説明

剥離剤及びそれを用いた剥離方法

【課題】超臨界流体の様な高圧流体を用いたレジスト等の剥離において、レジストの残渣物なく完全に剥離できる剥離用組成物を提供する。
【解決手段】下記一般式(1)及び/又は下記一般式(2)で示されるアミン化合物を含んでなる剥離用組成物を高圧流体とともに用いる。
【化1】


(A、Bはそれぞれ独立してO及び/又はNH,NRを示す。ただし、RはC〜Cのアルキル基、ヒドロキシエチル基、アミノプロピル基、シアノエチル基を示す。)
【化2】


(XはO又はNMeを示す。YはOH又はNMeを示す。Meはメチル基を示す。)
剥離用組成物にはさらにフッ化物、炭酸エステルを含めることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体集積回路、LCDモジュール、プリント配線基板の製造工程におけるフォトレジスト層等の被膜或いは被膜残査を、高圧流体を用いて剥離するための剥離用組成物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路は、基体上にフォトレジストを塗布し、露光、現像の後、エッチングを行い、回路を形成した後、フォトレジストを基体上から剥離することによって製造される。従来、フォトレジストを基体上から剥離するため、あるいはレジスト残渣を基体上から剥離するため、様々なレジスト剥離剤が提案されてきた。例えばアルカノールアミン類を用いたレジスト剥離用組成物等が開示されている(例えば特許文献1参照)。
【0003】
ところが、従来の液体タイプの剥離剤では粘度が高いため、半導体回路の微細化に伴い、微細パターン内部のレジスト等の剥離が難しくなってきている。そのため超臨界流体を始めとした高圧流体を用いてレジストを剥離する方法が提案されている(例えば特許文献2、3参照)。
【0004】
超臨界流体の様な高圧流体を用いた場合、流体の粘度が通常の液体に比べて低いため、半導体の微細パターン内部の洗浄が可能である。超臨界状態となる高圧流体として最も一般的に用いられるものは二酸化炭素であり、温和な条件で超臨界状態になるため、広く使用されている。ところが超臨界二酸化炭素(以下「scCO」と略記する)は、ヘキサンなどの無極性溶媒と同程度の極性のため、レジストやその残渣を十分に剥離できなかった。
【0005】
そこでキレート剤、アルキルアミン類、有機溶剤をscCOと併用する方法が提案されている(例えば特許文献4、5参照)。しかし、従来提案された剥離用組成物では基体の付着物(剥離残存物)を工業的な速度で、なおかつ完全に剥離することは困難であった。
【0006】
そこで、scCOを始めとした高圧流体を用いてレジスト等を十分に剥離できる剥離用組成物、及びそれを用いた剥離方法が求められていた。
【0007】
【特許文献1】特開昭62−49355号公報
【特許文献2】特開平8−181050号公報
【特許文献3】特開平9−43857号公報
【特許文献4】特開平10−260537号公報
【特許文献5】特開2002−1242号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
超臨界流体の様な低粘度の高圧流体では、微細パターン内部の洗浄には適しているが、これまで超臨界流体として最も一般的なscCOでは工業的に十分な速度でレジストを剥離することはできなかった。本発明の目的は、scCOの様な高圧流体を用いてレジスト等を剥離することができる剥離用組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、剥離用組成物について鋭意検討した結果、特定のアミン化合物を含んでなる剥離用組成物をscCOなどの高圧流体と併せ用いた場合、特にレジスト等の剥離性に優れていることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。
【0010】
すなわち、本発明は高圧流体を用いて基体に付着したレジスト等の付着物を剥離するのに好適な特定のアミン化合物を含む剥離用組成物、及び該剥離用組成物を用いた剥離方法に関するものである。
【0011】
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【0012】
本発明の剥離用組成物は、下記一般式(1)及び/又は(2)で示されるアミン化合物を含んでなるものである。
【0013】
【化1】

(A、Bはそれぞれ独立してO及び/又はNH、NRを示す。ただし、RはC〜Cのアルキル基、ヒドロキシエチル基、アミノプロピル基、シアノエチル基を示す。)
【0014】
【化2】

(XはO又はNMeを示す。YはOH又はNMeを示す。Meはメチル基を示す。)
本発明の剥離用組成物は、高圧流体と共に用いる、或いは高圧流体を含むが、本発明で言う高圧流体とは、1MPa以上の圧力をかけた低粘度の流体のことである。本発明の高圧流体は上記の定義の範囲であれば特に限定されないが、例えば超臨界流体、亜臨界流体等が例示でき、物理的性質として液体と気体の中間的な性質を示す流動性の高いものであることが好ましい。特に超臨界状態の高圧流体は本発明の剥離用組成物と均一に混合され易く、また低粘度なために微細な領域の付着物を剥離し易いため特に好ましい。
【0015】
高圧流体の圧力は、例えば高圧流体が二酸化炭素からなるscCOの場合には、その圧力は5〜20MPa、特に10〜20MPaであることが好ましい。
【0016】
高圧流体としては、二酸化炭素のscCOに限定されず、他にも例えば炭化水素、アンモニア、一酸化二窒素、各種有機溶媒類も用いることができる。
【0017】
本発明のアミン化合物は、高圧流体と併せて用いた際に、高圧流体との塩を形成しても良い。例えば高圧流体としてscCOを用いた場合、アミン化合物の炭酸塩が生成するが、本発明の剥離用組成物ではそのような塩を形成した場合にも固体又は高粘度とならないものが好ましい。従来剥離剤に使用されていた代表的なアミン化合物であるモノエタノールアミンでは、炭酸塩の生成によって高粘度となり、剥離剤として使用する際に洗浄装置内部、配管中で閉塞原因となっていた。それに対して、本発明の一般式(1)、(2)のアミン化合物は炭酸塩が生成した場合にも低粘度の液体であり、工業的に使用するのに特に好ましい。
【0018】
本発明における一般式(1)のアミン化合物を例示すると、モルホリン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−プロピルモルホリン、N−ブチルモルホリン、N−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン、N−(3−アミノプロピル)モルホリン、N−(2−シアノエチル)モルホリン、N−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、N−メチル−N'−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジンなどが挙げられる。
【0019】
また本発明の一般式(2)のアミン化合物を例示すると、N,N,N',N'',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N'−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノールなどが挙げられる。
【0020】
これらは単独で使用しても良いが、2種以上を混合して使用しても良い。
【0021】
本発明の剥離用組成物にはさらにフッ化物及び/又は炭酸エステルを含んでなるものが好ましい。
【0022】
フッ化物は、レジスト、反射防止膜、ギャップフィル材などの有機ポリマー被膜の結合を切断し、これらの剥離を促進する効果がある。フッ化物としてはフッ酸及びその塩が挙げられるが、炭酸塩の析出を避けるため、特にフッ酸が好ましい。
【0023】
炭酸エステルとしては炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルが挙げられる。これらは単独で使用しても良いが、2種以上を混合して使用しても良い。これらの炭酸エステルもレジスト等の剥離を促進することができる。
【0024】
本発明の剥離用組成物には、酸化剤を添加しても良い。酸化剤はレジスト、反射防止膜、ギャップフィル材などの有機ポリマー被膜の結合を切断し、これらの剥離を促進する効果がある。本発明の剥離用組成物に添加する酸化剤には特に制限は無いが、例えばフッ酸、フッ化アンモニウム、硝酸、硝酸アンモニウム、過酸化水素、オゾンが好ましい。
【0025】
本発明の剥離用組成物には、有機溶媒及び/又は水を添加しても良い。有機溶媒及び/又は水は、レジスト等の剥離を促進することができる。ただし、高圧流体としてscCOを用いた場合など、高圧流体との溶解性が悪い場合があるため、その様な高圧流体を用いる場合に水を添加する際には、水と高圧流体の相溶性を改善する有機溶媒を添加することが好ましい。
【0026】
本発明の剥離用組成物に使用する有機溶媒に特に制限はないが、アルコール、ニトリル、ケトン等、scCO等の高圧流体とアミン化合物の溶解性が高いものが好ましい。
【0027】
本発明で用いる有機溶媒のうち、アルコールを例示すると、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、プロポキシエタノール、ブトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノール、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール等が挙げられる。これらは単独で使用しても、2種類以上を混合して使用しても良い。
【0028】
ニトリルを例示すると、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル、アジポニトリル等が挙げられる。これらは単独で使用しても、2種類以上を混合して使用しても良い。
【0029】
ケトンを例示すると、アセトン、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、アセトニルアセトン、イソホロン、シクロヘキサノン等が挙げられる。これらは単独で使用しても、2種類以上を混合して使用してもよい。
【0030】
本発明の剥離用組成物は、金属防食剤、金属キレート剤を添加して使用することができる。本発明の剥離用組成物を剥離に用いる際、特にステンレス鋼による装置を用いる場合には、ステンレス鋼の防食剤を添加することが好ましい。またステンレス鋼が腐食された場合に、その腐蝕溶出成分が半導体等の基体に付着することを抑制するため、さらにステンレス成分を溶解し得るキレート剤を添加することが好ましい。また半導体等の基体の配線材料に銅を用いた部材の付着物(被膜)を剥離する際には、銅の防食剤、及び銅用のキレート剤を添加することが好ましい。
【0031】
本発明の剥離用組成物において、各成分の比率は成分の種類により変動するため一概に決めることはできないが、例えばアミン化合物が0.01〜100重量%、酸化剤が0〜20重量%、水が0〜10重量%、有機溶媒が0〜90重量%の範囲の中から適宜選択できる。
【0032】
フッ化物、炭酸エステルを加える場合には、フッ化物が0.001〜5重量%、炭酸エステルが0.1〜90重量%であることが好ましい。
【0033】
アミン化合物が0.01重量%未満であると、レジスト等の剥離速度が遅く工業的でなくなるため、特に1重量%以上が好ましい。酸化剤が20重量%を超えると安定性が悪くなるとともにscCO等の高圧流体への溶解性が低下する。水が10重量%を超えると、scCO等の高圧流体へのの溶解性が低下し、有機溶媒が90重量%を超えると、剥離能力が低下する。
【0034】
フッ化物が0.001重量%未満では、レジスト等の剥離速度が遅く、5重量%を越えると半導体にダメージを与えてしまうため、特に0.01〜1重量%が好ましい。炭酸エステルは0.1重量%未満でも、90重量%を越えても剥離速度が低下する。特に1〜50重量%が好ましい。
【0035】
水が10重量%を超えると、scCO等の高圧流体への溶解性が低下し、有機溶媒が95重量%を超えると、剥離能力が低下する。
【0036】
本発明の剥離用組成物においては、剥離に用いる際に各成分を夫々添加して使用しても良いし、あらかじめ各成分を混合しておいてから使用しても良い。
【0037】
次に本発明の剥離剤を用いた剥離方法について説明する。
【0038】
本発明の剥離用組成物は、基体上の付着物(被膜)、例えば基体上に塗布されたフォトレジスト膜、塗布されたフォトレジスト膜をドライエッチング又はアッシングして変質したフォトレジスト層、反射防止膜をドライエッチング又はアッシングして変質した反射防止膜、ギャップフィル材などを剥離するために用いることが出来る。基体は特に限定されないが、例えばレジスト等が付着したSi,GaAsなどの半導体ウエハー、半導体チップ等が例示できる。
【0039】
本発明の剥離用組成物が剥離の対象とするレジスト、レジスト残査、反射防止膜、反射防止膜残査、ギャップフィル材、エッチング残査、アッシング残査は特に限定しないが、例えばレジストとしては、i線、g線、KrF、ArF用フォトレジストが挙げられる。これら付着物の組成も特に限定されないが、例えばノボラック系ポリマー、ポリヒドロキシスチレン系ポリマー、脂肪族カルボン酸ポリマー等から構成されているものが例示できる。反射防止膜、ギャップフィル材としては、これらのレジストポリマーを架橋したものが一般的であり、これらの反射防止膜、ギャップフィル材、すなわち架橋したポリマーも本発明の剥離用組成物で剥離することができる。
【0040】
本発明の剥離用組成物を用いた剥離方法では、本発明のアミン化合物と高圧流体を用いて基体上の付着物を剥離した後、剥離処理した基体を水洗しても良いが、剥離した後、基体を高圧流体で洗浄することがさらに好ましい。高圧流体で洗浄すれば、後で基体を水洗する必要がない。
【0041】
また高圧流体で洗浄する前に、有機溶媒及び/又は水と高圧流体の混合流体で処理することができる。ここで用いる有機溶媒は特に限定しないが、上述の剥離組成物に添加する成分として用いる有機溶媒を用いることができる。特にscCOを高圧流体として使用する際には、scCOの極性が低いため、水などの極性物質との相溶性が悪い。そのため、これらの有機溶媒は、scCOと水、あるいはその他の極性物質との相溶性を向上させるために使用する。
【0042】
また本発明の方法における剥離温度は、用いる高圧流体によって異なるため、特に制限はないが、例えばscCOを用いる場合、31℃以上で使用することが好ましい。一方、温度を高くするほど、圧力が高くなり、洗浄装置が高価になるため、200℃以下とするのが好ましい。いずれの高圧流体を用いる場合においても、剥離用組成物の圧力が1〜20MPa、特に好ましくは10〜20MPaとなる温度を選択することが好ましい。
【発明の効果】
【0043】
本発明の剥離用組成物は、超臨界状態を含む高圧流体と併せて用いることにより、基体上のレジスト等の付着物(被膜)を高速かつ残査なく剥離することができる。
【実施例】
【0044】
本発明を以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、表記を簡潔にするため、以下の略記号を使用した。
PMDETA:N,N,N',N'',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン炭酸塩
TMAEEA:N,N,N'−トリメチルアミノエチルエタノールアミン炭酸塩
NEM:N−エチルモルホリン炭酸塩
CEM:N−(2−シアノエチル)モルホリン炭酸塩
MHEP:N−メチル−N'−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン炭酸塩
EDA:エチレンジアミン炭酸塩
EtOH:エタノール
MeCN:アセトニトリル
O:水
NHF:フッ化アンモニウム
HF:フッ酸
EC:炭酸エチレン
実施例1〜5、比較例1
シリコンウェハ上に、市販のKrFポジ型フォトレジストを2μmの厚みで塗布し、プリベークした。次いで、マスクパターンを介して露光し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドで現像し、エッチングを行った。このシリコンウェハを耐圧容器に入れ、表1に示す剥離用組成物及び二酸化炭素(炭酸ガス)を容器に導入した(剥離用組成物濃度は二酸化炭素の30重量%とした)。70℃に加熱し、圧力を15MPaとして二酸化炭素を超臨界状態とした。1時間維持した後、冷却しウエハを取り出し、水洗、乾燥した。表面を走査型電子顕微鏡で観察し、レジスト変質膜の剥離状態を調べた。
【0045】
レジスト変質膜の剥離状態は以下の様に評価した。
○:剥離性良好
△:一部残存物有り
×:大部分残存
各レジスト剥離用組成のscCOへの溶解性は以下の様に評価した。
○:溶解
×:不溶
【0046】
【表1】

本発明の剥離用組成物は、レジストの剥離性、scCO溶解性に優れていたが、比較例の組成物はこれらの特性がいずれも不十分であった。
【0047】
実施例6〜10
シリコンウェハ上に、市販のKrF用有機系反射防止膜を2μmの厚みで塗布し、ベーク処理した。このシリコンウェハを耐圧容器に入れ、表2に示す剥離用組成物及び二酸化炭素(炭酸ガス)を容器に導入した。70℃に加熱し、圧力は実施例1と同様の範囲とし二酸化炭素を超臨界状態にした。1時間維持した後、冷却しウエハを取り出した。これを水洗いし、乾燥した。表面を走査型電子顕微鏡で観察し、反射防止膜の剥離状態を調べた。
【0048】
反射防止膜の剥離状態は以下の様に評価した。
○:剥離性良好
△:一部残存物有り
×:大部分残存
【0049】
【表2】

いずれの剥離組成でも、有機反射防止膜の剥離性は良好であった。
【0050】
実施例11〜16、比較例2〜5
シリコンウェハ上に、市販のKrF用有機系反射防止膜を2μmの厚みで塗布し、ベーク処理した。このシリコンウェハを耐圧容器に入れ、表3に示す剥離用組成物及び二酸化炭素(炭酸ガス)を容器に導入した(剥離用組成物濃度は二酸化炭素の30重量%とした)。70℃に加熱し、圧力を15MPaとして二酸化炭素を超臨界状態にした。所定時間維持した後、冷却しウエハを取り出した。これを水洗いし、乾燥した。表面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察し、反射防止膜の剥離状態を調べた。なお、SEMは日本電子社製JSM T220Aを用いた。
【0051】
反射防止膜の剥離状態は実施例1〜10と同様に評価した。
【0052】
【表3】

本発明の剥離用組成物も、レジストの剥離性、scCO溶解性に優れていたが、比較例の組成物は特にレジストの剥離性が不十分であった

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(1)及び/又は下記一般式(2)で示されるアミン化合物を含んでなる高圧流体で用いる剥離用組成物。
【化1】

(A、Bはそれぞれ独立してO及び/又はNH、NRを示す。ただし、RはC〜Cのアルキル基、ヒドロキシエチル基、アミノプロピル基、シアノエチル基を示す。)
【化2】

(XはO又はNMeを示す。YはOH又はNMeを示す。Meはメチル基を示す。)
【請求項2】
請求項1に記載のアミン化合物と高圧流体を含んでなる剥離用組成物。
【請求項3】
アミン化合物が、モルホリン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−プロピルモルホリン、N−ブチルモルホリン、N−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン、N−(3−アミノプロピル)モルホリン、N−(2−シアノエチル)モルホリン、N−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、N−メチル−N'−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジンから成る群より選ばれる少なくとも1種を含んでなる請求項1〜請求項2に記載の剥離用組成物。
【請求項4】
アミン化合物が、N,N,N',N'',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N'−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノールから成る群より選ばれる少なくとも1種を含んでなる請求項1〜請求項3のいずれかに記載の剥離用組成物。
【請求項5】
フッ化物及び/又は炭酸エステルを含んでなる請求項1〜請求項4に記載の剥離用組成物。
【請求項6】
炭酸エステルが炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルから選ばれる少なくとも1種を含んでなる請求項5に記載の剥離用組成物。
【請求項7】
酸化剤を含んでなる請求項1〜請求項6のいずれかに記載の剥離用組成物。
【請求項8】
酸化剤が、フッ酸、フッ化アンモニウム、硝酸、硝酸アンモニウム、過酸化水素、オゾンから成る群より選ばれる少なくとも1つである請求項7に記載の剥離用組成物。
【請求項9】
有機溶媒及び/又は水を含んでなる請求項1〜請求項8のいずれかに記載の剥離用組成物。
【請求項10】
有機溶媒がアルコール、ニトリル、ケトンから成る群より選ばれる少なくとも一種を含んでなる請求項9に記載の剥離用組成物。
【請求項11】
有機溶媒がメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、プロポキシエタノール、ブトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノール、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル、アジポニトリル、アセトン、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、アセトニルアセトン、イソホロン、シクロヘキサノンから成る群より選ばれる少なくとも1つを含んでなる請求項9〜請求項10に記載の剥離用成物。
【請求項12】
アミン化合物が0.01〜100重量%、酸化剤が0〜20重量%、水が0〜10重量%、有機溶媒が0〜90重量%である請求項1〜請求項11のいずれかに記載の剥離用組成物。
【請求項13】
高圧流体が二酸化炭素を含んでなる請求項1〜請求項12いずれかに記載の剥離用組成物。
【請求項14】
高圧流体が1〜20MPaの圧力範囲である請求項1〜請求項13のいずれかに記載の剥離用組成物。
【請求項15】
請求項1〜請求項14に記載の剥離用組成物を用いた剥離方法。
【請求項16】
基体に付着したレジスト、レジスト残渣、反射防止膜、反射防止膜残渣、ギャップフィル材、エッチング残渣、アッシング残渣から成る群より選ばれる少なくとも1つを剥離する請求項15に記載の剥離方法。
【請求項17】
請求項15〜請求項16のいずれかに記載の方法による基体の付着物の剥離方法において、剥離後に基体を高圧流体で洗浄する剥離方法。
【請求項18】
請求項17における剥離方法において、剥離工程と高圧流体での洗浄の間に、有機溶媒及び/又は水を含む高圧流体で基体を洗浄する剥離方法。
【請求項19】
洗浄用高圧流体が、圧力1〜20MPaの二酸化炭素を含んでなる請求項17〜請求項18のいずれかに記載の剥離方法。

【公開番号】特開2006−85126(P2006−85126A)
【公開日】平成18年3月30日(2006.3.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−14408(P2005−14408)
【出願日】平成17年1月21日(2005.1.21)
【出願人】(000003300)東ソー株式会社 (1,901)
【出願人】(000207551)大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Fターム(参考)】