KR20040040087A - 포토레지스트용 스트리퍼 조성물 - Google Patents

포토레지스트용 스트리퍼 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TFT LCD 고성능 포토레지스트용 스트리퍼 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모노에탄올아민 20 내지 60 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 15 내지 50 중량부, 및 카비톨(carbitol) 15 내지 50 중량부를 포함하는 포토레지스트용 스트리퍼 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 포토레지스트용 스트리퍼 조성물은 TFT LCD 제조공정에 적용시 스트립 시간이 현저히 단축되고 스트립성이 우수하여 불순물 미립자의 발생이 없으며, a-Si 게이트 Cr/Al-nd 단계에서의 적용에 따른 하드베이크 및 애슁 공정의 생략이 가능하여 이중막에서의 게이트 공정 라인을 단순화함으로써 생산성 향상 및 원가절감을 이룰 수 있다.

Description

포토레지스트용 스트리퍼 조성물{STRIPPER COMPOSITION FOR PHOTORESIST}
본 발명은 포토레지스트용 스트리퍼 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TFT의 액정표시장치 회로 또는 반도체 집적회로 등의 게이트 배선 공정의 단순화를 실현할 수 있는 포토레지스트용 스트리퍼 조성물에 관한 것이다.
액정표시장치 회로 또는 반도체 집적회로는 극히 미세한 구조로 이루어져 있으며, 이와 같은 미세구조 회로는 기판상에 형성된 산화막 등의 절연막 또는 알루미늄 합금막 등의 도전성 금속막에 포토레지스트를 균일하게 코팅 또는 도포하고, 상기 포토레지스트를 노광하고 현상하여 소정 형상의 패턴을 만든 다음, 패턴이 형성된 포토레지스트는 마스크를 사용하여 상기 금속막 또는 절연막을 식각하여 미세회로를 형성한 다음, 포토레지스트 패턴을 제거하여 제조한다.
또한, 액정표시장치 등의 게이트 배선용 도전성 금속막으로는 단일 금속막이 아닌 상부에는 알루미늄 또는 Al-Nd와 같은 알루미늄 합금층의 제1도전막을 형성하고, 하부에는 크롬, 몰리브덴 또는 이들의 합금층의 제2도전막으로 이루어진 이중 도전막을 형성하는 것이 일반적이다.
이러한 게이트 배선의 패터닝(patterning) 공정 순서를 예를 들면 반도체 기판위에 이중금속막을 증착하고, 포토레지스트 도포, 노광, 현상, 제1도전막 식각, 하드 베이크(Hard Bake) 및 애슁(Ashing), 포토레지스트 스트립(PR strip), 및 제2도전막 식각의 순으로 이루어진다. 그러나, 이러한 공정에 따르면 하드 베이크 및 애슁 후에 포토레지스트 스트립을 하기 때문에 게이트 배선 공정시간이 길다는 단점이 있다.
이때, 상기 포토레지스트 반사막(pattern)을 제거하는 스트리퍼는 저온 및 고온 조건에서 포토레지스트의 박리성이 우수하면서도 박리시 기판에 불순물 미립자가 남지 않아야 하며, 알루미늄, Ag 등의 금속층을 부식시키지 않아야 한다. 또한, 인체에 무해하면서도 환경친화적인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 요구 조건을 만족시키기 위하여, 종래 여러 가지 포토레지스트 스트리퍼 조성물이 개발되어 사용되고 있다. 일반적인 개발라인에 적용되는 포토레지스트 스트리퍼 조성물로 모노이소프로판올아민(MIPA), N-메틸피롤리돈(NMP), 및 카비톨로 이루어진 조성물이 있으며, 이는 활성 이물 발생이 없으나 게이트 공정 단순화가 불가능하였다.
또한, 일반적인 양산라인에 적용되고 있는 스트리퍼 조성물로는 유기아민 화합물로 모노에탄올아민(MEA)을 사용하고, 여기에 용제로 N-메틸피롤리돈(NMP), 부틸디글리콜(BDG), 및 디메틸설폭사이드(DMSO)를 혼합하여 사용하는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법의 경우 활성 이물이 발생할 뿐만 아니라 게이트 공정 단순화가 불가능하며, 더욱이 스트리퍼 중에 포함되어 있는 DMSO의 처리가 불가능하였다.
또 다른 방법으로 유기아민 화합물로 모노이소프로판올아민(MIPA)을 사용하고 여기에 N-메틸피롤리돈(NMP), 카비톨, 설폰화합물, 및 글리콜계 화합물을 포함하는 스트리퍼 조성물이 있다. 그러나, 상기 방법은 스트립시 이물은 발생은 없으나 게이트 공정단순화가 되지 않으며, 개발 라인용 20L 용기에 공급이 불가능하며 사용되는 물질이 고가인 단점이 있다.
이 밖에 유기아민 화합물, DMF 등의 유기용매 및 계면활성제 등을 포함하여 3종 이상의 여러 종류의 화합물을 포함하는 스트리퍼 조성물이 있으나, 이 역시 스트립성은 우수할지라도 공정단순화를 실현하지는 못하였다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 종래보다 스트립 시간이50% 이상 단축되어 TFT 액정표시장치(LCD) 또는 반도체 집적회로 등의 이중도전막 게이트 공정의 단순화를 실현함으로써 생산성 향상 및 원가절감에 기여할 수 있는 TFT-LCD 고성능 포토레지스트용 스트리퍼 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 게이트 공정의 단순화로 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, Ag 등의 금속층을 부식시키지 않는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되는 반도체 소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 포토레지스트용 스트리퍼 조성물을 적용한 TFT-LCD(15" XH)에 대한 EDS(Electric Die Sorting) (I-V) 특성을 나타낸 것이고,
도 2는 종래 포토레지스트용 스트리퍼 조성물을 적용한 TFT-LCD(15" XH)에 대한 EDS(Electric Die Sorting) (I-V) 특성을 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 포토레지스트용 스트리퍼 조성물을 적용한 15.0" PVA DVC(Digital Video Cassette)에 대한 EDS (I-V) 특성을 나타낸 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 포토레지스트용 스트리퍼 조성물에 있어서,
모노에탄올아민 20 내지 60 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 15 내지 50 중량부, 및 카비톨(carbitol) 15 내지 50 중량부를 포함하는 포토레지스트용 스트리퍼 조성물을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 포토레지스트용 스트리퍼 조성물은
모노에탄올아민 35 내지 45 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 25 내지 35 중량부, 및 카비톨(carbitol) 25 내지 35 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은
a) 반도체 기판위에 이중금속막을 증착하고 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상하는 단계,
b) 제1도전막의 식각단계,
c) 모노에탄올아민 20 내지 60 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 15 내지 50 중량부, 및 카비톨(carbitol) 15 내지 50 중량부를 포함하는 스트리퍼 조성물로 포토레지스트를 스트립(PR strip)하는 단계, 및
d) 제2도전막의 식각 단계
를 포함하는 게이트 배선의 패턴 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 기재의 방법으로 제조되는 게이트 배선의 패턴을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 종래 포토레지스트 스트리퍼 조성물의 문제점을 해결하기 위하여, 유기아민과 유기용매를 특정화한 후 이들의 각 성분의 함량범위를 적절히 조절하면 스트립성이 향상되어 게이트 공정에서의 스트립 시간을 단축하고, TFT-LCD 등의 이중 도전막의 게이트 공정라인의 단순화를 실현할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 포토레지스트용 스트리퍼 조성물은 모노에탄올아민 20 내지 60 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 15 내지 50 중량부, 및 카비톨(carbitol) 15 내지 50 중량부를 포함한다.
상기 모노에탄올아민(MEA)은 게이트 공정에서 포토레지스트를 불순물의 미립자의 발생 없이 우수하게 박리시키는 역할을 한다. 상기 모노에탄올아민의 사용량은 전체 스트리퍼 조성물의 20 내지 60 중량부로 사용하는 것이 바람직하며, 35 내지 45 중량부이면 더욱 좋다. 상기 모노에탄올아민의 사용량이 20 중량부 미만이면 박리 성능이 저하되어 포토레지스트 미립자가 잔존하게 되며, 60 중량부를 초과하면 포토레지스트에의 흡수성이 작아지는 문제점이 있다.
상기 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc)는 강한 용제 역할을 하는 성분으로서,전체 스트리퍼 조성물의 15 내지 50 중량부로 사용하는 것이 바람직하며, 25 내지 35 중량부를 사용하면 더욱 좋다. 상기 N,N-디메틸아세트아미드의 사용량이 15 중량부 미만이면 포토레지스트의 용해성이 저해되고, 50 중량부를 초과하면 포토레지스트의 박리성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 포토레지스트용 스트리퍼 조성물은 유기용매로 상기 DMAc와 함께 디에틸렌 글리콜 모노에틸에테르계인 카비톨(Carbitol)을 포함한다. 이는 포토레지스트를 용해시키는 용제 역할뿐만 아니라 상기 모노에탄올아민과 N,N-디메틸아세트아미드를 포함하는 조성물의 스트립 성능을 더욱 상승시키는 역할을 한다. 본 발명에서 사용하는 카비톨(Carbitol)의 사용량은 15 내지 50 중량부로 사용하는 것이 바람직하며, 25 내지 35 중량부이면 더욱 좋다. 상기 카비톨의 사용량이 15 중량부 미만이면 스트리퍼 조성물이 포토레지스트 층에 용이하게 흡수되지 않고, 50 중량부를 초과하면 포토레지스트의 박리성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 스트리퍼 조성물은 모노에탄올아민 35 내지 45 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 25 내지 35 중량부, 및 카비톨(carbitol) 25 내지 35 중량부를 포함한다. 가장 바람직하게는 스트리퍼 조성물은 모노에탄올아민 40 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 30 중량부, 및 카비톨 30 중량부를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 스트리퍼 조성물을 이용하여 게이트 공정의 포토레지스트 패턴을 제거하여 반도체 소자, 바람직하게는 TFT-LCD를 제조할 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 반도체 기판위에 이중금속막을 증착하고, 통상의 포토레지스트 조성물을 스틴 코팅법으로 도포하는 단계를 실시하여 포토레지스트 박막을 형성시킨다. 이때, 상기 도전성 금속막이 형성된 글래스 기판의 상부에는 알루미늄 또는 Al-Nd와 같은 알루미늄 합금층의 제1도전막이 형성되어 있고, 하부에는 크롬, 몰리브덴 또는 이들의 합금층의 제2도전막이 형성되어 a-Si Cr/Al-nd 게이트 이중 도전막을 이루고 있다. 상기 증착방법은 화학기상증착법(CVD)이나 PECVD 법으로 실시할 수 있다. 상기 반도체 기판으로는 상기 이중 도전막을 형성하는 일반적인 기판, ITO 막이 형성된 기판, Ag 반사막이 형성된 기판 등을 포함하며, 바람직하게는 Ag 반사막이 형성된 기판을 사용하며, 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다.
이후, 상기 반도체 기판에 코팅된 포토레지스트막을 노광을 실시한다. 이때, 노광은 통상적인 노광조건에서 실시하며, 예를 들면 ArF광 KrF광, E-빔, X-선, EUV, DUV 등의 광을 이용하여 실시할 수 있다.
그 다음으로, 상기에서 노광된 포토레지스트막을 알칼리 용액으로 현상한 후에, 제1도전막의 식각단계를 실시하고, 상기한 본 발명의 스트리퍼 조성물을 이용하여 통상의 방법, 예를 들면 침지나 스프레이 방식으로 스트리핑하여 포토레지스트 패턴을 제거한다.
이후, 통상적인 방법으로 제2도전막을 식각하여 게이트 배선의 패턴을 형성할 수 있다. 이때, 상기 공정 다음으로 초순수나 아세톤, 에틸 알코올 등의 유기용제로 세정하여 불필요한 부분을 제거하고 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 알칼리 용액은 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 수산화나트륨 등의무기 알칼리류, 테트라메틸암모늄히드록시드 등의 4급 암모늄염 수용액을 사용할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 상기와 같은 스트립성이 우수한 스트리퍼 조성물을 a-Si Cr/Al-nd 게이트 이중 도전막의 게이트 공정에 사용하여 노광 전/후에 하드베이크 및 애슁 공정을 수행하지 않고도 우수한 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 포토레지스트용 스트리퍼 조성물은 특정한 유기아민 화합물과 유기용매를 선택하여 함량범위를 적절히 조절하여 포토레지스트의 스트립성이 우수하여 불순물 미립자가 발생하지 않는다. 더욱이, 본 발명의 스트리퍼 조성물은 팔콘(FALCON), 반사/반투과 폴리(POLY), PVA, TV 등의 여러 종류의 DVC(digital video cassette)에 적용이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1 및 비교예 1]
하기 표 1과 같은 조성과 함량으로 각각 실시예 1 및 비교예 1의 포토레지스트용 스트리퍼 조성물을 제조하였다.
구 분 실시예 1 비교예 1
조성성분(중량부) MIPA1 - 10
MEA2 40 -
NMP3 - 55
DMAc4 30 35
카비톨 30 -
주)
1. MIPA: 모노이소프로판올아민
2. MEA: 모노에탄올아민
3. NMP: N-메틸피롤리돈
4. DMAc: N,N-디메틸아세트아미드
[실시예 2]
글래스 기판상에 a-Si TFT Cr/Al-nd를 PECVD 법으로 증착하고, 스핀 코팅법으로 1300 Å 두께의 포토레지스트 박막을 형성한 다음, ArF 광으로 노광하고 2.38% 테트라메틸암모늄히드록시드로 현상한 후 제1도전막인 Al-nd를 통상의 Al-에천트(인산+질산+초산)로 식각하여 소정의 패턴을 형성하였다. 이렇게 얻어진 글래스 기판을 60 ℃로 가열된 상기 실시예 1의 스트리퍼 조성물을 사용하여 스프레이 방식으로 스트리핑하였다. 이후, 제2도전막인 Cr을 통상의 Cr-에천트로 식각하고, 초순수로 세정하여 게이트 패턴을 형성하였다.
[비교예 2]
현재 통상적으로 실시되고 있는 방법으로 게이트 패턴을 형성하였다. 즉, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 얻은 제1도전막을 식각하고 얻은 글래스 기판을 20℃에서 100초간 하드베이크하고 O2플라즈마를 이용하여 애싱 공정을 실시하였으며, 스트리핑은 비교예 1의 조성물을 사용하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 2 및 비교예 2에서 얻은 게이트 패턴을 포함하는 TFT-LCD(15" XH)를 제조한 후, 이에 대하여 TFT 기판에서 실시하는 전기적 특성 테스트로 EDS(Electric Die Sorting) 테스트를 실시하여 전류-전압(I-V) 특성을 시험하였다. 도 1에서 보면 본 발명의 실시예 2의 경우 상기한 스트리퍼 조성물을 사용함으로서 도 2의 비교예 2와 비교하여 하드베이크 및 애슁 공정을 실시하지 않아도 전류-전압(I-V) 특성이 양호함을 알 수 있다.
[실시예 3]
상기 실시예 1의 스트리퍼 조성물을 실제 TFT-LCD 제조공정의 초기 단계부터 TFT Fab Out까지 완전 적용하여 하드베이크 및 애슁 공정 없이 15.0" a-Si 게이트를 포함하는 PVA를 제조한 후, 이에 대하여 TFT 기판에서 실시하는 전기적 특성 테스트로 EDS(Electric Die Sorting) 테스트를 실시한 결과, 15.0" PVA DVC의 경우 ACI CD 스펙트럼 8.0∼9.5 Å/sec로 실시한 결과, 식각 시간은 22 내지 35초로 매우 짧았으며, 전류-전압(I-V) 특성이 양호하였다(도 3).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토레지스트용 스트리퍼 조성물은 TFT LCD 제조공정에 적용시 스트립 시간이 현저히 단축되고 스트립성이 우수하여 불순물 미립자의 발생이 없으며, a-Si 게이트 Cr/Al-nd 단계에서의 적용에 따른 하드베이크 및 애슁 공정의 생략이 가능하여 이중막에서의 게이트 공정 라인을 단순화함으로써 생산성 향상 및 원가절감을 이룰 수 있다.

Claims (6)

  1. 포토레지스트용 스트리퍼 조성물에 있어서,
    모노에탄올아민 20 내지 60 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 15 내지 50 중량부, 및 카비톨(carbitol) 15 내지 50 중량부를 포함하는 포토레지스트용 스트리퍼 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    모노에탄올아민 35 내지 45 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 25 내지 35 중량부, 및 카비톨(carbitol) 25 내지 35 중량부를 포함하는 포토레지스트용 스트리퍼 조성물.
  3. a) 반도체 기판위에 이중금속막을 증착하고 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상하는 단계,
    b) 제1도전막의 식각단계,
    c) 모노에탄올아민 20 내지 60 중량부, N,N-디메틸아세트아미드 15 내지 50 중량부, 및 카비톨(carbitol) 15 내지 50 중량부를 포함하는 스트리퍼 조성물로 포토레지스트를 스트립(PR strip)하는 단계, 및
    d) 제2도전막의 식각 단계
    를 포함하는 게이트 배선의 패턴 형성방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 이중금속막이 a-Si Cr/Al-nd 게이트 이중 도전막인 게이트 배선의 패턴 형성방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 노광은 ArF, KrF, DUV, E-빔 또는 X-선 광원으로 실시되는 게이트 배선의 패턴 형성방법.
  6. 제 3 항 기재의 방법으로 제조되는 게이트 배선의 패턴을 포함하는 반도체 소자.
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