KR20050023319A - 현상 결함 방지 공정 및 여기에 사용하는 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 8인치 이상의 대구경 기판 위에 형성된 포지티브형 화학증폭형 감광성 내식막 위에 산과 염기의 당량비가 1:1 내지 1:3으로서 형성된 (1) C4 내지 C15의 퍼플루오로알킬카복실산, C4 내지 C10의 퍼플루오로알킬설폰산 또는 퍼플루오로아디프산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C1 내지 C4의 알칸올아민염, 또는 (2) 무기산의 플루오르화알킬 4급 암모늄염을 함유하는 현상 결함 방지용 조성물을 도포하고, 현상 결함 방지용 조성물을 도포하기 전 및/또는 도포 후에 화학증폭형 감광성 내식막을 베이킹한 다음, 노광, 노광후 베이킹을 실시하고 현상한다. 이에 따라, 현상 결함 방지용 조성물을 도포하지 않는 경우와 비교하여 현상 처리 후의 감광성 내식막의 막 두께의 감소량이 추가로 10Å 내지 600Å 크게 되며, 8인치 이상의 대구경 기판에서 현상 결함이 감소되는 동시에 T-톱 형상 등이 없는 양호한 단면 형상의 내식막 패턴이 형성된다.

Description

현상 결함 방지 공정 및 여기에 사용하는 조성물{Process for preventing development defect and composition for use in the same}
본 발명은 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막을 사용하여, 형상이 양호한 내식막 패턴을 형성하는 방법 및 본 방법에 사용되는 현상 결함 방지용 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막이 형성된 대구경 기판을 노광후 현상하여 내식막 패턴을 형성할 때에 대구경 기판 전체 영역에 걸쳐 형상이 양호한 내식막 패턴을 형성할 수 있는 내식막 패턴의 형성방법 및 본 방법에 사용되는 현상 결함 방지용 조성물에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에서는 실리콘 웨이퍼 등의 기판 위에 감광성 내식막을 형성하고, 여기에 활성 광선을 선택적으로 조사한 다음, 현상처리를 실시하여 기판 위에 내식막 패턴을 형성하는 석판인쇄술이 응용되고 있다.
최근, LSI에서 보다 높은 집적도를 얻기 위해 석판인쇄 공정에서 가공 선폭의 미세화가 급속하게 진행되고 있다. 이러한 가공 선폭의 미세화를 진행시킬 때에 감광성 내식막, 반사 방지막, 노광 방법, 노광 장치, 현상제, 현상 방법, 현상 장치 등을 비롯하여, 석판인쇄술의 모든 공정, 사용 재료에 관해서 다양한 제안이 이루어지고 있다. 예를 들면, 일본 특허공보 제2643056호나 공개특허공보 제(평)7-181685호에는 내식막층 위에 저굴절률인 불소 함유 화합물을 함유하는 표면 반사 방지막을 설치하며, 이에 따라 내식막 표면에서의 반사광에 의한 내식막 패턴 형성에 대한 악영향을 방지하는 것이 기재되어 있다. 내식막층 위에 반사 방지막을 설치하면, 내식막 두께에 대한 감도 곡선의 진폭의 폭이 작아지며, 내식막층의 막 두께가 격차가 있는 경우에도 감도 격차가 작아지며, 나아가서는 치수 격차가 작아진다는 이점이 있다. 또한, 표면 반사 방지막을 사용하면, 입사광과 반사광 또는 반사광 끼리의 간섭에 의한 정상파(standing wave)를 감소시킬 수 있다는 이점도 있다. 최근에는 하지(下地) 기판의 평탄화를 실시하여, 상기와 같은 막 두께 격차에 의한 치수 격차를 억압하거나 마스크 패턴을 내식막의 치수 격차에 따라서 미리 미세 조정하는 등의 표면 반사 방지막을 설치하지 않고 목적하는 선폭의 내식막 패턴을 형성하는 연구도 이루어지고 있다.
또한, 노광 장치에 관해서 보면, 고미세화에 효과적인 단파장 광원을 사용하는 공정, 즉 KrF 엑시머 레이저(248nm), ArF 엑시머 레이저(193nm) 등의 원자외선이나 또한 X선, 전자선을 노광 광원으로서 사용하는 방법이 제안되어 있으며, 일부 실용화되고 있다.
한편, 반도체 집적회로 제조에서 제품 비율 향상이 매우 중요한 문제로서 관심을 모으고 있다. 제품 비율을 결정하는 요인은 많이 있지만, 내식막에 의해 패턴을 형성할 때에 패턴의 형성 불량도 이의 한가지 원인으로서 들 수 있다. 이러한 내식막 패턴의 형성 불량의 원인으로서는 내식막 중 또는 내식막 표면에 부착된 먼지에 기인하는 것, 무균실(clean room) 중의 부유 화학종에 의한 내식막의 약화, 내식막 등의 도포 불량, 현상 불량 등을 들 수 있다. 무균실 중의 부유 화학종에 의한 내식막의 약화의 예로서는, 예를 들면, 화학증폭형 감광성 내식막을 사용하는 공정을 들 수 있다. 이러한 공정에서는 화학증폭형 감광성 내식막이 대기 중에 존재하는 산성 물질, 염기성 물질 및 수분의 영향을 민감하게 받는다. 따라서, 노광으로부터 PEB(노출후 베이킹)까지의 방치 시간이 길어지거나(노출후 지연: PED), 내식막과의 혼합에 의해 포지티브형 감광성 내식막의 경우에는 내식막 패턴의 형상이 T자형 형상(T-톱)으로 되거나 네가티브형 감광성 내식막의 경우에는 둥근 형상(라운드 톱)으로 되며, 패턴의 치수 변동이 발생하는 문제가 있다.
또한, 내식막 현상시의 결함에 대해서도 최근 문제화되고 있다. 이러한 현상시의 결함으로서는 라인 앤드 스페이스계 내식막에서 찌거기나 접촉 홀계 내식막에서 개구 불량 등을 들 수 있다. 접촉 홀의 개구 불량 원인은 몇가지가 생각되지만, 이중에서도 현상후의 잔사에 의한 개구 불량이 가장 일반적이다. 이들 결함의 원인으로서는, 현상액이 내식막 면에 접촉할 때, 물을 주성분으로 하는 현상액의 내식막 면에서의 접촉이 불충분하며, 노광부의 현상액에 대한 용해가 충분하게 실시되지 않으며, 원래 개구할 것의 장소가 개구불량으로 되는 것을 들 수 있다. 또한, 현상액에 대한 난용물이 현상후의 물로 세정할 때에 내식막 표면에 재부착하는 것도 생각된다.
또한, 미세화하기 위해서는 내식막의 콘트라스트를 올리는 것이 필요하다. 일반적으로 접촉 홀계 내식막의 콘트라스트를 향상시키기 위해서는, 예를 들면, 포지티브형 화학증폭형 감광성 내식막에서는 주성분인 중합체의 친수성기의 보호율을 올리는 수법이 사용된다. 그러나, 보호율을 올리면 막면은 소수성으로 되기 쉬우며 현상액의 습윤성도 저하된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 각종 검토가 실시되고 있다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)9-246166호에는 감광성 내식막 표면을 플라즈마 처리하여 친수성으로 변화시키고, 이에 따라 현상액에 대한 내식막의 습윤성을 개선하여 현상 결함을 감소하는 제안이 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 새롭게 플라즈마 처리하기 위한 장치 도입이 필요해지는 동시에 생산량의 저하도 문제로 된다.
또한, 현상 순서를 최적화함으로써 현상 결함을 감소하는 시도도 수없이 실시되고 있다. 예를 들면, 일본 특허공보 제(평)4-51020호에는 현상액에 아세틸렌알콜계 계면활성제를 첨가하여, 포지티브형 내식막에의 현상액의 습윤성을 향상시키고, 이에 따라 현상 결함이 없는 패턴을 형성하는 것이 기재되어 있다. 본 방법에 따라 어느 정도의 효과를 얻을 수 있지만, 상기와 같은 화학증폭형 감광성 내식막에 의한 초미세 가공에서는 효과가 충분하다고까지는 할 수 없는 것이 현실이다. 또한, 일본 공개특허공보 제(소)61-179435호에는 현상액의 습윤성의 결여에 기인하는 현상 결함을 방지하기 위해 현상액에 계면활성제를 첨가하는 방법, 내식막 표면을 플라즈마 처리하는 방법과 동시에 현상액과의 습윤성을 향상시키는 표면 코팅을 실시해도 양호한 것이 기재되어 있다.
화학증폭형 감광성 내식막 위에 현상 결함을 감소시키기 위한 표면 코팅을 실시하는 경우, 이러한 현상 결함을 감소시키기 위해 코팅된 표면 코팅 조성물이 화학증폭형 감광성 내식막과 상용성이면 에칭 공정에서 지장을 초래하도록 하는 라운드 톱 형상이나 T-톱 형상으로 될 염려가 있다. 예를 들면, 일본 특허공보 제 2643056호에는 감광성 내식막 위에 반사 방지막을 형성하기 위한 반사 방지 코팅용 조성물로서, 수용성 중합체 결합제와 수용성 플루오로카본 화합물(퍼플루오로카복실산, 퍼플루오로설폰산의 4급 암모늄염 등)에 의해 구성되는 것이 개시되어 있다. 그러나, 당해 공보에는 현상후의 화학증폭형 감광성 내식막의 막 두께 감소량의 조절에 관한 언급은 없으며, 또한 당해 공보에 기재된 반사 방지 코팅 조성물을 사용하는 경우, 감광성 내식막으로서 화학증폭형 감광성 내식막을 사용하면 포지티브형 감광성 내식막의 경우에는 내식막 패턴의 형상이 T자형 형상(T-톱)이 되거나 네가티브형 감광성 내식막의 경우에는 둥그스럼한 형상(라운드 톱)이 되는 경향이 있으며, 이에 따라 패턴의 치수 변동이 발생하는 문제가 있다.
또한, 최근의 실리콘 웨이퍼 등의 기판의 대구경화에 의해 발생하는 막 두께 균일성, 현상 균일성의 문제가 미세화를 보다 어렵게 한다고 되어 있다. 예를 들면, 종래의 실리콘 웨이퍼 위의 내식막의 현상에는 패들 현상법이 널리 채용되고 있다. 패들 현상에서는 기판 위의 내식막 위에 현상액이 적가되고, 기판을 회전시킴으로써 내식막 전체 영역에 현상액의 박막이 형성되어 현상이 실시된다. 그러나, 이 때 웨이퍼의 중심부와 주변부에서는 현실적으로는 주변 속도에 차이가 생기며, 이에 따라 막면의 속도에 차이가 생기며, 웨이퍼 중심부와 주변부에서 현상 조건에 차이가 생긴다. 이 때, 특히 내식막으로서 화학증폭형 감광성 내식막을 사용하여, 8인치 이상과 같은 대구경 기판을 처리하는 때에는 종래의 6인치 이하의 기판 위의 내식막을 처리할 때에는 별로 볼 수 없는 주변부의 현상 결함의 발생이 일어나는 경우가 있다.
따라서, 반도체 집적회로 제조 등에서 수율 향상을 위해서는 실리콘 웨이퍼 등의 기판의 대구경화에 따르는 기판 주변부의 화학증폭형 감광성 내식막의 현상 결함을 포함시켜 현상시의 현상 결함의 감소을 도모하는 동시에 내식막 패턴의 미세화에 대응하고자 현상후 T-톱 또는 라운드 톱 등의 형상 불량 패턴이 형성되지 않는 내식막 패턴의 형성방법이 강력하게 요망되고 있다.
이러한 현상 결함을 감소시키는 방법으로서, 일본 공개특허공보 제2002-6514호에는 화학증폭형 감광성 내식막 위에 불소계 계면활성제를 함유하는 현상 결함 감소용 조성물을 도포하고, 노광, 현상후의 화학증폭형 감광성 내식막의 막 두께의 감소량을 이러한 현상 결함 감소용 조성물을 도포하지 않는 경우와 비교하여 추가로 10Å 내지 500Å 크게 하고, 이에 따라 현상 결함이 없는 패턴을 형성할 수 있는 것이 기재되어 있다. 당해 공보에는 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막의 현상 결함 감소용 조성물에 함유되는 계면활성제로서, 유기산과 염기의 조성비를 산 과잉으로 하여 계면활성제를 형성하며, 계면활성제 중에 적어도 산이 잔존하는 것을 사용하는 것이 개시되어 있지만, 이러한 현상 결함 감소용 조성물에 따라서는 현상후의 감광성 내식막의 막 감량을 크게 하는 것이 어려우며, 막 감량을 크게 하지 않으면 T-톱 등의 해소가 어려운 경우에는 형상이 양호한 패턴 형성에 한계가 있는 동시에 막 감량의 정량적인 조절을 할 수 있다는 언급도 없는 점으로부터, 사각형 형상의 양호한 패턴으로 하기 위한 최적의 막 감량에 대응하는 현상 결함 감소용 조성물을 수득하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 상황을 감안하여 현상 결함 방지용 조성물을 사용하여, 8인치 이상의 대구경 기판에서 현상할 때에 특히 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막에서 현상 결함을 감소시키며, 또한 처리 대기의 영향 및 표면 코팅과 내식막의 혼합 등에 의해 야기되는 에칭 공정에 부적당한 T-톱 등의 패턴 형상의 약화를 일으키지 않는 내식막 패턴을 형성하는 방법에서 종래 방법과 비교하여 현상후의 막 감량을 보다 크게할 수 있는 동시에 막 감량을 조절할 수 있는 현상 결함 방지용 조성물을 사용함으로써 대구경 기판에서 현상 결함의 발생 및 현상후의 패턴 형상을 최적 막 감량으로 개선할 수 있으며, 또한 최적 막 감량에 대한 대응도 용이한 내식막 패턴의 형성방법 및 본 방법에서 사용되는 현상 결함 방지용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명자들은 연구, 검토를 한 결과, 기판 위에 형성된 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막 위에 특정한 불소계 계면활성제를 함유하는 현상 결함 방지용 조성물을 도포하여 표면을 친수성으로 한 다음, 노광, 현상하여 내식막 패턴을 수득하는 패턴 형성방법에서 현상 결함 방지용 조성물에 함유되는 계면활성제를 형성할 때에 계면활성제를 구성하는 산과 염기의 양을 산에 비해 염기의 당량을 과잉으로 하면, 포지티브형 감광성 내식막의 현상후에 내식막의 막 감량을 증대화할 수 있으며, 또한 이 때의 염기의 사용량의 증감에 따라 현상후의 감광성 내식막의 막 감량을 조절할 수 있다는 것을 밝혀내고, 본 발명에 이르렀다.
발명의 개시
본 발명은 8인치 이상의 기판 위에 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막을 도포 형성하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막 위에 계면활성제를 함유하는 현상 결함 방지용 조성물을 도포하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 도포 형성하는 공정과 현상 결함 방지용 조성물을 도포하는 공정 중의 적어도 어느 하나의 공정 후에 베이킹하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 선택적으로 노광하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 노광후 베이킹하는 공정 및 화학증폭형 감광성 내식막의 현상을 실시하는 공정을 포함하며, 현상 처리후의 화학증폭형 감광성 내식막의 막 두께의 감소량을 현상 결함 방지용 조성물을 도포하지 않는 경우와 비교하여 추가로 100Å 내지 600Å 크게 하는 내식막 패턴의 형성방법으로서, 계면활성제가 (1) C4 내지 C15의 퍼플루오로알킬카복실산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C 1 내지 C4의 알칸올아민염, (2) C4 내지 C10의 퍼플루오로알킬설폰산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C1 내지 C4의 알칸올아민염, (3) 퍼플루오로아디프산의 4급 암모늄염 및 (4) 황산, 염산, 질산 및 요오드화수소산에서 선택되는 하나 이상의 무기산의 플루오르화알킬 4급 암모늄염으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 당해 계면활성제를 구성하는 산과 염기의 당량비가 1:1 내지 1:3의 비로 형성된 것임을 특징으로 하는, 내식막 패턴의 형성방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 8인치 이상의 기판 위에 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막을 도포 형성하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막 위에 계면활성제를 함유하는 현상 결함 방지용 조성물을 도포하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 도포 형성하는 공정과 현상 결함 방지용 조성물을 도포하는 공정 중의 적어도 어느 하나의 공정 후에 베이킹하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 선택적으로 노광하는 공정과, 화학증폭형 감광성 내식막을 노광후 베이킹하는 공정 및 화학증폭형 감광성 내식막의 현상을 실시하는 공정을 포함하며, 현상 처리후의 화학증폭형 감광성 내식막의 막 두께의 감소량을 현상 결함 방지용 조성물을 도포하지 않는 경우와 비교하여 추가로 100Å 내지 600Å 크게 하는 내식막 패턴의 형성방법에 사용되는, 계면활성제를 함유하는 현상 결함 방지용 조성물로서, 계면활성제가 (1) C4 내지 C15의 퍼플루오로알킬카복실산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C1 내지 C4 의 알칸올아민염, (2) C4 내지 C10의 퍼플루오로알킬설폰산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C1 내지 C4의 알칸올아민염, (3) 퍼플루오로아디프산의 4급 암모늄염 및 (4) 황산, 염산, 질산 및 요오드화수소산에서 선택되는 하나 이상의 무기산의 플루오르화알킬 4급 암모늄염으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 당해 계면활성제를 구성하는 산과 염기의 당량비가 1:1 내지 1:3의 비로 형성된 것임을 특징으로 하는 현상 결함 방지용 조성물에 관한 것이다.
발명의 구체적 양태
이하, 본 발명을 보다 상세하게 기재한다.
본 발명의 내식막 패턴 형성방법에서는 현상 처리후의 포지티브형 화학증폭형 감광성 내식막의 막 두께의 감소량이 현상 결함 방지용 조성물을 당해 화학증폭형 감광성 내식막 위에 도포하지 않는 경우와 비교하여, 추가로 100Å 내지 600Å 크게 한다. 감광성 내식막의 현상 처리후의 막 감량을 이와 같이 큰 양으로 하기 위해, 본 발명에서는 현상 결함 방지용 조성물에 함유되는 상기 (1) 내지 (4)에 기재된 계면활성제를 형성할 때에 산의 당량수에 대하여 염기의 당량수를 과잉으로 한다.
이들 본 발명의 현상 결함 방지용 조성물에 함유되는 계면활성제(1) 내지 (3)을 형성할 때에 사용되는 유기산은 관능성 플루오로카본 화합물, 특히 퍼플루오로알킬카복실산, 예를 들면, C4 내지 C15의 퍼플루오로알킬카복실산, 퍼플루오로알킬설폰산, 예를 들면, C4 내지 C10의 퍼플루오로알킬설폰산 및 퍼플루오로아디프산을 바람직한 것으로서 들 수 있다. 또한, 염기로서는, 암모니아, 아민 및 수산화알킬 4급 암모늄을 들 수 있으며, 특히 암모니아, 수산화테트라메틸암모늄 및 C1 내지 C4의 알칸올아민을 바람직한 것으로서 들 수 있다. 이들 유기산과 아민, 수산화알킬 4급 암모늄 또는 암모니아 등의 염기는 수용액 속에서 혼합되어 유기산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염, 예를 들면, 테트라메틸암모늄염 또는 아민염, 예를 들면, C1 내지 C4의 알칸올아민염으로 된다. 또한, 계면활성제(4)에 관해서는, 예를 들면, 산으로서 황산, 염산, 질산, 요오드화수소산 등의 무기산이 사용되며, 한편 염기로서 플루오르화알킬 4급 암모늄 수산화물 등이 사용되어 형성된다.
본 발명에서는 이들 계면활성제는 해당되는 산과 염기의 소정량을 물에 용해시킴으로써 형성된다. 이 때, 형성되는 계면활성제의 양은 수용액 중에서 0.1 내지 25중량%, 보다 바람직하게는 2 내지 4중량% 수용액으로 되어 현상 결함 방지용 조성물로서 사용되거나, 이러한 수용액에 다시 필요에 따라 첨가제가 용해되어 현상 결함 방지용 조성물로서 사용된다. 또한, 계면활성제 함유 수용액은 우선 계면활성제를 고농도로 함유하는 수용액을 형성하고, 필요에 따라 첨가제 등을 함유하는 수용액에 이러한 고농도 계면활성제 수용액을 가함으로써, 또는 반대로 고농도 계면활성제 수용액을 필요에 따라 첨가제 등이 용해된 수용액으로 희석함으로써 농도를 조정하여 제조할 수 있다.
이 때, 사용하는 화학증폭형 감광성 내식막 또는 공정 조건을 가미하여, 상기 산과 아민, 수산화 4급 암모늄, 암모니아 등의 염기의 혼합 비율을 적절하게 조정하여 조성물의 염기도 등을 조제하여 막 감량을 최적화할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 계면활성제를 형성할 때에 산의 당량에 대하여 염기의 당량이 과잉으로 되도록 혼합량을 조정하지만, 이때에 사용하는 염기의 양을 증대시킴으로써 현상 처리후의 감광성 내식막의 막 감량이 증대된다. 따라서, 사용되는 화학증폭형 감광성 내식막 또는 공정 조건에 따라 이들 산과 아민, 수산화 4급 암모늄, 암모니아 등의 염기의 혼합 비율을 적절하게 조정함으로써 내식막을 현상할 때의 막 감량이 조정되어 최적의 결과를 얻을 수 있다. 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막에 적용되는 현상 결함 방지용 조성물에서 산:염기(예: 아민)의 비는, 당량비로, 통상적으로 1:1 내지 1:3, 바람직하게는 1:1 내지 1:2이다.
본 발명의 현상 결함 방지용 조성물에는 필요에 따라 성능을 손상시키지 않는 범위로 수용성 수지 및 각종 첨가제를 배합할 수 있다.
본 발명의 현상 결함 방지용 조성물에 사용되는 수용성 수지로서는, 예를 들면, 폴리(비닐알콜), 폴리(아크릴산), 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(α-트리플루오로메틸아크릴산), 폴리(비닐메틸에테르-코-무수 말레산), 폴리(에틸렌글리콜-코-프로필렌글리콜), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-아세트산비닐), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-비닐알콜), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-아크릴산), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-아크릴산메틸), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-메타크릴산), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-메타크릴산메틸), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-말레산), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-말레산디메틸), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-무수 말레산), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-이타콘산), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-이타콘산메틸), 폴리(N-비닐피롤리돈-코-무수 이타콘산), 플루오르화 폴리에테르 등을 들 수 있으며, 폴리(아크릴산), 폴리(비닐피롤리돈), 플루오르화폴리에테르 등이 특히 바람직한 것이다.
또한, 본 발명의 현상 결함 방지용 조성물에 사용되는 첨가제로서는, 예를 들면, 도포 특성의 향상 등을 목적으로 하여 첨가되는 비이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 등의 계면활성제를 들 수 있다. 비이온계 계면활성제로서는, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 예를 들면, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르 등의 폴리옥시에틸렌 지방산 디에스테르, 폴리옥시 지방산 모노에스테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 블록 중합체, 아세틸렌글리콜 유도체 등을, 또한 음이온계 계면활성제로서는, 알킬디페닐에테르디설폰산의 암모늄염 또는 유기 아민염, 알킬디페닐에테르설폰산의 암모늄염 또는 유기 아민염, 알킬벤젠설폰산의 암모늄염 또는 유기 아민염, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산의 암모늄염 또는 유기 아민염, 알킬황산의 암모늄염 또는 유기 아민염 등을, 양쪽성 계면활성제로서는, 2-알킬-N-카복시메틸-N-하이드록시에틸이미다졸리늄베타인, 라우릴산아미드프로필하이드록시설폰베타인 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 현상 결함 방지용 조성물에 사용되는 물로서는 증류, 이온교환 처리, 필터 처리, 각종 흡착처리 등에 의해 유기 불순물, 금속 이온 등을 제거한 것이 바람직하게 사용된다.
또한, 도포성의 향상을 목적으로 하여 물에 대해 가용성인 유기 용매를 물과 함께 사용할 수도 있다. 물에 대해 가용성인 유기 용매로서는, 물에 대하여 O.1중량% 이상 용해되는 용매이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜 등의 알콜류, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤류, 아세트산메틸, 아세트산에틸 등의 에스테르류, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 메틸셀로솔브, 셀로솔브, 부틸셀로솔브, 셀로솔브아세테이트, 부틸카비톨, 카비톨아세테이트 등의 극성 용매를 들 수 있다. 이들 구체적인 예는 단순히 유기 용매의 예로서 든 것에 지나지 않는 것으로, 본 발명에서 사용되는 유기 용매가 이들 용매로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서는 막 감량의 최적화는 현상 결함 방지용 조성물에 의한 최적화 외에, 이와 함께 내식막 및 현상 결함 방지용 조성물의 베이킹 온도, 베이킹 시간 등의 조정에 의해서도 양호하다. 내식막의 프리베이킹 온도는 이의 조성에 따라 일반적으로 2가지 계통이 있다. 즉, 하나는 고에너지를 필요로 하며, 일반적으로 100 내지 150℃ 정도의 온도에서 베이킹하는 것이 필요하며, 이에 대하여 상기한 것과 비교하여 그 정도로 에너지가 필요하지 않으며 100℃ 이하에서 베이킹하는 경우가 있다. 또한, 현상 결함 방지용 조성물의 프리베이킹 온도는 일반적으로는 용매를 건조하는 데 충분한 온도인 60 내지 100℃이다. 또한, 내식막의 노광후 베이킹은 일반적으로는 100 내지 150℃ 정도이다. 예를 들면, 현상후 T-톱이 나오는 경우, 내식막 및 현상 결함 방지용 조성물의 베이킹 온도의 조합으로서 내식막의 프리베이킹 온도를 낮추고 현상 결함 방지용 조성물의 프리베이킹 온도를 100℃ 이상의 높은 쪽으로 하는 것으로 실현되는 경우가 있다. 또한, 노광후 필요에 따라 현상 결함 방지용 조성물을 박리 또는 용해 제거함으로써 에칭에 부적당함을 일으킬 정도의 막 감소를 감소시킬 수 있다.
본 발명에서 현상 결함 방지용 조성물의 막 두께는 당해 현상 결함 방지용 조성물를 적용하지 않는 경우와 비교하여 막 감소가 커지도록 화학적 작용이 충분한 막 두께이면 양호하며, 바람직하게는 80 내지 10,000Å, 보다 바람직하게는 330 내지 990Å이다. 또한, 현상 결함 방지용 조성물의 도포는 스핀 피복 등의 종래부터 공지된 임의의 도포방법에 따라 도포할 수 있다.
또한, 본 발명에서 내식막으로서 사용되는 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막은 공지된 포지티브형 화학증폭형 감광성 내식막이면 어떤 것이라도 양호하다. 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막으로서는, 예를 들면, 폴리하이드록시스티렌을 t-부톡시카보닐기로 보호한 중합체와 광산 발생제의 조합으로 이루어진 것[참조: H. Ito, C. G. Willson: Polym. Eng. Sci., 23, 1012(1983)]을 비롯하여 다수의 것이 공지되어 있다. 또한, 이의 막 두께는 현상후 수득된 내식막 패턴이 에칭 공정에서의 에칭에 적절하게 대응할 수 있는 것이면 양호하며, 일반적으로는 0.3 내지 1.0㎛ 정도이다.
본 발명의 내식막 패턴 형성방법은 8인치 이상의 기판 위에 패턴을 형성할 때에 적절하게 적용된다. 기판으로서는 실리콘 기판이 일반적이지만, 실리콘 위에 금속막이나 산화규소, 질화규소, 산질화규소 등의 산화막, 질화막 등의 막을 가질 수 있는 것은 물론이며, 또한 기판 재료도 실리콘에 한정되는 것은 아니며, 종래의 LSI 등의 IC 제조시에 사용되고 있는 기판 재료 중의 어떤 것이라도 양호하다.
또한, 포지티브형 화학증폭형 감광성 내식막의 도포, 포지티브형 화학증폭형 감광성 내식막 및 현상 결함 방지용 조성물 막의 베이킹, 노광 방법, 현상제, 현상방법 등은 종래의 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막을 사용하여 내식막 패턴을 형성할 때에 사용하는 것이 공지된 것 또는 조건이면 어떤 것이라도 양호하다. 또한, 노광 공정에 사용되는 노광 광원도 자외선, 원자외선, X선, 전자선 등의 임의의 것도 양호하다.
이하, 실시예에 따라 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 이들 설명에 의해 본 발명이 하등 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다.
실시예 1
수용성 중합체로서, 중량평균분자량이 폴리스티렌 환산으로 3,000인 폴리아크릴산 1.3중량부, 유기산으로서, 퍼플루오로옥틸산(C7F15COOH) 2.0중량부, 염기로서, 수산화테트라메틸암모늄(TMAH) 0.46중량부[유기산과 염기의 당량(몰) 비는 1:1.04]를 혼합하고, 여기에 순수한 물을 가하여 전량을 100중량부로 하며, 실온에서 균일하게 용해시킨 다음, O.1㎛의 필터를 통해 여과하여 현상 결함 방지용 조성물을 수득한다.
한편, 아세탈계의 중합체로 이루어진 클라리언트저팬사제 포지티브형 감광성 내식막[AZ DX3301P(「AZ」는 등록상표)]을 도쿄일렉트론사제 스핀 피복기(Mark8)로써 8인치 실리콘 웨이퍼에 도포하고 90℃에서, 90초 동안 열판으로 프리베이킹을 실시하여 실리콘 웨이퍼 위에 480nm의 내식막을 형성한다. 막 두께는 프로메트릭사제 막 두께 측정장치(SM300)를 사용하여 측정한다.
이어서, 현상 결함 방지용 조성물을 상기와 동일한 스핀 피복기를 사용하여 감광성 내식막 위에 도포하고 90℃에서 60초 동안 열판으로 프리베이킹을 실시하여 감광성 내식막 위에 450Å의 현상 결함 방지막을 형성한다. 다음에, 캐논사제 KrF 축소 투영 노광 장치(FPA 3000-EX5)를 사용하여 노광을 실시한 다음, 열판으로 110℃에서 60초 동안 PEB를 실시했다. 이것을 현상제로서, 클라리언트사제 알칼리 현상액 AZ 300MIF 디벨로퍼(「AZ」는 등록상표, 2.38중량% 수산화테트라메틸암모늄 수용액)를 사용하여, 23℃의 조건하에 1분 동안 패들 현상하여 1:1 선폭비의 라인/스페이스 형상의 내식막 패턴을 수득한다. 또한, 현상후의 내식막의 막 두께를 상기와 동일한 막 두께 측정장치를 사용하여 측정한다. 현상전의 내식막의 막 두께에서 현상후의 내식막의 막 두께를 빼서 이 값을 막 감량으로 한다. 또한, 형성된 내식막의 패턴 단면 형상을 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 관찰한다. 내식막의 패턴 단면 형상의 관찰 결과와 막 감량을 하기 표 1에 기재한다.
실시예 2 내지 5
염기의 당량(몰) 비를 하기 표 1에 기재된 것으로 하는 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 표 1의 결과를 얻는다.
현상 전 막 두께(Å) 현상 후 막 두께(Å) 막 감량(Å) 유기산 염기 패턴 형상
실시예 1 4819 4589 230 1 1.04 거의 사각형
실시예 2 4789 4460 329 1 1.25 사각형
실시예 3 4796 4395 401 1 1.38 사각형
실시예 4 4837 4379 458 1 1.52 거의 사각형
실시예 5 4809 4299 510 1 2.00 거의 사각형
비교예 1
실시예 1과 동일하게 하여 포지티브형 화학증폭형 감광성 내식막을 도포한 실리콘 웨이퍼를 준비하고 현상 결함 방지용 조성물을 도포하지 않는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 노광·PEB·현상을 실시하며, 실시예 1과 동일하게 하여 내식막의 단면 패턴 형상의 관찰과 막 감량을 측정한다. 결과를 하기 표 2에 기재한다.
현상 전 두께(Å) 현상 후 두께(Å) 막 감량(Å) 패턴 형상
비교예 1 4801 4698 103 T-톱
비교예 2
실시예 1에서 사용하는 조성에 퍼플루오로옥틸산(C7F15COOH)을 가하고, 산과 염기의 몰 비를 1:0.9로 산 과잉으로 되도록 혼합하고, 순수한 물을 가하고 실온에서 균일하게 용해시킨 다음, O.1㎛의 필터를 통해 여과하여 실시예 1과 거의 동일한 농도의 계면활성제를 함유하는 현상 결함 방지용 조성물을 수득한다. 이러한 현상 결함 방지용 조성물을 사용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 하기 표 3의 결과를 얻는다.
비교예 3
퍼플루오로옥틸산과 염기의 몰 비를 1:0.95로 하는 것 이외에는, 비교예 1과 동일하게 하여 하기 표 3의 결과를 얻는다.
현상 전 두께(Å) 현상 후 두께(Å) 막 감량(Å) 산 염기 패턴 형상
비교예 2 4820 4649 171 1 0.90 T-톱
비교예 3 4805 4624 181 1 0.95 T-톱
상기 표 1 및 표 2로부터 명백한 바와 같이, 염기를 가할수록 막 감량이 증가하며, 산을 가하면 막 감량이 감소하는 것이 확인된다. 그리고, 이들 염기를 가하는 비율을 특정 범위로 하면, 형성되는 내식막 패턴의 형상을 크게 개선시킬 수 있다.
발명의 효과
이상 상세하게 기재한 바와 같이, 본 발명의 현상 결함 방지용 조성물을 사용함으로써 PED나 내식막과의 혼합 등에 의해 야기되는, 예를 들면, 화학증폭형 포지티브형 내식막에서 T-톱 패턴 형상이 해소될 수 있으며, 또한 기판의 구경이 8인치 이상인 대구경에 있어서도 현상 결함이 없는 우수한 형상의 내식막 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 현상 결함 방지 공정 및 여기에 사용하는 조성물은 포지티브형 화학증폭형 감광성 내식막을 대구경 기판 위에 형성할 때에 사용되는 양호한 내식막 패턴 형성방법 및 본 방법에 사용되는 현상 결함 방지용 조성물이다.

Claims (2)

  1. 8인치 이상의 기판 위에 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막을 도포 형성하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막 위에 계면활성제를 함유하는 현상 결함 방지용 조성물을 도포하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 도포 형성하는 공정과 현상 결함 방지용 조성물을 도포하는 공정 중의 적어도 어느 하나의 공정 후에 베이킹하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 선택적으로 노광하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 노광후 베이킹하는 공정 및 화학증폭형 감광성 내식막의 현상을 실시하는 공정을 포함하며, 현상 처리후의 화학증폭형 감광성 내식막의 막 두께의 감소량을 현상 결함 방지용 조성물을 도포하지 않는 경우와 비교하여 추가로 100Å 내지 600Å 크게 하는 내식막 패턴의 형성방법으로서, 계면활성제가 (1) C4 내지 C15의 퍼플루오로알킬카복실산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C1 내지 C4의 알칸올아민염, (2) C4 내지 C10의 퍼플루오로알킬설폰산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C1 내지 C4의 알칸올아민염, (3) 퍼플루오로아디프산의 4급 암모늄염 및 (4) 황산, 염산, 질산 및 요오드화수소산에서 선택되는 하나 이상의 무기산의 플루오르화알킬 4급 암모늄염으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 당해 계면활성제를 구성하는 산과 염기의 당량비가 1:1 내지 1:3의 비로 형성된 것임을 특징으로 하는, 내식막 패턴의 형성방법.
  2. 8인치 이상의 기판 위에 포지티브형의 화학증폭형 감광성 내식막을 도포 형성하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막 위에 계면활성제를 함유하는 현상 결함 방지용 조성물을 도포하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 도포 형성하는 공정과 현상 결함 방지용 조성물을 도포하는 공정 중의 적어도 어느 하나의 공정 후에 베이킹하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 선택적으로 노광하는 공정, 화학증폭형 감광성 내식막을 노광후 베이킹하는 공정 및 화학증폭형 감광성 내식막의 현상을 실시하는 공정을 포함하며, 현상 처리후의 화학증폭형 감광성 내식막의 막 두께의 감소량을 현상 결함 방지용 조성물을 도포하지 않는 경우와 비교하여 추가로 100Å 내지 600Å 크게 하는 내식막 패턴의 형성방법에 사용되는, 계면활성제를 함유하는 현상 결함 방지용 조성물로서, 계면활성제가 (1) C4 내지 C15의 퍼플루오로알킬카복실산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C1 내지 C4의 알칸올아민염, (2) C4 내지 C10의 퍼플루오로알킬설폰산의 암모늄염, 테트라알킬암모늄염 또는 C1 내지 C4의 알칸올아민염, (3) 퍼플루오로아디프산의 4급 암모늄염 및 (4) 황산, 염산, 질산 및 요오드화수소산에서 선택되는 하나 이상의 무기산의 플루오르화알킬 4급 암모늄염으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 당해 계면활성제를 구성하는 산과 염기의 당량비가 1:1 내지 1:3의 비로 형성된 것임을 특징으로 하는 현상 결함 방지용 조성물.
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