DE102006002032A1

DE102006002032A1 - Fotoempfindliche Beschichtung zum Verstärken eines Kontrasts einer fotolithographischen Belichtung

Info

Publication number: DE102006002032A1
Application number: DE102006002032A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Elian; Christoph Dr. Nölscher
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-07-12
Also published as: US20070117041A1

Abstract

Ein lichtempfindliches Beschichtungsmaterial zur Verwendung als Kontrast verstärkende Beschichtung (16, "BCEL"), das unterhalb eines Lackfilms (14) angeordnet wird, umfasst: ein Basispolymer, das keine säurespaltbaren Gruppen aufweist, um bezüglich eines Entwicklers unlöslich zu sein, wobei der Entwickler dafür ausgelegt ist, belichtete Abschnitte (34) des Lackfilms (14) zu entfernen. Ein Lösungsmittel dient dem Aufbringen des lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials auf eine Oberfläche eines Substrats (10) oder einer darauf angeordneten Schicht (12). Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Beschichtung (16) weiterhin einen fotolytischen Säuregenerator, der so ausgelegt ist, dass er bei Belichtung eine Säure freisetzt, die in den benachbarten Lackfilm (14) diffundiert, der auf der Beschichtung (16) abgeschieden ist, um eine in belichteten Abschnitten des Lacks ausgebildete Säurekonzentration zu verstärken. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Beschichtung (16) ein alkalisches Additiv, das so ausgelegt ist, dass es bei Belichtung in eine nichtalkalische neutrale Verbindung fotozerlegbar ist. Dieses alkalische Additiv ist so beschaffen, dass es in den benachbarten Lackfilm (14) oberhalb der Beschichtung (16) diffundiert. Eine in unbelichteten oder weniger belichteten Abschnitten (34) des Lackfilms (14) ausgebildete Säurekonzentration wird somit reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtempfindliche Beschichtung zum Verstärken eines Kontrasts einer fotolithographischen Belichtung eines auf einem Substrat ausgebildeten Lacks. Die Erfindung betrifft weiterhin mehrschichtige Lacke und/oder Antireflexbeschichtungen.

Auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung werden integrierte Schaltungen ausgebildet, indem Halbleiterwafer Schicht für Schicht mit jeweils einem Muster ausgebildet werden, wobei die entsprechenden Muster auf jeweiligen Masken eines der Schaltung zugeordneten Satzes ausgebildet sind. Die Wafer werden mit einem lichtempfindlichen Lack bedeckt, der auf die zu belichtende Schicht aufgetragen wird. Mit fortschreitender Verkleinerung der Größen von Strukturen werden besondere lithographische Techniken verwendet, um die Auflösung und Schärfentiefe bezüglich einer Belichtung zu erhöhen. Diese Techniken betreffen Verbesserungen unter anderem an den optischen Systemen (Belichtungsvorrichtung), den Arten von Masken (Phasenverschiebungsmasken, Trimmasken usw.) oder den Lacken.

Ein Effekt, der oftmals auftritt, wenn Strukturelemente auf einen Wafer mit einer Breite in der Nähe der Auflösungsgrenze des optischen Projektionssystems übertragen werden, ist die Ausbildung von sog. Side Lobes. Diese werden in der Nähe einer jeweiligen Hauptstruktur in dem Lack auf dem Substrat gebildet. Diese Side Lobes können sich als Intensitätsnebenmaxima in der Nähe der äußeren Oberfläche eines Lacks auf einem Wafer ausbilden, da die Intensität vertikal mit der Tiefe ab nimmt und die Nebenmaxima nicht in der Lage sind, einen Schwellpegel für eine effektive Belichtung in größeren Tiefen im Lack zu übersteigen.

Side Lobes können jedoch auch als dunkle Artefakte (Intensitätsminima) an der unteren Oberfläche eines Lacks entstehen. Sie werden dann nahe einer unterliegenden Schicht oder Beschichtung im Lack auf dem Wafer gebildet. Beispielsweise kann die Projektion eines Musters von dunklen Linien, die durch absorbierende Schichten auf einer ansonsten hellen Maske repräsentiert sind, in einen auf einen Wafer abgeschiedenen positiven Lack zu der Ausbildung von weniger belichteten Bereichen innerhalb eines Gebiets führen, das jedoch effektiv belichtet werden soll. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Projektion defokussiert ausgeführt wird.

Das gleiche Problem tritt mit Hilfsstrukturen (SRAF – subresolution assist features) auf, die zu ein jeweiligen Mutterstruktur innerhalb solcher Gebiete auf der Maske hinzugefügt werden. Sie sollen eigentlich das Prozessfenster durch einen verbesserten Kontrast und daraus resultierend einem steileren Lackprofil vergrößern. Am Boden des Lacks wird die Intensität aber möglicherweise ungenügend, um die fotolytischen Säuregeneratoren in dem Lack zum Freisetzen von Säure während der Belichtung zu stimulieren. Dies kann dazu führen, dass nach der Entwicklung Lackreste an der unteren Oberfläche zurückbleiben, und somit zu fehlerhaften Ätzergebnissen bezüglich der darunterliegenden Schicht führen, die nämlich anschließend strukturiert werden soll.

Ein Lösungsansatz besteht darin, ein reaktives Ionenätzen unter Verwendung von Sauerstoff als reaktivem Mittel durchzuführen. Hierbei wird eine definierte Menge (Dicke) entwickel ten Lacks einschließlich der Reste von der Waferoberfläche weggenommen, so dass auch die unerwünschten Reste auf der darunterliegenden Schicht entfernt werden. Die Lackdicke wird jedoch nachteilhaft verringert und die Qualität des Lackprofils, insbesondere der Lackkanten, kann sich verschlechtern.

Ein weiterer Ansatz besteht darin, Strukturelemente einer Bodenantireflexbeschichtung (BARC – bottom antireflective coating) zu verwenden. Eine BARC wird oftmals dazu verwendet, Belichtungseigenschaften eines Lacks zu verbessern, was insbesondere eine Reduzierung von Stehwellen innerhalb des Lacks aufgrund von Reflexionen von Licht an der unteren Oberfläche beinhaltet.

Da aber Ammoniak, das aus einer stickstoffhaltigen unterliegenden Schicht austreten kann, möglicherweise aber die BARC durchdringt, könnte sich aber die Haftung des Lacks oder Abschnitte davon auf der BARC unter Umständen bedeutend vergrößern. Um diese Haftung wiederum zu reduzieren, wird der BARC eine Säure zugesetzt. Es entsteht ein Nebeneffekt dahingehend, dass diese Säure möglicherweise während eines Ausheizschritts nach der Belichtung in den benachbarten Lack diffundiert, wodurch die Löslichkeit des Lacks während eines nachfolgenden Entwicklungsschritts zunimmt. Auf das vorliegende Problem angewendet, wird das Auftreten von dunklen Side Lobes oder belichteten SRAFs aufgrund der erhöhten Säuremenge in einem Bodengebiet des Lacks implizit reduziert.

Beispiele für Bodenantireflexbeschichtungen (BARC) sind beschrieben in Meador et al. „Improved Corsslinkable Polymeric Binders for 193-nm Bottom Antireflective Coatings (BARCs)", in: Advances in Resist Technology and Processing XVIII, Proceedings of SPIE, Vol. 4345 (2001), Seiten 846-854, oder in Devadoss et al., "Investigation of BARC-Resist Interfacial Interactions", in: Optical Microlithography XVI Proceedings of SPIE, Vol. 5040 (2003), Seiten 912-922.

Ein weiterer Ansatz besteht darin, entwickelbare BARCs zu verwenden. Ihr Ziel ist, die Nachteile des homogenen Trockenätzprozesses zum Entfernen der Lackreste zu vermeiden, indem die BARC bezüglich eines Entwicklers löslich gemacht wird, z.B. gerade jenes Entwicklers, der auf dem Lack aufgebracht wird. Dementsprechend werden belichtete Gebiete des Lacks gleichzeitig mit jenen Abschnitten der BARC entfernt, die an die belichteten Gebiete angrenzen, während die Entwicklerlösung durch die Lack-BARC-Grenzfläche fortschreitet. Sogenannte Under-Cutting-Effekte können jedoch aufgrund des isotropen Entwicklungsverhaltens auftreten, wenn Abschnitte unter unbelichteten Gebieten des Lacks von dem Entwickler aufgelöst werden. Zudem kann der Entwicklungskontrast jener BARCs möglicherweise begrenzt sein, so dass lediglich eine Mindestbreite der Strukurelemente (Linien) von zum Beispiel 180 nm bei Anwendung solcher BARCs erzielbar ist.

Beispiele für entwickelbare BARCs sind beschrieben in Cox et al., „Developer Soluble Organic BARCs for KrF Lithography", in: Advances in Resist Technology and Processing, Proceedings of SPIE, Vol. 5039 (2003), Seiten 878-882, oder in Krishnamurty et al., „Novel Spin Bowl Compatible, Wet Developable Bottom Anti-Reflective Coating for I-Line Applications", in: Advances in Resist Technology and Processing, Proceedings of SPIE, Vol. 5039 (2003), Seiten 883-890.

Ein weiterer Ansatz beschäftigt sich mit lichtempfindlichen oder lichtdefinierbaren BARCs. Ein fotolytischer Säuregenerator (PAG) wird der BARC zugesetzt, um unter Belichtungsbedin gungen eine Säure freizusetzen. Das Harz der BARC weist dabei säurespaltbare Gruppen auf. Diese Art von entwickelbarer BARC umfasst dann Merkmale eines typischen, chemisch verstärkten Lacks (CAR – chemically amplified resist). Insbesondere wird das Profil des entwickelten Lacks anisotrop, weil nur belichtete Gebiete innerhalb der BARC bezüglich eines auf den Lack aufgebrachten Entwicklers löslich sind.

Lichtempfindliche oder lichtdefinierbare BARCs werden beschrieben zum Beispiel in Owe-Yang et al., „Application of Photosensitive BARC and KrF Resist on Implant Layers", in: Advances in Resist Technology and Processing, Proceedings of SPIE, Bd. 5376 (2004), Seiten 452-459, oder in Guerrero et al., „A New Generation of Bottom Anti-Reflective Coatings (BARCs): Photodefinable BARCs", in: Advances in Resist Technology and Processing, Proceedings of SPIE, Vol. 5039 (2003), Seiten 129-134.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht folglich in der Verbesserung der Qualität lithographischer Projektion, insbesondere von dichten periodischen oder halbdichten Linien von einer Maske in einen auf einen Wafer abgeschiedenen Lack. Eine weitere Aufgabe besteht in der Verbesserung des während einer Belichtung, einem nachfolgenden Härten und einer Entwicklung in einem Lack erzielbaren Kontrasts. Eine weitere Aufgabe besteht in der Reduzierung des Auftretens von dunklen Side Lobes innerhalb zu belichtender Bereiche an oder nahe den unteren Grenzflächen (Bodenbereiche) eines Lacks. Eine weitere Aufgabe besteht in der Verbesserung der Auflösung und der Schärfentiefe bezüglich einer fotolithographischen Belichtung.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein lichtempfindliches Beschichtungsmaterial mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Die Aufgabe wird des Weiteren Gelöst durch ein lichtempfindliches Beschichtungsmaterial mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 21. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Weitere Aspekte der Erfindung betreffen die Bereitstellung einer auf einem Substrat angeordneten mehrschichtigen Beschichtung vor der fotolithographischen Belichtung, umfassend:

– eine Kontrastverstärkungsschicht (BCEL – contrast enhancing layer), die aus einem der vorgeschlagenen lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial besteht, d.h. mit einem fotozerlegbaren alkalischen Additiv und/oder einem fotolytischen Säuregenerator und mit einem Basispolymer, das keine säurespaltbaren Gruppen aufweist, wobei die Kontrastverstärkungsschicht auf dem Substrat abgeschieden wird; und
– mindestens einen lichtempfindlichen Lackfilm, der auf der Kontrastverstärkungsschicht angeordnet ist, so dass die Kontrastverstärkungsschicht (BCEL) den lichtempfindlichen Lackfilm an dessen Lackbodenfläche kontaktiert, also unterhalb der des Lackfilms angeordnet ist.

Der Lackfilm kann folgendes umfassen: ein weiteres Basispolymer mit einer säureempfindlichen Gruppe; und einen fotolytischen Säuregenerator zum Erzeugen einer Säure bei Belichtung mit optischem Licht, UV- oder Röntgenstrahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithografie. Die freigesetzte Säure ist so ausgelegt, dass sie die säureempfindliche Gruppe von dem restlichen Polymer spaltet, um die Polarität dieses Basispolymers zu ändern. Ein selektives Entfernen von geänderten Polymerabschnitten bezüglich nicht geänderter Abschnitte wird somit zum Beispiel mit Hilfe einer Entwicklerlösung ermöglicht.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Substrat bereitgestellt mit einer Oberfläche, die durch die Mehrfachschicht gemäß dem zuvor erwähnten Aspekt gebildet wird. Verfahren zur Herstellung des lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials und zum Belichten eines Halbleiterwafers unter Verwendung dieses Materials sind ebenfalls in den beigefügten Ansprüchen angegeben.

Das lichtempfindliche Beschichtungsmaterial, wie es gemäß Aspekten und Ausführungsformen der Erfindung beschrieben ist, wird in diesem Dokument auch als BCEL (Bottom Contrast Enhancing Layer) oder einfach als eine lichtempfindliche Kontrastverstärkungsschicht (CEL) beschrieben. Sie verstärkt den Kontrast während und nach einer Belichtung des auf der BCEL abgeschiedenen Lacks. Insbesondere wird die lichtempfindliche Beschichtung (BCEL) unter dem Lackfilm abgeschieden, d.h. zuerst wird die BCEL aufgebracht und anschließend der Lack abgeschieden bzw. aufgeschleudert, etc. Sie verbessert die Signatur (das Säurekonzentrationsprofil) einer Belichtung in einem Gebiet nahe des Bodens oder der unteren Grenzfläche des abgeschiedenen Lackfilms.

Im Gegensatz zu bekannten Kontrastverstärkungsschichten, die im allgemeinen auf einem Lack abgeschieden werden, weist die vorgeschlagene „BCEL" Merkmale dahingehend auf, dass sie bezüglich eines Entwicklerlösungsmittels unlöslich ist. D. h., aufgrund einer Belichtung deblockierte Polymere eines Lacks können entfernt werden. Die Basispolymere der BCEL können jedoch nicht entblockiert werden, da sie keine säurespaltbaren Gruppen aufweisen.

Dabei ist anzumerken, dass durchaus Lösungsmittel vorhanden sind, in denen die Bestandteile der lichtempfindlichen Beschichtung wie etwa das Basispolymer, der fotolytische Säuregenerator und/oder das fotozerlegbare alkalische Additiv löslich sind, um die Abscheidung (zum Beispiel das Aufschleudern) auf eine Wafer- oder Fotomaskenoberfläche zu ermöglichen. Diese Lösungsmittel sind jedoch mit jenen Lösungsmitteln inkompatibel, die für den Entwicklungsschritt verwendet werden, der bezüglich des Lacks durchgeführt wird.

Obwohl daher das lichtempfindliche Beschichtungsmaterial lichtaktive Komponenten wie etwa fotolytische Säuregeneratoren und/oder fotozerlegbare alkalische Additive umfasst, haben diese Komponenten im wesentlichen keinen Einfluss auf die Beschaffenheit des Basispolymers der bodenseitigen Beschichtung während oder nach der Belichtung.

Vielmehr sind entweder die fotolytischen Säuregeneratoren und/oder fotozerlegbaren alkalischen Additive oder ihre fotoreaktiven Produkte, die freigesetzten Säuren und/oder zerlegten nichtalkalischen Verbindungen jeweils so ausgelegt, dass sie in den benachbarten Lackfilm oberhalb der BCEL diffundieren. Genauer gesagt sind sie so ausgelegt, dass sie in ein grenznahen Bereich am Boden des Lacks diffundieren, um dort die Säurekonzentration in belichteten Abschnitten des Lacks zu erhöhen oder eine Alkalikonzentration darin im Vergleich zu unbelichteten oder weniger belichteten Gebieten zu reduzieren. Infolge dessen wird der chemische Kontrast zwischen belichteten und unbelichteten Gebieten insbesondere im Gebiet am Boden des Lacks verstärkt.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck „alkalisch" wird hier solches Material gefasst, das lediglich einen größeren pk_a-Wert als die Säuren innerhalb des benachbarten Lacks aufweist. Die erfindungsgemäße Wirkung tritt nämlich unter dieser Bedingung ein.

Der Ausdrucks „Substrat" umfasst einen Basiskörper aus einem spezifischen Material wie etwa Silizium, Glas oder Quarz, etc., und weiterhin eine oder mehrere auf der Oberfläche dieses Körpers abgeschiedene Schichten. Bei einigen – nicht allen – der hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Körper auch als monokristallines Substrat vorliegen.

Es ist bevorzugt, beide Schichten unmittelbar übereinander auszubilden, das heißt, sie stehen in direktem Kontakt miteinander. Zudem entstehen häufig dunkle Side Lobes oder dunkle SRAFs, die in den Lack übertragen werden, in der Nähe der Gebiete am Boden des Lackfilms aufgrund von Absorption von Licht innerhalb des Lacks. Die Diffusionslänge der sauren und alkalischen Moleküle ist zu gering, als dass der Lackfilm vollständig durchdrungen werden könnte. Folglich ist die Verwendung der lichtempfindlichen kontrastverstärkenden Beschichtung als Bodenbelag unterhalb des Lackfilms bevorzugt. In diesem Fall können die diffundierenden Moleküle leicht das Gebiet am Boden des Lackfilms erreichen, so dass es dort gewissermaßen zu einer „Nach-Belichtung" an Orten dunkler Side Lobes oder dunkler SRAFs kommen kann: die resultierende Säurekonzentration ist derart, wie wenn die lokale Dosis bei einer Belichtung nachträglich erhöht wäre.

Die lichtempfindliche Beschichtung umfasst eine fotoaktive Komponente. Diese Komponente dient dazu, die Konzentration von alkalischen Additiven innerhalb belichteter Gebiete zu reduzieren oder zu neutralisieren. Zwei Aspekte, die auch kombiniert werden können, betreffen Ausführungsformen der fotoaktiven Komponente. Bei einer Ausführungsform ist die fotoaktive Komponente ein fotolytischer Säuregenerator, in einer weiteren Ausführungsform wird die fotoaktive Komponente durch das alkalische Additiv selbst geliefert, welches dann fotozerlegbar ist.

Die Ausdiffusion der im Fall von fotolytischen Säuregeneratoren freigesetzten Säure tritt in erster Linie während eines Ausheizschritts nach der Belichtung auf. Die lichtempfindliche Beschichtung kontaktiert den Lackfilm, was eine Ausdiffusion der freigesetzten Säure während des Ausheizschritts innerhalb belichteter Bereiche von der BCEL in den Lackfilm verursacht. Folglich wird die Säurekonzentration darin erhöht, was bei unbelichteten oder weniger belichteten Bereichen nicht der Fall ist. Infolge dessen wird der chemische Kontrast zwischen belichteten und unbelichteten oder weniger belichteten Bereichen verstärkt.

Bei dieser Ausführungsform, die den Aspekt von fotolytischen Säuregeneratoren betrifft, kann eine wahlweise Verfeinerung bewerkstelligt werden durch Hinzugabe von alkalischen Additiven zu der lichtempfindlichen Beschichtung.

Die alkalischen Additive, auch als Quencher bezeichnet, diffundieren aus der Beschichtung in den benachbarten Lack und führen zu einer Reduzierung oder Neutralisierung möglicher Säurekonzentrationen in unbelichteten oder weniger belichteten Gebieten des Lacks. Währenddessen liegt aufgrund der gleichzeitig diffundierenden Säuren lediglich eine moderate Reduzierung in belichteten Bereichen vor.

In jedem Fall führt die Ausdiffusion von alkalischen Additiven zu einer Neutralisierung oder einem Quenchen von Säuren, die während einer Belichtung in dem Lackfilm erzeugt werden. Aufgrund der endlichen Diffusionslänge tritt das Quenchen in einem Gebiet in der Nähe der Kontaktoberfläche zwischen dem Lackfilm und der lichtempfindlichen Beschichtung auf, das heißt in einem grenzflächennahen Bodengebiet des Lackfilms.

Es ist auch möglich, der Beschichtung, die fotolytische Säuregeneratoren umfasst, fotozerlegbare alkalische Additive zuzusetzen. Hierbei ist der chemische Kontrast, der zwischen belichteten und unbelichteten oder weniger belichteten Gebieten erzielt wird, am stärksten.

Bei der alternativen Ausführungsform hinsichtlich fotozerlegbarer alkalischer Additive wird eine Reduzierung der Alkalikonzentration in belichteten Gebieten der Beschichtung erzielt. Ein spezielles, aber nicht einschränkendes Beispiel eines fotozerlegbaren alkalischen Additivs betrifft Triphenylsulfoniumacetat. Infolge des Zusetzens einer fotozerlegbaren Base (photodecomposable base) wird die alkalische Ausdiffusion in dem oberhalb benachbarten Lackfilm gehemmt oder in diesen Bereichen zumindest reduziert.

Ein Effekt der Erfindung besteht dementsprechend darin, dass der chemische Kontrast in Säurekonzentrationen zwischen belichteten und unbelichteten Gebieten im Lack verstärkt wird. Ein weiterer Effekt besteht darin, dass das Niveau der Säurekonzentration in einem grenzflächennahen Bodengebiet des Lacks relativ zu den nahe der äußeren (oberen) Oberfläche des Lacks liegenden Bereichen erhöht bzw. an diese angepasst wird. Da der optische Kontrast mit dem Kontrast in der Säurekonzentration korreliert, wirkt die Erfindung, als ob der optische Kontrast verstärkt worden wäre und als ob die starke Absorption in Richtung des Lackbodens reduziert wäre.

Bei einem weiteren Aspekt ist die BCEL so ausgelegt, dass sie als eine Boden-Antireflexschicht (BARC) fungiert. Darin sind die Brechungsindizes der BCEL so ausgelegt, dass sie im Bereich zwischen dem Index des darüberliegenden Lacks und dem Index der darunterliegenden Beschichtung liegen, so dass die Reflexion an den Flächengrenzen reduziert ist, wie bei herkömmlichen Antireflextechniken, zum Beispiel mit einem Brechungsindex n in der Nähe des Lacks (beispielsweise n_(BCEL) = n_(Lack) ± 0,2) und einem Absorptionskoeffizient im Bereich von zum Beispiel 0,5 bis 2,0 μm^–1.

Bezüglich des Basispolymers und der Lösungsmittel ist die lichtempfindliche Beschichtung nicht auf die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen beschränkt, und der Fachmann erkennt ohne weiteres, dass auch ähnliche Materialien mit im wesentlichen dem gleichen Effekt genutzt werden können:
Das als eine Kontrastverstärkungsschicht anzuordnende lichtempfindliche Beschichtungsmaterial kann gemäß einer Ausführungsform ein Basispolymer umfassen, das auf einer Acryl- oder Vinylpolymerplattform basiert. Beispiele sind Polyether, Polyester, Polyurethane, Polysaccharid-angelagerte Farbstoffe, Polymermischungen mit zusätzlichen Styrol-Monomeren usw. An die Acryl- oder Vinylpolymere können lichtabsorbierende Farbstoffe angelagert sein. Sie können weiterhin so ausgelegt sein, dass sie chemisch vernetzbar (cross-linkable) sind.

Alternativ können unter anderem Novolake, Kresol-Novolake, Polyhydroxystyrol, etc. für das Basispolymer des lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials und die BCEL gemäß Ausführungsformen verwendet werden.

Vernetzer können gemäß einer Ausführungsform zugesetzt werden, die vom Melamin- oder Ureatyp sind. Außerdem sind sekundäre oder tertiäre Alkohole möglich.

Als ein Lösungsmittel können gemäß Ausführungsformen übliche Lacklösungsmittel verwendet werden, wie etwa beispielsweise Methoxypropylacetat, Ethyllactat, Cyclohexanon, Cyclopentanon, γ-Butyrolacton, Propylenglykolmonomethyletheracetat (PGMEA), Propylenglykolmonomethylether (PGME) usw.

Weitere Ausführungsformen betreffen den Aspekt eines fotolytischen Säuregenerators (PAG). Der PAG kann Triphenylsulfonium- oder Diphenyliodoniumsalze von starken Sulfonsäuren umfassen, die auch als Crivello-Salze bezeichnet werden. Beispielsweise können für den fotolytischen Säuregenerator Triphenylsulfoniumnonafluorbutansulfonat oder Diphenyliodinium-p-toluolsulfonat verwendet werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform können hinsichtlich des PAG N,O-Sulfonsäureester, „o-nitrobenzylic acids", Diazonaphtochinonsulfonate (DNQ), AsF₆ oder SbF₆ verwendet werden. Darin können die N,O-Sulfonsäureester beispielsweise Phtalimidotosylate oder verwandte Sulfonstickstoff-gebundene Ester von Phtalimiden sein.

Falls ein Quencher oder ein alkalisches Additiv dem PAG zugesetzt wird, das nicht fotozerlegbar ist, kann das alkalische Additiv mit einem ersten pKa-Wert assoziiert werden, der größer ist als ein zweiter, von dem benachbarten Lack gelieferter pKa-Wert. Das alkalische Additiv kann eine anorganische Base oder alternativ eine organische Base wie etwa ein Amin sein. Beispielsweise kann das alkalische Additiv durch Trialkylamine oder Trialkoholamine bereitgestellt werden. Genauer gesagt kann das alkalische Additiv durch Trioctylamine oder Triethanolamine umfassen. Das alkalische Additiv kann weiterhin Tetramethylammoniumacetat usw. umfassen. Es braucht nicht erwähnt zu werden, dass eine auf dem Gebiet und beim Ausführen der Vorschriften wie hier beigefügt erfahrene Person auch andere geeignete fotozersetzbare alkalische Materialien in Betracht ziehen kann.

Es ist anzumerken, dass – z.B. bezüglich Tetramethylammoniumacetat – der Ausdruck „alkalisches Additiv", der in diesem ganzen Dokument als eine relative Größe bezüglich solcher Säuren angesehen werden soll, die im allgemeinen in dem benachbarten Lack enthalten sind, auch schwache Säuren, zum Beispiel Kohlensäuren (zum Beispiel unter Zusatz von Carboxylat), Essigsäuren, Salicylsäuren usw. beinhalten kann.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der lichtempfindlichen Beschichtung betrifft die Kombination eines Thermosäuregenerators mit dem Merkmals des fotozerlegbaren alkalischen Additivs innerhalb der selben Beschichtung. Der Thermosäuregenerator ist so ausgelegt, dass er eine Säure freisetzt, wenn seine Temperatur über einen Schwellwert angehoben wird, insbesondere während eines Ausheizschritts. Beispielsweise kann der Thermosäuregenerator eine Benzylthiolanium- oder Benzyldithiolaniumverbindung von Sulfonsäure sein. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Thermosäuregenerator eine der folgenden: Benzylthiolaniumhexafluorpropansulfonat oder Benzyldithiolaniumhexafluorpropansulfonat.

Weitere Aufgaben und viele der damit einhergehenden Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lassen sich unter Bezugnahme auf die folgende ausführlichere Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser würdigen und verstehen. Merkmale, die substantiell oder funktional gleich oder ähnliche sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

1 zeigt eine Ausführungsform einer lichtempfindlichen Beschichtung, die als eine Kontrastverstärkungsschicht dient, die als eine BARC unter einem Lackfilm auf ein Substrat angeordnet ist;
2–5 zeigen eine Sequenz von Querschnittsprofilen durch die in 1 gezeigte lichtempfindliche Anordnung bezüglich unterschiedlicher Verfahrensschritte gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
6–8 zeigen bezüglich einer Ausführungsform (Bodenbeschichtung mit PAG) die resultierenden Profile der Basen- oder Säurekonzentration als Funktion der x-Koordinate entsprechend den in 2–4 gezeigten Querschnittsprofilen;
9–11 zeigen bezüglich einer anderen Ausführungsform (BCEL-Beschichtung mit fotozersetzbarem alkalischem Additiv) die resultierenden Profile der Basen- oder Säurekonzentration als Funktion der x-Koordinate entsprechend den in 2–4 gezeigten Querschnittsprofilen;
12–14 zeigen eine dritte und vierte Ausführungsform hinsichtlich Beschichtungen mit PAG beziehungsweise einem fotozersetzbaren alkalischen Additiv, auf die kritische Linien-Spalte-Muster mit Hilfsstrukturen (SRAF) in einer Belichtung projiziert werden.
1 zeige eine Ausführungsform einer lichtempfindlichen Beschichtung, die als eine auf einem Halbleiterwafer 8 ausgebildete Boden-Kontrastverstärkungsschicht (BCEL) dient. Eine Schicht 12 aus einem zu strukturierenden (zu ätzenden) Material wie etwa einem Oxid, einem Nitrid, einem Metall, Polysilizium, usw. wird auf einem Substrat 10 abgeschieden, wobei es sich um ein monokristallines Silizium handeln kann. Der in 1 gezeigte Querschnitt ist rein schematisch dargestellt, und es ist offensichtlich, dass statt der einen Schicht 12 auch mehrere Strukturschichten in der Form eines Stapels und mit einer in den Figuren nicht gezeigten Topographie auf ähnliche Weise verkörpert werden können.
Eine lichtempfindliche Beschichtung 16 wird auf der Schicht 12 aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform umfasst die lichtempfindliche Beschichtung 16 einen vernetzbaren Vinyl- oder Acrylpolymer mit angelagertem Farbstoff, zum Beispiel eine Polyetherplattform, ein PGMEA-Lösungsmittel, ein fotozersetzbares alkalisches Additiv wie etwa Triphenylsulphoniumacetat und einen Thermosäuregenerator wie etwa Benzylthiolaniumhexafluorpropansulfonat oder Benzyldithiolaniumhexafluorpropansulfonat. Die chemische Zusammensetzung des Thermosäuregenerators kann wie folgt vorgesehen sein:
Ein Lackfilm 14 wird auf die Bodenschicht 16 aufgeschleudert. Der Lackfilm 14 umfasst eine beliebige herkömmlich bekannte Art von Lackmaterial, das auf Novolak basierend, chemisch verstärkt, auf Vinyl oder Acryl basierend und/oder vernetzt sein kann usw. Der Lack umfasst – zusätzlich zu einem Basispolymer – einen fotolytischen Säuregenerator.
Das Basispolymer der lichtempfindlichen Beschichtung 16 ist dadurch gekennzeichnet, dass es keine säurespaltbare Gruppe umfasst – im Gegensatz zu dem Basispolymer des Lackfilms 14. Es wird weiter angemerkt, dass die lichtempfindliche Beschichtung 16 und der Lackfilm 14 eine direkte Kontaktfläche aufweisen, um die Diffusion von Molekülen zwischen beiden Schichten 14, 16 zu erleichtern.
Das Lackmaterial umfasst ein Lösungsmittel derart, dass es nicht die Beschichtung 16 anlöst. Die Beschichtung 16 weist eine Dicke im Bereich 30–800 nm auf, während der Lackfilm 14 eine Dicke von 50 bis 400 nm aufweist. Ein erster Vor-Ausheizschritt (Härtung oder pre-Bake) wird ausgeführt, um das immer noch halbflüssige Lackmaterial zu trocknen.
2–5 zeigen eine Sequenz von auf den in 1 gezeigten Wafer 8 angewendeten Prozessschritten. Zuerst wird wie in 2 gezeigt eine Belichtung eines Lackbereichs 32 in einer lithographischen Projektionsvorrichtung unter Verwendung von Licht mit einer Wellenlänge von zum Beispiel 193 nm durchgeführt. Die von einer Fotomaske übertragene Struktur kann sich auf eine dichte und periodische Kontaktlochstruktur oder alternativ isoliert angeordnete Spalte beziehen, die jeweils von einer größeren opaken oder halbtransparenten Schicht auf der projizierten Maske umgeben sind.
Da der Lackfilm 14 ausreichend transparent ist, wird auch ein Bereich 22 der darunterliegenden lichtempfindlichen Beschichtung 16 (d.h. die BCEL) belichtet. Die Belichtung führt zu einer Umwandlung der geringfügig alkalischen Acetat-Ionen des Triphenylsulfoniumacetats in eine Essigsäure. Der Säuregrad der letzteren Verbindung wird in diesem ganzen Dokument als „nichtalkalisch und neutral" bezeichnet, und es ist klar, dass diese Ausdrücke lediglich eine relative Qualität darstellen. Es ist wichtig, dass der Basengehalt des anfänglich alkalischen Additivs aufgrund der Fotozerlegung in belichteten Bereichen 22 der bodenseitigen Beschichtung 16 verloren geht oder zumindest reduziert wird. Unbelichtete oder weniger belichtete Bereiche 24 der Beschichtung 16 offenbaren jedoch eine unveränderte Konzentration an alkalischen Additiven, was in 2 als „B+" dargestellt ist.
9–11 zeigen eine Sequenz von Diagrammen von Säure- und Alkalikonzentrationen aufgetragen über der x-Koordinate in Bezug auf belichtete Bereiche 22, 32 in dem Lack bzw. in der unterliegenden BCEL-Beschichtung 16. Dieser belichtete Bereich entspricht einer Linie bzw. einem Spalt mit einer (kritischen) Breite von zum Beispiel 90 nm. Weitere Belichtungsbedingungen lauten: – auf der Fotomaske ausgebildetes Linien-Spalte-Muster, wobei jede Linie und jeder Spalt eine Breite von 90 nm aufweist;

– die numerische Apertur beträgt 0,85;
– annulare Beleuchtung mit σ_inner = 0,55 und σ_inner = 0,85;
– die Dicke von Lack plus Beschichtung beträgt 360 nm;
– die Beschichtung 16 weist weiterhin BARC-Eigenschaften auf (Brechungsindex angepasst an optische Eigenschaften des Lacks); und
– bester Fokus und beste Dosis sind als Belichtungsparameter des jeweiligen Projektionsapparates in dieser Ausführungsform ausgewählt.

9–11 entsprechen der Ausführungsform, die bezüglich 1–5 veranschaulicht ist. 9 gibt die Situation nach der Belichtung an. Dementsprechend wird eine Säurekonzentration innerhalb des Lackfilms 14 erhöht, und die Alkali- oder Quencherkonzentration innerhalb der BCEL-Beschichtung 16 wird in belichteten Bereichen 22, 32 gesenkt.
Nach der Belichtung/Projektion wird bei Temperaturen in einem Bereich von 50°C–170°C ein Ausheizschritt (PEB – post exposure bake) durchgeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Bereich von 100°C–150°C in Betracht gezogen. Der Thermosäuregenerator setzt unter diesen Temperaturen eine Säure frei. Weil die Temperatur auf den ganzen Wafer angewendet wird, beginnt die Säurekonzentration in der gesamten Beschichtung 16 über den Wafer hinweg zuzunehmen. Diese Situation ist in 10 dargestellt.
Die Verwendung eines Thermosäuregenerators als Vorläufer für die Säure liefert einen besonderen Vorteil: der Ausheizschritt ist notwendig und kann nicht umgangen werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die meisten fotolytischen Säuregeneratoren oder freien Säuren bei den jeweiligen Temperaturen thermisch zerlegt werden. Dies könnte zu einer reduzierten Lagerzeit einer BCEL-Beschichtung führen. Demgegenüber nutzt der Thermosäuregenerator der vorliegenden Ausfüh rungsform vorteilhafterweise die Merkmale des PEB-Ausheizschritts aus.
Folglich kommt es in belichteten Bereichen 22 der Beschichtung 16 zu einer übermäßigen Säurekonzentration aufgrund der thermisch erzeugten Säuren und aufgrund der fotolytisch erzeugten Säuren mit Hilfe von Fotozerlegung. Dieser übermäßige Säuregrad wird in 2 durch „A+" angegeben.
Gleichzeitig zu der thermischen Erzeugung der Säuren wird eine Diffusion von sauren und alkalischen Molekülen innerhalb des Ausheizschritts eingeleitet, wie in 3 gezeigt. Infolge dieser Diffusion diffundieren Säuren in belichtete Bereiche 32 des Lackfilms 14 innerhalb eines grenzflächennahen Bodengebiets. Analog diffundieren alkalische Additive, die in unbelichteten oder weniger belichteten Bereichen 24 der Beschichtung 16 zurückbleiben, in jeweilige Bereiche 34 des Lackfilms. In jedem Fall wird die jeweils lokale Konzentration an Säuren oder Basen verbessert. Zudem nimmt der Kontrast beim Basengehalt oder Säuregrad zwischen den Bereichen 32, 34 in der Nähe der Bodenfläche des Lackfilms 14 zu.
Dieser Kontrast ist auch in 11 gezeigt, die der in 3 gezeigten Situation entspricht. Darin wird der Effekt der Diffusion mit einem idealisierten Fall verglichen, bei dem keine Diffusion gestattet ist.
Ein wichtiger Effekt besteht darin, dass dunkle Side Lobes, die innerhalb dieses grenzflächennahen Gebiets am Boden des Lackfilms (durch eine gepunktete Linie in den Figuren gezeigt) innerhalb des belichteten Bereichs 34 auftreten, reduziert sind, da die Säurekonzentration über einen Schwellwert hinaus erhöht ist, der ein effektives Entfernen in einem fol genden Entwicklungsschritt repräsentiert, was in 4 gezeigt ist. Die Entwicklung kann zum Beispiel mit einem herkömmlichen TMAH-Entwickler ausgeführt werden. Man beachte, dass die bodenseitige Beschichtung 16 (BCEL) von der Entwicklung nicht beeinflusst wird, da von den Säuren in der Beschichtung 16 keine säureempfindlichen Gruppen abgespalten werden können. 5 zeigt das Ergebnis eines weiteren Ätzschritts, der auf der Bodenbeschichtung und der darunterliegenden Materialschicht 12 durchgeführt wird, wobei der entwickelte Lackfilm 14' als Ätzmaske verwendet wird.
Eine weitere Ausführungsform ist bezüglich der 6–8 dargestellt. Die Belichtungseinstellungen sind ähnlich denen, wie sie oben detailliert beschrieben sind. Die lichtempfindliche Beschichtung 16 umfasst hier einen fotolytischen Säuregenerator anstelle eines fotozerlegbaren alkalischen Additivs beziehungsweise anstelle des Thermosäuregenerators, wie sie in der ersten Ausführungsform verwendet werden. Dennoch wird auch ein fotounabhängiger Quencher der lichtempfindlichen Beschichtung 16 zugesetzt.
6 zeigt die Profile von Säure- oder Alkalikonzentration entlang der x-Koordinate ähnlich 9 nach Durchführung einer Belichtung. Aufgrund der Belichtung hat der PAG Säuren innerhalb des Belichtungsbereichs 32 am Bodengebiet des Lacks und innerhalb des Bereichs 22 der lichtempfindlichen BCEL-Beschichtung 16 freigesetzt. 7 zeigt die Situation nach einer Neutralisierung von Säuren und Quenchern innerhalb der Schichten 14 bzw. 16 während des Ausheizschritts. Gleichzeitig bewirkt der Ausheizschritt eine Nettodiffusion von Säuren in dem Lack, was in 8 gezeigt ist. Die Säurekonzentration in dem Lackbodengebiet, die ohne Diffusion aus der BCEL auftreten würde, ist zum Vergleich angegeben.
Es ist anzumerken, dass die jeweiligen Diffusionslängen und Anfangskonzentration der Säuren und der Quencher derart differieren können, dass mehrere Vertikalkonzentrationsprofile realisiert werden können.
Infolge der Nettodiffusion kann eine gemäßigte Quencherkonzentration B+ in dem unbelichteten Gebiet 34 des Lackfilms in der Nähe der unteren Grenz- oder Kontaktfläche des Lackfilms entstehen. Im Gegensatz dazu wird eine erhebliche Säurekonzentration A+ in dem belichteten Gebiet 32 des Lackfilms 14 erzielt (siehe 3, die auch bezüglich dieser Ausführungsform repräsentativ ist).
12 zeigt das Ergebnis hinsichtlich einer Ausführungsform, angewendet auf kritische Belichtungsbedingungen, die herkömmlich zum (nicht gewünschten) Übertragen von Hilfsstrukturen (SRAF) auf dem Wafer führen würde, falls diese bereits auf der Maske präsent sind. Es ist nicht beabsichtigt, dass diese Strukturmerkmale auf den Wafer belichtet werden, sondern dass das Prozessfenster des Projektionsschritts verbessert wird. Die auf den Wafer zu übertragende Struktur ist ein dichtes Linien-Spalte-Musters. Die Zielbreite auf dem Wafer beträgt 100 nm. Der Spalt zwischen den Linien weist eine Breite von 240 nm auf. Die SRAF-Strukturen weisen eine Breite von 40 nm auf und sind in der Mitte der Räume zwischen jeweils zwei Linien platziert. Die lichtempfindliche Beschichtung weist ähnliche Strukturmerkmale zu der der ersten Ausführungsform auf, das heißt, ein fotozersetzbares alkalisches Additiv wird zusammen mit dem Thermosäuregenerator implementiert.
Wie man aus der gestrichelten Kurve sehen kann (Säurekonzentration des Lacks nach PEB), wird bei dieser Ausführungsform eine signifikante Verbesserung beim chemischen Kontrast erzielt. Ein Vergleich mit dem herkömmlichen Fall ist in 13 dargestellt. Der Säurekontrast ist unter den vereinfachten Annahmen dieser Ausführungsform von 27% auf 68% verstärkt. Die Kontrastverstärkung erreicht in dieser Ausführungsform einen Faktor von 2,5.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die lichtempfindliche Beschichtung 16 mit einem PAG versehen ist (beispielsweise einem Crivello-Salz, wie etwa Triphenylsulfoniumsalze, von Sulfonsäuren), und einem fotounabhängigen Quencher (z.B. Trioctylamin usw.). Der Kontrast beträgt bei dieser Ausführungsform immer noch 50%, was bezüglich des Stands der Technik einen Kontrastverstärkungsfaktor von fast 2,0 darstellt.

10: Substrat
12: Schicht auf dem Substrat
14: Lackfilm
16: Lichtempfindliche Beschichtung, BCEL
18: grenzflächennahes Gebiet im unteren Bereich des Lackfilms, Diffusionsgebiet
22: Belichtetes Gebiet in BCEL
24: Unbelichtetes Gebiet in BCEL
32: Belichtetes Gebiet in Lackfilm
34: Unbelichtetes Gebiet in Lackfilm
40: Lichtstrahl
50: Ätzschritt
60, 61: Diffusion

Claims

Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial zur Abscheidung unterhalb eines Fotolackfilms (14) zum Verstärken eines Kontrasts einer fotolithographischen Belichtung des Fotolackfilms (14), umfassend: – ein Basispolymer, das keine säurespaltbaren Gruppen umfasst, um bezüglich eines Entwicklers unlöslich zu sein, der dafür ausgelegt ist, belichtete Abschnitte des Lackfilms zu entfernen; – ein Lösungsmittel zum Aufbringen des lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche eines Substrats; – einen fotolytischen Säuregenerator, welcher bei Belichtung mit optischem Licht, UV- oder Röntgenstrahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithographie eine Säure freisetzt, wobei die Säure in den benachbarten Lack diffundieren kann, wenn dieser auf einer Beschichtung (16) abgeschieden ist, die aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial ausgebildet ist, um eine in belichteten Abschnitten des Lackfilms (14) ausgebildete Säurekonzentration zu verstärken.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, die weiterhin folgendes umfasst: – ein alkalisches Additiv, das beschaffen ist, (a) in den benachbarten Lackfilm (14) zu diffundieren, welcher auf der aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial ausgebildeten Beschichtung (16) abgeschieden ist, um eine in unbelichteten Abschnitten (34) darin ausgebildete Säurekonzentration zu reduzieren oder zu neutralisieren, und/oder (b) eine Konzentration der Säure in unbelichteten Abschnitten (34) der aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial ausgebildeten Beschichtung (16) zu reduzieren oder zu neutralisieren.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Basispolymer ein Acryl- oder Vinylpolymer ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 3, wobei an dem Basispolymer ein lichtabsorbierender Farbstoff angelagert ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Basispolymer eines der Gruppe ist, die folgendes umfasst: Polyether, Polyester, Polyurethan, ein Polysaccharid-angelagerter Farbstoff, mit Styrol-Monomeren versetzte Polymermischung.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Basispolymer eines der folgenden ist: Novolake, Kresol-Novolake oder Polyhydroxystyrol.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 6, wobei an dem Basispolymer ein lichtabsorbierender Farbstoff angelagert ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Vernetzer.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 8, wobei der Vernetzer von einem Melamintyp oder einem Ureatyp ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 8, wobei der Vernetzer ein sekundärer oder tertiärer Alkohol ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei der fotolytische Säuregenerator eines der folgenden umfasst: Crivello-Salze, N,O-Sulfonsäureester, „o-nitrobenzylic acids", Diazonaphtochinonsulfonate (DNQ), AsF₆ oder SbF₆.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 11, wobei die Crivello-Salze eines der folgenden sind: Triphenylsulfoniumsalze von Sulfonsäuren, Diphenyliodoniumsalze von Sulfonsäuren.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 11, wobei die N,O-Sulfonsäureester Phtalimidotosylate oder verwandte Sulfonstickstoff-gebundene Ester von Phtalimiden sind.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 2, wobei das alkalische Additiv mit einem ersten pKa-Wert assoziiert ist, der größer ist als ein in dem benachbarten Lackfilm (14) ausgebildeter zweiter pKa-Wert.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 2, wobei das alkalische Additiv eine anorganische Base ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 2, wobei das alkalische Additiv ein organisches Amin ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 16, wobei das alkalische Additiv mindestens eines der folgenden ist: Trialkylamin oder Trialkoholamine.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 17, wobei das alkalische Additiv ein Trioctylamin oder ein Triethanolamin ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial Additiv ein Tetramethylammoniumacetat ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel eines der folgenden ist: Propylenglykolmonomethylether (PGMEA), Ethyllactat, Cyclohexanon, γ-Butyrolacton.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial zur Abscheidung unter eines Fotolackfilms (14) zum Verstärken eines Kontrasts einer fotolithographischen Belichtung des Lackfilms (14), umfassend: – ein Basispolymer, das keine säurespaltbaren Gruppen umfasst, um bezüglich eines Entwicklers unlöslich zu sein, der dafür ausgelegt ist, belichtete Abschnitte des Lackfilms zu entfernen; – ein Lösungsmittel zum Aufbringen des lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche eines Substrats; – ein alkalisches Additiv, das derart beschaffen ist, dass es: (a) bei Belichtung mit optischem Licht, UV- oder Röntgen strahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithographie, in eine nichtalkalische neutrale Verbindung fotozerlegbar ist, (b) in den auf einer Beschichtung (16) abgeschiedenen benachbarten Lackfilm (14) diffundiert, wobei die Beschichtung (16) aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial ausgebildet ist, um eine in unbelichteten oder weniger belichteten Ab schnitten (34) des Lackfilms (14) ausgebildete Säurekonzentration zu reduzieren.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 21, wobei das fotozerlegbare alkalische Additiv eine chemikalische Verbindung ist mit einem pKa-Wert, der mit Hilfe von Belichtung mit optischem Licht, UV- oder Röntgenstrahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithographie zunimmt.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 21, wobei das fotozerlegbare alkalische Additiv Triphenylsulfoniumacetat umfasst.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 21, weiterhin mit einem Säuregenerator.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 24, wobei der Säuregenerator ein fotolytischer Säuregenerator ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 25, wobei der fotolytische Säuregenerator so ausgelegt ist, dass er bei Belichtung mit optischem Licht, UV- oder Röntgenstrahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithographie eine Säure freisetzt, wobei die Säure so ausgelegt ist, dass sie in den benachbarten Lackfilm (14) diffundiert, der auf der Beschichtung (16) abgeschieden ist, die aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial ausgebildet ist, um eine in belichteten Abschnitten (32) des Lacks ausgebildete Säurekonzentration zu verstärken.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 24, wobei der Säuregenerator ein Thermosäuregenerator ist, der so ausgelegt ist, dass er eine Säure freisetzt, wenn seine Temperatur über einen Schwellwert angehoben wird, insbesondere während eines Ausheizschritts.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 27, wobei der Thermosäuregenerator eine Benzylthiolanium- oder Benzyldithiolaniumverbindung von Sulfonsäuren ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 27, wobei der Thermosäuregenerator einer der folgenden ist: Benzylthiolaniumhexafluorpropansulfonat oder Benzyldithiolaniumhexafluorpropansulfonat.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 21, wobei das Basispolymer ein Acryl- oder Vinylpolymer ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 30, wobei an dem Basispolymer ein lichtabsorbierender Farbstoff angelagert ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 30 oder 31, wobei das Basispolymer eines der Gruppe ist, die folgendes umfasst: Polyether, Polyester, Polyurethan, ein Polysaccharid-angelagerter Farbstoff, mit Styrol-Monomeren versetzte Polymermischung.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 21, wobei das Basispolymer eines der folgenden ist: Novolake, Kresol-Novolake oder Polyhydroxystyrol.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 33, wobei an dem Basispolymer ein lichtabsorbierender Farbstoff angelagert ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 21, weiterhin mit einem Vernetzer.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 35, wobei der Vernetzer von einem Melamintyp oder einem Ureatyp ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 35, wobei der Vernetzer ein sekundärer oder tertiärer Alkohol ist.
Lichtempfindliches Beschichtungsmaterial nach Anspruch 21, wobei das Lösungsmittel eines der folgenden ist: Propylenglykolmonomethylether (PGMEA), Ethyllactat, Cyclohexanon, γ-Butyrolacton.
Mehrschichtige Beschichtung, die auf einem Substrat vor der fotolithographischen Belichtung angeordnet wird, umfassend: – eine den Kontrast verstärkende Beschichtung (16), die aus einem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 20 gebildet ist, wobei die Beschichtung (16) auf dem Substrat (10) oder einer darauf angeordneten weiteren Schicht (12) aufgebracht ist; und – mindestens einen lichtempfindlichen Lackfilm (14), der auf der Beschichtung (16) angeordnet ist, so dass die Beschichtung (16) den lichtempfindlichen Lackfilm (14) an dessen bodenseitiger Grenzfläche kontaktiert.
Mehrschichtige Beschichtung nach Anspruch 39, wobei die den Kontrast verstärkende Beschichtung (16) eine Bodenantireflexbeschichtung (BARC) ist.
Mehrschichtige Beschichtung, die auf einem Substrat vor der fotolithographischen Belichtung angeordnet wird, umfassend: – eine den Kontrast verstärkende Beschichtung (16), die aus einem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 21 bis 38 gebildet ist, wobei die Beschichtung (16) auf dem Substrat (10) oder einer darauf angeordneten weiteren Schicht (12) angeordnet ist; und – mindestens einen lichtempfindlichen Lackfilm (14), der auf der Beschichtung (16) derart angeordnet ist, dass die Beschichtung (16) den lichtempfindlichen Lackfilm (14) an dessen bodenseitiger Grenzfläche kontaktiert.
Mehrschichtige Beschichtung nach Anspruch 41, wobei die den Kontrast verstärkende Beschichtung (16) eine Bodenantireflexbeschichtung (BARC) ist.
Substrat (10) mit einer Oberfläche, die durch das Substrat oder eine auf dem Substrat angeordnete Schicht (12) gebildet ist, umfassend eine auf der Oberfläche angeordnete mehrschichtige Beschichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 42.
Substrat (10) nach Anspruch 43, das eine Fotomaske ist.
Substrat (10) nach Anspruch 43, das ein Halbleiterwafer ist.
Substrat (10) nach Anspruch 43, wobei die Oberfläche von einer anorganischen Schicht (12) gebildet ist, die auf dem Substrat (10) abgeschieden und beschaffen ist, in einem nachfolgenden Ätzschritt strukturiert zu werden.
Verfahren zum Herstellen eines lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials zum Verstärken des Kontrasts einer fotolithographischen Belichtung eines lichtempfindlichen Lackfilms (14), wobei das lichtempfindliche Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche eines Substrats (10) oder einer darauf angeordneten Schicht (12) und unterhalb des lichtempfindlichen Lackfilms angeordnet werden soll, mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen des Substrats (10) eines lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials, umfassend: (a) ein Basispolymer, das keine säurespaltbaren Gruppen umfasst, um bezüglich eines Entwicklers unlöslich zu sein, der dafür ausgelegt ist, belichtete Abschnitte des Lackfilms zu entfernen; (b) ein Lösungsmittel zum Aufbringen des lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche des Substrats (10) oder der Schicht (12); (c) einen fotolithographischen Säuregenerator, der so ausgelegt ist, dass er bei Belichtung mit optischem Licht, UV- oder Röntgenstrahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithographie eine Säure freisetzt, wobei die Säure so ausgelegt ist, dass sie in den benachbarten Lack diffundiert, der auf der Schicht abgeschieden ist, die aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial ausgebildet ist, um eine in belichteten Abschnitten des Lacks ausgebildete Säurekonzentration zu verstärken; – Auflösen des Basispolymers, des fotolytischen Säuregenerators und des alkalischen Additivs in dem Lösungsmittel.
Verfahren zum Herstellen eines lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials zum Verstärken des Kontrasts einer fotolithographischen Belichtung eines lichtempfindlichen Lackfilms (14), wobei das lichtempfindliche Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche eines Substrats (10) oder einer darauf angeordneten Schicht (12) am Boden des lichtempfindlichen Lackfilms (14) angeordnet werden soll, mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen des Substrats (10) und eines lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials, umfassend: (a) ein Basispolymer, das keine säurespaltbaren Gruppen umfasst, um bezüglich eines Entwicklers unlöslich zu sein, der dafür ausgelegt ist, belichtete Abschnitte (32) des Lackfilms (14) zu entfernen; (b) ein Lösungsmittel zum Aufbringen des lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche des Substrats (10) oder der Schicht (12) auf dem Substrat (10); (c) ein alkalisches Additiv, das so ausgelegt ist, dass es: (i) bei Belichtung mit optischem Licht, UV- oder Röntgenstrahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithographie zu einer nichtalkalischen neutralen Verbindung fotozerlegbar ist, (ii) in den auf einer Beschichtung (16), die aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial ausgebildet ist, abgeschiedenen und somit benachbarten Lackfilm (14) diffundiert, um eine in unbelichteten oder weniger belichteten Abschnitten (34) des Lackfilms (14) ausgebildete Säurekonzentration zu reduzieren, – Auflösen des Basispolymers und des fotozerlegbaren alkalischen Additivs in dem Lösungsmittel.
Verfahren zum Belichten eines Halbleiterwafers, mit den folgenden Schritten: – Aufbringen eines lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials auf eine Oberfläche des Halbleiterwafers, um eine den Kontrast verstärkende Beschichtung (16) bezüglich eines weiteren Lackfilms (14) auszubilden, wobei die Beschichtung (16) folgendes umfasst (a) ein Basispolymer, das keine säurespaltbaren Gruppen umfasst, (b) ein alkalisches Additiv und (c) einen fotolytischen Säuregenerator; – Aufbringen eines lichtempfindlichen Lacks auf der Kontrastverstärkungsschicht, um darauf den Lackfilm (14) auszubilden, dessen Kontrast nach einer Belichtung zu verstärken ist; – Belichten des Lackfilms (14) und der darunterliegenden Beschichtung (16) innerhalb jeweils wenigstens eines Abschnitts (22, 32) mit optischem Licht, UV- oder Röntgenstrahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithographie, wobei eine Konzentration von Säuren in den belichteten Abschnitten (22) der Beschichtung (16) aufgrund von den ersten fotolytischen Säuregeneratoren freigesetzten Säuren erhöht wird; – Diffundieren (a) freigesetzter Säuren aus den belichteten Abschnitten (22) der Beschichtung (16) in ein grenzflächennahes Gebiet des benachbarten Lackfilms (14), um eine Säurekonzentration in belichteten Abschnitten (32) des Lackfilms (14) zu erhöhen, und (b) alkalischer Additive aus unbelichteten oder weniger belichteten Abschnitten (24) der Beschichtung (16) in das grenzflächennahe Gebiet des Lackfilms (14), um die Säurekonzentration in unbelichteten oder weniger belichteten Ab schnitten (34) des Lackfilms (14) zu reduzieren oder zu neutralisieren, so dass der Kontrast in der Säurekonzentration zwischen belichteten (32) und unbelichteten (34) Abschnitten erhöht wird; – Aufbringen einer Entwicklerlösung auf den Lackfilm (14), um entweder die belichteten (32) oder die unbelichteten Abschnitte (34) davon zu entfernen.
Verfahren zum Belichten eines Halbleiterwafers, mit den folgenden Schritten: – Aufbringen eines lichtempfindlichen Beschichtungsmaterials auf eine Oberfläche des Halbleitersubstrats, um eine Beschichtung (16) bezüglich eines weiteren Lackfilms (14) auszubilden, wobei die Beschichtung (16) folgendes umfasst: (a) ein Basispolymer, das keine säurespaltbaren Gruppen umfasst, (b) ein fotozerlegbares alkalisches Additiv und (c) einen Thermosäuregenerator; – Aufbringen eines lichtempfindlichen Lacks auf die Beschichtung (16), um darauf einen Lackfilm (14) auszubilden; – Anwenden eines thermischen Ausheizschritts, um Säuren in der Beschichtung mit Hilfe des Thermosäuregenerators freizusetzen; – Belichten des Lackfilms (14) und der darunterliegenden Beschichtung (16) innerhalb wenigstens eines Abschnitts (22, 32) mit optischem Licht, UV- oder Röntgenstrahlung, Elektronen, geladenen Teilchen, Ionenprojektionslithographie, wobei eine Konzentration von alkalischen Additiven in den belichteten Abschnitten (22) der Beschichtung (16) aufgrund einer Zerlegung in neutrale Verbindungen reduziert wird; – Diffundieren (a) der thermisch freigesetzten Säuren aus belichteten Abschnitten (22) der Beschichtung grenzflächennahes Gebiet des benachbarten Lackfilms (14), um eine Säurekonzentration in den belichteten Abschnitten (32) des Lackfilms (14) zu erhöhen, und (b) alkalischer Additive, die in unbelichteten oder weniger belichteten Abschnitten (24) zurückbleiben, aus der Beschichtung (16) in das grenzflächennahe Gebiet des Lackfilms (14), um die Säurekonzentration in unbelichteten oder weniger belichteten Abschnitten (34) des Lackfilms (14) zu reduzieren oder zu neutralisieren, so dass der Kontrast in der Säurekonzentration zwischen den belichteten (32) und unbelichteten (34) Abschnitten darin erhöht wird; – Aufbringen einer Entwicklerlösung auf den Lackfilm (14), um entweder belichtete (32) oder unbelichtete (34) Abschnitte davon zu entfernen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 49 oder 50, wobei der Schritt des Diffundierens des alkalischen Additivs beziehungsweise der Säuren in den Lackfilm mit Hilfe eines Ausheizschritts nach der Belichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 51, mit dem weiteren Schritt des Ätzens der Beschichtung (16) unter Verwendung des Lackfilms (14) als einer Ätzmaske, nachdem entweder belichtete (32) oder unbelichtete Abschnitte (34) entfernt worden sind.