DE3821584A1 - Strahlungshaertbares gemisch und daraus hergestelltes strahlungsempfindliches aufzeichungsmaterial fuer hochenergetische strahlung - Google Patents

Strahlungshaertbares gemisch und daraus hergestelltes strahlungsempfindliches aufzeichungsmaterial fuer hochenergetische strahlung

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Description

Die Erfindung betrifft ein negativ arbeitendes, strah­ lungshärtbares Gemisch, enthaltend eine Verbindung, die unter Einwirkung von hochenergetischer Strahlung eine Säure bildet sowie eine Verbindung, die durch Säure härt­ bar ist.
Bei der klassischen UV-Lithographie ist die Grenze der Auflösung durch die Wellenlänge der verwendeten Strahlung vorgegeben. Die stetige Verkleinerung der Dimensionen bei der Chip-Herstellung erfordert daher im Submikronbereich neue Lithographietechniken, wobei wegen ihrer extrem kur­ zen Wellenlänge Elektronen- oder Röntgenstrahlung einge­ setzt werden. Dabei hat sich gezeigt, daß Resistmateria­ lien, die als Elektronenstrahlresist geeignet sind, auch als Röntgenstrahlresist eingesetzt werden können und umge­ kehrt.
Bekannte Resistmaterialien für diese Anwendung sind Acry­ late und Methacrylate (G. M. Taylor, Solid State Technolo­ gy, 124 (1984)). Bei diesen Materialien zeigte sich, daß Empfindlichkeit und Strukturauflösung meist gegenläufige Eigenschaften sind. Sollen höhere Empfindlichkeiten er­ reicht werden können, werden meist Halogene in den Resist eingebaut. Dabei wird in positiv arbeitenden Resists meist Fluor und Chlor, in negativ arbeitenden Resists da­ gegen neben Chlor eher Brom und Iod eingesetzt (T. Yama­ oka et al., Phot. Sci. Eng. 23, 196 (1979)).
Im allgemeinen zeigen negativ arbeitende, also strah­ lungshärtbare Resists eine höhere Empfindlichkeit als positiv arbeitende, können dagegen aber nicht - wie oben ausgeführt - gleichzeitig eine hohe Auflösung im Submik­ ronbereich aufweisen. Andererseits erreichen positiv arbeitende Resists auf Methacrylatbasis eine hohe Auflö­ sung, sind aber mit Ausnahme der Resists auf Polymeth­ acrylnitril-Basis nicht gegen die zur Halbleiterstruktu­ rierung verwendeten Plasmaätzprozesse stabil. Die Methacrylatresists wiederum sind aber nicht genügend empfindlich.
Die Polymeren mit der bisher höchsten bekannten Strah­ lungsempfindlichkeit für Elektronen- bzw. Röntgenstrahlen sind Polyalkensulfone, insbesondere das Polybuten-1-sul­ fon. Der Nachteil dieser Verbindungsklasse liegt aber in ihrer weniger guten Resistenz gegenüber Plasmaätzprozes­ sen; sie sind daher zwar für die Maskenherstellung geeig­ net, nicht aber für die Halbleiterfertigung mit einer Maske aus diesem Material. Es wurde daher vorgeschlagen, Polyalkensulfone mit den bekanntermaßen plasmaätzresi­ stenten Novolakharzen zu kombinieren (M.J. Bowden et al., J. Electrochem. Soc. 128, 1304 (1981); US-A-4 2 89 845) . Es zeigte sich aber eine starke Unverträglichkeit der beiden Polymeren miteinander, wodurch die Auflösung be­ einträchtigt wird. Auch der Versuch, die Verträglichkeit durch Beimischung weiterer Komponenten zu verbessern, muß­ te mit einem Verlust an Empfindlichkeit erkauft werden (US-A-43 98 001).
Um hohe Empfindlichkeiten bei verbessertem Gesamteigen­ schaftsprofil, insbesondere verbesserter Plasmaätzbestän­ digkeit beizubehalten, wurden photokatalytisch arbeitende Resists entwickelt. Beispiele derartiger positiv arbei­ tender Systeme beschreiben u.a. die DE-A-27 18 254, 29 28 636 und die ältere deutsche Patentanmeldung P 37 30 784.3.
Entsprechende negativ arbeitende Systeme sind z.B. Re­ sists, die bei Bestrahlung vernetzend dimerisieren, wie Zimtsäurederivate, die polymer gebunden sind, und Poly­ acrylsäureester. Derartige Resists sind relativ unemp­ findlich. Nutzt man bei negativ arbeitenden Systemen das Prinzip der Photokatalyse, so unterscheidet man zwischen radikalisch photopolymerisierbaren Resists und Resists, bei denen aufgrund photoinduzierter Reaktionen eine Ver­ netzung auf kationischem Weg durch Addition, Substitution oder Kondensation erfolgt. Die ersten weisen in der Ab­ bildungsqualität erhebliche Nachteile auf. Sie sind daher für Anwendungen im Submikrometerbereich nur bedingt ge­ eignet.
Die Verwendung säurehärtbarer Harze in Photoresistfor­ mulierungen ist seit langem bekannt. So wird z.B. in der US-A-36 92 560 beschrieben, daß halogenhaltige Benzophe­ none in Verbindung mit Melaminharzen bzw. Harnstoff- Formaldehydharzen als UV-Resists eingesetzt werden können. Die DE-A-27 18 259 (=US-A-41 89 323) beschreibt die Verwendung halogenierter Derivate des s-Triazins als photolytisch aktivierbare Säurespender für positiv und negativ arbeitende Systeme, z.B. für säurehärtbare Harn­ stoff-Formaldehyd-, Melamin-Formaldehyd- und Phenol- Formaldehydharze (Spalte 5). Beispiele derartiger Formu­ lierungen finden sich auch bei Vollenbroek et al, Micro­ electronic Engineering 6 (1987), 467.
Als photolytisch aktivierbare Säurebildner können auch Oniumsalze wie Diphenyliodoniumsalze von nicht-nukleophi­ len Säuren, z.B. von HSbF6, HAsF6 oder HPF6, verwendet werden. Die DE-A-27 30 725 schildert die Verwendung der­ artiger Starter in Resistformulierungen mit Epoxiden als säurehärtbaren Materialien. Einen allgemeinen Überblick über die Verwendung von Oniumsalzen in säurehärtbaren Systemen vermittelt J.V. Crivello, Polym. Eng. Sci. 23, 953 (1983).
In der EP-A-01 64 248 werden lichthärtbare Gemische auf Basis von säurehärtbaren Harzen und Naphthochinondiaziden oder o-Nitrobenzoesäurederivaten beschrieben.
Die Verwendung halogenierter Verbindungen, wie DDT oder Gammexan, die oberhalb 299 nm praktisch nicht absorbie­ ren, als Photoinitiatoren in säurehärtbaren Negativ-Pho­ toresists wird in der EP-A-02 32 972 beschrieben.
Den beschriebenen Systemen ist gemeinsam, daß die Star­ terverbindungen nicht am eigentlichen Vernetzungsgesche­ hen teilnehmen und daß sie - mit Ausnahme der Oniumsalze - in wäßrig-alkalischen Entwicklern selbst nicht löslich sind. Dies führt zu drastisch reduzierten Entwicklungs­ geschwindigkeiten an den Stellen, an denen der Entwickler die nicht belichtete Resistschicht abtragen soll. Die zu­ setzbare Menge an Starterverbindung - und damit die Emp­ findlichkeit des fertigen Resists - wird dadurch deutlich limitiert. Der Einsatz der Oniumsalze wie auch der in der EP-A-02 32 972 beschriebenen, als Planzenschutzmittel be­ kannten Initiatoren ist darüber hinaus auch aus physiolo­ gischen Gründen nicht unbedenklich.
Es bestand daher die Aufgabe, ein negativ arbeitendes Resistsystem für die Aufzeichnung energiereicher Strah­ lung vorzuschlagen, das sich bei Tages- und Kunstlicht im wesentlichen ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen verarbei­ ten läßt, jedoch gegenüber energiereicher Strahlung, ins­ besondere Elektronen- und Röntgenstrahlung, hochempfind­ lich ist und nach Entwicklung mit wäßrig-alkalischen Ent­ wicklern Resiststrukturen hoher Auflösung ergibt, das physiologisch unbedenklich ist und eine gute Resistenz gegenüber flüssigen und Plasmaätzmedien aufweist.
Erfindungsgemäß wird ein durch hochenergetische Strahlung härtbares Gemisch vorgeschlagen, das eine Verbindung, die unter Einwirkung von hochenergetischer Strahlung eine Säure bildet, sowie eine Substanz enthält, die durch Säure härtbar ist.
Das erfindungsgemäße Gemisch ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung, die eine Säure bildet, aromatisch gebundenes Chlor oder Brom enthält und einen pKa-Wert unterhalb 12 aufweist.
Es war überraschend, daß durch die Verwendung derartiger Starter auch säurehärtbare Gemische besonders hoher Emp­ findlichkeit erhalten werden, ohne daß wegen der erfor­ derlichen hohen Starterkonzentrationen das Entwicklungs­ verhalten oder die thermische Stabilität der erhaltenen Resiststrukturen negativ beeinflußt werden, wie dies bei Verwendung der in der EP-A-02 32 972 beschriebenen Star­ ter der Fall ist. Dies wird darauf zurückgeführt, daß aufgrund der Starterstruktur die Alkalilöslichkeit der nicht belichteten Resistbereiche deutlich erhöht wird. An den belichteten Stellen des Resists nimmt hingegen der Starter an der Vernetzungsreaktion teil.
Von den säurebildenden Startern, die aromatisch gebunde­ nes Chlor oder Brom enthalten, werden solche bevorzugt, die einen pKa-Wert im Bereich von 6 bis 10 aufweisen.
Der pKa-Wert von chemischen Verbindungen läßt sich nach herkömmlichen Methoden bestimmen, es ist aber auch eine theoretische Berechnung, z.B. mit dem Programm "CAMEO", möglich.
Besonders bevorzugt sind säurebildende Starter der allge­ meinen Formel I
mit mindestens einem aromatisch gebundenen Chlor- oder Bromatom, wobei
R OH oder COOH ist,
R₁ und R₂ gleich oder verschieden sind und Wasserstoff,
R₂ Chlor, Brom, Alkyl, ggf. substituiert durch Aryl-, Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxygruppen oder Fluoratome; oder Aryl, ggf. substituiert durch Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxygruppen oder Halogenatome, und
n 0 bis 3 bedeutet, wobei
für n = 0:
A Wasserstoff, Chlor, Brom, Alkyl, ggf. substituiert durch Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxy-, Arylreste oder Fluoratome; Aryl, ggf. substituiert durch Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxy-, Carboxylreste oder Halogenatome,
für n = 1:
A eine Einfachbindung, -O-, -S-, -SO₂-, -NH-, -NR₃-, Alkylen, Perfluoralkylen,
für n = 2:
für n = 3:
bedeutet, sowie
Carboxyl, substituiertes Carbonyl, insbesondere Alkyl- oder Arylcarbonyl, Carboxyalkyl sowie substituiertes Sulfonylimidocarbonyl und
R₃ Alkyl, insbesondere (C₁-C₃)Alkyl, oder Aryl, insbesondere Phenyl,
bedeutet.
Ganz besonders bevorzugt werden Verbindungen, in denen
R₁ und R₂ gleich sind und insbesondere Chlor oder Brom bedeuten, wobei sie jeweils in ortho-Position zu R stehen, sowie
R eine Hydroxygruppe bedeutet.
Dabei werden ebenso solche Verbindungen bevorzugt, in denen
A (für n = 1 und B gleich
-SO₂-, Propylen oder Perfluorpropylen, in den beiden letzten Fällen vorzugsweise Propylen oder Perfluorpropyliden ist, oder
A (für n = 1 und B gleich Alkylcarbonyl, insbesondere Methylcarbonyl, Carboxyalkyl, insbesondere Carboxymethyl oder substituiertes Sulfonylimidocarbonyl, insbesondere p-Toluolsulfonylimidocarbonyl) -O-, -NH- oder -NR₃- oder
A (für n = 0) Hydroxyl, Carboxyl oder Alkyl, welches an jedem zweiten C-Atom durch Phenyl, chloriertes oder bromiertes Phenyl substituiert ist,
bedeutet.
Ebenso besonders bevorzugt sind Phenolharze, bei denen die unsubstituierten o- bzw. p-Positionen relativ zur Hydroxyl-Funktion teilweise oder vollständig chloriert oder bromiert sind.
Insbesondere bevorzugt sind Novolaktypen, die durch Kondensation von p-Chlor- oder p-Brom-o,o′-bis-methylol­ phenol und ggf. chlor- oder bromsubstituiertem m-Kresol erhalten werden.
Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen, in denen für n = 0 und A gleich substituiertes Carbonyl:
R Hydroxyl und
R₁ und R₂ jeweils in ortho-Position zu R stehend Chlor oder Brom bedeuten, oder
für n = 0 und A gleich ggf. substituiertes Alkyl:
R Hydroxyl und
R₁ und R₂ jeweils in ortho-Position zu R stehend Wasserstoff, Chlor oder Brom bedeuten.
Der Gehalt an säurebildenden Startern in dem erfindungs­ gemäßen strahlungsempfindlichen Gemisch liegt im allge­ meinen bei 2 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise bei 4 bis 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht.
Liegt der Starter in polymerer Form, insbesondere als Teil des Bindemittels vor, so gelten als Obergrenze die Gehalte, die unter den entsprechenden polymeren Binde­ mitteln angegeben sind. Aus den Mischungsverhältnissen der monomeren Ausgangsbestandteile läßt sich der jewei­ lige Gehalt des Starters bzw. der für den Start verant­ wortlichen Molekülgruppen im Polymeren berechnen.
Als durch Säure katalytisch härtbare Systeme kommen ver­ netzbare Systeme in Frage, bei denen die Vernetzerkompo­ nente und die mit ihr reagierende vernetzbare funktio­ nelle Gruppe in ein und demselben Molekül, bevorzugt einem Oligomer- oder Polymermolekül, enthalten sind. Beispiele sind Copolymere des N-Alkoxymethyl-methacryl­ amids mit z.B. Acrylsäure oder Brenzkatechinmonometh­ acrylat, ggf. in Gegenwart weiterer Comonomerer, wie sie in der EP-A-0 1 84 044 beschrieben sind.
Als säurehärtbare Komponenten kommen ferner Verbindungen in Betracht, die kationisch polymerisierbare Gruppie­ rungen enthalten. Zu nennen sind Vinylether, Epoxide, u.ä. Eine Übersicht vermittelt Makromol. Chemie, Macro­ molecular Symposia, Bd. 13/14, München 1988. Bevorzugt werden solche Verbindungen eingesetzt, in denen die ge­ nannten Gruppierungen mehrfach enthalten sind.
Ferner sind als säurehärtbare Komponenten Verbindungen geeignet, die durch Säure katalysiert mit sich selbst oder mit dem Bindemittel Kondensationsreaktionen einge­ hen. Zu nennen sind hier Melamin-Formaldehyd-Harze, Ben­ zoguanamin-Formaldehydharze, Glycoluril-Formaldehyd- Harze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, aber auch hydroxy­ methylierte Phenole und Kresole, wie sie z.B. in der EP-A-02 12 482 beschrieben werden.
Bevorzugt werden Gemische, bei denen die reagierenden Gruppen auf verschiedene Moleküle verteilt sind. In einem derartigen Fall enthält das Bindemittel eine vernetzbare funktionelle Gruppe. Als solche kommen -SH, -OH, -CONH2 sowie -COOH-Gruppen in Frage. Ferner eignen sich Gemische, die durch Kondensation mit Formaldehyd in Gegenwart von Säure gehärtet werden können. Hierzu zählen insbesondere entsprechend substituierte Phenolharze. An­ stelle von Formaldehyd können auch Verbindungen einge­ setzt werden, die Formaldehyd freisetzen, z.B. Trioxan. Diese werden bevorzugt in Kombination mit Phenolharzen verwendet.
Die in dem erfindungsgemäßen Gemisch eingesetzten Binde­ mittel sind in Wasser unlöslich, in wäßrig-alkalischen Medien und in organischen Lösungsmitteln hingegen lös­ lich. Dies wird erreicht durch den Einbau funktioneller Gruppen, deren pKa unterhalb 12, bevorzugt zwischen 6 und 10 liegt. Typische Beispiele sind Phenole, Carbonsäuren, aber auch Sulfonamide und Imide.
Bevorzugt eingesetzt werden Phenolharze vom Novolak-Typ, z.B. Phenol-Formaldehydharze, Kresol-Formaldehydharze, deren Mischkondensate und deren Mischungen, sowie Phenol­ und Kresol-Kondensate mit anderen Aldehyden.
Darüber hinaus können aber auch eingesetzt werden: Polymere von Styrol mit Einheiten von Alkenylsulfonyl­ aminocarbonyloxy- oder Cycloalkenylsulfonyl-aminocarbo­ nyloxy- (EP-A-01 84 804), Polymere der Acryl-, Meth­ acryl-, Malein-, Itaconsäure etc., ggf. mit seitenstän­ digen, vernetzenden -CH2OR-Gruppen (EP-A-01 84 044) , Polymerisate aus Vinylmonomeren mit Alkenylphenoleinhei­ ten (EP-A-01 53 682), Polyvinylphenole (DE-C-23 22 230), polymere Bindemittel mit seitenständigen, phenolischen Hydroxylgruppen (EP-A-02 12 439 und 02 12 440), Styrol- Maleinsäureanhydrid-Mischpolymerisate (DE-A-31 30 987), Polymere aus ungesättigten (Thio)phospinsäureiso(thio)­ cyanaten mit einem aktiven Wasserstoff enthaltenden Polymeren (DE-A 36 15 612 und 36 15 613), Polymere mit Vinylacetat-, Vinylalkohol- und Vinylacetaleinheiten (EP-A-02 16 083) sowie Polyvinylacetale mit Einheiten aus Hydroxyaldehyden (DE-A-36 44 162).
Die Menge des Bindemittels beträgt im allgemeinen 1 bis 90, insbesondere 5 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der strahlungs­ empfindichen Mischung.
Auf die genannten, in Wasser unlöslichen, in wäßrigem Alkali löslichen Bindemittel kann ggf. verzichtet werden, wenn polymere Starter verwendet werden. Insbesondere kom­ men hierfür chlorierte oder bromierte Polystyrole oder Polyvinylphenole in Frage. Dies hat zur Folge, daß der Gehalt des polymeren Starters auch über den für den Starter angegebenen Mengenbereich hinausgehen kann. Ins­ besondere können Mengen von mehr als 50 Gew.-% und bis zu 100 Gew.-%, abzüglich des Gehalts der Verbindung, die durch Säure spaltbar ist, eingesetzt werden.
Daneben ist es auch möglich, das Bindemittel durch Kon­ densation aus einem chlor- bzw. bromhaltigen aromatischen Starter mit einem Ausgangsmonomeren, das für die Darstel­ lung herkömmlicher Bindemittel geeignet ist, herzustel­ len. Voraussetzung ist, daß die säurebildende chlor- oder bromhaltige Verbindung zur Kondensation oder Polymerisa­ tion befähigte Gruppen aufweist.
Von seiten der monomeren Bestandteile herkömmlicher Bin­ demittel werden für diese Kondensation in erster Linie Phenole und Kresole, insbesondere m-Kresol bevorzugt. Die Kondensation erfolgt vorzugsweise mit etwa äquimo­ laren Mengen.
Neben diesem Einbau des Halogen enthaltenden Starters in bekannte Bindemittel zu einem polymeren Starter, der gleichzeitig als Bindemittel wirkt, ist auch ein ein­ faches Mischen von polymeren Startern und herkömmlichen Bindemitteln möglich. Insbesondere werden chlor- oder bromhaltige Styrolderivate mit Novolakharzen gemischt, vorzugsweise in etwa äquimolaren Anteilen.
Den erfindungsgemäßen strahlungsempfindlichen Gemischen können ggf. Farbstoffe, Pigmente, Weichmacher, Netzmittel und Verlaufmittel, aber auch Polyglykole, Celluloseether, z.B. Ethylcellulose, zur Verbesserung spezieller Erfor­ dernisse wie Flexibilität, Haftung und Glanz zugesetzt werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße strahlungsemp­ findliche Gemisch in Lösungsmitteln wie Ethylenglykol, Glykolethern wie Glykolmonomethylether, Glykoldimethyl­ ether, Glykolmonoethylether oder Propylenglykolmonoal­ kylethern, insbesondere Propylenglykolmethylether; ali­ phatischen Estern wie Ethylacetat, Hydroxyethylacetat, Alkoxyethylacetat, n-Butylacetat, Propylenglykolmono­ alkyletheracetat, insbesondere Propylenglykolmethyl­ etheracetat oder Amylacetat; Ethern wie Dioxan, Ketonen wie Methylethylketon, Methyl-isobutylketon, Cyclopen­ tanon und Cyclohexanon; Dimethylformamid, Dimethylacet­ amid, Hexamethylphosphorsäureamid, N-Methyl-pyrrolidon, Butyrolacton, Tetrahydrofuran und in Mischungen der­ selben gelöst. Besonders bevorzugt werden Glykolether, aliphatische Ester sowie Ketone.
Die mit den Bestandteilen des strahlungsempfindlichen Gemisches entstehenden Lösungen haben in der Regel einen Feststoffgehalt von 5 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise bis 50 Gew.-%.
Erfindungsgemäß wird ferner ein strahlungsempfindliches Aufzeichnungsmaterial beansprucht, im wesentlichen be­ stehend aus einem Schichtträger und dem darauf aufgetra­ genen strahlungsempfindlichen Gemisch.
Als Schichtträger kommen alle Materialien in Frage, aus denen Kondensatoren, Halbleiter, mehrlagige gedruckte Schaltungen oder integrierte Schaltkreise bestehen bzw. hergestellt werden können. Insbesondere sind Oberflächen aus reinem, thermisch oxydiertem und/oder mit Aluminium beschichtetem Silicium zu nennen, die gegebenfalls auch dotiert sein können, einschließlich aller anderen in der Halbleitertechnologie üblichen Träger bzw. Substrate wie Siliciumnitrid, Galliumarsenid, Indiumphosphid. Weiterhin kommen in Frage die aus der Flüssigkristalldisplay-Her­ stellung bekannten Substrate wie Glas, Indium-Zinnoxid; ferner Metallplatten und -folien, beispielsweise aus Alu­ minium, Kupfer, Zink; Bimetall- und Trimetallfolien, aber auch elektrisch nicht leitende Folien, die mit Metallen bedampft sind, ggf. mit Aluminium beschichtete SiO2-Mate­ rialien und Papier. Diese Substrate können einer Vorbe­ handlung durch Erwärmen unterzogen werden, oberflächlich angerauht, angeätzt oder zur Verbesserung erwünschter Eigenschaften, z. B. der Erhöhung der Hydrophilie, mit Chemikalien behandelt sein.
In einer besonderen Ausführungsform kann das strahlungs­ empfindliche Gemisch zur besseren Haftung in dem Resist oder zwischen dem Resist und dem Träger bzw. Substrat einen Haftvermittler enthalten. Bei Silicium- bzw. Sili­ ciumdioxid-Substraten kommen hierfür Haftvermittler vom Aminosilan-Typ, z.B. 3-Aminopropyl-triethoxysilan oder Hexamethyl-disilazan, in Frage.
Beispiele für Träger, die zur Herstellung von Druckplat­ ten für den Hochdruck, den Flachdruck, den Siebdruck, den Tiefdruck sowie von Reliefkopien Verwendung finden kön­ nen, sind Aluminiumplatten, ggf. anodisch oxydierte, auf­ gerauhte und/oder silikatisierte Aluminiumplatten: Zink­ platten, Stahlplatten, die ggf. verchromt wurden, sowie Kunststoffolien oder Papier.
Bestrahlt wird das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmate­ rial bildmäßig mit hochenergetischen Strahlungsquellen; bevorzugt ist Elektronen- oder Röntgenstrahlung. Bei Ver­ wendung hinreichend transparenter Bindemittel ist auch eine bildmäßige Bestrahlung mit kurzwelliger UV-Strahlung (deep UV) möglich.
Die Schichtstärke variiert in Abhängigkeit von ihrem Einsatzgebiet. Sie beträgt etwa 0,1 bis 1000, insbeson­ dere 1 bis 10 µm.
Das Auftragen des strahlungsempfindlichen Gemisches auf den Träger kann durch Aufsprühen, Fließbeschichten, Wal­ zen, Schleuderbeschichten und Tauchbeschichten erfolgen. Danach wird das Lösemittel durch Verdampfen entfernt, so daß auf der Oberfläche des Trägers die strahlungsempfind­ liche Schicht zurückbleibt. Die Entfernung des Lösemit­ tels kann gegebenenfalls durch Erhitzen der Schicht auf Temperaturen bis zu 150°C gefördert werden. Das Gemisch kann aber auch zunächst 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 ausgewie­ sene Materialien Anwendung finden, soweit sie flexibel sind. Anschließend wird die Schicht bildmäßig bestrahlt. Bevorzugt wird energiereiche Strahlung wie Röntgen- oder Elektronenstrahlung. Besonders bevorzugt wird energie­ reiche Synchrotronstrahlung mit Dosiswerten von 20 bis 200 mJ/cm2 oder Strahlung eines Elektronenstrahlschrei­ bers. Die eigentliche Differenzierungsreaktion (Vernet­ zung) kann in einzelnen Fällen bei Raumtemperatur erfol­ gen. In der Regel ist aber ein Nacherhitzen (post-expo­ sure-bake) günstig, das etwa 1 bis 30 Minuten dauern und vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 90 bis 150°C er­ folgen kann. In der strahlungsempfindlichen Schicht wird anschließend durch Entwicklung ein Bildmuster freigelegt, indem die Schicht mit einer Entwicklerlösung behandelt wird, die die nicht bestrahlten Bereiche des Materials löst bzw. entfernt.
Als Entwickler werden Lösungen von alkalischen Reagen­ zien wie Silikaten, Metasilikaten, Hydroxiden, Hydrogen­ bzw. Dihydrogenphosphaten, Carbonaten bzw. Hydrogencar­ bonaten, insbesondere von Alkali- oder Ammoniumionen, aber auch von Ammoniak oder organischen Ammoniumbasen und dergleichen verwendet. Der Gehalt dieser Substanzen in der Entwicklerlösung beträgt im allgemeinen 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Entwicklerlösung.
Anhand der folgenden Beispiele soll die Herstellung der im erfindungsgemäßen strahlungsempfindlichen Gemisch enthaltenen und zum Teil neuen, aromatisches Chlor oder Brom enthaltenden Verbindungen verdeutlicht werden. Die Mengen sind zumeist in Gewichtsteilen (Gt) angegegen, Mengenverhältnisse und Prozentangaben sind, wenn nichts anderes angegeben ist, in Gewichtsteilen zu verstehen.
Beispiel 1
Es wurde eine Beschichtungslösung hergestellt aus:
17 Gt eines Kresol-Formaldehyd-Novolaks mit einem Erweichungsbereich von 105-120°C,
 4 Gt Tetrabrom-Bisphenol A,
 5 Gt Poly(alkoxymethyl)melamin; Alkoxygruppen gemischt aus C₁ und höheren (Cymel 1116; Cyanamid) und
74 Gt Propylenglykolmethyletheracetat (PGMEA).
Die Lösung wurde auf einen mit einen Haftvermittler (Hexamethyldisilazan) behandelten Siliciumwafer bei 5000 U/min aufgeschleudert. Nach 3 Minuten Trocknen bei 95°C im Umluftofen wurde eine Schichtdicke von 1,0 µm erhalten. Bildmäßig bestrahlt wurde mit Synchrotonstrah­ lung (BESSY, Berlin, 2 mm Luftspalt) einer Dosis von 200 mJ/cm2 durch eine Gold-auf-Silicium-Maske. Den ex­ perimentellen Aufbau findet man bei A. Heuberger, "X-Ray Lithography", Microelectronic Engineering 3, 535-556 (1985). Nach der Belichtung wurde der Wafer 10 Minuten auf 100°C im Umluftofen erwärmt und anschließend in einer Lösung von
 1% NaOH,
 0,4% Alkylaryldisulfonsäure (Natriumsalz) und
 0,1% kationenaktivem Netzmittel (heterocyclische quaternäre Ammoniumbase) in
98,5% vollentsalztem Wasser
innerhalb von 60 s entwickelt.
Man erhielt ein fehlerfreies Bild mit allen Details der Maske, wobei auch Linien und Gräben von 0,3 /um fehler­ frei wiedergegeben wurden. Die Resistflanken waren nicht negativ unterhöhlt und zeigten in einer Aufnahme im Rasterelektronenmikroskop Winkel von nahezu 90°.
Beispiel 2
Es wurde eine Beschichtungslösung hergestellt aus
15 Gt des in Beispiel 1 angegebenen Novolaks,
 8,5 Gt 1,1,1-Tris-(3,5-dibrom-4-hydroxy-phenyl)ethan,
 5 Gt Cymel 1116,
71,5 Gt PGMEA.
Die Lösung wurde wie in Beispiel 1 aufgeschleudert. Nach dem Trocknen auf einer erwärmten Platte (hot plate; 110°C, 1 Minute) wurde mit 90 mJ/cm2 wie in Beispiel 1 bestrahlt. Nach 2 Minuten Nacherwärmen (post exposure bake) auf 110°C wurde mit einer Lösung von
 2,65% Natriummetasilikat × 9 H₂O,
 1,7% Trinatriumphosphat × 12 H₂O und
 0,15% Natriumdihydrogenphosphat in
95,5% vollentsalztem Wasser
150 s entwickelt. Die erhaltenen Strukturen entsprachen denen aus Beispiel 1.
Herstellung von 1,1,1-Tris-(3,5-dibrom-4-hydroxy-phenyl)ethan
102 g Tris-(4-hydroxyphenyl)ethan wurden in einer Mi­ schung aus 500 ml Eisessig und 250 ml Wasser suspen­ diert. Bei 10°C wurden anschließend in die gerührte Suspension 334 g Brom zugetropft. Nach erfolgter Abreak­ tion des Broms wurden 750 ml Wasser zugegeben und die ausgefallenen Kristalle über eine Nutsche abgesaugt. Sie wurden mit Wasser gewaschen, aus Toluol umkristallisiert und anschließend getrocknet. Das Produkt hatte einen Schmelzpunkt von 276-278°C. Das NMR-Spektrum (CDCl3) zeigte folgende Signale: CH3: δ=2,05 (3H)s; OH:δ=5,89 (3H)s; Phenyl: δ=7,1 (6H) s.
Beispiel 3
Es wurde verfahren wie in Beispiel 2, mit dem Unter­ schied, daß anstelle von Cymel 1116 das Melaminharz Maprenal 900 (Cassella AG) eingesetzt wurde, das ein ähn­ liches Polyalkoxymethylmelamin mit C1- und n-C4-Alkoxy­ gruppen ist. Die Entwicklungsdauer betrug in dem gleichen Entwickler wie in Beispiel 2 20 s.
Beispiel 4
Es wurde eine Beschichtungslösung hergestellt aus
20 Gt des Novolaks aus Beispiel 1,
 3,4 Gt Tetrachlorbisphenol A,
 5,1 Gt Cymel 1116,
71,5 Gt Cyclohexanon.
Nach Aufschleudern auf einen Si-Wafer bei 5000 U/min wurde 1 Minute bei 110°C getrocknet, dann mit 30 mJ/cm2 bildmäßig bestrahlt, danach 3 Minuten bei 105°C getempert und schließlich innerhalb von 165 s in einer Lösung von
 5,3% Natriummetasilikat × 9 H₂O,
 3,4% Trinatriumphosphat × 12 H₂O und
 0,3% Natriumdihydrogenphosphat in
91% vollentsalztem Wasser
entwickelt.
Beispiel 5
Reduziert man den Anteil an Tetrachlorbisphenol A in Beispiel 4 auf 0,6 Gt, so wird bei sonst gleicher Vorge­ hensweise eine Entwicklungsdauer von 420 s benötigt.
Beispiel 6
Es wurde eine Beschichtungslösung hergestellt aus
20 Gt Novolak gemäß Beispiel 1,
 5,1 Gt Neopentyl-diglycidylether und
 8,5 Gt Tetrabrom-Bisphenol A in
71,4 Gt PGMEA.
Die Schicht wurde 1 Minute bei 110°C getrocknet. Nach einer Bestrahlung mit 200 mJ/cm2 wurde 3 Minuten auf 120°C nacherhitzt. Die Entwicklung in dem in Beispiel 4 angegebenen Entwickler dauerte 60 s.
Beispiel 7
Es wurde eine Beschichtungslösung hergestellt aus
22,7 Gt eines Copolymeren aus 84 Gew.-% Brenzkatechinmonomethacrylat und 16 Gew.-% N-Methoxymethylmethacrylamid und
 5,7 Gt Tetrabrombisphenol A in
71,6 Gt PGMEA.
Die Schicht wurde 1 Minute bei 110°C getrocknet. Nach Bestrahlung mit 200 mJ/cm2 und 3 Minuten Nacherhitzen auf 130°C wurde in dem in Beispiel 4 angegebenen Entwickler innerhalb von 30 s entwickelt.
Beispiel 8 (Vergleichsbeispiel)
Es wurde eine Beschichtungslösung hergestellt aus
20 Gt des Novolaks aus Beispiel 1,
 3,4 Gt DDT und
 5,1 Gt Cymel 1116 in
71,5 Gt PGMEA.
Dies entspricht einer Formulierung analog Beispiel 4, jedoch mit dem bekannten nicht alkalilöslichen Starter DDT. Es wurde 1 Minute bei 110°C getrocknet. Die Be­ strahlung mit 30 mJ/cm2 und anschließender Nacherwärmung von 3 Minuten bei 105°C lieferte einen Resistfilm, der an den nichtbelichteten Stellen selbst nach 30 Minuten in dem in Beispiel 4 angegebenen Entwickler nicht entwickelt werden konnte.
Beispiel 9 (Vergleichsbeispiel)
Wird der Anteil des DDT analog Beispiel 5 auf 0,6 Gt reduziert, so ist eine Entwicklung mit dem Entwickler in Beispiel 4 möglich, sie dauert aber verglichen mit Beispiel 5 erheblich länger (18 Minuten).

Claims (9)

1. Durch hochenergetische Strahlung härtbares Gemisch, enthaltend eine Verbindung, die unter Einwirkung von hochenergetischer Strahlung eine Säure bildet, sowie eine Substanz, die durch Säure härtbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung, die eine Säure bildet, aro­ matisch gebundenes Chlor oder Brom enthält und einen pKa-Wert unterhalb 12 aufweist.
2. Strahlungshärtbares Gemisch nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die säurebildende Verbindung einen pKa-Wert von 6 bis 10 aufweist.
3. Strahlungshärtbares Gemisch nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die säurebildende Verbindung eine Verbindung der allgemeinen Formel I mit mindestens einem aromatisch gebundenen Chlor- oder Bromatom ist, wobei
R OH oder COOH ist,
R₁ und R₂ gleich oder verschieden sind und Wasserstoff,
R₂ Chlor, Brom, Alkyl, ggf. substituiert durch Aryl-, Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxygruppen oder Fluoratome; oder Aryl, ggf. substituiert durch Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxygruppen oder Halogenatome, und
n 0 bis 3 bedeutet, wobei
für n = 0:
A Wasserstoff, Chlor, Brom, Alkyl, ggf. substituiert durch Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxy-, Arylreste oder Fluoratome; Aryl, ggf. substituiert durch Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxy-, Carboxylreste oder Halogenatome,
für n = 1:
A eine Einfachbindung, -O-, -S-, -SO₂-, -NH-, -NR₃-, Alkylen, Perfluoralkylen,
für n = 2: für n = 3: bedeutet, sowie Carboxyl, substituiertes Carbonyl, insbesondere Alkyl- oder Arylcarbonyl, Carboxyalkyl sowie substituiertes Sulfonylimidocarbonyl und
R₃ Alkyl, insbesondere (C₁-C₃)Alkyl, oder Aryl, insbesondere Phenyl,
bedeutet.
4. Strahlungshärtbares Gemisch nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die säurebildende Verbindung monomer ist und das Gemisch ein in Wasser unlösliches, in wäßrigem Alkali lösliches Bindemittel enthält.
5. Strahlungshärtbares Gemisch nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die säurebildende Verbindung polymer ist.
6. Strahlungshärtbares Gemisch nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die säurebildende Verbindung ein Hydroxystyrolpolymerisat oder -copolymerisat oder ein Phenolharz ist.
7. Strahlungshärtbares Gemisch nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gemisch zusätzlich ein in Wasser unlösliches, in wäßrigem Alkali lösliches, poly­ meres Bindemittel enthält.
8. Strahlungshärtbares Aufzeichnungsmaterial für hoch­ energetische Strahlung, im wesentlichen bestehend aus einem Träger und einer strahlungsempfindlichen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem strah­ lungshärtbaren Gemisch gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 besteht.
9. Verfahren zur Aufzeichnung von hochenergetischer Strahlung mittels eines strahlungshärtbaren Aufzeich­ nungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß ein strah­ lungshärtbares Gemisch gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 auf einen ggf. mit einem Haftvermittler beaufschlagten Träger aufgebracht wird, das Material getrocknet, anschließend mit energiereicher Strahlung, insbesondere Röntgen- oder Elektronenstrahlung, bildmäßig bestrahlt, danach ggf. bei erhöhter Temperatur getempert und abschließend das Bild durch Entfernen der unbestrahlten Schichtbereiche mit einem wäßrig-alkalischen Entwickler entwickelt wird.
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