空間光調製器陣列和製造空間光調製器設備的方法
2023-06-08 02:22:36 3
專利名稱：空間光調製器陣列和製造空間光調製器設備的方法
技術領域：
本發明涉及一種空間光調製器陣列和製造空間光調製器設備的方法。更具體地說，本發明涉及可以用在無掩模光刻系統中的空間光調製器陣列。
為了製造半導體設備，使用光刻技術。最常用的方案是基於步進(step)原理或基於步進掃描原理。這兩個方案都是用掩模提供將要投射在基板上的結構來工作的。掩模必須展示高精確度，並且掩模是非常昂貴的。
為了避免這種高成本，尤其是為了測試和只製造少量的一種結構的半導體設備，已經研製了一種所謂的無掩模光刻。代替掩模，使用可編程空間光調製器(SLM)。這種技術在US6,312,134B1中有詳細介紹，這裡引證該文獻供參考。可行的SLM例如是用於在反射模式工作的可變形的微鏡設備或者用於在透射模式工作的液晶光閥。
SLM包括類似於可變形微鏡設備或液晶光閥的多個單元，每個單元對應要照明的結構的像素。每個像素可以在兩種狀態之間切換，即，照明或不照明晶片表面上的對應點。有些SLM具有還有中間狀態的單元，用中間強度照明基板表面上的對應點。
通過控制單元提供要投射的數位化結構，所述控制單元控制每個像素並能將對應單元切換到所需狀態。如果改變要投射的結構，則在需要的時候，也改變SLM的單元的狀態。
對於較大結構或將結構多次同時投射到基板上，多個SLM必須在x-和y-位置以及平面性方面以非常嚴格的指標設置成平面結構。
為了滿足這些指標的已知方案基於使用換能器和多級的複雜組合。
本發明的目的是提供一種容易操縱、容易製造的SLM陣列。
在本發明的第一方案中，提供一種製造SLM設備的方法，包括以下步驟在與SLM陣列的主要材料相同材料的基板上安裝空間光調製器，其中所述SLM陣列要與基板並置。特別地，矽基SLM安裝在矽基板上。
SLM設備可包括單一或多個SLM，多個SLM形成SLM陣列。本發明與使用的SLM數量無關，並且對於一個SLM陣列可以與對於多個SLM一樣地工作。
基板材料的特定選擇導致基板和SLM的完美熱匹配。在相對於位置和平面性實現用於無掩模光刻系統的嚴格指標上，這是非常重要的步驟。在SLM設備的照明期間，撞擊光子在SLM設備中沉積能量，感應實質上的熱負載。基板和SLM的不同熱膨脹係數將導致SLM設備的主要變形，由此最終不可能達到上述指標。通過選擇基板材料使其與SLM的材料匹配，特別是要與基板並置的主要材料，例如，SLM自身的載體基板匹配，當被加熱時，基板和SLM用相同的方式工作，從而在照明期間只有相對於x-和y-位置的比例效應才是必須要考慮的。
在本發明的優選實施例中，通過使用表面安裝技術，優選通過焊接來安裝SLM。這具有以下優點，尤其是如果使用具有高表面張力的焊料由於焊料的表面能量最小化而在回流期間焊料的自對準效應提供了SLM設備相對於位置和平面性的低變化。這有助於滿足嚴格指標並降低的製造成本。
在本發明的優選實施例中，給基板提供用於露出SLM的開口。優選地，只有基板的一面設有用於SLM的基礎構造，如電路、連接器等。另一面可以被處理成對於光學用途最優化的，如具有受限反射或吸收特性。
這兩種措施尤其在將SLM採用倒裝幾何形狀安裝時是有用的。然後，使SLM的光學活性面定向成使得當被照明時它暴露於光，而基板的一面優化用於光學用途，同時所有基礎結構都處於基板的另一面上。這具有以下優點基礎結構不受光的損害，特別是當使用深紫外光時，並且基礎結構不會例如通過產生雜散光來妨礙正確的照明。
在本發明的另一方案中，提供基板上的SLM陣列，其中基板的材料與要與基板並置的SLM的主要材料相同。SLM可以藉助焊料限定的自對準連接而安裝在基板上和/或設置成倒裝幾何形狀，基板具有用於露出SLM的開口，用於設置在基板一面上的SLM的基礎結構，而另一面具有受限的反射或吸收功能。
在本發明的最後一個方案中，提供一種具有SLM陣列的無掩模光刻系統。
下面詳細介紹本發明。所述說明藉助了非限制性的例子並參照了附圖，其中
圖1表示根據本發明的製造方法的實施例；圖2a、b表示回流之前和之後的焊接連接；圖3表示安裝在基板上的SLM；圖4表示SLM陣列的光亮面；圖5表示SLM陣列的黑暗面；圖6表示無掩模光刻系統的基本概況圖；圖7表示SLM規則陣列的光亮面。
圖1表示根據本發明的製造方法的實施例。在第一步驟101中，人們必須根據要安裝在基板上的SLM來選擇用於基板的合適材料。大多數SLM是半導體設備，即SLM設置在載體基板上。這種載體基板是將要與基板實際上並置的SLM的一部分。因此，基板材料可以選擇成與載體基板的材料相同，以便實現完美的熱匹配。
應該指出的是，上述方法不僅可用於單個SLM，而且可以用於兩個、三個或多個SLM。
一旦選擇了基板材料之後，在下一步驟102中，基板的與光亮面相反的一面(所謂的黑暗面)設有用於SLM的所有必需的基礎結構，例如撓性連接、前置放大器、電路、薄膜互連、連接焊盤、微型連接器等。有些部件必須十分靠近SLM，如前置放大器，而其他部件可以遠離它並通過薄膜互連和/或撓性連接器與SLM連接。
接下來是基板的預成形和預處理，對基板進行預成形(步驟103)，從而給其提供與要使用的SLM的光學活性表面的尺寸對應的開口，並且對其進行預處理，從而使基板的一面(所謂的光亮面)具有用於提供受限的吸收或反射特性的修整層(finishing layer)。優選地，修整層是抗反射層，例如用在光掩模上的氧化鉻層。另一有利可能性是使用UV光吸收層，尤其是例如用在集成電路製造工藝中的吸收聚合物層。
然後，可以執行SLM在基板上的實際安裝步驟。在步驟104中，在步驟105中準確地放置基板和SLM在一起之前，準確地限定焊料區(land)並小心地控制焊料塊。在基板和SLM的載體基板上限定焊料區或可焊接互連焊盤，同時焊料塊只放置在基板或SLM的焊料區上。焊料區是利用光刻和反應離子刻蝕通過在基板上的氮化矽鈍化層中刻蝕窗口來精確地限定的。優選地，使用具有高表面張力的焊料。非常優選的焊料是具有高錫含量的焊料。
最後步驟106是使SLM與基板自對準的回流。一種可行的回流工藝可以如下進行首先，對SLM設備進行預加熱，從而逐漸加熱它。然後將設備的溫度保持在接近於可能發生焊接連接的溫度，直到SLM設備的所有部件已經達到相同溫度為止。實際回流是，當設備被加熱到用於焊接的焊料的熔點以上的溫度時。之後，均勻地冷卻SLM設備，以便避免熱衝擊。回流工藝可以發生在惰性或最終還原性氣氛中，以便防止焊料塊氧化，焊料塊氧化將有害於自對準工藝。
回流期間的自對準詳細地示於圖2a和2b中。圖2a和2b表示SLM 2和基板3。SLM 2和基板3設有焊料區21並經過焊料塊22接觸。在圖2a中示出了回流之前的狀態，其中SLM 2和基板3對準不良。在回流工藝中，當焊料塊22變為液體時，由於自由能的最小化，焊料塊22的自由表面最小化。這導致基板3和SLM 2的準確對準。不僅對於XY-平面中的位移實現了這種對準，而且對於XY-平面內旋轉和平面外旋轉都實現了這種對準。
計算的例子表明，當使用相當大量的焊料塊時，可以實現亞微米精度，尤其是x-和y-位置精度等於或好於0.5μm。這得自於使用了焊料塊數量的精確尺度的期望值。例如，具有1600鉻IO的40mm正方晶片具有間距為200μm的兩行焊料區和焊料塊。焊料區直徑為100μm。標準的突出距離(stand off)是80μm，並具有幾微米量級的獨立分散區。為了具有最終小於7μrad的角度，焊料塊高度的變化應該小於2μm。允許每焊料塊的澱積的焊料體積的變化為3％。
圖3表示安裝到矽基板3上的矽基上的SLM 2。SLM 2在基板3上設置成倒裝幾何形狀，從而使SLM 2的光學活性面通過開口32暴露於照明光束4。基板3的暴露於光4的一面6是光亮面6。修整層30已經澱積在基板3的光亮面6上，以便提供受限的吸收或反射特性。在基板3的另一面5上，即黑暗面5，SLM 2通過焊接連接20連接到基板3上。圖3種所示的SLM在反射模式使用，並基於微鏡設備。
SLM 2的基礎結構設置在黑暗面5上，例如可以沿任何方向定向的前置放大器11、撓性連接10，細間距薄膜互連13和電路12。將SLM設備分割成光亮面6和黑暗面5具有兩個主要優點保護基礎結構使其不暴露於照明光束4，並且基礎結構不幹擾成像工藝，因為它被隱藏起來。
圖4表示SLM 2的陣列1的光亮面。SLM 2設置在基板3的光學活性區31中，它實際上被照明。基板3具有抗反射或吸收修整層30，以便保證例如在晶片上投影的任何結構只是由於SLM 2而不是由於基板的任何雜散反射。正常的撓性連接10和微細間距連接14隻是來自可見的基板3的黑暗面的基礎結構的一部分，而遠離光學活性區31。
人們將注意到，光學活性區31的SLM 2按照圖4中的不規則方式進行設置。本發明可適用於SLM的任何設置，例如可適用於如圖7所示的規則陣列1。
圖5表示SLM 2的陣列1的黑暗面。除了SLM 2之外，作為SLM2的基礎結構操作的不同部件安裝在基板3上。作為例子示出了經過細間距薄膜互連13和焊盤15a將SLM 2與控制單元如計算機連接起來的撓性連接10，在計算機中提供要被SLM 2執行的結構數據，並經過連接焊盤15b和例如用於連接微細間距連接14的微型連接器16連接電路12。
圖6表示基本無掩模光刻系統7的概括圖。光4由光源40發射。照明系統使光4優化用於照明SLM陣列1。在本例中，使用陣列1基於液晶光閥設備而與SLM傳輸。被SLM陣列1透射的光4投射在晶片43上，用於幫助投影系統42進行成像。
儘管前面已經介紹了本發明的幾個優選實施例，但是本領域技術人員都明白，在不脫離本發明的精神和概念的情況下可以做出各種改變、修改和替換。因此，本發明用所附權利要求的合適範圍以其任何形式或修改方式進行保護。例如，在不脫離本發明的範圍的情況下，下面的從屬權利要求的特徵可以與獨立權利要求進行各種組合。此外，權利要求中的任何參考標記都不構成對權利要求保護範圍的限制。
參考標記列表1 SLM陣列2 SLM3 基板4 光5 黑暗面6 光亮面7 無掩模光刻系統10 撓性連接11 前置放大器12 電路13 薄膜互連14 微細間距連接15a，b 焊盤16 微型連接器20 焊接連接21 焊料區22 焊料塊
30 修整層31 光學活性區32 開口40 光源41 照明系統42 投影系統43 晶片。
權利要求
1.一種製造空間光調製器陣列設備的方法，包括在基板上安裝空間光調製器的步驟，其中，所述基板的材料與要與所述基板並置的所述空間光調製器的主要材料相同。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，矽基空間光調製器安裝在矽基板上。
3.根據權利要求1或2所述的方法，還包括通過使用表面安裝技術將所述空間光調製器安裝在所述基板上的步驟。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，還包括通過焊接將所述空間光調製器安裝在所述基板上的步驟。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，還包括通過限定焊料區和焊料塊，將所述空間光調製器和所述基板放在一起，並在用於所述空間光調製器相對於所述基板的自對準的回流期間，利用所述焊料塊的自由表面的最小化效應，將所述空間光調製器安裝在所述基板上的步驟。
6.根據權利要求3、4或5所述的方法，其中，使用具有高表面張力的焊料。
7.根據權利要求3-6中任一項所述的方法，其中，使用具有高錫含量的焊料。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，所述空間光調製器按照倒裝幾何形狀設置在所述基板上。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的方法，還包括對所述基板進行預成形的步驟，從而使基板具有用於露出所述空間光調製器的開口。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的方法，還包括只在所述基板的一面上提供用於所述空間光調製器的基礎結構的步驟。
11.根據權利要求1-10中任一項所述的方法，還包括處理所述基板的另一面的步驟，從而實現受限的反射或吸收。
12.一種在基板(3)上的空間光調製器(2)的陣列(1)，其中，所述基板(3)的材料與要與所述基板(3)並置的所述空間光調製器(2)的主要材料相同。
13.根據權利要求12所述的陣列，其中，所述空間光調製器(2)是通過焊料限定的自對準連接(20)安裝在所述基板(3)上的。
14.根據權利要求12或13所述的陣列，其中所述空間光調製器(2)設置成倒裝幾何形狀；所述基板(3)具有用於露出所述空間光調製器(2)的開口(32)；用於所述空間光調製器(2)的基礎結構(10、11、12、13、14、15a、15b、16)提供在所述基板(3)的一面(5)上，而另一面(6)具有受限的反射或吸收功能。
15.一種無掩模光刻系統(7)，其具有根據權利要求12、13或14所述的空間光調製器(2)的陣列(1)。
全文摘要
為了製造SLM設備，在基板(3)上安裝空間光調製器(SLM)(2)，其中基板(3)的材料與要與基板(3)並置的SLM(2)的主要材料相同。特別地，矽基SLM(2)安裝在矽基板(3)上。這就形成了SLM(2)陣列，其保持相對於SLM(2)的位置的高精確度和平面性。為了進一步提高平面性，優選通過焊接、使用焊接連接(20)的自對準效應在基板(3)上安裝SLM(2)。
文檔編號G02B26/00GK101057184SQ200580038200
公開日2007年10月17日 申請日期2005年11月3日 優先權日2004年11月9日
發明者馬克·A.·德桑貝爾, 米希爾·德容, 安東尼厄斯·J.·M.·內利森, 尼古拉斯·J.·A.·范費恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司