JP2010105153A - Ｍｅｍｓ装置およびマイクロエレクトロメカニカルシステム（ｍｅｍｓ）を組み立てる方法 - Google Patents

Ｍｅｍｓ装置およびマイクロエレクトロメカニカルシステム（ｍｅｍｓ）を組み立てる方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＭＥＭＳ装置およびマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）を正確に組み立てる方法を提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳダイは、バンプ１０８を有しパターン形成された金属層１０４とガラス層１０２に取り付けられたＭＥＭＳ構成要素１０６を含む。ガラス層の上または内に配置された１つまたは複数の参照フィーチャが、金属層内に製作または形成されたウインドウ１１２を使用して光学的に検知可能である。これを使用してＭＥＭＳ構成要素を有するガラス層１０２とバンプ１０８を有する金属層１０４を正確に位置合わせし組み立てることができる。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、一般に、ボードまたはパッケージとも呼ばれる基板に実装されたＭＥＭＳダイを有するＭＥＭＳ装置に関する。
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）は、ナビゲーションまたはガイダンスのシステムから弾道用途まで、様々な用途において使用される。一部のＭＥＭＳ装置の製造において、ＭＥＭＳウェーハは、実際にチップを裏返すことなく、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、制御されたハンダの領域、金スタッドバンプフリップチップなどのフリップチップ法を使用して、例えばパッケージまたはボード（例えば基板）に取り付けられる。さらに、ＭＥＭＳウェーハは、基板上に裏向きではなく表向きに実装されるが、やはりフリップチップ実装の機械的な利点を必要とする。ＭＥＭＳウェーハは、一般に、連続した金属層に結合されたガラス層を含み、いくつかのＭＥＭＳ構成要素がそのガラス層の開放面または前面に取り付けられる。ＭＥＭＳウェーハは、生産された後で、個々のダイを作るためにダイシングまたは分割される。次に各ダイは、バンプのパターンを基板に施し、次いでバンプのパターンにダイを接着することによって、基板に取り付けることができる。金属層は、一般に、ＭＥＭＳダイをパッケージングの次のレベル（すなわち基板）に接着させるための層としてのみ使用される。基板に対するダイの位置合わせは、ＭＥＭＳ装置の精度および性能に影響を及ぼす。
ＭＥＭＳウェーハを作り、ウェーハをダイシングし、ダイを基板に取り付ける従来の一方法は、（１）ウェーハの金属層上に配置された位置合わせマークを使用してウェーハをダイシングするステップと、（２）バンプのパターンを基板に施すステップと、（３）ダイの縁部を用いて基板の一部分上でダイを位置合わせするステップと、（４）ダイを基板に接着させるステップとを含む。これらのステップの各々において、ある量の誤差が導入され、これらの誤差が累積する可能性がある。例えば、それぞれの各ダイの縁部に対する各ＭＥＭＳ構成要素の位置は、ダイシング動作中に導入される誤差と、バンプのパターンを基板に施すときに導入される誤差と、ダイを基板の一部分に位置合わせするときに導入される誤差と、ダイを基板に接着するときに導入される誤差とのために僅かに変動する可能性がある。
上記の１つまたは複数の位置合わせ誤差を補正する一手法は、バンプのパターンをダイの裏面に配置して、バンプのパターンに対するダイのいかなる位置合わせ不良も低減させることである。この手法は、ダイの裏面を形成する金属層がない場合にだけ功を奏する。しかし、ダイの裏面が金属層または非透過層である場合は、バンプのパターンに対してＭＥＭＳ構成要素を十分に位置合わせする方法がなく、したがって、位置合わせ誤差は依然として残存する。
本発明は、一般に、ボードまたはパッケージとも呼ばれる基板に実装されたＭＥＭＳダイを有するＭＥＭＳ装置に関する。ＭＥＭＳダイは、ガラス層に取り付けられたＭＥＭＳ構成要素を含むＭＥＭＳウェーハから生産され、ガラス層は金属層に取り付けられる。ＭＥＭＳダイは、ＭＥＭＳウェーハをダイシングする、言い換えると分割することによって生産される。一実施形態において、ＭＥＭＳウェーハは、金属層内に形成された少なくとも２つのウインドウを含むので、金属層上に配置されたバンプのパターンのバンプは、ガラス層上に置かれた対応するＭＥＭＳ構成要素と光学的に位置合わせすることができる。さらに、バンプとＭＥＭＳ構成要素は、ウインドウを使用して位置合わせして、ガラス層の少なくとも１つの参照フィーチャに対してバンプとＭＥＭＳ構成要素とを光学的に位置決めすることができる。この参照フィーチャは、ガラス層に埋め込まれた基準または金属のトレースの形をとることができる。
本発明の一態様において、ＭＥＭＳウェーハは、第１の表面と第２の表面とを有し少なくとも１つの参照フィーチャを有するガラス層と、ガラス層の第１の表面に結合された第１の表面と第２の表面とを有する金属層であって、金属層を通って延在し、光を透過するように動作可能な少なくとも２つのウインドウを有し、少なくとも２つのウインドウが、ガラス層の少なくとも１つの参照フィーチャの光学的検知ができるように配置された、金属層と、ガラス層の第２の表面に結合された複数のＭＥＭＳ構成要素と、金属層の第２の表面上に配置されたバンプのパターンであって、ガラス層の少なくとも１つの参照フィーチャを光学的に突き止めるために、金属層内に置かれた少なくとも２つのウインドウを使用して複数のＭＥＭＳ構成要素と光学的に位置合わせされたバンプのパターンとを含む。
本発明の別の態様において、ＭＥＭＳ装置は、外周部を有する基板と、ＭＥＭＳウェーハに施された少なくとも１つのフィーチャに対して位置決めされたＭＥＭＳウェーハのダイシングされた部分であって、第１の表面と第２の表面と少なくとも１つの参照フィーチャとを含むガラス層と金属層とＭＥＭＳ構成要素とバンプのパターンとを含むＭＥＭＳウェーハのダイシングされた部分とを含み、ＭＥＭＳ構成要素は、ガラス層の第２の表面に結合され、金属層は、ガラス層の第１の表面に結合された第１の表面と、第２の表面とを有し、バンプのパターンは、金属層の第２の表面上に配置され、ＭＥＭＳ構成要素とガラス層の少なくとも１つの参照フィーチャとに光学的に位置合わせされる。
本発明のさらに別の態様において、ＭＥＭＳ装置を組み立てる一方法は、（１）少なくとも１つの参照フィーチャを有するガラス層を形成するステップと、（２）金属層を通って延在する少なくとも２つの光透過性ウインドウを有する金属層を形成するステップと、（３）金属層をガラス層に取り付けるステップと、（４）金属層とは反対側のガラス層上に複数のＭＥＭＳ構成要素を取り付けるステップと、（５）ガラス層とは反対側の金属層上に、少なくとも２つのウインドウを通してＭＥＭＳ構成要素に対して光学的に位置合わせされた複数のバンプを有するバンプのパターンを取り付けるステップと、（６）個々のＭＥＭＳダイを形成するステップと、（７）ＭＥＭＳダイを位置合わせして、基板上に実装するステップとを含む。
本発明の好ましい代替実施形態を以下の図面を参照して次に詳細に説明する。
本発明の図示された実施形態による、バンプのパターンを１つまたは複数のＭＥＭＳ構成要素と位置合わせするための、形成された少なくとも２つのウインドウを備えた金属層を有するＭＥＭＳウェーハの側面図である。 本発明の一実施形態による、それぞれのＭＥＭＳダイにダイシングされている図１−１のＭＥＭＳウェーハの側面図である。 本発明の図示された実施形態による、ＭＥＭＳダイを選択し、裏返し、基板上に配置することによってＭＥＭＳ装置を製作する方法の概略側面図である。 図３で製作されたＭＥＭＳ装置の上面の平面図である。 図１−２のダイシングされたＭＥＭＳウェーハからとられた単一ＭＥＭＳダイの分解側面図である。
図１−１および図１−２は、金属層１０４に結合されたガラス層１０２を有するＭＥＭＳウェーハ１００を示す。１つまたは複数のＭＥＭＳ構成要素１０６が、ガラス層１０２上に配置される一方、バンプのパターン１１０を形成するいくつかのバンプ１０８が、金属層上に配置される。金属層１０４は、金属層１０４の厚みを通って延在する少なくとも２つのウインドウ１１２を含む。ウインドウ１１２は、開口部とすることができる、あるいは少なくとも光のある周波数で光学的に透明である材料などの光透過性材料で満たすことができる。同様に、ガラス層１０２は、シリコンガラス層１０２でよく、光の同様の周波数で光学的に透明とすることもできる。ＭＥＭＳ構成要素１０６は、慣性検出器などの検出器の形をとることができる。図１−２は、個々のＭＥＭＳダイ１０１を作製するためのダイシングすなわち分割動作を受けたＭＥＭＳウェーハ１００を示す。
図２は、ガラス層１０２と金属層１０４とＭＥＭＳ構成要素１０６とバンプ１０８とを有するＭＥＭＳウェーハ１００の一部分を示す。ＭＥＭＳ構成要素１０６は、ガラス層１０２の前面１１４に取り付けられ、一方バンプ１０８は、金属層１０４の裏面１１６に取り付けられる。金属層１０４は、ガラス層１０２の裏面１１８に、またはそれに隣接して施される。上で議論した従来のＭＥＭＳウェーハおよび従来のＭＥＭＳ装置とは異なり、本発明の金属層１０４は、ガラス層１０２の裏面１１８上に非連続な（例えば、全面に覆われていない）金属層を含む。一例として、金属層１０４は、例えば金、銀、チタン、クロムまたは白金の層の形をとることができる。非連続な金属層１０４は、ガラス層１０２の前面１１４上に配置された、またはガラス層１０２に埋め込まれた１つまたは複数の参照フィーチャ１２０が、ウインドウ１１２を通して見ることにより光学的に検知可能となるように選択的に配置されたウインドウ１１２を有する金属層１０４をパターン形成することによって作製することができる。ウインドウ１１２を有する金属層１０４のパターンは、フォトリソグラフィまたはシャドウマスキングなどのＭＥＭＳ技法を使用して形成することができる。参照フィーチャ１２０は、図示された実施形態に概略的に示されるが、例えば、基準、導電性トレースまたは位置合わせマークの形をとることができる。さらに、参照フィーチャ１２０は、様々な方向に向き付けることが可能で、図２に概略的に示された２次元構成に限定されない。以下により詳しく議論するように、参照フィーチャ１２０は、ワイヤーボンディングおよびダイ配置に利用することができる。
一実施形態において、ＭＥＭＳ構成要素１０６は、参照フィーチャ１２０を用いてガラス層１０２の前面１１４上に位置合わせされる。そして、前面１１４が容易に見えるので、ＭＥＭＳ構成要素１０６の位置合わせは、非常に正確になる傾向がある。本明細書に使用される「見える」は、人間の能力で見えること、光学式、機械式、磁気的、電気的機器またはこれらの何らかの組合せを使用して見えることを含み得るが、これに限定されない。次いて、バンプ１０８は、ウインドウ１１２を通して参照フィーチャ１２０を光学的に検知することによってＭＥＭＳ構成要素１０６と位置合わせされる。参照フィーチャ１２０は、ウェーハ１００に対して位置決めされるものと見なすことができ、したがって、２つの独立した参照フィーチャ１２０を配置することにより、対応するＭＥＭＳ構成要素１０６に対するバンプ１０８の正確な位置合わせをもたらす。一実施形態において、参照フィーチャ１２０は、パターン認識システムを使用して突き止められる。
ウインドウ１１２は、大まかに位置合わせして、ガラス層１０２の上または内に配置された参照フィーチャ１２０を見られるように十分に大きくする必要があるだけである。適正な照明条件と共にウインドウ１１２を使用することにより、金属層１０４の裏面１１６上で、ＭＥＭＳ構成要素１０６に対してバンプ１０８の正確な位置合わせおよび配置が可能になる。その結果、参照フィーチャ１２０を使用して、ＭＥＭＳ構成要素１０６およびバンプ１０８の両方をウインドウ１１２を使用して正確に位置合わせする。有利には、この位置合わせ方法は、累積的な位置合わせ誤差を低減または解消しており、従来のＭＥＭＳ装置より頑丈で良好に機能し、それでもなお、繰り返し高い精度でコスト効率よく大量生産することができるＭＥＭＳ装置を生産する。
図１−３および図１−４を参照すると、ＭＥＭＳダイ１０１を基板１２４に取り付けて、例えば、回路基板の一部を形成することができる。ロボットのピック・アンド・プレース機構などの機器は、矢印１２６によって示したように、参照フィーチャ１２０を用いて、ダイ１０１を持ち上げ、裏返し、次いで基板１２４上に配置することができる。図１−４は、基板１２４の外周部１２８と位置合わせされた、または基板１２４上に配置された他の参照フィーチャ１３０と位置合わせされたダイ１０１を示す。
上記したように、本発明の一実施形態が図示され、説明されたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの変更を加えることができる。したがって、本発明の範囲は、一実施形態の開示によって限定されない。その代わり、本発明は、以下の特許請求の範囲への参照によって完全に決定されるべきである。
１００ ＭＥＭＳウェーハ
１０１ ＭＥＭＳダイ
１０２ ガラス層
１０４ 金属層
１０６ ＭＥＭＳ構成要素
１０８ バンプ
１１０ バンプのパターン
１１２ ウインドウ
１１４ 前面
１１６ 裏面
１１８ 裏面
１２０ 参照フィーチャ
１２４ 基板
１２６ 矢印
１２８ 外周部
１３０ 他の参照フィーチャ

Claims (3)

  1. 第１の表面と第２の表面とを有し少なくとも１つの参照フィーチャを有するガラス層と、
    前記ガラス層の前記第１の表面に結合された第１の表面と第２の表面とを有する金属層であって、金属層を通って延在し、光を透過するように動作可能な少なくとも２つのウインドウを有し、前記少なくとも２つのウインドウが、前記ガラス層の前記少なくとも１つの参照フィーチャの光学的検知ができるように配置された、金属層と、
    前記ガラス層の前記第２の表面に結合された複数のＭＥＭＳ構成要素と、
    前記金属層の前記第２の表面上に配置されたバンプのパターンであって、前記ガラス層の少なくとも１つの参照フィーチャを光学的に突き止めるために、前記金属層内に置かれた前記少なくとも２つのウインドウを使用して前記複数のＭＥＭＳ構成要素と光学的に位置合わせされたバンプのパターンとを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムのウェーハ。
  2. 外周部を有する基板と、
    ＭＥＭＳウェーハに施された少なくとも１つのフィーチャに対して位置決めされた前記ＭＥＭＳウェーハのダイシングされた部分であって、第１の表面と第２の表面と少なくとも１つの参照フィーチャとを含むガラス層と、金属層と、ＭＥＭＳ構成要素と、バンプのパターンとを含む前記ＭＥＭＳウェーハのダイシングされた部分とを含み、
    前記ＭＥＭＳ構成要素は、前記ガラス層の前記第２の表面に結合され、
    前記金属層は、前記ガラス層の前記第１の表面に結合された第１の表面と、第２の表面とを有し、
    前記バンプのパターンは、前記金属層の前記第２の表面上に配置され、前記ＭＥＭＳ構成要素と前記ガラス層の前記少なくとも１つの参照フィーチャとに光学的に位置合わせされる、ＭＥＭＳ装置。
  3. ＭＥＭＳ装置を組み立てる方法であって、
    少なくとも１つの参照フィーチャを有するガラス層を形成するステップと、
    前記金属層を通って延在する少なくとも２つの光透過性ウインドウを有する金属層を形成するステップと、
    前記金属層を前記ガラス層に取り付けるステップと、
    前記金属層とは反対側の前記ガラス層上に、複数のＭＥＭＳ構成要素を取り付けるステップと、
    前記ガラス層とは反対側の前記金属層上に、前記少なくとも２つのウインドウを通して前記ＭＥＭＳ構成要素に対して光学的に位置合わせされた複数のバンプを有するバンプのパターンを取り付けるステップと、
    個々のＭＥＭＳダイを形成するステップと、
    前記ＭＥＭＳダイを位置合わせして、基板上に実装するステップとを含む方法。
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