JP2019526174A - 半導体平坦化用及びインプリントリソグラフィ用ウェハスケールプログラマブル膜 - Google Patents

Abstract

パターンを作成する方法である。溶媒及び一以上の非溶媒成分を含む液体レジスト製剤において所望膜厚を取得するために用いるプロセスパラメータを決定するために逆最適化スキームを実施する。インクジェットを用いて基板上に希釈モノマーの不連続液滴を分配し、分配された液滴が自発的に広がって結合できるようにする技術、スロットダイコーティング、及びスピンコーティングのうちの一以上の技術を用いて、前記溶媒に希釈された液体レジスト製剤の実質的連続膜で基板を被覆する。液体レジスト製剤を溶媒に希釈する。溶媒を実質的に液体レジスト製剤から蒸発させて膜を形成する。テンプレートと基板との隙間を閉じる。膜を硬化して膜を重合し、基板をテンプレートから分離して、基板上に重合した膜を残す。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により全てが本明細書に援用される、２０１６年８月３日出願の「プログラマブル膜インプリントリソグラフィ」と題する米国仮特許出願第６２／３７０，２５９号の優先権を主張する。

（政府支援）
本発明は、助成金第ＥＣＣＳ１１２０８２３号の下、米国国立科学財団による助成を受けたものである。米国政府は、本発明に対する一定の権利を有する。

（技術分野）
本発明は、一般には、ナノインプリントリソグラフィに関し、より詳細には、半導体平坦化及びインプリントリソグラフィに対するウェハスケールプログラマブル膜の開発に関する。

ナノインプリントリソグラフィは、低コスト、高スループット、及び高解像度のナノメートルスケールパターンを作成する方法である。これは、インプリントレジストの機械的変形やその後の処理によりパターンを作成する。インプリントレジストは、典型的にはモノマー製剤、或いはインプリント中に熱又はＵＶ光によって硬化されたポリマー製剤である。レジストとテンプレートとの接着は、適度に剥離できるように制御される。

ナノインプリントリソグラフィについては多数の異なるバリエーションが存在する。ナノインプリントリソグラフィの全変形種のうち、ジェットフラッシュインプリントリソグラフィ（Ｊ−ＦＩＬ）は、不均一パターンの複製において明白な利点がある。これは、材料堆積の好適な形態としてＪ−ＦＩＬがドロップオンデマンドインクジェットを用いるからであり、パターン密度に基づくアダプティブ材料配置が可能となる。

材料堆積の好適な形態としてインクジェットを用いると、材料配合及び分配の面で幾つかの課題が生じる。これらの他に、Ｊ−ＦＩＬが克服する必要がある最も重要な問題の一つは、気泡補足である。これは、テンプレートの作用下で結合する不連続の液滴を、処理中に用いるために生じる。この問題は、二酸化炭素又はヘリウム又は１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＰＦＰ）等の、プロセスガス雰囲気を用いることにより、或いは多孔質面を用いることにより回避される。しかしながら、典型的にはディスプレイガラス構成において処理されるフォーマット等の、大面積印刷フォーマットについては、気泡補足を最小にするために、処理前に、適量の二酸化炭素又はヘリウムを用いて、中心を含む全基板領域を被覆することは困難であろう。

不均一パターン密度の印刷においては、パターン密度変化に一致する不均一な液滴配置を有することが必要となるという、他の問題も生じる。

本発明の一の実施形態では、剛体ウェハ基板上にパターンを作成する方法は、溶媒及び一以上の非溶媒成分を含む液体レジスト製剤において所望膜厚を取得するために用いるプロセスパラメータを決定するために逆最適化スキームを実施する工程を備える。当該方法は、スピンコーティングを用いて、溶媒に希釈された液体レジスト製剤の実質的連続膜で基板を被覆する工程を更に備える。当該方法は、溶媒を実質的に液体レジスト製剤から蒸発させて膜を形成する工程も備える。更に当該方法は、テンプレートと基板との隙間を閉じる工程を備える。加えて、当該方法は、膜を硬化して膜を重合する工程を備える。加えて、当該方法は、基板をテンプレートから分離して、基板上に重合した膜を残す工程を備える。

本発明の他の実施形態では、剛体ウェハ基板上にパターンを平坦化する方法は、溶媒及び一以上の非溶媒成分を含む液体レジスト製剤において所望膜厚を取得するために用いるプロセスパラメータを決定するために用いられる入力として既存の基板トポグラフィ（凸凹）を有する逆最適化スキームを実施する工程を備える。当該方法は、スピンコーティングを用いて、溶媒に希釈された液体レジスト製剤の実質的連続膜でパターン化基板を被覆する工程を更に備える。当該方法は、溶媒を実質的に液体レジスト製剤から蒸発させて膜を形成する工程も備える。更に、当該方法は、膜を硬化して膜を重合する工程を備える。

本発明の更なる実施形態では、インシチュ計測学（in-situ metrology）を実行する方法は、個別アドレス指定可能位置を有する原子間顕微鏡（ＡＦＭ）チップアレイを有する工程を備える。当該方法は、パターン、トポグラフィ（凸凹）変化、又は膜厚変化を有するウェハ上でＡＦＭチップアレイの最適位置合わせを決定する工程を更に備える。該工程では、ＡＦＭチップアレイの各ＡＦＭチップが、パターン、トポグラフィ（凸凹）変化、又は膜厚変化を推測するために集められるデータを提供する。当該方法は、パターン、トポグラフィ（凸凹）変化、又は膜厚変化を測定するためにウェハを走査する工程も備える。更に、当該方法は、パターン、トポグラフィ（凸凹）変化、又は膜厚変化を推測するために、測定されたパターン、測定されたトポグラフィ（凸凹）変化、又は測定された膜厚変化を集めて分析する工程を備える。

以下に続く本発明の詳細な説明をより良く理解するために、本発明の一以上の実施形態における特徴及び技術的利点について概説した。本発明の特許請求の範囲の対象事項を構成する本発明の更なる特徴及び利点について以下に記載する。

以下の図面と併せて以下の詳細な説明を考慮すると、本発明のより良い理解が得られる。

本発明の実施形態に係る、パターンを作成するインクジェットに基づくＰ−ＦＩＬ（ＩＪ−ＰＦＩＬ）処理の方法のフローチャートである。 図２Ａから図２Ｆは、本発明の実施形態に係る、図１に示すステップを用いたパターンの作成を描く断面図である。 本発明の実施形態に係る、ロール−プレートリソグラフィを用いてレプリカテンプレート及び最終基板を作成する方法のフローチャートである。 図４Ａから図４Ｊは、本発明の実施形態に係る、図３に示すステップを用いたレプリカテンプレート及び最終基板の作成を描く断面図である。 本発明の実施形態に係る、ＩＪ−ＰＦＩＬの逆最適化スキームのフレームワークの図である。 本発明の実施形態に係る、パターンを作成するスピンコートに基づくＰ−ＦＩＬ（ＳＣ−ＰＦＩＬ）処理の方法のフローチャートである。 図７Ａから図７Ｆは、本発明の実施形態に係る、図６に示すステップを用いたパターンの作成を描く断面図である。 本発明の実施形態に係る、パターンを作成するスピンコートに基づくＰ−ＦＩＬ（ＳＣ−ＰＦＩＬ）処理の、代替実施形態における方法のフローチャートである。 図９Ａから図９Ｆは、本発明の実施形態に係る、図８に示すステップを用いたパターンの作成を描く断面図である。 本発明の実施形態に係る、ＳＣ−ＰＦＩＬの逆最適化スキームのフレームワークの図である。 本発明の実施形態に係る、スロットダイ（ＳＤ）−ＰＦＩＬの逆最適化スキームのフレームワークの図である。 本発明の実施形態に係る、安定ビード形成を示す図である。 本発明の実施形態に係る、スピン時間及びスピン速度における膜厚変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る、平面上でＴｉＯ_２等の高指数誘電体材料からなるナノスケールパターンを作成する方法のフローチャートである。 図１５Ａから図１５Ｄは、本発明の実施形態に係る、図１４に示すステップを用いた平面上でのナノスケールパターンの作成を描く断面図である。

ここに説明するように、本発明の原理は、プログラマブル膜インプリントリソグラフィ（Ｐ−ＦＩＬ）と称される新規の処理を対象とする。この処理は、剛体基板上にレジスト膜をコーティングするための、インクジェット、スロットダイコーティング、及びスピンコーティングを含む様々な形態の材料堆積に適合している。一の実施形態では、この処理は、実質的に平坦ではない基板上での浸漬コーティング等の膜コーティング処理と併せて用いられてもよい。パターニングステップ直前のレジスト膜の厚さは、実質的連続であり、所与のパターン密度変化によっては不均一であってよい。この不均一性は、（ｉ）初期の不均一な材料分布に実質的に相関があってよく、或いは、（ｉｉ）空間選択性を有するレジスト膜を蒸発させるために、分散された熱作動又は制御された気体流等の、制御された外部入力を介して、初期の均一な材料分布から増大でき、或いは、（ｉｉｉ）アプローチ（ｉ）及び（ｉｉ）の組み合わせであってよい。加えて、スピンコーティング及びスロットダイコーティング等を用いて堆積された膜の上に選択的により多くの材料を加えるために、材料の分散インクジェットを用いることができる。これは、マイクロ及びナノスケール構造体の同時パターニングが望まれる場合に必要とされてよい。この場合、堆積膜の厚さは、ナノスケール構造体に適合してよく、マイクロスケール構造体に提供するためには、より大きな液滴のインクジェットを用いてよい。プログラム化された不均一且つ実質的連続膜は、初期の材料分布と、蒸発又は気体流等の外部入力の性質とについて知らせる最適化プログラムにより達成される。

一の実施形態では、基板上に所望の不均一且つ実質的連続膜を達成させた後、テンプレートパターンを満たすために、レジストコート基板とパターン化テンプレートとの隙間を閉じる。そして、ＵＶ光を用いてレジスト膜を架橋し、その後、基板からテンプレートを分離して、基板上に重合したレジスト膜を残す。

他の実施形態では、前項に記載した方法を用いて、前パターン化基板又は非パターン化基板上に意図的に不均一な膜を形成する。これは、所望の最終基板トポグラフィ（凹凸）を達成するために、基板トポグラフィ（凸凹）変化を補償するように実行される。模範的な所望の最終基板トポグラフィ（凸凹）は、以下のうちの一つであってよい。即ち、（ｉ）ウェハ研磨又はフラットガラスの成型加工分野では平坦又は実質的に平坦である、或いは（ｉｉ）半導体平坦化分野と同様に、全体的には（数十ミリ以上に渡って）次の基板トポグラフィ（凸凹）に一致するが、局所的には（マイクロメータ又はミリメータ長スケールに渡って）平坦である。一の実施形態では、本発明の処理の目標は、基板上に意図的に不均一な膜を堆積することであり、その結果生じる上面にはパターンが無い。故に、液体レジスト材料は自由表面状態で架橋されてよく、或いは、ナノスケール及びマイクロスケールパターンが実質的にないスーパーストレートに接触してよい。参照により全てが本明細書に援用される、Lin, M.W., “Simulation and design of planarizing materials and interfacial adhesion studies for step and flash imprint lithography,” Ph.D. Dissertation, The University of Texas at Austin, 2008で議論されるように、自由表面状態では、模範的な材料は、リバーストーンステップ及びフラッシュインプリントリソグラフィ用に開発された材料等の低粘度材料の使用を含むことができる。液体膜の上面をコーティングすることにより、基板は、薄膜の発展動力学（evolution dynamics）に影響を及ぼす。よって、所望の基板トポグラフィ（凸凹）や工程仕様を一致させるために、局所的にその厚さを変化させることにより、その幾何学を最適化できる。

以下に議論するように、異なる材料堆積法で、ＰＦＩＬ処理の選択された実施形態を説明する。ここで、パターン化テンプレートは、堆積材料の上面にパターンを生じる。

以下、本発明について、インクジェットプリント、スピンコーティング及びスロットダイコーティングという面において議論するが、本発明の原理は、その他のコーティング方法を用いて実行されてもよい。当業者は、本発明の原理をそのような実施に適用できるであろう。更に、本発明の原理をそのような実施に適用する実施形態は、本発明の範囲に該当するであろう。

背景技術において議論したように、Ｊ−ＦＩＬが克服する必要がある最も重要な問題の一つは、気泡補足である。このインクジェットを用いた気泡補足の問題は、より近接した間隔に置かれたより大きな液滴を用いる場合には克服できる。このような液滴は、結合して連続膜を形成するためにテンプレートの作用を必要としなくてよい。これらの液滴は、自発的に結合して、後にインプリントされる膜を形成できるであろう。しかしながら、レジスト体積がより大きいものを用いることは、残余層が厚くなることに該当する。これは、ドライエッチング又はウェットエッチング処理を介してレジストパターンを下地膜に転写する必要がある際には望ましくない。更に、残余層が厚いと、残余層厚さの均一性制御において問題を引き起こす可能性があり、この結果、エッチング後のパターン転写が最適以下になる可能性もある。よって、液滴結合のためにより大きい体積を用いることと、良好なエッチング性能に必要とされるより少ない体積を用いることとの間には対立がつきものである。

この問題を克服できる一つの方法は、溶媒により希釈されたレジスト液滴を用いたものである。材料設計の詳細については、以下に更に説明する。これは、モノマー含有量を増加させずに液滴の体積を増加する。よって、前述した二酸化炭素、ヘリウム、又はＰＦＰ等のプロセスガスが不要な周囲環境で連続膜を無理に形成するためにテンプレートを使用することなく、液滴の広がり性や結合性を好適にできる。

レジスト製剤の溶媒濃度は任意に増加できない。なぜなら、レジスト溶液の流動学的性質を悪化させる可能性があるためである。また、高希釈溶液の液滴は、液滴周囲からの優先蒸発に起因して、端部でフィンガリング不安定性を形成しうる。故に、液滴分配、広がり、及び結合段階において溶媒が実質的に蒸発しないように材料設計を制限することは重要である。なぜなら、レジスト残余層の厚さ分布の制御を悪化させる可能性があるためである。むしろ、液滴が結合して連続膜を形成した直後に、溶媒を実質的に蒸発させるべきである。これにより、再分散も不要な、所望のレジスト材料のみで厚さの薄い膜が生じてよい。インクジェットを用いた気泡補足を克服するインクジェットに基づくＰ−ＦＩＬ（ＩＪ−ＰＦＩＬ）処理のフローチャートについて、図１に関連して以下に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る、パターンを作成するインクジェットに基づくＰ−ＦＩＬ（ＩＪ−ＰＦＩＬ）処理の方法１００のフローチャートである。図２Ａから図２Ｆは、本発明の実施形態に係る、図１に示すステップを用いたパターンの作成を描く断面図である。

ここで、図２Ａから図２Ｆと併せて図１を参照すると、ステップ１０１において、図２Ａに示すように、基板２０２上に（溶媒に希釈された）希釈モノマーの液滴２０１を分配する。液滴は、図２Ｂに示すように、互いに自発的に結合し、図２Ｃに示すように、液体レジスト製剤２０３（溶媒と、モノマー等の一以上の非溶媒成分とを含む）を形成する。一の実施形態では、テンプレート２０５と基板２０２との隙間を閉じる前に膜厚プロファイルを局所的に変更するために、インクジェットを用いて、実質的連続膜を形成しない希釈モノマーの不連続液滴を分配する（以下に説明する）。

一の実施形態では、インクジェット液滴分配及び自発的液滴結合段階は、蒸発が最小となるように温度及び空気流が高度に制御され、意図的に低く保持されるツール位置で実行できる。材料製剤がより安定するので、これはインクジェット液滴分配には有益であろう。液滴からの材料蒸発は、液滴の結合前及び結合中では、液滴が空気中にあるため、又は基板２０２上に位置しているために、望ましくない。液滴が結合して連続膜を形成するとすぐに、液滴結合が起きる位置よりも高い平均温度値であるツール位置に処理を移動させることができる。この平均温度がより高い現象は、例えば、加熱基板及び／又はチャックを介して起こり、また、溶媒を揮発性にするはずである一方、溶液の表面張力や粘度を好適に変化させる。ここで、基板上で溶媒が再凝縮しないように、全溶媒体積を蒸発させる必要があることに留意することも重要である。残留溶媒は硬化レジストに空隙又は亀裂を引き起こしうるが、これはあまり望ましくない。

この結果、ステップ１０２において、溶媒を液体レジスト製剤２０３から蒸発（例えば、ブランケット蒸発）させ、その後、選択的な多成分レジスト膜の蒸発が続き、結果として、図２Ｄに示すように、基板２０２上に不均一で実質的に連続的な膜２０４が生じる。一の実施形態では、液体レジスト製剤は、該液体レジスト製剤の残りの成分よりも実質的に高い揮発性を有する溶媒から成る。一の実施形態では、液体レジスト製剤は、液体レジスト製剤の一以上の非溶媒成分は、実質的に同様の揮発性を有する。一の実施形態では、光開始剤以外の液体レジスト製剤の一以上の非溶媒成分は、３０度、１０度、又は５度未満異なる沸点を有する。一の実施形態では、一以上の非溶媒成分は、ガラス転移温度の高い熱硬化性ポリマーを含む。一の実施形態では、一以上の非溶媒成分は、ケイ素又は炭素を含む。

一の実施形態では、ここで議論するように、液体レジスト製剤において所望膜厚を取得するために用いるプロセスパラメータを決定するために逆最適化スキームを用いてよい。一の実施形態では、逆最適化スキームは、所望膜厚の関数と取得された膜厚との誤差を最小にする目的関数を得るために、遺伝的アルゴリズム、シミュレーテッドアニーリング、及びフルパターンサーチのうちの一又は複数を備える。一の実施形態では、膜厚プロファイルを予測するために、前記逆最適化スキームの中心としてフォワードモデルを用いており、フォワードモデルは、熱的輸送、溶質輸送、及び溶媒輸送のうちの一又は複数を組み入れる。一の実施形態では、液体レジスト製剤は、その溶媒は既に蒸発されているが、所望厚さプロファイルに一致させるために、意図的に不均一プロファイルを有する膜２０４を形成するように選択的に蒸発される。一の実施形態では、選択的な蒸発は、温度制御基板チャック、個別制御可能な赤外線電灯アレイ、空気流を制御するための個別制御可能なファンアレイ、基板２０２上の複数の個別制御可能なマイクロヒータ又はクーラ、及び一以上の電磁放射線源を制御するための空間光変調器（一以上のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイを含んでよい）のうちの一又は複数により実施される。一の実施形態では、複数のステーション間の蒸気輸送を防ぐ複数のバリアで分けられた複数のステーションで、溶媒蒸発、選択的レジスト蒸発、及びインプリントを実施する。一の実施形態では、選択的な蒸発は、蒸気圧が制御された環境で実施される。一の実施形態では、電磁放射線を実質的に吸収する基板２０２と液体レジスト製剤との間で一以上の膜のスタックを用いる。

一の実施形態では、溶媒蒸発の後に、熱アクチュエータ、赤外線（ＩＲ）ランプ、又はこれらの組み合わせが分散された一式（但し、該一式の各要素は、個別制御可能である）を介した温度の賢明な制御を介して、物理的に複数のバリアで分けられた分離ステーションにおいて、レジスト膜蒸発の制御を実行できる。赤外線（ＩＲ）ランプの個別制御は、例えば、テキサスインスツルメント社のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイ等の装置を介して達成できる。最先端アレイは、斜め幅０．９インチ、７．６マイクロメータのピッチで、４Ｍピクセルを有する。これにより、ＩＲ強度の空間変調は、少なくとも０．４平方インチの領域に渡って蒸発を制御できる。適切な縮小光学系を用いると、分解能を妥協する（損なう）ことになるが、より広い領域を投影することができる。一例として、液体モノマー及び主成分としてメチルメタクリレート（ＭＭＡ）を含むレジスト製剤は、出発膜厚が５００ｎｍと仮定して、５０×５０μｍ^２の領域から約１００ｎｍの液体膜を蒸発させるように常温常圧で十分な熱を吸収するために、約１Ｗの局所熱源を必要とするであろう。このようなパワーはＤＭＤアレイを用いて送ることができる。これらの装置は、１０ｋＨｚに近いフレームレートも有しているので、入射放射及びその後の蒸発において高周波数時間制御を提供できる。

加えて、多数のＤＭＤアレイは、分解能をそれ以上妥協できない（損なえない）場合には、より広い領域に渡って用いることができる。個々のピクセルは、重要なクロストークを有してよい。これをモデル化し、薄膜蒸発のフォワードモデルに組み入れることもできる。加えて、ＭＥＭＳに基づくマイクロヒータを有する下地基板は、ＤＭＤアレイによって提供できる分解能よりも高い分解能が必要とされる場合には、増大された温度分布にも用いられてよい。この選択的な加熱の原理は、一般に、本発明の実施形態全てに適用でき、ＩＪ−ＰＦＩＬのみに特異的なものではない。

選択的な加熱が終了し、所望レジスト膜厚の達成後に、図２Ｄに示すように、ステップ１０３において、次にテンプレート２０５と基板２０２との隙間を閉じる（対応テンプレート２０５を膜２０４に接触させる）。一の実施形態では、テンプレート２０５を横方向寸法５００ｎｍ未満でパターン化する。一の実施形態では、テンプレート２０５を横方向寸法１００ｎｍ未満でパターン化する。一の実施形態では、参照により全てが本明細書に援用される、P. Joseph et al., “Fabrication of self-aligned multilevel nanostructures,” Microelectronic Engineering, 169(5), 2017 and in Praveen Joseph, “Self-Aligned Integrated Nanostructures Fabricated by UV-Nanoimprint Lithography,” Ph.D. Dissertation, The University of Texas at Austin, 2017で議論されるように、テンプレートは、三次元形状又は多層パターンから成る。一の実施形態では、基板とテンプレートとの接触は、実質的に線に沿って、又は実質的に一点で開始される。これは、実質的な領域接触を防ぐために実行される。なぜなら、領域接触は、基板の柔軟性に起因して気泡の補足や空隙を生じる可能性があるためである。一の実施形態では、テンプレートと基板との衝突を防ぐために、隙間を閉じる間は、精密な運動制御及び／又は力制御を採用する。衝突や高い接触圧は、ナノスケール特徴の歪みを引き起こしうる。更に、基板が張力下でロール−ロール構成で保持されている際には、基板面の正確な位置は高精度に知られていない。この基板面の位置の不確かさにより、力センサにより実行可能な力の正確な較正を介して、接触の精密な検出が必要となる。一の実施形態では、実質的な線又は点接触は、基板の表面とテンプレート凸部とを維持すること、又は、一の表面凹部とより高い曲率半径の他の凸部とを有することにより可能とされる。一の実施形態では、テンプレートとロール−ロール基板との接触は、基板がアイドルローラにより、又は実質的に低摩擦のチャック上で支持される線に沿って可能とされる。この目的では、有効な固相潤滑剤であるという理由から、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の材料を用いることができる。ローラ又はチャックに対する基板の実質的接触は、残留ロール−ロール基板路をローラ又はチャックよりも下のレベルに維持することにより可能とされる。一の実施形態では、参照により全てが本明細書に援用される、米国特許番号６，９８２，７８３、７，０１９，８１９及び６，９８０，２８２で議論されるように、チャックは、エアキャビティチャックである。

ステップ１０４において、図２Ｅに示すように、次にＵＶ光２０６を用いて膜２０４を架橋する。即ち、膜２０４を架橋により硬化して、膜２０４を重合する。

ステップ１０５において、図２Ｆに示すように、基板２０２からテンプレート２０５を分離して、基板２０２上に重合膜２０７を残す。

一の実施形態では、テンプレート２０５は、多層パターン及び／又は三次元形状を有する。一の実施形態では、テンプレート２０５は、柔軟である、又は、ロール−ロール構成に保持される。このテンプレート構成は、剛体テンプレート２０５を用いて基板２０２をパターン化した後に実現でき、参照により全てが本明細書に援用される、米国特許番号９，６１６，６１４で議論されるように、ガラスパネル等の大面積基板をパターン化するために用いることができる。一般には、ロール−ロールＰＦＩＬアプローチは、ロール−ロール及びロール−プレート（Ｒ２Ｐ）リソグラフィを支援できる。前者は、ロール−ロール構成で保持されたテンプレート及び基板を有することを含むが、後者は、ロール−ロール構成で保持された二つのうちの一方と、ウェハ又はガラスパネル等の剛体基板である他方とを有する。一の実施形態では、基板は、ロール−ロール構成で保持されると仮定されるが、テンプレートは剛体である。レプリカテンプレート及び最終基板を作成するロール−プレートリソグラフィの一例について、図３及び図４Ａから図４Ｊに図示する。図３は、本発明の実施形態に係る、ロール−プレートリソグラフィを用いてレプリカテンプレート及び最終基板を作成する方法３００のフローチャートである。図４Ａから図４Ｊは、本発明の実施形態に係る、図３に示すステップを用いたレプリカテンプレート及び最終基板の作成を描く断面図である。

図４Ａから図４Ｉと併せて図３を参照すると、ステップ３０１において、図４Ａに示すように、ｅビーム、フォトリソグラフィ等を用いて、マスタテンプレート４０１を作成する。

ステップ３０２において、図４Ｂに示すように、レジスト４０２を用いてマスタテンプレート４０１をスロットダイコーティングする。

ステップ３０３において、図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、ロール−プレート（Ｒ２Ｐ）リソグラフィ（インプリントローラ４０３、プレート４０４）を用いてレジスト４０２上でインプリントし、レプリカ４０５を硬化形成する。

ステップ３０４において、図４Ｄに示すように、マスタテンプレート４０１からレプリカ４０５を分離し、処理を繰り返して（ステップ３０２から３０４）、更なるレプリカ４０５を作成する。

ステップ３０５において、図４Ｅに示すように、マスタテンプレート４０１上に酸化物４０６を堆積する。

ステップ３０６において、図４Ｅ及び図４Ｆに示すように、酸化物４０６を用いてマスタテンプレート４０６上でレプリカ４０５をインプリント（Ｒ２Ｐ）し、レプリカテンプレート４０７を形成する。

ステップ３０６を繰り返して、図４Ｆに示すように、保護インターリーフを有するレプリカテンプレート４０７のロールを作成する。

ステップ３０７において、図４Ｇに示すように、レジスト４０９を用いて基板４０８をスロットダイコーティングする。

ステップ３０８において、図４Ｈに示すように、レプリカテンプレート４０７を用いてレジスト４０９をインプリント（Ｒ２Ｐ）し、硬化する。

ステップ３０９において、図４Ｉ及び図４Ｊに示すように、レプリカテンプレート４０７から基板４０８を分離して、基板４０８上にパターン化レジスト４１０を形成する。

このような方法は、気泡補足の問題を克服できる可能性があるが、最適な液滴位置及び体積を決定するように可変テンプレートパターン幾何学も処理する逆モデルの使用により更に改良できる。逆モデルは、空間蒸発プロファイルを制御するために、例えば個別ミラーの空間分布及び切替頻度の、周波数デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイのパラメータも含む。一の実施形態では、逆最適化スキームは、空間蒸発プロファイル、空間温度プロファイル、空間材料除去プロファイル、空間蒸発率プロファイル、及び空間材料除去率プロファイルのうちの一つを決定するために拡張されてよい。

一の実施形態では、逆モデルは、インプリント前の液滴の広がり、結合、及び蒸発段階における液滴蒸発及び表面張力駆動型勾配の存在下にある薄膜流れを考慮するフォワードモデルに包含されるべきである。この最適化スキームのフレームワークを図５に示す。図５は、本発明の実施形態に係る、ＩＪ−ＰＦＩＬの逆最適化スキームのフレームワークの図である。

図５を参照すると、最適化ソルバ５０１は、入力として、プロセスパラメータ５０２と、トポグラフィ（凸凹）５０３と、テンプレートパターン５０５を入力として用いる所望前インプリント残留層厚さ（ＲＬＴ）プロファイル５０４と、予測前インプリントＲＬＴプロファイル５０６とを受信する。

最適化ソルバ５０１は、インクジェット材料分布５０７と、温度分布５０８と、結合及び広がり時間５０９とを出力する。インクジェット材料分布５０７を入力として受信する初期体積及び位置５１０と、温度分布５０８と、結合及び広がり時間５０９とは、薄膜及び蒸発モデル５１１に対しての入力であり、薄膜及び蒸発モデル５１１は予測前インプリントＲＬＴプロファイル５０６に入力される。

更に、テンプレートパターン５０５はヒューリスティック５１２に入力され、ヒューリスティック５１２は体積及び位置５１０に入力される。

一の実施形態では、このような逆最適化スキームは計算システムにより実施される。

液滴分配段階における液滴体積の如何なる偏差も、画像処理に基づく液滴体積及び粘度制御を介して克服できることに留意されたい。最適液滴体積及び位置を決定する逆モデルは、参照により全てが本明細書に援用される、Sreenivasan et al.（米国特許公開公報番号第２０１５／００４８０５０号）による先行研究も活用できる。理想的には、溶媒を蒸発させる際にレジストの蒸発が最小となるように、溶媒の沸点は、残りのレジスト成分よりも大幅に低くすべきである。例えば、マイクロレジストテクノロジー社のＸＮＩＬ−２６ＳＦレジストの沸点は１８０度に近いが、ＰＧＭＥＡ等の一般的な溶媒の沸点は１４０度に近い。このレジスト材料の選択的な蒸発により、不均一パターンの存在下で均一残留層を得る必要性、又は、架橋時の不均一収縮やエッチングツールの不均一エッチング速度等の実質的に系統的な処理寄生（process parasitics）を扱う必要性に基づいて、所望膜厚プロファイルが可能となる。膜厚プロファイルは、所望の光学性能、機械的安定性等の所望の機能性を得るためにも用いることができる。このようにレジストが部分的に蒸発する際には、レジストの特性が一貫したままであることを確保するために、レジストの全成分の各蒸発速度が実質的に同じであることが望ましい。これは、レジスト混合物の成分の沸点を互いに１０度の範囲内に維持することにより行うことができる。しかしながら、基板の平坦化については、材料設計に更なる考察を伴ってよい。材料設計の詳細について、以下に更に説明する。

Ｐ−ＦＩＬ処理の一の実施形態では、スピンコーティングは、好適な材料堆積技術である。スピンコーティングとその後の焼成は、剛体基板上で実質的に均一な膜を得るために通常用いられる技術である。スピンコーティングの課題は、テンプレートパターンの存在下では不均一材料の所要量に応じられないことである。これは、ＳＣ−ＰＦＩＬを用いて克服できる。ＳＣ−ＰＦＩＬのプロセスフローの実施形態を図６に示す。

図６は、本発明の実施形態に係る、パターンを作成するスピンコートに基づくＰ−ＦＩＬ（ＳＣ−ＰＦＩＬ）処理の方法６００のフローチャートである。以下に、図７Ａから図７Ｆに関連して図６を説明する。図７Ａから図７Ｆは、本発明の実施形態に係る、図６に示すステップを用いたパターンの作成を描く断面図である。

ここで、図７Ａから図７Ｆと併せて図６を参照すると、ステップ６０１において、図７Ａに示すように、初期体積の希釈モノマー７０１（溶媒に希釈）を基板７０２に堆積させて、液体レジスト製剤を形成する。

ステップ６０２において、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、モノマー７０４の薄膜をスピンコーティング及び焼成形成する間に液体レジスト製剤から溶媒７０３を蒸発させて、溶媒がほぼ又は全くない状態にする。一の実施形態では、電磁放射線を実質的に吸収する基板７０２と液体レジスト製剤との間で一以上の膜のスタックを用いる。一の実施形態では、液体レジスト製剤は、該液体レジスト製剤の残りの成分よりも実質的に高い揮発性を有する溶媒から成る。一の実施形態では、液体レジスト製剤の一以上の非溶媒成分は、実質的に同様の揮発性を有する。一の実施形態では、光開始剤以外の液体レジスト製剤の一以上の非溶媒成分は、３０度、１０度、又は５度未満異なる沸点を有する。一の実施形態では、一以上の非溶媒成分は、ガラス転移温度の高い熱硬化性ポリマーを含む。一の実施形態では、一以上の非溶媒成分は、ケイ素又は炭素を含む。

ステップ６０３において、図７Ｄに示すように、赤外線（ＩＲ）ランプ等を介してモノマー７０４の薄膜を選択的に蒸発させて、基板７０２上に不均一で実質的に連続的な膜７０５を形成する。一の実施形態では、選択的な蒸発は、温度制御基板チャック、個別制御可能な赤外線電灯アレイ、空気流を制御するための個別制御可能なファンアレイ、基板７０２上の複数の個別制御可能なマイクロヒータ又はクーラ、及び一以上の電磁放射線源を制御するための空間光変調器（一以上のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイを含んでよい）のうちの一又は複数により実施される。一の実施形態では、複数のステーション間の蒸気輸送を防ぐ複数のバリアで分けられた複数のステーションで、溶媒蒸発、選択的レジスト蒸発、及びインプリントを実施する。一の実施形態では、選択的な蒸発は、蒸気圧が制御された環境で実施される。一の実施形態では、モノマー膜７０４から成る液体レジスト製剤は、その溶媒は既に蒸発されているが、所望厚さプロファイルに一致させるために、意図的に不均一プロファイルを有する膜７０５を形成するように選択的に蒸発される。

ステップ６０４において、図７Ｄに示すように、次にテンプレート７０６と基板７０２との隙間を閉じる（テンプレート７０６を下げて膜７０５に接触させる）。一の実施形態では、テンプレート７０６を横方向寸法５００ｎｍ未満でパターン化する。一の実施形態では、テンプレート７０６を横方向寸法１００ｎｍ未満でパターン化する
ステップ６０５において、図７Ｅに示すように、次にＵＶ光７０７を用いて膜７０５を架橋する。即ち、膜７０５を架橋により硬化して、膜７０５を重合する。

ステップ６０６において、図７Ｆに示すように、基板７０２からテンプレート７０６を分離して、基板７０２上に重合膜７０８を残す。

以下に、図８及び図９Ａから図９Ｆに関連してＳＣ−ＰＦＩＬのプロセスフローの代替実施形態を説明する。

図８は、本発明の実施形態に係る、パターンを作成するスピンコートに基づくＰ−ＦＩＬ（ＳＣ−ＰＦＩＬ）処理の、代替実施形態における方法８００のフローチャートである。以下に、図９Ａから図９Ｆに関連して図８を説明する。図９Ａから図９Ｆは、本発明の実施形態に係る、図８に示すステップを用いたパターンの作成を描く断面図である。

図９Ａから図９Ｆと併せて図８を参照すると、ステップ８０１において、図９Ａに示すように、初期体積の希釈モノマー９０１（溶媒に希釈）を基板９０２に堆積させて、液体レジスト製剤を形成する。

ステップ８０２において、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、モノマー９０４の薄膜をスピンコーティング及び焼成形成する間に液体レジスト製剤から溶媒９０３を蒸発させて、溶媒がほぼ又は全く状態にする。一の実施形態では、電磁放射線を実質的に吸収する基板９０２と液体レジスト製剤との間で一以上の膜のスタックを用いる。一の実施形態では、液体レジスト製剤は、該液体レジスト製剤の残りの成分よりも実質的に高い揮発性を有する溶媒から成る。一の実施形態では、液体レジスト製剤の一以上の非溶媒成分は、実質的に同様の揮発性を有する。一の実施形態では、光開始剤以外の液体レジスト製剤の一以上の非溶媒成分は、３０度、１０度、又は５度未満異なる沸点を有する。一の実施形態では、一以上の非溶媒成分は、ガラス転移温度の高い熱硬化性ポリマーを含む。一の実施形態では、一以上の非溶媒成分は、ケイ素又は炭素を含む。

ステップ８０３において、図９Ｄに示すように、赤外線（ＩＲ）ランプ等を介してモノマー９０４の薄膜を選択的に蒸発させて、基板９０２上に不均一で実質的に連続的な膜９０５を形成する。一の実施形態では、選択的な蒸発は、温度制御基板チャック、個別制御可能な赤外線電灯アレイ、空気流を制御するための個別制御可能なファンアレイ、基板９０２上の複数の個別制御可能なマイクロヒータ又はクーラ、及び一以上の電磁放射線源を制御するための空間光変調器（一以上のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイを含んでよい）のうちの一又は複数により実施される。一の実施形態では、パターニング前に蒸発材料が基板９０２上へ再凝縮しないように、分離ステーションで選択的な蒸発及びパターニングを実施する。一の実施形態では、選択的な蒸発は、蒸気圧が制御された環境で実施される。一の実施形態では、モノマー膜９０４から成る液体レジスト製剤は、その溶媒は既に蒸発されているが、所望厚さプロファイルに一致させるために、意図的に不均一プロファイルを有する膜９０５を形成するように選択的に蒸発される。

ステップ８０４において、図９Ｄに示すように、次にスーパーストレート９０６と基板９０２との隙間を閉じる（スーパーストレート９０６を下げて膜９０５に接触させる）。一の実施形態では、膜９０５の所望の発展動力学（evolution dynamics）を得るために、スーパーストレート９０６を用いて膜９０５の上を被覆する。一の実施形態では、スーパーストレート９０６のスーパーストレート厚さプロファイル及び幾何学は、所与の基板トポグラフィ（凹凸）の所望の発展動力学（evolution dynamics）を得るように最適化される。一の実施形態では、スーパーストレート９０６は、柔軟である、又は、ロール−ロール構成に保持される。

ステップ８０５において、図９Ｅに示すように、次にＵＶ光９０７を用いて膜９０５を架橋する。即ち、膜９０５を架橋により硬化して、膜９０５を重合する。

ステップ８０６において、図９Ｆに示すように、基板９０２からスーパーストレート９０６を分離して、基板９０２上に重合膜９０８を残す。

ＩＪ−ＰＦＩＬと同様に、ここでも、実質的に溶媒が無いレジスト材料を用いて処理を実施できるが、溶媒を用いて材料を実質的に希釈もできる。材料設計の詳細については、以下に更に説明する。よって、高価な材料の浪費を少なくするようにモノマーレジスト材料濃度を最小にできる。スピンコーティングとその後の焼成処理を実施する間に、溶媒７０３、９０３のほぼ全てが蒸発し、溶媒がほぼ又は全くないモノマーレジスト７０４、９０４の薄膜が生じる。スピンコーティング処理中のこの蒸発は、近くの空気流にも影響を受ける。初期不均一膜を得るように初期の材料分布を制御できるＩＪ−ＰＦＩＬとは異なり、ＳＣ−ＰＦＩＬは、スピンコーティング直後のコート膜は、典型的には実質的に均一である。しかしながら、均一性にかかわらず、所望膜厚を得るために堆積された最小初期体積の材料が存在する。この膜厚は、スピン速度及び合計処理時間にも依存する。よって、ＩＪ−ＰＦＩＬと同様に、物理的に分離されたステーションでモノマー蒸発を制御することにより、後に不均一性に至りうる初期の均一厚膜（例えば、液体レジスト製剤の厚さ）を得るためのこれらのパラメータの最適値を得るように、逆モデルを用いることができる。

スピンコーティングステップで溶媒を実質的に蒸発させるので、最終膜厚プロファイルに至らせるレジストの蒸発を説明するようにモデルを拡張できる。同時に、基板上で溶媒が再凝縮しないように、基板がパターニングステーションに搬送される前に、蒸発する溶媒を完全に蒸発且つ除去することを確保すべきである。基板上又は気相における如何なる残留溶媒も、パターン化レジスト上での空隙、特性崩壊、又は寄生凝縮（parasitic condensation）の問題を生じうる。ＳＣ−ＰＦＩＬ処理の逆最適化のフレームワークを図１０に示す。

図１０は、本発明の実施形態に係る、ＳＣ−ＰＦＩＬの逆最適化スキームのフレームワークの図である。

図１０を参照すると、最適化ソルバ１００１は、入力として、入力パラメータ１００２と、トポグラフィ（凸凹）１００３と、テンプレートパターン１００５を入力として用いる所望前インプリント残留層厚さ（ＲＬＴ）プロファイル１００４と、予測前インプリントＲＬＴプロファイル１００６とを受信する。

最適化ソルバ１００１は、材料の初期体積１００７と、温度分布１００８と、スピンプロセスパラメータ１００９とを出力する。材料の初期体積１００７を入力として受信するスピンコーティング後の膜厚１０１０と、温度分布１００８と、スピンプロセスパラメータ１００９とは、薄膜及び蒸発モデル１０１１に対しての入力であり、薄膜及び蒸発モデル１０１１は予測前インプリントＲＬＴプロファイル１００６に入力される。

更に、テンプレートパターン１００５はヒューリスティック１０１２に入力され、ヒューリスティック１０１２はスピンコーティング後の膜厚１０１０に入力される。

一の実施形態では、このような逆最適化スキームは計算システムにより実施される。

熱アクチュエータ、ＩＲランプ、又はこれらの組み合わせが分散された一式（但し、該一式の各要素は、個別制御可能である）を介した温度の賢明な制御を介して、レジスト蒸発の制御を実行できる。ＩＲランプの個別制御は、例えば、テキサスインスツルメント社のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイ等の装置を介して達成できる。最先端アレイは、斜め幅０．９インチ、７．６マイクロメータのピッチで、４Ｍピクセルを有する。これにより、ＩＲ強度の空間変調は、少なくとも０．４平方インチの領域に渡って蒸発を制御できる。適切な縮小光学系を用いると、分解能を妥協する（損なう）ことになるが、より広い領域を投影することができる。一例として、液体モノマー及び主成分としてメチルメタクリレート（ＭＭＡ）を含むレジスト製剤は、出発膜厚が５００ｎｍと仮定して、５０×５０μｍ^２の領域から約１００ｎｍの液体膜を蒸発させるように常温常圧で十分な熱を吸収するために、約１Ｗの局所熱源を必要とするであろう。このようなパワーはＤＭＤアレイを用いて送ることができる。これらの装置は、１０ｋＨｚに近いフレームレートも有しているので、入射放射及びその後の蒸発において高周波数時間制御を提供できる。逆モデルは、空間蒸発プロファイルを制御するために、例えば個別ミラーの空間分布及び切替頻度の、ＤＭＤアレイのパラメータも含んでよい。

加えて、多数のＤＭＤアレイは、分解能をそれ以上妥協できない（損なえない）場合には、より広い領域に渡って用いることができる。個々のピクセルは、重要なクロストークを有してよい。これをモデル化し、薄膜蒸発のフォワードモデルに組み入れることもできる。加えて、ＭＥＭＳに基づくマイクロヒータを有する下地基板は、ＤＭＤアレイによって提供できる分解能よりも高い分解能が必要とされる場合には、増大された温度分布にも用いられてよい。この選択的な加熱の原理は、一般に、本発明の実施形態全てに適用でき、ＳＣ−ＰＦＩＬのみに特異的なものではない。上述のように、出発材料には実質的に溶媒が無くてよく、モノマーレジストのみであってよい（例えば、マイクロレジストテクノロジー社のＸＮＩＬ−２６ＳＦレジスト）。出発材料成分にかかわらず、本明細書に提示したアプローチは、制御されたレジスト蒸発を用いており、よって、架橋されるべきモノマー混合物の一部を除去する。このレジスト材料の選択的な蒸発により、不均一パターンの存在下で均一残留層を得る必要性、又は、架橋時の不均一収縮やエッチングツールの不均一エッチング速度等の実質的に系統的な処理寄生（process parasitics）を扱う必要性に基づいて、所望膜厚プロファイルが可能となる。膜厚プロファイルは、所望の光学性能、機械的安定性等の所望の機能性を得るためにも用いることができる。このようにレジスト溶液が部分的に蒸発する際には、レジスト混合物の特性が一貫したままであることを確保するために、レジストの全成分の各沸点が実質的に同じ、例えば互いに１０度以内、であることが望ましい。また、レジスト混合物の成分として固体成分を含まないことが望ましい。しかしながら、基板の平坦化については、材料設計に更なる考察を伴ってよい。材料設計の詳細について、以下に更に説明する。

本実施形態のＰ−ＦＩＬ処理（スロットダイコーティングに基づくＰ−ＦＩＬ（ＳＤ−ＰＦＩＬ））では、スロットダイコーティングは、材料堆積技術である。
スロットダイコーティングは、ディスプレイガラス等の矩形状基板をコーティングするために伝統的に用いられてきた安価な処理である。スロットダイコーティングの課題は、平均厚さが５０ｎｍ未満のナノスケールリソグラフィ処理残留層膜に望まれる厚さのナノスケール湿潤膜を得ることが非常に困難なことである。

ＩＪ−ＰＦＩＬと同様に、ここでも、溶媒を用いて材料を実質的に希釈もできる。材料設計の詳細については、以下に更に説明する。よって、高価な材料の浪費を少なくするようにレジスト材料濃度を最小にできる。スロットダイコーティング処理と焼成ステップを実施する間に、溶媒のほぼ全てが蒸発し、溶媒がほぼ又は全くないモノマーレジストの薄膜が生じる。スロットダイコーティング処理中のこの蒸発は、近くの空気流にも影響を受ける。初期不均一膜を得るように初期の材料分布を制御できるＩＪ−ＰＦＩＬとは異なり、ＳＤ−ＰＦＩＬは、スロットダイコーティング直後のコート膜は、少なくとも一次元で実質的に均一である。しかしながら、均一性にかかわらず、スロットダイコーティング後に所望平均膜厚（例えば、液体レジスト製剤の所望厚さ）につながるプロセスパラメータの組み合わせがある。材料レオロジー以外に、これらの制御パラメータは、ダイ（染料）とコーティングの隙間に対する基板の速度を含む。よって、分離ステーションで残留レジストの蒸発を制御することにより、後に不均一性に至りうる初期の均一厚膜を得るためのこれらのパラメータの最適値を得るように、逆モデルを用いることができる。更に、これらのパラメータと膜厚との関係は、モデルには非常に複雑である。これは、その関係がスロットダイコータの「動作領域」に依存するからである。典型的には、速度が増加するにつれて湿潤膜厚が減少し、スループットが良好となる、所謂「領域ＩＩＩ」でコータに動作させることが好ましい。しかしながら、材料レオロジーが動作をこの領域外にのみ限定してしまう状況もあろう。故に、最適な値の組を決定するように、ヒューリスティックを用いて逆モデルを拡張してよい。

同時に、基板がパターニングステーションに搬送される前に、蒸発する溶媒を完全に蒸発且つ除去することを確保すべきである。基板上又は気相における如何なる残留溶媒も、パターン化レジスト上での空隙、特性崩壊、又は寄生凝縮（parasitic condensation）の問題を生じうる。ＳＤ−ＰＦＩＬ処理の逆最適化のフレームワークを図１１に示す。

図１１は、本発明の実施形態に係る、ＳＤ−ＰＦＩＬの逆最適化スキームのフレームワークの図である。

図１１を参照すると、最適化ソルバ１１０１は、入力として、入力パラメータ１１０２と、トポグラフィ（凸凹）１１０３と、テンプレートパターン１１０５を入力として用いる所望前インプリント残留層厚さ（ＲＬＴ）プロファイル１１０４と、予測前インプリントＲＬＴプロファイル１１０６とを受信する。

最適化ソルバ１１０１は、動作領域１１０７と、温度分布１１０８と、スロットダイプロセスパラメータ１１０９とを出力する。動作領域１１０７を入力として受信するスロットダイコーティング後の膜厚１１１０と、温度分布１１０８と、スロットダイプロセスパラメータ１１０９とは、薄膜及び蒸発モデル１１１１に対しての入力であり、薄膜及び蒸発モデル１１１１は予測前インプリントＲＬＴプロファイル１１０６に入力される。

更に、テンプレートパターン１１０５はヒューリスティック１１１２に入力され、ヒューリスティック１１１２はスロットダイコーティング後の膜厚１１１０に入力される。

一の実施形態では、このような逆最適化スキームは計算システムにより実施される。

熱アクチュエータ、ＩＲランプ、又はこれらの組み合わせが分散された一式（但し、該一式の各要素は、個別制御可能である）を介した温度の賢明な制御を介して、レジスト蒸発の制御を実行できる。ＩＲランプの個別制御は、例えば、テキサスインスツルメント社のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイ等の装置を介して達成できる。最先端アレイは、斜め幅０．９インチ、７．６マイクロメータのピッチで、４Ｍピクセルを有する。これにより、ＩＲ強度の空間変調は、少なくとも０．４平方インチの領域に渡って蒸発を制御できる。適切な縮小光学系を用いると、分解能を妥協する（損なう）ことになるが、より広い領域を投影することができる。一例として、液体モノマー及び主成分としてメチルメタクリレート（ＭＭＡ）を含むレジスト製剤は、出発膜厚が５００ｎｍと仮定して、５０×５０μｍ^２の領域から約１００ｎｍの液体膜を蒸発させるように常温常圧で十分な熱を吸収するために、約１Ｗの局所熱源を必要とするであろう。このようなパワーはＤＭＤアレイを用いて送ることができる。これらの装置は、１０ｋＨｚに近いフレームレートも有しているので、入射放射及びその後の蒸発において高周波数時間制御を提供できる。逆モデルは、空間蒸発プロファイルを制御するために、例えば個別ミラーの空間分布及び切替頻度の、ＤＭＤアレイのパラメータも含んでよい。

加えて、多数のＤＭＤアレイは、分解能をそれ以上妥協できない（損なえない）場合には、より広い領域に渡って用いることができる。異なるＤＭＤアレイ下での順次処理から生じる如何なる処理寄生（process parasitics）の補償を、逆最適化フレームワークに組み入れることができる。一の実施形態では、逆最適化スキームは、一以上のＤＭＤアレイからの順次選択的な蒸発、或いは、基板又は材料の熱容量に起因する温度プロファイル、或いは、周囲条件の既知の変化による、若しくは基板を扱う又は輸送する際の、膜厚プロファイルの決定論的変化を補償する。一の実施形態では、個々のピクセルは、重要なクロストークを有してよい。これをモデル化し、薄膜蒸発のフォワードモデルに組み入れることもできる。加えて、ＭＥＭＳに基づくマイクロヒータを有する下地基板は、ＤＭＤアレイによって提供できる分解能よりも高い分解能が必要とされる場合には、増大された温度分布にも用いられてよい。一の実施形態では、出発材料には実質的に溶媒が無くてよく、レジストのみであってよい（例えば、マイクロレジストテクノロジー社のＸＮＩＬ−２６ＳＦレジスト）。本明細書に提示したアプローチは、制御されたレジスト蒸発を用いており、よって、架橋されるべきモノマー混合物の一部を除去する。このレジスト材料の選択的な蒸発により、不均一パターンの存在下で均一残留層を得る必要性、又は、架橋時の不均一収縮やエッチングツールの不均一エッチング速度等の実質的に系統的な処理寄生（process parasitics）を扱う必要性に基づいて、所望膜厚プロファイルが可能となる。膜厚プロファイルは、所望の光学性能、機械的安定性等の所望の機能性を得るためにも用いることができる。このようにレジスト溶液が部分的に蒸発する際には、レジスト混合物の特性が一貫したままであることを確保するために、レジストの全成分の各沸点が実質的に同じ、例えば互いに１０度以内、であることが望ましい。また、モノマー混合物の成分として固体モノマー成分を含まないことが望ましい。しかしながら、基板の平坦化については、材料設計に更なる考察を伴ってよい。材料設計の詳細について、以下に更に説明する。

モデル化に関して、ここで一般的なフォワードモデルについて議論する。横長スケールに比べて厚さが非常に薄いドメインの流体流は、潤滑近似により適切に説明される。蒸発下で、マランゴニ、即ち、表面張力勾配に駆動される流れについて、潤滑近似は次の数式を導く。

但し、ｈは膜厚、ｔは時間、ｘは空間ザ料、μは粘度、γは表面張力、Ｊは界面での質量流速、ρiは液体密度、ρvは蒸気密度である。この数式では、温度が、粘度、表面張力、密度、並びに界面での質量流速を制御する。一般に、これらの特性は、材料設計に依存しており、トレードオフを含むことが多い。例えば、マイクロレジストテクノロジー社のＸＮＩＬ−２６ＳＦレジストに見られるように、溶媒に希釈されたレジスト材料は、希釈されていない材料よりも粘度が低い。しかしながら、希釈材料は、揮発性も高い。故に、この数式を用いて、所望の処理時間スケールを達成するような所望の材料特性を派生させることができる。

加えて、温度の影響を判断するために、この数式に対して線形安定度解析を実施する必要がある。一つの目的は、均一膜が均一なままであるかを理解することであり、不均一性がどのように流体特性や膜厚及び温度プロファイルでの寄生変化（parametric variation）とともに発達するのかを理解することである。蒸発に加えて、他の分配及び混合の特徴も、更に薄膜展開に影響を及ぼすように開発されてよい。

蒸発及び表面張力勾配の存在下にある薄膜流れの予備調査は、線形安定度解析の支援を得て理解できる。文献で実行された研究では、拡散律速流れ、即ち、界面近くで局所周囲が蒸気で飽和しており、蒸気の拡散により蒸発が制限される流れに対して、如何なる局所薄膜摂動も減衰することが提案される。これは、不均一膜は、局所的基板トポグラフィ（凹凸）が無ければ均一になる傾向にあることを示唆する。一方、転写律速流れ、即ち、蒸気が界面で飽和しないような界面において移流がある流れに対して、その流れは不安定である。これは、トラフやバレーが増幅されることを示唆しており、膜を更に不均一にする。ＰＦＩＬ処理という面においては、これらの状況の両方を潜在的に利用できる。拡散律速の場合は、ＩＪ−ＰＦＩＬ等の初期不均一膜の膜厚変化の安定制御を提供できるであろう。しかしながら、転写律速流れの場合は、放射パターンを充填可能とする不均一性を生じるために、又は、初期膜が実質的に均一なＳＣ−ＰＦＩＬやＳＤ−ＰＦＩＬで用いることができる。しかしながら、両方の場合において、正確な時間スケールが重要であり、これは典型的なプロセスパラメータの徹底的な解析を介して見出せる。

ここで、ＩＪ−ＰＦＩＬのモデル強化について議論する。

レジスト溶液は湿潤性が高いと仮定されるので、上記の潤滑モデルは、個々の液滴と、結合して膜を形成する多数の液滴との両方に当てはまる。しかしながら、液滴一滴又は非常少ない液滴数の結合液滴のみの場合に対する境界条件は、数千滴の液滴が結合して連続膜を形成する場合よりも更に複雑である。これも、膜厚、圧力、又は温度条件を変化可能なランダム摂動に起因する。故に、液滴の広がり及び結合段階に対して、このモデルの結果は、逆最適化スキームに至るように実験的ヒューリスティックで補完できる。ヒューリスティックの使用は、高度放射パターンも支援する。例えば、インクジェットプリント領域では、多数の液滴を結合することにより、均一幅の線を常に形成する。安定性評価基準は、いつこのような線が安定であり、以下に説明する図１２に示すように、いつ欠陥を招くのかを判断するように構築された。このようなヒューリスティックは、広がり及び結合段階で蒸発がないと仮定して、膜形成を安定にするように液滴ピッチを微調整するために用いることができる。更に、放射パターンに対して、パターンの方向性に平行な連続膜の上で規定の安定線を獲得するために、溶媒蒸発後に処理を繰り返すことができる。

ここで、図１２を参照すると、図１２は、本発明の実施形態に係る、安定ビード形成を示す図である。図１２のｘ軸は、液滴間隔及び接触角の関数であり、ｙ軸は、プリントヘッド粘度及び流体材料特性の関数である。

ここで、ＳＣ−ＰＦＩＬのモデル強化について議論する。スピンコーティング処理のプロセスモデリングは、膜厚と異なる処理制御パラメータとの関係を判断するための確立した実験に基づくことができる。これらの実験由来の関係の幾つかを図１３に示す。図１３は、本発明の実施形態に係る、スピン時間及びスピン速度における膜厚変化を示す図である。スピンコーティング処理は三段階である。即ち、堆積及びスピンアップ、スピンオフ及び膜の乾燥である。最初の二段階は処理制御を施せないが、連続膜が形成されて、自由表面からの蒸発により膜厚が連続的に減少する第三段階は、制御の可能性が多少ある。

ここで、ＳＤ−ＰＦＩＬのモデル強化について議論する。

スロットダイコーティング処理は主に均一膜を提供するが、スロットダイコーティング処理の過渡制御を提案するような証拠が文献にある。第１の文献は、簡欠スロットダイコーティング、即ち、欠陥無しに開始から終了までの推移が多数回ある矩形状パッチのスロットダイコーティングに関する学会発表（Mark Miller, “Intermittent Coating,” Presented at the 17th International Coating Science and Technology Symposium）であり、欠陥が無いコーティングの開始及び終了を維持するように制御される必要のある多数のパラメータが存在することを示している。第２の文献は、著者等がコーティング隙間及び上流圧変化に対して最終湿潤膜厚の摂動解析を実施した雑誌論文（Romero et al., “Response of Slot Coating Flows to Periodic Disturbances,” Chemical Engineering Science, Volume 63, Issue 8, April 2008, Pages 2161-2173, ISSN 0009-2509, http://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2008.01.012）である。湿潤膜厚変化が、コーティング隙間変化からの位相シフトを有することを報告している。膜厚変化の振幅は、通常、減衰されるが、高摂動周波数（〜１ＫＨｚ）では、湿潤膜厚に高振幅振動があってよい。よって、局所的な膜厚管理に効果的に用いることができるように、これらの過渡性の効果を捉えることが重要である。これは、実質的に均一な膜が、下流制御された蒸発段階の終了時に所望の不均一膜をもたらさない場合には、重要になるであろう。しかしながら、ダイ（染料）に平行な方向では、ダイ（染料）幾何学を考慮すると物理的可能な値を超えて膜厚を変化させる余地はほとんどないことに留意することが重要である。

スロットダイコーティングも、ヒューリスティックの形態でモデルを拡張するために用いることができるプロセスウィンドウの以前の実験的判断の利益を得ることができる。これにより、テンプレート上の放射パターンを含む膜厚プロファイルの微調整を行うこともできる。

プロセス最適化の計測学及びフィードバックに関する議論は、ここで行うのが適切であると考えられる。

大抵のプロセス最適化は、オフライン計測学及びオペレータに基づくプロセスチューニングを含むが、多重入力制御システムと限定プロセスウィンドウとが高度に結合しているため、これらをＰ−ＦＩＬに対して実施することは困難である。たとえかなりのドメイン（領域）経験があるオペレータにとっても、欠陥が無い処理の実行を可能とするように体系的に多数の組み合わせの選択肢を扱うことは困難である。ここで、最適パラメータを得るために、処理のフィードバックとしてリアルタイム検知を用いることにより、参照により全てが本明細書に援用される、Snyder et al., “Analog Drop Volume Control for Piezoelectric Inkjets,” 2016 ASPE Annual Meeting, Portland, Oregon, October 23-28, 2016に開示されるように、ピエゾインクジェットシステムの分解能限界の拡大に近年の研究を活用することが提案される。このフィードバック機構は、フォワード又は逆モデルが処理しにくい場合には、処理の有効モデル又はループ内実機と共に動くことができる。このような状況では、それ自体で「モデルフリー」最適化を実行するために、又は、既存モデルを強化するために、リアルタイム処理フィードバックを用いてよい。一の実施形態では、ループ制御下の機械を用いて最適化にフィードバックするために、インライン計測学（in-line metrology）を用いる。一の実施形態では、インライン計測学は、視覚フィードバック、光フィードバック、電磁フィードバック、及び熱フィードバックのうちの一又は複数を用いる。一の実施形態では、インライン計測学は、各原子間顕微鏡（ＡＦＭ）のチップ位置を個別制御した、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）に基づくＡＦＭアレイを用いて実行される。一の実施形態では、ＡＦＭチップアレイは、個別アドレス指定可能位置を有する。一の実施形態では、パターン、トポグラフィ（凸凹）変化、又は膜厚変化を有するウェハ上でＡＦＭチップアレイの最適位置合わせを決定する。ＡＦＭチップアレイの各ＡＦＭチップは、パターン、トポグラフィ（凸凹）変化、又は膜厚変化を推測するために集められるデータを提供する。ウェハは、パターン、トポグラフィ（凸凹）変化、又は膜厚変化を測定するために走査されてよい。パターン、トポグラフィ変化、又は膜厚変化を推測するために、測定されたパターン、測定されたトポグラフィ変化、又は測定された膜厚変化を集めて分析する。一の実施形態では、ＡＦＭチップアレイの各ＡＦＭチップは、同じウェハ上の異なる装置にある。一の実施形態では、これらの異なる装置の夫々は、同じである。

リアルタイム又は準リアルタイム検知に関して、信頼できるコーティングを確保するプロセスメトリクスは、広い領域に渡るコーティング膜厚の平均及び標準偏差と、欠陥機構の回避とを含む。現在のオフライン計測学アプローチは、遅すぎてリアルタイム処理制御に組み入れられない。なぜなら、高次元マルチスケールの計測学の問題を生じるセンチメートルスケールを超えてナノスケール測定を行わなければならないからである。処理寄生（process parasitics）と欠陥の検知及び検出の速度を著しく高めるために、処理モデルと併せて設計された新規検知アーキテクチャを用いることができる。膜厚リフレクメトリ（反射率計測）、エリプソメトリ（偏光解析）、スペクトロメトリ（分光測定）等の光学技術は、高速（チップに基づく機械技術、電子顕微鏡法等に比べて）であり、非破壊であるため、製造プロセスにて典型的に用いられる。注意深いモデリングにより、精度及び速度トレードオフを適切に理解できる。例えば、光学技術の空間及びスペクトル分解能を低くすると、検知情報に応じた損失及びその工程歩留まりに及ぼしうる影響を理解できるようにユーザを支援するための検知速度及びモデルを増加できる。

例えば、ＩＪ−ＰＦＩＬでは、検知はノズルの非常に近くで、且つ液滴が基板上に乗る前に起こりうる。ＳＤ−ＰＦＩＬでも、コーティングビード形成を捉えるように、カメラをダイ（染料）と一緒に並べることができる。しかしながら、典型的なインクジェット環境においては、コーティング隙間がノズルと基板との距離よりも非常に小さい（＜１０Ｘ）ので、やりがいがあるであろう。そして、ＳＤ−ＰＦＩＬでは、欠陥又はその他のシグネチャ（signatures）を探すために、基板がコートされた後にビードを捕捉することはより簡単であろう。これは、光学技術やモデルに基づく画像処理アルゴリズムを用いて行うこともできる。

ステップ高さ等の特徴推移の平坦化は、課題を提起する。これは、このような急激な推移は、流体及び固体の力学的挙動の変化を課すからであり、これは、ロバストモデルで特徴化し難く、またインシチュ検証（in-situ validation）を必要とする。更に、光スポットサイズ無いで急激な厚さ変化が無いバルクフィルムには非常に都合のよい高スループット光学膜厚計測学の使用は、このようなステップのごく近傍における膜厚変化の測定に適合しない。これは、原子間顕微鏡（ＡＦＭ）等の比較的遅いチップに基づく表面プロファイル技術の使用を必要とする。本開示では、個々のＡＦＭチップ位置及び走査領域を自動的に再構成できるＡＦＭアレイを用いることが提示される。これらの自動再構成可能なアレイを作成する一の実施形態は、Ｓｉマイクロチップに基づくＡＦＭ ＭＥＭＳデバイスを用いることである。半導体作成の生産環境におけるオフラインで特徴づけるためにＡＦＭを用いることは、Ｂｒｕｋｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅｓにより提供される。

本発明は、典型的にはＧＤＳファイルから得られる、全フィールド（典型的には２６ｍｍ×３３ｍｍ）に渡るパターンレイアウトに基づくアレイの各ＡＦＭチップの位置を再構成できる平坦化に対して、ＡＦＭアレイのアイデアを拡大する。より詳細には、以前のパターンのＧＤＳファイル、以前のパターンのエッチ深さ、及び、その後のそのパターン上への任意の膜堆積を知ることで、平坦化が課題となる特定領域の知識は、経験モデル又は計算モデル、又はこれら二つの組み合わせを介して、先験的に推測できる。そして、ＡＦＭアレイは、これらの挑戦的な領域で明確に測定を行うように再構成できる。こうすると、ＡＦＭアレイは、重要なステップ推移の近くで膜厚プロファイルを迅速に測定できる。加えて、単一フィールドというよりはむしろ全ウェハに渡って再構成可能のように、ＡＦＭアレイを考案できる。これは、ルーチンリソグラフィ処理中のシリコンウェハの大部分のフィールドは、実質的に同じであるからである。そして、単一のＡＦＭチップが単一フィールドをアドレス指定する領域を有するように、ＡＦＭアレイを配置できる。そして、異なる複数のＡＦＭチップは、各特徴が一つの異なるフィールド上にある状態で、実質的に同じフィールドで異なる複数の特徴を測定できる。そして、これらの測定値を集めると、フィールドの表面の写真を提供できる。異なるフィールドレイアウトが処理されると、新たなレイアウトの計測を可能とするように同じＡＦＭアレイを再構成できる。この実施形態は、参照により全てが本明細書に援用される、米国特許番号９、４１５，４１８に適用可能である。

更に、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）に基づく確率最適制御技術、有効数値的シミュレーション、及びループ内機械（machine-in-the-loop）フォワードモデルは、Ｐ−ＦＩＬ処理の高度な制御アルゴリズムを開発するために用いることができる。階層的アプローチは、最適化制御アルゴリズムに含まれるべき制御変数の数を徐々に増加させるために用いることができる。例えば、ＧＡに基づく処理制御スキームを開発するために、低複雑性の検知及びアクチュエータフレームワークを先ず用いることができる。検知（例えば、光学検知の空間及びスペクトル分解能）及びアクチュエータフレームワーク（例えば、制御変数の数及び分解能）の複雑性は、必要に応じて徐々に増加でき、ＧＡに基づく処理制御スキームを構築できる。同時に、ＩＪ−ＰＦＩＬに対して、処理の「ドロップオンデマンド」性により、例えば、インクジェットパラメータをオンザフライで変化できることに留意することが重要である。しかしながら、ＳＤ−ＰＦＩＬ又はＳＣ−ＰＦＩＬに対しては同様ではない。プロセスパラメータの変化に関連して、非ゼロ時間定数がある。この過渡挙動の理解及び捕捉が、システムの可制御性に用いられる。

材料設計に関する議論は、ここで行うのが適切であると考えられる。

製剤設計は、残りの成分よりも揮発性がかなり高い溶媒に溶解された、同じ揮発性を有する相当量の成分を含むインプリントレジストから成る。溶媒の役割は、必要量のインプリントレジストを希釈して体積を増すことであり、よって、ＩＪ−ＰＦＩＬでは、基板上に少量のインプリントレジストを広げる良い方法となり、またＳＣ−ＰＦＩＬ又はＳＤ−ＰＦＩＬでは、厚さがより厚い初期湿潤膜から始まる最終乾燥膜厚を管理できる。一旦インプリントレジスト溶液が基板上に分配されると、溶媒が先ず蒸発するが、残りの成分は、その揮発性の低さのために更に遅い速度で蒸発する。この結果、より高い濃度の他の成分と、残留物と、又は無視可能な量の溶媒とを含む混合物が生じる。そして、残りの脱溶媒液体は、選択的に蒸発して、制御されたインプリントレジスト分布の領域を含む基板を残す。提案スキームの選択的な蒸発の後に、残りの成分の最終比は、レジスト製剤の同じ成分の初期比と同じでなくてもよい。更に、成分比は、選択的な蒸発の後に、基板の各種スポットにおいて同じでなくてもよい。しかしながら、適切に調整されたシステムは、組成物の範囲下で十分に実行してよい。製剤設計は、蒸発される必要がある見積量の材料を考慮してよく、従って、成分比の最適範囲は壊されない。更に、光開始剤又は架橋剤等の一定の成分は、以下の表から分かるように、殆ど常に揮発性が低い。

溶媒以外に、インプリントレジスト製剤は、開始剤、一の活性基を有する重合性モノマー、架橋剤として本技術分野で称される二以上の活性基を有する重合性モノマー、及び界面活性剤のうちの幾つか又は全てを含んでよい。所望の性能及び用途に応じてその他の成分が存在する可能性があるため、このリストは網羅的なものではない。

対象成分の例を以下の表に示す。

下流プロセスを考察すると、特にパターン化レジスト材料を必要としない平坦化の用途では、ＵＶ架橋性ポリマーの使用は排除してよい。例えば、多くのメタクリル酸ポリマーはＴｇが約１５０度である。１５０度を超える下流熱処理では、材料が損傷する可能性がある。約３５０度とＴｇがより高いポリイミド等のその他の熱硬化ポリマーが存在する。故に、このポリマーを用いて平坦化を実施すると、熱処理への懸念を緩和できる。しかし、これらの材料は粘度も高く、これらの材料を実質的に低容量でコート又はインクジェットすることが困難となる。これを達成するために、ポリイミド材料は溶媒に希釈でき、これにより、その粘度を減少でき、当該材料をコーティング及び／又はインクジェットに用いることができる。溶媒は、基板上での凝縮を最小とするように完全に蒸発させる必要があろう。これは、完全且つ迅速に溶媒を蒸発させるために、揮発性が実質的に高い溶媒（例えば、ＭＩＢＫ、酢酸エチル）を用いたり、加熱基板チャック又はＩＲランプを用いたりすることにより実行できる。溶媒を蒸発させた後に、基板上でポリマーを焼成又は硬化できる。本開示のために、この目的で用いられた液体製剤（又は「液体レジスト製剤」）は、「レジスト」とも称され、一の溶媒成分と、一以上の非溶媒成分を有する。

基板材料が著しい温度変化に適合しない場合、特に、レジストの非溶媒成分が高い沸点を必要とする場合、本発明の一の実施形態は、レジスト成分の沸点を下げるために、部分的に排気されたチャンバを用いることを含んでよい。他の実施形態は、レジスト成分の沸点より低い一定温度に実質的に維持された基板のチャック又はマウントを用いることを含んでよい。このチャック又はマウントは、選択的な蒸発工程中、動的な熱負荷の存在下でも、基板から伝わる熱を迅速に消散でき、よって基板が実質的にその温度を維持できるように、金属製であってよい。本発明の他の実施形態は、基板とレジスト材料との間で一以上の材料膜を用いることを含む。これらの膜は、その組み合わせにより、基板に対して赤外スペクトルの電磁放射線の伝達がほぼゼロとなって基板の加熱を防ぐけれども、損傷を受けずに熱を吸収できるように、選択できる。模範的な膜材料は、ＣＶＤカーボン又はスピンオンカーボンである。これらの材料は、レジストパターンを基板上に転写する際に犠牲膜として用いられてもよい。

平坦化に対する更なる材料考察は、弾性率、破損までの伸び率、破損強度等の、良好な機械的特性を促進する材料を含むケイ素又は炭素を用いることを含む。また、自由表面平坦化の実施形態は、Lin, M.W., “Simulation and design of planarizing materials and interfacial adhesion studies for step and flash imprint lithography”, Ph.D. Dissertation, The University of Texas at Austin, 2008.に議論されるように、低粘度ケイ素含有レジスト材料を用いることができる。この材料は、初期平坦度を高くできるが、初期平坦度は、レジスト材料の選択的な蒸発を介して更に向上できる。

本発明の原理を用いて得られる様々な用途が、ナノフォトニクスにはある。模範的なナノフォトニックデバイスは、ワイヤグリッドポラライザと、平面レンズ等のメタマテリアルとを含む。これらのデバイスは、典型的には、金属（Ａｌ、Ａｕ等）又は誘電体（ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２等）からなるナノ構造体の作成を含む。例えば、ディスプレイ用途のワイヤグリッドポラライザは、アルミニウムからなるナノスケールパターンを必要とする。このようなポラライザは、二つのアプローチのうちの一つを用いて作成できる。第１のアプローチでは、ＰＦＩＬ処理を用いて、ポリマーレジスト線／空間パターンを得ることができる。この後に、線／空間パターン上へのＡｌの斜め蒸着（Glancing Angle Deposition）が、金属が不連続のままであるように続く。第２のアプローチは、ｅビーム蒸着等の、真空に基づく処理を用いたＡｌ膜の堆積と、その後のＰＦＩＬを用いたポリマーレジスト線／空間パターンのインプリントとを含む。この後に、Ｏ_２プラズマを用いた残留層のデスカムエッチング（descum etch）と、Ｃｌに基づくプラズマ化学を用いた下地Ａｌ膜のエッチングとが続く。

平面レンズ等のメタマテリアルは、ナノスケールパターンの存在無しには不可能である現象を実現するために、可視光とナノスケールパターンとの相互作用を可能にするという文脈で議論されている。平面レンズは、例えば、平面から光の屈折を可能にする。さもなければ、いくらかの曲率が必要となったであろう。これらのレンズは、入射光と相互作用して屈折を生じる平面上に、特異なナノスケールパターンを作成することにより可能である。これらのナノスケールパターンは高指数誘電体材料からなるが、最も有名な材料はＴｉＯ_２である。このような平面レンズは、その他のナノスケール作成技術とＰＦＩＬを併用することにより作成できる。平面レンズ作成の一つのアプローチは、ＰＦＩＬを用いて、重合レジストを有する所望のＴｉＯ_２パターンの原板をインプリントすることを含む。この後に、ゾルゲルＴｉＯ_２前駆体のスロットダイコーティングが続く。ゾルゲルＴｉＯ_２前駆体はレジスト「モールド」を充填し、上面に連続膜を形成する。このＴｉＯ_２前駆体の連続膜は、Ｏ_２／Ａｒ／Ｆに基づくプラズマで反応性イオンエッチングを用いてエッチングできる。或いは、このレジストパターンの特徴は、先細りになるように上面で変更できる。このような構造は、インプリントリソグラフィに対して作成された多層テンプレートを用いて作成できる。これにより、スロットダイコーティング処理において前駆体の体積を厳格に制御するならば、ゾルゲルＴｉＯ_２前駆体は、上面に実質的に連続的な膜を形成することなく、レジストモールドを実質的に充填できるであろう。他のアプローチは、レジストモールドを充填するＴｉＯ_２の原子間堆積又はコンフォーマル化学蒸着と、その後に、モールド上面での連続ＴｉＯ_２膜のエッチバックとを含む。全ての場合において、レジストパターンはＯ_２プラズマを用いて除去できる。

これらのナノフォトニックデバイスの作成後、これらデバイスを損傷させうる水蒸気、酸素又は他の材料が拡散しないように、それらをバリア膜でカプセル化することも必要であってよい。カプセル化は真空に基づく蒸着技術を用いて実行できるが、この蒸着技術は、材料を隅部に優先的に蓄積するので、ナノスケール特徴の上を覆う一方で、エアギャップをナノスケール特徴の下と連続的な特徴との間に残す。

平面上にＴｉＯ_２等の高指数誘電体材料からなるナノスケールパターンを作成することについて、図１４及び図１５Ａから図１５Ｄに関連して以下に議論する。

図１４は、本発明の実施形態に係る、平面上でＴｉＯ_２等の高指数誘電体材料からなるナノスケールパターンを作成する方法１４００のフローチャートである。図１５Ａから図１５Ｄは、本発明の実施形態に係る、図１４に示すステップを用いた平面上でのナノスケールパターンの作成を描く断面図である。

図１５Ａから図１５Ｄと併せて図１４を参照すると、ステップ１４０１において、図１５Ａに示すように、基板１５０２上にレジスト１５０１をパターン化する。

ステップ１４０２において、図１５Ｂに示すように、基板１５０２を露出するために、ショートデスカムアッシュ（short descum ash）を実行する。

ステップ１４０３において、図１５Ｃに示すように、ＴｉＯ_２１５０３で基板１５０２をスロットダイコーティングする。或いは、化学蒸着を介して基板１５０２上にＴｉＯ_２１５０３を堆積する。

ステップ１４０４において、図１５Ｄに示すように、ＴｉＯ_２１５０３のブランケットエッチングを実行する。

本発明の各種実施形態の記載は、例示のために提示されたが、開示された実施形態に包括又は限定されるものではない。多くの変更及び変形は、開示された実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、当業者には明白であろう。ここに用いられた文言は、実施形態の原理、実地応用又は市場でみられる技術の技術的改良を最も良く説明するために、又は他の当業者がここに開示された実施形態を理解できるように、選択された。

Claims (52)

1. 剛体ウェハ基板上にパターンを作成する方法であって、
   溶媒及び一以上の非溶媒成分を含む液体レジスト製剤において所望膜厚を取得するために用いるプロセスパラメータを決定するために逆最適化スキームを実施する工程と、
   スピンコーティングを用いて、前記溶媒に希釈された前記液体レジスト製剤の実質的連続膜で基板を被覆する工程と、
   前記溶媒を実質的に前記液体レジスト製剤から蒸発させて膜を形成する工程と、
   テンプレートと前記基板との隙間を閉じる工程と、
   前記膜を硬化して前記膜を重合する工程と、
   前記基板を前記テンプレートから分離して、前記基板上に前記重合した膜を残す工程と、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記液体レジスト製剤は、その溶媒は既に蒸発されているが、前記テンプレートと前記基板との前記隙間を閉じる前に所望厚さプロファイルに一致させるために、意図的に不均一プロファイルを有する前記膜を形成するように選択的に蒸発されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記選択的な蒸発は、温度制御基板チャック、個別制御可能な赤外線電灯アレイ、空気流を制御するための個別制御可能なファンアレイ、前記基板上の複数の個別制御可能なマイクロヒータ又はクーラ、及び一以上の電磁放射線源を制御するための空間光変調器のうちの一又は複数により実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記空間光変調器は、一以上のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイを備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記選択的な蒸発は、蒸気圧が制御された環境で実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 別々のステーションで蒸発及びパターニングを実施することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 電磁放射線を実質的に吸収する前記基板と前記液体レジスト製剤との間で一以上の膜のスタックを用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記逆最適化スキームは、空間蒸発プロファイル、空間温度プロファイル、空間材料除去プロファイル、空間蒸発率プロファイル、及び空間材料除去率プロファイルのうちの一つを決定するために更に拡張されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. ループ制御下の機械を用いて前記逆最適化スキームにフィードバックするために、インライン計測学を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記インライン計測学は、視覚フィードバック、光フィードバック、電磁フィードバック、及び熱フィードバックのうちの一又は複数を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記逆最適化スキームは、所望膜厚の関数と前記取得された膜厚との誤差を最小にする目的関数を得るために、遺伝的アルゴリズム、シミュレーテッドアニーリング、及びフルパターンサーチのうちの一又は複数を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 膜厚プロファイルを予測するために、前記逆最適化スキームの中心としてフォワードモデルを用いており、前記フォワードモデルは、熱的輸送、溶質輸送、及び溶媒輸送のうちの一又は複数を組み入れることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記液体レジスト製剤は、該液体レジスト製剤の残りの成分よりも実質的に高い揮発性を有する前記溶媒から成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、実質的に同様の揮発性を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 光開始剤以外の前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、３０度未満だけ異なる沸点を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 光開始剤以外の前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、１０度未満だけ異なる沸点を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 光開始剤以外の前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、５度未満だけ異なる沸点を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 前記液体レジスト製剤の期待される材料損失、及びその後の前記液体レジスト製剤の成分濃度の変化を、最適範囲に維持する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. 前記逆最適化スキームは、一以上のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイからの順次選択的な蒸発、或いは、前記基板又は材料の熱容量に起因する温度プロファイル、或いは、周囲条件の既知の変化による、若しくは前記基板を扱う又は輸送する際の、膜厚プロファイルの決定論的変化を補償することを特徴とする請求項１に記載の方法。
20. 前記テンプレートと前記基板との前記隙間を閉じる前に膜厚プロファイルを局所的に変更するために、インクジェットを用いて、実質的連続膜を形成しない希釈モノマーの不連続液滴を分配することを特徴とする請求項１に記載の方法。
21. 前記テンプレートを横方向寸法５００ｎｍ未満でパターン化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
22. 前記テンプレートを横方向寸法１００ｎｍ未満でパターン化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
23. 前記テンプレートは、多層パターン及び三次元パターンのうちの一又は複数を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
24. 前記テンプレートは、柔軟である、又は、ロール−ロール構成に保持されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
25. 剛体ウェハ基板上にパターンを平坦化する方法であって、
    溶媒及び一以上の非溶媒成分を含む液体レジスト製剤において所望膜厚を取得するために用いるプロセスパラメータを決定するために用いられる入力として既存の基板トポグラフィ（凸凹）を有する逆最適化スキームを実施する工程と、
    スピンコーティングを用いて、前記溶媒に希釈された前記液体レジスト製剤の実質的連続膜でパターン化基板を被覆する工程と、
    前記溶媒を実質的に前記液体レジスト製剤から蒸発させて膜を形成する工程と、
    前記膜を硬化して前記膜を重合する工程と、
    を備えることを特徴とする方法。
26. 前記液体レジスト製剤は、その溶媒は既に蒸発されているが、所望厚さプロファイルに一致させるために、意図的に不均一プロファイルを有する前記膜を形成するように選択的に蒸発されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記選択的な蒸発は、温度制御基板チャック、個別制御可能な赤外線電灯アレイ、空気流を制御するための個別制御可能なファンアレイ、前記基板上の複数の個別制御可能なマイクロヒータ又はクーラ、及び一以上の電磁放射線源を制御するための空間光変調器のうちの一又は複数により実施されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 前記空間光変調器は、一以上のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイを備えることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前記選択的な蒸発は、蒸気圧が制御された環境で実施されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
30. 別々のステーションで蒸発及びパターニングを実施することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
31. 電磁放射線を実質的に吸収する前記基板と前記液体レジスト製剤との間で一以上の膜のスタックを用いることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
32. 前記膜の所望の発展動力学を得るために、スーパーストレートを用いて前記膜の上を被覆することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
33. 前記スーパーストレートは、柔軟である、又は、ロール−ロール構成に保持されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記スーパーストレートのスーパーストレート厚さプロファイル及び幾何学は、所与の基板トポグラフィ（凹凸）の所望の発展動力学を得るように最適化されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
35. 前記逆最適化スキームは、空間蒸発プロファイル、空間温度プロファイル、空間材料除去プロファイル、空間蒸発率プロファイル、及び空間材料除去率プロファイルのうちの一つを決定するために更に拡張されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
36. ループ制御下の機械を用いて前記逆最適化スキームにフィードバックするために、インライン計測学を用いることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
37. 前記インライン計測学は、視覚フィードバック、光フィードバック、電磁フィードバック、及び熱フィードバックのうちの一又は複数を用いることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
38. 前記インライン計測学は、各原子間顕微鏡（ＡＦＭ）のチップ位置を個別制御した、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）に基づくＡＦＭアレイを用いて実行されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
39. 前記逆最適化スキームは、所望膜厚の関数と前記取得された膜厚との誤差を最小にする目的関数を得るために、遺伝的アルゴリズム、シミュレーテッドアニーリング、及びフルパターンサーチのうちの一又は複数を備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
40. 膜厚プロファイルを予測するために、前記逆最適化スキームの中心としてフォワードモデルを用いており、前記フォワードモデルは、熱的輸送、溶質輸送、及び溶媒輸送のうちの一又は複数を組み入れることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
41. 前記液体レジスト製剤は、該液体レジスト製剤の残りの成分よりも実質的に高い揮発性を有する前記溶媒から成ることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
42. 前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、実質的に同様の揮発性を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
43. 光開始剤以外の前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、３０度未満だけ異なる沸点を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
44. 光開始剤以外の前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、１０度未満だけ異なる沸点を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
45. 光開始剤以外の前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、５度未満だけ異なる沸点を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
46. 前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、ガラス転移温度の高い熱硬化性ポリマーを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
47. 前記液体レジスト製剤の前記一以上の非溶媒成分は、ケイ素又は炭素を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
48. 前記液体レジスト製剤の期待される材料損失、及びその後の前記液体レジスト製剤の成分濃度の変化を、最適範囲に維持する工程を更に備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
49. 前記逆最適化スキームは、一以上のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイからの順次選択的な蒸発、或いは、前記基板又は材料の熱容量に起因する温度プロファイル、或いは、周囲条件の既知の変化による、若しくは前記基板を扱う又は輸送する際の、膜厚プロファイルの決定論的変化を補償することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
50. 前記テンプレートと前記基板との前記隙間を閉じる前に膜厚プロファイルを局所的に変更するために、インクジェットを用いて、実質的連続膜を形成しない希釈モノマーの不連続液滴を分配することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
51. インシチュ計測学を実行する方法であって、
    個別アドレス指定可能位置を有する原子間顕微鏡（ＡＦＭ）チップアレイを有する工程と、
    パターン、トポグラフィ（凹凸）変化、又は膜厚変化を有するウェハ上で前記ＡＦＭチップアレイ、ここでＡＦＭチップアレイの各ＡＦＭチップが、前記パターン、前記トポグラフィ（凹凸）変化、又は前記膜厚変化を推測するために集められるデータを提供する、の最適位置合わせを決定する工程と、
    前記パターン、前記トポグラフィ（凹凸）変化、又は前記膜厚変化を測定するために前記ウェハを走査する工程と、
    前記パターン、前記トポグラフィ（凹凸）変化、又は前記膜厚変化を推測するために、前記測定されたパターン、前記測定されたトポグラフィ（凹凸）変化、又は前記測定された膜厚変化を集めて分析する工程と、
    を備えることを特徴とする方法。
52. 前記ＡＦＭチップアレイの各ＡＦＭチップは、同じウェハ上の異なる装置にあり、前記同じウェハ上の前記異なる装置の夫々は、実質的に同じであることを特徴とする請求項５１に記載の方法。