KR20170011803A - 포토레지스트 박리액 조성물 - Google Patents

포토레지스트 박리액 조성물 Download PDF

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KR20170011803A
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 포토레지스트 박리액 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히드라진, 디옥솔란계 화합물, 글리콜 에테르계 용매 및 비양성자성 유기용매를 포함하는 포토레지스트 박리액 조성물에 관한 것이다.
상기 포토레지스트 박리액 조성물은 포토레지스트를 효과적으로 박리하며 박리 속도 또한 단축시킬 수 있을뿐만 아니라, 별도의 부식 방지제의 사용 없이도 금속막에 대해 부식 방지 효과를 가져 반도체 제조 공정의 생산성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

포토레지스트 박리액 조성물{COMPOSITION OF STRIPPER FOR PHOTORESIST}
본 발명은 우수한 포토레지스트 박리 성능 및 금속막에 대한 부식 방지 효과를 확보할 수 있는 포토레지스트 박리액 조성물에 관한 것이다.
최근에 전자기기의 소형화에 따라, 반도체 소자의 고집적화 및 다층화가 급속히 진행되고 있으며, 이로 인해 포토레지스트(photoresist, PR) 패턴의 미세화가 진행되어 0.5 ㎛ 이하의 미세 회로를 안정적으로 형성하기 위한 기술이 필요하게 되었다.
반도체 소자 또는 액정 표시 소자의 미세 회로는 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 구현된다.
포토리소그래피 공정은 기판상에 형성된 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 등의 도전성 금속막, 또는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 절연막에 포토레지스트를 균일하게 도포하고, 이것을 선택적으로 노광, 현상 처리하여 포토레지스트 패턴을 형성한 다음, 패턴화된 포토레지스트막을 마스크로 하여 상기 도전성 금속막이나 절연막을 습식 또는 건식으로 에칭하여 미세 회로 패턴을 포토레지스트 하부층에 전사한 후 불필요해진 포토레지스트층을 박리액(스트리퍼)으로 제거하는 공정으로 진행된다.
포토레지스트는 방사선의 조사에 따른 현상액에서의 용해성의 차이를 가지고, 네거티브형 또는 포지티브형으로 구분된다.
네거티브형 포토레지스트는 노광되는 부위가 경화되어 현상액에 대한 용해성이 떨어져 패턴부로 존재하게되는 포토레지스트를 의미한다. 이와는 달리 노광된 부분이 현상되는 것을 포지티브형 포토레지스트라고 한다.
네가티브형 포토레지스트는 감도, 내열성, 기판과의 접착성이 우수한 특징이 있으며, 포지티브형 포토레지스트에 비해 도금 내성이 우수하여, 20㎛ 이상의 후막에서도 양호한 형상을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나, 상기 네거티브형 포토레지스트는 포지티브형 포토레지스트에 비해 박리가 곤란하거나, 박리되기 어렵다는 단점이 있다.
포토레지스트의 박리 방법으로서 박리액을 이용하는 습식 박리법이 채용되고 있으며 이때 사용되는 박리액은 기본적으로 제거 대상물인 포토레지스트를 완전히 박리할 수 있어야 하고 세척(rinse) 후 기판 상에 잔류물을 남기지 않아야 한다. 또한, 포토레지스트 하부층의 금속막이나 절연막을 손상시키지 않아야 하는 저부식성을 가져야 한다. 이에 더해서 박리액을 이루는 조성물 간에 상호반응이 일어나면 박리액의 저장 안정성이 문제되고 박리액 제조시의 혼합순서에 따라 다른 물성을 보일 수 있으므로, 조성물 사이의 무반응성 및 고온 안정성이 있어야 한다. 추가적으로 박리액의 취급이 용이하고, 독성이 적고 안전하며, 재생 활용이 가능한 것이 좋다. 또한, 일정 박리액 양으로 처리할 수 있는 기판 수가 많아야 하고, 박리액을 구성하는 성분의 수급이 용이하여야 한다.
전술한 여러 조건들 중에서 가장 주요 항목은 대상이 되는 포토레지스트에 대해 우수한 제거 성능을 가져야 하며 포토레지스트 하부층의 금속막이나 절연막을 손상시키지 않아야 하는 저부식성을 가져야 한다. 이를 충족시키기 위해 다양한 조성을 갖는 포토레지스트 박리액 조성물이 연구·개발되고 있다.
일례로, 대한민국 등록특허 제10-0718527(테크노세미켐 주식회사, 2007,05.09)는 히드라진, 극성 유기용제, 염기성 화합물 및 탈이온수로 이루어진 네거티브 포토레지스트용 박리액 조성물을 제시하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1008373호(주식회사 엘지화학, 2011.01.07)는 특정 화학식으로 표시되는 유기 아민 화합물, 용매 및 부식 방지제로 이루어진 포토레지스트 스트리퍼 조성물을 제시하고 있다.
이들 특허들은 전술한 조성을 사용하여 포토레지스트의 효율적인 제거를 꾀하고 있으나, 그 효과가 충분치 않거나 대상이 되는 포토레지스트의 종류가 상이하다. 또한, 조성 내 포함된 염기성 화합물로 인해 금속에 대한 부식이 발생하며 이를 해결하기 위해 추가의 부식 방지제가 첨가되며 이로 인해 박리액의 재활용 불가, 잔류 문제 등이 발생한다.
대한민국 등록특허 제10-0718527(테크노세미켐 주식회사, 2007,05.09) 대한민국 등록특허 제10-1008373호(주식회사 엘지화학, 2011.01.07)
이에 포토레지스트막을 효과적으로 박리함과 동시에 하부의 금속막에 대한 보호 효과를 확보하기 위해 다각적으로 연구한 결과, 본 출원인은 히드라진계 화합물, 디옥솔란계 화합물, 글리콜 에테르계 용매 및 비양성자성 유기용매를 사용할 경우, 포토레지스트 제거 반응에 있어 상기 문제점을 해결할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 포토레지스트 박리에 있어서 우수한 박리 성능 및 금속막에 대한 부식 방지 효과를 갖는 포토레지스트 박리액 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 히드라진계 화합물, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 글리콜 에테르계 용매 및 비양성자성 유기용매를 포함하는 포토레지스트 박리액 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 명세서 내 설명한 바와 같다)
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 2,2-디메틸-4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란, 4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란, 2-메틸-4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있다.
이때 상기 히드라진과 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량비는 1:1 내지 1:100 범위일 수 있다.
상기 포토레지스트 박리액 조성물은 전체 조성물의 중량을 기준으로, 히드라진계 화합물 0.01 내지 20 중량%, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 5 내지 30 중량%, 글리콜 에테르계 용매 30 내지 70 중량%, 및 비양성자성 유기용매 10 내지 50 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 포토레지스트 박리액 조성물은 포토레지스트 박리 성능 및 박리 속도가 우수하며 기판 상에 함께 적층되는 금속막에 대한 부식이 방지되므로 반도체 소자의 미세 패턴 형성에 있어 개선된 박리 특성으로 생산성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 반도체 또는 회로 기판 상에서 우수한 포토레지스트 제거 성능을 가지며 하부 금속막에 대한 부식성이 없는 포토레지스트 박리액 조성물을 제시한다.
포토레지스트 박리액의 포토레지스트 제거력과 금속배선에 대한 방식력에 있어서 상당한 수준의 박리 특성이 요구되고 있다. 이때 포토레지스트 박리액 조성물에 염기성 화합물이 사용되는 경우 금속배선에 대한 부식성이 있어 적용상에 한계가 있다. 이에 부식 방지제를 추가로 포함하는 조성의 경우 부식 방지제의 금속에 대한 강한 흡착력으로 인해 기판에 잔류하여 오염을 일으키는 부작용을 보이게 된다.
이에 본 발명에서는 히드라진계 화합물, 디옥솔란계 화합물, 글리콜 에테르계 용매와 함께 비양성자성 유기용매를 포함하는 포토레지스트 박리액 조성물을 제조하였으며, 이러한 조성물을 이용하여 박리를 수행함으로써 보다 안정적이고 효과적으로 포토레지스트의 박리가 수행됨과 동시에 금속막을 보호할 수 있도록 하였다.
자세히 설명하면, 히드라진계 화합물과 디옥솔란계 화합물은 제거 대상인 포토레지스트 구조 내 화학 결합을 절단시켜 포토레지스트가 박리될 수 있도록 한다. 이때 금속에 대한 부식성이 매우 낮은 히드라진을 함께 사용함으로써 강한 부식성을 갖는 디옥솔란계 화합물의 함량을 감소시킬 수 있어 별도의 부식 방지제 없이도 포토레지스트 박리 반응을 안정적으로 수행한다. 추가적으로, 비양성자성 유기용매와 글리콜 에테르계 용매를 함께 사용하여 박리 이후 진행되는 린스(rinse) 공정에서 박리액의 제거 및 재활용이 용이한 잇점을 확보한다.
이하 각 조성을 설명한다.
본 발명에서의 히드라진계 화합물은 N2H4로 표시되는 히드라진을 기반으로 하는 화합물로 건식 또는 습식 식각, 애싱(ashing) 또는 이온주입 공정(ion implant processing) 등의 여러 공정 조건하에서 변질되거나 가교된 포토레지스트의 고분자 매트릭스에 강력하게 침투하여 분자 내 또는 분자 간에 존재하는 결합을 깨뜨리는 역할을 한다. 또한, 기판에 잔류하는 포토레지스트의 구조적으로 취약한 부분에 빈 공간을 형성시켜 포토레지스트를 무정형의 고분자 겔(gel)덩어리 상태로 변형시킴으로써 기판 상부에 부착된 포토레지스트가 쉽게 제거될 수 있게 한다.
특히, 상기 히드라진계 화합물의 경우는 매우 적은 양으로도 우수한 포토레지스트 제거 성능을 나타냄과 동시에 하부 금속에 대한 부식성이 낮아, 전체 박리 시간을 줄일 수 있으면서, 부식 방식제의 첨가량을 최소화할 수 있다. 따라서, 공정 중에 일어날 수 있는 전기적 특성 오류를 줄이거나 세부 단계를 생략할 수 있어 전체 제조 공정의 생산 효율, 비용 측면에서도 많은 이득을 취할 수 있다.
상기 히드라진계 화합물은 히드라진(hydrazine, NH2NH2), 히드라진 수화물(hydrazine hydrate, NH2NH2·nH2O), 히드라진 염화물(hydrazine hydrochloride, NH2NH3Cl) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물일 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 히드라진계 화합물은 히드라진 수화물을 사용하는 것이 박리 성능 및 취급의 용이성의 관점에서 바람직하다.
본 발명에 따른 박리액 조성물에 사용되는 히드라진계 화합물은 물에 분산된 수용액 형태이거나 그 자체로 사용될 수 있다. 또한, 상기 히드라진계 화합물은 직접 제조하거나 시판되는 것을 사용할 수 있다.
이러한 히드라진계 화합물은 전체 조성물 100 중량% 내에서 0.01 내지 20 중량%로 사용되는 것이 바람직하며, 0.1 내지 15 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 이때 히드라진계 화합물의 함량은 히드라진만의 중량으로 환산한 것이다. 만약 상기 히드라진계 화합물을 0.01 중량% 미만으로 사용하는 경우, 포토레지스트 박리력 저하로 박리 성능 및 속도가 감소하며 포토레지스트 이물이 잔류하는 문제가 발생할 수 있고, 반대로 20 중량%를 초과하는 경우, 금속 배선의 부식이 진행될 수 있으며 후술하는 다른 조성의 함량을 감소시켜 오히려 제거 성능이 저하될 수 있다.
전술한 히드라진계 화합물과 함께 포토레지스트의 제거 속도를 향상시기 위해, 본 발명에서는 디옥솔란계 화합물을 사용한다. 바람직하기로, 상기 디옥솔란계 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다. 이러한 디옥솔란계 화합물은 박리 이후 진행되는 린스(rinse) 공정에서 후술하는 글리콜 에테르계 화합물과 함께 세정 성능을 개선시킨다.
Figure pat00002
(상기 화학식 1에서, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 다르며 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 히드록실기, 카르복실기 또는 아세테이트기이고, 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있다)
본 발명에 언급하는 알킬기는 오로지 탄소 및 수소 원자로만 이루어지며, 불포화도가 없고, 단일 결합에 의해 분자의 나머지에 결합되는 직쇄 또는 측쇄형의 탄화수소 쇄 라디칼을 의미한다. 알킬기는 탄소수 1 내지 20의 직쇄형 또는 분지형 알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 내지 10의 직쇄형 또는 분지형 알킬기가 더욱 바람직하고, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 알킬기가 가장 바람직하다. 이러한 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 이소아밀기, 헥실기 등을 들 수 있다.
본 발명에서 언급하는 사이클로알킬기는 단일 고리계 뿐만 아니라 여러 고리계 탄화수소도 포함하고, 상기 사이클로알킬기 중 적어도 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다. 상기 사이클로알킬기는탄소수 3 내지 20인 것이 바람직하고, 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기가 더욱 바람직하고 탄소수 3 내지 8의 사이클로알킬기가 가장 바람직하다.
본 발명에서 언급하는 알콕시기는 탄소수 1 내지 20의 알킬 부분을 각각 갖는 산소-함유 직쇄형 또는 분지형 알콕시기가 바람직하다. 탄소수 1 내지 10의 알콕시기가 더욱 바람직하고 탄소수 1 내지 4의 알콕시기가 가장 바람직하다. 이러한 알콕시기의 예로는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 및 t-부톡시기를 들 수 있다.
본 발명에서 언급하는 알케닐기는 적어도 한군데가 불포화된 즉, 탄소-탄소 이중결합을 갖는 직쇄 또는 측쇄형의 탄화수소이다. 탄소수 2 내지 20의 알케닐기가 바람직하고 탄소수 2 내지 10의 알케닐기가 더욱 바람직하며 탄소수 2 내지 6인 알케닐기가 가장 바람직하다. 적절한 알케닐기의 예로는 에틸렌 또는 비닐 (-CH=CH2), 알릴 (-CH2CH=CH2), 시클로펜테닐 (-C5H7), 및 5-헥세닐(-CH2CH2CH2CH2CH=CH2)등을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서 언급하는 아릴기는 수소 및 탄소로만 이루어지는 방향족 모노사이클릭 또는 멀티사이클릭 탄화수소 고리 시스템을 의미하며, 이때 고리 시스템은 부분적으로 또는 완전 포화될 수 있다. 아릴기 중 적어도 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다. 상기 아릴기는 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 상기 아릴기는 탄소수 6 내지 20인 것이 바람직하고, 탄소수 6 내지 18을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들면, 벤젠 (예컨대, 페닐), 치환된 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 바이페닐 등을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
바람직하기로, 상기 R1 및 R2는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 탄소수 6 내지 10의 아릴기, 히드록실기, 카르복실기 또는 아세테이트기일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 2,2-디메틸-4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란(2,2-Dimethyl-4-hydroxymethyl-1,3-dioxolane), 4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란(4-hydroxymethyl-1,3-dioxolane), 2-메틸-4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란(2-methyl-4-hydroxymethyl-1,3-dioxolane) 등을 들을 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에 있어 사용가능한 화학식 1로 표시되는 화합물은 앞서 언급한 예로 한정되지 않으며 상기 조건에 맞는 것으로서 이 분야에서 공지된 것은 모두 사용가능하다. 또한, 상기 화합물은 직접 제조하거나 시판되는 것을 사용할 수 있다.
특히, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 기본적으로 포토레지스트 제거력 및 금속에 대한 부식력이 매우 강하다. 따라서, 박리액 조성물이 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독 또는 다량으로 함유하는 경우 포토레지스트 제거는 우수하지만 금속배선에 대한 심각한 손상이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 포토레지스트 박리액 조성물에서는 앞서 설명한 히드라진계 화합물과 화학식 1로 표시되는 화합물을 일정 범위의 함량비로 함유하여 포토레지스트 박리 성능을 극대화시키고 별도의 부식 방지제의 사용 없이도 금속에 대한 방식력을 갖는다. 구체적으로 상기 히드라진계 화합물과 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량비는 1:1 내지 1:100 범위일 수 있으며 바람직하기로는 1:1 내지 1:20 범위일 수 있다.
추가로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 테트라하이드로퍼퓨릴 알코올(tetrahydrofurfuryl alcohol), 히드록시메틸 사이클로펜텐(hydroxymethyl cyclopentene) 등을 들을 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 화학식 1로 표시되는 화합물은 전체 조성물 100 중량% 내에서 5 내지 30 중량%로 사용되는 것이 바람직하며, 10 내지 20 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 만약 화학식 1로 표시되는 화합물을 5 중량% 미만으로 사용하는 경우, 포토레지스트의 제거력이 저하되며, 반대로 30 중량%를 초과하는 경우, 금속에 대한 부식이 발생하며 다른 조성의 함량을 축소시켜 기판 잔류 또는 오염 등의 부작용이 발생할 수 있다.
본 발명에서의 글리콜 에테르계 용매는 고형화된 포토레지스트 고분자를 용해시킨다. 또한, 포토레지스트 박리 이후 린스(rinse) 공정에서 물에 의한 박리액의 제거를 수월하게 하여 박리액 내에 용해된 포토레지스트의 재흡착 및 재석출을 최소화하는 역할을 한다.
상기 글리콜 에테르계 용매의 구체적인 예로는, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 아이소프로필 글리콜, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 등을 들을 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 글리콜 에테르계 용매는 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 사용하는 것이 박리액 및 잔류물 제거면에서 바람직하다.
이러한 글리콜 에테르계 용매는 전체 조성물 100 중량% 내에서 30 내지 70 중량%로 사용되는 것이 바람직하며, 35 내지 65 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 만약 상기 글리콜 에테르계 용매가 30 중량% 미만으로 사용하는 경우, 분해된 포토레지스트 고분자의 잔류로 인해 기판 상에 얼룩을 발생시킬 수 있으며, 반대로 70 중량%를 초과하는 경우 조성물의 점도가 높아져 박리액이 기판에 잔류할 수 있으며 박리 성능이 저하되어 생산성이 저하될 수 있다.
본 발명의 포토레지스트 박리액 조성물은 비양성자성 유기용매를 함유하며 이는 상기 언급한 바의 조성들을 용해 또는 분산시켜 포토레지스트 제거 반응이 보다 원활히 진행되도록 한다. 상기 비양성자성 유기용매는 전체 조성물의 적당한 박리력을 위해 비점이 너무 높거나 낮지 않은 것이 바람직하다.
상기 비양성자성 극성용매의 구체적인 예로는 1-아세틸피롤리딘, 2-피롤리돈, Ｎ-메틸 피롤리돈, Ｎ-에틸 피롤리돈 등의 피롤리돈 화합물; １,3-디메틸-２-이미다졸리디논, 1,３-디프로필-２-이미다졸리디논 등의 이미다졸리디논 화합물; 디메틸술폭사이드, 술폴란 등의 술폭사이드 화합물; 트리에틸포스페이트, 트리부틸포스페이트 등의 포스페이트 화합물; N-메틸포름아마이드, N-에틸포름아마이드, N,N-디메틸포름아마이드, N,N-디에틸포름아마이드 N,N-디메틸아세토아세트아마이드, N,N-터트부틸포름아마이드, 아세트아마이드, N-메틸아세트아마이드, N-에틸아세트아마이드, N,N-디메틸아세트아마이드, N,N-디에틸아세트아마이드, N-(2-히드록시에틸)아세트아마이드, N-에틸프로피온아마이드, N-메틸프로피온아마이드, N,N-디메틸프로피온아마이드, 3-메톡시-N,N-디메틸프로피온아마이드, N,N-디메틸부틸아마이드, 3-(2-에틸헥실옥시)-N,N-디메틸프로피온아마이드, 3-부톡시-N,N-디메틸프로피온아마이드 등의 아마이드 화합물; 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
이러한 비양성자성 유기용매 화합물는 전체 조성물 100 중량% 내에서 10 내지 50 중량%로 사용되는 것이 바람직하며, 10 내지 30 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 상기 함량 범위 내로 사용되는 경우에 전체 박리액 조성물이 적정한 점도를 가져 이전 처리 단계에서 변질되거나 가교된 포토레지스트 고분자의 제거에 유리하다.
본 발명에 따른 포토레지스트 박리액 조성물은 부식 방지제, 물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 추가로 포함할 수 있다.
상기 부식 방지제는 특별히 제거대상의 포토레지스트의 변성 정도가 심하여 장시간 또는 반복하여 박리액과 접촉하거나 공정 조건이 가혹한 경우 사용될 수 있다. 이때 상기 부식 방지제의 함량은 전체 조성물 100 중량% 내에서 0.01 내지 0.1 중량% 범위로 종래 사용량에 비해 최대 1/50로 감소시킬 수 경제성 및 부식 방지제 사용으로 인해 발생한 여러 문제점을 해소할 수 있다.
사용 가능한 부식 방지제의 종류는 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 메틸 톨리트리아졸, 4 -메틸-4,5,6,7-테트라히드로-1H-벤조[1,2,3]트리아졸, 5-메틸-4,5,6,7-테트라히드로-1H-벤조[1,2,3]트리아졸, 5,6-디메틸-4,5,6,7-테트라히드로-1H-벤조[1,2,3]트리아졸 및 4,6-디메틸-4,5,6,7-테트라히드로-1H-벤조[1,2,3]트리아졸, 2,2′-[[[벤조트리아졸]메틸]이미노]비스에탄올, 2,2′-[[[메틸-1H-벤조트리아졸-1-일]메틸]이미노]비스메탄올, 2,2′-[[[에틸-1H-벤조트리아졸-1-일]메틸]이미노]비스에탄올, 2,2′-[[[메틸-1H-벤조트리아졸-1-일]메틸]이미노]비스에탄올, 2,2′-[[[메틸-1H-벤조트리아졸-1-일]메틸]이미노]비스카르복시산, 2,2′-[[[메틸-1H-벤조트리아졸-1-일]메틸]이미노]비스메틸아민, 2,2′-[[[아민-1H-벤조트리아졸-1-일]메틸]이미노]비스에탄올, 4-메틸-1H-벤조트리아졸, 5-메틸-1H-벤조트리아졸 같은 아졸계 화합물과 2-메틸페놀, 2,6-디메틸페놀, 2,4,6-트리메틸페놀, 2-에틸페놀, 2,6-디에틸페놀, 2,6-디에틸-4-메틸페놀, 2-프로필페놀, 2,6-디프로필페놀, 2,6-트리프로-4-메틸페놀, 2-t-부틸페놀, 2,6-디-t-부틸페놀, 2,4,6-트리-t-부틸페놀, 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀, 2,4-디메틸-6-t-부틸페놀, t-부틸-4-메톡시페놀 등의 페놀계 화합물을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 물은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 활성화시켜 포토레지스트 박리 속도를 증가시키고 글리콜 에테르계 용매 및 비양성자성 용매와 혼합되어 이후 린스 공정에서 완벽히 제거될 수 있도록 한다.
본 발명에서의 물은 반도체 제조 공정으로의 적용을 위해 기본적으로 깨끗한 물이 반드시 요구된다. 구체적으로 반도체에 영향을 미칠 수 있는 금속 및 기타 불순물은 가능한 적은 것으로 탈이온수, 초순수 등이 바람직하다, 이러한 물을 얻기 위한 방법으로서는 이온 교환법 등을 들 수 있다.
이러한 물의 함량은 특별히 한정되지 않으나 전체 조성물 100 중량%를 만족할 수 있도록 하는 잔부로 포함될 수 있으며 본 발명에서의 물의 함량은 전술한 조성을 충분히 용해시키고 박리 성능에 영향을 주지 않는 범위이다.
전술한 바의 포토레지스트 박리액 조성물의 제조는 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 일례로, 앞서 언급한 조성 및 함량을 교반기나 순환 장치에서 충분히 혼합하여 제조한다.
전술한 조성으로 제조된 포토레지스트 박리액 조성물은 반도체 소자 제조에 있어 미세 패턴 형성을 위한 포토레지스트막의 선택적 박리 공정에 사용된다.
일례로, 본 발명의 포토레지스트 박리액 조성물을 이용한 포토레지스트의 박리 공정은 기판 상에 형성된 도전성 금속막 또는 절연막에 포토레지스트를 도포한 뒤 포토레지스트 패턴을 형성하고 상기 패턴이 형성된 포토레지스트를 마스크로 하여 도전성 금속막 또는 절연막을 에칭한다. 다음으로 본 발명에 따른 포토레지스트 박리액 조성물을 이용하여 포토레지스트를 박리한다.
또 다른 일례로, 상기 포토레지스트 박리액 조성물을 이용한 포토레지스트의 박리 공정은 기판 상에 포토레지스를 전면 도포한 뒤 포토레지스트 패턴을 형성하고 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판에 도전성 금속막 또는 절연막을 형성한다. 이후 본 발명의 포토레지스트 박리액 조성물을 이용하여 포토레지스트를 박리한다.
상기 포토레지스트는 포지티브형 포토레지스트, 네가티브형 포토레지스트, 포지티브형/네가티브형 겸용 포토레지스트(dual tone photoresist)가 있고, 구성 성분에 제약을 받지 않지만, 특히 효과적으로 적용되는 포토레지스트는 노볼락계 페놀 수지와 디아조나프토퀴논을 근간으로 하는 광활성 화합물로 구성된 포지티브형 포토레지스트이다.
또한, 상기 도전성 금속막은 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 몰리브덴 등의 금속 또는 이들 금속의 합금으로 이루어진 단일막 또는 2층 이상의 다층막일 수 있다. 보다 바람직하게는 알루미늄, 구리 또는 이들의 합금을 포함하는 단일막, 또는 2층 이상의 다층막이거나, 알루미늄, 구리 또는 이들의 합금과 네오디뮴, 몰리브덴 또는 이들의 합금을 포함하는 단일막, 또는 2층 이상의 다층막일 수 있다.
본 발명의 포토레지스트 박리액 조성물을 이용하여 미세 회로 패턴이 새겨진 기판으로부터 포토레지스트를 박리하는 방법은 많은 양의 박리액 조성물에 박리하고자 하는 기판을 동시에 여러 장을 침지(dipping)하는 딥 방식과 한 장씩 박리액을 기판에 스프레이(분무)시켜 포토레지스트를 제거하는 매엽식 방식 모두 사용할 수 있다. 이 경우, 침지, 스프레이(분무) 또는 침지 및 스프레이의 적용 시간 및 온도는 당업자에 의해 용이하거나 적합한 조건으로 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 포토레지스트 박리액 조성물은 식각 공정을 통해 변성된 포토레지스트막을 짧은 시간 내에 효과적으로 제거 가능하며 포토레지스트 하부의 금속막에 대한 부식 방지력이 우수하고 잔류로 인한 문제가 발생하지 않는다. 이는 박리가 요구되는 막질만을 선택적으로 제거함과 동시에 하부에 위치한 다른 막질에 대한 영향이 없기 때문에 후속 공정의 신뢰성을 높여 제조된 반도체 소자 및 이를 포함하는 전자기기의 생산성 및 구동 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 포토레지스트 박리액 조성물은 반도체 소자 뿐 아니라 이를 포함하는 표시장치, MEMS 장치, 배선 기판 등의 제조 공정에서도 사용 가능하다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5: 포토레지스트 박리액 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 성분 및 조성에 따라 포토레지스트 박리액 조성물을 제조하였다.
조성
(중량%)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
히드라진계 화합물 A-11) 5 0.1 3 10 15 - 30 4 7 11
화학식 1 B-12) 15 - 20 10 15 - 20 - - -
B-23) - 11.9 - - - 20 - 60 - 5
글리콜 에테르계 용매 C-14) 50 38 - - 49.9 60 - - - -
C-25) - - 50 - - - 50 - - 10
C-36) - - - 65 - - - - 70 -
비양성자성 유기용매 D-17) 30 - - - - 20 - - - -
D-28) - 50 - 14.9 - - - - 23 5
D-39) - - 27 - 10 - - 36 - -
부식
방지제		 E-110) - - - 0.1 - - - - - -
E-211) - - - - 0.1 - - - - -
물 - - - 10 - - - - 69
1) A-1: 히드라진 모노하이드레이트
2) B-1: 2,2-디메틸-4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란
3) B-2: 2-메틸-4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란
4) C-1: 디에틸렌 글리콜 모노메틸에테르
5) C-2: 디에틸렌 글리콜 모노에틸에테르
6) C-3: 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르
7) D-1: Ｎ-메틸 피롤리돈
8) D-2: N-에틸포름아마이드
9) D-3: 디메틸술폭사이드
10) E-1: 벤조트리아졸
11) E-2: 톨리트리아졸
실험예 1: 성능 평가
(1) 포토레지스트 박리 시간 평가
10X10 cm 크기의 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코터를 통해 막 두께 1.2 um로 포토레지스트(DWG-520)를 균일하게 코팅한 후, 150 ℃에서 10분간 베이크한 후, 얻어진 도막을 2X2 cm 크기로 잘라서 시편을 준비하였다.
상기 실시예 및 비교예의 포토레지스트 박리액 조성물을 50 ℃로 온도를 일정하게 유지시킨 후, 준비한 시편을 침적 시간을 달리하여 침적하였다.
이어서, 시편을 꺼내 잔류하는 세정액의 제거를 위해서 물로 1분간 세정을 실시하였으며, 세정 후 잔류하는 물을 제거하기 위하여 질소를 이용하여 완전히 건조시켰다. 침지 시간이 상이한 개개의 시편의 포토레지스트 박리 성능은 SEM(S-4700; Hitach사 제조)을 이용하여 확인하였고, 웨이퍼 상에서 포토레지스트가 완벽하게 제거되는 시간을 박리 시간으로 하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(2) 금속에 대한 방식력 평가
실리콘 웨이퍼 상에 구리가 20 um 두께로 형성되어 있는 시편을 준비하였다. 상기 실시예 및 비교예의 포토레지스트 박리액 조성물을 50 ℃로 온도를 일정하게 유지시키고 준비한 시편을 10분간 침적시켰다.
이어서, 시편을 꺼내 물로 세정한 후 질소를 이용하여 건조시킨 후 SEM(S-4700; Hitach사 제조)을 이용하여 부식 정도를 평가하였다. 이때 평가 기준은 아래와 같으며 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<기준>
◎: 매우 양호
○: 양호
△: 보통
×: 불량
(3) 얼룩 발생 평가
실리콘 웨이퍼 상에 구리가 20 um 두께로 형성되어 있는 기판과 포토레지스트(DWG-520)를 115 ℃에서 3일간 베이킹하여 용매를 모두 제거하고 고형화하여 준비하였다.
상기 실시예 및 비교예의 포토레지스트 박리액 조성물에 준비한 고형화된 포토레지스트를 0.3%, 0.5%, 1% 추가하여 실온에서 충분히 녹인 후 이를 50 ℃로 온도를 일정하게 유지시켰다. 여기에 준비한 기판을 2분간 침적한 후 꺼내어 일정한 압력의 질소를 이용하여 기판에 남아 있는 잔류물을 어느 정도 제거 후 평평한 바닥에 놓고 피펫을 이용하여 물을 각각 다른 위치에 5 방울 떨어뜨리고 1분간 방치하였다.
이어서, 상기 기판을 물을 이용해 1 분간 세정 후 질소를 이용하여 기판상에 잔류하는 물을 완벽하게 제거하였다. 이는 실제 TFT공정에서 얼룩 발생 정도를 판단하기 위한 것으로 상기 기판을 할로겐 램프, 디지털 카메라 및 전자 현미경을 사용하여 전체 표면을 검사하여 평가하였다. 이때 평가 기준은 하기와 같으며 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<기준>
◎: 매우 양호
○: 양호
△: 보통
×: 불량
박리 시간 방식력 얼룩 발생
실시예 1 45 sec ◎ ◎
실시예 2 60 sec ◎ ◎
실시예 3 50 sec ◎ ◎
실시예 4 30 sec ◎ ◎
실시예 5 15 sec ◎ ◎
비교예 1 > 20 min ◎ ×
비교예 2 15 min △ △
비교예 3 50 sec ◎ ×
비교예 4 4 min ◎ △
비교예 5 10 min × ×
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 5의 포토레지스트 박리액 조성물의 박리 속도는 평균 34 sec이며, 금속막에 대한 부식 방지 효과가 우수하며 박리 공정 이후 잔류, 오염 문제도 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
한편, 조성 또는 함량을 달리한 비교예 1 내지 5의 경우 박리 시간이 길거나, 금속막이 손상되며 전반적으로 박리 후에 기판에 얼룩이 발생함을 확인할 수 있었다.
본 발명의 포토레지스트 박리액 조성물은 우수한 포토레지스트 박리력 및 하부에 존재하는 금속막에 대한 보호 효과를 가져 반도체 제조 공정에 있어 우수한 박리 특성으로 생산성 및 신뢰성을 개선시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 히드라진계 화합물, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 글리콜 에테르계 용매 및 비양성자성 유기용매를 포함하는 포토레지스트 박리액 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00003

    (상기 화학식 1에서, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 다르며 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 히드록실기, 카르복실기 또는 아세테이트기이고, 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있다)
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 2,2-디메틸-4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란, 4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란, 2-메틸-4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 박리액 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 히드라진계 화합물과 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량비는 1:1 내지 1:100인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 박리액 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 박리액 조성물은 전체 조성물의 중량을 기준으로,
    히드라진계 화합물 0.01 내지 20 중량%,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물 5 내지 30 중량%,
    글리콜 에테르계 용매 30 내지 70 중량%, 및
    비양성자성 유기용매 10 내지 50 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 박리액 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 박리액 조성물은 부식 방지제, 물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 박리액 조성물.
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