(57)【要約】【課題】  アルカリ性現像液により、超伝導膜２の表面組成が劣化するのを抑制することができる超伝導平面回路の製造方法を提供する。【解決手段】  超伝導膜２の上にポジ型フォトレジスト５を形成し（図１（ａ））、ポジ型フォトレジスト５を熱処理により硬化させる（図１（ｂ））。これにより、緻密でアルカリ性現像液の浸透を抑制できる硬化ポジ型フォトレジスト５を形成する。続いて、硬化ポジ型フォトレジスト５の上にＡｌ膜６を形成し（図１（ｃ））、Ａｌ膜６をパターニングする（図１（ｄ）、（ｅ））。次に、Ａｌ膜６をマスクとして硬化ポジ型フォトレジスト５をパターニングする（図１（ｆ））。そして、硬化ポジ型フォトレジスト５をマスクとして、イオンビームエッチングにより、超伝導膜２をパターニングする（図１（ｇ））。その後、硬化ポジ型フォトレジスト５を除去する（図１（ｈ））。【選択図】        図１
2005086159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導膜（２）の表面に第１のマスク材を形成する工程と、
前記第１のマスク材（５）の上にパターニングされた第２のマスク材（６）を形成する工程と、
パターニングされた前記第２のマスク材（６）を用いて前記第１のマスク材をパターニングする工程と、
パターニングされた前記第１のマスク材を用いて、イオンビームエッチングにより、超伝導膜（２）をエッチングする工程とを有する超伝導平面回路の製造方法において、
前記第１のマスク材を形成する工程は、前記超伝導膜（２）の表面にフォトレジスト（５）を形成した後、熱処理により前記フォトレジスト（５）を硬化させることで、前記第１のマスク材を形成することを特徴とする超伝導平面回路の製造方法。
【請求項２】
前記フォトレジスト（５）を熱処理するときの温度は、前記イオンビームエッチングの際における前記フォトレジスト（５）の収縮率が０．５％以下となる温度であることを特徴とする請求項１に記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項３】
前記フォトレジスト（５）を熱処理するときの温度は、１５０℃以上３００℃以下であることを特徴とする請求項２に記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項４】
前記フォトレジスト（５）を熱処理するときの温度は、２００℃以上３００℃以下であることを特徴とする請求項３に記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項５】
前記フォトレジスト（５）を熱処理するときの温度は、２００℃以上２５０℃以下であることを特徴とする請求項４に記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項６】
前記パターニングされた第２のマスク材を形成する工程は、
前記第１のマスク材（５）の上に前記第２のマスク材として金属膜（６）を形成する工程と、
前記金属膜（６）の上に第３のマスク材を形成する工程と、
前記第３のマスク材をパターニングする工程と、
前記パターニングされた第３のマスク材およびｐＨが１０．０より大きく１４．０より小さいアルカリ性溶液を用いて、前記金属膜（６）をエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項７】
前記パターニングされた第２のマスク材を形成する工程は、
前記第１のマスク材（５）の上に前記第２のマスク材として金属膜（６）を形成する工程と、
前記金属膜（６）の上にポジ型フォトレジストからなる第３のマスク材（７）を形成する工程と、
ｐＨが１０．０より大きく１４．０より小さいアルカリ性溶液を用いて、前記第３のマスク材（７）を現像するとともに、前記金属膜（６）をエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項８】
前記第１のマスク材（５）の上に前記金属膜を形成する工程では、膜厚が１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるアルミニウム膜（６）を形成することを特徴とする請求項６または７に記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項９】
前記第１のマスク材（５）の上に前記金属膜を形成する工程では、膜厚が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるアルミニウム膜を形成することを特徴とする請求項８に記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項１０】
前記アルカリ性溶液のｐＨを１２．６以上１３．３以下とすることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１つに記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項１１】
前記アルカリ性溶液のｐＨ値を１２．８以上１３．２以下とすることを特徴とする請求項１０に記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項１２】
前記パターニングされた第２のマスク材（６）を形成する工程は、
前記第１のマスク材（５）の表面に、既にパターニングされている第３のマスク材を配置する工程と、
前記第１のマスク材（５）の表面のうち、前記第３のマスク材が配置されている領域を除く領域にのみ前記第２のマスク材として金属膜（６）を形成する工程と、  
前記金属膜（６）を形成した後、前記第３のマスク材を除去する工程とを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項１３】
前記超伝導膜（２）をエッチングする工程では、前記第１のマスク材（５）の上に前記金属膜（６）を残した状態で、前記超伝導膜（２）をエッチングすることを特徴とする請求項６ないし１２のいずれか１つに記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項１４】
前記第１のマスク材（５）をパターニングする工程では、前記超伝導膜（２）との反応性の低い反応性ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、前記第１のマスク材（５）をパターニングすることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項１５】
前記第１のマスク材（５）をパターニングする工程では、酸素プラズマエッチングにより、前記第１のマスク材（５）をパターニングすることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項１６】
前記第１のマスク材（５）として用いるフォトレジストはポジ型であることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の超伝導平面回路の製造方法。
【請求項１７】
超伝導膜（２）の表面に第１のマスク材（５）を形成する工程と、
前記第１のマスク材（５）の表面に既にパターニングされている第２のマスク材（６）を配置する工程と、
前記第１のマスク材（５）の表面のうち、前記第２のマスク材（６）が配置されている領域を除く領域にのみ前記第３のマスク材を堆積する工程と、
前記第３のマスク材を堆積した後、前記第２のマスク材（６）を除去する工程と、
前記第３のマスク材を用いて、前記第１のマスク材（５）をパターニングする工程と、
パターニングされた前記第１のマスクを用いて、イオンビームエッチングにより、前記超伝導膜（２）をエッチングする工程とを有することを特徴とする超伝導平面回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導平面回路の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超伝導特性を利用したフィルタ回路やアンプ回路等の超伝導平面回路がある。図５に従来における超伝導平面回路の製造工程を示す。従来における超伝導平面回路の製造工程は、例えば、次のようになっている。  
〔図５（ａ）に示す工程〕
基板１の上面に超伝導膜２を形成し、基板１の下面に超伝導膜３および裏面電極４を形成する。そして、上面側の超伝導膜２の表面に第１のマスク材としてのカーボン層１５を真空蒸着法、スパッタ法により形成する。
〔図５（ｂ）に示す工程〕
カーボン層１５の表面にパターニングされたフォトレジスト１６を形成する。具体的には、図６（ａ）に示すように、カーボン層１５の表面にポジ型のフォトレジスト１６を成膜する。続いて、図６（ｂ）に示すように、フォトレジスト１６に対して露光し、アルカリ性現像液を用いて現像する。
〔図５（ｃ）に示す工程〕
フォトレジスト１６および露出しているカーボン層１５の上に第２のマスク材としてのアルミニウム（Ａｌ）層１７を形成する。
〔図５（ｄ）に示す工程〕
リフトオフ法により、フォトレジスト１６およびその上のＡｌ層１７を除去する。
〔図５（ｅ）に示す工程〕
パターニングされたＡｌ層１７をマスクとして、反応性イオンエッチングを施し、カーボン層１５をパターニングする。
〔図５（ｆ）に示す工程〕
パターニングされたカーボン層１５をマスクとして、アルゴンイオンビームエッチングを施し、超伝導膜２をエッチングする。
〔図５（ｇ）に示す工程〕
カーボン層１５を除去する。これにより、超伝導膜２から構成される平面回路パターンが形成される。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２９８６１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
超伝導膜は、一般に水分、酸、塩基に弱く、特に酸、または塩基（アルカリ性）に直接触れると超伝導膜の表面組成が劣化することが知られている。しかし、上記した超伝導平面回路の製造工程では、図５（ａ）の工程で、高価な成膜装置を用いて真空蒸着法・スパッタ法でカーボン層１５を形成しており、このカーボン層１５を厚く形成した場合に、図７に示すように、多大な成膜時間（１．０μｍ/ｈ）を要するだけでなく、カーボン層１５を構成するカーボン粒子が粗くなっていた。このため、図６（ｂ）に示すように、フォトレジスト１６の現像を行うと、アルカリ性現像液がカーボン粒子同士の隙間に浸透し、超伝導膜２の表面組成が劣化してしまう。この結果、超伝導特性が低下するという問題があった。
【０００４】
なお、上記した製造方法では、図示しなかったが、超伝導膜２の表面上に保護膜を形成していた。しかし、通常、超伝導膜２の表面上には薄い保護膜しか形成できないため、この保護膜では、アルカリ性現像液から超伝導膜２を十分に保護できなかった。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、アルカリ性現像液により、超伝導膜２の表面組成が劣化するのを抑制することができる超伝導平面回路の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１のマスク材を形成する工程で、超伝導膜（２）の表面にフォトレジスト（５）を形成した後、熱処理により前記フォトレジスト（５）を硬化させることで、第１のマスク材を形成することを特徴としている。
【０００７】
熱処理により硬化された型フォトレジストは真空蒸着法・スパッタ法で形成されたカーボン層よりも緻密である。このため、本発明によれば、第１のマスク材をパターニングする工程で、アルカリ性現像液を使用してフォトリソグラフィおよびエッチングを施しても、上記した従来技術と比較して、超伝導膜がアルカリ性現像液に触れるのを抑制することができる。この結果、超伝導特性が低下するのを抑制することができる。
【０００８】
フォトレジストとしては、例えば、請求項１６に示すように、ポジ型フォトレジストを用いることができる。
【０００９】
また、フォトレジストの熱処理温度としては、請求項２に示すように、イオンビームエッチングの際におけるフォトレジストの収縮率が０．５％以下となる温度とすることが好ましい。これは、イオンビームエッチングの際、マスクとなるフォトレジストが収縮および変形すると、超伝導膜を良好にパターニングできないからである。例えば、請求項３に示すように、１５０〜３００℃とすることができる。
【００１０】
また、フォトレジストの熱処理温度としては、請求項４に示すように、２００〜３００℃とすることがより好ましい。これは、超伝導膜をイオンビームエッチングした際、超伝導膜のエッチング断面を垂直に近い形状にすることができるからである。  
【００１１】
また、フォトレジストの熱処理温度としては、請求項５に示すように、２００〜２５０℃とすることがよりいっそう好ましい。これは、フォトレジストとしてポジ型フォトレジストを用いた場合、超伝導膜をエッチングする工程の後に熱処理されたポジ型フォトレジストを除去するとき、このポジ型フォトレジストをリムーバーまたは酸素プラズマにより容易に除去することができるからである。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、パターニングされた第２のマスク材を形成する工程は、
第１のマスク材（５）の上に第２のマスク材として金属膜（６）を形成する工程と、金属膜（６）の上に第３のマスク材を形成する工程と、第３のマスク材をパターニングする工程と、パターニングされた第３のマスク材およびｐＨが１０．０より大きく１４．０より小さいアルカリ性溶液を用いて、金属膜（６）をエッチングする工程とを含むことを特徴としている。
【００１３】
このように金属膜のパターニングにおいて、ｐＨが１０．０より大きく１４．０より小さいアルカリ性溶液を用いたウェットエッチングを行うことで、仮に、アルカリ性溶液が第１のマスクに浸透して、超伝導膜に触れたとしても、超伝導膜の表面組成が劣化するのを抑制することができる。
【００１４】
さらに、請求項７に記載の発明では、ｐＨが１０．０より大きく１４．０より小さいアルカリ性溶液を用いて、第３のマスク材（７）を現像するとともに、金属膜（６）をエッチングすることを特徴としている。
【００１５】
本発明も請求項６に記載の発明と同様の効果を有している。さらに、本発明では、第３のマスク材現像と、金属膜のエッチングとを一工程で行うことで、請求項６に記載の発明のように、第３のマスク材の現像と、金属膜のエッチングとを別々に行う場合と比較して、製造工程を減らすことができる。
【００１６】
金属膜としては、例えば、請求項８に示すように、アルミニウム膜（６）を用いることができ、その膜厚を１００〜５００ｎｍとすることができる。また、請求項９に示すように、その膜厚を２００〜３００ｎｍとすることができる。なお、請求項９の発明によれば、請求項８の発明よりも超伝導膜の回路パターンを高精度に形成することができる。
【００１７】
アルカリ性溶液としては、例えば、請求項１０に示すように、ｐＨが１２．６〜１３．３であるものを用いることができるが、請求項１１に示すように、ｐＨが１２．８〜１３．２のものを用いる方がより好ましい。
【００１８】
請求項１２に記載の発明では、パターニングされた第２のマスク材（６）を形成する工程は、第１のマスク材（５）の表面に、既にパターニングされている第３のマスク材を配置する工程と、第１のマスク材（５）の表面のうち、第３のマスク材が配置されている領域を除く領域にのみ第２のマスク材（６）を堆積する工程と、第２のマスク材（６）を堆積した後、第３のマスク材を除去する工程とを有することを特徴としている。
【００１９】
これにより、フォトリソグラフィおよびエッチングを施すことなく、パターニングされた第２のマスク材を形成することができる。このことから、アルカリ性現像液を使用する必要が無いため、超伝導膜がアルカリ現像液に触れるのを防ぐことができる。
【００２０】
請求項１３に記載の発明では、超伝導膜をエッチングする工程で、第１のマスク材（５）の上に金属膜（６）を残した状態で、超伝導膜をエッチングすることを特徴としている。
【００２１】
これにより、熱処理されていないフォトレジストのみをマスクとして、超伝導膜をエッチングする場合と比較して、エッチング選択比（マスクのエッチングレートに対する超伝導膜のエッチングレートの比）を大きくすることができる。
【００２２】
請求項１４または請求項１５に示すように、第１のマスク材をパターニングする工程では、例えば反応性イオンエッチングまたは酸素プラズマエッチングにより、第１のマスク材をパターニングすることができる。
【００２３】
請求項１７に記載の発明では、第１のマスク材（５）の表面のうち、第２のマスク材（６）が配置されている領域を除く領域にのみ第３のマスク材を堆積する工程を有することを特徴としている。
【００２４】
これにより、フォトリソグラフィおよびエッチングを施すことなく、パターニングされた第２のマスク材を形成することができる。このことから、アルカリ性現像液を使用する必要が無いため、超伝導膜がアルカリ現像液に触れるのを防ぐことができる。なお、第２のマスク材としては、例えば、メタルマスクを用いることができる。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態における超伝導平面回路の製造方法を以下に説明する。本実施形態と図５に示す従来技術との主な相違点は第１のマスク材である。図１に本実施形態における超伝導平面回路の製造工程を示す。
〔図１（ａ）に示す工程〕
例えば、ＭｇＯ等酸化物系の基板１の上面に超伝導膜２を形成し、基板１の下面に超伝導膜３および裏面電極４を形成する。ここで、超伝導膜２としては、例えば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導膜を用いる。そして、超伝導膜２の表面にポジ型フォトレジスト５を成膜する。なお、超伝導膜２とポジ型フォトレジスト５との間に保護膜を形成しても良い。
〔図１（ｂ）に示す工程〕
例えば、高温槽やホットプレート等の熱処理炉で、ポジ型フォトレジスト５に対して熱処理を施す。このとき、熱処理温度をポジ型フォトレジスト５が硬化する温度とし、例えば、２００℃以上２５０℃未満とする。これにより、ポジ型フォトレジスト５を熱収縮させ、ポジ型フォトレジスト５を硬化させる。ここで言う硬化とは、ポジ型フォトレジスト５に熱を加えても収縮せず、後に説明する図１（ｇ）に示す工程で、ポジ型フォトレジスト５の形状がほとんど変化しない状態にすることを意味する。なお、以下では熱処理により硬化されたポジ型フォトレジスト５を硬化ポジ型フォトレジスト５と呼ぶ。
【００２７】
ここで、熱処理温度について説明する。図２にポジ型フォトレジスト５の熱処理温度と、
イオンビームエッチングによる硬化ポジ型フォトレジスト５の収縮率との関係を示す。これは、各温度で熱処理されたポジ型フォトレジスト５を、後に説明する図１（ｇ）に示す工程で、イオンビームエッチング際のマスクとして用いたときにおける収縮率を測定した結果である。また、このとき、ポジ型フォトレジスト５としてＳ１８３０（シプレイ社製）を用い、Ｎ２雰囲気中で熱処理した。
【００２８】
図２からわかるように、１５０℃以上の温度で熱処理されたポジ型フォトレジスト５は、イオンビームエッチングでの収縮率が０．５％以下であり、ほとんど収縮しない。超伝導平面回路の製造では、イオンビームエッチングで超伝導膜をパターニングするとき、マスク材の収縮および変形が起こらないことが要求される。これは、マスク材が収縮もしくは変形すると、超伝導膜を所定の回路パターン形状に加工できないからである。
【００２９】
また、熱処理温度を３００℃よりも高くした場合では、超伝導特性が劣化してしまうことがわかっている。したがって、マスク材の収縮および変形が起こらないようにするという観点および超伝導特性を劣化させないという観点から、熱処理温度を１５０℃以上３００℃以下とするのが良い。
【００３０】
また、熱処理温度を２００℃以上とした場合では、超伝導膜２のエッチング断面におけるテーパ角２ａを約７０〜８０°とすることができ、１００℃以上２００℃未満の場合と比較して、超伝導膜２のエッチング断面を垂直に近い形状にすることができる（図１（ｈ）参照）。これにより、超伝導特性を阻害することなく、微細な回路パターンを形成することができる。
【００３１】
したがって、超伝導膜２の断面形状を略垂直な形状とするという観点と上記した２つの観点から、熱処理温度を２００℃以上３００℃以下とするのが良い。
【００３２】
さらに、後に説明する図１（ｈ）に示す工程で、超伝導膜２をエッチングした後、硬化ポジ型フォトレジスト５を除去する際、硬化ポジ型フォトレジスト５の除去を容易に行うためには、熱処理温度を２５０℃以下とするのが良いことが本発明者らの実験結果よりわかっている。したがって、本実施形態では、硬化ポジ型フォトレジスト５を容易に除去するという観点と上記した全ての観点から、熱処理温度を２００℃以上２５０℃以下としている。
【００３３】
このようにポジ型フォトレジスト５を熱処理することで、超伝導膜２の表面上に第１のマスク材としての硬化ポジ型フォトレジスト５を形成する。なお、第１のマスク材として硬化ポジ型フォトレジスト５を用いるのは、フォトレジストは厚膜形成が容易であり、硬化ポジ型フォトレジスト５は、後に説明する反応性イオンエッチング等での加工が容易で、上記したように垂直形状に近いマスク断面が得られるからである。
〔図１（ｃ）に示す工程〕
この工程では、硬化ポジ型フォトレジスト５の表面上に、蒸着法またはスパッタ法により、第２のマスク材としてのアルミニウム（Ａｌ）膜６を形成する。このとき、Ａｌ膜６の膜厚を、後に説明する工程で、超伝導膜２をエッチングしたとき、超伝導膜２を良好な配線パターン形状とすることができる膜厚であって、かつ、超伝導膜のエッチングと同時にＡｌ膜６が除去される膜厚とする。本発明者らの実験結果によれば、例えば、Ａｌ膜６の膜厚の範囲を１００〜５００ｎｍ（１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下）とするのが良い。
【００３４】
また、本発明者らの実験により、Ａｌ膜６の膜厚の範囲を例えば２００〜３００ｎｍ（２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）とすることで、超伝導膜２の配線パターンを、以下に説明するように精度良く形成できることもわかっている。Ａｌ膜６の膜厚の範囲を１００〜５００ｎｍとした場合では、配線の寸法誤差は１０％程度であったのに対して、Ａｌ膜６の膜厚の範囲を２００〜３００ｎｍとした場合では、配線の寸法誤差は１％程度であった。このように、Ａｌ膜６の膜厚の範囲を例えば２００〜３００ｎｍとすることで、より微細な回路パターンの形成が可能である。
〔図１（ｄ）に示す工程〕
Ａｌ膜６の表面上に第３のマスク材としてのポジ型フォトレジスト７をさらに成膜する。
〔図１（ｅ）に示す工程〕
この工程では、ポジ型フォトレジスト７を露光した後、アルカリ性現像液を用いて、ポジ型フォトレジスト７の現像を行うとともに、Ａｌ膜６をエッチングする。すなわち、ポジ型フォトレジスト７の溶解とＡｌ膜６のエッチングとを一工程で行う。このとき使用するアルカリ性現像液はｐＨ値が１０、０より大きく１４、０より小さい値のものである。
【００３５】
ここで、このとき使用するアルカリ性現像液のｐＨ値について説明する。図３にアルカリ性現像液のｐＨ値とＡｌ膜６のエッチングレートとの関係を示す。図３は、この工程において、ポジ型フォトレジスト７を一定時間露光し、各ｐＨ値のアルカリ性現像液を用いて、Ａｌ膜６のエッチングレートを測定した結果である。なお、ポジ型フォトレジストとしてＳ１８３０（シプレイ社製）を用い、アルカリ性現像液としてＭＦ−３１２（シプレイ社製）を用いた。
【００３６】
本発明者らの実験結果によれば、アルカリ性現像液のｐＨを例えば１２．６以上１３．３以下とすることが良い。この理由は以下の通りである。図３に示すように、ｐＨが１２．６以上１３．３以下のとき、Ａｌのエッチングレートは０．３ｎｍ／ｓｅｃであり、良好にＡｌ膜６をエッチングすることができる。これに対して、ｐＨが１２．６よりも低い場合、エッチングに必要な時間が長く、ポジ型フォトレジスト７および硬化ポジ型フォトレジスト５がアルカリ性現像液により劣化してしまい、ｐＨが１３．３よりも高い場合、加工の制御か困難で、エッチングされたＡｌ膜６の断面形状が台形になってしまうからである。
【００３７】
また、より好ましくは、アルカリ性現像液のｐＨを、例えば１２．８以上１３．２以下とする。これは、図３に示すように、この範囲のｐＨのアルカリ性現像液を用いたときでは、Ａｌのエッチングレートは０．６ｎｍ／ｓｅｃ程度であり、Ａｌ膜６のエッチング断面を略垂直な形状にすることができるからである。
【００３８】
また、アルカリ性現像液のｐＨはＡｌ膜６の厚さによって変更する必要がある。そこで、具体的には、Ａｌ膜６の膜厚を例えば、１００〜５００ｎｍとした場合、アルカリ性現像液のｐＨを１２．６以上１３．３以下とすることが好ましい。また、Ａｌ膜６の膜厚を例えば、２００〜３００ｎｍとした場合、アルカリ性現像液のｐＨを１２．８以上１３．２以下とすることが好ましい。
【００３９】
このようにして、Ａｌ膜６をパターニングする。なお、図１（ｄ）に示す工程で高感度なポジ型フォトレジスト５を成膜し、この工程で高解像度が得られる露光装置を用いれば、Ａｌ膜６を微細加工することができる。これにより、後に説明する超伝導膜２をエッチングする工程で、数μｍの超伝導膜加工が可能である。
〔図１（ｆ）に示す工程〕
ポジ型フォトレジスト７を残した状態で、パターニングされたＡｌ膜６をマスクとして用い、超伝導膜との反応性の低い反応性ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、硬化ポジ型フォトレジスト５をパターニングする。ここで、反応性ガスとしては、例えば、酸素ガスを用いることができる。また、反応性イオンエッチングの代わりに酸素イオンビームエッチングを行うこともできる。
【００４０】
これにより、超伝導膜２の表面組成が劣化を抑制して、硬化ポジ型フォトレジスト５をパターニングすることができる。このとき、ポジ型フォトレジスト７も同時に除去される。
【００４１】
なお、ポジ型フォトレジスト５をパターニングした後でも、Ａｌ膜６を除去することなく、ポジ型フォトレジスト５の表面上に残しておく。
〔図１（ｇ）に示す工程〕
パターニングされた硬化ポジ型フォトレジスト５およびその表面上のＡｌ膜６をマスクとして用いて、Ａｒイオンビームエッチングにより、超伝導膜２をパターニングする。このように硬化ポジ型フォトレジスト５およびＡｌ膜６をマスクとして用いることで、熱処理されていないフォトレジストのみをマスクとして用いる場合と比較して、エッチング選択比（マスクのエッチングレートに対する超伝導膜２のエッチングレートの比）を大きくすることができる。なお、本実施形態でのエッチング選択比は１０／１以上であり、熱処理されていないフォトレジストのみをマスクとして用いる場合の約１．８倍となっている。
【００４２】
このとき、ＡｒイオンビームエッチングでＡｌ膜６もエッチングされ、Ａｌ膜６が除去される。本実施形態では、このように、超伝導膜２のエッチングと同時にＡｌ膜６も除去されるように、Ａｌ膜６の膜厚を設定しているため、Ａｌ膜６の除去工程が不要となっている。
〔図１（ｈ）に示す工程〕
超伝導膜２をパターニングした後、フォトレジストリムーバーまたは酸素プラズマにより、硬化ポジ型フォトレジスト５を除去する。
【００４３】
このようにして、超伝導平面回路を形成することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態では、図１（ａ）に示す工程で、超伝導膜２の表面上にポジ型フォトレジスト５を形成し、図１（ｂ）に示す工程で、ポジ型フォトレジスト５に熱処理を施し、ポジ型フォトレジスト５を硬化させている。この硬化ポジ型フォトレジスト５は、背景技術の欄で従来技術として説明した真空蒸着法・スパッタ法で形成されたカーボン層１５よりも緻密である。
【００４５】
このため、図１（ｅ）に示す工程で、アルカリ性現像液により、硬化ポジ型フォトレジスト５の表面上に形成されたポジ型フォトレジスト７を現像するとともにＡｌ膜６をエッチングしたとき、上記した従来技術と比較して、アルカリ性現像液が超伝導膜２に到達するのを抑制することができる。すなわち、超伝導膜２がアルカリ性現像液に触れるのを抑制することができる。この結果、超伝導特性が低下するのを抑制することができる。
【００４６】
なお、上記した従来技術では、アルカリ性現像液がカーボン層１５に浸透するだけでなく、カーボン層１５の上にフォトレジストやＡｌ膜１７を形成する際に、フォトレジストやＡｌもカーボン層１５に浸透するという問題が生じていた。
【００４７】
これに対して、本実施形態では、上記したように硬化ポジ型フォトレジスト５はカーボン層１５よりも緻密であるため、硬化ポジ型フォトレジスト５の表面上に形成した膜材が、硬化ポジ型フォトレジスト５に浸透するのを抑制することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、図１（ｅ）に示す工程で、ｐＨが１０．０より大きく１４．０より小さいアルカリ性現像液を用いて、Ａｌ膜６にウェットエッチングを施している。これにより、仮に、アルカリ性現像液が、何らかの理由により、超伝導膜２に触れたとしても、超伝導膜２の表面組成が劣化するのを抑制することができる。
【００４９】
なお、本発明者らの実験結果によれば、上記したｐＨ値以外の溶液を基板１の表面上に形成された超伝導膜２に触れさせた場合、超伝導膜２や基板１が化学反応により超伝導基板として成り立たないことがわかっている。超伝導膜２が化学反応を起こすと、第１に超伝導領域が減少したり（部分的に超伝導でなくなったり）、超伝導転移温度（Ｔｃ）が変化したりして、超伝導としての性能が損なわれてしまう。第２に、配線パターンが損なわれ、超伝導、デバイス特性が損なわれてしまう。また、基板１が化学反応により劣化するとデバイス特性が損なわれてしまう。このことから、超伝導膜２にアルカリ性現像液が触れても、超伝導膜２に劣化を及ぼさないようにするために、アルカリ性現像液のｐＨ値を１０．０より大きく１４．０より小さくしている。
【００５０】
また、本実施形態では、図１（ｅ）に示す工程で、ポジ型フォトレジスト７の現像とＡｌ膜６のエッチングとを同時に行っているが、これらを別々の工程で行うこともできる。しかし、本実施形態のように、ポジ型フォトレジスト７の現像とＡｌ膜６のエッチングとを一工程で行うことで、これらを別々の工程で行う場合と比較して、製造工程を減らすことができる。
【００５１】
また、本実施形態では、ポジ型フォトレジスト５を成膜し、熱処理することで、第１のマスク材を形成している。フォトレジストを塗布して、熱処理して第１のマスク材を厚く形成する方が、スパッタ法等により第１のマスク材を厚く形成する場合よりも必要とする期間が短い。このため、本実施形態によれば、上記背景技術の欄で説明したように、スパッタ法等により第１のマスク材としてのカーボン層１５を形成する場合と比較して、早期に第１のマスク材を形成することができる。
【００５２】
また、上記背景技術の欄にて説明したカーボン層１５を形成する方法としては、スパッタ法の他に、カーボン粒子を塗布する（塗る）方法が考えられる。しかし、この方法では、カーボン層１５の膜厚を制御することが困難である。
【００５３】
これに対して、本実施形態によれば、ポジ型フォトレジスト５を成膜し、熱処理することで、第１のマスク材を形成していることから、第１のマスク材の膜厚制御を、カーボン粒子を塗布する（塗る）方法と比較して、容易に行うことができる。  
【００５４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態における超伝導平面回路の製造方法を以下に説明する。図４（ａ）〜（ｆ）に本実施形態における超伝導平面回路の製造工程を示す。本実施形態の製造工程は、主にＡｌ膜６のパターニング方法が、第１実施形態における製造工程と異なる。
〔図４（ａ）、（ｂ）に示す工程〕
図１（ａ）に示す工程と同様に、超伝導膜２の表面にポジ型フォトレジスト５を成膜する。そして、図１（ｂ）に示す工程と同様に、ポジ型フォトレジスト５に熱処理を施す。
〔図４（ｃ）に示す工程〕  この工程では、図示しないが、硬化ポジ型フォトレジスト５の表面上に既にパターニングされているメタルマスク等のマスクを配置して、蒸着法、スパッタ法等によりＡｌ膜６を硬化ポジ型フォトレジスト５の表面上に形成する。これにより、硬化ポジ型フォトレジスト５の表面上のうち、マスクが配置されている領域を除く領域にのみ、Ａｌ膜６を形成することができる。その後、マスクを除去する。このようにして、所定の回路パターンに対応させてパターニングされたＡｌ膜６を形成する。なお、このＡｌ膜６の膜厚は、第１実施形態の図１（ｃ）に示す工程と同様の厚さである。
〔図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示す工程〕
図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示す工程は、それぞれ、図１（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に示す工程と同様である。すなわち、図４（ｄ）に示す工程で、硬化ポジ型フォトレジスト５をエッチングする。続いて、図４（ｅ）に示す工程で、超伝導膜２をエッチングす  る。そして、図４（ｆ）に示す工程で、硬化ポジ型フォトレジスト５を除去する。このようにして、超伝導平面回路を形成することができる。
【００５５】
本実施形態では、図４（ｃ）に示す工程で、メタルマスク等の既にパターニングされているマスクを硬化ポジ型フォトレジスト５の表面上に配置し、蒸着法等により所定の回路パターンに対応してパターニングされたＡｌ膜６を形成している。
【００５６】
これにより、本実施形態では、一般的なフォトリソグラフィ工程が不要である。すなわち、アルカリ性現像液を使用する必要が無いため、超伝導膜２がアルカリ現像液に触れるのを防ぐことができる。
【００５７】
また、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、超伝導膜２の表面上に第１のマスクとして硬化ポジ型フォトレジスト５を成膜している。これにより、第１のマスクの表面上にＡｌ膜６を形成したとき、Ａｌが第１のマスク中に浸透するのを抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、第１のマスクとして、硬化ポジ型フォトレジスト５を用いる場合を例として説明したが、硬化ポジ型フォトレジスト５の代わりに図５に示す従来の製造方法と同様に真空蒸着法またはスパッタ法によって形成されたカーボン層１５を用いることもできる。
【００５９】
この場合、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す工程を図４（ｃ）に示す工程に変更すれば良い。つまり、図５に示す製造方法では、リフトオフ法によりＡｌ層１７をパターニングしていたのを、メタルマスク等を用いて蒸着法等により、所定の回路パターンに対応させた形状のＡｌ膜を形成するように変更する。
【００６０】
これにより、本実施形態と同様に、所定の回路パターンに対応した形状のＡｌ膜６の形成において、アルカリ性現像液を使用する必要が無いため、超伝導膜２がアルカリ現像液に触れるのを防ぐことができる。
【００６１】
以上説明した本実施形態の製造方法は、超伝導膜２の加工精度は、メタルマスク等の加工精度に影響は受けるが、数百μｍ線幅の超伝導膜の加工が可能であり、超伝導平面回路の量産に対応可能である。
【００６２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態における超伝導平面回路の製造方法を以下に説明する。本実施形態は、図５に示す従来における超伝導平面回路の製造方法に本発明を適用したものである。言い換えると、第１実施形態ではＡｌ膜６をウェットエッチング法によりパターニングしていたのに対して、本実施形態はＡｌ膜６をリフトオフ法によりパターニングする製造方法である。
【００６３】
具体的には、本実施形態では、図５（ａ）に示す工程の代わりに図１（ａ）、（ｂ）に示す工程を行う。これにより、第１のマスク材として、カーボン層１５の代わりに硬化ポジ型フォトレジスト５を形成する。その後は、図５（ｂ）〜（ｇ）の工程を行う。
【００６４】
このように、図５に示す製造工程において、カーボン層１５の代わりに硬化ポジ型フォトレジスト５を用いることで、第１実施形態と同様に、アルカリ性現像液が超伝導膜２に到達するのを抑制することができる。すなわち、超伝導膜２がアルカリ性現像液に触れるのを抑制することができる。この結果、超伝導特性が低下するのを抑制することができる。  
【００６５】
（他の実施形態）
上記した各実施形態では、第１のマスク材としてポジ型フォトレジスト５を熱処理したものを用いる場合を例として説明したが、ポジ型フォトレジスト５の代わりにネガ型フォトレジストを用いることもできる。ただし、ネガ型フォトレジストを用いた場合、図１（ｈ）工程で、熱処理されたフォトレジストの除去が、ポジ型フォトレジスト５を用いた場合よりも容易でないため、ネガ型フォトレジストよりもポジ型フォトレジスト５を用いる方が好ましい。
【００６６】
また、上記した各実施形態では、第１のマスク材として、熱処理したフォトレジストを用いる場合を例として説明したが、第１のマスクとして、フォトレジストを熱処理せずに用いることもできる。熱処理していないフォトレジストも、スパッタ法等により形成されたカーボン膜よりも緻密であるため、このようにしても超伝導膜がアルカリ性現像液に触れるのを抑制することができる。
【００６７】
また、上記した各実施形態では、第２のマスク材としてＡｌ膜６を用いる場合を説明したが、硬化ポジ型フォトレジスト５をエッチングする際にマスクとして機能するものであれば、他の金属膜を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１実施形態における超伝導平面回路の製造工程を示す断面図である。
【図２】各温度で熱処理されたポジ型フォトレジストを、超伝導膜のイオンビームエッチングでマスクと使用したときにおけるポジ型フォトレジストの収縮率の測定結果を示す図である。
【図３】各ｐＨ値のアルカリ性現像液を用いて、Ａｌ膜をエッチングしたときにおけるＡｌ膜のエッチングレートの測定結果を示す図である。
【図４】第２実施形態における超伝導平面回路の製造工程を示す断面図である。
【図５】従来における超伝導平面回路の製造工程を示す断面図である。
【図６】図５（ｂ）に示す工程を説明するための断面図である。
【図７】図５（ａ）に示す製造工程において、スパッタ法でカーボン層を形成したときの成膜レートと成膜時間の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１…基板、２、３…超伝導膜、４…裏面電極、
５、７、１６…ポジ型フォトレジスト、６…Ａｌ膜、１５…カーボン層。
【図１】
2005086159.tif 000003
【図２】
2005086159.tif 000004
【図３】
2005086159.tif 000005
【図４】
2005086159.tif 000006
【図５】
2005086159.tif 000007
【図６】
2005086159.tif 000008
【図７】
2005086159.tif 000009