KR100310943B1 - Photolithography techniques for superconducting device - Google Patents
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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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photolithography method required for fabricating a superconducting device, and to removing diffraction caused by edge beads generated at the edge of a substrate by using selective exposure of the edge of the substrate through a photomask, and depositing a metal reflective film to deposit a transparent substrate. By improving the patterning inaccuracy due to the reflection of the bottom surface and by selectively forming a cured film on the surface of the photoresist, it is possible to provide a state of the photoresist suitable for the etching conditions, thereby improving the accuracy of pattern formation in the manufacture of superconducting devices. It is to provide a photolithography method of a superconducting device that can increase the etch profile to a desired shape, thereby significantly improving the reliability and reproducibility of device fabrication and improving the properties of the fabricated device.
Description
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.The present invention relates to a photolithography method for manufacturing a superconducting device, and more particularly, to prevent diffraction caused by edge beads, to remove light reflection that inhibits the formation of a micropattern, and to prevent surface deformation. By providing a photolithography method in which photoresist having positive slop for positive step coverage and good step coverage is selectively adapted to etching conditions, it is possible to increase the accuracy and reliability of device fabrication and to improve device characteristics. To a photolithography method.
일반적으로 초전도 소자의 제조시 포토리소그라피 방법은 다음과 같은 과정으로 이루어져 있다.In general, the photolithography method in the manufacture of a superconducting device consists of the following process.
1) 기판 표면에 포토레지스트를 도포(spin coating)한다.1) The photoresist is spin coated on the substrate surface.
이때, 포토레지스트가 기판에 잘 부착되도록 프리머(primer)라는 계면활성제를 먼저 도포하며, 포토레지스트의 종류 및 도포시 스핀 스피드는 공정에 의해 결정한다.At this time, a surfactant called a primer is first applied so that the photoresist adheres well to the substrate, and the type and spin speed of the photoresist are determined by a process.
2) 포토레지스트를 오븐에서 베이킹한다.2) The photoresist is baked in an oven.
이때에는 보통 90℃에서 20분간 실시한다.At this time, it is usually carried out at 90 ° C. for 20 minutes.
3) 마스크 얼라이너(mask aligner)를 이용하여 포트마스크의 패턴을 포토레지스트에 투사시켜서 자외선을 받은 포토레지스트가 감광되게 한다.3) Using a mask aligner, the pattern of the port mask is projected onto the photoresist so that the photoresist subjected to ultraviolet rays is exposed.
이때, 포토마스크를 기판에 밀착시켜야만 회절현상을 없앨 수 있는데, 이를 위해서는 기판 가장자리에 형성되는 에지비드를 제거해야 한다.At this time, the photomask should be in close contact with the substrate to eliminate the diffraction phenomenon, in order to remove the edge bead formed on the edge of the substrate.
4) 감광된 포토레지스트를 현상액에 넣고 현상시켜서 자외선을 받은 부분이 선택적으로 현상되게 한다.4) The photosensitive photoresist is placed in a developing solution and developed to selectively develop a portion subjected to ultraviolet rays.
5) 건식식각의 경우 포토레지스트를 고온에서 베이킹한다.5) For dry etching, the photoresist is baked at high temperature.
이러한 과정은 필요에 따라 선택한다.This process is chosen as needed.
6) 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 식각 또는 증착마스크로 하여 식각 또는 증착한다.6) The substrate on which the photoresist pattern is formed is etched or deposited by using an etching or deposition mask.
7) 식각 또는 증착 후 포토레지스트를 아세톤 등을 이용하여 제거한다.7) After etching or deposition, the photoresist is removed using acetone or the like.
위와 같은 1) 에서 7)의 과정으로 이루어진 포토리소그라피 방법을 수차례 반복하면 초전도 소자를 제조할 수 있다.By repeating the photolithography method composed of the processes 1) to 7) several times, a superconducting device can be manufactured.
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.In this photolithography method, since the contact is aligned to the substrate without removing the edge beads generated at the edge of the substrate, accurate patterning is difficult due to diffraction caused by the edge beads. For example, when a pattern is formed on glass, quartz, SrTiO 3 , MgO, etc., there is a problem that the formation of a fine pattern is very difficult due to reflection by the lower surface of the substrate. As a result, the slope of the etched section also becomes sharp, resulting in poor wiring and insulation characteristics, and the etching speed of the photoresist increases because the photoresist baking process is not performed to increase the etching resistance of the photoresist against dry etching. There is a problem There is a problem that pattern deformation of the photoresist occurs.
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.Therefore, the present invention has been made in view of the above, by using the selective exposure of the substrate edge through the photomask to remove the diffraction phenomenon caused by the edge bead at the edge of the substrate, by depositing a metal reflective film to the bottom surface of the transparent substrate By improving the patterning inaccuracy due to the reflection of light and by selectively forming a cured film on the surface of the photoresist, it is possible to provide a state of the photoresist suitable for the etching conditions, thereby improving the accuracy of pattern formation in the manufacture of superconducting devices. The purpose of the present invention is to provide a photolithography method of a superconducting device that can produce an etching profile in a desired shape, thereby significantly improving the reliability and reproducibility of device fabrication and improving the properties of the fabricated device. .
도 1은 본 발명의 포토리소그라피 방법에서 기판 가장자리의 에지비드를 제거하는 과정을 보여주는 개략도1 is a schematic diagram showing a process of removing edge beads of a substrate edge in the photolithography method of the present invention
도 2는 본 발명의 포토리소그라피 방법에서 기판으로 투과되는 자외선을 차단하는 과정을 보여주는 개략도2 is a schematic view showing a process of blocking ultraviolet rays transmitted to a substrate in the photolithography method of the present invention
도 3은 본 발명의 포토리소그라피 방법에서 포토레지스트의 포지티브슬루프를 형성시킨 형태를 보여주는 개략도Figure 3 is a schematic diagram showing the form of forming a positive loop of the photoresist in the photolithography method of the present invention
도 4는 본 발명의 포토리소그라피 방법에서 포토레지스트의 표면경화막을 형성시킨 형태를 보여주는 개략도Figure 4 is a schematic view showing the form of the surface cured film of the photoresist in the photolithography method of the present invention
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 기판 2 : 포토레지스트1 substrate 2 photoresist
3 : 에지비드 4 : 포토마스크3: edge bead 4: photo mask
5 : 자외선 6 : 금속반사막5: ultraviolet ray 6: metal reflective film
7a,7b : 식각마스크 8 : 표면경화막7a, 7b: etching mask 8: surface hardening film
9 : 포지티브슬루프9: positive loop
이하, 본 발명의 포토리소그라피 방법에 대한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the photolithography method of the present invention will be described in detail.
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.The present invention is a photolithography method for manufacturing a superconducting device, in which the edge bead is sufficiently exposed after development using a photomask in the contact alignment process to remove the edge bead, and a metal having a predetermined thickness on the surface of the transparent substrate While the reflective film is deposited to block ultraviolet rays transmitted to the substrate, the photoresist to be used as an etching mask is developed and baked to form an etching cross section having a positive loop, and the photoresist is processed to have a positive loop, and the dry etching of the photoresist is performed. When hard baking to increase the resistance to, characterized in that it comprises a step of forming a cured film on the surface of the photoresist to reduce the pattern deformation of the photoresist.
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.In particular, in the process of removing the edge bead, the photoresist is exposed to light using a positive photoresist having a thickness of 1.4 μm using AZ5214E (positive photoresist having a thickness of 0.5 to 3 μm), which is a type of AZ series photoresist of Hoechst. It develops by making time into 3 minutes.
또한, 상기 금속반사막을 증착하는 과정에서 반사막 재료는 알루미늄 또는 금으로 하고 약 10㎚ 두께로 증착하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the process of depositing the metal reflective film, the reflective film material is aluminum or gold, characterized in that deposited to about 10nm thickness.
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.In the process of forming the photoresist pattern having the positive loop, in the case of dry etching, baking conditions are performed at 150 ° C. for about 10 minutes, and fluorine plasma treatment conditions for forming the surface cured film of the photoresist are performed at room temperature for about 30 seconds. It is characterized by.
이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail as follows.
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.1 to 4 schematically show an edge bead removal process, an ultraviolet ray blocking process, a positive loop shape of a photoresist, and a surface hardening film form in a preferred embodiment of the photolithography method according to the present invention.
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.As shown in FIG. 1, when the photoresist 2 is applied to a substrate 1 having no rounded edges, an edge bead 3 is formed at the edge of the substrate 1, particularly at a corner.
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.At this time, since the height of the edge bead (3) is usually several tens of micrometers or more, the photomask (4) in which a desired pattern is drawn at the time of contact alignment, that is, to form a pattern in the photoresist (2) applied on the substrate (1). ) Close to the surface of the photoresist (2) as close as possible to expose the ultraviolet light, because of the large gap between the photomask (4) and the photoresist (2) due to the edge bead (3) is a severe diffraction phenomenon occurs. .
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.Since the diffraction phenomenon is impossible to accurately pattern, it is necessary to remove the edge bead (3) that is the cause. For this purpose, if only the portion having the edge bead (3) is exposed after the photomask (4) is developed, Since the edge bead 3 is removed, the diffraction phenomenon can be completely eliminated.
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.As the photoresist 2 used to remove the edge bead 3, AZ5214E, that is, a positive photoresist having a thickness of 0.5 to 3 µm is used, and preferably a positive photoresist having a thickness of 1.4 µm is used and the exposure time is 3 When developed at about a minute, the edge beads 3 are easily removed.
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.As shown in FIG. 2, when a micropattern is formed on a transparent substrate 1, for example, glass, quartz, SrTiO 3 , and MgO, the lower surface of the substrate 1 may be formed due to the characteristics of the substrate 1 having free UV transmission. Due to the reflected ultraviolet rays 5, it is impossible to form a fine pattern.
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.In order to improve this problem, depositing a thin metal reflective film 6 between the substrate 1 and the photoresist 2, that is, on the surface of the substrate 1 may block ultraviolet rays transmitted to the substrate 1, thereby forming a fine pattern. It becomes possible.
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.In this case, the metal reflective film 6 is preferably an aluminum thin film or a gold thin film. When the thickness of the metal reflective film 6 is about 10 nm, the ultraviolet ray 5 can be completely blocked from being transmitted to the substrate 1.
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.As shown in FIG. 3, in the case of patterning for insulation and wiring using dry etching, an etching mask of a photoresist may be used to obtain a profile having excellent step coverage at an etched boundary, that is, a cross-sectional shape of a thin film having excellent step coverage. (7a) should have a positive loop (9).
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.For example, it is said that the slope shape of the patterned thin film boundary has an angle less than 90 ° with respect to the substrate surface, and it has a positive loop. And wiring characteristics can be obtained.
본 발명에서는 현상된 포토레지스트 패턴을 충분히 높은 온도에서 베이킹함으로써, 포토레지스트의 흘러 내림 현상을 이용하여 포토레지스트의 포지티브슬루프(9)를 얻게 된다.In the present invention, the developed photoresist pattern is baked at a sufficiently high temperature, thereby obtaining the positive loop 9 of the photoresist by using the flow down phenomenon of the photoresist.
즉, 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 포지티브슬루프(9)를 갖는 포토레지스트 단면을 형성할 수 있게 된다.That is, as can be seen from the figure, the cross section of the photoresist having the positive loop 9 can be formed.
이때의 베이킹 조건은 100∼170℃에서 10분 정도 베이킹하는 것이 바람직하다.Baking conditions at this time, it is preferable to bake about 10 minutes at 100 ~ 170 ℃.
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.As shown in FIG. 4, the cross-section of the thin film etched after dry etching has a shape perpendicular to the substrate 1, that is, 90 °, is called anisotropic dry etching. For this anisotropic dry etching, the photoresist 2 may be formed. The shape of the cross section should be vertical and the resistance to dry etching should be excellent.
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.In other words, when the photoresist is used as an etching mask 7b, the portion to be etched is exposed and the portion to be left is covered by the etching mask 7b, where the etching mask 7b is used for etching. It must be well to withstand precise patterns.
즉, 식각마스크(7b)의 식각저항성(etch resistance)이 우수해야 정확한 패턴을 형성할 수 있다.That is, an accurate pattern may be formed only when the etching mask 7b has excellent etch resistance.
그러나, 포토레지스트(2)를 충분히 높은 온도에서 베이킹하게 되면 식각저항성은 높아지나 베이킹에 의해 포토레지스트의 패턴 모양이 찌그러지는 등의 변형이 발생하게 된다.However, when the photoresist 2 is baked at a sufficiently high temperature, the etching resistance is increased, but deformation such as distortion of the pattern shape of the photoresist occurs due to baking.
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.In the present invention, in order to prevent the pattern deformation of the photoresist, a photoresist is exposed to fluorine plasma for a short time to form a cured film on the surface of the photoresist, thereby preventing the deformation of the pattern by baking.
이때의 불소 플라즈마 처리 조건은 CF4, SF6등의 불소 플라즈마에 약 30초간 노출시켜 줌으로써, 충분한 두께의 표면경화막(8)을 얻을 수 있게 된다.The fluorine plasma treatment conditions at this time are exposed to fluorine plasma such as CF 4 and SF 6 for about 30 seconds, thereby obtaining a surface hardened film 8 having a sufficient thickness.
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.Therefore, by applying the photolithography method of the present invention as described above in the manufacturing process of the superconducting device that requires the formation of a fine pattern, it is possible to form a pattern much more accurately than the existing process, and to produce a device having excellent characteristics Can be.
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.As described above, the present invention can manufacture a device having a structure and a numerical value close to a design value by increasing the accuracy of pattern formation, and can dramatically improve the accuracy and reliability of device manufacturing and improve the characteristics of the manufactured device. There is an advantage.
또한, 스텝커버리지를 개선시킴으로써, 접촉구의 전류밀도를 크게 증가시키고 절연특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by improving the step coverage, there is an effect that can greatly increase the current density of the contact hole and improve the insulation characteristics.
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