KR100310942B1 - 초전도 소자의 포토리소그라피 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 소자의 제조에 필요한 포토리소그라피 방법에 관한 것으로서, 포토마스크를 통한 기판 가장자리의 선택적 노광현상을 이용하여 기판 가장자리에 생기는 에지비드에 의한 회절현상을 제거하고, 금속반사막을 증착하여 투명한 기판 아랫면의 반사로 인한 패터닝 부정확성을 개선하며, 포토레지스트의 표면에 경화막을 선택적으로 형성하는 방법을 통해 식각조건에 알맞는 포토레지스트의 상태를 제공할 수 있도록 함으로써, 초전도 소자 제조시 패턴형성의 정확성을 높이고 에칭 프로파일을 원하는 모양으로 생성시킬 수 있으며, 이에 따라 소자 제조의 신뢰성과 재현성을 획기적으로 높이고 제조된 소자의 특성을 개선시킬 수 있도록 한 초전도 소자의 포토리소그라피 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

초전도 소자의 포토리소그라피 방법{Photolithography techniques for superconducting device}

본 발명은 초전도 소자의 제조를 위한 포토리소그라피 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에지비드에 의한 회절현상을 방지하고, 미세패턴 형성을 저해하는 빛 반사현상을 제거시키며, 변형방지를 위한 표면경화막과 양호한 스텝커버리지를 위한 포지티브슬루프를 갖는 포토레지스트를 식각조건에 맞게 각각 선택적으로 채용한 포토리소그라피 방법을 제공함으로써, 소자 제조의 정확성과 신뢰성을 높일 수 있으며, 소자의 특성을 개선시킬 수 있는 초전도 소자의 포토리소그라피 방법에 관한 것이다.

일반적으로 초전도 소자의 제조시 포토리소그라피 방법은 다음과 같은 과정으로 이루어져 있다.

1) 기판 표면에 포토레지스트를 도포(spin coating)한다.

이때, 포토레지스트가 기판에 잘 부착되도록 프리머(primer)라는 계면활성제를 먼저 도포하며, 포토레지스트의 종류 및 도포시 스핀 스피드는 공정에 의해 결정한다.

2) 포토레지스트를 오븐에서 베이킹한다.

이때에는 보통 90℃에서 20분간 실시한다.

3) 마스크 얼라이너(mask aligner)를 이용하여 포트마스크의 패턴을 포토레지스트에 투사시켜서 자외선을 받은 포토레지스트가 감광되게 한다.

이때, 포토마스크를 기판에 밀착시켜야만 회절현상을 없앨 수 있는데, 이를 위해서는 기판 가장자리에 형성되는 에지비드를 제거해야 한다.

4) 감광된 포토레지스트를 현상액에 넣고 현상시켜서 자외선을 받은 부분이 선택적으로 현상되게 한다.

5) 건식식각의 경우 포토레지스트를 고온에서 베이킹한다.

이러한 과정은 필요에 따라 선택한다.

6) 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 식각 또는 증착마스크로 하여 식각 또는 증착한다.

7) 식각 또는 증착 후 포토레지스트를 아세톤 등을 이용하여 제거한다.

위와 같은 1) 에서 7)의 과정으로 이루어진 포토리소그라피 방법을 수차례 반복하면 초전도 소자를 제조할 수 있다.

이와 같은 포토리소그라피 방법에서 현재 기판 가장자리에 생기는 에지비드를 제거하지 않고 마스크를 기판에 그대로 콘텍트 얼라인(contact align)시키고 있기 때문에 에지비드로 인한 회절현상으로 정확한 패턴형성이 곤란한 문제가 있고, 투명한 기판, 예를 들면 유리, 쿼츠, SrTiO₃, MgO 등 위에 패턴을 형성하는 경우 기판 아랫면에 의한 반사로 인해 미세패턴의 형성이 매우 어려운 문제가 있으며, 에칭마스크로 사용되는 포토레지스트의 단면이 수직으로 되어 있기 때문에 에칭된 단면의 기울기도 급격하게 되어 배선 및 절연특성이 나빠지는 문제가 있고, 건식식각에 대한 포토레지스트의 식각 저항성을 증가시키기 위한 포토레지스트 베이킹과정을 거치지 않기 때문에 포토레지스트의 에칭속도가 커지는 문제가 있으며, 또 베이킹을 그대로 하게 되면 포토레지스트의 패턴변형이 발생하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 포토마스크를 통한 기판 가장자리의 선택적 노광현상을 이용하여 기판 가장자리에 생기는 에지비드에 의한 회절현상을 제거하고, 금속반사막을 증착하여 투명한 기판 아랫면의 반사로 인한 패터닝 부정확성을 개선하며, 포토레지스트의 표면에 경화막을 선택적으로 형성하는 방법을 통해 식각조건에 알맞는 포토레지스트의 상태를 제공할 수 있도록 함으로써, 초전도 소자 제조시 패턴형성의 정확성을 높이고 에칭 프로파일을 원하는 모양으로 생성시킬 수 있으며, 이에 따라 소자 제조의 신뢰성과 재현성을 획기적으로 높이고 제조된 소자의 특성을 개선시킬 수 있도록 한 초전도 소자의 포토리소그라피 방법을 제공하는데 그 안출의 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 포토리소그라피 방법에서 기판 가장자리의 에지비드를 제거하는 과정을 보여주는 개략도

도 2는 본 발명의 포토리소그라피 방법에서 기판으로 투과되는 자외선을 차단하는 과정을 보여주는 개략도

도 3은 본 발명의 포토리소그라피 방법에서 포토레지스트의 포지티브슬루프를 형성시킨 형태를 보여주는 개략도

도 4는 본 발명의 포토리소그라피 방법에서 포토레지스트의 표면경화막을 형성시킨 형태를 보여주는 개략도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 기판 2 : 포토레지스트

3 : 에지비드 4 : 포토마스크

5 : 자외선 6 : 금속반사막

7a,7b : 식각마스크 8 : 표면경화막

9 : 포지티브슬루프

이하, 본 발명의 포토리소그라피 방법에 대한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 초전도 소자의 제조를 위한 포토리소그라피 방법에 있어서, 콘텍트 얼라인 과정에서 포토마스크를 사용하여 에지비드를 충분히 노광시킨 후 현상하여 에지비드를 제거하고, 또 투명한 기판의 표면에 일정두께의 금속반사막을 증착하여 기판으로 투과되는 자외선을 차단시키는 한편, 포지티브슬루프를 갖는 에칭단면을 형성하기 위하여 에칭마스크로 사용될 포토레지스트를 현상 후 베이킹하여 포토레지스트가 포지티브슬루프를 갖도록 처리하고, 포토레지스트의 건식식각에 대한 저항성을 증가시키기 위해 하드 베이킹 할 때, 포토레지스트의 표면에 경화막을 형성하여 포토레지스트의 패턴변형을 줄이는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 에지비드를 제거하는 과정에서 포토레지스트는 훽스트사의 AZ 시리즈 포토레지스트의 한 종류인 AZ5214E(두께 0.5∼3㎛의 포지티브 포토레지스트)를 사용하고, 두께 1.4㎛의 포지티브 포토레지스트를 적용하면서 노광시간을 3분으로 하여 현상하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속반사막을 증착하는 과정에서 반사막 재료는 알루미늄 또는 금으로 하고 약 10㎚ 두께로 증착하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 포지티브슬루프를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 과정에서 건식식각의 경우 베이킹 조건은 150℃에서 약 10분간 하고, 포토레지스트의 표면경화막 형성을 위한 불소 플라즈마 처리 조건은 상온에서 약 30초간 하는 것을 특징으로 한다.

이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1 내지 도4에서는 본 발명에 따른 포토리소그라피 방법의 바람직한 실시예에서 에지비드 제거과정, 자외선 차단과정, 포토레지스트의 포지티브슬루프 형태 및 표면경화막 형태를 개략적으로 보여주고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 가장자리가 라운딩되지 않은 기판(1)에 포토레지스트(2)를 도포하면 기판(1)의 가장자리, 특히 코너에 에지비드(3)가 형성된다.

이때, 에지비드(3)의 높이는 보통 수십 마이크로미터 이상이 되므로 콘텍트 얼라인시, 즉 기판(1) 위에 도포된 포토레지스트(2)에 패턴을 형성시키고자 할 때 원하는 패턴이 그려진 포토마스크(4)를 포토레지스트(2)의 표면에 최대한 가까이 밀착시키고 자외선 빛을 노광시키게 되는데, 에지비드(3)로 인해 포토마스크(4)와 포토레지스트(2)의 간격이 크기 때문에 심한 회절현상이 일어나게 된다.

이러한 회절현상은 정확한 패터닝을 불가능하게 하므로 그 원인이 되는 에지비드(3)를 제거해야 하는데, 이를 위하여 포토마스크(4)를 사용하여 에지비드(3)가 있는 부분만 충분히 노광시킨 다음 현상하면, 에지비드(3)가 제거되므로 회절현상을 완전히 배제할 수 있게 된다.

상기 에지비드(3)를 제거하는데 사용하는 포토레지스트(2)로는 AZ5214E, 즉 두께 0.5∼3㎛의 포지티브 포토레지스트를 사용하고, 바람직하기로는 두께 1.4㎛의 포지티브 포토레지스트를 사용하고 노광시간을 3분 정도로 하여 현상시키면 에지비드(3)가 쉽게 제거된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(1), 예를 들면 유리, 쿼츠, SrTiO₃, MgO 위에 미세패턴을 형성시키는 경우 자외선 투과가 자유로운 기판(1)의 특성 때문에 기판(1)의 아랫면에 반사된 자외선(5)으로 인해 미세패턴의 형성이 불가능하게 된다.

이를 개선하기 위해 기판(1)과 포토레지스트(2) 사이, 즉 기판(1)의 표면에얇은 금속반사막(6)을 증착시키면 기판(1)으로 투과되는 자외선을 차단할 수 있으므로 미세패턴의 형성이 가능하게 된다.

이때의 상기 금속반사막(6)은 알루미늄 박막이나 금 박막이 바람직하며, 그 두께를 약 10㎚ 정도로 하여 증착시키면 기판(1)으로 자외선(5)이 투과되는 것을 완벽하게 차단할 수 있게 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 건식식각을 이용하여 절연 및 배선을 위한 패터닝을 하는 경우 식각된 경계부분에서 스텝커버리지가 우수한 프로파일, 즉 스텝커버리지가 우수한 박막의 단면모양을 얻기 위해서는 포토레지스트의 식각마스크(7a)가 포지티브슬루프(9)를 가져야 한다.

예를 들면, 패터닝된 박막 경계부분의 기울기 모양이 기판면에 대하여 90°보다 작은 각도를 가지는 것을 포지티브슬루프를 가진다고 말하는데, 패턴 경계부분의 기울기가 포지티브슬루프를 가져야만 계속되는 절연 및 배선공정시 우수한 절연 및 배선특성을 얻을 수 있다.

본 발명에서는 현상된 포토레지스트 패턴을 충분히 높은 온도에서 베이킹함으로써, 포토레지스트의 흘러 내림 현상을 이용하여 포토레지스트의 포지티브슬루프(9)를 얻게 된다.

즉, 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 포지티브슬루프(9)를 갖는 포토레지스트 단면을 형성할 수 있게 된다.

이때의 베이킹 조건은 100∼170℃에서 10분 정도 베이킹하는 것이 바람직하다.

도 4에 도시한 바와 같이, 건식식각 후 식각된 박막의 단면이 기판(1)에 수직한 모양, 즉 90°를 가지는 것을 비등방 건식식각이라 하는데, 이러한 비등방 건식식각을 위해서는 포토레지스트(2)의 단면 모양이 수직이어야 하며, 건식식각에 대한 저항성이 우수해야 한다.

다시 말해, 포토레지스트를 식각마스크(7b)로 사용하는 경우, 식각하고자 하는 부분은 노출시키고 남겨두고자 하는 부분은 상기 식각마스크(7b)로 가리게 되는데, 이때의 식각마스크(7b)가 식각에 대해 잘 견뎌야 정확한 패턴을 형성할 수 있다.

즉, 식각마스크(7b)의 식각저항성(etch resistance)이 우수해야 정확한 패턴을 형성할 수 있다.

그러나, 포토레지스트(2)를 충분히 높은 온도에서 베이킹하게 되면 식각저항성은 높아지나 베이킹에 의해 포토레지스트의 패턴 모양이 찌그러지는 등의 변형이 발생하게 된다.

본 발명에서는 이러한 포토레지스트의 패턴 변형을 막기 위해 포토레지스트를 불소 플라즈마에 짧은 시간 노출시켜 포토레지스트의 표면에 경화막을 형성시켜 줌으로써, 베이킹에 의한 패턴의 변형을 막을 수 있게 된다.

이때의 불소 플라즈마 처리 조건은 CF₄, SF₆등의 불소 플라즈마에 약 30초간 노출시켜 줌으로써, 충분한 두께의 표면경화막(8)을 얻을 수 있게 된다.

따라서, 상기와 같은 본 발명의 포토리소그라피 방법을 미세패턴 형성을 필요로 하는 초전도 소자의 제조공정에 적용함으로써, 기존의 공정에 비해 패턴을 휠씬 정확하게 형성시킬 수 있으며, 우수한 특성을 갖는 소자를 제조할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 패턴 형성의 정확성을 높임으로써, 설계치에 가까운 구조와 수치를 갖는 소자를 제조할 수 있으며, 소자 제조의 정확성과 신뢰성을 획기적으로 높이고 제작된 소자의 특성을 개선시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 스텝커버리지를 개선시킴으로써, 접촉구의 전류밀도를 크게 증가시키고 절연특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 초전도 소자의 제조를 위한 포토리소그라피 방법에 있어서,

   건식식각을 이용한 패터닝시 포토레지스트의 식각저항성을 높이기 위해 고온에서 베이킹하는 경우 포토레지스트를 불소 플라즈마에 상온에서 30초간 노출시켜 표면경화막을 만든 후 베이킹하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 소자의 포토리소그라피 방법.