DK160113B - Fremgangsmaade ved fremstilling af en halvleder struktur - Google Patents

Description

i

DK 160113B

I mange optiske apparater anvender man skiver eller chips af halvledermateriale, f.eks. silicium. Der kan f.eks. være tale om den velkendte infrarøddetektor, som er formet på en siliciumchip og danner et plant net i 5 brændplanet,eller en flydendekrystal-lysventil med en siliciumskive, jfr. "A Silicon Photoconductor Based Liquid Crystal Light Valve" af U. Efron m.f., Society for Information Display Technical Digest, bind 12, 1981, side 142.

Den siliciumchip, der anvendes til infrarøddetektoren, og 10 den siliciumskive, der anvendes til lysventilen, skal have en planhed af optisk kvalitet. Med henblik herpå og specielt for lysventilens vedkommende skal der foretages mekanisk og kemisk polering af siliciumskiven for at opnå en planhed af optisk kvalitet.

15 Substratet til den flydendekrystal-lysventil, der er beskrevet i ovennævnte publikation, er en meget tynd siliciumskive med tykkelse på ca. 0,12 mm og en diameter på ca. 50 mm, poleret mekanisk og kemisk på begge sider.

Da skiven er meget tynd og derfor ret fleksibel, og da 20 den kemisk/mekaniske polering har sine grænser, har sådanne siliciumskiver ikke den ideelle planhed, man ønsker for flydendekrystal-lysventiler.

Eksempelvis er top-til-dal-afvigelserne i planheden af størrelsesorden 5y på begge sider,og da planheds-25 afvigelserne på den ene side ingen relation har til afvigelserne på den anden side, kan tykkelsesvariationerne andrage op til 10u.

For en ideel optisk funktion af en sådan lysventil med flydende krystaller bør skivens overfladeplanhed for-30 trinsvis ligge inden for ly.

Opfindelsen giver anvisning på en fremgangsmåde ved fremstilling af en halvlederstruktur bestående af en halvlederchip, hvoraf den ene storflade ved hjælp af et flydende klæbemateriale påklæbes overfladen af en 35 bæreflade (en struktur, som man i og for sig kender fra eksempelvis JP-A-55-159.678), hvor man på enkel måde opnår en høj grad af strukturplanhed.

DK 160113B

2

Med henblik herpå er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at der placeres en fleksibel, ringformet pakning på overfladen af bærepladen, at der anbringes flydende klæbemateriale på overfladen 5 af bærepladen, inden for den ringformede pakning, at halvlederchip'en placeres på den fleksible, ringformede pakning, og at der ovenpå halvlederchip'en placeres en optisk plan flade på hvilken der i retning mod bærepladen udøves trykpåvirkning med henblik på sammenpresning 10 af pakningen og sammenpresning af halvlederchip'en og det flydende klæbemateriale mod bærepladen under udfladning af halvlederchip'en i kontakt med den optiske plane flade, hvorhos sammenpresningen opretholdes i hvert fald indtil klæbematerialet er størknet.

15 I overensstemmelse med opfindelsen flades halv- lederchip'en ud ved sammenpresning mellem to flader, hvoraf den ene er optisk plan, og den anden er bærepladen som chip'en skal fastgøres til. Kompressionskraften fordeles hydrostatisk via det flydende klæbemateriale 20 anbragt mellem chip'en og bærepladen. Det flydende klæbemateriale bringes derefter til at størkne, medens trykpåvirkningen bringer pakningen, der f.eks. er en fleksibel O-ring, til at udvide sig for at kompensere for den mængde flydende klæbemateriale, der findes in-25 den for det rum, der afgrænses af O-ringen, den optiske plane flade og chip'en. Herved opnås, at planheden på overfladen af den påklæbede halvlederchip kun begrænses af den optiske plane flades planhed, dvs. at der opnås en væsentlig bedre overfladeplanhed end muligt med kon-30 ventionel teknik.

En næsten perfekt parallelisme mellem den optiske plane flade og chip'ens overflade, som presses imod pakningen og klæbelaget på bærepladen, kan opnås ved at der anvendes en optisk plan flade, udformet med 35 en åbning, og ved at der rettes et laserbundt gennem denne åbning således, at bundtet reflekteres fra halv-lederchip'ens overside og underside, at et interferens-

DK 160113 B

3 mønster frembragt af det reflekterede bundt iagttages i et billedplan, og at den relative placering mellem bærepladen og den optisk plane flade justeres med henblik på først mest muligt at gøre interferenslinierne 5 retliniede, og derefter mest muligt at forøge afstanden mellem de i billedplanet iagttagne interferenslinier.

Ved denne justering kan fladerne bringes til at være næsten fuldkomment parallelle. Herved tvinges chip'ens mod den optiske plane flade vendende side til at defor-10 mere sig til næsten fuldkommen planhed. Derefter hærder klæbematerialet, og den planparallelle konfiguration gøres permanent.

Opfindelsen forklares næmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor 15 fig. 1 viser et forenklet snitbillede - delvis i diagramform - til illustrering af princippet for fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 2 et planbillede af den O-ring, der anvendes i den i fig. 1 illustrerede fremgangsmåde, 20 fig. 3 et snit langs snitlinien 3-3 i fig. 2, fig. 4 et eksempel på en kvadratisk, fleksibel ring til brug i stedet for den i fig. 2 viste O-ring, i forbindelse med et firkantformet halvledersubstrat, fig. 5 et snit langs snitlinien 5-5 i fig. 4, og 25 fig. 6 et eksempel på det interferensmønster, der gennem åbningen i strukturen ifølge fig. 1 kan iagttages i det i fig. 1 viste billedplan.

Fig. 1 viser et halvledersubstrat 1, f.eks. en siliciumskive eller -chip, der i tilknytning til frem-30 stillingen af et optisk arrangement, f.eks. en lysventil med flydende krystal på siliciumbasis, monteres på en bæreplade 3. Problemet er, at substratet 1 ikke er helt plant og kan udvise planhedsafvigelser på ca. 5y både på oversiden la og på undersiden lb. Den bæreplade 35 3, på hvilken substratet 1 skal monteres, er udformet med et forhøjet plateau 3a, hvis overside betegnes 3b.

4

DK 1 ό C113 B

Hvis det er oversiden la af skiven 1/ der skal flades ud, behøver oversiden 3a af plateauet 3a ikke at være optisk plant. Hvis skiven 1 imidlertid skal bruges som fotosubstrat i en fotoaktiveret flydendekry-5 stal-lysventil, bør afstanden mellem skivens flade lb og plateauets overside 3b formindskes mest muligt. I så fald har plateauets overside 3b fortrinsvis en planhed af optisk kvalitet, med planhedsafvigelser af størrelsesorden lu eller mindre.

10 En fleksibel O-ring 5 spændes om plateauet 3a i perfekt tætning med dette. O-ringens tykkelse er lidt større end højden af plateauet 3a således, at et flydende klæbemateriale 7, der hældes over plateauet, holdes tilbage af O-ringen 5. Efter at man har anbragt ΟΙ 5 ringen på plads omkring plateauet 3b og hældt klæbematerialet over plateauet, anbringes substratet over O-ringen 5, En overliggende, optisk plan plade 9 presses derefter ned på substratet 1. Der udøves tryk ved hjælp af en bundplade 11 og en kontraplade 13, idet disse to 20 plader er samlet ved hjælp af to skruer 15 og 17 samt to andre i tværsnittet i fig, 1 ikke-synlige skruer, hvilke skruer tilspændes simultant for at holde parallelisme mellem bærepladen 3 og den overliggende plade 9. Det herved forekommende hydrostatiske tryk i det flydende klæ-25 bemateriale 7 tvinger praktisk taget hele oversiden la af skiven til kontakt og jævnt tryk mod undersiden af pladen 9.

Justeringen af skruerne 15,17 sker ved hjælp af en laser, hvis bundt går gennem en åbning 19 i kontra-30 pladen 13. Laserbundtet 20 fra laseren 21 reflekteres fra en strålesplitter 23 gennem åbningen 19 og den overliggende, optisk plane plade 9, der til dette formål består af højkvalitetsglas, således at bundtet reflekteres fra både oversiden la af halvledersubstra-35 tet 1 og undersiden af den plane plade 9. De reflekterede bundter går gennem strålesplitteren 23 og dan-

DK 160113B

5 ner et interferensmønster i et billedplan 25. En misjustering mellem den optisk plane underside af pladen 9 og oversiden la af skiven 1 giver inteferenser af den i fig. 6 viste type. Skruerne 15,17 justeres for at 5 presse pladen 9 således mod substratet 1 , at de i fig, 6 viste inteferenslinier mest muligt gøres retlinie-de, hvilket sikrer substratfladen la's planhed. I visse tilfælde kan det være ønskeligt mest muligt at forøge afstanden d mellem de i fig. 6 viste inteferenslinier, 10 ved yderligere justering af skruerne 15,17. Sidstnævnte justering sikrer parallelisme mellem undersiden af pladen 9 og oversiden la af skiven til mindre end ^n bølgelængde af laserlyset 21. Billedplanet 25 kan iagttages ved hjælp af en skærm, et kamera eller et foto-15 detektionssystem.

Medens skruerne 15 og 17 justeres til tilspæn-ding af pladen 9 mod substratet 1, presser de herved forekommende kompressionskræfter substratet 1 tættere mod oversiden 3b af bærepladen 3, hvorved det fly-20 dende klæbemateriale 7 bringes til at sprede sig og fylde alle hulrummene i det af O-ringen 5 afgrænsede rum, hvorved O-ringen 5 udvider sig radialt under klæbematerialet 7's udflydning. Mængden af flydende klæbemateriale 7 i rummet inden for O-ringen 5 er ikke 25 kritisk, idet den radiale udvidelse af O-ringen 5 kompenserer for den mængde klæbemateriale 7, der i starten findes inden for O-ringen 5. Hvis substratet skal danne fotosubstratet for en fotoaktiveret flydendekrystal·-lysventil er det ønskeligt mest muligt at reducere afstan-30 den mellem undersiden lb af skiven og oversiden 3b af bærepladen. I så fald bør O-ringen være tilstrækkelig fleksibel til at tillade optimal udflydning af klæbematerialet.

I den her beskrevne, foretrukne udførelsesform for 35 opfindelsen består O-ringen af et i handelen tilgængeligt materiale såsom Viton, medens der for klæbematerialet 7

DK 160113B

6 anvendes en epoxyharpiks, der kendes under betegnelsen Epon 828. Den optisk plane plade 9 består af højkvalitetsglas af den i handelen tilgængelige art, der kendes under betegnelsen B-K7.

5 Fig. 2 viser O-ringen 5 set ovenfra, medens fig.

3 viser den foretrukne tværsnitsform for O-ringen set i snit langs snitlinien 3-3 i fig. 2.

Som tidligere nævnt er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ikke alene nyttig for en cirkulær siliciumski-10 ve, men også til udfladning af silicium-chips med i hovedsagen kvadratisk eller rektangulær udformning. Fig. 4 viser et planbillede af en O-ring 5 for en kvadratisk eller rektangulær silicium-chip. Tværsnitsformen af den i fig. 4 viste "kvadratisk" O-ring kan være som vist i 15 fig, 3 eller også som vist i fig. 5, der viser et snit langs snitlinien 5-5 i fig. 4.

Til visse anvendelser kan afstanden mellem undersiden lb af substratet 1 og oversiden 3b af bærepladen 3 være kritisk. I så fald kræves det blot, at sub-20 stratet 1 presses imod oversiden 3b, indtil denne kritiske afstand er opnået, idet O-ringen 5 vil deformere sig for at opveje omfanget af sammenpresning.

Det skal naturligvis forstås, at når den Ønskede sammenpresning af substratet 1 mellem den optisk plane 25 plade 9 og bærepladen 3 er opnået, efterlades det i fig, 1 viste apparat i denne stilling indtil fuld størkning af klæbematerialet 7, Derefter løsnes skruerne 15 og 17, og bærepladen 3 med substratet 1 tages ud som én enhed. Efter udøvelse af fremgangsmåden ifølge 30 opfindelsen som ovenfor beskrevet er planheden af oversiden la af halvledersubstratet kun begrænset af den optisk plane plade 9's planhed, hvilket er en væsentlig forbedring i relation til den planhed, der kan opnås med de konventionelle metoder med mekanisk-kemisk polering.

Claims (2)

1. Fremgangsmåde ved fremstilling af en halvlederstruktur bestående af halvlederchip (1), hvoraf den ene storflade (1b) ved hjælp af et flydende klæbe-5 materiale (7) påklæbes overfladen (3b) af en bæreplade (3), kendetegnet ved - at der placeres en fleksibel, ringformet pakning (5) på overfladen (3b) af bærepladen (3), - at der anbringes flydende klæbemateriale (7) 10 på overfladen (3b) af bærepladen (3), inden for den ringformede pakning (5), - at halvlederchip'en (1) placeres på den fleksible, ringformede pakning (5), og - at der ovenpå halvlederchip'en (1) placeres 15 en optisk plan flade (9) på hvilken der i retning mod bærepladen (3) udøves trykpåvirkning med henblik på sammenpresning af pakningen (5) og sammenpresning af halvlederchip'en (1) og det flydende klæbemateriale (7) mod bærepladen (3) under udfladning af halvlederchip'en 20 (1) i kontakt med den optisk plane flade (9), hvorhos sammenpresningen opretholdes i hvert fald indtil klæbematerialet er størknet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, og hvor der anvendes en optisk plan flade (9), udformet med åbning, 25 kendetegnet ved - at der rettes en laserbundt (20) gennem denne åbning således, at bundtet reflekteres fra halvleder-chip'ens (1) overside (1a) og underside (1b), - at et interferensmønster frembragt af det re-30 flekterede bundt iagttages i et billedplan (25), og - at den relative placering mellem bærepladen (3) og den optiske plane flade (9) justeres med henblik på først mest muligt at gøre interferenslinierne ret-liniede, og derefter mest muligt at forøge afstanden 35 mellem de i billedplanet (25) iagttagne interferenslinier.