室温玻璃到玻璃、玻璃到塑料及玻璃到陶瓷/半导体结合的方法技术

本申请涉及室温下的玻璃到玻璃、玻璃到塑料以及玻璃到陶瓷/半导体的结合。一种用于进行室温衬底结合的方法采用了选择基本上可透过激光波长的一个第一衬底。接着选择了用于在一个界面处与该第一衬底相配合的一个第二衬底。在该界面处产生了透射率变化并且该第一衬底和第二衬底在该界面处相配合。接着基本上集中在该界面处用具有该透过波长的激光照射该第一衬底，并且在该界面处由该激光所供应的能量产生了一个局部高温。通过跨过该界面的扩散作用在紧邻该界面处软化该第一衬底和该第二衬底以便熔化这些衬底。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2012年11月07日，申请号为201280064365.X，专利技术名称为“室温下的玻璃到玻璃、玻璃到塑料以及玻璃到陶瓷/半导体的结合”的申请的分案申请。领域本披露的实施例总体上涉及透明衬底结合领域，并且更具体地涉及用于将第一激光波长可透衬底通过一个中间吸热层在室温下激光结合到一个第二衬底上的一种方法。背景玻璃到玻璃衬底以及用于生物玻片和微流体应用以及其他应用的透明与不透明衬底的其他组合的结合典型地要求对这些衬底进行加热以便获得这些材料横跨衬底边界的结合扩散，除非使用了粘合剂。目前结合惯例的不同实例为熔融结合、富钠玻璃到半导体的阳极键合、以及粘合剂结合。玻璃到玻璃的熔融结合在经抛光的或低粗糙度的玻璃表面上是有效的。为了实现强力的无气泡的结合，典型地表面光洁度应该在几埃RA的量级上。这个过程总体上涉及将这两个玻璃衬底放置为彼此接触接着施加压力和热量。压力的范围可以上从上部玻璃衬底的重物到该玻璃顶部上放置的一个荷载。必须使用特殊材料以防止该重物粘到玻璃上。该本体衬底通常被带到至少该玻璃的第一转变温度(软化温度)。对于所有实际目的而言，这些玻璃表面融合在一起并且变为一体。这个过程对于在清洁室内环境中常见的环境颗粒而言不是非常稳健的。例如，一个50nm直径的颗粒会导致玻璃在该具体区域中不结合并且导致由于牛顿环的存在而变得明显的玻璃气泡。这个过程可以通过以下方式来辅助：用离子(如钙)来处理这个表面并且用氢氟酸来活化该表面。这样的处理趋向于降低结合温度但是加重了污染问题。污染变得更难，因为该微粒不能使玻璃变形，因而该污染颗粒将凹陷而不挡路并且不将这两个表面分开。熔接具有两个相竞争的问题，这些问题造成了低产率；玻璃表面必须是绝对干净的以便不在低温下产生空气气泡，并且当使用更高温度时，虽然空气空隙变得较不成问题，但玻璃的表面变得扭曲并且必须重新处理以便再次使得它是光学上透明的。更高温度还可能致使玻璃变得有雾或变黄。虽然存在少许例外，但总体上不可能用阳极键合工艺来进行玻璃到玻璃的结合。这个工艺通常专用于将玻璃结合到硅上。阳极键合通常是使用具有钠作为其组分之一的玻璃衬底来进行的。温度通常被升高至大约400摄氏度。然后施加一个电势差以驱动钠原子跨越该玻璃-硅组件的边界。这个过程跨越该边界产生了一种钠-氧化物键。这个过程通常留下透明且光滑的玻璃表面。然而，大家认为这个键合过程是在一个通道附近发生的，来自玻璃的表面、在键合的界面层附近的这些钠原子耗尽，留下了富含钠的玻璃。这个表面于是带正电。玻璃表面上的这种电荷可以容易地在该芯片的使用过程中干扰下游工艺。存在专门被设计用于结合玻璃与玻璃的粘合剂。当粘合剂容易施加时，非常难形成无气泡的接点。而且非常难将粘合剂图案化，这样使得结合线是完整的但没有从被结合的表面之间被挤出并且进入一个相邻通道中。粘合剂会对下游工艺有害。某些粘合剂组合物能杀死该部件被制造成用于容纳的生物。以上结合工艺均不能得到一个化学上惰性的结合工艺。在每种情况下，结合线对于强浓度的酸或碱而言不是稳健的。它们趋向于以比本体表面高得多的速率进行蚀刻。这种更高的蚀刻速率可能造成小裂口，这些小裂口是难以清洁的或者在微流体情况下对于通道组件中的液体流动是有害的。由于上述各个工艺典型地要求热量，因此必须使每种材料的热膨胀系数相匹配。如果不做到这一点，当材料返回室温时，已结合的部件将歪曲和/或破裂。如果使用温度与该结合温度不相同，则这个粘合剂接点将在剪切或剥离时失效；粘合剂剪切强度通常很低。因此希望的是提供一种玻璃到玻璃或其他衬底的结合工艺，该结合工艺对于阳极键合或热扩散结合而言提供了与几小时不同、在几分钟的范围内的结合时间。进一步希望的是提供具有污物耐受性的结合工艺，该工艺可以穿过100nm直径的颗粒进行结合。还希望的是该结合工艺提供宽度可选择的、10μm到100μm的结合线宽度，其中已结合与未结合的区分为1μm。另外，希望的是该结合工艺是惰性的并且不在HF/Sulfuric/KOH(如同关于扩散结合)中进行过度蚀刻、并且不改变玻璃表面上的电荷(如同对于阳极键合)。还希望的是，结合线是几乎透明的并且该结合工艺可以将该结合线连同导体和非导体构造在结合后的结构内的同一平面上。最后，希望的是，结合可以在载有活的培养体如酵母、炭疽或其他生物材料的一个流体装置上完成而不损害它们。概要在此披露的实施例提供了一种用于进行室温衬底结合的方法，其中选择了基本上可透过一个激光波长的一个第一衬底。接着选择了用于在一个界面处与该第一衬底相配合的一个第二衬底。在该界面处产生了透射指数变化并且该第一衬底和第二衬底在该界面处相配合。接着基本上集中在该界面处用具有该透过波长的激光照射该第一衬底，并且在该界面处由该激光所供应的能量产生了一个局部高温。通过跨过该界面的扩散作用在紧邻该界面处软化该第一衬底和该第二衬底以便熔化这些衬底。在多个示例性实施例中，这种透射率变化可以通过在该界面处、在一个衬底的表面上沉积一个阻挡性吸热涂层来实现。在多个替代性实施例中，这种透射率变化可以通过使这些衬底本身的透射率不相同而实现。一种用于进行室温激光结合的设备的示例性实施例具有安装至一个底座上的一个x轴运动台板、以及安装至该x轴运动台板上的一个y轴运动台板。一个衬底对准夹具被安装在该y轴运动台板上、被适配成用于将至少两个衬底与一个作为工件的相互界面进行对齐和固定。一个台架被安装至该底座上并且支撑着对准光学器件，该对准光学器件用于使一个激光器聚焦在该对准夹具中的工件上。一个控制器提供该x轴运动台板和y轴运动台板的平移，以获得聚焦在该工件上的激光器的运动。本专利技术还涉及以下项目：(1)一种用于进行室温衬底结合的方法，该方法包括：选择基本上可透过一个激光波长的一个第一衬底；选择在一个界面处与该第一衬底相配合的一个第二衬底；在该界面处产生一种透射率变化；使该第一衬底和该第二衬底相配合；用具有该激光波长的激光照射该第一衬底；在该界面处由该激光所供应的能量产生一个局部高温；通过跨过该界面的扩散作用在紧邻该界面处软化该第一衬底和该第二衬底以便熔化这些衬底。(2)如项目(1)所述的方法，其中在该界面处产生一种透射率变化的该步骤包括在该配合界面处该第一或第二衬底的表面的至少一部分上沉积一个阻挡性吸热涂层，并且在该界面处产生局部高温的该步骤包括由该吸热涂层和高温等离子体产生一种等离子体；并且通过跨过该界面的扩散作用在紧邻该界面处软化该第一衬底和该第二衬底的该步骤包括使该吸热涂层等离子体扩散进入该第一衬底和该第二衬底中。(3)如项目(2)所述的方法，其中该第二衬底也是基本上可透过该激光波长的，并且使该吸热涂层等离子体扩散的步骤对该方法进行自调节并且终止通过该激光照射进行的加热。(4)如项目(1)所述的方法，其中照射步骤进一步包括使相配合的第一衬底和第二衬底平移以便邻近于该第一衬底和第二衬底的多个特征来提供一个预定的激光照射路径。(5)如项目(2)所述的方法，其中所选择的第一衬底和第二衬底是玻璃。(6)如项目(2)所述的方法，其中该阻挡性吸热涂层是选自金属、半导体或陶瓷材料的组中。(7)如项目(2)所述的方法，其中所选择的第一衬底是玻璃并且所选择的第二衬底是塑料，并且该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于进行室温衬底结合的方法，所述方法包括：提供第一衬底，所述第一衬底透过具有透过波长的激光；提供第二衬底；使所述第一衬底和所述第二衬底相配合以提供所述第一衬底和所述第二衬底的界面，其中所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面为所述激光提供透射率变化；选择用于具有所述透过波长的激光的功率和脉冲宽度，其中用于所述激光的所述功率和所述脉冲宽度被配置为在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处产生等离子体；以及从所述激光发出激光能量的脉冲，所述激光能量具有被配置为在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处产生等离子体的所述功率和所述脉冲宽度，其中所述激光能量穿透所述第一衬底并且在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处被吸收以在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处产生所述等离子体，并且其中所述等离子体跨过所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面扩散以使所述第一衬底和所述第二衬底熔化。

【技术特征摘要】
2011.11.08 US 13/291,9561.一种用于进行室温衬底结合的方法，所述方法包括：提供第一衬底，所述第一衬底透过具有透过波长的激光；提供第二衬底；使所述第一衬底和所述第二衬底相配合以提供所述第一衬底和所述第二衬底的界面，其中所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面为所述激光提供透射率变化；选择用于具有所述透过波长的激光的功率和脉冲宽度，其中用于所述激光的所述功率和所述脉冲宽度被配置为在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处产生等离子体；以及从所述激光发出激光能量的脉冲，所述激光能量具有被配置为在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处产生等离子体的所述功率和所述脉冲宽度，其中所述激光能量穿透所述第一衬底并且在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处被吸收以在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处产生所述等离子体，并且其中所述等离子体跨过所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面扩散以使所述第一衬底和所述第二衬底熔化。2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将吸热层定位在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处以为所述激光提供所述透射率变化。3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将吸热层定位在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处以为所述激光提供所述透射率变化，其中所述第二衬底基本上透过具有所述透过波长的所述激光。4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将吸热层定位在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处以为所述激光提供所述透射率变化，其中所述吸热层是导电的。5.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将吸热层定位在所述第一衬底和所述第二衬底的所述界面处以为所述激光提供所述透射率变化，其中所述吸热层是导电的，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷蒙德·米勒·卡拉姆，乔治斯·鲁索斯，马克·芬克尔，丹妮拉·M·哈维，帕斯卡·R·艾克门卡拉姆，
申请(专利权)人：皮科塞斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US