe 205, einer anderen nicht abgehenden Gruppe mit der Vernetzungsstelle 301 oder einer offenen Carbonsäuregruppe (die z.B. gebildet wird, nachdem eine andere sich zersetzende Gruppe 205 abgespalten wurde; siehe z.B. 6A) auf einem anderen Polymer reagieren, um die Polymere zu vernetzen. Zusätzlich kann jede andere geeignete nicht abgehende Gruppe auf der Polymer-Hauptkette mit z.B. einer anderen nicht abgehenden Gruppe oder Carbonsäuregruppe zur Vernetzung der Polymere reagieren.
6C zeigt eine andere Ausführungsform, in der der Fotolack 111 die sich wieder anbindende, sich zersetzende Gruppe 401 umfasst (wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben). In dieser Ausführungsform trifft die strukturierte Energie 515 von der Belichtung auf die PACs und erzeugt die Protonen, die dann mit der wieder anbindenden sich zersetzenden Gruppe 401 reagieren und sie von der Kohlenwasserstoff-Hauptkette 201 abspalten. Die Protonen reagieren jedoch auch mit der Wiederanbindungsgruppe 403, was bewirkt, dass die Wiederanbindungsgruppe 403 als Vernetzungsmittel wirkt und an eine der nicht abgehenden Gruppen mit der Vernetzungsstelle 301 bindet. Indem die sich zersetzende Gruppe veranlasst wird, wieder an das Harz anzubinden, entgast die sich zersetzende Gruppe 205 nicht und verlässt den Fotolack 111 nicht. Als solches kommt es zu einem geringeren Masseverlust und einer gesamten Verringerung im Materialverlust vom Fotolack 111, was dazu beiträgt, ein Schrumpfen des Fotolacks 111 zu verhindern.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann die Belichtung des Fotolacks 111 optional unter Verwendung einer Immersionslithografietechnik erfolgen. Bei einer solchen Technik kann ein Immersionsmedium (in 5 nicht gesondert dargestellt) zwischen der Bildgebungsvorrichtung 500 (und insbesondere zwischen einer abschließenden Linse der Optik 513) und dem Fotolack 111 angeordnet werden. Sobald dieses Immersionsmedium platziert ist, kann der Fotolack 111 mit der strukturierten Energie 515, die durch das Immersionsmedium geht, mit einer Struktur versehen werden.
In dieser Ausführungsform kann eine Schutzschicht (ebenso in 5 nicht gesondert dargestellt) über dem Fotolack 111 gebildet werden, um zu verhindern, dass das Immersionsmedium mit dem Fotolack 111 in direkten Kontakt gelangt und den Fotolack 111 auslaugt oder auf andere Weise nachteilig beeinträchtigt. In einer Ausführungsform ist die Schutzschicht in dem Immersionsmedium unlöslich, so dass das Immersionsmedium sie nicht auflöst, und ist in dem Fotolack 111 unmischbar, so dass die Schutzschicht den Fotolack 111 nicht nachteilig beeinträchtigt. Zusätzlich ist die Schutzschicht transparent, so dass die strukturierte Energie 515 durch die Schutzschicht gehen kann.
In einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht ein Schutzschichtharz in einem Schutzschichtlösemittel. Das Material, das für das Schutzschichtlösemittel verwendet wird, hängt wenigstens teilweise von den Komponenten ab, die für den Fotolack 111 gewählt werden, da das Schutzschichtlösemittel die Materialien des Fotolacks 111 nicht auflösen sollte, um eine Verschlechterung des Fotolacks 111 während des Aufbringens und der Verwendung der Schutzschicht zu vermeiden. In einer Ausführungsform enthält das Schutzschichtlösemittel Alkohollösemittel, fluorierte Lösemittel und Kohlenwasserstofflösemittel.
Spezielle Beispiele für Materialien, die für das Schutzschichtlösemittel verwendet werden können, enthalten Methanol, Ethanol, 1-Propanol, Isopropanol, n-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-2-propanol, 3-Methyl-1-butanol, Isobutylalkohol, tert-Butylalkohol, 1-Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, n-Hexanol, Cyclohexanol, 1-Hexanol, 1-Heptanol, 1-Octanol, 2-Hexanol, 2-Heptanol, 2-Octanol, 3-Hexanol, 3-Heptanol, 3-Octanol, 4-Octanol, 2-Methyl-2-butanol, 3-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-2-butanol, 2-Methyl-1-butanol, 2-Methyl-1-pentanol, 2-Methyl-2-pentanol, 2-Methyl-3-pentanol, 3-Methyl-1-pentanol, 3-Methyl-2-pentanol, 3-Methyl-3-pentanol, 4-Methyl-1-pentanol, 4-Methyl-2-pentanol, 2,2,3,3,4,4-Hexafluor-1-butanol, 2,2,3,3,4,4,5,5-Octafluor-1-pentanol, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-Decafluor-1-hexanol, 2,2,3,3,4,4-Hexafluor-1,5-pentandiol, 2,2,3,3,4,4,5,5-Octafluor-1,6-hexandiol, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-Dodecafluor-1,8-diol, 2-Fluoranisol, 2,3-Difluoranisol, Perfluorhexan, Perfluorheptan, Perfluor-2-pentanon, Perfluor-2-butyltetrahydrofuran, Perfluortetrahydrofuran, Perfluortributylamin, Perfluortetrapentylamin, Toluol, Xylol und Anisol und aliphatische Kohlenwasserstofflösemittel, wie n-Heptan, n-Nonan, n-Octan, n-Decan, 2-Methylheptan, 3-Methylheptan, 3,3-Dimethylhexan, 2,3,4-Trimethylpentan, Kombinationen von diesen oder dergleichen.
Das Schutzschichtharz kann eine Schutzschichtwiederholungseinheit umfassen. In einer Ausführungsform kann die Schutzschichtwiederholungseinheit ein Acrylharz mit einer sich wiederholenden Kohlenwasserstoffstruktur mit einer Carboxylgruppe, einer alicyclischen Struktur, einer Alkylgruppe mit ein bis fünf Kohlenstoffatomen, einer Phenolgruppe oder einer Fluoratom-haltigen Gruppe sein. Spezielle Beispiele für die alicyclische Struktur enthalten eine Cyclohexylgruppe, eine Adamantylgruppe, eine Norbornylgruppe, eine Isobornylgruppe, eine Tricyclodecylgruppe, eine Tetracyclododecylgruppe und dergleichen. Spezielle Beispiele der Alkylgruppe enthalten eine n-Butylgruppe, ein Isobutylgruppe oder dergleichen. Es kann jedoch alternativ jedes geeignete Schutzschichtharz verwendet werden.
Die Schutzschichtzusammensetzung kann auch zusätzliche Zusatzstoffe enthalten, um Anliegen wie Adhäsion, Oberflächennivellierung, Beschichtung und dergleichen zu unterstützen. Zum Beispiel kann die Schutzschichtzusammensetzung ferner eine oberflächenaktive Substanz für die Schutzschicht enthalten, obwohl andere Zusatzstoffe ebenso zugegeben werden können und alle solchen Zugaben sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsform liegen. In einer Ausführungsform kann die oberflächenaktive Substanz der Schutzschicht ein kationisches oberflächenaktives Alkyl, eine quaternäre kationische oberflächenaktive Substanz vom Amidtyp, eine quaternäre kationische oberflächenaktive Substanz vom Estertyp, ein oberflächenaktives Aminoxid, ein oberflächenaktives Betain, ein oberflächenaktives Alkoxylat, ein oberflächenaktiver Fettsäureester, ein oberflächenaktives Amid, ein oberflächenaktiver Alkohol, ein oberflächenaktives Ethylendiamin oder eine Fluor und/oder Silizium enthaltende oberflächenaktive Substanz sein.
Spezielle Beispiele für Materialien, die für die oberflächenaktive Substanz der Schutzschicht verwendet werden können enthalten Polyoxyethylenalkylether, wie Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylencetylether und Polyoxyethylenoleylether; Polyoxyethylenalkylarylether, wie Polyoxyethylenoctylphenolether und Polyoxyethylennonylphenolether; Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockcopolymere; Sorbitanfettsäureester, wie Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitanmonostearat, Sorbitanmonooleat, Sorbitantrioleat und Sorbitantristearat; und Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylensorbitanmonopalmitat, Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylensorbitantrioleat und Polyoxyethylensorbitantristearat.
Vor dem Aufbringen der Schutzschicht auf den Fotolack 111 werden das Schutzschichtharz und gewünschte Zusatzstoffe zuerst dem Schutzschichtlösemittel zur Bildung einer Schutzschichtzusammensetzung zugegeben. Das Schutzschichtlösemittel wird dann gemischt um sicherzustellen, dass die Schutzschichtzusammensetzung eine beständige Konzentration in der gesamten Schutzschichtzusammensetzung hat.
Sobald die Schutzschichtzusammensetzung zum Aufbringen fertig ist, kann die Schutzschichtzusammensetzung über dem Fotolack 111 aufgebracht werden. In einer Ausführungsform kann das Aufbringen dann unter Verwendung eines Prozesses wie eines Rotationsbeschichtungsprozesses, eine Tauchbeschichtungsverfahrens, eines Luftrakelbeschichtungsverfahrens, eines Vorhangbeschichtungsverfahrens, eines Drahtrakelbeschichtungsverfahrens, eines Gravurbeschichtungsverfahrens, eines Laminierungsverfahrens, eines Extrusionsbeschichtungsverfahrens, Kombinationen von diesen oder dergleichen durchgeführt werden. In einer Ausführungsform kann der Fotolack 111 so aufgetragen werden, dass er eine Dicke über der Oberfläche des Fotolacks 111 von etwa 100 nm hat.
Sobald die Schutzschichtzusammensetzung auf den Fotolack 111 aufgebracht wurde, kann ein Vorbacken der Schutzschicht durchgeführt werden, um das Schutzschichtlösemittel zu entfernen. In einer Ausführungsform kann das Vorbacken der Schutzschicht bei einer Temperatur durchgeführt werden, die zum Verdampfen des Schutzschichtlösemittels geeignet ist, wie zwischen etwa 40 °C und 150 °C, obwohl die präzise Temperatur von den Materialien abhängt, die für die Schutzschichtzusammensetzung gewählt wurden. Das Vorbacken der Schutzschicht wird über eine ausreichende Zeit durchgeführt, um die Schutzschichtzusammensetzung zu härten und zu trocknen, wie zwischen etwa 10 Sekunden bis etwa 5 Minuten, wie etwa 90 Sekunden.
Sobald die Schutzschicht über dem Fotolack 111 angeordnet ist, wird die Halbleitervorrichtung 100 mit dem Fotolack 111 und der Schutzschicht auf der Trägerplatte 505 angeordnet und das Immersionsmedium kann zwischen der Schutzschicht und der Optik 513 angeordnet werden. In einer Ausführungsform ist das Immersionsmedium eine Flüssigkeit mit einem Brechungsindex, der größer als jener der umgebenden Atmosphäre ist, wie mit einem Brechungsindex größer 1. Beispiele für das Immersionsmedium können Wasser, Öl, Glycerin, Glycerol, Cycloalkanole oder dergleichen enthalten, obwohl alternativ jedes geeignete Medium verwendet werden kann.
Die Anordnung des Immersionsmediums zwischen der Schutzschicht und der Optik 513 kann z.B. unter Verwendung eines Luftrakelverfahrens erfolgen, wobei frisches Immersionsmedium auf eine Region zwischen der Schutzschicht und der Optik 513 aufgebracht wird und mit Druckgas kontrolliert wird, das auf die Schutzschicht gerichtet ist, um eine Barriere zu bilden und ein Ausbreiten des Immersionsmediums zu verhindern. In dieser Ausführungsform kann das Immersionsmedium aufgebracht, verwendet und von der Schutzschicht zur Wiederverwertung entfernt werden, so dass für den eigentlichen Bildgebungsprozess frisches Immersionsmedium verwendet wird.
Das oben beschriebene Luftrakelverfahren ist jedoch nicht das einzige Verfahren, durch das der Fotolack 111 mit Hilfe eines Immersionsverfahrens belichtet werden kann. Es kann jedes andere geeigneten Verfahren zur Bildgebung auf dem Fotolack 111 unter Verwendung eines Immersionsmediums verwendet werden, wie eine Immersion der gesamten Trägerschicht 101 gemeinsam mit dem Fotolack 111 und der Schutzschicht, Verwendung fester Barrieren anstelle von gasförmigen Barrieren oder es kann auch ein Immersionsmedium ohne Schutzschicht verwendet werden. Jedes geeignete Verfahren zur Belichtung des Fotolacks 111 durch das Immersionsmedium kann verwendet werden und alle derartigen Verfahren sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
Sobald der Fotolack 111 mit der strukturierten Energie 515 belichtet ist, kann ein Backen nach der Belichtung verwendet werden, um zum Erzeugen, Dispergieren und Reagieren der Säure/der Base/des freien Radikals beizutragen, die/das beim Auftreffen der strukturierten Energie 515 auf die PACs während der Belichtung erzeugt werden. Eine solche Unterstützung trägt dazu bei, chemische Reaktionen zu erzeugen oder zu verstärken, die chemische Unterschiede zwischen den belichteten Region 201 und den unbelichteten Region 203 im Fotolack 111 erzeugen. Diese chemischen Unterschiede erzeugen auch Unterschiede in der Löslichkeit zwischen der belichteten Region 201 und der unbelichteten Region 203. In einer Ausführungsform kann dieses Backen nach der Belichtung bei Temperaturen zwischen etwa 50 °C und etwa 160 °C über einen Zeitraum von etwa 40 Sekunden bis etwa 120 Sekunden erfolgen.
Zusätzlich kann das Backen nach der Belichtung zusätzlich zum Erzeugen, Dispergieren und Reagieren der Säure/Base/freien Radikale verwendet werden, um die Vernetzung der Polymere einzuleiten oder zu verstärken. In dieser Ausführungsform können die Temperaturen zwischen etwa 70 °C und etwa 300 °C, wie zwischen etwa 80 °C und etwa 150 °C, für einen Zeitraum von etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden liegen.
Alternativ kann anstelle eines einzigen Backprozesses, wie oben beschrieben, das Backen nach der Belichtung in einem zweistufigen Backprozess ausgeführt werden. In dieser Ausführungsform kann der erste Schritt des Backprozesses bei einer Temperatur zwischen etwa 80 °C und etwa 120 °C, wie bei etwa 110 °C, für einen Zeitraum von etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden, wie etwa 60 Sekunden ausgeführt werden. Nach Vollendung des ersten Schritts kann ein zweiter Backprozess bei einer Temperatur zwischen etwa 80 °C und etwa 120 °C, wie bei etwa 90 °C, für einen Zeitraum von etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden, wie etwa 60 Sekunden ausgeführt werden.
7 zeigt eine Entwicklung des Fotolacks 111 mit der Verwendung eines Entwicklers 701, nachdem der Fotolack 111 belichtet wurde. Nachdem der Fotolack 111 belichtet wurde und das Backen nach der Belichtung erfolgt ist, kann der Fotolack 111 unter Verwendung entweder eines Negativentwicklers oder eines Positiventwicklers entwickelt werden, abhängig von der gewünschten Struktur für den Fotolack 111. In einer Ausführungsform, in der die unbelichtete Region 503 des Fotolacks 111 entfernt werden soll, um einen Negativ zu erzeugen, kann ein Negativentwickler, wie ein organisches Lösemittel oder kritisches Fluid zur Entfernung jener Teile des Fotolacks 111 verwendet werden, die nicht mit der strukturierten Energie 515 belichtet wurden und die als solche ihre ursprüngliche Löslichkeit bewahrt haben. Spezielle Beispiele für Materialien, die verwendet werden können, enthalten Kohlenwasserstofflösemittel, Alkohollösemittel, Etherlösemittel, Esterlösemittel, kritische Fluida, Kombinationen von diesen oder dergleichen. Spezielle Beispiele für Materialien, die für das Negativlösemittel verwendet werden können, enthalten, Hexan, Heptan, 2-Heptanon, n-Butylacetat, Octan, Toluol, Xylol, Dichlormethan, Chlorform, Kohlenstofftetrachlorid, Trichlorethylen und Trichlorethylen, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, kritisches Kohlenstoffdioxid, Diethylether, Dipropylether, Dibutylether, Ethylvinylether, Dioxan, Propylenoxid, Tetrahydrofuran, Cellosolve, Methylcellosolve, Butylcellosolve, Methylcarbitol, Diethylenglycolmonoethylether, Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Isophoron, Cyclohexanon, Methylacetat, Ethylacetat, Propylacetat, Butylacetat, Pyridin, Formamid, N,N-Dimethylformamid oder dergleichen.
Wenn eine Positiventwicklung erwünscht ist, kann ein Positiventwickler, wie eine basische wässrige Lösung, zur Entfernung jener Teile des Fotolacks 111 verwendet werden, die mit der strukturierten Energie 515 belichtet wurden und deren Löslichkeit durch die chemischen Reaktionen modifiziert und verändert wurde. Solche basischen wässrigen Lösungen können Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), Tetrabutylammonumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Natriumsilicat, Natriummetasilicat, wässriges Ammoniak, Monomethylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Monoethylamin, Diethylamin, Triethylamin, Monoisopropylamin, Diisopropylamin, Triisopropylamin, Monobutylamin, Dibutylamin, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin,, Dimethylaminoethanol, Diethylaminoethanol, Ammoniak, Ätznatron, Kalilauge, Natriummetasilicat, Kaliummetasilicat, Natriumcarbonat, Tetraethylammoniumhydroxid, Kombinationen von diesen oder dergleichen enthalten.
Wie ein Durchschnittsfachmann jedoch erkennen wird, soll die vorangehende Beschreibung von Positiventwicklern und Negativentwicklern nur veranschaulichend sein und die Ausführungsformen nicht nur auf die oben angeführten Entwickler begrenzen. Vielmehr kann jede geeignete Art von Entwickler, einschließlich Säureentwickler oder sogar Wasserentwickler, die zum selektiven Entfernen eines Teils des Fotolacks 111 verwendet werden kann, der eine andere Eigenschaft (z.B. Löslichkeit) als ein anderer Teil des Fotolacks 111 hat, alternativ verwendet werden, und alle solche Entwickler sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
In einer Ausführungsform, in der eine Immersionslithografie zum Belichten des Fotolacks 111 verwendet wird und eine Schutzschicht zum Schützen des Fotolacks 111 vor dem Immersionsmedium verwendet wird, kann der Entwickler 701 so gewählt werden, dass er nicht nur jene Teile des Fotolacks 111 entfernt, die entfernt werden sollen, sondern auch so gewählt werden, dass er die Schutzschicht in demselben Entwicklungsschritt entfernt. Alternativ kann die Schutzschicht in einem separaten Prozess, wie durch ein separates Lösemittel oder sogar einen Ätzprozess zur Entfernung der Schutzschicht vom Fotolack 111 vor der Entwicklung, vom Entwickler 701 entfernt werden.
7 zeigt ein Aufbringen des Entwicklers 701 auf den Fotolack 111 unter Verwendung z.B. eines Rotationsprozesses. In diesem Prozess wird der Entwickler 701 auf den Fotolack 111 von oberhalb des Fotolacks 111 aufgebracht, während die Halbleitervorrichtung 100 (und der Fotolack 111) gedreht wird. In einer Ausführungsform kann der Entwickler 701 bei einer Strömungsrate von etwa 10 ml/min bis etwa 2000 ml/min , wie etwa 1000 ml/min, zugeführt werden, während die Halbleitervorrichtung 100 bei einer Drehzahl von etwa 100 U/min bis etwa 3500 U/min, wie etwa 1500 U/min gedreht wird. In einer Ausführungsform kann der Entwickler 701 bei einer Temperatur zwischen etwa 10 °C und etwa 80 °C, wie etwa 50 °C, sein und die Entwicklung kann etwa 1 Minute bis etwa 60 Minuten, wie etwa 30 Minuten, fortgesetzt werden.
Während das hier beschriebene Rotationsverfahren ein geeignetes Verfahren zur Entwicklung des Fotolacks 111 nach der Belichtung ist, soll es nur veranschaulichend sein und soll die Ausführungsform nicht begrenzen. Vielmehr kann alternativ jedes geeignete Verfahren zur Entwicklung verwendet werden, einschließlich Tauchprozesse, Puddle-Prozesse und Aufsprühverfahren, Kombinationen von diesen oder dergleichen. Alle solche Entwicklungsprozesse sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
7 zeigt einen Querschnitt des Entwicklungsprozesses, in dem ein Negativentwickler verwendet wird. Wie dargestellt, wird der Entwickler 701 auf den Fotolack 111 aufgebracht und löst den unbelichteten Teil 603 des Fotolacks 111 auf. Dieses Auflösen und Entfernen des unbelichteten Teils 603 des Fotolacks hinterlässt eine Öffnung im Fotolack 111, die den Fotolack 111 in der Form der strukturierten Energie 515 mit einer Struktur versieht, wodurch die Struktur der strukturierten Maske 509 auf den Fotolack 111 übertragen wird.
Durch Verwendung der hier beschriebenen Ausführungsformen kann jedoch das Ausmaß an Masseverlust und Schrumpfung verringert werden. Zum Beispiel kann durch Verwendung der hier beschriebenen Ausführungsformen der gesamte Filmverlust um etwa 20 % verringert werden, während das Schrumpfen durch das Backen nach der Belichtung um etwa 10 % verringert werden kann. Als solches kann der Kontrast verbessert werden, wobei der Auflösungskontrast für eine Negativentwicklung verringert ist, während die Ätzbeständigkeit für eine Negativentwicklung verbessert ist, so dass sie ähnlich einer Positiventwicklung ist. Zusätzlich können die mechanischen Eigenschaften des Fotolacks 111, wie sein Molekulargewicht, seine Übergangstemperatur (Tg), seine Lösemittelbeständigkeit, verbessert werden.
8 zeigt eine Entfernung des Entwicklers 701 und des Fotolacks 111, nachdem er mit dem Entwickler 701 entwickelt wurde. In einer Ausführungsform kann der Entwickler 701 z.B. durch einen Rotationsprozess entfernt werden, obwohl jede geeignete Entfernungstechnik alternativ verwendet werden kann. Sobald der Fotolack 111 entwickelt ist, kann eine zusätzliche Bearbeitung an der Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, durchgeführt werden, während der Fotolack 111 vor Ort ist. Als ein Beispiel kann ein reaktiver Ionenätz- oder anderer Ätzprozess verwendet werden, um die Struktur des Fotolacks 111 auf die darunter liegende Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, zu übertragen. Alternativ kann in einer Ausführungsform, in der die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, eine Keimschicht ist, die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, plattiert werden, um z.B. eine Kupfersäule oder eine andere leitende Struktur in der Öffnung des Fotolacks 111 zu bilden. Jede geeignete Bearbeitung, egal ob additiv oder subtraktiv, die durchgeführt werden kann, während der Fotolack 111 vor Ort ist, kann durchgeführt werden und sämtliche solcher zusätzlichen Bearbeitungen sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
Sobald die Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, unter Verwendung des Fotolacks 111 mit einer Struktur versehen wurde, kann der Fotolack von der Schicht 109, die mit einer Struktur versehen werden soll, entfernt werden (nicht gesondert in 8 dargestellt). In einer Ausführungsform kann ein Veraschungsprozess verwendet werden, um den Fotolack 111 zu entfernen, wobei die Temperatur des Fotolacks 111 erhöht wird, um einen thermischen Abbau des Fotolacks 111 zu verursachen, der dann mittels einer Reinigungsprozedur wie einer Spülung entfernt werden kann. Alternativ können die Fotolacke 111 z.B. mit einem Nassätzprozess entfernt werden. Es kann jedes geeignete Verfahren zur Entfernung des Fotolacks 111 verwendet werden und alle solche Verfahren sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
9 zeigt eine andere Ausführungsform, in der der Fotolack 111 gemeinsam mit einer unteren Antireflexionsbeschichtungs- (BARC) Schicht 901 und einer mittleren Schicht 903 verwendet wird. Die BARC-Schicht 901, wie ihr Name vermuten lässt, hat eine andere optische Eigenschaft als der Fotolack 111, die zur Vermeidung der unkontrollierten und ungewünschten Reflexion von Energie (z.B. Licht) dient, ein Licht, das während einer Belichtung des Fotolacks 111 in den darüber liegenden Fotolack 111 zurückgeht, wodurch verhindert wird, das Reflexionslicht Reaktionen in einer ungewünschten Region des Fotolacks 111 verursacht. Zum Beispiel kann die BARC-Schicht 901 einen anderen Brechungsindex (n), einen anderen Extinktionskoeffizienten (k) oder Dickewert (T) als der Fotolack 111 haben. Zusätzlich kann die BARC-Schicht 901 zum Vorsehen einer ebenen Oberfläche verwendet werden, was dazu beiträgt, die negativen Wirkungen der Energie zu verringern, die in einem Winkel auftrifft.
In dieser Ausführungsform kann die BARC-Schicht 901 eine Dicke T zwischen etwa 1000 Ä und etwa 2600 Ä haben, die mittlere Schicht 903 kann eine Dicke T zwischen etwa 200 Ä und etwa 500 Ä haben und der Fotolack 11 kann eine Dicke T zwischen etwa 500 Ä und etwa 1500 Ä haben. Diese Dicken sollen jedoch veranschaulichend sein und sollen die Ausführungsformen nicht einschränken. Vielmehr kann alternativ jede geeignete Dicke für die BARC-Schicht 901, die mittlere Schicht 903 und den Fotolack 111 verwendet werden und alle solchen Dicken sollen zur Gänze im Schutzumfang der vorliegenden Ausführungsformen enthalten sein.
In einer Ausführungsformen umfasst die BARC-Schicht 901 ein Polymerharz, einen Katalysator und ein Vernetzungsmittel, die alle in ein BARC-Lösemittel zur Dispersion eingebracht werden. Das Polymerharz kann ein Polymer mit verschiedenen, aneinander gebundenen Monomeren umfassen. In einer Ausführungsform kann das Polymer verschiedene Monomere umfassen, wie ein Vernetzungsmittel und ein Monomer mit Chromophoreinheiten. In einer Ausführungsform kann das Monomer mit der Chromophoreinheit Vinylverbindungen umfassen, die substituiertes und unsubstituiertes Phenyl, substituiertes und unsubstituiertes Anthracyl, substituiertes und unsubstituiertes Phenanthryl, substituiertes und unsubstituiertes Naphthyl, substituiertes und unsubstituiertes Acridin, substituiertes und unsubstituiertes Chinolinyl und ring-substituierte Chinolinyle (z.b. Hydroxychinolinyl), substituierte und unsubstituierte heterocyclische Ringe, die Heteroatome wie Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Kombinationen davon enthalten, wie Pyrrolidinyl, Pyranly, Piperidinyl, Acridinyl, Chinolinyl, umfassen. Die Substituenten in diesen Einheiten können jede Hydrocarbylgruppe sein und können ferner Heteroatome enthalten, wie Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Kombinationen davon, wie Alkylene, Ester, Ether, Kombinationen von diesen oder dergleichen, mit Kohlenstoffatomen zwischen 1 und 12.
In speziellen Ausführungsformen enthalten die Monomere mit Chromophoreinheiten Styrol, Hydroxystyrol, Acetoxystyrol, Vinylbenzoat, Vinyl-4-tert-butylbenzoate, Ethylenglycolphenyletheracrylat, Phenoxypropylacrylat, N-Methylmaleimid, 2-(4-Benzoyl-3-hydroxyphenoxy)ethylacrylat, 2-Hydroxy-3-phenoxypropylacrylat, Phenylmethacrylat, Benzylmethacrylat, 9-Anthracenylmethylmethacrylat, 9-Vinylanthracen, 2-Vinylnaphthalen, N-Vinylphthalimid, N-(3-Hydroxy)phenylmethacrylamid, N-(3-Hydroxy-4-hydroxycarbonylphenylazo)phenyl-methacrylamid, N-(3-Hydroxyl-4-ethoxycarbonylphenylazo)phenyl-methacrylamid, N-(2,4-Dinitrophenylaminophenyl)maleimid, 3-(4-Acetoaminophenyl)azo-4-hydroxystyrol, 3-(4-Ethoxycarbonylphenyl)azo-acetoacetoxy-ethyl-methacrylat, 3-(4-Hydroxyphenyl)azo-acetoacetoxy-ethyl-methacrylate, Tetrahydroammonium-sulfatsalz von 3-(4-Sulfophenyl)azoacetoacetoxy-ethyl-methacrylat, Kombinationen von diesen oder dergleichen. Es kann jedoch jedes geeignete Monomer mit Chromophoreinheiten zur Absorption des einfallenden Lichts und zum Verhindern, dass das Licht reflektiert wird, alternativ verwendet werden und alle solche Monomere sollen zur Gänze im Schutzumfang der vorliegenden Ausführungsformen enthalten sein.
Das Vernetzungsmonomer kann zum Vernetzen des Monomers mit anderen Polymeren im Polymerharz verwendet werden, um die Löslichkeit der BARC-Schicht 901 zu modifizieren, und kann optional eine säurelabile Gruppe haben. In einer besonderen Ausführungsform kann das Vernetzungsmonomer eine Kohlenwasserstoffkette umfassen, die auch z.B. eine Hydroxylgruppe, eine Carbonsäuregruppe, eine Carbonestergruppe, Epoxygruppen, Urethangruppen, Amidgruppen, Kombinationen von diesen und dergleichen umfasst. Spezielle Beispiele von Vernetzungsmonomeren, die verwendet werden können, enthalten Polyhydroxystyrol, Poly(hydroxynaphthalen), Poly(meth)acrylate, Polyarylate, Polyester, Polyurethane, Alkydharze (aliphatische Polyester), Poly(hydroxystyrol-methylmethacrylat), Homopolymere und/oder Copolymere, die durch Polymerisation von wenigstens einem der folgenden Monomere erhalten werden: Styrol, Hydroxystyrol, Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, (Meth)acrylsäure, Poly(hydroxystyrol-styrol-methacrylat), Poly(hydroxystyrol-styrol-methacrylat), Poly(4-hydroxystyrol) und Poly(pyromellitsäuredianhydrid-ethylenglycol-propylenoxid).
Die verschiedenen Monomere werden miteinander zur Bildung einer Polymerstruktur mit einer Kohlenstoff-Hauptkette für das Polymerharz polymerisiert. In einer Ausführungsform kann die Polymerstruktur eine Kohlenstoff-Hauptkette haben, das ein Acryl, ein Polyester, ein Epoxy-Novolak, ein Polysaccharid, ein Polyether, ein Polyimid, ein Polyurethan und Gemische davon ist.
Zusätzlich erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass die vorangehende Beschreibung für die verschiedenen Monomere, die polymerisiert werden können, um das Polymerharz für die BARC-Schicht 901 zu bilden, veranschaulichend sein sollen und die Ausführungsformen nicht einschränken sollen. Vielmehr kann ebenso jedes geeignete Monomer oder jede Kombination von Monomeren, die die gewünschten Funktionen der hier beschriebenen Monomere ausführen, verwendet werden. Alle solchen Monomere sollen zur Gänze im Schutzumfang der vorliegenden Ausführungsformen enthalten sein.
Der Katalysator kann eine Verbindung sein, die zum Einleiten einer Vernetzungsreaktion zwischen den Polymeren im Polymerharz verwendet werden, und kann z.B. ein thermischer Säuregenerator, ein Fotosäuregenerator oder ein Fotobasengenerator, geeignete Kombinationen von diesen oder dergleichen sein. In einer Ausführungsform, in welcher der Katalysator ein thermischer Säuregenerator ist, erzeugt der Katalysator eine Säure, wenn ausreichende Wärme auf die BARC-Schicht 901 aufgebracht wird. Spezielle Beispiele für den thermischen Säuregenerator enthalten Butansulfonsäure, Triflicsäure, Nanoflurobutansulfonsäure, Nitrobenzyltosylate wie 2-Nitrobenzyltosylat, 2,4-Dinitrobenzyltosylat, 2,6-Dinitrobenzyltosylat, 4-Nitrobenzyltosylat; Benzolsulfonate wie 2-Trifluoromethyl-6-nitrobenzyl-4-chlorbenzolsulfonat, 2-Trifluoromethyl-6-nitrobenzyl4-nitro-benzolsulfonat; Phenolsulfonatester wie Phenyl, 4-Methoxybenzenesulfonat; Alkylammoniumsalze von organischen Säuren, wie Triethylammoniumsalz der 10-Camphersulfonsäure, Kombinationen von diesen oder dergleichen.
In einer Ausführungsform, in der der Katalysator ein Fotosäuregenerator ist, kann der Katalysator halogenierte Triazine, Oniumsalze, Diazoniumsalze, aromatische Diazoniumsalze, Phosphoniumsalze, Sulfoniumsalze, Jodoniumsalze, Imidsulfonat, Oximsulfonat, Diazodisulfon, Disulfon, o-Nitrobenzylsulfonat, sulfonierte Ester, halogenierte Sulfonyloxydicarboximide, Diazodisulfone, α-Cyanooxyamin-sulfonate, Imidsulfonate, Ketodiazosulfone, Sulfonyldiazoester, 1,2-Di(arylsulfonyl)hydrazine, Nitrobenzylester und die s-Triazinderivate, geeignete Kombinationen von diesen und dergleichen umfassen.
Spezielle Beispiele für Fotosäuregeneratoren, die verwendet werden können, enthalten α-(Trifluormethylsulfonyloxy)-bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarboximid (MDT), N-Hydroxynaphthalimid (DDSN), Benzointosylat, t-Butylphenyl-α-(p-toluolsulfonyloxy)-acetat und t-Butyl-α-(p-toluolsulfonyloxy)-acetat, Triarylsulfonium- and Diarylj odoniumhexafluorantimonate, Hexafluorarsenate, Trifluormethansulfonate, Jodoniumperfluoroctansulfonat, N-Camphersulfonyloxynaphthalimid, N-Pentafluorphenylsulfonyloxynaphthalimid, ionische Jodoniumsulfonate wie Diaryljodonium-(alkyl oder aryl) sulfonat und bis-(Di-t-butylphenyl)jodonium-camphanylsulfonat, Perfluoralkansulfonate, wie Perfluorpentansulfonat, Perfluoroctansulfonat, Perfluormethansulfonat, Aryl- (z.B. Phenyl oder Benzyl) triflate wie Triphenylsulfoniumtriflat oder bis-(t-Butylphenyl)jodoniumtriflat; Pyrogallolderivate (z.B. Trimesylat von Pyrogallol), Trifluormethansulfonatester von Hydroxyimiden, α,α'-bis-Sulfonyl-diazomethane, Sulfonatester von nitro-substituierten Benzylalkoholen, Naphthochinon-4-diazide, Alkyldisulfone und dergleichen.
In einer anderen Ausführungsform kann der Katalysator ein Fotobasengenerator sein. In einer solchen Ausführungsform kann der Fotobasengenerator quaternäre Ammoniumdithiocarbamate, α-Aminoketone, Oxim-urethan haltige Moleküle, wie Dibenzophenoneoxim Hexamethylendiurethan, Ammoniumtetraorganylboratsalze und N-(2-Nitrobenzyloxycarbonyl) cyclische Amine, geeignete Kombinationen von diesen oder dergleichen umfassen.
Das Vernetzungsmittel kann auch der BARC-Schicht 105 zugegeben werden. Das Vernetzungsmittel reagiert mit den Polymeren in der BARC-Schicht 105 nach der Belichtung und unterstützt die Erhöhung der Vernetzungsdichte des Fotolacks, was dazu beiträgt, die Fotolackstruktur und die Trockenätzbeständigkeit zu verbessern. In einer Ausführungsform kann das Vernetzungsmittel ein Mittel auf Melaminbasis, ein Mittel auf Harnstoffbasis, ein Mittel auf Propylenharnstoffbasis, ein Mittel auf Glycolurilbasis, ein aliphatischer cyclischer Kohlenwasserstoff mit einer Hydroxylgruppe, eine Hydroxyalkylgruppe oder eine Kombination von diesen, sauerstoffhaltige Derivate des aliphatischen cyclischen Kohlenwasserstoffs, Glycolurilverbindungen, veretherte Aminoharze, ein Polyetherpolyol, ein Polyglycidilether, ein Vinylether, ein Triazin, Kombination von diesen oder dergleichen sein.
Spezielle Beispiele für Materialien, die als Vernetzungsmittel verwendet werden können, enthalten Melamin, Acetoguanamin, Benzoguanamin, Harnstoff, Ethylenhranstoff oder Glycoluril mit Formaldehyd, Glycoluril mit einer Kombination von Formaldehyd und einem niederen Alkohol, Hexamethoxymethylmelamin, Bismethoxymethylharnstoff, Bismethoxymethylbismethoxyethylenharnstoff, Tetramethoxymethylglycoluril und Tetrabutoxymethylglycoluril, mono-, di-, tri- oder tetra-hydroxymethyliertes Glycoluril, mono-, di-, tri- und/oder tetra-methoxymethyliertes Glycoluril, mono-, di-, tri- und/oder tetraethoxymethyliertes Glycoluril, mono-, di-, tri- und/oder tetra-propoxymethyliertes Glycoluril und mono-, di-, tri- und/oder tetra-butoxymethyliertes Glycoluril, 2,3-Dihydroxy-5-hydroxymethylnorboman, 2-Hydroy-5,6-bis(hydroxymethyl)norbornan, Cyclohexandimethanol, 3,4,8(oder 9)-Trihydroxytricyclodecan, 2-Methyl-2-adamantanol, 1,4-Dioxan-2,3-diol und 1,3,5-Trihydroxycyclohexan, Tetramethoxymethylglycoluril, Methylpropyltetramethoxymethylglycoluril und Methylphenyltetramethoxymethylglycoluril, 2,6-bis(Hydroxymethyl)p-cresol, N-Methoxymethyl- oder N-Butoxymethyl-melamin. Zusätzlich Verbindungen, die durch Reagieren von Formaldehyd oder Formaldehyde und niederen Alkoholen mit Aminogruppe-haltigen Verbindungen, wie Melamin, Acetoguanamin, Benzoguanamin, Harnstoff, Ethylenharnstoff und Glycoluril, und Substituieren der Wasserstoffatome der Aminogruppe mit Hydroxymethylgruppe oder niederer Alkoxymethylgruppe erhalten werden, wie beispielsweise Hexamethoxymethylmelamin, Bismethoxymethylharnstoff, Bismethoxymethylbismethoxyethylenharnstoff, Tetramethoxymethylglycoluril und Tetrabutoxymethylglycoluril, Copolymere von 3-Chlor-2-hydroxypropylmethacrylat und Methacrylsäure, Copolymere von 3-Chlor-2-hydroxypropylmethacrylat und Cyclohexylmethacrylat and Methacrylsäure, Copolymere von 3-Chlor-2-hydroxypropylmethacrylat und Benzylmethacrylat und Methacrylsäure, Bisphenol A-di(3-chlor-2-hydroxypropyl)ether, Poly(3-chlor-2-hydroxypropyl)ether eines Phenol-Novolakharzes, Pentaerythritol-tetra(3-chlor-2-hydroxypropyl)ether, Trimethylolmethan-tri(3-chlor-2-hydroxypropyl)etherphenol, Bisphenol A-di(3-acetoxy-2-hydroxypropyl)ether, Poly(3-acetoxy-2-hydroxypropyl)ether eines Phenol-Novolakharzes, Pentaerythritol-tetra(3-acetoxy-2-hydroxypropyl)ether, Pentaerythritol-poly(3-chloracetoxy-2-hydroxypropyl)ether, Trimethylolmethan-tri(3-acetoxy-2-hydroxypropyl)ether, Kombinationen von diesen oder dergleichen.
Die einzelnen Komponenten der BARC-Schicht 901 können in das BARC-Lösemittel eingebracht werden, um das Mischen und die Anordnung der BARC-Schicht 901 zu unterstützen. Zur Unterstützung des Mischens und der Anordnung der BARC-Schicht 901 wird das Lösemittel zumindest teilweise anhand der Materialien und Monomere gewählt, die für das Polymerharz der BARC-Schicht 901 wie auch den Katalysator gewählt wurden. Insbesondere wird das BARC-Lösemittel so gewählt, dass das Polymerharz, die Katalysatoren und das Vernetzungsmittel gleichmäßig im BARC-Lösemittel aufgelöst und auf die Trägerschicht 101 abgegeben werden können.
] In einer Ausführungsform kann das BARC-Lösemittel ein organisches Lösemittel sein und kann jedes geeignete Lösemittel wie Ketone, Alkohole, Polyalkohole, ether, Glycolether, cyclische Ether, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ester, Propionate, Lactate, Milchsäureester, Alkylenglycolmonoalkylether, Alkyllactate, Alkylalkoxypropionate, cyclische Lactone, Monoketonverbindungen, die einen Ring enthalten, Alkylencarbonate, Alkylalkoxyacetat, Alkylpyruvate, Lactatester, Ethylenglycolalkyletheracetate, Diethylenglycole, Propylenglycolalkyletheracetate, Alkylenglycolalkyletherester, Alkylenglycolmonoalkylester oder dergleichen umfassen.
Spezielle Beispiele für Materialien, die als das BARC-Lösemittel verwendet werden können, enthalten Aceton, Methanol, Ethanol, Toluol, Xylol, 4-Hydroxy-4-methyl-2-pentaton, Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylisoamylketon, 2-Heptanon, Ethylenglycol, Ethylenglycolmonoacetat, Ethylenglycoldimethylether, Ethylenglycoldimethylether, Ethylenglycolmethylethylether, Ethylenglycolmonoetherylether, Methylcellosolveacetat, Ethylcellosolveacetat, Diethylenglycol, Diethylenglycolmonoacetat, Diethylenglycolmonomethylether, Diethylenglycoldiethylether, Diethylenglycoldimethylether, Diethylenglycolethylmethylether, Dietherylenglycolmonoethylether, Diethylenglycolmonbutylether, Ethyl-2-hydroxypropionat, Methyl-2-hydroxy-2-methylpropionat, Ethyl-2-hydroxy-2-methylpropionat, Ethylethoxyacetat, Ethylhydroxyacetat, Methyl-2-hydroxy-2-methylbutanat, Methyl-3-methoxypropionat, Ethyl-3-methoxypropionat, Methyl-3-ethoxypropionat, Ethyl-3-ethoxypropionat, Ethylacetat, Butylacetat, Methyllactat und Ethyllactat, Propylenglycol, Propylenglycolmonoacetat, Propylenglycolmonoethyletheracetat, Propylenglycolmonomethyletheracetat, Propylenglycolmonopropylmethyletheracetat, Propylenglycolmonobutyletheracetat, Propylenglycolmonobutyletheracetat, Propylenglycolmonomethyletherpropionat, Propylenglycolmonoethyletherpropionat, Propylenglycolmethyletheracetat, Proplylenglycolethyletheracetat, Ethylenglycolmonomethyletheracetat, Ethylenglycolmonoethyletheracetat, Propylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonoethylether, Propylenglycolmonopropylether, Propylenglycolmonobutylether, Ethylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonoethylether, Methyllactat, Ethyllactat, Propyllactat und Butyllactat, Ethyl-3-ethoxypropionat, Methyl-3-methoxypropionat, Methyl-3-ethoxypropionat und Ethyl-3-methoxypropionat, (3-Propiolacton, β-Butyrolacton, γ-Butyrolacton, α-Methyl-γ-butyrolacton, β-Methyl-γ-butyrolacton, γ-Valerolacton, γ-Caprolacton, γ-Octanoelacton, α-Hydroxy-γ-butyrolacton, 2-Butanon, 3-methylbutanon, Pinacolon, 2-Pentanon, 3-Pentanon, 4-Methyl-2-pentanon, 2-Methyl-3-pentanon, 4,4-Dimethyl-2-pentanon, 2,4-Dimethyl-3-pentanon, 2,2,4,4-Tetramethyl-3-pentanon, 2-Hexanon, 3-Hexanon, 5-Methyl-3-hexanon, 2-Heptanon, 3-Heptanon, 4-Heptanon, 2-Methyl-3-heptanon, 5-Methyl-3-heptanon, 2,6-Dimethyl-4-heptanon, 2-Octanon, 3-Octanon, 2-Nonanon, 3-Nonanon, 5-Nonanon, 2-Decanon, 3-Decanon, 4-Decanon, 5-Hexen-2-on, 3-Pentene-2-on, Cyclopentanon, 2-Methylcyclopentanon, 3-Methylcyclopentanon, 2,2-Dimethylcyclopentanon, 2,4,4-Trimethylcyclopentanon, Cyclohexanon, 3-Methylcyclohexanon, 4-Methylcyclohexanon, 4-Ethylcyclohexanon, 2,2-Dimethylcyclohexanon, 2,6-Dimethylcyclohexanon, 2,2,6-Trimethylcyclohexanon, Cycloheptanon, 2-Methylcycloheptanon, 3-Methylcycloheptanon, Pylencarbonat, Vinylencarbonat, Ethylencarbonat und Butylencarbonat, Acetat-2-methoxyethyl, Acetat-2-ethoxyethyl, Acetat-2-(2-ethoxyethoxy)ethyl, Acetat-3-methoxy-3-methylbutyl, Acetat-1-methoxy-2-propyl, Dipropylenglycol, Monomethylether, Monoethylether, Monopropylether, Monobutylehter, Monopheylether, Dipropylenglycolmonoacetat, Dioxan, Methyllactat, Ethyllactat, Methylacetat, Ethylacetat, Butylacetat, Methylpuruvat, Ethylpuruvat, Propylpyruvat, Methylmethoxypropionat, Ethylethoxypropionat, n-Methylpyrrolidon (NMP), 2-Methoxyethylether (Diglyme), Ethylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonomethylether; Ethyllactat oder Methyllactat, Methylproponiat, Ethylproponiat und Ethylethoxyproponiat, Methylethylketon, Cyclohexanon, 2-Heptanon, Kohlenstoffdioxid, Cyclopentaton, Cyclohexanon, Ethyl-3-ethocypropionat, Ethyllactat, Propylenglycolmethyletheracetat (PGMEA), Methylencellosolve, Butylacetat und 2-Ethoxyethanol, N-Methylformamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methylformanilid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid, Benzylethylether, Dihexylether, Acetonylaceton, Isophoron, Capronsäure, Caprylsäure, 1-Octanol, 1-Nonanol, Benzylalkohol, Benzylacetat, Ethylbenzoat, Diethyloxalat, Diethylmaleat, y-Butyrolacton, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Phenylcellosolveacetat oder dergleichen.
Wie jedoch für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, sind die oben angeführten und als Beispiele für Materialien, die für die Lösemittelkomponente der BARC-Schicht 901 verwendet werden, beschriebenen Materialien nur veranschaulichend und sollen die Ausführungsformen nicht einschränken. Vielmehr kann jedes geeignete Material, das das Polymerharz, den Katalysator und die Vernetzungsschicht auflösen kann, alternativ verwendet werden, um ein Mischen und Aufbringen der BARC-Schicht zu unterstützen. Alle solche Materialien sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
Zusätzlich können auch andere Komponenten nach Wunsch dem Material für die BARC-Schicht 901 zugegeben werden. Zum Beispiel können in einer Ausführungsform monomere Farbstoffe, Nivellierungsmittel, Adhäsionsförderer, Entschäumer, und dergleichen alternativ verwendet werden. Jeder geeignete Zusatzstoff kann dem Material für die BARC-Schicht 901 zugegeben werden und alle solche Zusatzstoffe sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
In einer Ausführungsform werden das Polymerharz, die Katalysatoren und das Vernetzungsmittel gemeinsam mit sämtlichen gewünschten Zusatzstoffen oder anderen Mitteln, dem BARC-Lösemittel zugegeben, um das Material für die BARC-Schicht 901 zu bilden. Nach der Zugabe wird die Mischung dann gemischt, um eine gleichförmige und konstante Zusammensetzung im Material für die BARC-Schicht 901 zu erhalten, um sicherzustellen, dass keine Defekte durch eine ungleichförmige Mischung oder nicht konstante Zusammensetzung des Materials für die BARC-Schicht 901 verursacht werden. Nach dem Zusammenmischen kann das Material für die BARC-Schicht 901 entweder vor seiner Verwendung gelagert oder aber sofort verwendet werden.
In seiner ursprünglichen gemischten Form kann das Material für die BARC-Schicht 901 eine konstante Zusammensetzung von Komponenten umfassen, wobei das Polymerharz eine Konzentration von etwa 0,1 % bis etwa 60 % aufweist, der Katalysator eine Konzentration von etwa 0,01 % bis etwa 10 % aufweist und das Vernetzungsmittel eine Konzentration von etwa 0,01 % bis etwa 30 % aufweist. Während diese Konzentrationen jedoch veranschaulichend sind, kann jede geeignete Kombination der verschiedenen Komponenten des Materials für die BARC-Schicht 901 verwendet werden und alle solche Kombinationen sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
Sobald das Material für die BARC-Schicht 901 hergestellt ist, kann das Material für die BARC-Schicht 901 verwendet werden, indem zunächst das Material für die BARC-Schicht 901 auf die Trägerschicht 101 aufgebracht wird. Das Material für die BARC-Schicht 901 kann auf die Trägerschicht 101 so aufgebracht werden, dass das Material für die BARC-Schicht 901 eine obere, frei liegende Oberfläche der Trägerschicht 101 bedeckt, und kann mit einem Prozess wie einem Rotationsbeschichtungsprozess, einem Tauchbeschichtungsverfahren, einem Luftrakelbeschichtungsverfahren, einem Vorhangbeschichtungsverfahren, einem Drahtrakelbeschichtungsverfahren, einem Gravurbeschichtungsverfahren, einem Laminierungsverfahren, einem Extrusionsbeschichtungsverfahren, Kombinationen von diesen oder dergleichen aufgebracht werden. In einer Ausführungsform kann das Material für die BARC-Schicht 901 anfänglich so aufgebracht werden, dass es eine konstante Konzentration aufweist und eine Dicke über einer Oberseite der Trägerschicht 101 von etwa 10 nm bis etwa 1000 nm, wie etwa 100 nm hat.
Sobald das Material für die BARC-Schicht 901 vor Ort ist, kann ein Vorbacken der BARC-Schicht 901 durchgeführt werden. In einer Ausführungsform, wird das Vorbacken der BARC-Schicht 901 durchgeführt, sobald die BARC-Schicht 901 auf die Trägerschicht 101 aufgebracht ist, um die BARC-Schicht 901 vor einem Aufbringen der mittleren Schicht 903 und des Fotolacks 111 zu härten und zu trocknen. Das Härten und Trocknen der BARC-Schicht 901 entfernt einen Teil der BARC-Lösemittelkomponenten, lässt aber das Polymerharz, die Katalysatoren, das Vernetzungsmittel und andere Zusatzstoffe zurück. In einer Ausführungsform kann das Vorbacken bei einer Temperatur ausgeführt werden, die zum Verdampfen des BARC-Lösemittels geeignet ist, wie zwischen etwa 40 °C und 150 °C, obwohl die präzise Temperatur von den Materialien abhängig ist, die für die BARC-Schicht 901 gewählt werden. Das Vorbacken wird über eine ausreichende Zeit ausgeführt, um die BARC-Schicht 901 zu härten und zu trocken, wie zwischen etwa 10 Sekunden bis etwa 5 Minuten, wie etwa 90 Sekunden.
Wie für einen Durchschnittsfachmann jedoch offensichtlich ist, soll die vorangehende Beschreibung der BARC-Schicht 901 nur veranschaulichend sein und die Ausführungsformen nicht einschränken. Vielmehr kann jedes geeignete Material, wie Hexamethyldisilazan (HMDS) alternativ verwendet werden. Alle solche Materialien sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen.
Die mittlere Schicht 903 kann über der BARC-Schicht 901 angeordnet werden. In einer Ausführungsform kann die mittlere Schicht 903 eine organische Schicht oder anorganische Schicht sein, die eine andere Ätzbeständigkeit als der Fotolack 111 hat. In einer Ausführungsform umfasst die mittlere Schicht 903 mindestens ein Ätzbeständigkeitsmolekül, wie eine Struktur mit geringer Onishi-Zahl, eine Doppelbindungsstruktur, eine Dreifachbindungsstruktur, Titan, Titannitrid, Aluminium, Aluminiumoxid, Siliziumoxynitrid oder dergleichen.
In einer besonderen Ausführungsform ist die mittlere Schicht 903 ein Hartmaskenmaterial, wie Silizium, Siliziumnitrid, Oxide, Oxynitride, Siliziumcarbid, Kombinationen von diesen oder dergleichen. Das Hartmaskenmaterial für die mittlere Schicht 903 kann durch einen Prozess, wie chemische Dampfphasenabscheidung (CVD) gebildet werden, obwohl andere Prozesse, wie plasmaverstärkte chemische Dampfphasenabscheidung (PECVD), chemische Niederdruck-Dampfphasenabscheidung (LPCVD), Rotationsbeschichtung oder sogar Siliziumoxidbildung, gefolgt von Nitridierung alternativ verwendet werden können. Es kann jedes geeignete Verfahren oder jede Kombination von Verfahren zur Bildung oder andersartige Anordnung des Hartmaskenmaterials verwendet werden und alle solche Verfahren und Kombinationen sollen zur Gänze im Schutzumfang der Ausführungsformen liegen. Die mittlere Schicht 903 kann zu einer Dicke von etwa 100 Ä bis 800 Ä gebildet werden, wie etwa 300 Ä.
Sobald eine Schicht des Hartmaskenmaterials für die mittlere Schicht 903 gebildet ist, kann der Fotolack 111 über dem Hartmaskenmaterial für die mittlere Schicht 903 angeordnet und mit einer Struktur versehen werden. Die Anordnung des Fotolacks 111 über dem Hartmaskenmaterial für die mittlere Schicht 903 und die Strukturbildung des Fotolacks 111 können ähnlich der Anordnung des Fotolacks 111 und der Entwicklung des Fotolacks wie oben unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben sein. Zum Beispiel kann der Fotolack 111 unter Verwendung eines Rotationsverfahrens angeordnet, mit der Fotolackbeleuchtungsvorrichtung 500 beleuchtet und dann mit dem Entwickler 701 entwickelt werden.
10 zeigt, dass sobald der Fotolack 11 mit der gewünschten Struktur versehen ist, der Fotolack 111 als Maske für die Strukturbildung des Hartmaskenmaterials der mittleren Schicht 903 verwendet werden kann. Zum Beispiel kann die Struktur des Fotolacks 111 auf die mittlere Schicht 903 mittels eines anisotropen Ätzverfahrens übertragen werden, wie reaktives Ionenätzen (RIE), wodurch Ionen eines geeigneten Ätzmittels, wie CF₄-O₂ bei einem Trockenätzen verwendet werden können, um Teile der mittleren Schicht 903 zu entfernen, die durch den strukturierten Fotolack 111 frei gelegt werden. Es kann jedoch jedes andere geeignete Ätzmittel, wie CHF₂/O₂, CH₂F₂, CH₃F oder dergleichen und jedes andere geeignete Entfernungsverfahren, wie Nassabstreifen, alternativ verwendet werden.
10 zeigt ferner, dass sobald die Struktur des Fotolacks 111 auf die mittlere Schicht 903 übertragen wurde, die mittlere Schicht 903 zum Übertragen der Struktur des Fotolacks 111 auf die BARC-Schicht 901 verwendet werden kann. In einer Ausführungsform kann die BARC-Schicht 901 mit einem Ätzprozess entfernt werden, der den Fotolack 111 und die (nun mit Struktur versehene) mittlere Schicht als Maskierungsschicht verwendet. Der Ätzprozess kann ein Trockenätzprozess sein, der ein Ätzmittel wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Ammoniak, Schwefelhexafluorid, Difluormethan, Stickstofftrifluorid, Chlortrifluorid, Chlor, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Helium, Bordichlorid, Argon, Fluor, Trifluormethan, Tetrafluormethan, Perfluorcyclobutan, Perfluorpropan, Kombinationen von diesen oder dergleichen verwendet. Es kann jedoch jeder andere geeignete Ätzprozess, wie ein Nassätzen oder sogar ein Nassätzen, das gleichzeitig wie die mittlere Schicht 903 durchgeführt wird, verwendet werden und es können sämtliche andere geeignete Ätzmittel alternativ verwendet werden.
Durch Verwendung der BARC-Schicht 901 als eine Unterlage und als Antireflexionsbeschichtung kann eine gleichförmigere Schicht über einer Reihe verschiedener darunterliegender Formen gebildet werden. Durch Erzeugen einer gleichförmigeren Schicht kann eine anschließende Bearbeitung besser kontrolliert werden, was zu einem effizienteren Herstellungsprozess führt, der Vorrichtungen mit immer kleineren Abmessungen herstellen kann.
Durch Verwendung der zusätzlichen Strukturen an der Kohlenwasserstoff-Hauptkette, wie oben in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen erörtert, kann jede Ausführungsform unabhängig ein Schrumpfen des Fotolacks 111 unter 20 % nach dem Backen nach der Belichtung verringern. Eine solche Verringerung der Schrumpfung verringert die Verschlechterung der kritischen Abmessungen des Fotolacks 111 und ermöglicht eine Bildung immer kleinerer Bilder im Fotolack 111.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Fotolack vorgesehen, der eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette umfasst, wie in Anspruch 1 beansprucht. Eine Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit wird an die Kohlenwasserstoff-Hauptkette angebunden und eine sich zersetzende Gruppe an die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit gebunden, wobei die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit eine der folgenden Strukturen hat:

wobei R₁ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine Pentylgruppe und Isopentylgruppe ist; und R₃ eine C1-C3 Alkylkette ist, und wobei R₂ eine der folgenden Strukturen hat:

wobei R₄ und R₅ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopropylgruppe und eine Isobutylgruppe ist und wobei R₆ die sich zersetzende Gruppe ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Fotolack vorgesehen, wie in Anspruch 8 beansprucht, der eine sich zersetzende Gruppe umfasst, die an eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette gebunden ist. Eine Wiederanbindungsgruppe ist an die sich zersetzende Gruppe gebunden, wobei die Wiederanbindungsgruppe OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, OC₄H₉, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇ oder CH₂CH₃OC₄H₉, H oder OH ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung vorgesehen, wie in Anspruch 12 beansprucht, umfassend ein Abgeben eines Fotolacks auf eine Trägerschicht, wobei der Fotolack eine Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit umfasst, die an eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette gebunden ist. Eine sich zersetzende Gruppe ist an die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit gebunden. Der Fotolack wird mit einer strukturtierten Energiequelle belichtet und der Fotolack wird entwickelt. Die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit hat dabei die folgende Struktur:
wobei R₁ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine Pentylgruppe und Isopentylgruppe ist; und wobei R₂ die folgende Struktur hat:
wobei R₆ die sich zersetzende Gruppe ist. Oder die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit hat die folgende Struktur:
wobei R₃ eine C1-C3 Alkylkette ist und R₂ hat die folgende Struktur:
wobei R₄ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopropylgruppe, und eine Isobutylgruppe ist und wobei R₆ die sich zersetzende Gruppe ist.
Zuvor wurden Merkmale mehrerer Ausführungsformen skizziert, so dass Fachleute auf dem Gebiet die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Für Fachleute auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass sie sofort die vorliegende Offenbarung als Grundlage für den Entwurf oder eine Modifizierung anderer Prozesse und Strukturen verwenden können, um dieselben Zwecke auszuführen und/oder dieselben Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsform zu erreichen. Fachleute auf dem Gebiet sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen vornehmen können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Fotolack, umfassend: eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette; eine Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit, die an die Kohlenwasserstoff-Hauptkette angebunden ist; und eine sich zersetzende Gruppe, die an die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit gebunden ist, wobei die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit eine der folgenden Strukturen hat:

wobei R₁ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine Pentylgruppe und Isopentylgruppe ist; und R₃ eine C1-C3 Alkylkette ist, und wobei R₂ eine der folgenden Strukturen hat:

wobei R₄ und R₅ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopropylgruppe, und eine Isobutylgruppe ist und wobei R₆ die sich zersetzende Gruppe ist.
Fotolack nach Anspruch 1, wobei R₂ die folgende Struktur hat:
wobei R₆ die sich zersetzende Gruppe ist.
Fotolack nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein nicht abgehendes Monomer, das an die Kohlenwasserstoff-Hauptkette angebunden ist, mit einer Vernetzungsstelle.
Fotolack nach Anspruch 3, wobei die Vernetzungsstelle die folgende Struktur hat:
wobei R₁₄ H, OH, OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, OC₄H₉, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇, CH₂CH₃OC₄H₉ ist und wobei R₁₅ eine C1-C5 Alkylkette ist.
Fotolack nach Anspruch 4, wobei die sich zersetzende Gruppe die folgende Struktur hat:
wobei R₁₈ Wasserstoff, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe oder eine Isopentylgruppe ist; und R₁₉ eine Epoxygruppe, eine Alkhoholgruppe, eine Amingruppe, eine Carbonsäuregruppe ist.
Fotolack nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend ein Vernetzungsmittel.
Fotolack nach Anspruch 6, wobei das Vernetzungsmittel die folgende Struktur hat:
wobei R₂₅ Wasserstoff, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇, CH₂CH₃OC₄H₉ ist.
Fotolack, umfassend: eine sich zersetzende Gruppe, die an eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette gebunden ist; und eine Wiederanbindungsgruppe, die an die sich zersetzende Gruppe gebunden ist, wobei die Wiederanbindungsgruppe OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, OC₄H₉, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇ oder CH₂CH₃OC₄H₉, H oder OH ist.
Fotolack nach Anspruch 8, des Weiteren umfassend ein nicht abgehendes Monomer das an die Kohlenwasserstoff-Hauptkette angebunden ist, mit einer Vernetzungsstelle.
Fotolack nach Anspruch 9, wobei die Vernetzungsstelle die folgende Struktur hat:
wobei R₁₄ H, OH, OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, OC₄H₉, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇, CH₂CH₃OC₄H₉ ist und wobei R₄₅ eine C1-C5 Alkylkette ist.
Fotolack nach Anspruch 9, wobei die Vernetzungsstelle die folgende Struktur hat:
wobei R₁₄ H, OH, OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, OC₄H₉, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇, CH₂CH₃OC₄H₉ ist und wobei R₁₅ eine C1-C5 Alkylkette ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Abgeben eines Fotolacks auf eine Trägerschicht, wobei der Fotolack umfasst: eine Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit, die an eine Kohlenwasserstoff-Hauptkette angebunden ist; und eine sich zersetzende Gruppe, die an die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit gebunden ist.; Belichten des Fotolacks mit einer strukturierten Energiequelle; und Entwickeln des Fotolacks, wobei die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit die folgende Struktur hat:
wobei R₁ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine Pentylgruppe und Isopentylgruppe ist; und wobei R₂ die folgende Struktur hat:
wobei R₆ die sich zersetzende Gruppe ist oder wobei die Struktur mit hoher Ätzbeständigkeit die folgende Struktur hat:
wobei R₃ eine C1-C3 Alkylkette ist und R₂ die folgende Struktur hat:
wobei R₄ eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopropylgruppe, und eine Isobutylgruppe ist und wobei R₆ die sich zersetzende Gruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Belichtung des Fotolacks eine Vernetzungsreaktion in einem Monomer mit einer Vernetzungsstelle auslöst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Vernetzungsreaktion ein Vernetzungsmittel enthält.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Vernetzungsmittel die folgende Struktur hat:
wobei R₂₅ Wasserstoff, Epoxy, CH₂OCH₃, CH₂OC₂H₅, CH₂OC₃H₇, CH₂OC₄H₉, CH₂CH₃OCH₃, CH₂CH₃OC₂H₅, CH₂CH₃OC₃H₇, CH₂CH₃OC₄H₉ ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Entwicklung des Fotolacks ferner ein Aufbringen eines Negativentwicklers umfasst.