(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と前記固定部の内側あるいは外側に位置する可動部を有する複数のＭＥＭＳデバイスを半導体基板に形成し、
ガラス基板の一方の面を前記複数のＭＥＭＳデバイスが形成された前記半導体基板と重ね合わせた状態で、前記複数のＭＥＭＳデバイスの可動部に各々対向する位置に複数の貫通孔が形成された電極板を前記ガラス基板の他方の面に接触させ、
前記半導体基板と前記電極板の間に電圧を印加して前記半導体基板と前記ガラス基板の陽極接合を行い、
前記電極板は前記半導体基板と位置合わせをするための第１のアライメントマークを有し、
前記複数のＭＥＭＳデバイスを半導体基板に形成するときに、前記半導体基板に第２のアライメントマークを形成し、
前記半導体基板と前記ガラス基板とを重ね合わせ、前記電極板を前記ガラス基板の他方の面に接触させるとき、前記電極板に設けられた前記第１のアライメントマークと前記半導体基板に形成された前記第２のアライメントマークとを重ね合わせる
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２】
前記電極板としてグラファイト板を用いることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力により可動する可動部を有するＭＥＭＳデバイスの製造方法及びＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて、半導体基板に枠状の固定部と固定部の内側あるいは外側に可撓部で支持された可動部を形成するタイプのデバイスが実用化されている。このようなデバイスとしては、例えば、加速度センサ、角速度センサ等がある。また、ＭＥＭＳ技術を用いて、半導体基板に枠状の固定部と固定部の内側に配置されたダイアフラム状可動部を有するデバイスとして、例えば、圧力センサ、マイクロポンプ等が実用化されている。
【０００３】
上記のようなデバイスでは、可動部を安定して変位させるため、半導体基板を封止材（例えば、ガラス基板等）で密封又は蓋をする構造がとられており、半導体基板とガラス基板の接合には陽極接合技術が利用されている。陽極接合は、ＭＥＭＳデバイスを形成した半導体基板と封止材としてのガラス基板を重ね合わせた状態で加熱しながら半導体基板とガラス基板に電圧を印加して、共有結合により接合する技術である。
【０００４】
しかし、陽極接合時に静電引力により可動部が変形し、ガラス基板に張り付いてしまうという問題が発生していた。この現象の一例を図１３に示す。図１３はＭＥＭＳデバイスとして加速度センサ１０の構成例を示す。この加速度センサ１０は、半導体基板１１に枠状の固定部１２と固定部１２の内側に可撓部１３で支持された可動部１４を形成している。また、図１３において、１５はガラス基板、２１は陽極接合時にガラス基板１５全面に電圧を印加するため電極板、２２は陽極接合用の直流高圧電源である。直流高圧電源２２は、ガラス基板１５にマイナス電圧を印加するように負電極を電極板２１に接続し、正電極を半導体基板に接続している。電極板２１は陽極接合時のみにガラス基板１５上に配置される。図１３（Ａ）は陽極接合前の状態を示し、直流高圧電源２２から半導体基板１１とガラス基板１５には電圧は印加されていない。そして、陽極接合する際は、半導体基板１１とガラス基板１５を重ね合わせた状態で、例えば、４００℃程度で加熱しながら直流高圧電源２２から５００Ｖ程度のマイナス電圧をガラス基板１５に印加して、半導体基板１１とガラス基板１５を陽極接合する。図１３（Ｂ）は陽極接合時の状態を示す。ガラス基板１５は、Ｎａイオンなどの可動イオンを含む、いわゆるパイレックス（登録商標）ガラスである。陽極接合時は、図１３（Ｂ）に示すようにガラス基板１５内のＮａイオン（Ｎａ＋）は印加されたマイナス電圧により電極板２１側に移動し、ガラス基板１５と半導体基板１１との間に静電引力を発生させて、ガラス基板１５と半導体基板１１の界面で共有結合が発生する。この時、静電引力により図１３（Ｂ）に示すように可動部１４がガラス基板１５に張り付いてしまうという問題が生じる。
【０００５】
このような問題を解決するため、例えば、特許文献１の容量型加速度センサがある。この容量型加速度センサは、上記問題を防止するため、可動部が対向するガラス基板上に窒化珪素からなる凸部を設けている。また、この容量型加速度センサは、上記問題を防止するため、ガラス基板の可動部対向面を非鏡面としている。
【０００６】
また、上記問題を解決するため、例えば、特許文献２に加速度センサがある。この加速度センサは、可動電極と固定電極との張り付きを防止するため、可動電極、固定電極および枠部分の側面に付着防止用膜（ステン膜）を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１８７０４１号公報
【特許文献２】特開２００１−３０８３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の容量型加速度センサではガラス基板上に窒化珪素からなる凸部を設け、特許文献２の加速度センサでは付着防止用膜（ステン）を設けているが、これらの構造を形成するために工数が増加し、デバイスの製造コストを上昇させる。
【０００９】
また、陽極接合時に可動部の張り付き防止のためにガラス基板の半導体基板との接合面に、Ｃｒ等の張り付き防止膜を形成する方法もあるが、成膜後の接合面の洗浄に酸やアルカリ等を使用できなくなるため、パーティクルや変質層の除去が困難になり、陽極接合時に接合不良の原因となる。これは、特許文献２の加速度センサにおいてガラス基板の可動部対向面を非鏡面とする場合も同様である。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑み、陽極接合時に可動部がガラス基板へ張り付くことを防止し、製造コストを抑制し、且つ接合不良を防止するＭＥＭＳデバイスの製造方法及びＭＥＭＳデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、固定部と前記固定部の内側あるいは外側に位置する可動部を有する複数のＭＥＭＳデバイスを半導体基板に形成し、ガラス基板の一方の面を前記複数のＭＥＭＳデバイスが形成された前記半導体基板と重ね合わせた状態で、前記複数のＭＥＭＳデバイスの可動部に各々対向する位置に複数の貫通孔が形成された電極板を前記ガラス基板の他方の面に接触させ、前記半導体基板と前記電極板の間に電圧を印加して前記半導体基板と前記ガラス基板の陽極接合を行い、前記電極板は前記半導体基板と位置合わせをするための第１のアライメントマークを有し、前記複数のＭＥＭＳデバイスを半導体基板に形成するときに、前記半導体基板に第２のアライメントマークを形成し、前記半導体基板と前記ガラス基板とを重ね合わせ、前記電極板を前記ガラス基板の他方の面に接触させるとき、前記電極板に設けられた前記第１のアライメントマークと前記半導体基板に形成された前記第２のアライメントマークとを重ね合わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体基板との陽極接合部分に合わせてガラス基板の上面の一部領域に導電部材を配置して陽極接合を行うことにより、陽極接合時に可動部がガラス基板へ張り付くことを防止し、製造コストを抑制し、且つ接合不良を防止するＭＥＭＳデバイスの製造方法及びＭＥＭＳデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加速度センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る加速度センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は加工前の半導体基板を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板にフレーム、可撓部、可動部を形成する工程を示す断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の半導体基板に導電膜を形成したガラス基板を重ねる工程を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る加速度センサの陽極接合工程を示す図であり、（Ａ）は半導体基板とガラス基板に電圧を印加する前の状態を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板とガラス基板に電圧を印加して陽極接合した状態を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る加速度センサの陽極接合前後のイオン分布を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る加速度センサの導電膜の形成例を示す図であり、（Ａ）は可動部の周囲に導電膜を形成した例を示す平面図、（Ｂ）は固定部と可撓部の一部を含む領域に導電膜を形成した例を示す平面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る加速度センサの導電膜の形成例を示す図であり、（Ａ）は固定部に対応する領域に導電膜を形成した例を示す平面図、（Ｂ）はスクライブラインの形成位置に合わせて導電膜を形成した例を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロポンプの概略構成を示す図であり、（Ａ）はマイクロポンプの概略構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のマイクロポンプをＡ−Ａ線から見た構成を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係るマイクロポンプの製造方法を示す図であり、（Ａ）は加工前の半導体基板を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板上にレジストパターンを形成する工程を示す断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のレジストパターンにより半導体基板を加工する工程を示す断面図、（Ｄ）はシリコン酸化膜により半導体基板を加工する工程を示す断面図である。
【図９】（Ａ）は図９（Ｄ）の半導体基板にガラス基板を陽極接合する工程を示す断面図、（Ｂ）は圧電素子を接着する工程を示す断面図である。
【図１０】比較例１に係るマイクロポンプの（Ａ）は陽極接合時の構成を示す断面図、（Ｂ）は陽極接合後の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る加速度センサの（Ａ）は電極板の構成例を示す平面図、（Ｂ）複数の加速度センサを形成した半導体基板の構成例を示す平面図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る陽極接合工程を示す図であり、（Ａ）は半導体基板とガラス基板の構成例を示す平面図、（Ｂ）は陽極接合前の半導体基板とガラス基板を重ね合わせる工程を示す平面図、（Ｃ）は（Ｂ）に更に電極板を重ね合わせる工程を示す平面図である。
【図１３】従来の加速度センサの陽極接合工程を示す図であり、（Ａ）は陽極接合前の加速度センサの概略構成を示す断面図、（Ｂ）は陽極接合時の加速度センサの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、ＭＥＭＳデバイスとして加速度センサを製造する例について説明する。
【００２０】
＜加速度センサの構成＞
まず、第１の実施の形態に係る加速度センサの構成について図１を参照して説明する。図１は第１の実施の形態に係る加速度センサ１００の概略構成を示す断面図である。図１において、加速度センサ１００は、枠状の固定部１０２と固定部１０２の内側に可撓部１３により変位可能に支持される可動部１０４とを有する半導体基板１０１と、ガラス基板１０５と、を備える。この加速度センサ１００は、加速度の作用に起因して生じる可動部１０４の変位を検出する。
【００２１】
半導体基板１０１としては、例えば、上面からシリコン膜、シリコン酸化膜、シリコン基板が順に積層して構成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等が用いられる。なお、半導体基板１０１の厚さや大きさは特に限定されず、用途や、機能などに応じて任意に選択することが可能である。
【００２２】
ガラス基板１０５には、半導体基板１０１と接合する接合面と対向する面（図中の上面）にＡｌ等により導電膜１０６が形成される。なお、導電膜１０６はＡｌに限定するものではなく、導電性を有し、陽極接合時の温度に耐えられる材料であればよい。例えば、Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ等の金属材料からなる一層ないし多層構造を採用することができる。導電膜１０６としてＡｌを用いることが低コスト、製造上の容易性の点で好ましい。この導電膜１０６は、半導体基板１０１とガラス基板１０５を陽極接合する際の接合部分に合わせて形成される。この導電膜１０６により、ガラス基板１０５に印加される電圧は、ガラス基板１０５の全面ではなく半導体基板１０１とガラス基板１０５の接合部分と対向する部分に主に印加される。なお、ガラス基板１０５としては、例えば、Ｎａイオンなどの可動イオンを含む、いわゆるテンパックス（登録商標）ガラス等が用いられる。
【００２３】
＜加速度センサの製造方法＞
以下、加速度センサ１００の製造方法について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２及び図３は、図１に示した加速度センサ１００の断面図に基づいて各製造工程を示している。
【００２４】
（１）半導体基板の準備（図２（Ａ）参照）
半導体基板１０１として上述のＳＯＩ基板を用意する。半導体基板１０１は、ＳＩＭＯＸないし、貼り合せ法等により作成される。
【００２５】
（２）半導体基板の加工（図２（Ｂ）参照）
半導体基板１０１に固定部１０２、可撓部１０３及び可動部１４０を加工するためのマスクを形成し、該マスクを介して半導体基板１０１をエッチングすることにより、固定部１０２、可撓部１０３及び可動部１０４を形成する位置に凹部を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。
【００２６】
（３）ガラス基板の加工（図２（Ｃ）参照）
可動イオンを含むガラス基板１０５の上面に、半導体基板１０１とガラス基板１０５を陽極接合する際の接合部分に合わせてＡｌ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ等により導電膜１０６を形成する。図２（Ｃ）に示す導電膜１０６は左右に分離して形成されているように見えるが、実際にはガラス基板１０５上面の外周部に連続して形成されている（図４参照）。なお、導電膜１０６の形成位置は、接合部分に限るものではない。例えば、複数の加速度センサを形成した半導体基板とガラス基板を陽極接合する場合は、加速度センサチップ間の境界部分に形成されるスクライブラインの形成位置に合わせて形成してもよい。この例は、後述する第３の実施の形態において説明する。また、ガラス基板１０５の上面において導電膜１０６を形成する領域は、図２（Ｃ）に示す領域に限定するものではなく、図２（Ｃ）に示す可動部１０４に対向する領域Ａを除いて形成することが望ましい。この導電膜１０６の形成領域に関する他の例については後述する。
【００２７】
（４）半導体基板とガラス基板の位置合わせ（図２（Ｄ）参照）
半導体基板１０１の接合面とガラス基板１０５の接合面の位置を合わせる。この場合、半導体基板１０１に予め形成されたアライメントマーク（図示せず）とガラス基板１０５に予め形成されたアライメントマーク（図示せず）に基づいて位置合わせが行われる。
【００２８】
（５）陽極接合の準備（図３（Ａ）参照）
半導体基板１０１の接合面と対向する面（図中の下面）に電極板１２１を配置し、導電膜１０６の上面に電極板１２１を配置し、直流高電圧電源１２２の負電極を導電膜１０６に電気的に接続し、直流高電圧電源１２２の正電極を電極板１２１に電気的に接続する。なお、電極板１２１としては、例えば、カーボン基板等が用いられる。なお、この場合、半導体基板１０１の接合面とガラス基板１０５の対向面との間のギャップは、例えば、５μｍ〜１０μｍである。また、電極板１２１はカーボン基板に限定するものではなく、導電性を有し剛性がある材料からなる板状体であればよい。例えば、グラファイト（Ｃ），あるいは金属材料等を採用することができる。金属汚染による影響を考慮すると電極板１２１としてグラファイトを用いることが好ましい。
【００２９】
（６）陽極接合（図３（Ｂ）参照）
半導体基板１０１とガラス基板１０５を重ね合わせた状態で、例えば、４００℃程度で加熱しながら直流高圧電源２２から５００Ｖ程度のマイナス電圧をガラス基板１０５に印加して、半導体基板１０１とガラス基板１０５の陽極接合を行う。この場合、ガラス基板１０５に印加される電圧は、導電膜１０６が形成された部分に主に印加される。このため、図３（Ｂ）に「共有接合部分」として示すように、半導体基板１０１とガラス基板１０５が接触する部分において共有結合が発生する。すなわち、導電膜１０６に印加されたマイナス電圧により、半導体基板１０１の固定部１０２と対向するガラス基板１０５の内部において主にＮａ＋イオン（可動イオン）をガラス基板１０５の上面側に拡散させ、半導体基板１０１の可動部１０４に対向するガラス基板１０５の内部ではＮａ＋イオン（可動イオン）の拡散は抑制される。このため、静電引力が可動部１０４に及ぼす影響が減少し、可動部１０４がガラス基板１０５に張り付く現象（スティッキング）が防止される。
【００３０】
ここで、陽極接合前後のガラス基板１０５内のＮａ＋イオン（可動イオン）の分布状態について図４を参照して説明する。図４（Ａ）は、図３（Ｂ）に示した加速度センサ１００をガラス基板１０５の上面側から見た平面図であり、その外周部に導電膜１０６が形成されている。導電膜１０６の内側に示す点線は、半導体基板１０１の固定部１０２と可動部１０４の各位置を示す。この図４（Ａ）のＡ−Ａ線から見た断面におけるＮａ＋イオンの分布状態を図４（Ｂ）に示す。陽極接合前のガラス基板１０５内のＮａ＋イオンの分布状態は、図４（Ｂ）に示す「電圧印加前のＡ−Ａ断面の初期イオン分布」であり、ガラス基板１０５内に略一様に分布している。陽極接合後のガラス基板１０５内のＮａ＋イオンの分布状態は、図４（Ｂ）に示す「電圧印加後のＡ−Ａ断面のイオン分布」であり、導電膜１０６を形成した部分のイオン分布は大きく変化し、導電膜１０６を形成していない半導体基板１０１の可動部１０４に対向する部分のイオン分布は初期イオン分布と同様であり、殆ど変化はない。
【００３１】
図４（Ｂ）に示した陽極接合前後のガラス基板１０５内のＮａ＋イオンの分布状態の変化は、導電膜１０６を形成した部分は陽極接合時に電場が印加されたためガラス基板１０５内のＮａ＋イオンの濃度分布は低くなり、導電膜１０６を形成していない部分は陽極接合時に電場が印加されないためガラス基板１０５内のＮａ＋イオンの濃度分布は高いまま変化しないことを示している。電場が印加されない部分については静電引力が働かない。このため、加速度センサ１００の製造過程において、陽極接合時の接合部分に合わせてガラス基板１０５の上面の一部に導電膜１０６を形成して陽極接合を行うことにより、半導体基板１０１の可動部１０４が静電引力によりガラス基板１０５に張り付くことを防止できる。さらに、本第１の実施の形態では、ガラス基板１０５の上面の一部に導電膜１０６を形成するだけであるため、従来の特許文献１のように半導体基板側の加工が不要であり、製造コストの上昇を抑制できる。なお、図３では、陽極接合時に半導体基板１０１とガラス基板１０５の双方に電極板１２１を配置する場合を示したが、電極板１２１を用いずに導電膜１０６と半導体基板１０１に直接電圧を印加するようにしてもよい。
【００３２】
次に、図４（Ａ）に示した導電膜１０６の形成領域とは異なる領域に導電膜１０６を形成する例について、図５及び図６を参照して説明する。図５において、（Ａ）は可動部１０４の周囲に導電膜１０６を形成した例を示す平面図、（Ｂ）は固定部１０２と可撓部１０３の一部を含む領域に導電膜１０６を形成した例を示す平面図である。図６において、（Ａ）は固定部１０２に対応する領域に導電膜１０６を形成した例を示す平面図、（Ｂ）はスクライブラインの形成位置に合わせて導電膜１０６を形成した例を示す平面図である。
【００３３】
図５（Ａ）は可動部１０４の周囲に導電膜１０６を形成した例を示す。この場合、導電膜１０６の形成領域は、可動部１０４の形成領域を除いて固定部１０２及び可撓部１０３の大部分をカバーしている。このような導電膜１０６に対して陽極接合時に電圧を印加すると、図４（Ｂ）に示したように半導体基板１０１とガラス基板１０５の界面においてイオン分布が主に変化して共有結合が発生する。その結果、可動部１０４が静電引力によりガラス基板１０５に張り付くことを防止しながら、半導体基板１０１とガラス基板１０５を確実に接合することができる。
【００３４】
図５（Ｂ）は固定部１０２と可撓部１０３の一部を含む領域に導電膜１０６を形成した例を示す。この場合、導電膜１０６の形成領域の大きさは、図５（Ａ）に示した導電膜１０６の形成領域の大きさよりも小さい。このため、導電膜１０６を形成する際に用いるＡｌ等の材料の量を低減できる。このような導電膜１０６に対して陽極接合時に電圧を印加すると、図４（Ｂ）に示したように半導体基板１０１とガラス基板１０５の界面においてイオン分布が主に変化して共有結合が発生する。その結果、可動部１０４が静電引力によりガラス基板１０５に張り付くことを防止しながら、半導体基板１０１とガラス基板１０５を確実に接合することができる。
【００３５】
図６（Ａ）は固定部１０２に対応する領域に導電膜１０６を形成した例を示す。この場合、導電膜１０６の形成領域の大きさは、図５（Ｂ）に示した導電膜１０６の形成領域の大きさよりも更に小さい。このため、導電膜１０６を形成する際に用いるＡｌ等の材料の量を更に低減できる。このような導電膜１０６に対して陽極接合時に電圧を印加すると、図４（Ｂ）に示したように半導体基板１０１とガラス基板１０５の界面においてイオン分布が主に変化して共有結合が発生する。その結果、可動部１０４が静電引力によりガラス基板１０５に張り付くことを防止しながら、半導体基板１０１とガラス基板１０５を確実に接合することができる。
【００３６】
図６（Ｂ）はスクライブラインの形成位置に合わせて導電膜１０６を形成した例を示す。この場合、導電膜１０６の形成領域はスクライブライン上だけであるため、陽極接合後に加速度センサをスクライブラインで切断して個片化する際に、ガラス基板１０５上から導電膜１０６は除去される。このような導電膜１０６に対して陽極接合時に電圧を印加すると、図４（Ｂ）に示したように半導体基板１０１とガラス基板１０５の界面においてイオン分布が主に変化して共有結合が発生する。その結果、可動部１０４が静電引力によりガラス基板１０５に張り付くことを防止しながら、半導体基板１０１とガラス基板１０５を確実に接合することができる。また、スクライブラインの形成位置に合わせて導電膜１０６を形成した場合は、加速度センサをチップ化するダイシング工程において導電膜１０６が除去されるため、導電膜１０６を除去する工程が増加しない点で好ましい。
【００３７】
なお、図５（Ａ）、（Ｂ）及び図６（Ａ）、（Ｂ）に示した導電膜１０６の形成領域の各形状は一例であり、これらの形状に限定されるものではない。可動部１０４の外形形状が図５（Ａ）、（Ｂ）及び図６（Ａ）、（Ｂ）に示した矩形ではなく、例えば、円形等の他の形状である場合は、その外形形状に合わせて導電膜１０６の形成領域を適宜変更するようにしてもよい。また、本第１の実施の形態では加速度センサ１００に対して本発明を適用した例を説明したが、角速度センサのように半導体基板の上面側と下面側にガラス基板を陽極接合する構成に対しても本発明は適用可能である。この角速度センサを構成する半導体基板には、固定部、可撓部及び可動部が形成されており、可撓部と可動部の変位により角速度が検出される。この角速度センサの場合、上面側と下面側の各ガラス基板に対して上記と同様の導電膜を形成するが、可撓部と可動部の形成領域を除いて固定部の形成領域をカバーするように導電膜の形成領域を設定することが望ましい。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明に係る第２の実施の形態では、ＭＥＭＳデバイスとしてマイクロポンプを製造する例について、図７〜図９を参照して説明する。
【００３９】
＜マイクロポンプの構成＞
まず、第２の実施の形態に係るマイクロポンプの構成について図７を参照して説明する。図７は第２の実施の形態に係るマイクロポンプ２００の概略構成を示す断面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線から見た断面図である。図７において、マイクロポンプ２００は、ガラス基板２０１及びシリコン基板２０２から構成される。シリコン基板２０２には、ダイアフラム２０５が形成されている。マイクロポンプ２００は、サプライ（Supply）２１１と、ドレイン（Drain）２１２と、インレット（Inlet）２１３と、アウトレット（Outlet）２１４と、を有する。シリコン基板２０の下面には圧電素子２２０が配置され、ガラス基板２０１の上面の最外周部には導電膜２２１が形成されている。ダイアフラム２０５の形成部分はバルブ部２１５を形成する。バルブ部２１５は、圧電素子２２０からの圧力によりダイアフラム２０５が変形されると、流体をドレイン２１２方向に排出するバンプ機能を果たす。
【００４０】
このマイクロポンプ２００は、サプライ２１１から入った流体がインレット２１３を通過してバルブ部２１５に流入すると、圧電素子２２０の圧力変化によりダイアフラム２０５を変形させてポンプ機能を発揮して流体をアウトレット２１４方向に押し出す。押し出された流体はアウトレット２１４を通過してドレイン２１２から排出される。
【００４１】
圧電素子２２０は、例えば、ピエゾ素子ＰＺＴが用いられ、外部から印加される電圧を圧力に変換してダイアフラム２０５を変形させる。
【００４２】
＜マイクロポンプの製造方法＞
以下、マイクロポンプ２００の製造方法について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８及び図９は、図７（Ａ）に示したマイクロポンプ２００の断面図に基づいて各製造工程を示している。
【００４３】
（１）シリコン基板の準備（図８（Ａ）参照）
シリコン基板２０２を準備し、熱酸化して図８（Ａ）に示すように上面と下面の両面にシリコン酸化膜２３１，２３２を形成する。
【００４４】
（２）シリコン基板の加工（図８（Ｂ）参照）
シリコン酸化膜２３１をパターンニングした後、レジスト膜２３３を塗布し、このレジスト膜２３３をパターンニングしてサプライ２１１、ドレイン２１２及びダイアフラム２０５を形成するためのマスクを形成する。
【００４５】
（３）シリコン基板の加工（図８（Ｃ）参照）
レジスト膜２３３をマスクとして用いてシリコン基板２０２をエッチングすることにより、サプライ２１１、ドレイン２１２、インレット２１３及びアウトレット２１４となる部分を形成するとともに、ダイアフラム２０５を形成する位置に凹部２３４を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ法を用いることができる。次いで、残ったレジスト膜２３３を剥離する。
【００４６】
（４）シリコン基板の加工（図８（Ｄ）参照）
シリコン酸化膜２３１をマスクとして用いて、凹部２３４を更にエッチングしてダイアフラム２０５を形成する。次に、シリコン酸化膜２３１，２３２を除去した後、シリコン基板２０２の流路（サプライ２１１、ドレイン２１２、インレット２１３、アウトレット２１４を含む）を親水処理する。
【００４７】
（５）陽極接合（図９（Ａ）参照）
図９（Ａ）に示すように、サプライ２１１及びドレイン２１２となる貫通孔を形成し、上面の最外周部（図７（Ａ）参照）にＡｌ等による導電膜２２１を形成したガラス基板２０１を準備する。なお、導電膜２２１はＡｌに限定するものではなく、導電性を有し、陽極接合時の温度に耐えられる材料であればよい。例えば、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ等の金属材料からなる一層ないし多層構造を採用することができる。導電膜としてＡｌを用いることが低コスト、製造上の容易性の点で好ましい。このガラス基板２０１をシリコン基板２０２に重ね合わせる。次いで、直流高圧電源２４０の負電極を導電膜２２１に電気的に接続し、直流高圧電源２４０の正電極をシリコン基板２０２の下面に電気的に接続する。次いで、シリコン基板２０２とガラス基板２０１を重ね合わせた状態で、例えば、４００℃程度で加熱しながら直流高圧電源２４０から５００Ｖ程度のマイナス電圧をガラス基板２０１に印加して、シリコン基板２０２とガラス基板２０１の陽極接合を行う。この場合、ガラス基板２０１に印加される電圧は、導電膜２２１が形成された部分に主に印加される。このため、シリコン基板２０２とガラス基板２０１が接触する部分において共有結合が発生する。すなわち、導電膜２２１に印加されたマイナス電圧により、シリコン基板２０２と対向するガラス基板２０１の内部において主にＮａ＋イオンをガラス基板２０１の上面側に拡散させ、シリコン基板２０２のダイアフラム２０５に対向するガラス基板２０１内部ではＮａ＋イオンの拡散は抑制される。このため、静電引力がダイアフラム２０５に及ぼす影響が減少し、ダイアフラム２０５がガラス基板２０１に張り付く現象が防止される。
【００４８】
（６）圧電素子の接着（図９（Ｂ）参照）
シリコン基板２０２のガラス基板２０２を接合していない面（下面）にＩＴＯ等を成膜し、その上に圧電素子２２０を接着剤を介して接着することにより、マイクロポンプ２００が完成する。
【００４９】
したがって、マイクロポンプ２００の製造過程において、陽極接合時の接合部分に合わせてガラス基板２０１の上面の一部に導電膜２２１を形成して陽極接合を行うことにより、シリコン基板２０２のダイアフラム２０５が静電引力によりガラス基板２０１に張り付くことを防止できる。また、導電膜２２１を形成した部分では、シリコン基板２０２とガラス基板２０１の界面においてイオン分布が変化し、共有結合が発生しているため、接合不良も防止できる。さらに、本第２の実施の形態では、ガラス基板２０１の上面の一部に導電膜２２１を形成するだけであるため、従来の特許文献１のように半導体基板側の加工が不要であり、製造コストの上昇を抑制できる。
【００５０】
また、本第２の実施の形態に係るマイクロポンプ２００では、サプライ２１１とドレイン２１２の各開口部分にナトリウム析出がない。このため、マイクロポンプ２００を実際に使用した場合に析出物の影響がなく、ポンプとして好適である。例えば、マイクロポンプ２００と分析チップを連結してマイクロ実験キットを作製した場合、サプライ２１１とドレイン２１２の各開口部分にナトリウム析出がないため、マイクロポンプ２００から送られる液体に不要な物質が含まれず、分析チップの分析に支障を来すことがない。
【００５１】
（実施例１）
次に、マイクロポンプの実施例１について図８及び図９を参照して説明する。
【００５２】
（１）シリコン基板の準備（図８（Ａ）参照）
厚さ６００μｍのシリコン基板２０２を準備し、このシリコン基板２０２を熱酸化して両面にシリコン酸化膜２３１，２３２を形成する。
【００５３】
（２）シリコン基板の加工（図８（Ｂ）参照）
一方の面のシリコン酸化膜２３１をパターンニングした後、更にその面にレジストを塗布してレジスト膜２３３を形成した。そして、レジスト膜２３３をパターンニングしてサプライ２１１、ドレイン２１２及びダイアフラム２０５を形成するためのマスクを形成した。次いで、パターンニングしたレジスト膜をマスクとしてシリコン基板２０２を約４５０ｎｍエッチングして、サプライ２１１及びドレイン２１２を形成するとともに、ダイアフラム２０５を形成する位置に凹部２３４を形成した。
【００５４】
（３）シリコン基板の加工（図８（Ｃ）参照）
レジスト膜２３３を剥離し、シリコン酸化膜２３１をマスクとして用いて更に凹部２３４をエッチングしてダイアフラム２０５を形成した後、シリコン基板２０２両面のシリコン酸化膜２３１，２３２を除去した。そして、シリコン基板２０２の流路（サプライ２１１、ドレイン２１２、インレット２１３、アウトレット２１４を含む）を親水処理した。
【００５５】
（４）陽極接合（図９（Ａ）参照）
図９（Ａ）に示したような導電膜２２１を形成したガラス基板２０１を準備し、このガラス基板２０１と上記シリコン基板２０１とを重ね合わせた状態で直流高電圧電源２４０の負電極を導電膜２２１に電気的に接続し、直流高電圧電源２４０の正電極をシリコン基板２０２の裏面側（ガラス基板と対向しない面）に電気的に接続して陽極接合を行った。陽極接合の条件は、加熱温度４００℃、印加電圧５００Ｖとした。
【００５６】
（５）圧電素子の接着（図９（Ｂ）参照）
シリコン基板２０１のガラス基板２０１を接合していない面にＩＴＯ等を成膜し、その上に圧電素子２２０を接着剤を介して接着した。
【００５７】
そして、陽極接合後にガラス基板２０１側から顕微鏡で観察してガラス基板２０１に対するダイアフラム２０５の張り付きや破損等の有無を確認した。本実施例では、ガラス基板２０１に対するダイアフラム２０５の張り付きや破損は観測されなかった。
【００５８】
（比較例１）
次に、比較例１について図１０を参照して説明する。図１０において（Ａ）は陽極接合時のマイクロポンプ２００の断面図、（Ｂ）は陽極接合後のマイクロポンプ２００の断面図である。なお、この比較例に係るマイクロポンプ２００の製造工程は、上記実施例において説明した製造工程と同様であるため、その図示と説明は省略し、陽極接合前後の状態のみを図１０に示す。図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すマイクロポンプ２００おいて、図７に示したマイクロポンプ２００と同一の構成部分には同一符号を付している。
【００５９】
この比較例１では、図１０（Ａ）に示すように上記実施例の導電膜を形成していないガラス基板２０１を準備し、このガラス基板２０２と上記実施例と同様のシリコン基板２０１を重ね合わせて、上記実施例と同一条件で陽極接合を行った。この陽極接合時には、ガラス基板２０１の上面に電極板２５０を配置した。この陽極接合後、ガラス基板２０１側から顕微鏡で観察してガラス基板２０１に対するダイアフラム２０５の張り付きや破損等の有無を確認した。本比較例では、図１０（Ｂ）に示すようにガラス基板２０１に対するダイアフラム２０５の破損が観測された。
【００６０】
（第３の実施の形態）
本発明に係る第３の実施の形態では、多面付けで複数の加速度センサを製造する例について、図１１及び図１２を参照して説明する。本実施の形態では、半導体基板上に複数の加速度センサを形成し、この半導体基板とガラス基板を陽極接合する際に、複数の加速度センサの形成位置に合わせて複数の貫通孔を形成した電極板を用いる場合を例示する。
【００６１】
図１１において（Ａ）は電極板の構成を示す平面図であり、（Ｂ）は半導体基板の構成を示す平面図である。図１２において（Ａ）は電極板とガラス基板の構成例を示す平面図、（Ｂ）は陽極接合前の半導体基板とガラス基板を重ね合わせる工程を示す平面図、（Ｃ）は（Ｂ）に更に電極板を重ね合わせる工程を示す平面図である。
【００６２】
図１１（Ａ）に示す電極板３００は、（Ｂ）に半導体基板４００上に形成された複数の加速度センサ４０１の各形成位置に合わせて複数の貫通孔３０１が形成されている。この電極板３００としては、導電性を有し剛性がある材料からなる板状体であればよい。例えば、グラファイト（Ｃ）、あるいは金属材料等を採用することができる。金属汚染による影響を考慮すると電極板３００としてグラファイトを用いることが好ましい。また、電極板３００の上面には、半導体基板４００と位置合わせをするためのアライメントマーク３０３が図中の左右端部に形成されている。
【００６３】
図１１（Ｂ）に示す半導体基板４００上には、複数の加速度センサ４０１が形成されている。これら加速度センサ４０１の間にはスクライブライン４０２が形成されている。また、半導体基板４００の上面には、ガラス基板３００と位置合わせをするためのアライメントマーク４０３が図中の左右端部に形成されている。なお、加速度センサ４０１の構成は、図１に示した加速度センサ１００と同様であるため、その図示と説明は省略する。
【００６４】
次に、加速度センサの製造方法について図１１及び図１２を参照して説明する。
【００６５】
（１）加速度センサの作製（図１１（Ｂ））
本実施の形態では、まず、半導体基板４００としてＳＯＩ基板（シリコン膜：５μｍ／酸化シリコン膜：２μｍ／シリコン基板：６２５μｍ）を準備する。次いで、上記第１の実施の形態において示したマスクを用いたエッチング加工等により図２（Ｂ）に示したような固定部１０２、可撓部１０３及び可動部１０４の構造を半導体基板４００上に複数作製する。なお、加速度センサ４０１のセンサギャップ（可動部とガラス基板の間隔）は７μｍに設定した。各加速度センサ４０１のチップサイズは、外形が２ｍｍ×２ｍｍとし、可撓部と可動部のサイズは、固定部より内側の１．５ｍｍ×１．５ｍｍとした。
【００６６】
（２）ガラス基板の準備（図１２（Ａ））
次に、半導体基板４００の全体形状に合わせて形成したテンパックス（登録商標）ガラスをガラス基板５００として準備する。このガラス基板の厚さは７００μｍとした。また、図１２（Ａ）に示すようにガラス基板５００上にはアライメントマーク５０２が形成されている。
【００６７】
（３）半導体基板とガラス基板の重ね合わせ（図１２（Ｂ））
図１２（Ｂ）においてクランプ６００により固定された半導体基板４００の上面にガラス基板５００を重ね合わせる。この時、半導体基板４００上面のアライメントマーク４０３に対してガラス基板５００上のアライメントマーク５０１の位置を合わせることにより、双方の位置合わせが行われる。
【００６８】
（４）電極板の重ね合わせ（図１２（Ｃ））
図１２（Ｃ）において図１２（Ｂ）に示したガラス基板５００の上面に、図１１（Ａ）に示した電極板３００を保持したクランプ７００を移動させて重ね合わせる。この時、ガラス基板５００上面のアライメントマーク５０１に対して電極板３００のアライメントマーク３０３の位置を合わせることにより、双方の位置合わせが行われる。
【００６９】
（５）陽極接合
図１２（Ｃ）において半導体基板４００、ガラス基板５００、電極板３００の順に重ね合わせた状態で直流高電圧電源（図示せず）の負電極を電極板３００に電気的に接続し、直流高電圧電源の正電極を半導体基板４００の裏面側（加速度センサ４０１が形成されていない面）に電気的に接続して陽極接合を行う。陽極接合の条件は、加熱温度３５０℃、印加電圧５００Ｖとした。この場合、ガラス基板５００に印加される電圧は、加速度センサ４０１の形成位置に合わせて貫通孔３０１が形成された電極板３００により各加速度センサ４０１の外周部分に主に印加される。このため、半導体基板４００とガラス基板５００が接触する部分において共有結合が発生する。すなわち、電極板３００に印加されたマイナス電圧により、各加速度センサ４０１の固定部１０２と対向するガラス基板５００の部分に電場が印加され、この部分のガラス基板５００の内部において主にＮａ＋イオン（可動イオン）をガラス基板５００の上面側に拡散させ、半導体基板４００の可動部１０４に対向するガラス基板５００の部分には電場が印加されず、この部分のガラス基板５００の内部ではＮａ＋イオン（可動イオン）の拡散は抑制される。すなわち、ガラス基板５００の電場が印加されない部分に対向する各加速度センサ４０１の可動部１０４には静電引力が働かない。このため、可動部１０４がガラス基板５００に張り付く現象（スティッキング）が防止される。
【００７０】
そして、陽極接合後に電極板３００を外し、ガラス基板５００側から顕微鏡で観察してガラス基板５００に対して加速度センサ４０１の可動部の張り付きや破損等の有無を確認した。本実施例では、ガラス基板５００に対する各加速度センサ４０１の可動部１０４の張り付きは観測されなかった。
【００７１】
また、第３の実施の形態では、複数の加速度センサ４０１の各形成位置に合わせて複数の貫通孔３０１が形成された電極板３００を用いたため、各加速度センサ４０１の可動部１０４の形成領域を除いて各加速度センサ４０１の固定部１０２とガラス基板５００の接合部分に対して電圧を印加することが可能になる。このため、多面付けされた半導体基板４００とガラス基板５００との陽極接合において、スティッキングを防止しながら、各加速度センサ４０１とガラス基板５００の接合不良を防止することができる。さらに、電極板３００を用いることにより、ガラス基板５００に導電膜を成膜する工程が不要になり、製造工数を増やすことなく、スティッキング防止を実現できる。
【００７２】
なお、本第３の実施の形態では加速度センサ４０１に対して本発明を適用した例を説明したが、角速度センサのように半導体基板の上面側と下面側にガラス基板を陽極接合する構成に対しても本発明は適用可能である。この角速度センサを構成する半導体基板には、固定部、可撓部及び可動部が形成されており、可撓部と可動部の変位により角速度が検出される。この角速度センサの場合、上面側と下面側の各ガラス基板に対して電極板３００を各々適用可能である。
【００７３】
（比較例２）
この比較例２では、スクライブライン上に導電膜を形成していないガラス基板と、貫通孔を形成していない電極板と、固定部１０２、可撓部１０３及び可動部１０４の構造を複数形成した半導体基板４００を準備する。半導体基板４００、ガラス基板、電極板の順に重ね合わせて、上記と同一条件で陽極接合を行った。この陽極接合後、ガラス基板側から顕微鏡で観察してガラス基板に対して加速度センサ４０１の可動部の張り付きや破損等の有無を確認した。本比較例では、ガラス基板に対する加速度センサ４０１の可動部の張り付きが観測された。
【符号の説明】
【００７４】
１００…加速度センサ、１０１，４００…半導体基板、１０２…固定部、１０３…可撓部、１０４…可動部、１０５，２０１…ガラス基板、１０６，２２１…導電膜、１２１，３００…電極板、２００…マイクロポンプ、２０２…シリコン基板、２０５…ダイアフラム、２１１…サプライ、２１２…ドレイン、２１３…インレット、２１４…アウトレット、２１５…バルブ部、２３１，２３２…シリコン酸化膜、２３３…レジスト膜、２４０…圧電素子、３０１…貫通孔。
【図１】
0005621262.tif 000002
【図２】
0005621262.tif 000003
【図３】
0005621262.tif 000004
【図４】
0005621262.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005621262.tif 000007
【図７】
0005621262.tif 000008
【図８】
0005621262.tif 000009
【図９】
0005621262.tif 000010
【図１０】
0005621262.tif 000011
【図１１】
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【図１３】
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【図１２】
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