JP2009178841A - ガイドマスクを用いてアプリケーションプラットフォーム上にｍｅｍｓ部品を載置する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）装置を作製するための方法の提供。
【解決手段】微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）装置を作製するための方法は、アプリケーションプラットフォーム上のガイドマスクであって前記アプリケーションプラットフォーム上に戴置されるＭＥＭＳ部品の位置を規定する開口部を含むガイドマスクを戴置するステップを備える。当該方法は、前記ＭＥＭＳ部品を前記アプリケーションプラットフォーム上の前記ガイドマスクの前記開口部内へと戴置するステップと、前記ＭＥＭＳ部品が前記アプリケーションプラットフォームに接合された後に前記アプリケーションプラットフォームから前記ガイドマスクを剥離するステップとをさらに備える。
【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本発明は、２００７年１２月６日に出願した「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ａｎ Ａｒｒａｙ ｏｆ ＭＥＭＳ Ｐａｒｔｓ ｏｎ ａ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ（基板上にＭＥＭＳ部品アレイを作製する方法）」と題する係属中の特許出願番号第１１／９５１，７７２号に関する。

本発明の少なくとも一実施形態は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関し、より具体的には、アプリケーションプラットフォームにおけるＭＥＭＳ部品の形成に関する。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）とは、微細加工技術によって機械素子、センサ、アクチュエータ、及び電子部品をシリコン基板などの共通した基板上に統合したものをいう。電子部品が集積回路（ＩＣ）の一連のプロセス（例えば、ＣＭＯＳプロセス、バイポーラプロセス、又はＢＩＣＭＯＳプロセス）を用いて作製されるのに対して、微小機械部品は、選択的にシリコンウェハの一部をエッチング除去するか、又は新しい構造層を付加して機械装置及び電気機械装置を形成する共用の「マイクロマシニング」プロセスを用いて作製される。

ＭＥＭＳ技術は、マイクロメートルオーダ（１メートルの１００万分の１）の寸法を有する小さな構造体を形成するのに用いられる多くのツール及び方法論をその基礎としている。この技術の重要な部分は、集積回路（ＩＣ）技術から採用されてきた。例えば、ＩＣと同様に、ＭＥＭＳ構造は、一般に、材料の薄膜状に実現されてフォトリソグラフィ方法を用いてパターニングされる。さらに、ＩＣと同様に、ＭＥＭＳ構造は、一般に、一連の堆積、リソグラフィ、及びエッチングによってウェハ上に作製される。

ＭＥＭＳ構造が複雑さを増すにつれてＭＥＭＳ装置の作製プロセスもまたいっそう複雑になる。従来、複数の垂直層が深い状態である多くのＭＥＭＳ部品を備えたＭＥＭＳ構造（例えば、ＭＥＭＳプローブカード）が、ウェハ全体に亘って一連の堆積ステップを用いて単一の基板上に形成されている。この従来の方法論が抱える問題は、いかなる堆積ステップ及びいかなる個別のＭＥＭＳ部品においても欠陥又は不純物が発生するとウェハ全体が失敗してしまう恐れがあるという点にある。そのため、ＭＥＭＳ装置の歩留まりを高めてサイクル時間及び費用を削減するにはこうした従来の作製プロセスを改良する必要がある。

ガイドマスクを用いてアプリケーションプラットフォーム上にＭＥＭＳ部品を載置するための技法について記載する。一実施形態において、ＭＥＭＳ部品のアレイが基板上に作製されて前記基板から個別に分離される。続いて、前記ＭＥＭＳ部品の位置精度を高めるためにガイドマスクを用いて前記ＭＥＭＳ部品のうちの１つ以上がアプリケーションプラットフォーム上に載置されて接合される。さらに、前記接合プロセスの際、押圧ウェハを用いて前記アプリケーションプラットフォームに対する前記ＭＥＭＳ部品の接着性を高めてもよい。

本発明の１つ以上の実施形態は、添付の図面において、一例として例示されており、限定するものとして例示されていない。前記添付の図面において、同様の参照符号は同様の構成要素を示している。

本発明の一実施形態による微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を作製するプロセスを説明するフローチャートである。 接合材料が塗布されるアプリケーションプラットフォームの斜視図である。 接合材料が塗布されるアプリケーションプラットフォームの断面図である。 ガイドマスクの実施形態を示す図である。 前記ガイドマスクが前記アプリケーションプラットフォーム上に載置された状態を示す図である。 ＭＥＭＳ部品の実施形態を示す図である。 前記ＭＥＭＳ部品が前記アプリケーションプラットフォーム上の前記ガイドマスクの開口部内へと装着される様子を示す図である。 押圧片の実施形態を示す図である。 前記押圧片が前記ＭＥＭＳ部品に接触させられた状態を示す図である。 前記アプリケーションプラットフォーム上に前記ＭＥＭＳ部品を備えたＭＥＭＳ装置の実施形態を示す図である。

以下に、多数の詳細な説明を記載する。しかしながら、以下の具体的な詳細な記載がなくとも本発明が実施され得ることは、当業者にとって明らかである。場合によって、本発明を不明瞭にするのを避けるため、周知である構造及び装置は、詳細にではなくブロック図で示される。

本明細書に記載される技法は、ＭＥＭＳ装置を作製するためのピックアンドプレースプロセスの正確さを高めるものである。ピックアンドプレースプロセスにおいて、複数のＭＥＭＳ部品が基板から個別に分離（「ピック」）された後、未パッケージ状態のアプリケーションプラットフォームに取付け（「プレース」）される。この「ピックアンドプレース」法は、ＭＥＭＳ部品がどのようにして作製され且つ用いられるかに関する柔軟性をいっそう高めるものである。例えば、前記基板から前記ＭＥＭＳ部品のアレイが一斉に分離されてもよく、又は一度に１つ以上の部分が分離されてもよい。前記ＭＥＭＳ部品のそれぞれが同じか又は異なったアプリケーションプラットフォームに取付けされてもよい。また、同じアプリケーションプラットフォームに取付けされる前記ＭＥＭＳ部品が第１の構成で前記基板上に作製されてから第２の構成で前記アプリケーションプラットフォームに取付けされてもよく、ここで第１の構成及び第２の構成は、前記ＭＥＭＳ部品間の異なった間隔、前記ＭＥＭＳ部品の異なった配向、又はこの２つの組み合わせを有していてもよい。

しかしながら、前記ＭＥＭＳ部品が前記基板から個別に分離されるので、分離された前記ＭＥＭＳ部品をアプリケーションプラットフォーム上に載置することは、位置の正確さの点で大きな課題となり得る。一般的なＭＥＭＳ部品は、一般的なダイより数桁小さいため、ダイを載置するための従来の技法は、ＭＥＭＳ部品の載置に適用できない。ガイドマスクを用いることは、ＭＥＭＳ部品の載置における精度を高める。さらに、多くのＭＥＭＳ部品をアプリケーションプラットフォーム上に一つずつ載置する際、先に載置されたＭＥＭＳ部品が後の部分が載置されるときに確実に動かされない必要がある。それぞれのＭＥＭＳ部品が載置される度に接合操作（半田リフローなど）を行うことは多大な時間を要する。前記ガイドマスクは、前記ＭＥＭＳ部品が戴置されてから接合操作が行われるまで前記ＭＥＭＳ部品の全てを意図された位置に保持する。単一のガイドマスクを用いて複数のＭＥＭＳ部品をアプリケーションプラットフォームに載置することができるので、前記複数のＭＥＭＳ部品と前記アプリケーションプラットフォームとの間の接合が１つの接合操作で形成され、従って、前記プロセス時間を著しく短縮することができる。

本明細書において用語「ＭＥＭＳ部品」は、微小機械のサブ構造体（例えば、機械部、光学部、電気部など）、マイクロマシニング加工構造体、又はＭＥＭＳ加工構造体のことをいう。一般に、ＭＥＭＳ部品は、１０×１０×１０μｍから５０００×５０００×５０００μｍまでの範囲に亘る寸法を有している。ＭＥＭＳ部品の例として、プローブアレイにおけるプローブが挙げられ、前記プローブは、アプリケーションプラットフォーム上に配列されてプローブカードを形成することができる。プローブカードは、前記プローブを用いて電子テストシステムとウェハとの間に前記ウェハの試験及び検証のために電気経路を確立する。ＭＥＭＳ部品のその他の例として、光レーザモジュール、光学レンズ、微小ギア、微小抵抗、微小コンデンサ、微小インダクタ、微小ダイアフラム、微小リレー、微小ばね、導波路、微小溝などが挙げられる。

本明細書に記載される技法の一特徴は、前記アプリケーションプラットフォーム上の前記ＭＥＭＳ部品が、最終的なアプリケーションに用いられるものであって、前記アプリケーションプラットフォームとは異なる個別の基板上に作製される点にある。本明細書における用語「基板」は、前記ＭＥＭＳ部品及び前記ＭＥＭＳ部品を内蔵する最終的なＭＥＭＳ装置の操作に関与することなく作製プロセスにのみ用いられる基板のことをいう。ＭＥＭＳ部品を作製するための基板の例として、セラミック、ガラス、板金、プラスチック板、及び半導体ウェハが挙げられるが、これらに限定されない。非シリコン基板は、Ｓｉ系基板に比べ、より多くの標準サイズを提供しており、より厚い非円形状の標準基板として入手可能である。さらに、非シリコン基板は、作製プロセスの際に用いられるほとんどの化学薬品に対して不活性である。Ｓｉ系基板を含むほとんどの基板がその上に前記ＭＥＭＳ部品を備えた状態で加工することができる。前記基板上で加工された材料は、その後、前記基板を傷つけることなく除去されるか、又は溶解することができる。従って、他に別段の記載がない限り、ＭＥＭＳ部品を作製するための基板は、本明細書に記載するように、「再利用可能な基板」である。再利用可能な基板とは、そこから前記ＭＥＭＳ部品が分離されて残留物質が除去された後、次のバッチのＭＥＭＳ部品の作製に再利用できるものである。

本明細書において用語「アプリケーションプラットフォーム」は、操作可能なＭＥＭＳ装置の一部（例えば、プローブカード、レーザモジュールなど）として操作に用いられるプラットフォーム（例えば、基板）のことをいう。アプリケーションプラットフォームは、半導体、ガラス、セラミック、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、金属、誘電体材料、有機材料、又はこれらのうち、ＭＥＭＳ部品の取付けおよび最終的なアプリケーションの目的に好適である任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。アプリケーションプラットフォームは、その上に特定のアプリケーションに向けて作製される部品を有している。前記部品として、電気接続、電気接点、電気絶縁、電気接地、集積回路（ＩＣ）モジュール、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）モジュール、誘電体パターニング、導電性開口部、機械支持、機械保護、熱伝導、静電放電（ＥＳＤ）保護、部分の閉じ込め、及びワイヤボンディングパッドが挙げられるが、これらに限定されない。ＭＥＭＳ装置の集積を完成させるには、１つ以上のＭＥＭＳ部品がこのアプリケーションプラットフォームに取付けされることになる。アプリケーションプラットフォームは、１つ以上の再利用可能な基板上で作製された１つ以上のＭＥＭＳ部品を含んでいてもよい。アプリケーションプラットフォームに取付けされるＭＥＭＳ部品は、配向、形状、サイズ、及び材料が異なっていてもよく、さらに異なった機能を有していてもよい。

本発明の実施形態によれば、ＭＥＭＳ部品は、最終的なアプリケーションに用いられる基板とは異なる基板上に作製される。そのため、個別のＭＥＭＳ部品の歩留まりが、前記ＭＥＭＳ部品のうちの１つ以上を統合して成る完成品の歩留まりに直接影響を及ぼすことがない。許容可能なＭＥＭＳ部品の選定プロセスは、前記ＭＥＭＳ部品が前記アプリケーションプラットフォームに取付けされる前に行われてもよい。欠陥のあるＭＥＭＳ部品は、この取付けプロセスの前に廃棄するか、又は前記再利用可能基板上に残しておいてもよい。

図１に、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳ部品を作製してさらにＭＥＭＳ装置を形成するためのプロセス１００の概要を説明するフローチャートを示している。ブロック１１０で、ＭＥＭＳ部品が基板上に作製される。ブロック１２０で、ＭＥＭＳ部品が前記基板から分離される。前記ＭＥＭＳ部品の作製及び分離については、同時係属中の出願書類（米国特許出願第１１／９５１，７７２号）に詳細に記載されている。ブロック１３０では、アプリケーションプラットフォームが、その上に、上述したような電子部品、電気部品、及び機械部品などの必要な部品があればそれらを形成するように作製される。前記アプリケーションプラットフォームの調製は、前記ＭＥＭＳ部品の作製及び分離と並行して、若しくは前記ＭＥＭＳ部品の作製及び／又は分離の前又は後に行ってもよい。ブロック１４０で、位置精度を高めるためにガイドマスクを用いて、一度に、前記分離されたＭＥＭＳ部品のうちの１つ以上が前記アプリケーションプラットフォームに取付けされる。前記アプリケーションプラットフォームに対するガイドマスクを用いた前記ＭＥＭＳ部品の取付けについては、後で図２〜図６を参照して詳細に記載することとする。ブロック１５０で、さらなる加工が行われ、前記アプリケーションプラットフォーム上に前記部品を統合して特定アプリケーション用に設計された前記ＭＥＭＳ装置を完成させる。また、前記さらなる加工は、前記アプリケーションプラットフォームの機能性を有効にするように前記アプリケーションプラットフォームの外部のモジュールとの統合を含んでいてもよい。好適な外部モジュールとして、電子モジュール、電源、並びに／又は、コンデンサ、抵抗、インダクタ、及び集積回路素子などの回路素子を備えたプリント回路基板（ＰＣＢ）などが挙げられるが、これらに限定されない。プローブカード作製のシナリオでは、ＰＣＢとの統合は、機械アセンブリを用いて前記ＰＣＢを前記アプリケーションプラットフォーム（その上に取付けされたＭＥＭＳ部品）と結合させることを含んでもよい。

本明細書に記載される技法は、１つ以上のＭＥＭＳ部品を備えた多様な製品に有用であってもよい。実例として、前記の完成品は、レーザ源（ＭＥＭＳ部品）が統合されており１つ以上のレンズ（これもまたＭＥＭＳ部品であってもよい）と位置合わせが成されたレーザモジュールを含んでいてもよい。このシナリオでは、前記レーザモジュールが接合される基板が前記アプリケーションプラットフォームとなる。前記レーザモジュールの前記取付けプロセスは、ダイ取付け法、例えば、半導体業界で広く用いられている基板にダイを接合する技法を用いて行うことができる。前記アプリケーションプラットフォームは、その上にある前記部品と前記部品との間及び前記アプリケーションプラットフォームの外部にあるシステムに対して電気接続を形成するようにパターニングされていてもよい。別のシナリオでは、前記完成品は、複数のＭＥＭＳプローブを備えたプローブカードを含んでいてもよい。このプローブカード上のそれら複数のプローブの位置は、カスタマイズすることができる。前記プローブカード基板（つまり、前記アプリケーションプラットフォーム）上に前記プローブを作製することは、通常、一連の加工ステップを伴う。従来、いずれかの加工ステップの際に前記プローブのいずれかに欠陥が発生すると、前記プローブカード全体が使用できなくなる恐れがあった。本明細書に記載する技法を用いると、前記プローブは、個別の基板上に作製することが可能となり、良好なプローブのみが選定されて前記プローブカード基板に取付けされることになる。前記プローブカード基板は、プローブ信号を送信するために前記プローブのそれぞれを外部プリント回路基板に電気的に接続するようにパターニングされていてもよい。１つ以上のＭＥＭＳ部品を内蔵した装置のその他の例として、光学スイッチ、ミラーアレイなどが挙げられる。

図２〜図６を参照して、ＭＥＭＳ部品４５をアプリケーションプラットフォーム２１に取付けするためのプロセスの実施形態を説明する。図面には、１つのＭＥＭＳ部品だけが示されているが、同じプロセスが、アプリケーションプラットフォーム２１上にＭＥＭＳ部品のアレイを取付けさせるのに適用できることが理解されている。ＭＥＭＳ部品のアレイは、同じＭＥＭＳ部品を含んでいてもよく、又は異なったＭＥＭＳ部品を含んでいてもよいことが分かっている。また、アプリケーションプラットフォーム２１には、完全に異なるか、又は一部異なる加工操作シーケンスによって作製されたＭＥＭＳ部品も取付けできることが分かっている。図２Ａに、アプリケーションプラットフォーム２１に塗布される接合材料２２の斜視図を示し、図２Ｂに、対応する断面図を示している。接合材料２２の種類として、樹脂、接着剤（ｇｌｕｅ）、ペースト、セメント、シリコン、導電性接着剤、共晶金属、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。ある接合材料２２、例えば、共晶金属及び半田は、テンプレート又はクーポンの形状であってもよい。幾つかの実施形態では、アプリケーションプラットフォーム２１の代わりに又はアプリケーションプラットフォーム２１に加えて、接合材料２２が、ＭＥＭＳ部品の接合面に塗布されてもよい。しかしながら、前記ＭＥＭＳ部品の前記作製プロセスで高温（例えば、半田リフローの温度より高い温度）が用いられる場合、接合材料２２がアプリケーションプラットフォーム２１にのみ塗布されて前記ＭＥＭＳ部品の作製を簡略化してもよい。

接合材料２２は、アプリケーションプラットフォーム２１及び／又は前記ＭＥＭ部の接合面に手動で若しくは機械又は装置によって塗布することができる。接合材料２２は、電気的形成、薄膜堆積、スピンパターニング、スプレーパターニング、積層、化学的形成、半田付け、熱圧縮、化学的結合、熱積層、調剤、又はこれらの任意の組み合わせによって塗布又は形成されてもよい。幾つかのシナリオでは、ＭＥＭＳ部品は、アプリケーションプラットフォーム２１に機械により固定するか又は磁気引力によって取付けされてもよい。機械による固定又は磁石は、接合材料２２と組み合わせて又は接合材料２１の代わりに用いることができる。例えば、まず機械による固定又は磁石を用いてアプリケーションプラットフォーム２１上にＭＥＭＳ部品の位置を固定した後、接合材料２２を用いて前記ＭＥＭＳ部品とアプリケーションプラットフォーム２１との間の接合をさらに確実にしてもよい。

図３Ａに、ガイドマスク３３の一実施例を示している。図３Ｂに、ガイドマスク３３がアプリケーションプラットフォーム２１上に位置合わせを成して配置された状態を示している。ガイドマスク３３は、アプリケーションプラットフォーム２１におけるＭＥＭＳ部品４５の位置精度を高めるものである。ガイドマスク３３及びプラットフォーム２１の形状は、必ずしも同じではない。ガイドマスク３３及びアプリケーションプラットフォーム２１はそれぞれ、位置合わせを成す位置を示す１つ以上の位置合わせマークを含んでいてもよい。ガイドマスク３３及びアプリケーションプラットフォーム２１は、例えば、自動的に前記位置合わせマークを検出してさらにその位置合わせマークを用いて位置合わせを形成する、市販されているウェハ接合機械によって位置合わせを成すことができる。或いは、１つ以上のダウエルピン孔がガイドマスク３３及びアプリケーションプラットフォーム２１上に作成されてもよい。ダウエルピン孔を作成するため、ガイドマスク３３及びアプリケーションプラットフォーム２１は、貫通孔（つまり、ダウエルピン孔）が作成されることになる位置を規定する位置合わせマークを付与されてもよい。前記貫通孔を作成するのに用いることができる技法として、レーザドリル、化学エッチング、又はフォトリソグラフィが挙げられるが、これらに限定されない。実例として、前記位置合わせマークが設けられる箇所を除いたガイドマスク３３及びアプリケーションプラットフォーム２１の全面を覆い且つ保護するようにフォトレジストをパターニングすることができる。続いて、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を実行して前記フォトレジスト以外の前記面内に前記貫通孔をエッチングすることができる。前記ダウエル孔の作成後、ダウエルピンがこれらダウエル孔に挿入されて前記位置合わせを誘導する。

ガイドマスク３３は、アプリケーションプラットフォーム２１上のＭＥＭＳ部品４５（図４Ａ）の位置を規定する開口部３４を含んでいる。開口部３４は、必ずしもＭＥＭＳ部品４５と正確に同じ形状を有していないが、ＭＥＭＳ部品４５が開口部３４内へと装着された後は、ずれないように成された形状を有している。例えば、開口部３４は、ＭＥＭＳ部品４５の正確な輪郭に合わせることなくＭＥＭＳ部品４５の角位置を規定する形状を有していてもよい。幾つかの実施形態では、開口部３４は、ＭＥＭＳ部品の位置決めに影響を及ぼすことなく前記ＭＥＭＳ部品４５の取り扱い又は細工を容易にするようにＭＥＭＳ部品４５の１つ以上の側面に切欠部を含んでいてもよい。図３Ａの実施形態では、開口部３４は、その中央にＭＥＭＳ部品４５の形状より大きな切欠部３６を含んでおり、ＭＥＭＳ部品４５の取り扱い又は細工を可能にしている。切欠部３６は、ツール（例えば、ピックアンドプレース機械）が開口部３４内へと前記ＭＥＭＳ部品を装着する間、ＭＥＭＳ部品４５に対する把持を維持するのに充分な間隙を提供している。切欠部３６は、ＭＥＭＳ部品４５が開口部３４内で動かないように成されている限り、いかなる形状及びいかなるサイズを有していてもよい。

さらに、幾つかの実施形態では、ガイドマスク３３がアプリケーションプラットフォーム２１に接触する開口部３４の底面部は、１つ以上の凹部、例えば、側壁内の凹部３５を含んでよい。凹部３５は、半田の融解温度での前記接合プロセスの際に接合材料２２（例えば、半田付けの材料）が「流れ出る」のを防ぐように形成されている。ガイドマスク３３は、例えば、シリコン又はその他の好適な材料から作成されていてもよい。

ガイドマスク３３の開口部３４は、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセス、レーザ切断、放電加工（ＥＤＭ）、又はその他の精密機械加工によって作成されてもよい。一実施形態では、ガイドマスク３３が形成されることになるフォトレジストがウェハ（例えば、シリコンウェハ）上に開口部３４の形状を有してパターニングされる。続いて、前記フォトレジストマスクによって保護されなかった前記ウェハの部分を貫通してエッチングするようにＤＲＩＥプロセスが実行されて開口部３４を作成する。その後、前記フォトレジストが剥離される。

凹部３５は、開口部３４が形成された後で作成することができる。凹部作成プロセスを説明するために、図３Ｂでは、ガイドマスク３３が２つの層３３ａ及び３３ｂに分割されている。しかしながら、以下にさらに詳細に説明されるように、２つの層３３ａ及び３３ｂは、同じウェハの異なった部分でもよく、又は異なった材料から作成されていてもよい。

一実施形態では、凹部３５は、ウェハ３３ａを反転させることによって、前記反転させたウェハ３３ａの上部にフォトレジストから成る層３３ｂが載置されるように、形成されている。続いて、フォトレジスト３３ｂがウェハ３３ａの面を露出するようにエッチングされる。フォトレジスト３３ｂのエッチングされた部分が凹部３５を形成する。このシナリオでは、フォトレジスト層３３ｂは、ウェハ３３ａ上に残ってガイドマスクの一部となっている。或いは、凹部３５は、ウェハ（両層３３ａ及び３３ｂ）を反転させることによって、前記反転させたウェハ上部にマスクとしてフォトレジスト（図示せず）が載置できるように、形成される。ウェハ（層３３ａ及び３３ｂ）の露出面をエッチングするようにＤＲＩＥプロセスが実行され、前記プロセスは、ウェハ層３３ｂの部分のみがエッチング除去されるように時間調整される。このシナリオでは、凹部３５は、ウェハ層３３ｂのエッチングされた部分によって形成される。その後、前記フォトレジストが剥離される。さらに別の実施形態では、凹部３５は、ウェハ３３ａを反転させることによって、前記ウェハの表面を覆うようにポリイミド３３ｂの層が形成されるように、形成される。ポリイミド層３３ｂの形成に続いて、エッチングマスク（図示せず）がフォトレジストによって作成され、ポリイミド層３３ｂの上部に載置される。露出されるポリイミド３３ｂを除去するようにプラズマドライエッチングを行って凹部３５を形成する。その後、前記フォトレジストが剥離される。ポリイミドは、フォトレジストに比べて耐性温度が高いため、前記接合プロセスが高い温度を伴う場合はポリイミドが用いられてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂでは、１つの開口部３４のみが図示されているが、当業者であれば、複数のＭＥＭＳ部品を載置するようにガイドマスク３３が複数の開口部を含んでいてもよいことを理解するであろう。前記開口部のそれぞれは、同じか又は異なったＭＥＭＳ部品を載置するために同じ形状／サイズ又は異なった形状／サイズを有していてもよい。前記開口部のそれぞれは、同じか又は異なった配向を有していてもよい。１つの加工操作で複数のＭＥＭＳ部品が複数の開口部内へと装着されてアプリケーションプラットフォーム２１に接合することができるため、複数のＭＥＭＳ部品を備えたＭＥＭＳ装置をアセンブルするのに要する時間が大幅に短縮される。

図４Ａに、ＭＥＭＳ部品４５の一実施例を示している。図４Ｂに、ＭＥＭＳ部品４５がアプリケーションプラットフォーム２１上のガイドマスク３３の開口部３４内へと装着された状態を示している。ＭＥＭＳ部品４５の前記載置は、手動でも機械を用いて実行されてもよい。

アプリケーションプラットフォーム２１に対するＭＥＭＳ部品４５の接着性を高めるため、ＭＥＭＳ部品４５がガイドマスク３３の開口部３４内へと装着された後、ＭＥＭＳ部品４５に対してアプリケーションプラットフォーム２１の方向に力がもたらされてもよい。図５Ａに、押圧片５６（本明細書では押圧ウェハともいう）の一実施例を示しており、押圧片５６は、押圧ブロック部５７（本明細書では突出部ともいう）と孔５８（本明細書では開口部ともいう）とを含んでいる。押圧ブロック部５７及び孔５８の形状及びサイズは、ＭＥＭＳ部品４５の形状及びサイズに応じてＭＥＭＳ部品４５の部分に対してアプリケーションプラットフォーム２１の方向に押圧力（図でいうと下方向の力）を選択的に付与するように設計されている。押圧ブロック部５７及び孔５８の形状及びサイズは、ＭＥＭＳ部品４５の輪郭に正確に合わせる必要がないことが分かっている。例えば、押圧片５６の設計を簡略化するように円形、四角形、又は矩形などの単純な形状を選ぶことができる。さらに、押圧片５６は、接合プロセスの際に同時に複数のＭＥＭＳ部品に力を付与するように複数の押圧ブロック部及び複数の孔を含んでいてもよい。前記押圧ブロック部及び前記孔のそれぞれは、異なった形状と異なったサイズとを有するＭＥＭＳ部品に効果的に押圧力を付与するように異なった形状と異なったサイズとを有していてもよい。押圧片５６は、例えば、シリコン又はその他の好適な材料から作成されてもよい。孔５８は、ガイドマスク３３の開口部３４に対して上述したのと同様のプロセスを用いて作成されてもよい。押圧ブロック部５７は、金属（例えば、金メッキ又は銅メッキ）、フォトレジスト、ポリマー、又はその他の好適な材料から作成されてもよい。

押圧ブロック部５７を作成するため、一実施形態では、押圧片５６が形成されるウェハ上にフォトレジストの層を載置することができる。前記フォトレジストの層は、押圧ブロック部５７の前記所望の形状及びサイズに応じてパターニングされて前記ウェハ上に残すことができる。このシナリオでは、前記フォトレジスト自体が押圧ブロック部５７を形成することになる。代替えの実施形態では、押圧ブロック５７に対応する前記フォトレジスト内に開口部が作成されるように、フォトレジストマスクが凹部としてパターニングされ得る。続いて、金属（例えば、銅又は金）が前記開口部内へとメッキされて押圧ブロック部５７を形成する。その後、前記フォトレジストが剥離される。さらに別の実施形態では、押圧片５６を形成することになる前記ウェハの表面を覆うようにポリイミドから成る層が形成される。続いて、前記ポリイミド層の上部にフォトレジストがある状態で押圧ブロック部５７をフォトパターニングすることによってエッチングマスクが作成される。保護されていないポリイミドを除去するようにプラズマドライエッチングが実行されてから、前記フォトレジストが剥離される。このシナリオでは、押圧ブロック部５７は、ポリイミドによって形成される。ガイドマスク３３の凹部３５については、上述したように、ポリイミドは、フォトレジストに比べて耐性温度が高いので、前記接合プロセスが高い温度を伴う場合にポリイミドが用いられてもよい。

図５Ｂに、押圧片５６をＭＥＭＳ部品４５上に接触させた状態を示している。押圧ブロック部５７は、図で見るように、ＭＥＭＳ部品４５の接合面の上部に設けられるＭＥＭＳ部品４５の部分との接点を形成している。図５Ｂに示す実施形態では、ＭＥＭＳ部品４５の前記接合面は、接合材料２２との直接接点を形成している。孔５８は、押圧が必要でないか又は望まれていないＭＥＭＳ部品４５の上部と位置合わせが成されている。押圧片５６は、上述したように、ガイドマスク３３をアプリケーションプラットフォーム２１と位置合わせを成すための同様の技法によってガイドマスク３３及びアプリケーションプラットフォーム２１に対して位置合わせを成すことができる。

押圧片５６をＭＥＭＳ部品４５の上部に載置した後、押圧片５６、ＭＥＭＳ部品４５、ガイドマスク３３、接合材料２２、及びアプリケーションプラットフォーム２１から成るスタックに接合プロセスが実行される。一実施形態では、ＭＥＭＳ部品４５をアプリケーションプラットフォーム２１に接合するように前記スタックが加熱される。前記接合が半田付けによって形成される実施例では、前記スタックは、半田リフロープロセスを実行するように熱板上に戴置することができる。前記接合プロセスの際に機械が押圧片５６及び押圧ブロック部５７に特別な力を付与することができ、さらにその力をＭＥＭＳ部品４５に伝達してＭＥＭＳ部品４５をアプリケーションプラットフォーム２１に向けて押圧し、前記接合接点を強化する。前記スタックが冷却されて前記接合が形成された後、押圧片５６及びガイドマスク３３は、例えば、ウェハ接合機械によって連続して剥離される。ウェハ接合機械は、押圧片５６及びガイドマスク３３を一度に一つずつアプリケーションプラットフォーム２１から垂直に持ち上げることによってそれらを剥離することができるものである。前記スタックの位置合わせを成すのにダウエルピンが用いられている場合、押圧片５６及びガイドマスク３３は、一度に一つずつ、ＭＥＭＳ部品４５に対する損傷を防ぐように手動又は機械によって前記ダウエルピンから垂直に滑り出ることができる。その後、前記ダウエルピンが除去され得る。押圧片５６及びガイドマスク３３は、アプリケーションプラットフォーム２１上に次のバッチのＭＥＭＳ部品を戴置するために再利用することができる。

前記接合プロセスの結果、ＭＥＭＳ部品４５は、図６に示すように、アプリケーションプラットフォーム２１に接合されている。一実施形態では、ＭＥＭＳ部品４５の取付けの前に、アプリケーションプラットフォーム２１は、その上に作製された部品６３、６４を有している。部品６３、６４は、電気部品、光学部品、電子部品、又は機械部品のうちの少なくとも１つを含んでいる。続いて、さらなる統合プロセス（例えば、図１のブロック１５０に記載したようにアプリケーションプラットフォーム２１の外部モジュールとの統合）が実行されてもよい。この時点で、アプリケーションプラットフォーム２１上のＭＥＭＳ部品４５及びその他の部品（例えば、部品６３及び６４）は、操作上特定アプリケーションに向けられたＭＥＭＳ装置を形成している。

以上、図２〜図６に関連して記載されたプロセスは、１つ以上の機械によって実行されてもよく、そのうちの幾つかは、ＭＥＭＳ部品４５の前記配向、前記位置合わせ、及びガイドマスク３３の開口部３４内への前記戴置、並びに前記接合プロセスを実行するようにカスタムメイドされた部品を用いて修正されていてもよい。これら機械の例としては、ダイ取付け機械、ピックアンドプレース機械、ウェハ接合機械、及びフリップチップ機械が挙げられ、それらは全て市販されており、手動で、半自動的、又は自動的に操作することができる。前記機械のそれぞれは、前記加工操作のうちの１つ以上を実行するように構成することができる。例えば、ダイ取付け機械は、１つ以上の個別の基板から１つ以上のＭＥＭＳ部品をピックアップしてアプリケーションプラットフォーム２１上のガイドマスク３３の開口部３４内へと戴置するように構成されてもよい。ウェハ接合機械は、アプリケーションプラットフォーム２１、ガイドマスク３３、及び押圧片５６の位置合わせを成し、且つ、アプリケーションプラットフォーム２１に対してＭＥＭＳ部品４５の前記接合プロセスを実行するように構成されてもよい。或いは、前記機械は、１つの機械が上述した操作全てを実行することができるようにカスタマイズすることができる。

以上、ガイドマスクを用いてアプリケーションプラットフォーム上にＭＥＭＳ部品を形成するための技法について説明してきた。上述の説明は、例示であって発明を限定するものではないことが理解されるべきである。上述の説明を読んで理解することによって、当業者には上記した以外の多くの実施形態が明らかとなるであろう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参考としてさらに該特許請求の範囲に付与される均等の全範囲と併せて示されるものである。

これまで具体的な例示的実施形態を参考としながら本発明について説明してきたが、本発明は、上記した実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の趣旨及び適用範囲内における修正及び変更によっても実行され得ることが認識されるであろう。従って、本明細書及び図面は、限定的な意味合いよりむしろ例示的な意味合いにおいて考慮されるべきものである。

Claims (20)

1. アプリケーションプラットフォーム上のガイドマスクであって前記アプリケーションプラットフォーム上に載置される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）部品の位置を規定する開口部を含むガイドマスクを載置するステップと、
   前記ＭＥＭＳ部品を前記アプリケーションプラットフォーム上の前記ガイドマスクの前記開口部内へと載置するステップと、
   前記ＭＥＭＳ部品が前記アプリケーションプラットフォームに接合された後に前記アプリケーションプラットフォームから前記ガイドマスクを剥離するステップと、を備えた方法。
2. 前記ガイドマスクの前記開口部は、前記ＭＥＭＳ部品の正確な輪郭に合わせることなく前記アプリケーションプラットフォーム上の前記ＭＥＭＳ部品の正しい位置を規定するように成形される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＭＥＭＳ部品を前記開口部内へと載置するステップは、前記開口部の側面にある切欠部を用いることによって前記ＭＥＭＳ部品を前記開口部内へと装着する際に前記ＭＥＭＳ部品に対する把持を維持するステップをさらに備えた、請求項１に記載の方法。
4. 前記ＭＥＭＳ部品を前記ガイドマスクの前記開口部内へと戴置するステップは、前記ＭＥＭＳ部品を前記アプリケーションプラットフォームに接合する接合プロセスの際に突出部を有する押圧ウェハに押圧力を付与して前記ＭＥＭＳ部品との接点を形成するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記開口部の側面の底部に凹部を形成するステップをさらに備えた、請求項１に記載した方法。
6. 前記アプリケーションプラットフォーム上に前記ガイドマスクを戴置する前に前記アプリケーションプラットフォーム上に接合材料を戴置するステップをさらに備えた、請求項５に記載の方法。
7. 前記ＭＥＭＳ部品は、プローブカードのプローブである、請求項１に記載の方法。
8. ウェハ接合機械を用いて前記ガイドマスク及び前記アプリケーションプラットフォームの位置合わせを成すステップをさらに備えた、請求項１に記載の方法。
9. 前記ガイドマスク及び前記アプリケーションプラットフォーム上にダウエルピン孔を作成するステップと、
   ダウエルピンを前記ダウエルピン孔内へと挿入することによって前記ガイドマスク及び前記アプリケーションプラットフォームの位置合わせを成すステップと、
   前記ガイドマスクが前記アプリケーションプラットフォームから剥離された後で前記ダウエルピンを除去するステップとをさらに備えた、請求項１に記載の方法。
10. アプリケーションプラットフォームにおける微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）部品の正確な位置を規定する少なくとも１つの開口部を有するガイドマスクであって、前記ＭＥＭＳ部品の位置決めのために前記アプリケーションプラットフォーム上に戴置されるのに好適、且つ、前記ＭＥＭＳ部品が前記アプリケーションプラットフォームに接合された後に剥離されるのに好適な寸法を有するガイドマスクを備えた装置。
11. 少なくとも１つの押圧ブロック部を備えた押圧片であって、前記ガイドマスク上に戴置されて前記ＭＥＭＳ部品を前記アプリケーションプラットフォームに接合する接合プロセスの際に前記押圧ブロック部を経由して前記ＭＥＭＳ部品上に押圧力を加え、且つ、前記ＭＥＭＳ部品が前記アプリケーションプラットフォームに接合された後に除去される押圧片をさらに備えた、請求項１０に記載の装置。
12. 前記押圧ブロック部は、金属、フォトレジスト、又はポリイミドによって形成される、請求項１０に記載の装置。
13. 前記ガイドマスクの前記開口部は、前記ＭＥＭＳ部品の正確な輪郭に合わせることなく前記アプリケーションプラットフォーム上の前記ＭＥＭＳ部品の正しい位置を規定するように成形される、請求項１０に記載の装置。
14. 前記ガイドマスクの前記開口部は、前記開口部の側面に切欠部を含むように成形される、請求項１３に記載の装置。
15. 前記ガイドマスクは、前記開口部の側面の底部に凹部を含む、請求項１０に記載の装置。
16. 前記凹部は、フォトレジストから成る層、ポリイミドから成る層、又は前記ガイドマスクの一部のエッチングによって形成される、請求項１５に記載の装置。
17. 前記ＭＥＭＳ部品は、プローブカードのプローブである、請求項１０に記載の装置。
18. プローブカードをアセンブルするための方法であって、
    アプリケーションプラットフォーム上のガイドマスクであって前記アプリケーションプラットフォーム上に戴置されるプローブの位置を規定する複数の開口部を含むガイドマスクを戴置するステップと、
    前記プローブを前記アプリケーションプラットフォーム上の前記ガイドマスクの前記開口部内へと戴置するステップと、
    前記プローブが前記アプリケーションプラットフォームに接合された後に前記アプリケーションプラットフォームから前記ガイドマスクを剥離するステップと、を備えた方法。
19. 前記開口部のそれぞれが、前記アプリケーションプラットフォーム上の前記プローブのうちの１つのプローブの正しい位置を、前記１つのプローブの正確な輪郭に合わせることなく規定するように成形される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記プローブを前記ガイドマスクの前記開口部内へと戴置するステップは、
    前記プローブのうちの１つのプローブを前記開口部のうちの１つの開口部内へと装着する際に前記１つの開口部の側面にある切欠部を用いることによって前記１つのプローブに対する把持を維持するステップをさらに備えた、請求項１８に記載の方法。

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