特許 6279870 マイクロチップの電荷パターン形成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6279870

(24)【登録日】2018年1月26日

(45)【発行日】2018年2月14日

(54)【発明の名称】マイクロチップの電荷パターン形成

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20180205BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20180205BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20180205BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/60 311Z

   H01L21/90 Z

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-206542(P2013-206542)

(22)【出願日】2013年10月1日

(65)【公開番号】特開2014-82491(P2014-82491A)

(43)【公開日】2014年5月8日

【審査請求日】2016年9月30日

(31)【優先権主張番号】13/652,220

(32)【優先日】2012年10月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502096543

【氏名又は名称】パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】ユージン・エム・チャウ

(72)【発明者】

【氏名】ジェンピン・ルー

(72)【発明者】

【氏名】アーミン・アール・フォルケル

(72)【発明者】

【氏名】ビング・アール・シェ

(72)【発明者】

【氏名】グレゴリー・エル・ホワイティング

【審査官】 工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１７８３１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１４９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４８９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−２５００７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第７３３２３６１（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１２−８５５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−７９７５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２５Ｄ７／１２

Ｇ０３Ｇ１５／００−１５／１８

Ｈ０１Ｌ２１／０２７

Ｈ０１Ｌ２１／０３３

Ｈ０１Ｌ２１／６０−２１／６０７

Ｈ０１Ｌ２１／６６

Ｈ０１Ｌ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ２３／５２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロチップ上に電荷パターンを作成する方法であって、
前記マイクロチップが形成されたウェハの上に乾燥フィルムフォトレジストを積層することと、
積層された乾燥フィルムフォトレジストを露光して低導電性領域を形成することと、
前記乾燥フィルムフォトレジストに形成された低導電性領域の少なくとも１つの領域を第１の電荷に帯電させることと、
前記乾燥フィルムフォトレジストに形成された低導電性領域における前記第１の電荷に帯電されていない領域を前記第１の電荷とは反対の第２の電荷に帯電させることと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記露光した乾燥フィルムフォトレジストを前記第１の電荷または第２の電荷に帯電させることは、コロトロンまたはスコロトロンの何れか１つを用いて前記乾燥フィルムフォトレジストを帯電させることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

帯電後に、ウェハを個々のマイクロチップに分けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記電荷を発生させることは、摩擦帯電を含む、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術分野は、マイクロチップ上に電荷パターンを形成することに関する。

【背景技術】

【0002】

静電コーディングまたは磁気コーディングのようなある程度のエンコーディングに基づき、マイクロチップを自動的に組み立てるシステムが存在する。このシステムは、組み立てプロセスの一部として、マイクロチップを特定し、配置するためにエンコーディングを使用する。

【0003】

これらのシステムの例は、本出願の譲受人が所有する米国特許第７，８６１，４０５号および関連する事例、米国特許公開第２０１００１９２３６５号、第２０１００１８６２２１号および第２０１００１８６２２２号に見つけることができる。別の例は、米国特許７，３３２，３６１号に示されており、電荷制御剤を用いて非極性液体に電荷を保有することができる塩基性または酸性の表面を有する電荷がエンコーディングされた要素を教示する。例としては、二粒子電気泳動インク、液体トナー、無機酸化物、ポリマーが挙げられる。標準的なフォトリソグラフィーまたはインクジェット技術を用い、これらの物質にパターン形成し、電荷がエンコーディングされた要素を作成することができる。これらの参考文献はすべて本明細書に参考として組み込まれる。このシステムは、チップ上の電荷または磁気の極性を使用してマイクロチップを並べ、配置する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これらの参考文献は、どのようにしてチップが電荷または極性を有するようになるかについて、可能な方法を一般的に言及しているが、詳細は記載されていない。例えば、電荷または極性の堆積に伴い、課題が生じることがある。現時点で、隔離したマイクロチップの上に電荷パターンを堆積させる現行技術は存在しない。ナノワイヤの片方の末端を帯電させる方法、また対称形のマイクロチップの片側まで帯電させる別の方法があるが、隔離されたマイクロチップに対して堆積させるか、または電荷をパターン形成すると思われる研究は存在しない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

加工プロセスは、チップ上に存在するデバイスにも対応可能であるべきである。それに加え、このプロセスは、製造費用を上げるものであってはならないが、なおかつ、大きな領域と、小さな特徴部とで大きさを変更可能な状態でパターン形成することができなければならない。柔軟性のあるシステムを提供するために、このシステムは、チップの制御および特定について多様な状態でさまざまな大きさの電荷密度（必須ではないが理想的には、正および負の極性の両方）が可能でなければならない。電荷パターンは、パターン形成したデバイスの貯蔵寿命が長くなるように良好な安定性を有していなければならない。

【0006】

パターン形成に伴う別の課題は、チップが互いに引き付け合うことによって生じることがある。それぞれの電荷によっては、チップが集まってしまうか、または密集してしまうことがある。チップの密度は、チップが互いに接触することによって電荷を交換してしまわないように、低い状態に保たれる必要がある。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、マイクロチップ上に電荷パターンを形成する全体的な方法の一実施形態を示す。

【図2】図２は、マイクロチップ上に電荷パターンを作成する一実施形態を示す。

【図3】図３は、マイクロチップ上に電荷パターンを印刷する方法の一実施形態を示す。

【図4】図４は、マイクロチップ上に電荷パターンをフォトリソグラフィーによって作成する方法の一実施形態を示す。

【図5】図５は、マイクロチップ上に電荷パターンをフォトリソグラフィーによって作成する方法の一実施形態を示す。

【図6】図６は、マイクロチップ上に電荷パターンをフォトリソグラフィーによって作成する方法の一実施形態を示す。

【図7】図７は、マイクロチップ上に電荷パターンをフォトリソグラフィーによって作成する方法の一実施形態を示す。

【図8】図８は、スコロトロンを用いて電荷パターンを作成する方法の一実施形態を示す。

【図9】図９は、スコロトロンを用いて電荷パターンを作成する方法の一実施形態を示す。

【図10】図１０は、スコロトロンを用いて電荷パターンを作成する方法の一実施形態を示す。

【図11】図１１は、両極性電荷テンプレートを作成する方法の一実施形態を示す。

【図12】図１２は、両極性電荷テンプレートを作成する方法の一実施形態を示す。

【図13】図１３は、両極性電荷テンプレートを作成する方法の一実施形態を示す。

【図14】図１４は、両極性電荷テンプレートを作成する代替的な方法の一実施形態を示す。

【図15】図１５は、両極性電荷テンプレートを作成する代替的な方法の一実施形態を示す。

【図16】図１６は、両極性電荷テンプレートを作成する代替的な方法の一実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、マイクロチップ上に電荷パターンを形成する全体的な方法の一実施形態を示す。１１では、マイクロチップが基材（例えば、シリコン、ヒ化ガリウム、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）など）上で加工される。次いで、このプロセスでは、１３において、マイクロチップの上に物質を堆積させ、帯電させる。ある手法では、図２〜７にさらに詳細に示されるように、マイクロチップを流体に沈め、堆積させた物質に対し、電荷を発生させる。別の手法では、図８〜１６にさらに詳細に示されるように、マイクロチップ上の物質を外部デバイスを用いて帯電させる。最終的な結果は、１９において、表面に電荷パターンを有するマイクロチップとなる。

【0009】

図２は、マイクロチップ上に電荷パターンを作成する方法の一実施形態を示す。このプロセスは、１０において、ウエハ上に個々のマイクロチップを製造した後に、おそらくウエハの状態で始まることが多いように思われる。これにより、電荷パターン形成のプロセスは、チップ加工プロセスと適合する技術を用い、もっと大量生産に向いた様式で行うことができる。しかし、この考察による限定はなんら意図しておらず、暗示もないとすべきである。ウエハを個々のチップに分けた後、個々のチップに同じ技術を用いてパターン形成することができる。

【0010】

チップ加工に適合する製造技術を用い、製造したマイクロチップ１２は、チップ上の回路を保護するためにシールド１４を有している。シールドは、絶縁体１６を有する。絶縁体によって、表面に堆積した電荷または物質パターンが、マイクロチップ上の回路と相互作用を起こすのを防ぐことができる。ＡＢＢＡＢというパターンは、例えば、＋−−＋−といった異なる電荷を表していてもよく、または電荷が発生するような物質パターンを表していてもよい。この技術について以下にさらに詳細に記載するが、電荷パターンは、異なる大きさおよび／または極性の電荷を交互に有する領域からなっていてもよい。この考察の一部である実施形態は、帯電しているパターンを有する。

【0011】

個々のチップに分けたら、マイクロチップを流体に入れ、「インク」瓶２２または他のディスペンサーを作成することができる。この流体は、電荷制御剤のような他の添加剤を含んでいてもよい。電荷制御剤は、電荷をチップ１２の表面に安定な状態で維持してもよく、またはウエハ表面で電荷を発生させてもよい。電荷の生成は、物質を堆積させ、電荷パターンを形成する物質と、インクの流体成分との相互作用によって物質中に電荷を発生する形態で行われてもよい。

【0012】

ある手法は、溶液処理技術（例えば、スピンコーティング、印刷、浸漬コーティングまたは自己集積）または蒸着技術（例えば、プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ））の後、膜を堆積させた後に溶液中に浸す技術を用い、電荷パターンを形成する物質の薄膜の堆積を利用する。溶液技術または蒸気技術によって堆積させることが可能な物質の例としては、ポリマー（例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、パリレンおよびポリビニルアルコール）、カチオン性およびアニオン性の高分子電解質（例えば、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルアミン、ポリアクリル酸、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド））が挙げられる。他の例としては、有機金属塩（例えば、ステアリン酸亜鉛またはステアリン酸アルミニウム）および酸化物（例えば、シリカ、アルミナまたはチタニア）が挙げられる。それに加え、自己集積する単層を形成する物質（例えば、オクタデシルトリクロロシラン、フェネチルトリクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、アリルトリメトキシシランまたはペルフルオロオクチルトリクロロシラン）を使用してもよい。

【0013】

電荷パターンを形成する物質は、純粋な物質でなくてもよく、おそらく電荷発生性を高め、処理性能を高めるか、または光感受性などの新しい機能を膜に付与するために、１つ以上の物質のブレンドであってもよい。溶液から堆積させる物質の場合、まずは、溶液処理を可能にするために、おそらく溶媒（例えば、トルエン、ヘキサン、水、イソプロパノールまたはテトラヒドロフラン）に溶解するだろう。プロセスの一例は、マイクロチップ表面に物質をスピンコーティングし、電荷パターンを形成する物質の光感受性配合物を使用する場合には、直接光を利用して、またはフォトリソグラフィー／エッチングサイクルによって別個の工程で物質をパターン形成し、溶液にチップを浸し、流体と物質との相互作用によって自由電荷を作成することを含んでいてもよい。

【0014】

図４において、第１のポリマーを絶縁体１６の上にスピンコーティングし、図５において、フォトリソグラフィーによって輪郭を定め、絶縁体１６の一部を露出させる。次いで、図６において、第２のポリマー４２を第１のポリマーおよび露出した絶縁体の上にスピンコーティングするか、または他の方法で堆積させる。次いで、第２のポリマーをパターン形成し、典型的には絶縁体の領域を有する第１の領域とは隔離された領域の輪郭を定める。次いで、この２種類の異なるポリマーには、異なる電荷が保持されているか、または異なる大きさの電荷が保持されており、電荷パターンを形成する。２種類の溶液によって処理されたポリマーの使用に加え、他の実施形態は、ある極性／大きさの電荷を作成するための溶液によって処理された物質と、別の極性／大きさの電荷を作成するための蒸着した物質の組み合わせを用いてもよく、他の実施形態では、２種類の異なる蒸着物質を使用してもよい。

【0015】

極性の液（例えば、水）に浸す場合、表面分子の一部が解離するため、ほとんどの表面は帯電する。表面の化学組成によって、電荷は、さらに負または正になる傾向がある。負の表面電荷を発生させる典型的な官能基としては、特に、スルホン酸、ホスホン酸およびカルボン酸が挙げられる。正の表面電荷を発生させる典型的な官能基としては、特に、アミンおよびイミダゾールが挙げられる。帯電したマイクロチップのクーロン相互作用の範囲は、溶液のイオン強度によって制御されるが、典型的には短い範囲であり、高いイオン含有量に起因して、１〜１０マイクロメートルの範囲である。

【0016】

この実施形態では、帯電した物体間のこのようなクーロン相互作用は、１０〜１００マイクロメートルのようなもっと長い範囲に入るため、非極性の流体を用いることも望ましい。非極性の流体の例としては、イソパラフィン系の液、例えば、イソパールシリーズの液、他の炭化水素の液（例えば、ドデカン）が挙げられる。非極性の液体である電荷制御剤において、典型的には、電荷を発生させやすくするために、両親媒性界面活性剤材料（イオン系および非イオン系）、例えば、特に、フォスファチジルコリン（レシチン）、ソルビタンモノオレエート（スパン−８０）、アルミニウム−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルサリチレート（ＡＬＯＨＯＳ）、ポリイソブチレンコハク酸イミド（ＯＬＯＡ）、またはジオクチルスルホコハク酸ナトリウム（ＡＯＴ）を液に加えることが必要な場合がある。

【0017】

周囲の液が空気である場合、表面の帯電は、摩擦作用によって行うことができる。例えば、ゼログラフィーにおいて、特定的に設計された現像剤粒子と接触させることによってトナー粒子を帯電させる。電荷パターンを形成する物質は、現像剤物質と接触したときに特定の様式で帯電するように選択されなければならない。チップの密度は、マイクロチップが互いに偶発的に衝突して電荷を交換するのを制御するのに十分なほど低い状態に保たれなければならない。

【0018】

別の手法では、図３に示されるように、インクジェットヘッド３０によって、電荷をパターン形成する物質を堆積させることができる。候補物質としては、特に、ワックス、ポリマー（例えば、高分子電解質）または物質のブレンドが挙げられる。電荷パターンを形成する物質を堆積した後、すでに記載したように、個々のチップに分け、流体に浸し、その流体中で自由電荷を作成するだろう。

【0019】

別の手法では、自己集積する単層を別の物質（例えば、酸化物）とともに使用し、チップの上に帯電した領域を作成することができる。この作成は、例えば、まず、酸化物を堆積させ、次いで、酸化物の上に、望ましい機能を有する自己集積する単層を堆積させることによって行うことができる。フォトリソグラフィーおよびエッチングを用い、次いで、この自己集積する単層をパターン形成し、その下にある酸化物を露出させてもよい。別の手法では、酸化物を堆積させた後、遮断する犠牲物質（例えば、フォトレジスト）をパターン形成し、次いで、自己集積する単層の堆積を行った後、犠牲物質を除去し、その下にある酸化物表面を再び露出させ、酸化物と、自己集積する単層パターンを作成する。この第２の手法は、自己集積する単層の堆積および遮断物質の除去という工程を、ウエハの状態で、またはウエハを個々のチップに分けた後、チップの状態で行うことができるという利点を有する。

【0020】

図４〜７は、フォトリソグラフィーによってパターン形成するポリマー、無機物質またはこれら２種の混合物を使用する一実施形態のプロセスを示す。これらの物質は、摩擦によって帯電させてもよく、または誘電性の液中、電荷制御剤を用いて化学的に帯電させ、異なる極性の電荷を保持してもよい。コロナデバイスを用い、フォトリソグラフィーによって輪郭が定まる絶縁体の帯電は別の手法であり、乾燥フィルムのレジストを用いる。市販の乾燥フィルムのレジストは、紫外線に露光した領域とあてなかった領域とでかなり異なる導電性を表す。図４〜７は、フォトリソグラフィーによる物質のためのプロセスを示す。

【0021】

光伝導体コーティングの実施形態では、無機光伝導体物質（例えば、アモルファスシリコンおよびセレン）または単層または多層の有機光伝導体を使用してもよい。このような光伝導体コーティングを使用する場合、コロトロンまたはスコロトロンから電荷を受け取り、望ましい電荷の徴候およびパターンを与える。本明細書でこの用語を使用する場合、コロトロンは、典型的には、高電圧電源に接続したワイヤを有する電子写真／ゼログラフィーで用いられるコロナ帯電デバイスである。典型的な用途では、ワイヤは電場を作り出し、帯電したトナー粒子を受け取るための調製において、光受容体まで帯電させる。スコロトロンは、スクリーンのコロトロンである。

【0022】

別の実施形態は、コロナデバイスを用い、絶縁体をフォトリソグラフィーによって輪郭を定めつつ帯電することを利用する。市販の乾燥フィルムのレジストは、紫外線に露光した領域と露光しなかった領域とでかなり異なる導電性を表す。図８〜１０は、このようなプロセスの一実施形態を示す。図８では、乾燥フィルムのレジストは、マイクロチップまたはマイクロチップウエハ１２の上にある絶縁体層１６の上に積層させる。図９では、乾燥レジストの部分５２に紫外線を露光し、伝導性が高い領域と低い領域を作成する。図１０では、ウエハまたはマイクロチップ１２を接続５４によって接地し、スコロトロンまたはコロトロン５６で帯電させ、乾燥フィルムのレジストのうち、すでに露光した領域５０および５２に応じて電荷パターンを作成する。これにより、１個の帯電テンプレートを作成し、その表面は、１種類の極性の電荷を有する。既知の電荷を有するビーズを広げ、カメラで撮影することによって、または、非接触型静電電圧計を用い、空気中で直接電場を測定することによって、電荷パターンを確認してもよい。

【0023】

図１１〜１３は、二重の帯電テンプレートを作成する方法の一実施形態を示す。乾燥フィルムレジスト５０の一部に紫外線を露光し、低伝導性領域５２を作成する。乾燥フィルムレジストの上部にステンシルマスク６２を用いることで、ＵＶを露光することによって作られた低伝導性領域の部分のみが露出する。スコロトロン６４は、マスク６２によって保護されていない低伝導性領域の一部に第１の極性を有する電荷を与える。このプロセスで、低伝導性領域の帯電した部分を覆うようにマスク６２を移動させる。次いで、スコロトロンは、反対の徴候を有する低量のイオンを用い、低伝導性領域のうち、帯電していない部分を帯電し、他の徴候の電荷パターンを作成する。２種類のスコロトロンプロセスを区別するために、反対の徴候の電荷のスコロトロンの通過を６６と呼ぶ。

【0024】

代替的な実施形態では、双極性または二重の電荷テンプレートは、図１４〜１６に示す二重の露光から生じてもよい。図１４は、乾燥フィルムのレジスト５０の上に第１の低伝導性領域５２を露光によって作成することを示す。次いで、この第１の領域は、スコロトロン６２から第１の極性を有する電荷を受け取る。次いで、乾燥フィルムのレジストは、第２のＵＶ光の露光を受け、第２の低伝導性領域７０を作成する。次いで、この第２の領域は、スコロトロン６４から反対の極性を有する電荷を受け取る。

【0025】

この様式で、ウエハを個々のチップに分ける前または分けた後に、マイクロチップ表面に電荷パターンを作成することができる。使用する技術は、スコロトロンまたはコロトロンによる帯電、摩擦帯電のいずれかを用いるか、または帯電した物質を塗布することによる半導体加工プロセスと適合性である。次いで、直接的に、またはこれらの物質と、チップの「インク」の周囲にある流体との相互作用によって間接的に自由電荷が発生してもよい。電荷パターンは、マイクロチップを並べ、組織化し、整列させて大きな回路にする自動化システムで使用可能な情報を含んでいる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】