[논문]포토레지스트 공정에서 높은 선택성을 가지는 초임계 이산화탄소/n-butyl acetate 공용매 시스템 연구

김동우; 허훈; 임권택

doi:10.7464/ksct.2017.23.4.357

포토레지스트 공정에서 높은 선택성을 가지는 초임계 이산화탄소/n-butyl acetate 공용매 시스템 연구
Study of Supercritical Carbon Dioxide/n-Butyl Acetate Co-solvent System with High Selectivity in Photoresist Removal Process 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.23 no.4, 2017년, pp.357 - 363

김동우 (부경대학교 융합디스플레이공학과) , 허훈 (부경대학교 융합디스플레이공학과) , 임권택 (부경대학교 융합디스플레이공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 초임계 이산화탄소/n-butyl acetate ($scCO_2$/n-BA) 공용매를 사용하여 네거티브형 포토레지스트(PR)를 제거하는 실험을 진행하였다. $scCO_2$와 n-BA의 용해도 평가를 통해 n-BA가 $scCO_2$와 균일하게 섞이는 조건을 실험적으로 측정하였다. 다양한 실험 변수를 조정하여 포토레지스트 제거 실험을 진행하였고, 미노광 포토레지스트 제거에 대한 최적의 조건을 확립하였다. 또한, 노광된 PR과 미노광 PR의 제거율을 비교하여 $scCO_2$/n-BA 공용매의 선택적 제거 성능을 확인하였다. 노광된 PR은 $scCO_2$/n-BA 공용매 환경에서 매우 안정적으로 존재함을 관찰하였고, 미노광 PR은 160 bar, $40^{\circ}C$, 75 wt% n-BA 이상의 농도에서 완전히 제거됨을 확인하였다. $scCO_2$/n-BA 공용매 시스템은 노광 PR과 미노광 PR 사이의 높은 선택성을 제공할 수 있으며, 네거티브 PR의 리소그래피 공정에서 높은 신뢰성을 부여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the supercritical carbon dioxide ($scCO_2$)/ n-butyl acetate (n-BA) co-solvent system was employed to remove an unexposed negative photoresist (PR) from the surface of a silicon wafer. In addition, the selectivity of the $scCO_2$/n-BA co-solvent system was confirmed for the unexposed and exposed negative PR. Optimum conditions for removal of the unexposed PR were obtained from various conditions such as pressure, temperature and n-BA ratio. The n-BA was highly soluble in $scCO_2$ without cloud point and phase separation in mostly experimental conditions. However, the $scCO_2$/n-BA co-solvent was phase separated at 100 bar, above $80^{\circ}C$. The unexposed and exposed PR was swelled in $scCO_2$ solvent at all experimental conditions. The complete removal of unexposed PR was achieved from the reaction condition of 160 bar, 10 min, $40^{\circ}C$ and 75 wt% n-BA in $scCO_2$, as measured by ellipsometry. The exposed photoresist showed high stability in the $scCO_2$/n-BA co-solvent system, which indicated that the $scCO_2$/n-BA co-solvent system has high selectivity for the PR removal in photo lithograph process. The $scCO_2$/n-BA co-solvent system not only prevent swelling of exposed PR, but also provide efficient and powful performance to removal unexposed PR.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 초임계 이산화탄소와 공용매인 n-butyl acetate(n-BA)를 이용하여 미노광된 네거티브 포토레지스트를 효과적으로 제거하는 연구를 진행하였다. 공용매 시스템의 조성을 결정하기 위해 n-BA의 용해도 테스트를 진행하였고, 초임계 이산화탄소/n-BA 공용매의 조성, 온도, 압력 등의 변수를 조절하여 PR 제거 실험을 진행하여 최적의 미노광 PR 제거 조건을 확립하였다.

제안 방법

본 논문에서는 초임계 이산화탄소와 공용매인 n-butyl acetate(n-BA)를 이용하여 미노광된 네거티브 포토레지스트를 효과적으로 제거하는 연구를 진행하였다. 공용매 시스템의 조성을 결정하기 위해 n-BA의 용해도 테스트를 진행하였고, 초임계 이산화탄소/n-BA 공용매의 조성, 온도, 압력 등의 변수를 조절하여 PR 제거 실험을 진행하여 최적의 미노광 PR 제거 조건을 확립하였다. 또한, 미노광 PR의 두께변화를 관찰하여 초임계 이산화탄소/n-BA 공용매의 선택적인 PR 제거 성능을 확인하였다.
공용매 시스템의 조성을 결정하기 위해 n-BA의 용해도 테스트를 진행하였고, 초임계 이산화탄소/n-BA 공용매의 조성, 온도, 압력 등의 변수를 조절하여 PR 제거 실험을 진행하여 최적의 미노광 PR 제거 조건을 확립하였다. 또한, 미노광 PR의 두께변화를 관찰하여 초임계 이산화탄소/n-BA 공용매의 선택적인 PR 제거 성능을 확인하였다.

대상 데이터

99% 이산화탄소는 임창가스에서 구입하여 실험에 사용되었다. 공용매로 사용된 n-BA (>99%)는 Sigma Aldrich에서 구입하였고 별도의 정제 없이 실험에 사용되었다. 노광 및 미노광된 네거티브 포토레지스트 샘플은 기업체로부터 제공받았고, 네거티브 포토레지스트가 스핀 코팅된 실리콘 웨이퍼는 1 × 1 cm로 잘라서 실험에 사용하였다.
공용매로 사용된 n-BA (>99%)는 Sigma Aldrich에서 구입하였고 별도의 정제 없이 실험에 사용되었다. 노광 및 미노광된 네거티브 포토레지스트 샘플은 기업체로부터 제공받았고, 네거티브 포토레지스트가 스핀 코팅된 실리콘 웨이퍼는 1 × 1 cm로 잘라서 실험에 사용하였다. 포토레지스트의 두께 변화를 확인하기 위해 M-2000D ellipsometry(J.
실험에 사용된 순도 99.99% 이산화탄소는 임창가스에서 구입하여 실험에 사용되었다. 공용매로 사용된 n-BA (>99%)는 Sigma Aldrich에서 구입하였고 별도의 정제 없이 실험에 사용되었다.

이론/모형

노광 및 미노광된 네거티브 포토레지스트 샘플은 기업체로부터 제공받았고, 네거티브 포토레지스트가 스핀 코팅된 실리콘 웨이퍼는 1 × 1 cm로 잘라서 실험에 사용하였다. 포토레지스트의 두께 변화를 확인하기 위해 M-2000D ellipsometry(J. A. Woollam)을 이용하였고, J. A. Woollam에 의뢰하여 정확한 포토레지스트 샘플의 cauchy기준 모델을 얻었다.

성능/효과

n-BA는 60 ℃ 이하의 온도에서 초임계 이산화탄소와 매우 잘 섞임을 확인할 수 있었고, 상대적으로 낮은 밀도의 초임계 조건인 100 bar, 80 ℃에서는 50 wt% n-BA 농도 조건에서도 상분리가 발생함을 확인할 수 있었다. 미노광 포토레지스트 경우, 160 bar, 40 ℃, 반응 시간 10분, nBA 농도 75 wt%이상의 조건에서 완전히 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 노광 포토레지스트의 경우 초임계 이산화탄소와 n-BA에 매우 높은 안정성을 나타내었다.
또한, 초임계 이산화탄소/n-BA 공용매 시스템은 초임계 이산화탄소만을 사용하였을 때 발생하는 노광 포토레지스트 필름의 팽윤을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다. 노광된 포토레지스트와 미노광 포토레스트 사이의 높은 선택성을 나타낼 뿐만 아니라 추가적인 초임계 린스를 통하여 잔여 n-BA를 효과적으로 제거할 수 있다. 본 연구의 결과로 현재 반도체의 세정 및 건조 용도로만 사용되는 초임계 기술이 초미세 반도체 패터닝 공정에서도 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
노광된 포토레지스트와 미노광 포토레스트 사이의 높은 선택성을 나타낼 뿐만 아니라 추가적인 초임계 린스를 통하여 잔여 n-BA를 효과적으로 제거할 수 있다. 본 연구의 결과로 현재 반도체의 세정 및 건조 용도로만 사용되는 초임계 기술이 초미세 반도체 패터닝 공정에서도 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 기존의 습식공정을 대체하여 용매의 사용을 줄이고, 재활용 가능한 이산화탄소의 장점을 통하여 반도체 공정에서 발생하는 환경오염 물질의 사용 및 배출을 감소시켜 친환경적인 반도체 공정을 구축 할 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

본 연구의 결과로 현재 반도체의 세정 및 건조 용도로만 사용되는 초임계 기술이 초미세 반도체 패터닝 공정에서도 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 기존의 습식공정을 대체하여 용매의 사용을 줄이고, 재활용 가능한 이산화탄소의 장점을 통하여 반도체 공정에서 발생하는 환경오염 물질의 사용 및 배출을 감소시켜 친환경적인 반도체 공정을 구축 할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초임계 이산화탄소의 특징은 무엇인가?	8 bar)에서 초임계 상태에 도달할 수 있다[1]. 초임계 이산화탄소(supercritical carbon dioxide, scCO2)는 낮은 유전 상수와 높은 압축성으로 인하여 압력 변화에 따라 용해도 계수를 변화시키기 용이하므로 감압에 의하여 용질을 쉽게 분리할 수 있다. 최근 환경오염의 심각성과 함께 청정 용매에 대한 연구가 세계적으로 이슈가 되면서, 초임계 이산화탄소가 유망한 대체 용매로써 많은 흥미를 끌고 있다.
	그 동안 초임계 이산화탄소의 연구용도는 어떻게 활용되었는가?	그 동안 초임계 이산화탄소는 추출 분야[2] 뿐만 아니라, 비 용매 코팅[3], 생체 분자의 반응 및 분리, 화학 반응 및 중합 반응[4-6], 고 표면적 재료 및 극립자의 제조[7-10] 섬유, 금속, 반도체 세정[11] 및 폐수 처리와 같은 오염물 분리 등에도 활발하게 연구되어 왔다[12]. 특히, 초임계 이산화탄소는 높은 밀도, 점도, 높은 침투력, 낮은 표면장력 등의 장점으로 미세전자 소자의 건조, 현상, 침적, 제거 등의 리소그래피 공정에 높은 적합성을 가지고 있다[13-15].
	습식 포토레지스트(PR) 스트리핑의 문제점은 무엇인가?	습식 포토레지스트(PR) 스트리핑은 오랜 역사에도 불구하고 여전히 반도체 산업에서 가혹한 공정 조건, 오염물, 등 다양한 문제에 직면해 있다[18-22]. 또한, 이러한 스트리핑 용액은 환경적으로 위험한 독성 용제와 용매가 함유되어 있다. 기본적인 저 유전율(low-k) 절연 재료에 손상을 주지 않고 PR을 제거하는 방법은 PR 스트리핑 공정에서 매우 중요하다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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