KR100389800B1 - 패턴화 레지스트층의 표면결함의 감소방법 - Google Patents

Abstract

(a) 기판표면상에 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물의 포토레지스트층을 형성하는 공정, (b) 상기 포토레지스트층을 화학선으로 패턴노광시키는 공정, (c) 상기 패턴노광된 포토레지스트층을 노광후소성처리하는 공정 및 (d) 현상처리하는 공정을 구비해서 얻어진 기판표면상의 패턴화 포토레지스트층의 표면결함을 감소시키는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, 상기 노광후소성처리된 후의 상기 포토레지스층을, pH는 3.5이하의 산성 수용액에 1 내지 90초간 접촉시킴으로써 달성할 수 있다. 상기 산성 수용액에 함유된 산은, 바람직하게는, 방향족 술폰산, 또는, 보다 바람직하게는 도데실(디페닐에테르)디술폰산 등의 디페닐에테르술폰산이다.

Description

패턴화 레지스트층의 표면결함의 감소방법{METHOD FOR DECREASING SURFACE DEFECTS OF PATTERNED RESIST LAYER}

본 발명은, 특정의 검사기구를 사용해서 검출할 수 있는 패턴화 레지스트층의 표면결함을 감소시키기 위해 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물을 사용해서 기판표면상에 형성된 포토레지스트층의 처리방법에 관한 것이다.

최근, 반도체소자분야의 고집적화 경향에 따라, 이미 설계규격 0.18㎛의 LSI의 양산이 공업화되어 있고, 또, 설계규격 0.15㎛의 LSI의 양산도 곧 출발선상에 서게 될 것이다.

반도체소자의 제조에 있어서는, 기판표면상에 포토레지스트층의 포토리소그라피패터닝프로세스를 행하고 있으나, 패턴화 레지스트층의 고패턴해상성을 얻기 위해서는, 포토레지스트층의 패턴화 노광용의 광이 단파장인 것이 중요하다. 이 점에 관해서는, 패턴화 노광광으로서 포토리소그라피기술의 초기개발단계에서 사용되던 436nm파장의 g선광이 365nm파장의 i선광으로 대체되었고, 이어서, 현대의 포토리소그라피기술에 있어서는 패턴화 노광광의 주류를 이루고 있는 248nm파장의 KrF엑시머레이저빔으로 대체되었다. 또한, 지금은, 193nm파장의 ArF엑시머레이저빔이, 차세대의 패턴화 노광광으로 기대되고 있고, 또, KrF엑시머레이저빔뿐만 아니라 ArF엑시머레이저빔을 이용한 포토리소그라피프로세스와 이들 엑시머레이저빔을 이용한 프로세스에 사용하기 적합한 포토레지스트재료에 대한 활발한 개발작업도 진행중에 있다.

잘 알려진 바와 같이, 즉, 초기 단계에서 주류로서 사용되던 포토레지스트조성물은, 수지성분으로서의 노볼락수지와 감광성 성분으로서의 나프토퀴논 디아지도술폰산에스테르로 이루어진 포지티브형 포토레지스트조성물이었다. 그러나, 이런 종류의 포토레지스트조성물은, KrF엑시머레이저빔 혹은 보다 단파장의 기타 광원을 사용한 포토리소그라피패터닝작성에 있어서의 기술적인 요구조건에 거의 대응할 수 없었다. 상기 포토레지스트조성물의 이러한 문제점은, 감방사선성 산발생제로부터 발생된 산과 반응해서 노광영역내의 수지성분의 알칼리용해도를 증대시키는 포지티브형의 화학증폭형의 것과, 감방사선성 산발생제로부터 발생된 산과 반응해서 노광영역내의 수지성분의 알칼리용해도를 감소시키는 네가티브형의 화학증폭형의 것을 포함한 소위 화학증폭형 포토레지스트조성물을 사용함으로써 극복할 수 있다.

종래 개발된 화학증폭형 포토레지스트조성물이 충족시켜야 하는 요구조건으로서는, 패턴화 노광광에 대한 높은 감광도, 패턴화 레지스트층의 높은 패턴해상성 및 높은 내열성, 패턴화 포토레지스트층의 단면형상의 직교성, 그리고, 유지안정성, 즉, 질화규소 등의 절연재료, 다결정성 실리콘 등의 반도체재료, 질화 티탄 등의 세라믹재료와 같은 성질이 다른 표면층을 지닌 기판에 대한 포토레지스트조성물의 적합성을 의미하는 기판의존성 뿐만 아니라, 패턴화 노광처리와 레지스트층의노광후소성(bake)처리사이에 있는 동안 아민화합물 등의 혼입에 의한 패턴화 레지스트층의 단면형상의 열화에 대한 안정성 등을 들 수 있다. 즉, 패턴화 레지스트층의 단면형상은, 레지스트층이 형성되는 기판표면의 성질에 의해 영향받는다.

상기 각종 요구조건에 부가해서, 화학증폭형 포토레지스트조성물의 성능에 대한 최근의 기술적 논점은, 고품질의 패턴화 레지스트층을 얻기 위해 극복해야만 하는 표면결함의 문제이다.

상기 패턴화 레지스트층의 표면결함이란, 포토마스크패턴에 대한 레지스트패턴의 불일치성, 검댕이나 먼지입자의 부착, 레지스트패턴라인간의 단락 등의 불량한 레지스트패턴을 의미하며, 상기 표면결함은, 특정의 표면결함검출기(예를 들면, KLA사 제품인 상품명 "KLA")에 의해 위에서부터 수직으로 패턴화 레지스트층을 조사함으로써 검출할 수 있다.

반도체소자의 수율은, 상기 표면결함의 개수가 많을 수록 크게 감소되므로, 종래의 포토레지스트조성물에 대한 요구조건을 충족시키더라도, 반도체소자는 우수한 성능을 발휘할 수 없게 된다. 따라서, 반도체소자의 제조프로세스에 있어서 긴급하게 해결해야 할 중요한 기술적 과제의 하나는, 어떻게 표면결함을 저감시키느냐에 관한 것이다. 표면결함의 문제를 해결하지 않는 한, 반도체소자의 양산시에 커다란 곤란점을 만나게 될 것이다.

본 발명자들은, 이미, 포지티브형 포토레지스트용액의 조성을 변경함으로써 이러한 패턴화 포토레지스트층의 표면결함의 발생을 어느 정도 감소시키는 데 성공할 수 있었다. 그러나, 이러한 포지티브형 포토레지스트용액의 조성의 변경없이표면결함의 문제를 효과적으로 해결할 수 있다면 포토리소그라피패터닝기술에 있어서 매우 요망되는 방법이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물의 조성의 변경없이 또한 이러한 포토레지스트조성물을 사용한 포토리소그라피처리조건을 변화시키는 일없이, 패턴화 레지스트층의 표면결함을 효과적으로 또한 신뢰성 있게 감소시키기 위해서, 상기 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물을 사용해서 형성된 기판표면상의 포토레지스트층의 표면처리를 위한 간편한 방법을 제공하는 데 있다.

즉, 패턴화 레지스트층의 표면결함을 감소시키기 위한 본 발명의 방법은, 기판표면상에 포토레지스트층을 형성하는 공정, 패턴을 보유하고 있는 포토마스크(이하, "패턴보유포토마스크"라 칭함)를 통해 상기 포토레지스트층을 화학선에 패턴노광시키는 공정, 상기 패턴노광된 포토레지스트층을 노광후소성처리하는 공정 및 상기 노광후소성처리된 후의 포토레지스트층을 수용성 알칼리현상액으로 현상처리하는 공정을 구비해서 기판표면상에 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트층의 포토리소그라피패터닝프로세스에 있어서, 상기 노광후소성처리된 후의 상기 포토레지스층을, 산의 수용성 용액에 접촉시키는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 포토레지스트층의 산처리는, 산성 수용액중에 상기 포토레지스트층을 보유한 기판을 침지하거나, 상기 산성 수용액으로 상기 포토레지스트층을 분무코팅 혹은 유동(flow)코팅함으로써 행한다. 이 산처리에 있어서는, 상기 포토레지스트층과 산성 수용액과의 접촉은, 바람직하게는 1 내지 90초동안 행한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태예에 대해 상세히 설명한다.

상기 설명한 바와 같이, 기판표면상에 형성된 패턴화 레지스트층의 표면결함을 제거시키기 위한 본 발명의 방법의 범위는, 노광후소성처리 이후, 그러나, 현상처리 이전에, 포토레지스트층의 산처리의 부가공정에 있다. 이 부가공정을 제외하고, 포토리소그라피패터닝절차의 다른 공정은, 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물을 사용한 종래의 절차와 전적으로 마찬가지이다.

포토레지스트층이 형성되는 기판재료는, 일반적으로 반도체실리콘웨이퍼이다. 본 발명을 적용가능한 포토레지스트조성물은, 주성분으로서, (A) 수지의 수산기가 산해리성 용해도저감기로 치환된 수지화합물 및 (B) 감방사선성 산발생제로 이루어진 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물이다. 본 발명의 방법은, 상기 2성분계의 포토레지스트조성물이외에, 노볼락, 폴리하이드록시스티렌수지 등의 알칼리가용성 수지성분과, 산해리성 용해도저감기로서, 산과 반응해서 유리 카르복시기를 형성해서 해당 화합물의 알칼리용해도를 증대시킬 수 있는, 수산기가 tert-부틸옥시카르보닐메틸기로 치환된 비스페놀, 트리스페놀 등의 저분자량 페놀성 화합물과, 감방사선성 산발생제로 이루어진 3성분계의 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물에도 적용가능하다.

상기 (A)성분은, 알칼리가용성 현상제수용액중의 수지화합물의 용해도를 감소시키는 것이 가능한 동시에 화학선에 의한 패턴노광시에 발생된 산과 반응해서해리되어 해당 화합물의 알칼리용해도를 증대시키는 것이 가능한 산해리성 치환기로 수산기가 치환된 페놀성 수산기 또는 카르복실기를 지닌 화합물이다. 상기 (A)성분은, 통상 고분자수지화합물이지만, 필요에 따라서 저분자량화합물일 수도 있다.

상기 (A)성분으로서의 수지화합물은, 수산기의 수소원자의 적어도 일부가, tert-부톡시카르보닐기, tert-부틸기, 에톡시에틸기나 메톡시프로필기 등의 알콕시알킬기, 테트라하이드로피라닐기, 테트라하이드로푸라닐기 등의 고리식 에테르기로 예시되는 산해리성 용해도저감기로 치환된 폴리하이드록시스티렌 등의 단독중합체 또는 공중합체이다.

상기 (A)성분으로서 특히 바람직한 수지화합물은, 수산기의 수소원자의 적어도 일부가, tert-부톡시카르보닐기, tert-부틸기, 알콕시알킬기 및 고리식 에테르기로 이루어진 군으로부터 선택된 치환기로 치환된 폴리하이드록시스티렌수지이다. 이러한 폴리하이드록시스티렌계 수지화합물의 특정 예로서는, 수산기의 수소원자의 5 내지 60%가 tert-부톡시카르보닐기로 치환된 폴리하이드록시스티렌, 수산기의 수소원자의 5 내지 60%가 테트라하이드로피라닐기로 치환된 폴리하이드록시스티렌, 수산기의 수소원자의 5 내지 60%가 1-에톡시에틸기로 치환된 폴리하이드록시스티렌, 수산기의 수소원자가 tert-부톡시카르보닐기로 치환된 하이드록시스티렌단위 10 내지 49몰%와, 수산기의 수소원자가 1-에톡시에틸기로 치환된 하이드록시스티렌단위 10 내지 49몰%와, 무치환하이드록시스티렌단위 2 내지 80몰%로 이루어진 공중합체, 수산기의 수소원자가 tert-부틸기로 치환된 하이드록시스티렌단위 10 내지49몰%와, 수산기의 수소원자가 1-에톡시에틸기로 치환된 하이드록시스티렌단위 10 내지 49몰%와, 무치환하이드록시스티렌단위 2 내지 80몰%로 이루어진 공중합체, 수산기의 수소원자가 테트라하이드로피라닐기로 치환된 하이드록시스티렌단위 10 내지 49몰%와, 수산기의 수소원자가 1-에톡시에틸기로 치환된 하이드록시스티렌단위 10 내지 49몰%와, 무치환하이드록시스티렌단위 2 내지 80몰%로 이루어진 공중합체 등을 들 수 있다.

상기 포토레지스트조성물을, 패턴화노광광원으로서 ArF엑시머레이저빔에 의한 포토리소그라피패터닝가공에 사용할 경우, 해당 포토레지스트조성물에 있어서의 (A)성분으로서 특히 바람직한 수지화합물은, γ-부티로락톤-3-일 메타크릴레이트와 2-메틸아다만틸 메타크릴레이트의 공중합체 등의 주사슬구조의 구성성분으로서 다고리식 지방족 탄화수소기의 아크릴산에스테르의 모노머단위와 아크릴산에스테르의 모노머단위로 이루어진 공중합체, 주사슬구조의 구성성분으로서 노르보르넨-5-카르복시산의 tert-부틸에스테르로부터 유래된 기 등의 산해리성 용해도저감기를 함유하는 다고리식 지방족 탄화수소기를 지닌 수지를 들 수 있다.

이들 수지화합물은, 단독으로 혹은 필요에 따라 2종 이상 조합해서 사용해도 된다. 상기 (A)성분으로서의 수지성분의 중량평균분자량은, 본 발명의 방법의 용도가 전술한 바와 같은 3성분계의 포토레지스트조성물을 포함하더라도 포토레지스트조성물이 2성분계인 것으로 가정할 경우, 바람직하게는 2000 내지 50000, 보다 바람직하게는 5000 내지 15000이다.

상기 (A)성분과 조합해서 사용되는 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물의 기타 주성분으로서의 (B)성분은, 화학선에 의한 조사시 산을 방출하는 감방사선성 산발생제이다. 종래 기술의 화학증폭형 포토레지스트조성물에 있어서의 산발생제로서 알려진 각종 화합물을 특히 제한없이 사용할 수 있고, 여기서는, 예를 들면, 디아조메탄화합물, 니트로벤질화합물, 술폰산에스테르화합물, 오늄염화합물, 벤조인토실레이트화합물, 할로겐함유 트리아진화합물, 시아노기함유 옥심술포네이트화합물 등을 들 수 있고, 이들 중 특히 바람직한 것은, 디아조메탄화합물 및 탄소수 1 내지 15의 할로게노알킬기를 지닌 할로게노알킬술폰산을 음이온으로 하는 오늄염 화합물이다.

여기서 사용하기 적합한 디아조메탄화합물의 특정 예로서는, 비스(p-톨루엔술포닐)디아조메탄, 비스(1,1-디메틸에틸술포닐)디아조메탄, 비스(시클로헥실술포닐)디아조메탄, 비스(2,4-디메틸페닐술포닐)디아조메탄 등을 들 수 있다. 상기 오늄염화합물의 특정 예로서는, 디페닐아이오도늄 트리플루오로메탄술포네이트, (4-메톡시페닐)아이오도늄 트리플루오로메탄 술포네이트, 비스(4-tert-부틸페닐)아이오도늄 노나플루오로부탄 술포네이트, (4-메톡시페닐)디페닐술포늄 트리플루오로메탄 술포네이트, (4-tert-부틸페닐)디페닐술포늄 트리플루오로메탄 술포네이트, 트리페닐술포늄 노나플루오로부탄 술포네이트 등을 들 수 있다.

본 발명의 방법이 적용되는 화학증폭형 포토레지스트조성물에 있어서, 이들 감방사선성 산발생제는 단독으로 혹은 2종이상 조합해서 사용할 수 있다. 포토레지스트조성물에 있어서의 (B)성분으로서의 산발생제의 양은, 상기 (A)성분 100중량부에 대해서 0.5 내지 30중량부, 바람직하게는 1 내지 10중량부이다. 상기 (B)성분의 양이 너무 적으면, 완전한 패턴형성이 거의 불가능한 반면, 그 양이 너무 많으면, 포토레지스트조성물은, 얻어진다고 해도, 해당 화합물의 제한된 용해도로 인해 거의 균일한 용액의 형태로 얻어질 수 없어, 포토레지스트용액의 보존안정성의 저하를 초래한다.

본 발명의 방법이 적용되는 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물에는, 카르복시산, 인함유옥소산, 아민화합물 등의 각종 공지의 임의의 첨가제를 제한된 양으로 혼합시켜도 된다. 상기 포토레지스트조성물은, 상기 주성분과 임의의 성분을 유기용매중에 용해시켜 제조한 균일 용액의 형태로 사용하는 것이 편리함은 물론이다. 여기서 사용가능한 유기용매의 예로서는, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 메틸이소아밀케톤, 2-헵타논 등의 케톤류, 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜 모노아세테이트, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 모노아세테이트, 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 모노아세테이트, 디프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜 모노아세테이트 및 이들의 모노메틸에테르, 모노에틸에테르, 모노프로필에테르, 모노부틸에테르, 모노페닐에테르 등의 다가알콜 및 그 유도체, 디옥산 등의 고리식 에테르, 락트산 메틸, 락트산 에틸, 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 피루브산 메틸, 피루브산 에틸, 메톡시프로피온산 메틸, 에톡시프로피온산 에틸 등의 에스테르류 등을 들 수 있다. 이들 유기용매는 단독으로 혹은 2종이상의 혼합물로서 사용해도 된다.

본 발명의 방법을 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물의 포토레지스트층에 적용하는 데 있어서는, 포토레지스트용액을 이용해서 기판의 표면상에 형성된 포토레지스트층을, 패턴보유포토마스크를 통해 KrF엑시머레이저빔 등의 화학선으로 패턴노광한 후, 노광후소성처리(PEB: Post-Exposure baking treatment)를 행한다. 이들 처리는, 종래의 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물을 이용한 포토리소그라피패터닝작성에 있어서와 실질적으로 마찬가지로 행할 수 있다.

본 발명의 방법에 있어서는, 노광후소성처리된 후의 포토레지스트층을 산처리함으로써, 현상처리에 의해 형성된 패턴화 레지스트층속의 표면결함을 크게 감소시킬 수 있다.

즉, 본 발명자들은, 포토레지스트조성물중의 알칼리불용물이 알칼리현상처리후 물에 의한 린스과정에서 석출되어, 현상처리후의 패턴화 레지스트층의 표면상에 퇴적되어 결함을 형성한다고 하는 타당한 가정을 고려해서, 노광후소성처리에 이어 산처리하면, 레지스트층의 표면상에서 발견되던 (A)성분중의 산해리성 용해도저감기가 제거되어, 해당 표면상의 알칼리불용물이 제거되는 결과, 상기 결함이 감소되는 것으로 추측하고 있다.

따라서, 상기 산처리에서 사용되는 산용액에 대한 요구조건은, 해당 산용액의 산성도가 포토레지스트조성물의 (A)성분중의 산해리성 용해도저감기의 해리를 일으키도록 충분히 강할 필요가 있다는 점이다. 즉, 노광후소성처리된 후의 포토레지스트층의 산처리는, 수산기의 수소원자가 포토레지스트층의 표면상에서 발견되던 산해리성 용해도저감기로 치환된 수산기를 지닌 화합물의 산해리성 용해도저감기의 산해리를 일으키도록 충분히 긴 시간동안 지속해서 행한다.

종래의 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물에 있어서의 수지화합물의 산해리성 용해도저감기의 산해리도를 고려해서, 본 발명의 산처리에 사용되는 산성 수용액의 pH는, 3.5이하, 바람직하게는 1.0 내지 3.5의 범위일 필요가 있다. 산처리용의 산성 수용액중의 산의 농도는 0.01 내지 50질량%, 바람직하게는 0.1 내지 10질량%의 범위이다.

상기 산성 수용액을 제조하기 위한 산은, 염산, 황산 등의 무기산이나, 트리플루오로메탄술폰산 등의 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 특히, 상기 산은 계면활성을 지닌 유기산으로, 그 예로서는, 퍼플루오로알킬부틸술폰산, 퍼플루오로알킬옥틸술폰산, 퍼플루오로알킬데실술폰산 등의 불소화 알킬술폰산, 혹은 이들의 테트라메틸암모늄하이드록사이드염, 콜린염 등의 4급암모늄하이드록사이드염 또는 에탄올아민염, 디에탄올아민염 등의 알칸올아민염이 유리할 경우가 있다. 이들 산화합물중에서, 반도체소자의 제조라인에 적합한 점에서는 비휘발성의 퍼플루오로알킬술폰산이 바람직하고, 상기 수용액의 pH값의 제어용이성의 점에서는 퍼플루오로알킬술폰산의 알칸올아민염이 바람직하다.

산처리의 가장 현저한 효과를 부여할 수 있는 산을 선택하기 위한 선별시험을 행하는 데 있어서, 본 발명자들은, 산처리용의 산성 수용액이 방향족 술폰산 또는 카르복시산을 함유할 경우, 특히, 2개의 벤젠핵 또는 나프탈렌고리구조를 지닌 방향족 술폰산, 또는 술포네이트 또는 설페이트 에스테르의 금속염으로부터 금속양이온을 제거함으로써 유래되는 유리 산기를 지닌 술폰산에스테르를 함유할 경우 본 발명의 방법을 성공적으로 수행할 수 있다는 예기치 않은 발견을 하게 되었다.

적합한 방향족 술폰산 및 카르복시산의 예로서는, 나프탈렌카르복시산, 나프탈렌아세트산, 1-나프톨-4-카르복시산, 1,8-나프탈렌디카르복시산, 벤젠디술폰산, 1,3,5-벤젠트리술폰산, 페놀술폰산, 페놀-2,4-디술폰산, 카테콜-3,5-디술폰산, 2-니트로페놀-4-술폰산, 비페닐술폰산, 나프탈렌술폰산, 나프톨술폰산, 2-나프톨-6,8-디술폰산, 2-나프톨-3,6-디술폰산, 4,5-디하이드록시-2,7-나프탈렌술폰산, 2,4-디니트로-1-나프톨-7-술폰산 등을 들 수 있다.

상기 술포네이트산의 예로서는, 탄소수가 적어도 5개인 알킬기를 지닌 알킬벤젠술포네이트, 1개 또는 2개의 이소프로필기, 부틸기 또는 이소부틸기를 지닌 알킬나프탈렌술포네이트, 나프탈렌술포네이트와 포름알데하이드와의 중축합물, 멜라민술포네이트와 포름알데하이드와의 중축합물, 알킬술포숙시네이트의 2염, 디알킬술포숙시네이트, 폴리옥시에틸렌알킬술포숙시네이트의 2염, 알킬술포아세테이트, α-올레핀술포네이트, N-아실-N-메틸-2-아미노에탄술포네이트 및 5-나트륨 술포디메틸이소프탈레이트 등을 들 수 있다.

상기 설페이트에스테르산의 예로서는, 고급알콜설페이트에스테르, 2차고급알콜설페이트에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르설페이트, 2차고급알콜에톡시설페이트, 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르설페이트 등을 들 수 있다.

보다 바람직한 방향족 산은, 하기 일반식(I):

(식중, R¹, R², R³및 R⁴는 각각, 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 5 내지 20의 알킬기이나, 단, R¹, R², R³및 R⁴의 적어도 1개는 탄소수 5 내지 20의 알킬기이며, p 및 q는 각각 0, 1 또는 2이나, 단, p+q는 0이 아님)로 표시되는 디페닐에테르게 술폰산이다. 상기 디페닐에테르계 술폰산중에서, 가장 바람직한 것은, 산처리시간을 10초이하로 감소시킬 수 있는 점에서, 하기 일반식(II):

(식중, R⁵는 탄소수 5 내지 20의 알킬기임)으로 표시되는 모노알킬 디페닐에테르 디술폰산이다.

산성 수용액을 형성하는 산화합물은, 산처리동안 증발에 의해 소실되지 않도록 실온에서 거의 증발성을 거의 지니지 않는 것이 중요하다. 예를 들면, 산화합물의 이러한 낮은 증발성은, 해당 산화합물의 분자량이 적어도 200, 또는 200 내지 1000의 범위일 경우 얻어질 수 있다.

포토레지스트층의 해당 수용액에 의한 젖음성을 향상시키고, 또한, 디스펜서노즐로부터 토출되는 해당 수용액의 양을 최소화시키기 위해서, 술폰산기를 지니지 않는 공지의 계면활성제를 혼합시켜도 된다. 이 목적에 적합한 계면활성제의 예로서는, N-옥틸-2-피롤리돈이 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 산처리시간은, 포토레지스트층의 표면상에 산해리성 용해도저감기를 지닌 수지화합물의 용해도저감기를 완전히 해리시키는 데 충분한 시간이면 되나, 반도체소자의 양산시 제조쓰루풋(throughput)을 고려해서, 가능한 한 짧은 시간에 행할 필요가 있다. 실용적인 관점에서, 산처리는, 1 내지 90초, 바람직하게는 1 내지 60초동안 행한다. 단, 노광후소성처리된 후의 포토레지스트층의 산처리는, 포토레지스트층표면에 대한 알칼리현상제수용액의 접촉각을 감소시키는 효과를 지니는 것에 유의해야 한다.

본 발명에 의한 산처리는, 포토레지스트층의 표면에 해당 산성 수용액을 분무하거나, 상기 기판상의 포토레지스트층을 상기 산성 수용액에 침지하거나, 해당 산성 수용액을 상기 포토레지스트층의 표면에 도포함으로써 포토레지스트층의 표면과 산성 수용액을 접촉시키는 방법이다. 높은 제조스루풋의 요구조건을 고려해서, 반도체소자의 제조공정중에, 특히 부가의 장치를 필요로 하지 않으므로, 예를 들면, 디스펜서노즐로부터 산성 수용액의 토출하에 회전도포에 의해 포토레지스트층의 표면에 해당 산성 수용액을 도포하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법은, 특히 제한없이, KrF엑시머레이저빔, ArF엑시머레이저빔, F₂엑시머레이저빔, X선 및 잔자빔을 이용한 패턴화 노광에 특별히 정형화된 유형의 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물의 포토레지스트층에 적용가능하다.

본 발명의 방법에 의하면, 노광후소성처리된 후의 포토레지스트층의 산처리는, 현상후의 포토레지스트층의 표면결함을 크게 감소시키는 매우 바람직한 결과를 가져온다. 반도체소자의 제조기술에 있어서의 미세패턴화 경향의 결과, 포토레지스트층의 패터닝의 미세화는 0.15㎛이하가 요구되고 있다.

이러한 패터닝의 미세화의 증가에 대한 요구는, 수산기치환 용해도저감기의 증가비율에 있어서 포지티브형 화학증폭형 포토레지스트조성물의 기본성분으로서 수산기가 산해리성 용해도저감기로 치환된 수지성분만으로 대응할 수 있다. 그러나, 수산기치환 용해도저감기의 비율이 증가함에 따라, 패턴화 포토레지스트층의 표면결함은 증가하므로, 그 비율의 증가는 높은 패턴해상도의 패턴화 레지스트층을 얻는 데 곤란함을 일으키지 않는 한도로 되도록 해야 한다. 본 발명의 방법을 수행함으로써, 이 표면결함의 증가문제는, 수산기치환 용해도저감기의 비율이 증가하는 수지성분으로 이루어진 포토레지스트조성물의 조성에 의해서도 해결할 수 있으므로, 패턴화 레지스트층의 훨씬 증가된 해상도를 부여할 수 있는 포지티브형 화학증폭형 포토레지스트조성물을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 방법을 실시예 및 비교예에 의해 보다 상세히 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

수산기의 수소원자의 40%가 테트라하이드록시피라닐기로 치환된 중량평균분자량이 10000인 제 1폴리하이드록시스티렌수지 30중량부, 수산기의 수소원자의 40%가 에톡시에틸기로 치환된 중량평균분자량이 10000인 제 2폴리하이드록시스티렌수지 70중량부, 비스(시클로헥실술포닐)디아조메탄 5중량부, 비스(4-tert-부틸페닐)아이오도늄 트리플루오로메탄술포네이트 1중량부, 트리에틸아민 0.1중량부 및 살리실산 0.5중량부를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 500중량부에 용해시킨후, 이 용액을 구멍직경이 0.2㎛인 멤브레인필터를 통해 여과해서, 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트용액을 제조하였다.

이와 별도로, 물 100g중에 분자량이 500인 퍼플루오로알킬옥틸술폰산 2g을 용해시켜 얻어진 pH가 1.7인 산성 수용액 1과, 상기 수용액 1에 N-옥틸-2-피롤리돈(서파돈(Surfadone) LP100, ISP Japan사 제품)을 혼합해서 제조한 pH가 2.0인 산성 수용액 2를 각각 준비하였다.

6인치 반도체실리콘웨이퍼상에, 상기에서 제조한 포토레지스트용액을 회전도포한 후, 90℃에서 90초간 가열해서 막두께가 0.7㎛인 건조된 포토레지스트층을 얻었다. 이 포토레지스트층에, 축소투영노광장치(캐논사 제품, 형식 FPA-3000EX3)상에서 패턴보유포토마스크를 통해 KrF엑시머레이저빔을 패턴노광한 후, 90℃에서 90초간 노광후소성처리하였다.

이어서, 실온에서 상기에서 제조한 산성 수용액 1 및 2중 하나를 디스펜서노즐로부터 토출해서 노광후소성처리된 후의 포토레지스트층의 전체표면에 30초간 회전도포하였다. 그 후, 상기 포토레지스트층을 현상제용액으로서의 2.38질량%의 테트라메틸암모늄하이드록사이드수용액으로 23℃에서 60초간 현상처리하고, 60초간 물로 린스하였다.

이와 같이 해서 얻어진 상기 산성 수용액 1 및 2에 대한 라인 앤드 스페이스패턴화 레지스트층의 각각을 주사형 전자현미경사진에서 단면형상을 조사한 바 양호한 직교성이 발견되었다. 또한, 라인 앤드 스페이스패턴화 레지스트층의 1:1의 한계패턴해상도, 폭 0.25㎛의 라인 앤드 스페이스패턴을 부여하는 최소노광량인 감광도 및 표면결함의 수를 조사한 바, 산성 수용액 1 및 2에 대해서, 각각, 한계해상도는 0.20㎛였고, 감광도는 35mJ/㎠, 표면결함의 수는 1 내지 5개였다. 레지스트층중의 표면결함의 계수는, 표면결함시험기(KLA사 제품인 상품명 "KLA")에 의해 행하였다.

비교용으로, 산성 수용액에 의한 산처리를 생략한 이외에는 상기와 마찬가지 방법으로 대조실험을 행하였다. 그 결과, 한계해상도 및 감광도는 산처리를 행한 경우와 마찬가지로 양호하였으나, 표면결함의 수는 10000으로 많았다.

실시예 2

하기 식:

으로 표시되는 분자량이 498인 도데실(디페닐에테르)디술폰산의 0.5질량%수용액인 pH 2.0의 산성 수용액 3, 분자량이 150인 트리플루오로메탄술폰산의 0.5질량%수용액인 pH 1.82의 산성 수용액 4, 트리플루오로메탄술폰산의 1.0질량%수용액인 pH 1.67의 산성 수용액 5 및 분자량이 76인 글리콜산의 5.0질량%수용액인 pH 1.9의 산성 수용액 6을 제조하였다.

상기에서 제조한 산성 수용액 3 내지 6중 어느 하나를 이용해서, 산처리시간을 30초가 아니라 10초간 행한 이외에는 상기 실시예 1과 거의 마찬가지로 노광후소성처리된 후의 포토레지스트층의 산처리를 행하였다.

이들 4개의 실험결과, 패턴화 레지스트층의 단면형상, 한계해상도 및 감광도는 실시예 1과 마찬가지로 양호하였으나, 산성 수용액 3에 의한 처리의 경우에는 표면결함의 수가 0 내지 5개였고, 산성 수용액 4 내지 6에 의한 처리의 경우에는 표면결함의 수가 10000개였다.

이상, 본 발명의 기판표면상에 패턴화 포토레지스트층을 제조할 때의 패턴화 레지스트층의 신규의 간편한 표면처리방법에 의하면, 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물의 조성의 변경없이 또한 이러한 포토레지스트조성물을 사용한 포토리소그라피처리조건을 변화시키는 일없이, 패턴화 레지스트층의 표면결함을 효과적으로 또한 신뢰성있게 감소시키는 것이 가능하다.

Claims (13)

1. (a) 기판표면상에 포지티브형의 화학증폭형 포토레지스트조성물의 층을 형성하는 공정, (b) 상기 포토레지스트층을 화학선으로 패턴노광시키는 공정, (c) 상기 패턴노광된 포토레지스트층을 노광후소성처리하는 공정 및 (d) 상기 노광후소성처리된 후의 포토레지스트층을 수용성 알칼리현상액으로 현상처리하는 공정을 구비해서 기판표면상에 패턴화 포토레지스트층을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 (c)공정의 노광후소성처리 이후 상기 (d)공정의 현상처리 이전에, 상기 포토레지스층을, 산을 함유하는 산성 수용액에 접촉시키는 공정을 또 구비한 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 산성 수용액의 pH는 3.5이하인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 산성 수용액중의 산의 농도가 0.01 내지 50질량%의 범위인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 산성 수용액중에 함유된 산이 방향족 술폰산인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 산성 수용액중에 함유된 방향족 술폰산이 분자내에 2개의 벤젠핵 또는 1개의 나프탈렌고리구조를 지닌 화합물인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 산성 수용액중에 함유된 방향족 술폰산이 하기 일반식:

   (식중, R¹, R², R³및 R⁴는 각각, 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 5 내지 20의 알킬기이나, 단, R¹, R², R³및 R⁴의 적어도 1개는 탄소수 5 내지 20의 알킬기이며, p 및 q는 각각 0, 1 또는 2이나, 단, p+q는 양의 정수임)으로 표시되는 디페닐에테르술폰산인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 디페닐에테르술폰산이 도데실(디페닐에테르)디술폰산인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 포토레지스트층에 상기 산성 수용액을 토출시킴으로써 해당 포토레지스트층과 산성 수용액을 접촉시키는 것을 특징으로 하는 패턴화포토레지스트층의 개량된 제조방법.
9. 제 1항에 있어서, 실온에서 1 내지 90초간 상기 포토레지스트층과 산성 수용액과의 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
10. 제 1항에 있어서, 상기 산성 수용액은 계면활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 계면활성제는 N-옥틸-2-피롤리돈인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 산성 수용액중에 함유된 산의 분자량은 200이하인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.
13. 제 1항에 있어서, 상기 산성 수용액중에 함유된 산이 불소화 알킬술폰산을 지닌 유기산인 것을 특징으로 하는 패턴화 포토레지스트층의 개량된 제조방법.