KR20230096091A - 임시 결합 공정을 사용한 기판의 박형화 방법 - Google Patents

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Abstract

지지 유닛을 포함하는 물품으로서, 상기 지지 유닛은 지지 기판의 일 표면에 결합층이 결합되도록 결합층 및 지지 기판을 포함한다. 또한, 지지 유닛의 폭에 걸친 총 두께 변화 TTV는 약 2.0미크론 이하이다.

Description

임시 결합 공정을 사용한 기판의 박형화 방법
본 출원은 2020년 11월 3일에 출원된 가출원 일련 번호 제63/109,004호 및 2021년 4월 6일에 출원된 미국 가출원 번호 제63/171,309호로부터 우선권의 이익을 주장하는, 2020년 12월 21일에 출원된 네덜란드 특허 출원 번호 제2027189호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체적으로 인용되어 본원에 포함된다.
본 기재는 일반적으로 기판 박형화를 제공하기 위한 임시 결합 공정에 관한 것이며, 보다 정확하게는 기판 박형화 공정 동안 임시 결합을 제공하기 위한 낮은 총 두께 변화를 갖는 결합층에 관한 것이다.
예를 들어 10 미크론 이하의 매우 작은 두께로 기판을 박형화하는 것은 박형화 공정 동안 지지 부재를 필요로 한다. 이는 매우 박형의 기판의 손상을 방지하기 위해 박형화 공정 동안 기판의 취급을 가능하게 한다. 그러나, 박형화 공정 중에 기판으로부터의 재료의 제거가 균일해야 한다. 따라서, 지지 부재가 공정될 기판에 대한 균일한 베이스라인을 제공하는 것이 중요하다. 박형화 과정에서 기판과 지지 부재가 결합되기 때문에 지지 부재가 고르지 않거나 불균일하면 박형화 공정 후에 기판도 고르지 않고 불균일하게 가공될 것이다. 고른 베이스라인을 제공하는 지지 부재는 기판을 예를 들어 1 미크론 이하로 매우 낮은 두께로 박형화할 때 훨씬 더 중요하다. 이러한 박형의 기판은 탄성 표면파(SAW) 기술을 포함하는 응용 분야에서 사용될 수 있다. 이러한 응용 분야에서 활성 재료는 SAW 필터의 주파수 상한을 높이기 위해 두께가 1 미크론 미만으로 공정된다.
따라서, 기판의 두께 감소 공정시 균일한 치수를 갖는 지지 부재를 제공할 필요성이 있다.
다양한 적용의 기판은 지지 부재의 도움으로 정확한 두께와 평탄도로 두께가 감소될 수 있다. 지지 부재는 먼저 기판 공정을 위한 고른 베이스라인을 제공하기 위해 특정의 균일한 두께로 공정될 수 있다. 본 기재 전반에 걸쳐 논의된 바와 같이 균일성의 일 관점은 물품의 정의된 간격에 걸친 두께 편차를 나타내는 총 두께 편차이다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 전체 두께 변화가 큰 지지 부재는 고르지 않은 베이스라인을 초래하고, 이는 고르지 않은 방식으로 기판을 박형화하는 결과를 가져올 수 있다. 아래에서 또한 논의되는 바와 같이, 본 기재의 관점은 총 두께 편차가 매우 작은 지지 부재뿐만 아니라 총 두께 편차가 매우 낮은 임시 결합층을 포함한다. 결합층은 박형화 공정 동안 지지 부재와 박형화될 기판 사이에 임시 결합을 제공한다.
도 1은 반도체 웨이퍼(10)(지지 부재)가 압전 기판(20)(기판)에 결합된 반도체 물품(1)을 제공하기 위한 예시적인 공정을 도시한다. 상기 공정에서, 반도체 웨이퍼(10)는 특정 평탄도 및 균일성 요구사항(총 두께 변화 포함)을 제공하기 위해 이미 비싸고 시간 소모적인 폴리싱 공정을 거친다. 압전 기판(20)은 그 후 그라인딩 공정 동안 압전 기판(20)이 반도체 웨이퍼(10)에 결합된 상태를 유지하는 백-그라인딩 공정을 사용하여 특정 평탄도 및 균일성으로 그라운드되고 폴리싱된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(10)는 압전 기판(20)의 그라인딩 및 폴리싱을 위한 베이스라인을 제공한다. 그러나, 백-그라인딩 공정은 비가역적이다. 따라서, 압전 기판(20)의 그라인딩 및 폴리싱 공정 동안 생성된 평탄도 또는 균일성의 편차는 비가역적이다. 상기 그라인딩 및 폴리싱 공정은 고른 베이스라인에서 시작하는 것이 매우 중요하다.
도 2a 및 2b는 압전 기판(20)의 그라인딩 및 폴리싱 공정 동안 고른 베이스라인으로 시작하는 것의 중요성을 추가로 도시한다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)의 두께가 균일하지 않으면 압전 기판(20)이 반도체 웨이퍼(10) 상에 고르지 않은 방식으로 배치될 것이다. 상기 실시 예에서, 반도체 웨이퍼(10)는 고정밀도로 공정되지 않았기 때문에 이미지의 왼쪽이 오른쪽보다 웨이퍼가 더 두껍다. 따라서, 압전 기판(20)은 고른 베이스라인으로 웨이퍼 상에 증착되지 않는다. 대신, 도 2a에 도시된 바와 같이, 압전 기판(20)의 좌측은 압전 기판(20)의 우측보다 약간 더 높다. 그라인딩 휠이 압전 기판(20)을 향하여 낮추어질 때, 기판의 우측 전에 기판의 약간 더 높은 좌측과 먼저 접촉할 것이다. 이는 도 2b에 도시된 바와 같이, 압전 기판(20)이 그라인딩 및 폴리싱 공정 후에 고르지 않은 두께를 갖게 할 것이다. 보다 구체적으로, 이 실시 예에서 기판의 좌측은 기판의 우측보다 얇을 것입니다. 따라서, 압전 기판(20)은 일관된 전체 두께 변화를 갖는 균일한 층이 아닐 것이다.
압전 기판(20)의 불균일성은 기판이 예를 들어 1 미크론 미만의 극히 얇은 두께로 박형화될 때 더욱 명백해진다. 이들 실시 예에서, 기판은 너무 박형이어서 기판 재료가 도 2b의 기판의 좌측에서 폴리싱되어 없어질 수 있으므로, 따라서 상기 측 상의 밑에 있는 반도체 웨이퍼(10)를 노출시킨다.
본 기재의 구현 예는 그라인딩 및 폴리싱 공정 동안 박형화될 기판이 지지 기판에 부착되는 독특한 공정을 제공한다. 결합층은 그라인딩 및 폴리싱 공정 동안 박형화될 기판과 지지 기판 사이에 일시적인 결합을 제공한다. 결합층은 그라인딩 및 폴리싱 공정 중에 기판이 박형화되기 위한 고른 베이스라인을 제공하기 위해 유리하게는 매우 박형이고 매우 균일하며 총 두께 변화가 극히 적다. 본 발명자들은 극히 낮은 전체 두께 편차를 갖는 그러한 임시 결합층을 생산한 최초의 사람들인데, 이는 본 기재 전에 상업적으로 생산되지 않았기 때문이다.
일 구현 예에 따르면, 물품이 제공된다. 상기 물품은 표면을 갖는 지지 기판 및 상기 지지 기판의 표면에 결합된 결합층을 포함하는 지지 유닛을 포함한다. 또한, 지지 유닛의 폭에 걸친 TTV(Total Thickness Variation)는 약 2.0 미크론 이하이다.
다른 구현 예에 따르면, 물품이 제공된다. 상기 물품은 표면을 갖는 지지 기판 및 상기 지지 기판의 표면에 결합된 결합층을 포함하는 지지 유닛을 포함한다. 지지 유닛의 폭에 걸친 총 두께 편차(TTV)는 약 2.0 미크론 이하이다. 추가로, 물품은 제1 기판 및 소자 지지 웨이퍼를 포함한다. 결합층은 지지 기판을 제1 기판과 커플링시키고, 소자 지지 웨이퍼는 지지 기판과 제거 가능하게 커플링시킨다.
다른 구현 예에 따르면, 지지 유닛을 사용하여 박형 기판을 제공하는 방법이 제공된다. 방법은 제1 기판을 결합층으로 지지 기판에 결합하는 단계를 포함한다. 지지 기판 및 결합층은 지지 유닛의 폭에 걸쳐 약 2.0 미크론 이하의 총 두께 편차(TTV)를 갖는 지지 유닛을 형성한다.
전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 단지 예시일 뿐이며 청구범위의 특성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다. 첨부된 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구현 예(들)를 예시하고, 설명과 함께 다양한 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 반도체 물품 상의 압전 기판을 폴리싱하는 공정을 예시하는 개략도이다.
도 2a 및 2b는 반도체 물품 상의 압전 기판을 폴리싱하는 공정을 예시하는 개략도이다.
도 3은 본 기재의 구현 예에 따라 물품을 형성하는 공정을 예시하는 흐름도이다.
도 4는 두께 편차를 나타내고 총 두께 편차(TTV)의 측정을 예시하는 예시적인 기판의 엣지뷰이다.
도 5는 본 기재의 구현 예에 따른 물품의 단면도이다.
도 6은 본 기재의 구현 예에 따른 물품의 다른 단면도이다.
도 7은 본 기재의 구현 예에 따른 물품의 다른 단면도이다.
도 8은 본 기재의 구현 예에 따른 물품의 다른 단면도이다.
도 9는 본 기재의 구현 예에 따른 물품의 일부에 대한 단면도이다.
도 10은 본 기재의 구현 예에 따른 물품의 일부에 대한 또 다른 단면도이다.
도 11은 본 기재의 구현 예에 따른 물품의 일부의 또 다른 단면도이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 설명으로부터 당업자에게 명백하거나 또는 청구항 및 첨부 도면과 함께 하기 설명에 기술된 바와 같이 본 기재를 실시함으로써 인식될 것이다.
본원에서 사용되는 "및/또는"이라는 용어는 둘 이상의 항목 목록에 사용될 때 나열된 항목 중 임의의 하나가 그 자체로 사용될 수 있거나 나열된 항목 중 둘 이상의 임의의 조합을 사용할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 조성물이 성분 A, B 및/또는 C를 함유하는 것으로 기재된 경우, 조성물은 A만을 함유할 수 있고; B 혼자; C 혼자; A와 B의 조합; A와 C의 조합; B와 C의 조합; 또는 A, B 및 C의 조합을 함유할 수 있다.
본 문서에서, 제1 및 제2, 상부 및 하부 등과 같은 관계 용어는 그러한 실체 또는 동작 사이의 실제 그러한 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 암시하지 않고 하나의 실체 또는 동작을 다른 엔티티 또는 동작과 구별하기 위해서만 사용된다.
본원에서 사용되는 방향 용어(예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상면, 하면)은 도면을 참조하여 만들어진 것이며 절대적인 방향을 의미하는 것은 아니다.
달리 명시되지 않는 한, 본원에 제시된 임의의 방법은 그 단계가 특정 순서로 수행되거나 임의의 장치에서 특정 방향이 요구되는 것으로 해석되지 않는다. 따라서 방법 청구항이 그 단계가 따라야 할 순서를 실제로 인용하지 않거나 장치 청구항이 개별 구성 요소에 대한 순서나 방향을 실제로 인용하지 않거나 청구항이나 설명에 달리 구체적으로 언급되지 않은 경우 단계는 특정 순서로 제한되거나 장치의 구성 요소에 대한 특정 순서 또는 방향이 언급되지 않은 경우 순서 또는 방향이 어떤 식으로든 추론되도록 의도된 것이 아니다. 이것은 다음을 포함하여 해석을 위한 모든 가능한 비명시적 근거에 적용된다: 단계의 배열, 작업 흐름, 구성 요소의 순서 또는 구성 요소의 방향과 관련된 논리 문제; 문법적 구성 또는 구두점에서 파생된 일반 의미; 명세서에 기술된 구현 예의 수 또는 유형.
기술된 기재 및 다른 구성요소의 구성이 임의의 특정 재료로 제한되지 않는다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 본원에 기술된 기재의 다른 예시적인 구현 예는 본원에서 달리 설명되지 않는 한 매우 다양한 재료로 형성될 수 있다.
예시적인 구현 예에 도시된 바와 같은 본 발명의 구성요소의 구성 및 배열은 단지 예시적인 것임을 주목하는 것도 중요하다. 본 기재에서는 소수의 구현 예만이 상세히 설명되었지만, 본 기재를 검토하는 당업자는 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다(예를 들어, 다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율의 변화, 매개변수의 값, 장착 배열, 재료 사용, 색상, 방향 등)은 인용된 주제의 신규하고 자명하지 않은 교시 및 이점에서 실질적으로 벗어나지 않는다. 예를 들어, 일체로 형성된 것으로 도시된 요소는 다수의 부분으로 구성될 수 있거나, 다수의 부분으로 도시된 요소는 일체로 형성될 수 있고, 인터페이스의 동작은 반전되거나 다르게 변경될 수 있고, 구조 및/또는 부재의 길이 또는 폭, 또는 커넥터 또는 시스템의 다른 요소는 변경될 수 있으며 요소 사이에 제공되는 조정 위치의 특성 또는 수가 변경될 수 있다. 시스템의 요소 및/또는 어셈블리는 다양한 색상, 질감 및 조합으로 충분한 강도 또는 내구성을 제공하는 다양한 재료로 구성될 수 있다는 점이 주지되어야 한다. 따라서, 이러한 모든 수정은 본 기재의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 본 기재의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 설계, 작동 조건 및 원하는 다른 예시적인 구현 예의 배치에서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략이 이루어질 수 있다.
이제 본 기재의 바람직한 구현 예를 상세히 참조할 것이며, 그 예는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 가능할 때마다 동일하거나 유사한 부품을 나타내기 위해 도면 전체에서 동일한 참조 부호가 사용된다.
이제 도 3을 참조하면, 물품을 형성하기 위해 임시 결합을 사용하여 기판을 박형화하는, 본 기재의 구현 예에 따른 공정(100)이 도시되어 있다. 일부 구현 예에서, 물품은 반도체 물품이다. 그러나 공정(100)의 단계는 반도체 물품 이외의 다른 물품 및 구성요소를 형성하는 데 사용될 수 있음에 유의한다. 단계(110)에서, 공정은 지지 기판을 가공 기판과 결합하는 것을 포함한다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 결합은 초저 전체 두께 변화 및 매우 작은 두께를 갖는 결합층에 의해 형성된다. 따라서, 결합층은 물품의 전체 치수에 크게 기여하지 않는 균일하고 평평한 표면을 제공한다. 이는 가공 기판이 정확하게 균일한 방식으로 지지 기판에 결합될 수 있기 때문에 단계(120)에서 가공 기판의 두께를 감소시킬 때 유리하다. 가공 기판은 두께 감소 공정 동안 박형화되는 기판이다. 예를 들어, 소자 지지 웨이퍼는 단계 130에서 가공 기판에 영구적으로 결합된다. 그리고 단계 140에서 소자 지지 웨이퍼와 가공 기판은 지지 기판에서 제거되고 탈결합되어 소자 지지 웨이퍼 및 가공 기판을 포함하는 최종 제품을 형성한다. 단계(140)에서 형성된 최종 제품은 소자 지지 웨이퍼를 포함하지만 지지 기판을 포함하지 않는다는 점에 유의한다. 또한, 단계(140)에서 형성된 최종 제품은 추가 다운스트림 공정을 거칠 수 있다.
본원에 개시된 결합층, 기판 및 웨이퍼 중 하나 이상은 낮은 총 두께 변화를 갖는 최종 제품을 제공하기 위해 낮은 총 두께 변화를 가질 수 있다.
본원에서 사용되는 총 두께 변화(TTV)은 클램핑되지 않은(자유 상태) 기판의 정의된 간격 υ, 전형적으로 기판의 전체 폭에 걸쳐 기판의 최대 두께와 최소 두께 사이의 차이를 말한다. 도 4는 두께 편차를 나타내고 TTV 측정을 예시하는 예시적인 기판(50)을 제공한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 예시적인 기판에서의 TTV는 클램핑되지 않은 기판(50)의 Tmax와 Tmin 사이의 차이이다. 기판의 TTV는 기판의 보우(bow) 또는 휨(평탄도)과 구별된다는 점에 유의한다.
다시 도 3을 참조하면, 단계(110)에서 지지 기판이 가공 기판에 결합된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 결합층(205)을 사용하여 제1 기판(220)에 결합된 예시적인 지지 기판(210)을 포함하는 물품(200)이 도시되어 있다. 제1 기판(220)은 두께 감소 공정에서 박형화되는 가공 기판일 수 있다. 지지 기판(210)은 제1 표면(212) 및 제2 표면(214)을 포함하고, 제1 기판(220)은 제1 표면(222) 및 제2 표면(224)을 포함한다. 지지 기판(210)의 제1 표면(212)은 결합층(205)을 통해 기판(220)의 제1 표면(222)에 결합된다. 상기 결합은 기계적, 화학적, 열적 및/또는 광 기반 수단을 통해 제거될 수 있는 임시 결합이다. 따라서, 지지 기판(210)은 기판(220)의 두께가 감소될 때 기판(220)을 위한 안정적인 플랫폼을 제공한다. 지지 기판(210) 및 결합층(205)은 함께 지지 유닛(215)을 형성한다. 또한 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 지지 유닛(215)은 매우 낮은 TTV(총 두께 변화)를 갖는다.
지지 기판(210)은 예를 들어 실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리성 알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 보로-알루미노실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 알칼리성 알루미노보로실리케이트 유리, 소다 석회 유리, 용융 석영(용융 실리카) 또는 기타 유형의 유리와 같은 유리 또는 유리 세라믹으로 구성될 수 있다. 예시적인 유리 기판은 유리 코드 7980, 7979 및 8655로 뉴욕 코닝의 Corning Incorporated에 의해 판매되는 HPFS® ArF 등급 용융 실리카, 및 Corning® EAGLE XG® 유리, 예를 들어 뉴욕주 코닝 소재 Corning Incorporated에서도 판매되는 보로-알루미노실리케이트 유리를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 다른 유리 기판은 Corning Incorporated of Corning, New York에서 판매되는 Corning LotusTM NXT Glass, Corning IrisTM Glass, Corning® WILLOW® Glass, Corning® Gorilla® Glass, Corning VALOR® Glass, 또는 PYREX® Glass를 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 일부 구현 예에서, 유리 또는 유리 세라믹은 50 wt.% 이상, 60 wt.% 이상, 70 wt.% 이상, 80 wt.% 이상, 90 wt.% 이상, 또는 95 wt.% 이상의 산화물 기준 중량으로 실리카 함량을 갖는다. 다른 구현 예에서, 지지 기판(210)은 세라믹 또는 실리콘으로 구성된다.
지지 기판(210)은 약 3.0 미크론 이하, 또는 약 2.5 미크론 이하, 또는 약 2.0 미크론 또는 약 1.7 미크론 이하, 약 1.5 미크론 이하, 약 1.2 미크론 이하, 약 1.0 미크론 이하, 약 0.7 미크론 이하, 약 0.5 미크론 이하, 약 0.3 미크론 이하 , 또는 약 0.2 미크론 이하, 또는 약 0.1 미크론 이하, 또는 약 0.0 미크론의 기판의 전체 폭에 걸쳐 그리고 제1 및 제2 표면(212, 214) 사이에 TTV를 갖도록 예비-가공될 수 있다. 따라서, 지지 기판(210)은 매우 낮은 TTV 값을 가질 수 있다.
일부 구현 예에서, 지지 기판(210)은 약 0.1mm 내지 약 5mm, 또는 약 0.2mm 내지 약 2.0mm, 또는 약 0.3mm 내지 약 1.0mm 범위의 두께(즉, 제1 표면과 제2 표면(212, 214) 사이)을 갖는다. 지지 기판(210)의 두께는 충분히 두꺼워서 제1 기판(220)의 그라인딩 공정 동안 구부러지거나(bend) 휘지(flex) 않는 안정적인 플랫폼을 제공해야 한다.
일부 구현 예에서, 제1 기판(220)은 예를 들어 탄탈산 리튬(LiTaO3), 니오브산 리튬(LiNbO3), 질화알루미늄(AlN), 및/또는 티탄산 지르콘산 납(PZT)(Pb[ZrxTi1 -x]O3(0≤x≤1)를 포함하는 압전 결정 재료를 포함한다. 다른 구현 예에서, 제1 기판(220)은 유리, 유리 세라믹, 또는 예를 들어 사파이어 또는 탄화규소를 포함하는 세라믹을 포함한다. 또 다른 구현 예에서, 제1 기판(220)은 예를 들어, 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 인듐 안티모나이트, 인듐 비소, 갈륨 질화물 및/또는 인듐 인화물을 포함하는, 하나 이상의 반도체 재료를 포함할 수 있다. 제1 기판(220)이 지지 기판(210)과 관련하여 상기 개시된 하나 이상의 재료로 형성되는 것도 고려된다. 제1 기판(220)은 단일 재료 층 또는 동일하거나 상이한 재료의 복수의 층으로 구성될 수 있다.
일부 구현 예에서, 지지 기판(210)의 재료는 열 팽창 계수(CTE) 정합 목적을 위해 제1 기판(220)의 재료에 대응하도록 최적으로 선택된다. 일부 구현 예에서, 지지 기판(210)은 이들 기판이 서로 접촉하도록 제1 기판(220)에 결합된다. 따라서, 아래에서 더 논의되는 바와 같이 결합된 기판이 열적으로 어닐링되거나 그렇지 않으면 열적으로 가변적인 환경에 노출될 때 기판 사이의 열팽창의 큰 차이가 문제가 될 수 있다. 지지 기판(210)과 제1 기판(220)의 재료 사이의 CTE의 큰 차이로 인해, 기판이 열적으로 어닐링된 후 냉각될 때(또는 열적으로 가변적인 환경에 노출될 때) 상대적으로 높은 CTE를 갖는 기판이 상대적으로 더 낮은 CTE를 가진 기판보다 더 많이 팽창 및 수축되며, 따라서 어닐링 공정 후에 기판 중 하나 또는 둘 다 파손될 수 있다. 지지 기판(210)의 재료와 제1 기판(220)의 재료 사이의 CTE를 일치시키는(또는 실질적으로 일치시키는) 것은 특히 기판이 200℃ 이상의 온도에서 어닐링될 때 중요하다. 추가로 또는 대안적으로, 지지 기판(210) 및/또는 제1 기판(220)의 두께는 지지 기판(210)과 제1 기판(220)의 재료 사이의 임의의 CTE 불일치와 관련된 응력을 감소시키도록 최적으로 선택된다.
일부 구현 예에서, 250℃의 온도에서 지지 기판(210) 재료의 CTE와 제1 기판(220) 재료의 CTE 사이의 차이는 0ppm/℃ 내지 약 1.0ppm/℃, 또는 약 0.3ppm/℃ 내지 약 0.7ppm/℃이다. 그러나, 지지 기판(210) 재료과 제1 기판(220) 재료 사이의 CTE 차이가 상대적으로 높을 때(예를 들어, 약 10ppm/℃ 이상), 또한 열적 어닐링 공정 동안의 피크 온도는 두 재료 사이의 응력 및 관련 파손을 줄이기 위해 낮게(예를 들어, 약 100℃ 이하) 유지되어야 한다는 것이 밝혀졌다.
제1 기판(220)이 단계(120)에서 두께가 감소되기 전에, 제1 기판(220)은 약 10 미크론 내지 약 1,000 미크론, 또는 약 50 미크론 내지 약 800 미크론, 또는 약 100 미크론 내지 약 400 미크론 범위의 두께(즉, 제1 및 제2 표면(222, 224) 사이)를 가질 수 있다. 제1 층(220)이 단계(120)에서 두께가 감소된 후, 이는 약 10 미크론 이하, 또는 약 5 미크론 이하, 또는 약 3 미크론 이하, 또는 약 2 미크론 이하, 또는 약 1 미크론 이하 또는 약 0.2 미크론 내지 약 2.0 미크론, 또는 약 0.4 미크론 내지 약 1.8 미크론, 또는 약 0.5 미크론 내지 약 1.7 미크론, 또는 약 0.6 미크론 내지 약 1.5 미크론, 또는 약 0.8 미크론 내지 약 1.2 미크론의 범위의 두께를 가질 수 있다.
결합층(205)은 지지 기판(210)의 제1 표면(212) 상에 직접 배치될 수 있고 제1 기판(220)의 제1 표면(222) 상에 직접 배치될 수 있다. 그러나, 결합층(205)과 지지 기판(210) 사이 및 결합층(205)과 제1 기판(220) 사이에 하나 이상의 추가 재료가 배치될 수 있다는 것도 고려된다. 결합층(205)은 지지 기판(210)과 제1 기판(220) 사이에 단일 연속 층을 형성할 수 있다. 대안적으로, 결합층(205)은 예를 들어 층 내의 하나 이상의 갭 또는 공극에 의해 형성된 층의 하나 이상의 불연속적이고 분리된 부분을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 구현 예에서 결합층(205)은 지지 기판(210) 및 제1 기판(220) 각각의 표면(212, 222)의 100% 미만을 덮을 수 있다.
결합층(205)은 지지 기판(210)과 제1 기판(220) 사이의 결합을 유지하기에 충분히 강할 수 있는 반면 제1 기판(220)은 단계(120)에서 두께가 감소된다. 따라서, 결합층(205)은 두께 감소 단계 동안 이들 층에 가해지는 전단력에 의해 야기되는 지지 기판(210) 또는 제1 기판(220)의 임의의 박리를 방지하기에 충분히 강해야 한다. 일부 구현 예에서(아래에서 더 논의되는 바와 같이), 제1 기판(220)은 백-그라인딩 프로세스에 의해 두께가 감소되며, 이는 제1 기판(220)의 공격적인 그라인딩을 포함할 수 있다. 따라서 결합층(205)은 층의 전단 변형을 방지할 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다. 그러나, 결합층(205)은 또한 두께 감소 공정 후에 탈결합될 수 있는 임시 결합을 생성할 수 있어야 한다.
일부 구현 예에서, 결합층(205)은 약 200mJ/m2 이상, 또는 약 500mJ/m2 이상, 또는 약 600mJ/m2 이상, 또는 약 800mJ/m2 이상 또는 약 1 J/m2 이상의 지지 기판(210)과 제1 기판(220) 사이의 결합 강도를 제공한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 지지 기판(210)과 제1 기판(220) 사이의 결합 강도는 약 1J/m2 이하, 또는 약 800mJ/m2 이하, 또는 약 100mJ/m2 이하이다. 일부 구현 예에서, 결합층(205)은 지지 기판(210) 및 제1 기판(220)에 결합한 후에 열적으로 어닐링되어 결합 강도를 증가시킨다. 예를 들어, 결합층(205)은 약 100℃ 내지 약 500℃ 범위의 온도에서 약 5분 내지 약 20시간 동안 열적으로 어닐링될 수 있다. 일 구현 예에서, 결합층(205)은 250℃에서 30분 동안 어닐링되었고, 이는 결합 에너지를 76.4mJ/m2에서 386.7mJ/m2로 증가시켰다. 다른 구현 예에서, 결합층(205)은 450℃에서 10분 동안 어닐링되었고, 이는 결합 에너지를 116.9mJ/m2에서 388.3mJ/m2로 증가시켰다.
결합 강도 측정은 Tong, Q.Y., et al. "Semiconductor Wafer Bonding", Annu Rev Mater Sci, vol. 28, no. 1. pp. 215-241, 1998에서 논의된 바와 같이 웨지 테스트 방법을 사용하여 수행되었으며, 이는 본원에 참고로 포함된다. 특히, 지지 기판(210)과 제1 기판(220) 사이에 박형의 블레이드를 삽입하고 균열 길이를 측정하여 결합 강도(또는 결합 에너지 또는 접착 강도)를 결정하였다. 결합 강도 W는 식 (1)에 나타낸 k와 같이, 지지 기판(210)의 영률 E1, 지지 기판(210)의 두께 tw1, 제1 기판(220)의 영률 E2, 제1 기판(220)의 두께 tw2, 블레이드의 두께 tb, 균열 길이 L에 관련된다:
Figure pct00001
(1)
아래에서 더 논의되는 바와 같이, 결합층(205)이 지지 기판(210)과 제1 기판(220) 사이에 매우 강한 결합을 제공하지만, 결합은 기계적, 화학적, 열적 및/또는 광 기반 수단을 통해 여전히 탈결합 가능하다. 따라서 결합은 임시 결합이다.
결합층(205)은 층의 전체 폭에 걸쳐 약 3.0 미크론 이하, 또는 약 2.5 미크론 이하, 또는 약 2.0 미크론 이하, 또는 약 1.7 미크론 이하, 또는 약 1.5 미크론 또는 약 1.2 미크론 이하, 약 1.0 미크론 이하, 약 0.7 미크론 이하, 약 0.5 미크론 이하, 약 0.3 미크론 이하, 약 0.2 미크론 이하, 약 0.1 미크론 이하 , 또는 약 0.0 미크론의 TTV를 가질 수 있다. 따라서, 결합층(205)은 초저 TTV 값을 가질 수 있다. 일부 구현 예에서, 결합층(205)은 지지 기판(210)의 TTV 값보다 낮은 TTV 값을 갖는다. 결합층(205)은 지지 유닛(215)의 전체 TTV 값에 기여하지 않는 낮은 TTV 값을 가질 수 있고, 따라서 "제로-TTV"를 갖는 것으로 나타낼 수 있다.
전술한 바와 같이, 결합층(205)과 지지 기판(210)은 모두 초저 TTV 값을 갖는다. 따라서, 전체 지지 유닛(215)(결합층(205) 및 지지 기판(210)으로 구성됨)은 또한 매우 낮은 TTV 값을 가질 수 있다. 일부 구현 예에서, 지지 유닛(215)은 유닛의 전체 폭에 걸쳐 약 3.0 미크론 이하, 또는 약 2.5 미크론 이하, 또는 약 2.0 미크론 이하, 또는 약 1.7 미크론 이하, 또는 약 1.5 미크론 이하 또는 약 1.2미크론 이하, 약 1.0 미크론 이하, 약 0.7미크론 이하, 약 0.5 미크론 이하, 약 0.3 미크론 이하, 약 0.2 미크론 이하, 약 0.1 미크론 이하, 또는 약 0.0 미크론의 TTV를 갖는다.
결합층(205)은 예를 들어 약 100nm 이하, 또는 약 80nm 이하, 또는 약 60nm 이하, 또는 약 40nm 이하, 약 20 nm 이하, 또는 약 10 nm 이하, 또는 약 5.0 nm 이하, 또는 약 3.0 nm 이하, 또는 약 2.0 nm 이하, 또는 약 1.0 nm 이하, 또는 약 0.5 nm 이하의 범위와 같이 매우 작은 두께를 가질 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 결합층(205)의 두께는 약 0.1 nm 이상, 또는 약 0.2 nm 이상, 또는 약 0.3 nm 이상, 또는 약 0.5 nm 이상일 수 있다. 일부 구현 예에서, 결합층(205)의 두께는 약 2 nm 내지 약 40 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 30 nm, 또는 약 20 nm 내지 약 25 nm 범위이다. 일부 구현 예에서, 결합층(205)은 결합층(205)의 두께가 분자 자체의 두께가 되도록 단일 열의 분자로 형성된다. 결합층(205)이 그러한 작은 두께를 갖는 구현 예에서, 이는 물품(200) 또는 지지 유닛(215)의 전체 두께 또는 치수에 기여하지 않는다. 결합층(205)을 위한 예시적인 재료는 아래에 추가로 개시된다.
결합층(205)이 그러한 작은 두께를 갖는 구현 예에서, 지지 기판(210) 및/또는 제1 기판(220)은 이들 2개의 기판의 정합 및 결합을 증가시키기 위해 낮은 표면 거칠기를 가질 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(210) 및/또는 제1 기판(220)은 기판에 걸친 2 x 2 ㎛² 영역에서 AFM(Atomic Force Microscope)으로 측정할 때 약 2.0nm 이하, 또는 약 1.5nm 이하, 또는 약 1.0nm 이하, 또는 약 0.5nm 이하, 또는 약 0.25nm, 약 0.15 nm 이하 또는 약 0.10 nm 이하의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 따라서, 지지 기판(210)은 TTV가 매우 낮을 뿐만 아니라 표면 조도도 낮아서 본 명원에 개시된 균일한 두께 감소 단계 동안 개선된 결합을 유리하게 제공한다. 상기 개시된 표면 거칠기 값은 결합층(205)이 작은 두께를 갖는 구현 예에 제한되지 않고 본원에 개시된 결합층(205)의 모든 두께 구현 예에서 사용될 수 있다는 것이 추가로 주목된다.
다시 도 3을 참조하면, 제1 기판(220)의 두께는 단계(120)에서 감소된다. 이 단계 동안, 제1 기판(220)은 결합층(205)을 통해 지지 기판(210)에 결합된다. 제1 기판(220)의 두께는 예를 들어 그라인딩, 화학적 또는 기계적 공정과 같은 임의의 잘 알려진 적절한 공정을 사용하여 감소될 수 있다. 예시적인 공정은 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정, 이온-빔 물질 제거 공정, 건식 플라즈마 에칭 공정 및 습식 에칭 공정을 포함한다. 적합한 그라인딩 공정은 거친 그라인딩 공정 및 미세 그라인딩 공정을 포함할 수 있다. 박형화 공정 동안, 제1 기판(220)은 두께 감소 공정과 혼합된 중간 어닐링 단계와 같은 추가적인 열 어닐링을 거칠 수 있다.
단계(120) 동안, 제1 기판(220)은 초저 TTV 값으로 지지 유닛(215)에 고정된다. 따라서, 초저 TTV 지지 유닛(215)은 제1 기판(220)의 두께 감소 동안 고른 수준의 베이스라인을 제공한다. 제1 기판(220)의 두께 감소는 균일하고, 결과적으로 더 박형의 기판(220)은 일정한 두께를 갖는다. 또한, 지지 유닛(215)은 제1 기판(220)이 균일할 뿐만 아니라 매우 박형의 최종 두께를 갖도록 두께가 감소되도록 하는 안정적인 플랫폼을 제공한다는 점에 유의한다.
예를 들어, 반도체 물품에 사용되는 경우, RF 필터 성능에 필요한 모드 안정성을 최적화하기 위해 제1 기판(220)의 두께 및 균일성을 제어하는 것이 중요하다. 예를 들어, 박형의 균일한 기판은 온도 변화로 인한 바람직하지 않은 주파수 시프트를 줄이고 SAW 필터의 주파수 상한을 높이면서 삽입 손실을 줄이며 Q(Quality factor) 및 필터 컷오프 선명도를 개선하는 데 도움이 되므로 더 넓은 대역폭 필터의 설계가 가능하고 높은 주파수 선택성으로 향상된 전송을 제공한다.
제1 기판(220)이 그라인딩 공정을 사용하여 두께가 감소되는 구현 예에서, 이는 제1 기판(220)이 그라인딩 공정 동안 지지 기판(210)에 부착된 상태를 유지하기 때문에 백-그라인딩 공정으로 지칭될 수 있다. 백 그라인딩 공정 동안, 기판을 거칠게 그라인딩하고 과도한 기판의 벌크를 제거하기 위해 큰 그릿을 사용할 수 있다. 다음으로, 미세한 그릿을 사용하여 기판을 폴리싱하고 기판을 원하는 두께로 정확하게 그라인딩할 수 있다.
도 6은 제1 두께(두께 감소 단계 전)에서 제2 두께(두께 감소 단계 후)로 두께가 감소된 후의 예시적인 제1 기판(220)을 도시한다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 기판(220)의 제2 두께는 제1 기판(220)의 제1 두께보다 작다. 일부 구현 예에서, 제1 기판(220)은 두께가 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상, 또는 약 97 % 이상, 또는 약 99% 이상으로 감소된다.
다시 도 3을 참조하면, 단계 130에서 소자 지지 웨이퍼가 제1 기판(220)과 결합된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 소자 지지 웨이퍼(230)는 제1 기판(220)이 소자 지지 웨이퍼(230)와 지지 기판(210) 사이에 배치되도록 제1 기판(220)에 결합될 수 있다. 소자 지지 웨이퍼(230)와 제1 기판(220) 사이의 결합은 영구적 결합일 수 있다. 도 7에는 도시되어 있지 않지만, 실리콘 이산화물 층 및/또는 다결정 실리콘 층과 같은 하나 이상의 추가 층이 소자 지지 웨이퍼(230)와 제1 기판(220) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 추가 층은 웨이퍼에서 신호 손실을 줄이기 위해 소자 지지 웨이퍼(230)를 패시베이션하는 데 도움이 될 수 있다.
제1 기판(220)은 소자 지지 웨이퍼(230)와 결합되기 전에 두께가 감소된다는 것이 다시 주목된다. 따라서, 제1 기판(220)의 균일성 및 박형은 소자 지지 웨이퍼(230)에 의존하지 않으며, 이는 제조 비용 및 시간을 감소시킨다.
소자 지지 웨이퍼(230)는 전극 또는 전기 회로를 지지하도록 구성될 수 있다. 소자 지지 웨이퍼(230)의 예시적인 재료는 예를 들어 유리, 유리 세라믹, 또는 예를 들어 사파이어 또는 실리콘 카바이드를 포함하는 세라믹을 포함한다. 또 다른 구현 예에서, 소자 지지 웨이퍼(230)는 예를 들어 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비화물, 인듐 안티모나이트, 인듐 비화물, 갈륨 질화물, 및/또는 인듐 인화물을 포함하는 하나 이상의 반도체 재료를 포함할 수 있다. 소자 지지 웨이퍼(230)는 위에서 논의된 바와 같이 지지 기판(210)과 관련하여 개시된 하나 이상의 재료로 형성되는 것이 또한 고려된다. 일부 구현 예에서, 소자 지지 웨이퍼(230)는 실리콘으로 구성된 반도체 웨이퍼이다.
소자 지지 웨이퍼(230)는 약 500 미크론 내지 약 900 미크론, 또는 약 600 미크론 내지 약 700 미크론 범위의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현 예에서, 소자 지지 웨이퍼(230)는 약 600 미크론, 또는 약 625 미크론, 또는 약 650 미크론의 두께를 갖는다. 패키징 전에 최종 소자의 전체 높이를 줄이기 위해 일부 구현 예에서 소자 지지 웨이퍼(230)의 추가 박형화가 또한 실시된다.
소자 지지 웨이퍼(230)를 제1 기판(220)과(따라서 지지 유닛(215)과) 결합한 후, 소자 지지 웨이퍼(230) 및 제1 기판(220)을 지지 기판(210)으로부터 제거한다(도 3의 단계 140). 따라서, 결합층(205)은 이들 구성요소가 서로 분리되도록 탈결합된다. 이들 구성요소의 탈결합은 소자 지지 웨이퍼(230) 및 제1 기판(220)으로 구성된 물품(240)을 형성한다. 도 8은 지지 기판(210)으로부터 분리된 후의 물품(240)을 도시한다. 일부 구현 예에서, 물품(240)은 반도체 물품이다.
탈결합 공정 동안, 결합층(205)은 지지 기판(210)에 부착된 상태로 유지되어 물품(240)도 결합층(205)으로부터 분리될 수 있다. 탈결합 공정 후에, 결합층(205)은, 예를 들어 세정 공정을 사용하여 지지 기판(210)으로부터 제거될 수 있다. 그 다음 지지 기판(210)은 다른 기판 박형화 공정을 위해 재사용될 수 있다. 따라서, 탈결합 공정은 지지 기판(210)(더 구체적으로, 지지 기판(210)의 제1 표면(212))의 화학적 또는 기계적 특성을 크게 변경하거나 파괴하지 않아 기판이 다른 공정에 재사용될 수 있다. 지지 기판(210)을 재사용함으로써, 기판 제조 비용이 분산되어 전체 비용이 절감된다.
탈결합 공정은 소자 지지 웨이퍼(230) 또는 제1 기판(220)의 파손 없이 지지 기판(210)으로부터 물품(240)을 성공적으로 제거한다. 전술한 바와 같이, 탈결합 공정은 기계적, 화학적, 열적 및/또는 광(예를 들어, 레이저) 기반 수단을 포함할 수 있다. 일 구현 예에서, 구성요소는 소자 지지 웨이퍼(230)의 표면(즉, 지지 기판(210)으로부터 가장 멀리 배치된 도 7의 상부 표면)에 적용된 흡입력을 사용하여 탈결합된다. 흡인력은 소자 지지 웨이퍼(230) 및 제1 기판(220)을 지지 기판(210)으로부터 당기는 것을 돕는다. 또한, 제1 기판(220)과 지지 기판(210) 사이에 블레이드가 삽입되어 지지 기판(210)으로부터 제1 기판(220)의 제1 코너를 제거하고 받쳐준다. 이러한 제1 코너의 탈결합 후, 지지 기판(210)을 들어올려 제1 기판(220)으로부터 제거(즉, 박리)하여 이들 구성요소를 완전히 탈결합함으로써 최종 물품(240)을 제공한다.
일부 구현 예에서, 흡입력은 약 5kN 내지 약 15kN, 또는 약 7kN 내지 약 12kN, 또는 약 8kN 내지 약 10kN 범위일 수 있다. 예를 들어, 흡입력은 약 8kN, 8.5kN, 또는 약 9kN, 또는 약 9.4kN, 또는 약 9.6kN이다.
결합층의 예시적인 재료
일부 구현 예에서, 결합층(205)은 예를 들어 계면활성제, 유기염, 폴리머 또는 이들의 조합으로 구성된 유기 재료를 포함한다. 유기 물질은 지지 기판(210) 및 제1 기판(220)에서 -OH 그룹과 상호작용하여 기판을 함께 결합시킬 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 결합층(205)은 무기 재료를 포함한다. 결합층(205)의 예시적인 유기 재료는 하나 이상의 탄화수소, 하나 이상의 양이온성 계면활성제, 하나 이상의 양이온성 폴리머, 하나 이상의 음이온성 폴리머, 하나 이상의 유기금속 또는 이들의 조합을 포함한다. 결합층(205)의 예시적인 무기 재료는 실리케이트, 유기실리케이트, 티타네이트, 다이아몬드 유사 탄소 또는 이들의 조합을 포함한다.
본원에서 사용되는 계면활성제는 친수성 헤드 및 하나 이상의 소수성 테일을 갖는 양친매성 표면 활성제이다. 계면활성제의 소수성 테일은 4개 내지 적어도 24개 탄소(C4-C24)를 갖는 탄화수소 사슬을 포함할 수 있다. 탄화수소 사슬은 포화되거나 불포화될 수 있으며 직쇄, 분지형 또는 방향족일 수 있다. 적합한 비이온성 계면활성제는 본원에 참조로 포함된 WO 2017/087745A1에 개시된 것들을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 친수성 헤드기는 바람직하게는 양이온성 헤드기, 즉 양이온성 작용기를 갖는 헤드기이다. 양이온성 질소 함유 헤드 기는 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄 기, 피리디늄, 피롤리늄, 이미다졸륨, 구아니디늄 양이온, 또는 계면활성제 헤드 기로 사용하기에 적합한 임의의 다른 질소 함유 양이온을 포함할 수 있다. 포스포늄 또는 술포늄과 같은 다른 양이온도 적합한 양이온 헤드 기를 형성할 수 있다. 일부 구현 예에서, 양이온성 폴리머는 산소가 없거나 실질적으로 없다.
본원에서 사용되는 유기 염은 유기 이온을 포함하는 임의의 염을 포함할 수 있다. 본 기재에 따른 바람직한 유기 염은 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄 기를 포함하나 이에 제한되지 않는 질소 함유 양이온, 피리디늄, 피롤리늄, 이미다졸륨 및 구아니디늄 양이온과 같은 유기 양이온을 함유한다. 유기 염으로 사용하기에 적합한 다른 유기 양이온도 사용할 수 있다. 일부 구현 예에서, 유기 염은 산소가 없거나 실질적으로 없다.
양이온성 계면활성제 및 유기 염은 높은 친수성 및 수용성 특성으로 인해, 지지 기판(210) 및/또는 제1 기판(220) 상에 단순화된 적용을 가능하게 한다. 화합물의 수용액이 제조된 후 지지 기판(210) 및/또는 제1 기판(220)은 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅 및 이들의 조합과 같은 다양한 간단한 분배 방법에 의해 처리될 수 있다. 수성 가공은 또한 유리하게 유기 용매의 필요성을 피하므로 비용 및 환경적 영향을 감소시킨다.
일 실시 예에서, 결합층(205)은 암모늄 양이온을 포함하는 양이온성 계면활성제의 증착에 의해 형성될 수 있다. 암모늄 양이온은 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄 양이온일 수 있다. 2차, 3차 또는 4차 암모늄 양이온의 경우, 질소는 알킬, 비닐, 알릴 또는 아미노 및 글리시딜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 다양한 치환기로 독립적으로 치환될 수 있다. 각 치환체는 추가로 치환, 비치환, 보호 또는 보호되지 않을 수 있다. 알킬 치환체가 선택되는 경우, 치환체는 분지형 또는 비분지형, 포화 또는 불포화일 수 있다. 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, n-헥실, n-데실, 테트라데실 등을 포함한다. 메틸 및 에틸 치환이 특히 바람직하다. 일 실시 예에서, 양이온성 계면활성제는 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB)(I), 또는 이의 다른 유사한 염 또는 유도체일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 양이온성 계면활성제는 옥틸트리메틸암모늄 브로마이드(OTAB)(II), 또는 다른 유사 염 또는 이의 유도체일 수 있다.
(I)
Figure pct00002
(II)
Figure pct00003
다른 실시 예에서, 결합층(205)은 피리디늄 양이온을 포함하는 양이온성 계면활성제의 증착에 의해 형성될 수 있다. 피리딘의 방향족 고리는 하나 이상의 고리 탄소 및/또는 질소에 공유 결합된 임의의 적합한 수의 치환체를 추가로 포함할 수 있고, H, 알킬, 비닐, 알릴, 아미노, 글리시딜 및 티올로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 각 치환체는 추가로 치환, 비치환, 보호 또는 보호되지 않을 수 있다. 알킬 치환체가 선택되는 경우, 치환체는 분지형 또는 비분지형, 포화 또는 불포화일 수 있다. 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, n-헥실, n-데실, 테트라데실 등을 포함한다. 피리디늄 양이온을 함유하는 양이온성 계면활성제의 바람직한 예는 세틸피리디늄 클로라이드(CPCl)(III) 및 1-부틸피리디늄 클로라이드(BPCl)(IV) 또는 그의 다른 유사한 염 또는 유도체를 포함한다.
(III)
Figure pct00004
(IV)
Figure pct00005
또 다른 실시 예에서, 결합층(205)은 암모늄 양이온을 포함하는 유기 염의 증착에 의해 형성될 수 있다. 전술한 양이온성 계면활성제와 같이, 유기 염의 암모늄 양이온은 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄 양이온일 수 있다. 2차, 3차 또는 4차 암모늄 양이온의 경우, 질소는 알킬, 비닐, 알릴 또는 아미노 및 글리시딜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 다양한 치환기로 치환될 수 있다. 치환체는 동일하거나 상이할 수 있다. 각 치환체는 추가로 치환, 비치환, 보호 또는 보호되지 않을 수 있다. 알킬 치환체가 선택되는 경우, 치환체는 분지형 또는 비분지형, 포화 또는 불포화일 수 있다. 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, n-헥실, n-데실, 테트라데실 등을 포함한다. 메틸 및 에틸 치환이 특히 바람직하다. 특히 바람직한 실시 예에서, 유기 염은 테트라메틸암모늄 브로마이드(TMAB)(V) 또는 테트라에틸암모늄 브로마이드(TEAB)(VI), 또는 다른 유사 염 또는 이의 유도체일 수 있다.
(V)
Figure pct00006
(VI)
Figure pct00007
또 다른 실시 예에서, 결합층(205)은 포스포늄 양이온을 포함하는 유기 염의 증착에 의해 형성될 수 있다. 포스포늄 양이온은 1차, 2차, 3차 또는 4차 포스포늄 양이온일 수 있다. 2차, 3차 또는 4차 포스포늄 양이온의 경우, 인은 특히 H, 알킬, 비닐, 알릴, 아미노, 글리시딜로부터 독립적으로 선택된 다양한 치환기로 치환될 수 있다. 페닐 치환이 특히 바람직하다. 일 실시 예에서, 유기 염은 테트라페닐포스포늄 클로라이드(TPhPCl)(VII) 또는 다른 유사 염 또는 이의 유도체일 수 있다.
(VII)
Figure pct00008
일부 구현 예에서, 결합층(205)의 유기 재료는 액체 또는 용액 기반 표면 처리/코팅 공정에 적합한 임의의 다중양이온 기반 폴리머를 포함하는 다중양이온성 폴리머를 포함한다. 특히, 수용성 및/또는 친수성인 다가양이온성 폴리머가 특히 바람직하다. 폴리알킬 백본을 갖는 폴리양이온성 폴리머가 특히 바람직하다. 또한 일반적으로 더 높은 열 안정성을 갖는 방향족 기를 포함하는 다가양이온성 폴리머가 바람직하다. 다중양이온성 반복 단위는 양으로 하전된 띤 질소, 인, 황, 붕소 또는 탄소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄 양이온, 이미다졸륨 양이온, 피리디늄 양이온, 피리미디늄 양이온, 피롤 양이온, 이미다졸륨 양이온, 이미늄 양이온, 포스포늄 이온, 설포늄 이온 또는 이들의 조합을 포함하는 다중양이온성 반복 단위가 있다. 양으로 하전된 질소, 특히 암모늄, 피리디늄 및 이미다졸륨 양이온을 포함하는 다가양이온성 반복 단위가 특히 바람직하다. 일부 구현 예에서, 폴리머의 반복 단위는 2:1 내지 20:1, 또는 3:1 내지 15:1, 또는 3:1 내지 12:1의 탄소:질소 비율을 포함한다. 일부 구현 예에서, 양이온성 폴리머는 산소가 없거나 실질적으로 없다.
일부 구현 예에서, 결합층(205)의 유기 재료는 폴리음이온성 폴리머를 포함한다. 다중양이온성 폴리머와 유사하게, 본원에 따른 다중음이온성 폴리머는 가능한 한 열적으로 안정하고 액체 또는 용액 기반 표면 처리 및/또는 코팅 공정에 적합한 임의의 다중음이온계 폴리머를 포함한다. 구체적으로는 수용성 및/또는 친수성 다가음이온계 고분자가 바람직하다. 일부 구현 예에서, 음이온성 폴리머의 반복 단위는 음으로 하전된 산소, 황, 질소 또는 인을 함유한다. 일부 구현 예에서, 음이온성 폴리머의 반복 단위는 음으로 하전된 산소를 함유한다. 또한, 폴리아크릴레이트 이온, 폴리설페이트 이온, 설포네이트 이온 또는 이들의 조합을 포함하는 반복 단위로 이루어진 폴리음이온계 반복 단위도 바람직하다. 술포네이트 음이온이 특히 바람직하다.
일 실시 예에서, 결합층(205)은 암모늄 양이온을 포함하는 폴리머의 증착에 의해 형성될 수 있다. 암모늄 양이온은 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄 양이온일 수 있다. 2차, 3차 또는 4차 암모늄 양이온의 경우, 질소는 알킬, 비닐, 알릴 또는 아미노 및 글리시딜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 다양한 치환기로 치환될 수 있다. 각 치환체는 추가로 치환, 비치환, 보호 또는 보호되지 않을 수 있다. 알킬 치환체가 선택되는 경우, 치환체는 분지형 또는 비분지형, 포화 또는 불포화일 수 있다. 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, n-헥실, n-데실, 테트라데실 등을 포함한다. 메틸 및 에틸 치환이 특히 바람직하다. 일 실시 예에서, 폴리머는 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)(PDADMAC)(VIII), 또는 이의 다른 유사한 염 또는 유도체일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 폴리머는 폴리(비닐벤질 트리메틸 암모늄 클로라이드)(PVBTACl)(IX), 또는 이의 다른 유사한 염 또는 유도체일 수 있다. PDADMAC 및 PVBTAC1의 고리 구조는 열 안정성을 부여하는 데 도움이 되는 것으로 여겨진다.
(VIII)
Figure pct00009
(IX)
Figure pct00010
다른 실시 예에서, 결합층(205)은 피리디늄 양이온을 포함하는 폴리머의 증착에 의해 형성될 수 있다. 피리딘 또는 피롤의 방향족 고리는 하나 이상의 고리 탄소 및/또는 질소에 공유 결합된 임의의 적합한 수의 치환체를 추가로 포함할 수 있고, H, 알킬, 비닐, 알릴, 아미노, 글리시딜, 및 티올로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 각 치환체는 추가로 치환, 비치환, 보호 또는 보호되지 않을 수 있다. 알킬 치환체가 선택되는 경우, 치환체는 분지형 또는 비분지형, 포화 또는 불포화일 수 있다. 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, n-헥실, n-데실, 테트라데실 등을 포함한다. 피리디늄 양이온을 함유하는 폴리머의 바람직한 예는 폴리(4-비닐-1-메틸피리디늄 브로마이드)(PVMPyBr)(X) 및 폴리(4-비닐피리딘 하이드로클로라이드)(PVPyCl)(XI)를 포함한다. 이 두 폴리머는 열 안정성을 증가시키는 것으로 여겨지는 방향족 고리에 4급 질소가 존재하기 때문에 선택되었다.
(X)
Figure pct00011
(XI)
Figure pct00012
또 다른 실시 예에서, 결합층(205)은 이미다졸륨 양이온을 포함하는 폴리머의 증착에 의해 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이미다졸은 고리 구조에 공유 결합된 다양한 적합한 치환기로 치환되거나 비치환될 수 있다. 이미다졸륨 양이온을 포함하는 폴리머의 바람직한 예는 1-비닐피롤리돈과 3-메틸-1-비닐이미다졸륨 클로라이드의 4차 코폴리머인 LUVIQUAT FC 550(BASF)(XII)이다. LUVIQUAT는 이미다졸륨 고리와 비닐피롤리돈의 조합으로 인해 본원을 위해 선택되었다.
(XII)
Figure pct00013
음이온성 폴리머 증착의 한 예에서, 결합층(205)은 음으로 하전된 산소를 포함하는 폴리머의 증착에 의해 형성될 수 있다. 일부 구현 예에서, 결합층(205)은 폴리설페이트 음이온을 포함하는 폴리머의 증착에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 결합층(205)은 폴리아크릴레이트 음이온을 포함하는 폴리머의 증착에 의해 형성될 수 있다. 일부 구현 예에서, 결합층(205)은 폴리설포네이트 음이온을 포함하는 폴리머의 증착에 의해 형성될 수 있다. 폴리술포네이트 음이온을 포함하는 음이온성 폴리머의 바람직한 예는 폴리(나트륨-4-스티렌 술포네이트)("PSS")(XIII)이다.
(XIII)
Figure pct00014
또 다른 실시 예에서, 결합층(205)의 계면활성제는 디에탄올아미드 및 이의 유도체(예를 들어, 코코넛 디에탄올아미드), 폴리에틸렌 글리콜, 4-노닐페닐-폴리에틸렌 글리콜, 비스페놀 A 에톡실레이트, 옥톡시놀-9, 옥틸페놀 에톡실레이트 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 계면활성제 용액은 농축되거나 희석된 중량 백분율로 하나 이상의 계면활성제를 포함할 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 계면활성제는 약 0.1 또는 0.5 내지 약 99중량% 범위, 또는 약 1 내지 75중량% 범위, 약 2 내지 약 50 중량% 범위, 약 5 내지 약 30 중량% 범위, 예를 들어 8, 10, 15, 20 또는 25 중량%일 수 있다. 계면활성제 용액은 액체 담체와 같은 당업계에 공지된 종래의 성분을 추가로 포함할 수 있다.
일부 구현 예에서, 결합층(205)은 전술한 유기 및/또는 무기 재료 중 하나 이상의 층을 포함한다. 예를 들어, 결합층(205)은 제1 및 제2 재료의 교번층을 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 구현 예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 결합층(205)은 제1 양이온성 폴리머층(404) 및 제2 음이온성 폴리머층(405)의 교번하는 층을 포함한다. 제1 양이온성 폴리머층(404)은 먼저 지지 기판(210) 상에 직접 증착될 수 있고, 이어서 제2 음이온성 폴리머층(405)이 증착될 수 있다. 이어서, 원하는 수의 층이 달성될 때까지 제1 및 제2 층이 교대로 증착되는 공정을 반복할 수 있다.
또 다른 구현 예에서, 제1 층(404)은 각각 양이온성 폴리머의 단일층이고 제2 층(405)은 각각 음이온성 폴리머의 단일층이다. 이론에 구애됨이 없이, 동일하게 하전된 폴리머는 서로 반발하기 때문에 단일 하전된 폴리머의 더 두꺼운 층(즉, 음이온성 폴리머 단독의 더 두꺼운 층 또는 양이온성 폴리머 단독의 더 두꺼운 층)을 적용하는 것은 원하는 대로 작동하지 않는 것으로 여겨진다. 즉, 폴리머 층은 (예를 들어, 지지 기판(210)의) 유리 표면에 적절하게 접착되지 않을 수 있거나 더 두꺼운 단일 층에 존재할 때 그 자체에 접착되지 않을 수 있다. 반대로 하전된 폴리머의 더 박형의 층(예를 들어, 단층)을 교번함으로써, 임의의 표면 거칠기를 고르게 하고 기판(210, 220)이 결합할 수 있는 평면 또는 실질적으로 평면 표면을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 더 적합한 결합층(205)이 얻어질 수 있다.
일부 구현 예에서, 결합층(205)은 짝수의 총 양이온성 및 음이온성 폴리머 층(404, 405)을 가질 수 있다. 일부 구현 예에서, 결합층(205)은 홀수의 총 양이온성 및 음이온성 폴리머 층(404, 405)을 가질 수 있다. 예를 들어, 결합층(205)은 총 2개 내지 25개의 양이온성 및 음이온성 층을 포함할 수 있다. 특정 관점에서, 결합층(205)은 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 6개 이상, 7개 이상, 8개 이상, 9개 이상 또는 10개 이상의 폴리머 층을 포함한다.
본원에 개시된 양이온성 및 음이온성 폴리머의 장점 중 하나는 폴리머 층이 실온에서 제1 기판(220)과 지지 기판(210) 사이의 자발적 결합을 가능하게 하는 간단한 1단계 공정을 통해 적용될 수 있다는 것이다. 본원에 기재된 이온성 폴리머는 폴리머 사슬을 따른 전하와 물 분자의 쌍극자 사이의 강한 상호작용으로 인해 매우 친수성이다. 따라서 이러한 폴리머로 코팅된 유리 표면은 높은 친수성을 유지하고 높은 표면 에너지를 갖게 된다. 이것은 종종 유기 폴리머의 경우에서와 같이, 표면을 결합하기 위한 압력 라미네이션 기술 또는 결합 층(205)의 표면 에너지를 증가시키기 위한 에너지 강화 플라즈마 처리에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
결합 표면(212, 222)에 결합 층(205)의 유기 재료를 적용하기 위해, 지지 기판(210) 및 제1 기판(220)을 유기 재료와 접촉시킬 수 있다(예를 들어, 린스, 침지 또는 딥 코팅, 분무, 스핀 코팅) , 등.). 일부 구현 예에서, 지지 기판(210) 및 제1 기판(220)은 유기 재료의 용액에 잠기거나 침지될 수 있다. 유기 재료 용액은 결합 표면(212, 222)에 대한 용액의 움직임을 생성하기 위해 휘젓거나 혼합될 수 있다. 유기 재료 용액에서 유체 흐름을 생성하기 위해, 종래의 혼합 방법이 사용될 수 있다. 펌프, 임펠러, 진동원(예: 초음파)을 사용하여 이러한 유체 흐름을 생성할 수 있다. 지지 기판(210) 및/또는 제1 기판(220)은 소정의 시간 동안, 예를 들어, 약 1분 내지 약 60분 동안, 또는 적어도 1, 2, 3, 5, 10분, 15분 또는 20분 동안 유기물 용액과 접촉할 수 있다. 유기 물질 용액과의 접촉은 결합 표면(예를 들어, 결합 표면(212, 222))이 예를 들어 계면활성제 잔류물로 부분적으로 패시베이션되어 하이드록실 기로부터의 영구 공유 결합(예를 들어, Si-O-Si)의 형성은 지지 기판(210)과 제1 기판(220)의 결합 동안 최소화될 수 있다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 예를 들어, 딥 코팅, 스프레이 코팅 또는 스핀 코팅와 같은 잠김/침지 공정 이외의 다른 방법은 결합 층(205)을 지지 기판(210)과 제1 기판(220)에 적용하기 위해 사용될 수 있다. 원하는 경우, 결합층(205)은 표면 에너지를 증가시키고, 가공 동안 탈기체를 감소시키고/시키거나 결합층(205)의 결합 능력을 향상시키기 위해 추가 단계, 예를 들어 표면 활성화 및 어닐링 단계를 거칠 수 있다.
일 실시 예에서, 기판이 하나 이상의 조면화된 결합 표면을 갖도록 기판(210, 220) 중 하나 또는 둘 모두에 결합 층(205)을 적용하기 위해, 전형적인 세정 절차가 먼저 사용되었다. 이 실시 예에서, 지지 기판(210)은 일반적인 세정 절차로 세정된 다음 스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 딥 코팅에 의해 수행될 수 있는 양이온성 폴리머로 처리되었다. 그 후 지지 기판(210)의 처리된 표면을 건조시켰다. 그런 다음 지지 기판(210)의 폴리양이온성 코팅되고 건조된 표면에 전형적인 세정 절차가 사용되었다.
이 실시 예에서, 지지 기판(210)은 스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 딥 코팅에 의해 수행될 수도 있는 음이온성 폴리머로 처리되었다. 이어서 지지 기판(210)의 음이온성 폴리머 처리된 표면을 건조시켰다. 그런 다음 지지 기판(210)의 다중음이온 코팅되고 건조된 표면에 전형적인 세정 절차가 사용되었다.
양이온성 폴리머 층 및 음이온성 폴리머 층의 이러한 적층 공정은 폴리머 층이 기판(210)을 지지하기 위해 원하는 평탄화를 제공할 때까지 반복될 수 있다. 건조 후, 코팅된 지지 기판(210)판을 기판의 박형 시트(예를 들어, 제1 기판(220))에 결합시켰다. 이 실시 예에서, 결합된 기판은 결합된 기판 사이에 원하는 결합 에너지를 달성하기 위해 열적으로 어닐링되었다.
제2 실시 예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 결합층(205)은 조면화된 결합 표면(212)을 갖는 지지 기판(210)에 적용된 유기 재료층(410)을 포함한다. 이 실시 예에서, 층(410)은 유기금속층이다. 유기금속층(410)의 두께는 지지 기판(210)의 조면화된 표면을 덮기에 충분하여, 유기금속층(410)은 지지 기판(210)의 표면(212)에 평탄화를 제공한다. 일부 구현 예에서, 유기금속 층(410)의 두께는 약 1 nm 내지 약 30 nm, 또는 약 2 nm 내지 약 20 nm, 또는 약 4 nm 내지 약 10 nm 범위이다.
또 다른 실시 예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 결합층(205)은 하나 이상의 다른 유기 재료층과 함께 유기금속층(410)을 포함한다. 예를 들어, 결합층(205)은 유기금속층(410) 상에 배치된 양이온성 폴리머, 음이온성 폴리머, 유기 염 및/또는 계면활성제의 하나 이상의 층을 포함한다. 도 11을 참조하면, 이 구현 예에서 결합층(205)은 유기금속층(410) 상에 배치된 단일 양이온성 폴리머층(404)을 포함한다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 결합층은 예를 들어 단일 음이온성 폴리머층(405) 또는 양이온성 폴리머 층(404) 및 음이온성 폴리머 층(405)의 다수의 교번하는 층을 포함할 수 있다는 것도 고려된다. 층(404, 405)은 상기 개시된 공정을 사용하여 유기금속 층(410)에 적용될 수 있다. 코팅된 지지 기판(210)은 이후 기판(예를 들어, 제1 기판(220))에 결합될 수 있다. 다른 구현 예에서, 결합층(205)은 유기금속층(410) 상에 배치된 양이온성 계면활성제 층과 같은 하나 이상의 계면활성제를 포함한다.
또 다른 실시 예에서, 도 11의 층(410)은 예를 들어 실리케이트 및/또는 티타네이트와 같은 무기 재료를 포함하고, 층(404)은 위에서 논의된 바와 같이 하나 이상의 양이온성 폴리머 층 및/또는 음이온성 폴리머 층을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 층(410)은 무기 재료를 포함하고 층(404)은 양이온성 계면활성제 층과 같은 하나 이상의 계면활성제를 포함한다.
본원에 개시된 구현 예에서, 지지 기판(210)은 이들 구성요소 사이의 결합 에너지를 강화 및 증가시키기 위해 결합층(205)과 결합하기 전에 준비될 수 있다. 보다 구체적으로, 지지 기판(210)은 세정 용액으로 세정된 다음 결합층(205)과 결합하기 전에 활성화 공정을 거친다. 일부 추가 구현 예에서, 지지 기판(210)은 또한 예를 들어, 활성화 공정 및 결합 단계 전 스핀 건조 공정으로 건조된다. 세정액은 수산화암모늄(NH4OH) 용액에 이어서 헹굼을 포함할 수 있다. 활성화 공정은 수산화암모늄 용액을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 각각 두께가 0.5mm인 150mm x 150mm EXG 유리가 지지 기판(210)으로 사용되었다. 유리는 각각 0.5nm(AFM에 의해 측정됨)의 표면 거칠기와 0.2 미크론의 TTV 값을 가졌다. 결합층(205)으로 유리를 결합하기 전에, 유리를 먼저 수산화암모늄 용액(NH4OH:H2O2:H2O의 비율이 1:4:20임)으로 70℃에서 485초 동안 세정하였다. 다음으로 안경을 물로 헹구었다. 헹굼 후, 수산화암모늄 용액(NH4OH:H2O2:H2O 비율이 6:1:3임)으로 유리를 65℃에서 10-30분 동안 활성화시켰다. 그런 다음 유리의 표면이 여전히 활성화 용액으로 젖어 있는 동안 유리를 결합 층(205)에 각각 결합시켰다. 또한, 유리는 표면 거칠기가 0.2nm인 퓨전 인발된 유리(제1 기판(220))에 결합되었다. 위에서 논의된 바와 같이, 결합된 유리 및 결합층(205)은 그들의 결합 강도를 증가시키기 위해 열적으로 어닐링되었다.
지지 기판(210)을 준비하는 본 실시 예에서는 제1 유리를 활성화 용액에 10분 동안 노출시킨 후 결합층(205)과 결합시킨 후 150℃에서 2시간 동안 어닐링하였다. 제1 유리의 결합 에너지는 어닐링 공정 후 111mJ/m2에서 369mJ/m2로 증가했다. 제2 유리를 활성화 용액에 30분 동안 노출시킨 후 결합층(205)과 결합시킨 후 150℃에서 2시간 동안 어닐링하였다. 제2 유리의 결합 에너지는 어닐링 공정 후 210mJ/m2에서 544mJ/m2로 증가했다. 또한 유리와 결합층(205) 사이의 결합 에너지는 150℃의 동일한 온도에서 48시간과 같이 더 긴 시간 동안 어닐링함으로써 602mJ/m2까지 더 증가될 수 있음을 발견하였다.
결합층(205)과 결합하기 전에 지지 기판(210)을 준비하는 제2 실시 예에서, 동일한 EXG 유리가 이전 실시 예를 참조하여 전술한 바와 같이 사용되었다. 앞의 실시 예와 유사하게 유리는 동일한 세정 및 활성화 공정에 노출되었다. 그러나, 이 실시 예에서, 유리는 결합층(205) 및 퓨전 인발된 유리(제1 기판(220))와 결합되기 전에 스핀 건조되었다. 보다 구체적으로, EXG 유리를 활성화 용액에 30분 동안 노출시킨 후 다음의 3가지 건조 공정 중 어느 하나를 사용하여 스핀 건조시켰다: (i) 1분 동안 800rpm을 사용하는 낮은 수준의 스핀 건조; (ii) 1분 동안 1600rpm을 사용하는 중간 수준의 탈수; (iii) 2분 동안 1600rpm을 사용하여 높은 수준의 탈수.
다음으로 EXG 유리를 결합층(205)과 퓨전 인발된 유리에 각각 결합한 후 120℃에서 2시간 동안 어닐링하였다. 결합 에너지는 약 200mJ/m2 내지 약 290mJ/m2인 것으로 측정되었다. 그러나 어닐링 시간이 약 48시간으로 증가했을 때 결합 에너지는 약 875mJ/m2에서 약 1116mJ/m2로 상당히 증가했습니다.
결합층(205) 및 제1 기판(220)과 결합하기 전에 지지 기판(210)의 준비에 관한 이들 실시 예는 그러한 준비 단계가 이들 구성요소 사이의 결합 에너지를 상당히 증가시킬 수 있음을 보여준다. 보다 구체적으로, 세정 및 활성화 공정은 이러한 구성 요소 간의 결합 에너지를 크게 증가시킨다. 또한 활성화 단계 후에 건조 단계를 추가하면 이러한 구성 요소 간의 결합 에너지를 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 개시된 구현 예에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 기재는 첨부된 청구범위 및 그 균등물 범위 내에 있는 그러한 모든 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (52)

  1. 표면을 갖는 지지 기판; 및
    상기 지지 기판의 표면에 결합된 결합층을 포함하는 지지 유닛을 포함하며,
    여기서, 상기 지지 유닛의 폭에 걸친 총 두께 변화 TTV는 약 2.0 미크론 이하인, 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지 유닛의 폭에 걸친 총 두께 변화 TTV는 약 1.0 미크론 이하인, 물품.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지 유닛의 폭에 걸친 총 두께 변화 TTV는 약 0.2 미크론 이하인, 물품.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 기판의 폭에 걸친 총 두께 변화 TTV는 약 1.0 미크론 이하이고,
    결합층의 폭에 걸친 총 두께 변화 TTV는 약 1.0미크론 이하인, 물품.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 기판은 약 1.0 nm 이하의 표면 거칠기를 갖는, 물품.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 기판은 유리, 유리 세라믹, 세라믹 또는 실리콘으로 구성되는, 물품.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 기판을 더 포함하고, 결합층은 지지 기판을 제1 기판과 커플링시키는, 물품.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 기판은 탄탈산 리튬(LiTaO3), 니오브산 리튬(LiNbO3), 질화 알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 납(PZT)(Pb[ZrxTi1-x]O3(0≤x≤1)) 또는 이들의 조합을 포함하는, 물품.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 기판은 약 2.0 미크론 이하의 두께를 갖는, 물품.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제1 기판의 두께는 약 0.5 미크론 내지 약 1.7 미크론 범위인, 물품.
  11. 청구항 7에 있어서,
    지지 유닛은 약 200 mJ/㎡ 이상의 결합 에너지로 제1 기판에 결합되는, 물품.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합층은 약 100 nm 이하의 두께를 갖는, 물품.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 결합층의 두께는 약 20 nm 이하인, 물품.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합층은 하나 이상의 계면활성제, 하나 이상의 폴리머, 하나 이상의 유기 염, 하나 이상의 무기 재료 또는 이들의 조합을 포함하는, 물품.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 결합층은 제1 층 및 제2 층의 교번하는 층으로 이루어지며, 제1 층은 양이온성 폴리머의 단일층이고 제2 층은 음이온성 폴리머의 단일층인, 물품.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 층 중 하나는 지지 기판에 직접 부착되는, 물품.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 결합층은 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄, 피리디늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하전된 질소를 포함하는 헤드기를 갖는 양이온성 계면활성제를 포함하는, 물품.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 결합층은 양이온성 폴리머를 포함하고 양이온성 폴리머의 반복 단위는 하나 이상의 양으로 하전된 질소, 인, 황, 붕소 또는 탄소를 포함하는, 물품.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 결합층은 음이온성 폴리머를 포함하고 음이온성 폴리머의 반복 단위는 음으로 하전된 산소, 황, 질소 또는 인을 포함하는, 물품.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 결합층은 (i) 무기 실리케이트, 무기 티타네이트, 유기금속, 또는 이들의 조합 및 (ii) 양이온성 폴리머, 음이온성 폴리머, 계면활성제, 또는 이들의 조합을 포함하는, 물품.
  21. 청구항 14에 있어서,
    상기 결합층은 탄화수소 또는 다이아몬드형 탄소를 포함하는, 물품.
  22. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 기판의 두께는 약 0.3 mm 내지 약 1.0 mm 범위인, 물품.
  23. 다음을 포함하는 지지 유닛;
    표면을 갖는 지지 기판; 및
    상기 지지 기판의 표면에 결합되는 결합층,
    여기서, 상기 지지 유닛의 폭에 걸친 총 두께 변화 TTV는 약 2.0 미크론 이하이고;
    제1 기판으로서, 결합층은 지지 기판과 제1 기판을 커플링하는, 제1 기판; 및
    상기 지지 기판과 제거 가능하게 커플링된 소자 지지 웨이퍼를 포함하는, 물품.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 지지 기판은 유리, 유리 세라믹, 세라믹 또는 실리콘으로 구성되는, 물품.
  25. 청구항 23 또는 24에 있어서,
    상기 제1 기판은 탄탈산 리튬(LiTaO3), 니오브산 리튬(LiNbO3), 질화 알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 납(PZT)(Pb[ZrxTi1-x]O3(0≤x≤1)) 또는 이들의 조합을 포함하는, 물품.
  26. 청구항 23 내지 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소자 지지 웨이퍼는 반도체 웨이퍼인, 물품.
  27. 청구항 23 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합층은 하나 이상의 계면활성제, 하나 이상의 폴리머, 하나 이상의 유기 염, 하나 이상의 무기 재료 또는 이들의 조합을 포함하는, 물품.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 결합층은 (i) 무기 실리케이트, 무기 티타네이트, 유기금속, 또는 이들의 조합 및 (ii) 양이온성 폴리머, 음이온성 폴리머, 계면활성제, 또는 이들의 조합을 포함하는, 물품.
  29. 청구항 27에 있어서,
    상기 결합층은 탄화수소 또는 다이아몬드형 탄소를 포함하는, 물품.
  30. 청구항 27에 있어서,
    결합층은 제1 층과 제2 층의 교번하는 층으로 이루어지며, 제1 층은 양이온성 폴리머의 단일층이고 제2 층은 음이온성 폴리머의 단일층인, 물품.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 제1 층 중 하나는 지지 기판에 직접 부착되는, 물품.
  32. 지지 유닛을 이용하여 박형 기판을 형성하는 방법으로서,
    결합층으로 지지 기판에 제1 기판을 결합하는 단계를 포함하며,
    상기 지지 기판 및 결합층은 약 2.0 미크론 이하의 지지 유닛의 폭에 걸친 총 두께 변화 TTV를 갖는 지지 유닛을 형성하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 지지 기판에 제1 기판을 결합한 후, 상기 제1 기판의 두께를 제1 두께로부터 제2두께로 감소시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 두께는 제1 두께보다 작은, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  34. 청구항 32 또는 33에 있어서,
    제1 두께는 약 10미크론 내지 약 1,000미크론 범위인, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  35. 청구항 33에 있어서,
    상기 제2 두께는 약 2.0 미크론 이하인, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  36. 청구항 33에 있어서,
    상기 제1 기판의 두께를 감소시킨 후, 상기 제1 기판과 소자 지지 웨이퍼를 결합하는 단계를 더 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  37. 청구항 36에 있어서,
    제1 기판으로부터 지지 기판을 탈결합시키는(debonding) 단계를 더 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 탈결합 단계는 소자 지지 웨이퍼에 흡입력(suction force)을 적용하는 단계를 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 탈결합 단계 동안 지지 기판이 파손되지 않는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  40. 청구항 32 내지 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기판을 지지 기판에 결합시킨 후 상기 결합층을 열적으로 어닐링하는 단계를 더 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  41. 청구항 32 내지 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 기판은 유리, 유리 세라믹, 세라믹 또는 실리콘으로 구성되는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  42. 청구항 32 내지 41 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 탄탈산 리튬(LiTaO3), 니오브산 리튬(LiNbO3), 질화 알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 납(PZT)(Pb[ZrxTi1-x]O3(0≤x≤1)) 또는 이들의 조합을 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  43. 청구항 32 내지 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 기판은 약 1.0 nm 이하의 표면 거칠기를 갖는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  44. 청구항 32 내지 43 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합층은 하나 이상의 계면활성제, 하나 이상의 폴리머, 하나 이상의 유기 염, 하나 이상의 무기 재료 또는 이들의 조합을 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 결합층은 제1 층 및 제2 층의 교번하는 층으로 이루어지며, 제1 층은 양이온성 폴리머의 단일층이고 제2 층은 음이온성 폴리머의 단일층인, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  46. 청구항 45에 있어서,
    상기 제1 층 중 하나는 지지 기판에 직접 부착되는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  47. 청구항 44에 있어서,
    상기 결합층은 (i) 무기 실리케이트, 무기 티타네이트, 유기금속, 또는 이들의 조합 및 (ii) 양이온성 폴리머, 음이온성 폴리머, 계면활성제, 또는 이들의 조합을 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  48. 청구항 44에 있어서,
    상기 결합층은 탄화수소 또는 다이아몬드형 탄소를 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  49. 청구항 32 내지 38 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 기판을 결합층에 결합하기 전에 세정 공정 및 활성화 공정에 지지 기판을 노출시키는 단계를 더 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  50. 청구항 49에 있어서,
    활성화 공정은 지지 기판을 수산화암모늄 용액에 노출시키는 것을 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  51. 청구항 49에 있어서,
    지지 기판을 활성화 공정에 노출시킨 후 그리고 지지 기판을 결합층에 결합시키기 전에 지지 기판을 스핀 건조시키는 단계를 더 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
  52. 청구항 49에 있어서,
    지지 기판 및 결합층을 열적으로 어닐링하는 단계를 더 포함하는, 지지 유닛을 이용한 박형 기판의 형성방법.
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EP0968081A4 (en) * 1996-09-04 2000-02-02 Sibond L L C FLATTENING METHOD FOR LINKED SEMICONDUCTOR SUBSTRATES
US7779522B2 (en) * 2006-05-05 2010-08-24 Fujifilm Dimatix, Inc. Method for forming a MEMS
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US10395974B1 (en) * 2018-04-25 2019-08-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for forming a thin semiconductor-on-insulator (SOI) substrate
JP7279432B2 (ja) * 2019-03-15 2023-05-23 日本電気硝子株式会社 複合基板、電子デバイス、複合基板の製造方法及び電子デバイスの製造方法

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