(57)【要約】【課題】簡易な構成で、シリコン基板とガラス台座とシリコン台座との三層の陽極接合が可能な陽極接合装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る陽極接合装置は、シリコンチューブ１とシリコンチップ３との間にガラス台座２を配置して、各接合面を陽極接合する陽極接合装置であって、シリコンチューブ１とガラス台座２とシリコンチップ３とを重ねて、シリコンチューブ１が当接するように載置する陽極電極ステージ１３と、シリコンチップ３に当接される陽極電極１４と、ガラス台座２に当接される陰極電極１５と、陽極電極ステージ１３と陰極電極１５との間に所定の電圧を印加する一次電源１１と、陽極電極１４と陰極電極１５との間に所定の電圧を印加する二次電源１２と、シリコンチューブ１とガラス台座２の接合面及びガラス台座２とシリコンチップ３の接合面を加熱する加熱手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板との間にガラス基板を配置して、各接合面を陽極接合する陽極接合装置であって、
前記第１基板と前記ガラス基板と前記第２基板とを重ねて、前記第１基板が当接するように載置する陽極電極ステージと、
前記第２基板に当接される陽極電極と、
前記ガラス基板に当接される陰極電極と、
前記陽極電極ステージと前記陰極電極との間に所定の電圧を印加する第１直流電源と、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に所定の電圧を印加する第２直流電源と、
前記第１基板と前記ガラス基板の接合面及び前記ガラス基板と前記第２基板の接合面を加熱する加熱手段と、
を備える陽極接合装置。
【請求項２】
前記陽極電極が、前記第２基板の接合面に対向する面に所定の荷重を加えるように当接した状態で、前記各接合面を陽極接合することを特徴とする請求項１に記載の陽極接合装置。
【請求項３】
前記陰極電極は、前記ガラス基板の少なくとも一対の対向する側面に所定の荷重を加えるように当接することを特徴とする請求項１又は２に記載の陽極接合装置。
【請求項４】
前記第１直流電源の印加電圧と印加時間、前記第２直流電源の印加電圧と印加時間とを記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の陽極接合装置。
【請求項５】
第１基板と第２基板との間にガラス基板を配置して、各接合面を陽極接合する陽極接合方法であって、
前記第１基板と前記ガラス基板と前記第２基板とを重ねて、前記第１基板が当接するように陽極電極ステージ上に載置するステップと、
前記第２基板に陽極電極を当接するステップと、
前記ガラス基板に陰極電極を当接するステップと、
前記陽極電極ステージと前記陰極電極との間、及び前記陽極電極と前記陰極電極との間に所定の電圧を所定時間、同時に印加して、各接合面を陽極接合するステップと、
を有する陽極接合方法。
【請求項６】
第１基板と第２基板との間にガラス基板を配置して、各接合面を陽極接合する陽極接合方法であって、
前記第１基板と前記ガラス基板と前記第２基板とを重ねて、前記第１基板が当接するように陽極電極ステージ上に載置するステップと、
前記第２基板に陽極電極を当接するステップと、
前記ガラス基板に陰極電極を当接するステップと、
前記陽極電極ステージと前記陰極電極との間に所定の電圧を所定時間印加して、前記第１基板と前記ガラス基板とを陽極接合するステップと、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に所定の電圧を所定時間印加して、前記第２基板と前記ガラス基板とを陽極接合するステップと、
を有する陽極接合方法。
【請求項７】
前記陽極電極が、前記第２基板の接合面に対向する面に所定の荷重を加えるように当接した状態で、前記各接合面を陽極接合することを特徴とする請求項５又は６に記載の陽極接合方法。
【請求項８】
前記陰極電極が、前記ガラス基板の少なくとも一対の対向する側面に所定の荷重を加えるように当接することを特徴とする請求項５、６又は７に記載の陽極接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極接合装置及び陽極接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコンダイアフラム型圧力センサが知られている。この圧力センサは、ガラス台座の対向する面にそれぞれ、ダイアフラム部を有するシリコン基板、シリコン台座が接合された構成を有している。この圧力センサは、最初にガラス台座の一方の面にシリコン台座を陽極接合し、その後、ガラス台座のシリコン台座接合面と反対側の面にシリコン基板を陽極接合することにより製造される。
【０００３】
陽極接合では、ガラス側を陰極、シリコン側を陽極として接合を行う。このため、ガラス台座とシリコン台座とを接合する場合にはガラス台座を陰極、シリコン台座を陽極とする必要があり、ガラス台座とシリコン基板とを接合する場合にはガラス台座を陰極、シリコン基板を陽極とする必要がある。
【０００４】
従って、シリコン基板、ガラス台座、シリコン台座の順に配置したこれらの部品を陽極接合する場合、一方向から電圧を印加して１回の工程でこれら２箇所の接合を行うことができない。このため、従来はこれらの３つの部品の接合工程を２回の工程に分けて、電圧印加方向を変えて実施していた。
【０００５】
しかし、２回の工程に分けて接合を実施すると製造時間が長くなるだけでなく、ハンドリングにより発生する傷や汚れ等により圧力センサの品質に悪影響を及ぼす確立を高める結果となっていた。
【０００６】
特許文献１では、シリコン基板と、シリコン基板の一方の面に陽極接合された第１のガラス基板と、シリコン基板の他方の面にシリコン基板と第１のガラス基板とを陽極接合する際の印加電界の方向と同一の方向の印加電界で陽極接合を可能とする陽極接合可能層を介して陽極接合された第２のガラス基板とを備えた陽極接合構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０６３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、陽極接合可能層としてガラス層と金属層又はシリコン層を別途形成する必要がある。この陽極接合可能層を圧力センサに適用すると、これらの陽極可能層と基板との熱膨張率の相違に起因する熱応力が検出誤差を生じさせる恐れがある。また、高圧力媒体が導入される圧力センサでは、接合強度が不十分となる場合がある。従って、圧力センサでは、特許文献１に記載の構造を採用することができない。さらに、特許文献１では、製造時間の短縮を図ることはできない。
【０００９】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、簡易な構成で、シリコン基板とガラス台座とシリコン台座との三層の陽極接合が可能な陽極接合装置及び陽極接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る陽極接合装置は、第１基板と第２基板との間にガラス基板を配置して、各接合面を陽極接合する陽極接合装置であって、前記第１基板と前記ガラス基板と前記第２基板とを重ねて、前記第１基板が当接するように載置する陽極電極ステージと、前記第２基板に当接される陽極電極と、前記ガラス基板に当接される陰極電極と、前記陽極電極ステージと前記陰極電極との間に所定の電圧を印加する第１直流電源と、前記陽極電極と前記陰極電極との間に所定の電圧を印加する第２直流電源と、前記第１基板と前記ガラス基板の接合面及び前記ガラス基板と前記第２基板の接合面を加熱する加熱手段とを備えるものである。これにより、簡易な構成で第１基板、ガラス基板、第２基板を一度配置して、これらを一括して陽極接合を行うことができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る陽極接合装置は、上記の陽極接合装置において、前記陽極電極が、前記第２基板の接合面に対向する面に所定の荷重を加えるように当接した状態で、前記各接合面を陽極接合することを特徴とするものである。これにより、第１基板、ガラス基板、第２基板の位置ずれを防止することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る陽極接合装置は、上記の陽極接合装置において、前記陰極電極は、前記ガラス基板の少なくとも一対の対向する側面に所定の荷重を加えるように当接することを特徴とするものである。これにより、第１基板、ガラス基板、第２基板の位置ずれを防止することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様に係る陽極接合装置は、上記の陽極接合装置において、前記第１直流電源の印加電圧と印加時間、前記第２直流電源の印加電圧と印加時間を記憶する記憶手段を備えることを特徴とするものである。これにより、第１基板、ガラス基板、第２基板の形状や接合条件等に応じて、最適な電圧と印加時間を容易に選択することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様に係る陽極接合方法は、第１基板と第２基板との間にガラス基板を配置して、各接合面を陽極接合する陽極接合方法であって、前記第１基板と前記ガラス基板と前記第２基板とを重ねて、前記第１基板が当接するように陽極電極ステージ上に載置するステップと、前記第２基板に陽極電極を当接するステップと、前記ガラス基板に陰極電極を当接するステップと、前記陽極電極ステージと前記陰極電極との間、及び前記陽極電極と前記陰極電極との間に所定の電圧を所定時間、同時に印加して、各接合面を陽極接合するステップとを有する。これにより、第１基板、ガラス基板、第２基板を一度配置するだけで、これらを一括して陽極接合を行うことができ、ハンドリングによる損傷を防ぐことができる。
【００１５】
本発明の第６の態様に係る陽極接合方法は、第１基板と第２基板との間にガラス基板を配置して、各接合面を陽極接合する陽極接合方法であって、前記第１基板と前記ガラス基板と前記第２基板とを重ねて、前記第１基板が当接するように陽極電極ステージ上に載置するステップと、前記第２基板に陽極電極を当接するステップと、前記ガラス基板に陰極電極を当接するステップと、前記陽極電極ステージと前記陰極電極との間に所定の電圧を所定時間印加して、前記第１基板と前記ガラス基板とを陽極接合するステップと、前記陽極電極と前記陰極電極との間に所定の電圧を所定時間印加して、前記第２基板と前記ガラス基板とを陽極接合するステップとを有する。これにより、第１基板、ガラス基板、第２基板を一度配置するだけで、これらを一括して陽極接合を行うことができ、ハンドリングによる損傷を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の第７の態様に係る陽極接合方法は、上記の陽極接合方法であって、前記陽極電極が、前記第２基板の接合面に対向する面に所定の荷重を加えるように当接した状態で、前記各接合面を陽極接合することを特徴とする。これにより、第１基板、ガラス基板、第２基板の位置ずれを防止することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様に係る陽極接合方法は、上記の陽極接合方法であって、前記陰極電極が、前記ガラス基板の少なくとも一対の対向する側面に所定の荷重を加えるように当接することを特徴とする。これにより、第１基板、ガラス基板、第２基板の位置ずれを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡易な構成で、第１基板とガラス基板と第２基板との三層の陽極接合が可能な陽極接合装置及び陽極接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係る陽極接合装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る陽極接合方法を説明するための製造工程図である。
【図３】実施の形態１に係る陽極接合方法を説明するための製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る陽極接合装置１０の構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る陽極接合装置１０は、一次電源１１、二次電源１２、陽極電極ステージ１３、陽極電極１４、陰極電極１５を備えている。
【００２１】
陽極電極ステージ１３上には、第１基板と第２基板との間にガラス基板を配置した積層体が載置される。本実施の形態では、第１基板としてシリコンチューブ１、第２基板としてシリコンチップ３、ガラス基板としてガラス台座２である例について説明する。シリコンチップ３には、ダイアフラム部が形成されている。シリコンチップ３、ガラス台座２、シリコンチューブ１を接合することによって、圧力センサが構成される。
【００２２】
シリコンチューブ１には、上端から下端まで貫通する貫通孔１ａが設けられている。また、ガラス台座２にも、貫通孔１ａが設けられた位置に対応して、貫通孔２ａが設けられている。貫通孔２ａの径は、貫通孔１ａの径よりも小さい。陽極接合装置１０は、シリコンチューブ１とガラス台座２との間の接合面、ガラス台座２とシリコンチップ３の間の接合面の２箇所を接合する。
【００２３】
陽極電極ステージ１３には、シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３をこの順に重ねた積層体が、シリコンチューブ１が陽極電極ステージ１３に当接するように載置される。シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３は、図１においては示されない搬送手段により、陽極電極ステージ１３に順次搬送される。陽極電極ステージ１３には、貫通孔１ａ、２ａから真空引きをすることによって、シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３を固定するための図示しない吸着手段が設けられている。
【００２４】
なお、本実施の形態では、シリコンチップ３上に導電性を有するシリコン等からなるダミー基板４が配置される。このダミー基板４は、陽極接合の際に印加される電圧をシリコンチップ３の全面に効率よく伝導させるために配置される。但し、陽極電極１４からの印加電圧が充分に伝導される場合には、ダミー基板４は配置しなくても構わない。
【００２５】
陽極電極１４、陰極電極１５は移動可能に設けられている。陽極電極１４は、シリコンチップ３の、ガラス台座２との接合面の反対側の面に当接される。陰極電極１５は、ガラス台座２の２つの接合面以外の側面に当接される。
【００２６】
一次電源１１は、陽極電極ステージ１３と陰極電極１５との間に、シリコンチューブ１とガラス台座２との接合に必要な所定の電圧を印加する。二次電源１２は、陽極電極１４と陰極電極１５との間に、ガラス台座２とシリコンチップ３との接合に必要な所定の電圧を印加する。
【００２７】
印加する電圧は基板の形状や材質などの材料条件と、接合面の加熱温度や接合時間などの接合条件などにより適宜設計される。なお、電圧の印加は、陽極電極ステージ１３と陽極電極１４、陽極電極１４と陰極電極１５の両電極間に同時に印加しても良く、片方ずつ印加しても良い。これについては後に説明する。
【００２８】
一次電源１１、二次電源１２のそれぞれの印加電圧や、陽極電極１４、陰極電極１５の位置等は、図示しない制御部によって制御される。なお、図１においては図示していないが、陽極接合装置１０は、シリコンチューブ１とガラス台座２との接合面及びガラス台座２とシリコンチップ３の接合面を加熱する加熱手段を備えている。
【００２９】
加熱手段としては、例えば、陽極電極ステージ１３に埋め込まれたヒータを用いることができる。この場合は、シリコンチューブ１を介して、各接合面を加熱することができる。また、加熱手段として、陽極電極１４や陰極電極１５に埋め込まれたヒータを用いることも可能である。
【００３０】
陽極電極ステージ１３上に、シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３を重ねて配置して状態で、陽極電極ステージ１３と陽極電極１４との間、陽極電極１４と陰極電極１５との間に所定の直流電圧を印加すると共に、加熱手段によって、接合に必要な温度に加熱することによって、各接合面を陽極接合することができる。
【００３１】
また、陽極接合装置１０は、シリコンチューブ１とガラス台座２の材料条件と、接合条件などに基づいて設計される一次電源１１の印加電圧と印加時間、ガラス台座２とシリコンチップ３の材料条件と、接合条件などに基づいて設計される二次電源１２の印加電圧と印加時間を記憶する記憶手段を備えていてもよい。これにより、シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３の材料や接合条件などが変化したとしても、最適な条件で各接合面を接合することが可能となる。
【００３２】
ここで、図２、３を参照して、本実施の形態に係る陽極接合方法について説明する。図２、３は、本実施の形態に係る陽極接合方法を説明するための製造工程図である。図２（ａ）に示すように、まず、搬送手段１６によりシリコンチューブ１を吸引や把持等して保持して搬送し、陽極電極ステージ１３上に配置する（図２（ｂ））。
【００３３】
陽極電極ステージ１３上にシリコンチューブ１を配置した後、保持手段１７でシリコンチューブ１の対向する一対の側面を保持し、シリコンチューブ１を固定する（図２（ｃ））。そして、図２（ｄ）に示すように搬送手段１６によりガラス台座２を搬送し、位置合わせを行ってシリコンチューブ１上に配置する（図２（ｅ））。例えば、画像処理手段等を用いてシリコンチューブ１の中心点を把握し、シリコンチューブ１とガラス台座２との位置合わせを行うことができる。
【００３４】
その後、陽極電極ステージ１３に設けられた図示しない吸着手段により、貫通孔１ａから真空引きをすることによって、シリコンチューブ１上にガラス台座２が固定される（図２（ｆ））。ガラス台座２を固定した後、図２（ｇ）に示すように搬送手段１６によりシリコンチップ３を搬送し、位置合わせをしてガラス台座２上に配置する（図２（ｈ））。
【００３５】
その後、陽極電極ステージ１３に設けられた図示しない吸着手段により、貫通孔１ａ、２ａから真空引きをすることによって、ガラス台座２上にシリコンチップ３が固定される（図３（ｉ））。シリコンチップ３を固定した後、図３（ｊ）に示すように搬送手段によりダミー基板４を搬送し（図３（ｋ））、シリコンチップ３上に配置する（図３（ｌ））。なお、ダミー基板４は配置しなくても構わない。
【００３６】
その後、ダミー基板４の略中央部に陽極電極１４を当接させる（図３（ｍ））。陽極電極１４は、シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３、ダミー基板４がずれないように、シリコンチップ３の接合面の反対側の面に所定の荷重を加えるように当接する。これにより、シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３のそれぞれの間を密着固定することができる。
【００３７】
そして、陽極電極１４により所定の荷重を加えた状態で、図３（ｎ）に示すように陰極電極１５をガラス台座２の接合面以外の側面に当接させる。なお、陽極電極１４から印加される荷重は、陰極電極１５の当接により、シリコンチューブ１等が位置ずれしない程度の荷重であれば良い。
【００３８】
また、陰極電極１５からもガラス台座２の少なくとも一対の対向する側面に所定の荷重を加えて、位置ずれを防止しても良い。本実施の形態においては、４本の陰極電極１５が設けられており、ガラス台座２の４つの側面のそれぞれに陰極電極１５が当接している。４つの陰極電極１５からガラス台座２に与えられる荷重は略等しくなっている。
【００３９】
その後、陽極電極１４及び陰極電極１５により所定の荷重を加えた状態で、各接合面の陽極接合を行う（図３（ｏ））。陽極接合を行うに当たっては、（１）シリコンチューブ１とガラス台座２との接合面及びガラス台座２とシリコンチップ３との接合面を同時に陽極接合する方法と、（２）これらの接合面を一方ずつ陽極接合する方法とがある。以下、この２つの方法について説明する。
【００４０】
（１）２つの接合面を同時に陽極接合する場合
図示しない加熱手段により各接合面を加熱すると共に、ガラス台座２を共通の接地電位ＧＮＤとし、一次電源１１、二次電源１２から所定の電圧を所定時間、同時に印加する。一次電源１１から陽極電極ステージ１３−陰極電極１５間に印加する電圧と、二次電源１２から陽極電極１４−陰極電極１５間に印加する電圧は等しい。
【００４１】
従来は、シリコンチューブ１とガラス台座２とを重ねて配置した後、アルカリ金属化合物がガラス台座２に析出しないように使い捨てのガラスダミー基板をガラス台座２上にさらに重ねて配置して、シリコンチューブ１とガラスダミー基板とにそれぞれ電極をセットして陽極接合を行っていた。
【００４２】
その後、ダミーガラス基板を除去し、接合されたシリコンチューブ１とガラス台座２の上にシリコンチップ３を搬送して、ガラス台座２とシリコンチップ３とにそれぞれ電極をセットして電圧の印加方向を変えて陽極接合を行っていた。このため、製造時間が長くなると共に、ハンドリングにより発生する傷や汚れ等により圧力センサの品質に悪影響を及ぼしていた。
【００４３】
本実施の形態によれば、シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３を一度配置するだけで、これらを一括して陽極接合を行うことができる。また、陰極電極１５をガラス台座２の側面に当接しているため、アルカリ金属化合物がガラス台座２の接合面に析出することを防止できる。このため、ハンドリングによる損傷を防ぐことができ、製造される圧力センサの品質の低下を防止することが可能となる。
【００４４】
一次電源１１と二次電源１２から同時に等しい値の電圧を印加するため、シリコンチューブ１とガラス台座２の間又はガラス台座２とシリコンチップ３との間に逆方向に電流が流れることがない。このため、２箇所の接合面を同時に接合することができ、製造時間を短縮することができる。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、従来シリコンチューブ１とガラス台座２とを接続する際に用いていたガラスダミー基板を配置しなくても、良好な接合を行うことができる。これにより、使い捨ての部品を削減することができる。さらに、各接合面に他の層を介在させることなく各接合面を接合することができるため、圧力センサの介在物に起因する検出誤差を防止することができる。
【００４６】
（２）２つの接合面を一方ずつ陽極接合する場合
図示しない加熱手段により各接合面を加熱すると共に、ガラス台座２を共通の接地電位ＧＮＤとし、一次電源１１からの所定の電圧の印加と、二次電源１２からの所定の電圧の印加を別々に行う。例えば、まず、一次電源１１から陽極電極ステージ１３−陰極電極１５間に所定の電圧を所定時間印加してシリコンチューブ１とガラス台座２との陽極接合を行った後に、陽極電極１４−陰極電極１５間に所定の電圧を所定時間印加してガラス台座２とシリコンチップ３との陽極接合を行うことができる。
【００４７】
このように、本実施の形態によれば、上述の同時に陽極接合を行う場合と同様に、シリコンチューブ１、ガラス台座２、シリコンチップ３を一度配置するだけで、これらを一括して陽極接合を行うことができる。このため、ハンドリングによる損傷を防ぐことができ、製造される圧力センサの品質の低下を防止することが可能となる。
【００４８】
また、従来シリコンチューブ１とガラス台座２とを接続する際に用いていたガラスダミー基板を配置しなくても良好な接合を行うことができ、部品点数の削減を実現することができる。さらに、各接合面に他の層を介在させることなく各接合面を接合することができるため、圧力センサの介在物に起因する検出誤差を防止することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、シリコンチューブ１−ガラス台座２間に印加する電圧、ガラス台座２−シリコンチップ３間に印加する電圧をそれぞれ最適化することが可能である。これにより、各部品へのダメージを低減させることが可能となる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、時間差で２つの接合面を接合する場合、上述の例に限定されるものではない。ガラス台座２とシリコンチップ３との陽極接合を行った後に、シリコンチューブ１とガラス台座２との陽極接合を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  シリコンチューブ
２  ガラス台座
３  シリコンチップ
４  ダミー基板
１０  陽極接合装置
１１  一次電源
１２  二次電源
１３  陽極電極ステージ
１４  陽極電極
１５  陰極電極
１６  搬送手段
１７  保持手段
【図１】
2011029269.tif 000003
【図２】
2011029269.tif 000004
【図３】
2011029269.tif 000005