JP2009502534A

JP2009502534A - 両面をプラズマ処理し、片面だけを湿式処理することによって面同士を互いに接着する方法

Info

Publication number: JP2009502534A
Application number: JP2008524009A
Authority: JP
Inventors: チェン‐ユラチェン，; チャールズシー．ハルザック; トレーシーフォレスト
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2005-07-30
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2009-01-29
Also published as: TW200719421A; US20070023850A1; EP1911071A1; WO2007016003A1

Abstract

第１の面が第２の面に接着される（１１０）。第１の面及び第２の面がプラズマ処理される（１０２）。第１の面だけが湿式処理される（１０４）。第１の面及び第２の面が互いに接合され、第１の面を第２の面に接着する（１１０）。

Description

半導体処理では、２つの半導体ウェーハ面のような２つの面を互いに接着しなければならないのが一般的である。接着手法の中には、それらの面の間に塗布される、セメント、はんだ等の中間層を用いて２つの面を互いに接着する手法もあれば、いかなるタイプの接着剤をも使用しない接着手法もある。後者の接着手法の場合、典型的には、それらの面を或る方法で処理し、それらの面を互いに接合する結果として、それらの面が接着されるようにする。

後者の手法では、それらの面がプラズマ処理され、その後、それらを互いに接合する前に、両面が湿式処理される。しかしながら、面のタイプによっては、容易に湿式処理できないこともある。たとえば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、湿式処理にかけられると損傷を受けることがあり、静摩擦、汚れの問題、及び脆弱な構成要素に起こり得る破壊が発生することがある。より一般的には、金属、エッチングされた機構、又は機械的に脆弱な構造を含むデバイスは、湿式処理にかけることができないことがある。

本明細書において参照される図面は、本明細書の一部を構成する。図面において示される機構は、他に明記されないかぎり、本発明のいくつかの実施形態を例示することだけを意図しており、本発明の全ての実施形態を例示することは意図していない。

本発明の例示的な実施形態に関する以下の詳細な説明では、本明細書の一部を構成し、本発明を実施することができる、特定の例示的な実施形態を一例示として示す添付の図面が参照される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるようにするほど十分に詳細に説明される。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することもでき、論理的、機械的及び他の変更を行うこともできる。それゆえ、以下の詳細な説明は、限定する意味に解釈されるべきでなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。

図１は、本発明の一実施形態による、第１の面を第２の面に接着するための方法１００を示す。包括的には、方法１００は、第１の面と第２の面との間に接着剤を使用することなく、面同士を接着する。さらに正確に言うと、方法１００は、両面を処理して、それらの面エネルギーを高め、接合する結果として、それらの面が接着されるようにする。方法１００を実行する前に、たとえば、化学機械研磨（ＣＭＰ）を実行して、最初に両面を洗浄し、それらの面の粗さが２０オングストローム未満になるようにする。一実施形態では、方法１００は、対応する面と共に接合される２つの部分を有する電子デバイスを、少なくとも部分的に形成又は製造するために用いられてもよい。

最初に、第１の面及び第２の面の両面がプラズマ処理される（１０２）。それらの面のプラズマ処理は、面同士を後に接着するための面のプラズマ活性化とも呼ばれる。そのプラズマ処理として、１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）の高周波（ＲＦ）電源を備えるプラズマエッチング装置又は反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ）のような容易に入手することができる半導体処理用高周波数プラズマ処理手段を用いる、高周波プラズマ処理を用いることができる。すなわち、本発明の実施形態は、互いに接着される面をプラズマ活性化するための、専用のプラズマ処理手段を必要としない。一実施形態では、用いられるプラズマ処理は窒素（Ｎ₂）プラズマであり、その中で、それぞれの面が４０秒間処理される。そのプラズマ処理は、結合部位の密度を、それゆえ、それらの面エネルギーを高めることによって、シリコン（Ｓｉ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ガラス、ポリマー等の種々の材料の面を活性化する。

図２Ａは、本発明の一実施形態による、互いに接着される面をプラズマ活性化するための図１の方法１００の１０２のプラズマ処理を例示する。第１の面２０２が、第２の面２０４に接着される。第１の面２０２及び第２の面２０４はいずれも、窒素プラズマのようなプラズマ２０６に晒され、その状態で、高周波（ＲＦ）電源２０８がオンに切り替えられ、プラズマに電圧が供給される。図２Ａは、単一のＲＦ電源を使用することを具体的に示す。しかしながら、さらに一般的には、任意の数のＲＦ電源が用いられてもよく、図２Ａは、本発明の一実施形態だけを示すことを意図しており、本発明の全ての実施形態を制限することは意図していない。既に説明されたように、それらの面２０２及び面２０４は４０秒間処理することができる。図２Ａは、同時にプラズマ処理を受けている面２０２及び面２０４を示す。しかしながら、その代わりに、異なる時点で、面２０２及び面２０４をプラズマ処理することもできる。

再び図１を参照すると、その後、第１の面だけが湿式処理される（１０４）。第１の面がシリコンであるか、又はシリコンを含む場合に、第１の面の湿式処理によって、この面が水和し、水分子の単分子膜が第１の面のシリコンダングリングボンドに付着する。第１の面を水和させることによって、第１の面の面エネルギーが高められ、そのエネルギー上昇は、その面をプラズマ活性化しかしない場合に与えることができるいかなる上昇よりも大きい。湿式処理は湿式浸漬とも呼ばれ、一実施形態では、１０６及び１０８を実行することによって果たすことができる。したがって、図１では、第１の面だけを湿式溶液中に浸漬し（１０６）、その後、その面をスピンし、すすぎ、乾燥する（１０８）。湿式溶液として、当該技術分野においてスタンダードクリーン１（ＳＣ１）溶液として知られているものか、又は脱イオン（ＤＩ）水溶液を用いることができる。一実施形態では、湿式溶液内への浸漬は、３０秒間で果たすことができる。

図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明の一実施形態による、第１の面を水和させるための図１の方法１００の１０４の湿式処理を例示する。図２Ｂは、方法１００の１０６の浸漬に対応する。第１の面２０２が、タンク２１０内に入れられる湿式溶液２１２の中に浸漬される。図２Ｃは、方法１００の１０８のスピン、すすぎ及び乾燥に対応する。具体的には、図２Ｃにおいて、第１の面２０２は、第１の面２０２から湿式溶液の液滴２１６を追い出すために、矢印２１４によって示されるように回転しているものとして示される。その後、第１の面２０２をすすぎ、その後乾燥して、その面から図２Ｂの湿式溶液２１２をさらに除去する。

再び図１を参照すると、第１の面及び第２の面を互いに接合して、それらの面の接着を開始する（１１０）。水和した第１の面の面エネルギーが高いので、第１の面及び第２の面を最小限の力で接合して、それらの面を互いに接着させることができる。一実施形態では、たとえば、それらの面の縁部を互いに押し付けることによって、第１の面及び第２の面が押し付けられ、接合される。第１の面及び第２の面を接合することによって、水素結合が形成され、その結果として、それらの面の初期の接着が生じる。

図２Ｄは、本発明の一実施形態による、面同士の接着を開始するための図１の方法１００の１１０における面の接合を例示する。第１の面２０２が第２の面２０４に接合されている。面２０２及び面２０４を接合する結果として、面２０２と２０４との間に接着界面２１８が形成され、その場所において、第１の面２０２と第２の面２０４との間に水素結合が形成される。

再び図１を参照すると、互いに接合された第１の面及び第２の面が最後にアニールされる（１１２）。接合された面をアニールすることによって、第１の面を湿式処理することから生じ、第１の面をスピンし、すすぎ及び乾燥することによって除去されなかった任意の残留水分子が追い出される。接着界面にある多数の水素結合が、シロキサン結合に変換される。また、接合された面をアニールことによって、それらの面間の接着が終了し、この接着が強化される。水和した第１の面の面エネルギーが高いので、アニール工程は相対的に短時間又は低温で、たとえば１００℃、１０分間で果たすことができる。アニール処理は、典型的にオーブンで果たされる。

図２Ｅは、本発明の一実施形態による、図１の方法１００の１１２のアニール処理を例示する。接合され、結果として接着界面２１８が形成されている第１の面２０２及び第２の面２０４が、アニール処理用オーブン２２０に入れられる。アニール処理の熱によって、第１の面２０２の湿式処理に起因する任意の残留水分子が、接着界面２１８から追い出される。

説明されてきた方法１００は、２つの面をプラズマ活性化して、面同士を接着することを提供し、その方法では、両面を水和させる必要はなく、それらの面のうちの一方しか水和する必要がない。その場合に、湿式処理にかけられると、面のうちの一方が、静摩擦及び汚れの問題、並びに脆弱な構成要素に起こり得る破壊のような損傷を被ることになり得る場合でも、方法１００は、半導体ウェーハ面同士を容易に接着することができる。したがって、方法１００は、それらの面のうちの一方が、湿式処理にかけることができないことがある金属、エッチングされた機構又は機械的に脆弱な構造を含む場合でも、半導体ウェーハ面を容易に互いに接着できる。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の様々な実施形態による、図１の方法１００の接着過程を実行することによって少なくとも部分的に形成することができる電子デバイス３００の側断面図を示す。電子デバイス３００は具体的には、プロジェクタ又は他のタイプのディスプレイデバイスにおいて用いられることができる光変調器である。電子デバイス３００は、第１の部分３０２と第２の部分３０４とを含む。第２の部分３０４は基板３１０を含み、その基板上には微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス３１２が取り付けられており、第１の部分３０２は、ＭＥＭＳデバイス３１２のための少なくとも概ね透明な厚い蓋３０６を含む。本発明の一実施形態では、蓋３０６としてガラスである。

電子デバイス３００の第２の部分３０４のＭＥＭＳデバイス３１２は、第１の部分３０２と第２の部分３０４同士を互いに接着するための湿式処理にかけることができないことがある繊細な機構を含む。比較すると、第１の部分３０２の厚い蓋３０６は繊細な機構を含まないので、第１の部分３０２と第２の部分３０４とを互いに接着するための水和処理にかけることができる。それゆえ、第１の部分３０２は、水和処理を受ける、図１の方法１００の第１の面に対応する面３０８を含むのに対して、第２の部分３０４は、そのような処理を受けない、方法１００の第２の面に対応する面３１４を含む。

面３０８及び面３１４は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）酸化物、シリコン、窒化シリコン、又は別のタイプの面である。図３Ａでは、面３０８及び面３１４は環状体であり、光が蓋３０６を通ってＭＥＭＳデバイス３１２まで行き来できるようにする。図３Ｂでは、面３０８及び面３１４は層であり、光が蓋３０６を通ってＭＥＭＳデバイス３１２まで行き来できるように、少なくとも概ね透明である。面３０８及び面３１４は、方法１００を実行することによって接着され、これらの面３０８及び面３１４を含む部分３０２及び部分３０４が同様に互いに接着されるようにする。面３０８及び面３１４は、接着界面３１６において互いに接着される。したがって、面３０８及び面３１４同士を接着するために、ペースト又はセメントのような、接着を提供又は促進する付加的な物質は用いられない。そのような付加的な物質は、面３０８と３１４との間に配置される中間層と呼ばれることがある。

図４は、本発明の一実施形態による、投影システム４００のブロック図を示す。システム４００は、プロジェクタとして実施することができる。当業者であれば理解できるように、システム４００は、本発明の特定の実施形態に特有の構成要素を含むが、図４に示される構成要素に加えて、又はそれとは別に、他の構成要素を含んでもよい。投影システム４００は、光源（複数可）４０４を含む光源機構４０２と、ＭＥＭＳデバイス３１２を含む電子デバイス３００とを備える。また、システム４００は、コントローラ４１０を備えており、画像データ４１６を受信するための画像源４２０、及びスクリーン４２２に動作可能に、又は別の方法で接続される。

光源機構４０２の光源（複数可）４０４は、矢印４０５によって示されるように、白色光のような光を出力する。光源（複数可）４０４の各々は、超高圧（ＵＨＰ）水銀蒸気アークランプ、キセノンアークランプ、又は別のタイプの光源である。たとえば、光源（複数可）は、他のタイプの白熱電球、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の他のタイプの光源であることもある。光源（複数可）４０４によって出力される光は、最終的には、電子デバイス３００によって変調される。

コントローラ４１０は、ハードウエア、ソフトウエア又はハードウエア及びソフトウエアの組み合わせで実施することができる。コントローラ４１０は、画像源４２０から画像データ４１６を受信する。画像源４２０は、コンピュータのようなコンピューティングデバイス、又は別のタイプの電子デバイス及び／若しくはビデオデバイスである。コントローラ４１０は、画像データ４１６の現在のフレームに従って、電子デバイス３００を制御する。

したがって、電子デバイス３００は、コントローラ４１０によって制御されるような画像データ４１６に従って、光源４０４によって出力される光を変調する。画像データ４１６は、たとえば、静止画又は動画である。この光は、矢印４０９によって示されるように、投影システム４００の外部に、すなわち投影システム４００から外側に向かって投影され、そこで、スクリーン４２２に、又は壁等の別の対象物上に表示される。投影システム４００がフロントプロジェクションシステム又はリアプロジェクションシステムを構成することができるように、スクリーン４２２がフロントスクリーン又はリアスクリーンであることは、当業者には理解されよう。その際、投影システム４００の使用者、及びスクリーン４２２を見ることができる他の個々人が、画像データ４１６を視認できる。

本明細書中において、特定の実施形態が例示され、説明されてきたが、同じ目的を果たすように意図される任意の構成が、図示される特定の実施形態の代わりに用いられることがあることが、当業者によって理解されることに留意されたい。したがって、本出願は、本発明の開示される実施形態の任意の改変又は変形を包含するように意図されている。それゆえ、本発明がその特許請求の範囲及び均等物によってのみ制限されることがはっきりと意図されている。

本発明の一実施形態による、第１の面を第２の面に接着するための方法のフローチャートである。本発明の一実施形態による、図１の方法の実施過程を例示する図である。本発明の一実施形態による、図１の方法の実施過程を例示する図である。本発明の一実施形態による、図１の方法の実施過程を例示する図である。本発明の一実施形態による、図１の方法の実施過程を例示する図である。本発明の一実施形態による、図１の方法の実施過程を例示する図である。本発明の一実施形態による、図１の方法の接着過程を実行することによって少なくとも部分的に形成することができる電子デバイスの図である。本発明の一実施形態による、図１の方法の接着過程を実行することによって少なくとも部分的に形成することができる電子デバイスの図である。本発明の一実施形態による、図３Ａ又は図３Ｂの電子デバイスを使用する投影システムの図である。

Claims

前記第１の面及び前記第２の面をプラズマ処理すること（１０２）と、
前記第１の面だけを湿式処理すること（１０４）と、
前記第１の面及び前記第２の面を互いに接合して、前記第１の面を前記第２の面に接着すること（１１０）とを含むことを特徴とする、第１の面を第２の面に接着する方法（１００）。
前記第１の面と前記第２の面との間に中間層を用いることなく、前記第１の面は前記第２の面に接着されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
接合された前記第１の面及び前記第２の面をアニールすること（１１２）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
接合された前記第１の面及び前記第２の面をアニールすることは、前記第１の面を湿式処理することから生じる水分子を追い出し、前記第１の面と前記第２の面との接着を強化することを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記第１の面及び前記第２の面をプラズマ処理することは、プラズマ処理手段を使用することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第１の面及び前記第２の面をプラズマ処理することは、前記第１の面を前記第２の面に後に接着するために、前記第１の面及び前記第２の面を活性化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第１の面だけを湿式処理することは、
前記第１の面を湿式溶液内で水和させること（１０６）と、
前記第１の面をスピンし、すすぎ、乾燥すること（１０８）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第１の面を前記湿式溶液内で水和させることは、前記第１の面をスタンダードクリーン１（ＳＣ１）溶液又は脱イオン（ＤＩ）水溶液内に浸漬することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記第１の面だけを湿式処理することは、前記第１の面を水和させて、水分子の単分子膜を、前記第１の面のシリコンダングリングボンドに付着させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第１の面及び前記第２の面を互いに接合することは、前記第１の面と前記第２の面との間に水素結合を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
第１の面（３０８）を有する第１の部分（３０２）と、
第２の面（３１０）を有する第２の部分（３０４）と、
前記第１の面と前記第２の面との間にある接着界面（３１６）とを含み、
前記接着界面は、前記第１の面及び前記第２の面をプラズマ処理し、前記第１の面だけを湿式処理する結果として形成されることを特徴とする電子デバイス（３００）。
前記電子デバイスの前記第１の部分は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの蓋を含み、前記電子デバイスの前記第２の部分はＭＥＭＳデバイスを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
前記第１の面及び前記第２の面はそれぞれ、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）酸化物面、シリコン面、窒化シリコン面、ガラス面、ポリマー面、二酸化シリコン面、ガリウムヒ素面及びインジウムリン面のうちの１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
前記接着界面はさらに、前記第１の面及び前記第２の面を接合し、前記第１の面及び前記第２の面をアニールする結果として形成されることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
前記接着界面は、前記第１の面と前記第２の面との間に水素結合を含み、前記第１の面及び前記第２の面の前記プラズマ処理は、前記第１の面及び前記第２の面のシリコンダングリングボンド密度を高め、前記第１の面の前記湿式処理は、水分子の単分子膜を前記第１の面のシリコンダングリングボンドに付着させることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。