特許 7593722 ドーラン・ブリッジ量子ジョセフソン接合デバイスの製品に適した製造のためのクラスタ・ツール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】ドーラン・ブリッジ量子ジョセフソン接合デバイスの製品に適した製造のためのクラスタ・ツール

(51)【国際特許分類】

   H10N 60/01 20230101AFI20241126BHJP

   C23C 16/04 20060101ALI20241126BHJP

   C23C 14/04 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H10N60/01 K

H10N60/01 C

H10N60/01 J

C23C16/04

C23C14/04

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022523065

(86)(22)【出願日】2020-11-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-18

(86)【国際出願番号】 EP2020081208

(87)【国際公開番号】W WO2021089742

(87)【国際公開日】2021-05-14

【審査請求日】2023-04-24

(31)【優先権主張番号】16/675,651

(32)【優先日】2019-11-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(72)【発明者】

【氏名】ベデル、ステファン

(72)【発明者】

【氏名】ホルメス、スティーブン

(72)【発明者】

【氏名】リー、ニン

(72)【発明者】

【氏名】サダナ、デヴェンドラ

【審査官】小山 満

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２５３３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２９４１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０４５０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０５８８１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１３７８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８９９０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ６０／０１

Ｃ２３Ｃ １６／０４

Ｃ２３Ｃ １４／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

成膜システムであって、
成膜源と、
前記成膜源の成膜経路内に配置された走査ステージであって、上にあるウエハを支持するように構成された支持プラットフォームと、前記支持プラットフォームに結合されており前記支持プラットフォームを前記成膜源に対して移動させるように構成された機械式アクチュエータとを備えた前記走査ステージと、
前記成膜源の前記成膜経路内において前記成膜源と前記走査ステージとの間に配置されており、スリットを画定する近接マスクと、
前記走査ステージと通信し、成膜角度が実質的に一定に維持されるように前記ウエハを前記スリットに対して移動させるように前記機械式アクチュエータを制御するように構成されたコントローラとを備え、
前記機械式アクチュエータが、前記ウエハの成膜面に対して傾斜した角度の方向に前記支持プラットフォームを移動させるように構成されており、
動作中には、前記近接マスクが、前記スリットから外れている軌道を有する成膜源物質が前記ウエハと接触することを防止する、成膜システム。

【請求項2】

前記成膜源が前記スリットの長さに及ぶ、請求項１に記載の成膜システム。

【請求項3】

前記スリットの長さが調整可能である、請求項１または２に記載の成膜システム。

【請求項4】

前記スリットが、前記近接マスクの長さよりも短い長さを有する、請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜システム。

【請求項5】

前記成膜角度が選択可能であり、前記成膜システムが、前記成膜角度の選択を可能にするために、前記成膜源に対する前記近接マスクの位置を解除可能に固定するように構成された近接マスク固定具をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の成膜システム。

【請求項6】

前記成膜経路に対する前記支持プラットフォームの角度が選択可能である、請求項１ないし５のいずれかに記載の成膜システム。

【請求項7】

前記成膜源が金属蒸着源である、請求項１ないし６のいずれかに記載の成膜システム。

【請求項8】

前記成膜源を照射するように構成されたレーザをさらに備え、
パルス・レーザ成膜によって成膜源物質を成膜するように構成されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の成膜システム。

【請求項9】

気体を前記成膜システムが配置されているチャンバに導入し前記気体を前記チャンバから除去するように構成された気体入口と気体出口とをさらに備え、
前記成膜システムが、スパッタリング成膜によって成膜源物質を成膜するように構成されている、請求項１ないし８のいずれかに記載の成膜システム。

【請求項10】

成膜チャンバをさらに備え、
前記成膜源と、前記走査ステージと、前記近接マスクとが、前記成膜チャンバに配置されている、請求項１ないし９のいずれかに記載の成膜システム。

【請求項11】

クラスタ・ツールであって、複数の選択可能な製造ツールを備え、前記複数の選択可能な製造ツールが、成膜システムを備え、
前記成膜システムが、
成膜源と、
前記成膜源の成膜経路内に配置された走査ステージであって、上にあるウエハを支持するように構成された支持プラットフォームと、前記支持プラットフォームに結合されており前記支持プラットフォームを前記成膜源に対して移動させるように構成された機械式アクチュエータとを備えた前記走査ステージと、
前記成膜源の前記成膜経路内において前記成膜源と前記走査ステージとの間に配置されており、スリットを画定する近接マスクと、
前記走査ステージと通信し、成膜角度が実質的に一定に維持されるように前記ウエハを前記スリットに対して移動させるように前記機械式アクチュエータを制御するように構成されたコントローラとを備え、
動作中には、前記近接マスクが、前記スリットから外れている軌道を有する成膜源物質が前記ウエハと接触することを防止し、前記複数の選択可能な製造ツールがさらに、
前記ウエハ上に誘電層を形成するように構成された誘電源を備えた誘電システムを備え、
第２の成膜システムをさらに備え、前記第２の成膜システムが、
第２の成膜源と、
前記第２の成膜源の成膜経路内に配置された第２の走査ステージであって、上にある前記ウエハを支持するように構成された第２の支持プラットフォームと、前記第２の支持プラットフォームに結合されており前記第２の支持・プラットフォームを前記第２の成膜源に対して移動させるように構成された第２の機械式アクチュエータとを備えた前記第２の走査ステージと、
前記第２の成膜源の前記成膜経路内において前記第２の成膜源と前記第２の走査ステージとの間に配置されており、第２のスリットを画定する第２の近接マスクと、
前記第２の走査ステージと通信し、第２の成膜角度が実質的に一定に維持されるように前記ウエハを前記第２のスリットに対して移動させるように前記第２の機械式アクチュエータを制御するように構成された第２のコントローラとを備え、
動作中には、前記第２の近接マスクが、前記第２のスリットから外れている軌道を有する成膜源物質が前記ウエハと接触することを防止し、
最初に記載された前記成膜角度が、前記第２の成膜角度と異なる、クラスタ・ツール。

【請求項12】

前記ウエハをアニールするように構成された熱源を備えたアニール・システムをさらに備える、請求項１１に記載のクラスタ・ツール。

【請求項13】

前記ウエハの成膜面をクリーニングするように構成されたクリーニング・システムをさらに備える、請求項１１または１２に記載のクラスタ・ツール。

【請求項14】

前記クリーニング・システムが、ＳＩＣＯＮＩクリーニング・システム、スパッタリング・クリーニング・システム、反応性イオン・エッチング・クリーニング・システム、またはプラズマ・クリーニング・システムを備える、請求項１３に記載のクラスタ・ツール。

【請求項15】

前記ウエハ上にカプセル化層を配置するように構成されたカプセル化システムをさらに備える、請求項１１ないし１４のいずれかに記載のクラスタ・ツール。

【請求項16】

前記カプセル化システムが、スパッタリング・カプセル化システム、ＡＬＤカプセル化システム、ＭＯＣＶＤカプセル化システム、またはプラズマ・カプセル化システムを備える、請求項１５に記載のクラスタ・ツール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量子デバイスの製造のためのツールに関し、より詳細には、ドーラン・ブリッジ（Dolan bridge）・ジョセフソン接合デバイスの製品に適した製造（production-worthy fabrication）のためのクラスタ・ツールに関する。

【背景技術】

【0002】

ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合量子ビットの製造は、現在、ウエハの小さな断片を扱うことはできるがウエハの全体を扱うことはできない、非製造ベースの装置で開発されている。この処理の一様性は、量子チップの製造と一貫性を有する公差を備えた画像形成を可能にするには、不十分である。現在の製造技術では、結果的に、蒸着角度（angle of evaporation）が一貫しないことに起因する画像サイズの変動と、プロセス制御が不十分であることに起因する接合誘電体の変動とを、生じさせる可能性がある。接合誘電体の変動は、量子ビットなど量子デバイスの周波数を変更させ得るし、また量子デバイスに結合し得る接合誘電体に欠陥を生じさせ得るため、デバイスのコヒーレンス時間を短縮してしまう。したがって、量子デバイスをウエハ全体のスケールで製造するためのシステムおよび方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0003】

本発明のある実施形態によると、成膜システム（deposition system）が、成膜源と、成膜源の成膜経路内に配置された走査ステージとを含む。走査ステージは、上にあるウエハを支持するように構成された支持プラットフォームと、支持プラットフォームに結合された機械式アクチュエータとを含む。この機械式アクチュエータは、支持プラットフォームを、成膜源に対して移動させるように構成されている。この成膜システムは、成膜源の成膜経路内において成膜源と走査ステージとの間に配置された近接マスクを含んでおり、この近接マスクは、スリットを画定している。この成膜システムは、走査ステージと通信するコントローラを含んでおり、このコントローラは、成膜角度が実質的に一定に維持されるようにウエハをスリットに対して移動させるように、機械式アクチュエータを制御するように構成されている。動作中には、近接マスクが、スリットから外れている軌道を有する成膜源物質がウエハと接触することを防止する。この成膜システムは、完全なウエハ製造を可能にする化学的な成膜の一様性を提供し、ウエハの表面の全体にわたって形成される一連の一様な特徴（features）を可能にする。ウエハは、後で、個々のチップに分割されることが可能である。

【0004】

本発明のある実施形態によると、クラスタ・ツールが、複数の選択可能な製造ツールを含む。これらの複数の選択可能な製造ツールは、成膜源と成膜源の成膜経路内に配置された走査ステージとを含む成膜システムを含む。走査ステージは、上にあるウエハを支持するように構成された支持プラットフォームと、支持プラットフォームに結合された機械式アクチュエータとを含む。機械式アクチュエータは、支持プラットフォームを成膜源に対して移動させるように構成されている。成膜システムは、成膜源の成膜経路内において成膜源と走査ステージとの間に配置された近接マスクを含んでおり、この近接マスクは、スリットを画定する。成膜システムは、走査ステージと通信するコントローラを備えており、このコントローラは、成膜角度が実質的に一定に維持されるようにウエハをスリットに対して移動させるように、機械式アクチュエータを制御するように構成されている。動作中には、近接マスクが、スリットから外れている軌道を有する成膜源物質がウエハと接触することを防止する。これらの複数の選択可能な製造ツールは、また、ウエハ上に誘電層を形成するように構成された誘電源を備えた誘電システムを備えている。成膜システムによって与えられる化学的成膜制御を提供することに加えて、クラスタ・ツールは、真空破壊を生じさせることなく、ウエハ上の構造の完全な処理を可能にする。

【0005】

本発明のある実施形態によると、角度付きの成膜を実行するための方法が、成膜源を用意することと、成膜源の成膜経路に、成膜源に対する第１の位置にスリットを有する近接マスクを配置することと、を含む。この方法は、成膜角度が実質的に一定に維持されるように、そしてスリットから外れた軌道を有する成膜源物質がウエハと接触することを近接マスクが防止するように、成膜源物質の成膜の間、スリットに対してウエハを移動させることを、さらに含む。この方法は、ウエハの表面など、より大きな表面積の全体にわたって、高い一様性を保ちながら、角度付きの蒸着を可能にする。この方法は、量子チップの製造との一貫性を有する公差を備えた画像形成を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明のある実施形態による成膜システムの概略的な図解である。

【図2】図１の成膜システムとは異なる成膜角度を有する、本発明のある実施形態による成膜システムの概略的な図解である。

【図3】ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合の概略的な図解である。

【図4A】第１の層とその上に形成された第２の層とを有するリフトオフ・マスクを備えた基板の平面図の概略的な図解である。

【図4B】第１の層とその上に形成された第２の層とを有するリフトオフ・マスクを備えた基板の断面図の概略的な図解である。

【図5A】リフトオフ・マスクの第２の層の上と露出された基板の上とに成膜された金属層を備えた基板の平面図の概略的な図解である。

【図5B】リフトオフ・マスクの第２の層の上と露出された基板の上とに成膜された金属層を備えた基板の断面図の概略的な図解である。

【図6A】基板の上に成膜された金属層の部分の上に形成された誘電層の平面図の概略的な図解である。

【図6B】基板の上に成膜された金属層の部分の上に形成された誘電層の断面図の概略的な図解である。

【図7A】方向性成膜によって形成された第２の金属層の平面図の概略的な図解である。

【図7B】方向性成膜によって形成された第２の金属層の断面図の概略的な図解である。

【図8】方向性成膜の概略的な図解である。

【図9】物質をウエハ上に配置する成膜源の概略的な図解である。

【図10】上にマスクが形成されたウエハの概略的な図解である。

【図11】本発明のいくつかの実施形態による成膜源と近接マスクとの平面図の概略的な図解である。

【図12】本発明のいくつかの実施形態による成膜源と近接マスクとの平面図の概略的な図解である。

【図13】成膜経路に対する支持プラットフォームの角度が選択可能な成膜システムの概略的な図解である。

【図14】成膜チャンバを含む成膜システムの概略的な図解である。

【図15】本発明のいくつかの実施形態によるクラスタ・ツールの概略的な図解である。

【図16】本発明のいくつかの実施形態による角度付き成膜を実行するための方法の概略的な図解である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１は、本発明のある実施形態による成膜システム１００の概略的な図解である。成膜システム１００は、成膜源１０２と、成膜源１０２の成膜経路１０６内に配置された走査ステージ１０４とを含む。走査ステージ１０４は、上にあるウエハ１１０を支持するように構成された支持プラットフォーム１０８を含む。走査ステージ１０４は、また、支持プラットフォーム１０８に結合された機械式アクチュエータ１１２も含む。機械式アクチュエータ１１２は、成膜源１０２に対して支持プラットフォーム１０８を移動させるように構成されている。成膜システム１００は、成膜源１０２の成膜経路１０６内において成膜源１０２と走査ステージ１０４との間に配置される近接マスク１１４を含む。近接マスク１１４は、スリット１１６を画定している。成膜システム１００は、走査ステージ１０４と通信するコントローラ１１８を含む。コントローラ１１８は、成膜角度１２０が実質的に一定に維持されるようにスリット１１６に対してウエハ１１０を移動させるように、機械式アクチュエータ１１２を制御するように構成されている。動作中は、近接マスク１１４が、スリット１１６から外れている軌道を有する成膜源材料がウエハ１１０と接触することを防止する。

【0008】

「実質的に一定」という用語は、成膜角度が±１０度以下の範囲で変動し得ることを意味するように意図されている。いくつかの実施形態によると、成膜角度は、±５度以下の範囲で変動してもよい。

【0009】

図２は、本発明のある実施形態による成膜システム２００の概略的な図解である。図２では、近接マスク２０２は、スリット２０４が成膜源２０６の真下に配置されるように構成されている。この実施形態では、成膜角度２０８は、９０度である。本発明のいくつかの実施形態によると、成膜角度は、ウエハ２１２の成膜面２１０と、成膜源２０６とウエハ２１２とを結びスリット２０４の中心を通過する直線２１４と、の間の角度として定義される。

【0010】

図１および図２に概略的に図解されている成膜システムは、ウエハ上に一様の構造を形成するのに用いられ得る。例えば、このシステムは、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合を形成するのに用いられ得る。図３は、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合３００の概略的な図解である。ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合３００は、基板３０４上に形成された第１のリード３０２を含む。ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合３００は、第１のリード３０２上に形成された第２のリード３０６を含んでおり、第１のリード３０２と第２のリード３０６との間には、誘電層が形成されている。

【0011】

図４Ａ～図７Ｂは、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合を形成するための例示的なプロセスを概略的に図解している。図４Ａおよび図４Ｂは、第１の層４０２とその上に形成された第２の層４０４とを有するリフトオフ・マスクを備えた基板４００の平面図と断面図との概略的な図解である。第１の層４０２と第２の層４０４とは、その上にドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合が形成されることになる基板４００の部分４０６、４０８を露出させるように、例えばリソグラフィによるパターニングを用いて、パターニングされる。第１の層４０２と第２の層４０４とは、エッチングが第２の層４０４における開口の面積よりも大きな基板４００の部分を露出させるように、選択され得る。第１の層４０２は、例えば、有機ポリマまたは有機溶媒に溶解可能な物質を含み得る。第２の層４０４は、例えば、チタンまたはシリコンを含み得る。第１の層４０２と第２の層４０４とは、例えば、反応性イオン・エッチングを用いて、エッチングされ得る。このエッチングは、第２の層４０４よりも第１の層４０２を、より高速にエッチングし得る。

【0012】

このプロセスは、マスクと露出された基板との上に金属を成膜することを含み得る。ある例では、この金属は、９０度成膜を用いて、成膜される。図５Ａおよび図５Ｂは、金属層５０２がリフトオフ・マスクの第２の層５０４の上と露出された基板５００の上とに成膜された基板５００の平面図と断面図との概略的な図解である。基板５００上に成膜された金属層５０２の部分５０６は、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合の第１のリードを形成する。金属層５０２は、例えば、アルミニウム、鉛、チタン、タンタル、タンタル窒化物、チタン窒化物、バナジウム、またはニオブを含み得る。

【0013】

このプロセスは、基板上に成膜された金属層の部分の上に誘電層を形成することを含み得る。これは、金属層の上に誘電材料を成膜すること、または誘電層を形成するために金属層を酸素に露出させることを含み得る。図６Ａおよび図６Ｂは、基板６０８上に成膜された金属層６０４の部分６０２の上に形成された誘電層６００の平面図と断面図との概略的な図解である。

【0014】

このプロセスは、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合の第１のリードを形成するのに用いた成膜角度とは異なる成膜角度で、方向性成膜を用いて第２の金属層を形成することを含み得る。例えば、成膜源は、４５度と６０度との間の成膜角度を有するように、配置され得る。図７Ａおよび図７Ｂは、方向性成膜によって形成された第２の金属層７００の平面図と断面図との概略的な図解である。第２の金属層７００の部分７０２は、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合の第２のリードを形成し得る。重なり合う第１のリード７０４と誘電層７０６と第２のリード７０２とが、ジョセフソン接合７０８を形成する。金属成膜の方向性を有する性質に起因して、追加的な金属の特徴７１０が、９０度成膜によって第１のリード７０４を生成するのに用いられる開口を通過して、基板上に成膜され得る。さらに、第１のリード７０４上に形成された誘電層７０６のいくつかの部分が、図７Ａに概略的に図解されているように、露出されたまま維持される。第２の金属層７００は、例えば、アルミニウム、鉛、チタン、タンタル、タンタル窒化物、チタン窒化物、バナジウム、またはニオブを含み得る。

【0015】

図８は、方向性成膜の概略的な図解である。図８では、成膜物質の軌道を示す２つの直線８００、８０２は平行であり、基板８０４上における特徴の制御された形成を可能にする。マスク８０６は、成膜角度８０８が実質的に逸脱することを防止する。この設定は、単一のチップ上にある特徴を成膜するには十分かもしれないが、ウエハ全体において複数の特徴をパターニングするには、不十分である。古典的なコンピュータ・チップは、半導体ウエハ上に形成され、その半導体ウエハが、その後で、チップに分割される。量子コンピューティングが進歩するにつれて、１つの量子プロセッサにおける量子ビット数を増やすことが絶え間なく追い求められている。大量の量子ビット・チップを信頼できる様態で形成することを可能にする機械加工技術が、必要とされている。しかし、図８に示されている方向性成膜技術は、成膜角度８０８を制御する能力に依存している。大きな面積の全体に金属を成膜するのに単一の成膜源が用いられるときには、図９に示されているように、成膜角度が変化し得る。

【0016】

図９は、ウエハ９０２上にある物質を成膜する成膜点源９００の概略的な図解である。３つの矢印９０４、９０６、９０８によって表されているように、成膜角度は、ウエハ９０２の表面の全体で著しく変動し、その結果、ウエハ９０２上での特徴のサイズが変動し、同様に、特徴の相対的位置も変動する。図１０は、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合を作成するのに用いられる図４Ｂのマスク４０２、４０４など、マスク１００２がその上に形成されているウエハ１０００の概略的な図解である。図１０は、マスク１００２における３つの開口のそれぞれに対して、成膜角度がどのように異なるかを図解している。角度が変動すると、その結果として、ウエハ１０００上に形成される特徴のサイズと相対位置とが変動することになる。したがって、ウエハ１０００が複数のチップに分割されるときに、チップの上の特徴が、チップごとに変動することになる。

【0017】

図１に概略的に図解されている成膜システムは、成膜角度の変動という問題に対処している。システム１００は、成膜源１０２とウエハ１１０との間に、近接マスク１１４を含んでおり、近接マスク１１４におけるスリットの全体でのウエハ１１０の走査を可能にしている。システム１００は、成膜角度１２０と成膜源１０２からウエハ１１０までの距離とが、ウエハ１１０の全体にわたり実質的に一定に維持されることを保証する。よって、成膜の後で、ウエハ１１０が、実質的に同一のチップに分割されることが可能になる。システム１００は、コリメートされた蒸着源を必要とせず、システムの設計を単純化している。

【0018】

成膜源１０２から近接マスク１１４までの距離は、比較的に短くすることで、物質の損失とツールの接地面積とを低下させてもよい。スリット１１６は、例えば、約２ｃｍ以下の幅を、有し得る。スリット１１６のサイズを縮小させると、角度の制御を向上させられるが、スループットを犠牲にすることになる。逆に、スリット１１６のサイズを増大させると、より高速での成膜が可能になるが、角度制御の劣化という結果が生じる。近接マスク１１４とウエハ１１０との間の距離Ｄは、約２ｃｍ以下であり得る。距離Ｄが大きすぎると、物質が、スリット１１６を通過した後で、拡散することになる。いくつかの実施形態によると、近接マスク１１４とウエハ１１０との間の距離Ｄは、約１ｃｍであり得る。

【0019】

図１１は、本発明のいくつかの実施形態による成膜源１１００と近接マスク１１０２との平面図の概略的な図解である。成膜源１１００は、近接マスク１１０２におけるスリット１１０４の長さに及んでいる。成膜源１１００は、ボートまたはトレイに配置された連続的な成膜源であってもよく、または一連の点源でもあってもよい。あるいは、成膜源１１００は、ある方向度数を有する超高真空（ＵＨＶ）スプレイ／スパッタ源であってもよい。図１１では、成膜源１１００は、近接マスク１１０２におけるスリット１１０４の長さＬ_Ｓに等しい長さＬ_Ｄを有する。いくつかの実施形態では、成膜源１１００は、スリット１１０４よりも短くてもよく、または長くてもよい。しかし、成膜源１１００をスリット１１０４に及ぶように構成することにより、ウエハ上での成膜源の物質の均一な成膜が保証され得る。

【0020】

近接マスク１１０２は、歪むことなく（without warping）高熱に耐えることが可能な物質を含み得る。近接マスク１１０２は、例えば、金属、セラミック、または熱的に安定な炭素を含み得る。成膜システムは、剥離を生じさせる（flaking）またはウエハを移動させウエハ上の欠陥の原因となるブロブを形成することなく、成膜物質が成膜チャンバと近接マスク１１０２とに接着することを助けるため、成膜チャンバまたは近接マスク１１０２あるいはその両方の側面を冷却するように構成された冷却システムを含み得る。近接マスク１１０２は、スリット１１０４から外れた軌道を有する成膜物質の接着を促進するため、近接マスク１１０２の冷却を助けるヒート・シンクを含み得る。本発明のいくつかの実施形態によると、このシステムは、成膜源１１００と近接マスク１１０２との間に、コリメートされた要素を含み得る。例えば、所望の成膜角度から逸脱した軌道を有する成膜物質を捕捉するために、金属ブラケットまたはハニカム構造が、成膜源１１００の近くに配置されることがあり得る。

【0021】

図１２は、本発明のいくつかの実施形態による、成膜源１２００と近接マスク１２０２との平面図の概略的な図解である。成膜源１２００は、近接マスク１２０２におけるスリット１２０４の長さＬ_Ｓに及ぶ。しかし、スリット１２０４は、近接マスク１２０２の長さＬ_Ｐには及ばない。その代わり、スリット１２０４は、ウエハの一部のみを垂直方向に露出させており、スリット１２０４に沿ったより優れた角度制御を可能にしている。図１２に示されている構成は、一度の走査でウエハの全体にわたりチップのローを成膜するのに用いられることが可能である。例えば、ウエハは、一度の走査でチップの第１の組のローがウエハの全体にわたって成膜されるように、スリット１２０４に位置合わせすることが可能であり、それにより、スリット１２０４またはウエハのいずれかを別の組のローに進めて、そのチップの第２の組のローの上での成膜のために、ウエハをスリット１２０４の全体にわたって再び走査することが可能となる。近接マスク１２０２は、スリット１２０４の長さＬ_Ｓと位置との調整を可能にする調整可能な部分１２０６、１２０８を含み得る。

【0022】

図１３は、成膜システム１３００の概略的な図解であり、成膜経路１３０６に対する支持プラットフォーム１３０４の角度１３０２が、選択可能である。この実施形態では、機械式アクチュエータが、支持プラットフォーム１３０４をウエハ１３１０の成膜面１３０８に対して傾斜した角度となる方向に移動させるように、構成され得る。走査ステージ１３１４は、角度１３０２が調整されることを可能にする調整機構を含み得る。支持プラットフォーム１３０４は、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合の第１のリードの成膜のための第１の構成を有し得るが、その場合、角度１３０２は、ドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合の第２のリードの成膜のための第２の構成に調整されることが可能である。成膜システム１３００は、ビームにおいて原子のコリメーションを提供するために、スリット１３１６に先立って、電子銃を含み得る。イオン化されたビームはコリメーションを強化することができ得、コリメーションをさらに向上させるために、スリットを有する第２の近接マスクが、ウエハ１３１０の成膜面１３０８に密接に近接させて、追加されてもよい。あるいは、イオン注入源が用いられてもよい。コリメーションを提供するためには、基板の上方に電子グリッドを備えた高電流の例えばプラズマ注入を用いて、成膜に先立ちビームを中性化することもあり得る。スリット１３１６は、コリメートされたスリットであり得る。図１３に概略的に図解されている構成は、追加的な化学的成膜制御技術を用いる場合があり得るが、その理由は、ウエハ１３１０からスリット１３１６までのギャップが著しく変動するためである。

【0023】

成膜システムは、成膜チャンバを含み得る。図１４は、成膜チャンバ１４０２を含む成膜システム１４００の概略的な図解である。成膜源１４０４と、走査ステージ１４０６と、近接マスク１４０８とが、成膜チャンバ１４０２に配置されている。成膜システム１４００は、成膜角度１４１２の選択を可能にするために、成膜源１４０４に対する近接マスク１４０８の位置を解除可能に固定するように構成された近接マスク固定具１４１０を含む。

【0024】

本発明のいくつかの実施形態によると、成膜源１４０４は、金属蒸着源である。いくつかの実施形態によると、成膜源１４０４は、スパッタリング成膜源である。スパッタリング成膜源は、膜厚の制御と、正確な誘電物質の成膜と、多元素物質のための正確な原子組成とを可能にし得る。いくつかの実施形態によると、成膜源１４０４は、ホロー・カソード・プラズマ・ジェット（ＨＣＰＪ）スパッタリング成膜源である。成膜チャンバ１４０２と支持プラットフォーム１４１４とは、接地され得る。いくつかの実施形態で、成膜システム１４００は、成膜源１４０４を照射するように構成されたレーザ１４１６を含んでおり、成膜システム１４００は、パルス・レーザ成膜によって成膜源物質を成膜するように構成される。いくつかの実施形態によると、成膜チャンバ１４０２は、気体を成膜チャンバ１４０２に導入し気体を成膜チャンバ１４０２から除去するように構成された気体入口１４１８と気体出口１４２０とを含んでおり、成膜システム１４００は、スパッタリング成膜によって成膜源物質を成膜するように構成されている。図１４の成膜チャンバ１４０２は、上述した特徴のそれぞれを有するものとして概略的に図解されているが、成膜チャンバ１４０２は、用いられている成膜方法に応じて、これらの特徴の全部を有してもよく、またはその部分集合を有してもよい。いくつかの実施形態によると、成膜システム１４００は、成膜源１４０４と近接マスク１４０８との間に、物質のイオン化とビーム制御とのための電子銃を含む。成膜システム１４００は、また、成膜物質を誘導するための電極板も含むことで、より高速の膜形成とより優れた角度制御とを、潜在的に結果として生じさせるようにしてもよい。本発明の実施形態は、本明細書に記載されている成膜方法に限定されることはない。本明細書に記載の成膜方法は、非限定的な例として、提供されている。

【0025】

図１５は、本発明のいくつかの実施形態によるクラスタ・ツール１５００の概略的な図解である。クラスタ・ツール１５００は、複数の選択可能な製造ツール１５０２～１５１８を含む。製造ツール１５０２～１５１８は、成膜システム１５０２を含む。例えば、成膜システム１５０２は、図１に概略的に図解されている成膜システム１００の特徴を含み得る。成膜システム１５０２は、第１の成膜角度でウエハ上に成膜源物質を成膜させるように、構成され得る。製造ツール１５０２～１５１８は、また、誘電システム１５０４も含む。誘電システム１５０４は、ウエハ上に誘電層を形成するように構成された誘電源１５２２を含む。誘電源１５２２は、例えば、スパッタリング成膜、分子ビーム・エピタクシ、または化学気相成長を用いる成膜のための誘電物質のソースであり得る。あるいは、誘電源１５２２は酸素源であってもよく、この酸素源を使用して、ウエハ上の金属を酸化させることにより酸化物層を形成してもよい。

【0026】

本発明のいくつかの実施形態によると、クラスタ・ツール１５００は、また、第２の成膜システム１５０６も含む。第２の成膜システム１５０６は、第２の成膜角度でウエハ上に成膜源物質を成膜させるように、構成され得る。第２の成膜角度は、第１の成膜角度とは異なり得る。例えば、第１の成膜角度と第２の成膜角度との一方が９０度、他方で、第１の成膜角度と第２の成膜角度との他方が９０度未満、ということがあり得る。第２の成膜システム１５０６は、コリメートされたスリットだけでなく、蒸着シールドを含むことがあり得る。

【0027】

成膜システム１５０２と、誘電システム１５０４と、第２の成膜システム１５０６とは、ウエハ上に複数のドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合を形成するのに用いられ得る。例えば、成膜システム１５０２は、図５Ａおよび図５Ｂにおける第１のリード５０６のような、複数のドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合の複数の第１のリードを形成し得る。それに続き、誘電システム１５０４は、図６Ａおよび図６Ｂにおける誘電層６００のような、誘電層を第１のリードの上に形成し得る。次に、第２の成膜システム１５０６は、図７Ａおよび図７Ｂにおける第２のリード７０２のような、複数のドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合の複数の第２のリードを形成し得る。成膜システム１５０２、１５０６のそれぞれにおける、近接マスクと走査ステージとの組合せにより、複数の一様な特徴がウエハの表面上に形成されることが可能になる。ウエハは、後で、個々のチップに分割されることが可能である。例えば、ウエハが、約２００ｍｍの直径を有し得、２０ｍｍ×２０ｍｍのチップに分割されることがあり得る。

【0028】

クラスタ・ツール１５００は、ウエハの準備のために、追加的な製造ツールを含む場合があり得る。例えば、クラスタ・ツール１５００は、アニール・システム１５０８を含むことがあり得る。アニール・システム１５０８は、ウエハをアニールするように構成された熱源１５２４を含み得る。アニール・システム１５０８は、例えば、高速熱アニール・システムまたはレーザ・アニール・システムであり得る。クラスタ・ツール１５００は、ウエハの成膜面のクリーニングを行うように構成されたクリーニング・システムを含み得る。例えば、クラスタ・ツール１５００は、ＳＩＣＯＮＩクリーニング・システム１５１０を含み得る。ＳＩＣＯＮＩクリーニング・システムは、酸化されたシリコンを除去する化学的プロセスを介して動作するシステムを含み得る。より具体的には、ＳＩＣＯＮＩクリーニング・システムとは、真空処理チャンバにおけるマイルドなＨＦ源として、フッ化アンモニウムを用いるプロセスを指し得る。ＨＦ物質は、ウエハ表面上の酸化シリコンと反応し、ウエハ表面から容易に除去可能な揮発性の副産物としてＳｉＦ_４と水とを生成する。クラスタ・ツール１５００は、また、スパッタリング・クリーニング・システム、反応性イオン・エッチング・クリーニング・システム、またはプラズマ・クリーニング・システム１５１２も、含み得る。クラスタ・ツール１５００は、また、スパッタリング金属成膜システムまたはスパッタリング・カプセル化システム１５１４も含み得る。

【0029】

クラスタ・ツール１５００は、ウエハ上にカプセル化層を成膜させるように構成されたカプセル化システム１５１６を含み得る。カプセル化システム１５１６は、例えば、原子層成膜（ＡＬＤ）もしくは有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）カプセル化システム、またはプラズマ・カプセル化システムであり得る。カプセル化物質の成膜は、指向性を有することができ、例えば、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムの膜を用いてウエハをカプセル化することを含んでもよい。

【0030】

クラスタ・ツール１５００は、追加的な反応性イオン・エッチング・プロセスおよびクリーニング・システム１５１８を含み得る。クラスタ・ツール１５００は、処理のためにウエハを受け取りいったん処理が完了するとウエハを出力するように構成された入力／出力１５２０を、含み得る。クラスタ・ツール１５００は、ある製造ツールから別の製造ツールにウエハを移動させるように構成されている、自動化された移動システムを含み得る。例えば、クラスタ・ツール１５００は、入力／出力１５２０においてウエハを受け取り、複数の選択可能な製造ツール１５０２～１５１８でウエハを処理し得る。ウエハは、選択可能な製造ツール１５０２～１５１８のそれぞれで、または選択可能な製造ツール１５０２～１５１８の部分集合において、処理され得る。本発明のある実施形態によると、クラスタ・ツール１５００は、入力／出力１５２０においてウエハを受け取り、ＳＩＣＯＮＩクリーニング・システム１５１０を用いてウエハをクリーニングし、成膜システム１５０２を用いて第１のドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合のリードを成膜し、誘電システム１５０４を用いて誘電層を形成し、第２の成膜システム１５０６を用いて第２のドーラン・ブリッジ・ジョセフソン接合のリードを成膜し得る。クラスタ・ツール１５００は、次に、アニール・システム１５０８を用いてウエハをアニールし、入力／出力１５２０においてウエハを出力する。このプロセスは、非限定的な例として、提供されている。クラスタ・ツール１５００は、追加的な、図１５に図解されているよりも少数のまたは代替的な製造ツールを含んでもよく、製造ツールの位置と順序とは、図１５に図解されているものと異なってもよい。

【0031】

クラスタ・ツール１５００は、複数のウエハを同時に処理するように、構成され得る。例えば、それぞれの選択可能な製造ツール１５０２～１５１８は、所与の時刻に１つまたは複数のウエハを保持するように、構成され得る。ウエハは、複数のウエハが生産プロセスにおける異なる複数のステージで同時に存在するように、ある製造ツールから次の製造ツールへ送られ得る。クラスタ・ツール１５００は、真空破壊をすることのないウエハの生産を可能にし得る。

【0032】

クラスタ・ツール１５００は、プロセス制御と、その場での計測（in situ metrology）とを可能にする。金属層の厚さは、成膜中の成膜チャンバとウエハとの温度と同様に、制御可能である。例えば、成膜システム１５０２、１５０６は、原子の凝集（atomic aggregation）に起因して、成膜された膜にランプおよびバンプが形成することを防止するため、成膜中にウエハを冷却する冷却システムを含み得る。この冷却システムは、ウエハを、例えば、摂氏－３０度以下まで冷却し得る。

【0033】

クラスタ・ツール１５００は、また、誘電層の厚さの制御を可能にし、近接マスクにおけるスリット全体にわたる金属成膜の一様性を保証する。クラスタ・ツール１５００は、完全なウエハの生産が可能な化学的成膜の一様性を提供し、各処理ステップの最適化を可能にする。クラスタ・ツール１５００は、複数の選択可能な製造ツール１５０２～１５１８のそれぞれと互換的なリソグラフィ物質を用い得る。さらに、図４Ｂに概略的に図解されている第１の層４０２と第２の層４０４とを有するリフトオフ・マスクのようなリフトオフ・マスクが、クラスタ・ツール１５００にウエハを入力する前に、ウエハ上に形成され得る。

【0034】

図１６は、本発明のいくつかの実施形態による、角度付きの成膜を実行するための方法１６００の概略的な図解である。方法１６００は、成膜源を用意すること１６０２を含む。方法１６００は、成膜源の成膜経路に近接マスクを配置すること１６０４を含み、この近接マスクは、成膜源に対する第１の位置にスリットを有する。方法１６００は、成膜角度が実質的に一定に維持されるように、そして、スリットから外れた軌道を有する成膜源物質がウエハと接触することを近接マスクが防止するように、成膜源物質の成膜の間にスリットに対してウエハを移動させること１６０６を含む。

【0035】

いくつかの実施形態によると、方法１６００は、さらに、ウエハ上に成膜された成膜源物質の上に誘電層を形成することを含む。方法１６００は、さらに、成膜源に対するスリットの位置を、第１の位置とは異なる第２の位置に変更することと、第２の成膜角度が実質的に一定に維持されるように、そして、スリットから外れた軌道を有する成膜源物質がウエハと接触することを近接マスクが防止するように、成膜源物質の第２の成膜の間にスリットに対してウエハを移動させることと、を含み得る。

【0036】

本発明のいくつかの実施形態によると、蒸着ユニットが、金属成膜の間、走査することが可能なウエハ・ステージと、成膜源に対してある角度を有する近接マスクとを含む。蒸着ユニットは、伸長した蒸着コリメーション開口を通過してウエハが走査されるときに一様なウエハ・コーティングを可能にするため、伸長したコリメーション・シールドの全体にわたる一様な物質供給を可能にする、伸長した成膜源物質コンテナを含み得る。本発明のいくつかの実施形態によると、クラスタ・ツールが、真空破壊を生じさせることなく、現場でのデバイス・モジュール構造の完全な処理を可能にする。クラスタ・ツールは、ウエハのクリーニング、金属の成膜、誘電体の成膜、アニール、製品に適した厳密な寸法制御を伴う完全なウエハ走査による角度付きの金属蒸着、およびカプセル化のためのツールを含む。

【0037】

以上では、本発明の様々な実施形態に関する説明を、例示の目的で呈示してきたが、網羅的であること、または開示されている実施形態に限定されることは、意図されていない。当業者にとっては、説明された実施形態の範囲と思想とから逸脱することなく、多くの修正と変更とが明らかだろう。本明細書において用いられている用語は、実施形態の原理、実際的な応用、もしくは市場において見出される技術に対する技術的優位を最も適切に説明するように、または他の当業者が本明細書に開示されている実施形態を理解することを可能にするように、選択されたものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】