(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ウエハの第１の面に複数の微細加工デバイスを形成するステップと、
ｂ）平面視で、各微細加工デバイスの一部あるいは全部を覆う複数の第１成形中空キャップを、前記ウエハと同じ熱膨張係数を有するツールで保持するステップと、
ｃ）平面視で、各微細加工デバイスの全部を覆うように、前記複数の第１成形中空キャップを前記ウエハの第１の面に接触させるステップと、
ｄ）前記複数の第１成形中空キャップを前記ウエハの第１の面に接着するステップと、
ｅ）前記ウエハを複数の個々のパッケージに分離するステップと、
を含む微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項２】
ステップｅ）において、前記ウエハは、ディーププラズマエッチングにより、個々のパッケージに分離される、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項３】
ステップｅ）の前に、平面視で、各微細加工デバイスの全部を覆うように、前記複数の第２成形中空キャップを前記ウエハの第２の面に接着するステップを更に含む、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項４】
ステップｅ）の前に、平面視で、各微細加工デバイスの全部を覆うように、前記複数の第２成形中空キャップを前記ウエハの第２の面に接着するステップを更に含み、ステップｅ）において、前記第２の面側から前記ウエハにディーププラズマエッチングを施すことにより、前記複数の第２成形中空キャップの外周同士の間の前記ウエハを除去して、前記ウエハを複数の個々のパッケージに分離する、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項５】
前記複数の第１成形中空キャップは、赤外線を吸収する材料からなる、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項６】
前記複数の第１成形中空キャップは、１０００ｎｍ〜５０００ｎｍの波長範囲内の赤外線を吸収する材料からなる、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項７】
前記複数の第１成形中空キャップは、熱可塑性材料からなる、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項８】
ステップｅ）において、１つの第１成形中空キャップが取り付けられた個々のパッケージに前記ウエハを分離する、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項９】
ステップｂ）において、前記複数の第１成形中空キャップは、キャップ材料からなる薄い層によって互いに接続され、前記薄い層は、ステップｃ）の前に除去される、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項１０】
ステップｂ）において、前記複数の第１成形中空キャップは、キャップ材料からなる薄い層によって互いに接続され、前記薄い層は、ステップｃ）の前に、酸素プラズマエッチングによって除去される、
請求項１に記載の微細加工デバイスのパッケージ方法。
【請求項１１】
微細加工デバイス用成形中空キャップの保持構造であって、
複数の微細加工デバイスが形成されるウエハと同じ熱膨張係数を有するツールで複数の成形中空キャップが保持され、
前記複数の成形中空キャップは、平面視で、各微細加工デバイスの一部あるいは全部を覆うように配列されている、
微細加工デバイス用成形中空キャップの保持構造。
【請求項１２】
前記複数の成形中空キャップは、赤外線を吸収する材料からなる、
請求項１１に記載の微細加工デバイス用成形中空キャップの保持構造。
【請求項１３】
前記複数の成形中空キャップは、１０００ｎｍ〜５０００ｎｍの波長範囲内の赤外線を吸収する材料からなる、
請求項１１に記載の微細加工デバイス用成形中空キャップの保持構造。
【請求項１４】
前記複数の成形中空キャップは、熱可塑性材料からなる、
請求項１１に記載の微細加工デバイス用成形中空キャップの保持構造。
【請求項１５】
前記複数の成形中空キャップは、キャップ材料からなる薄い層によって互いに接続されている、
請求項１１に記載の微細加工デバイス用成形中空キャップの保持構造。
【請求項１６】
前記複数の成形中空キャップは、酸素プラズマエッチング下でエッチングされ、かつ、前記ウエハを除去するエッチングによって影響されない材料からなる、
請求項１１に記載の微細加工デバイス用成形中空キャップの保持構造。
【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、ウエハの段階で複数のキャップを複数の微細加工デバイスに設ける方法であって、
ａ）複数の微細加工デバイスを有するウエハを設け、
ｂ）複数の第１の中空の成形キャップを設け、この場合、各デバイス毎にまたは所定のデバイス群毎に１つの成形キャップを設け、各キャップは、中央部と、中央部の周端から延びる周壁とを有し、
ｃ）第１のキャップをほぼ同時にウエハの一方側に取り付けて、各キャップが１つのデバイスまたは所定のデバイス群の一部あるいは全部を覆うようにするとともに、周壁の自由端をウエハに接触させ、
ｄ）第１のキャップをウエハに接着し、
ｅ）ウエハを複数の個々のパッケージに分離する、
方法を提供する。
【０００４】
ウエハは、シリコン等の半導体によって形成されることが好ましい。
【０００５】
デバイスは、半導体デバイスまたは他の微細加工デバイスであっても良い。他の微細加工デバイスは、例えば、マイクロ機械システム，ＭＥＭＳ、マイクロ光学電子機械システム（ＭＯＥＭＳ）であり、コンデンサ、レジスタ、インダクタ、導体等の受動素子であり、あるいは、これらの任意の組み合わせである。
【０００６】
個々のパッケージは、隣り合うパッケージ間から材料を除去することにより分離されることが好ましい。
【０００７】
ウエハが半導体である場合、隣り合うキャップ間の材料は、ディーププラズマエッチングによって除去されることが好ましい。エッチングは、キャップがエッチング用のマスクとして機能するように、キャップ側から施されることが好ましい。
【０００８】
キャップがウエハの上面および下面に設けられ、半導体材料は、ディーププラズマエッチングによりウエハの下面から除去されても良い。
【０００９】
複数の第１のキャップがウエハに設けられる前、後、あるいは、設けられると同時に、複数の第２のキャップがウエハの第２の側に設けられても良い。
【００１０】
キャップは、糊、接着剤を使用して、柔らかくなったキャップをウエハに対して単に押し付けることにより、ウエハに対して接着されても良い。
【００１１】
キャップの材料は、キャップ材料を赤外線加熱できるように、赤外線を吸収するように選択されても良い。キャップの材料は、約１０００ｎｍ〜約５０００ｎｍの波長範囲内の赤外線を吸収することが好ましい。
【００１２】
キャップは、熱可塑性材料によって形成されていることが好ましい。
【００１３】
ウエハは、その一方側に１つのキャップが取り付けられた個々のパッケージに分離されても良い。
【００１４】
キャップは、キャップ材料によって互いに接続され、デバイスは、隣り合うキャップ間のキャップ材料およびウエハ材料を除去することにより分離されても良い。
【００１５】
隣り合うキャップ間のキャップ材料およびウエハ材料は、機械的または熱的な手段、例えば鋸切りまたはレーザ切除によって除去されても良い。
【００１６】
キャップがウエハ取り付け時に互いに接続されている場合、隣り合うキャップ間のキャップ材料は、酸素プラズマエッチングによって除去されても良い。
【００１７】
他の広い形態において、本発明は、中空の成形キャップの列であって、各キャップは、
１または複数の周端を有する中央部と、
中央部から離れるように延びるとともに、その自由端が中央部から離れた面内に位置して口を形成する１または複数の周壁と、
を有し、
キャップの列は、
ａ）キャップが共通の方向に延び
ｂ）キャップの口が共通の面内にあり、
ｃ）複数の微細加工デバイスを有するウエハ上に所定の間隔で配置可能であり、キャップの口がウエハと接触し、各キャップが１つのデバイスまたは所定のデバイス群の一部あるいは全部を覆う、中空の成形キャップの列を提供する。
【００１８】
キャップの材料は、赤外線を吸収することが好ましく、約１０００ｎｍ〜約５０００ｎｍの波長範囲内の赤外線を吸収することが更に好ましい。
【００１９】
各キャップは、少なくとも１つの開口を中央部に有していても良い。
【００２０】
各キャップは中央部から延びる１または複数の壁を有し、壁は、ウエハや微細加工デバイスと接着して、その間に対応するチャンネルを形成しても良い。各チャンネルは、ウエハの厚さにわたって延びる対応する開口と位置合わせされることが好ましい。また、各キャップは、中央部を貫通して延び且つ各チャンネルと外部環境とを連通させる少なくとも１つの開口を有し、これにより、外部環境からキャップおよびウエハの開口を通じてウエハの他方側に通じる流通路が形成されることが好ましい。
【００２１】
キャップは、熱可塑性材料によって形成されていることが好ましい。
【００２２】
キャップは、キャップ材料によって互いに接続されていても良い。
【００２３】
キャップは、酸素プラズマエッチング下でエッチングされるがウエハ材料を除去するエッチングによって実質的に影響されない材料により形成されていることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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（ｗａｆｅｒｓａｗ）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。
【００２５】
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、シリコンウエハ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。シリコンウエハ２６は、ＭＥＭＳチップ２０と注意深く位置合わせされ、ＭＥＭＳチップ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。
【００２６】
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ＭＥＭＳ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、中空の保護キャップ３４は、ＭＥＭＳウエハ３０とともにキャビティを形成する。
【００２７】
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。
【００２８】
図５〜図７は、微細加工された（ＭＥＭＳ）デバイス４４から成る多数のＭＥＭＳデバイス群４２ａ〜４２ｄ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、ＭＥＭＳデバイス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。
【００２９】
従来の射出成形法およびスチール金型５０，５２を使用して、保護キャップ４８の配列が形成される。これらの保護キャップ４８は、ＭＥＭＳデバイス群４２ａ〜４２ｄ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７に示されるように、結果的にＭＥＭＳデバイス４４の破壊を伴うアライメント不良が生じる。図７において、保護キャップ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、保護キャップ同士の間隔がＭＥＭＳデバイス群同士の間隔よりも大きいため、保護キャップ４８ｂが正確に位置合わせされていない。しかし、保護キャップ４８ｂは、そのＭＥＭＳデバイス群４２ｂのいずれのＭＥＭＳデバイス４４も破壊していない。これに対し、保護キャップ４８ｃ，４８ｄは、大きなアライメント不良を起こしており、保護キャップの周壁が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４４の機能を損ねている。
【００３０】
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。
【００３１】
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６２の列を保持することにより熱可塑性キャップ６２を半導体ウエハ４０に接着する技術を象徴的に示している。シリコンツール６０は、半導体ウエハ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、熱可塑性キャップ６２同士の間隔は、ＭＥＭＳデバイス４４から成るＭＥＭＳデバイス群４２ａ〜４２ｄ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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つのウエハである上側のウエハ１０２および下側のウエハ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。
【００３４】
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。
【００３５】
キャップの周囲のための溝１１２が全て下側のウエハ１０４内にあり、中央部のための凹部１０６が全て上側のウエハ１０２内にあるように、２つの表面をエッチングした。
【００３６】
エッチングされなかった表面上でのみ上側および下側のウエハ１０２，１０４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。
【００３７】
また、成形システム１００は、上側のリリースウエハ（解放ウエハ）またはイジェクトウエハ（射出ウエハ）１１８と、下側の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。上側および下側のウエハ１０２，１０４は、リリースピン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。
【００３８】
リリースピン１２２，１２４は、対応する穴の深さよりも長い。リリースピン１２２の自由端が穴１２６の内端と位置合わせされると、上側のウエハ１０２と上側のリリースウエハ１１８との間に隙間１３０が形成される。この実施形態において、リリースピン１２４の長さは、下側のウエハ１０４の厚さと同じである。しかしながら、リリースピン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。リリースピン１２４の長さが下側のウエハ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で減った下側のウエハ１０４の厚さよりもリリースピン１２４を長くする必要がある。下側のウエハ１０４および下側のリリースウエハ１２０は、リリースピン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。リリースピン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。
【００３９】
ウエハ１０２，１０４およびリリースウエハ１１８，１２０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。
【００４０】
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。
【００４１】
上側および下側のウエハ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、成形システム１００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。
【００４２】
成形システム１００は、マシン内で機械的に一括して押圧されるが、上側および下側のウエハ１０２，１０４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。
【００４３】
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。上側および下側のウエハ１０２，１０４および上側および下側のリリースウエハ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。選択されたシート１３４の材料は、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。シート１３４の材料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。
【００４４】
シート１３４は、２つの上側および下側のウエハ１０２，１０４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、上側および下側のウエハ１０２，１０４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。
【００４５】
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、シート１３４の材料は、図１３ａに矢印１４２で示されるように、２つの材料部分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、一連の中空の保護キャップ１３８が形成される。
【００４６】
前述したように、上側および下側のウエハ１０２，１０４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、材料部分１１４と材料部分１１６との間からシート１３４の材料を完全に押出して、隣り合う中空の保護キャップ１３８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、隣り合う中空の保護キャップ１３８同士の間の材料部分１１４，１１６間に残しても良い。
【００４７】
上側および下側のウエハ１０２，１０４または上側および下側のリリースウエハ１１８，１２０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。
【００４８】
２つのウエハ１０２，１０４間からシート１３４の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、上側および下側のウエハ１０２，１０４を形成する必要があることは言うまでもない。
【００４９】
中空の保護キャップ１３８を形成した後、シート１３４の材料を上側のウエハ１０２に付着させたまま、下側のウエハ１０４および下側のリリースウエハ１２０を取り除くことが好ましい。下側のウエハ１０４と下側のリリースウエハ１２０との間の隙間１３２に負圧を作用させる。上側および下側のリリースウエハ１１８，１２０は、成形システム内に装着固定されている。一方、上側および下側のウエハ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、下側のウエハ１０４は、下側のリリースウエハ１２０に向けて下方に引き下げられる。下側のリリースウエハ１２０のリリースピン１２４は、シート１３４に対して強固に押し付けられているため、シート１３４を所定の位置に保持するとともに、シート１３４が下側のウエハ１０４と共に下方に移動することを防止する。この段階後の成形システム１００の配置構成が図１５に示されている。
【００５０】
この時、下側のリリースウエハ１２０は、リリースピン１２４によってのみシート１３４と接触するため、シート１３４を上側のウエハ１０２から引き離すことなく、下側のリリースウエハ１２０とシート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、成形システムは図１６に示される配置構成となり、シート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。
【００５１】
シート１３４は、上側のウエハ１０２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、シート１３４の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。エッチングされた成形システムが図１８に示されている。
【００５２】
その後、成形システムは、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、中空の保護キャップ１３８をウエハ１４４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。各中空の保護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。
【００５３】
ウエハ接着マシンから成形システムを除去した後、隙間１３０に負圧を作用させて、上側のウエハ１０２を上側のリリースウエハ１１８に向けて上方に引き上げる。下側のウエハ１０４の解放と同様に、中空の保護キャップ１３８は、上側のリリースウエハのリリースピン１２２によって所定の位置に保持される。したがって、上側のウエハ１０２の移動作用に起因して中空の保護キャップ１３８がウエハ１４４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。
【００５４】
この時、ウエハ１４４は、各チップが別個の中空の保護キャップ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１４４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１４４の保護キャップ側またはウエハ１４４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。エッチングが保護キャップ１３８側から施される場合には、保護キャップ１３８がマスクとして作用し、保護キャップ１３８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１４４の下面に別個のマスクを加える必要がある。
【００５５】
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（保護キャップ１３８）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１４４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１４４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。
【００５６】
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ＭＥＭＳデバイスチップ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、中空の保護キャップ１５６の第１のセットが形成されている。各ＭＥＭＳデバイスチップ１５３の接着パッド１５８は、上面１５４上にあり、中空の保護キャップ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１５０の下面１６２には、中空の保護キャップ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１５０に設けられても良く、あるいは、同時にウエハ１５０に設けられても良い。設ける順番は重要ではない。中空の保護キャップ１６０の第２のセットは、各ＭＥＭＳデバイスチップ１５３の下側に配置されるが、中空の保護キャップ１５６の第１のセットよりも大きく、接着パッド１５８の下側でこれを越えて延びている。
【００５７】
その後、ウエハ１５０は、各ＭＥＭＳデバイスチップ１５３を分離するため、矢印１６４によって示されるように、ウエハ１５０の上面１５４からではなく、ウエハ１５０の下面１６２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、中空の保護キャップ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ＭＥＭＳデバイスチップ１５３の保護キャップ１６０間のシリコンだけがエッチングによって除去される。中空の保護キャップ１５６の輪郭の内側にある上面１５４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、ＭＥＭＳデバイス１５２がエッチングによって損傷することはない。
【００５８】
中空の空間が必要な場合には、第２のセットの保護キャップ１６０を設けるだけで済むことは言うまでもない。しかし、第２のセットの保護キャップ１６０が不必要で望ましくない場合、下面１６２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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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】
【００６２】
【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５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。
【符号の説明】
【００６３】
１０２，１４４ウエハ
１２２リリースピン
１１８リリースウエハ
１３０隙間
１４６微細加工デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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