JP2004506325A - 構造群、特にウェーハ構造群 - Google Patents

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Abstract

構造群（１０）は特にウェーハ構造群であって、２つの互いに向き合った機能エレメント（１１，１２）を有しており、これらの機能エレメントは、中間配置された、圧力変形可能な結合手段層（１３）によって互いに結合されている。この場合、少なくとも１つの機能エレメント（１１；１２；１１，１２）は、それぞれの凹所（１４）を構成して、表面構造化せしめられており、作用結合は専ら凹所（１４）の範囲内で存在している。

Description

【０００１】
本発明は、構造群、特にウェーハ構造群であって、２つの互いに向き合う機能エレメントを備え、これらの機能エレメントは、中間配置された、圧力変形可能な結合手段層によって互いに作用結合せしめられている、請求項１の上位概念に記載した形式のものに関する。
【０００２】
背景技術
ケイ素から成るディスク（ウェーハ）の間の、中間配置された、例えばペースト状の、かつこれにより圧力変形可能な、結合手段としての接着剤による作用結合は既に公知である。このように構成された構造群は特に電子技術若しくはマイクロシステム技術において使用されている。マイクロシステム技術においては、ウェーハ結合を生ぜしめるためにしばしばいわゆる「シールガラス」が結合手段として使用され、このシールガラスもやはり自体公知である。他の接着材料と比較して、シールガラスの利点は、それが、機能エレメント、特にケイ素ディスク（ウェーハ）の形の機能エレメント、の真空密の結合を生ぜしめるために、適していることである。シールガラスはスクリーン印刷法における圧力変形可能なペーストとして、少なくとも１つの機能エレメント（ウェーハ）の結合面上に取り付けられる。次いで、２つの機能エレメントが、約４３０℃の温度で、その、中間配置された、溶融したシールガラス層を備えた結合面において、押し合わされる。この場合、それぞれの結合面とシールガラスとの間の、生ぜしめられる表面力によって、２つの機能エレメントの間の作用結合が生ぜしめられ、ウェーハ構造群が構成される。この形式で得られた作用結合の品質は、特に運転パラメータ、シールガラス温度及び２つの結合すべき機能エレメント（ウェーハ）の圧着圧力に関連している。
【０００３】
自体公知のシールガラスは、種々の大きさの多数の充てん物質粒子を備えている。不都合なことに、互いに作用結合される機能エレメントの間の、最少の、調整可能なギャップ高さは、シールガラス内に含まれている充てん物質粒子の最大の大きさに関連している。例えば従来は、２つの、互いに向き合ったかつ作用結合された、ウェーハ構造群の機能エレメントの最少のギャップ高さは、シールガラスを結合手段として使用して、約１０μｍ±５μｍである。マイクロシステム技術における特定の使用範囲のためには、このギャップ高さ値は過度に大きく、若しくはその調整公差は過度に不正確である。
【０００４】
発明の利点
最初に述べた形式の本発明による構造群の特徴とするところは、少なくとも１つの機能エレメントが、それぞれの凹所を構成して、表面構造化されていて、かつ作用結合が専ら凹所の範囲内に存在していることである。これによって、２つの機能エレメントを中間配置された、圧力変形可能な結合手段層によって作用結合することが可能であり、その際例えば機能エレメントの平らな結合面は凹所の範囲の外方で互いに接触するまで（ギャップ高さ＝ゼロ）、互いに接近させることができる。圧力変形可能な結合手段、例えばシールガラス、は少なくとも１つの機能エレメントの表面構造の凹所内に配置されていて、かつ２つの機能エレメントの間の作用結合は専らこの範囲内で行われるので、結合手段の物理的なかつ材料的な特性若しくはパラメータに無関係な、かつ再現可能な、機能エレメントの間の作用結合は構造群の製作のために生ぜしめることができる。構造群の幾何学的な構成はこれにより、凹所の外方の範囲内の、作用結合された機能エレメントの間の最少の、調整可能なギャップ高さによって、制限されているのではない。この場合、１つの機能エレメントの結合面上の表面構造化は自体公知の形式で、湿化学的又は乾化学的な構造化方法、例えば「プラズマトレンチ」のような構造化方法、によって、凹所（空洞）を構成して生ぜしめることができる。結合手段、例えばシールガラスは、やはり公知の方法（スクリーン印刷方法）により１つの機能エレメントの結合面上で生ぜしめられた凹所の範囲内に取り付けることができる。凹所の範囲内で構成される、互いに向き合う機能エレメントの間の作用結合は、これにより一種の形状結合である。有利には、このような形状結合によって、作用結合された機能エレメントの間の任意のギャップ高さをより大きく又はゼロに等しく調整可能である。
【０００５】
有利には、１つの機能エレメント上で凹所の範囲内に塗着せしめられている結合手段層が、その、２つの機能エレメントを相互に接近させることによる圧力変形の前に、凹所の深さと、及び機能エレメントの間の、かつ凹所の外方の範囲の間の、調整すべき永続的な最少間隔との合計よりも大きい高さを有している。これによって、結合手段が凹所の範囲内で、両方の、互いに接近せしめるべき機能エレメントと作用結合し、かつこれにより確実な、それらの間の作用結合が保証される。
【０００６】
有利には、機能エレメントの最少の、永続的な結合手段収容容積が、圧力変形せしめられていない接続手段層の材料体積よりも大きいか、あるいはこれと同じである。これによって、結合手段がその圧力変形の間に、２つの、互いに向き合う機能エレメントの相互の接近の際に、妨げられずに、相応して減少する結合手段収容容積内で、特に側方に膨張すること若しくは広がることができ、最少の、永続的な結合手段収容容積が、最大の、機能エレメントの相互の接近の際に調整される。２つの機能エレメントは、これにより、妨げられずに相互に接近することができ、同時に圧力変形する結合手段が、凹所の範囲内の相応して減少する結合手段収容容積に幾何学的に適合する。２つの機能エレメントの最大の接近は、これらの機能エレメントの、凹所の外方の、結合面の間の直接的な接触が生ぜしめられる際に、達成される。
【０００７】
第１の実施形によれば、最少の結合手段収容容積は凹所の容積である。この場合、例えば平らな結合面を備えている表面構造化せしめられていない機能エレメントは妨げられることなしに、凹所の範囲の外方で２つの結合面が直接に接触する（ギャップ高さ＝ゼロ）まで、向き合っている、表面構造化せしめられている機能エレメントに接近せしめることができる。
【０００８】
別の代替的な実施形によれば、両方の機能エレメントがそれぞれ１つの、互いに向き合った凹所を有しており、その際最少の結合手段収容容積は、凹所の個別の容積の合計である。２つの、表面構造化された機能エレメントを備えたこの実施形においても、凹所の範囲の外方で結合面の間の直接的な接触が生ぜしめられるまで、機能エレメントを妨げられることなしに、相互に接近させることができる。これにより、比較的に簡単かつ確実な形式で、構造群の機能エレメントの間のすべての所望のギャップ高さを調整することができる。
【０００９】
有利には、１つの機能エレメント上に塗着せしめられた結合手段層の高さが、その圧力変形の前に、互いに向き合う凹所のそれぞれの深さと、機能エレメントの間の、かつ凹所の外方の範囲内の、調整すべき永続的な最少間隔との合計よりも大きい。これによって、２つの、表面構造化された機能エレメントを備えた実施形においては、２つの機能エレメントの、所望の永続的な最少間隔を除いた、相互の接近が、結合手段とそれぞれの機能エレメントとの間の、相応する凹所の内部での、確実な作用結合が生ぜしめられる。
【００１０】
有利には、凹所は横断面において長方形又は円形又はＶ形に構成されている。凹所は例えばいわゆる「プラズマトレンチ方法」によって１つの機能エレメントの結合面上に生ぜしめることができ、その際横断面が例えば長方形の凹所は製作技術上比較的に簡単かつ安価に製作することができる。
【００１１】
有利には、結合手段層は、シールガラス層であり、かつ機能エレメントはケイ素から製作されている。シールガラスは結合手段として特に適しており、例えば２つのケイ素ディスク（ウェーハ）の間の真空密の結合を、ウェーハ構造群を構成しながら、生ぜしめることができる。しかしながら、例えば接着材料又はろう接材料のような他の適当な結合材料の使用も考えることができる。機能エレメントはやはり他の適当な材料で実現することができる。
【００１２】
実施例の説明
別の有利な、本発明による構成は以下の説明から明らかである。
【００１３】
図１及び２は構造群１０，例えばウェーハ構造群を示し、これは２つの互いに向き合った機能エレメント１１，１２を備え、これらの機能エレメントは中間配置された、圧力変形可能な結合手段層１３によって互いに作用結合せしめられるか（図１）、若しくは作用結合されている（図２）。機能エレメント１１，１２は例えばケイ素ディスク（ウェーハ）であることができ、これに対し、結合手段は例えばシールガラスであって、２つの機能エレメント１１，１２の間の真空密な作用結合を生ぜしめるために使用される。機能エレメント１１は大体において平らな結合面１５を有しており、これは表面構造化せしめられていて、凹所１４を構成している。凹所１４は横断面が大体において長方形に構成されている。機能エレメント１２は完全に平らな、表面構造化せしめられていない結合面１５を有しており、この結合面上に、向き合っている機能エレメント１１の凹所１４の内部において結合手段層１３が塗着せしめられている。図２に示されているように、２つの機能エレメント１１，１２の間の作用結合は、専ら機能エレメント１１の凹所１４の範囲内で行われる。凹所１４の範囲の外方で延びている、機能エレメント１１の結合面１５は平らに構成されていて、かつ機能エレメント１２の相応する結合面１５と、妨げられることなしに、結合手段層１３の相応する圧力変形の下で、接触せしめられることができる。これにより、有利な形式で、構造群１０内に任意のギャップ高さを結合面１５の間で、凹所１４の範囲の外方において、妨げられることなしに、調整することが可能である。
【００１４】
図３及び４は第２の、代替的な、本発明による構造群１０の実施形を示し、その際図３の結合手段層１３は凹所１４内で結合面１５上に塗着せしめられている。次いで完全な作用結合が２つの機能エレメント１１，１２の間で図４に示すように、生ぜしめられる。これに対し、図１に示した第１の実施形では、結合手段層１３は機能エレメント１１，１２の間の完全な作用結合を生ぜしめる前に、構造化されていない結合面１５上に塗着せしめられる。図３及び４の、第２の、代替的な実施形の別の幾何学的な構造は図１及び２の第１の実施形のそれに相応している。
【００１５】
図５及び６は第３の代替的な実施形を示し、この実施形は２つの機能エレメント１１，１２を備えており、これらの機能エレメントの結合面１５はそれぞれ相応する凹所１４を構成して、構造化されている。図５によれば、結合手段層１３は、機能エレメント１１，１２の完全な作用結合を生ぜしめる前に、互いに向き合う凹所１４の範囲内の１つの結合面１５上に塗着せしめられる。図６は、機能エレメント１１，１２の間の作用結合が、専ら２つの凹所１４の範囲内で行われることを示している。
【００１６】
図２，４及び６に示したすべての構造群１０の特徴とするところは、自由に選択可能なかつ結合手段のパラメータ（例えばシールガラス充てん物質粒子大きさ）に無関係な、凹所１４の範囲の外方の結合面１５の間におけるギャップ高さの調整が可能であることである。少なくとも１つの機能エレメントの結合面の幾何学的な構造化によって、結合手段層１３を構造エレメントとして使用することにより、一種の形状結合が機能エレメント１１，１２の間に生ぜしめられる。
【００１７】
凹所１４の範囲内で結合手段層１３と結合面１５との間の確実な作用結合を保証するために、塗着せしめられた結合手段層１３は、その、２つの機能エレメント１１，１２の相互の接近による圧力変形の前に、機能エレメント１２若しくは１１（図３若しくは１による実施例）の凹所の深さＴ及び場合により機能エレメント１１若しくは１２（図５による実施例）の別の凹所１４の深さＴと、場合により機能エレメント１１，１２の間の、凹所１４の外方の範囲における、調整される、永続的な最少間隔との合計よりも大きな高さＨを有していなければ成らない（図７も参照）。
【００１８】
図２，４及び６に示すように、機能エレメント１１，１２の最少の結合手段収容容積は、圧力変形せしめられていない結合手段層１３の材料体積よりも大きい（図１，３及び５を見よ）。更に、図２，４，６に示すように、機能エレメント１１，１２の最少の結合手段収容容積の横断面は、機能エレメントの間の完全な、正しい作用結合が生ぜしめられた後に、完全に結合手段で満たされていない。これによって、機能エレメント１１，１２の間の、凹所１４の範囲の外方の、妨げられないかつ自由に選択可能な、ギャップ（図示せず）の調整が、機能エレメントの間の永続的な作用結合を生ぜしめた後に、可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施例の、完全には作用結合せしめられていない構造群の概略図を示す。
【図２】図１の、完全に作用結合せしめられた構造群の概略図を示す。
【図３】本発明による第２の、代替的な、完全には作用結合せしめられていない構造群の概略図を示す。
【図４】図３の、完全に作用結合せしめられた構造群の概略図を示す。
【図５】本発明による第３の、代替的な、完全には作用結合せしめられていない構造群の概略図を示す。
【図６】図５の、完全に作用結合せしめられた構造群の概略図を示す。
【図７】塗着せしめられた結合手段を備えた、本発明による機能エレメントの、図１〜６に比較して拡大せしめられた、横断面の概略図を示す。
【符号の説明】
１０　構造群、　１１　機能エレメント、　１２　機能エレメント、　１３　結合手段層、　１４　凹所、　１５　結合面、　Ｈ　高さ、　Ｔ　深さ

Claims (8)

  1. 構造群、特にウェーハ構造群であって、２つの、互いに向き合った機能エレメントを備え、これらの機能エレメントは、中間配置された、圧力変形可能な結合手段層によって互いに作用結合せしめられている形式のものにおいて、
    少なくとも１つの機能エレメント（１１；１２；１１，１２）が、それぞれの凹所（１４）を構成して、表面構造化されていて、かつ作用結合が専ら凹所（１４）の範囲内に存在していることを特徴とする、構造群、特にウェーハ構造群。
  2. １つの機能エレメント（１２）上で凹所（１４）の範囲内に塗着せしめられている結合手段層（１３）が、その、２つの機能エレメント（１１，１２）を相互に接近させることにより圧力変形する前には、凹所（１４）の深さ（Ｔ）と、及び機能エレメント（１１，１２）の間の、かつ凹所（１４）の外方の範囲の、調整すべき永続的な最少間隔との合計よりも大きい高さ（Ｈ）を有していることを特徴とする、請求項１記載の構造群。
  3. 機能エレメント（１１，１２）の最少の結合手段収容容積が、圧力変形せしめられていない接続手段層（１３）の材料体積よりも大きいか、あるいはこれと同じであることを特徴とする、請求項１又は２記載の構造群。
  4. 最少の結合手段収容容積が凹所（１４）の容積であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の構造群。
  5. 両方の機能エレメント（１１，１２）がそれぞれ１つの、互いに向き合った凹所（１４）を有しており、かつ最少の結合手段収容容積が、凹所（１４）の個別の容積の合計であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の構造群。
  6. １つの機能エレメント（１１，１２）上に塗着せしめられた結合手段層（１３）の高さ（Ｈ）が、その圧力変形の前に、互いに向き合う凹所（１４）のそれぞれの深さ（Ｔ）と、機能エレメント（１１，１２）の間の、かつ凹所（１４）の外方の範囲内の、調整すべき永続的な最少間隔との合計よりも大きいことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の構造群。
  7. 凹所（１４）が横断面において長方形又は円形又はＶ形に構成されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の構造群。
  8. 結合手段層（１３）が、シールガラス層であり、かつ機能エレメント（１１，１２）がケイ素から製作されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の構造群。
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