【実施例】
【0052】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。まず、サンプルの準備および評価方法を説明する。
【0053】
<評価基板の作製方法>
本発明のフォトレジスト剥離液の効果を示すために、以下の手順で評価基板を作製した。これは通常6インチウエハーを用いた処理であり、スピンプロセッサと呼ばれる。まず、6インチウエハー形状のガラス基板(厚さ1mm)にITO(Indium Tin Oxide:透明電極)をスパッタ法により成膜した。厚みは0.2μm(2,000オングストローム)とした。
【0054】
次にITO膜の上にゲート線用のCu膜を蒸着法で約0.3μmの厚みに成膜した。次にポジ型のレジストを厚さ1μmの厚みにスピナーで塗布した。レジスト膜を成膜後、100℃の環境下で2分のプリベークを行った。
【0055】
次にフォトマスクを使って露光した。フォトマスクは幅5μmの直線状のパターンを用いた。そして、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)を使って現像を行った。これで、感光した部分のフォトレジストが除去された。
【0056】
40℃に昇温させた酸化剤系のエッチャントを用いて、1分間エッチングした。この処理で、フォトレジストが残った部分以外のCu膜は除去された。処理が終わった基板は純水の流水で1分間洗浄を行った。洗浄後の基板は8,000rpmのスピン乾燥装置で1分間乾燥させ保管した。なお、この際にフィルタを通した0.5m
3/sの流速の窒素ガスを回転中心から吹き付けた。
【0057】
<Cu膜腐食防止性>
Cu膜の腐食防止性は、以下のような手順で評価を実施した。まず、ゲート線(Cu膜で作ったもの)が長手方向となるように基板を10mm×60mmの短冊状に割断した。表1で示す組成で調製した剥離液20mlをバイアル瓶(30ml)に分注した。そして剥離液をバイアル瓶に入ったままウォーターバスにて40℃に昇温させた。そして40℃になった剥離液中に用意した評価基板を入れ30分浸漬させた。なお、この評価は、剥離液がCuをどの程度腐食するかを調べるための実験であるので、30分と長い時間浸漬させた。
【0058】
浸漬後剥離液から評価基板を引き上げて、純水の流水で1分間洗浄した。洗浄後はドライエアにて乾燥した。ドライエアはフィルタを通してあるが、温度は室温であった。処理後の基板はSEM(Scanning Electron Microscope)で表面および断面を観察し、バイアル瓶に残った剥離液は原子吸光分析によってCu濃度を分析した。
【0059】
SEMでの観察には以下のような基準で評価を行った。SEMによる800倍の平面観察および3,000倍の断面観察で、腐食が見られなかったものを「腐食なし」として丸印とした。また線幅、膜厚ともに減少したが、配線は残っている状態のものを「腐食あり」として三角印とした。また、配線が無くなっているものは、激しい「腐食あり」としてバツ印とした。それぞれの印は表1に示した。
【0060】
<レジスト剥離性>
フォトレジストの剥離性は、Cu膜の腐食防止性と同じ手順で評価を行った。具体的には以下のように行った。まず、ゲート線(Cu膜で作ったもの)が長手方向となるように基板を10mm×60mmの短冊状に割断した。表1で示す組成で調製した剥離液20mlをバイアル瓶(30ml)に分注した。そして剥離液をバイアル瓶に入ったままウォーターバスにて40℃に昇温させた。そして40℃になった剥離液中に用意した評価基板を入れ30秒浸漬させた。
【0061】
浸漬後剥離液から評価基板を引き上げて、純水の流水で1分間洗浄した。洗浄後はドライエアにて乾燥した。ドライエアはフィルタを通してあるが、温度は室温であった。処理後の基板はSEMで表面を観察した。
【0062】
SEMでの観察では以下のような基準で剥離性を評価した。SEMによる800倍の平面観察によって評価基板全長(60mm)に渡ってレジストの残渣がなかった場合は、「残渣無し」として丸印とした。また、残渣がある場合、若しくはCu膜の腐食が激しく評価する意味がない場合は「評価せず」としてマイナス記号(「−」)とした。
【0063】
<レジスト溶解性>
剥離液に対してレジスト溶解性を以下のように評価した。本実施例では、フォトレジストは酸化剤系のエッチャントに曝されているので、変性しており、容易には剥離できない。まず、ゲート線(Cu膜で作ったもの)が長手方向となるように基板を20mm×60mmの短冊状に割断した。表1で示す組成で調製した剥離液50mlをバイアル瓶(50ml)に分注した。そして剥離液をバイアル瓶に入ったままウォーターバスにて40℃に昇温させた。そして40℃になった剥離液中に用意した評価基板を入れ、レジストが浮き上がってくるまでの時間をストップウォッチで測定した。
【0064】
レジスト溶解性は以下の基準で評価を行った。評価基板を剥離液に浸漬させてから30秒以内にレジストが溶解した場合は、「十分な溶解力を有している」として丸印とした。また30秒以上かかった場合は、「フォトレジストの溶解度は十分でない」としてバツ印とした。
【0065】
<膜剥がれ>
酸化剤系エッチャントに曝されて変性したフォトレジストを十分に溶解し、Cu膜を腐食させなかったとしても、Cu膜表面に腐食防止剤が残留して、その上に形成した膜との接着性が悪いと、実用的とは言えない。そこで、Cu膜の表面に腐食防止剤が実用上問題ない程度に少ない、言い換えると、実用上問題なくCu膜の上に膜を形成することができる程度を膜剥がれとして以下の評価を行った。
【0066】
まず、ゲート線(Cu膜で作ったもの)が長手方向となるように基板を10mm×60mmの短冊状に割断した。表1で示す組成で調製した剥離液20mlをバイアル瓶(30ml)に分注した。そして剥離液をバイアル瓶に入ったままウォーターバスにて40℃に昇温させた。そして40℃になった剥離液中に用意した評価基板を30秒間浸漬させた。次に剥離液から取り出し、純水の流水で1分間洗浄した。洗浄後、室温で0.8m
3/sの流速のドライエアにて2分間乾燥した。
【0067】
そして、基板のCu膜が形成されている面に絶縁膜(SiO
2)をスパッタ法で、0.1μm成膜した。そして絶縁膜上に金を0.01μm程度さらにスパッタで成膜し、1,000倍の倍率でSEM観察した。膜剥がれは以下のような基準で評価を行った。Cu膜上に一体となって成膜出来ている場合は、「膜剥がれなし」として丸印とした。またCu膜のエッジ部分や平坦な部分の一部にでもSiO
2の剥がれや孔と認められるものがあった場合は「膜剥がれあり」としてバツ印とした。Cu膜上の絶縁膜は、完全に絶縁できていないと、ショートの原因となり、すぐに不良に繋がるため、厳しく評価を行う必要がある。
【0068】
以上の評価に加え、剥離液の組成、pHを含めて表1に示す。アミン類としては、比較のために、一級アルカノールアミンであるモノエタノールアミン(MEA)と、三級アルカノールアミンであるN−メチルジエタノールアミン(MDEA)を用いた。また、比較例として腐食防止剤としては、ベンゾトリアゾール(BTA)、ピロカテコール、ビタミンC、ソルビトールを用いた。以下に実施例および各比較例の組成および評価結果を説明する。
【0069】
(
参考例1)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMDEA(N−メチルジエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)を40質量%、PG(プロピレングリコール)を24質量%、水を31質量%とした。pHは10.6であった。
【0070】
Cu膜の腐食防止性は評価として三角であったが、レジストの剥離性、レジストの溶解性、銅層の上に積層する絶縁膜の膜剥がれともに評価は丸であった。なお、剥離液中の銅の溶出量は0.79ppmであったが、実用上まったく問題なかった。なお、比較例には入れていないが、レジスト膜を形成していないCu膜だけのサンプルに対して、実施例1の剥離液はCu膜腐食防止性の評価がバツになることを確認している。
【0071】
(
参考例2)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMDEA(N−メチルジエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)を40質量%、PG(プロピレングリコール)を24質量%、水を30.99質量%とした。これらを溶液成分と呼ぶ。
【0072】
レジスト成分は以下のようにして用意した。まず、ガラス基板上にスピナーで1μmの膜厚にポジ型レジストを塗布した。ここで用いたポジ型レジストは評価基板を作製する際に用いたレジストと同じレジストである。次に、このレジスト膜を露光した。露光の条件も評価基板を作製する際に用いた条件と同じである。ガラス基板上に形成した露光されたレジスト膜を溶液成分で溶解し、レジスト膜溶解前後の基板重量の差から、ガラス基板上に形成されていたレジスト膜の重量を割り出した。つまり同じようにして作製した「露光されたレジスト膜付きガラス基板」は、溶液成分中でレジスト膜を溶解すると、所定のレジスト成分を含有する剥離液を得る事ができる。以後これを「露光レジスト膜片」と呼ぶ。
【0073】
露光レジスト膜片は、溶液成分中に溶けた段階でレジスト成分となる。露光レジスト膜片を0.01質量%分用意し、40℃に温めた溶液成分中に混入した。露光レジスト膜片は容易に溶解した。MDEA、BDG、PG、水および露光レジスト膜片の混合物を、本実施例の剥離液とした。pHは10.4であった。
【0074】
Cu膜の腐食防止性は評価として三角であったが、レジストの剥離性、レジストの溶解性、Cu膜の上に形成する絶縁膜の膜剥がれともに評価は丸であった。なお、剥離液中の銅の溶出量は0.77ppmであったが、実用上まったく問題なかった。
【0075】
(実施例3)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMDEA(N−メチルジエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)を40質量%、PG(プロピレングリコール)を24質量%、水を30.95質量%露光レジスト膜片を0.05質量%とした。pHは10.2であった。
【0076】
Cu膜の腐食防止性、レジストの剥離性、レジストの溶解性、Cu膜の上に形成する絶縁膜の膜剥がれの全ての評価が丸であった。なお、剥離液中の銅の溶出量は0.35ppmであったが、実用上まったく問題なかった。
【0077】
(実施例4)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMDEA(N−メチルジエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)を40質量%、PG(プロピレングリコール)を24質量%、水を30.9質量%露光レジスト膜片を0.1質量%とした。pHは10.0であった。
【0078】
Cu膜の腐食防止性、レジストの剥離性、レジストの溶解性、Cu膜の上に形成する絶縁膜の膜剥がれの全ての評価が丸であった。なお、剥離液中の銅の溶出量は0.30ppmであったが、実用上まったく問題なかった。
【0079】
(実施例5)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMDEA(N−メチルジエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)を40質量%、PG(プロピレングリコール)を24質量%、水を30.8質量%露光レジスト膜片を0.2質量%とした。pHは9.9であった。
【0080】
Cu膜の腐食防止性、レジストの剥離性、レジストの溶解性、Cu膜の上に形成する絶縁膜の膜剥がれの全ての評価が丸であった。なお、剥離液中の銅の溶出量は0.26ppmであったが、実用上まったく問題なかった。
【0081】
(実施例6)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMDEA(N−メチルジエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)を40質量%、PG(プロピレングリコール)を24質量%、水を30.7質量%露光レジスト膜片を0.3質量%とした。pHは9.8であった。
【0082】
Cu膜の腐食防止性、レジストの剥離性、レジストの溶解性、Cu膜の上に形成する絶縁膜の膜剥がれの全ての評価が丸であった。なお、剥離液中の銅の溶出量は0.23ppmであったが、実用上まったく問題なかった。
【0083】
(比較例1)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMDEAを5質量%、極性溶媒としてBDGを40質量%、PGを24質量%、腐食防止剤としてBTAを0.1質量%、水は30.9質量%とした。pHは10.0であった。
【0084】
Cu膜の腐食防止性および、レジストの剥離性は評価が丸となった。しかし、レジストの溶解性および、Cu膜の上に形成する絶縁膜の膜剥がれともに評価はバツであった。なお、剥離液中の銅の溶出量は0.05ppm未満であった。これはレジスト溶解性が悪かったためにCu膜の表面を剥離液が浸食しなかったためである。Cu膜腐食防止性は向上したが、Cu膜の上部に形成した絶縁膜が剥がれた。
【0085】
(比較例2)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMEA(モノエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDGを42質量%、PGを18質量%、腐食防止剤としてBTAを0.1質量%、水を34.9質量%とした。pHは10.7であった。
【0086】
Cu膜の腐食防止性が評価バツとなった。Cu膜の表面は激しく腐食してCu膜が無くなっており、剥離性の評価はできなかった。レジストの溶解性は評価が丸となった。もちろん、Cu膜自体が無くなっているので、絶縁膜の剥離性の評価はするに値しなかった。
【0087】
(比較例3)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMEA(モノエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDGを42質量%、PGを18質量%、腐食防止剤としてBTAを0.49質量%、水を34.51質量%とした。pHは10.5であった。
【0088】
Cu膜の腐食防止性が評価バツとなった。Cu膜の表面は激しく腐食してCu膜が無くなっており、剥離性の評価はできなかった。レジストの溶解性は評価が丸となった。もちろん、Cu膜自体が無くなっているので、絶縁膜の剥離性の評価はするに値しなかった。
【0089】
(比較例4)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMEA(モノエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDGを42質量%、PGを18質量%、腐食防止剤としてBTAを0.98質量%、水を34.02質量%とした。pHは10.5であった。
【0090】
Cu膜の腐食防止性が評価バツとなった。Cu膜の表面は激しく腐食して銅層が無くなっており、剥離性の評価はできなかった。レジストの溶解性は評価が丸となった。もちろん、Cu膜自体が無くなっているので、絶縁膜の剥離性の評価はするに値しなかった。
【0091】
(比較例5)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMEA(モノエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDGを42質量%、PGを18質量%、腐食防止剤としてピロカテコールを5質量%、水を30質量%とした。pHは10.3であった。
【0092】
Cu膜の腐食防止性が評価バツとなった。Cu膜の表面は激しく腐食してCu膜が無くなっており、剥離性の評価はできなかった。レジストの溶解性は評価が丸となった。もちろん、Cu膜自体が無くなっているので、絶縁膜の剥離性の評価はするに値しなかった。
【0093】
(比較例6)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMEA(モノエタノールアミン)を20質量%、極性溶媒としてBDGを60質量%、腐食防止剤としてピロカテコールを5質量%、水を15質量%とした。pHは11.2であった。
【0094】
Cu膜の腐食防止性が評価バツとなった。Cu膜の表面は激しく腐食してCu膜が無くなっており、剥離性の評価はできなかった。レジストの溶解性は評価が丸となった。もちろん、Cu膜自体が無くなっているので、絶縁膜の剥離性の評価はするに値しなかった。
【0095】
(比較例7)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMEA(モノエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDGを42質量%、PGを18質量%、腐食防止剤としてBTAを1質量%、ビタミンCを1質量%、水を33質量%とした。pHは10.3であった。
【0096】
Cu膜の腐食防止性が評価バツとなった。Cu膜の表面は激しく腐食してCu膜が無くなっており、剥離性の評価はできなかった。レジストの溶解性は評価が丸となった。もちろん、Cu膜自体が無くなっているので、絶縁膜の剥離性の評価はするに値しなかった。
【0097】
(比較例8)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMEA(モノエタノールアミン)を5質量%、極性溶媒としてBDGを42質量%、PGを18質量%、腐食防止剤としてBTAを1質量%、ソルビトールを1質量%、水を33質量%とした。pHは10.5であった。
【0098】
Cu膜の腐食防止性が評価バツとなった。Cu膜の表面は激しく腐食してCu膜が無くなっており、剥離性の評価はできなかった。レジストの溶解性は評価が丸となった。もちろん、Cu膜自体が無くなっているので、絶縁膜の剥離性の評価はするに値しなかった。
【0099】
(比較例9)
剥離液の組成を以下のように調製した。アミン類としてMDEAを5質量%、極性溶媒としてBDGを40質量%、PGを24質量%、腐食防止剤としてBTAを1質量%、ソルビトールを1質量%、水を29質量%とした。pHは9.1であった。
【0100】
Cu膜の腐食防止性および、レジストの剥離性は評価が丸となった。しかし、レジストの溶解性および、Cu膜の上に形成する絶縁膜の膜剥がれともに評価はバツであった。なお、剥離液中の銅の溶出量は0.05ppm未満であった。これはレジスト溶解性が悪かったためにCu膜の表面を剥離液が浸食しなかったためである。Cu膜腐食防止性は向上したが、Cu膜の上部に積層した絶縁膜が剥がれた。
【0101】
【表1】
【0102】
比較例1は、実施例と同じ溶液構成であり、腐食防止剤がレジスト成分かBTAとの違いである。MDEA(N−メチルジエタノールアミン)を主成分とする溶液成分は、Cu膜への腐食作用が元々ある。しかし、BTAやレジスト成分によって、実用許容範囲で腐食を押さえる事ができる。ここで、実施例ではレジスト溶解性が丸評価であるのに対して、比較例1(BTA)ではバツであった。
【0103】
参考例1は腐食防止剤が含まれていないことを考えると、実施例および比較例1の溶液成分自体はレジストを溶解することができると考えられる。すると、比較例1でレジストが溶解しなかったのは、腐食防止剤であるBTAの影響と考えられた。すなわち、腐食防止剤として添加される成分は、レジスト膜自体の溶解性もある程度抑制していると考えられる。
【0104】
一方、露光されたレジスト成分から溶液成分中に溶けだしたレジスト成分は、腐食防止剤の機能を有し、剥離液の溶液成分が露光されたレジストを溶解するのを妨げない効果を果たしていると言える。
【0105】
比較例2乃至8は溶液成分の主成分をMEA(モノメチルエーテル)に変更したサンプルである。一級アミンであるMEAは、腐食性が強く、腐食剤としてBTAやピロカテコール、ビタミンC、ソルビトールを相当量入れても腐食力を抑制することはできなかった。
【0106】
比較例9は、溶液成分の主成分をMDEAに戻し、BTAおよびソルビトールを合わせて2質量%入れたものである。しかし、Cu膜への腐食防止効果は認められたものの、比較例1同様レジスト溶解性はバツ評価であった。
【0107】
以上の結果より、本発明の剥離液は、Cu膜への腐食効果が極めて弱く、なおかつレジストを溶かすこともでき、Cu膜の上に形成される層との接着性も良好であることがわかった。また、既述しているように、このレジスト成分は、感光剤(若しくはこれが変化したもの)および樹脂からなるので、剥離液中の溶液成分とは容易に分離することができる。したがって、繰り返し使用し、廃液となっても、溶液成分だけを分離回収することができる。
【0108】
より具体的には、アミン類と極性溶媒はまとめて分離回収することができる。これらは検量線等を予め作成しておくことで、その成分比率を容易に知ることができる。したがって、予め決められた成分構成比に対する不足分を補充し、さらに水を追加すれば、剥離液を再生することができる。しかも、この再生剥離液中には、微量な添加物が存在しないので、何度再生を行っても、微量成分が濃縮されるおそれがない。すなわち、安定して剥離液をリサイクルすることができる。