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

著者らは特許

B05D1/02 - 噴霧によって行なわれるもの
B05D1/34 - 異なる液体または他の流動性材料を同時に適用するもの
B05D1/40 - 表面に関連して動く部材による適用された液体または他の流動性材料の分布
B05D1/42 - 非回転部材によるもの
B05D3/00 - 液体または他の流動性材料を適用する表面の前処理;適用されたコーティングの後処理,例.液体または他の流動性材料を続いて適用することに先だってなされるすでに適用されたコーティングの中間処理
B05D3/02 - 焼き付けによるもの
B05D3/04 - 気体にさらすことによるもの
B05D3/06 - 放射線にさらすことによるもの(B05D3/02が優先)
B05D3/12 - 機械的手段によるもの
B05D5/00 - 特別の表面効果,表面仕上げまたは表面構造を得るために液体または他の流動性材料を表面に適用する方法
B29C35/08 - 波動エネルギーまたは粒子線照射によるもの
B29C43/02 - 一定長の物品,すなわち.不連続物品,の圧縮成形
B29C59/02 - 機械的手段,例.プレス,によるもの
B81C1/00 - 基層中または基層上での装置またはシステムの製造または処理(B81C3/00が優先)
B82Y40/00 - ナノ構造物の製造または処理
G03F7/00 - フォトメカニカル法,例.フォトリソグラフ法,による凹凸化又はパターン化された表面,例.印刷表面,の製造;そのための材料,例.フォトレジストからなるもの;そのため特に適合した装置(特別の製造法のためのフォトレジスト構造を用いるもの,関係箇所,例.B44C,H01L,例.H01L21/00,H05K,を参照)
H01L21/027 - その後のフォトリソグラフィック工程のために半導体本体にマスクするもので,グループH01L21/18またはH01L21/34に分類されないもの

の所有者の特許 JP2016528741:

ボード・オブ・リージエンツ,ザ・ユニバーシテイ・オブ・テキサス・システム

 

ユーザ定義プロファイルのプログラム可能な薄膜のインクジェットに基づく蒸着方法を提供する。前駆体液状有機材料の液滴は、マルチジェットによって、基板上の各種位置に分散される。前記液滴への最初の接触が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界面が、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し始める。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は一の期間後に発生する。次に、前記連続膜が硬化架橋されてポリマーになる。次に、前記スーパーストレートを前記ポリマーから分離され、ポリマー膜が前記基板上に残る。このような方法では、安価で材料をあまり浪費せずに、不均一膜を形成できる。
【選択図】図1

 

 

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τpaint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)又はヤング率(E)、τpaint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、(τrobust)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(<τlinear)、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、τlinear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、τlinear>τrobust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、τlinearは、スーパーストレート曲げ剛性に依存しているが、τrobust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(τrobust、τlinear)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−w(x)+w(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(τrobust、τlinear)において最適処理時間(τoptimal)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)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。



  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、
    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、固形化して前記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. 前記基板は溶融シリカウェハからなり、前記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、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、前記基材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。

 

 

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類似の特許
本発明は、ポリマー型熱酸発生剤を含む新規の水性組成物に、及び該新規組成物をフォトレジストパターン上にコーティングして、フォトレジストパターン上にポリマー型熱酸発生剤の層を形成する方法に関する。該ポリマー型熱酸発生剤は、構造2の少なくとも一種の繰り返し単位を有するポリマーを含む。


式中、R〜Rは、独立して、H及びC〜Cアルキルからなる群から選択され;Rは、置換されていないアリール、置換されたアリール、アルキル(C〜C)及びフルオロアルキル(C〜C)からなる群から選択され、そしてWはC〜Cアルキレンスペーサーである。
誘導自己組織化(DSA)パターニング技法用組成物を提供する。ブロックコポリマーを含むDSA組成物を基板に塗布し、次に自己組織化させて所望のパターンを形成する、誘導自己組織化の方法も提供する。ブロックコポリマーは、エッチング速度の異なるブロックを少なくとも2つ含み、その結果一方のブロック(例えば、ポリメチルメタクリレート)が、エッチング中に選択的に除去される。エッチングがより遅い方のブロック(例えば、ポリスチレン)が添加剤によって改質されて、そのブロックのエッチング速度がさらに遅くなるため、より多くの遅いエッチングのブロックが後に残って、パターンを完全に下側層へと転写する。
【選択図】 図2
化合物半導体装置用のゲートコンタクトの形成方法が提供される。ゲートコンタクトは、ゲートコンタクト部とトップコンタクト部すなわちウィングコンタクト部とから形成されている。その方法は、所期の動作周波数に基づいてゲートコンタクト部のサイズを保持しながらウィングコンタクト部のサイズの調整を可能にする。これは、1つ以上の付加的な導電物質プロセスをウィングコンタクト部に施すことで、ゲートコンタクト部の長さを維持して装置の動作周波数を維持したまま、ウィングコンタクト部の断面積を増大してゲート抵抗を低下させることによって達成される。
金属コンタクト開口(182)の幅が、フォトリソグラフィ画定される開口の最小特徴サイズより小さくなるように形成される。この方法は、多層ハードマスク構造の第3の層を露出させる多数のトレンチを有するように、多層ハードマスク構造の第4の層をまずエッチングすることにより、金属コンタクト開口(182)を形成する。これに続いて、ソース領域(120H)及びドレイン領域(122H)に接しかつソース領域(120H)及びドレイン領域(122H)の上にある隔離層(138)の頂部表面上の覆われていない領域を露出させるように、多層ハードマスク構造の第3、第2(152)、及び第1の(150)層が選択的にエッチングされる。隔離層(138)の頂部表面上の覆われていない領域はその後、金属コンタクト開口(182)を形成するためにエッチングされる。

【課題】
50nm以下のライン間寸法を有するパターン化材料を処理する際のアンチパターン崩壊を回避するための、界面活性剤及び疎水剤を含む組成物の使用。
【解決手段】
少なくとも1種の非イオン界面活性剤A及び少なくとも1種の疎水剤Bを含む水溶性組成物の、50nm以下のライン間寸法を有するパターンを含む基板を処理するための使用であって、
(a)少なくとも1種の界面活性剤Aが、10mN/m〜35mN/mの平衡表面張力を有し、この平衡表面張力は、臨界ミセル濃度における少なくも1種の界面活性剤Aの水溶液より決定され、
(b)疎水剤Bは、水の基板に対する接触角が、基板を疎水剤Bの水溶液と接触させることにより、この接触前の水の基板に対する接触角に比較して、5〜95°増加するように選択されることを特徴とする使用。
【選択図】 図6
【課題】マスクの開口のアスペクト比が高くても、被処理体上に形成されるシリコン酸化膜の膜厚のバラツキを低減させる。
【解決手段】
一実施形態の方法は、(a)プラズマ処理装置の処理容器内で、ハロゲン化ケイ素ガスを含む第1のガスのプラズマを生成して被処理体上に反応前駆体を形成する第1工程と、(b)第1工程の後に、処理容器内で希ガスのプラズマを生成する第2工程と、(c)第2工程の後に、処理容器内で酸素ガスを含む第2のガスのプラズマを生成してシリコン酸化膜を形成する第3工程と、(d)第3工程の後に、処理容器内で希ガスのプラズマを生成する第4工程と、を含むシーケンスを繰り返してシリコン酸化膜を成膜する。
【選択図】図1
【課題】組織化ガイドの立体構造に独立なブロックコポリマーの自己組織化によって、基板表面上に最終的なパターンを作製する方法を提供する。
【解決手段】基板2の第1の領域20aの開口比が第2の領域20bの開口比を超える開口を有する組織化ガイド1を形成するステップ。基板2上にブロックコポリマー層4を堆積させ、参照表面1a上に過剰厚さを形成するステップ。ブロックコポリマーを組織化して、組織化ガイド1の開口内部にブロックコポリマー層の構造化部分4aを得るステップF4。ブロックコポリマー層の構造化部分4aに相当する厚さに達するまで、ブロックコポリマー層4を均一に薄化するステップ。組織化したブロックコポリマーの相の1つを除去して、ブロックコポリマー層内に広がる複数の初期パターンを得るステップ。および初期パターンを基板2に転写して、前記最終パターンを形成するステップを含む。
【選択図】図1D
【課題】euvレジストのエッチング耐性を改善して、パターン崩壊を軽減する方法を提供する。
【解決手段】第1のパターン化層は、(i)極端紫外線(euv)リソグラフィーに露光されるとき、40ナノメートルよりも短い、リソグラフィー解像度を有する物性、及び(ii)第1のパターン化層の下にある材料層をエッチングするために選択されるエッチングプロセス条件のための、公称エッチング耐性を与える物性を有しているレジスト材で構成されている(S312)。さらに、像反転材が第1のパターン化層を埋めて覆うように像反転材を第1のパターン化層の上にオーバーコートする工程(S314)と、第1のパターン化層の上面を露出するように像反転材の上部を取り除く工程(S316)と、残った像反転材が第2のパターン化層となるように第1のパターン化層を取り除く工程(S318)と、を有する。
【選択図】図3
方法はウェハを照射し、装置はウェハを照射するためのものである。複数の放射エミッタは放射を射出する。マスクは複数の放射エミッタからの電磁放射の一部の通過を可能とし、電磁放射の別の一部の通過を遮断する。
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