JP2008182195A - ドライエッチング用パターンマスクの方法と構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング反応向け構造を提供する。
【解決手段】該構造にはウェハー区域のエッチングからの防護用マスクおよびマスク下面の下に貼り付けられるシールリングがある。該マスクにはエッチング区域を暴露させる少なくともひとつの空気開口部がある。さらに、マスクはシールリングによりウェハーに貼り付けられる。さらに、本発明によりドライエッチング反応用マスクを形成する方法も提供される。まず、本発明にはベース材料の準備および該ベース材料両面のマスキング材料の塗布の段階が含まれる。次の段階は開口部を形成するマスキング材料のパターン付けである。引き続き、ベース材料は少なくとも１つのマスク開口部を生成する開口部とマスク孔を通じてエッチングされる。最後に、マスク材料の除去が行われる。
【選択図】なし

Description

本発明はパッケージ製品用のエッチング方法、特にパターンマスクを利用するドライエッチング方法に関する。

従前の半導体の処理と製造において、蒸着薄膜および/または基板自体のエッチングが必要である。一般に、エッチング処理はウェットエッチングおよびドライエッチングの２つの種別がある。ウェットエッチングではフィルムとフォトレジストによって脱膜されたフィルムを除去する特定の化学溶液との間で処理される化学反応が利用される。このエッチング方法ではフィルムを除去するのに化学反応が利用されて、該化学反応には特定の方向性がないため、該方法はいわゆる等方性エッチングとなる。ウェットエッチングの欠点はエッチングの等方性によって生ずるアンダーカットである。一方、ドライエッチングではフィルムの除去にプラズマが採用され、その反応は溶液とは関係ない。ドライエッチングの目的は１方向性エッチングを狙って非等方性エッチングを生じさせることにある。非等方性エッチングは信頼性の高いパターン転写にとって重要である。

フッ素イオンは、これらを試料の表面あるいはエッチング領域に衝突させる電場によって加速されて、これらがシリコン酸化物と化合した後拡散される。この現象は「イオン衝撃」である。電場により表面に向けてイオンが加速されるので、これらのイオンによって生ずるエッチングは多様な方向に走行する「ラジカル」イオンのエッチングよりはるかに優勢であるため、エッチングが非等方性となる。ドライエッチング処理では、ある区域のエッチングからの防護と同時に所望のエッチング区域のみの暴露のためハードマスクが利用される。旧来のRIEあるいはプラズマエッチングではエッチングパターンとしてフォトレジストが採用される。

パッケージ製品用のエッチングはチップ形成にいたるエッチングとは全く異なる。メタルパッド上に形成される生成酸化物の除去のためにある一定処理が導入される場合がある。通常、ウェハーにその上に形成されるデバイスに基づいた一般のシリコンが含まれる場合、不必要な材料は恐らくウェットエッチングによって除去される。しかしながら、ウェハーあるいは基板が様々な種類のデバイスを利用してパッケージ化される場合では、たとえば、あるものにはアルミニウムパッドが含まれたり、別のものにはゴールドパッドが含まれたりする。知られる通り、酸化物はアルミニウムパッド上に形成されることが多い。このように、エッチングはそこに形成される酸化物除去に必要とされる。しかしながら、ブランケットエッチングあるいはウェットエッチングでは、酸化物が形成されないウェハー部分、例えばゴールドパッドが損傷する。ブランケットエッチングがパッケージ製品に行われる場合に旧来方法ではゴールドパッドが損傷することになる。さらには、効率的な生産量の拡大は難しい。これらの問題点を克服するため、パッケージ製品向けに新たな方法が望まれる。

本発明はエッチング用構造が公開されるものであり、該構造にはウェハー区域のエッチングからの防護用マスクが含まれ、該マスクにはエッチング領域を暴露させる少なくとも１つの空気開口、およびマスクの下面下に貼り付けられるシールリングがあり、該マスクはシールリングによりウェハーに貼り付けられる。

さらに、本発明はエッチング向け構造を公開するものであり、該構造にはウェハー区域のエッチングからの防護用マスクが含まれ、該マスクにはエッチング区域を暴露させる少なくとも１つの空気開口部ならびにマスクがウェハーに貼り付けられる場合に画素配列を暴露させる孔がある。

さらに、本発明はエッチングマスク形成方法を公開するもので、該方法にはベース材料の準備、ベース材料の両側への第１マスキング材料ならびに第２マスキング材料の塗布の段階が含まれる。次の段階は第１マスキング材料ならびに第２マスキング材料へのパターン付けであって、これによって、第１マスキング材料ならびに第２マスキング材料内部に第１開口部を形成するとともに第１マスキング材料ならびに第２マスキング材料の一つの内部に第２開口部を形成する。引き続いて、ベース材料が第１開口部および第２開口部を通じてエッチングされて、少なくとも１つのマスク開口部およびマスク孔が作り出される。その後、第１マスキング材料ならびに第２マスキング材料は剥離される。

本発明のある局面では個別のチップに代えてウェハーのパッケージ化向けドライエッチング処理におけるパターンマスク構造が提供される。該マスクは、エッチングが所望される区域のみの暴露およびウェハーの防護用にスペーサーあるいはシールリングを通じてウェハーに貼り付けられる。パターンマスクにとって必要とされる暴露または発達の段階はない。従って、本発明の利点は効率的な生産量向上目的のエッチング処理の単純化にある。さらに、製造コストの削減でもありうる。

さらに、本発明の別の局面では信号ダイ区域に形成される層、材料の除去にも適用可能である。これはウェハー上の他の区域のエッチングが回避されるようにウェハーの特定区域上でのエッチング処理の制御が可能で、これによって処理品質と精度が向上する。さらに、除去される材料は酸化物に限定されず、本発明によっていかなる不必要な材料も除去が可能である。
例えば、本発明はCMOSセンサー上の不必要な塗布区域の排除にも応用可能である。

本発明の別の局面では、マスクがウェハーと直接接触する可能性を減らすとともにマスクによってウェハー上の表面が剥がされるのを避けるためマスクとウェハー間に形成されるスペーサーまたはシールリングがある。このように、本発明により製造工程のウェハー品質がさらに改善される。加えて、本発明の利点はスペーサーまたはシールリングに弾性材料が含まれるので力学的応力を間接的に吸収してマスクによりウェハーに加わる応力が減ることにある。

以降の実施例とその図が説明されるとともに範囲を限定することなく例示されることを目的とする仕様説明中に示される。関連技術の専門家であれば、該発明は１つ以上の特定の詳細無しでも範囲を限定せずに実施され得ることを認めよう。

仕様説明を通じて参照される「ある実施例」あるいは「１つの実施例」は、特定の特色、構造または特徴が該実施例と関連して説明されると同時に本発明の少なくとも１つの実施例に含まれるということを意味する。従って、使用説明を通じて様々な箇所における「ある実施例」または「１つの実施例」という句の出現は、必ずしもすべて同一実施例のことを言及しているとは限らない。さらに、特定の特色、構造、または特徴は１つ以上の実施例で適当な方法で組み合わせられうる。

図１〜図４は連続する反応段階を別々に示す本発明の実施例によるドライエッチング反応の横断面図である。横断面図が描かれた図１を参照すると、画素配列１０４が本発明の実施例によりウェハー１００に形成される。接着パッド１０２材料が用途タイプに応じて選定される。たとえば、図１の構造が画像センサー用途に使用される場合には、通常、パッド１０２の材料はアルミニウムまたは合金といった金属である。金属酸化物はアルミニウムパッド１０２の表面に形成されることが多い。製品のパッケージ中の生成酸化物はエッチングによって除去されなくてはならない。前述の通り、旧来方法によるブランクエッチングおよびウェットエッチングでは副作用が誘発される。

このように、図２を参照すると、ウェハー１００上に形成される画素配列（ダイ）１０４のエッチングからの防護のためマスク２０２の準備が導入されるが、該マスク２０２には、マスク２０２を貫通する少なくとも１つの空気開口部２０６があるかあるいは非伝導層がマスク２０２上に塗布されている。引き続きシールリング２０４がマスク２０２の下面に貼り付けられる。シールリング２０４の材料には弾性あるいはシリコン樹脂、弾性PU、多孔性PU、アクリルゴム、ブルーテープ、あるいはUVテープ、ポリイミド（PI）、ポリエステル（PET）およびポリプロピレン（BOPP）を含む絶縁材料が含まれることが好ましい。緩衝フィルムとしてのシールリング２０４にはマスク２０２をウェハー１００に貼り付けるため粘性または接着特性があるとともに、シールリング２０４は印刷、塗布、タッピング、または成型の方法によって形成される。
緩衝フィルム２０４のひとつの目的はウェハー１００がマスク２０２により剥がされることから防止することにある。

マスク２０２は図３に示されるようにシールリング２０４によりウェハー１００の上面に貼り付けられ、シールリング２０４付きのマスク２０２にはウェハー１００に形成される区域を暴露させる空気開口部２０６がある。本発明の実施例では、マスク２０２はアルミニウムパッド１０２を暴露させている。シールリング２０４はマスク２０２とウェハー１００との間で形成されるので、マスク２０２はウェハー１００上の画素配列１０４の防護ならびに画素配列１０４のマスク２０２による擦り落としの回避のためにウェハー１００に直接には貼り付けられない。さらに、マスク２０２はエッチング不要な区域表面の防護に利用可能である。マスク２０２はリトグラフィ用のフォトマスクとは異なる点に注目されるべきである。イオンは旧来のフォトマスクとは違って空気開口部２０６を経由してマスク２０２を通過しうるもので、これには明かりが行き渡ることができるように開口部２０６に１列に並ぶ透明材料が含まれる。マスク２０２の空気開口部２０６は、ある本発明の実施例ではアルミニウムパッド１０２と一列に並ぶとともにこれを暴露させる。一般に、旧来のフォトマスクはウェハー上のフォトレジスト上のパターン転写に利用される。しかしながら、該マスクの目的はそうではない。マスク２０２の材料は伝導性あるいは非伝導性材料でも良い。

ドライエッチング中は、図４に示されるようにアルミニウムパッド１０２上の金属酸化物の除去のためにウェハー１００にプラズマ４００が加えられる。ドライエッチングはRIEエッチャー、エレクトロンサイクロトロン共鳴プラズマ、誘導結合プラズマエッチャー、へリコン波プラズマエッチャー、あるいはクラスタープラズマ反応によって行われることが好ましい。
マスク２０２は別のウェハーエッチング用に再利用可能である。通常、IC形成用エッチングはフォトレジストがエッチング後に剥ぎ取られる。このように、本発明は旧来のICエッチングとはまったく別のものである。

あるいは、本発明のもうひとつの実施例によると、ドライエッチング反応向け構造の横断面図が図５に示される。これにはもうひとつのマスク設計が示される。緩衝層５０２はマスク２０２とシールリング２０４との間に貼りつけられる。マスク２０２にはシールリングと緩衝層５０２を通じてウェハー１００上に形成されるパッド１０２を暴露させる空気開口部２０６があり、その後引き続きドライエッチング反応中には該開口部２０６を通じてパッド１０２上の金属酸化物がエッチングされる。緩衝層５０２の材料にはシリコン樹脂、弾性PU、多孔性PU,アクリルゴム、ブルーテープ、またはUVテープ、ポリイミド（PI）、ポリエステル（PET）およびポリプロピレン（BOPP）の弾性材料が含まれることが好ましい。緩衝層５０２の機能はさらに、マスク２０２とウェハー１００との間の応力を吸収し、さらに、画素配列１０４の防護能力を高めるように利用されることにある。

あるいは、本発明により図６に示されるようにもうひとつのマスク設計が提供される。これは本発明のもうひとつの実施例によるドライエッチング反応向け構造の横断面図を例示するものである。図６の構造と図１〜図５の上述例との間の差は、マスク６０２がウェハー１００に直接貼られ、ウェハー１００とマスク６０２との間に緩衝層あるいはシールリングは形成されない点が注意される。マスク６０２にはそこに形成される孔６０４が含まれる点に留意されるべきである。孔６０４はウェハー１００に面する表面上に形成されるとともに、孔６０４はウェハー１００の画素配列１０４に並べられる。マスク６０２がウェハー１００に直接貼り付けられる場合、孔６０４によりマスク６０２がウェハー１００の画素配列１０４表面に接触するのが防止される。孔はマスク６０２のエッチングによって生成されることよって上述例と同一の特色と目的が達成可能となる。図６の実施例に関するマスク生成反応が図７Aから図７Dに示される。

図７Aを参照すると、まず、図６に示されるようにマスク６０２の形状形成用にマスク材料７００、たとえば金属あるいは合金が準備される。フォトレジスト702a、702bは材料７００の両面にそれぞれ塗布された後、図７Bに示される構造の形成のために暴露段階が行われる。開口区域はフォトレジスト702a、702bによって両側から暴露される点が留意されなくてはならない。
事前決定された孔区域はフォトレジスト702aによってのみ暴露される。すなわち、孔区域と対向する材料７００表面はフォトレジスト702bによって被覆される。引き続き、各材料７００に両側からエッチングが行われ、これによって図７Cに示される構造が形成される。最後に、フォトレジスト702a、702bが剥ぎ取られて図６に関するマスク６０２の形状が形成される。

あるいは、もうひとつのマスク設計が図８に示され、これにより本発明のもうひとつの実施例の構造の横断面図が例示されている。シールリング８０２は孔６０４付きのマスク６０２上に形成される。引き続き、ドライエッチング反応中のウェハー１００上の画素配列１０４のエッチングからの防護ならびに画素配列１０４がマスク６０２により擦り取られることの回避のために、該マスク６０２がシールリング８０２を通じてウェハー１００上に貼り付けられる。シールリング８０２付きマスク６０２にはパッド１０２を暴露させる空気開口部２０６があって、これがウェハー１００に形成された後、ドライエッチング反応を利用したパッド１０２上の金属酸化物のエッチングが続く。さらに、シールリング８０２はマスク６０２とウェハー１００との間の応力を吸収しうる。シールリング８０２の材料にはシリコン樹脂、弾性PU、多孔性PU、アクリルゴム、ブルーテープ、UVテープ、ポリイミド（PI）ポリエステル（PET）あるいはポリプロピレン（BOPP）の弾性材料が含まれることが好ましい。

従って、本発明によりパッケージ向けに不必要な材料が除去される方法が提供される。エッチング区域は空気開口部付きのマスクによって暴露されるとともに、残部区域がマスクによって防護される。

あるいは、除去される材料は酸化物に限定されなく、本発明によって任意の不必要材料が除去されうる。たとえば、CMOSセンサー向け用途においては、本発明はレンズ区域を除く区域への塗布といった不必要層の排除に応用可能である。

技術専門家にとっては、前述の例類および好ましい実施例は、例示的なものであり、本発明の範囲に限定されない点が認められよう。仕様説明を読むと同時に図を検討すれば技術の専門家にとって明らかであるこれまでのすべての変型実施例類、拡張実施例類、等価実施例類および改善実施例類は本発明の真の精神と範囲内部に包含されるものと意図される。

上述の目的ならびに本発明のその他の特色や利点は図とともになされる以下の詳細説明を読めばさらに明らかとなろう。すなわち、

本発明の実施例によるドライエッチング反応の横断面図 本発明の実施例によるドライエッチング反応の横断面図 本発明の実施例によるドライエッチング反応の横断面図 本発明の実施例によるドライエッチング反応の横断面図 本発明の別の実施例によるドライエッチング反応構造の横断面図 本発明の別の実施例によるドライエッチング反応構造の横断面図 図６に関するマスク生成反応のフローチャート 図６に関するマスク生成反応のフローチャート 図６に関するマスク生成反応のフローチャート 図６に関するマスク生成反応のフローチャート 本発明の別の実施例によるドライエッチング反応構造の横断面図

Claims (5)

1. ウェハー区域のエッチングからの防護用マスクであって、前記マスクがエッチング区域を暴露させる少なくとも１つの空気開口部を有するマスク、および、
   前記マスクの下面下に貼り付けられるシールリングであって、前記マスクが前記シールリングを通じて前記ウェハーに貼り付けられるシールリング、
   からなるエッチング用構造。
2. 前記マスクおよび前記シールリング間に貼り付けられる緩衝層がさらに含まれ、前記シールリングに弾性材料が含まれるとともに、前記マスクに非伝導体あるいは伝導体材料が含まれる、請求項１のエッチング用構造。
3. ウェハー区域のエッチングからの防護用マスクであって、前記マスクがエッチング区域を暴露させる少なくとも１つの空気開口部を有するマスク、および、
   前記マスクが前記ウェハーに貼り付けられる場合に画素配列を暴露させる孔、
   からなるエッチング用構造。
4. 前記マスクの下面下に形成されるシールリングがさらに含まれ、前記シールリングに弾性材料が含まれるとともに、前記マスクに非伝導体あるいは伝導体材料が含まれる、請求項３のエッチング構造。
5. ベース材料の提供、
   第１マスキング材料および第２マスキング材料の前記ベース材料の両面への塗布、
   前記第１マスキング材料および前記第２マスキング材料のパターン付け、
   が含まれ、
   それによって前記第１マスキング材料および前記第２マスキング材料に第１開口部を、ならびに前記第１マスキング材料および前記第２マスキング材料の一方に第２開口部を形成し、
   少なくとも１つのマスク開口部ならびにマスク孔を生成するために前記第１開口部および第２開口部を通じて前記ベース材料をエッチングし、
   前記第１マスキング材料と前記第２マスキング材料を除去する、
   エッチングマスク形成方法。