JP7171705B2 - 多層スタックを使用したデバイスの作製 - Google Patents
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Description
本開示は、多層スタックを使用してデバイスを作製することに関する。
量子コンピューティングは、２つの量子状態の重ね合わせ、および別個のリモートエンティティに属する量子状態間のもつれなど、量子力学的現象を活用する新しいコンピューティング方法である。２つの双安定状態（たとえば、「０」と「１」）であるように構成された「ビット」を使用して情報を記憶し、操作するデジタルコンピュータとは対照的に、量子コンピューティングシステムは、量子状態の重ね合わせ（たとえば、ａ｜０＞＋ｂ｜１＞）であるように構成された「キュビット（ｑｕｂｉｔ）」を使用して情報を操作することを目的とする。各キュビットの量子状態は、互いにもつれることがあり、すなわち１つのキュビットの測定結果は、別のキュビットの測定結果と強く相関する。これらの特性は、量子コンピュータの速度がキュビット数の指数関数であるという、古典的コンピュータに優る決定的利点をもたらす。
一般に、いくつかの態様では、本開示の主題は、デバイスを作製する方法において具現化されてもよく、方法は、主面を有する基板上に多層スタックを形成するステップを含み、多層スタックは、基板の主面の上に形成された支持層と、支持層上に形成されたフォトレジスト層とを含み、デバイスを作製する方法は、フォトレジスト層が支持層によってアンダーカットされるように少なくとも１つの開口を形成するために多層スタックをパターニングするステップと、基板を異方的にドライエッチングするステップとをさらに含む。
方法の実装形態は、以下の特徴のうち１つまたは複数を含んでもよい。たとえば、いくつかの実装形態では、多層スタックは、基板の主面上に形成された第１の層をさらに含んでもよく、支持層は第１の層の上に形成される。
いくつかの実装形態では、支持層は、第１の層上に形成されてもよい。
いくつかの実装形態では、支持層は、第１の層によってオーバーカットされてもよい。
いくつかの実装形態では、フォトレジスト層および第１の層は、揃えられたそれぞれのエッジを有してもよい。
いくつかの実装形態では、第１の層はポリマー材料である。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、電子ビーム照射に反応してもよい。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、メタクリル酸メチルであってもよい。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、ポリメタクリル酸メチルであってもよい。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、メタクリル酸であってもよい。
いくつかの実装形態では、多層スタックは、二層スタックであってもよい。
いくつかの実装形態では、多層レジストスタックをパターニングすることは、現像液を使用してフォトレジスト層を現像することを含んでもよい。
いくつかの実装形態では、支持層は、現像液に溶解してもよい。
いくつかの実装形態では、現像液は、アルカリであってもよい。
いくつかの実装形態では、支持層は、ポリマー材料である。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、電子ビーム照射に反応してもよい。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、ポリジメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）であってもよい。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、メタクリル酸メチルであってもよい。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、ポリメタクリル酸メチルであってもよい。
いくつかの実装形態では、ポリマー材料は、メタクリル酸であってもよい。
いくつかの実装形態では、多層スタックをパターニングすることは、プラズマアッシングを行うことを含んでもよい。
いくつかの実装形態では、デバイスは、量子情報処理デバイスであってもよい。
いくつかの実装形態では、基板は、シリコン基板上に配置されたアルミニウムの層を含んでもよい。
いくつかの実装形態では、デバイスは、上記の方法または実装形態のいずれか１つによって取得可能なデバイスであってもよい。
実装形態は、以下の利点のうちの１つまたは複数を含んでもよい。たとえば、いくつかの実装形態では、方法は、パターニングされる金属層と、上記で説明した支持層との間に保護のさらなる層を設けてもよい。これは、残留物にバリアを設けること、ならびに除去ステップのための溶剤がより入りやすくすることによって、パターニングされたフィーチャ（ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｆｅａｔｕｒｅ）のエッジの周りの保護を改善し得る。
本開示では、超伝導体（代替的に、超伝導）材料は、超伝導臨界温度以下で超伝導特性を示す材料として理解されてもよい。超伝導体材料の例は、アルミニウム（たとえば１．２ケルビンの超伝導臨界温度）、ニオブ（たとえば９．３ケルビンの超伝導臨界温度）、および窒化チタン（たとえば５．６ケルビンの超伝導臨界温度）を含む。
１つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明に示す。説明、図面、および特許請求の範囲から、他の特徴および利点が明らかとなるであろう。
量子コンピューティングは、量子コンピュータの複数のキュビットに記憶された量子情報のコヒーレント処理を提供する。最高計算速度を達成するために、理想的にはキュビットは、各キュビットの量子状態が、他のキュビットの対応する量子状態に直ちに影響を及ぼすように、制御可能な方法で互いにもつれている。超伝導量子コンピューティングは、量子回路が基板上に少なくとも部分的に超伝導体材料から形成される、量子コンピューティング技術の有望な実装形態である。いくつかの実装形態では、量子回路要素は、熱変動がキュビットのコヒーレンスをかき乱すこと、または動作周波数で回路要素の損失を引き起こすことがないように、好ましくは極低温で動作される。損失またはデコヒーレンスにつながる可能性がある他の因子は、２準位状態（ＴＬＳ）および望ましくない放射結合などの材料欠陥である。
したがって、臨界温度より下で超伝導挙動を示す金属層が、特にジョセフソン接合、コプレーナ導波路、ＬＣ発振器、超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｑｕａｎｔｕｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅ）、インダクタ、キャパシタなどの、様々な量子回路要素および構成要素を形成するために使用されてもよい。超伝導量子コンピューティングデバイスは、多層システムであってもよいが、一般的には第１の金属層のみが、計算基底のコアを形成する。
従来、基板上の金属層をパターニングするには、フォトレジスト層が金属層上に堆積され、現像される。これらのステップは、エッチングされる金属層の部分を露光する。金属層の露光された領域をエッチングするために、イオンミリングなのドライエッチを使用することができる。ドライエッチは、金属層がエッチングされると、下にある基板をエッチングするために使用することもできる。ドライエッチングの後、フォトレジスト層は、溶剤で除去することができる。
この手法の欠点は、パターニングされたフォトレジストが、エッチング液にさらされることによりドライエッチングステップの間に硬化し得ることである。したがって、溶剤でフォトレジスト層を除去した後に、硬化したフォトレジストの部分が、金属層上に残ることがある。これらのフォトレジスト残留物は、硬化したフォトレジストが金属層と直接接触しているパターニングされたフィーチャのエッジの周りで特に問題となる。金属フィーチャのエッジの周りに残っている残留物は、パターニングされた金属構造上のその後の層の均一形成を妨げる可能性があり、これは量子情報デバイスの作製において危機的であり得る。これらはまた、パターニングされた金属構造の電磁特性に影響を及ぼす場合がある。
この問題に対処するために、アンダーカットプロファイルが使用される。支持層（本明細書では「アンダーカット層」とも呼ばれる）が、金属層の上に堆積され、フォトレジスト層は、支持層の上に堆積され得る。支持層の特性は、現像されるとき、支持層が、フォトリソグラフィによって形成される窓の内壁から横方向に後退することである。したがって、フォトレジスト層および支持層は、オーバーハング（ｏｖｅｒｈａｎｇ）フィーチャ（または「アンダーカットプロファイル」）を形成する。支持層の材料は、ポリジメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）、ＬＯＲ（商標）、およびＬＯＬ（商標）など、市販されている。
支持層を使用すると、金属／基板がドライエッチングされるとき、フォトレジスト層の露光部分（すなわち、エッチにさらされる、硬化した部分）は、金属層と直接接触していない。したがって、支持層の使用は、硬化したフォトレジスト残留物の問題を軽減することができる。
しかしながらこの手法は、２つの理由により、依然として金属層を完全に保護しない。第１に、イオンミリングおよび他の形式のドライエッチは異方性（言い換えれば、エッチングが垂直一方向）であり得るが、イオンは、フォトレジスト層および支持層によって定められる壁に反射することによって、パターニングされた窓の内側でさらに跳ね返る可能性がある。したがって、金属層と接触している支持層自体は、硬化する可能性がある。第２に、ドライエッチング、詳細にはイオンミリングは、金属層および基板層からの材料が、基板から放出され、金属層に形成された窓の露出された縁の周りに堆積されるという点において、侵略的（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）プロセスである。
本開示は、この問題に対処することに関し、基板上の金属層をパターニングすると同時に、パターニングされた金属層のエッジ付近の誘電体／金属残留物を抑制し、さらには防ぐ方法を提示する。詳細には、方法は、パターニングされる金属層と上記で説明した支持層との間に保護のさらなる層（本明細書では「第１の層」、「基層」、または「保護層」と呼ばれる）を設ける。これは、残留物にバリアを設けること、ならびに除去ステップのための溶剤がより入りやすくすることによって、パターニングされたフィーチャのエッジの周りの保護を改善する。この方法によって達成される純度のレベルは、特に量子情報デバイスに重大な差異を生み出し得る。いくつかの実装形態では、金属構造と接触している誘電体残留物は、数ＧＨｚの動作周波数の損失を招き、これは、キュビットのコヒーレンス時間または共振器の品質係数など、デバイスの主要パラメータに影響を与える。
図１Ａ～図１Ｋは、基板上の金属層のフォトリソグラフィによるパターニングのプロセスの一例を示す。詳細には、図１Ａ～図１Ｋに示す例示的なプロセスは、２つのトレンチを形成することによる、基板上に堆積された金属層からの３つの金属領域の形成の断面図を示す。次に図１および図２を参照しながら、この方法について説明する。
図１Ａを参照すると、基板１０上に金属層１００が堆積されてもよい。金属層１００は、基板１０に貼り付けるために接着剤促進剤を必要としなくてもよく、基板１０上に安定した層を設ける。金属層１００は、アルミニウムの層の形態をとってもよく、基板１０は、たとえばｐ型（１００）のシリコンなどのシリコンの形態をとってもよい。アルミニウムとシリコンの組合せは、超伝導キュビットを含む量子情報処理デバイスを実装するために使用され得る。しかしながら、現在の方法は他の任意の金属層および基板に使用され得ることから、金属の選択はこれらに限定されない。たとえば、基板１０は、サファイアウエハであってもよい。金属層１００がアルミニウム層である場合、金属層１００は、厚さ約１００ｎｍであってもよく、多結晶であることがある。
図１Ｂおよび図２を参照すると、オプションの第１の層（または「保護層」）１０１が、金属層１００の上に堆積されてもよい（ステップＳ１）。一例として、保護層１０１は、層ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）の形態をとってもよい。保護層すなわち保護層１０１を形成するために、ＰＭＭＡが、アニソールなどの溶剤に溶かされ、シリコン基板１０および金属層１００を含む基板上にスピンコートされてもよい。スピンコートした後、保護層１０１は、アンダーカット層または支持層１０２を堆積する前に、硬化するためにベークすることができる。
保護層１０１（存在する場合）上に、または金属層１００上に、支持層１０２が堆積される（ステップＳ２）。
上記で述べたように、支持層１０２の例は、ＰＭＧＩ、ＬＯＬ（商標）、およびＬＯＲ（商標）のいずれか１つを含んでもよい。これらは、保護層１０１がＰＭＭＡ層であるとき、保護層１０１に貼り付けるために接着促進剤を必要としない。支持層１０２もまた、スピンコートされ、層内の溶剤を蒸発させるために、約１８５度であるガラス転移温度を超えてベークされる。代替的に、支持層１０２は、支持層１０２および保護層１０１の著しい混合を招くことなく、１６０度などの、ガラス転移温度よりも低い温度で５分間ベークされてもよい。
支持層１０２の上に、フォトレジスト層１０３が堆積される（ステップＳ３）。
保護層１０１の厚さは、約１００ｎｍであってもよく、１０ｎｍ～１μｍであってもよい。支持層１０２の厚さは、ＰＭＧＩが使用される場合、約２００ｎｍであってもよく、支持層１０２の樹脂組成にかかわらず、１０ｎｍ～１０μｍであってもよい。フォトレジスト層１０３の厚さは、一般的に、８００ｎｍ～７μｍであってもよい。しかしながら、フォトレジスト層１０３の厚さは、プロセスのパラメータ、たとえばシリコン基板１０への反応性イオンエッチングの度合いに応じて、１００ｎｍ～１００μｍに及んでもよい。
図１Ｃおよび図２を参照すると、フォトマスク１０４を使用して、フォトレジスト層１０３および支持層１０２は露光される（ステップＳ４）。両層のスペクトル応答は、深ＵＶ（ＤＵＶ）範囲に入る、２４０～２９０ｎｍの波長範囲あたりにある。したがって、フォトレジスト層１０３と支持層１０２の両方が、ＤＵＶフラッド露光で同時に露光され得る。代替的に、フォトレジスト層１０３は、完全にパターニングされてもよく、支持層１０２の露光部分のみが、ＤＵＶフラッド露光で露光されてもよい。代替的に、両層１０２、１０３が、電子ビームで露光され得る。たとえば、ＰＭＧＩは、１～５ジュール／ｃｍ２の範囲のＤＵＶ、および３０～４０μＣ／ｃｍ２の範囲の電子ビーム線量で現像される。ＰＭＧＩの線量は、ＰＭＭＡの線量の３～５分の１である。露光量は、これらのパラメータを念頭において適宜に最適化され、決定されてもよい。
図１Ｃは、フォトレジスト層１０３がポジ型フォトレジストである一例を示す。しかしながら、ネガ型フォトレジストがフォトレジスト層に使用されてもよい。支持層１０２、ＰＭＧＩ、ＬＯＲ（商標）、およびＬＯＬ（商標）は、ポジ型フォトレジストであって、水性溶剤を必要とする場合がある。フォトレジスト層１０３がポジ型フォトレジストであるとき、ＰＭＧＩは従来のフォトレジスト溶剤の多くには溶解しないが、ＰＭＧＩに一般的に使用される溶剤、シクロペンタノンが、フォトレジスト層として使用されるほとんどの材料を溶かすので、フォトレジストとＰＭＧＩとの間の界面付近で軽度の混合が発生することがある。しかしながら、支持層を十分にベークすると、混合を減らすのに役立つことがある。ポジ型フォトレジストの例は、ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）およびノボラック樹脂（フェノールホルムアルデヒド樹脂）の混合物を含む。ネガ型フォトレジストの例は、ＳＵ－８フォトレジストポリマーおよびオフ化学量論チオールエン（ＯＳＴＥ：Ｏｆｆ－Ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ Ｔｈｉｏｌ－Ｅｎｅｓ）ポリマーを含む。
フォトレジスト層１０３の材料は一般的に、クリーンなリフトオフ（ｌｉｆｔ－ｏｆｆ）のために現像後にエッジ付近に異方性スロープを設けるように設計される。支持層１０２の材料は一般的に、現像後に等方性スロープおよび制御可能な度合いのアンダーカットまたは後退を設けるように設計される。したがって、支持層１０２およびフォトレジスト層１０３の材料は、互換的に使用されてはならない。しかしながら、アンダーカットまたは後退の度合いが再現可能に制御でき、後続のフォトレジスト層１０３との著しい量の層間混合に至らない場合、フォトレジスト層１０３として使用できるどんな材料も、支持層１０２として使用されてよい。
保護層１０１、たとえばＰＭＭＡ層は、このステップにおいてある程度まで露光される場合もある。しかしながら、保護層１０１がネガ型フォトレジストである場合、保護層１０１は、フォトレジスト層と支持層の両方がポジ型フォトレジストであれば、水性現像液に溶解しない傾向がある。保護層１０１がポジ型レジストであって、現像液によって溶解されない場合でも、主に上の２層のみが露光されるように、保護層１０１の厚さおよび露光量を制御することができる。さらに、保護層１０１がＰＭＭＡ層であるとき、ＰＭＭＡの架橋を引き起こすＤＵＶ光の線量は、支持層１０２およびフォトレジスト層１０３を露光するために必要とされる線量よりも実質的に大きい。したがって、保護層１０１へのＤＵＶフラッド露光の影響は無視でき得る。
また図１Ｄおよび図２を参照すると、上の２層１０２、１０３、すなわちフォトレジスト層１０３および支持層１０２は、フォトレジスト層１０３が、ＴＭＡＨまたはＫＯＨ水溶液など、支持層１０２を現像するために使用される現像液で現像できるタイプである場合、同時に現像されてもよい。代替的に、フォトレジスト層１０３および支持層１０２は、２つの別個の現像ステップを使用して現像されてもよい。保護層１０１が存在するために、現像段階において、金属層１００は、現像液にさらされなくてもよい（ステップＳ５）。
この段階において、パターニングされた支持層１０２’は、パターニングされたフォトレジスト層１０３’によって定められる側壁から後退し、それによってフォトレジストとともにオーバーハングフィーチャを形成し得る。アンダーカットの度合いは、露光の度合いによって再現可能に制御され得る。支持層１０２におけるアンダーカットの度合いはまた、ベーク温度、現像液タイプ、および支持層１０２内の樹脂組成で制御することができる。
アンダーカットの度合いを制御することができるパラメータの１つがＵＶ露光である。たとえば、アンダーカットを最大にするために、図１Ｃに示すステップＳ４において、支持層１０２が形成され、ベークされた後に、支持層１０２全体は、フォトレジスト層１０３を堆積する前に、ＤＵＶフラッド露光でフラッド露光されてもよい。支持層１０２およびフォトレジスト層１０３は、同時に現像されてもよい。これは、アンダーカットの度合いを最大にするために、支持層１０２上で直ちに露光を最大にするための例示的な手順である。
代替として、支持層１０２を堆積し、ベークした後、フォトレジスト層１０３は堆積され、ベークされてもよい。フォトレジスト層１０３が、投影されるために露光されるとき、支持層１０２は、図１Ｃに示すステップＳ４で説明するように同時に露光されてもよい。この場合、支持層１０２は、支持層１０２全体が露光される例と比べてより少ない度合いで露光され、したがってアンダーカットの度合いはより小さくなる。
別の代替として、支持層１０２を堆積し、ベークした後、フォトレジスト層１０３は堆積され、ベークされ、露光され、現像されてもよい。フォトレジスト層１０３が、完全にパターニングされた後、支持層１０２の露光された部分は、アンダーカットの度合いを制御するためにＤＵＶフラッド露光でさらにフラッド露光されてもよい。支持層１０２の露光された領域は、支持層１０２の露光されていない領域に比べて高速で現像され、それによって、支持層１０２の露光されていない領域の方へ後退する支持層１０２のアンダーカットを形成する。
アンダーカットの度合いを最小にしておくために、支持層１０２へのＤＵＶ露光は、無くされてもよい。言い換えれば、フォトレジスト層１０３が露光されるとき、支持層１０２がＤＵＶ光にさらされないように、線量およびフォトレジスト層１０３の厚さは制御されてもよい。この場合でも、ある程度のアンダーカットが期待される。
支持層１０２の樹脂組成もまた、アンダーカットの度合いを再現可能に制御するための重要な因子である。たとえば、ＮＡＮＯ ＬＯＲレジストなど、特定の種類の支持層１０２が使用されるとき、ＤＶＵフラッド露光なしで、非常に大きい度合いのアンダーカットが実現され得る。
支持層１０２内の残留溶剤の量が、現像段階での溶解速度を決定するので、アンダーカットの度合いは、ベーク時間および温度によって決定される場合もある。たとえば、支持層１０２がＰＭＧＩである場合、支持層１０２内の残留溶剤を除去するために、ベーク温度は１８５℃以上、約２５０℃までとすべきである。しかしながら、支持層１０２が１８５℃を下回る温度でベークされるとき、より多くの溶剤が支持層１０２に残ることになる。これは結果として、溶解速度がより高いために、アンダーカットの度合いがより大きくなる。
アンダーカットの度合いを制御することができる別のパラメータは、現像液タイプである。現像液タイプに応じて、支持層１０２の溶解速度は変動し得る。
したがって、アンダーカットの度合いは、４つのパラメータ、すなわちＤＵＶフラッド露光、ベーク温度、樹脂組成、および現像液タイプを最適化することによって、再現可能に制御され得る。支持層１０２の溶解速度、ひいてはアンダーカットの度合いは、主にベーク温度によって制御され得る。
また図１Ｅおよび図１Ｆならびに図２を参照すると、保護層１０１は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチングされてもよい。保護層１０１が、ＰＭＭＡなどの有機材料から構成される場合、金属層１００へのエッチングなしで有機保護層を選択的に除去するために、酸素プラズマを使用することができる（ステップＳ６）。保護層１０１は、パターニングされた保護層１０１’のパターニングされたエッジが、パターニングされたフォトレジスト層１０３’のパターニングされたエッジと揃うようにエッチングできるので、エッチングの高い度合いの方向性または異方性が望ましい場合がある。このフィーチャは、スプリアス（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）残留物から金属層１００におけるフィーチャのエッジをさらに保護し得る。異方性の反応性イオンエッチングでは、非対称構成の電極を備えた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムが、数十ミリトールの範囲に低圧の酸素で使用され得る。
反応性イオンエッチングが異方性であるように整えられるときでも、保護層１０１は、特にそれがＰＭＭＡ層であるとき、わずかに後退し、やはりアンダーカット構造に至り得る。後退またはアンダーカットの度合いは、酸素の圧力によって制御されてもよい。後退は、数ナノメートルから数百ナノメートルであってもよい。
図１Ｇおよび図２を参照すると、金属層１００は、パターニングされた保護層１０１’のパターンが下にある金属層１００に転写され得るように、イオンミリングによってドライエッチングされてもよい（ステップＳ７）。アルゴン（Ａｒ）などの非反応性ガスを、イオンミリングに使用することができる。イオンミリングプロセスは選択的でなく、重イオンの衝撃（ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）を含むので、基板は、金属層がエッチングされると、エッチングされ得る。特に金属層１００が、スパッタリング法を使用して堆積されるとき、金属層１００からのかなりの量の破片が、パターニングされたフィーチャのエッジに蓄積し得る。しかしながら、このステップのエッチングのための方法は、イオンミリングなどのドライエッチングに限定されない。フォトレジスト層１０３’および保護層１０１’によって定義されるパターンが、下にある金属層１００に実質的に異方的に転写できる限り、他の任意のエッチング方法が、このステップに採用されてもよく、たとえば、異方性エッチングを提供するように構成された、誘導結合プラズマを用いる反応性イオンエッチングが採用されてもよい。
保護層１０１の利点は、以下の通りであり得る。
第１に、保護層１０１があると、金属層１００の上部に連続する硬化薄膜の形成を妨げることができ、保護層１０３の除去がより容易になる。溶剤は、フォトレジスト層１０３の損傷を受けていない部分を容易に溶解させることができるからである。
第２に、パターニングされたホールの内側の壁に反射した重イオンはまた、保護層１０１を硬化し得るが、保護層１０１の厚さは小さく保たれてもよく、たとえばＰＭＭＡ層では１００ｎｍに保たれてもよい。したがって、側壁の小部分のみが、パターン内でさらされて硬化し得る。これは、約１μｍである、フォトレジスト層１０３の一般的な厚さと対照的である。
第３に、図１Ｅおよび図１ＦならびにステップＳ６に関して説明したように、保護層１０１を除去するための反応性イオンエッチングステップは、保護層１０１の側壁をわずかに後退させる。この後退の度合いは、保護層１０１が重イオンの衝撃に激しくさらされないように制御されると同時に、スプリアスパーティクル（ｓｐｕｒｉｏｕｓ ｐａｒｔｉｃｌｅ）からエッジを保護し得る。したがって、保護層１０１は、保護層１０１の硬化された部分を金属層１００と接触させたままにすることなく、パターニングされたフィーチャのエッジを保護することができる。
また図１Ｈおよび図２を参照すると、重イオンによって衝撃を与えられたフォトレジスト層１０３’は、パターニングされたフォトレジスト層１０３’の露出面に硬化されたフォトレジスト領域１０４（または「キャップ」）を生じる。しかしながら、これらの領域１０４は、パターニングされた支持層１０２’、および存在する場合はパターニングされた保護層１０１’によって、パターニングされた金属層１００’から離間している。また、パターニングされた金属層１００’におけるフィーチャのエッジは、保護層１０１によって保護される。これは、支持層の後退した部分が、金属層１００におけるフィーチャのエッジを露出させる、保護層なしの場合と対照的である。したがって、パターニングされた金属層１００’におけるフィーチャのエッジは、考えられる誘電または金属残留物にさらされない。
図１Ｊおよび図２を参照すると、パターニングされた保護層１０１’、パターニングされた支持層１０２’、およびパターニングされたフォトレジスト層１０３’は、溶剤を使用して除去されてもよい（ステップＳ８）。３層構造を使用すると、溶剤がレジストの下に入るのを容易にし、層のよりクリーンなリフトオフを支援することができる。等方性酸素プラズマなどの好適なストリッピング方法が使用できる。加熱したＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）をこのステップに使用することができる。
図１Ｋは、上述のステップに続いて、パターニングされた金属層１００’を示す。金属層１００は、フォトレジスト残留物の硬化または金属層１００および基板１０からのパーティクルの傾向がはるかに少ない可能性がある。
図３Ａを参照すると、前に説明したように、３層構造の代わりに２層構造を使用することができる。支持層１０２は、金属層１００上に直接堆積されてもよい。フォトレジスト層１０３は、支持層１０２上に堆積されてもよい。この場合、図１Ｂに示す３層構造１０１、１０２、１０３の代わりに、２層構造１０２、１０３が形成される。２層構造を形成するために、上述のものと同じ材料および同じまたは同様のプロセスを使用することができ、したがってここでは詳細を再び説明しない。しかしながら、層厚さおよび／またはベーク時間などの処理パラメータは、２層構造に対応するように適合されてもよい。形成されると、２層構造は、３層構造を処理するために使用される同じまたは同様のプロセスを使用して処理されてもよい。しかしながら、線量および／または現像時間などの処理パラメータが、２層構造に対応するように適合されてもよい。３層構造と対照的に、保護層１０１とフォトレジスト層１０３との間には支持層１０２がなく、２層間にかなりの混合が存在し得る。
図３Ｂを参照すると、図１Ａから図１Ｋおよび図２を参照して上記で説明した同じプロセスを、図３Ａに示す２層構造１０２、１０３から始めてたどることができる。酸素プラズマ処理ステップ（ステップＳ６）の後、ドライエッチングステップ（ステップＳ７）の前に、パターニングされた支持層１０２’およびパターニングされたフォトレジスト層１０３’は、図１Ｆに示す３層の構造の代わりに、図３Ｂに示すような２層のアンダーカットプロファイルを形成する。この場合、金属層３００におけるフィーチャのエッジは、材料および／またはレジスト残留物の再堆積から保護されない。
上記で説明したように、臨界温度より下で超伝導挙動を示すことができる金属層１００は、量子情報処理を行うのに寄与する重要な要素および構成要素を含む主要層であってもよい。これらの要素および構成要素、たとえば、ジョセフソン接合、コプレーナ導波路、ＬＣ発振器、超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ）、インダクタ、およびキャパシタの全部または一部は、理想的にはクリーンで明確なエッジを持つ、金属層上のパターンとして定義される。たとえば、コプレーナ導波路は、金属層１００におけるストリップとして定義されてもよい。本明細書内で説明するプロセスは、これらのストリップ上によりクリーンなエッジを設けるために使用することができ、これらのストリップのエッジ付近に存在する不完全性から生じる損失を実質的に低減する。さらに、本明細書内で説明するプロセスは、２準位状態（ＴＬＳ）などの材料欠陥に起因する損失またはデコヒーレンスにつながり得る、パターンのエッジ付近に残留物が残ることを防ぐことができる。本明細書内で説明するプロセスから得られるクリーンで明確なエッジはまた、後続の層への悪影響を防ぐ。本明細書で説明するプロセスは、超伝導体、誘電体、および／または金属など、１つまたは複数の材料の堆積を伴う場合がある。選択される材料に応じて、これらの材料は、堆積プロセスの中でも、化学気相堆積、物理気相堆積（たとえば、蒸着もしくはスパッタリング）、またはエピタキシャル技法などの堆積プロセスを使用して堆積されてもよい。本明細書で説明するプロセスはまた、作製中にデバイスから１つまたは複数の材料を除去することを伴う場合がある。除去される材料に応じて、除去プロセスは、たとえば、ウェットエッチング技法、ドライエッチング技法、またはリフトオフプロセスを含む場合がある。
金属層および基板には、他の材料が使用されてもよい。たとえば、金属層は、ニオブもしくはスズなど、別の超伝導金属、または超伝導合金であってもよい。基板は、サファイアまたは好適な誘電体材料であってもよい。基板は、シリコンオンインシュレータなど、多層基板であってもよい。
本明細書で説明する量子素材および量子演算の実装形態は、本明細書で開示する構造物およびそれらの構造的同等物を含む、好適な量子回路、またはより一般的には、量子計算システムにおいて、またはそれらの１つもしくは複数の組合せにおいて、実装されてもよい。「量子コンピューティングシステム」という用語は、限定はしないが、量子コンピュータ、量子情報処理システム、量子暗号システム、または量子シミュレータを含む場合がある。
量子情報および量子データという用語は、量子系によって搬送され、量子系に保持または記憶される情報またはデータを指し、ここで、最小の非自明な系はキュビット、たとえば、量子情報の単位を定義する系である。「キュビット」という用語は、対応する文脈において二準位系として適切に近似される場合があるすべての量子系を包含することを理解されたい。そのような量子系は、たとえば２以上の準位を有する多準位系を含む場合がある。例として、そのような系は、原子、分子、電子、光子、イオン、量子ドット、または超伝導キュビットを含むことができる。多くの実装形態では、計算基底状態（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｂａｓｉｓ ｓｔａｔｅ）は、基底の（ｇｒｏｕｎｄ）、第１の励起状態で識別されるが、計算状態が上位レベルの励起状態で識別される他のセットアップが考えられると理解されたい。量子メモリは、量子データを高い忠実度および効率で長時間記憶することができるデバイス、たとえば、光が伝送に使用される光－物質インターフェース、および重ね合わせまたは量子コヒーレンスなど量子データの量子特徴を記憶し、保存するための物質であると理解されたい。
量子回路要素は、量子処理演算を行うために使用され得る。すなわち、量子回路要素は、非決定的にデータに演算を行うために、重ね合わせおよびもつれなど、量子力学的現象を利用するように構成されてもよい。キュビットなど、いくつかの量子回路要素は、同時に２つ以上の状態で情報について表現し、動作するように構成されてもよい。本明細書で開示する処理で形成され得る超伝導量子回路要素の例は、特に、コプレーナ導波路、量子ＬＣ発振器、キュビット（たとえば、磁束キュビットまたは電荷キュビット）、超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ）（たとえば、ＲＦ－ＳＱＵＩＤまたはＤＣＳＱＵＩＤ）、インダクタ、キャパシタ、伝送線路、接地面などの回路要素を含む。
対照的に、古典的回路要素は、一般に、決定的にデータを処理する。古典的回路要素は、四則演算、論理演算、および／または入出力演算をデータに行うことによって、コンピュータプログラムの命令をまとめて実行するように構成されてもよく、データはアナログまたはデジタル形式で表される。
いくつかの実装形態では、電気的または電磁的接続を介して量子回路要素にデータを送信するおよび／または量子回路要素からデータを受信するために、古典的回路要素が使用されてもよい。本明細書で開示する処理で形成され得る古典的回路要素の例は、高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ：ｒａｐｉｄ ｓｉｎｇｌｅ ｆｌｕｘ ｑｕａｎｔｕｍ）デバイス、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ：ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｌｏｇｉｃ）デバイス、および、バイアス抵抗器を使用しないＲＳＦＱのエネルギー効率の良いバージョンであるＥＲＳＦＱデバイスを含む。他の古典的回路要素が、同様に本明細書で開示するプロセスで形成されてもよい。
本明細書で説明する回路要素などの、超伝導量子回路要素および／または超伝導古典的回路要素を使用する量子コンピューティングシステムの演算中に、超伝導回路要素は、超伝導材料が超伝導特性を示すことを可能にする温度までクリオスタット内で冷却される。
本明細書は、多くの特定の実装形態の詳細を含むが、これらは、特許請求される可能性のあるものの範囲への制限として解釈されるべきではなく、むしろ特定の実装形態に固有である場合がある特徴の説明として解釈されるべきである。本明細書において別個の実装形態の文脈で説明されるいくつかの特徴は、単一の実装形態において組み合わせて実装されることもある。逆に、単一の実装形態の文脈で説明される様々な特徴は、複数の実装形態において別々に、または任意の適切な部分的組合せで実装されることもある。
さらに、特徴は、ある組合せで機能するものとして上記で説明され、さらに当初はそのように特許請求される場合があるが、特許請求される組合せからの１つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから削除されることがあり、特許請求される組合せは、部分的組合せ、または部分的組合せの変形を対象とする場合がある。
同様に、動作は、特定の順序で図面に示されるが、これは、望ましい結果を達成するために、このような動作が図示された特定の順序でもしくは順次に行われること、または例示したすべての動作が行われることを必要とするものと理解されるべきではない。たとえば、特許請求の範囲に記載する行動は、異なる順序で行われ、それでも望ましい結果を実現することがある。いくつかの環境では、マルチタスクおよび並列処理が有利である場合がある。さらに、上記で説明した実装形態における様々な構成要素の分離は、すべての実装形態においてそのような分離を必要とすると理解されるべきではない。
いくつかの実装形態について説明した。しかしながら、本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく様々な変更を行うことができると理解されるであろう。他の実装も、特許請求の範囲に含まれる。
１０ 基板
１００ 金属層
１０１ 保護層
１０２ 支持層
１０３ フォトレジスト層
１０４ フォトレジスト領域
１００ 金属層
１０１ 保護層
１０２ 支持層
１０３ フォトレジスト層
１０４ フォトレジスト領域
Claims (19)
- デバイスを作製する方法であって、
主面を有する基板上に多層スタックを形成するステップであって、前記多層スタックが、
前記基板の前記主面上に形成された第１の層であって、第１のポリマー材料である第１の層、
前記第１の層上に形成された支持層であって、第２のポリマー材料である支持層、および
前記支持層上に形成されたフォトレジスト層
を含む、形成するステップと、
前記フォトレジスト層が前記支持層によってアンダーカットされ、前記支持層が前記第１の層によってオーバーカットされるように少なくとも１つの開口を形成するために前記多層スタックをパターニングするステップと、
前記基板を異方的にドライエッチングするステップと
を含む、方法。 - 前記フォトレジスト層および前記第１の層が、揃えられたそれぞれのエッジを有する、請求項１に記載の方法。
- 前記第１のポリマー材料が、電子ビーム照射に反応する、請求項１または２に記載の方法。
- 前記第１のポリマー材料がメタクリル酸メチルである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１のポリマー材料がポリメタクリル酸メチルである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１のポリマー材料がメタクリル酸である、請求項１または２に記載の方法。
- 前記多層スタックをパターニングするステップが、
現像液を使用して前記フォトレジスト層を現像するステップ
を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。 - 前記支持層が、前記現像液に溶解する、請求項７に記載の方法。
- 前記現像液がアルカリである、請求項７または８に記載の方法。
- 前記第２のポリマー材料が、電子ビーム照射に反応する、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２のポリマー材料がポリジメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２のポリマー材料がメタクリル酸メチルである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２のポリマー材料がポリメタクリル酸メチルである、請求項１から１０または１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２のポリマー材料がメタクリル酸である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記多層スタックをパターニングするステップが、
プラズマアッシングを行うステップ
を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。 - 前記デバイスが、量子情報処理デバイスである、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基板が、前記基板の前記主面上に配置された金属層を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基板がシリコンを含み、前記金属層がアルミニウムを含む、請求項１７に記載の方法。
- 請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法によって取得可能なデバイス。
Applications Claiming Priority (3)
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