JP2001506196A - 弾力性バンプの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、マイクロエレクトロニック分野で弾力性バンプを作るための製法に関する。それは、微細に機械加工された型によりμｍ規模の弾力性特殊部品を成形する問題を解決する。この方法は型の完全な複製である弾力性バンプを得る再現性のある成形方法である。型は、シリコーンウエーハに食刻された１本又は数本の溝から作られている。この方法は、型（１００）の表面を、塵及び他の粒子を除去して清浄にし、前記型上に離型剤を付着し、その離型剤は、例えばパリレン又はシランであり、型の表面上に等角的自己集合層（１１８）を形成し、硬化可能なエラストマーを適用し、前記型上にエラストマー構造体（２０８）を形成し、前記型及び構造体を硬化し、前記構造体を型から分離する、諸工程からなる。

Description

【発明の詳細な説明】 弾力性バンプの製法 発明の技術分野 本発明は、マイクロエレクトロニック分野でのバンプ(bump)を製造するための 方法、特に弾力性バンプを成形する方法に関する。 関連技術の記述 多くの異なった分野で、μｍの範囲で非常に正確な形状を持つ小さな弾力性特 殊部品(feature)又はバンプを形成することが望ましい。エレクトロニクス及び 光電子工学の特別な分野では、微小化のため、部品の極めて精密な配置が益々要 求されるようになってきており、それら部品はそのような配置がある種の自己配 列法を用いて行われるのでなければ、極めて高価なものになる。また、大きさの 減少及びエレクトロニクス回路の速度の増大は、電力密度の増大をもたらしてい る。装置の一層高い温度又は一層大きな温度差は、顕著な熱的不整合問題を起こ している。非常に高度の精密さを持って製造される小さな弾力性バンプは、電気 コネクター及び部品の機械的配列のために用いることができる。エラストマー、 特にシリコーンエラストマーは、屡々エレクトロニクス製品で用いられており、 優れた性質を示している。しかし、従来の成形法は、チップ規模の用途で必要に なるμｍ範囲の大きさに関し、限られた性能しか与えない。 バンプを形成するために、離型剤を含むエラストマーを用いるか、成形型上に 付着された非等角(non-conformal,非共形的な)層を用いることができる。上記方 法の欠点は、夫々離型剤が成形部品上に弱い表面層として残り、その非等角層が 複製を制約することである。 ジョーン(John)Ｊ．ダゴスティノ(Dagostino)等の米国特許第５，０６４，５ ８３号明細書は、シラン剥離層を付着する方法を記載する。しかし、付着中の環 境は水分を含まないように限定されておらず、従って、等角層は生じない。 願０２４４８８４Ａ１には、無水的に付着したシランの非常に薄い剥離層を製造 するための方法が記載されているが、食刻されたＶ字溝を有するＳｉ製成形型に ついては言及されていない。 概要 本発明は、微細に機械加工したＳｉ製成形型によりμｍの大きさの弾力性特殊 部品を成形する問題を解決している。 本発明は、電気的及び光学的コネクター及び部品の機械的配列のため、エレク トロニクス及び光電子工学の分野での製品に用いられる。 非常に正確な小さな弾力性特殊部品を必要とする他の応用分野も存在する。 本発明は、型の正確な複製である弾力性バンプを得るため、再現性のある成形 法を開示する。溝は、５つの角を持つ五面体又は角錐形のものでもよく、バンプ は５つの角をもつ切頭五面体又は切頭角柱体形をしていてもよい。型は、ＩＣ製 造で用いられているのと同じ種類の珪素ウエーハ中に、研磨側に食刻した溝によ り、１から数本の食刻溝から作られている。離型剤を用いる。なぜなら、そうし ないとエラストマー、典型的にはシリコーンエラストマーが、硬化中に型の表面 に非常に強く接着するからである。離型剤は、例えば、パリレン(Parylene)又は シランにすることができる。離型剤を型に付着させた後、液体の未硬化エラスト マーを型に適用し、炉中で硬化する。 本発明は、付着法及び材料を、型の表面に極めて等角的な(conformal,共形的 な,コンフォーマルな)層を形成する離型剤を構成するように適用し、それによっ て型の形状(topograpy,微細構成)及び全体的大きさのｎｍ規模の精細な点が失わ れないようにする。上に記載したような型を用いて、極めて精密なエラストマー バンプを作ることができる。それらは別個の構造体へ又は殆どの基体上に成形す ることができる。 本発明の一つの利点は、エラストマーが接着しないように、Ｓｉ製成形型上に 極めて等角的な層を形成するように既知の材料及び付着方法を用いていることで ある。 本発明の別の利点は、剥離層が極めて等角的なことである。 本発明の更に別な利点は、μｍ規模の特殊部品を成形できることである。 本発明の更に別な利点は、弾力性バンプが型の完全な複製になっていることで ある。 本発明の更に別な利点は、型上に離型剤層を容易に形成することができること である。 本発明の更に別な利点は、同じ型を再利用することができることである。 次に、本発明を、その好ましい形態についての詳細な記述及び図面を利用して 更に説明する。 図面の簡単な説明 図１は、溝を有する典型的な型の断面を示す。 図２は、基体上に成形した弾力性バンプの断面を示す。 図３ａ〜ｂは、基体上に成形した交互になった弾力性バンプの断面を示す。 図４は、別の構造の自立した弾力性バンプの断面を示す。 図５ａ〜ｆは、異なった弾力性バンプの上面を示す。 具体的形態の詳細な説明 本発明は、μｍ以内の範囲の大きさの正確さを有し、即ち使用した型の完全な 複製であるエラストマー特殊部品又はバンプを形成し、それらバンプを型から容 易に分離することができる、微細加工Ｓｉ製成形型を処理する問題を解決するも のである。 弾力性バンプを作るため、型１００を使用する。図１参照。作られた型１００ は、微細加工したＳｉウエーハから作られている。型１００中の溝は慣用的方法 で形成されている。溝１０４、１０６を形成する時、エッチングマスクを用いる 。エッチングマスク中の開口の大きさにより、溝１０４、１０６の深さ及び形が 決定され、それが今度はバンプ２０２、２０４の大きさ及び形を決定する。図２ 参照。シリコーンエラストマーを適用する前に、離型剤が必要になる。なぜなら 、エラストマー、典型的にはシリコーンエラストマーは、硬化中、型１００の表 面に非常に強く接着するからである。離型剤はパリレン又はシランにすることが でき、それら離型剤は表面に亙って等角的な剥離層１１８を形成する。型１００ に離型剤を付着した後、液体未硬化エラストマーを型に適用し、炉の中で硬化す る。バンプ２０２、２０４は、型１００をエッチングし、薄い離れた構造体を別 々に形成するバンプを作り、それらバンプが片面又は両面上にあるようにするこ とに より形成することができ（図３参照）、或はそれらバンプは基体上に作る（図２ 参照）。 下にバンプの作り方の一層詳細な説明を記述する。非常に明確な輸郭を持つ長 方形又は正方形の溝１０４、１０６を単結晶珪素ウエーハ中に、もしそれが異方 的に食刻され、例えば（１００）、（１１０）、（１１１）ウエーハ中に食刻さ れるならば、作ることができる。それらの溝の大きさ及び形は、希望するエラス トマーバンプと正確に同じものである。一つのエッチング法は、異方性エッチン グであり、（１００）配向ウエーハを用いる。異方性エッチングにより珪素ウエ ーハ及び他の単結晶材料中に溝１０４、１０６を微細加工することは、よく知ら れた技術である。用いられるエッチングマスクはＳｉ₃Ｎ₄膜（約１６００Å）及 びその窒化物の応力を減少させるための中間ＳｉＯ₂膜（約５５０Å）からなる 。屡々用いられる食刻剤は４ＭのＫＯＨ溶液であり、それによる３主要結晶配向 面（１００）：（１１０）：（１１１）の典型的な相対的エッチング速度は１０ ０：１６０：１である。エッチングは７５〜８５℃で行う。約５００μｍ厚の（ １００）ウエーハを通つてエッチングするのに約８時問かかる。（１００）配向 ウエーハを用いてＶ型溝を発生させ、その側壁１１０〜１１６は、（１００）ウ エーハの表面の垂線に対し５４．７°の角αを有し、｛１１１｝面中の溝１０４ 、１０６の側壁として得られる。ウエーハ上の溝１０４、１０６の幅及び位置は 、μｍ以内の範囲の解像度でエレクトロニクス製造での標準的方法により作られ たエッチングマスク中の開口により決定される。マスク・リソグラフィー及び珪 素エッチングの再現性は非常に高い。 図２は、基体２０６上の非常に明確な輸郭を持つバンプ２０２、２０４を示し 、それらは上で作られた溝１０４、１０６の複製物である。図１参照。次の技術 を用いる。型１００が作られたならば、離型剤を用いて弾力性材料が型１００の 表面に粘着しないようにする。これにより型１００は再使用することができる。 バンプ２０２、２０４を作るたび毎に、それらは同じ型１００を用いて作られた 前のバンプと同じ構造を有する。バンプ２０２、２０４を有する構造体２０８は 、正確に同じ輪郭を有し、大きさ及び互いの間隔は型１００のものと同じである 。型１００表面上に離型剤を適用する前に、その表面から塵及び他の粒子を除去 す ることが必要である。非常に薄い酸化物層が表面上に残るであろう。然る後、こ の型１００を、少量のシランを含むエタノール液体中に浸漬する。シランは基体 １００上に単分子層表面を形成し、それが離型剤を構成する。それは、成長によ り非常に薄い等角的な膜１１８を形成する。離型剤を適用する別の方法は、気相 蒸着法を用いることである。次の工程は、型１００を硬化可能な弾力性化合物で 、回転、擦り、又は噴霧を用いることにより厚さを調節しながら覆う。 次に型１００と基体２０６を一緒にプレスする。成形すべき構造体の複雑性によ り、付着中に気泡がエラストマー中に取込まれることがある。そのように気泡が 取込まれたならば、硬化する前に真空中にそのパッケージを入れることにより除 去することができる。基体上の特定の位置にバンプを形成するために型に対し基 体を配列することを考えてもよい。次にそのパッケージを上昇させた温度の炉中 に入れ、化合物を典型的には１５０℃で２時間硬化する。硬化により、型１００ 中の溝１０４、１０６に従ってエラストマー材料が形成される。硬化後、構造体 ２０８を型１００から分離する。もし堅い基体を用いた場合には、化合物が型１ ００に気密に接しているため、分離は真空中で行う必要があるであろう。特別な 用途として、基体２０６は弾力性材料から作ることもでき、それにより分離が促 進される。また、切頭の形にする(truncated)代わりに、バンプ２０２、２０４ は尖った３０２、３０４の形（図３ａ参照）になるように、型を作ることもでき る。バンプの他の可能な構造は、図３ｂに見ることができる。バンプ構造体の形 は、図２〜図５に示したものに限定されるものではない。 異なった形の非常に精密な部品を作ることができる：一つ又は二つの型部分を 用いることによりバンプを有する自立部品；型と基体との間にシリコーンエラス トマーを適用することによる堅い又は可撓性の基体上のバンプ。重合体箔のよう な可撓性基体を用いることにより型からの分離が簡単になり、特に大きな領域に 亙る部品の場合には簡単になる。必要に応じ、本発明は、エラストマーバンプ及 びそれらバンプ間の非常に薄いシリコーン層を有する基体を製造することも可能 にしている。その場合には、未硬化エラストマーを型上に回転被覆し、エラスト マーの厚さを制御することができるようにする。次にその基体をエラストマー膜 の上に置き（気泡が或る場合にはそれらを真空により除去することができる）、 然る後硬化する。 上で述べたように、シリコーンエラストマーは珪素に非常に強く接着するので 、離型剤による特別な表面処理を用いて、型１００からの硬化シリコーンエラス トマーを分離できるようにする。この目的から本発明は二つの異なった方法、シ ラン法及びパリレン法を包含する。両方共低い表面エネルギーの化学的に不活性 な表面を与える結果になり、それらからシリコーンエラストマーを容易に取り外 すことができる。 シラン法は、酸化珪素の表面上にシランの自己集合単分子層（ＳＡＭ）を形成 することができることを利用している。珪素型１００にシランを付着する前に、 それを、例えばＨ₂Ｏ₂、ＮＨ₃の溶液及びＨ₂Ｏ₂、ＨＣｌの溶液を用いて二つの 既知の工程で清浄にし、生成状態の酸化物薄層を与えるようにしなければならな い。次に型をシラン中で、例えば、溶媒としてエタノールを用いた１％ジメチル −ジクロロシラン溶液中で処理し、然る後、エタノールで濯ぎ、その場合、使用 するまでそれを保存することもできる。得られた離型剤層は、表面上に互いに近 接して立っているシラン分子の単分子層からなり、シリコーンエラストマーが型 に接着するのを防ぐ。成形後、型は直接再使用するか、又は再びシラン処理し、 新しい離型剤層が機械的損傷を受けることがないようにする。 市販パリレンによる方法は、極めて等角的なポリ−パラ−キシリレン被覆を生 じ、それは溝の縁及び底を等角的に覆う。被覆すべき表面は室温に維持され、０ ．１トールで単量体蒸気、パラ−キシリレンに曝し、それは次の反応によりガス に曝された全表面上に凝縮し重合する： 溶融温度は４０５℃であり、エラストマーの硬化を可能にし、大きな化学的耐 久性のような多くの他の良好な性質が存在する。どのような厚さのパリレン層で も作ることができるが、離型剤として働かせるためには非常に薄い膜であればよ い。しかし、１μｍの数分の一の厚さを作ることにより、同じ型を繰り返し使用 することができる良好な機械的安定性が与えられる。 勿論、シラン又はパリレンだけが離型剤として用いられる訳ではない。例えば 、非反応性末端を有するどのような適当な自己集合性単分子層でも用いることが できる。 図３は、異なったバンプの側面図を示し、それは基体２０６の上に作ることが できる。第一の組３００では、構造体２０８はバンプ３０２、３０４を有し、そ れらは逆Ｖ字型のような形をしたバンプとして形成されている。図３ｂの第二の 組３１２は、構造体２０８及びピンのような形をしたバンプ３１４、３１６を有 する。勿論、溝を形成するための型は、これらの図のバンプと正確に同じ形を持 たなければならない。型の製造は、バンプ３０２、３０４の第一組３００を作る 場合とは少し異なっている。図１のような底に到達する前にエッチングを停止す る代わりに、ここではエッチングを両方の傾斜壁１１０〜１１６が互いにぶつか るまでエッチングを継続する。バンプ３１４、３１６の次の組３１２では、型は ＜１１０＞ウエーハから作られなければならない。 図４のバンプは、構造体２０８の両側に作られている。これは上に記載したの と全く同じ方法を用いて行われるが、シリコーンエラストマーを硬化する前に、 前に用いたように、同様な又は異なった型をエラストマー層の上に用いる。その 同様な型は、溝を形成するために型１００（図１）と同じ形のものでもよく、或 は異なった形を持っていてもよい。硬化した後、二つの型を取り除く。構造体２ ０８は一組のバンプ４０２〜４０８を形成し、第四の組４００を形成する。 図５ａ〜ｃは、四角なバンプ２０２、３０２及び３１４の上面図を示し、図５ ｄ〜ｆは、長方形のバンプ２０２、３０２及び３１４の上面図を示す。 バンプの上で述べた構造及び形は、これらの記載したものに限定されるもので はない。それらは図示されていない他の構造及び形を持っていてもよい。 好ましいバンプ及び好ましい溝を作るための別の方法は、既に存在する構造体 、例えばレーザー又はＩＣに対し配列したホトリソグラフマスキングを用いるこ とである。それらを分離する前に、異方性エッチング又は他の方法を用いて溝を 形成する。型として用いられる同様な又は異なった材料に、同様ではあるが対称 的な溝を作ることもできる。この型又は弾力性バンプを上に取付ける予定の部品 を、次にその未硬化状の弾力性材料で覆い、然る後、その部品と型を真空中で一 緒に プレスする。それにより弾力性材料が型中の溝を埋める。この後で、弾力性材料 を、もし型又は部品が硬化用光に対し半透明であるならば、熱又は出来れば光を 用いて硬化し、最後に型を弾力性材料から分離する。 上に記載した発明は、本発明の本質又は本質的特徴から離れることなく、更に 別の特定の形態で具体化することができる。従って、現在の態様はあらゆる点で 例示的なもので限定的なものではないと考えられるべきである。本発明は、上の 記載によるよりも後の請求の範囲によって示されており、従って、請求の範囲と 同等の意味及び範囲内に入る全ての変化は本発明の中に包含されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 l. ウェーハ型上に離型剤を付着する工程を有する、溝を有するウエーハ型か らバンプを形成する方法において、前記型（１００）の表面を、塵及び他の粒子 を除いて清浄にし、離型剤の層（１１８）を、該離型剤の自己集合単分子層を形 成することにより付着し、硬化可能なエラストマーを施して前記型上にエラスト マー構造体（２０８）を形成し、前記型及び前記構造体を硬化し、次いで前記構 造体を型から分離する、諸工程からなる、上記方法。 2. 清浄化を二つの工程、第一にＨ₂Ｏ₂及びＮＨ₃の溶液を用い、第二にＨ₂Ｏ₂ 及びＨＣ１溶液を用いて行う、請求項１記載の方法。 3. 離型剤層（１１８）を付着させるのに、型（１００）を無水ジメチル−ジ クロロシラン溶液中へ入れ、次にエタノール中で洗浄する工程を行う、請求項２ 記載の方法。 4. 離型剤層（１１８）を付着させるのに、型（１００）をパラ−キシリレン の単量体蒸気であるガスに曝し、前記ガスに曝された全ての表面で重合させ、約 ４００℃の溶融温度で硬化し、等角的ポリ−パラ−キシリレン被覆を形成する諸 工程を行う、請求項１記載の方法。 5. 硬化可能なエラストマーを施す方法が、回転、擦り、又は噴霧である、請 求項１記載の方法。 6. 硬化可能エラストマーがシリコーンエラストマーである、請求項１記載の 方法。 7. 硬化前に、構造体（２０８）上に基体（２０６）を重ねる工程を有する、 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。 8. 基体（２０６）が可撓性材料からなる、請求項７記載の方法。 9. 硬化前に、エラストマー構造体（２０８）の上に類似の型をかぶせる工程 を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。