(57)【要約】 【課題】  ガラス基板と金属基板とを多層接合するに際し、簡便に、かつ健全な接合部を得ることができる陽極接合方法を提供する。【解決手段】  ガラス基板１１の一方の表面に予めＡｇ層１２を形成し、Ａｇ層１２を正極側に接続してガラス基板１１とＡｇ層１２とに電圧を印加してＡｇをガラス基板１１中へ浸透させ、Ａｇ層１２をガラス基板１１の表面から除去し、ガラス基板１１のＡｇが浸透された側の面にシリコン基板１５を当接させ、シリコン基板１５を正極側に接続し、ガラス基板１１とシリコン基板１５とに電圧を印加して、陽極接合する。【選択図】      図１
2006069863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合する陽極接合方法において、
ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、ガラス基板の一方の表面に予め形成する工程と、
易動性金属層を正極側に接続してガラス基板と易動性金属層とに電圧を印加し、易動性金属をガラス基板中へ浸透させる工程と、
易動性金属層をガラス基板の表面から除去する工程と、
ガラス基板の易動性金属が浸透された側の面に金属基板または金属元素含有基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程とを含むことを特徴とする陽極接合方法。
【請求項２】
ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合する陽極接合方法において、
ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、金属基板または金属元素含有基板の一方の表面に予め形成する工程と、
金属基板または金属元素含有基板の易動性金属層が形成された側の面にガラス基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程とを含むことを特徴とする陽極接合方法。
【請求項３】
ガラス基板の金属基板または金属元素含有基板と接合された側と反対側の面にもう一つの金属基板または金属元素含有基板を当接させ、もう一つの金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の陽極接合方法。
【請求項４】
易動性金属が、銀および銅のうちから選択される１または２であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の陽極接合方法。
【請求項５】
金属基板が、シリコン基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の陽極接合方法。
【請求項６】
金属元素含有基板が、セラミック基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の陽極接合方法。
【請求項７】
ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とが接合されてなる陽極接合構造であって、
金属基板または金属元素含有基板に接合されたガラス基板の接合側の界面付近にガラス基板中における易動性金属元素の浸透層が備わることを特徴とする陽極接合構造。
【請求項８】
易動性金属元素が、銀および銅のうちから選択される１または２であることを特徴とする請求項７記載の陽極接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極接合方法および陽極接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
力学的物理量を受けて電気信号に変換するたとえば圧力センサなどの検出器には、検出部が形成されたシリコン基板に、電極パターンが形成されたガラス基板を陽極接合して製造されるものがある。陽極接合は、一般的に、負極側に接続されるガラス基板と、正極側に接続されるシリコン基板とを当接させ、電圧印加装置によって両者に電圧を印加してガラス基板とシリコン基板とを接合するものである。
【０００３】
図１５は、ガラス基板１とシリコン基板２との陽極接合方法の概略を示す模式図である。なお、ガラス基板１は、汎用ガラスであるたとえばホウケイ酸ガラスであり、アルカリ金属であるたとえばナトリウム（Ｎａ）を含む。
【０００４】
図１５（ａ）は、ガラス基板１とシリコン基板２とを単に当接させただけの状態である。ガラス基板１とシリコン基板２とを当接させると、マクロ的には、密着しているように見えても、分子レベルでは極めて微細な間隙３が存在する。図１５（ｂ）は、ガラス基板１を負極側に、シリコン基板２を正極側に接続して電圧を印加したばかりの状態である。電圧が印加されたことによって、ガラス基板１内でＮａがプラス（＋）に、酸素（Ｏ）がマイナス（−）にそれぞれイオン化する。シリコン基板２との界面寄り位置に存在するＮａは、Ｎａ＋となってガラス基板１の負極接続側へ向い移動し始める。
【０００５】
ガラス基板１のシリコン基板２との界面付近では、ガラス中の移動度が高いＮａ＋の移動によってＯ２−が相対的に富化されて負の電荷層が形成される。一方シリコン基板２のガラス基板１との界面付近では、正の電荷層が形成されるので、図１５（ｃ）に示すように、負の電荷層と正の電荷層との間に作用する静電引力によって、ガラス基板１とシリコン基板２とが分子レベルにおいても密着し、間隙３が消滅する。ガラス基板１とシリコン基板２との界面では、近接したＳｉ＋とＯ２−とが結合し、図１５（ｄ）に示すような陽極酸化物（ＳｉＯ２）層５が形成されて、ガラス基板１とシリコン基板２とが陽極接合される。このとき、ガラス基板１の接合界面付近では、Ｎａ＋が移動したことによってアルカリイオン欠乏層４が形成される。
【０００６】
陽極接合では、ガラス基板とシリコン基板との異質接合であることから、充分な接合強度を得ることが難しく、接合強度を一層高めることが求められており、たとえばガラス基板の表面に予めシリコン酸化膜を形成しておき、接合界面における陽極酸化物の生成物質である酸素イオンを増加させておくことによって接合強度を向上することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、陽極接合においては、特許文献１のような単に接合強度を向上させること以外に、多様な形態の接合構造における接合部の健全性が求められている。たとえば、シリコン基板とガラス基板とを交互に積層させた多層接合構造などにおける接合健全性が求められている。
【０００８】
図１６は、シリコン基板とガラス基板とを多層で陽極接合する方法の概略を示す模式図である。図１６に示すような多層接合構造では、前述のようにシリコン基板２を正極側、ガラス基板１を負極側に接続して第１回目の陽極接合を行った後、もう一つのシリコン基板６を、接合済みのシリコン基板２の反対側でガラス基板１に当接させ、もう一つのシリコン基板６を正極側に接続し、接合済みのシリコン基板２を負極側に接続して第２回目の陽極接合をする。したがって、第１回目の陽極接合と、第２回目の陽極接合とでは、ガラス基板１に印加される電位の方向が逆になる。この電位の方向が逆になるように電圧が印加されることを、以後逆電圧印加と呼ぶ。
【０００９】
ガラス基板１に逆電圧が印加されると、第２回目の陽極接合では負極になるシリコン基板２側に形成された接合界面である陽極酸化物層５の近傍にアルカリ金属イオンであるＮａ＋が集積する。このＮａ＋が接合界面に集積すると接合界面へ漏出してシリコン基板２を汚染するだけでなく、集積したＮａ＋がシリコン基板２とガラス基板１との接合強度の低下、甚だしい場合には接合界面の剥離を惹起し、また接合部における耐水性の劣化を惹起するという問題がある。
【００１０】
シリコン基板とガラス基板とを多層接合する１つの手法として、１枚のシリコン基板の両面にガラス基板を接合する陽極接合方法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に開示される技術では、まずシリコン基板の一方の面に第１のガラス基板を、シリコン基板を正極に接続し第１のガラス基板を負極に接続して陽極接合する。その後、シリコン基板の他方の面に第２のガラス基板を接合するに際し、シリコン基板の他方の面にガラス層を形成し、第２のガラス基板のシリコン基板を臨む面にアルミニウム（Ａｌ）またはチタン（Ｔｉ）の金属酸化物層を形成し、第２のガラス基板側が正極に、シリコン基板側が負極になるように、すなわち逆電圧になるようにして接続し、陽極接合する。この特許文献２の技術によれば、シリコン基板と第２のガラス基板との間は逆電圧であるけれども、金属酸化物層とガラス層との間では、金属層が正極側でガラス層が負極側となる通常の陽極接合の電位状態になるので、強固な接合部が得られるというものである。
【００１１】
しかしながら、特許文献２の技術には、シリコン基板にガラス層を形成し、第２のガラス基板に金属酸化物層を形成しなければならないので、工程数が増加して生産性が悪くなるという問題がある。また、シリコン基板に対するガラス層の形成は、水ガラスを塗布することによって行われるので、シリコン基板とガラス層との接合強度は充分ではなく、第２のガラス基板に対する金属酸化物の形成は、蒸着などによって行われるので塗布よりは強固であるけれども、やはり充分な接合強度とは言えないという問題がある。
【００１２】
このように、ガラス基板と金属基板との多層接合において、簡便に、かつ健全な接合部が得られる陽極接合方法および接合構造が望まれている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−２７４４１６号公報
【特許文献２】特開２００３−３０６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを多層接合するに際し、簡便に、かつ健全な接合部を得ることができる陽極接合方法および陽極接合構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合する陽極接合方法において、
ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、ガラス基板の一方の表面に予め形成する工程と、
易動性金属層を陽極側に接続してガラス基板と易動性金属層とに電圧を印加し、易動性金属をガラス基板中へ浸透させる工程と、
易動性金属層をガラス基板の表面から除去する工程と、
ガラス基板の易動性金属が浸透された側の面に金属基板または金属元素含有基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を陽極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程とを含むことを特徴とする陽極接合方法である。
【００１６】
また本発明は、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合する陽極接合方法において、
ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、金属基板または金属元素含有基板の一方の表面に予め形成する工程と、
金属基板または金属元素含有基板の易動性金属層が形成された側の面にガラス基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を陽極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程とを含むことを特徴とする陽極接合方法である。
【００１７】
また本発明は、ガラス基板の金属基板または金属元素含有基板と接合された側と反対側の面にもう一つの金属基板または金属元素含有基板を当接させ、もう一つの金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、易動性金属が、銀および銅のうちから選択される１または２であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、金属基板が、シリコン基板であることを特徴とする。
また本発明は、金属元素含有基板が、セラミック基板であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とが接合されてなる陽極接合構造であって、
金属基板または金属元素含有基板に接合されたガラス基板の接合側の界面付近にガラス基板中における易動性金属元素の浸透層が備わることを特徴とする陽極接合構造である。
【００２１】
また本発明は、易動性金属元素が、銀および銅のうちから選択される１または２であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、易動性金属をガラス基板中へ予め浸透させ、ガラス基板の易動性金属が浸透された側の面に金属基板または金属元素含有基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加して、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを陽極接合させる。この陽極接合をすることによって、たとえばガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを多層接合する場合などのように、ガラス基板が正極側に、金属基板または金属元素含有基板が負極側に接続される逆電圧が印加される場合、ガラス基板中の浸透された易動性金属イオンが、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板との接合界面付近へ移動集積するので、ガラス基板中に含まれるアルカリ金属イオンが接合界面に集積および漏出することを防止できる。したがって、接合部のアルカリ金属による汚染、き裂および剥離の発生が防止されて健全性が確保される。
【００２３】
また本発明によれば、ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、金属基板または金属元素含有基板の一方の表面に予め形成し、該易動性金属層が形成された側の面にガラス基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加して、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを陽極接合させる。この陽極接合によれば、上記の発明による効果と同様の効果を奏することができるとともに、易動性金属のガラス基板への浸透と、ガラス基板に対する金属基板または金属元素含有基板の接合とを同時に行うことができるので、逆電圧が印加される場合にも健全な接合部を確保できる陽極接合を一層簡便に実現することができる。
【００２４】
また本発明によれば、ガラス基板の両面に金属基板または金属元素含有基板を陽極接合する。もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板との陽極接合で逆電圧が印加されるとき、ガラス基板中の易動性金属イオンが、第１回目の金属基板または金属元素含有基板とガラス基板との陽極接合界面付近に集積するので、アルカリ金属イオンの集積が防止されて健全な多層陽極接合を実現することができる。
【００２５】
なお、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに逆電圧を印加して多層陽極接合するという発明の主旨から、金属基板または金属元素含有基板の両面にガラス基板を陽極接合する変形が許容されることは言うまでもない。
【００２６】
また本発明によれば、易動性金属として、銀および銅のうちから１または２が選択される。銀および銅は、ガラス基板中において、アルカリ金属イオンと同等の移動度を有するので、浸透させることが容易であり、また浸透された銀または銅イオンが、アルカリ金属イオンの移動を抑えて移動することができる。したがって、銀および銅は、逆電圧が印加される陽極接合において、接合部の健全性確保に好適に用いられる。
【００２７】
また本発明によれば、金属基板が、シリコン基板であり、金属元素含有基板が、セラミック基板である。このことによって、ガラス基板とシリコン基板との多層陽極接合、またガラス基板とセラミック基板との多層陽極接合が実現される。
【００２８】
また本発明によれば、陽極接合構造には、金属基板または金属元素含有基板に接合されたガラス基板の接合側の界面付近にガラス基板中における易動性金属元素、好ましくは銀および銅のうちから選択される１または２の浸透層が備わる。このような陽極接合構造は、逆電圧が印加される場合にも、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板との接合部の健全性が確保されるので、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板との接合部品質に優れた多層構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の第１態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。以下、図１を参照して実施の第１態様である陽極接合方法について説明する。
【００３０】
図１（ａ）に示す工程では、ガラス基板１１中における易動性金属を含んで成る易動性金属層１２を、ガラス基板１１の一方の表面に予め形成する。ガラス基板１１としては、たとえばホウケイ酸ガラスなどが挙げられる。ここで易動性金属とは、ガラス基板中におけるイオンの移動度が、アルカリ金属たとえばナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）などのイオンの移動度とほぼ同等の金属のことであり、好ましくは銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）のうちから選択される１または２が用いられる。本実施態様では、Ａｇを用いる。
【００３１】
ガラス基板１１の一方の表面に対するＡｇ層１２の形成は、公知の蒸着法またはスパッタリング法によって実現できる。本実施態様では、形成するＡｇ層１２の広さに対応する開口部１３が形成されたマスク部材１４を、ガラス基板１１のＡｇ層１２を形成するべき一方の面に押当て、マスク部材１４側からＡｇを蒸着させて形成する。
【００３２】
図１（ｂ）に示す工程では、Ａｇ層１２を正極側に接続し、ガラス基板１１をグランドさせて、ガラス基板１１とＡｇ層１２とに電圧（本実施態様では２００Ｖ）を印加し、Ａｇをガラス基板１１中へ浸透させる。このとき、ガラス基板１１中では、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）がグランド側へ移動し、Ａｇ層１２との界面付近でＮａ＋が減少した領域にＡｇが浸透する。図１（ｃ）に示す工程では、浸透処理後、Ａｇ層１２をガラス基板１１の表面から除去する。このＡｇ層１２の除去は、機械的にぬぐうなどの処理によって容易に実現される。
【００３３】
図１（ｄ）に示す工程では、ガラス基板１１のＡｇが浸透された側の面に、金属基板１５を当接させ、金属基板１５を正極側に接続し、ガラス基板１１をグランドし、ガラス基板１１と金属基板１５とに電圧（本実施態様では５００Ｖ）を印加し、ガラス基板１１と金属基板１５とを陽極接合させる。本実施態様では、金属基板１５としてシリコン基板１５について例示する。
【００３４】
このときの陽極接合の挙動は、前述のＡｇをガラス基板に浸透させない場合の挙動に類似する。すなわち、シリコン基板１５を正極側に接続し、ガラス基板１１をグランド（負極側に接続するのと同等）し、電圧を印加すると、界面寄りに存在する前記浸透されたＡｇは、Ａｇ＋となってガラス基板１１のグランド側へ向い移動し、ガラス基板１１のシリコン基板１５との界面付近では負の電荷層が形成され、シリコン基板１５の界面付近では正の電荷層が形成されて、静電引力によりガラス基板１１とシリコン基板１５とが分子レベルにおいても密着し、さらに、界面では近接したシリコン基板１５のＳｉ＋とガラス基板１１のＯ２−とが結合し、陽極酸化物（ＳｉＯ２）層が形成されて、ガラス基板１１とシリコン基板１５とが陽極接合される。
【００３５】
このようにして形成されるガラス基板１１とシリコン基板１５とによるの陽極接合構造は、陽極接合時の電圧印加によってＡｇ＋が移動するので、シリコン基板１５に接合されたガラス基板１１の接合側の界面からは若干離隔した位置になるけれども、界面から遠からざる付近にＡｇの浸透層が備わることを特徴とする。
【００３６】
図２は、本発明の実施の第２態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。以下、図２を参照して実施の第２態様である陽極接合方法について説明する。本実施態様は、実施の第１態様に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００３７】
図２（ａ）に示す工程では、Ａｇ層１２を、シリコン基板１５の一方の表面に予め形成する。本実施態様では、シリコン基板１５の側にＡｇ層１２を形成する。このＡｇ層１２の形成は、実施の第１態様と同様に公知の蒸着法によって実現できる。
【００３８】
図２（ｂ）に示す工程では、シリコン基板１５のＡｇ層１２が形成された側の面にガラス基板１１を当接させ、シリコン基板１５を正極側に接続し、ガラス基板１１をグランドし、ガラス基板１１とシリコン基板１５とに電圧（本実施態様では５００Ｖ）を印加し、ガラス基板１１とシリコン基板１５とを陽極接合させる。
【００３９】
本態様によれば、Ａｇのガラス基板１１への浸透と、ガラス基板１１に対するシリコン基板１５の接合とを同時に行うことができるので、逆電圧が印加される場合にも健全な接合部を確保できる陽極接合を一層簡便に実現することができる。
【００４０】
図３は、本発明の実施の第３態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。以下、図３を参照して実施の第３態様である陽極接合方法について説明する。本実施態様は、実施の第１または第２態様で形成された陽極接合構造におけるガラス基板１１の他方の面側にさらにシリコン基板１６を陽極接合する工程を含むものである。したがって、シリコン基板１５とガラス基板１１とから成る陽極接合構造を形成するまでの工程については、実施の第１または第２態様と同一であるので、その説明を省略する。
【００４１】
図３に示す工程では、ガラス基板１１のシリコン基板１５（以後、便宜上第１シリコン基板１５と呼ぶ）と接合された側と反対側の面に、もう一つのシリコン基板１６（以後、便宜上第２シリコン基板１６と呼ぶ）を当接させ、第２シリコン基板１６を正極側に接続し、第１シリコン基板１５をグランドし、第２シリコン基板１６とガラス基板１１と第１シリコン基板１５とに電圧（本実施態様では５００Ｖ）を印加し、第２シリコン基板１６とガラス基板１１と第１シリコン基板１５とを陽極接合させる。
【００４２】
本態様の場合、ガラス基板１１と第１シリコン基板１５との間では、ガラス基板１１が正極側であり、第１シリコン基板１５が負極側という逆電圧が印加された状態となる。この状態では、ガラス基板１１中において、第１シリコン基板１５との接合界面に向って、プラスイオンが移動する。
【００４３】
ここでガラス基板１１中のプラスイオンとしては、元からガラス基板１１に含まれるＮａ＋と、浸透させたＡｇ＋とが存在する。これら両イオンのうち、前述のように、Ａｇ＋は、先の陽極接合によって接合界面から離隔した位置へ移動するけれども、遠からざる位置に存在し、Ｎａ＋の移動により形成されたＮａ＋濃化層は、Ａｇ＋濃化層よりもさらに第２シリコン基板１６寄り、すなわちガラス基板１１と第１シリコン基板１５との接合界面から遠い位置に存在する。したがって、ガラス基板１１と第１シリコン基板１５とに逆電圧が印加されたとき、まずＡｇ＋がガラス基板１１と第１シリコン基板１５との接合界面に向って移動集積するので、先にＡｇ＋が集積濃化した領域にＮａ＋は集積することができない。
【００４４】
このことによって、逆電圧が印加される場合であっても、第１シリコン基板１５とガラス基板１１との接合部にアルカリ金属イオンであるＮａ＋が集積および漏出することが防止されるので、これらに起因する汚染、き裂および剥離の発生が防止されて接合部の健全性が確保される。
【００４５】
第２シリコン基板１６とガラス基板１１との間は、通常の電圧が印加されるので、前述の図１５に示すのと同様にして陽極接合される。なお、さらなる多層の陽極接合、すなわちガラス基板１１と第２シリコン基板１６との間に逆電圧が印加されることを想定し、ガラス基板１１と第２ガラス基板１６との接合に先だって、Ａｇのガラス基板１１への浸透処理または第２シリコン基板１６に対するＡｇ層１２の形成処理を行ってもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、実施例に記載の範囲に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱することのない範囲において種々の変形例が許される。
【００４７】
本実施例では、Ａｇを浸透させないガラス基板と、Ａｇを浸透させたガラス基板とを準備し、それぞれシリコン基板と、通常の電圧を印加して陽極接合した後、逆電圧を印加し、逆電圧印加後の接合部の健全性とＡｇおよびＮａの挙動とについて試験した。
【００４８】
図４は、本試験において用いたガラス基板１１とシリコン基板１５との形状および寸法を示す斜視図である。本試験において用いたガラス基板１１は、厚さ；１ｍｍ、直径；２５ｍｍの円板状を有するホウケイ酸ガラス（パイレックスガラス；登録商標）であり、その成分を表１に示す。シリコン基板１５は、厚さ；０．３ｍｍ、辺長：１５ｍｍの正方形状を有する薄板のｎ−ｔｙｐｅの半導体シリコン基板である。
【００４９】
【表１】
2006069863.tif 000003
【００５０】
図５は、試験に用いた陽極接合装置２０の構成を簡略化して示す図である。陽極接合装置２０は、大略チャンバ２１と、チャンバ２１内に設けられるカーボンヒータ２２と、第１および第２電極２３，２４と、チャンバ２１外に設けられる電圧印加用電源２５と、電圧測定回路２６と、真空排気系２７とを含む。
【００５１】
チャンバ２１は、金属製の中空容器であり、後述する試料３２を出入するための開閉自在かつチャンバ２１内の空間を封止可能な扉を備え、側壁に内部空間を真空排気するための排気口２８が形成されている。この排気口２８に真空排気系２７を構成する配管および配管の先に真空ポンプが接続される。このことによって、陽極接合装置２０はチャンバ２１内空間を真空雰囲気にすることができる。
【００５２】
カーボンヒータ２２は、不図示の制御電源に接続され、チャンバ２１内空間に装入される試料３２を所望の温度に加熱することができる。第１および第２電極２３，２４は、銅または銅合金製の電極であり、図５では第１電極２３が正極側に接続され、第２電極２４が負極側に接続されるけれども、直流電源である電圧印加用電源２５に対する接続を逆にすることによって試料３２に逆電圧を印加することができる。電圧測定回路２６は、試料３２に対する電圧印加回路２９に直列に接続される抵抗３０と、抵抗３０に並列接続される電圧計３１とによって構成される。
【００５３】
図５では、試料３２は、シリコン基板１５が正極側である第１電極２３に接続され、ガラス基板１１が負極側である第２電極２４に接続される通常電圧が印加される構成であるけれども、上記のように、第１および第２電極２３，２４の電圧印加用電源２５に対する接続を逆にすることによって、逆電圧にすることができる。
【００５４】
また、チャンバ２１内には、試料３２と同じ構成で、シリコン基板１５ａとガラス基板１１ａとから成るダミー試料３２ａが、設けられる。このダミー試料３２ａには、熱電対３３が接続され、熱電対３３の出力をデジタル電圧計３４で検出することによってダミー試料３２ａの温度を測定することができる。このダミー試料３２ａの温度から同一構成である試料３２の温度を得る。
【００５５】
本試験において、比較例試料は、入手ままのホウケイ酸ガラスであるガラス基板と、シリコン基板との組合せであり、実施例試料は、ホウケイ酸ガラスにＡｇ浸透処理を行ったガラス基板とシリコン基板との組合せである。ホウケイ酸ガラスに対するＡｇ浸透処理は、以下のように行った。ホウケイ酸ガラスであるガラス基板の一方の表面に公知の蒸着法でＡｇ層を形成した。次に、Ａｇ層を形成したガラス基板を陽極接合装置２０に装入し、チャンバ２１内を真空雰囲気にした後、カーボンヒータ２２でガラス基板を２９０℃に加熱した状態で、Ａｇ層を第１電極２３に接続し、ガラス基板を第２電極２４に接続して、２００Ｖの電圧を６００ｓｅｃ間印加してＡｇをガラス基板に浸透させた。
【００５６】
実施例試料と比較例試料とについて、表２に示す条件で第１回目としてシリコン基板を正極側に接続しガラス基板を負極側に接続した通常電圧を印加して陽極接合を行い、その後、第２回目として電極の接続を逆にして逆電圧印加を行った。
【００５７】
【表２】
2006069863.tif 000004
【００５８】
第１回目の陽極接合後および第２回目の逆電圧印加後の実施例試料と比較例試料とのそれぞれについて、以下の試験を行った。
【００５９】
＜接合部の健全性評価＞
図６は、陽極接合後および逆電圧印加後の試料の観察方向を示す図である。陽極接合後および逆電圧印加後の試料、すなわち重なり合っているシリコン基板１５とガラス基板１１とを、図６中の矢符３５に示すように、ガラス基板１１側からガラス基板１１を透して目視観察および顕微鏡観察することによって、接合部におけるき裂または剥離などの欠陥の有無を調査した。
【００６０】
＜接合部におけるＡｇおよびＮａの挙動＞
実施例試料および比較例試料について、接合部付近をElectron Probe Micro Analysis（ＥＰＭＡ）またはEnergy Dispersive X-ray Spectroscopy（ＥＤＳ）で分析し、ＡｇおよびＮａの濃化の状態を検出した。
【００６１】
以下に試験結果を説明する。
図７は比較例試料の陽極接合後の観察結果であり、図８は実施例試料の陽極接合後の観察結果である。通常電圧を印加して陽極接合を行った段階では、ガラス基板に対するＡｇ浸透処理の有無の影響は全く無く、比較例試料および実施例試料ともに接合部に欠陥の発生が認められない。
【００６２】
図９は比較例試料の逆電圧印加後の観察結果であり、図１０は実施例試料の逆電圧印加後の観察結果である。図９に示すガラス基板にＡｇ浸透処理が施されていない比較例試料では、斑点状に見られる異常部分４１が多数観察される。図１１は、図９に示す比較例試料の斑点状部分を拡大して示す図である。異常部分４１を顕微鏡で拡大観察した結果、これらは、き裂または剥離を発生している欠陥４１である。
【００６３】
一方、ガラス基板にＡｇ浸透処理を施した実施例試料では、異常部分が認められない。図１２は、図１０に示す実施例試料を拡大して示す図である。実施例試料では、円形状に見られる汚れ４２が若干認められるけれども、き裂または剥離等の欠陥は全く認められず健全な接合部が維持されていた。
【００６４】
図１３は、比較例試料の接合界面付近をＥＰＭＡにより元素分布を測定した結果を示す図である。図１３（ａ）に示す陽極接合した段階の測定結果では、ガラス基板とシリコン基板との接合界面付近におけるＮａの濃化はほとんど認められない。図１３（ｂ）に示す逆電圧印加後の上記斑点状に見える変色域を測定した結果では、接合界面付近においてＮａの濃化が明瞭に認められる。また図１３（ｃ）に示す逆電圧印加後の上記斑点状以外の部分である非変色域を測定した結果では、接合界面付近において、変色域よりは低いけれども、Ｎａの濃化が認められる。図１３（ｂ）および図１３（ｃ）の結果から、逆電圧印加により接合界面付近にＮａが集積濃化し、Ｎａの集積濃化の程度が甚だしくなると欠陥発生に至ることが判る。
【００６５】
図１４は、実施例試料の接合界面付近をＥＤＳにより元素分析した結果を示す図である。図１４（ａ）は、ガラス基板１１とシリコン基板１５との接合界面４３付近の元素分析位置を示す。図１４（ａ）中紙面に向って左上から右下に延びるライン４３が上記接合界面４３である。図１４（ａ）中大文字のアルファベットＡ〜Ｄは、元素分析位置であり、位置Ｄは接合界面４３上であり、以下位置Ｃ，Ｂ，Ａの順に接合界面からの離隔距離が大きくなる。
【００６６】
図１４（ｂ）は元素分析結果であり、接合界面４３上の位置Ｄでは、明らかにＡｇが集積濃化していることが認められ、Ｎａは濃化していない。接合界面４３から少し離隔した位置Ｃでは、Ａｇの濃度が低く、逆にＮａの濃化が認められる。位置Ｃよりもさらに接合界面４３から離隔している位置Ｂ，Ａでは、ＡｇおよびＮａともに濃化が認められない。
【００６７】
実施例試料では、逆電圧を印加した場合、まず浸透されたＡｇが接合界面４３へ移動して集積濃化してしまうので、Ｎａが接合界面４３に集積する余地がなく、Ａｇ集積濃化部分の後方である接合界面４３から離隔した位置Ｃにしか集積濃化することができない。このように、実施例試料では、Ｎａが、接合界面４３に集積濃化しないので、接合界面４３において漏出することがなく、またき裂および剥離を惹起することもなく、逆電圧を印加した場合でも健全な接合部が確保される。
【００６８】
以上に述べたように、本実施の態様では、ガラス基板に接合される金属基板はシリコン基板であるけれども、これに限定されることなく、他の半導体基板であってもよく、また金属基板以外に金属元素含有基板、たとえばセラミック基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の第１態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。
【図２】本発明の実施の第２態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。
【図３】本発明の実施の第３態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。
【図４】本試験において用いたガラス基板１１とシリコン基板１５との形状および寸法を示す斜視図である。
【図５】試験に用いた陽極接合装置２０の構成を簡略化して示す図である。
【図６】陽極接合後および逆電圧印加後の試料の観察方向を示す図である。
【図７】比較例試料の陽極接合後の観察結果である。
【図８】実施例試料の陽極接合後の観察結果である。
【図９】比較例試料の逆電圧印加後の観察結果である。
【図１０】実施例試料の逆電圧印加後の観察結果である。
【図１１】図９に示す比較例試料の斑点状部分を拡大して示す図である。
【図１２】図１０に示す実施例試料を拡大して示す図である。
【図１３】比較例試料の接合界面付近をＥＰＭＡにより元素分布を測定した結果を示す図である。
【図１４】実施例試料の接合界面付近をＥＤＳにより元素分析した結果を示す図である。
【図１５】ガラス基板１とシリコン基板２との陽極接合方法の概略を示す模式図である。
【図１６】シリコン基板とガラス基板とを多層で陽極接合する方法の概略を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７０】
１１  ガラス基板
１２  Ａｇ層
１５  シリコン基板
１６  もう一つのシリコン基板
２０  陽極接合装置
２１  チャンバ
２２  カーボンヒータ
２３，２４  電極
２５  電圧印加用電源
２７  真空排気系
【図１】
2006069863.tif 000005
【図２】
2006069863.tif 000006
【図３】
2006069863.tif 000007
【図４】
2006069863.tif 000008
【図５】
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【図６】
2006069863.tif 000010
【図１３】
2006069863.tif 000011
【図１５】
2006069863.tif 000012
【図１６】
2006069863.tif 000013
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006069863.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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