JP6128566B2 - 材料層を互いに接合する方法および生じるデバイス - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１２年２月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／６０４７４７号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。

本書で開示される特徴、態様、および実施形態は、デバイスパッケージング用途などにおいて１つの材料層を別の層に結合させるデバイスの製造に関し、改善された方法および装置をもたらす。

ウエハ接合技術は数十年もの間、半導体パッケージングシステムにシールを生成するために採用されてきた。いくつかの公知のウエハ接合技術は、２つの材料層間に中間層を含み得、またＵＶ硬化型有機エポキシ接着剤などの有機接着剤接合を採用するものとして特徴付けることができる。この接合技術は当技術においてハーメチックシールを提供するものと説明されていたが、実際には密封性の程度は技術によって、またシールが曝される環境に応じて変化する。その結果、特に長期間湿気に曝される特定の用途では、満足できるものではない。

スクリーンプリントプロセスを採用してガラスおよび／またはセラミックのフリットペーストまたは金属半田ペーストを層状材料構造の１以上の表面に適用し、続いて加熱ステップで１以上の層を一緒に接合することで、ハーメチックシールが得られることが見出された。

例として、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造の形成中に得られる接合特性および密封性の改善が必要である。

こういったＭＥＭＳの１つは、マイクロディスプレイの投影素子であって制御信号に従って光を生成することができる、デジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ（商標））である。ユーザに画像投影能力を提供するために、例えばデジタルプロジェクタに複数のＤＬＰがパッケージされ得る。ＤＬＰ素子はガラス要素（カバーガラス）を含み、ガラスの背後に位置する繊細なＭＥＭＳ構造を保護する。特に、ＤＬＰ素子は半導体チップ（通常シリコン）上に小さいミラーのアレイを採用し、投影用ランプからの光を反射して画像を形成する。カバーガラスはこれらの構造を保護する。カバーガラスは２つの層状ガラス、すなわち前面ガラス層（その厚さは約０．３〜１．１ｍｍ程度とし得る）と、ガラスの介在（interposer）層とを含む。パターン化されたブラックマトリクスコーティング（例えば、Ｃｒ積層）が前面ガラスの片面に堆積され、ＤＬＰプロジェクタ素子の窓アパーチャを画成する。均一な反射防止（ＡＲ）コーティング膜積層が、前面ガラスの両面に設けられる。介在層は典型的には裸ガラスである。

既存のプロセスでは、比較的大型の前面ガラスシート（例えば、個々のＤＬＰ素子よりも大幅に大きい、直径２００ｍｍのガラスウエハ）が、比較的大型の介在層のガラスのパターンシート（例えば、同様に直径約２００ｍｍ程度のウエハ）に接合される。パターン化された介在シートは、これを貫通する複数のアパーチャを含み、各アパーチャは個々のＤＬＰ素子のＭＥＭＳ構造と最終的に位置合わせされる。パターン化された介在シートにおいて貫通するアパーチャを得る典型的な製造プロセスは、機械加工および／またはエッチングを採用し得る。前面ガラスシートは、紫外線（ＵＶ）硬化型有機エポキシによって介在層ガラスシートに接合される。この中間ガラス構造は、複数のＭＥＭＳ構造を備えている半導体ウエハ（例えば、直径２００ｍｍのシリコンウエハ）に対して、介在層ガラスシートを貫通しているアパーチャの夫々の１つと各ＭＥＭＳ構造とが位置合わせされるようにして接合される。言い換えると、中間ガラス構造は半導体ウエハレベルで中間ＭＥＭＳ構造に接合される。より具体的には、このガラス構造も紫外線（ＵＶ）硬化型有機エポキシを用いて半導体ウエハに接合される。この時点で、個々のＭＥＭＳ構造夫々に対する電気的ダイパッドの夫々の組は、中間ガラス構造の介在シートの下に位置する。

ウエハレベルのＭＥＭＳ構造への接合の後、最終的なＤＬＰプロジェクタチップ内にパッケージングするための複数の個々のＤＬＰ素子を（電気的ダイパッドの夫々の組を露出させて）得るために、スタック全体をダイシングする。典型的な用途において、このＤＬＰ素子はダイシング後に約８０から６００個程度生成され得る。

前面ガラスを介在層ガラスに接合するプロセス、およびＭＥＭＳ構造を含む半導体ウエハに中間ガラス構造（具体的には、その介在層ガラス）を接合するプロセスの際に、考慮しかつ満たさなければならない重大な要件がいくつか存在する。これらの要件として、（１）前面ガラスおよび介在層ガラスの材料は、下流の封止プロセスのためにＵＶ透過性であること、（２）前面ガラスおよび介在層ガラスの間の接合が密封であること、（３）接合材（ハーメチックシールを生成する）が、ＭＥＭＳ構造および下流プロセスで使用される材料と化学的に適合すること、（４）中間ガラス構造（すなわち、介在層ガラスに接合された前面ガラス）の平坦度が１５０μｍ未満であること、および（５）ウエハレベルのスタック全体（すなわち、ＭＥＭＳ素子を含む半導体ウエハに接合された中間ガラス構造）が、ウエハレベルのダイシングと適合することが挙げられる。

前面ガラスシートを介在ガラスシートに接合するために従来のプロセスで使用されているＵＶ硬化可能なエポキシの接合技術は、特に湿気に応じて、確実にハーメチックシールを提供するものではなく、これがＤＬＰデバイスの不具合に繋がる可能性があることが既に見出されている。実際には、接着性ポリマーの接合の浸透速度は約１０^-6ｃｃ／秒であることが既に分かっている。しかしながら、本書で開示および／または説明される１以上の実施形態によれば、新たな接合プロセスを用いて、前面ガラスと介在ガラスシートとの間でハーメチックシールが得られることが見出された。

これに関連して、１以上の実施形態は、前面ガラス材料層および介在ガラス材料層のうちの一方または両方の、第１表面に配置された、接合材原料を採用してもよく、このとき（ｉ）この配置は、前面ガラス材料層および／または介在ガラス材料層に接合材原料のパターンを生成する、スクリーンプリントを用いて実行され、さらに（ｉｉ）接合材原料は、ガラスフリット材料と、セラミックフリット材料と、ガラスセラミックフリット材料と、金属ペーストとのうちの、１つから形成される。その後、パターンが配置された前面ガラス材料層および／または介在ガラス材料層を、存在し得る有機材料を焼き尽くすのに十分な温度（または複数の温度）に加熱する。次に、接合材原料が溶融しかつ前面ガラス材料層および／または介在ガラス材料層に対して滑らかな状態（glazed）になるように、前面ガラス材料層および／または介在ガラス材料層を、接合材原料の溶融温度を超えて加熱する。

次いで、前面ガラス材料層および介在ガラス材料層を一緒に押し付ける。接合材のパターンが、前面ガラス材料層および介在ガラス材料層のいずれか一方のみに配置される場合には、押し付ける直前に、パターンが介在ガラス材料層の各アパーチャの付近および周りに適切に位置合わせされるよう前面ガラス材料層および介在ガラス材料層を慎重に位置付ける。当然のことながら、接合材のパターンが介在ガラス材料層のみに配置される場合には、接合材の位置合わせは、介在ガラス材料層への接合材のスクリーンプリントの際に既に得られていることになる。前面ガラス材料層および介在ガラス材料層の夫々に接合材の夫々のパターンが配置される場合には、押し付ける直前に、各パターンを互いに位置合わせして慎重に並べる。押し付けている間および／または押し付けた後に、前面ガラス材料層および介在ガラス材料層をさらに加熱して接合材を再溶融させ、前面ガラス材料層および介在ガラス材料層を一緒に接合する。

無機フリット材料（ガラスおよび／またはセラミックフリットなど）および金属ペーストの使用は、他の背景ではハーメチックシールの生成に採用されていることに留意されたい。しかしながら、当業者が従来これらの材料を、前述のＤＬＰマイクロディスプレイ投影素子の製造に関連して採用したことがないのには重大な理由がある。理由の１つは、無機フリット材料も金属ペースト材料も、ＵＶ透過性（これはＤＬＰ製造のプロセスで留意すべき要件の１つであった）ではないことである。さらに、無機フリット材料および金属半田の夫々の熱膨張係数は通常ガラスの熱膨張係数とは全く異なるため、こういった接合材を前面ガラス材料層および／または介在ガラス材料層のいずれかに適用するのに適した、スクリーンプリントパターンは知られていない。実際には、適切な接合パターンの設計に十分な注意が払われなかった場合には、ＣＴＥの不一致に起因して、接合が失敗になる可能性があり、および／または得られた接合された中間ガラス構造の平坦度が許容範囲外になる可能性がある。従って、接合パターン（すなわちスクリーン）の設計は、ウエハレベルのパッケージングプロセスにとって極めて重要になる。

本書で開示および／または説明される実施形態は、ウエハレベルでの前面ガラス材料層および介在ガラス材料層間のハーメチックシールを提供し、さらに上に記載した下流の処理のための他の重要な要件を全て満たす。

他の態様、特徴、利点などは、本書の実施形態の説明を添付の図面と併せると当業者には明らかになるであろう。

本書で開示される種々の態様および特徴を説明するために、図面には現時点での好ましい構造を示すが、カバーされる実施形態は図示の正確な配列や手段に限定されないことを理解されたい。

本書で開示される１以上の実施形態によるマイクロディスプレイ投影素子の構造を示したブロック図 図１のデバイスの製造に採用することができる方法および構造を示した図 図１のデバイスの製造に採用することができる方法および構造を示した図 図１のデバイスの製造に採用することができる方法および構造を示した図 図１のデバイスの製造に採用することができる方法および構造を示した図 図１のデバイスの製造に採用することができる方法および構造を示した図 図１のデバイスを製造する際に中間結合構造を形成するプロセスで使用される、適切なスクリーンを示した概略図 図３のスクリーンの一部（Ａ）をより詳細に示した図 図４のスクリーンの一部を用いて表面に配置することができる、接合材のパターンの一部を詳細に示した図

図面では、同様の要素を同様の数字で示す。これらの図面を参照すると、図１には本書で開示される１以上の実施形態による結合構造１００が示されている。構造１００は正面概略図で示されており、１以上のＤＬＰデバイスの形成など、任意の適切な用途で使用することができる。

構造１００は、例えばガラス、ガラスセラミックなどの透明な絶縁体材料から形成された、第１材料層１０２を含む。ＤＬＰデバイス形成の関連では、第１材料層１０２は前面ガラス材料層１０２とすることができる。構造１００はさらに、ガラス、ガラスセラミックなどの透明な絶縁体材料のパターン化されたシートから形成された、第２材料層１０４を含む。このパターンは、夫々が夫々の壁（図では壁１０４Ａおよび１０４Ｂのみが見られる）で囲まれている１以上のアパーチャ１０６（１つのみ図示されている）が、この第２材料層を貫通して延在しているようなパターンである。ＤＬＰデバイス形成の関連では、第２材料層１０４は介在ガラス材料層１０４（その基本構造は上で論じた）とすることができる。アパーチャ１０６および対応する壁１０４Ａ、１０４Ｂは、各ＤＬＰデバイス１００のための窓エリアを画成する。前面ガラス材料層１０２は介在ガラス材料層１０４に接合材１０８のパターンによって接合され、この接合材は正面図では、その部分１０８Ａ、１０８Ｂのみが見られる。

構造１００は、介在ガラス材料層１０４に結合されかつアパーチャ１０６と位置合わせされている、半導体層２１０をさらに含む。ＤＬＰデバイス製造の関連では、半導体層２１０は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）２１０とすることができる。介在ガラス材料層１０４は紫外線（ＵＶ）硬化型有機エポキシによってＭＥＭＳ２１０に接合され、正面図ではその部分２１２Ａ、２１２Ｂのみが見られる。ＭＥＭＳ２１０のためのいくつかの電気的ダイパッド（２１４Ａ、２１４Ｂが見られる）が、介在ガラス材料層１０４の下の、この層とＭＥＭＳ２１０との間に位置している。このようにして、光は各ＭＥＭＳ２１０から、アパーチャ１０６を通過し、さらに前面ガラス材料層１０２を通過して導くことができる。ＭＥＭＳ２１０から第１材料層１０２を通過する光の透過の光学特性を改善するために、層１０２の片面または両面をＡＲコーティングで被覆してもよい。

ここで、図１の構造１００の製造に採用することができる方法および構造を示した、図２Ａ〜２Ｅを参照する。特に図２Ａ〜２Ｂを参照すると、製造プロセスは、第１ガラス材料層３０２および第２ガラス材料層３０４の一方または両方の、第１表面への、接合材原料３０８の配置を含み得る。

前述の構造１００（ＤＬＰ素子など）の形成の関連において、第１ガラス材料層３０２は、図１の個々の構造１００（これも、単一のＤＬＰ素子とし得る）の前面ガラス材料層１０２よりも（厚さではなく表面積で）著しく大きい前面ガラス材料層３０２とすることができる。例えば前面ガラス材料層３０２は、直径約２００ｍｍ程度のものでもよい（但し、他のサイズも採用可能である）。同様に第２ガラス材料層３０４は、個々の構造１００の介在材料層１０４よりも（厚さではなく表面積で）著しく大きい介在ガラス材料層３０４とすることができる。例えば介在ガラス材料層３０４も、直径約２００ｍｍ程度のものでもよい（この場合も、他のサイズも採用可能である）。

接合材原料３０８は、ガラスフリット材料、セラミックフリット材料、ガラスセラミックフリット材料、または金属ペーストから形成することが好ましい。前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４の一方または両方の第１表面ヘの接合材原料３０８の配置は、接合材原料（接合材原料の個々のトレース３０８Ａ、３０８Ｂ、３０８Ｃなどによって表されている）のパターンを生成するスクリーンプリントプロセスを用いて実行される。上で論じたように、接合材原料３０８を配置する適切な接合パターンの設計に十分な注意が払われなかった場合には、ＣＴＥの不一致に起因して、得られた接合が失敗になる可能性があり、および／または得られた接合された中間ガラス構造の平坦度が許容範囲外になる可能性がある。従って、接合パターン（すなわち接合パターンを適用するためのスクリーン）の設計は、ウエハレベルのパッケージングプロセスにとって極めて重要になる。

ここで、スクリーンおよび接合パターンの種々の態様の説明に関連して、図３、４、および５を参照する。図３は、前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４の一方または両方に接合材原料３０８を堆積させるのに使用される、適切なスクリーン４００を示した概略図である。スクリーン４００は前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４と略同じ表面積であることが好ましく、これは直径約２００ｍｍ程度でもよい。スクリーン４００の形成に使用される基本材料は従来のものでもよいが、スクリーン開口部のサイズ、形状、および方向付けの構成は、従来とは全く異なる。従って、スクリーン４００の基本構造は、乳剤層を支持するステンレス鋼ワイヤメッシュを含み得る。フォトイメージング技術を用いて乳剤層を形成して、接合材原料３０８が前面ガラス材料層３０２および／または介在ガラス材料層３０４に適用される際に通過する、複数のスクリーン開口部を生成することができる。スクリーン開口部は、完成した製品で望ましい接合特性が得られることが既に分かっている、新規のパターンで配列される。

スクリーン４００のスクリーン開口部のパターンは、図３のスクリーン４００の一部４０２のより詳細な図を示した、図４で最も良く見ることができる。一部４０２はスクリーン開口部の繰返しパターン（すなわちセル）４０４を含み、このパターンがスクリーン４００をできるだけ広くカバーすることが好ましい。

このパターンはセル４０４のＸ−Ｙ方向のアレイを含み、各セル４０４は、連続した長方形外周のスクリーン開口部４０４Ａに特徴付けられる。連続した長方形外周のスクリーン開口部４０４Ａのサイズおよび形状は、介在ガラス材料層３０４を貫通するアパーチャ３０６、例えば図２Ｂの断面に示されているアパーチャ３０６Ａ、３０６Ｂ、３０６Ｃのアレイと相補的であることが好ましい。連続した長方形外周のスクリーン開口部４０４Ａの相補的な特性とは、（ｉ）開口部４０４Ａの内側周辺エッジ４０４Ｂが、対応するアパーチャ３０６の周辺と実質的に同じサイズ、またはこれより若干大きいサイズであること、および（ｉｉ）開口部４０４Ａの内側周辺エッジ４０４Ｂおよび／または外側周辺エッジ４０４Ｃに囲まれている形状が、アパーチャ３０６の形状（この場合は長方形形状）と実質的に同じであること、のうちの１以上を含み得る。

このパターンは、さらに、または代わりに、Ｘ方向に隣接するセル４０４が少なくとも１つの直線状スクリーン開口部４０４Ｄ（例えば、本書において後に論じるタイバーを形成するための）で分離されるという点で特徴付けることができる。後により詳細に論じるが、Ｘ方向に隣接するセル４０４が少なくとも２つの平行な直線状スクリーン開口部４０４Ｄ、４０４Ｅで分離されることを特徴とするパターンが、特に有利であることを発見した。スクリーン開口部のパターン４０４で、Ｙ方向に隣接するセル４０４間には直線状スクリーン開口部を１つも含む必要がないことを実験中に発見したが、こういった直線状スクリーン開口部を採用してもよく、また接合プロセスのいくつかの特性の改善に役立つ可能性もあることに留意されたい。

スクリーン４００のメッシュスクリーン開口部は、接合材原料３０８をスクリーン４００の全てのスクリーン開口部に押して通すことができるよう、さらに材料の、好適には１０μｍの厚さ均一性を実現できるよう、接合材原料３０８（ガラスおよび／またはセラミックフリット材料など）の粒子サイズに適合するように設計される。ガラスおよび／またはセラミックフリット材料の粘度が比較的高いことに起因して、開口面積が少なくとも４０％、好適には少なくとも５０％、あるいはさらに好適には少なくとも６０％のスクリーン４００が使用される。接合材原料３０８（特にガラスおよび／またはセラミックフリット材料）を所望の均一なやり方でプリントするために、このような開口面積特性を微細なワイヤ直径と併せて用いて、スクリーン４００のメッシュを生成することが好ましい。例えば約４０μｍ以下、好適には約３０μｍ以下、さらに好適には約２０μｍ以下のワイヤ直径が、スクリーン４００のメッシュの生成に用いられるべきである。さらにスクリーン４００の生成に使用される材料は、スクリーン４００をスクリーンプリントのために適切な張力に延ばすことに関連して、低伸び材料（約８％以下、好適には約５％以下）であるべきである。

図５は、スクリーン４００を用いた結果、具体的には図４に示したスクリーン４００の一部４０２を用いた結果生じる、接合材原料３０８の接合パターン５０２の一部の詳細図である。メッシュ４００の生成において、上記考慮すべき事項の１以上に配慮すると、接合材原料３０８の得られるパターンの厚さ均一性は約１０μｍ以下になるはずである。予想され得ることであるが、セル４０４のスクリーン開口部の幾何学的性質が与えられると、接合材原料３０８のパターンも、夫々がスクリーン４００のセル４０４と同様の特徴を有する、セル５０４のＸ−Ｙ方向のアレイによって特徴付けられる。

例えば、接合材原料３０８のパターンの各セル５０４は、接合材原料３０８の連続した長方形外周５０４Ａを含み得る。接合材原料３０８の連続した長方形外周５０４Ａのサイズおよび形状は、介在ガラス材料層３０４を貫通するアパーチャ３０６のアレイと相補的であることが好ましい。例えば接合材原料３０８を、前面ガラス材料層３０２の表面にスクリーンプリントしてもよい（図２Ａ）。プリントされた接合材原料３０８を、図５の線２Ａ−２Ａを通る断面で見ると（図２Ａに示した図に対応する）、連続した長方形外周５０４Ａを構成している接合材原料３０８の夫々のセグメント（例えば、セグメント３０８Ａおよび３０８Ｂ）は、関連するアパーチャ３０６（例えば、図２Ｂの断面に示されているアパーチャ３０６Ａ）と相補的である。

さらに、または代わりに、接合材原料３０８を介在ガラス材料層３０４の表面にスクリーンプリントしてもよい（図２Ｂ）。プリントされた接合材原料３０８を、図５の線２Ｂ−２Ｂを通る断面で見ると（図２Ｂに示した図に対応する）、連続した長方形外周５０４Ａを構成している接合材原料３０８の夫々のセグメント（例えば、セグメント３０８Ａおよび３０８Ｂ）も同様に、関連するアパーチャ３０６Ａと相補的である。

より一般的に、連続した長方形外周５０４Ａの相補的な特性とは、（ｉ）接合材原料３０８の内側周辺エッジ５０４Ｂが、対応するアパーチャ３０６周辺と実質的に同じサイズ、またはこれより若干大きいサイズであること、および（ｉｉ）接合材原料３０８の内側周辺エッジ５０４Ｂおよび／または外側周辺エッジ５０４Ｃに囲まれている形状が、アパーチャ３０６の形状（この場合は長方形形状）と実質的に同じであること、のうちの１以上を含み得る。パターンのセル５０４とアパーチャ３０６との１以上の上記相補的な特性の結果、好適には、各アパーチャ３０６付近への接合材原料３０８の連続した長方形外周５０４Ａの位置合わせが、現時点で、または後にもたらされる。

このパターンは、さらに、または代わりに、接合材原料３０８のＸ方向に隣接するセル５０４が少なくとも１つの接合材原料３０８の直線状タイバー５０４Ｄで分離されるという点で特徴付けることができる。後により詳細に論じるが、Ｘ方向に隣接するセル５０４が少なくとも２つの平行な直線状タイバー５０４Ｄ、５０４Ｅで分離されることを特徴とするパターンが、特に有利であることを発見した。Ｙ方向に隣接するセル５０４のパターンではタイバーも１つも含む必要がないことを実験中に発見したが、所望であればこういったタイバーを採用してもよい。

上述の接合材原料パターン５０２の生成に、分注技術（スクリーンプリントではなく）を変更して採用し得ることにも留意されたい。

再び図２Ａおよび２Ｂに戻るが、接合材原料３０８を前面ガラス材料層３０２および／または介在ガラス材料層３０４の一方または両方に配置（例えば、スクリーンプリント）した後、１以上のこの層を、存在し得る有機材料を焼き尽くすのに十分な温度（または複数の温度）に加熱する。次に、接合材原料３０８が溶融して第１ガラス材料層および／または第２ガラス材料層に対して滑らかな状態になるように、１以上のこの層を、接合材原料３０８の溶融温度を超えてさらに加熱する。

図２Ｃを参照すると、その後、前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４を、滑らかな状態の接合材のパターン（または複数のパターン）がそれらの間に配置されるようにして互いに位置合わせさせる。例えば接合材原料３０８が、前面ガラス材料層３０２の表面のみにスクリーンプリントされて、次いで滑らかな状態にされた場合には、前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４の位置合わせは、各セル５０４の滑らかな状態の接合材（前面ガラス材料層３０２のみに設けられている）の連続した長方形外周５０４Ａを、介在ガラス材料層３０４の対応するアパーチャ３０６と確実に位置合わせするものである。

接合材原料３０８が介在ガラス材料層３０４の表面のみにスクリーンプリントされて、次いで滑らかな状態にされる場合には、各セル５０４の滑らかな状態の接合材の連続した長方形外周５０４Ａは、既に介在ガラス材料層３０４の対応するアパーチャ３０６と位置合わせされた状態にあるはずである。従って、前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４の位置合わせは、これらの層を巨視的な意味で確実に並べるものである。

しかしながら接合材原料３０８が、前面ガラス材料層３０２と介在ガラス材料層３０４との両方にスクリーンプリントされて、次いで滑らかな状態にされる場合には、その位置合わせでは、滑らかな状態の接合材の夫々のパターン（両方のガラス層３０２、３０４に配置される）を、確実に互いに並べかつ位置合わせされた状態にするべきである。

上述の位置合わせが達成されると、前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４を一緒に押し付ける（図２Ｃ）。次に前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４を、好適には押し付ける動作を維持しながらさらに加熱して、滑らかな状態の接合材を再溶融させ、前面ガラス材料層３０２および介在ガラス材料層３０４を一緒に接合する。特に、得られる図２Ｃの中間ガラス構造の特性として、密封特性（すなわち、層３０２、３０４間の接合において）と、１ｍｍ当たり約０．７５μｍ以下の平坦度、好適には１ｍｍ当たり約０．４μｍ以下の平坦度が挙げられる。このような平坦度は、接合材３０８のタイバー５０４Ｄ、５０４Ｅを用いることによって、接合材３０８の厚さの均一性を利用することによって、および／またはスクリーンプリントプロセスで生じる接合材原料３０８のトレースに適切な幅を用いることによって、少なくともある程度達成される。

いくつかの実施形態を実施する際には必要とされないが、プロセスはさらに、中間ガラス構造（図２Ｃ）を半導体ウエハ３１０などの別の構造に接合することによる、ウエハレベルの構造の生成を含み得る（図２Ｄ）。半導体ウエハ３１０は、その上に画成された多くの半導体ダイを含み得る。構造１００（ＤＬＰデバイスなど）を生成する例に従うと、半導体ウエハ３１０は多くのＭＥＭＳデバイス（ダイ）を含むシリコンウエハ３１０でもよく、また図１に示されている個々の構造１００の半導体ＭＥＭＳ層２１０よりも（厚さではなく表面積で）著しく大きいものでもよい。例えば、ＭＥＭＳ層３１０は直径約２００ｍｍ程度でもよい（但し、この場合も他のサイズも採用可能である）。

より具体的には、介在ガラス材料層３０４の、第１表面とは反対側の第２表面は、ＭＥＭＳ層３１０に接合され得る。接合機構は、紫外線（ＵＶ）硬化型有機エポキシ３１２を用いて得ることができる。具体的な接合技術に拘わりなく、介在ガラス材料層３０４の各アパーチャ３０６は、半導体ダイの夫々の１つ、例えば夫々のＭＥＭＳの上に位置合わせされるべきである。

その後、ウエハレベルの（スタックされた）構造を複数のダイにダイシングし、各ダイは、半導体ダイ（例えば、ＭＥＭＳダイ）の夫々の１つと、介在ガラス材料層の夫々の一部とこれを貫通する夫々のアパーチャと、前面ガラス材料層（これがアパーチャを覆うカバーガラスを形成する）の夫々の一部とを含む、層状構造を有する。

ダイシングの際、ウエハレベルの（スタックされた）構造を、この構造を薄板金属フレーム上に保持する粘着性の裏当てを備えたダイシングテープ上に置いてもよい。実際のダイシングプロセスは、スクライブ・アンド・ブレーク、（通常ダイシングソーと呼ばれる機械での）機械的ソー切断、またはレーザ切断によって達成することができる。ウエハ構造がダイシングされると、ダイシングテープ上に残された片は、ダイまたはダイスと称される。ダイは、後のエレクトロニクスアセンブリプロセスでダイボンダまたはダイソータなどのダイハンドリング設備によって取り外されるまで、ダイシングテープ上に留まり得る。

図２Ｅを参照すると、ダイシングプロセスは、前面ガラス材料層３０２を貫通するが介在ガラス材料層３０４またはＭＥＭＳ層３１０を通らない、各線３５２Ａ、３５２Ｂ、３５２Ｃ、３５２Ｄなどに沿ったソー切断を含み得る。これらの最初のソー切断の線は、ソー切断がどのタイバーも通ることのないように、タイバー５０４Ｄ、５０４Ｅの夫々と、これに隣接する接合材の長方形外周５０４Ａの一部との間であることが好ましい。その後ダイシングプロセスは、前面ガラス材料層３０２を貫通するが介在ガラス材料層３０４またはＥＭＳ層３１０を貫通しない、隣接するタイバー５０４Ｄ、５０４Ｅの各対の間の線３５４Ａ、３５４Ｂなどに沿ったソー切断を含む（但し、タイバーのいずれかを通るソー切断は含まれない）。最後に、介在ガラス材料層３０４を貫通し、さらにＭＥＭＳ層３１０を貫通する、線３５４に沿った切断によって、ダイは単体化される。得られるダイは、図１に示した構造のものである。

本書において開示される態様、特徴、および実施形態を、特定の詳細を参照して説明したが、これらの詳細は広範な原理および用途の単なる実例であることを理解されたい。従って、多くの改変が実例の実施形態に対して作製可能であること、そして添付の請求項の精神および範囲から逸脱せずに他の配置を考案し得ることを理解されたい。

１００ 結合構造
１０２、３０２ 前面ガラス材料層
１０４Ａ、１０４Ｂ 介在ガラス材料層
１０６ アパーチャ
１０８Ａ、１０８Ｂ 接合材
２１０ 半導体層
２１４Ａ、２１４Ｂ ダイパッド
３０４ 介在ガラス材料層
３０６Ａ、３０６Ｂ、３０６Ｃ アパーチャ
３０８Ａ、３０８Ｂ、３０８Ｃ、３０８Ｄ 接合材原料
３１０ 半導体ウエハ
４００ スクリーン
４０４、５０４ セル
４０４Ａ、４０４Ｄ、４０４Ｅ スクリーン開口部
５０４Ａ 接合材の連続した長方形外周
５０４Ｄ、５０４Ｅ タイバー

Claims (9)

1. 方法において、
   第１ガラス材料層および第２ガラス材料層のうちの一方または両方の、第１表面に、接合材原料を配置するステップであって、（ｉ）前記配置が、前記第１ガラス材料層および／または前記第２ガラス材料層に前記接合材原料のパターンを生成する、スクリーンプリントを用いて実行され、さらに（ｉｉ）前記接合材原料が、ガラスフリット材料と、セラミックフリット材料と、ガラスセラミックフリット材料と、金属ペーストとのうちの、１つから形成されたものであるステップ、
   前記パターンが配置された前記第１ガラス材料層および／または前記第２ガラス材料層を、存在し得る有機材料を焼き尽くすのに十分な温度まで加熱するステップ、
   前記接合材原料が溶融しかつ前記第１ガラス材料層および／または前記第２ガラス材料層に対して滑らかな状態になるように、前記第１ガラス材料層および／または前記第２ガラス材料層を、前記接合材原料の溶融温度を超えてさらに加熱するステップ、
   前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層を一緒に押し付けるステップであって、このとき（ｉ）１以上の前記パターンの接合材が、前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層の間に配置されるようにし、また（ｉｉ）前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層に、溶融した前記接合材の夫々の前記パターンが配置されるときには、溶融した前記接合材の夫々の前記パターンを、該押し付けるステップの前に互いに位置合わせして並べる、ステップ、および、
   押し付ける動作を維持しながら、前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層をさらに加熱して前記接合材を再溶融させ、前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層を一緒に接合するステップ、
   を含み、
   前記パターンが、前記接合材原料の連続した長方形外周によって夫々が特徴付けられるセルの、Ｘ−Ｙ方向アレイを含み、
   Ｘ方向に隣接する前記セルが前記接合材原料の少なくとも１つの線（タイバー）によって分離されていることを特徴とする方法。
2. 前記接合材原料の前記パターンが、約１０μｍ以下の厚さ均一性を有する、
   接合された前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層の得られた平坦度が、（ｉ）１ｍｍ当たり約０．７５μｍ以下、および（ｉｉ）１ｍｍ当たり約０．４μｍ以下、のうちの１つである、および、
   前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層の間の前記接合が密封である、
   のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第２ガラス材料層が、該第２ガラス材料層を貫通するアパーチャのアレイを含み、
   （ｉ）前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層が一緒に押し付けられるとき、および（ｉｉ）前記接合材原料がスクリーンプリントを用いて前記第２ガラス材料層に配置されるとき、のうちの少なくとも１つで、前記セル夫々の前記接合材原料の前記連続した長方形外周が、前記第２ガラス材料層の前記アパーチャの夫々の１つと位置合わせされ、
   前記パターンが、各隣接する前記セル間に、２つの平行な前記接合材原料のタイバーを含み、さらに、
   前記パターンが、Ｙ方向に隣接する前記セル間には、前記接合材原料のタイバーを１つも含んでいないことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記第２ガラス材料層の前記第１表面とは反対側の第２表面を、半導体ダイのアレイを含む半導体ウエハに、前記第２ガラス材料層の前記アパーチャの夫々が前記半導体ダイの夫々の１つの上に位置合わせされるようにして接合させることによって、ウエハレベル構造を生成するステップ、および、
   前記ウエハレベル構造を複数のダイにダイシングするステップであって、該ダイの夫々が、前記半導体ダイの夫々の１つと、介在層を形成する、前記第２ガラス材料層の夫々の一部と該第２ガラス材料層を貫通する夫々の前記アパーチャと、さらに前記第２ガラス材料層の前記アパーチャを覆うカバーガラスを形成する、前記第１ガラス材料層の夫々の一部とを有する、層状構造を含む、ステップ、
   をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記ダイシングするステップが、
   （ａ）前記第１ガラス材料層を通るが前記第２ガラス材料層または前記半導体ウエハを通らずに、前記タイバー夫々と隣接する前記接合材の長方形外周の一部との間の線に沿って、タイバーを１つも切断することのないようにソー切断するステップ、
   （ｂ）ステップ（ａ）の後に、前記第１ガラス材料層を通るが前記第２ガラス材料層または前記半導体ウエハを通らずに、隣接する前記タイバーの対夫々の間の線に沿って、該タイバーを１つもソー切断することなくソー切断するステップ、および、
   前記第２ガラス材料層を通りかつ前記半導体ウエハを通って切断することによって、各ダイを単体化するステップ、
   を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 装置であって、
   第１ガラス材料層と、さらに、
   前記第１ガラス材料層に接合材を介して接合された第２ガラス材料層と、
   を備え、前記接合材が、溶融しかつ硬化された、ガラスフリット材料、セラミックフリット材料、ガラスセラミックフリット材料、および金属ペースト、のうちの１つから形成されたものであり、
   前記第２ガラス材料層が、該第２ガラス材料層を貫通するアパーチャのアレイを含み、
   前記接合材が、前記第２ガラス材料層の前記アパーチャの夫々の周りに連続した外周を形成する、パターン化されたものであり、
   前記接合材の前記パターンと前記アパーチャの夫々とがセルのＸ−Ｙ方向アレイを形成し、該セルの夫々が、前記接合材の連続した外周の夫々の１つに包囲された、前記アパーチャの１つを含み、
   Ｘ方向に隣接する前記セルが、該セル間に、少なくとも１つの前記接合材の線（タイバー）を含むことを特徴とする装置。
7. 接合された前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層の平坦度が、（ｉ）１ｍｍ当たり約０．７５μｍ以下、および（ｉｉ）１ｍｍ当たり約０．４μｍ以下、のうちの１つである、および、
   前記第１ガラス材料層および前記第２ガラス材料層の間の前記接合が密封である、
   のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. Ｘ方向に隣接する前記セルが、該セル間に、少なくとも２つの前記接合材の平行な線（タイバー）を含み、
   Ｙ方向に隣接する前記セルが、該セル間に、前記接合材の線（タイバー）を１つも含んでいないことを特徴とする請求項６または７記載の装置。
9. 前記アパーチャの夫々の１つと位置合わせされて夫々が配置された、複数のＭＥＭＳ構造をさらに備えていることを特徴とする請求項６から８いずれか１項記載の装置。

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