CN101057184A - 空间光调制器阵列和制造空间光调制器设备的方法 - Google Patents

Abstract

为了制造SLM设备，在基板(3)上安装空间光调制器(SLM)(2)，其中基板(3)的材料与要与基板(3)并置的SLM(2)的主要材料相同。特别地，硅基SLM(2)安装在硅基板(3)上。这就形成了SLM(2)阵列，其保持相对于SLM(2)的位置的高精确度和平面性。为了进一步提高平面性，优选通过焊接、使用焊接连接(20)的自对准效应在基板(3)上安装SLM(2)。

Description

空间光调制器阵列和制造空间光调制器设备的方法

本发明涉及一种空间光调制器阵列和制造空间光调制器设备的方法。更具体地说，本发明涉及可以用在无掩模光刻系统中的空间光调制器阵列。

为了制造半导体设备，使用光刻技术。最常用的方案是基于步进(step)原理或基于步进扫描原理。这两个方案都是用掩模提供将要投射在基板上的结构来工作的。掩模必须展示高精确度，并且掩模是非常昂贵的。

为了避免这种高成本，尤其是为了测试和只制造少量的一种结构的半导体设备，已经研制了一种所谓的无掩模光刻。代替掩模，使用可编程空间光调制器(SLM)。这种技术在US6,312,134B1中有详细介绍，这里引证该文献供参考。可行的SLM例如是用于在反射模式工作的可变形的微镜设备或者用于在透射模式工作的液晶光阀。

SLM包括类似于可变形微镜设备或液晶光阀的多个单元，每个单元对应要照明的结构的像素。每个像素可以在两种状态之间切换，即，照明或不照明晶片表面上的对应点。有些SLM具有还有中间状态的单元，用中间强度照明基板表面上的对应点。

通过控制单元提供要投射的数字化结构，所述控制单元控制每个像素并能将对应单元切换到所需状态。如果改变要投射的结构，则在需要的时候，也改变SLM的单元的状态。

对于较大结构或将结构多次同时投射到基板上，多个SLM必须在x-和y-位置以及平面性方面以非常严格的指标设置成平面结构。

为了满足这些指标的已知方案基于使用换能器和多级的复杂组合。

本发明的目的是提供一种容易操纵、容易制造的SLM阵列。

在本发明的第一方案中，提供一种制造SLM设备的方法，包括以下步骤：在与SLM阵列的主要材料相同材料的基板上安装空间光调制器，其中所述SLM阵列要与基板并置。特别地，硅基SLM安装在硅基板上。

SLM设备可包括单一或多个SLM，多个SLM形成SLM阵列。本发明与使用的SLM数量无关，并且对于一个SLM阵列可以与对于多个SLM一样地工作。

基板材料的特定选择导致基板和SLM的完美热匹配。在相对于位置和平面性实现用于无掩模光刻系统的严格指标上，这是非常重要的步骤。在SLM设备的照明期间，撞击光子在SLM设备中沉积能量，感应实质上的热负载。基板和SLM的不同热膨胀系数将导致SLM设备的主要变形，由此最终不可能达到上述指标。通过选择基板材料使其与SLM的材料匹配，特别是要与基板并置的主要材料，例如，SLM自身的载体基板匹配，当被加热时，基板和SLM用相同的方式工作，从而在照明期间只有相对于x-和y-位置的比例效应才是必须要考虑的。

在本发明的优选实施例中，通过使用表面安装技术，优选通过焊接来安装SLM。这具有以下优点，尤其是如果使用具有高表面张力的焊料：由于焊料的表面能量最小化而在回流期间焊料的自对准效应提供了SLM设备相对于位置和平面性的低变化。这有助于满足严格指标并降低的制造成本。

在本发明的优选实施例中，给基板提供用于露出SLM的开口。优选地，只有基板的一面设有用于SLM的基础构造，如电路、连接器等。另一面可以被处理成对于光学用途最优化的，如具有受限反射或吸收特性。

这两种措施尤其在将SLM采用倒装几何形状安装时是有用的。然后，使SLM的光学活性面定向成使得当被照明时它暴露于光，而基板的一面优化用于光学用途，同时所有基础结构都处于基板的另一面上。这具有以下优点：基础结构不受光的损害，特别是当使用深紫外光时，并且基础结构不会例如通过产生杂散光来妨碍正确的照明。

在本发明的另一方案中，提供基板上的SLM阵列，其中基板的材料与要与基板并置的SLM的主要材料相同。SLM可以借助焊料限定的自对准连接而安装在基板上和/或设置成倒装几何形状，基板具有用于露出SLM的开口，用于设置在基板一面上的SLM的基础结构，而另一面具有受限的反射或吸收功能。

在本发明的最后一个方案中，提供一种具有SLM阵列的无掩模光刻系统。

下面详细介绍本发明。所述说明借助了非限制性的例子并参照了附图，其中：

图1表示根据本发明的制造方法的实施例；

图2a、b表示回流之前和之后的焊接连接；

图3表示安装在基板上的SLM；

图4表示SLM阵列的光亮面；

图5表示SLM阵列的黑暗面；

图6表示无掩模光刻系统的基本概况图；

图7表示SLM规则阵列的光亮面。

图1表示根据本发明的制造方法的实施例。在第一步骤101中，人们必须根据要安装在基板上的SLM来选择用于基板的合适材料。大多数SLM是半导体设备，即SLM设置在载体基板上。这种载体基板是将要与基板实际上并置的SLM的一部分。因此，基板材料可以选择成与载体基板的材料相同，以便实现完美的热匹配。

应该指出的是，上述方法不仅可用于单个SLM，而且可以用于两个、三个或多个SLM。

一旦选择了基板材料之后，在下一步骤102中，基板的与光亮面相反的一面(所谓的黑暗面)设有用于SLM的所有必需的基础结构，例如挠性连接、前置放大器、电路、薄膜互连、连接焊盘、微型连接器等。有些部件必须十分靠近SLM，如前置放大器，而其他部件可以远离它并通过薄膜互连和/或挠性连接器与SLM连接。

接下来是基板的预成形和预处理，对基板进行预成形(步骤103)，从而给其提供与要使用的SLM的光学活性表面的尺寸对应的开口，并且对其进行预处理，从而使基板的一面(所谓的光亮面)具有用于提供受限的吸收或反射特性的修整层(finishing layer)。优选地，修整层是抗反射层，例如用在光掩模上的氧化铬层。另一有利可能性是使用UV光吸收层，尤其是例如用在集成电路制造工艺中的吸收聚合物层。

然后，可以执行SLM在基板上的实际安装步骤。在步骤104中，在步骤105中准确地放置基板和SLM在一起之前，准确地限定焊料区(land)并小心地控制焊料块。在基板和SLM的载体基板上限定焊料区或可焊接互连焊盘，同时焊料块只放置在基板或SLM的焊料区上。焊料区是利用光刻和反应离子刻蚀通过在基板上的氮化硅钝化层中刻蚀窗口来精确地限定的。优选地，使用具有高表面张力的焊料。非常优选的焊料是具有高锡含量的焊料。

最后步骤106是使SLM与基板自对准的回流。一种可行的回流工艺可以如下进行：首先，对SLM设备进行预加热，从而逐渐加热它。然后将设备的温度保持在接近于可能发生焊接连接的温度，直到SLM设备的所有部件已经达到相同温度为止。实际回流是，当设备被加热到用于焊接的焊料的熔点以上的温度时。之后，均匀地冷却SLM设备，以便避免热冲击。回流工艺可以发生在惰性或最终还原性气氛中，以便防止焊料块氧化，焊料块氧化将有害于自对准工艺。

回流期间的自对准详细地示于图2a和2b中。图2a和2b表示SLM 2和基板3。SLM 2和基板3设有焊料区21并经过焊料块22接触。在图2a中示出了回流之前的状态，其中SLM 2和基板3对准不良。在回流工艺中，当焊料块22变为液体时，由于自由能的最小化，焊料块22的自由表面最小化。这导致基板3和SLM 2的准确对准。不仅对于XY-平面中的位移实现了这种对准，而且对于XY-平面内旋转和平面外旋转都实现了这种对准。

计算的例子表明，当使用相当大量的焊料块时，可以实现亚微米精度，尤其是x-和y-位置精度等于或好于0.5μm。这得自于使用了焊料块数量的精确尺度的期望值。例如，具有1600铬IO的40mm正方芯片具有间距为200μm的两行焊料区和焊料块。焊料区直径为100μm。标准的突出距离(stand off)是80μm，并具有几微米量级的独立分散区。为了具有最终小于7μrad的角度，焊料块高度的变化应该小于2μm。允许每焊料块的淀积的焊料体积的变化为3％。

图3表示安装到硅基板3上的硅基上的SLM 2。SLM 2在基板3上设置成倒装几何形状，从而使SLM 2的光学活性面通过开口32暴露于照明光束4。基板3的暴露于光4的一面6是光亮面6。修整层30已经淀积在基板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通过焊接连接20连接到基板3上。图3种所示的SLM在反射模式使用，并基于微镜设备。

SLM 2的基础结构设置在黑暗面5上，例如可以沿任何方向定向的前置放大器11、挠性连接10，细间距薄膜互连13和电路12。将SLM设备分割成光亮面6和黑暗面5具有两个主要优点：保护基础结构使其不暴露于照明光束4，并且基础结构不干扰成像工艺，因为它被隐藏起来。

图4表示SLM 2的阵列1的光亮面。SLM 2设置在基板3的光学活性区31中，它实际上被照明。基板3具有抗反射或吸收修整层30，以便保证例如在晶片上投影的任何结构只是由于SLM 2而不是由于基板的任何杂散反射。正常的挠性连接10和微细间距连接14只是来自可见的基板3的黑暗面的基础结构的一部分，而远离光学活性区31。

人们将注意到，光学活性区31的SLM 2按照图4中的不规则方式进行设置。本发明可适用于SLM的任何设置，例如可适用于如图7所示的规则阵列1。

图5表示SLM 2的阵列1的黑暗面。除了SLM 2之外，作为SLM2的基础结构操作的不同部件安装在基板3上。作为例子示出了经过细间距薄膜互连13和焊盘15a将SLM 2与控制单元如计算机连接起来的挠性连接10，在计算机中提供要被SLM 2执行的结构数据，并经过连接焊盘15b和例如用于连接微细间距连接14的微型连接器16连接电路12。

图6表示基本无掩模光刻系统7的概括图。光4由光源40发射。照明系统使光4优化用于照明SLM阵列1。在本例中，使用阵列1基于液晶光阀设备而与SLM传输。被SLM阵列1透射的光4投射在晶片43上，用于帮助投影系统42进行成像。

尽管前面已经介绍了本发明的几个优选实施例，但是本领域技术人员都明白，在不脱离本发明的精神和概念的情况下可以做出各种改变、修改和替换。因此，本发明用所附权利要求的合适范围以其任何形式或修改方式进行保护。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，下面的从属权利要求的特征可以与独立权利要求进行各种组合。此外，权利要求中的任何参考标记都不构成对权利要求保护范围的限制。

参考标记列表

1  SLM阵列

2  SLM

3  基板

4  光

5  黑暗面

6  光亮面

7  无掩模光刻系统

10 挠性连接

11 前置放大器

12 电路

13 薄膜互连

14 微细间距连接

15a，b 焊盘

16 微型连接器

20 焊接连接

21 焊料区

22 焊料块

30 修整层

31 光学活性区

32 开口

40 光源

41 照明系统

42 投影系统

43 晶片。

Claims (15)

1、一种制造空间光调制器阵列设备的方法，包括：在基板上安装空间光调制器的步骤，其中，所述基板的材料与要与所述基板并置的所述空间光调制器的主要材料相同。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，硅基空间光调制器安装在硅基板上。

3、根据权利要求1或2所述的方法，还包括通过使用表面安装技术将所述空间光调制器安装在所述基板上的步骤。

4、根据权利要求1、2或3所述的方法，还包括通过焊接将所述空间光调制器安装在所述基板上的步骤。

5、根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括：通过限定焊料区和焊料块，将所述空间光调制器和所述基板放在一起，并在用于所述空间光调制器相对于所述基板的自对准的回流期间，利用所述焊料块的自由表面的最小化效应，将所述空间光调制器安装在所述基板上的步骤。

6、根据权利要求3、4或5所述的方法，其中，使用具有高表面张力的焊料。

7、根据权利要求3-6中任一项所述的方法，其中，使用具有高锡含量的焊料。

8、根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述空间光调制器按照倒装几何形状设置在所述基板上。

9、根据权利要求1-8中任一项所述的方法，还包括对所述基板进行预成形的步骤，从而使基板具有用于露出所述空间光调制器的开口。

10、根据权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括只在所述基板的一面上提供用于所述空间光调制器的基础结构的步骤。

11、根据权利要求1-10中任一项所述的方法，还包括处理所述基板的另一面的步骤，从而实现受限的反射或吸收。

12、一种在基板(3)上的空间光调制器(2)的阵列(1)，其中，所述基板(3)的材料与要与所述基板(3)并置的所述空间光调制器(2)的主要材料相同。

13、根据权利要求12所述的阵列，其中，所述空间光调制器(2)是通过焊料限定的自对准连接(20)安装在所述基板(3)上的。

14、根据权利要求12或13所述的阵列，其中：

所述空间光调制器(2)设置成倒装几何形状；

所述基板(3)具有用于露出所述空间光调制器(2)的开口(32)；

用于所述空间光调制器(2)的基础结构(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、一种无掩模光刻系统(7)，其具有根据权利要求12、13或14所述的空间光调制器(2)的阵列(1)。

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