减少两步沉积工艺中的结电阻变化
技术领域
本公开涉及减少两步沉积工艺中的结电阻变化。
背景技术
量子计算是一种相对新的计算方法，其利用量子效应诸如基态和纠缠的叠加以比传统的数字计算机更有效地执行某些计算。与以位(例如“1”或“0”)的形式存储和操纵信息的数字计算机相反，量子信息处理器件能够使用量子位(qubit)来操纵信息。量子位可以指能够进行多种状态的叠加(例如处于“0”和“1”状态两者的数据)和/或能够将处于多种状态的数据本身叠加的量子器件。根据常规术语，量子系统中“0”和“1”状态的叠加可以例如表示为α│0>+β│1>。数字计算机的“0”和“1”状态分别类似于量子位的│0>基态和│1>基态。值│α│2表示量子位处于│0>态的概率，而值│β│2表示量子位处于│1>基态的概率。
发明内容
通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现为以下方法，该方法包括以下动作：提供电介质基板；在电介质基板上形成第一抗蚀剂层；在第一抗蚀剂层上形成第二抗蚀剂层；以及在第二抗蚀剂层上形成第三抗蚀剂层。第一抗蚀剂层包括延伸穿过第一抗蚀剂层的厚度的第一开口，第二抗蚀剂层包括在第一开口之上对准并延伸穿过第二抗蚀剂层的厚度的第二开口，第三抗蚀剂层包括在第二开口之上对准并延伸穿过第三抗蚀剂层的厚度的第三开口。
这些方法的实施方式可以可选地包括以下特征中的一个或更多个。在一些实施方式中，第一开口、第二开口和第三开口中的每个的厚度沿着垂直于电介质基板的表面的第一方向延伸，其中第一开口、第二开口和第三开口中的每个具有沿着与第一方向正交的第二方向延伸的相应宽度，并且其中第二开口的宽度小于第一开口的宽度且小于第三开口的宽度。
在一些实施方式中，第一抗蚀剂层中的第一开口和第三抗蚀剂层中的第三开口通过以第一图案曝光第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层来限定，第二抗蚀剂层中的第二开口通过以第二图案曝光第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层来限定。然后第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层被随后显影。
在一些实施方式中，第一材料层通过第一开口、第二开口和第三开口以相对于基板的第一沉积角度沉积，第二材料层通过第一开口、第二开口和第三开口以相对于基板的第二沉积角度沉积。第一材料层和第二材料层可以是超导材料。
在一些实施方式中，在沉积第二材料层之前，执行第一材料层的表面氧化以提供第一材料层的氧化区域。在一些实施方式中，第一材料层的一部分、氧化区域的一部分和第二材料层的一部分形成量子信息处理器件(例如约瑟夫森结)的一部分，其中量子信息处理器件可以是量子位。
在一些实施方式中，例如使用蚀刻工艺去除第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层、第三抗蚀剂层和过量的沉积材料。
在一些实施方式中，在沉积第一材料层期间电介质基板和材料沉积源根据相对于彼此的第一取向布置，在第二材料层的沉积期间电介质基板和材料沉积源根据相对于彼此的第二取向布置，其中第一取向不同于第二取向。可以在沉积第一材料层之后并且在沉积第二材料层之前旋转基板。可选地，在沉积第一材料层之后并且在沉积第二材料层之前，可以相对于电介质基板改变材料沉积源的位置。
在一些实施方式中，第一开口、第二开口和第三开口限定暴露电介质基板的表面的掩模开口区域。第一底切宽度可以由掩模开口区域的第一侧的第二开口的第一边缘与第三开口的第一边缘之间的距离限定。第二底切宽度可以由与掩模开口区域的第一侧正好相反的掩模开口区域的第二侧的第二开口的第二边缘与第三开口的第二边缘之间的距离限定。第一底切宽度可以近似为零。
在一些实施方式中，第二底切宽度大于在第一沉积工艺期间沉积在第三抗蚀剂层的侧壁上的材料的厚度。
在一些实施方式中，在沉积第一材料层期间，掩模开口区域的第一侧比掩模开口区域的第二侧更靠近材料沉积源。
可以实施本说明书中描述的主题的特定实施方式从而实现以下优点中的一个或更多个。例如，在一些实施方式中，这里公开的技术可以用于减少结变化和/或提高基板上的最邻近的约瑟夫森结之间的性能均匀性。在一些实施方式中，当前公开的技术通过减小掩模层内的开口区域的尺寸变化来改善量子信息处理器件的性能的整个均匀性，所述尺寸变化可能由沉积参数(例如沉积角度)和/或在掩模层的侧壁上的偶然沉积引起。另外，通过减小掩模层内的开口区域的尺寸变化(例如由于沉积粗糙度引起的开口区域的波纹度)，可以改善量子信息处理器件的性能的整个均匀性，该尺寸变化可能由沉积层中的晶粒生长和晶粒形态(例如铝晶粒生长)的效果引起。通过减小掩模层内的开口的尺寸变化，可以使使用该掩模层制造的量子信息处理器件(诸如约瑟夫森结和量子位)的形式和形状更加均匀。进而，所得到的量子信息处理器件表现出更均匀的操作特性，这有助于使用和设计用于使用单个控制器驱动/操作一组两个或更多量子位的全局微波驱动方法。在一些实施方式中，通过减少由沉积层的晶粒生长和晶粒形态(例如晶粒边界)破坏的结的数目，减少沉积层中的晶粒生长效应提高了量子信息处理器件的产率(例如约瑟夫森结和量子位)。
本说明书中描述的主题的一个或更多个实施方式的细节在附图和以下的描述中阐述。主题的其它特征、方面和优点将从说明书、附图和权利要求书变得明显。
附图说明
图1A-1C是示出通过两层抗蚀剂掩模的示范性两步沉积工艺的各种视图的图。
图2A-2C是示出通过三层抗蚀剂掩模的示范性两步沉积工艺的各种视图的图。
图3A-3D是用于各种示范性三层抗蚀剂掩模的两步沉积工艺的剖视图的图。
图4A-4C是示出通过三层抗蚀剂掩模的另一示范性两步沉积工艺的各种视图的图。
图5是用于形成多层抗蚀剂掩模的示范性工艺的流程图。
图6是用于使用多层抗蚀剂掩模形成约瑟夫森结的示范性工艺的流程图。
具体实施方式
本公开的主题涉及用于减小跨结的结电阻的技术。在特定的实施方式中，本公开涉及在整个基板上实现均匀的约瑟夫森结电阻。
量子计算需要相干地处理存储在量子计算机的量子位(qubit)中的量子信息。超导量子计算是量子计算技术的一种有前景的实施方式，其中量子信息处理器件部分地由超导材料形成。超导量子计算机通常是多级系统，其中仅前两个级被用作计算基础。在某些实施方式中，量子信息处理器件(诸如量子位)在非常低的温度下操作，使得能够实现超导性，并使得热波动不引起能级之间的跃迁。另外，以下可以是优选的，量子信息处理器件以低的能量损耗和耗散来操作(例如量子电路元件表现出高品质因子Q)。低能量损耗和耗散可以帮助避免例如量子退相干。
具有超导部件的集成量子信息处理器件的制造通常涉及沉积和图案化超导材料、电介质和金属层。某些量子信息处理器件(诸如量子位)使用约瑟夫森结构造。约瑟夫森结可以通过在两层超导材料之间夹置非超导材料的薄层来制作。
下面参照图1A-1C描述使用两层抗蚀剂掩模制造约瑟夫森结的示范性工艺。图1A-1C是示出通过两层抗蚀剂掩模100的示范性两步沉积工艺的各种视图的图。图1A以平面图102、穿过轴A-A的剖视图104和穿过轴B-B的剖视图106示出两层抗蚀剂掩模100的示意图。两层抗蚀剂掩模100被沉积在基板108上并包括两层的抗蚀剂110和112，其中第一抗蚀剂层110具有第一厚度111，第二抗蚀剂层112具有第二厚度113，其中厚度在垂直于基板108的其上形成抗蚀剂层的表面的方向上限定。这两个抗蚀剂层110和112可以为不同的材料，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸)(P(MMA-MAA))、ZEP520、UV5/UVIII或类似的抗蚀剂成分。在一示例中，第一抗蚀剂层110是P(MMA-MAA)，第二抗蚀剂层112是PMMA。第一抗蚀剂层110的第一厚度111和第二抗蚀剂层112的第二厚度113可以为相同或不同的厚度。例如，第一厚度111和第二厚度113可以在100-1000nm厚的范围内。
第一抗蚀剂层110沉积在基板108上并包括例如P(MMA-MAA)层。第二抗蚀剂层112沉积在第一抗蚀剂层110之上，并包括例如PMMA层。在一些实施方式中，第一抗蚀剂层110和第二抗蚀剂层112被烘烤以从沉积的层去除溶剂。
第一抗蚀剂层110和第二抗蚀剂层112被图案化以在抗蚀剂内限定开口(例如开口114和开口116)。第一抗蚀剂层110内的第一开口114可以通过将第一抗蚀剂层110和第二抗蚀剂层112选择性地曝光于在0-1000μC/cm2之间的第一剂量范围的源(例如光或电子束，未示出)而限定，使得当用显影剂溶液处理时第一抗蚀剂层110的被曝光部分变得可溶或不可溶，而第二抗蚀剂层112的被曝光部分不变得可溶或不可溶。在一个示例中，第一剂量为350μC/cm2以曝光第一抗蚀剂层P(MMA-MAA)。第一抗蚀剂层110内的第一开口114可以限定为沿着与基板108的表面垂直的方向(例如沿着z轴)从第一抗蚀剂层110的顶表面穿过第一抗蚀剂层的厚度到基板108，并包括沿着与第一抗蚀剂层的厚度正交的方向(例如沿着x轴和/或y轴)延伸的宽度118。
第二抗蚀剂层112内的第二开口116可以通过将第一抗蚀剂层110和第二抗蚀剂层112曝光于在1000-2000μC/cm2之间的第二剂量范围的源(例如光或电子束，未示出)来限定，该第二剂量范围足够高使得第二抗蚀剂层112的被曝光部分在用显影剂溶液处理时变得可溶或不可溶。在一个示例中，第二剂量是1500μC/cm2以曝光PMMA的第二抗蚀剂层112。第二抗蚀剂层112内的第二开口116可以沿着垂直于基板108的表面的方向(例如沿着z轴)从第二抗蚀剂层112的顶表面穿过第二抗蚀剂层的厚度到第一抗蚀剂层110的顶表面限定，并包括沿着与第二抗蚀剂层的厚度正交的方向(例如沿着x轴和/或y轴)延伸的宽度120。
在每个抗蚀剂层的沉积和曝光之后，取决于使用的抗蚀剂的类型(例如正或负抗蚀剂)，第一抗蚀剂层110和第二抗蚀剂层112然后被显影以选择性地去除各个抗蚀剂层的被曝光或未被曝光的区域。显影第一抗蚀剂层和第二抗蚀剂层从第一抗蚀剂层和第二抗蚀剂层中限定的各自开口内去除抗蚀剂材料。在一些实施方式中，部分地取决于各个抗蚀剂层的成分，使用一种或更多种显影工艺。例如，显影工艺可以包括比例为1:3的甲基异丁基酮:异丙醇(MIBK:IPA)。
在一些实施方式中，第二抗蚀剂层112中限定的第二开口116的至少一部分在第一抗蚀剂层110中限定的第一开口114的至少一部分之上对准，使得基板108的一部分被暴露。
在一些实施方式中，第二开口116的宽度120小于第一开口114的宽度118。例如，在一些实施方式中，宽度120为200nm，宽度118为400nm。第二抗蚀剂层112中的第二开口116的宽度120可以限定一个或更多个沉积结构(例如顶部接触或底部接触，诸如约瑟夫森结的顶部或底部接触)的特征尺寸(例如宽度)。
在选择性地去除预定区域中的抗蚀剂之后，将形成量子信息处理器件(例如包括约瑟夫结的量子位)的一部分的材料可以沉积在开口区域内和在保留的抗蚀剂上。在一些实施方式中，有角度的遮蔽蒸发(angled shadow evaporation technique)技术可以用于沉积将形成量子信息处理器件(例如包括约瑟夫森结的量子位)的部分的材料。例如，可以将具有图案化的抗蚀剂的基板置于沉积腔室(例如物理气相沉积系统的腔室)内，并经受第一层沉积工艺(其中将被沉积的材料通量以相对于基板不垂直的角度引入，使得图案化的抗蚀剂层的一部分可以阻挡或“遮蔽”沉积材料中的至少一些)，然后经受第二层沉积工艺(其中基板相对于材料沉积源的取向被改变)。
图1B以平面图122、穿过轴A-A的剖视图124和穿过轴B-B的剖视图126示出在从第一沉积流动方向125第一沉积用于形成约瑟夫森结的一部分的材料之后两层抗蚀剂掩模100的示意图。材料从第一沉积流动方向125的第一沉积在基板108上以及在抗蚀剂掩模的开口区域(例如第一开口114和第二开口116的对准部分)内形成第一沉积结构(例如用于约瑟夫森结的底部接触128)。沉积材料(例如来自源的材料通量)的第一沉积流动方向125包含沿着平行于基板108的表面的x轴的分量并取向在相对于垂直于基板108的z轴的角度130，使得第二抗蚀剂层112的靠近第二开口116的边缘的部分阻挡在开口区域内第一沉积流动方向125的沉积材料中的至少一些。第一沉积流动方向125可以例如取向在相对于z轴的10度至80度之间的角度130。在一些实施方式中，材料的第一沉积导致在第二抗蚀剂层112上的沉积层132。沉积层132可以包括在第二抗蚀剂层112的顶表面上的顶表面区域132a和在第二抗蚀剂层112的侧壁上的侧壁区域132b。
在第一层沉积步骤之后，可以将基板108转移到空气或转移到单独的腔室，在其中促进沉积材料的表面氧化。在一些实施方式中，可以将基板留在沉积腔室中以用于原位氧化。在氧化之后，基板然后可以经受第二层沉积步骤，其中沉积第二沉积材料以形成第二沉积结构(例如用于约瑟夫森结的顶部接触148)。
在一些实施方式中，基板108的相对于沉积材料源的取向改变。例如，部分地取决于沉积系统的配置，沉积材料源可以相对于基板108旋转或者基板108可以相对于材料沉积源旋转。
图1C以平面图142、穿过轴A-A的剖视图144和穿过轴B-B的剖视图146示出在第二沉积用于形成约瑟夫森结的材料之后的两层抗蚀剂掩模100的示意图。沉积材料的第二沉积流动方向151包含沿着平行于基板108的表面的y轴的分量并相对于z轴以角度150取向，使得第二抗蚀剂层和/或来自第一沉积工艺的先前沉积的第一材料层的在开口区域的边缘附近的部分在开口区域内阻挡来自第二沉积流动方向151的沉积材料中的至少一些。第二沉积流动方向151可以例如取向在相对于z轴的10度-80度之间的角度150。在第二沉积期间的取向角度150可以不同于在第一沉积期间的取向角度130。例如，在一些实施方式中，基板表面可以在第一沉积步骤期间取向在相对于沉积材料的第一沉积流动方向125的角度130处，并取向在相对于第二沉积流动方向151的角度150处，角度150与在第一沉积步骤期间的第一角度130正交。
在遮蔽蒸发工艺之后，可以在剥离步骤中去除抗蚀剂以去除不需要的材料并完成量子信息处理器件(例如包括约瑟夫森结的量子位)的制造。取决于抗蚀剂材料的化学成分，可以使用各种不同的溶剂和/或化学方法进行剥离。
在某些情况下，沉积工艺(诸如参照图1A-1C描述的遮蔽蒸发工艺)以不均匀的方式沉积材料并导致量子信息处理器件(例如包括约瑟夫森结的量子位)的不均匀的性能。例如，来自第一沉积步骤的侧壁沉积132b可以遮蔽开口116的至少一部分(如剖视图146所示)，使得在第二沉积步骤期间沉积的第二沉积层(例如顶部接触148)的至少一部分具有与由第二抗蚀剂层112中的开口116限定的期望宽度120不同的宽度152。
由第一沉积层的遮蔽效应引起的层宽度的变化可能导致沉积层中的不均匀性。例如，约瑟夫森结的结电阻与其中该结的第一超导层交叉该结的第二超导层的截面面积成反比。第二超导层宽度的沉积中的不均匀性(例如宽度152与期望宽度120不同)可能通过改变该结的第一超导层和第二超导层之间的重叠的截面面积而导致结电阻的变化。另外，由于遮蔽效应的变化(例如沉积角度130、150的变化)，电阻可能在基板108上的不同位置在不同的器件之间是不均匀的。进而，不均匀的结电阻可能导致包括该结的量子信息处理器件(诸如超导量子位)表现出不均匀的工作频率。
这里公开的技术可以用于减少由沉积在抗蚀剂侧壁上的材料引起的遮蔽效应。当抗蚀剂掩模和/或在抗蚀剂掩模上的偶然沉积无意地阻挡或影响至少一部分入射材料通量通过抗蚀剂掩模中的开口沉积时，产生遮蔽效应。遮蔽效应可能导致通过抗蚀剂掩模的开口沉积的所得结构具有与一个或更多个期望尺寸不同的最终尺寸，并且还可能引起通过抗蚀剂掩模的开口沉积的所得结构的粗糙化。遮蔽效应可能由材料偶然沉积在掩模的一个或更多个表面上而引起，其中该材料改变或阻挡抗蚀剂掩模的开口的一部分。通过减小遮蔽效应，在一些实施方式中，可以获得具有更接近期望尺寸的最终尺寸的结构。此外，减小遮蔽效应可以导致最终尺寸在多个结构之间更均匀，这进而可以导致多个器件之间的更均匀的工作特性(例如约瑟夫森结电阻)。
这里公开的技术包括引入三层抗蚀剂堆叠以减少由侧壁沉积引起的遮蔽效应。例如，在基板上限定多层遮蔽掩模，其包括第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层，其中每个抗蚀剂层包括具有各自宽度的开口。第二抗蚀剂层包括开口宽度，该开口宽度限定所沉积的结所期望的特征尺寸。选择第三抗蚀剂层厚度和开口宽度以防止在第二抗蚀剂层的侧壁上沉积，否则该沉积将在第二沉积步骤期间阻挡材料通量穿过第二抗蚀剂层中的开口。
图2A-2C是示出通过三层抗蚀剂掩模200的示范性两步沉积工艺的各种视图的图。图2A以平面图202、穿过轴A-A的剖视图204和穿过轴B-B的剖视图206示出三层抗蚀剂掩模200的示意图。三层抗蚀剂掩模200沉积在基板208上，并包括三层抗蚀剂：具有第一厚度211的第一抗蚀剂层210，具有第二厚度213的第二抗蚀剂层212以及具有第三厚度215的第三抗蚀剂层214，其中抗蚀剂层214是三层抗蚀剂掩模的顶层并在三层抗蚀剂掩模200的平面图202中是可见的。
第一抗蚀剂层210的第一厚度211、第二抗蚀剂层212的第二厚度213和第三抗蚀剂层214的第三厚度215可以为相同或不同的厚度，例如在垂直于基板108的方向上的100-1000nm的范围。在一个示例中，第一抗蚀剂层210具有500nm的第一厚度211，第二抗蚀剂层212具有300nm的厚度213，第三抗蚀剂层214具有500nm的第三厚度215。
三个抗蚀剂层210、212和214可以是聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸)(P(MMA-MAA))、ZEP520、UV5/UVIIII或类似的抗蚀剂成分。为彼此接触的抗蚀剂层选择不同的抗蚀剂材料，以帮助在抗蚀剂层内形成开口。例如，第一抗蚀剂层和第二抗蚀剂层具有不同的抗蚀剂成分，第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层具有不同的抗蚀剂成分。在一个示例中，第一抗蚀剂层210是P(MMA-MAA)，第二抗蚀剂层212是PMMA，第三抗蚀剂层214是P(MMA-MAA)。
第一抗蚀剂层包括第一开口216，其中第一开口216在垂直于基板208的表面的方向上(例如沿着z轴)从第一抗蚀剂层210的顶表面穿过第一厚度211延伸到基板208。第二抗蚀剂层包括第二开口218，其中第二开口218在垂直于基板208的表面的方向上(例如沿着z轴)从第二抗蚀剂层212的顶表面穿过第二厚度213延伸到第一抗蚀剂层210的顶表面。第三抗蚀剂层214包括第三开口220，其中第三开口220在垂直于基板208的表面的方向上(例如沿着z轴)从第三抗蚀剂层214的顶表面穿过第三厚度215延伸到第二抗蚀剂层212的顶表面。一起地，开口216、218和220相对于彼此对准，使得基板208的一部分被暴露，如例如在剖视图204中绘出的。
第一抗蚀剂层210中的第一开口216包括宽度222，第二抗蚀剂层212中的第二开口218包括宽度224，第三抗蚀剂层214中的第三开口220包括宽度226。宽度222、宽度224和宽度226可以是不同的值，例如在10nm至10微米之间。其它宽度也是可能的。宽度222、宽度224和宽度226沿着与每个相应的抗蚀剂层210、212、214的相应厚度正交的方向(例如沿着x轴和/或y轴)延伸。
在一些实施方式中，沉积特征(例如顶部接触或底部接触，诸如约瑟夫森结的底部或顶部接触)的一个或更多个尺寸(例如宽度)可以由第二开口218的宽度224限定，如下面参照图1B-1C更详细讨论的。
多层抗蚀剂掩模200的抗蚀剂层可以被如下沉积和图案化。第一抗蚀剂层210沉积在基板208上(例如旋涂到基板208上)。在第一抗蚀剂层210之上沉积(例如旋涂)第二抗蚀剂层212。第二抗蚀剂层212为与第一抗蚀剂层210不同的抗蚀剂材料。在第二抗蚀剂层212之上沉积(例如旋涂)第三抗蚀剂层214，其中第三抗蚀剂层214为与第二抗蚀剂层212不同的抗蚀剂材料。
在一些实施方式中，在每个抗蚀剂层的沉积之后并且在随后的抗蚀剂层的沉积之前，进行从每个抗蚀剂层烘烤出溶剂的烘烤步骤。烘烤步骤还可以包括同时烘烤所有沉积的抗蚀剂层。每个抗蚀剂层的烘烤温度和烘烤时间可以部分取决于抗蚀剂层的材料和抗蚀剂层的厚度。
在一些实施方式中，将多层抗蚀剂掩模200的相应抗蚀剂层曝光于相应的图案以使用电子束光刻在该多层抗蚀剂掩模的每个相应层中限定一个或更多个特征(例如开口216、218和220)。用于在每个层中限定一个或更多个特征(例如开口)的各个图案可以通过用于电子束光刻系统的一个或更多个写文件来限定。用于限定包括一个或更多个特征(例如开口)的图案的每次曝光可以包括曝光剂量，其中特定的曝光剂量部分地取决于抗蚀剂材料和抗蚀剂层的厚度。例如，P(MMA-MAA)的曝光剂量的范围是0-1000μC/cm2。在另一示例中，PMMA的曝光剂量的范围是1000-2000μC/cm2。
可以选择曝光剂量以在该多层抗蚀剂掩模的特定抗蚀剂层中限定特征而不在其它抗蚀剂层中限定特征。例如，与由PMMA组成的抗蚀剂层相比，由P(MMA-MAA)组成的抗蚀剂层需要低得多的曝光剂量，使得足够低的曝光剂量(例如350μC/cm2)将曝光由P(MMA-MAA)组成的抗蚀剂层并且限定一个或更多个特征，而不曝光由PMMA组成的抗蚀剂层并且不限定一个或更多个特征。
在一个示例中，选择第一曝光剂量使得该曝光剂量足以将与图案对应的特征限定到第一抗蚀剂层210和第三抗蚀剂层214(例如P(MMA-MAA)抗蚀剂层)中，但是不足以将与该图案对应的特征限定到第二抗蚀剂层212(例如PMMA抗蚀剂层)中。选择第二曝光剂量，使得该曝光剂量足以将与另一图案对应的特征限定到第一抗蚀剂层210、第二抗蚀剂层212和第三抗蚀剂层214中(例如1500μC/cm2)。
在一些实施方式中，首先以高剂量曝光多层抗蚀剂掩模200从而例如以单一图案在所有三个抗蚀剂层中限定特征，然后以低剂量曝光多层抗蚀剂掩模200，从而例如在第一抗蚀剂层210和第三抗蚀剂层214中限定特征。多层抗蚀剂掩模200可以首先以低剂量曝光，然后以高剂量曝光。
在一些实施方式中，第一抗蚀剂层210和第三抗蚀剂层214具有在抗蚀剂层中限定的相应开口(例如开口216和开口220)的相同宽度，并且其中这些开口在彼此之上正好对准(使第二抗蚀剂层212在其间)。
在每个抗蚀剂层的沉积和曝光之后，取决于每一层使用的抗蚀剂的类型(例如正或负抗蚀剂)，第一抗蚀剂层210、第二抗蚀剂层212和第三抗蚀剂层214然后被显影以选择性地去除各个抗蚀剂层的被曝光或没有被曝光的区域。显影第一抗蚀剂层210、第二抗蚀剂层212和第三抗蚀剂层214以从在第一抗蚀剂层210、第二抗蚀剂层212和第三抗蚀剂层214的每个中限定的各个开口内去除抗蚀剂材料。在一些实施方式中，部分地取决于各个抗蚀剂层的成分，使用一种或更多种显影工艺。在一些实施方式中，显影工艺是单步工艺，并包括显影剂，例如甲基异丁基酮:异丙醇(MIBK:IPA)(例如1:3的比例)，显影时间范围在45-90秒之间。在一个示例中，在MIBK:IPA中将该多层抗蚀剂掩模显影45秒，从而实现100nm-1000nm的开口和100nm的底切宽度。
在一些实施方式中，第一抗蚀剂层210和第二抗蚀剂层212被沉积并通过将它们曝光于相应的第一剂量和第二剂量而使用电子束光刻来图案化，随后的第三抗蚀剂层214然后被沉积并通过将多层抗蚀剂掩模200曝光于第三剂量而图案化。
与电子束光刻结合或代替电子束光刻，可以使用深紫外光刻(DUV光刻)来曝光和图案化多层抗蚀剂掩模200的抗蚀剂层中的一个或更多个开口。可以为第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层各自选择抗蚀剂材料，其与电子束光刻兼容(例如P(MMA-MAA)、PMMA)、与DUV光刻兼容(例如UV6)或者与电子束光刻和DUV光刻两者兼容(例如P(MMA-MAA)、PMMA)。使用DUV光刻用于图案化UV6抗蚀剂层的曝光剂量的范围可以包括18-28mJ/cm2。在一个示例中，用于图案化UV6抗蚀剂层的曝光剂量为25mJ/cm2。使用DUV光刻用于图案化PMMA的抗蚀剂层的曝光剂量可以包括>500mJ/cm2的剂量，这部分地基于PMMA在DUV光刻系统的波长(例如248nm)处的灵敏度。
在一个示例中，沉积与电子束光刻兼容的第一抗蚀剂层210和第二抗蚀剂层212(例如分别为P(MMA-MAA)和PMMA)，与DUV光刻兼容的第三抗蚀剂层(例如UV6)沉积在之上。DUV光刻可以用于使用限定图案的掩模版来曝光第三抗蚀剂层214。随后，以与上述相同的方式，可以使用电子束光刻来曝光和图案化第一抗蚀剂层210和第二抗蚀剂层212。
在另一示例中，第一抗蚀剂层210和第二抗蚀剂层212可以使用与电子束光刻兼容的材料来沉积并使用电子束光刻通过曝光来图案化。随后，与DUV光刻兼容的第三抗蚀剂层214可以沉积在第二抗蚀剂层212之上并使用DUV光刻来曝光。
在另一示例中，第一抗蚀剂层210和第二抗蚀剂层212可以使用与DUV光刻兼容的材料来沉积并使用DUV光刻通过曝光来图案化。在一些实施方式中，第二抗蚀剂层212是对紫外光敏感的抗蚀剂材料(例如UV6)，第一抗蚀剂层210是剥离层(LOL)。随后，第三抗蚀剂层214沉积在与电子束光刻工艺兼容的第二抗蚀剂层之上并使用电子束光刻通过曝光来图案化。
在另一示例中，第一抗蚀剂层210、第二抗蚀剂层212和第三抗蚀剂层214包括与DUV光刻兼容的抗蚀剂材料(例如UV6、UV210)以及剥离层材料(例如LOL、LOR、PMGI)。第一抗蚀剂层210和第二抗蚀剂层212可以被沉积并在DUV光刻系统中使用一个或更多个掩模版来图案化，然后第三抗蚀剂层可以沉积在第二抗蚀剂层之上并在DUV光刻系统中由掩模版通过曝光被图案化。第一抗蚀剂层210、第二抗蚀剂层212和第三抗蚀剂层214也可以都被沉积，然后使用DUV光刻在至少一个曝光步骤中被图案化。
一旦第一抗蚀剂层210、第二抗蚀剂层212和第三抗蚀剂层214被沉积并图案化，则使用一种或更多种显影工艺来显影多抗蚀剂层掩模200。显影工艺可以包括使用显影剂诸如MIBK:IPA(1:3)以去除被曝光或没有被曝光的抗蚀剂材料(例如取决于正或负抗蚀剂)。显影工艺还可以包括AZ300MIF、0.26N显影剂(例如2.38％的氢氧化四甲铵)或类似的显影剂，以显影例如包括UV6抗蚀剂材料和LOL抗蚀剂材料的抗蚀剂层。应注意，用于显影一个或更多个抗蚀剂层的显影剂必须与其它抗蚀剂层兼容(例如，不侵蚀或损坏其它抗蚀剂层)。例如，AZ300MIF用于显影UV6抗蚀剂材料并且不损坏或侵蚀PMMA抗蚀剂材料。
在一些实施方式中，第三开口220的宽度226比第二开口218的宽度224宽，其中第三开口220的一部分在第二开口218之上对准。第三开口220的宽度226可以在例如20nm-20μm的范围内，第二开口218的宽度224可以在例如10nm-10μm的范围内。例如，第三开口220的宽度226为400nm，第二开口218的宽度224为200nm。在另一个示例中，宽度226是500nm，宽度224是300nm。也可以使用其它宽度。
在一些实施方式中，第三开口220的宽度226大于第二开口218的宽度224，多层抗蚀剂掩模200的第三抗蚀剂层214中的第三开口220的至少一部分在第二抗蚀剂层212中的第二开口218的至少一部分之上对准，使得第二抗蚀剂层212的顶表面的一部分被暴露。在一些实施方式中，第三抗蚀剂层214中的第三开口220的至少一部分在第二抗蚀剂层212中的第二开口218的至少一部分和第一抗蚀剂层210中的第一开口222的至少一部分之上对准，使得基板108的表面的一部分被暴露。例如，在如平面示意图202所示的三层抗蚀剂掩模100中，通过第一开口222、第二开口224和第三开口226的对准，第二抗蚀剂层212的顶表面的一部分225被暴露并且基板208的表面的一部分227被暴露。
在一些实施方式中，第一开口216、第二开口218和第三开口220限定暴露基板208的表面的掩模开口区域221。掩模开口区域221的第一侧包括由第二开口218的第一边缘与第三开口220的第一边缘之间的距离限定的第一底切宽度228。掩模开口区域221的与掩模开口区域221的第一侧正好相反的第二侧包括由第二开口218的第二边缘与第三开口220的第二边缘之间的距离限定的第二底切宽度230。
在一些实施方式中，掩模开口区域221的第一侧(包括第一底切宽度228)和第二侧(包括第二底切宽度230)部分地基于各自与材料沉积源的接近度来限定，这参照图2B-2C进一步详细描述。在一些实施方式中，抗蚀剂层中的开口可以是限定量子信息处理器件(例如包括约瑟夫森结的量子位)的至少一部分的更大设计的部分。例如，如图2A的平面图202所示，所述开口限定约瑟夫森结的底部接触和约瑟夫森结的与该底部接触重叠的顶部接触的布局。
在一些实施方式中，通过将第三抗蚀剂层曝光于比在第一抗蚀剂层上曝光的图案更窄的图案，第三抗蚀剂层可以具有比第一抗蚀剂层的第一开口的宽度小的第三开口的宽度，并可以附加地偏移(例如，不与第一开口正好对准，但是仍然在第一开口的边界内)，如参照图4A更详细地讨论的。
在选择性地去除三层抗蚀剂掩模200的预定区域中的抗蚀剂以提供第一开口216、第二开口218和第三开口220之后，可以使用遮蔽蒸发技术以沉积将形成电路元件的部分的材料，例如可以使用遮蔽蒸发来形成约瑟夫森结，该约瑟夫森结将形成量子信息处理器件(诸如量子位)的部分。特别地，具有被图案化的抗蚀剂的基板被置于沉积腔室(例如物理气相沉积系统的腔室)内并经受第一层沉积工艺。沉积的材料可以包括例如金、银、铂、铌、钼、钽、铝和铟。
图2B以平面图240、穿过轴A-A的剖视图242以及穿过轴B-B的剖视图244示出在从第一沉积流动方向251第一沉积用于形成约瑟夫森结的材料之后的三层抗蚀剂掩模200的示意图。在第一沉积步骤期间，第一沉积流动方向251取向在相对于垂直于基板208的表面的z轴的角度250处，使得第三抗蚀剂层214的靠近第三开口220的边缘的部分在开口区域内阻挡从第一沉积流动方向251的第一沉积的沉积材料中的至少一些。第一沉积流动方向251可以例如取向在相对于z轴的10度至80度之间的角度250处。
在一些实施方式中，掩模开口区域221的包括第一底切宽度228的第一侧由第二开口218和第三开口220的更靠近材料沉积源的相应边缘之间的距离差限定。例如，如图2B中的三层抗蚀剂掩模200的平面图240和剖视图244所示，对于第一沉积流动方向251，第一底切宽度228和第二底切宽度230。如所示的，例如在图1B中的三层抗蚀剂掩模200的平面图240和剖视图244中，对于第一沉积流动方向251，掩模开口区域221的包括第二底切宽度230的第二侧由第二开口218和第三开口220的远离材料沉积源的相应边缘之间的距离差来限定。
从第一沉积而沉积的材料在基板208上以及在三层抗蚀剂掩模200的开口区域内产生第一结构(例如用于约瑟夫森结的底部接触248)(见例如图1B中的剖视图242)。在一些实施方式中，材料的第一沉积还导致在第三抗蚀剂层214上的沉积层252。沉积层252可以沉积在第三抗蚀剂层214的顶表面(例如顶表面区域252a)上，或者沉积层252可以沉积在第三抗蚀剂层214的顶表面和第三抗蚀剂层214的侧壁(例如侧壁区域252b)上。
在一些实施方式中，在第一沉积步骤期间，例如，如图2B中的剖视图242所示，来自第一沉积流动方向251的入射通量的材料沉积在第二抗蚀剂层212的暴露的顶表面252c上。在一些实施方式中，第一流动沉积方向251相对于第三抗蚀剂层214中的开口220取向在角度250处，使得来自第一沉积的材料通量的一部分被开口220的边缘阻挡。沉积材料252b沉积在开口220的侧壁区域上，该侧壁区域更远离第一流动沉积方向的沉积源，例如如图2B的剖视图244所示。开口220的侧壁区域上的沉积252b被部分阻挡沿着第三抗蚀剂层214的整个第三厚度215沉积。
在一些实施方式中，第一层沉积在基板208上沉积具有第一沉积层厚度(tdep)254的底部接触248以及在第三抗蚀剂层214的侧壁区域252b上沉积第二沉积层厚度(tmetal)256。第二沉积层厚度256可以如下与第一沉积层厚度254相关：
tmetal＝tdep(1-cosθ) (1)
其中θ是角度250。角度250可以例如在10度至80度之间。
在第一沉积步骤之后，沉积的层248可以被氧化。例如，基板208可以被转移到空气或单独的腔室，在该处发生构成沉积层248的材料的表面氧化。在一些实施方式中，基板可以留在沉积腔室中以用于原位氧化。
在第一沉积步骤之后并且在第二沉积步骤之前，改变基板与沉积材料源之间的取向。在一些实施方式中，基板208相对于材料源旋转。部分地取决于沉积系统的配置，源可以相对于基板208旋转，或者基板208和源相对于彼此旋转。
在氧化之后，基板然后可以经受第二沉积步骤，其中沉积第二材料(例如超导材料)以形成第二沉积结构(例如用于约瑟夫森结的顶部接触258)。图2C以平面图260、穿过轴A-A的剖视图262以及穿过轴B-B的剖视图264示出在第二沉积用于形成约瑟夫森结的材料之后三层抗蚀剂掩模200的示意图。第二沉积流动方向271包含沿着平行于基板208的表面的y轴的分量。第二沉积流动方向271取向在相对于垂直于基板208的表面的z轴的角度270处。角度270可以例如在相对于z轴的10度至80度之间。在第二沉积期间的角度270可以不同于在第一沉积期间的角度250。例如，在一些实施方式中，基板表面可以在第一沉积步骤期间取向在相对于沉积材料的第一沉积流动方向251的第一角度250处(例如，其中第一沉积流动方向251包括沿着x轴的分量)，并在第二沉积步骤期间取向在相对于第二沉积流动方向271的与第一角度250正交的第二角度270处(例如，其中第二沉积流动方向271包括沿着y轴的分量)。
从第二沉积流动方向271的第二层沉积在基板208上以及在三层抗蚀剂掩模200的开口区域内形成第二沉积结构(例如用于约瑟夫森结的顶部接触258)，例如如图2C中的剖视图264所示。在一些实施方式中，第二沉积结构可以沉积在第一沉积结构(例如底部接触248)之上，例如以形成约瑟夫森结。
在一些实施方式中，第一沉积层的一部分、氧化区域的在第一沉积层之上的部分以及第二沉积层的在氧化区域之上的部分形成量子计算系统(例如量子位)的一部分。在一些实施方式中，第一沉积层的一部分、氧化区域的在第一沉积层之上的部分以及第二沉积层的在氧化区域之上的部分形成约瑟夫森结的一部分。
在一些实施方式中，第二沉积材料还导致在先前沉积的层252上的沉积层272。沉积层272可以沉积在先前沉积的层252的顶表面(例如顶表面区域252a)上，或者沉积层272可以沉积在先前沉积的层252的顶表面上以及在先前沉积的层252的侧壁区域252b、252c上。
在一些实施方式中，例如，如图2C中的剖视图264所示，材料沿着与第二流动沉积方向271相同的方向沉积在第二抗蚀剂层212的暴露的顶表面272c上。
在一些实施方式中，材料以相对于第二流动沉积方向271的角度270沉积在侧壁区域272b上，使得第三抗蚀剂层214和/或先前沉积的层252的一部分阻挡在开口220内的沉积材料中的至少一些的沉积。例如，图1C的剖视图262绘出第二沉积流动方向271取向在相对于基板208的角度270处，使得侧壁区域272b上的沉积被部分阻挡沿着第三抗蚀剂层214的整个第三厚度215沉积。
在一些实施方式中，第二层沉积在基板208上沉积具有第一沉积层厚度(tdep)274的顶部接触258以及在第三抗蚀剂层214的侧壁区域272b上沉积第二沉积层厚度(tmetal)276。第二沉积层厚度256可以如下与第一沉积层厚度254相关：
tmetal＝tdep(1-cosθ) (1)
其中θ例如是角度270。角度270可以例如在10度至80度之间。
在一些实施方式中，在第三抗蚀剂层的侧壁区域252b上的第一沉积厚度(tdep)256小于第二底切宽度230，材料没有沉积(或可忽略地沉积)在具有第二底切宽度230的第二抗蚀剂层212的暴露的顶表面上。在这样的情况下，材料的第二沉积(例如顶部接触258)不受遮蔽效应的影响，例如，顶部接触258的宽度是由三层抗蚀剂掩模200的开口218限定的期望宽度224而不是小于开口218的宽度224的宽度。
在一些实施方式中，第一底切宽度228和第二底切宽度230在值上不相等。另外，由第一沉积流动方向251限定的第一底切宽度228可以具有与由第二沉积流动方向271限定的第一底切宽度228不同的值，如下面参照图4A进一步详细讨论的。
在一些实施方式中，可以调节三层抗蚀剂掩模200的一个或更多个参数和/或两步沉积工艺的一个或更多个参数以减小遮蔽效应(例如，其中第二沉积结构的一个或更多个尺寸可能由于来自第一沉积步骤期间沉积的材料的遮蔽而不同于期望的尺寸)。图3A-3D是用于各种示范性的三层抗蚀剂掩模的两步沉积工艺的剖视图的图。图3A-3D所示的剖视图类似于图2C所示的穿过轴B-B的剖视图264。基板308上的三层抗蚀剂掩模包括具有相应开口316、318和320的第一抗蚀剂层310、第二抗蚀剂层312和第三抗蚀剂层314，类似于参照图2A-2C讨论的开口。
尽管为简单起见，在图3A-3D所示的剖视图的顶表面上没有示出来自第二沉积步骤的沉积，但是可以想象来自第二沉积的材料的量类似于图2C所示的第二沉积层272至少沉积在每个剖视图的顶表面的一部分上。
通常，三层抗蚀剂掩模200和两步沉积工艺的各种参数可以如下相关：
tmetal＜uc2 (3)
其中tmetal是沉积在抗蚀剂层的侧壁上的金属的厚度(例如厚度356)，θ是对于第一沉积步骤相对于基板的沉积角度(例如角度350)，t3是第三抗蚀剂层的厚度(例如第三厚度315)，w是第二抗蚀剂层的第二开口的宽度(例如宽度324)，uc1是第一底切宽度(例如底切宽度328)，uc2是第二底切宽度(例如底切宽度330)。
如以上参考等式(1)讨论的，沉积在顶部抗蚀剂层(例如第三抗蚀剂层314)的侧壁356上的金属的厚度可以通过角度θ(例如角度350)而与沉积的厚度相关。当角度相对于垂直于基板表面的z轴增大至接近90度时，沉积在侧壁上的金属的厚度tmetal接近金属沉积的厚度tdep。
图3A-3D示出材料的第一沉积和材料的第二沉积，并在相同的图示中指示沉积的第一流动351和沉积的第二流动371，然而，将理解，第一沉积步骤先于第二沉积步骤，如参照图2B和图2C以及图6所述。
图3A是类似于图2A-2C所示的三层抗蚀剂掩模200的三层抗蚀剂掩模的剖视图的图，其中第一底切宽度328和第二底切宽度330是非零的并且第一沉积角度350可与参照图2B-2C讨论的相关值相比。
图3B是另一示例三层抗蚀剂掩模的两步沉积工艺的剖视图的图，其中第一底切宽度328超过阈值宽度，使得材料的第一沉积覆盖第三抗蚀剂层314的侧壁以及第二抗蚀剂层312的侧壁的至少一部分。第一底切宽度(uc1)328的阈值宽度(threshold width)可以定义为：
在由于超过阈值宽度值而在第二抗蚀剂层312上发生侧壁沉积的情况下，由于第二抗蚀剂层中的开口相对于第二抗蚀剂层的第二开口的期望宽度变窄，可以观察到对第二沉积层358的遮蔽效应。例如，所沉积的第二层358的至少一部分可以具有比由第二抗蚀剂层312的第二开口318的宽度324限定的期望宽度小的宽度380。
图3C是用于三层抗蚀剂掩模的两步沉积工艺的剖视图的图，其中沉积在第三抗蚀剂层314的侧壁356上的第一沉积材料的量超过第二底切宽度330。在沉积在第三抗蚀剂层314的侧壁356上的第一沉积材料的宽度超过第二底切宽度330的宽度的情况下，由于第二抗蚀剂层中的开口相对于第二抗蚀剂层312的第二开口的期望宽度变窄，可以观察到对第二沉积层的遮蔽效应。例如，所沉积的第二层358的至少一部分可以具有比由第二抗蚀剂层312的第二开口318的宽度324限定的期望宽度小的宽度380。
图3D是对于三层抗蚀剂掩模的两步沉积工艺的剖视图的图，其中第二底切宽度为零或近似为零，使得在第三抗蚀剂层314的侧壁上的任何沉积可在材料的第二沉积期间引起遮蔽效应。对于近似为零的第二底切宽度，该宽度是非零的距离，该非零的距离足够小以在材料的第二沉积期间具有与等于零的第二底切宽度相同的遮蔽效应。遮蔽效应可以包括在第二沉积步骤期间通过源(未示出)阻挡第二开口的至少一部分被看到，使得通过其在基板308上发生沉积的开口在一个或更多个方向上相对于由第二抗蚀剂层312的第二开口318限定的期望宽度变窄。例如，所沉积的第二层358的至少一部分可以具有比由第二抗蚀剂层312的第二开口318的宽度324限定的期望宽度小的宽度380。
在一些实施方式中，其它参数可在第二沉积工艺期间产生遮蔽效应。例如，相对于沉积角度选择的小于阈值厚度的第三抗蚀剂层的厚度可能导致在第二抗蚀剂层(以及第三抗蚀剂层)上的侧壁沉积并在第二沉积步骤中引起遮蔽效应。在另一示例中，第一沉积层(例如沉积的铝)中的粗糙化(其部分地由于第一沉积层的沉积材料的晶粒生长和/或晶粒形态(例如晶界)引起)可能导致不均匀的遮蔽效应(例如，从第一沉积层的侧壁沉积不均匀)。由于第一沉积层的粗糙化引起的不均匀沉积可能导致沿着沉积结构(例如约瑟夫森结)的长度被不均匀地遮蔽的第二沉积层。
在遮蔽蒸发工艺之后，可以在剥离步骤中去除抗蚀剂以去除不需要的材料并完成约瑟夫森结的制造。取决于抗蚀剂材料的化学成分，可以使用各种不同的溶剂和/或化学方法进行剥离。
在一些实施方式中，三层抗蚀剂掩模的上述布局所产生的一个或更多个遮蔽效应(例如，来自第一沉积步骤的沉积阻碍抗蚀剂掩模的开口的一部分)可以通过仔细选择第一底切宽度来解决。特别地，参照图4A-4C更详细地讨论选择为零或近似为零的第一底切宽度可以校正对沉积参数(例如沉积角度、沉积厚度)的敏感性中的一个或更多个。
图4A-4C是示出通过三层抗蚀剂掩模400的另一示范性两步沉积工艺的各种视图的图。图4A以平面图402、穿过轴A-A的剖视图404和穿过轴B-B的剖视图406示出三层抗蚀剂掩模400的示意图。三层抗蚀剂掩模400被配置为使得第一底切(uc1)宽度等于或几乎等于零。
三层抗蚀剂掩模400包括具有各自的层厚度411、413和415的第一抗蚀剂层410、第二抗蚀剂层412和第三抗蚀剂层414，并被配置为类似于参照图2A-2C描述的三层抗蚀剂掩模200。然而，三层抗蚀剂掩模400分别在抗蚀剂层410、412和414中的相对开口416、418和420的位置上不同。具体地，如沿着Y方向的剖视图404所示并且如沿X方向的剖视图406所示，掩模开口区域421被对准为使得底切宽度中的一个或更多个的宽度为零和/或近似为零。例如，如剖视图404所示，开口420的沿着Y方向的宽度422等于或几乎等于开口418的沿着Y方向的宽度426(例如第一底切宽度和第二底切宽度等于零)。在另一示例中，如剖视图406所示，开口420的沿着X方向的宽度424被限定为使得第一底切宽度为零或近似为零并且第二底切宽度430具有非零值。也就是，在开口424的一侧的抗蚀剂层414的侧壁与开口428的侧壁齐平。
在一些实施方式中，通过将第三抗蚀剂层曝光于比在第一抗蚀剂层410上曝光的图案更窄的图案，第三抗蚀剂层414可以具有比第一抗蚀剂层的第一开口416的宽度417小的第三开口420的宽度(例如宽度422、424)，并可以另外地偏移(例如，如剖视图406中所示，其中开口424不与第一开口417正好对准，但是仍在第一开口417的边界内)。
参照图4B讨论零或近似零的第一底切宽度的优点。图4B以平面图440、穿过轴A-A的剖视图442和穿过轴B-B的剖视图444示出在第一沉积用于形成约瑟夫森结的材料之后三层抗蚀剂掩模400的示意图。基板相对于沉积材料源的相对取向与以上参照图1A-1C和图2A-2C所讨论的相对取向相同。
如参照图2A-2C讨论的，第一底切宽度由第二开口418和第三开口420的更靠近材料沉积源的相应边缘(例如边缘419a和421a，分别在剖视图444中)之间的距离之差限定，并且第二底切宽度由第二开口418和第三开口420的远离材料沉积源的相应边缘(例如419b和421b，分别在剖视图444中)之间的距离之差限定。在图4B的剖视图444中绘出的三层抗蚀剂掩模400的示例中，第一底切宽度为零或近似为零，并且第二底切宽度430为非零值。
从第一沉积流动方向451的第一层沉积形成第一沉积结构(例如约瑟夫森结的底部接触448)，其在基板408的平面内沿着x轴延伸以及在三层抗蚀剂掩模400的开口区域内，例如如在图4B中的平面图440中和剖视图442中绘出的。在一些实施方式中，材料的第一沉积还导致在第三抗蚀剂层414上的沉积层452。沉积层452可以沉积在第三抗蚀剂层414的顶表面(例如顶表面区域452a)和/或第三抗蚀剂层414的侧壁(例如侧壁区域452b)上。
如剖视图444所示，对于特定的沉积角度θ减小开口420的第一侧(即开口420的最靠近材料沉积源的边缘421a)的底切宽度减小了沉积在开口区域420内的层414的相对的第二侧壁452b上的材料的范围。也就是，随着底切宽度减小，来自通量451的材料越来越被层414的上部角落阻挡。进而，更少的材料到达层414与阻挡通量451相关的角落的侧壁相对的侧壁452b。结果，沉积在侧壁452b上的材料远离层412终止。对于通量451的特定入射角θ，通过减小开口420的第一侧的底切宽度，可以实现层412的上表面与沉积在侧壁452b上的材料的终止部分之间的最大距离。在一些实施方式中，第一底切宽度228近似为零(例如足够小的非零宽度)，从而对于通量451的特定入射角θ，可以实现层412的上表面与沉积在侧壁452b上的材料的终止部分之间的最大距离，如同等于零的底切宽度。
在第一层沉积步骤之后，第一沉积层可以被氧化(例如，通过将基板208转移到空气、到单独的腔室、或留在沉积腔室中以用于原位氧化，其中促进沉积材料的表面氧化)，如以上参照图2A-2C更详细讨论的。
图4C以平面图460、穿过轴A-A的剖视图462和穿过轴B-B的剖视图464示出在第二沉积用于形成约瑟夫森材料之后的的三层抗蚀剂掩模400的示意图。再次地，面对材料沉积源(未示出)的基板表面可以取向在相对于第二沉积材料的通量方向471的角度470处，其细节参照图2C更详细地讨论。
从第二沉积流动方向471的第二层沉积在基板408上以及在三层抗蚀剂掩模400的开口区域内形成第二沉积结构(例如用于约瑟夫森结的顶部接触458)，例如如图4C中的平面图460和剖视图464所示。在一些实施方式中，类似于以上参照图2C论述的沉积层272，材料的第二沉积还导致在来自第一层沉积的先前沉积的层452上的沉积层472。
在一些实施方式中，第二层沉积在基板408上沉积具有第一沉积层厚度(tdep)474的顶部接触458以及在侧壁区域472b上沉积具有厚度(tmetal)476的第二沉积层，其中tdep和tmetal之间的关系与参照图2C在等式1中描述的关系相同和通量入射角470。
在一些实施方式中，在第三抗蚀剂层的侧壁区域452b上的第一沉积厚度(tdep)456小于第二底切宽度430，并且材料没有沉积(或可忽略地沉积)在具有第二底切宽度430的第二抗蚀剂层412的被暴露的顶表面上。在这样的情况下，材料(例如顶部接触458)的第二沉积不受遮蔽效应的影响，例如顶部接触458的宽度是由三层抗蚀剂掩模400的开口418限定的期望宽度428而不是比开口418的宽度428小的宽度。
图5是用于形成多层抗蚀剂掩模的示范性工艺500的流程图，该多层抗蚀剂掩模例如是参照图1A-1C、图2A-2C和图4A-4C所述的两层和三层抗蚀剂掩模。提供电介质基板(例如基板208)(502)。电介质基板可以包括硅、蓝宝石、金刚石或具有类似电介质特性的另外的基板材料。
在包括第一厚度的电介质基板(例如基板208)(504)上形成第一抗蚀剂层(例如具有厚度211的第一抗蚀剂层210)。第一抗蚀剂层可以形成在电介质基板的表面上，例如如以上参照图2A所述。第一抗蚀剂层可以由电子束光刻兼容材料(例如P(MMA-MAA)、PMMA、ZEP520、UV5/UVIIII)、DUV光刻兼容材料(例如UV6、UV210)、剥离材料(例如LOL、LOR、PMGI)或与电子束光刻和DUV光刻两者兼容的另外的抗蚀剂材料(例如PMMA、P(MMA-MAA))构成。可以使用包括旋涂的沉积技术在电介质基板上形成第一抗蚀剂层。
在第一抗蚀剂层(例如第一抗蚀剂层210)上形成第二抗蚀剂层(506)，该第二抗蚀剂层包括第二厚度(例如具有厚度213的第二抗蚀剂层212)。第二抗蚀剂层和第二开口可以形成在第一抗蚀剂层的表面上，例如如以上参照图2A所述的。第二抗蚀剂层可以由电子束光刻兼容材料(例如P(MMA-MAA)、PMMA、ZEP520、UV5/UVIIII)、DUV光刻兼容材料(例如UV6、UV210)、剥离材料(例如LOL、LOR、PMGI)或与电子束光刻和DUV光刻两者兼容的另外的抗蚀剂材料(例如PMMA、P(MMA-MAA))构成，并且其是与第一抗蚀剂层的抗蚀剂材料不同的材料。第二抗蚀剂层可以使用包括旋涂的沉积技术形成在第一抗蚀剂层上。
在第二抗蚀剂层(例如第二抗蚀剂层212)上形成第三抗蚀剂层(508)，该第三抗蚀剂层包括第三厚度(例如具有厚度215的第三抗蚀剂层214)。第三抗蚀剂层可以形成在第二抗蚀剂层的表面上，例如如以上参照图2A所述的。第三抗蚀剂层可以由电子束光刻兼容材料(例如P(MMA-MAA)、PMMA、ZEP520、UV5/UVIIII)、DUV光刻兼容材料(例如UV6、UV210)、剥离材料(例如LOL、LOR、PMGI)或与电子束光刻和DUV光刻两者兼容的另外的抗蚀剂材料(例如PMMA、P(MMA-MAA))构成，并且其是与第二抗蚀剂层的抗蚀剂材料不同的材料。第三抗蚀剂层可以使用包括旋涂的沉积技术形成在第二抗蚀剂层上。
第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层在第一图案化步骤(510)中被曝光，例如如参照图2A所述的。第一图案化步骤可以包括第一曝光剂量，该第一曝光剂量足以将与图案相对应的特征限定到第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层中。多层抗蚀剂掩模中的一个或更多个开口可以通过第一图案化步骤限定。例如，限定第二抗蚀剂层中的开口(例如第二抗蚀剂层212中的具有宽度224的开口218)。第一抗蚀剂层和第三抗蚀剂层也可以在第一图案化期间被曝光，然后在第二图案化步骤期间被进一步曝光。
第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层在第二图案化步骤(512)中被曝光，例如如参照图2A所述的。第二图案化步骤可以包括第二曝光剂量，该第二曝光剂量足以将对应于图案的特征限定到第一抗蚀剂层和第三抗蚀剂层中，但是不足以将对应于图案的特征限定到第二抗蚀剂层中。结果，在第二图案化步骤期间限定第一抗蚀剂层和第三抗蚀剂层中的一个或更多个开口(例如，第一抗蚀剂层210中的开口216和第三抗蚀剂层214中的开口220)。
第一图案化步骤和第二图案化步骤在第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层中限定各自的开口，使得第一抗蚀剂层包括延伸穿过第一抗蚀剂层的厚度的第一开口，第二抗蚀剂层包括在第一开口之上对准并延伸穿过第二抗蚀剂层的厚度的第二开口，第三抗蚀剂层包括在第二开口之上对准并延伸穿过第三抗蚀剂层的厚度的第三开口。
第一抗蚀剂层、第二抗蚀剂层和第三抗蚀剂层在一种或更多种显影工艺中被显影(514)。显影工艺可以包括一种或更多种显影剂以去除被曝光的或没有被曝光的抗蚀剂材料，部分地取决于使用正性抗蚀剂材料还是负性抗蚀剂材料。显影剂可以包括MIBK:IPA(例如比例为1:3、1:2、1:1)、MIBK和AZ300MIF，这部分地取决于多层抗蚀剂掩模中使用的不同抗蚀剂材料。AZ300MIF的显影时间的范围包括40-90秒。在一个示例中，对于亚微米至微米范围的开口，使用AZ300MIF的显影时间为70秒。
尽管这里描述的多层抗蚀剂掩模包括两层抗蚀剂掩模和三层抗蚀剂掩模，但是可以使用超过三个的抗蚀剂层。
多层抗蚀剂掩模然后可以用于形成量子计算系统的至少一部分(例如包括底部接触和顶部接触的约瑟夫森结)，如参照图1A-1C、图2A-2C和图4A-4C所述的。图6是用于使用多层抗蚀剂掩模形成量子计算系统的至少一部分(例如约瑟夫森结)的示范性工艺600的流程图。多层抗蚀剂掩模包括三个抗蚀剂层，每个抗蚀剂层在抗蚀剂层中具有从抗蚀剂层的顶表面延伸穿过抗蚀剂层的厚度的开口。抗蚀剂层的每个相应开口在彼此之上对准，从而建立开口区域，该开口区域从这三个抗蚀剂层中的顶部抗蚀剂层的顶表面延伸穿过这三个抗蚀剂层的相应厚度到基板的主表面。通过第一开口、第二开口和第三开口(例如分别为开口216、218、220)从第一沉积流动方向(例如流动方向251)并以相对于垂直于基板(例如基板208)的主表面的z轴的第一沉积角度(例如角度250)沉积第一材料层，并包括沿着相对于基板的主表面的x轴的分量(602)。
基板和沉积材料源之间的取向被改变(604)。在一些实施方式中，沉积材料源相对于基板的取向被改变，或者沉积材料的源和基板相对于彼此的各自取向被改变。例如，基板相对于沉积材料源旋转90度，使得用于第一沉积的材料通量的方向(例如第一沉积流动方向251)和用于第二沉积的材料通量的方向(例如第二沉积流动方向271)彼此正交。在另一示例中，基板相对于材料通量的方向倾斜，使得平行于基板的表面限定的平面与用于第一沉积的材料通量的方向(例如第一沉积流动方向251)之间的角度和平行于基板的表面限定的平面与用于第二沉积的材料通量的方向(例如第二沉积流动方向271)之间的角度彼此正交。
在一些实施方式中，在第二沉积步骤之前，如参照图1B所述的，基板被转移到空气、转移到单独的腔室或留在沉积腔室中以用于原位氧化，其中促进沉积材料的表面氧化。
通过第一开口、第二开口和第三开口从第二沉积流动方向(例如第二沉积流动方向271)并以相对于垂直于基板的z轴的第二沉积角度(例如角度270)沉积第二材料层(606)。
在一些实施方式中，在沉积第二材料层之后，在剥离步骤中去除多层抗蚀剂掩模和任何不需要的沉积材料以去除不需要的材料并完成约瑟夫森结的制造。
在一些实施方式中，上述工艺和表征技术中的一些或全部在受控环境中发生，该受控环境可以包括高纯度真空室、低于超导材料的超导温度的温度或其组合。
可用于形成量子电路元件的超导材料的示例是铝。铝可以与电介质结合使用以建立约瑟夫森结，其是量子电路元件的通常部件。可由铝形成的量子电路元件的示例包括电路元件诸如超导共面波导、量子LC振荡器、量子位(例如通量量子位或电荷量子位)、超导量子干涉器件(SQUID)(例如RF-SQUID或DC-SQUID)、电感器、电容器、传输线、接地平面，除了别的以外。
铝也可以用于形成超导经典电路元件，其可与超导量子电路元件以及基于互补金属氧化物半导体(CMOS)电路的其它经典电路元件互操作。可用铝形成的经典电路元件的示例包括快速单通量量子(RSFQ)器件、倒数量子逻辑(RQL)器件和ERSFQ器件，它们是不使用偏置电阻的RSFQ的节能版本。其它经典电路元件也可以由铝形成。经典电路元件可以配置为通过对数据执行基本的算术、逻辑和/或输入/输出操作来共同执行计算机程序的指令，其中数据以模拟或数字形式表示。
这里描述的工艺可能需要沉积一种或更多种材料，诸如超导体、电介质和/或金属。取决于所选择的材料，这些材料可以使用沉积工艺诸如化学气相沉积、物理气相沉积(例如蒸发或溅射)或外延技术来沉积，除了其它沉积工艺之外。这里描述的工艺还可能需要在制造期间从器件去除一种或更多种材料。取决于要去除的材料，去除工艺可以包括例如湿蚀刻技术、干蚀刻技术或剥离工艺。
本说明书中描述的量子主题和量子操作的实施方式可以实施在适当的量子电路中或更一般地实施在量子计算系统(包括本说明书中公开的结构及其结构等同物)中或实施在它们中的一个或更多个的组合中。术语“量子计算系统”可以包括但不限于量子计算机、量子信息处理系统、量子信息处理器件、量子密码系统或量子模拟器。
术语量子信息和量子数据是指由量子系统所携带、在量子系统中保持或存储的信息或数据，其中最小的非平凡(non-trivial)系统是量子位，例如限定量子信息的单位的系统。应理解，术语“量子位”涵盖在相应的上下文中可适当地近似为两级系统的所有量子系统。这样的量子系统可以包括例如具有两级或更多级的多层系统。举例来说，这样的系统可以包括原子、电子、光子、离子或超导量子位。在许多实施方式中，计算基础状态被识别为基态和第一激发态，但是将理解，可以有其它设置，其中计算状态用更高级的激发态识别。将理解，量子存储器是能够以高保真度和效率长时间存储量子数据的器件，例如光-物质界面，其中光用于传输并且物质用于存储和保存量子数据的量子特征，诸如叠加或量子相干性。
量子信息处理器件可以用于执行量子处理操作。也就是，量子信息处理器件可以配置为利用诸如叠加和纠缠的量子力学现象以不确定的方式对数据执行操作。诸如量子位的某些量子信息处理器件可以配置为同时以超过一种的状态表示信息和对信息操作。可用这里公开的工艺形成的超导量子信息处理器件的示例包括电路元件，诸如共面波导、量子LC振荡器、量子位(例如通量量子位或电荷量子位)、超导量子干扰器件(SQUID)(例如RF-SQUID或DC-SQUID)，除了别的之外。
相反，经典电路元件通常以确定的方式处理数据。经典电路元件可以配置为通过对数据执行基本的算术、逻辑和/或输入/输出操作来共同执行计算机程序的指令，其中数据以模拟或数字形式表示。在一些实施方式中，经典电路元件可以用于通过电或电磁连接向量子电路元件发送数据和/或从量子电路元件接收数据。可用这里公开的工艺形成的经典电路元件的示例包括快速单通量量子(RSFQ)器件、倒数量子逻辑(RQL)器件和ERSFQ器件，它们是不使用偏置电阻的RSFQ的节能版本。其它经典电路元件也可以用这里公开的工艺形成。
在使用超导量子信息处理器件和/或超导经典电路元件(诸如这里所述的电路元件)的量子计算系统的操作期间，超导电路元件在低温恒温器内被冷却至允许超导材料表现出超导性能的温度。超导体(或者，超导)材料可以被理解为在超导临界温度或低于超导临界温度表现出超导特性的材料。超导材料的示例包括铝(超导临界温度为约1.2开尔文)、铟(超导临界温度为约3.4开尔文)、NbTi(超导临界温度为约10开尔文)和铌(超导临界温度为约9.3开尔文)。因此，超导结构诸如超导迹线和超导接地平面由在超导临界温度或低于超导临界温度表现出超导特性的材料形成。
尽管本说明书包含许多特定的实施细节，但是这些细节不应被解释为对所要求保护的范围的限制，而应被解释为对特定实施方式可能特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合地实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地实施或以任何合适的子组合来实施。而且，尽管以上可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此声称，但是在某些情况下，可以从组合中删除所要求保护的组合中的一个或更多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合、或子组合的变体。
已经描述了许多实施方式。然而，将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种修改。其它实施方式在所附权利要求的范围内。
