JP2009535823A

JP2009535823A - 接合用の製造ツール

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Publication number: JP2009535823A
Application number: JP2009507949A
Authority: JP
Inventors: チェン‐ホアチェン，; トロイディー．シュウィナバルト，; ウィリアムエム．アトキンソン，
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: JP5113156B2; WO2007127825A3; WO2007127825A2; EP2013898A2; US20070274669A1; US7866364B2

Abstract

製造ツール（１００）が、第１のデバイス表面（１０３）及び第２のデバイス表面（１０５）がプラズマ活性された後で、第１のデバイス表面を第２のデバイス表面に対して押圧して、第１のデバイス表面と第２のデバイス表面とを接合する。製造ツールは、第１のデバイス表面に力を加え、第１のデバイス表面を第２のデバイス表面に対して押圧する接合ピストン（１０２）を含む。製造ツールはまた、接合ピストンと第１のデバイス表面との間に位置する圧力板（１０４）を含む。製造ツールは、接合ピストンが圧力板を介して第１のデバイス表面に加える力が、最初に第１のデバイス表面の１つ又は複数の第１の位置に加わり、続いて第１のデバイス表面の１つ又は複数の第２の位置に加わることを確実にする機構（１０６、１１０）をさらに含む。

Description

プラズマ接合は、デバイスの２つの表面を共に接合する一般的な方法である。これらの表面は通常、研磨されるか又は他の方法で滑らかにされてからプラズマ活性される。表面のプラズマ活性によって、これらの表面は、一旦共に押圧されると恒久的に接合されやすくなる。したがって、表面を滑らかにしてプラズマ活性した後、これらの表面を共に押圧して恒久的に接合する。

従来技術では、共に接合されるデバイスの表面は平面であると仮定している。したがって、表面は、表面にわたって実質的に均一な力によって共に押圧される。しかし、表面の１つ又は複数が平面ではない場合、そのように実質的に均一な力で共に押圧することは問題となる可能性がある。表面内の隙間及び他の不均一な部分に空気が捕捉される可能性がある。結果として、この理由及び他の理由から良好な接合をもたらすことができない。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明のさまざまな実施形態による、デバイス表面１０３をデバイス表面１０５に対して押圧して、電子デバイス１０１を形成する製造ツール１００の断面図を示す。形成される電子デバイス１０１は、微小電気機械（ＭＥＭ）デバイス、光学デバイス、半導体デバイス、及び／又は別のタイプの電子デバイスであり得る。デバイス１０１は、デバイス表面１０３を一部として含む構成要素１１２と、デバイス表面１０５を一部として含む構成要素１１４とを含む。したがって、構成要素１１２及び１１４の組み合わせは、共に接合されると、電子デバイス１０１の少なくとも一部分を形成する。

一実施形態では、電子デバイス１０１は、表示デバイスにおいて用いる表示ＭＥＭデバイスである。構成要素１１２は、ガラス基板等のように透明である。構成要素１１４は、電子デバイス１０１を表示ＭＥＭデバイスにすることを可能にする微小電気機械素子を含み得る。

製造ツール１００を使用してデバイス表面１０３をデバイス表面１０５に対して押圧する前に、表面１０３及び１０５は前処理されていてもよい。例えば、これらの表面１０３及び１０５はまず、滑らかになるように研磨されていてもよい。表面１０３及び１０５は次いでプラズマ活性されていてもよく、これによって、デバイス表面１０３をデバイス表面１０５に対して押圧すると、強力且つ恒久的な接合が生じる。

デバイス表面１０３及び１０５のうちの少なくとも一方は平面ではない。図１Ａ及び図１Ｂにおいて、デバイス表面１０３は平面であるがデバイス表面１０５は平面ではない。より詳細には、デバイス表面１０５は、凸状である表面部分１１６を含む。代替的に、表面部分１１６は凹状であってもよい。デバイス表面１０５及び／又はデバイス表面１０３は、同様に別の方法で非平面であってもよい。

製造ツール１００は、接合ピストン１０２と、圧力板１０４と、輪郭の付いたインサート１０６と、ばね付勢式の押圧要素１１０とを含む。接合ピストン１０２は、当業者には理解され得るように、実際に力を加える製造ツール１００の構成要素である。圧力板１０４は、接合ピストン１０２と、デバイス表面１０３を有する構成要素１１２との間に位置する。

輪郭の付いたインサート１０６は、圧力板１０４と、デバイス表面１０３を有する構成要素１１２との間に位置する。輪郭の付いたインサート１０６は図１Ａ及び図１Ｂにおいて輪郭が付けられており、ここでは、デバイス表面１０３及び１０５の縁から離れてデバイス表面１０３及び１０５の中心に向かって所定の角度でテーパ状になっている。輪郭の付いたインサート１０６は代替的に、異なる方法で輪郭が付けられていてもよい。輪郭の付いたインサート１０６は、Ｋａｐｔｏｎ、Ｖｉｔｏｎ、Ｄｅｌｒｏｎ等の柔軟な材料、又は別の柔軟な材料から製造することができ、このことによって、ばね付勢式の押圧要素１１０が十分に力を加えたときに構成要素１１２に均一な力が加わる。したがって、輪郭の付いたインサート１０６は十分な力の荷重下で或る程度まで変形する。

ばね付勢式の押圧要素１１０は圧力板１０４に固定され、圧力板１０４及び輪郭の付いたインサート１０６内の孔１０８を移動可能である。押圧要素１１０は、バウピンとも称される場合があり、図１Ａ及び図１Ｂに示すように平面又は円形の円柱で終端するばねを含み得る。押圧要素１１０は通常、その構成要素であるばねによって、輪郭の付いたインサート１０６の最下点（複数可）を越えて延びる。図１Ａでは、押圧要素１１０は製造ツール１００の中心内に位置付けられるが、図１Ｂでは、押圧要素１１０は製造ツール１００の縁付近に位置付けられる。

以下でより詳細に説明するように、接合ピストン１０２による力が加わると、圧力板１０４、輪郭の付いたインサート１０６及び押圧要素１１０は、構成要素１１２の方へ下方に移動する。押圧要素１１０がまず構成要素１１２と接触する。その結果、（圧力板１０４を介して、すなわち通じて）接合ピストン１０２が加える力は第１に、すなわち最初に、押圧要素１１０の下のデバイス表面１０３の対応する位置１１８に加わる。

接合ピストン１０２、圧力板１０４、輪郭の付いたインサート１０６及び押圧要素１１０は下方に移動し続けるため、輪郭の付いたインサート１０６の縁によって第２の接触が起こり得る。これは、輪郭の付いたインサート１０６のこれらの縁が輪郭の付いたインサート１０６の他の部分よりも低いためである。いずれの場合も、（圧力板１０４を介して、すなわち通じて）接合ピストン１０２が加える力は第２に、すなわち続いて、輪郭の付いたインサート１０６の縁の下のデバイス表面１０３の対応する位置１２０に加わる。

接合ピストン１０２、圧力板１０４、輪郭の付いたインサート１０６及び押圧要素１１０は下方に移動し続けるため、最終的に輪郭の付いたインサート１０６の表面全体が接触する。この場合、（圧力板１０４を介して、すなわち通じて）接合ピストン１０２が加える力は最終的に、輪郭の付いたインサート１０６の縁の下のデバイス表面１０３の実質的に全体にわたって加わる。接合ピストン１０２が加える力が大きいため、デバイス表面１０３の形状は、デバイス表面１０５の鏡像に少なくとも実質的に対応し得る。さらに、構成要素１１２の上面の形状は、輪郭の付いたインサート１０６及びばね付勢式押圧要素１１０の形状に少なくとも実質的に対応し得る。これについても以下でより詳細に説明する。

輪郭の付いたインサート１０６及びばね付勢式の押圧要素１１０は共に、最終的に接合ピストン１０２によってデバイス表面１０３に加わる力が、第１に位置１１８に加わり、第２に位置１２０に加わり、次いで最終的にデバイス表面１０３の全体にわたって加わることを確実にする機構であると考えられ得る。よって、デバイス表面１０３に加わる力は経時にわたって均一ではない。むしろ、力は選択的に、まずデバイス表面１０３の位置１１８へ、次いで位置１２０にも加わり、その後最終的にデバイス表面１０３の全体にわたって加わる。

この点に関して、図１Ａ及び図１Ｂの製造ツール１００は、従来技術に勝る利点を提供する。力が経時にわたってデバイス表面に均一に加わる従来技術とは異なり、製造ツール１００が経時にわたって均一に力を加えないことによって、デバイス表面１０３及び１０５間に空気が捕捉されることが実質的に防止される。さらに、接合は位置１１８で始まって引き続き位置１２０において行なわれ、その後デバイス表面１０３の全ての位置において行なわれるため、結果としてもたらされるデバイス表面１０３及び１０５間の接合は、接合がデバイス表面１０３の全体にわたって始まる場合と比してより強くなり得る。

図２は、本発明の一実施形態による、圧力板１０４の下面の斜視図である。圧力板１０４は、輪郭の付いたインサート１０６等の複数の輪郭の付いたインサートと、ばね付勢式の押圧要素１０６等の複数のばね付勢式の押圧要素とを含む。ばね付勢式の押圧要素は、図２の例では、図１Ｂの場合と比して図１Ａにおけるように、それらの対応する輪郭の付いたインサートの中心に位置付けられる。

輪郭の付いたインサート及び対応するばね付勢式の押圧要素のそれぞれは、単一の電子デバイスに対応する。したがって、図２の圧力板１０４は、多くのそのような電子デバイスを有する２つのウェハ又は他の基板を共に押圧することを意図する。各輪郭の付いたインサート及び対応する押圧要素は、単一の電子デバイスを共に接合する。

図３は、本発明の一実施形態による、製造ツール１００を使用して電子デバイス１０１を製造する方法３００を示す。電子デバイス１０１の表面１０３及び１０５はまず、研磨及び／又は滑らかにすることによって前処理される（３０２）。その後、デバイス表面１０３及び１０５はプラズマ活性される（３０４）。例えば、デバイス表面１０３及び１０５をプラズマチャンバ内でプラズマに暴露し、最終的な接合のためにデバイス表面１０３及び１０５を準備してもよい。

図４Ａは、本発明の一実施形態による、図３の方法３００の一部３０２及び３０４を行なった後の、２つの代表的な電子デバイス１０１Ａ及び１０１Ｂの例を示す。デバイス表面１０３及び１０５の左側部分が１つの電子デバイス１０１Ａに対応し、デバイス表面１０３及び１０５の右側部分が別の電子デバイス１０１Ｂに対応する。デバイス表面１０３及び１０５は研磨され且つ／又は滑らかにされ、プラズマ活性されている。電子デバイス１０１Ａ及び１０１Ｂのデバイス表面１０３は平面である。電子デバイス１０１Ａのデバイス表面１０５は凸状である表面部分１１６を有し、電子デバイス１０１Ｂのデバイス表面１０５は凹状である表面部分４０２を有する。デバイス表面１０３内には間隙４９８があり、これは以下の詳細な説明においてより詳細に説明する。

再び図３を参照すると、方法３００は、製造ツール１００がデバイス表面１０３に対して力を加え、デバイス表面１０３をデバイス表面１０５に向かって、最終的にデバイス表面１０５に接するまで押圧し（３０６）、電子デバイス１０１のデバイス表面１０３及び１０５を共に接合することによって続く。上述したように、力は、まずデバイス表面１０３の１つ又は複数の第１の位置１１８に加わり、次いで、デバイス表面１０３の１つ又は複数の第２の位置１２０に加わる。その後、最終的にデバイス表面１０３にわたって完全に力が加わる。

したがって、方法３００の一部３０６の働きはまず、デバイス表面１０３の１つ又は複数の第１の位置１１８においてデバイス表面１０３をデバイス表面１０５に対して押圧することを含む（３０８）。製造ツール１００の接合ピストン１０２が下向きに押圧し、圧力板１０４を介して力を加え、ばね付勢式の押圧要素１１０が製造ツール１００と電子デバイス１０１との間で最初に接触する。その結果、接合ピストン１０２が加える力は第１に、ばね付勢式の押圧要素１１０の下に対応するデバイス表面１０３の位置１１８に加わる。

図４Ｂは、図４Ａの電子デバイス１０１Ａ及び１０１Ｂに関して、本発明の一実施形態による図３の方法３００の一部３０８の例示的な働きを示す。ばね付勢式の押圧要素１１０は、それらの孔１０８から外方に垂直に延びるため、電子デバイス１０１Ａ及び１０１Ｂと最初に接触する。その結果、圧力板１０４及び／又は輪郭の付いたインサート１０６を介して接合ピストン１０２によって加わる力はまず、デバイス表面１０３の位置１１８に加わる。第１のデバイス１０１Ａに関して、力が最初に加わる左側部分１１８はデバイス表面１０５の最も高い凸状点と向かい合うため、デバイス表面１０３は平面形状を保持する。第２のデバイス１０１Ｂに関して、力が最初に加わる右側の位置１１８はデバイス表面１０５の最も低い凹状点と向かい合うため、デバイス表面１０３はデバイス表面１０５のこの形状に適合するように曲がり始める。

再び図３を参照すると、方法３００の一部３０６の働きは次いで、デバイス表面１０３の１つ又は複数の第２の位置１２０に力を加えることによってデバイス表面１０３をデバイス表面１０５に対して押圧すること（３１０）を含む。製造ツール１００の接合ピストン１０２は、下方へ押圧及び移動し続け、圧力板１０４を介して輪郭の付いたインサート１０６に力を加え、輪郭の付いたインサート１０６が製造ツール１００と電子デバイス１０１との間で第２の接触をするようにする。接合ピストン１０２が加える力は、上述したように、輪郭の付いたインサート１０６の最下点の下に対応するデバイス表面１０３の位置１２０に加わる。

図４Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂの電子デバイス１０１Ａ並びに１０１Ｂに関して、本発明の一実施形態による図３の方法３００の一部３１０の例示的な働きを示す。輪郭の付いたインサート１０６は本質的に輪郭が付いているため、接合ピストン１０２によって圧力板１０４を介して輪郭の付いたインサート１０６へ加えられる力は次いで、輪郭の付いたインサート１０６の最下点の下にあるデバイス表面１０３の位置１２０へ加わる。図４Ｃの例では、輪郭の付いたインサート１０６のこれらの最下点はインサート１０６の縁である。ばね付勢式の押圧要素１１０は、接合ピストン１０２、圧力板１０４及び輪郭の付いたインサート１０６が引き続き下方へ移動する結果としてそれらの孔１０８内へ後退し始める。

再び図３を参照すると、方法３００の一部３０６の働きは最後に、デバイス表面１０３の実質的に全体にわたって力を加えることによってデバイス表面１０３をデバイス表面１０５に対して押圧すること（３１２）を含む。製造ツール１００の接合ピストン１０２は、下方へ押圧及び移動し続け、圧力板１０４を介して輪郭の付いたインサート１０６に力を加える。輪郭の付いたインサート１０６から始まる電子デバイス１０１の表面は、輪郭の付いたインサート１０６のプロファイルに適合し、デバイス表面１０３の少なくとも実質的に全てにわたって力が加わるようにすることができる。デバイス表面１０３は、デバイス表面１０５の形状にさらに適合し、表面１０３及び１０５を完全且つ確実に共に接合し、電子デバイス１０１を少なくとも部分的にもたらすことができる。

図４Ｄは、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃの電子デバイス１０１Ａ並びに１０１Ｂに関して、本発明の一実施形態による図３の方法３００の一部３１２の例示的な働きを示す。接合ピストン１０２によって圧力板１０４を介して輪郭の付いたインサート１０６に加わる力は、デバイス表面１０３の実質的に全てにわたって加わる。輪郭の付いたインサート１０６から始まる電子デバイス１０１Ａ及び１０１Ｂの表面は、輪郭の付いたインサート１０６の鏡像のプロファイルを取っている。比較として、デバイス表面１０３は、デバイス表面１０５の鏡面形状を取っている。ばね付勢式の押圧要素１１０は、接合ピストン１０２、圧力板１０４及び輪郭の付いたインサート１０６が引き続き下方へ移動する結果として孔１０８内へさらに後退している。

図４Ａ〜図４Ｄに関して例示的に説明したように、図３に関して説明した接合プロセスは有利である。図４Ｂのデバイス表面１０３の位置１１８に最初に力を加え、その後、図４Ｃの表面１０３の位置１２０へ続いて力を加え、図４Ｄの表面１０３の全体にわたって力を加えることは、接合プロセス中に表面１０３及び１０５間に空気ポケットが捕捉される可能性をかなり低減する。一実施形態では、間隙４９８があることによって、接合中に表面１０３及び１０５間に空気ポケットが捕捉される可能性が少なくなる。特に、本実施形態においてそのような空気は間隙４９８に押し込まれ、表面１０３及び１０５間のそれら自身の間には捕捉されないようになる。

さらに、接合プロセスは、デバイス表面１０３及び１０５間の接合が、表面１０３及び１０５間の１つ又は複数の別個の点、すなわち位置１１８において始まり、次いで表面１０３及び１０５の残り、すなわち位置１２０へ伝わり、次に全ての位置にわたって行なわれるというようなものである。これによって、接合がデバイス表面間の全ての位置において同時に始まった場合よりも強力なプラズマ接合をもたらすことができる。

本発明の実施形態による、第１のデバイス表面を第２のデバイス表面に対して押圧する製造ツールの断面図である。本発明の実施形態による、第１のデバイス表面を第２のデバイス表面に対して押圧する製造ツールの断面図である。本発明の一実施形態による、図１Ａ及び図１Ｂの製造ツールの圧力板の底面の斜視図である。本発明の一実施形態による、図１Ａの製造ツールを使用して電子デバイスを少なくとも部分的に製造する方法のフローチャートである。本発明の実施形態による、図３の方法の例示的な働きを示す図である。本発明の実施形態による、図３の方法の例示的な働きを示す図である。本発明の実施形態による、図３の方法の例示的な働きを示す図である。本発明の実施形態による、図３の方法の例示的な働きを示す図である。

Claims

第１のデバイス表面（１０３）及び第２のデバイス表面（１０５）がプラズマ活性された後で、前記第１のデバイス表面を前記第２のデバイス表面に対して押圧して、前記第１のデバイス表面と前記第２のデバイス表面とを接合する製造ツール（１００）であって、
前記第１のデバイス表面に力を加え、前記第１のデバイス表面を前記第２のデバイス表面に対して押圧する接合ピストン（１０２）と、
前記接合ピストンと前記第１のデバイス表面との間に位置する圧力板（１０４）と、
前記接合ピストンが前記圧力板を介して前記第１のデバイス表面に加える前記力が、最初に前記第１のデバイス表面の１つ又は複数の第１の位置に加わり、続いて前記第１のデバイス表面の１つ又は複数の第２の位置に加わることを確実にする機構（１０６、１１０）とを備えることを特徴とする製造ツール。
前記機構は、
前記圧力板と前記第１のデバイス表面との間に位置し、平面ではない輪郭の付いたインサート（１０６）と、
前記圧力板内に配置され、前記輪郭の付いたインサートの対応する孔内で移動可能である１つ又は複数のばね付勢式の押圧要素（１１０）とを備え、
前記ばね付勢式の押圧要素は前記第１の表面の前記第１の位置と最初に接触し、前記第１のデバイス表面の前記第１の位置に最初に前記力が加えられ、
前記輪郭の付いたインサートは輪郭を有することによって、前記輪郭の付いたインサートが前記第１のデバイス表面の第２の位置に次いで接触し、そして前記力が続いて前記第１のデバイス表面の前記第２の位置に加わることを特徴とする請求項１に記載の製造ツール。
前記機構は、前記圧力板と前記第１のデバイス表面との間に位置する輪郭の付いたインサート（１０６）を備え、
前記輪郭の付いたインサートは平面ではなく、且つ輪郭を有することによって、前記輪郭の付いたインサートが前記第１のデバイス表面の前記第２の位置と次に接触し、そして前記力が続いて前記第１のデバイス表面の前記第２の位置に加わることを特徴とする請求項１に記載の製造ツール。
前記機構は、前記圧力板内に配置される１つ又は複数のばね付勢式の押圧要素（１１０）を備え、
前記ばね付勢式の押圧要素は前記第１の表面の前記第１の位置とまず接触し、前記第１のデバイス表面の前記第１の位置に最初に前記力が加わることを特徴とする請求項１に記載の製造ツール。
前記力が最初に加わる前記第１のデバイス表面の前記第１の位置は、前記第１のデバイス表面の実質的に中間にあることを特徴とする請求項１に記載の製造ツール。
前記力が最初に加わる前記第１のデバイス表面の前記第１の位置は、前記第１のデバイス表面の実質的に１つ又は複数の外側縁を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造ツール。
前記力が最初に加わる前記第１のデバイス表面の前記第２の位置は、前記第１のデバイス表面の実質的に１つ又は複数の外側縁を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造ツール。
製造ツールによって、第１のデバイス表面に対して力を加え、前記第１のデバイス表面を第２のデバイス表面に対して押圧して前記第１のデバイス表面と前記第２のデバイス表面とを接合する、力を加えることであって、前記第１のデバイス表面及び前記第２のデバイス表面はプラズマ活性されており、前記第１のデバイス表面及び前記第２のデバイス表面のうちの少なくとも一方は平面ではない、力を加えること（３０６）を含み、
前記力は、前記第１のデバイス表面の１つ又は複数の第１の位置に最初に加わり、続いて前記第１のデバイス表面の１つ又は複数の第２の位置に加わることを特徴とする方法。
前記製造ツールによって前記力を加えることは、前記製造ツールの１つ又は複数の垂直に延びているばね付勢式の押圧要素が、前記第１のデバイス表面の前記第１の位置とまず接触して、前記第１のデバイス表面の前記第１の位置に最初に前記力が加わる（３０８）ことを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記製造ツールによって前記力を加えることは、前記製造ツールの圧力板が取り付けられている前記製造ツールの接合ピストンによって前記第１のデバイス表面の方へ押圧することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。