JP2011079311A - 金型上への保護層の形成及び保護層を有する金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 保護層を有する金型を形成する方法を提供する。
【解決手段】 保護層を有する金型を形成する方法が、少なくとも１つの実質的に平坦な面を有する金型基板を形成することと、少なくとも１つの実質的に平坦な面の上に金型保護材料の層を堆積させることと、金型保護層を通って、少なくとも１つの実質的に平坦な面内に複数のキャビティをエッチングすることとを含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は、金型（mold）の技術に関し、より具体的には、金型上に保護層を形成する方法に関する。

半導体、プロセッサ、論理チップ等のような電子デバイスは、他の構成要素への相互接続部としてはんだボールを使用する。つまり、はんだボールは、電子デバイスとの間の通信経路を提供する。さらに、はんだボールは、電子デバイスを別の構成要素に固定するための取り付け要素として働くことができる。はんだボールは、金型内に形成され、次に、電子デバイスに取り付けられる。時間と共に、多様な使用及び関連した処理を通じて、金型内に形成されたキャビティへの金属のブレーディング（blading）又は通常の処理から、金型にはスクラッチ（scratch）即ち傷がつくようになる。小さいスクラッチは、検査中に混乱をもたらす疑似欠陥を引き起こすことが多い。さらに、時間と共に、小さいスクラッチがクラック（crack）即ちひび割れになり、このクラックが金型の破局的な故障をもたらす可能性がある。さらに、一部幾つかの大きいスクラッチ又はガウジ（gouge）即ち溝は、金型キャビティ間ではんだを捕捉して移送する経路のように作用することがある。

金型のスクラッチ、クラック、損傷及び他の欠陥に対処する必要性がある。

１つの例示的な実施形態によると、保護層を有する金型を形成する方法が、少なくとも１つの実質的に平坦な面を有する金型基板を形成することと、少なくとも１つの実質的に平坦な面の上に金型保護材料の層を堆積させることと、金型保護材料の層を通って少なくとも１つの実質的に平坦な面内に複数のキャビティをエッチングすることとを含む。

例示的な実施形態の別の態様によると、複数の金型キャビティが設けられた少なくとも１つの実質的に平坦な面を有する金型を保護する方法が、複数の金型キャビティのそれぞれのものに複数のマンドレルを挿入することと、少なくとも１つの実質的に平坦な面及び複数のマンドレルの上に金型保護材料の層を堆積させることと、金型基板から複数のマンドレルを除去することとを含む。

例示的な実施形態の別の態様によると、はんだボールを形成するための金型が、第１の実質的に平坦な面及び対向する第２の実質的に平坦な面を含む本体を有する基板であって、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）から形成される基板を含む。この金型は、第１の実質的に平坦な面内に形成される複数のキャビティをさらに含む。複数のキャビティは、本体部分内に延び、かつ、第２の実質的に平坦な面の手前で停止する。保護層は、第１の実質的に平坦な面上に形成される。保護層は、基板への損傷を防ぐように構成され、配置される。

付加的な特徴及び利点が本発明の技術を通して実現される。本発明の他の実施形態及び態様は、本明細書において詳細に説明され、特許請求された本発明の一部分であると見なされる。利点及び特徴を有する本発明のより良い理解のために、説明及び図面を参照する。

本発明と考えられる主題は、明細書の最後の特許請求の範囲において具体的に示され、明確に特許請求される。本発明の上記の及び他の特徴及び利点は、添付の図面と併せて説明される以下の詳細な説明から明らかになる。

例示的な実施形態による、金型のための第１及び第２の実質的に平坦な面を有する基板の断面図である。 一方の第１の実質的に平坦な面上に堆積された保護層を示す、図１の基板の断面図である。 保護層上に配置されたフォトレジスト層を示す、図２の基板の断面図である。 フォトレジスト層及び保護層を通ってエッチングされたパターンを示す、図３の基板の断面図である。 例示的な実施形態による、フォトレジスト層が除去され、基板内に複数のキャビティがエッチングされ、保護層を有する金型が形成された、図４の金型組立体の断面図である。 フォトレジスト層及び保護層を通ってエッチングされたキャビティを示す、図３の基板の断面図である。 例示的な実施形態の別の態様による、保護層を有する金型を形成するためのフォトレジスト層の除去を示す、図６の基板の断面図である。 例示的な実施形態の別の態様による、保護コーティングを必要とする複数のキャビティを有する金型組立体の断面図である。 マンドレルが複数のキャビティに挿入された、図８の金型組立体の断面図である。 保護層がマンドレルの上に堆積された、図９の金型組立体の断面図である。 保護層と同一平面になるようにマンドレルが研磨された、図１０の金型組立体の断面図である。 例示的な実施形態の別の態様による、保護層を有する図８の金型組立体を示すようにマンドレルが除去された、図１１の金型組立体の断面図である。

金型キャビティへの金属のブレーディング、又は通常の処理から、金型基板、特にはんだボールの形成に使用されるものには傷がつく。小さいスクラッチは、有害なものになるか、又は、検査中に混乱をもたらす疑似欠陥を引き起こすことがある。時間と共に、スクラッチがクラックになり、このクラックが破局的な故障になり、それにより金型の破壊を招く可能性がある。さらに、大きいスクラッチ又はガウジは、キャビティのように作用し、隣接する金型キャビティ間ではんだを捕獲し、移送することがある。このため、スクラッチ、クラック、損傷及び他の欠陥に対する耐性がある面をもつ金型を形成することが望ましい。

図１−図５に最も良く示されるように、例示的な実施形態に従って構築された金型基板が、全体的に２で示される。金型基板２は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）から形成されることが好ましく、中間部分１０を通って第２の実質的に平坦な面８まで延びる第１の実質的に平坦な面６を有する本体４を含む。例示的な実施形態によると、図２に示されるように、金型保護材料の保護層２０が、第１の実質的に平坦な面６上に堆積される。金型保護材料は、ＳｉＣ、ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような種々の形をとることができる。勿論、耐スクラッチ性を有する他の材料を用いることもできる。保護層２０は、化学気相成長（ＣＶＤ）のような方法を用いて、第１の実質的に平坦な面６上に堆積される。勿論、物理気相成長（ＰＶＤ）のような他の方法を用いて、基板２の上に保護層を堆積させることもできる。基板２の上に金型保護材料を堆積させ、金型保護層２０を形成した後、フォトレジスト層３０が適用される。フォトレジスト層３０は、リソグラフィ膜の形をとる。適用された後、フォトレジスト層３０は、リソグラフィによりパターン形成され、現像され、保護層２０内にエッチングされるキャビティ位置３１−３３を定める。この時点で、フォトレジスト層が除去され、キャビティ位置３１−３３において基板２内に複数のキャビティ３４−３６がエッチングされ、図５に示されるような金型４０が形成される。示されるように、キャビティ３４−３６は、第１の実質的に平坦な面６から中間部分１０内に延び、第２の実質的に平坦な面８の手前で停止する。一旦形成されると、キャビティ３４−３６を、例えばはんだで充填して、当技術分野において周知の方法ではんだボールを形成することができる。保護層２０により、第１の実質的な平坦な面６には、金型４０の中に形成されるはんだボール内に凹凸を生じさせ得る損傷がないままであることが保証される。勿論、金型４０は、種々の成形品の形成に用いることができ、はんだボールの形成に限定されると考えるべきではないことを理解すべきである。

ここで、例示的な実施形態の代替的な態様の説明において、図６−図７を参照する。図６に示されるように、フォトレジスト層３０内に画定されたキャビティ４２−４４が、保護層２０及び基板２の両方の中にエッチングされる。次に、フォトレジスト層３０が除去され、よって、図７における保護層２０を有する金型５０を定める。一旦金型５０が形成されると、キャビティ４２−４４をはんだで充填し、上述したものと類似した方法ではんだボールを作成する。同じく上述したものと類似した方法で、金型５０は、種々の成形品の形成に用いることができ、はんだボールの形成に限定されると考えるべきではないことを理解すべきである。

ここで保護層を既存の金型６０に適用する方法の説明において、図８を参照する。上述したものと類似した方法で、金型６０が、ＢＳＧから形成された基板６４を含む。基板６４は、中間部分７０を通って第２の実質的に平坦な面６８まで延びる第１の実質的に平坦な面６６を含む。金型６０は、図示される例示的な実施形態において、上述のものと類似した方法ではんだボールを作成するように構成され、配置された複数のキャビティ８０−８２を含むように示される。

保護層を適用する前に、各キャビティ８０−８２は、図９において内部に堆積される対応する犠牲マンドレル８７−８９で充填される。犠牲マンドレル８７−８９は、例えば、ポリイミド等のポリマー材料から形成される。このように、マンドレル８７−８９は、より十分に後述される方法で保護層を金型６０の上に堆積させるのに使用される温度に耐えることが可能である。各マンドレルは実質的に類似しているので、詳細な説明は、マンドレル８７の参照に従うものとし、残りのマンドレル８８及び８９は同様に形成されることを理解されたい。

図９に最も良く示されるように、マンドレル８７は、キャビティ８０内に延びる下部９２と、第１の実質的に平坦な面６６の上方に突出する上部９３とを有する本体部材９０を含む。一旦マンドレル８７−８９が所定の位置に置かれると、図１０に示されるように、保護層１００が、マンドレル８７−８９を覆うように、第１の実質的に平坦な面６の上に堆積される。つまり、保護層１００は、実質的に平坦な面６６を覆うだけでなく、マンドレル８７−８９の露出部分又は上部９３も覆う。上述のものと類似した方法で、保護層１００は、スピンオン、硬化、及びフォトレジスト・パターン形成アッシング・プロセスを用いて適用されるが、他の種々のプロセスを用いて適用することもできる。保護層１００を適用した後、マンドレル８７−８９の上部９３、並びに、その上の保護層１００の部分が、研磨により取り除かれ、これにより、図１１に示される保護層のパターン、及びこれと同一平面上にあるマンドレル８７−８９の残りの部分がもたらされる。次に、図１２に示されるように、マンドレル８７−８９がキャビティ８０−８２から除去され、図１２に見られるような、保護層を有する一新された金型１２０が残される。マンドレル８７−８９は、化学エッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、アッシング、及び／又は幾つかの他のプロセスによって除去される。

保護層を既存の金型に適用することに加えて、この例示的な実施形態を用いて、既存の保護層を有する金型を一新させることもできる。つまり、時間と共に、特定の金型上の保護層が摩耗することがある。このような場合、保護層を除去し、上述の方法を用いて、新しい保護層を適用する。つまり、古い保護層を除去した後、新しい保護層を適用する前に、上述したものと類似した方法で、複数の金型キャビティの各々の中にマンドレルを堆積させる。次に、マンドレルの上に保護層を適用する。この時点で、マンドレルを研磨し、除去して、既存の金型上に新しい保護層を形成する。

この時点で、本発明の例示的な実施形態は、金型の、特に、はんだボールの形成に関連して使用される金型の稼働寿命を増すための方法を提供することを理解すべきである。保護コーティングにより、金型キャビティ内に形成された、粒子、はんだボールの品質に影響を及ぼし得る欠陥及び／又はクラックが、ホウケイ酸ガラス基板に実質的にないままであることが保証される。この時点で、はんだボールの生成のために金型に関連して使用されるのに加えて、この例示的な実施形態は、損傷が最終成形品に悪影響を及ぼす、損傷を受けやすい金型基板を用いる他の成形作業に関連して使用できることも理解すべきである。

本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的のみのためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書において用いられる場合、文脈から明らかにそうでないことが示されていない限り、単数形は、複数形も同様に含むことが意図される。「含む」及び／又は「含んでいる」という用語は、この明細書に使用される場合、言明された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を特定するものではあるが、１つ又は複数の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことが、さらに理解される。

以下の特許請求の範囲における全ての「手段又はステップと機能との組合せ（ミーンズ又はステップ・プラス・ファンクション）」要素の対応する構造、材料、行為及び均等物は、その機能を、明確に特許請求されているように他の特許請求された要素と組み合わせて実行するための、いかなる構造、材料又は行為をも含むことが意図される。本発明の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものであるが、網羅的であることを意図するものではなく、本発明を開示された形態に限定することを意図するものでもない。本発明の範囲及び精神から逸脱することのない多くの変更及び変形が、当業者には明らかである。実施形態は、本発明の原理及び実際の用途を最も良く説明するため、及び、当業者が本発明を種々の変更を有する種々の実施形態について企図される特定の使用に好適なものとして理解することを可能にするために、選択及び記載された。

本明細書に示される図は、一例にすぎない。本発明の精神から逸脱することなく、ここに説明されるこれらの図又はステップ（或いは、動作）に対する多くの変形があり得る。例えば、ステップを異なる順序で実行することができ、或いは、ステップを付加し、削除し、又は変更することができる。これらの変形の全てが、本発明の特許請求の範囲の一部と考えられる。

本発明の好ましい実施形態が説明されたが、当業者であれば、現在においても将来においても、上記の特許請求の範囲内に含まれる種々の改良及び向上を行ない得ることが理解されるであろう。これらの特許請求の範囲は、最初に説明された本発明に関する適切な保護を維持するように解釈すべきである。

２、６４：基板
４：本体
６、６６：第１の実質的に平坦な面
８、６８：第２の実質的に平坦な面
１０、７０：中間部分
２０、１００：保護層
３０：フォトレジスト層
３１、３２、３３：キャビティ位置
３４、３５、３６、４２、４３、４４、８０、８１、８２：キャビティ
４０、５０、６０、１２０：金型
８７、８８、８９：マンドレル
９０：本体部材
９２：下部
９３：上部

Claims (20)

1. 保護層を有する金型を形成する方法であって、
   少なくとも１つの実質的に平坦な面を有する金型基板を形成することと、
   前記少なくとも１つの実質的に平坦な面の上に金型保護材料の層を堆積させることと、
   前記金型保護材料の層を通って、前記少なくとも１つの実質的に平坦な面内に複数のキャビティをエッチングすることと、
   を含む方法。
2. リソグラフィ膜を前記金型保護材料の層に適用することと、
   前記リソグラフィ膜をパターン形成して、前記複数のキャビティに対応する複数のキャビティ位置を定めることと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの実質的に平坦な面内に前記複数のキャビティをエッチングすることは、各キャビティ位置において前記少なくとも１つの実質的に平坦な面内に前記複数のキャビティをエッチングすることを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの実質的に平坦な面内に前記複数のキャビティをエッチングする前に、前記金型保護材料の層から前記リソグラフィ膜を除去することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
5. リソグラフィ膜を前記金型保護材料の層に適用することと、
   前記リソグラフィ膜及び前記金型保護層を通って、前記少なくとも１つの実質的に平坦な面内に前記複数のキャビティをエッチングすることと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの実質的に平坦な面内に前記キャビティがエッチングされた後、前記リソグラフィ膜を除去することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記金型基板を形成することは、ホウケイ酸ガラスから前記金型基板を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記金型保護材料の層を堆積させることは、ＳｉＣ、ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＰＴＦＥのうちの少なくとも１つを堆積させることを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記金型のキャビティ内にはんだボールを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 複数の金型キャビティが設けられた少なくとも１つの実質的に平坦な面を有する金型基板を保護する方法であって、
    前記複数の金型キャビティのそれぞれのものに複数のマンドレルを挿入することと、
    前記少なくとも１つの実質的に平坦な面及び前記複数のマンドレルの上に金型保護材料層を堆積させることと、
    前記金型基板から前記複数のマンドレルを除去することと、
    を含む方法。
11. 前記複数の金型キャビティのそれぞれのものに前記複数のマンドレルを挿入することは、前記複数の金型キャビティのそれぞれのものの中に延びる第１の端部と、前記実質的に平坦な面の上方に延びる第２の端部とを有する前記複数のマンドレルを挿入することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの実質的に平坦な面及び前記複数のマンドレルの上に前記金型保護材料層を堆積させることは、前記複数のマンドレルの各々の前記第２の端部の上に前記金型保護材料層を堆積させることを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数のマンドレルの各々の前記第２の端部から前記金型保護材料層を除去することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記複数のマンドレルの各々の前記第２の端部から前記金型保護材料層を除去することは、前記複数のマンドレルの各々を研磨して、前記第２の端部が前記金型保護材料層と実質的に同一平面上にあるようにすることを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記金型保護材料層を堆積させることは、ＳｉＣ、ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＰＴＦＥのうちの少なくとも１つを堆積させることを含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記複数の金型キャビティのそれぞれのものに前記複数のマンドレルを挿入することは、ポリマー材料から形成されたマンドレルを挿入することを含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記ポリマー材料から形成されたマンドレルを挿入することは、ポリイミドから形成されたマンドレルを挿入することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. はんだボールを形成するための金型であって、
    第１の実質的に平坦な面及び対向する第２の実質的に平坦な面を含む本体を有する基板であって、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）から形成された基板と、
    前記第１の実質的に平坦な面内に形成された複数のキャビティであって、前記本体の部分内に延び、かつ、前記第２の実質的に平坦な面の手前で停止する複数のキャビティと、
    前記第１の実質的に平坦な面上に形成され、前記基板への損傷を防ぐように形成され、配置された保護層と、
    を含む金型。
19. 前記保護層は、ＳｉＣ、ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＰＴＦＥのうちの１つから形成される、請求項１８に記載の金型。
20. 前記複数のキャビティは、複数のはんだボールを生成するように形成され、配置される、請求項１８に記載の金型。

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