JP6532465B2

JP6532465B2 - 表面上に堆積パターンを形成する方法

Info

Publication number: JP6532465B2
Application number: JP2016535704A
Authority: JP
Inventors: グーチ，ローランド; コチアン，トーマス，アラン; ディープ，ブー; ケネディ−，アダム，エム．; ブラック，ステファン，エイチ．
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: CA2924123A1; EP3041784A1; EP3041784B1; CN105612119B; KR102047869B1; US20150162479A1; JP2017502328A; CN105612119A; KR20160079028A; IL244513B; US9105800B2; IL244513A0; WO2015088771A1; CA2924123C

Description

本開示は、概して、表面上に堆積パターンを形成する方法に関し、より具体的には、光学素子のウエハレベルパッケージングに使用される光学窓ウエハの選択領域上に反射防止コーティングを形成する方法に関する。

技術的に知られているように、光学素子のウエハレベルパッケージングに使用される光学窓（オプティカルウィンドウ）ウエハの選択された領域上に反射防止コーティングを形成することが高頻度で要求される。例えば赤外線（ＩＲ）ボロメータのウエハレベルパッケージングである一応用において、光学窓ウエハ（キャップウエハと呼ぶときもある）は、その表面に形成された複数の穴（キャビティ）又は凹部（リセス）を有し、各凹部は、キャップウエハに接合される第２のウエハである下部ウエハに形成された複数のＩＲ検出器（例えば、ボロメータ）アレイのうちの対応する１つに関連付けられる（それから離間されてその上に配置される）キャビティ（上下方向に延在する壁を有する）を提供するように形成される。これらの凹部に加えて、キャップウエハはまた、パターン形成された反射防止コーティング（ＡＲＣ）、必要な場合の薄膜ゲッタ、及び接合構造を含む。

これまた技術的に知られているように、ウエハレベルパッケージングされるＩＲボロメータ検出器に関して、窓キャップウエハを反射防止コーティングでコーティングすることは、現行では、シャドーマスクを通じて窓ウエハをコーティングすることによって、あるいは、表面（頂面及びキャビティ面）の全体をコーティングして上側表面を磨き落とすこと（ポリッシュオフ）によって行われている。フォトリソグラフィレジストのリフトオフ法も使用され得るが、高価な資本設備が必要とされる。シャドーマスクは、マスク（しばしば、単一回の使用でのみ良好）とアライメント工具のコストを追加する。研磨は、精密な研磨設備と熟練したオペレータを必要とする。どちらも、光学産業において典型的なものよりも高いレベルまで洗浄することを必要とする。故に、表面上に反射防止コーティングをパターン形成することは、１．シャドーマスク（アライメント公差やエッジの鮮鋭さによって制約される）、２．フォトリソグラフィによるリフトオフ（典型的にＡＲＣが厚過ぎてフォトレジストを容易にリフトオフできないとともに、資本設備を必要とする。リフトオフは半導体産業において望ましくない面倒なプロセスである）、３．凹部にされた表面がコーティングされるべきであり且つ上側表面は除去されるべきであるという余分なトポロジーの場合に、（精密な光学研磨設備を要する）上側表面のポリッシュオフが使用され得る、というものである伝統的な方法では、困難であり得る。これらは全て、半導体の世界に適用されるときに、特に清浄度及び粒子制御に伴う問題事項を有する。

基本的なウエハレベルパッケージングのプロセスは、以下のように要約され得る。すなわち、キャップウエハ内にキャビティをエッチングし、キャビティの底にＡＲＣを堆積し、キャビティを取り囲んでキャップウエハの頂面にシールリングパターンをメタライゼーションし、必要な場合に上記頂面の別の一部上にゲッタ材を堆積し、シールリング領域に半田を塗布し、ＩＲ検出器デバイスウエハに接合し、そして、個々の検出器アレイへと切断する、というように要約され得る。

本開示によれば、基板の選択された部分上に材料のコーティングを形成する方法が提供され、前記基板は、前記基板の表面の選択された部分に形成された複数のキャビティ（穴）を有し、各キャビティが、キャビティの底から外方に延在する外周側壁を有する。当該方法は、上に離型剤を有する構造体を用意することと、キャビティの底部分を離型剤から離間させたまま、前記側壁の頂面を離型剤の一部と接触させて、離型剤の一部を前記基板の頂面に転写することで、キャビティの底部分が離型剤を欠いた状態で前記基板の頂面上に離型剤が置かれた中間構造表面を作り出すことと、中間構造の表面を前記材料に晒して、前記基板の頂面上に置かれた離型剤とキャビティの底部分との双方の上に前記材料をブランケットコーティングすることと、離型剤及び前記底部分がコーティングされた中間構造を、キャビティの底部分上のコーティング材料を残しながら離型剤をその上のコーティング材料と一緒に前記基板の頂面から選択的に除去するプロセスにかけることとを含む。

一実施形態において、光エネルギー透過ウエハの選択された部分上に反射防止コーティングを形成する方法が提供され、前記ウエハは、前記ウエハの表面の選択された部分に形成された複数のキャビティを有し、各キャビティが、該キャビティの底から外方に延在する外周側壁を有する。当該方法は、上に離型剤を有する構造体を用意することと、キャビティの底部分を離型剤から離間させたまま、前記ウエハの頂面を離型剤の一部と接触させて、離型剤を前記ウエハの頂面に転写することで、キャビティの底部分が離型剤を欠いた状態で前記ウエハの頂面上に離型剤が置かれた中間構造表面を作り出すことと、中間構造の表面を反射防止コーティング材料に晒して、前記ウエハの頂面上に置かれた離型剤とキャビティの底部分との双方の上に反射防止コーティング材料をブランケットコーティングすることと、前記ウエハの頂面上に置かれた離型剤と、離型剤を欠いたキャビティの底部分との双方を有した中間構造を、キャビティの底部分上の反射防止コーティング材料を残しながら離型剤をその上の反射防止コーティング材料と一緒に選択的に除去するプロセスにかけることとを含む。

一実施形態において、この方法は、各々がキャビティのうちの対応する１つと関連付けられた複数の検出器アレイ、を有する第２のウエハを用意することと、アレイの各々をキャビティのうちの対応する１つとアライメントすることと、上に反射防止コーティング材料を有するキャビティの各々を、対応するアレイから離し、且つ前記ウエハの頂面の第２の部分を第２のウエハに接合して、光透過ウエハを第２のウエハに接合することとを含む。

このような方法を用いることで、ＡＲ膜又はＡＲコーティングを堆積するのに先立って、制御された接触転写によって、薄い水溶性又は溶剤可溶性の層（離型剤）が、それに晒された表面にのみ塗布される。そして、超音波洗浄器内の水又は溶剤の中で離型層が除去されるときに、離型層上のＡＲＣ膜部分が容易に除去される。離型剤が単分子層のみである又はとても厚い場合にも、ＡＲＣの密着性がこの層によって弱められ、超音波洗浄器にて容易に除去される。この方法は、シャドーマスクや研磨設備を不要にし、また、例えばフォトレジスト噴霧器、ＵＶ露光・現像、及びリフトオフ設備などの、これら及び伝統的な代替のための資本設備を不要にする。大量生産でのこれらの設備節減は、数百万ドルにもなり得る。

本開示の１つ以上の実施形態の細部が、添付の図面及び以下の記載にて説明される。本開示のその他の特徴、目的及び利点が、これらの記載及び図面並びに請求項から明らかになる。

本開示に従った、光エネルギー透過ウエハの選択部分上に反射防止コーティングを形成するプロセスの簡略化した断面図である。本開示に従った、光エネルギー透過ウエハの選択部分上に反射防止コーティングを形成するプロセスの簡略化した断面図である。本開示に従った、光エネルギー透過ウエハの選択部分上に反射防止コーティングを形成するプロセスの簡略化した断面図である。本開示に従った、光エネルギー透過ウエハの選択部分上に反射防止コーティングを形成するプロセスの簡略化した断面図である。本開示に従った、光エネルギー透過ウエハの選択部分上に反射防止コーティングを形成するプロセスの簡略化した断面図である。様々な図中の似通った参照符号は同様の要素を指し示している。

ここで図１Ａを参照するに、ここでは例えばシリコンである光透過窓ウエハ１０（キャップウエハ）の一部が示されている。ウエハ１０の内表面は、当該内表面の選択された部分に複数のキャビティ（穴）１１を有して形成され、各キャビティ１１は、図示のように、上記内表面から外方に延在する外周側壁１３を有している。側壁１３は、図示のように、頂面１７を有している。ウエハ１０の外表面１２は、一時的に、真空チャック１４に取り付けられる。非常に平坦な表面を持つ第２の構造体１６、ここでは例えば研磨されたグラナイト表面プレート又は別のシリコンウエハが、図示のように、離型剤１８でコーティングされる。ここでは例えば、離型剤１８は、１つの分子層から、最大でミリメートル厚さのほんの一部である多数の層までの厚さを有した、ポリビニルアルコール又はその他の好適材料である。キャビティ１１の底部分２０が離型剤１８から離間されたまま、ウエハの頂面１７が離型剤１８の一部と瞬間的に接触されて、離型剤１８の一部がウエハの頂面１７に転写されることで、キャビティ１１の底部分２０が離型剤１８を欠いた状態でウエハの頂面１７上に離型剤１８が置かれた表面を有する中間構造２４（図１Ｂ）が作り出される。

次いで、図１Ｃを参照するに、中間構造２４が反射防止コーティング材料２７に晒されて、ウエハの頂面１７上に置かれた離型剤１８とキャビティ１１の底部分２０との双方の上に反射防止材料２７がブランケットコーティングされることで、図１Ｃに示すような構造２４’が作り出される。

次いで、図１Ｄを参照するに、図１Ｄの上部に示すようにキャビティ１１の底部分２０上の反射防止コーティング材料２７を残しながら離型剤１８をその上の反射防止コーティング材料２７と一緒に選択的に除去するために、ウエハの頂面１７上に置かれた離型剤１８と離型剤１８を欠いたキャビティ１１の底部分２０との双方を有した構造２４’（図１Ｃ）が、ここでは例えば水（又は、例えば離型剤がフォトレジスト層である場合に、溶剤）への浸漬であるプロセスに掛けられる。

ここで、ウエハ１０が第２のウエハ３２（図１Ｄの下部に示す）にウエハボンディングされる。第２のウエハ３２は、ウエハ３２内のリードアウト回路に接続された複数のボロメータ３４を有しており、各検出器デバイス３６がキャビティ１１のうちの対応する１つと関連付けられたウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）検出器デバイス３６を有する。検出器デバイス３６の各々１つが、キャビティ１１のうちの対応する１つとアライメントされる。故に、図１Ｅに示すように、キャビティ１１の底部分に反射防止コーティング２７を有するキャビティ１１の各々１つを、対応するアレイ３４から離し、且つ壁の遠位端１７（頂面）の第２の部分を第２のウエハ３２に接合して、光透過ウエハ１０が第２のウエハ３２に接合される。そして、図１Ｅに示すような接合されたウエハペア（ウエハ１０及びウエハ３２）が、個々の完成したＷＬＰ検出器デバイスへと個片化される。

もはや理解されるはずのことには、基板の選択された部分上に材料のコーティングを形成する方法（前記基板は、前記基板の表面の選択された部分に形成された複数のキャビティを有し、各キャビティが、穴底から外方に延在する外周側壁を有する）は、上に離型剤を有する構造体を用意することと、前記キャビティの底部分を前記離型剤から離間させたまま、前記ウエハの頂面を前記離型剤と接触させて、前記離型剤の一部を前記ウエハの前記頂面に転写することで、前記キャビティの前記底部分が前記離型剤を欠いた状態で前記ウエハの前記頂面上に前記離型剤が置かれた表面、を有する中間構造を作り出すことと、前記中間構造の前記表面を前記材料に晒して、前記ウエハの前記頂面上に置かれた前記離型剤と前記キャビティの前記底部分との双方の上に前記材料をブランケットコーティングすることと、前記離型剤及び前記底部分がコーティングされた前記中間構造を、前記キャビティの前記底部分上の前記コーティング材料を残しながら前記離型剤をその上の前記コーティング材料と一緒に前記ウエハの前記頂面から選択的に除去するプロセスにかけることとを含む。

また、もはや理解されるはずのことには、光エネルギー透過ウエハの選択された部分上に反射防止コーティングを形成する方法（前記ウエハは、前記ウエハの表面の選択された部分に形成された複数のキャビティを有し、各キャビティが、前記表面（穴底）から外方に延在する外周側壁を有する）は、上に離型剤を有する構造体を用意することと、前記キャビティの底部分を前記離型剤から離間させたまま、前記ウエハの頂面を前記離型剤の一部と接触させて、前記離型剤を前記ウエハの前記頂面に転写することで、前記キャビティの前記底部分が前記離型剤を欠いた状態で前記ウエハの前記頂面上に前記離型剤が置かれた表面、を有する中間構造を作り出すことと、前記中間構造の前記表面を反射防止コーティング材料に晒して、前記ウエハの前記頂面上に置かれた前記離型剤と前記キャビティの前記底部分との双方の上に前記反射防止コーティング材料をブランケットコーティングすることと、前記ウエハの前記頂面上に置かれた前記離型剤と、前記離型剤を欠いた前記キャビティの前記底部分との双方を有した前記中間構造を、前記キャビティの前記底部分上の前記反射防止コーティング材料を残しながら前記離型剤をその上の前記反射防止コーティング材料と一緒に選択的に除去するプロセスにかけることとを含む。この方法はまた、各々が前記キャビティのうちの対応する１つと関連付けられた複数の検出器アレイ、を有する第２のウエハを用意することと、前記アレイの各々を前記キャビティのうちの前記対応する１つとアライメントすることと、上に前記反射防止コーティング材料を有する前記キャビティの各々を、対応する前記アレイから離し、且つ前記ウエハの前記頂面の第２の部分を前記第２のウエハに接合して、前記光透過ウエハを前記第２のウエハに接合することとを含み得る。

本開示の多数の実施形態を説明してきた。そうとはいえ、理解されるように、本開示の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変更が為され得る。従って、その他の実施形態も以下の請求項の範囲内にある。

Claims

基板の選択された部分上に材料のコーティングを形成する方法であって、前記基板は、前記基板の第１の面の選択された部分に形成された複数のキャビティを有し、各キャビティが、底部分と、該底部分から前記基板の前記第１の面まで延在する外周側壁を有し、当該方法は、
上に離型剤を有する構造体を用意し、
前記キャビティの前記底部分を前記離型剤から離間させたまま、前記基板の前記第１の面を前記離型剤と接触させて、前記離型剤の一部を前記基板の前記第１の面に転写することで、前記キャビティの前記底部分が前記離型剤を欠いた状態で前記基板の前記第１の面上に前記離型剤が置かれた表面、を有する中間構造を作り出し、
前記中間構造の前記表面を前記材料に晒して、前記基板の前記第１の面上に置かれた前記離型剤と前記キャビティの前記底部分との双方の上に前記材料をブランケットコーティングし、
前記材料がブランケットコーティングされた前記中間構造を、前記キャビティの前記底部分上の前記材料を残しながら前記離型剤をその上の前記材料と一緒に前記基板の前記第１の面から選択的に除去するプロセスにかける
ことを有する、方法。
光エネルギー透過ウエハの選択された部分上に反射防止コーティングを形成する方法であって、前記光エネルギー透過ウエハは、前記光エネルギー透過ウエハの第１の面の選択された部分に形成された複数のキャビティを有し、各キャビティが、底部分と、該底部分から前記光エネルギー透過ウエハの前記第１の面まで延在する外周側壁を有し、当該方法は、
上に離型剤を有する構造体を用意し、
前記キャビティの前記底部分を前記離型剤から離間させたまま、前記光エネルギー透過ウエハの前記第１の面を前記離型剤の一部と接触させて、前記離型剤を前記光エネルギー透過ウエハの前記第１の面に転写することで、前記キャビティの前記底部分が前記離型剤を欠いた状態で前記光エネルギー透過ウエハの前記第１の面上に前記離型剤が置かれた表面、を有する中間構造を作り出し、
前記中間構造の前記表面を反射防止コーティング材料に晒して、前記光エネルギー透過ウエハの前記第１の面上に置かれた前記離型剤と前記キャビティの前記底部分との双方の上に前記反射防止コーティング材料をブランケットコーティングし、
前記反射防止コーティング材料がブランケットコーティングされた前記中間構造を、前記キャビティの前記底部分上の前記反射防止コーティング材料を残しながら前記離型剤をその上の前記反射防止コーティング材料と一緒に選択的に除去するプロセスにかける
ことを有する、方法。
各々が前記キャビティのうちの対応する１つと関連付けられた複数の検出器アレイ、を有する第２のウエハを用意し、
前記アレイの各々を前記キャビティのうちの前記対応する１つとアライメントし、
上に前記反射防止コーティング材料を有する前記キャビティの各々を、対応する前記アレイから離し、且つ前記光エネルギー透過ウエハの前記第１の面を前記第２のウエハに接合して、前記光エネルギー透過ウエハを前記第２のウエハに接合する、
ことを含む請求項２に記載の方法。
前記離型剤はポリビニルアルコールであり、前記選択的に除去するプロセスは水への浸漬を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。