(57)【要約】微細加工デバイス（１５２）は、ウエハ（１５０）の一方側または両側に設けられるキャップ（１５６，１６０）を用いて、ウエハを個々のデバイスに分離する前のウエハ（１５０）の段階でパッケージされる。上面側のキャップ（１５６）は、接着パッド（１５８）を除き、各デバイス（１５２）を覆っている。下面のキャップ（１６０）は、各デバイス（１５２）の全てを覆っている。
2004520706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）上面および下面を有するとともに、少なくとも１つの微細加工デバイスがその内部またはその上に形成されたチップと、
ｂ）上面に接着されるとともに、平面視で前記少なくとも１つのデバイスの一部または全てを覆う第１の成形中空キャップと、
を有し、
第１の成形中空キャップは、ウエハを複数の個々のパッケージに分離する前のウエハ段階で、チップに対して接着されるパッケージ。
【請求項２】
チップの下面に接着された第２の成形中空キャップを更に有している、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
チップの下面に接着され且つ平面視で少なくとも１つのデバイスの一部または全てを覆う第２の成形キャップを更に有している、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項４】
少なくとも１つのデバイスがインクジェットデバイスを含んでいる、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項５】
少なくとも１つのデバイスが加速度計を含んでいる、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項６】
少なくとも１つのデバイスが発光デバイスを含んでいる、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項７】
少なくとも１つのデバイスがレーザを含んでいる、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項８】
各第１のキャップは、１または複数の波長の電磁放射線を少なくとも部分的に透過または半透過する部分を有している、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項９】
各第１のキャップは、これを透過する電磁放射線を屈折させることができる少なくとも１つのサブ部分を中央部に有している、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項１０】
ａ）上面および下面を有するとともに、少なくとも１つのインク射出デバイスが上面上もしくは上面に隣接して配置された半導体チップと、
ｂ）上面に接着されるとともに、平面視で前記少なくとも１つのインク射出デバイスの一部または全てを覆う第１の成形中空キャップと、
を有し、
第１の成形中空キャップは、ウエハを複数の個々のパッケージに分離する前のウエハ段階で、チップに対して接着されるパッケージ。
【請求項１１】
第１のキャップは、少なくとも１つのデバイスによって射出されるインクを周囲環境に逃がすことができる少なくとも１つの開口を有している、請求項１０に記載のパッケージ。
【請求項１２】
チップを貫通して延び且つ少なくとも１つのインク射出デバイスを第２の面に連通させる少なくとも１つのインク供給開口を更に有している、請求項８に記載のパッケージ。
【請求項１３】
ウエハ段階でチップの下面に接着されて第２のキャビティを形成する第２の成形中空キャップを更に有している、請求項８に記載のパッケージ。
【請求項１４】
ウエハ段階でチップの下面に接着されて第２のキャビティを形成する第２の成形中空キャップを更に有し、前記第２のキャップは、平面視で前記少なくとも１つのインク射出デバイスの一部または全てを覆う、請求項８に記載のパッケージ。
【請求項１５】
第２のキャップは、第２のキャビティを外部環境に連通させる少なくとも１つの開口を有している、請求項１３に記載のパッケージ。
【請求項１６】
各第２のキャップは、中央部から延び且つチップに接着されて第２のキャビティを２つ以上のチャンネルに分割する少なくとも１つの壁を有している、請求項１５に記載のパッケージ。
【請求項１７】
第２のキャップは、中央部を貫通して延び且つ各チャンネルを外部環境に連通させる少なくとも１つの開口を有している、請求項１５に記載のパッケージ。
【請求項１８】
各インク射出デバイス毎に１つの開口が設けられている、請求項１１に記載のパッケージ。
【請求項１９】
複数のインク射出デバイスに対して１つの開口が設けられている、請求項１１に記載のパッケージ。
【請求項２０】
複数のインク射出デバイスが設けられ、これらのデバイスは、長手方向に延びる２つ以上のデバイスライン群に配置され、開口は、長手方向に延びて少なくとも１つの群のデバイスと連通するチップの溝である、請求項１２に記載のパッケージ。
【請求項２１】
各溝が２つの群と連通する、請求項１８に記載のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、保護キャップを成形して、マイクロ電子半導体チップに対して各チップ毎を基本にウエハスケールで保護キャップを両側に適用することに関する。特に、本発明は、保護キャップを成形するとともに、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）を組み込んだ半導体チップに対して保護キャップを適用することに関する。しかしながら、本発明は、ＭＥＭＳの用途に限定されない。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップは、通常、チップおよびその配線を外気および機械的なダメージから保護するために、保護層内にパッケージされている。既存のパッケージシステムは、一般に、エポキシ樹脂成形体および熱硬化剤を使用して、チップの周囲に固定保護層を形成する。これは、通常、リードフレームに接着されたダイスカットされたチップにおいて個別に行なわれるため、各ウエハ毎に多数回行なわなければならない。他のパッケージング方法は、密封シールされた金属パッケージまたはセラミックパッケージと、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージおよびピングリッドアレイ（ＰＧＡ）パッケージ等のアレイパッケージとを有している。最近では、ウエハスケールパッケージング（ＷＳＰ）が使用され始めてきている。これは、チップが単離される前のウエハの段階で行なわれる。成形・硬化技術を使用すると、ウエハは、機械的な応力および熱的な応力の両方を受ける。また、そのように形成される保護キャップは、固体の材料片であるため、ＭＥＭＳデバイスに使用することができない。これは、ＭＥＭＳデバイスが高分子材料によって動作不能となるためである。ＭＥＭＳデバイスのための既存のパッケージシステムは、熱的にシールされたパッケージを各デバイス毎に有しており、あるいは、シリコンまたはガラスウエハスケールパッケージングを使用する。これらの両者は、比較的高いコストを伴う作業である。
【発明の開示内容】
【０００３】
１つの広い形態において、本発明は、
ａ）上面および下面を有するとともに、少なくとも１つの微細加工デバイスがその内部またはその上に形成されたチップと、
ｂ）上面に接着されるとともに、平面視で前記少なくとも１つのデバイスの一部または全てを覆う第１の成形中空キャップと、
を有し、
第１の成形中空キャップは、ウエハを複数の個々のパッケージに分離する前のウエハ段階で、チップに対して接着されるパッケージを提供する。
【０００４】
接着パッドは、上面上または上面内に形成されることが好ましいが、下面上または下面内に形成されても良い。
【０００５】
パッケージは、チップの下面に接着された第２の成形中空キャップを更に有していても良い。第２のキャップは、平面視で少なくとも１つのデバイスの一部または全てを覆っても良い。
【０００６】
各デバイスは、インクジェットデバイス、加速度計、発光デバイス、レーザ、他のＭＥＭＳまたはＭＯＥＭＳデバイス、または、他のマイクロ電気デバイスあるいは電子機械デバイス、あるいは、他の微細加工デバイスであっても良い。
【０００７】
第１のキャップは、１または複数の波長の電磁放射線をほぼ透過する部分を有していても良い。
【０００８】
第１のキャップは、これを透過する電磁放射線を屈折させることができる１または複数の部分を有していても良い。
【０００９】
第１のキャップは、１または複数の開口を中央部に有していても良い。
【００１０】
他の広い形態において、本発明は、
面および下面を有するとともに、少なくとも１つのインク射出デバイスが上面上もしくは上面に隣接して配置された半導体チップと、
面に接着されるとともに、平面視で前記少なくとも１つのインク射出デバイスの一部または全てを覆う第１の成形中空キャップと、
を有し、
第１の成形中空キャップは、ウエハを複数の個々のパッケージに分離する前のウエハ段階で、チップに対して接着されるインクジェット印字ヘッドパッケージを提供する。
【００１１】
インクジェット印字ヘッドパッケージの第１のキャップは、各インク射出デバイス毎に、あるいは、インク射出デバイス群毎に、開口を中央部に有していても良い。開口は、各インク射出デバイスによって射出されるインクが周囲環境に逃げることができるように位置合わせされる。
【００１２】
インクジェット印字ヘッドパッケージは、チップを貫通して延び且つ１または複数のインク射出デバイスを第２の面に連通させる１または複数のインク供給開口を更に有していても良い。
【００１３】
インクジェット印字ヘッドパッケージは、ウエハ段階でチップの下面に接着されて第２のキャビティを形成する第２の中空キャップを更に有していても良い。第２のキャップは、平面視で１または複数のインク射出デバイスの一部または全てを覆っても良い。第２のキャップは、第２のキャビティを外部環境に連通させる少なくとも１つの開口を有していても良い。
【００１４】
各第２のキャップは、中央部から延び且つチップに接着されて第２のキャビティを２つ以上のチャンネルに分割する１または複数の壁を有していても良い。第２のキャップは、中央部を貫通して延び且つ各チャンネルを外部環境に連通させる１または複数の開口を有していても良い。
【００１５】
チップは、チップの厚さを貫通して延び且つデバイスをチャンネルに連通させる１または複数の溝または開口を有していても良い。各チャンネル毎に１つの溝が設けられていても良く、また、１つのチャンネル毎に複数の溝が設けられていても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１および図２には、ウエハスケールで半導体ウエハ上に保護キャップを形成する従来の方法が示されている。半導体ウエハ１０は、内部にキャビティ１４が形成されたモールド（型）１２に対して押し付けられている。また、キャビティ１４内には液状高分子材料１６が注入されている。高分子材料は、固体の保護キャップ１８を形成するようになっている。その後、ウエハは、ウエハ鋸（ｗａｆｅｒ  ｓａｗ）を使用して単離（ｓｉｎｇｕｌａｔｅ）される。この技術は、その上にＭＥＭＳデバイスが形成されたウエハには適用できない。なぜなら、液状高分子材料がＭＥＭＳデバイスを取り囲んでその駆動を妨げるからである。
【００１７】
図３は、ＭＥＭＳデバイスを保護するための従来技術を示している。象徴的に示されたＭＥＭＳデバイス２４を有するＭＥＭＳチップ２０がシリコンウエハ２６に接着される。これは、各チップステージまたはウエハステージで行なわれても良い。一般に、ウエハ２６は、ＫＯＨ等のエッチング剤を用いた結晶異方性エッチングによりエッチングされ、これにより、ＭＥＭＳデバイスの位置に対応する一連の凹部２８が形成される。ウエハ２６は、ＭＥＭＳウエハ２０と注意深く位置合わせされ、ＭＥＭＳウエハ２０に対して接着される。このような手段は、ＭＥＭＳデバイスをパッケージする有効な手段であるが、余分なシリコンウエハ（あるいは、時として、ガラス）を必要とし、また、このシリコンウエハをエッチングしてキャビティを形成しなければならないため、費用がかかる。
【００１８】
図４は、その上に表面ＭＥＭＳ３２が形成されたＭＥＭＳウエハ３０を示している。このウエハ３０には、本発明にしたがって、熱可塑性材料から成る中空の保護キャップ３４が接着して設けられており、これにより、ＭＥＭＳデバイスのための機械的で且つ大気から成る保護バリアが形成されている。ＭＥＭＳデバイスが動作できるように、キャップ３４は、ウエハとともにキャビティを形成する。
【００１９】
成形された熱可塑性の中空キャップを使用すると、安価なパッケージングを行なうことができる。しかしながら、従来の技術は、必要な精度および微細加工されたデバイスに必要な熱的安定性を与えない。
【００２０】
図５〜図７は、微細加工されたデバイス４４から成る多数の群４２を有する半導体ウエハ４０をパッケージングできる技術を示している。この場合、デバイス群４４は、象徴的に示されており、上面４６上または上面４６内に形成されている。
【００２１】
従来の射出成形法およびスチール金型５０，５２を使用して、キャップ４８の配列が形成される。これらのキャップは、デバイス群４２と同じ公称間隔で、スプルール（ｓｐｒｕｌｅ）５４上に支持されている。この方法を使用すると、ほとんどと言っていいほど、図２０に示されるように、結果的にＭＥＭＳデバイスの破壊を伴うアライメント不良が生じる。図２０において、キャップ４８ａは、そのＭＥＭＳデバイス群４２ａと正確に位置合わせされている。しかしながら、キャップ同士の間隔がデバイス群同士の間隔よりも大きいため、キャップ４８ｂが正確に位置合わせされていない。しかし、キャップ４８ｂは、そのデバイス群４２ｂのいずれのＭＥＭＳデバイスも破壊していない。これに対し、キャップ４４ｃ，４４ｄは、大きなアライメント不良を起こしており、キャップの周壁が１または複数のＭＥＭＳデバイス４４上にのしかかっており、ＭＥＭＳデバイスの機能を損ねている。
【００２２】
このようなアライメント不良は、スプルール材料とシリコンウエハとの熱膨張の差、成形部品の剛性不足、これらの技術を使用して正確に位置合わせしてウエハに高分子を接着できるように設計された機械部品の不足、を含む多くの要因によって生じ得る。
【００２３】
これに対する解決策は、シリコン等のウエハと同じ熱膨張係数を有するツール（道具）を使用することである。図８および図９は、シリコンツール６０を使用して熱可塑性キャップ６０の列を保持することによりキャップをシリコンウエハ４０に接着する技術を象徴的に示している。ツール６０は、ウエハ４０と同じ材料によって形成されているため、温度の変化によってアライメントが変化しない。すなわち、キャップ６０同士の間隔は、ＭＥＭＳデバイス４４から成る群４２同士の間隔と同じ大きさだけ変化する。そのため、接着時に、図９に示されるように全てのキャップが正確に位置合わせされる。また、シリコンを必要な精度で加工する多くの経験がある。
【００２４】
図１０〜図１６は、中空の保護キャップを形成して、この保護キャップをウエハ、好ましくは半導体ウエハに適用する第１のシステムを概略的に示している。
【００２５】
図１０は、図４に示される中空の保護キャップを形成するための成形システム１００を示している。この保護キャップは、ＭＥＭＳデバイスまたは任意の他の微細加工デバイスと共に使用されても良い。成形システム１００は、２つのシリコンウエハ１０２，１０４を有している。上側のウエハ１０２は、従来のリソグラフィおよびディープシリコンエッチング技術を使用して処理されることにより、その下面１０８に一連の凹部１０６を有している。下側のウエハ１０４は、同様に処理されることにより、凹部１０６の端と位置合わせされる一連の溝１１２をその上面１１０に有している。凹部１０６および溝１１２は、処理されるウエハのチップサイズに合わせて、また、ウエハ上での間隔の繰り返しに対応する中心での繰り返しに合わせて、寸法付けられる。図示の実施形態において、保護キャップは、ＭＥＭＳインクジェット印字ヘッド用に設計されているため、平面視において、その幅に対して長さが非常に長くなっている。凹部は、その端部が図示されていないが、矩形である。溝１１２の端部は図示されていないが、各凹部の両側の溝１１２は、実際には、平面視で矩形状を成す１つの溝である。
【００２６】
隣り合うキャップにおける溝１１２は、エッチングされなかった材料部分１１４を形成する。同様に、隣り合う凹部１０６は、エッチングされなかった材料部分１１６を形成する。これらの材料部分１１４，１１６は、互いに位置合わせされ、２つのウエハ同士が押し付けられる際にこれらの材料部分１１４，１１６で２つのウエハが互いに接触する。
【００２７】
キャップの周囲のための溝１１２が全て下側ウエハ１０４内にあり、中央部のための凹部１０４が全て上側ウエハ１０２内にあるように、２つの表面をエッチングした。
【００２８】
エッチングされなかった表面上でのみ成形ウエハ同士が接触しなければならないというものではない。また、たった１つのモールド内で１つの凹部により中央部が形成されなければならないというものでもなく、たった１つのモールド内で１つの溝または１つの凹部によって周壁が形成されなければならないというものでもない。モールド間の有効な分割ライン（割れ目）は、望ましい任意の位置に配置されても良く、平面である必要はない。しかしながら、分割ラインの平面性は、一般に、モールドの製造（組立）を容易にする。
【００２９】
また、アセンブリ１００は、上側リリースウエハ（解放ウエハ）またはイジェクトウエハ（射出ウエハ）１１８と、下側リリースウエハまたはイジェクトウエハ１２０とを有している。これらの上側および下側のリリースウエハは、従来のリソグラフィおよびディープシリコンエッチング技術を使用して処理されることにより、一連のリリースピン（解放ピン）１２２，１２４をそれぞれ有するシリコンウエハである。上側および下側の成形ウエハ１０２，１０４は、ピン１２２，１２４を受ける対応する穴１２６，１２８を有して形成されている。上側の穴１２６は、各凹部１０６の中心または軸にほぼ向けて位置されており、一方、下側の穴１２８は溝１１２内に位置されている。しかしながら、穴１２６，１２８は、その位置が特に重要ではなく、成形されたキャップを射出できるように配置されていれば良い。
【００３０】
リリースピン１２２，１２４は、対応する穴の深さよりも長い。ピン１２２の自由端が穴１２６の内端と位置合わせされると、上側成形ウエハ１０２と上側リリースウエハ１１８との間に隙間１３０が形成される。この実施形態において、下側ピン１２４の長さは、下側成形ウエハ１０４の厚さと同じである。しかしながら、ピン１２４の長さは、ウエハの厚さよりも長くても良く、あるいは、短くても良い。ピン１２４の長さが下側ウエハ１０４の最大厚よりも短い場合、穴１２８の深さ、すなわち、少なくとも溝１１２で減ったウエハ１０４の厚さよりもピン１２４を長くする必要がある。下側のウエハ１０４，１２０は、ピン１２４が穴１２８内に部分的に挿入されるが穴１２８を越えて溝１１２内へと延びず、２つのウエハ間に隙間１３２が形成されるように、位置決めされる。ピン１２４は、穴の端部と面一になるように延びて、溝１１２に略平坦なベースを形成することが好ましい。
【００３１】
成形ウエハおよびリリースウエハの厚さは約８００ミクロンであり、隙間１３０，１３２の厚さは１０〜１００ミクロンのオーダーである。しかしながら、これは重要ではない。
【００３２】
成形ツール（成形の型）は、滑らかなエッチングを形成するため、ボッシュエッチングではなく、低温ディープシリコンエッチングを使用してエッチングされることが好ましい。ボッシュエッチングは、ピンやキャップ凹部の側壁等のエッチングされた側壁にスキャロッピング（ｓｃａｌｌｏｐｉｎｇ）を形成する。このスキャロッピングにより、成形材料からモールド（型）を解放することが非常に難しくなる。これに対し、低温エッチングを使用すると、エッチングされた壁が非常に滑らかとなり、モールドの解放が容易になる。
【００３３】
２つのウエハ１０２，１０４間には、厚さが約２００〜５００ミクロンの熱可塑性材料から成るシート１３４が配置される。また、アセンブリは、オーストラリアのシャーディングのエレクトロニック・ビジョンズ・グループから市販されているＥＶ５０１等の従来のウエハ接着マシン内に配置される。
【００３４】
アセンブリは、マシン内で機械的に一括して押圧されるが、成形ウエハ同士を互いに押し付けて、大気圧を越える圧力を隙間１３０，１３２に作用させることにより、熱可塑性シートを変形させても良いことは言うまでもない。あるいは、他の手段を使用しても良い。
【００３５】
シート１３４は、熱伝導によって加熱されても良いが、図１２に矢印１３６で示されるように、放射線、好ましくは赤外線を使用して加熱されることが望ましい。熱伝導による加熱と放射線加熱とを組み合わせて使用しても良い。成形ウエハ１０２，１０４およびリリースウエハ１１８，１２０はそれぞれ、シリコンによって形成され、約１０００ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲の波長の赤外光をほぼ透過する。選択された材料１３４は、本質的にこの波長範囲内の光を吸収し、あるいは、この波長範囲内の光を吸収するように添加される。材料１３４がこの範囲内の光を本質的に吸収しない場合、適した添加剤は、これらの波長の光を吸収する“カーボンブラック”（無定形炭素粒子）である。他の適した添加剤を使用しても良い。
【００３６】
シート１３４は、２つの成形ウエハ間に配置され、矢印１３６で示されるように、適当な波長の赤外光に晒される。赤外線は、対称に加熱できるようにウエハおよびシート１３４の両側から供給されることが好ましいが、これは必須要件ではない。赤外線が片側のみから供給されても良い。シリコンウエハが赤外線を透過するため、赤外線は、ウエハを通り過ぎてシート１３４によって吸収される。適した温度まで加熱した後、成形ウエハ同士を互いに押し付けて、シート１３４を変形させても良い。特に熱伝導を使用する場合には、シート１３４が十分に加熱されるのを待つことなく、シート１３４が加熱されている間にウエハ同士を押し付けても良い。シリコン以外の材料が使用される場合、その使用される材料を透過する他の波長の電磁放射線によってシート１３４が加熱されても良い。
【００３７】
シート１３４は、ウエハ接着マシン内で処理されると、凹部１０６および溝１１２によって規定されるキャビティの形状に成形される。また、材料は、図１３ａに矢印１４２で示されるように、２つの部分１１４，１１６間の隙間から実質的に押し出され（圧搾され）、これにより、一連のキャップ１３８が形成される。
【００３８】
前述したように、成形ウエハ１０２，１０２は、従来のリソグラフィおよびディープシリコンエッチング技術を使用して形成される。このプロセスの精度は、使用されるリソグラフィおよびレジストによって決まる。シリコン対レジストのエッチング選択度は、一般に、約４０：１〜約１５０：１である。この場合、５００μｍの厚さのエッチングでは、約１５μｍ〜４μｍのレジスト厚が必要である。接触マスクまたは近接マスクを使用すると、約２μｍの臨界寸法を達成することができる。ステッパー、電子ビーム、あるいは、Ｘ線リソグラフィを使用すると、１ミクロン未満まで臨界寸法を小さくすることができる。したがって、部分１１４と部分１１６との間から材料１３４を完全に押出して、隣り合うキャップ１３６を完全に分離することができる。また、製造公差に起因する相対表面の位置の変化により、最大で約２ミクロンの厚さの薄い層１４０を、隣り合うキャップ１３６同士の間の部分１１４，１１６間に残しても良い。
【００３９】
成形ウエハまたはリリースウエハが半導体材料から成ることは必須の要件ではなく、また、これらのウエハが従来のリソグラフィおよびディープシリコンエッチング法を使用して処理されることも必須の要件ではない。必要に応じて、他の材料および方法を使用しても良い。しかしながら、半導体ウエハと同様の材料を使用すると、温度変化があまり影響しないため、精度が良くなる。また、リソグラフィおよびディープシリコンエッチング法は、良く理解されており、必要な度合いの精度を与える。また、１つの製造プラントを使用して、半導体デバイスおよび成形装置の両方を製造しても良い。
【００４０】
２つの成形ウエハ１０２，１０４間から材料を押し出す際に材料が移動できる空間が存在するように、２つの成形ウエハ１０２，１０４を形成する必要があることは言うまでもない。
【００４１】
保護キャップ１３８を形成した後、材料１３４を上側成形ウエハ１０２に付着させたまま、下側の成形ウエハ１０４およびリリースウエハ１２０を取り除くことが好ましい。下側の成形ウエハとリリースウエハとの間の隙間１３２に負圧を作用させる。リリースウエハ１１８，１２０は、アセンブリ内に装着固定されている。一方、成形ウエハ１０２，１０４は、ウエハの基準面に対して垂直に移動できる。したがって、下側成形ウエハ１０４は、リリースウエハ１２０に向けて下方に引き下げられる。リリースウエハ１２０のピン１２４は、材料１３４に対して強固に押し付けられているため、材料１３４を所定の位置に保持するとともに、材料が下側成形ウエハ１２４と共に下方に移動することを防止する。この段階後のアセンブリ１００の配置構成が図１５に示されている。
【００４２】
この時、下側リリースウエハ１２０は、ピン１２４によってのみ材料１３４と接触するため、材料１３４を上側成形ウエハ１０２から引き離すことなく、下側リリースウエハ１２０と材料１３４との接触状態を解除することは比較的容易である。これが行なわれた後、アセンブリは図１６に示される配置構成となり、材料１３４は、更なる処理に晒されて、ウエハに対して取り付けられる。
【００４３】
シート１３４は、上側成形ウエハに取り付けられたまま、図１７に示されるように、下側から、エッチング、好ましくは酸素プラズマエッチングに晒され、これにより、材料から成る薄い層１４０が除去される。残りの材料の厚さが十分に大きいため、エッチングは、残りの材料に影響を殆ど及ぼさない。エッチングされたアセンブリが図１８に示されている。
【００４４】
その後、アセンブリは、その上に多くのチップが形成されたウエハ１４４上に配置される。各チップは、複数のＭＥＭＳデバイス１４６を有している。構成部品は、位置合わせされた後、キャップ１３８をウエハに接着させるためにＥＶ５０１等の従来のウエハ接着マシン内に配置される。各キャップがチップの全て又は一部の上を覆うように、チップの列が位置決めされる。デバイスは、象徴的に図示されており、ＭＥＭＳデバイス、ＭＯＥＭＳデバイス、他の微細加工デバイス、受動電子素子、または、従来の半導体デバイスであっても良い。
【００４５】
ウエハ接着マシンからアセンブリを除去した後、上側の隙間１３０に負圧を作用させて、上側成形ウエハ１０２を上側リリースウエハ１１８に向けて上方に引き上げる。下側成形ウエハ１０２の解放と同様に、キャップ１３８は、上側リリースウエハのピン１２２によって所定の位置に保持される。したがって、上側成形ウエハの移動作用に起因してキャップがウエハから誤って外れてしまう可能性を、完全に防止できないとしても、低減することができる。
【００４６】
この時、ウエハ１４４は、各チップが別個のキャップ１３８によって保護された状態となっている。この状態で、ウエハを個々のダイに単離することができる。チップが規則的な配列で配置される場合、従来のウエハ単離方法−ソーイング（鋸切り）またはスクライビング（刻み付け）を使用しても良い。しかしながら、チップ間の分割ラインが規則的でない場合、あるいは、チップが非常に脆弱でソーイングやスクライビングを行なうことができない場合には、ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）を使用してウエハを単離しても良い。ＤＲＩＥは、ウエハのソーイングよりも非常に高価であるが、ウエハが既にウエハディープエッチングによって要求されている場合には、ＭＥＭＳデバイスの数の増加と同様に、実際的価値がない。エッチングが使用される場合、次に、ウエハ１４４は、アルカテル６０１Ｅまたは表面技術システム高性能シリコンエッチングマシン等のエッチングシステム内で、ディープシリコンエッチングに晒され、これにより、ウエハ１４４が各パッケージに分離される。このエッチングは、１分間に約２〜５ミクロンの速度で行なわれ、ウエハのキャップ側またはウエハの下側から施されても良い。エッチングは、異方性が高く（方向性があり）、エッチング方向の横からシリコンをエッチングすることは殆どない。エッチングがキャップ側から施される場合には、キャップ１３８がマスクとして作用し、キャップ間のシリコン材料だけがエッチングされる。各チップ間の全てのシリコン材料が除去されるまでエッチングが続けられることにより、その後のプロセスのためにチップ１４８が分離される。エッチングが下側から施される場合には、ウエハの下面に別個のマスクを加える必要がある。
【００４７】
分離段階でディープエッチングの方向に晒される（露出される）任意のシリコンは、エッチングによって除去される。したがって、エッチングが上端（キャップ）側から施される場合、チップの上面上に保持する必要がある電気接着パッド等の任意の露出シリコンは、レジスト等によって保護されなければならない。レジストは、ワイヤボンディング前に除去されなければならない。あるいは、ウエハの下面にマスクを加えて、後側からディープシリコンエッチングを行なう。また、ウエハの下面に第２のキャップを設けても良い。この場合、上側のキャップと同じ形成方法を利用するとともに、下側のキャップをエッチング用のマスクとして使用する。ウエハの段階で上側のキャップおよび下側のキャップの両方を設けることにより、各チップは、単離前にほぼ完全にパッケージされる。
【００４８】
図２２は、上面および下面の両方に保護キャップを設ける技術を示している。この図は、その上面１５４に一連のＭＥＭＳデバイスチップ１５３が形成されたウエハ１５０を示している。各チップ１５３は、１または複数のＭＥＭＳデバイス１５２を有するとともに、他の微細加工素子を選択的に有している。前述した本発明の技術により、上面１５４には、保護キャップ１５６の第１のセットが形成されている。各チップ１５３の接着パッド１５８は、上面１５４上にあり、保護キャップ１５６によって覆われていない。前述した本発明の技術により、ウエハの下面１６２には、保護キャップ１６０の第２のセットが形成されている。保護キャップの第１および第２のセットは、連続的にウエハに設けられても良く、あるいは、同時にウエハに設けられても良い。設ける順番は重要ではない。キャップ１６０の第２のセットは、各チップ１５３の下側に配置されるが、第１のセット１５６よりも大きく、接着パッド１５８の下側でこれを越えて延びている。
【００４９】
その後、ウエハ１５０は、各チップを分離するため、矢印１６４によって示されるように、ウエハの上面からではなく、ウエハの下面からディープシリコンエッチングに晒される。したがって、下側のキャップ１６０は、接着パッド１５８に対してマスクとして作用するとともに、エッチングプロセスが非常に方向性を有しているため、各チップの下側キャップ１６０間のシリコンだけがエッチンングによって除去される。下側キャップの輪郭の内側にある上面上の接着パッド１５８および他の露出する部分は、実質的にエッチングによって影響を受けないため、チップ１５２がエッチングによって損傷することはない。
【００５０】
中空の空間が必要な場合には、第２のセットのキャップを設けるだけで済むことは言うまでもない。しかし、第２のセットのキャップが不必要で望ましくない場合、下面上にレジストをグリッドパターンでコーティングして、露出するチップ間の領域をディープエッチングのために残しても良い。
【００５１】
図３８および図３４は、パッケージＭＥＭＳインクジェット印字ヘッド２２０を示している。印字ヘッド２２０は、一連のＭＥＭＳインクジェットデバイス２４４がその上面２４６上または上面２４６内に形成されたＭＥＭＳインクジェットウエハ２４２を備えている。インクジェットデバイス２４４は、ウエハ２４２に沿って横方向および長手方向に延びている。この実施形態においては、インクジェットデバイス２４４から成る４つのコラム対が設けられ、各コラム対はチップを横切って延びており、これらはインクの異なる色のために使用されても良い。インクジェットデバイス２４４から成る各コラム対は、インク供給チャンネルと、開口と、ウエハの厚さを完全に貫通して延びるパイプまたはチューブ２６２とを有している。インクは、パイプ２６２を通じて供給される。各コラム対においては、インクジェットデバイス２４４が２つのコラム内で長手方向に配置される。この場合、隣り合うインクジェットデバイスは、行間隔の半分で配置される。
【００５２】
ウエハの上面２４６には、保護キャップ２３１が接着されている。キャップ２３１は、図１〜図１７に関して説明した技術を使用して形成されることが好ましい。ウエハをパッケージするための好ましい技術について図１８〜図３３を参照して説明する。キャップ２３１は、各インクジェットデバイス２４４毎に開口２３８を有しており、紙等の基材上にインクを噴射できるようになっている。チップへの電気的な接続は、上面２４６上に設けられた接着パッド２７０および配線２７２によって形成される。
【００５３】
チップは、その下面２５６上に接着された第２のキャップ２５８を有している。このキャップは、上側のキャップと同様に形成されるが、キャップに沿って長手方向に延びる一連のチャンネル２６０を有するように形成される。キャップ２５８は、チップに接着される時にチャンネル２６０が互いに隔離されるがチャンネル２６０がインク供給開口２６２と連通するように形成される。また、キャップ２５８は、チャンネル２６０と連通する多くの開口２２４を有して形成される。これらの開口は、キャップ２５８の長手方向に沿って千鳥状に設けられていることが好ましい。これにより、キャップと直交して延びるインク供給手段（図示せず）を接続することができる。前述したように、インクジェットデバイスの４つのセットと、対応するチャンネルとが設けられており、これらには、必要に応じて、様々なカラーインクが供給される。
【００５４】
上側キャップ２３１の形成は、図１〜図１７に関して説明した技術を使用して、熱可塑性シートを図２３に示されるように成形することにより始まる。
【００５５】
ＭＥＭＳインクジェット印字ヘッドは、通常、全ページ幅印字ヘッドであり、したがって、印字ヘッドは、全ページ幅にわたって延びる僅かな数の列のインクジェットデバイスを有している。したがって、保護キャップは、幅が比較的小さく、長さが長い。キャップは、シート内に延び且つシートから延びる長さをもって、幅を横切る断面で示されている。
【００５６】
図２３に示されるように、上側モールド２０２には、コラム状のロッド２０６を形成する複数の開口が設けられている。これらのロッド２０６は、２つのコラムから成るセットを４つ形成するように配置されており、各コラムは、凹部２１０のベース２０８から延びている。この凹部２１０は、印字ヘッドの長さである。ロッドの自由端は、モールド全体の下面２１２と同じ平面内にある。各コラムのロッドは一定の間隔を有しており、隣り合うロッドは、この間隔の半分だけオフセットされている。これにより、各グループの２つのコラムを、他よりも間隔を接近させることができる。
【００５７】
上側モールド２０２には、その長手方向に沿って一定の間隔で、一連の解放ピン開口２１４が設けられている。また、上側解放ウエハ２１６には、これらの開口２１４内に摺動可能に挿入される上側解放ピン２１８が設けられている。開口は、凹部２１０の横方向端部にあることが好ましい。
【００５８】
下側モールド２０４には、長手方向に延びる２つの溝２２０が設けられており、溝の横方向端部は、凹部２１０の横方向端部と位置合わせされる。下側モールド２０４は、その長手方向に沿って一定の間隔で、一連の下側解放ピン開口２２４を有している。また、下側解放ウエハ２２６には、これらの開口に摺動可能に挿入される下側解放ピン２２８が設けられている。開口２２４は、溝２２０の横方法端部にあることが好ましい。
【００５９】
明確のため、図１９〜図２６において、各ロッド群の２つのコラムは、１つのコラムとして図示されている。
【００６０】
熱可塑性材料から成るシート２３１は、一般的に説明した技術により、２つのモールド間で押圧されるとともに、図２４に示されるように赤外線２３９によって加熱されて一連のキャップ２３３を形成する。これにより、図２６に示されるような形態となる。図２６に示されるように、ロッド２０６は、下側モールドの上面２３４に対して位置合わせされ、ロッド２０６と下側モールド２０４との間の空間から熱可塑性材料を押し出す。製造公差により、熱可塑性材料は完全に除去されず、フラッシング２３６が残る。
【００６１】
モールド２０４と解放ウエハ２２６との間の空間２５８に負圧を作用させることにより、下側モールド２０４は、熱可塑性材料から引き離される。下側解放ピン２２８は、下側ウエハ２０２の厚さよりも長さが短いため、下側モールド２０２は、図２７に示されるように、熱可塑性材料の側壁に取り付いたままである。その後、図２８に示されるように、下側モールド２０２および解放ウエハ２４６が引き離される。
【００６２】
その後、図２４に示されるように、熱可塑性材料２３１は、上側モールドに取り付いたまま、下側から、エッチング、好ましくは酸素プラズマエッチングに晒され、これにより、フラッシング材料２３６が除去される。このエッチングにより、図３０に示されるように、ロッド２０６の端部が露出し、実際に、ロッド２０６によって形成される全ての開口２３８が熱可塑性材料２３１の厚さを貫通して延びる。残りの熱可塑性材料の厚さが十分に大きいため、エッチングは、残りの熱可塑性材料に影響を殆ど与えない。
【００６３】
その後、図３１に示されるように、キャップ２３３は、インクジェットデバイス２４４が上面２４６に形成された微細加工デバイスウエハ２４３に接着される。インクジェットデバイスの各セットのための接着パッド２７０は、各キャップ２３３のフットプリントの外側に設けられている。１つのキャップ２３３だけが図示されているが、多くのキャップが並設されていることは言うまでもない。デバイスウエハ２４３の下面には、ハンドリングウエハ２４８が接着されている。ＵＶ活性解放コーティング２５０が使用されることにより、ＵＶ光の照射時に、コーティングは、ハンドリングウエハ２４８をデバイスウエハ２４３から解放する。
【００６４】
キャップ２３３は、前述したようにデバイスウエハに対して接着される。また、上側モールド２０２は、前述した２段階真空除去技術を使用して除去され、図３２に示されるようにキャップ付きのデバイスウエハが残る。ハンドリングウエハ２５２は、その後、図３３に示されるようにキャップ２３３に接着される。この場合も、ＵＶ活性解放コーティング２５４を使用することにより、ＵＶ光の照射時に、コーティング２５４は、ハンドリングウエハ２５２をキャップ２３３から解放する。
【００６５】
その後、図３４に示されるよに、下側ハンドリングウエハ２４８は、ＵＶ光を照射することにより除去され、これにより、露出したデバイスウエハ２４３の下面２５６が残る。その後、図３５に示されるように、第１のキャップと同様の技術を使用して形成される一連の下側キャップ２５８は、デバイスの下面２５６に対して接着される。下側キャップ２５８は、長手方向に延びる４つの溝２６０を有している。これらの溝は、デバイスウエハ２６０の溝２６２と位置合わせされる。下側キャップ２５８がこれらを形成するために使用される下側モールド２６４および下側解放ウエハ２６６を使用して接着され、モールドが上側キャップの解放と同様の方法で解放されることにより、図３６に示されるように、上側ハンドリングウエハ２５２が取り付いたアセンブリが残る。この上側ハンドリングウエハ２５２は、その後、ＵＶ光の照射（図３７参照）により除去され、図３７に示されるようにウエハが残る。その後、図３３および図３４に示されるように、ウエハが単離され、個々の印字ヘッドチップがパッケージコネクタに装着されて接続される。
【００６６】
また、１または複数の中間点でキャップの長手方向に沿って４つのチャンネルにインクを供給できるように、下側キャップには、溝２６０内に、インク供給開口２６８が形成されている。また、インクは、溝２６０の一端または両端から供給されても良い。
【００６７】
明細書の全体にわたって、半導体、特にシリコン半導体について言及してきたが、本発明は、半導体やシリコン系の半導体に限定されず、半導体以外のデバイスおよびガリウムヒ素半導体等のシリコン系以外の半導体にも適用できることは言うまでもない。
【００６８】
特にＭＥＭＳデバイスに関して本発明を説明してきたが、本発明は、ＭＥＭＳデバイスまたはＭＯＥＭＳデバイスに限定されず、ウエハ上に一括形成されるあるいは一括形成されても良い任意のデバイスに適用できることは言うまでもない。
【００６９】
当業者であれば分かるように、本発明の思想および範囲から逸脱することなく、ここで説明した実施形態に多くの自明な変更および変形を成すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】半導体チップ上に保護キャップを形成する従来の方法を示している。
【図２】図１の方法にしたがって形成された従来のパッケージングの断面を示している。
【図３】ＭＥＭＳデバイスの従来のパッケージングの断面を示している。
【図４】本発明にしたがってパッケージされたＭＥＭＳデバイスの断面を示している。
【図５】成形キャップを形成することができる装置を示している。
【図６】図５ａの装置を使用して形成されたキャップをシリコンウエハに取り付ける方法を示している。
【図７】互いに接着された図６のウエハおよびキャップを示している。
【図８】成形されたキャップを本発明にしたがってシリコンウエハに取り付ける方法を象徴的に示している。
【図９】互いに接着された図８のウエハおよびキャップを示している。
【図１０】保護キャップを形成するための装置の分解断面図を示している。
【図１１】図１０の装置の分解斜視図を示している。
【図１２】成形開始時における図１０の装置の断面図を示している。
【図１３】成形の終了後であってモールドの一方側が他方側から解放される直前における図１０の装置を示している。
【図１３ａ】図１３の拡大図を示している。
【図１４】図１３に対応する図１０の装置の斜視図を示している。
【図１５】一方のモールドが部分的に除去された後における装置の側断面図を示している。
【図１６】一方のモールドが完全に除去された後における装置の側断面図を示している。
【図１７】エッチングを受ける装置の側断面図を示している。
【図１８】エッチングを受けた後における装置の側断面図を示している。
【図１９】ウエハへの適用および第２のモールド除去開始時における装置の側断面図を示している。
【図２０】キャップ付設後におけるウエハの側断面図を示している。
【図２１】ウエハの単離後における一連のチップの側断面図を示している。
【図２２】ウエハの単離前に両側にキャップが設けられたウエハの側断面図を示している。
【図２３】インクジェットデバイスのための保護キャップを形成する装置の分解斜視図を示している。
【図２４】組立時における図２３の装置の斜視図を示している。
【図２５】成形開始時における図２３の装置を示している。
【図２６】成形後であって、モールドの最初の１つを引き離す前の段階における図２３の装置を示している。
【図２７】第１のモールドを引き離した後における図２３の装置を示している。
【図２８】第１のモールドを除去した後における図２３の装置を示している。
【図２９】エッチングが施されている装置の側断面図を示している。
【図３０】エッチングが施された後における装置の側断面図を示している。
【図３１】第２のモールドを除去してＭＥＭＳインクジェットデバイスのウエハへ取り付け始める際の装置の側断面図を示している。
【図３２】キャップの取り付け後におけるウエハの側断面図を示している。
【図３３】上側および下側のハンドリングウエハが取り付けられたウエハの側断面図を示している。
【図３４】下側のハンドリングウエハが除去されたウエハの側断面図を示している。
【図３５】一連の下側キャップが設けられたウエハの側断面図を示している。
【図３６】一連の下側ウエハが設けられ且つモールド装置が除去されたウエハの側断面図を示している。
【図３７】上側ハンドリングウエハが除去された後におけるウエハの側断面図を示している。
【図３８】単離後の、最終的なパッケージ状態における、図２６〜図３２のパッケージＭＥＭＳチップの内の１つの側断面図を示している。
【図３９】単離後の、図２６〜図３２のパッケージＭＥＭＳチップのうちの１つの断面斜視図を示している。
【符号の説明】
【００７１】
１５８  接着パッド
１５６，１６０  保護キャップ
１５３  チップ
１５４  上面
１５２，１５３  ＭＥＭＳデバイス
１５０  ウエハ
１６２  下面
１６４  矢印
【図１】
2004520706.tif 000003
【図２】
2004520706.tif 000004
【図３】
2004520706.tif 000005
【図１２】
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【図１７】
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【図２９】
2004520706.tif 000008
【図３１】
2004520706.tif 000009
【図３４】
2004520706.tif 000010
【図３７】
2004520706.tif 000011
【国際公開パンフレット】
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2004520706.tif 000013
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【国際調査報告】
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2004520706.tif 000056