JP2008521024A - 空間光変調装置のアレイ及び空間光変調装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

ＳＬＭ装置の製造のために、基板（３）に近接して位置付けられるようになっている空間光変調器（ＳＬＭ）（２）の主材料と同じ材料の基板（３）に（ＳＬＭ）（２）を実装する。特に、シリコンベースのＳＬＭ装置の製造方法（２）がシリコン基板（３）に実装されている。このことは、ＳＬＭ（２）の位置及び平面性に対して高精度を保つＳＬＭ（２）のアレイに繋がる。平面性を更に改善するように、はんだ接続（２０）のセルフアライメント効果を用いて、はんだ付けにより基板（３）にＳＬＭ（２）を実装することは好適である。

Description

本発明は、空間光変調装置のアレイ及び空間光変調装置の製造方法に関する。更に詳細には、本発明は、マスクレスリソグラフィシステムで用いられる空間光変調のアレイに関する。

半導体装置の製造のために、リソグラフィ技術が用いられる。最も一般的な方法は、ステップ原理又はステップアンドスキャン原理に基づくものである。両方の方法は、基板に投影されるべき構造を備えたマスクを用いて行われる。マスクは、高い精度を有する必要があり、非常に高価である。

そのような高コストを回避するように、特に、１つの構造の半導体装置の少量のみを検査し、製造するために、所謂、マスクレスリソグラフィが開発されてきた。マスクに代えて、プログラマブル空間光変調装置（ＳＬＭ）が用いられる。この技術については、米国特許第６，３１２．１３４Ｂ１号明細書に詳細に記載されていて、ここでは、その文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。有効なＳＬＭは、例えば、反射モードで機能させるための変形可能マイクロミラー装置又は透過モードで機能させるための液晶ライトバルブである。

ＳＬＭは、複数の変形可能ミラー装置又は液晶ライトバルブのようなユニットを有し、それらのユニットの各々は、照明されるべき構造の画素に対応している。全ての画素は２つの状態間で切り換えられる、即ち、ウェーハ表面における対応する点を照明する又は照明しないようにされる。一部のＳＬＭは、中間強度で基板表面の対応する点を照明する中間状態をまた有するユニットを有する。

投影されるべきデジタル化構造が制御ユニットにより与えられ、制御ユニットは、対応するユニットを必要な状態に切り換えることができる。投影されるべき構造が変わる場合、ＳＬＭのユニットの状態はまた、必要に応じて、変わる。

基板における大きい構造又は構造の複数の同時投影のために、複数のＳＬＭは、ｘ及びｙ位置についての非常に詰まった仕様及び平面性を有して、プレーナ構成に配列される必要がある。

それらの仕様に適合するための既知の方法は、トランスジューサ及び複数のステージの高度な組み合わせを用いることに基づいている。
米国特許第６，３１２．１３４Ｂ１号明細書

本発明の目的は、製造することが容易であるＳＬＭのアレイを操作する容易さを提供することである。

本発明の第１の特徴においては、基板と近接して位置付けられるようにＳＬＭアレイの主材料と同じ材料の基板に空間光変調器を備えるステップを有するＳＬＭ装置の製造方法を与える。特に、シリコンに基づくＳＬＭ装置の製造方法がシリコン基板に備えられている。

ＳＬＭ装置は、ＳＬＭのアレイに繋がる、単一の又は複数のＳＬＭを有することが可能である。本発明は、用いられるＳＬＭの数に依存せず、複数のＳＬＭについてと同様に単一のＳＬＭについても機能する。

基板材料の特定の選択は、基板及びＳＬＭの最適な熱的適合性に繋がる。これは、マスクレスリソグラフィシステムで用いる位置及び平面性に関する厳しい仕様を達成する上で非常に重要なステップである。ＳＬＭ装置の照明中に、入射する光子は、実質的な熱的負荷を誘導して、ＳＬＭ装置にエネルギーをもたらす。基板及びＳＬＭの異なる熱膨張係数は、ＳＬＭ装置の主な変形に繋がり、それ故、上記仕様に適合することは結局のところ不可能になる。ＳＬＭの材料に適合するように基板材料を選択することにより、特に、基板と近接して位置付けられる主材料、例えば、ＳＬＭ自体の担体基板、基板及びＳＬＭの両方は、加熱されるときに、同じように挙動し、それ故、照射中には、ｘ及びｙ位置に対するスケール効果のみが考慮される必要があり、変形はない。

本発明の好適な実施形態においては、ＳＬＭは、表面実装技術を用いることにより、好適には、はんだ付けにより実装される。これは、特に、高表面張力を有するはんだを用いる場合に、はんだの表面エネルギーを最小化するために、リフロー中にはんだのセルフアライメント効果が、位置及び平坦性に関して小さい変動のＳＬＭ装置を与えるという有利点を有する。このことは、厳格な仕様に適合させ、製造コストを低減させることの助けとなる。

本発明の好適な実施形態においては、基板は、ＳＬＭを露光するための開口を備えるように、予め形成されている。好適には、基板の一の側のみが、電気回路、接続等のようなＳＬＭのための基板構造を備えている。基板の他の側は、規定された反射又は吸収特性のような光学的使用のために最適化されるように処理されることが可能である。

両方の手段は、フリップチップ形状にＳＬＭを配置するときに、特に有用である。それ故、ＳＬＭの光学的に活性な側は、照射されるときに、光に曝されると共に、基板のその側は光学的使用のために最適化される一方、基盤構造全ては基板の他の側にある。このことは、特に、遠紫外光を用いるときに、基盤構造が光の危険に曝されず、基盤構造は、例えば、迷光を生成することにより正しい照射を妨げはしない。

本発明の更なる特徴においては、基板におけるＳＬＭのアレイが備えられ、基板は、基板と近接して位置付けられるＳＬＭの主材料と同じ材料から成る。ＳＬＭは、はんだにより規定されたセルフアライメント接続及び／又はフリップチップ形状により基板に実装されることが可能であり、基板はＳＬＭを露光するための開口を有し、ＳＬＭの基盤構造は基板の一の側に備えられている一方、他の側は反射又は吸収機能を有する。

本発明の最後の特徴においては、そのようなＳＬＭのアレイを備えたマスクレスリソグラフィシステムが備えられている。

本発明について、以下、詳述する。本発明については、添付図に関連付けて読むように非限定的に説明されている。

図１は、本発明にしたがった製造方法の実施形態を示している。第１ステップ１０１においては、基板に実装されるＳＬＭに応じて、基板について適切な材料を選択する必要がある。殆どのＳＬＭは半導体装置であり、即ち、ＳＬＭは支持基板上に備えられている。支持基板は、実際には、基板と近接して位置付けられるＳＬＭの部分である。それ故、基板材料は、最適な熱的適合性を得るように支持基板の材料と同じであるように選択されるようになっている。

上記方法は、単独のＳＬＭについてばかりでなく、２つ、３つ又はそれ以上のＳＬＭ装置の製造方法について機能する。

一旦、基板材料が選択されると、ステップ１０２において、光の側と反対の基板の側（所謂、暗側）は、ＳＬＭのための必要な基盤構造全て、例えば、フレックスコネクタ、前置増幅器、電気回路、薄膜相互接続、接続パッド、マイクロコネクタ等を備えている。一部の構成要素は、前置増幅器のようにＳＬＭの全く近くにある必要があり、他の構成要素は、ＳＬＭから遠い及び薄膜相互接続及び／又はフレックスコネクタによりＳＬＭに接続されていることが可能である。

基板の前形成及び前処理に続いて、基板は、用いられるべきＳＬＭの光学的に活性な表面の側に対応する開口を備えるように前形成され（ステップ１０３）、規定された吸収又は反射特性を備えるように最終層を基板の一の側（所謂、光側）に備えるように処理される。好適には、最終層は、例えば、フォトマスクにおいて用いられる酸化クロム層等の反射防止膜である。他の有利な実施形態は、ＵＶ光吸収層、特に、集積回路製造処理で用いられる吸収性ポリマー層を用いることである。

次いで、基板におけるＳＬＭの実際の実装が行われることが可能である。段階１０４においては、ステップ１０５において基板及びＳＬＭを共に正確に位置付ける前に、はんだランドは正確に規定され、はんだバンプは注意深く制御される。はんだランド又ははんだ性相互接続パッドは、基板及びＳＬＭの支持基板の両方において規定され、はんだバンプは、基板か又はＳＬＭのどちらかのはんだランドにみに位置付けられる。はんだランドは、例えば、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングを用いて、基板の窒化シリコンの保護層においてウィンドウをエッチングすることにより正確に規定される。好適には、高表面張力を有する、はんだが用いられる。高スズ含有量を有するはんだは非常に好適である。

最後のステップ１０６は、基板に対するＳＬＭのセルフアライメントに繋がるリフローである。有効な一リフロー処理は、次のようである。先ず、ＳＬＭ装置は、徐々に加熱されるように前加熱される。その装置は、次いで、ＳＬＭ装置の部分全てが同じ温度に達するまで、はんだ結合が起こる温度近傍の温度に保たれる。実際のリフローは、その装置が結合のためにはんだの融点以上の温度に加熱されるときに起こる。その後、ＳＬＭ装置は、熱衝撃を回避するように一様に冷却される。リフロー処理は、セルフアライメント処理を妨げるはんだバンプの酸化を防止するように、希ガスの又は真空に減圧された雰囲気で行われることが可能である。

リフロー中のセルフアライメントは、図２ａ及び２ｂに詳細に示されている。図２ａ及び２ｂはＳＬＭ２及び基板３を示している。ＳＬＭ２及び基板３の両方ははんだランド２１を備え、はんだバンプ２２を介して接続している。図２ａにおいては、ＳＬＭ２及び基板３がうまくアライメントされていない、リフロー前の状態を示している。自由エネルギーの最小化のために、はんだバンプ２２が液体になったときのリフロー処理においては、はんだバンプ２２の自由エネルギーは最小化される。これは、基板３及びＳＬＭ２の正確なアライメントに繋がる。そのアライメントは、ＸＹ平面内の移動についてばかりでなく、ＸＹ平面内の回転及び平面から外れた回転についても達成される。

計算例は、かなり多数のバンプを用いるときに、サブミクロンの精度、特に、０．５μｍに等しい又はそれ以上のｘ及びｙ位置精度が達成できることを示している。例えば、１６００個のＩＯを有する４０ｍｍ角のチップは、２列のはんだランド及び２００μｍのピッチのバンプを有する。はんだランドの直径は１００μｍである。名目上のスタンドオフは、数μｍのオーダーの個別スプレッドを伴って、８０μｍである。７μｒａｄ以下の結果的に得られた角度を有するように、バンプ高さにおける変動は２μｍ以下である必要がある。それは、バンプ当たりの堆積されたはんだの堆積において３％の変動を許容する。

図３は、シリコン基板３に実装されたシリコンベースのＳＬＭ２を示している。ＳＬＭ２は、基板３にフリップチップ形状で配列され、それ故、ＳＬＭ２の光学的に活性な側は、開口３２を通して照射される光ビーム４に曝される。光４に曝される基板３の側６は光側６である。最終層３０は、規定された吸収又は反射特性を備えるように、基板３の光側６に堆積されたものである。基板３の反対側５において、暗側５、即ち、ＳＬＭ２は、はんだ接続２０により基板３に固定されている。図３に示すＳＬＭは反射モードで用いられ、マイクロミラー装置に基づいている。

ＳＬＭ２のための基盤構造、例えば、前置増幅器１１、何れの方向に方向付けられることが可能であるフレックスコネクタ１０、微小ピッチの薄膜相互接続１３及び電気回路１２が暗側５に備えられている。ＳＬＭ装置を光側６及び暗側５に分割することは、次のような２つの主な有利点を有する。即ち、その基盤構造は、照射光４から保護され、その基盤構造は、隠されているために、画像化処理を妨げることはない。

図４は、ＳＬＭ２のアレイ１の光側を示している。ＳＬＭ２は、実際に照射されるようになっている基板３の光学的に活性な領域３１に備えられている。基板３は、例えば、ウェーハに投影されるようになっている何れの構造はＳＬＭ２のみに依るものであり、基板への何れの迷反射に依らないことを確実にするように、反射防止又は吸収性最終層３０を有する。通常のフレックスコネクタ１０及び微小ピッチ接続１４は、目に見えるが、光学的に活性な領域３１からは非常に遠い基板３の暗側における、単に基盤構造の部品である。

図５は、ＳＬＭ２のアレイ１の暗側を示している。ＳＬＭ２に加えて、ＳＬＭ２のための基盤構造として動作する装置の構成要素は基板に実装されている。例示として、微小なピッチの薄膜相互接続１３及びパッド１５を、例えば、コンピュータ等の制御ユニットと接続するフレックスルコネクタ１０が示され、制御ユニットにおいては、ＳＬＭ２により実施されるようになっている構造データが備えられ、回路１２は、例えば、接続パッド１５ｂ及びマイクロコネクタ１６を介して、微小ピッチ接続１４に接続されている。

図６は、基本的なマスクレスリソグラフィシステム７を示している。光４は光源４０により出射される。照射システムは、ＳＬＭ装置のアレイ１の照射のための光４を最適化する。本実施例においては、アレイ１は、液晶ライトバルブ装置に基づくＳＬＭによる透過において用いられる。ＳＬＭのアレイ１により透過された光４は、投影システム４２の助けにより画像化するように、ウェーハ４３に投影される。本発明は、それ故、特許請求の範囲の正確な範囲内で、何れの方式又は変形において請求されるものである。例えば、従属請求項の特徴の種々の組み合わせは、本発明の範囲から逸脱することなく、独立請求項の特徴により構成されることが可能である。

本発明にしたがった投影方法の実施形態を示す図である。 リフロー前のはんだ接続を示す図である。 リフロー後のはんだ接続を示す図である。 基板に実装されたＳＬＭを示す図である。 ＳＬＭのアレイの光側を示す図である。 ＳＬＭのアレイの暗側を示す図である。 マスクレスリソグラフィシステムの基本的な図である。 ＳＬＭの規則的なアレイの光側を示す図である。

Claims (15)

1. 空間光変調アレイ装置の製造方法は、基板と近接して位置付けられるようになっている空間光変調器の主材料と同じ材料の基板に空間光変調器を実装する段階を有する、製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法であって、シリコンに基づく空間光変調器がシリコン基板に実装されている、製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法であって、表面実装技術を用いることにより前記基板に前記空間光変調器を実装する更なる段階を有する、製造方法。
4. 請求項１乃至３の何れ一項に記載の製造方法であって、はんだ付けにより前記基板に前記空間光変調器を実装する更なる段階を有する、製造方法。
5. 請求項１乃至４の何れ一項に記載の製造方法であって、はんだランド及びはんだバンプを規定することにより前記基板に前記空間光変調器を実装する段階と、前記空間光変調器及び前記基板を接合する段階と、前記基板に対する前記空間光変調器のセルフアライメントのためのリフロー中に前記はんだバンプの自由表面の最小化の効果を利用する更なる段階を有する、方法。
6. 請求項３乃至５の何れ一項に記載の製造方法であって、高表面張力を有するはんだが用いられる、製造方法。
7. 請求項３乃至６の何れ一項に記載の製造方法であって、高スズ含有量を有するはんだが用いられる、製造方法。
8. 請求項１乃至７の何れ一項に記載の製造方法であって、前記空間光変調器は前記基板においてフリップチップ形状で備えられている、製造方法。
9. 請求項１乃至８の何れ一項に記載の製造方法であって、前記空間光変調器を露光するための開口を備えた前記基板を与えるように前記基板を前形成する更なる段階を有する、製造方法。
10. 請求項１乃至９の何れ一項に記載の製造方法であって、前記基板の一の側のみに前記空間光変調器のための基盤構造を備える更なる段階を有する、製造方法。
11. 請求項１乃至１０の何れ一項に記載の製造方法であって、規定された反射又は吸収を達成するように前記基板の他の側を処理する更なる段階を有する、製造方法。
12. 基板における空間光変調器のアレイであって、前記基板は、基板と近接して位置付けられるようになっている空間光変調器の主材料から成る、アレイ。
13. 請求項１２に記載のアレイであって、前記空間光変調器は、はんだで規定されるセルフアライメント接続により前記基板に実装されている、アレイ。
14. 請求項１２乃至１３に記載のアレイであって：
    前記空間光変調器はフリップチップ形状に備えられていて；
    前記基板は、前記空間光変調器を露光するための開口を有し；
    前記空間光変調器のための基盤構造は、前記基板の一の側に備えられている一方、他の側は規定された反射又は吸収機能を有する；
    アレイ。
15. 請求項１２乃至１４の何れ一項に記載の空間光変調器のアレイを有するマスクレスリソグラフィシステム。

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