JP6495283B2 - ナノメータスケール精度を有するユーザ定義プロファイルのプログラム可能な薄膜蒸着 - Google Patents

Description

本出願は、参照することにより本明細書に組み込まれる、２０１３年８月１９日出願の米国特許仮出願番号第６１／８６７，３９３号「プログラム可能なナノスケール膜蒸着」に対して優先権を主張する。

米国政府は、全米科学財団付与番号ＥＣＣＳ−１１２０８２３の条件に従い、本発明において特定の権利を有する。

本発明は、一般的には薄膜蒸着に関し、より詳細には、ナノメータスケール精度を有するユーザ定義プロファイルのプログラム可能な薄膜蒸着に関する。

半導体、光子及び光電子素子、ＭＥＭＳ／ＮＥＭＳ、電子ディスプレイ（ＬＣＤ等）等を含むマイクロ及びナノ加工装置の加工は、大抵、多数の薄膜の蒸着が必要である。現在、蒸着には選択肢がいくつかある。液相での蒸着は、典型的にはスピンコーティング等の処理によって実施される。これは、しばしば、液体を凝固させて所望の薄膜を得る次の反応への前駆体として用いられる。気相で最もよく用いられる技術は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）である。通常のＣＶＤ処理では、基板は気相で前駆体にさらされ、前駆体は反応又は分解して基板の表面に所望の膜を形成する。ＣＶＤ処理は数種類存在する。使用される圧力に応じて、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）又は超高真空ＣＶＤ（ＵＨＶＣＶＤ）に分類できる。低圧では、不必要な反応が減って膜厚均一性が向上する傾向である。プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）等のプラズマに基づく方法は、化学反応を高めるために用いられる。リモートＰＥＣＶＤも、半導体産業の薄膜蒸着において、蒸着温度を減少させて高温作用から基板を保護するために用いられる。原子層蒸着（ＡＬＤ）と称される技術も、共形単層の一又は複数の異なる材料を作成するためにしばしば用いられる。物理蒸着（ＰＶＤ）法もまた重要な薄膜蒸着技術である。その名が示すように、化学反応には依らないが、凝縮形態の気化物質を真空環境で基板上に蒸着させる。蒸着及びスパッタリングは、ＰＶＤにおいてよく用いられる二例である。前者は、蒸着される物質を高蒸気圧まで熱するが、後者は、プラズマ放電を用いて、基板の表面に、蒸着される物質の原子を照射する。

上述の全ての処理では、単位面積当たりの蒸着物質量が実質的に同じになるように薄膜を蒸着する。材料を意図的に不均一な膜の形成に適合させる能力は、典型的には、これらの処理には不可能である。また、スピンコーティング等の処理では、材料をかなり無駄にしてしまうが、真空処理では、処理が実施されるチャンバをポンプダウンする必要があるため高価である。

故に、安価で材料をあまり無駄にせずに、意図的に不均一な膜を形成する手段は現状存在しない。

本発明の一の実施形態では、薄膜の蒸着方法は、インクジェットノズルアレイによって、前駆体液状有機材料の液滴を基板上の複数の位置に分散する工程を備える。本方法は、スーパーストレートを降下させることにより、前記液滴が、前記基板と前記スーパーストレートとの間に捕捉される連続膜を形成できるようにする工程を更に備える。本発明は、前記スーパーストレート、前記連続膜、及び前記基板の非平衡過渡状態を一の期間後に発生可能にする工程を更に備える。更に、本発明は、前記連続膜を硬化し、固形化して固体にする工程を備える。加えて、本発明は、前記スーパーストレートを前記固体から分離し、ポリマー膜を前記基板上に残す工程を備える。

本発明の他の実施形態では、意図的に不均一な膜を蒸着する方法は、所望の不均一な膜厚プロファイルを得る工程を備える。本方法は、最終膜厚プロファイルが分散された液滴の量と位置の関数になるように、前記所望の不均一な膜厚プロファイルと前記最終膜厚プロファイルとの間の誤差ノルムを最小にするように逆最適化プログラムを解き、分散された前記液滴の前記量と前記位置を得る工程を備える。本発明は、インクジェットノズルアレイによって、前駆体液状有機材料の前記液滴を基板上の複数の位置に分散する工程を更に備える。更に、本発明は、スーパーストレートを降下させて、前記基板と前記スーパーストレートとの間に連続膜を形成する工程を備える。加えて、本発明は、前記スーパーストレート、前記連続膜、及び前記基板の非平衡過渡状態を、前記逆最適化スキームにより与えられる一の期間後に発生可能にする工程を備える。加えて、本発明は、前記連続膜を硬化し、固形化してポリマーにする工程を備える。本発明は、前記スーパーストレートを前記ポリマーから分離し、ポリマー膜を前記基板上に残す工程を更に備える。

上記には、以下に続く本発明の詳細な説明をよりよく理解するために、本発明の一又は複数の実施形態における、むしろ一般的な特徴及び技術的利点を概説した。以下に、本発明の特許請求の範囲の要旨を形成する本発明の更なる特徴及び利点を説明する。

本発明は、以下の図面と併せて詳細な説明を考慮するとよりよく理解されるであろう。
図１は、本発明の実施形態に係るＰＡＩＮＴを用いた規定膜厚変動の方法を示す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で説明した加工工程中における基板上への薄膜蒸着を示す断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る広範囲の膜厚にわたって不均一性が２％未満である膜が得られる、ＰＡＩＮＴを用いた均一な膜蒸着における実験結果を示すグラフである。 図４Ａは、代表的な正弦波プロファイルモデルの所望のプロファイル及びモデル予測と、本発明の実施形態に係る実験的に得られたデータとの比較を示すグラフである。図４Ｂは、本発明の実施形態に係るシェード変動として正弦波厚さ変動を示すウェハの写真である。 図５は、本発明の実施形態に係るシステムの幾何学を示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係る平衡状態に至るまでの流体の再分布を示す図である。 図７は、本発明の実施形態に係る研磨済３インチシリコンウェハ上の異なるラインスキャンを横切って測定された異なる空間周波数の振幅分布を示すグラフである。 図８は、本発明の実施形態に係る異厚配置を示すスーパーストレートの設計を示す図である。 図９Ａは、本発明の実施形態に係るスーパーストレートの再装填可能ロール間構成を示す図である。図９Ｂは、本発明の実施形態に係る再装填可能ロール間構成における基板と最充填可能スーパーストレートを示す図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る短い伝搬時間に対する凹凸無しの線形モデルの実行可能性を示す不均一性の時間発展の比較を示すグラフである。 図１１は、本発明の実施形態に係る逆最適化フレームワークを示す図である。 図１２Ａは、本発明の実施形態に係る直線勾配膜厚のプロット図である。図１２Ｂは、本発明の実施形態に係る液滴パターンの模式図である。 図１３Ａは、本発明の実施形態に係る１０ｋｍ曲率半径の楕円形プロファイルのプロット図である。図１３Ｂは、本発明の実施形態に係る液滴パターンの模式図である。 図１４は、本発明の実施形態に係るＰＡＩＮＴを用いたウェハト凹凸の研磨方法のフローチャートである。 図１５Ａから図１５Ｆは、本発明の実施形態に係る図１４で説明したステップを用いたウェハ凹凸研磨の断面図である。 図１６は、本発明の実施形態に係るＰＡＩＮＴを用いた３枚のシリコンウェハ上の凹凸の単一工程のマイグレーションを示すプロット図である。

本発明は、ナノメータスケール精度を有するユーザ定義プロファイルのプログラム可能な薄膜蒸着の多目的なインクジェットに基づく方法を提供する。ここで、本方法は、薄膜のプログラム可能なインクジェット法（ＰＡＩＮＴ：Programmable Inkjetting of Thin-films）として称される。ＰＡＩＮＴは、プログラム可能な膜厚プロファイルを得ることができるため、また高い処理スピードで材料をあまり浪費せずにこのような処理を実施できるため、独特且つ実行可能な性能を提供する。この実行可能性能と低価格性との組み合わせると、ここで説明されるような重要分野に応用されうる。ＰＡＩＮＴは、材料をあまり浪費せずに均一な厚さの膜の蒸着もできるので、コストに敏感な応用分野での均一な膜蒸着に有利である。ＰＡＩＮＴは、基板種類、厚さ又は材料の選択には実質的に依らず、広領域にわたって膜蒸着ができる。設定により、ＰＡＩＮＴは、表面凹凸、インクジェット液滴量の変動等の系統パラサイトの影響を実質的に切り離すこともでき、それらが最終膜厚を乱すことを防止できる。ＰＡＩＮＴの最も注目する使い方は、自由曲面の生成であり、そのプロファイルはユーザによって定義され、工具又はハードウェアでの変化無しにソフトウェアで適宜修正できる。

ＰＡＩＮＴは、マルチジェットとしても知られる一又は複数のインクジェットノズルアレイを用いて、基板上に前駆体液状有機材料の液滴を分散する。材料は、一又は複数のモノマー、オリゴマー、短鎖ポリマー、溶剤、酸類、アルカリ類、塩類等を含む成分であってよい。基板表面は、この材料の拡散しやすさを向上させるために前処理されてよい。マルチジェットには複数のノズルが存在するため、分散された各液滴の量及び位置を制御しつつ、マルチジェット又は基板を駆動する走査台を用いて数秒で必要な液滴で所望の基板領域を被膜できる。所望の膜厚プロファイルの夫々に対して、最適な液滴量及び位置は、線形薄膜潤滑モデルを包含する逆最適化ルーチンから得られる。液滴分散に続き、最適に柔軟なスーパーストレートは、液滴への最初の接触が前側によって生じるように降下される。柔軟なスーパーストレートは、背面横圧又は重量によって曲げられてよい。これにより、迅速に外向きに広がって液滴と結合する液体界面が、連続膜を生成し始める。この基板−流体−スーパーストレートのサンドイッチ構造は、逆最適化ルーチンの所望の持続期間中発展でき、続いて有機材料は、光子又は熱エネルギーにより硬化架橋してポリマーとなる。次にスーパーストレートは、このサンドイッチ構造から分離され、ポリマー薄膜が基板上に残る。このような処理を、図１及び図２に示す。

図１は、本発明の実施形態に係るＰＡＩＮＴを用いた規定膜厚変動の方法１００を示すフローチャートである。図１は、本発明の実施形態に係る図１で説明した加工工程中における基板上への薄膜蒸着を示す断面図である図２Ａから図２Ｆと併せて説明される。

ここで説明するように、「スーパーストレート」は「最適な柔軟性」を有する必要があり、その剛度は、（１）個々の液滴をその周りがスーパーストレートに囲まれた島部として捕捉するよりも、むしろ液状有機材料の液滴が外側へ結合することを促す程度に十分高く、（２）変形に起因したスーパーストレートに保有されるひずみエネルギーが、モノマーの硬化又は架橋に先だって、薄膜流体の動的挙動にあまり影響を与えない程度に十分低い。また、基板凹凸サインの存在を実質的に緩和し、それに依存しない程度に十分低くなければならない。

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、材料の液滴２０１は、マルチジェット２０３によって基板２０２上の所望の位置に分散される。マルチジェット２０３は、マルチジェットアレイが図２Ａの平面に伸びているので、単一ジェットで表される。液滴の所望の位置は、逆最適化フレームワークに由来する。一の実施形態では、分散された液滴２０１の最小量は、ピエゾジェット又はエレクトロハイドロダイナミックジェットを用いて、５ピコリットルよりも小さい。他の実施形態では、分散された液滴２０１の最小量は、ピエゾジェット又はエレクトロハイドロダイナミックジェットを用いて、１ピコリットルよりも小さい。一の実施形態では、基板２０２は、１ＧＰａよりも高いヤング率を有する材料からなる。一の実施形態では、基板２０２は、シリコン、二酸化ケイ素、及び窒化ガリウムのうちの一又は複数の材料からなる剛体ウェハである。

ステップ１０２において、図２Ｂに示すように、最適に柔軟なスーパーストレート２０４は、分散された液滴２０１上に降下される。

ステップ１０３において、図２Ｃに示すように、次に、流体界面２０５は、分散された液滴２０１上に降下されるスーパーストレート２０４に応答し始める。スーパーストレート２０４の形状及び降下される速度は、外側へ結合する液滴２０１が、気泡のトラップを最小にして連続膜を形成できるように選ばれてよい。有機液体に可溶なＣＯ_２や、基板２０２及び／又はスーパーストレート２０４に迅速に拡散するＨｅ等の気体の局所的雰囲気は、この処理における気泡のトラップの回避を更に支援するために、基板−スーパーストレートサンドイッチ領域で用いられてよい。スーパーストレート２０４の材料は、ガラス（例えば、水晶、溶融シリカ等）、プラスチック（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ＰＥＴ、ＰＥＮ等）又はポリマー薄膜を有するセラミックスを含むセラミックス（例えば、Ｚｅｒｏｄｕｒ（登録商標）））を含む多数の選択肢を含むことができるが、これらに限定されない。プラスチック及びセラミックス材料は、更に気体の移動を支援し、且つ気泡のトラップを回避するような固有の多孔性を有する。スーパーストレート２０４は、通常、局所的に平滑になるように、即ち、低い表面粗さを有するように研磨される（粗さは、ミクロンスケールの空間波長に渡る振幅変動として定義される）。スーパーストレート２０４の表面は、ＦＯＴＳ又はテフロン（登録商標）等の低表面エネルギー被膜で被覆されてよい。一方、前記基板２０２の表面は、ＢＡＲＣ、ＶａｌＭａｔ又はＴｒａｎＳｐｉｎ等の接着促進剤で被覆されてよい。基板及び／又はスーパーストレートを使用すると、この処理の最後に硬化材料を基板２０２上に残すことが更に可能になる。インクジェットされる材料は、モレキュラー・インプリンツ会社によって提供されるＭｏｎｏＭａｔ（登録商標）やＳｉｌＭａｔ（登録商標）、又はマイクロレジスト・テクノロジーによって提供されるｍｒ−ＵＶｃｕｒ＊＊等の紫外線硬化材料を含む。

ステップ１０４において、図２Ｄを示すように、スーパーストレート−流体−基板のサンドイッチ構造は、液滴２０１が、連続膜２０６の上にスーパーストレート層２０４を有する状態で連続膜２０６を形成するように、ある期間後の非平衡過渡状態を発達させることができる。

ステップ１０５において、図２Ｅを示すように、スーパーストレート−流体−基板のサンドイッチ構造は、紫外線への露光２０７により硬化され、連続膜２０６を架橋してポリマーにする。

ステップ１０６において、図２Ｆを示すように、スーパーストレート２０４は、ポリマーから分離され、ポリマー膜２０８が基板２０２上に残される。基板２０２は、加工される機能部を有すると仮定されるが、スーパーストレート２０４は、本質的にはＰＡＩＮＴ処理を達成するための媒体である。一の実施形態では、ポリマー膜２０８は、更に後述されるように、膜厚プロファイルの下にある機能膜又は基板２０２への転写を可能にするようにエッチングされた膜であってよい。

ある実施においては、方法１００は、明確にするために描写されていないその他及び／又は更なる工程を含んでよい。更に、ある実施においては、方法１００は、提示された順序とは異なる順序で実施されてよい。加えて、ある実施においては、方法１００における特定工程は、実質的に同期して実施されてよく、又は省略されてよい。

ＰＡＩＮＴ法は、非常に均一な膜（図３）と、モデルと良好な相関性を有する非単調且つ正弦波プロファイル（図４Ａから図４Ｂ）の異なる膜とを蒸着させることにより論証された。図３は、本発明の実施形態に係る広範囲の膜厚にわたって不均一性が２％未満である膜が得られる、ＰＡＩＮＴを用いた均一な膜蒸着における実験結果を示すグラフである。図４Ａは、代表的な正弦波プロファイルモデルの所望のプロファイル及びモデル予測と、本発明の実施形態に係る実験的に得られたデータとの比較を示すグラフである。図４Ｂは、本発明の実施形態に係るシェード変動として正弦波厚さ変動を示すウェハの写真である。このようなプロファイルは、異なる波長のＰＡＩＮＴを介していくつか得られる。

加えて、直線勾配膜や、公称半径が約１０ｋｍの曲率半径を有する凸凹プロファイルも得られており、全てがモデルとの良好な相関性を有していた。直線勾配高曲率半径の膜については後述される。また、任意の表面トポロジーを補正するために自由曲面を用いることもできる。これは、後述されるような基板研磨に対して非常に価値がある。従って、潜在用途は、半導体装置、光子、生体医学、ナノ流体工学分野に広がる。

高さよりも更に長い横長を有するドメイン（薄膜）中の流体の流れは、潤滑近似を用いて解くことができる。潤滑近似では、流れは表面に主に平行であり、且つ垂直圧力勾配がゼロであると仮定される。重量を無視してこの近似を用いると、薄板曲げに加えた流体量及び運動量保存により、二枚の板に挟まれた薄い流体膜に対する次の支配方程式が導かれる。

曲げ剛性は、
として表すことができる。但し、Ｅ、ｂ、及びνは、夫々、スーパーストレートのヤング率、厚さ、及びポアソン比である。更に後述するように、一の実施形態では、スーパーストレート２０４は、液滴２０１を結合させるために必要とされる最小値よりも高いけれども、スーパーストレート２０４を降下させる工程に続く所望の期間の前に連続膜２０６が平衡化しないことを確実にするために必要とされる最大値よりも低くなると定義された、最適範囲を持つ曲げ剛性を有する。

本発明の実施形態に係るシステムのジオメトリを図５に示す。薄膜サンドイッチ構造の特性発展時間尺度τ_{ｐａｉｎｔ}は、蒸着領域と粘度に直接比例し、曲げ剛性と平均膜厚に逆比例する。故に、スーパーストレートの厚さ（ｂ）を増加すると、スーパーストレートの平均膜厚（ｈ_０）又はヤング率（Ｅ）、τ_{ｐａｉｎｔ}は減少し、流体の更に迅速な再分布を導く。この再分布により、最終膜厚プロファイルは平衡状態に発達し、これは、基板２０２及びスーパーストレート２０４からの夫々下及び上にある凹凸のサインも含む。この迅速な再分布は、次に説明するように一般的には望ましくない。これは、名目上平坦な基板に対して図６に示す。ここで、図６は、本発明の実施形態に係る平衡状態に至るまでの流体２０６（図２Ｄ、図２Ｅ及び図５参照）の再分布を示す。しかしながら、その目的は、最終膜厚を初期の材料分布から獲得することでＰＡＩＮＴの「プログラム可能な」特性がインクジェット流体液滴の予め定義された位置及び量によって実現できるように、この再分布を最小にすることである。即ち、この動的モデルは、サンドイッチ構造の発達における前平衡過渡状態を捉えることが必須であるという事実を明らかにする。なぜなら、平衡状態は、典型的には望ましくなく且つ基板の凹凸（図６には図示しない）によって原形が損なわれる唯一の解を見込むからである。これは、プログラム可能な薄膜蒸着の趣旨に沿わない。これは、「インクジェット法による流体液滴と実質的に相関する前平衡過渡を捉え」、且つＰＡＩＮＴ法の発明的概念の一つを形成する基板及びスーパーストレート凹凸の作用を排除して先の方法から区別するという概念である。即ち、連続膜２０６の前平衡過渡は、体積分布が基板２０２上に分散された液滴２０１の体積分布関数であるような、膜厚プロファイルを生じる。

図６を参照すると、図６は、過渡状態を介して最終平衡状態に至る初期材料分布の発達を示している。平衡状態は、唯一の解を有しており、この場合は均一な膜２０６のそれであるが、それもまた、スーパーストレート２０４及び基質２０２の凹凸がここでは無視されるからである。一般に、平衡状態は、本来のインクジェット法による流体液滴の量／位置には相関しない。従って、ＰＡＩＮＴは、「インクジェット法による流体液滴と実質的に相関する前平衡過渡を捉える」ことが必要である。

特性時間尺度の増加は、平衡状態を遅延させ、表面凹凸等の寄生的な影響を減少させるために必要である。同時に、最小時間は、流体液滴の結合を完了させ、液滴結合処理中に生じる寄生的な気泡を最小にし、また結合完了時間の不足に起因して液滴間の介在領域で望ましくない膜厚変動を流体膜が有さないために必要とされる。ここで、「ロバスト」液滴結合処理を導くこの最小時間は、(τ_{ｒｏｂｕｓｔ})と称される。

特性時間尺度は、以下の方法で増加できる。即ち、（ｉ）流体粘度を増加、（ｉｉ）平均膜厚を減少、（ｉｉｉ）蒸着領域における特性横長さ尺度を増加、（ｉｖ）スーパーストレート材料のヤング率を減少、及び（ｖ）スーパーストレートの厚さを減少させる方法である。オプション（ｉ）は、流体特性が、膜発達と併せて、拡散、結合、及び硬化に対して最適化されなければならないことや、これらの束縛が粘度要求を無効にできることを考えると、常に実行可能とは限らない。上記オプション（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）における平均膜厚及び特性長さ尺度は、一般的には、蒸着要求に準拠されてよく、故に、処理パラメータとして制御されるように選択されなくてよい。オプション（ｉｖ）のスーパーストレート材料は、硬化、液滴拡散、及び分離に対して最適化されてもよい。故に、変更可能な好適なパラメータは、厚さ、即ちオプション（ｖ）によるスーパーストレートのジオメトリである。

平衡状態を遅延させる観点からは、スーパーストレート２０４をできるだけ薄くすることが望ましい。しかしながら、スーパーストレート２０４を任意に薄くすることは、最適な柔軟性という点では上述のように実行可能ではない。加えて、薄いスーパーストレート２０４は、自動化、装填等向けに取り扱うことは難しい。最適なスーパーストレート設計は、次の要素に基づいてよい。即ち、（ｉ）硬化の種類（光子／熱／その他）、（ｉｉ）所望の処理時間尺度、（ｉｉｉ）既存スーパーストレートの利用性、（ｉｖ）流体閉じ込めの必要性、及び（ｖ）遭遇した典型的な凹凸の尺度である。

一例として、典型的な研磨済シリコンウェハに対して、凹凸尺度を図７に示す。図７は、本発明の実施形態に係る研磨済３インチシリコンウェハ上の異なるラインスキャンを横切って測定された異なる空間周波数の振幅分布を示すグラフである。ＵＶ硬化処理には、溶融シリカウェハをスーパーストレート２０４として用いることができる。これらのウェハは、その脆弱性のため任意に薄くすることができないので、取扱いができる厚い厚さの外側リングを有し、且つ流体と相互作用する薄い厚さの内側円を有するように設計できる。最適な厚さの値の決定は、ナノ凹凸振幅及び所望の時間尺度の値と、数式２における対応処理パラメータに基づく。時間尺度約１００ｓ、平均厚さ約１００ｎｍのモレキュラー・インプリンツ会社によるＭｏｎｏｍａｔ（登録商標）に対して、また２ｍｍ波長で約１０ｎｍの凹凸による破壊を最小にするために、スーパーストレート２０４の最適な厚さは、０．０１から１ｍｍの範囲である。０．０１ｍｍ未満にすると、互いから５ｍｍよりも間隔をあけて存在する液滴同士が結合できないので、気泡や空所等の欠陥を生じる。しかしながら、遠く離れた液滴を近隣に置く必要がなければ、厚さを今まで以上に減少させるのに役立つ。他方、１ｍｍよりも厚くすると、蒸着膜上の迅速な平衡状態や寄生的な凹凸の示唆を生じる。

ここで、図８を参照すると、図８は、本発明の実施形態に係る異厚配置を示すスーパーストレート２０４の設計を示す。柔軟なスーパーストレート２０４は、厚さが０．５２５ｍｍであり０．２５ｍｍの内側円を刻んだ標準ウェハ上に実現された。この設計への更なる改良は、より薄い側でメサを用いて、流体界面を留めて予め規定された領域に流体を制限することにより行うことができる。更なるスーパーストレートのジオメトリは、溶融シリカスーパーストレートよりも更に低いヤング率を有するプラスチック材料の使用を含んでおり、よって厚さを増加させることができる。加えて、これらの材料の多孔性は、気体の迅速な溶解や、捕捉される気泡の最小化に適している。このようなプラスチックスーパーストレート２０４は、溶融シリカと同様にスタンドアローン板として、又は張力制御ロール間構成で用いることができる。面内スーパーストレート力及びモーメントは、既存の曲げ剛性と組み合わせて、スーパーストレートの有効曲げ剛性を形成できる。所望のスーパーストレートの手法は、非常に柔軟であり、液滴のロバスト結合を確保する程度に十分高い有効曲げ剛性を有する張力で保持されるスーパーストレート２０４の使用を含み、その張力は、液滴が一旦結合して有効曲げ剛性が最小となり、前平衡過渡を捉える能力が向上すると、減少する。ロール・ツー・ロールで柔軟なスーパーストレート２０４は、粒子汚染による欠陥が繰り返されることを防ぐために迅速な再装填を可能にするという更なる利点を有する。スーパーストレートの実施は、プラスチックロール上であるので、図９Ａに示すように、比較的安価であり、処理コストがかなり減少される。

図９Ａは、本発明の実施形態に係るスーパーストレート２０４の再装填可能ロール間構成を示す図である。本実施形態では、スーパーストレート２０４は、張力下（矢印９０２を参照）で保持されるプラスチックロール９０１である。ロール９０１の一部は、スーパーストレート２０４として用いられる。ＰＡＩＮＴ法を繰り返すと、使用済部分が、処理欠陥と共に粒子状物質により汚染されうる。それが一旦識別されると、ロール９０１は、よりきれいなスーパーストレート領域にくるように回転できる。全ロールがそのように使用されると、ロールは破棄され、新たなロールが迅速な処理の回復のために装填される。

しかしながら、面内張力を加えると、スーパーストレート−流体−基板サンドイッチ構造の発達ダイナミクスが変化する。融合シリカスーパーストレート２０４と同じ性能測度を達成するために必要な面内張力は、約０．１から１００ｋＮ／ｍである。一般に、１００μｍ以下のプラスチックスーパーストレート厚さと、この範囲の張力値とを有する面内応力は、材料によっては、引っ張り応力の限界を超えることができ、臨界張力又は座屈破壊の可能性をもたらす。従って、薄いスーパーストレート２０４は、該スーパーストレート２０４をより柔軟にし、処理時間尺度を高くするには望ましいけれども、張力を欠いてしまうほど薄くすべきではない。

スーパーストレート２０４がポリマーウェブロールであるとともに、基板２０２も、Ｒ２Ｒ構成の他のプラスチックロールとして実施できる。ＰＡＩＮＴは、基板２０２がスーパーストレート２０４よりも剛体である際に最良の結果をもたらす。基板２０２がスーパーストレート２０４よりも変形しないようにするには、スーパーストレート２０４に対する基板２０２の有効曲げ剛性は、５未満に保持すべきである。寄生的な凹凸の示唆への耐性を強固にするには、この比率の制限は、それに対応して高い必要がある。平面状基板については、真空に対してチャック上に保持することにより、剛体基板２０２が実現される。同様に、高度に研磨された表面を有する多孔又は真空チャック上に基板を一部又は完全に保持して、基板２０２が前方回転時にスリップ可能とすることにより、Ｒ２Ｒ設定のＰＥＴ、ＰＣ、ＰＥＮ等の非常に柔軟な基板に対しても用いることができる。これは、図９Ｂに示すように、スーパーストレート２０４が基板２０２よりも非常に柔軟である限り、スーパーストレート２０４をロールとして用いても、得ることができる。

図９Ｂは、本発明の実施形態に係るＲ２Ｒ構成における基板２０２と最充填可能スーパーストレート２０４を示す。図９Ｂに示すように、基板２０２は、張力下（矢印９０４を参照）で保持されるプラスチックロール９０３である。非常に柔軟な基板２０２は、ＰＡＩＮＴ処理中に有効曲げ剛性を高めるために、真空又は多孔チャック９０５に対して保持できる。

数式１で与えられる薄膜潤滑モデルは、無関係な凹凸入力を包含するため、高度に非線形であり複雑であり、よって高価な数的シミュレーションを必要とする。しかしながら、そのモデルの一次特性は、以下の線形分析を実施することにより分析的に得ることができる。

であり、凹凸はない。この新たな線形モデルは、実験データと、均一膜に対するトポグラフィーを有する完全な非線形モデルと比較される。非線形性の発達を図１０にまとめる。図１０は、本発明の実施形態に係る短い処理時間に対する凹凸無しの線形モデルの実行可能性を示す不均一性の時間発展の比較を示すグラフである。これらの結果から、実験データは、処理時間が短い場合に、モデルバージョンの両方に良く一致することが分かる。しかしながら、処理時間が長くなると、凹凸無しの線形モデルは実験データや、又は実験データに良く一致する非線形モデルとあまり一致しない。これにより、処理時間（t）が「比較的短く」保持されると（＜τ_{ｌｉｎｅａｒ}）、これら二つのモデルの差は無視できる。凹凸無しの線形モデルは分析的に解くことができ、計算の複雑性を著しく減少させ、ＰＡＩＮＴの重要な態様、即ち、所望の膜厚プロファイルに対する液滴の最適位置及び量を解決することが可能になるので、これは非常に望ましい。

ここで、より柔軟なスーパーストレート２０４は、凹凸に起因して線形モデルの破壊が生じる前に、より大きなウインドウを可能にするので、τ_{ｌｉｎｅａｒ}の値は、スーパーストレート２０４の有効曲げ剛性に依存する。しかしながら、先の議論から、処理の最小時間尺度は、分散液滴２０１のロバスト結合を可能にし、気泡を最小にした連続膜２０６を生成する程度に十分長くあるべきである。従って、τ_{ｌｉｎｅａｒ}＞τ_{ｒｏｂｕｓｔ}は明白であり、所望の前平衡過渡を捉えるために合理的な処理ウインドウも可能にする。

ここで、液滴２０１同士が適当な距離、例えば５ｍｍ未満離れている限り、τ_{ｌｉｎｅａｒ}は、スーパーストレート曲げ剛性に依存しているが、τ_{ｒｏｂｕｓｔ}は依存しないことも重要である。液滴２０１の最適拡散及び結合も、スーパーストレート２０４の剛性に依存する。液滴２０１が互いから離れている場合は、スーパーストレート２０４は、液滴２０１の拡散と結合を促進するために、より高いひずみエネルギーを有する必要があり、よってスーパーストレート２０４の設計がより高い剛性の材料や厚いジオメトリの方向へ向かうことになる。この問題は、個々の液滴量を減少させ、液滴２０１同士を近くに保持することで緩和できる。

上記の手法が、類似の凹凸プロファイルを有する基板に対して、間隔（τ_{ｒｏｂｕｓｔ}、τ_{ｌｉｎｅａｒ}）において最適値（ｔ）を選択するために使用される場合、凹凸無しの線形モデルを用いれば十分である。この手法により、ＰＡＩＮＴ法は、基板及びスーパーストレートの凹凸に実質的に依存しなくなってもよい。基板２０２及び／又はスーパーストレート２０４の凹凸を、特に許容研磨コストで低振幅に制御するのは非常に難しいので、これはＰＡＩＮＴの重要な態様である。従って、得られる膜厚プロファイルの制御は、基板２０２及び／又はスーパーストレート２０４の研磨品質に、実質的には影響を受けない。即ち、ＰＡＩＮＴを用いて得られる膜厚プロファイルの精度は、基板２０２及び／又はスーパーストレート２０４の望まない凹凸をはるかに超えることができる。

上述したＰＡＩＮＴが基板２０２及び／又はスーパーストレート２０４の凹凸に依存しないことに関して、ここで更に詳細に説明する。スーパーストレート−流体−基板サンドイッチ構造は、初期条件を考えると、数式（１）の順モデルを用いて予測できるリッチな動的挙動を表す。しかしながら、システムに用いられる散逸特性及び対称性境界条件を考えると、平衡状態ｔ〜∞は、任意の所与の初期条件について常に同じである。この平衡状態は、スーパーストレート２０４によって実現され、ｈ（ｘ，∞）＝ｈ_０−ｗ_ｓ（ｘ）＋ｗ_ｃ（ｘ）により与えられる流体膜厚プロファイルとともにゼロ変形状態を達成する。但し、ｈ_０は平均膜厚である。ここで分かるように、スーパーストレート２０４及び基板２０２の両方の凹凸が、平衡膜厚プロファイルを決定する。所定の空間変動を有する膜蒸着には、システムが平衡状態から大きくかけ離れることが望まれる。なぜなら、平衡状態は、単一の解のみを生じ、それが基板２０２及びスーパーストレート２０４の凹凸にのみ影響をうけるからである。

処理時間を短くし、特性時間尺度を増加させる方向に進む必要性は、間隔（τ_{ｒｏｂｕｓｔ}、τ_{ｌｉｎｅａｒ}）において最適処理時間（τ_{ｏｐｔｉｍａｌ}）を導くロバスト液滴結合を行うために、処理時間を十分高くしたまま、寄生的な凹凸の影響を最小にするために、主張されてきた。故に、所望の不均一膜厚プロファイルをプログラム可能にするには、問題は、所定の空間プロファイルが満たされるように、所望の非平衡過渡の発見の一つとなる。２５０μｍ有芯スーパーストレート２０４等の薄いスーパーストレート２０４を用いると、時間尺度の増加が支援され、所望の過渡を捉えるための物理ドメインに空きができる。この態様は、分散流体液滴２０１の最適位置／量の解とともに、所定の不均一膜厚プロファイル蒸着のプログラムの基礎を形成する逆モデル式の基礎を形成する。

逆モデル式は、図１１に示すような所望の非平衡過渡を結果的に得る幾つかの重要な態様を有する。図１１は、本発明の実施形態に係る逆最適化フレームワーク１１００を示す。インクジェットパラメータ１１０１及び拡散時間１１０２は出力である一方、その他の処理パラメータ１１０３、凹凸１１０４及び所定の膜厚プロファイル１１０５は入力を形成する。この所望の非平衡状態を達成するためには、先ず、システムの最適初期条件１１０６を決定し、その後、この初期条件１１０６が最適化ソルバ１１０７によって発展された最適時間を決定する必要がある。最適化ソルバ１１０７は、遺伝的アルゴリズム、パターンサーチ、シミュレーテッドアニーリング、及びその他のこのような技術又はその組み合わせを含んでよい。本式の核心は、分析上簡潔であるという理由から凹凸無しの線形モデル１１０８によって与えられる。これにより、初期条件１１０６を考えると、最終プロファイル１１０９が与えられる。しかしながら、システムの初期条件１１０６自体は、数千もの液滴２０１における拡散及び結合の結果である。よって、初期条件１１０６を予め規定することは、これら数千もの液滴２０１各々の量やｘ及びｙ位置を予め規定することと同等である。インクジェット液滴に関連するパラメータとともに、システムが発展する必要がある最適時間も、モデル１１０８の出力を形成する。初期入力は、数式２及び関連するシステムパラメータによって与えられる処理時間尺度や、凹凸情報を含む。システムパラメータは、所望の膜厚を得る際に補償できるように、液滴の蒸発プロファイル、収縮作用、又は不均一エッチングサイン等のシステムパラサイトを含んでもよい。故に、全体的には、逆モデルは、積分や派生物を含む実際の膜厚プロファイルと、積分や派生物を含む所望の膜厚プロファイルとの間の誤差の最小化として目的関数が与えられる、最小最適化ルーチンとして設定できる。この誤差は、実際の膜厚と所望の膜厚との適切な偏差を与えるのにふさわしいノルムによって定義できる。例えば、実際の膜厚値と所望の膜厚値との間の「平均」の差が重要である際には、Ｌ２ノルムは、各位置における偏差の二乗和の平方根を算出するので適切である。他方、最大差が重要である際には、Ｌ無限ノルムの使用がより適切となる。同じ原理は、実際の及び所望の膜厚値プロファイルにおける勾配（例えば、傾き誤差の最小化が必要である際）又は積分（例えば、全量偏差の最小化が必要である際）に適用できる。

目的関数は、システムハードウェア由来の制約や、処理モデルに関連する仮定の対象となる。主要な制約は、インクジェット液滴パラメータの離散特性、即ち液滴量及び位置に現れる。各液滴２０１の量やｘ及びｙ位置が逆モデルからの所望の出力であり、通常の膜厚蒸着には数千もの液滴２０１が含まれることを考えると、これらの整数制約の数は非常に大きい。これは、最適化の複雑性を著しく増加させ、問題を非常に非線形にする。目的関数が誤差ノルムの標準的最小化であるとしても、これらの整数制約が存在するために、分析的解法は扱いやすくはない。

本処理における他の珍しい態様は、同材料又は異なる材料の多層膜を蒸着できるという容易性である。薄膜モデルから、平均膜厚（ｈ_０）を小さく保つことが、非平衡過渡（数式２）を捉えるのに望ましい時間尺度を高く保つことに役立つことは明白である。故に、厚い均一膜又は厚さ変動の大きい膜を単一工程で蒸着することは問題である。これは、所望プロファイルを小さな単位インクリメントの和に分解することによっても解決できる。よって時間尺度は各単位工程に対して確実に好適に高くなり、よって単一工程処理に確立されたノウハウや対応精度が維持される。これは、端的に図３に示されているが、均一膜について、１５０ｎｍ膜を３回続けて蒸着することによって、４５０ｎｍほどの厚さの膜が優れた均一性を有して得られている。

好適な蒸着方法はインクジェットであるので、多工程処理は、積層体の各層が所定のプロファイルを有するように、異なるインクジェット可能な材料を用いることによってマルチ・マテリアル積層体の蒸着に拡大できる。これにより、深さ方向において材料及び厚さ勾配を有する膜蒸着が可能になる。これは、最新技術において容易に利用可能ではない特徴である。この処理は、マルチジェットの各々に異なる材料が供給された一組のマルチジェットを有することで、又は単一マルチジェットに異なる材料が供給することで達成できる。

ＰＡＩＮＴの利用可能性に関して、均一なナノスケール厚さのポリマー膜は、光学や半導体における反射防止膜、生体医学における単分散ナノ粒子を生成する前駆体膜等を含む多分野に用いられるが、これらに限定されない。空間的に変化する膜の蒸着も、ここで説明される新規な利用分野を有する。これらは、決してＰＡＩＮＴの利用分野を完全に網羅しているわけではない。

勾配面
勾配面は、空間上での一又は複数の材料特性における連続変化を表しており、よって限りない実験条件を実行できる。全パラメータ空間における影響は、単一試料上で同時に捉えられ、無駄の少ない迅速な材料実験法がもたらされる。実際、材料特性評価の手法を組み合わせることは、「高処理実験」としばしば互換性をもって用いられ、これらの技術の力と効用を実験材料科学者に対して発揮する。この材料挙動の同時発現は、同じ試料上の一よりも多い勾配を組み合わせることで増幅でき、大幅に省力化できる。勾配面における重要特性は、物理的（例えば、温度、膜厚等）ばかりでなく化学的（例えば、組成、ぬれ性等）であってよい。このような表面は、駆動時の処理関連の現象ばかりでなく材料特性の特性評価及びスクリーニング時に用いることができる。例えば、厚さ勾配だけで上記の目的は全て達成できる。勾配ブロックコポリマーの膜厚は、膜厚の関数としてブロックコポリマーの形態学又はディウェッティング（はんだはじき）を理解し、且つ特性評価するのに役立つ。同時に、同じ厚さ勾配は、所与のサンプルに対する蛍光色素等の検知材料の発見及びスクリーニングに有利である。更に、所定のナノスケール厚さ変動の膜に伴い空間的に変化する界面エネルギーは、一定材料の液滴の動きを高める又は乱すために用いることができる。故に、膜厚勾配だけでも、特に高処理且つ高費用効果の勾配ライブラリの生成が必要である生体医学、製薬、及び生体材料領域において、そのような表面に対する機会が相当あるといえる。これは、ＰＡＩＮＴを用いて、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、４０ｍｍ領域に渡って２５ｎｍから１００ｎｍの範囲の厚さの直線勾配膜厚プロファイルを得ることにより解決された。

図１２Ａは、本発明の実施形態に係る直線勾配膜厚のプロット図である。このプロット図は、所望のプロファイルと正確に一致する際にモデルが誤差を有することを示す。これは、離散した液滴位置や液滴分解能の制約に帰する。図１２Ｂは、本発明の実施形態に係る液滴パターンの模式図である。
低曲率自由曲面光学用表面
低曲率自由曲面光学は、低波長画像処理の分野において使用される。ここでは、Ｘ線光学について説明される。Ｘ線画像処理は、天文学や医学分野において非常に有利なツールであった。近年、特にナノスコピー（ナノ顕微鏡）向けに、Ｘ線を用いたナノスケール画像処理を可能とするように推進されている。Ｘ線を用いた確かなナノスコピーは、中でも、生体医学画像処理、半導体製造、及び材料識別の分野において、大きな影響を及ぼす可能性がある。Ｘ線は、試料中により深く浸透でき、異なる材料の画像処理で汎用性があるため、最新技術電子ビーム顕微鏡よりも優れた利点を与える。しかしながら、ナノスコピーに基づく利用分野を真に可能にするために必要なナノスケール分解能を確実に達成するには重大な技術的課題がある。これらの課題の大部分は、Ｘ線ナノスコピーの合焦及び／又は結像光学系を加工するための厳格な要求に起因する。これらの要求は、軟Ｘ線のゾーンプレートと比較して、硬Ｘ線の反射光学系ということになると増幅される。

Ｘ線の反射光学系は、合焦のために金属被膜ミラーに依存する。シリコンミラーも、Ｘ線天文学分野において積層について証明された。しかしながら、反射鏡は、所望の分解能及び合焦を達成するためには、すれすれ入射、即ちゼロ付近入射角を用いなければならない。但し、この要求は、干渉関連反射に依存する多層ミラーでは緩和される。例えば、全外部反射を達成するために、イリジウムサンプルには、Ｘ線エネルギーが１、１０及び１００ｋｅＶで、夫々、約２度、０．６度及び０．１度の臨界角が要求される。この制約を考えると、これらのミラーは、表面粗さ及び形状（約λ／１０）の厳格な空間制御を必要とすることが想像できる。これは、ウェハの微小凹凸（nanotopography）に類似する。Ｘ線波長は１０ｎｍ未満であり、これは、所望の空間制御が１ｎｍ未満であることを示唆する。この許容限界値以上の粗さ及び形状の摂動は、望まない散乱効果を引き起こしてしまう。故に、適切な形状補正は、光学素子の所望品質を得るために重要な要素である。また、鏡面の所望プロファイルは、複数のこのようなミラーの配置が所望の合焦特性を達成できるように、通常、円錐断面（放物線、双曲線、又は楕円）である。このようなプロファイルは、名目上円錐曲線でない表面上の、真空下優先コーティング又は差別的な蒸着技術によって証明された。ＰＡＩＮＴは、不完全形状の補正と厚さに適切な空間変動がある膜を蒸着することにより円錐曲線表面に似せる形状の修正との、両方の能力を潜在的に有している。これは、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、約１０ｋｍ近い曲率半径を有する凸状楕円膜を蒸着することで試験されている。

図１３Ａは、本発明の実施形態に係る１０ｋｍ曲率半径の楕円形プロファイルのプロット図である。図１３Ａに示すように、実験データはモデル予測とよく一致している。図１３Ｂは、本発明の実施形態に係る液滴パターンの模式図である。

このような膜の蒸着の後、レジストと基板表面エッチが同じ速度でエッチングされる「マッチエッチバック」が続いてよい。これは、表面プロファイルがＸ線ミラーのプロファイルになるようにレジストが完全に除去されるまで続けられてよい。機能を実現させるために、その後、ＰＶＤ又はＡＬＤを用いて単一又は複数の金属層を蒸着できる
基板凹凸の研磨
任意の表面の凹凸及び粗さが、基板の更なる処理への問題を提示できることを考えると、いくつかの技術がこれらを軽減するために何年もかけて発展してきた。ここで３つの基本的技術を説明する。

破砕、ラッピング加工、及び研磨は、金属、ガラス、半導体、光学及びセラミックスを含む様々な基板上の粗さを除去する製造設備で定期的に用いられる。最終表面仕上げの品質及び粗さ、基板の機械特性及びムラ又はより長距離の凹凸に応じて、これらの処理のうち一又は複数の処理を、所望の目的を達成するために用いることができる。これらは、回転輪又はジグ上への基板の設置、及び粗さや凹凸を補正するための各種サイズの研磨粒子の使用に依存する。破砕は、高速で粗大粒子の粗いレベルの補正に用いられるが、ラッピング加工、研磨、及びそれらの変種は、精度光学品質の更に微細な表面仕上げを生成できる。

この点で、優れた表面品質が必要とされるハイエンド分野、即ち、１３．５ｎｍ波長の光を用いて実行される極端紫外リソグラフィ（ＥＵＶＬ）用のマスクブランクスの加工を見ることはためになる。磁気粘性仕上げ（ＭＲＦ）やイオンビーム面出し（ＩＢＦ）等の技術は、ＥＵＶＬマスクブランクスの平坦性を補正するために提案されてきた。しかしながら、これら両方の技術は、低出力又は平坦性を連続補正するために必要な更なる研磨工程によって、ターンアラウンド時間が非常に遅い。従って、このような技術は費用が高く、非常に高い値で売れる部品のみに限定される。

サブミクロン装置技術における平面性の厳格な要求を満たすには、化学機械研磨（ＣＭＰ）が最も広く用いられる研磨技術である。平坦なプロファイルを実現するために、研磨剤含有化学スラリーと機械パッドとの組み合わせが用いられる。ＣＭＰで最も懸念されていることは、材料の除去速度が材料パターン密度に依存することであり、高密度と低密度との間の段の形成が引き起こされる。この段は、平坦膜の長距離厚さ変動として現れ、表面の微小凹凸と類似のスケールである。ダミーフィルやパターンレジストのような予防技術は、パターン密度の変動を減少させるために用いることができる。これらの技術は、平坦化処理の複雑性を増加させ、装置設計の自由度をかなり限定する。ＣＭＰは、同様に非平面上でも証明された。しかしながら、このような基板を平坦化させる材料及びハードウェアは、平面に必要とされるそれらとは異なるので、異なるプロファイルにわたる柔軟性を限定する。

接触平坦化（ＣＰ）は、ＣＭＰ処理の代替法として報告されている。基板は、光硬化材料を用いてスピンコートされ、残存溶媒を除去するために予備焼成される。超平坦表面又は光学平面は、スピンコートされたウェハ上に押し付けられる。材料は、強制的にリフローされる。材料を均等に拡散し、グローバル平坦化を達成するために、圧力が用いられる。次に、基板はＵＶ照射され、光硬化材料が硬化される。魅力的ではあるが、この処理は、ウェハや光学平面の表面凹凸の差を説明せず、処理中に生じる寄生の全てを解決できないので、適切ではない。また、高粘度材料は、リフローを遅くし、実現可能な出力を限定する。

ＰＡＩＮＴは、任意の基板の凹凸を補償するために厚さが変化する膜を蒸着でき、名目上平坦な上面を得ることができるので、基板研磨の潜在的に理想的な代替法である。ＰＡＩＮＴを基板研磨の代替法として用いる方法について、図１４及び図１５Ａから図１５Ｆと併せて以下に説明する。図１４は、本発明の実施形態に係るＰＡＩＮＴを用いた基板凹凸の研磨方法１４００のフローチャートである。図１４は、本発明の実施形態に係る図１４で説明したステップを用いた基板凹凸研磨の断面図である図１５Ａから図１５Ｆと併せて説明される。

図１４を参照すると、ステップ１４０１において、図１５Ａから図１５Ｂに示すように、前駆体液状有機材料１５０２の液滴パターンが、一又は複数のマルチジェット１５０３によってウェハ１５０１の凹凸に基づいてウェハ１５０１上の各種位置に滴下される。ここで、図１５Ａはパターンの滴下前の基板１５０１を示し、図１５Ｂは凹凸に基づいたパターンの滴下を示す。

ステップ１４０２において、図１５Ｃに示すように、スーパーストレート１５０４（図２Ａから図２Ｆにおけるスーパーストレート２０４と類似）は、分散液滴１５０２上に降下される。

上述のように、一の実施形態では、図１５Ｄ及び図１５Ｅに示すように、ステップ１４０３において、スーパーストレート１５０４を用いて、ウェハ１５０１とスーパーストレート１５０４との間に捕捉される連続膜１５０６を形成する。スーパーストレート１５０４の形状及び降下される速度は、上述のように、液滴１５０２が、気泡のトラップを最小にするように外側へ結合して連続膜１５０６を形成できるように選ばれてよい。

ステップ１４０４において、図１５Ｅを示すように、スーパーストレート−流体−ウェハのサンドイッチ構造は、液滴１５０２が、連続膜１５０６上にスーパーストレート層１５０４を有する状態で連続膜１５０６を形成するように、ある期間後の非平衡過渡状態を発達させることができる。

ステップ１４０５において、図１５Ｅを示すように、スーパーストレート−流体−ウェハのサンドイッチ構造は、紫外線への露光１５０７により硬化され、連続膜１５０６を架橋してポリマーにする。

ステップ１４０６において、図１５Ｆを示すように、スーパーストレート１５０４は、ポリマーから分離され、ポリマー膜１５０８がウェハ１５０１上に残される。

ステップ１４０７において、蒸着膜１５０８及び基板１５０１は、平坦な上面プロファイルを基板１５０１に転写させるために、同じ速度で同時にエッチングされてよい。或いは、既に示したように、更なる後処理を実現するために、平坦な上面に均一膜を更に蒸着してよい。

ある実施においては、方法１４００は、明確にするために描写されていないその他及び／又は更なる工程を含んでよい。更に、ある実施においては、方法１４００は、提示された順序とは異なる順序で実施されてよい。加えて、ある実施においては、方法１４００の特定工程は、実質的に同期して実施されてよく、又は省略されてよい。

図１４及び図１５Ａから図１５Ｆと併せて説明したように、ここでの考えは、膜厚プロファイルが基板凹凸の原版であるように液滴パターンを得ることである。高品質微小凹凸計測学やピコリットル体積の分解能とともに、実質的に平坦な上面を達成するために基板凹凸の正確な原版を蒸着できる。

このＰＡＩＮＴの研磨能力を発揮するために、３枚の３インチ片面研磨シリコンウェハを用いてこの方法を実施した。これにより、図１６に示すように、単一工程において基板凹凸の約５０％の減少が達成された。図１６は、本発明の実施形態に係るＰＡＩＮＴを用いた３枚のシリコンウェハ上の凹凸の単一工程移動を示すプロット図である。潜在的には、ＰＡＩＮＴ法を更に反復させ、液滴量の分解能を改良し、開始微小凹凸の計測学を改良させることで、更に大きく減少できる。

上記の実験的証明では、高度に均一な金属薄膜を蒸着させ、光学プロフィロメトリのウェハ表面反射膜を作成した。一般的には、金属表面が望まれない半導体等の分野では実行可能でなくてよい。他の代替可能性は、レジスト及び基板のエッチングが同じ速度で進行する「マッチエッチバック」の実行である。これにより、確実に、最終的に得られた表面がウェハと同じ材料となる。この方法も欠点があり、特に臨界界面エンド分野においては、エッチングが半導体表面の品質を落としてしまう。その場合、ウェハ全体に渡って平坦性を維持するという同様の目的で、半導体ウェハの背面凹凸を補正するためにＰＡＩＮＴを用いることができる。マッチエッチバックは、背面で半導体表面を現すことは重要ではないので、必要とされなくてもよい。ＰＡＩＮＴを用いた背面研磨中、ウェハの前面は、溶媒で簡単に洗い流すことが可能なポリマー膜により保護できる。

本発明における各種実施形態を例示のために説明したが、開示した実施形態に特定又は限定されるものではない。記述された実施形態の範囲或いは思想に反しない範囲で各種の変更や変形が当業者に明白であろう。ここで用いられた文言は、実施形態の原理、市場で発見された技術の実用化又は技術的改良を最良に説明するために、又は当業者がここで開示された実施形態を理解できるように選択された。

Claims (36)

1. インクジェットノズルアレイによって、前駆体液状有機材料の液滴を基板上の複数の位置に分散する工程と、
   スーパーストレートを降下させることにより、前記液滴が、前記基板と前記スーパーストレートとの間に捕捉される連続膜を形成できるようにする工程と、
   平衡状態の時間を増加可能にし、その結果、前記スーパーストレート、前記連続膜、及び前記基板の非平衡過渡状態を捉えることを可能にする前記スーパーストレートのパラメータを選択する工程と、
   前記連続膜を硬化し、固形化して固体にする工程と、
   前記スーパーストレートを前記固体から分離し、ポリマー膜を前記基板上に残す工程と、
   を備えることを特徴とする薄膜の蒸着方法。
2. 前記液滴への最初の接触が前記スーパーストレートの前側によって生じるように背面横圧によって曲げられた前記スーパーストレートを降下させることにより、外向きに広がって前記液滴と結合する液体界面が、前記連続膜を形成し始め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。
3. 有機液体に可溶な気体の局所的雰囲気中で前記液滴への前記最初の接触が前記スーパーストレートの前記前側によって生じるように前記スーパーストレートを降下させる工程を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ヘリウム又は二酸化炭素の局所的雰囲気中で前記液滴への前記最初の接触が前記スーパーストレートの前記前側によって生じるように前記スーパーストレートを降下させる工程を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記スーパーストレートは多孔性であり、捕捉された気体を移動できることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記スーパーストレートは、ガラス、セラミックス、ポリマー又はそれらの組み合わせの材料からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記スーパーストレートの表面は、低表面エネルギー被膜で被覆され、前記基板の表面は、接着促進剤で被覆されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記連続膜は、光子又は熱エネルギーによって硬化され、固形化してポリマーになることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記連続膜は、前記基板又は前記スーパーストレートを介した紫外線への露光により硬化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記スーパーストレートは、張力下に保持されたプラスチックロールであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記基板は、１ＧＰａよりも高いヤング率を有する材料からなることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記基板は、シリコン、二酸化ケイ素、及び窒化ガリウムのうちの一又は複数の材料からなる剛体ウェハであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記プラスチックロールの第１部分は、第１スーパーストレートとして用いられ、前記プラスチックロールの第２部分は、第２スーパーストレートとして用いられることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 前記基板は、プラスチックロールであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
15. 前記基板は、真空又はポーラスチャックに対して保持されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記基板は、前記スーパーストレートよりも硬いことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記スーパーストレートに対する基板の有効曲げ剛性の比率は、５を超えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 前記スーパーストレートは溶融シリカウェハからなり、前記溶融シリカウェハの外側リングは、前記前駆体液状有機材料の前記液滴と相互作用する前記溶融シリカウェハの内側リングよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. 異なるインクジェット可能な材料を用いて前記基板の上にマルチ・マテリアル積層体を蒸着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。
20. 一組のインクジェットノズルが、前記基板上に前記マルチ・マテリアル積層体を蒸着し、前記一組のインクジェットノズルにおける一又は複数のノズルは異なる材料であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記スーパーストレートは、前記液滴を結合させるために必要とされる最小値よりも高いけれども、前記スーパーストレートを降下させる工程に続く所望の期間の前に前記連続膜が平衡化しないことを確実にするために必要とされる最大値よりも低くなると定義された、最適範囲を持つ有効曲げ剛性を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
22. 前記連続膜の前平衡過渡は、体積分布が前記基板上に分散された前記液滴の体積分布関数であるような、膜厚プロファイルを生じることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記基板上の前記分散された液滴の位置及び量は、実際の膜厚プロファイルと所望の膜厚プロファイルとの間の誤差ノルムを最小にするように逆最適化法を解くことにより得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
24. 前記逆最適化法は、液滴量及び／又は液滴位置に関連する複数の離散変数を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記ポリマー膜をエッチングして、下にある機能膜又は前記基板への膜厚プロファイルの転写を可能に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。
26. 分散された液滴の最小量は、ピエゾジェット又はエレクトロハイドロダイナミックジェットを用いて、５ピコリットルよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
27. 分散された液滴の最小量は、ピエゾジェット又はエレクトロハイドロダイナミックジェットを用いて、１ピコリットルよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
28. 所望の不均一な膜厚プロファイルを得る工程と、
    最終膜厚プロファイルが分散された液滴の量と位置の関数になるように、前記所望の不均一な膜厚プロファイルと前記最終膜厚プロファイルとの間の誤差ノルムを最小にするように逆最適化プログラムを解き、分散された前記液滴の前記量と前記位置を得る工程と、
    インクジェットノズルアレイによって、前駆体液状有機材料の前記液滴を基板上の複数の位置に分散する工程と、
    スーパーストレートを降下させて、前記基板と前記スーパーストレートとの間に連続膜を形成する工程と、
    前記スーパーストレート、前記連続膜、及び前記基板の非平衡過渡状態を、逆最適化スキームにより与えられる一の期間後に発生可能にする工程と、
    前記連続膜を硬化し、固形化してポリマーにする工程と、
    前記スーパーストレートを前記ポリマーから分離し、ポリマー膜を前記基板上に残す工程と、
    を備えることを特徴とする意図的に不均一な膜を蒸着する方法。
29. 前記方法は、前記基板の凹凸を研磨するために用いられることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. 前記所望の不均一な膜厚プロファイルは、前記基板の前記凹凸を補償するように設計されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
31. 前記所望の不均一な膜厚プロファイルは、前記基板上の所望の表面プロファイルと、開始基板測定凹凸とにより与えられることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
32. 前記方法は、蒸発、収縮、及びエッチバックのうちの一又は複数からなる処理パラサイトを補償するために用いられることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. 前記所望の不均一な膜厚プロファイルは、前記基板の形状の不完全性を補償することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
34. 前記基材の前記形状は、平面状であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
35. 前記基材の前記形状は、非平面状であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
36. 前記方法は、蒸発、収縮、及びエッチバックのうちの一又は複数からなる処理パラサイトを補償するために用いられることを特徴とする請求項３３に記載の方法。