WO1994003837A1 - Positiv-arbeitendes strahlungsempfindliches gemisch und damit hergestelltes aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Positiv-arbeitendes strahlungsempfindliches gemisch und damit hergestelltes aufzeichnungsmaterial Download PDF

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WO1994003837A1
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sensitive
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Horst Wengenroth
Walter Spiess
Gerhard Buhr
Horst RÖSCHERT
Georg Pawlowski
Jürgen Fuchs
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Hoechst Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09D125/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D125/18—Homopolymers or copolymers of aromatic monomers containing elements other than carbon and hydrogen

Definitions

  • the invention relates to a positive-working radiation-sensitive mixture which
  • Onium salts such as diazonium, phosphonium, sulfonium and iodonium salts of non-nucleophilic acids such as HSbF 6 , HAsF 6 or HPF 6 [JV Crivello, Polym. Closely. Sci., 23 (1983) 953].
  • halogen compounds in particular trichloromethyltriazine derivatives or trichloromethyloxadiazole derivatives, o-quinonediazide sulfochlorides, o-quinonediazide-4-sulfonic acid esters, organometall-organohalogen combinations, bis (sulfonyl) diazomethanes, sulfonylcarbonyl-diazoethane DE-A 39 30 087) or nitrobenzyl tosylates [FM Houlihan et al., SPIE Proc. , Adv. In Resist Techn. And Proc. 920 (1988) 67]. These compounds are used in negative or positive working radiation-sensitive mixtures.
  • the ⁇ -sulfonyldiazomethanes form little mobile sulfonic acids under the influence of actinic radiation, but they have only insufficient thermal stability and an undesirably high absorption in the UV range.
  • the disulfones disclosed in DE-A 41 11 060 of the general my formula R-S0 2 -S ⁇ 2-R ' also show a high absorption in this area. In addition, they are poorly soluble in many of the commonly used solvents.
  • Resist formulations with naphthoquinone-2-diazide-4-sulfonic acid esters, oxime sulfonates, 1, 2-disulfones, bis-sulfonyl-diazomethane (DE-A 39 30 086) and sulfonyl-carbonyl-diazomethane (DE-A 39 30 087) All these compounds form non-corrosive sulfonic acids under the action of actinic radiation.
  • the photochemical reactions proceed with largely satisfactory quantum yields.
  • the resist formulations with these compounds absorb radiation of the wavelength 248 n to a considerable extent.
  • the sensitivity to radiation of this wavelength is in the range from 50 to 100 mJ / cm. Practical structures of the order of magnitude of 0.5 ⁇ m and less cannot be reproduced with such resists.
  • the object of the invention was therefore to propose a radiation-sensitive mixture based on acid-forming compounds in combination with acid-cleavable compounds, the photolytically acid-forming compound (a) should be as stable as possible on all known substrates and one as a photoproduct provides non-corrosive acid.
  • R 1 is an n-valent (C 1 -C 3 ) alkane radical
  • R 2 are identical or different and aryl, aralkyl, heteroaryl or heteroaralkyl radicals and n are an integer from 2 to 4
  • R 1 is preferably methylene, ethane-1,1-diyl, ethane-1,2-diyl, propane-1,2-diyl, isopropylidene, propane-1,3-diyl, methane triyl, ethane-1,1,1- triyl or ethane-1,1,2-triyl or propane-1,1,3,3-tetrayl.
  • R 1 is particularly preferably methylene, ethane-1,2-diyl or propane-1,3-diyl.
  • the radical R 1 can be substituted, in particular with alkyl, cycloalkyl, aryl, heteroaryl and / or acyl radicals.
  • Preferred substituents are straight-chain or branched (C 1 -C 12 ) alkyl radicals.
  • R 2 is preferably phenyl, naphthalin-1-yl, naphthalin-2-yl or benzyl.
  • heteroaryl and heteroaralkyl radicals preference is given to those having a nitrogen, oxygen or sulfur atom as heteroato in the aromatic ring system.
  • the radicals R can also be substituted, in particular with straight-chain or branched (C, -C 4 ) alkyl or (C 1 -C 4 ) alkoxy radicals, alkoxyalkyl, alkanoyl, alkanoyla ino, carboxy, aryl, aryloxy, aroyl , Aroylamino, Aralkoxy, Cyano, Nitro, Fluor-, Chlor- and / or Bromato ⁇ men.
  • these substituents are generally attached to the aromatic part.
  • Particularly suitable compounds of the general formula are bis-benzenesulfonyl-methane, bis- (toluene-4-sulfonyl) -methane, bis- (3,4-dimethyl-benzenesulfonyl) -methane, bis- (3- methoxy-benzenesulfonyl) methane, bis (3-chloro-benzenesulfonyl) methane, bis (4-chloro-benzenesulfonyl) methane, bis (3, 5-dichlorobenzenesulfonyl) methane, bis ( 4-bromo-benzenesulfonyl) methane, bis (4-fluoro-benzenesulfonyl) methane, 1, l-bis-benzenesulfonyl-ethane, 1, 2-bis-benzenesulfonyl-ethane, ⁇ , ⁇ -bis-benzenesulf
  • the compounds of the general formula used in the mixtures according to the invention provide a sufficient amount of sufficiently strong acid under the action of radiation. It was particularly surprising that the compounds of the general formula provide sufficient acid even under the action of UV-2 radiation, in particular radiation with a wavelength of 248 nm, after it was known that they only exist in this wavelength range absorb little (the absorption at 248 nm is less than 0.1 ⁇ m -1 ).
  • the compounds of the general formula preferably show the highest molar absorption of all constituents of the residue.
  • the radiation-sensitive mixture according to the invention is distinguished by a high sensitivity. It shows a high thermal stability and creates the possibility of reproducing even the finest structures of a template with great detail. The acid formed during the irradiation does not have a corrosive effect, so that the mixture can also be used on sensitive substrate materials.
  • UV radiation in the range from 190 to 260 nm, preferably from 200 to 250 nm, but also electron or X-ray radiation is particularly suitable for imagewise irradiation.
  • acid generators in the mixture according to the invention.
  • other acid generators can also be used.
  • additional acid generators are e.g. the polyfunctional sulfonic esters of 2,4,6-tris (2-hydroxy-ethoxy) - [1, 3, 5] triazine described in DE-A 41 12 971.
  • 1,2-disulfones, bis (sulfonyl) diazomethanes and sulfonylcarbonyldiazomethanes are suitable. Mixtures with such additional acid formers are, however, not preferred.
  • the proportion of acid-forming compounds as a whole, as well as that of compounds of the general formula in the mixture according to the invention, is generally from 0.5 to 25% by weight, preferably from 1 to 10% by weight, in each case based on the total weight of the non-volatile constituents Mixture.
  • acid-cleavable compounds b) in the radiation-sensitive mixture according to the invention those from one of the following classes of compounds have proven particularly useful: a) compounds with at least one orthocarboxylic acid ester and / or carboxamide amide acetal group, where the compounds are also polymeric in nature and the groups mentioned can occur in the main chain or laterally, b) oligomeric or polymeric compounds with recurring acetal and / or ketal groups in the main chain, c) compounds with at least one enol ether or N-acyliminocarbonate group, d) cyclic acetals or ketals of ⁇ -keto esters or amides, e) compounds with silyl ether groups, f) compounds with silylenol ether groups, g) Monoacetals or monoketals of aldehydes or ketones, the solubility of which in the developer is between 0.1 and 100 g / l, h) ethers derived from tertiary
  • the aforementioned acid-cleavable compounds can also be used.
  • those with at least one acid-cleavable COC bond are particularly preferred, ie the compounds of classes (a), (b), (g) and (i) and (j).
  • the polymeric acetals deserve special mention under type (b); of the acid-cleavable materials of type (g), in particular those derived from aldehydes or ketones with a boiling point above 150 ° C., preferably above 200 ° C.
  • Mixtures with various acid-cleavable compounds are generally not preferred.
  • the proportion of the compound (s) b) is generally 1 to 50% by weight, preferably 10 to 40% by weight, in each case based on the total weight of the solids of the radiation-sensitive mixture.
  • the radiation-sensitive mixture according to the invention further contains at least one polymeric binder c) which is insoluble in water but soluble in aqueous alkaline solutions, on the other hand, which is swellable.
  • the binder is characterized in particular by the fact that it is well compatible with the other constituents of the radiation-sensitive mixture according to the invention and, in particular in the wavelength range from 190 to 300 nm, the lowest possible self-absorption, i.e. has a high degree of transparency.
  • Binders based on novolak condensation resins which are generally used in combination with naphthoquinonediazides as photoactive components, do not meet this condition.
  • novolak condensation resins reveal a reduction in solubility compared to aqueous alkaline developers after imagewise exposure in the unexposed areas, their self-absorption is undesirably high in the range of the short wavelength desired for the irradiation.
  • Novolak condensation resins can, however, be used in a mixture with other resins which are suitable as binders and have a higher degree of transparency.
  • the mixing ratios mainly depend on the type of binder to be mixed with the novolac resin. In particular, its degree of self-absorption in the wavelength range mentioned, but also the miscibility with the other constituents of the radiation-sensitive mixture, play a decisive role.
  • the binder of the radiation-sensitive mixture according to the invention can up to 30% by weight, in particular up to 20% by weight, of a novolak condensation resin.
  • Suitable as binders are homo- or copolymers of 4-hydroxystyrene and its alkyl derivatives, e.g. of 3-methyl-4-hydroxystyrene, as well as homo- or copolymers of other vinylphenols, e.g. B. 3-hydroxystyrene or the esters or amides of acrylic acid with phenolic groups having aromatics.
  • Polymerizable compounds such as styrene, methyl (meth) acrylate or the like can be used as comonomers.
  • binders e.g. B. from vinyl trimethylsilane used.
  • the transparency of these binders is generally higher in the deep UV range, so that improved structuring is possible.
  • binders can also show high transparency in the deep UV range.
  • Styrene, substituted styrenes, vinyl ethers, vinyl esters, vinylsilyl compounds or (meth) acrylic acid esters are also preferably used as comonomers here.
  • copolymers of styrene with comonomers can also be used, which bring about an increase in solubility in aqueous alkaline solutions.
  • comonomers include, for example, maleic anhydride and maleic acid half-esters.
  • the binders mentioned can also be mixed with one another provided that the optical quality of the radiation-sensitive mixture does not deteriorate as a result.
  • binder compositions are not preferred.
  • the extinction of the binder or the combination of binders for radiation with a wavelength of 248 nm is preferably less than 0.35, particularly preferably less than 0.25 ⁇ m.
  • the glass transition temperature of the binder or the combination of binders is advantageously at least 120 ° C.
  • the proportion of the binder is generally 1 to 98.5% by weight, preferably 25 to 90% by weight, particularly preferably 50 to 80% by weight, in each case based on the total weight of the fixed proportions of the radiation-sensitive Mixture.
  • mixtures according to the invention can also contain further components, such as dyes, pigments, plasticizers, wetting agents and leveling agents.
  • Compounds such as polyglycol can also be used to meet special requirements, such as flexibility, adhesion and gloss.
  • Cellulose ethers e.g. B. ethyl cellulose may be added.
  • the radiation-sensitive mixture according to the invention is expediently dissolved in a solvent or in a combination of solvents.
  • glycols such as ethylene glycol and propylene glycol and the mono- and dialkyl ethers derived therefrom, particularly the mono- and dimethyl ethers and the mono- and diethyl ether, esters derived from aliphatic (C - ⁇ - Cg) carboxylic acids and the like ⁇ the (C ⁇ -CG) alkanols or ( ⁇ -CG) alkanediols or (C, -C 6) - alkoxy (C-j-Cg.) alkanols, for example ethyl acetate, hydroxyethyl acetate, Alkoxyethylacetat, n-butyl acetate, Pro pylene glycol monoalkyl ether acetate, in particular propylene glycol methyl ether
  • the choice of solvent or solvent mixture depends on the coating process used, the desired layer thickness and the drying conditions. Likewise, the solvents must be chemically inert to the other layer components under the conditions used.
  • the solution produced with the solvents mentioned generally has a solids content of 5 to 60% by weight, preferably 10 to 40% by weight.
  • the invention also relates to a radiation-sensitive recording material which essentially consists of a substrate and a radiation-sensitive layer thereon from the mixture according to the invention.
  • Suitable materials are all materials from which capacitors, semiconductors, multilayer printed circuits or integrated circuits are made or can be manufactured.
  • Silicon substrates which can also be thermally oxidized and / or coated with aluminum, but can also be doped, are to be mentioned specifically.
  • all other substrates customary in semiconductor technology are possible, such as silicon nitride, gallium arsenide and indium phosphide.
  • These substrates can be thermally pretreated, roughened on the surface, seared on or, to improve desired properties, e.g. B. to increase the hydrophilicity, pretreated with chemicals.
  • it can contain an adhesion promoter.
  • adhesion promoters of the amino silane type such as, for. B. 3-aminopropyl-triethoxy- ⁇ ilane or hexamethyl-disilazane, in question.
  • Metal halide lamps, carbon arc lamps, xenon lamps and mercury vapor lamps are particularly suitable as radiation sources for imagewise radiation. Exposure to high-energy radiation such as laser, electron or X-ray radiation can also take place. However, lamps which can emit light with a wavelength of 190 to 260 nm are particularly preferred, i.e. in particular xenon and mercury vapor lamps.
  • laser light sources can also be used, e.g. B. excimer lasers, in particular KrF or ArF lasers, which emit at 248 or 193 nm. The radiation sources must have a sufficient emission in the wavelength ranges mentioned.
  • the thickness of the light-sensitive layer depends on the intended use. It is generally between 0.1 and 100 ⁇ m, preferably between 0.5 and 10 ⁇ m, particularly preferably around 1.0 ⁇ m.
  • the radiation-sensitive recording material is expediently produced by applying the radiation-sensitive mixture to the substrate, for example by spraying, flow coating, rolling, spin coating and immersion coating.
  • the solvent is then removed by evaporation, so that the radiation-sensitive layer remains on the surface of the substrate.
  • the removal of the solvent can be promoted by heating the layer to temperatures up to 150 ° C.
  • the mixture can, however, also first be applied to an intermediate carrier in the above-mentioned manner, from which it is transferred to the final carrier material under pressure and elevated temperature. In principle, all materials which are also suitable as carrier materials can be used as the intermediate carrier.
  • the layer is then irradiated imagewise.
  • the layer is then treated with a developer solution which dissolves and removes the irradiated areas of the layer, so that an image of the template used in the imagewise irradiation remains on the substrate surface.
  • aqueous solutions which contain silicates, metasilicates, hydroxides, hydrogen and dihydrogen phosphates, carbonates or hydrogen carbonates of alkali metal, alkaline earth metal and / or ammonium ions, but also ammonia and the like.
  • Metal ion-free developers are preferred.
  • the content of these substances in the developer solution is generally 0.1 to 15% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight, based on the weight of the developer solution.
  • Small amounts of a wetting agent which promote the detachment of the soluble areas of the layer, may be added to the developers.
  • the radiation-sensitive mixture according to the invention is used in the manufacture of integrated circuits or of discrete electrical components with lithographic processes, since they have a high sensitivity to light, particularly when irradiated with light of a wavelength between 190 and 300 nm.
  • the developed rice layer serves for this as a mask for the following process steps. Such steps are e.g. B. the etching of the layer support, the implantation of ions in the layer support or the deposition of metals or other materials on the layer support.
  • Gt stands for parts by weight, Vt for parts by volume. Parts by weight relate to parts by volume like grams to cubic centimeters.
  • a coating solution was also produced
  • the coating solution was filtered through a filter with a pore diameter of 0.2 ⁇ m and spun onto a wafer pretreated with an adhesion promoter (hexamethyldi ⁇ ilazane) at a speed of 3000 rpm. After drying for 1 min at 120 ° C. on the hot plate, a layer thickness of 1.21 ⁇ m was obtained.
  • an adhesion promoter hexamethyldi ⁇ ilazane
  • the recording material was exposed to an image under a template with the UV radiation of a xenon mercury vapor lamp (248 nm) with an energy of 51 mJ / cm and then at 80 ° C. for 1 min on a post exposure bake on a bake subjected to hot plate.
  • the recording material was developed with a 0.15N aqueous tetramethylammonium hydroxide solution. After a development period of 60 ⁇ , an error-free image of the mask with partial resists flanks was obtained, with structures of up to 1.0 ⁇ m being resolved in great detail. The scanning electron microscopic examination showed that the flanks of the resist profiles were oriented practically perpendicular to the substrate surface.
  • a wafer coated as in Example 1 was irradiated under a template with the UV radiation of a KrF excimer laser (248 nm) with an energy of 49 mJ / cm 2 .
  • a true-to-original image of the template was obtained, in which structures of less than 1 ⁇ m were also resolved.
  • a coating solution was produced from 25 pbw of a copolymer of 3-methyl-4-hydroxystyrene and 4-hydroxystyrene (2: 1) with an average molecular weight of 16,500 g / mol,
  • the coating solution was filtered through a filter with a pore diameter of 0.2 ⁇ m and spun onto a wafer pretreated with an adhesion promoter (hexamethyldisilazane) at a speed of 3500 rpm. After drying for 1 min at 120 ° C. on the hot plate, a layer thickness of 1.07 ⁇ m was obtained.
  • an adhesion promoter hexamethyldisilazane
  • the recording material was imagewise exposed to a KrF excimer laser (248 nm) with an energy of 33 mJ / cm and then thermally aftertreated at 60 ° C. for 1 min.
  • the coated wafer was exposed imagewise under a template with the UV radiation of a xenon mercury vapor lamp (248 nm) with an energy of 35 mJ / cm and then thermally aftertreated at 60 ° C. for 1 min.
  • a coating solution was prepared from
  • the coating solution was filtered through a filter with a pore diameter of 0.2 ⁇ m and onto one with an adhesion promoter (hexamethyldisilazane) pretreated wafer spun at a speed of 3500 rpm. After drying for 1 min at 120 ° C. on the hot plate, a layer thickness of 1.03 ⁇ m was obtained.
  • adhesion promoter hexamethyldisilazane
  • the coated wafer was exposed imagewise under a template with the UV radiation of a xenon mercury vapor lamp (248 nm) with an energy of 43 mJ / cm 2 and then thermally aftertreated on a hot plate at 70 ° C. for 1 min .
  • Example 6 A coating solution was prepared
  • the coating solution was passed through a filter with a
  • the coated wafer was exposed imagewise under a template with the UV radiation of a KrF excimer laser (248 nm) with an energy of 27 mJ / cm 2 and then thermally treated for 1 min on a hot plate at 60 ° C. .
  • Example 5 The resist formulation of Example 5 was changed such that the acid-forming compound used there was replaced by the same amount of triphenylsulfonium hexafluorophosphate (Example 7) or 2-nitrobenzylto ⁇ ylate (Example 8).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein positiv-arbeitendes strahlungsempfindliches Gemisch mit a) einer Verbindung, die unter Einwirkung von aktinischer Strahlung Säure bildet, b) einer Verbindung mit mindestens einer durch diese Säure spaltbaren C-O-C- oder C-O-Si-Bindung und c) einem in Wasser unlöslichen, in wäßrig-alkalischen Lösungen löslichen oder zumindest quellbaren polymeren Bindemittel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verbindung (a) der allgemeinen Formel R1(-SO2-R2)n entspricht, worin: R1 ein n-wertiger (C¿1?-C3)Alkanrest ist, R?2¿ gleich oder verschieden sind und Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl- oder Heteroaralkylreste und n eine ganze Zahl von 2 bis 4 bedeuten. Das erfindungsgemäße, strahlungsempfindliche Gemisch zeichnet sich durch eine hohe Auflösung und eine hohe Empfindlichkeit über einem weiten Spektralbereich aus. Es zeigt ebenso eine hohe thermische Stabilität und bildet bei Belichtung keine korrodierenden Photolyseprodukte. Die Erfindung betrifft weiterhin ein daraus hergestelltes, strahlungsempfindliches Aufzeichnungsmaterial, das zur Herstellung von Photoresists, elektronischen Bauteilen, Druckplatten oder zum Formteilätzen geeignet ist.

Description

Positiv-arbeitendes strahlungsempfindliches Gemisch und damit hergestelltes Aufzeichnungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein positiv-arbeitendes strah- lungsempfindlichen Gemisch, das
a) eine Verbindung, die unter Einwirkung von Strahlung eine starke Säure bildet, b) eine Verbindung mit mindestens einer durch Säure spaltbaren C-O-C- oder C-O-Si-Bindung und c) ein in Wasser unlösliches, in wäßrig-alkalischen Lösungen lösliches oder zumindest quellbares Binde¬ mittel
enthält, sowie ein damit hergestelltes strahlungs¬ empfindliches Aufzeichnungsmaterial, das für Photoresists und elektronische Bauteile geeignet ist.
Als Verbindungen, die bei Bestrahlung eine starke Säure bilden, wurden bisher insbesondere Onium-Salze, wie Dia- zonium-, Phosphoniu -, Sulfoniu - und Jodonium-Salze von nicht nucleophilen Säuren, wie HSbF6, HAsF6, oder HPF6 [J.V. Crivello, Polym. Eng. Sei., 23 (1983) 953], verwen¬ det. Daneben sind Halogenverbindungen, insbesondere Tri- chlormethyltriazin-Derivate oder Trichlormethyloxadiazol- Derivate, o-Chinondiazidsulfochloride, o-Chinondiazid-4- sulfonsäureester, Organo etall-Organohalogen-Kombinatio- nen, Bis(sulfonyl) diazomethane, Sulfonyl-carbonyl-diazo- ethane (DE-A 39 30 087) oder Nitrobenzyltosylate [F.M. Houlihan et al., SPIE Proc. , Adv. in Resist Techn. and Proc. 920 (1988) 67] empfohlen worden. Diese Verbindungen werden in negativ oder positiv-arbeitenden strahlungs¬ empfindlichen Gemischen verwendet. Die Verwendung der¬ artiger photolytischer Säurebildner bringt aber gewisse Nachteile mit sich, die ihre Einsatzmöglichkeiten in ver¬ schiedenen Anwendungsbereichen drastisch einschränken. So sind z.B. viele der Oniumsalze toxisch. Ihre Löslichkeit ist in vielen Lösemitteln unzureichend, weshalb nur wenige Lösemittel zur Herstellung einer Beschichtungslösung ge¬ eignet sind. Darüber hinaus werden bei Verwendung der Oni- umsalze z.T. unerwünschte Fremdatome eingeführt, die ins¬ besondere in der Mikrolithographie zu Prozeßstörungen füh¬ ren können. Ferner bilden die Oniumsalze bei der Photolyse sehr stark korrodierend wirkende Br nsted-Säuren. Diese Säuren greifen empfindliche Substrate an, so daß der Ein- satz solcher Gemische zu unbefriedigenden Ergebnissen führt. Wie bereits früher erwähnt, bilden auch die Halogenverbindungen sowie die Chinondiazidsulfonsäure- chloride stark korrosiv wirkende Halogenwasserstoffsäuren. Ferner besitzen derartige Verbindungen auf bestimmten Sub- straten nur eine begrenzte Haltbarkeit, die dadurch ver¬ bessert wurde, daß zwischen Substrat und strahlungs- empfindlicher, Verbindungen des Typs (a) enthaltender Schicht eine Zwischenschicht eingefügt wurde, was aller¬ dings zu einer unerwünschten Zunahme von Defekten und zu einer verminderten Reproduzierbarkeit führte (DE-A 36 21 376 = US-A 4 840 867) .
In neueren Arbeiten von F.M. Houlihan et al., SPIE 920, 67 (1988) wurde anhand positiv-arbeitender Systeme gezeigt, daß neben den oben genannten Säurebildnern auch Nitroben- zyltosylate, die bei Belichtung Sulfonsäuren mit geringer Wanderungstendenz bilden, in bestimmten säurelabilen Resiεtformulierungen verwendbar sind. Die dabei erzielten Empfindlichkeiten und die thermische Stabilität der Photo- resists erwiesen sich jedoch als unzureichend.
Die α-Sulfonyldiazomethane bilden unter der Einwirkung aktinischer Strahlung wenig bewegliche Sulfonsäuren, sie besitzen jedoch nur eine unzureichende thermische Stabili- tat und eine unerwünscht hohe Absorption im UV-Bereich. Die in der DE-A 41 11 060 offenbarten Disulfone der allge- meinen Formel R-S02-Sθ2-R' zeigen gleichfalls eine hohe Absorption in diesem Bereich. Darüber hinaus sind sie in vielen der üblicherweise verwendeten Lösemittel nur schlecht löslich.
Bereits bekannt sind auch Resistformulierungen mit Naph- thochinon-2-diazid-4-sulfonsäureestern, Oximsulfonaten, 1, 2-Disulfonen, Bis-sulfonyl-diazomethan (DE-A 39 30 086) und Sulfonyl-carbonyl-diazomethan (DE-A 39 30 087) . All diese Verbindungen bilden unter der Einwirkung aktinischer Strahlung nicht korrodierend wirkende Sulfonsäuren. Die photochemischen Reaktionen verlaufen mit weitgehend zu¬ friedenstellenden Quantenausbeuten. Die Resistformulie¬ rungen mit diesen Verbindungen absorbieren Strahlung der Wellenlänge 248 n jedoch in beträchtlichem Maße. Die Emp¬ findlichkeit gegenüber Strahlung dieser Wellenlänge liegt im Bereich von 50 bis 100 mJ/cm . Praxisgerechte Struk¬ turen einer Größenordnung von 0,5 μm und weniger lassen sich mit solchen Reεists nicht abbilden.
Weiterhin ist bekannt, daß ß-Keto-sulfone bei Bestrahlung Sulfinsäuren oder Sulfonsäuren liefern (Tsunooka et al., J. Photopolym. Sei. Tech. 4 [1991] 239 - 242; Tsunooka et al., Makromol. Chem. , Rapid Comm. 4 [1983] 539 - 541; Mclntosh et al., Tetrahedron Letters 1967, 37).
Langler et al. (Can. J. Chem. 65 [1978] 903 - 907) haben das photochemische Verhalten von benzyl-substitierten ß- Disulfon-Verbindungen untersucht und dabei festgestellt, daß diese unter der Einwirkung von Strahlung zunächst in ein Benzylradikal und ein ß-Disulfonradikal zerfallen. Letzteres nimmt ein Wasserstoffradikal auf, wodurch inter¬ mediär eine Sulfinsäure gebildet wird, und spaltet dann in einem ionischen Mechanismus Schwefeldioxid ab, so daß ein Sulfon zurückbleibt. Benzylsulfone bilden bei Bestrahlung in ähnlicher Weise Benzylradikale und Sulfonylradikale, aus denen dann Sulfinsäuren hervorgehen. Die Ausbeute an Sulfinsäuren steigt, wenn die Bestrahlung in Isopropanol an Stelle von Methanol ausgeführt wird.
Trotz der bisher geleisteten intensiven Forschungs¬ tätigkeit auf diesem Gebiet ist derzeit kein strahlungs- empfindlicheε Gemisch bekannt, mit dem sich ein positiv- arbeitendeε strahlungεempfindliches Aufzeichnungsmaterial herstellen läßt, das eine hohe Empfindlichkeit im DUV-Be- reich (200 bis 300 n ) sowie eine hohe Auflösung besitzt, bereits bei kurzzeitiger Bestrahlung eine ausreichende Menge einer nicht korrodierend wirkenden Säure freisetzt, die stark genug ist, um Verbindungen des Typs b) zu spal¬ ten und das zudem noch wäßrig-alkalisch entwickelbar ist.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein strahlungsemp- findliches Gemisch auf der Basis von säurebildenden in Kombination mit säurespaltbaren Verbindungen vor¬ zuschlagen, wobei die photolytisch eine Säure bildende Verbindung (a) möglichst stabil auf allen bekannten Sub¬ straten sein soll und als Photoprodukt eine nicht korrosiv wirkende Säure liefert.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein positiv-arbeitendes strahlungsempfindliches Gemisch mit
a) einer Verbindung, die unter Einwirkung von akti¬ nischer Strahlung Säure bildet, b) einer Verbindung mit mindestens einer durch diese Säure spaltbaren C-O-C- oder C-O-Si-Bindung und c) einem in Wasser unlöslichen, in wäßrig-alkalischen Lösungen löslichen oder zumindest quellbaren poly- meren Bindemittel,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verbindung (a) der allgemeinen Formel R1 ( -S02-R2 ) n
entspricht, worin
R1 ein n-wertiger (C1-C3)Alkanrest ist, R2 gleich oder verεchieden sind und Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl- oder Heteroaralkylreste und n eine ganze Zahl von 2 bis 4
bedeuten. R1 ist bevorzugt Methylen, Ethan-1,1-diyl, Ethan-1,2-diyl, Propan-l,2-diyl, Isopropyliden, Propan- 1,3-diyl, Methantriyl, Ethan-1,1,1-triyl oder Ethan-1,1,2- triyl oder Propan-1,1,3,3-tetrayl. Besonders bevorzugt ist R1 Methylen, Ethan-1,2-diyl oder Propan-1,3-diyl.
Der Rest R1 kann substituiert sein, insbesondere mit Al- kyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und/oder Acylresten. Bevorzugte Substituenten sind geradkettige oder verzweigte (C1-C12)Alkylreste.
R2 ist bevorzugt Phenyl, Naphthalin-1-yl, Naphthalin-2-yl oder Benzyl. Von den Heteroaryl- und Heteroaralkylresten sind solche mit einem Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwe¬ felatom als Heteroato im aromatischen Ringsystem bevor¬ zugt.
Die Reste R können ebenfalls substituiert sein, ins¬ besondere mit geradkettigen oder verzweigten (C,-C4)Alkyl- oder (C1-C4)Alkoxyresten, Alkoxyalkyl, Alkanoyl, Alka- noyla ino, Carboxy, Aryl, Aryloxy, Aroyl, Aroylamino, Aralkoxy, Cyano, Nitro, Fluor-, Chlor- und/oder Bromato¬ men. In den (Hetero)aralkylresten sind diese Substituenten allgemein an den aromatische Teil gebunden.
Besonders geeignete Verbindungen der allgemeinen Formel sind Bis-benzolsulfonyl-methan, Bis-(toluol-4-sulfonyl)- methan, Bis-(3,4-dimethyl-benzolsulfonyl)-methan, Bis-(3- methoxy-benzolεulfonyl) -methan, Bis-(3-chlor-benzolεulfo- nyl) -methan, Biε-(4-chlor-benzolsulfonyl) -methan, Bis- (3 , 5-dichlor-benzolsulfonyl) -methan, Bis-(4-brom-benzol- sulfonyl) -methan, Bis-(4-fluor-benzolsulfonyl) -methan, 1, l-Bis-benzolsulfonyl-ethan, 1, 2-Bis-benzolsulfonyl- ethan, α,α-Bis-benzolsulfonyl-toluol, 2-Benzolsulfonyl-2- phenylmethansulfonyl-propan, 2, 2-Bis-phenylmethansulfonyl- propan, 1, 1, 1-Tris-benzolsulfonyl-ethan, 1, 1, 1-Tris-(4- brom-benzolsulfonyl) -ethan, 1,1, l-Tris-(toluol-4-sulfo- nyl) -ethan, 1, 1, 3 , 3-Tetrakis-(4-chlor-benzolsulfonyl) -pro- pan, 1, 1, 3 , 3-Tetrakis-(4-brom-benzolsulfonyl) -propan und 1,1,3, 3-Tetrakiε- (4-tert.-butyl-benzolsulfonyl) -propan.
Diese Verbindungen liefern Säuren, vorwiegend Sulfin- säuren, mit einer hohen Quantenausbeute und sind zudem ausreichend thermisch εtabil. Eine Anzahl der Verbindungen der allgemeinen Formel ist bereits bekannt.
Herstellen lassen sich diese Verbindungen in für den Fach- mann an sich bekannten Verfahren (F. Klages et al., Chem. Ber. 97 [1964] 735; G. Ferdinand et al., Liebigs Ann. Chem. 1976 1713) .
Es war überraschend, daß die in den erfindungsgemäßen Ge- mischen eingesetzten Verbindungen der allgemeinen Formel unter der Einwirkung von Strahlung eine genügende Menge an ausreichend starker Säure liefern. Besonders überraschend war es, daß die Verbindungen der allgemeinen Formel auch unter der Einwirkung von UV-2-Strahlung, insbesondere von Strahlung mit einer Wellenlänge von 248 nm, in ausreichen¬ dem Maße Säure liefern, nachdem bekannt war, daß sie in diesem Wellenlängenbereich nur wenig absorbieren (die Ab¬ sorption bei 248 nm beträgt weniger als 0,1 μm-1) . Vor¬ zugsweise zeigen die Verbindungen der allgemeinen Formel von allen Resiεtbestandteilen die höchste molare Ab¬ sorption. Das erfindungsgemäße, strahlungsempfindliche Gemisch zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit aus. Es zeigt eine hohe thermische Stabilität und schafft die Mög¬ lichkeit, auch feinste Strukturen einer Vorlage detail- genau wiederzugeben. Die bei der Beεtrahlung gebildete Säure wirkt nicht korrodierend, so daß das Gemisch auch auf empfindlichen Substratmaterialien Verwendung finden kann.
Zum bildmäßigen Bestrahlen ist insbesondere UV-Strahlung im Bereich von 190 bis 260 nm, bevorzugt von 200 bis 250 nm, aber auch Elektronen- oder Röntgenstrahlung ge¬ eignet.
In dem erfindungsgemäßen Gemisch können auch verschiedene Verbindungen der allgemeinen Formel als Säurebildner ent¬ halten sein. Daneben können auch noch andere Säurebildner Verwendung finden. Solche zusätzlichen Säurebildner sind z.B. die in der DE-A 41 12 971 beschriebenen mehrfunk**^ tionellen Sulfonsäureester von 2,4,6-Tris-(2-hydroxy-eth- oxy) -[1, 3, 5]triazin. Darüber hinaus sind 1,2-Disulfone, Bis(sulfonyl)diazomethane und Sulfonyl-carbonyldiazometha- ne geeignet. Gemiεche mit solchen zusätzlichen Säure¬ bildnern sind jedoch nicht bevorzugt.
Der Anteil an säurebildenden Verbindungen insgesamt wie auch der an Verbindungen der allgemeinen Formel im erfindungsgemäßen Gemisch liegt im allgemeinen bei 0,5 bis 25 Gew.-%, bevorzugt bei 1 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der nichtflüchtigen Bestandteile im Gemisch.
Als säurespaltbare Verbindungen b) in dem erfindungs¬ gemäßen, strahlungsempfindlichen Gemisch haben sich vor allem solche aus einer der folgende Verbindungsklassen be- währt: a) Verbindungen mit mindestens einer Orthocarbonsäure- ester- und bzw. oder Carbonsäureamidacetalgruppe, wo¬ bei die Verbindungen auch polymeren Charakter haben und die genannten Gruppen in der Hauptkette oder seitenständig auftreten können, b) oligomere oder polymere Verbindungen mit wieder¬ kehrenden Acetal- und/oder Ketalgruppen in der Haupt¬ kette, c) Verbindungen mit mindestens einer Enolether- oder N- Acyliminocarbonatgruppe, d) cyclische Acetale oder Ketale von ß-Ketoestern oder - amiden, e) Verbindungen mit Silylethergruppen, f) Verbindungen mit Silylenolethergruppen, g) Monoacetale bzw. Monoketale von Aldehyden bzw. Ke¬ tonen, deren Löslichkeit im Entwickler zwischen 0,1 und 100 g/1 beträgt, h) Ether abgeleitet aus tertiären Alkoholen, i) Carbonsäureester und Carbonate, deren Alkoholkom- ponente ein tertiärer Alkohol, ein Allylalkohol oder ein Benzylalkohol ist, und j) N,0-Acetale, insbesondere N,0-Polyacetale.
Es können auch Mischungen der vorgenannten säurespaltbaren Verbindungen eingesetzt werden. Von den genannten Verbin¬ dungen sind besonderε die mit mindeεtens einer durch Säure spaltbaren C-O-C-Bindung bevorzugt, d. h. die Verbindungen der Klassen (a) , (b) , (g) und (i) und (j) . Unter Typ (b) sind besonders die polymeren Acetale hervorzuheben; von den säurespaltbaren Materialien des Typs (g) insbesondere diejenigen, die sich von Aldehyden bzw. Ketonen mit einem Siedepunkt über 150 °C, vorzugsweise über 200 °C, ab¬ leiten. Gemische mit verschiedenen saurespaltbaren Verbin¬ dungen sind allgemein nicht bevorzugt. Der Anteil der Verbindung(en) b) liegt allgemein bei 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe des strahlungεempfind- lichen Gemisches.
Das erfindungsgemäße strahlungsempfindliche Gemisch ent¬ hält ferner mindestens ein polymeres, in Wasser unlösli¬ ches, in wäßrig-alkalischen Lösungen dagegen lösliches, zumindest quellbares Bindemittel c) . Das Bindemittel zeichnet sich im besonderen dadurch aus, daß es mit den übrigen Bestandteilen des erfindungsgemäßen strahlungs¬ empfindlichen Gemisches gut verträglich ist und insbe¬ sondere im Wellenlängenbereich von 190 bis 300 nm eine möglichst geringe Eigenabεorption, d.h. eine hohe Trans- parenz, aufweist. Bindemittel auf der Basis von Novolak- Kondensationsharzen, die in der Regel in Kombination mit Naphthochinondiaziden als photoaktive Komponenten einge¬ setzt werden, erfüllen diese Bedingung nicht. Zwar lassen Novolak-Kondensationsharze nach bildmäßiger Belichtung in den nicht belichteten Bereichen eine Reduzierung der Lös¬ lichkeit gegenüber wäßrig-alkalischen Entwicklern erken¬ nen, doch ist ihre Eigenabsorption im Bereich der für die Bestrahlung gewünschten kurzen Wellenlänge unerwünscht hoch.
Novolak-Kondensationsharze können aber in Mischung mit an¬ deren als Bindemittel geeigneten Harzen mit höherer Trans¬ parenz eingesetzt werden. Die Mischungsverhältnisse rich¬ ten sich dabei vorwiegend nach der Art des mit dem Novo- lakharz zu mischenden Bindemittels. Insbeεondere εpielen dessen Grad an Eigenabsorption im genannten Wellenlängen¬ bereich, aber auch die Mischbarkeit mit den anderen Bestandteilen des strahlungsempfindlichen Gemisches eine entscheidende Rolle. Im allgemeinen kann aber das Binde- mittel des erfindungsgemäßen strahlungsempfindlichen Gemi- sches bis zu 30 Gew.-%, insbesondere bis zu 20 Gew.-%, eines Novolak-Kondensationsharzes enthalten.
Als Bindemittel geeignet sind Homo- oder Copolymere des 4- Hydroxystyrols sowie seiner Alkylderivate, z.B. des 3- Methyl-4-hydroxystyrols, sowie Homo- oder Copolymere an¬ derer Vinylphenole, z. B. des 3-Hydroxystyrols oder der Ester oder Amide von Acrylsaure mit phenolischen Gruppen aufweisenden Aromaten. Als Comonomere können polymeri- sierbare Verbindungen wie Styrol, Methyl (meth) acrylat oder ähnliche eingesetzt werden.
Schichten mit erhöhter Plaεmabeständigkeit erhält man, wenn darin siliciumhaltige Bindemittel, z. B. aus Vinyl- trimethylsilan, verwendet werden. Die Transparenz dieser Bindemittel ist im Deep-UV-Bereich im allgemeinen höher, so daß eine verbesserte Strukturierung möglich ist.
Mit gleichem Erfolg lassen sich auch Homo- oder Copolymere des Maleinimids verwenden. Auch diese Bindemittel zeigen hohe Transparenz im Deep-UV-Bereich. Als Comonomere werden auch hier bevorzugt Styrol, substituierte Styrole, Vinyl- ether, Vinylester, Vinylsilylverbindungen oder (Meth)- acrylsäureester eingesetzt.
Schließlich sind darüber hinaus auch Copolymere des Sty- rolε mit Comonomeren verwendbar, die in wäßrig alkalischen Lösungen eine Löslichkeitserhöhung bewirken. Hierzu zählen beispielsweise Maleinsäureanhydrid und Maleinsäurehalb- ester.
Die genannten Bindemittel können auch untereinander ge¬ mischt werden, sofern sich dadurch die optiεche Qualität deε strahlungsempfindlichen Gemiεches nicht verschlech- tert. Binde ittelgemiεche sind jedoch nicht bevorzugt. Die Extinktion deε Bindemittelε bzw. der Kombination von Bindemitteln für Strahlung der Wellenlänge 248 nm beträgt bevorzugt weniger alε 0,35, besonders bevorzugt weniger als 0,25 μm .
Die Glasübergangεtemperatur deε Bindemittels bzw. der Kom¬ bination von Bindemitteln liegt vorteilhaft bei mindestenε 120 °C.
Der Anteil des Bindemittelε beträgt im allgemeinen 1 biε 98,5 Gew.-%, bevorzugt 25 biε 90 Gew.-%, beεonderε be¬ vorzugt 50 biε 80 Gew.-%, jeweilε bezogen auf daε Geεamt- gewicht der festen Anteile des εtrahlungεempfindlichen Ge- misches.
Die erfindungsgemäßen Gemische können schließlich noch weitere Komponenten, wie Farbstoffe, Pigmente, Weichma¬ cher, Netzmittel und Verlaufmittel enthalten. Zur Erfül¬ lung spezieller Erfordernisse, wie Flexibilität, Haftung und Glanz, können noch Verbindungen, wie Polyglykol,
Celluloseether, z. B. Ethylcellulose, zugesetzt sein.
Soll ein Substrat beschichtet werden, so wird das er- findungεgemäße strahlungsempfindliche Gemisch zweckmäßig in einem Lösemittel oder in einer Kombination von Lösemit¬ teln gelöεt. Hierfür beεonders geeignet sind Glykole, wie Ethylenglykol und Propylenglykol sowie die davon ab¬ geleiteten Mono- und Dialkylether, beεonders die Mono- und Dimethylether sowie die Mono- und Diethylether, Ester ab- geleitet aus aliphatischen (C-^-Cg) Carbonsäuren und entwe¬ der (C-^-Cg)Alkanolen oder (^-Cg)Alkandiolen oder (C,-C6)- Alkoxy-(C-j.-Cg) alkanolen, beispielsweise Ethylacetat, Hydroxyethylacetat, Alkoxyethylacetat, n-Butylacetat, Pro- pylenglykolmonoalkyletheracetat, insbeεondere Propylengly- kolmethyletheracetat und Amylacetat, Ether, wie Tetra- hydrofuran und Dioxan, Ketone, wie Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclopentanon und Cyclohexanon, N,N- Dialkyl-carbonεaureamide, wie N,N-Dimethylformamid und N,N-Dimethylacetamid, aber auch Hexamethylphoεphorεaure- triamid, N-Methyl-pyrrolidin-2-on und Butyrolacton, sowie beliebige Mischungen davon. Beεonderε bevorzugt von diesen sind die Glykolether, aliphatischen Ester und Ketone.
Letztendlich hangt die Wahl des Losemittels bzw. Losemit- telgemisches ab von dem angewandten Beschichtungεver- fahren, der gewunεchten Schichtstarke und den Trock- nungεbedingungen. Ebenso müssen die Losemittel unter den angewendeten Bedingungen gegenüber den übrigen Schicht¬ bestandteilen chemisch inert sein.
Die mit den genannten Losemitteln hergestellte Losung hat in der Regel einen Festεtoffgehalt von 5 biε 60 Gew.-%, vorzugεweiεe 10 biε 40 Gew.-%.
Gegenεtand der Erfindung ist schließlich auch ein strahlungεempfindliches Aufzeichnungεmaterial, das im weεentlichen aus einem Substrat und einer darauf be¬ findlichen strahlungεempfindlichen Schicht auε dem erfin- dungεgemaßen Gemiεch beεteht.
Alε Subεtrate kommen alle Materialien in Frage, auε denen Kondenεatoren, Halbleiter, mehrlagige gedruckte Schaltun¬ gen oder integrierte Schaltkreise bestehen bzw. herge¬ stellt werden können. Speziell εind Siliciumεubstrate zu nennen, die auch thermisch oxidiert und/oder mit Aluminium beschichtet, aber auch dotiert sein können. Daneben sind alle anderen in der Halbleitertechnologie üblichen Sub¬ strate möglich, wie Siliciumnitrid, Galliumarsenid und Indiumphosphid. Dieεe Subεtrate können thermiεch vor¬ behandelt, oberflächlich aufgerauht, angeatzt oder, zur Verbeεεerung erwunεchter Eigenεchaften, z. B. zur Erhöhung der Hydrophilie, mit Chemikalien vorbehandelt εein. Um der strahlungεempfindlichen Schicht einen beεεeren Zu- εammenhalt und/oder eine beεεere Haftung auf der Sub- εtratoberflache zu verleihen, kann in ihr ein Haftver¬ mittler enthalten εein. Bei Silicium- bzw. Siliciumdioxid- Subεtraten kommen hierfür Haftvermittler vom Aminoεilan- Typ, wie z. B. 3-Aminopropyl-triethoxy-εilan oder Hexame- thyl-disilazan, in Frage.
Als Strahlungsquellen für die bildmäßige Bestrahlung eig- nen sich besonderε Metallhalogenidlampen, Kohle¬ bogenlampen, Xenonlampen und Quecksilberdampflampen. Ebenso kann eine Belichtung mit energiereicher Strahlung wie Laser-, Elektronen- oder Röntgenstrahlung erfolgen. Besonders bevorzugt sind jedoch Lampen, die Licht einer Wellenlänge von 190 biε 260 nm auεεtrahlen können, d.h. inεbeεondere Xenon- und Queckεilberdampflampen. Darüber hinaus lassen sich auch Laserlichtquellen verwenden, z. B. Excimerlaser, inεbesondere KrF- oder ArF-Laser, die bei 248 bzw. 193 nm emittieren. Die Strahlungsquellen müssen in den genannten Wellenlängenbereichen eine ausreichende Emisεion aufweiεen.
Die Stärke der lichtempfindlichen Schicht hängt vom Ver¬ wendungszweck ab. Sie beträgt im allgemeinen zwischen 0,1 und 100 μm, bevorzugt zwischen 0,5 und 10 μm, besonders bevorzugt um 1,0 μm.
Das strahlungεempfindliche Aufzeichnungεmaterial wird zweckmäßig durch Auftragen des strahlungsempfindlichen Ge- miεcheε auf daε Subεtrat, z.B. durch Aufεprühen, Fließbeschichten, Walzen, Schleuder- und Tauchbeεchichten hergestellt. Danach wird das Lösemittel durch Verdampfen entfernt, so daß auf der Oberfläche deε Subεtrats die strahlungsempfindliche Schicht zurückbleibt. Die Entfer- nung des Lösemittelε kann durch Erhitzen der Schicht auf Temperaturen bis zu 150 °C gefördert werden. Das Gemiεch kann aber auch zunächεt auf obengenannte Weise auf einen Zwischenträger aufgetragen werden, von dem aus es unter Druck und erhöhter Temperatur auf das endgültige Träger¬ material übertragen wird. Als Zwischenträger können grundsätzlich alle auch als Trägermaterialien geeigneten Materialien Anwendung finden. Anschließend wird die Schicht bildmäßig bestrahlt. Danach behandelt man die Schicht mit einer Entwicklerlösung, die die beεtrahlten Bereiche der Schicht löst und entfernt, so daß ein Abbild der bei der bildmäßigen Bestrahlung verwendeten Vorlage auf der Subεtratoberflache verbleibt.
Als Entwickler eignen sich besonders wäßrige Lösungen, die Silikate, Metaεilikate, Hydroxide, Hydrogen- und Dihydrogenphoεphate, Carbonate oder Hydrogencarbonate von Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/oder Ammoniumionen enthalten, aber auch Ammoniak und dergleichen. Metall¬ ionenfreie Entwickler sind bevorzugt. Der Gehalt dieser Substanzen in der Entwicklerlösung beträgt im allgemeinen 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugweise 0,5 biε 5 Gew.-%, bezogen auf daε Gewicht der Entwicklerlöεung. Den Entwicklern kön¬ nen gegebenenfallε geringe Mengen eineε Netzmittels zu¬ gesetzt εein, die die Ablöεung der löεlichen Bereiche der Schicht fördern.
Verwendung findet das erfindungεgemäße strahlungsemp¬ findliche Gemisch bei der Herεtellung von integrierten Schaltungen oder von diεkreten elektriεchen Bauεteinen mit lithographiεchen Prozeεεen, da sie eine hohe Lichtempfind- lichkeit aufweisen, besonderε bei Beεtrahlung mit Licht einer Wellenlänge zwischen 190 bis 300 nm. Die entwickelte Reεiεtschicht dient dabei alε Maεke für die folgenden Pro- zeßεchritte. Solche Schritte εind z. B. das Ätzen deε Schichtträgerε, daε Implantieren von Ionen in den Schicht- träger oder daε Abεcheiden von Metallen oder anderen Mate¬ rialien auf dem Schichtträger. Die nachstehend beεchriebenen Beiεpiele illuεtrieren die Erfindung, εollen aber nicht beεchränkend wirken. Gt steht dabei für Gewichtsteile, Vt für Volumenteile. Gewichtε- teile verhalten εich zu Volumenteilen wie Gramm zu Kubik- Zentimeter.
Svnthesebeispiel
1,1,3, 3-Tetrakiε-(4-chlor-benzolsulfonyl) -propan
7,2 Gt Bis-(4-chlor-benzolεulfonyl) -methan werden in 150 Vt Ethanol dispergiert. Nacheinander werden dann 1,4 Vt einer 37 %igen Formalinlöεung und zwei Tropfen Piperidin zugeεetzt. Die Reaktionmiεchung wird anεchließend 3 Stun¬ den lang bei Raumtemperatur gerührt. Der entstandene Nie- derschlag wird abgesaugt, mit Ethanol gewaschen und an der Luft getrocknet. Der Schmelzpunkt deε Produktε liegt bei 236 - 237 "C. Die Elementaranalyse ergab die folgenden Werte:
ber.: C 43,7 % H 2,7 % S 17,2 % Cl 19,1 gef.: C 43,7 % H 2,7 % S 16,9 % Cl 19,2
Auf analoge Weise lasεen εich auch die anderen Tetra- εulfonyl-alkane der allgemeinen Formel herstellen.
Beispiel 1
Eε wurde eine Beεchichtungεlöεung hergestellt auε
25 Gt eineε Copolymeren aus Styrol und 4-Hydroxy-εty- rol (20/80) mit einem mittleren Molekulargewicht von 32.000 [beεti mt durch Gelpermeationschroma- tographie (GPC) ] , 10,7 Gt 3 , 4-Dimethoxy-benzaldehyd- (bis-phenoxyethyl-ace- tal) und 0,33 Gt 1,1, 3, 3-Tetrakiε-(4-chlorbenzolεulfonyl) -propan in 100 Gt Propylenglykol-monomethylether-acetat. Die Beεchichtungεlöεung wurde durch ein Filter mit einem Porendurchmeεεer von 0,2 μm filtriert und auf einen mit einem Haftvermittler (Hexamethyldiεilazan) vorbehandelten Wafer bei einer Drehzahl von 3000 U/min aufgeεchleudert. Nach 1 min Trocknen bei 120 °C auf der hot plate wurde eine Schichtdicke von 1,21 μm erhalten.
Daε Aufzeichnungεmaterial wurde bildmäßig unter einer Vor¬ lage mit der UV-Strahlung einer Xenon-Queckεilber- dampflampe (248 nm) mit einer Energie von 51 mJ/cm be¬ strahlt und anschließend bei 80 °C 1 min lang einem post expoεure bake auf einer hot plate unterzogen.
Entwickelt wurde daε Aufzeichnungεmaterial mit einer 0,15 n wäßrigen Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung. Nach einer Entwicklungsdauer von 60 ε erhielt man ein fehlerfreies Abbild der Maεke mit εteilen Reεiεtflanken, wobei auch Strukturen von biε zu 1,0 μm detailgetreu aufgelöst waren. Die rasterelektronenmikroskopische Unterεuchung ergab, daß die Flanken der Resistprofile praktisch senkrecht zur Sub¬ stratoberfläche ausgerichtet waren.
Beispiel 2:
Ein wie im Beispiel 1 beschichteter Wafer wurde unter einer Vorlage mit der UV-Strahlung eines KrF-Excimer- Laεerε (248 nm) mit einer Energie von 49 mJ/cm2 beεtrahlt. Wie im vorangehenden Beiεpiel wurde ein originalgetreueε Abbild der Vorlage erhalten, in dem auch Strukturen von weniger als 1 μm aufgelöst waren.
Beispiel 3:
Es wurde eine Beschichtungslöεung hergeεtellt auε 25 Gt eineε Copolymeren auε 3-Methyl-4-hydroxy-styrol und 4-Hydroxystyrol (2:1) mit einem mittleren Molekulargewicht von 16.500 g/mol,
10,7 Gt eines N,O-Polyacetals, hergestellt aus Benz¬ aldehyd und N-Propyl-carbamidεäure- (2-hydroxy- ethyl-eεter) mit einem mittleren Molekularge¬ wicht von 5.000 g/mol, und 0,66 Gt Bis-(3-chlor-benzolsulfonyl) -methan in 100 Gt Propylenglykol-monoethylether-acetat.
Die Beschichtungslösung wurde durch ein Filter mit einem Porendurchmesser von 0,2 μm filtriert und auf einen mit einem Haftvermittler (Hexamethyldisilazan) vorbehandelten Wafer bei einer Drehzahl von 3500 U/min aufgeschleudert. Nach 1 min Trocknen bei 120 °C auf der hot plate wurde eine Schichtdicke von 1,07 μm erhalten.
Das Aufzeichnungsmaterial wurde bildmäßig unter einer Vor¬ lage mit der UV-Strahlung eine KrF-Excimer-Lasers (248 nm) mit einer Energie von 33 mJ/cm bestrahlt und anschließend 1 min lang bei 60 °C thermisch nachbehandelt.
Entwickelt wurde dann mit einer 0,27 n wäßrigen Tetra- methylammoniumhydroxid-Löεung. Nach 60 s waren die be- strahlten Bereiche restlos abgelöst. Es wurde ein de- tailgetreueε Abbild der Vorlage mit εteilen Resistflanken erhalten. Die Auflösung der Linien und Gräben betrug bis zu 0,35 μm.
Beiεpiel 4:
Eε wurde eine Beschichtungεlöεung hergeεtellt auε
25 Gt eineε Homopolymeren aus 3-Methyl-4-hydroxy-εty- rol mit einem mittleren Molekulargewicht von 17.000 g/mol,
10,7 Gt eines Polyacetals, hergestellt aus Benzaldehyd und 4-Hydroxy-buttersäure-butylamid mit einem mittleren Molekulargewicht von 6.000 g/mol, und 0,66 Gt 2,2-Biε-(phenylmethanεulfonyl) -propan in 100 Gt Propylenglykol-monomethylether-acetat. Die Beschichtungslösung wurde durch ein Filter mit einem Porendurchmeεεer von 0,2 μm filtriert und auf einen mit einem Haftvermittler (Hexamethyldiεilazan) vorbehandelten Wafer bei einer Drehzahl von 3000 U/min aufgeεchleudert. Nach 1 min Trocknen bei 120 °C auf der hot plate wurde eine Schichtdicke von 1,10 μm erhalten.
Der beεchichtete Wafer wurde bildmäßig unter einer Vorlage mit der UV-Strahlung einer Xenon-Queckεilberdampflampe (248 nm) mit einer Energie von 35 mJ/cm bestrahlt und an¬ schließend 1 min lang bei 60 °C thermisch nachbehandelt.
Entwickelt wurde dann mit einer 0,27 n wäßrigen Tetra- methylammoniumhydroxid-Löεung. Nach 60 ε waren die be- strahlten Bereiche restlos abgelöst. Es wurde ein detail- getreues Abbild der Vorlage mit rechtwinkligen Resiεt- flanken erhalten. Details mit einer Größe von weniger als 0,7 μm waren noch exakt wiedergegeben. Der Dunkelabtrag betrug weniger als 20 nm.
Beiεpiel 5:
Eε wurde eine Beschichtungslösung hergestellt aus
25 Gt eines Copolymeren aus 3-Methyl-4-hydroxystyrol und 4-Hydroxyεtyrol (Molverhältniε 1:1) mit einem mittleren Molekulargewicht von 15.000 g/mol (GPC) , 10,7 Gt eineε Poly-orthoeεterε, hergeεtellt durch Kon- denεation von 1 mol 7,7-Biε-hydroxymethyl-nonan- l-ol mit 1 mol ortho-Ameiεenεäure-tri- methyleεter, und 0,44 Gt 1, 1, 1-Tris-(4-brom-benzolεulfonyl) -ethan in 100 Gt Propylenglykol-monomethylether-acetat.
Die Beεchichtungslöεung wurde durch ein Filter mit einem Porendurchmeεεer von 0,2 μm filtriert und auf einen mit einem Haftvermittler (Hexamethyldisilazan) vorbehandelten Wafer bei einer Drehzahl von 3500 U/min aufgeschleudert. Nach 1 min Trocknen bei 120 °C auf der hot plate wurde eine Schichtdicke von 1,03 μm erhalten.
Der beschichtete Wafer wurde bildmäßig unter einer Vorlage mit der UV-Strahlung einer Xenon-Quecksilberdampflampe (248 nm) mit einer Energie von 43 mJ/cm2 bestrahlt und an¬ schließend 1 min lang auf einer hot plate bei 70 °C ther- misch nachbehandelt.
Entwickelt wurde dann mit einer 0,17 n wäßrigen Tetra- methylammoniumhydroxid-Lösung. Nach 60 s bei 21 °C waren die bestrahlten Bereiche reεtloε abgelöεt. Eε wurde ein detailgetreueε Abbild der Vorlage erhalten. Linien und Gräben waren biε in eine Größenordnung von weniger alε 1 μm exakt wiedergegeben.
Beispiel 6: Es wurde eine Beschichtungεlösung hergestellt auε
25 Gt eineε Copolymeren aus 3-Methyl-4-hydroxyεtyrol und 4-Hydroxyεtyrol (Molverhältniε 2:1) mit einem mittleren Molekulargewicht von 16.500 g/mol (GPC) ,
10,7 Gt eineε Poly-N,0-acetalε, hergeεtellt auε Benz¬ aldehyd und N-Propyl-carbamidsäure-(2-hydroxy- ethyl-eεter) , mit einem mittleren Molekularge¬ wicht von 5.000 g/mol, und 0,66 Gt 1,2-Biε-benzolεulfonyl-ethan in
100 Gt Propylenglykol-monoethylether-acetat.
Die Beεchichtungεlösung wurde durch ein Filter mit einem
Porendurchmesεer von 0,2 μm filtriert und auf einen mit einem Haftvermittler (Hexamethyldisilazan) vorbehandelten
Wafer bei einer Drehzahl von 3500 U/min aufgeschleudert. Nach 1 min Trocknen bei 120 °C auf der hot plate wurde eine Schichtdicke von 1,07 μm erhalten.
Der beεchichtete Wafer wurde bildmäßig unter einer Vorlage mit der UV-Strahlung eines KrF-Excimer-Laserε (248 nm) mit einer Energie von 27 mJ/cm2 bestrahlt und anschließend 1 min lang auf einer hot plate bei 60 °C thermiεch nachbe¬ handelt.
Entwickelt wurde dann mit einer 0,27 n wäßrigen Tetra- methylammoniumhydroxid-Löεung. Nach 60 ε bei 21 °C waren die bestrahlten Bereiche restloε abgelöst. Es wurde ein detailgetreues Abbild der Vorlage mit steilen Resist- flanken erhalten. Linien und Gräben waren biε in eine Grö- ßenordnung von 0,4 μm exakt wiedergegeben.
Beiεpiele 7 und 8 (Verαleichεbeispiele)
Die Resistformulierung des Beispiels 5 wurde derart ab¬ geändert, daß die dort verwendete säurebildende Verbindung durch die gleiche Menge an Triphenylsulfonium-hexa- fluorphoεphat (Beispiel 7) oder 2-Nitro-benzyltoεylat (Beiεpiel 8) erεetzt wurde.
Nach Bestrahlung bei 248 nm mit einer Energie von 56 mJ/cm2 (Beispiel 7) bzw. 78 mJ/cm2 (Beispiel 8) und nach¬ folgender Entwicklung wie im Beispiel 1 beschrieben wurde ein Resiεtbild erhalten, das keine praxiεgerechte Bilddif¬ ferenzierung und damit keine akzeptablen Strukturen zeigte. Dem gemäß Vergleichsbeiεpiel 7 erhaltenen Reεist- bild hafteten noch Resistspuren in den bestrahlten Berei¬ chen an. In den gemäß Vergleichsbeispiel 8 erhaltenen Reεiεtbildern waren die Oberflächen der Strukturen über¬ brückt.

Claims

Patentanεprüche
1. Poεitiv-arbeitendes strahlungsempfindlicheε Gemisch mit
a) einer Verbindung, die unter Einwirkung von akti¬ nischer Strahlung Säure bildet, b) einer Verbindung mit mindestens einer durch diese Säure spaltbaren C-O-C- oder C-O-Si-Bin- düng und c) einem in Wasεer unlöεlichen, in wäßrig-alka- liεchen Lösungen löslichen oder zumindest quell¬ baren polymeren Bindemittel,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verbindung (a) der allgemeinen Formel
R1(-S02-R2)n
entspricht, worin
R ein n-wertiger (C^^-Cg)Alkanreεt iεt, R gleich oder verschieden sind und Aryl-, Ar¬ alkyl-, Heteroaryl- oder Heteroaralkylreste und n eine ganze Zahl von 2 biε 4 bedeuten.
2. Strahlungεempfindlicheε Gemiεch gemäß Anεpruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, daß in der Verbindung der all¬ gemeinen Formel der Reεt R Methylen, Ethan-1, 1-diyl, Ethan-1, 2-diyl, Propan-1, 2-diyl, Isopropyliden, Pro- pan-1, 3-diyl, Methantriyl, Ethan-1, 1, 1-triyl oder Ethan-1, 1, 2-triyl oder Propan-1, 1, 3 , 3-tetrayl, beson¬ ders bevorzugt Methylen, Ethan-1, 2-diyl oder Propan- 1, 3-diyl, iεt.
3. Strahlungsempfindliches Gemisch gemäß Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, daß in der Verbindung der all- - 22 -
gemeinen Formel der Rest R1 subεtituiert iεt mit Al- kyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und/oder Acyl- reεten.
4. Strahlungsempfindlicheε Gemisch gemäß Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, daß in der Verbindung der all¬ gemeinen Formel der Rest R2 Phenyl, Naphthalin-1-yl, Naphthalin-2-yl oder Benzyl iεt.
5. Strahlungsempfindliches Gemisch gemäß Anεpruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, daß in der Verbindung der all¬ gemeinen Formel der Reεt R εubεtituiert ist mit geradkettigen oder verzweigten (C.-_-C4)Alkyl- oder (C1-C4)Alkoxyreεten, Alkoxyalkyl, Alkanoyl, Alka- noylamino, Carboxy, Aryl, Aryloxy, Aroyl, Aroylamino, Aralkoxy, Cyano, Nitro, Fluor-, Chlor- und/oder Bromatomen. r
6. Strahlungsempfindliches Gemisch gemäß Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, daß der Anteil an säurebil¬ denden Verbindungen insgesamt wie auch der an Ver¬ bindungen der allgemeinen Formel bei 0,5 bis 25 Gew.-%, bevorzugt bei 1 bis 10 Gew.-%, jeweils be¬ zogen auf daε Geεamtgewicht der nichtflüchtigen Be- εtandteile im Gemiεch, liegt.
7. Strahlungsempfindliches Gemisch gemäß einem oder meh¬ reren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Verbindung(en) b) bei 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, jeweils bezo¬ gen auf daε Gesamtgewicht der Feststoffe des strah¬ lungsempfindlichen Gemisches, liegt.
8. Strahlungsempfindlicheε Gemiεch gemäß einem oder meh- reren der Anεprüche 1 biε 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil deε Bindemittels bei 1 bis 98,5 Gew.-%, bevorzugt 25 biε 90 Gew.-%, beεonderε bevorzugt 50 biε 80 Gew.-%, jeweilε bezogen auf das Geεamtgewicht der Feεtstoffe des strahlungs¬ empfindlichen Gemischeε, liegt.
9. Poεitiv-arbeitendeε εtrahlungsempfindliches Auf- zeichungεmaterial, beεtehend aus einem Träger mit einer strahlungεempfindlichen Schicht, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Schicht aus einem Gemisch gemäß einem oder mehreren der Anεprüche 1 bis 8 besteht.
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