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特許7166802部材、特に電子部材とガラス材料またはガラスセラミック材料との接合体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-28
(45)【発行日】2022-11-08
(54)【発明の名称】部材、特に電子部材とガラス材料またはガラスセラミック材料との接合体
(51)【国際特許分類】
C03C 27/10 20060101AFI20221031BHJP
B32B 17/06 20060101ALI20221031BHJP
B32B 18/00 20060101ALI20221031BHJP
【ＦＩ】
C03C27/10 E
B32B17/06
B32B18/00 B
【請求項の数】
11
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018117807
(22)【出願日】2018-06-21
(65)【公開番号】P2019006671
(43)【公開日】2019-01-17
【審査請求日】2021-03-25
(31)【優先権主張番号】10 2017 210 509.7
(32)【優先日】2017-06-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(31)【優先権主張番号】10 2018 209 589.2
(32)【優先日】2018-06-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】504299782
【氏名又は名称】ショット アクチエンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＯＴＴ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ． １０， ５５１２２ Ｍａｉｎｚ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】マティアス ヨッツ
(72)【発明者】
【氏名】マーテン ヴァルター
(72)【発明者】
【氏名】フローリアン レッシュ
(72)【発明者】
【氏名】トーマス ヴィーゲル
【審査官】山本 佳
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１４－５１７８０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２７５９５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５０１８０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１６２８６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０４７２１０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－１７７０３４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０３Ｃ ２７／００ － ２９／００
Ｂ３２Ｂ １／００ － ４３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
部材とガラス材料またはガラスセラミック材料との接合体であって、
・前記部材は、第１の膨張係数α１を有し、
・前記ガラス材料またはガラスセラミック材料は、第２の膨張係数α２を有し、
・前記ガラス材料またはガラスセラミック材料は、厚みと、表面内の全体厚みムラ（ＴＴＶ）と、局所厚みムラ（ＬＴＶ）と、ＷＡＲＰとを有する表面を有し、
・前記部材とガラス材料またはガラスセラミック材料との接合体は、前記ガラス材料またはガラスセラミック材料内の残留応力を有する
接合体において、
・前記接合体は、幾何学的および材料物理学的適合度
ＫＧ＝１０×（α１／α２）×（（１－（ＬＴＶ／１．５））＋（１－（ＴＴＶ／７））＋（１－（ＷＡＲＰ／２００）））
により特徴付けられ、常に
ＫＧ≧４であり、かつ
前記部材の前記第１の膨張係数α １ は、前記ガラス材料またはガラスセラミック材料の前記第２の膨張係数α ２ よりも大きいかまたはこれと同一である
ことを特徴とする接合体。
【請求項2】
前記部材の前記第１の膨張係数α１は、前記ガラス材料またはガラスセラミック材料の前記第２の膨張係数α２の最大で３倍であることを特徴とする、請求項１記載の接合体。
【請求項3】
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料の前記表面内の全体厚みムラ（ＴＴＶ）は、１０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１または２記載の接合体。
【請求項4】
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料の前記局所厚みムラ（ＬＴＶ）は、２５ｍｍ２以下の面積で、５μｍ未満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項記載の接合体。
【請求項5】
直径６インチの接合部材に関して、前記ガラス材料またはガラスセラミック材料内のＷＡＲＰは、３００μｍ未満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項記載の接合体。
【請求項6】
前記部材は、シリコン、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ガラス、セラミック、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、サファイアおよび石英の群から選択される１つの材料または複数の材料を含むことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の接合体。
【請求項7】
前記ガラス材料は、・ソーダ石灰ガラス、
・ホウケイ酸ガラス
・無アルカリアルミノホウケイ酸ガラス
であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の接合体。
【請求項8】
前記ガラス材料は、板ガラスであることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の接合体。
【請求項9】
前記板ガラスの厚みは、２００μｍ未満であることを特徴とする、請求項８記載の接合体。
【請求項10】
前記接合体は、前記ガラス材料またはガラスセラミック材料と前記部材とを接合するための接合材料を含むことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の接合体。
【請求項11】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の接合体の製造方法であって、以下：・膨張係数α１を有する部材と、膨張係数α２を有するガラス材料またはガラスセラミック材料とを準備するステップと、
・前記ガラス材料またはガラスセラミック材料を矯正するステップと、
・前記部材の表面および／または前記ガラス材料もしくはガラスセラミック材料の表面を、接合材料の薄層で濡らすステップと、
・前記部材と前記ガラス材料またはガラスセラミック材料とを圧着して接合体を得るステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、部材とガラス材料またはガラスセラミック材料との接合体であって、前記部材が、特に電子部材であり、好ましくは基板であり、特に電子基板であり、極めて好ましくはウェハーである接合体に関する。
【背景技術】
【0002】
こうした接合体は、特にエレクトロニクス産業において使用されている。この産業分野では、部材、特にウェハー、例えばシリコンもしくはタンタル酸リチウムまたはそれ以外のベース材料で作製されたウェハーと、ガラス材料またはガラスセラミック材料とを接合して接合体とすることが一般に行われている。こうしたウェハー材料と、「キャップウェハー」としても使用可能であるガラス材料またはガラスセラミック材料との接合は、接着剤を用いて行われる。キャップウェハーは、その下にある接合体機能層のカバーとしての役割を果たす。この場合、この機能層は、ウェハーの形態で存在することもできる。こうして接合した後に、この接合体を個々の多数の部材に分割する。ガラス材料またはガラスセラミック材料とベース材料とを接合するためには、ガラス材料またはガラスセラミック材料、特にガラスウェハーは、相応する装置で吸着され、矯正される（ｇｌａｔｔｚｉｅｈｅｎ、引っ張ってもしくは延ばして滑らかにする）。その後、このガラス材料もしくはガラスセラミック材料またはこれらの材料で作製されたキャップウェハーを接着剤の薄層で濡らし、これを、ベース材料、特に部材ウェハーに圧着する。ベース材料に接着剤を付与し、このベース材料にキャップウェハーを圧着することも可能である。こうした接合の過程でガラス内に応力が生じ、接着過程によるこの応力は、ガラス内に長期間とどまり得る。もう１つの問題点は、部材が、温度差によって湾曲、特に撓みを生じる場合があることである。部材をガラス材料またはガラスセラミック材料と接合した後に、この接合体を分割する。この分割は、ダイシング法とも呼ばれる。ダイシング法によって、ウェハーをデバイスのサイズに分割する。例えば８インチ（２０．３２ｃｍ）のサイズのウェハーから２０００以上の部材を得ることができる。この分割を、様々な分離法によって行うことができる。１つの可能性は、極めて高速に回転するディスクが存在し、かつ相応する切削によって個々のワークに分けるタイプの研削切断装置を用いた分離である。あるいは、レーザにより切断を実現することも可能である。この分割の際にガラス内に微小クラックが生じ、これによって部材の機能不良が生じ得る。
【0003】
従来技術によるこうした接合体のもう１つの欠点は、部材の材料の膨張係数α１が、ガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数α２よりも低く選択されている点にある。従来技術では、部材の材料の膨張係数が、ガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数をわずかにしか下回らないかまたはこれと同一である場合が多い。しかしこのことには、ガラス材料またはガラスセラミック材料の下面に引張応力が生じ、この引張応力によってこの接合体の機能不良が生じるという欠点がある。
【0004】
従来技術によるこうした接合体のもう１つの欠点は、ガラス材料またガラスセラミック材料の接着剤側表面の表面凹凸に基づき、接着剤の比較的薄い層を全面的に適用することができず、かつ接着剤で濡れていないガラス表面に引張応力が生じ、この引張応力によってこの接合体の応力腐食割れや長期にわたる機能不良が生じる点にある。
【0005】
欧州特許第２９１２６８１号明細書（EP 2912681B1）からは、ＳｉＣ半導体ウェハーの製造方法が公知であり、このウェハーは、０．１～１．５μｍの局所厚みムラ（ＬＴＶ）および０．０１～０．３μｍのＳＦＱＲ値（Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔ－Ｓｉｄｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ｒａｎｇｅ）を有する。欧州特許第２９１２６８１号明細書から公知のＳｉＣ半導体ウェハーと、基板との接合および接合体の構造は、欧州特許第２９１２６８１号明細書には記載されていない。
【0006】
独国特許出願公開第３９３１２１３号明細書（DE 3931213A1）には、両表面の粗さが低い半導体の平坦度の干渉測定のための方法および装置が記載されている。
【0007】
さらに、電子用途のための超薄ガラスの使用は、
SCHOTT:“Ultra-Thin Glass for Electronics Application”, 2015年11月版, パンフレット,
www.schott.com/advanced_optics/english/download/index.html
および
SCHOTT:“AF 32 Thin Glass”, 2013年5月, パンフレット,
www.schott.com/advanced_optics/english/download/index.html/
から公知である。
SCHOTT:“Ultra-Thin Glass for Electronics Application”, 2015年11月版, パンフレット,
www.schott.com/advanced_optics/english/download/index.html
および
SCHOTT:“AF 32 Thin Glass”, 2013年5月, パンフレット,
www.schott.com/advanced_optics/english/download/index.html/
から公知である。
【0008】
上記の文献から公知の薄板ガラスの接合体における使用の場合に、接着剤が、部材を接合体中に固定するためには十分ではないことは不利であった。さらに引張応力が接合体内に生じており、この引張応力によって、接合体において使用されたガラスの破壊が生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】欧州特許第２９１２６８１号明細書
【文献】独国特許出願公開第３９３１２１３号明細書
【非特許文献】
【0010】
【文献】SCHOTT:“Ultra-Thin Glass for Electronics Application”, 2015年11月版, www.schott.com/advanced_optics/english/download/index.html
【文献】SCHOTT:“AF 32 Thin Glass”, 2013年5月, www.schott.com/advanced_optics/english/download/index.html/
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
したがって本発明の課題は、こうした従来技術の欠点を回避するとともに特に高寿命であることを特徴とする接合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記課題は本発明によれば、接合体が適合度ＫＧにより特徴付けられ、前記適合度ＫＧに関して
ＫＧ＝１０×（α１／α２）×（（１－（ＬＴＶ／１．５））＋（１－（ＴＴＶ／７））＋（１－（ＷＡＲＰ／２００）））
が成り立ち、ここで、常に
ＫＧ≧４であり、特にＫＧ≧１５であり、好ましくはＫＧ≧３０である
ことにより解決される。
ＫＧ＝１０×（α１／α２）×（（１－（ＬＴＶ／１．５））＋（１－（ＴＴＶ／７））＋（１－（ＷＡＲＰ／２００）））
が成り立ち、ここで、常に
ＫＧ≧４であり、特にＫＧ≧１５であり、好ましくはＫＧ≧３０である
ことにより解決される。
【0013】
ここで、ＬＴＶ、ＴＴＶおよびＷＡＲＰは、ガラス基板の特異的なパラメーターである。この場合、ＴＴＶは、ガラス基板内の全体厚みムラ（Ｄｉｃｋｅｎｕｎｔｅｒｓｃｈｉｅｄ）であり、ＬＴＶは、ある面積での表面品質に特徴的である局所厚みムラ（Ｄｉｃｋｅｎｓｃｈｗａｎｋｕｎｇ）であり、かつＷＡＲＰは、ガラス基板の変形（Ｖｅｒｂｉｅｇｕｎｇ）である。ＷＡＲＰの原因は、製造に起因するガラス内の残留応力である。したがって、適合度はガラス特性により実質的に決定される。
【0014】
こうした適合度を特徴とする接合体は、驚くべきことに、従来の接合体よりも高寿命であり、かつ材料の適合性が高い。さらにこうした接合体は、ガラス内の残留応力がわずかであり、かつ表面品質が高い。さらにこれらの接合体は、接着剤により部材のガラス基板への密着性が最適化されることを特徴とし、ここで、接着剤の厚みは１０μｍにしかすぎないことが多い。創意に富む選択により、接着剤のできるだけ一様な厚みと、接着剤の全面的な適用とが保証され、それにより、接着剤厚みがごくわずかな場合でも確実に密着性を可能にする。大幅に一様な厚みならびに接着剤の全面的な適用に基づき、製造プロセスにおける接着剤の一様でない収縮は回避される。これにより、接着接合の剥離の原因となり得る引張応力のガラスへの伝達が許容できないほど不均質にはならない。
【0015】
示した適合度を実現する接合体は、多数のガラス品質からのＷＡＲＰ、ＴＴＶ、ＬＴＶおよび膨張係数に関しての創意に富む選択である。
【0016】
部材（部材ウェハー）およびガラス基板（ガラスウェハー）の双方の膨張係数と、ガラス基板のＬＴＶ、ＴＴＶおよびＷＡＲＰとの、驚くべきことに見出された相互作用は創意に富むものであって、この相互作用は予測できない結果を生じる。これらの接合体は、表面品質が高くて応力がわずかであり、かつガラス基板への部材の密着性が良好であることを特徴とする。
【0017】
ボンディングまたは接合プロセスの際に生じる応力に基づくガラス内の破壊を防止するために、従来技術とは対照的に、部材（部材ウェハー）の膨張係数α１がガラス材料またはガラスセラミック材料（ガラスウェハー）の膨張係数α２よりも常に高い場合に好ましい。α１がα２よりも高い場合、引張応力がガラス材料またはガラスセラミック材料の接着剤側に固定され、ここで、接着剤厚みが均質で全面的な接着が、ガラス材料またはガラスセラミック材料内の割れ発生または割れ伝播を阻止する。接合体内の応力ゼロ線の移動により、引張応力は明らかに低下しており、そのためガラス寿命が延びる。こうした選択では、ガラスの接着剤側と向かい合う側に存在する圧縮応力は、寿命を縮めるように作用しない。しかし、こうした選択には上限がある。例えば、部材の膨張係数α１がガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数α２の３倍を上回ることのないように留意しなければならない。なぜならば、膨張係数α１がこれよりも大きくなると、温度変化が生じた場合に、部材のサイズが、ガラス材料またはガラスセラミック材料のサイズよりも極めて大幅に変化してしまうためである。その場合、これによってガラス材料またはガラスセラミック材料の接着側に高すぎる引張応力が生じ、この引張応力により、接着剤が補強するにもかかわらず接着接合の機能不良を生じる。部材の第１の膨張係数α１は、ガラス材料またはガラスセラミック材料の第２の膨張係数α２の最大で３倍である。
【0018】
引張応力が、ガラス材料の第２の膨張係数に比べて部材ウェハーのより小さい膨張係数に基づき、ガラスの接着剤側と向かい合う側に生じる場合には、極めて早期にガラス材料の機能不良が生じることになる。
【0019】
接着剤が表面を完全に濡らす場合に特に好ましい。完全に濡れた場合、接合体内の引張応力が減少し、その結果、応力腐食割れが回避される。さらに、接着剤によって水は割れ目から遠ざけられ、これによって応力腐食割れの速度が低下するか、あるいはさらには応力腐食割れが完全に回避される。
【0020】
特に好ましい一実施形態では、ガラス材料またはガラスセラミック材料の表面内の全体厚みムラ（ＴＴＶ）が１０μｍ未満であり、好ましくは７μｍ未満であることが保証される。こうした値とすることで、部材とガラス材料またはガラスセラミック材料との適合性が高くなる。このことは、部材とガラスセラミック材料とを接合するための接着層の厚みが通常は１０μｍ未満であることに起因し得る。接着層は、厚みが１０μｍ未満と薄いため、２つの層の間でこれよりも大きな凹凸を相殺することは不可能である。
【0021】
ＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は、部材の下方のガラス基板の厚みが一様でないことを記載し、例えば、小さなうねりまたはこぶが接合箇所で生じ得る。この差を、接着剤が相殺しなければならず、相応して一様でない厚みにならなければならない。１０μｍ未満の厚みを有する極めて薄い接着層のために、ガラス基板のＴＴＶができるだけ小さいことが有利であり、部材（部材ウェハー）と、ガラス（ガラスウェハー）との高い適合性を生じる。ＴＴＶは通常は１０μｍ、８μｍ、７μｍ、６μｍ、５μｍ、４μｍ、３μｍ、２μｍ未満である。
【0022】
もう１つのさらなる実施形態では、ガラス材料またはガラスセラミック材料の２５ｍｍ２以下の面積での局所厚みムラ（ＬＴＶ）によって特徴付けられる表面品質が、５μｍ未満であり、好ましくは２μｍ未満であることが規定されている。なぜならば、こうした表面品質によって、ガラス材料またはガラスセラミック材料を接合するための接合材料、特に接着剤の密着性が特に良好になるためである。このＬＴＶが大きすぎると、表面粗さによって接合材料、特に接着剤の密着性が低下する。なぜならば、層厚の変化を接着剤によって相殺することは不可能であるためである。ＬＴＶは、表面粗さの「エッジ急峻度（Ｆｌａｎｋｅｎｓｔｅｉｌｈｅｉｔ）」を特徴付け、これは角度比が不都合な場合、接着剤の密着性が低下する。ＬＴＶは通常は５μｍ以下、２μｍ以下、１．０μｍ以下、０．８μｍ以下、０．６μｍ以下、０．５μｍ以下、０．４μｍ以下、０．３μｍ以下、０．２μｍ以下、０．１μｍ以下である。
【0023】
もう１つのさらなる実施形態では、例えば直径６インチ（１５．２４ｃｍ）の接合部材、例えばキャップウェハーに関して、ガラス材料またはガラスセラミックのＷＡＲＰが３００μｍ未満であり、好ましくは２００μｍ未満であることが規定されている。ＷＡＲＰは、ガラス基板内の製造プロセスからの残留応力に基づくガラスウェハー／ガラスセラミックウェハーの変形を呼ぶ。ガラス材料またはガラスセラミック材料は、各ボンディングプロセスで矯正されるため、この矯正の過程で、ＷＡＲＰに応じて、この材料内に付加的な応力が生じ、そこに残るため、部材と、ガラス材料またはガラスセラミック材料との接合体は、ガラス材料またはガラスセラミック材料内の残留応力（ＷＡＲＰ）を有する。接合体内の接着剤面でのこうした応力を最小限に抑えるためには、ガラス材料またはガラスセラミック材料内のＷＡＲＰが≦３００μｍの値を上回らず、好ましくは≦２００μｍの値を上回らず、特に≦１５０μｍ、≦１２０μｍ、≦１００μｍ、≦８０μｍ、≦６０μｍ、≦４０μｍ、≦２０μｍの値を上回らないことが必要である。驚くべきことに、ＷＡＲＰが小さい場合、ガラス基板表面からの接着剤層の剥離および／またはガラス基板との接着に基づき生じる高すぎる応力が、本発明による適合度の条件に従う場合に回避される。
【0024】
部材、特に電子部材、好ましくはウェハーの材料としては、シリコンまたはタンタル酸リチウムが使用される。それ以外の材料は、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ガラス、セラミック、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、サファイア、石英である。
【0025】
ガラス材料としては、好ましくはソーダ石灰ガラスまたはホウケイ酸ガラス、あるいは無アルカリガラス、無アルカリアルミノホウケイ酸ガラスまたはアルミノケイ酸ガラス、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社（マインツ所在）製のＢ２７０ガラス、Ｄ２６３ガラス、ＡＳ８７ガラス、ＭＥＭｐａｘガラスまたはＡＦ３２ガラスが使用される。
【0026】
以下に、上記ガラスのガラス組成範囲を示す。
【0027】
ＭＥＭｐａｘと呼ばれるガラスの組成は、以下の組成（単位：質量％）により例示的に示される：
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ６３～８５
Ａｌ２Ｏ３ ０～１０
Ｂ２Ｏ３ ５～２０
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ２～１４
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０～１２
ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ ０～５
Ｐ２Ｏ５ ０～２
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ６３～８５
Ａｌ２Ｏ３ ０～１０
Ｂ２Ｏ３ ５～２０
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ２～１４
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０～１２
ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ ０～５
Ｐ２Ｏ５ ０～２
【0028】
場合により、着色酸化物、例えばＮｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２Ｏ３を添加してよく、０～２質量％のＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＳＯ３、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ２を清澄剤として添加してよく、かつ組成全体の全量は１００質量％である。
【0029】
Ｄ２６３と呼ばれるガラスの組成は、以下の組成（単位：質量％）により例示的に示される：
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ６０～８４
Ａｌ２Ｏ３ ０～１０
Ｂ２Ｏ３ ３～１８
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５～２０
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０～１５
ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ ０～４
Ｐ２Ｏ５ ０～２
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ６０～８４
Ａｌ２Ｏ３ ０～１０
Ｂ２Ｏ３ ３～１８
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５～２０
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０～１５
ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ ０～４
Ｐ２Ｏ５ ０～２
【0030】
場合により、着色酸化物、例えばＮｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２Ｏ３を添加してよく、０～２質量％のＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＳＯ３、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ２を清澄剤として添加してよく、かつ組成全体の全量は１００質量％である。
【0031】
ＡＦ３２と呼ばれるガラスの組成は、以下の組成（単位：質量％）により例示的に示される：
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ５８～６５
Ａｌ２Ｏ３ １４～２５
Ｂ２Ｏ３ ６～１０．５
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ８～１８
ＺｎＯ ０～２
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ５８～６５
Ａｌ２Ｏ３ １４～２５
Ｂ２Ｏ３ ６～１０．５
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ８～１８
ＺｎＯ ０～２
【0032】
場合により、着色酸化物、例えばＮｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２Ｏ３を添加してよく、０～２質量％のＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＳＯ３、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ２を清澄剤として添加してよく、かつ組成全体の全量は１００質量％である。
【0033】
Ｂ２７０と呼ばれるガラスの組成は、以下の組成（単位：質量％）により例示的に示される：
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ５０～８１
Ａｌ２Ｏ３ ０～５
Ｂ２Ｏ３ ０～５
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５～２８
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ５～２５
ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ ０～６
Ｐ２Ｏ５ ０～２
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ５０～８１
Ａｌ２Ｏ３ ０～５
Ｂ２Ｏ３ ０～５
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５～２８
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ５～２５
ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ ０～６
Ｐ２Ｏ５ ０～２
【0034】
場合により、着色酸化物、例えばＮｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２Ｏ３を添加してよく、０～２質量％のＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＳＯ３、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ２を清澄剤として添加してよく、かつ組成全体の全量は１００質量％である。
【0035】
ＡＳ８７と呼ばれるガラスの組成は、以下の組成（単位：質量％）により例示的に示される：
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ５２～６６
Ｂ２Ｏ３ ０～８
Ａｌ２Ｏ３ １５～２５
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０～６
ＺｒＯ２ ０～２．５
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ４～３０
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２ ０～２．５
組成 （質量％）
ＳｉＯ２ ５２～６６
Ｂ２Ｏ３ ０～８
Ａｌ２Ｏ３ １５～２５
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０～６
ＺｒＯ２ ０～２．５
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ４～３０
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２ ０～２．５
【0036】
場合により、着色酸化物、例えばＮｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３を添加してよく、０～２質量％のＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＳＯ３、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ２を清澄剤として添加してよく、かつ組成全体の全量は１００質量％である。
【0037】
板ガラスまたはガラスセラミック板の形態のガラス材料は、好ましくは７００μｍ未満の厚みを有し、好ましくは６００～７００μｍの範囲の厚みを有する。薄板ガラスであって、特に３００μｍ以下の範囲、好ましくは１５０μｍ以下、１００μｍ以下、７０μｍ以下の範囲、特に５０μｍ以下、３０μｍ以下の範囲の厚みを有するものが特に好ましい。
【0038】
接合材料として、特に接着剤材料として、本発明による接合体では例えばＵＶ線硬化性の接着剤が使用される。このＵＶ硬化性は、必要不可欠というわけではない。陽極接合やその他の硬化性接着剤などによって接合体を製造することも可能である。
【0039】
ガラスもしくはガラスセラミックおよび／または部材自体が、構造や孔を含むこともできる。こうした形態によって、ガラス貫通ビアが可能となる。こうしたガラス貫通ビアまたはガラスセラミック貫通ビアによって、部材全体の実装密度を低下させることができる。
【0040】
部材自体だけではなく、本発明は、かかる部材の製造方法をも提供する。かかる方法においてまず、第１の膨張係数α１を有する部材と、第２の膨張係数α２を有するガラス材料またはガラスセラミック材料とを準備する。その後、このガラス材料またはガラスセラミック材料は、例えば吸着によって、矯正される。こうしてガラス材料またはガラスセラミック材料が矯正された後、このガラス材料またはガラスセラミック材料と部材とをそれぞれ、接合材料、特に接着剤の薄層で濡らす。こうして接合材料、特に接着剤を適用した後、このガラス材料またはガラスセラミック材料をこの部材、例えばシリコンウェハーに圧着することによって、本発明による接合体が得られる。全面的にかつ均一に適用された厚みの薄い接着層が、ガラス基板面ならびに部材面に密着しているおよび／またはこれらを濡らす場合に特に好ましい。本発明によれば、このことは、ガラス特性またはガラスセラミック特性により実質的に決定される、示した適合度ＫＧに従う場合に保証されている。この接合体を製造した後、これを例えばダイシング法で分割することができる。
【0041】
本発明による接合体は、特に、受動素子や能動素子において使用され、例えば集積光学系、光パラメトリック発振器、電気光学Ｑスイッチ、センサ、周波数変換器、周波数フィルタでおよび弾性表面波を用いる用途で使用される。
【0042】
本発明を、以下の図面および実施例をもとに説明する。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【0044】
接合体のガラス材料として、従来技術による最薄ガラスまたはガラスウェハーを使用する場合、市場で入手可能なガラスでは、
・２００μｍのＷＡＲＰ
・１５μｍのＴＴＶ
・０．６μｍのＬＴＶ
である。
・２００μｍのＷＡＲＰ
・１５μｍのＴＴＶ
・０．６μｍのＬＴＶ
である。
【0045】
用語ＷＡＲＰ、ＴＴＶおよびＬＴＶの定義に関して、例えばSumitomo Electricのウェブサイト
http://global-sei.com/sc/products_e/inp/flat.html
に記載されているような、慣用の定義が参照される。
http://global-sei.com/sc/products_e/inp/flat.html
に記載されているような、慣用の定義が参照される。
【0046】
ＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）はそれによれば、その面を基準とした基板の表面での高さの最高値と高さの最低値の差であると理解される。
【0047】
ＬＴＶは、基板表面の１つのサイト内の最高点と最低点との差である。
【0048】
ＷＡＲＰはそれによれば、基板の参照される中央面から上方の最高点と下方の最低点との差である。
【0049】
ニオブ酸リチウムの圧電基板の１２×１０－６ １／Ｋのα１および無アルカリアルミノホウケイ酸ガラスＡＦ３２の３．２×１０－６ １／Ｋのα２では、適合度ＫＧは次の通りである：
ＫＧ＝－２０．３５７
ＫＧ＝－２０．３５７
【0050】
その適合度は、明らかに４よりも低い。したがって、従来技術によるガラスは、安定な接合体の形成に適していない。
【0051】
１６０μｍのＷＡＲＰおよび１２μｍのＴＴＶを有する相応するガラスでさえ、なお３．４のＫＧを招き、安定な接合体のためには除外される。
【0052】
以下に、本発明による実施例を考察する。
【0053】
また、第１の実施例において、部材の材料として、例示的な一実施形態では、約１２×１０－６ １／Ｋのα１を有するニオブ酸リチウムを使用する。ガラス材料としては、例えばＳＣＨＯＴＴ ＡＧ社（５５１２０マインツ市ハッテンベルグ通り１０所在）製のＬＴＶ、ＴＴＶおよびＷＡＲＰの相応して選択された特性を有する特殊ガラスＢ２７０を使用する。このガラス材料Ｂ２７０は、改良された高透明度のソーダ石灰ガラスである。Ｂ２７０の膨張係数は、α２＝９．４×１０－６ １／Ｋである。このガラスＢ２７０は、選択された実施例におけるＴＴＶ＝５μｍの全体厚みムラＴＴＶを有する。このガラスの局所厚みムラＬＴＶは、ＬＴＶ＝０．６μｍである。選択された実施例の使用したガラスのＷＡＲＰは、１３０μｍである。ニオブ酸リチウムとＢ２７０ガラスとを組み合わせたこの実施例では、
であり、したがってＫＧ≧４であり、特にＫＧ≧１５である。
【数1】
【0054】
こうした仕様を有するガラスＢ２７０では、驚くべきことに安定な接合体を生じる。
【0055】
ガラス材料Ｂ２７０の代わりに他のガラス材料を使用することもでき、例えばＳｃｈｏｔｔ ＡＧ社（５５１２０マインツ市ハッテンベルグ通り１０所在）製のガラスＡＦ３２を使用することもできる。
【0056】
ＡＦ３２の膨張係数α２は、３．２×１０－６ １／Ｋである。ニオブ酸リチウム材料についての値およびパラメーターＴＴＶ、ＬＴＶおよびＷＡＲＰが同一である場合、
であり、したがってＫＧ≧１５、好ましくはＫＧ≧３０である。
【数2】
【0057】
図１に、従来技術による接合体を示す。この従来技術による接合体１は部材３からなり、この部材３は、接着剤５によってガラス材料またはガラスセラミック材料７と接合されている。この接着剤５は、部材３とガラス７との間の中間層９として導入されている。部材３の熱膨張係数はα１であり、ガラス基板またはガラスセラミック基板の熱膨張係数はα２である。図１から明らかである通り、部材の材料の膨張係数α１はガラス基板の膨張係数α２よりも低く、これによって、接着剤で濡れていないガラス表面に引張応力が生じ、この引張応力によってこの接合体の応力腐食割れや長期にわたる機能不良が生じる。図１における例は、接着剤５が、ガラス材料またはガラスセラミック材料の表面に全面的に密着しておらず、部材の表面と同程度にわずかであることを明らかに示す。したがって、こうした接合体は安定ではない。
【0058】
図２ａおよび図２ｂに、部材１２、特に電子基板とガラス基板１４とから構成される、本発明による接合体１０を示す。部材１２は、図示されている例では圧電基板である。この圧電基板は、入力構造体２０を含み、この入力構造体２０は、出力構造体としての役割も果たし得る。この圧電基板の材料として、ここでは熱膨張係数α１＝１２×１０－６ １／Ｋのニオブ酸リチウムを用いる。入力／出力構造体２０の他に、この圧電基板は吸収体２２をも有する。この圧電基板は、入力構造体２０内のＧＨｚ電子信号を表面波に変換する働きをし、これによってコンパクトなフィルタ設計が可能となる。図２ａには接合体の側面図を示すが、これに対して図２ｂは上面図である。基板上を伝播する表面波に、２４を付してある。ガラス基板として、厚み０．３ｍｍのＡＦ３２ガラスを使用することができる。このＡＦ３２ガラスは、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社（マインツ所在）製の無アルカリアルミノホウケイ酸薄板ガラスである。この無アルカリアルミノホウケイ酸ガラスＡＦ３２は、誘電特性に優れ、かつ熱膨張係数α２が３．２×１０－６ １／Ｋと低いことを特徴とする。表面粗さは、ＲＭＳ＜１ｎｍであり、１ＭＨｚでの誘電率εは、５．１であり、屈折率ｎＤは、１．５０９９であり、かつ４０℃／ｈでのアニーリング後の密度は、２．４３ｇ／ｃｍ３である。
【0059】
図２ａおよび図２ｂによる実施例の幾何学的および材料物理学的適合度
ＫＧ＝１０×（α１／α２）×（（１－（ＬＴＶ／１．５））＋（１－（ＴＴＶ／７））＋（１－（ＷＡＲＰ／２００）））
は、全体厚みムラＴＴＶの値が５μｍであり、局所厚みムラＬＴＶの値が０．６μｍであり、ＷＡＲＰの値が１３０μｍであり、かつ電子基板のα１およびガラス材料のα２が上記の値である場合に、
ＫＧ＝４６．１２
であり、これはＫＧ＝１５およびＫＧ＝３０を上回る。
ＫＧ＝１０×（α１／α２）×（（１－（ＬＴＶ／１．５））＋（１－（ＴＴＶ／７））＋（１－（ＷＡＲＰ／２００）））
は、全体厚みムラＴＴＶの値が５μｍであり、局所厚みムラＬＴＶの値が０．６μｍであり、ＷＡＲＰの値が１３０μｍであり、かつ電子基板のα１およびガラス材料のα２が上記の値である場合に、
ＫＧ＝４６．１２
であり、これはＫＧ＝１５およびＫＧ＝３０を上回る。
【0060】
アルミノホウケイ酸ガラスＡＦ３２を使用する代わりに、改良されたソーダ石灰ガラス、例えばガラスＢ２７０を使用することもできる。
【0061】
図２ａおよび２ｂによる本発明による実施例では、部材表面とガラス表面またはガラスセラミック表面との間に導入される接着剤層は、ムラなくかつ均質な厚みで、適合度ＫＧ＞４に基づき表面で密着しており、図１に示された接着剤層とは対照的であり、図１に示された接着剤層は、引張応力と不都合な表面幾何学的形状とに基づき、完全に接着剤で濡れている表面を示さない。
【0062】
本発明によって初めて、従来技術の接合体よりも接合体が高寿命でかつこの材料の適合性が高いことを特徴とする接合体が示される。さらに本発明による接合体は、ガラス内の残留応力がわずかであり、かつ表面品質が高いことを特徴とする。
【0063】
さらに、ガラス表面ならびに部材表面での接合体において接着剤の良好な密着性が得られる。
【符号の説明】
【0064】
１ 従来技術による接合体、 ３ 部材、 ５ 接着剤、 ７ ガラス材料またはガラスセラミック材料、 ９ 中間層、 α１ 部材の熱膨張係数、 α２ ガラス基板またはガラスセラミック基板の熱膨張係数、
１０ 本発明による接合体、 １２ 部材、 １４ ガラス基板、 ２０ 入力／出力構造体、 ２２ 吸収体、 ２４ 表面波
１０ 本発明による接合体、 １２ 部材、 １４ ガラス基板、 ２０ 入力／出力構造体、 ２２ 吸収体、 ２４ 表面波
【図1】
【図2a】
【図2b】