JPH0888154A - 陽極接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンとガラスの陽極接合において発生す
る接合界面応力を低減する。 【構成】 加熱され、当接されたシリコンウエハ１とガ
ラス部材２のシリコンウエハに当接する第１の電極板４
と、ガラス部材２のシリコンウエハ当接面に対する背面
に当接する第２の電極板５との間に電圧を印加する直流
電圧電源９と、前記第１の電極板４および第２の電極板
５に印加される直流電圧の極性を切り替える極性切替ス
イッチ１１ａを含む制御部１１と、第１および第２の電
極板の間の電流を監視する電流モニタ１０と、ガラス部
材２内での移動した電荷量を算出する移動電荷量算出手
段を含む演算部１２とを有している。制御部１１は第１
の電極板が陽極として電圧が印加されている間の移動電
荷量に基づき、極性を反転させて電圧を印加するように
直流電圧電源９に指示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの製作
においてシリコンウエハとガラス基板を接合する陽極接
合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンを陽極とし、ガラスを陰極とし
て、両部材を400 ℃程度に加熱し、数百ボルトの直流電
圧を印加することにより、両部材の当接面を接合する陽
極接合法は、接着剤を用いることなく接合できるという
特徴を有する。そして、接着剤がシリコン部材とガラス
基板の間に介在しないので、両部材の接合距離を高精度
に管理することができる。このような特性は、シリコン
部材とガラス基板を対向させ、一部を前記の陽極接合法
で接合し、他の部分は各々の部材に電極を固定し、所定
の微小間隙を有するように構成された容量検出センサに
とって好適である。この容量検出センサにおいて、シリ
コン部材は、フレームから伸びた梁とその先端に設けら
れた重りよりなり、この重り部分に一方の電極（可動電
極）が固定されている。また、この電極に対向してガラ
ス基板の表面に他方の電極（固定電極）が設けられ、こ
れらの電極間の距離の変化を容量の変化として捕らえる
のが容量検出センサである。したがって、両電極間の距
離は高い精度で管理される必要があり、このために、前
述のように容量検出センサのシリコン部材とガラス基板
の接着には陽極接合法が採られている。

【０００３】図９には従来の陽極接合装置の基本的な構
成が示されている。接合する部材を加熱する加熱ヒータ
６と、加熱ヒータの温度を検出する温度センサ７と、加
熱ヒータ６の温度を制御する温度コントローラ８と、加
熱ヒータ６上に載置した第１の電極板４と、接合部材を
介して第１の電極板４に対向するよう配置した第２の電
極板５と、接合部材に電圧を印加するための直流電圧電
源９と、その通電時に接合部材を流れる電流を監視する
ための電流モニタ１０から構成されている。次に、接合
方法について説明する。温度コントローラ８を駆動し、
加熱ヒータ６によりシリコンウエハ１、ガラス基板２、
ダミーガラス３を所望の温度に加熱する。そして、第１
の電極板４を陽極とし、第２の電極板５を陰極として所
望の直流電圧を印加することにより、シリコンウエハ１
とガラス基板２の当接面が接合される。一般にガラス基
板２およびダミーガラス３にはシリコンウエハの熱膨張
係数がシリコンウエハに比べ僅に小さいパイレックスガ
ラスが用いられている。そして、接合工程完了後、ダミ
ーガラス３は取り外される。

【０００４】ダミーガラス３は、耐湿性の悪化によるセ
ンサのゼロ点変動を防止するために用いられている。す
なわち、温度、直流電圧印加によって陰極電極と当接す
るガラス表面のナトリウムイオン濃度が高くなった結
果、その熱膨張係数が変化したり、周囲の水分を吸収す
ることによって生ずるセンサのゼロ点変動を防止するた
めに用いられる。熱膨張係数の変化や水分の吸収はガラ
ス基板に局所的な応力を発生させる結果、容量検出セン
サ等のチップにそりが生じ、可動電極と固定電極との距
離が変化するため、センサのゼロ点変動を招くことがわ
かっている。

【０００５】この陽極接合された部材間には、両部材の
熱膨張係数の差により接合界面に応力が発生する。陽極
接合の機構と接合界面応力の発生要因についてシリコン
とパイレックスガラスの接合を用いて説明する。温度と
直流電圧を印加することによりパイレックスガラス基板
中のナトリウムイオンは陰極側に移動し、パイレックス
ガラス基板の接合界面には空間電荷層が形成され、高い
電界が発生する。この電界によりシリコンウエハとパイ
レックスガラス基板間に静電引力が発生し、密着にいた
る。そして、シリコンウエハとパイレックスガラス基板
表面のＯＨ基が結合し、さらに、熱で脱水し、シリコン
ウエハとパイレックスガラス基板間とで、Ｓｉ−Ｏの共
有結合となり接合される。前記空間電荷層はナトリウム
イオン欠乏層であり、この層は元のパイレックスガラス
母材に比べ熱膨張係数が小さく、前述の接合工程のあ
と、常温まで戻した際に接合界面には圧縮の残留応力が
発生する。従って、パイレックスガラスからなるガラス
基板の接合部には、接合部材の熱膨張係数の差により発
生する熱応力と、パイレックスガラス中のナトリウムイ
オンの移動に伴い発生する接合界面応力の２種類の応力
が印加されることとなる。

【０００６】エッチング加工してダイヤフラムや梁およ
び重りから成る構造体を形成したシリコンウエハと電極
等をパターニングしたガラス基板とを陽極接合し、容量
検出型の圧力センサや加速度センサを製作した場合、こ
れらの応力により構造体の変形や、その応力の温度依存
性により構造体のバネ定数が温度変化に伴って変化し、
センサ特性が低下するという問題があった。熱膨張係数
の差により発生する熱応力の低減については特開平４−
８３７３３号公報に示されたシリコンの熱膨張係数に合
わせたガラス材料が提供されている。しかしながら、接
合界面に発生する応力は上記に説明したようにガラス中
の可動イオンの移動が係わりをもっているため、シリコ
ンの熱膨張係数に合わせたガラス材料を用いてもその応
力の発生を避けることはできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】シリコンとガラスの陽
極接合は上記に説明したように行われており、従来の陽
極接合装置では接合界面に発生する応力により半導体セ
ンサの歩留まりおよび特性を低下させるという問題点が
あった。

【０００８】本発明はこのような問題点について鑑みな
されたものであり、その目的はシリコンとガラスとの陽
極接合時に発生する接合界面応力を低減できる陽極接合
装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明にかか
る陽極接合装置は、シリコンウエハに当接する第１の電
極と、前記シリコンウエハに当接する可動イオンを含む
ガラス部材の、シリコンウエハ当接面に対する背面に当
接する第２の電極と、前記第１および第２の電極に直流
電圧を印加する直流電圧電源と、前記直流電圧電源の出
力電圧を制御する制御部と、前記シリコンウエハおよび
前記ガラス部材を加熱する加熱手段と、前記第１および
第２の電極間に流れる電流を監視する電流モニタと、前
記電流モニタの出力に基づき前記ガラス部材内の移動電
荷量を算出する移動電荷量算出手段と、前記第１の電極
と第２の電極の極性を切り替える切替手段と、を有し、
前記制御部は、前記直流電圧電源を制御して第１の電極
を陽極とし所定電圧を所定時間印加する接合工程を実施
し、接合工程終了後、前記移動電荷量算出手段により算
出された接合工程中の移動電荷量に基づき第１の電極を
陰極として電圧を印加する応力低減工程を実施するもの
である。

【００１０】また、本発明にかかる他の陽極接合装置
は、シリコンウエハに当接する第１の電極と、前記シリ
コンウエハの表面に当接する可動イオンを含む第１のガ
ラス部材の、シリコンウエハ当接面に対する背面に当接
する第２の電極と、前記シリコンウエハの裏面に当接す
る可動イオンを含む第２のガラス部材の、シリコンウエ
ハ当接面に対する背面に当接する第３の電極と、前記第
１および第２の電極の間と、第１および第３の電極の間
との各々に直流電圧を印加する直流電圧電源と、前記直
流電圧電源の出力電圧を制御する制御部と、前記シリコ
ンウエハおよび前記絶縁部材を加熱する加熱手段と、前
記第１および第２の電極間と、前記第１および第３の電
極間に流れる電流を監視する電流モニタと、前記電流モ
ニタの出力に基づき前記第１および第２のガラス部材内
の移動電荷量を算出する移動電荷量算出手段と、前記第
１の電極と第２および第３の電極との極性を切り替える
切替手段とを有し、前記制御部は、前記直流電圧電源を
制御して第１の電極を陽極とし所定電圧を所定時間印加
する接合工程を実施し、接合工程終了後、前記移動電荷
量算出手段により算出された接合工程中の移動電荷量に
基づき第１の電極を陰極として電圧を印加する応力低減
工程を実施するものである。

【００１１】さらに、前述の各陽極接合装置において、
前記制御部は、前記移動電荷量算出手段によって算出さ
れた接合工程中に移動した電荷量とほぼ等しい電荷量を
移動させる応力低減工程を実施するものとすることもで
きる。

【００１２】さらに具体的に本発明を説明する。シリコ
ンウエハとガラス部材を当接して、これらふたつの部材
を加熱して直流電圧を印加すると、ガラス部材中の可動
イオン（主に陽イオンであるナトリウムイオン）が陰極
側に移動する。接合工程において、シリコンウエハが陽
極となるように直流電圧を印加しているので、可動イオ
ンはシリコンウエハに対して背面にあたる第２の電極側
に移動する。一方、ガラス部材のシリコンウエハに当接
する面近傍の層においては可動イオンが減少し、この層
が空間電荷層となる。この空間電荷層によって高い電界
が発生し、シリコンウエハとガラス部材の間に静電引力
が発生し、これらが密着する。そして、シリコンウエハ
とガラス部材のＯＨ基が結合し、さらに熱により脱水し
Ｓｉ−Ｏの共有結合が形成され、ふたつの部材の接合が
完了する。

【００１３】このとき、前述のように空間電荷層には可
動イオン（主に陽イオンであるナトリウムイオン）が欠
乏した状態となっている。そして、この部分の可動イオ
ンを再供給するために、本発明においては、両部材を接
合した後、極性を反転させて再び直流電圧を印加する。
これによって、前述の空間電荷層の、陽極接合によって
欠乏した可動イオンを、この空間電荷層に供給すること
ができる。空間電荷層に可動イオンが供給されることに
よって、空間電荷層がガラス部材の初期の物理特性と同
じかこれに近い特性を有するようになり、シリコンウエ
ハとの熱膨張係数の差が小さくなる。これによって、常
温に戻した時に接合界面に発生する圧縮の残留応力を低
減することができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、シリコンウエハと可動
イオンを含むガラス部材の陽極接合後、接合時とは逆方
向の直流電圧を印加する接合界面応力の低減工程を行
い、ガラス部材側の接合界面に形成された可動イオン欠
乏層に可動イオンを再分布するように制御して、陽極接
合後、常温まで冷却した時に発生する接合界面応力を低
減させることが可能である。従って、接合部材の変形量
およびシリコンウエハに加わる応力の低減ができ、半導
体センサの歩留まりおよび特性を向上させることが可能
となる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づき
説明する。

【００１６】（第１実施例） 本発明の好適な実施例を
図１〜図４を用いて説明する。

【００１７】図１には本発明にかかる好適な陽極接合装
置の基本的な構成が示されている。本発明の陽極接合装
置は接合する部材を加熱する加熱ヒータ６と、その加熱
ヒータ６の温度を検出する温度センサ７と、前記加熱ヒ
ータ６の温度を制御する温度コントローラ８と、前記加
熱ヒータ６上に配置する第１の電極板４と、その第１の
電極板上に載置する接合部材を介して前記第１の電極板
４と対向するよう載置した第２の電極板５と、接合部材
に電圧を印加する直流電圧電源９と、接合時において接
合部材に流れる電流を監視する電流モニタ１０と、前記
直流電圧電源９および前記温度コントローラ８の駆動、
停止および第１の電極板４と第２の電極板５の電圧印加
方向の極性切り替えを行う極性切替スイッチ１１ａを含
む制御部１１と、接合時に移動したガラス中の電荷量を
演算する演算部１２から構成されている。

【００１８】本発明の陽極接合装置は以上の構成から成
り、次にこの装置を用いた接合方法および接合界面に発
生する応力の低減法について説明する。

【００１９】図１に示される装置において第１の電極板
４上にシリコンウエハ１、ガラス部材としてのガラス基
板２とダミーガラス３を順に載置する。この際シリコン
ウエハ１とガラス基板２の接合面が当接するようにす
る。次に、ダミーガラス３上に第２の電極板５を載置す
る。このように設置後、制御部１１に第１、第２の電極
板の極性、加熱ヒータ６の加熱温度、接合部材へ印加す
る直流電圧値、加熱開始から直流電圧を印加するまでの
時間、直流電圧の通電時間等の接合条件を入力する。ま
た、接合完了後に行う応力制御工程の条件として第１、
第２の電極板の極性、加熱温度およびその温度に到達す
るまでの待機時間、逆方向の印加電圧、接合時に移動し
た電荷量に対して逆方向に移動させる電荷量の割合を入
力する。そして、接合工程を開始する。制御部１１から
の接合工程開始信号により温度コントローラ８が駆動さ
れる。温度コントローラ８は設定温度になるように温度
センサ７の検出信号に基づいて加熱ヒータ６を制御す
る。予め設定した直流電圧を印加する時間に達した時点
で制御部１１は極性切替スイッチ１１ａを制御して第１
の電極板４が陽極、第２の電極板５が陰極となるように
する。その後、制御部１１は直流電圧電源９を駆動し、
接合する部材に設定した直流電圧を印加し、設定した時
間、通電し続ける。この接合工程において電流モニタ１
０で監視した電流波形を図２に示す。接合直後はガラス
基板２中の可動イオンが急激に移動し、電流が流れる。
接合の進行に伴い電流値は低下し、接合完了においては
ほとんど電流は流れなくなる。接合部材のサイズおよび
接合条件について通電開始から接合完了までの時間を予
め求めておき、上記に説明したように制御部１１に入力
する。接合工程において移動した電荷量は図２中の面積
Ａに相当する。この面積Ａを演算部１２により演算し、
電荷量を算出する。

【００２０】接合界面応力の低減工程について説明す
る。設定した通電時間が経過した時点で制御部１１は直
流電圧電源９を停止させる。次に、制御部１１は設定し
た応力低減工程における加熱温度になるように温度コン
トローラ８に信号を伝送する。設定した待機時間が経過
した時点で制御部１１は極性切替スイッチ１１ａを制御
して第１の電極板４が陰極、第２の電極板５が陽極とな
るように切り替え、設定した直流電圧を直流電圧電源９
により印加する。接合界面応力の低減工程においては演
算部１２により電荷量を算出し続け、予め設定した所望
の電荷量（図２中面積Ｂに相当する。）に到達した時点
で制御部１１は直流電圧電源９の駆動および温度コント
ローラ８の駆動を停止する。

【００２１】次に、この装置を用いた場合の具体的な接
合方法および接合界面に発生する応力の低減について説
明する。

【００２２】図１に示される陽極接合装置において加熱
ヒータ６上に載置した第１の電極板４上に直径３イン
チ、厚さ０．３ｍｍのシリコンウエハ１を載置し、その
上に直径３インチ、厚さ１ｍｍのパイレックスガラス基
板２を両部材の接合面が当接するように重ねる。次に、
ガラス基板２の上に直径３インチ、厚さ１ｍｍのパイレ
ックスガラスのダミーガラス３を載置し、ダミーガラス
３上に第２の電極板５を載置する。次に、接合工程およ
び応力制御工程における条件を制御部１１に入力する。

【００２３】本実施例においては次の条件で実施した。
接合工程においては第１の電極板４を陽極、第２の電極
板５を陰極とし、加熱温度は３５０℃、直流電圧値は６
００ボルト、加熱開始から直流電圧を印加する時間は２
０分、直流電圧の通電時間は２０分とした。また、応力
制御工程においては第１の電極板４を陰極、第２の電極
板５を陽極とし、加熱温度は３５０℃とした。接合工程
時と同じ加熱温度としたので待機時間はゼロである。逆
方向の印加電圧値は３００ボルト、接合時に移動した電
荷量に対して逆方向に移動させる電荷量は１００分の１
と設定した。そして、接合工程を開始する。制御部１１
からの接合工程開始信号により温度コントローラ１１が
駆動される。温度コントローラ８は設定温度３５０℃に
なるように温度センサ１２の検出信号に基づいて加熱ヒ
ータ６を制御する。直流電圧を印加する時間に達した時
点で制御部１１は第１の電極板４が陽極、第２の電極板
５が陰極となるようにする。その後、制御部１１は直流
電圧電源９を駆動し、接合する部材に６００ボルトの直
流電圧を印加し、設定した時間通電し続ける。この接合
工程において電流モニタ１０で監視した電流波形を図２
に示す。接合直後はパイレックスガラス基板２中の可動
イオンであるナトリウムイオンが移動し、急激に電流が
流れる。接合の進行に伴い電流値は低下し、接合完了に
おいてはほとんど電流は流れなくなる。

【００２４】図３にこの時のパイレックスガラス基板２
内部の挙動を示す。ナトリウムイオンの移動に伴い空間
電荷層、いわゆるナトリウムイオン欠乏層が形成され
る。この層はパイレックスガラス母材に比べ熱膨張係数
が小さいため、シリコンウエハ１とパイレックスガラス
基板２の接合後、温度を常温に戻すことによって接合界
面には圧縮応力が発生する。接合工程において移動した
電荷量は図２中の面積Ａに相当する。この面積Ａを演算
部１２により演算し、電荷量を算出する。本実施例で移
動した電荷量は２．５クーロンであった。

【００２５】接合界面応力の低減工程について説明す
る。設定した通電時間が経過した時点で制御部１１は直
流電圧電源９を停止させる。次に、制御部１１は第１の
電極板４が陰極、第２の電極板５が陽極となるように切
り替え、３００ボルトの直流電圧を直流電圧電源９によ
り印加する。接合界面応力の低減工程においては演算部
１２により電荷量を算出し続け、接合工程において移動
した電荷量に対して１００分の１に到達した時点で制御
部１１は直流電圧電源９の駆動および温度コントローラ
８の駆動を停止する。図４に応力低減工程におけるパイ
レックスガラス基板２の内部の挙動を示す。接合時とは
逆方向の直流電圧を印加することにより接合において形
成されたナトリウムイオン欠乏層２０にナトリウムイオ
ンは移動する。本実施例の接合界面応力低減工程におい
て逆方向に移動させた電荷量は０．０２５クーロンであ
る。

【００２６】本実施例の接合工程のみを実施したナトリ
ウムイオン欠乏層には約３０ＭＰａの圧縮応力が発生し
ていることがわかった。その応力は本実施例の応力低減
工程を行うことにより約２０ＭＰａに低減できた。接合
時に移動したナトリウムイオン量に対して逆方向に移動
させるナトリウムイオン量の割合のみを５０分の１と、
設定変更して応力低減工程を行った場合、ナトリウムイ
オン欠乏層の応力は約１５ＭＰａに低減できた。また、
逆方向の印加電圧値を６００ボルト、接合時に移動した
ナトリウムイオン量に対して逆方向に移動させるナトリ
ウムイオン量の割合を１と、設定変更して応力低減工程
を行った場合、ナトリウムイオン欠乏層の応力はゼロに
はならなかったが、約３ＭＰａに低減できた。さらに、
接合時に移動したナトリウムイオン量に対して逆方向に
移動させるナトリウムイオン量の割合を１より多くした
場合、シリコンウエハ１とパイレックスガラス基板２の
接合界面のパイレックスガラス基板２にナトリウムが析
出し、亀裂が発生した。この結果より、陽極接合により
発生した接合界面応力を低減させる工程においては接合
時に移動した電荷量に対して逆方向に移動させる電荷量
の割合は１以下が望ましく、その制御が可能な本発明の
陽極接合装置の有用性が理解できる。

【００２７】本実施例の接合部材について接合工程のみ
を行った接合部材と応力低減工程を行った接合部材の接
合強度評価を行った。評価方法は接合部材を１０ｍｍ角
に切り出し、シリコン１およびパイレックスガラス基板
２の接合反対面に治具を接着して引張試験を行った。測
定した試料は接合工程のみを行った接合部材、接合時に
移動した電荷量に対して逆方向に移動させた電荷量が１
００分の１および５０分の１の接合部材の３種類であ
る。３種類の試料は全てパイレックスガラス基板２が母
材破壊した。この結果から応力低減工程を行っても十分
な接合強度が得られることがわかった。

【００２８】（第２実施例） 本発明の好適な第２の実
施例を図５を用いて説明する。なお、前記実施例と対応
する部材等には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００２９】加熱ヒータ６と、温度センサ７と、温度コ
ントローラ８と、シリコンウエハに接続される第１の電
極板２５と、ガラスなどの絶縁部材を介してシリコンウ
エハと接続される第２の電極板２６および第３の電極板
２７と、直流電圧電源９と、電流モニタ１０と、制御部
１１と、演算部１２から構成されている。

【００３０】次にこの装置を用いた接合方法および接合
界面に発生する応力の低減について説明する。

【００３１】図５に示される陽極接合装置において加熱
ヒータ６上に載置した第３の電極板２７上に直径３イン
チ、厚さ１ｍｍの下部ダミーガラス３ｂ、直径３イン
チ、厚さ１ｍｍの下部パイレックスガラス基板２ｂ、直
径３インチ、厚さ０．３ｍｍのシリコンウエハ１、直径
３インチ、厚さ１ｍｍの上部パイレックスガラス基板２
ａ、直径３インチ、厚さ１ｍｍの上部ダミーガラス３ａ
を順に重ねる。次に、上部ダミーガラス３ａ上に第２の
電極板２６を、前記シリコンウエハ１の一部に第１の電
極板２５を載置する。前記上部パイレックスガラス基板
２ａおよび前記上部ダミーガラス３ａは第１の電極板２
５がシリコンウエハ１に載置できるように予めその一部
を除去した。次に、接合工程および応力制御工程におけ
る条件を制御部１１に入力する。本実施例においては次
の条件で実施した。接合工程においては極性切替スイッ
チ１１ａにより第３の電極板２７および第２の電極板２
６を陰極、第１の電極板２５を陽極とし、加熱温度は３
５０℃、直流電圧値は６００ボルト、加熱開始から直流
電圧を印加する時間は２０分、直流電圧の通電時間は２
０分とした。また、応力制御工程においては第３の電極
板２７および第２の電極板２６を陽極、第１の電極板２
５を陰極とし、加熱温度は３５０℃とし、接合工程時と
同じ加熱温度としたので待機時間はゼロとし、逆方向の
印加電圧値は３００ボルト、接合時に移動した電荷量に
対して逆方向に移動させる電荷量は５０分の１と設定し
た。そして、接合工程を開始する。制御部１１からの接
合工程開始信号により温度コントローラ８が駆動され
る。温度コントローラ８は設定温度３５０℃になるよう
に温度センサ７の検出信号に基づいて加熱ヒータ６を制
御する。直流電圧を印加する時間に達した時点で制御部
１１は第３の電極板２７および第２の電極板２６が陰
極、第１の電極板２５が陽極となるようにする。その
後、制御部１１は直流電圧電源９を駆動し、接合する部
材に６００ボルトの直流電圧を印加し、設定した時間、
通電し続ける。

【００３２】接合界面応力の低減工程について説明す
る。設定した通電時間が経過した時点で制御部１１は直
流電圧電源９を停止させる。本実施例で移動した電荷量
は５．０クーロンであった。次に、制御部１１は極性切
替スイッチ１１ａを制御して第３の電極板２７および第
２の電極板２６が陽極、第１の電極板２５が陰極となる
ように切り替え、３００ボルトの直流電圧を直流電圧電
源９により印加する。接合界面応力の低減工程において
は演算部１２により電荷量を算出し続け、接合工程にお
いて移動した電荷量に対して５０分の１の電荷量に到達
した時点で制御部１１は直流電圧電源９の駆動および温
度コントローラ８の駆動を停止する。接合界面応力低減
工程において逆方向に移動させた電荷量は０．１クーロ
ンである。本実施例ではシリコンウエハ１の上下面にほ
ぼ同じ形状のパイレックスガラス基板２ａ、２ｂを陽極
接合しているため、応力に起因して発生する接合部材の
反りは相殺され、ほぼゼロであった。しかし、接合工程
のみを実施した上下部パイレックスガラス基板２ａ、２
ｂのナトリウムイオン欠乏層には共に、約３０ＭＰａの
圧縮応力が発生した。その応力は本実施例の応力低減工
程を行うことにより約１５ＭＰａに低減できた。

【００３３】（第３実施例） 本発明の陽極接合装置を
用いて製作した容量型加速度センサについて説明する。

【００３４】なお、前記実施例と対応する部材等には同
一符号を付し、その説明は省略する。

【００３５】図６には容量型加速度センサを示す平面説
明図が示されており、図７および図８には、各々図６に
示すＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面の説明図が示されてい
る。本実施例の容量型加速度センサのシリコン構造体４
０は単結晶シリコンを用いて形成されている。このシリ
コン構造体４０は水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用
いたエッチング加工により形成されたバネ性を有した梁
４１ａおよび可動電極として機能する重り４１ｂから成
るシリコン可動部４１を具備している。このシリコン構
造体４０の第１の接合面４０ａ全域には第１の絶縁膜４
２としてシリコン酸化膜が膜厚５０ｎｍに形成されてい
る。そして、この第１の絶縁膜４２の表面には可動電極
出力端子４３、上部固定電極出力端子４４、上部接続配
線４５、上部固定電極出力接続端子４７および上部固定
電極出力端子リード４８が厚さ１μｍのアルミニウム膜
を成膜して、これをフォトエッチングすることにより形
成される。なお、これらを形成する前に、予め可動電極
出力端子４３の下の一部にはフォトエッチングにより第
１の絶縁膜４２をシリコン構造体４０に到達するように
開口した上部接続孔４６が形成されており、可動電極出
力端子４３および上部固定電極出力端子４４を介して上
部固定電極出力接続端子４７はシリコン構造体４０と接
続される。一方、シリコン構造体４０の第２の接合面４
０ｂ全域には第２の絶縁膜４９としてシリコン酸化膜が
膜厚５０ｎｍに形成されている。そして、この第２の絶
縁膜４９の一部にはフォトエッチングにより第２の絶縁
膜４９をシリコン構造体４０に到達するように開口した
下部接続孔６７が形成されている。そして、この下部接
続孔６７には厚さ１μｍのアルミニウム膜から成るシリ
コン接続端子６８が形成されている。

【００３６】シリコン構造体４０の第１の接合面４０ａ
に陽極接合する上部ガラス部材５０はパイレックスガラ
スを用いて形成されている。この上部ガラス部材５０の
接合面５０ａにはシリコン構造体４０のシリコン可動部
４１および上部固定電極出力接続端子４７を覆うように
所望の深さの座ぐり加工が施されている。更に、この座
ぐり加工は上部ガラス部材５０の上部固定電極リード５
４および上部固定電極接続端子５５の形成領域にも行わ
れている。そして、座ぐり加工面５１には上部固定電極
５２、上部固定電極リード５４、上部固定電極接続端子
５５が厚さ５０ｎｍのチタン膜と厚さ５０ｎｍのアルミ
ニウム膜を成膜して、これをフォトエッチングすること
によりパターニングしている。一方、シリコン構造体４
０の第２の接合面４０ｂに陽極接合するパイレックスガ
ラスから成る下部ガラス部材６０の接合面６０ａにはシ
リコン構造体４０のシリコン可動部４１を覆うように所
望の深さの座ぐり加工が施されている。この座ぐり加工
は下部ガラス部材６０の下部固定電極リード６３および
下部接続端子６６の形成領域にも行われている。そし
て、座ぐり加工面６１には下部固定電極６２、下部固定
電極リード６３および下部接続端子６６が厚さ５０ｎｍ
のチタン膜と厚さ５０ｎｍのアルミニウム膜を成膜し
て、これをフォトエッチングにより形成している。本実
施例において、座ぐり加工はフッ化水素溶液を用いてエ
ッチング加工されている。

【００３７】次に、この３つの接合部材の接合方法につ
いて説明する。

【００３８】加熱ヒータ６上に第３の電極板２７を設置
し、下部ダミーガラス１００を載置する。その上に下部
ガラス部材６０、シリコン構造体４０を、それらの接合
面６０ａ、４０ｂが当接するように重ねる。この時の位
置合わせ方法は両部材６０、４０の２つの角を合わせる
ことにより行う。これにより下部接続端子６６とシリコ
ン接続端子６８とが当接され、下部ガラス部材６０とシ
リコン構造体４０とが電気的に接続される。次に、シリ
コン構造体４０上に上部ガラス部材５０を、接合面４０
ａ、５０ａが当接するように重ね、位置合わせを行う。
この時の位置合わせ方法は上部ガラス部材５０の上方か
ら光学顕微鏡を用いて行う。これにより、上部固定電極
出力接続端子４７と上部固定電極接続端子５５とが当接
され、シリコン構造体４０と上部固定電極とが電気的に
接続される。上部ガラス部材５０上には上部ダミーガラ
ス２００を載置し、その上に第２の電極板２６を設置す
る。シリコン構造体４０の可動電極出力端子４３上には
第１の電極板２５を当接する。このように設置後、接合
工程および応力制御工程における条件を制御部１１に入
力する。本実施例においては次の条件で実施した。接合
工程においては第３の電極板２７および第２の電極板２
６を陰極、第１の電極板２５を陽極とし、加熱温度は３
５０℃、直流電圧値は６００ボルト、加熱開始から直流
電圧を印加する時間は２０分、直流電圧の通電時間は２
０分とした。また、応力制御工程においては第３の電極
板２７および第２の電極板２６を陽極、第３の電極板２
５を陰極とし、加熱温度は３５０℃とし、接合工程時と
同じ加熱温度としたので待機時間はゼロとし、逆方向の
印加電圧値は３００ボルト、接合時に移動した電荷量に
対して逆方向に移動させる電荷量は５０分の１と設定し
た。そして、接合工程を開始する。制御部１１からの接
合工程開始信号により温度コントローラ８が駆動され
る。温度コントローラ８は温度センサ７の検出信号に基
づいて加熱ヒータ６の温度が３５０℃になるように制御
する。直流電圧を印加する時間に達した時点で制御部１
１は極性切替スイッチ１１ａを制御して第３の電極板２
７および第２の電極板２６が陰極、第３の電極板２５が
陽極となるようにする。その後、制御部１１は直流電圧
電源９を駆動し、接合する部材に６００ボルトの直流電
圧を印加し、設定した時間、通電し続ける。

【００３９】接合界面応力の低減工程について説明す
る。設定した通電時間が経過した時点で制御部１１は直
流電圧電源９を停止させる。本実施例で移動した電荷量
は０．０５クーロンであった。次に、制御部１１は極性
切替スイッチ１１ａを制御して第３の電極板２７および
第２の電極板２６が陽極、第１の電極板２５が陰極とな
るように切り替え、３００ボルトの直流電圧を直流電圧
電源９により印加する。接合界面応力の低減工程におい
ては計算機１２により電荷量を算出し続け、接合工程に
おいて移動した電荷量に対して５０分の１イオンの量に
到達した時点で制御部１１は直流電圧電源９の駆動およ
び温度コントローラ８の駆動を停止する。接合界面応力
低減工程において逆方向に移動させた電荷量は０．００
１クーロンである。

【００４０】接合工程および応力低減工程において、シ
リコン構造体４０と上部固定電極５２および下部固定電
極６２は同電位であるため、直流電圧印加による静電気
力の発生が防止でき、シリコン可動部４１が上部固定電
極５２あるいは下部固定電極６２に引き付けられ、固着
するような問題はなく、シリコン構造体４０と上部ガラ
ス部材４０および下部ガラス部材５０はそれぞれの接合
面４０ａと５０ａおよび４０ｂと６０ａで陽極接合され
る。

【００４１】接合工程および応力低減工程完了後、上部
接続配線４５および下部接続配線６５はダイシングある
いはレーザにより切断し、シリコン構造体４０と上部固
定電極５２および下部固定電極６２とを電気的に分離す
る。これにより、加速度印加によって変位するシリコン
可動部４１と上部固定電極５２および下部固定電極６２
間の静電容量変化をそれぞれに接続された可動電極出力
端子４３と上部固定電極出力端子７４および下部固定電
極出力端子６４を用いて検出し、差動出力することによ
り高感度な加速度計測が可能となる。

【００４２】本実施例において、シリコン可動部４０の
梁４１ａの１本の寸法は長さ６７０μｍ、幅２５０μ
ｍ、厚さ１０μｍである。また、重り４１ｂの寸法は３
ｍｍ角、高さ３００μｍであり、重りの両辺に各２本、
合計４本の梁を形成した。そして、上部ガラス部材４０
および下部ガラス部材６０の座ぐり加工深さは１μｍで
ある。応力低減工程の評価を行うために、接合工程およ
び応力低減工程を行った容量型加速度センサと接合工程
のみの容量型加速度センサとの加速度感度の比較を行っ
た。感度測定は重力加速度を利用して行った。接合工程
のみの容量型加速度センサに比べ、応力低減工程まで行
った容量型加速度センサの感度は１．４倍となった。こ
の結果から、本発明の陽極接合装置の有用性が理解でき
る。

【００４３】（他の実施例） なお、前記各実施例にお
いては、接合工程および応力低減工程は大気中で行って
いるが、これに限らず、接合を行う周囲を密閉容器で覆
い真空中あるいは不活性ガス中で接合工程および応力低
減工程を行っても、何等、本発明の効果は変わることは
ない。また、前記各実施例において、電極の切替指示を
制御部１１が行っているが、これに限定するものではな
く他の手段、例えば手動でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる陽極接合装置の好適な第１実施
例を示す説明図である。

【図２】接合部材に流れる電流波形を示す説明図であ
る。

【図３】接合工程におけるガラス基板内部の挙動を表わ
す説明図である。

【図４】応力低減工程におけるガラス基板内部の挙動を
表わす説明図である。

【図５】本発明に係わる陽極接合装置の好適な第２実施
例を示す説明図である。

【図６】本発明の陽極接合装置を用いて製作した容量型
加速度センサの平面説明図である。

【図７】本発明の陽極接合装置を用いて製作した容量型
加速度センサの断面説明図である。

【図８】本発明の陽極接合装置を用いて製作した容量型
加速度センサの断面説明図である。

【図９】従来の陽極接合装置を示す概略説明図である。

【符号の説明】

４ 第１の電極板 ５ 第２の電極板 ６ 加熱ヒータ ７ 温度センサ ８ 温度コントローラ ９ 直流電圧電源 １０ 電流モニタ １１ 制御部 １２ 演算部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウエハに当接する第１の電極
   と、 前記シリコンウエハに当接する可動イオンを含むガラス
   部材の、シリコンウエハ当接面に対する背面に当接する
   第２の電極と、 前記第１および第２の電極に直流電圧を印加する直流電
   圧電源と、 前記直流電圧電源の出力電圧を制御する制御部と、 前記シリコンウエハおよび前記ガラス部材を加熱する加
   熱手段と、 前記第１および第２の電極間に流れる電流を監視する電
   流モニタと、 前記電流モニタの出力に基づき前記ガラス部材内の移動
   電荷量を算出する移動電荷量算出手段と、 前記第１の電極と第２の電極の極性を切り替える切替手
   段と、を有することを特徴とする陽極接合装置。
2. 【請求項２】 シリコンウエハに当接する第１の電極
   と、 前記シリコンウエハの表面に当接する可動イオンを含む
   第１のガラス部材の、シリコンウエハ当接面に対する背
   面に当接する第２の電極と、 前記シリコンウエハの裏面に当接する可動イオンを含む
   第２のガラス部材の、シリコンウエハ当接面に対する背
   面に当接する第３の電極と、 前記第１および第２の電極の間と、第１および第３の電
   極の間との各々に直流電圧を印加する直流電圧源と、 前記直流電圧源の出力電圧を制御する制御部と、 前記シリコンウエハおよび前記絶縁部材を加熱する加熱
   手段と、 前記第１および第２の電極間と、前記第１および第３の
   電極間に流れる電流を監視する電流モニタと、 前記電流モニタの出力に基づき前記第１および第２のガ
   ラス部材内の移動電荷量を算出する移動電荷量算出手段
   と、 前記第１の電極と、前記第２および前記第３の電極との
   極性を切り替える切替手段と、 を有することを特徴とする陽極接合装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の陽極接合装置
   において、前記制御部は、前記移動電荷量算出手段によ
   って算出された接合工程中に移動した電荷量とほぼ等し
   い電荷量を移動させる応力低減工程を実施することを特
   徴とする陽極接合装置。