(57)【要約】      （修正有）【課題】製品用パッケージの溶融密封方法およびシステムを提供する。【解決手段】複数の独立したチップ３１５を有する基板を用意することを含む。チップ３１５のそれぞれは、複数のデバイスを含み、第１の配列として空間的に配置される。また、この方法は、第２の配列として空間的に配置された複数の凹部領域３３９を含む予め定められた厚さの透明要素３２０と支持領域３４０とを用意する。さらに、この方法は、透明要素３２０を、複数の凹部領域３３９のそれぞれを複数のチップ３１５の対応する１つに結合するように配置することを含む。この方法は、一つの凹部領域３３９内のチップ３１５のそれぞれを画定するための結合処理により、対応する一つの凹部領域３３９内のチップのそれぞれを溶融密封することをさらに含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の独立したチップを有する基板を用意し、該チップのそれぞれは、複数のデバイスを含み、第１の配列として空間的に配置され、該配列の構成は離間して配置された複数の第１のストリート領域と離間して配置された複数の第２のストリート領域とを含み、該第２のストリート領域は、前記第１のストリート領域と交差して配列構造を形成し、
予め定められた厚さを有し、当該予め定められた厚さの中に複数の凹部領域を含み、第２の配列として空間的に配置された透明要素を用意し、前記凹部領域のそれぞれは、支持領域により画定され、該支持領域は前記予め定められた厚さの一部により規定される厚さを有し、
前記透明要素を前記複数のチップのそれぞれに対応する前記複数の凹部領域のそれぞれと結合するように配置し、前記支持領域は、対応する一つの前記凹部領域内の前記チップのそれぞれを囲むように、前記複数の第１のストリート領域のそれぞれに結合されかつ前記複数の第２のストリート領域のそれぞれに結合され、
少なくとも前記一つの凹部領域内のチップのそれぞれを画定するための結合処理によって、前記透明要素の前記支持領域を前記複数の第１のストリート領域と前記複数の第２のストリート領域とに接触させることにより、前記対応する一つの凹部領域内の前記チップのそれぞれを溶融密封する、
デバイスの溶融密封方法。
【請求項２】
前記第１のストリート領域のそれぞれは、約０．５ｍｍから約１．０ｍｍの大きさの範囲の第１の幅を有し、前記第２のストリート領域のそれぞれは、約０．５ｍｍから約１．０ｍｍの大きさの範囲の第２の幅を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記透明要素は、約９９％より大きい光学出力透過率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記透明要素は、熱膨張係数αＴを有し、該熱膨張係数は、基板の熱膨張係数αＳとほぼ同一である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記透明要素は、前記凹部領域のそれぞれの表面領域と重なるように配置された反射防止コーティングを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記凹部領域のそれぞれは、ドライまたはウェットエッチング、レーザ加工、音響加工、及び注型加工から選択された処理により形成された、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記透明要素は、支持層に重なる第１の透明部材を有し、前記支持層は前記支持領域を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記支持層は第２の透明部材を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記結合処理は、少なくともプラズマ励起結合、共融結合、接着剤層または接着結合、溶接、陽極結合及び溶融結合から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記透明要素は、約０．１ｍｍから約１．２ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記チップのそれぞれは、前記対応する一つの凹部領域内の不活性雰囲気中に保持される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記不活性雰囲気は、窒素、アルゴン、または窒素及びアルゴンの混合物から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記不活性雰囲気は減衰作用を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記不活性雰囲気は電気的切断を軽減する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記チップのそれぞれは、相互結合領域を有し、該相互結合領域は前記凹部領域の外側に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記相互結合領域は、貫通孔を介して前記透明要素上に露出される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記相互結合領域は、複数の結合パッドを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板は含シリコン材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板はシリコンウェハである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記凹部領域のそれぞれは、第２の表面領域に結合された第１の表面領域を有し、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域とは光学品質を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の表面領域は、２μｍ×２μｍの面積について、２０ｎｍ以下の二乗平均表面粗度を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記凹部領域のそれぞれは、環状の形状を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記凹部領域のそれぞれは、約０．５ｍｍまたはこれより小さい深さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記透明要素は、第１の側面と第２の側面とを有し、前記第１の側面は前記第２の側面と平行であり、前記第１の側面と前記第２の側面とは反射防止材料でコーティングされている、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
反射防止材料からなる前記コーティングは、前記第１の側面と前記第２の側面とにおいて、可視光の反射率を側面あたり２％より小さいように減少させる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記反射防止材料はＭｇＦ２から構成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のストリート領域のそれぞれの一部を画線しかつ前記第２のストリート領域のそれぞれの一部を画線することにより、前記チップの少なくとも１つを切断し、
前記一つの対応する凹部領域内の前記チップの少なくとも１つをリードフレーム構造に装着し、
前記装着されたチップの一部を前記リードフレーム構造の一部に配線結合し、
前記装着されたチップの配線結合された部分と前記リードフレーム構造の一部とを封止するとともに、封止材のない前記凹部領域上に規定される前記透明基板の表面領域を保持する、ことをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記凹部領域のそれぞれは光を排除する外周領域を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記凹部領域のそれぞれは、前記対応する一つの凹部領域に重なる開口領域を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数のデバイスの少なくとも１つは、複数の電荷結合デバイス、複数の変形デバイス、複数の感知デバイス及びＩＣデバイスを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
それぞれが複数のデバイスを有する複数の独立したチップを含むように構成された基板と、前記チップのそれぞれは、第１の配列として空間的に配置され、該配列の構成は離間して配置された複数の第１のストリート領域と離間して配置された複数の第２のストリート領域とを含み、該第２のストリート領域は、前記第１のストリート領域と交差して配列構造を形成し、
予め定められた厚さを有し、当該予め定められた厚さの中に複数の凹部領域を含み、第２の配列として空間的に配置された透明要素と、前記凹部領域のそれぞれは、支持領域により画定され、該支持領域は前記予め定められた厚さの一部により規定される厚さを有し、
とを備え、
前記基板と前記透明要素とは前記複数の凹部領域のそれぞれを前記複数のチップの対応する１つと結合するように配置され、前記支持領域は、対応する一つの前記凹部領域の中に前記チップのそれぞれを配置するように、前記複数の第１のストリート領域のそれぞれに結合されかつ前記複数の第２のストリート領域のそれぞれに結合され、
少なくとも前記一つの凹部領域内のチップのそれぞれを画定するための結合処理によって、前記透明要素の前記支持領域を前記複数の第１及び第２のストリート領域に接触させることにより、前記対応する一つの凹部領域内の前記チップのそれぞれが溶融密封される、デバイスの溶融密封システム。
【請求項３２】
前記第１のストリート領域のそれぞれは、約０．５ｍｍから約１．０ｍｍの大きさの範囲の第１の幅を有し、前記第２のストリート領域のそれぞれは、約０．５ｍｍから約１．０ｍｍの大きさの範囲の第２の幅を有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記透明要素は、約９９％より大きい光学出力透過率を有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
前記透明要素は、熱膨張係数αＴを有し、該熱膨張係数は、基板の熱膨張係数αＳとほぼ同一である、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記透明要素は、前記凹部領域のそれぞれの表面領域と重なるように配置された反射防止コーティングを有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記凹部領域のそれぞれは、ドライまたはウェットエッチング、レーザ加工、音響加工、及び注型加工から選択された処理により形成された、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記透明要素は、支持層に重なる第１の透明部材を有し、前記支持層は前記支持領域を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３８】
前記支持層は第２の透明部材を有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３９】
前記結合処理は、少なくともプラズマ励起結合、共融結合、接着剤層または接着結合、溶接、陽極結合及び溶融結合から選択される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４０】
前記透明要素は、約０．１ｍｍから約１．２ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４１】
前記チップのそれぞれは、前記対応する一つの凹部領域内の不活性雰囲気中に保持される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４２】
前記不活性雰囲気は、窒素、アルゴン、または窒素及びアルゴンの混合物から選択される、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記不活性雰囲気は減衰作用を有する、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記不活性雰囲気は電気的切断を軽減する、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４５】
前記チップのそれぞれは、相互結合領域を有し、該相互結合領域は前記凹部領域の外側に配置される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４６】
前記相互結合領域は、貫通孔を介して前記透明要素上に露出される、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記相互結合領域は、複数の結合パッドを有する、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記基板は含シリコン材料である、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４９】
前記基板はシリコンウェハである、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記凹部領域のそれぞれは、第２の表面領域に結合された第１の表面領域を有し、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域とは光学品質を有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項５１】
前記第１の表面領域は、２μｍ×２μｍの面積について、２０ｎｍ以下の二乗平均表面粗度を有する、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記凹部領域のそれぞれは、環状の形状を有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記凹部領域のそれぞれは、約０．５ｍｍまたはこれより小さい深さを有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項５４】
前記透明要素は、第１の側面と第２の側面とを有し、前記第１の側面は前記第２の側面と平行であり、前記第１の側面と前記第２の側面とは反射防止材料でコーティングされている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項５５】
反射防止材料からなる前記コーティングは、前記第１の側面と前記第２の側面とにおいて、可視光の反射率を側面あたり２％より小さいように減少させる、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記反射防止材料はＭｇＦ２から構成される、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５７】
リードフレーム構造をさらに備え、
前記第１のストリート領域のそれぞれの一部を画線しかつ前記第２のストリート領域のそれぞれの一部を画線することにより、前記チップの少なくとも１つが切断され、
前記一つの対応する凹部領域内の前記チップの少なくとも１つがリードフレーム構造に装着され、
前記装着されたチップの一部が前記リードフレーム構造の一部に配線結合され、
前記装着されたチップの配線結合された部分と前記リードフレーム構造の一部とが封止されるとともに、封止材のない前記凹部領域上に規定される前記透明基板の表面領域が保持される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項５８】
前記凹部領域のそれぞれは光を排除する外周領域を有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項５９】
前記凹部領域のそれぞれは、前記対応する一つの凹部領域に重なる開口領域を形成する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項６０】
前記複数のデバイスの少なくとも１つは、複数の電荷結合デバイス、複数の変形デバイス、複数の感知デバイス及びＩＣデバイスを有する、請求項３１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業製品に関する。より詳細には、本発明は、半導体基板に透明なカバーを溶融密封する方法および構造を提供する。例示的に、本発明は、微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）を含む半導体ウェハに溶融結合される透明なガラスカバーに適用される。この方法及び構造は、表示装置技術、例えば電荷結合表示カメラ配列、および赤外線配列に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
シリコン集積回路のパッケージングは、高いレベルに成熟されている。図１には、従来のシリコン集積回路のパッケージの概略図が示されている。シリコン集積回路素子１１０は、ボール格子配列１２０を有するサブマウント１１５上に装着されている。配線結合部１２５は、サブマウント１１５との電気接続を形成するため、シリコン集積回路素子１１０に結合されている。通常は、シリコン集積回路素子１１０と配線結合部１２５は、プラスチック封止材１３０を用いて封止されている。結果としてパッケージは強固で安価になる。
【０００３】
図１に示すパッケージは、しばしばシリコン集積回路のより多くの電気的動作を必要とする応用例のいくつかの欠点を示している。そのような応用の一例は、マイクロミラー配列または他のＭＥＭＳ構造からの光学的反射である。例えば、このような応用例は、通常はシリコン集積回路の表面を、光学的エネルギーを用いて照らし、そしてその後、光学的エネルギーをシリコン集積回路の表面に高い効率で反射することを必要とする。透明さの欠如、屈折率の不均一、および表面粗度などを含むプラスチック封止材の光学特性によって、これらのパッケージは、この応用に適さないものになる。加えて、電気機械構造が、ＭＥＭＳの平面に垂直な方向と、ＭＥＭＳの平面に平行な方向とに動くことを可能にするため、多くのＭＥＭＳは、しばしばシリコン集積回路の表面上方の開放空間を必要とする。それゆえ、プラスチック封止材が集積回路となす物理的接触によって、このパッケージは多くのＭＥＭＳ用途に対し適さないものになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は一般に工業製品に関する。より詳細には、本発明は、半導体基板に透明なカバーを溶融密封する方法および構造を提供する。一例として、本発明は、微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）を有する半導体ウェハに溶融結合された透明なガラスカバーに適用される。この方法及び構造は表示装置技術に、例えば電荷結合表示カメラ配列、および赤外線配列に適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の具体的な実施例では、デバイスの溶融密封方法が提供される。この方法は、各々が複数のデバイスを含む複数の独立したチップを有する基板を用意することを含む。本発明の具体的な実施例においては、チップは第一の配列として空間的に配列されている。この実施例における配列構成は離間して配置された複数の第一のストリート領域と、離間して配置された複数の第二のストリート領域を含む。第二のストリート領域は第一のストリート領域と交差して配列構成を形成する。この方法は予め決定された厚さの透明要素を用意することを含む。この実施例における透明要素は予め決定された厚さの複数の凹部領域を含み、第二配列として空間的に配置される。各々の凹部領域は支持領域により画定されていることが望ましい。この具体的な実施例においては、この支持領域は予め決められた厚さの一部によって規定される厚さを有する。この方法はまた、複数の凹部領域の各々を、対応する複数のチップの一つと結合するために、透明要素を配置することを含む。この透明要素は、対応する一つの凹部領域内の各チップを囲むように、支持領域が複数の第１のストリート領域のそれぞれに結合され、かつ、複数の第２のストリート領域のそれぞれに結合されるように配置される。この方法はまた、透明要素の支持領域を複数の第一のストリート領域と第二のストリート領域とに接触させることにより、対応する凹部領域の一つの中のチップの各々を溶融密封することを含む。この溶融密封は、少なくとも凹部領域の一つの中の各々のチップを画定するために接着処理を用いることが望ましい。
【０００６】
本発明は、代替的な具体的な実施例では、デバイスの溶融密封システムを提供する。このシステムは、複数の独立したチップを有するように構成された基板を含む。各々のチップは複数のデバイスを含む。加えて、各々のチップは第一配列として空間的に配置されている。この配列構成は離間して配置された複数の第一のストリート領域と、離間して配置された複数の第二のストリート領域を含む。第二のストリート領域は第一のストリート領域と交差して配列構成を形成する。このシステムは、さらに、予め決められた厚さの透明要素を含む。透明要素は、予め決められた厚さの複数の凹部領域を含むように構成されている。複数の凹部領域は第二配列として空間的に配置される。さらに、凹部領域の各々は予め決められた厚さの一部によって規定される厚さを有する支持領域によって画定される。基板と透明要素は、複数の凹部領域の各々を、対応する前記複数のチップの一つに結合するように配置されている。従って、前記支持領域は、複数の第一のストリート領域、および、複数の第二のストリート領域の各々に結合されている。対応する一つの凹部領域の中の各々のチップは、透明要素の支持領域を、少なくとも凹部領域の一つの中の各々のチップを画定するための接着処理を用いて、複数の第一のストリート領域と複数の第二のストリート領域とに接触させることにより、溶融密封されている。
【０００７】
本発明のこれらの及び他の目的及び特徴とそれらを得る方法は当業者に明白となり、また本発明自体は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することで最良に理解可能であろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、工業製品用の手法が提供される。より詳細には、本発明は、製品用パッケージの溶融密封方法及びシステムを提供する。単に例示的に、本発明は、光学マイクロミラーパッケージの溶融密封に適用される。この方法及びシステムは、溶融密封が必要とされる他のＭＥＭＳデバイスと共にセンサ技術に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図２は、マイクロミラー列の光学照明に有効な従来の溶融密封された透明集積回路パッケージの簡略化された概略図である。図２では、マイクロミラー列２１５を配置したシリコンＭＥＭＳ素子２１０が、サブマウントに装着されている。当業者に周知の溶融密閉封止の要求事項を満たす素子装着手順を用いて、素子は、サブマウントに装着される。配線結合部２２５は、図１に図解されるパッケージと同様にしてシリコン基板及びサブマウントに配置される。
【００１０】
マイクロミラー列２１５上方に開放空間を形成するために、固体支持部２３０が、典型的には、サブマウントの外側縁部近傍に配置される。この支持部は、典型的には、方形の環形状に形成され、コバール（covar）その他の好適な材料から作成される。支持部は、サブマウント上の接触点２３５で鑞付けされている。パッケージを密閉するためにガラス保護板２４０が、典型的には、支持部上部の接触点２４５に鑞付けされる。
【００１１】
図２に図解されるパッケージの費用は、相対的に高く、ある場合には約７０米ドルである。さらに、起こり得る取り扱い時の損傷や汚染を防止するために、通常、クリーンルーム環境でパッケージを組み付けることが必要である。このため、製品用パッケージの改良された溶融密封方法及びシステムが必要である。
【００１２】
図３−（ａ）〜図３−（ｄ）は、本発明の実施形態によりウェハ単位の溶融密封されたパッケージの簡略化された概略図である。これらの概略図は、特定の実施例を図解する。当業者は、種々の改良、変更及び変形を認識するであろう。好ましくは、反応性のあるデバイスを素子形状に分離する前に、パッケージの形成が行われる。ここで、分離は、しばしば、特にダイシング及び／又は画線及び破断工程を用いて、行われる。本発明の方法のさらなる詳細は、本明細書を通じて提供され、より詳細に以下に記載される。
【００１３】
図３−（ａ）に図解された実施例では、基板３１０は、基板上に独立したチップ３１５の配列を形成する方法により処理される。本発明の実施例では、基板３１０は、ＣＭＯＳ半導体ウェハ、例えばシリコンウェハであり、チップ３１５は、ＭＥＭＳである。これらのＭＥＭＳを形成する１つの方法の例が、米国出願番号６０／３９０，３８９に記載され、この出願は共有であり、ここで、すべての目的のために参照により組み入れられる。図３−（ａ）に図解された実施例では、チップは複数のデバイスを含む。さらに、ＣＭＯＳウェハは、処理されてＩＣ３１２、リード配線３１４用金属線及び他のＣＭＯＳ構造が形成される。本発明の実施形態では、デバイスは、多次元配列、例えば２次元配列に配置されたマイクロミラーである。代替的な実施形態では、複数のデバイスは、複数の電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、複数の変形デバイス、複数の感知デバイス、ＩＣデバイス、これらの組合せ等から構成される。
【００１４】
図３−（ｂ）に図解された実施例では、透明要素３２０は、その下側表面に複数の凹部領域３２５を有する。透明要素は予め定められた厚さ３３０を有する。本発明の実施例では、透明要素の厚さは、１．２ｍｍである。代替的に、他の実施例では、厚さは、約０．５ｍｍから約３ｍｍの範囲に存する。もちろん、厚さは特定の用途に依存するであろう。
【００１５】
好ましくは、凹部領域は、要素内に定義された容積である。容積は、透明要素３２４の底部から凹部領域３３９の頂部までの距離により定義される深さ３２２を有する。凹部領域の外側縁部は、支持部３３５の直角縁部により規定される。本発明の実施形態では、凹部領域の容積は透明要素全体で一定である。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、各支持部３３５は、ｘ−ｙ平面と平行な面に向いた高さ３２２を有する環状の矩形リングを有する。本発明の実施形態では、支持部の下側表面は、基板と対応し、以下に詳細に説明するように、溶融密封パッケージを形成するために十分な結合を形成するように、形成されている。
【００１７】
本発明の実施形態では、凹部領域の深さは予め定められた深さである。図３−（ｂ）に図解された実施例では、凹部領域の深さ３３２は、０．５ｍｍである。代替的に、他の実施例では、深さは、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲に存する。もちろん、凹部領域の深さは特定の用途に依存するであろう。さらに、本発明の実施形態では、各凹部領域の面積は、予め定められた大きさとなる。図３−（ｂ）に図解された実施例では、各凹部領域の面積は約１４ｍｍ×１８ｍｍである。特定の用途に応じて、この面積は大きさを変更し得る。
【００１８】
透明要素に形成された凹部領域は、空間に配置され、ｘ−ｙ平面に多次元配列を形成する。本発明にかかるいくつかの実施形態では、凹部領域は、ｘ−ｙ平面で２次元配列を形成するように配置される。図３−（ａ）〜（ｄ）に図解された実施例では、凹部領域３２５の深さ及びｘ−ｙ寸法は、チップ３１５の高さ及びｘ−ｙ寸法より大きい。したがって、チップは、凹部領域内に適合し、凹部領域の縁部は、チップの外側縁部から３方向すべてに分離される。さらに、図３−（ａ），（ｂ）に図解された実施例では、凹部領域のｘ及びｙ方向両方の中心間隔はそれぞれ、凹部領域のｘ及びｙ方向両方の寸法を超え、隣接するチップ間の支持領域３３５用の空間を提供する。支持領域の横方向の寸法は、予め定められた大きさを有する。本発明の実施例では、支持領域の横方向の寸法は、０．５ｍｍと１．０ｍｍの間に存する。
【００１９】
本発明の実施例では、透明要素は、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ２０００（商標）の名で販売される製品、Ｃｏｒｎｉｎｇ社、Ｃｏｒｎｉｎｇ，ＮｅｗＹｏｒｋにより製造される表示グレードガラス基板から形成される。ガラス基板は、これには限定されないが、９０％より大きい可視領域の光出力透過率を含む高い光品質により特徴付けられる。透明要素を介した光の透過率は、以下に説明するように、基板の光学表面に反射防止（ＡＲ）コーティングを適用することにより増大可能である。さらに、ガラス基板の熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に近いため、本発明にかかるいくつかの実施例では、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ２０００（商標）表示グレードガラスが使用される。
【００２０】
ある材料に対し、定義すれば、温度Ｔにおける熱ひずみは、温度変化（Ｔ−Ｔｒｅｆ）に起因する要素の長さの変化を該要素のもとの長さＬで除したものである。温度Ｔにおける熱ひずみをｅＴ（Ｔ）で表して、
【数１】
2005167209.tif 000003
【００２１】
また、α（Ｔ）で表される、ある材料に対する熱膨張係数を定義すると、
【数２】
2005167209.tif 000004
【００２２】
温度変化が時間の関数として予想される本発明の実施形態では、透明カバーの熱膨張係数（ＣＴＥ）を基板のＣＴＥに対応させることが有効である。これらのＣＴＥの対応は、温度変化により基板に発生する変形及び応力の量を制限する。
【００２３】
図３−（ａ）〜（ｄ）に図解された実施例では、透明要素は、光吸収を減少させるように、即ち対象とする波長領域で光エネルギーの透過を増大させるように構成され、作成される。本発明の実施例では、対象とする波長領域は、４００ｎｍと７００ｎｍの間の可視スペクトルである。さらに、この実施例では、要素３３７の上部表面と凹部領域３３９の上部表面は、研磨されまたは仕上げ加工されて光学品質の表面を呈する。さらに、ＡＲコーティングが、透明要素の上部表面と凹部領域の上部表面に適用され得る。透明要素がパッケージに当接してそのためマイクロミラー配列に到達する光量を増加させると、透明要素の上部表面に適用されるＡＲコーティングは、透明要素の頂部で反射される光量を減少させるであろう。さらに、凹部領域の上部表面に適用されるＡＲコーティングは、透明要素がパッケージから離間するに伴って、透明要素で反射される光量を減少させるであろう。システム全体の光透過量は、これらのＡＲコーティングの使用により増加されるであろう。ＭｇＦ２または他の好適な誘電材料の１／４波長（λ／４）コーティングが、広帯域ＡＲコーティングを形成するために使用可能である。例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ２０００（商標）表示グレードガラス基板に形成された５５０ｎｍを中心とするλ／４ＭｇＦ２コーティング（５５０ｎｍにおける１．３８の屈折率を有する）は、結果的に、可視スペクトル（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）にわたって、表面積当たり２％より低い出力反射率を生ずる。
【００２４】
透明要素は、種々の方法で、凹部領域を形成するように機能され得る。例えば、本発明の実施例では、凹部領域は、ドライまたはウェット化学的エッチング、レーザ加工、音響加工、ウォータージェット加工等を使用して、透明要素中に形成可能である。
【００２５】
本発明の代替的な実施例では、透明要素は、第１の平面部材を機械加工し、次いで別体の透明部材を図４に図解されたような第１の平面部材に結合することにより形成される。第１の平面部材４１０は、機械加工された平面基板であり、またはさもなければ、加工されて凹部領域４１５が配置されるべき位置に開口を形成する。さらに、開口は位置４１７に形成されて、以下に説明するように、配線結合部をチップ相互結合領域に形成するために使用される貫通孔を形成する。第１の平面部材の未加工領域は、支持領域４２０を構成するであろう。第２の平面透明部材４３０は、第１の平面部材の頂部に結合されて完成した透明要素を形成する。本発明の特定の実施例では、第１の平面部材と第２の平面透明部材は、共に透明である。完成した透明部材の図４−（ａ）の面Ａ−Ａの沿った側面図が図４−（ｂ）に図解される。図４−（ｂ）に示されるように、支持領域４２０と上部が透明な部材４３０が図解されている。
【００２６】
この代替的な加工工程により提供される利点の一つは、２つの部材の光学特性が常に類似するものではないことである。実際、いくつかの用途について、図４−（ａ）及び図４−（ｂ）に図解された光学特性は、システム性能に影響を及ぼさない。例えば、パッケージを通過する光路に応じて、光は、第１の部材に当たることはない。本発明の他の実施例では、下部部材に当たるいかなる光も吸収することが望ましい。
【００２７】
本発明の実施形態では、透明要素の光学特性は予め定められる。特定の実施例では、透明要素の透過率と吸収係数は、ｘ−ｙ平面の位置の関数として同一である。
【００２８】
本発明の実施例では、２つの透明部材の結合は、低温ガラス溶融結合またはその他の当業者に知られた方法により形成される。さらに、光透過量を増大させるための結合前に、ＡＲコーティングは、第２の透明部材の上部と底部とに適用される。上述したように、本発明のこの実施形態では、第２の透明部材の光学品質は、凹部領域の頂部を通過する光の光学品質を制御し、透明要素が単一の基板から構成される実施例に適用不能な研磨及びコーティング方法を使用可能にするであろう。
【００２９】
本発明の実施形態では、溶融密封された素子単位のパッケージは、透明部材を基板に結合することにより形成される。図３−（ｃ）は、透明部材と溶融密封時の基板の簡略化された概略図である。透明部材は、支持領域３４０，３４２をストリート領域３４４，３４６上方に位置させるように配置される。独立したチップ３５０は、下方に配置され、対応する凹部領域３５２と接続され、支持領域３４２の底面に位置する接触点３５６で透明カバー３５４により溶融密封される。貫通孔３４８は、ＣＭＯＳウェハに配置された結合パッド３５８への接続を提供する。
【００３０】
透明要素の基板への溶融密封は、当業者に周知のいくつかの方法により実行される。例えば、本発明の実施例では、溶融密封は、プラズマ励起された共有ウェハ結合（ＰＡＣＷＢ）により実行される。基板と透明要素が、例えば６０℃でＳＣ１（ＮＨ３：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：４：２０）中で洗浄され、非イオン（ＤＩ）水で水洗され、２０秒間２％ＨＦに浸積され、ＤＩ水で水洗され、窒素または空気で乾燥された後、ＰＡＣＷＢが、室温で実行される。次に、基板と透明要素は、例えば、約３５Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で反応性イオンエッチング装置の酸素プラズマに暴露される。本発明の代替的な実施例では、基板と透明要素は、アルゴンプラズマに暴露される。プラズマ処理後、酸化シリコンの表面は親水性であり、結合を促進する。基板と透明要素は、予め選択された大気雰囲気に室温で接触される。本発明の代替的な実施例では、他の結合手法、例えば共融低温結合及び陽極結合が使用される。
【００３１】
本発明の実施例では、図３−（ｃ）に図解された溶融密封処理は、不活性ガスから構成される雰囲気中で実行される。不活性ガスの例は、特に、窒素、アルゴンである。不活性雰囲気中での溶融密封により提供される利点は、これには限定されないが、デバイス中に発生する振動の減衰及び電気アークの防止を含む。例えば、デバイスがマイクロミラーが配列されたものである場合には、稼動中及びマイクロミラーの動作中に発生する振動は、不活性ガスの存在により減少され、かつ、減衰される。さらに、マイクロミラー配列の要素及び／又は駆動電子部品の間の電気アークの可能性は、不活性ガスの存在により減少される。
【００３２】
図５−（ａ）は、溶融密封時の図３−（ｃ）に図解されたデバイスの上面図である。ｙ方向に走る支持領域５１０は、平行なストリート領域５１２上方に配置され、ｘ方向に走る支持領域５１５は、平行なストリート領域５１７上方に配置される。結合パッド５２０は、反応性のあるデバイス５２２の右側及び左側に配置される。図３−（ｃ）に図解されるように、透明要素中の貫通孔３４８は、結合パッドとの接続を提供する。
【００３３】
本発明の実施例では、溶融密封処理は、単一の透明要素を単一の基板に結合することにより実行される。この実施例では、単一の透明要素の寸法は、基板の寸法に対応するように選択される。例えば、概略３０ｃｍ幅及び長さの透明要素が、直径３０ｃｍの基板に結合される。その代わりに、透明要素は、矩形で、基板より寸法が大きくてもよい。本発明の代替的な実施例では、透明要素の寸法は、基板寸法の一部にすぎない。この代替的な実施例では、溶融密封前に、多数の透明要素が基板表面の対応する領域に配列して配置される。次いで、多数の透明要素は、基板に結合される。例えば、図５−（ｂ）は、基板に配置されたチップ５６０の配列上方の２次元配列に配置された４つの透明要素５５２，５５４，５５６，５５８の概略図である。図５−（ｂ）に図解された代替的な実施例では、透明要素は、隣接する透明要素が面５７０，５７２で互いに接触するように形成される。しかし、このことは必要とは限らない。本発明のさらなる代替的な実施例は、透明要素をずらせて配列し得る。
【００３４】
本発明の実施例によれば、図３−（ｄ）は、溶融密封が完了した後の独立した素子の分離を図解する。図３−（ｄ）に図解された実施例では、独立した素子３６０は、隣接する結合パッドの間に配置されたｙ方向に走る線に沿って分離される。ｘ方向には、素子は、凹部領域３６４外側の透明要素に形成された貫通孔３６２と共に分離面を配列するように分離される。比較のために、ｙ方向の線とｘ方向の線が、図５−（ａ）に、線５３０，５３５としてそれぞれ示されている。
【００３５】
本発明の特定の実施例では、独立した素子は、ダイヤモンド刃を用いて基板をダイス状に切断することにより分離される。代替的な実施例では、素子は、ダイヤモンド画線器を用いて画線することにより分離される。基板がシリコンウェハである本発明の実施例では、素子分離は、回転する円形の研削切刃でシリコン基板を切断することにより実行される。
【００３６】
図６は、本発明の実施例による単一素子の上面図である。チップと凹部領域の横方向の寸法は、予め定められた大きさである。図６に図解された実施例では、チップ６１０の横方向の寸法は、約１７ｍｍ×約１３ｍｍである。チップの中心間隔は、ｘ方向で約２１ｍｍであり、ｙ方向で約１７ｍｍである。この特定の実施例におけるチップは、１０２４×７６８の配列のマイクロミラー６１５を有する。マイクロミラーの縁部は、ｘ及びｙ方向に０．５ｍｍの間隔で、支持領域６２０から離間されている。支持領域は、０．５ｍｍ幅である。支持領域の左右の貫通孔６２５，６２７は、それぞれ、１００μｍの寸法の結合パッド６３０との接続を提供し、１５０μｍピッチで形成されている。代替的に、チップ６１０の中心間隔は１６ｍｍ×１２ｍｍであり、その結果、チップと支持領域との間に０．２５ｍｍの間隔が生成する。もちろん、これらの寸法は、特定の用途に依存する。
【００３７】
本発明の実施形態では、基板と接触する支持領域の表面粗度は、予め定められた程度まで減少される。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）が典型的に支持領域の下方表面の表面粗度を評価するために使用される。例えば、Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製のデジタル装置ＥｎｖｉｒｏＳｃｏｐｅ（商標）が使用可能である。
【００３８】
例えば、本発明の特定の実施例では、支持領域の下方表面の二乗平均は、２μｍ×２μｍの面積について２０ｎｍ以下である。本発明の代替的な実施例では、表面粗度は２μｍ×２μｍの領域全体で約３０ｎｍＲＭＳである。
【００３９】
図７は、本発明の実施例による溶融密封されたパッケージに電気接続を形成してパッケージを装着するために有効な素子単位のパッケージの概略図である。
【００４０】
図７は、溶融密封されたパッケージが、ボール格子配列のようなリードフレーム構造に装着された本発明の実施例を図解する。前述した、分離されたＣＭＯＳ素子、チップ及び溶融密封されたパッケージは、７０５として示されている。本発明の実施形態では、少なくとも１つの相互結合領域が、基板上の独立したチップと対応する。図７に図解された実施例では、相互結合領域または結合パッド７１０は、例えばウェハの上側表面上またはその近傍に配置される。本発明の実施形態では、ＭＥＭＳアルゴリズムに従って機械的デバイスを駆動するために、相互結合パッドは、複数のデバイスと電気的に接続される。このため、相互結合領域７１０で生成された電気信号は、デバイス７１５の機械的動作を生じさせる。前述したように、本発明の特定の実施例では、相互結合領域７１０で生成された電気信号は、透明要素を通過してマイクロミラー配列に入射する光を選択的に反射するように、マイクロミラー配列中に存在するマイクロミラーの一部または全てを変形させる。
【００４１】
相互結合領域（及び従ってデバイス）を外部駆動部に電気的に接続するために、配線結合部７２０が、相互結合領域７１０からリードフレーム構造７２５に配置された電気結合部まで形成される。本発明の実施例では、配線結合部は、直径約２５μｍの金線を用いて作成され、この金線は５００ｍＡを超える電流を搬送可能である。図７に図解された本発明の実施例では、配線結合部は封止材７３０中に封止されている。環境による損傷から電気要素を保護するための例えばプラスチックである封止材の使用は、当業者に周知である。いくつかの実施例では、リードフレームは、溶融密封されたパッケージへの熱負荷を軽減するために、熱拡散部７４２に鑞付けされる。
【００４２】
図７では、封止材は、リードフレーム、配線結合部、相互結合領域、及び貫通孔に隣接する透明要素の両側の少なくとも一部を封止するとともに、封止材のない凹部領域上方に配置された透明要素の表面領域７３５を保持するために適用されている。このため、表面領域７３５の光学特性は、封止材の適用による影響を受けない。図７に図解された実施例では、素子単位のパッケージの全体厚さ７４０は、１．２７ｍｍである。したがって、図７に図解されたパッケージは、光学ＭＥＭＳに有用な溶融密封されたパッケージと非溶融密封されプラスチックで封止されたパッケージの両者を結合する。
【００４３】
図８は、本発明の特定の実施例を採用した反射システムの動作を図解する。本発明の実施形態では、パッケージに入射しパッケージから反射される光を空間的にフィルタリングすることが望ましい。図８に図解された実施例では、光源８１０からの光線は、透明要素８１５の上側表面に入射する。透明要素を通過する光８３０の一部は、複数のデバイス、この実施例ではマイクロミラー配列８２０の表面に入射する。ランプ８１０からの光８３５の他の部分は、透明要素の外周に配置されたフィルタマスク８２５により遮蔽されるかまたはフィルタリングされる。フィルタマスク８２５の左側、上側及び下側により遮蔽された光は、マイクロミラー配列に到達できない。さらに、マイクロミラー配列以外のチップ部分で反射された光は、フィルタマスクの右側で遮蔽される。このため、フィルタマスク８２５の使用により、検出器８４０まで通過する反射光は、パッケージに入射するもとの光線の選択された一部に限定される。
【００４４】
図８に図解された実施例では、フィルタマスクは、透明要素の上側表面に配置されるが、これは必要とは限らない。代替的な実施例では、フィルタマスクは、透明要素の下側表面または側面に配置される。さらに、本発明による実施形態では、透明要素製作時の透明でない材料の使用は、フィルタマスクを補完することができる。本発明の実施例では、フィルタマスクはクロム層を有する。代替的な実施例では、フィルタマスクは、他の反射材または吸収材から構成される。
【００４５】
図８に図解された実施例では、フィルタマスクは、光がマイクロミラー配列以外の素子の部分に当たりまたは当該部分で反射されることを防止する開口領域を形成する。代替的な実施例では、フィルタマスクは、入射（左）側で光を遮蔽し図８の出（右）側では遮蔽しないようにするためにのみ使用される。
【００４６】
上記は、本発明の特定の実施例の完全な記載である一方、上記の記載は、クレームによって規定される発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来のシリコン集積回路パッケージの概略図である。
【図２】従来の溶融密封された透明な集積回路パッケージの概略図である。
【図３】本発明の実施例に従うウェハ単位に溶融密封されたパッケージの概略図である。
【図４】本発明の実施例における二つの透明要素から形成される透明要素の概略図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施例における溶融密封時の透明要素と基板の簡略化された上面図である。（ｂ）は、本発明の別の実施例に従う密閉時における四つの透明要素及び基板の概略図である。
【図６】本発明の実施例に従う溶融密封後の単一のマイクロミラーチップの概略図である。
【図７】本発明の実施例に従う溶融密封された素子を含む素子単位のパッケージの概略図である。
【図８】本発明の実施例に従う反射システムの動作を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
３１０  基板
３１５  チップ
３２０  透明要素
３３９  凹部領域
３４０  支持領域
３４２  支持領域
３４４  ストリート領域
３４６  ストリート領域
３５４  透明カバー
５１０  支持領域
５１２  ストリート領域
５１５  支持領域
５１７  ストリート領域
５５２  透明要素
５５４  透明要素
５５６  透明要素
５５８  透明要素
５６０  チップ
６１０  チップ
６３０  結合パッド
７１０  相互結合領域
７２５  リードフレーム構造
７３０  封止材
【図１】
2005167209.tif 000005
【図２】
2005167209.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005167209.tif 000009
【図６】
2005167209.tif 000010
【図７】
2005167209.tif 000011
【図８】
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