載體-襯底粘合系統的制作方法
【專利說明】載體-襯底粘合系統
[0001]相關申請的交叉引用
本申請要求2013年8月22日提交的序列號為61/868,765的美國臨時專利申請、2014年5月29日提交的序列號為62/004,549的美國臨時專利申請以及2014年8月14日提交的序列號為14/459,879的美國專利申請的優先權，通過引用將其公開全部并入本文。
[0002]本發明是根據空軍科研辦公室授予的批準號FA9550-08-1-0379而在政府支持的情況下完成的。政府具有本發明中的某些權利。
【背景技術】
[0003]三維納米結構在各種應用中都具有實用性，該各種應用諸如具有嵌入器件的光子晶體、三維集成半導體電子器件、三維半導體存儲器、組織支架、漸變光學折射率部件、異質單晶晶格失配結構等。
[0004]在一些實施例中，通過對準預先圖案化的膜并且將其堆疊在彼此的頂部上來制造這些三維納米結構。通常，這些膜中的某些被圖案化。此圖案化可以包括引入孔、注入式化學元素區域、電子或光子器件或其他結構。另外，圖案化可以包括將膜劃分成多個分離的(disjoint)部分。
[0005]已經描述了堆疊經過圖案化的膜的各種技術。例如，每個膜可以被設置在框架上。在這樣的實施例中，可以通過使用裂解點(cleavage point)來使膜親合到外部框架。具有附著的框架的經圖案化的膜被對準到襯底或先前沉積的膜。一旦被對準，裂解點就可以被分開，由此使框架從膜分離。
[0006]然而，雖然此技術可以在某些應用中是可接受的，但是它可能不適合于具有壓應力的膜或分離的膜。
[0007]因此，如果存在用于輸送膜并將膜對準以產生三維納米結構的改進的載體系統，則它將是有益的。

【發明內容】

[0008]公開了一種用于產生三維納米結構的系統和方法。該系統包括使用粘合劑結合到載體的襯底，該粘合劑是可蒸發的或可升華的。載體可以是玻璃或類似玻璃的物質。在一些實施例中，載體可以是可滲透的。例如，載體可以具有一個或多個孔，當粘合劑被加熱或以其他方式轉換成氣體時粘合劑可以通過該孔排出。使用粘合劑將諸如硅的襯底結合到載體。然后該襯底被處理以形成期望的膜。此處理可以包括研磨、拋光和圖案化(經由光刻方式和蝕刻、或者其他的圖案化方式)。然后將經處理的膜對準到接收襯底或先前沉積的膜。一旦被適當地對準，然后就加熱粘合劑、對粘合劑減壓、或以其他方式促使粘合劑升華或蒸發，由此從載體釋放經處理的膜。此過程可以被重復多次以建立期望的膜的堆疊。
[0009]在一個實施例中，產生三維納米結構的方法包括:使用粘合劑將要被處理的襯底附著到載體;使襯底變薄并對襯底進行處理以形成膜;使載體與所附著的膜對準到接收襯底;使膜與接收襯底或設置在接收襯底上的先前沉積的膜接觸；以及使粘合劑蒸發或升華以從載體釋放膜。
[0010]在另一實施例中，產生三維納米結構的方法包括:使用粘合劑將要被處理的襯底附著到可滲透載體;使襯底變薄并對襯底進行處理以形成膜;使載體和所附著的膜對準到接收襯底;使膜與接收襯底或設置在接收襯底上的先前沉積的膜接觸；以及促使粘合劑從固體轉變成氣體以便從載體釋放膜，其中來自粘合劑的氣體進入或通過可滲透載體。
【附圖說明】
[0011]為了更好地理解本公開，對附圖進行參考，通過引用將附圖合并于此并且在其中: 圖1A示出在附著之前的襯底和載體；
圖1B示出結合到載體的襯底；
圖2A示出在研磨之后結合到載體的膜；
圖2B示出在圖案化之后圖2A的膜；
圖2C示出圖2B的膜的頂視圖；
圖3A示出當它被對準到接收襯底時圖2B的膜和載體；
圖3B示出在膜被堆疊之后所產生的納米結構；
圖4示出根據一個實施例的流程圖；
圖5示出根據一個實施例的多孔載體;以及圖6示出根據一個實施例可以被用作載體的材料的近視圖。
【具體實施方式】
[0012]將襯底粘貼到載體并且然后對該襯底進行處理以產生膜。然后可以將此膜堆疊在接收襯底或其他先前沉積的膜的頂上以產生三維納米結構。
[0013]圖1A示出在處理之前的載體1和襯底20ο載體1可以是任何半剛性非晶或結晶材料或復合材料。在一些實施例中，載體10可以是柔性玻璃或類似材料。載體10的尺度可以改變。例如，其長度和寬度可以基于被產生的膜的尺寸。在一個實施例中，載體10可以具有25_的直徑，然而其他尺度也在本公開的范圍之內。載體10的厚度也可以改變，但是在一些實施例中，可以在Imm和1mm之間，然而其他厚度也是可能的。
[0014]在一些實施例中，載體10可以是可滲透的。在一個實施例中，載體10的滲透率可以大于I X 10—2毫達西。可滲透載體10可以具有各種構造和材料。例如，在一個實施例中，載體10包含一個或多個孔12，其延伸通過載體10的厚度，如圖5中所示。這些孔12可以具有納米到數百微米的范圍內的直徑，然而此直徑可以改變。載體10的孔隙率可以大于20%。在一些實施例中，孔隙率大于50%。下面將更詳細地描述孔12的目的。
[0015]在另一實施例中，載體10是多孔的，因為由這樣的材料構成，即該材料包括彼此僅在有限點處接觸的顆粒，在顆粒之間留下能夠使氣體能夠通過載體的足夠大的路徑。例如，圖5示出這樣的材料的視圖，在此實施例中，該材料是燒結玻璃。圖5示出該材料的近視圖以便顆粒之間的路徑是可見的。當然，可以使用顆粒之間包括路徑的其他材料，并且本公開不限于此或任何其他特定材料。
[0016]在另一實施例中，載體10可以由可滲透而不具有孔和路徑的材料制成。例如，諸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)之類的材料是對氣體可滲透的。當然，其他材料也可以具有此性質并且本公開不限于任何特定材料。
[0017]因此，術語“可滲透載體”指的是允許氣體形式的粘合劑通過的任何材料。可以以多種方式來實現此滲透性;上文描述其中的一些。然而，其他可滲透載體也在本公開的范圍之內。
[0018]襯底20可以是任何適當的材料或復合材料，并且可以是半導體材料。在一些實施例中，襯底可以已經包含經圖案化的微結構。在某些實施例中，襯底20可以是硅襯底。在處理之前的襯底20的尺度可以改變。在一些實施例中，襯底20具有便于處置并且不對破裂敏感的尺寸。例如，在一些實施例中，在處理之前的襯底20的直徑可以是大約lcm。在一些實施例中，襯底20可以更大得多，橫著測量有數十厘米。在處理之前的襯底的厚度可以是大約半毫米，或者它可以更厚或更薄。
[0019]然后使用粘合劑15將襯底20粘貼到載體10，如圖1B中所示。此粘合劑15可以是粘合劑或多個粘合層，其是可蒸發的或可升華的。術語“可蒸發的”被用來指定可以容易地進行到氣態的轉變的材料。術語“可升華的”被用來指定可以直接從固態轉變到氣態而沒有首先熔化的材料。在一個實施例中，當被加熱、減壓或以其他方式激發時，液體粘合劑轉變成氣相。在另一實施例中，當被加熱、減壓或以其他方式激發時，固體粘合劑轉變是通過首先熔化成液體并且然后蒸發成氣相。在另一實施例中，當被加熱、減壓或以其他方式激發時，固體粘合劑直接升華成氣相。
[0020]可以以多個不同方式(諸如蒸發、旋涂和落模鑄造)來將粘合劑15施加到載體10。在另一實施例中，可以在預涂覆有粘合劑15的襯底20上固化可溶性凝膠(sol-gel)。還可以使用其他技術并且其不受本公開的限制。
[0021]一旦使用粘合劑15將襯底20粘貼到載體10，該粘合劑15就可以凝固。然后襯底20可以被處理。襯底20可以被變薄以降低其厚度。例如，襯底20可以被研磨并拋光以便降低其厚度，如圖2A中所示。在另一實施例中，襯底20可以被片狀剝落以從襯底劈開薄膜層。在另一實施例中，襯底20可以被蝕刻以形成期望厚度的膜。當變薄工藝被完成時，襯底20可以具有大約300nm的厚度，然而其他尺度也是可能的。一旦被變薄，襯底20就可以被稱為膜21。
[0022]如果需要的話，可以進一步對膜21進行處理。例如，光刻和蝕刻的工藝可以被用來在膜21上產生圖案，如圖2C中所示。此圖案化可以被用來在膜21中產生各種類型的結構，或者可以被用來將膜21分成多個分離的部分22，如圖2C中所示。例如，襯底可以被進一步處理以在膜內或膜上產生圖案或復雜的微結構。這些微結構可以包括電子、機械和光子器件。可以產生的微結構的類型不受到本公開的限制。
[0023 ]另外，在膜21被圖案化有其微結構的同時，載體1和/或膜21也可以被圖案化以產生對準標記11，如圖2B和2C中所示。在此實施例中，對準標記11被產生以具有關于膜21的圖案化的已知空間關系。這些對準標記11用來使經圖案化的膜21關于接收襯底對準，如下面更詳細地描述的。
[0024]在另一實施例中，對準標記11可能在膜21的圖案化之前就已經存在于載體10上。在這樣的實施例中，可以使用預先存在的對準標記11作為指導來執行膜21的圖案化。換句話說，以使得關于預先存在的對準標記11對準的這樣的方式來執行圖案化。
[0025]如圖2B和2C中所示，對準標記11可以被蝕刻到載體10中。然而，在其他實施例中，可以以其他方式將對準標記11設置在載體10上，例如作為凸紋圖案或作為金屬圖案。對準標記11還可以被設置在分離的部分22上或蝕刻到其中。
[0026]在一些實施例中，對準標記11被產生以便能夠在至少兩個正交方向上使載體10對準到接收襯底。
[0027]三維結構被構造在接收襯底上。此接收襯底可以具有對準標記，其意圖與載體10上的對準標記11對準，如下文所述。
[0028]圖3A示出具有已經設置在其上的膜的堆疊23的接收襯底40。接收襯底40還具有對準到載體10的對準標記41。
[0029]每個膜21被如下沉積在接收襯底40上。首先，使用粘合劑15將襯底20粘貼到載體
10。然后襯底20被變薄和處理以產生膜21以及在其上或其中的任何圖案。如上所述，對準標記11被設置在載體10上以具有關于膜21上的圖案的固定和已知的空間關系。對準標記11可以在膜圖案化過程期間被產生，或者可以預先存在。
[0030]然后運送