(57)【要約】【課題】気密室の内圧のばらつきを抑制しながらも、小型化が可能な気密構造体の製造方法および気密構造体を提供することにある。【解決手段】気密構造体の製造方法は、シリコン基板により形成され且つ厚み方向の一面側に凹部１ａが形成された第１の基板１と、ガラス基板からなり且つ一表面２ｃに固着ベース３が形成された第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２との間に形成され且つ内部が気密に保たれた気密室Ｃとを備える気密構造体の製造方法であり、第２の基板２に排気孔２ａを形成し固着ベース３に貫通孔３ａを形成した後に、第２の基板２が第１の基板１の前記一面側を覆う形で第２の基板２と第１の基板１における凹部１ａの外周部とを減圧下の真空中で陽極接合により接合し、その後、第２の基板２の排気孔２ａおよび貫通孔３ａを封止するための封止用部材４を真空中で固着ベース３に固着する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体および金属のいずれか一方により形成され且つ厚み方向の一面側に凹部が形成された第１の基板と、ガラス基板からなる第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に形成され且つ内部が気密に保たれた気密室とを備える気密構造体の製造方法であって、第２の基板の厚み方向に貫通した少なくとも１つの排気孔を第２の基板に貫設した後に、第２の基板が第１の基板の前記一面側を覆う形で第２の基板と第１の基板における凹部の外周部とを減圧下で陽極接合により接合し、その後、第２の基板の前記排気孔を封止するための封止用部材を減圧下で第２の基板における第１の基板側とは反対側の一表面側に固着することを特徴とする気密構造体の製造方法。
【請求項２】
前記第２の基板に複数の前記排気孔を貫設することを特徴とする請求項１記載の気密構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第２の基板に前記排気孔を形成するに当たっては、前記第２の基板における前記封止用部材が固着される前記一表面側とは反対側の他表面側において前記排気孔を形成する予定の領域に対応する部位に窓部が形成されたマスクを形成した後に、前記第２の基板における前記他表面側から研磨材を吹き付けるブラスト加工を行うことで前記他表面側の開口面積に比べて前記一表面側の開口面積が小さいテーパ状の前記排気孔を形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の気密構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第２の基板に前記排気孔を形成するに当たっては、前記第２の基板における前記排気孔を形成する予定の領域にレーザ光を集光して前記第２の基板に前記排気孔を穿設するレーザ加工を行うことで前記排気孔を形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の気密構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第２の基板の前記封止用部材が固着される前記一表面側における少なくとも前記排気孔の外周部に第１の金属からなる固着ベースを形成し、第２の基板と第１の基板における凹部の外周部とを減圧下で陽極接合により接合した後に、第１の金属とは異なる第２の金属により形成され且つ前記封止用部材の基となるワイヤの先端部をボール状に形成し、その後、当該ボール状のワイヤの先端部を前記排気孔を覆う形で配置し、その後、当該ワイヤの先端部に超音波の振動を与えて前記固着ベースと前記ワイヤの先端部との接合部分に摩擦熱を発生させ、当該摩擦熱により生じる前記ワイヤを形成する前記第２の金属と前記固着ベースを形成する前記第１の金属との固相拡散を利用して前記ワイヤの先端部を前記固着ベースに固着してから前記ワイヤの先端部を前記ワイヤから切り離すことで前記ワイヤの先端部からなる前記封止用部材を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の気密構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第２の基板の前記封止用部材が固着される前記一表面側および前記封止用部材を覆う形で形成された少なくとも１層の保護膜を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の気密構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の気密構造体の製造方法により製造されてなることを特徴とする気密構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密構造体の製造方法および気密構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力センサや加速度センサ等のマイクロセンサとして、金属やシリコン等の半導体で形成され且つ厚み方向の一表面側に凹部が形成された第１の基板と、ガラスで形成された第２の基板と、前記第１の基板の前記一表面側に第２の基板を固着することにより形成された気密室を有する気密構造体からなるマイクロセンサが提供されている。
【０００３】
この種のマイクロセンサとして、例えば、図５に示すように、厚み方向の一表面側に凹部１ａ’が形成され且つ凹部１ａ’の底部に可動電極としての機能を有するダイヤフラム部１ｂ’が設けられたシリコン基板からなる第１の基板１’と、第１の基板１’の前記一表面側に第１の基板１’の凹部１ａ’を覆う形で配設され且つダイヤフラム部１ｂ’に対向する面側に固定電極１１’が形成されたガラス基板からなる第２の基板２’と、第１の基板１’に第２の基板２’を接合することにより形成された気密室Ｃ’とを備え、気密室Ｃ’の内圧と第１の基板１’の外部からダイヤフラム部１ｂ’に対して第１の基板１’の厚み方向に加わる圧力との圧力差の変化からダイヤフラム部１ｂ’に対して第１の基板１’の厚み方向に加わる圧力を検出する静電容量式圧力センサが提案されている（特許文献１参照）。ここに、ダイヤフラム部１ｂ’に対して第１の基板１’の厚み方向に加わる圧力は、ダイヤフラム部１ｂ’と固定電極１１’と両者の間に存在する媒質とで構成されるコンデンサの静電容量の変化を検出することにより検出する。
【０００４】
なお、第１の基板１’の凹部１ａ’の底部におけるダイヤフラム部１ｂ’の外周部には、アルミニウム等の金属により形成され且つダイヤフラム部１ｂ’に電気的に接続された第１の導電膜３１’が設けられている。また、第１の基板１’には、アルミニウム等の金属により形成され且つ第１の基板１’とは絶縁膜４１’により絶縁された第２の導電膜３２’とが設けられている。また、第２の基板２’には、第２の基板２’の厚み方向に貫通した２つのスルーホール２ｂ１’，２ｂ２’が設けられ、スルーホール２ｂ１’，２ｂ２’の内壁には第３の導電膜（図示せず）が形成されている。ここに、図５に示す構成の静電容量式圧力センサでは、ダイヤフラム部１ｂ’に電気的に接続された第１の導電膜３１’および固定電極１１’にそのリード部（図示せず）を介して電気的に接続された第２の導電膜３２’を、スルーホール２ｂ１’２ｂ２’の内壁に形成された前記第３の導電膜を介して外部回路（図示せず）に電気的に接続することができる。
【０００５】
図５に示す構成の静電容量式圧力センサの製造方法では、シリコン基板を用いて形成した第１の基板１’の凹部１ａ’の外周部全体とガラス基板を用いて形成した第２の基板２’の周部とを陽極接合で接合することにより気密室Ｃ’を形成する。
【０００６】
ここにおいて、第１の基板１’の凹部１ａ’の外周部に第２の基板２’を接触させた状態で、高温（例えば、４００℃）下で第２の基板２’に接触させた陰極端子（図示せず）と第１の基板１’に接触させた陽極端子（図示せず）との間に第１の基板１’側が高電位となる形で高電圧（例えば、８００Ｖの直流電圧）を印加することにより、第１の基板１’および第２の基板２’の接合面で接合反応を発生させて第１の基板１’の凹部１ａ’の外周部全体と第２の基板２’とを接合する。
【０００７】
しかして、第１の基板１’の凹部１ａ’の外周部と第２の基板２’の周部とにおいて、シリコンとガラスとの接合が行われると同時に気密室Ｃ’が形成されることになる。
【０００８】
ところが、シリコン基板からなる第１の基板１’とガラス基板からなる第２の基板２’とを陽極接合により接合する場合、第２の基板２’から酸素ガスが発生する。従って、第１の基板１’と第２の基板２’とを真空中で陽極接合しても、気密室Ｃ’の内部に第２の基板２’から発生した酸素ガスが封入されてしまう。
【０００９】
一方、第１の基板１’と第２の基板２’とを陽極接合により接合する際に第２の基板２’から発生する酸素ガスの量を一定に制御することは非常に難しい。従って、前述のように、第１の基板１’と第２の基板２’とを陽極接合で接合することにより静電容量式圧力センサを製造した場合、第２の基板２’から発生する酸素ガスの量が一定ではないので、気密室Ｃ’の内部に封入される酸素ガスの量がばらついてしまう。すると、気密室Ｃ’の内圧にばらつきが発生し、静電容量式圧力センサの出力のばらつきが生じてしまう。
【００１０】
また、第１の基板１’と第２の基板２’との間に高電圧を印加して第１の基板１’と第２の基板２’とを陽極接合により接合する場合、第２の基板２’から発生する酸素ガスにより気密室Ｃ’の内部の真空度が低くなると、第１の基板１’のダイヤフラム部１ｂ’と第２の基板２’に形成された固定電極１１’との間に生じる静電引力によりダイヤフラム部１ｂ’が固定電極１１’に接近した際に、ダイヤフラム部１ｂ’と固定電極１１’との間で放電が発生して、ダイヤフラム部１ｂ’と固定電極１１’とが溶着してしまい、静電容量式圧力センサとして機能しなくなるおそれがあった。第１の基板１’と第２の基板２’とを接合する工程においてダイヤフラム部１ｂ’と固定電極１１’とが溶着してしまった場合、製造された製品を廃棄せざるを得ず、製品の歩留りが低下することになるおそれがあった。
【００１１】
これに対して、従来から、図６に示すように、酸素ガス等の気体を吸着するゲッタ１２”を気密室Ｃ”の内部に設けて、気密室Ｃ”の内部に存在する気体をゲッタ１２”に吸収させることにより、気密室Ｃ”の内部を真空にする気密構造体である圧力センサの製造方法が提案されている（特許文献２参照）。
【００１２】
なお、図６に示す構成の圧力センサでは、可動電極として機能するダイヤフラム部１ｂ”が形成されたシリコン基板からなる第１の基板１”の厚み方向の両面側それぞれに、ガラス基板からなる第２の基板２１”および第３の基板２２”が陽極接合により接合されている。
【００１３】
また、図６に示す構成の圧力センサでは、ダイヤフラム部１ｂ”と第２の基板２１”との間に気密室Ｃ”が形成されるとともに、ダイヤフラム部１ｂ”と第３の基板２２”との間に外部から圧力検出対象の気体が導入される測定室Ａ”が形成されている。
【００１４】
また、第２の基板２１”における第１の基板１”のダイヤフラム部１ｂ”に対向する面側に第１の固定電極１１ａ”が設けられるとともに、第３の基板２２”におけるダイヤフラム部１ｂ”に対向する面側には第２の固定電極１１ｂ”が設けられている。また、外部から測定室Ａ”に圧力検出対象である気体を導入するための気体導入孔２２ａ”が、第３の基板２２”における測定室Ａ”に対応する部位に貫設されている。また、気体導入孔２２ａ”の上部には、複数の小径の孔（図示せず）が貫設された蓋体２２ａ２”が配設されている。
【００１５】
ここで、図６に示す構成の圧力センサでは、ダイヤフラム部１ｂ”と第１の固定電極１１ａ”と両者の間に存在する媒質とから構成されるコンデンサの静電容量が一定となるように、第２の固定電極１１ｂ”とダイヤフラム部１ｂ”との間に直流電圧を印加する電圧印加手段（図示せず）を有し、当該電圧印加手段が第２の固定電極１１ｂ”とダイヤフラム部１ｂ”との間に印加する直流電圧の大きさに基づいて測定室Ａ”に導入される気体の圧力を測定する。
【００１６】
また、気密室Ｃ”は、第１の固定電極１１ａ”が配設された第１の気密室Ｃ１”と、ゲッタ１２”が配設され且つ第１の気密室Ｃ１”と連通する第２の気密室Ｃ２”とから構成されている。
【００１７】
また、第３の基板２２”には、第３の基板２２”の厚み方向に貫通し且つ内側の壁面にアルミニウム等の金属膜２２ｃ１”，２２ｃ２”，２２ｃ３”が形成された３つのスルーホール２２ｂ１”，２２ｂ２”，２２ｂ３”が設けられており、各スルーホール２２ｂ１”，２２ｂ２”，２２ｂ３”に導電性エポキシ樹脂等の導電性材料を埋設してなる端子部３１ａ”，３２ａ”，３３ａ”が設けられている。各端子部３１ａ”，３２ａ”，３３ａ”にはリード線３１ｂ”，３２ｂ”，３３ｂ”が接続されている。なお、図６に示す構成の圧力センサでは、ダイヤフラム部１ｂ”を、端子部３２ａ”およびリード線３２ｂ”を介して前記電圧印加手段の低電位側の出力端および静電容量測定手段（図示せず）の低電位側の入力端に電気的に接続し、第１の固定電極１１ａ”を、端子部３１ａ”およびリード線３１ｂ”を介して前記静電容量測定手段の高電位側の入力端に電気的に接続し、第２の固定電極１１ｂ”を、端子部３３ａ”およびリード線３３ｂ”を介して前記電圧印加手段の高電位側の出力端に電気的に接続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−１９４７７１号公報
【特許文献２】特開平１１−６７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、図６に示す構成の圧力センサの製造方法では、気密室Ｃ”の内部にゲッタ１２”を設けることになり、気密室Ｃ”を、ゲッタ１２”を設けるためのスペースを確保できる大きさにする必要があるので、気密構造体である圧力センサの小型化が難しくなる。また、ゲッタ１２”のガス吸着能力は、ゲッタ１２”の表面積に依存するため、ゲッタ１２”の表面積が、所望の気密室Ｃ”の内圧を得るのに十分なガス吸着能力が得られるように設定する必要があり、ゲッタ１２”により、圧力センサの小型化が制限されてしまう。なお、ゲッタ１２”の表面の面積が、所望の内圧を得るのに十分なガス吸着能力が得られる面積よりも小さい場合には、気密室Ｃ”の内圧が安定せず、圧力センサの出力が不安定となることがあった。
【００２０】
また、ゲッタ１２”を活性化する工程では、ゲッタ１２”に気密室Ｃ”内のガスを吸着させるために、通常、ゲッタ１２”を陽極接合による接合時の温度よりも高い規定の温度（４５０℃程度）までに加熱する必要があり、前記規定の温度での耐熱性が低い部分を有する気密構造体の製造に対して適用することが困難となる。
【００２１】
本願発明は、前記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、気密室の内圧のばらつきを抑制しながらも、小型化が可能な気密構造体の製造方法および気密構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
請求項１の発明は、半導体および金属のいずれか一方により形成され且つ厚み方向の一面側に凹部が形成された第１の基板と、ガラス基板からなる第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に形成され且つ内部が気密に保たれた気密室とを備える気密構造体の製造方法であって、第２の基板の厚み方向に貫通した少なくとも１つの排気孔を第２の基板に貫設した後に、第２の基板が第１の基板の前記一面側を覆う形で第２の基板と第１の基板における凹部の外周部とを減圧下で陽極接合により接合し、その後、第２の基板の前記排気孔を封止するための封止用部材を減圧下で第２の基板における第１の基板側とは反対側の一表面側に固着することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、第２の基板の厚み方向に貫通した少なくとも１つの排気孔を第２の基板に貫設した後に、第２の基板が第１の基板の前記一面側を覆う形で第２の基板と第１の基板とを減圧下で陽極接合により接合し、その後、第２の基板の前記排気孔を封止するための封止用部材を減圧下で第２の基板における第１の基板側とは反対側の一表面側に固着することにより、第２の基板と第１の基板とを接合する際に、ガラス基板からなる第２の基板から発生した酸素ガスを排気孔を通して外部に排気することができるので、従来のように気密室の内部に酸素ガスを吸収させるためのゲッタを設ける必要がないから、気密に保たれた気密室の内圧のばらつきを抑制しながらも、気密構造体の小型化を図ることができる。また、減圧に維持されたチャンバ内で封止用部材を第２の基板における第１の基板側とは反対側の一表面側に固着する際に、チャンバ内の圧力を適宜設定するだけで、気密室の内圧を制御することができるので、気密室の内圧を自由に設定することができる。また、従来のように気密室の内部に酸素ガスを吸収させるためのゲッタを設ける必要がないので、従来のようにゲッタを活性化する工程で陽極接合による接合時の温度よりも高い規定の温度（例えば、４５０℃程度）に加熱する必要がないから、前記規定の温度での耐熱性が低い部分を有する気密構造体の製造に対しても適用することができる。
【００２４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第２の基板に複数の前記排気孔を貫設することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前記第２の基板に複数の前記排気孔を貫設することにより、前記第２の基板と前記第１の基板とを接合する際に、前記第２の基板から発生した酸素ガスをより効率よく前記凹部の外部に排気することができるので、前記凹部の内部に酸素ガスが残留するのを抑制し、前記気密室の内圧のばらつきをより抑制することができる。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記第２の基板に前記排気孔を形成するに当たっては、前記第２の基板における前記封止用部材が固着される前記一表面側とは反対側の他表面側において前記排気孔を形成する予定の領域に対応する部位に窓部が形成されたマスクを形成した後に、前記第２の基板における前記他表面側から研磨材を吹き付けるブラスト加工を行うことで前記他表面側の開口面積に比べて前記一表面側の開口面積が小さいテーパ状の前記排気孔を形成することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、前記第２の基板に前記排気孔を形成するに当たっては、前記第２の基板における前記封止用部材が固着される前記一表面側とは反対側の他表面側において前記排気孔を形成する予定の領域に対応する部位に窓部が形成されたマスクを形成した後に、前記第２の基板における前記他表面側から研磨材を吹き付けるブラスト加工を行うことで前記他表面側の開口面積に比べて前記一表面側の開口面積が小さいテーパ状の前記排気孔を形成することにより、ウェットエッチングにより前記排気孔を形成する場合に比べて、加工精度が高く、前記排気孔の前記第２の基板の前記一表面における開口面積を小さくすることができるので、前記排気孔を封止するための前記封止用部材の大きさを小さくすることができるから、前記封止用部材の前記第２の基板の前記一表面側への固着を容易にすることができる。
【００２８】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記第２の基板に前記排気孔を形成するに当たっては、前記第２の基板における前記排気孔を形成する予定の領域にレーザ光を集光して前記第２の基板に前記排気孔を穿設するレーザ加工を行うことで前記排気孔を形成することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、前記第２の基板に前記排気孔を形成するに当たっては、前記第２の基板における前記排気孔を形成する予定の領域にレーザ光を集光して前記第２の基板に前記排気孔を穿設するレーザ加工を行うことで形成することにより、ウェットエッチングにより前記排気孔を形成する場合に比べて、より加工精度が高く、前記排気孔の開口面積を小さくすることができるので、前記排気孔を封止するための前記封止用部材の大きさをより小さくすることができるから、前記封止用部材の前記第２の基板の前記一表面側への固着をより容易にすることができる。
【００３０】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４の発明において、前記第２の基板の前記封止用部材が固着される前記一表面側における少なくとも前記排気孔の外周部に第１の金属からなる固着ベースを形成し、第２の基板と第１の基板における凹部の外周部とを減圧下で陽極接合により接合した後に、第１の金属とは異なる第２の金属により形成され且つ前記封止用部材の基となるワイヤの先端部をボール状に形成し、その後、当該ボール状のワイヤの先端部を前記排気孔を覆う形で配置し、その後、当該ワイヤの先端部に超音波の振動を与えて前記固着ベースと前記ワイヤの先端部との接合部分に摩擦熱を発生させ、当該摩擦熱により生じる前記ワイヤを形成する前記第２の金属と前記固着ベースを形成する前記第１の金属との固相拡散を利用して前記ワイヤの先端部を前記固着ベースに固着してから前記ワイヤの先端部を前記ワイヤから切り離すことで前記ワイヤの先端部からなる前記封止用部材を形成することを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、前記第２の基板の前記封止用部材が固着される前記一表面側における少なくとも前記排気孔の外周部に第１の金属からなる固着ベースを形成し、第２の基板と第１の基板における凹部の外周部とを減圧下で陽極接合により接合した後に、ボール状のワイヤの先端部を前記排気孔を覆う形で配置し、その後、当該ワイヤの先端部に超音波の振動を与えたときに前記固着ベースと前記ワイヤの先端部との接合部分に生じる摩擦熱により、前記ワイヤの先端部と前記固着ベースとを接合して前記封止用部材を前記固着ベースに固着し、その後、前記ワイヤの先端部を前記ワイヤから切り離すことで前記ワイヤの先端部からなる前記封止用部材を形成することにより、前記封止用部材を樹脂材料からなる接着材で固着ベースに固着する場合と比べて、前記固着ベースと前記封止用部材との接合部分の耐湿性を高めることができるとともに接着材から発生するガスが前記気密室内に封入されることがないので、前記気密室の内圧のばらつきを抑制することができる。また、前記第２の基板と前記封止用部材とを前記封止用部材を形成する前記第２の金属と固着ベースを形成する前記第１の金属との間での液相拡散を利用した接合方法により接合する場合に比べて、前記封止用部材を固着ベースに固着する際の温度を低温化させることができるので、前記液相拡散を利用した接合方法により接合する場合に比べて低温で前記封止用部材を固着ベースに固着することができる。
【００３２】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５の発明において、前記第２の基板の前記封止用部材が固着される前記一表面側および前記封止用部材を覆う形で形成された少なくとも１層の保護膜を備えることを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、前記第２の基板の前記封止用部材が固着される前記一表面側および前記封止用部材を覆う形で形成された少なくとも１層の保護膜を備えることにより、前記排気孔がより確実に封止されるので、前記気密室の気密性を向上させることができる。
【００３４】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の気密構造体の製造方法により製造されてなることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の気密構造体の製造方法により製造されてなることにより、従来のように前記気密室の内部に酸素ガスを吸収させるためのゲッタを設ける必要がないから、前記気密室の内圧のばらつきを抑制しながらも、小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１の発明によれば、第２の基板に厚み方向に貫通した少なくとも１つの排気孔を貫設した後に、第２の基板と第１の基板とを減圧下で陽極接合により接合し、その後、第２の基板の前記排気孔を封止するための封止用部材を前記減圧下中で第２の基板の一表面側に固着することにより、第２の基板と第１の基板とを接合する際に第２の基板から発生した酸素ガスを排気孔を通して外部に排気することができるので、従来のように気密室の内部に酸素ガスを吸収させるためのゲッタを設ける必要がないから、気密に保たれた気密室の内圧のばらつきを抑制しながらも、気密構造体の小型化を図ることができる。また、減圧に維持されたチャンバ内で封止用部材を第２の基板における第１の基板側とは反対側の一表面側に固着する際に、チャンバ内の圧力を適宜設定するだけで、気密室の内圧を制御することができるので、気密室の内圧を自由に設定することができる。また、従来のように気密室の内部に酸素ガスを吸収させるためのゲッタを設ける必要がないので、従来のようにゲッタを活性化する工程で陽極接合による接合時の温度よりも高い規定の温度（例えば、４５０℃程度）に加熱する必要がないから、前記規定の温度での耐熱性が低い部分を有する気密構造体の製造に対しても適用することができる。
【００３７】
請求項７の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の気密構造体の製造方法により製造されてなることにより、従来のように前記気密室の内部に酸素ガスを吸収させるためのゲッタを設ける必要がないから、前記気密室の内圧のばらつきを抑制しながらも、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態１の気密構造体の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２】同上の他の気密構造体の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３】同上の他の気密構造体の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】実施形態２の気密構造体の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】従来例の気密構造体である静電容量式圧力センサの概略断面図である。
【図６】他の従来例の気密構造体である圧力センサの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（実施形態１）
本実施形態における気密構造体としては、図１（ｅ）に示すように、シリコン基板からなり且つ一面側に凹部１ａが形成された第１の基板１と、ガラス基板からなる第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２との間に形成され且つ内部が気密に保たれた気密室Ｃとを備えた気密構造体がある。また、第２の基板２には、後述の排気孔２ａが貫設されており、当該排気孔２ａを封止するための封止用部材４を第２の基板の一表面２ｃ側に固着するための固着ベース３が、第２の基板２の前記一表面２ｃ全体に形成されている。また、固着ベース３における排気孔２ａに対応する部位には、後述の貫通孔３ａが貫設されている。また、貫通孔３ａは、固着ベース３に固着される封止用部材４により封止される。
【００４０】
この気密構造体としては、例えば、シリコン基板からなる第１の基板１に可動電極として機能するダイヤフラム部（図示せず）を形成するとともに、ガラス基板からなる第２の基板２を第１の基板１の前記一面側に接合し、第２の基板２の第１の基板１側における前記ダイヤフラム部に対応する部位に固定電極（図示せず）を設けることにより静電容量式圧力センサを構成することができる。ここに、前記ダイヤフラム部は、第１の基板１の前記一面側にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して凹部１ａを設けるとともに第１の基板１の前記一面側とは反対側の他面側における凹部１ａに対応する部位にも凹部（図示せず）を設けることにより形成される。なお、前記ダイヤフラム部における第２の基板２側に金属膜からなる可動電極を設けてもよい。また、前記静電容量式圧力センサは、例えば、第２の基板２に形成された第１のスルーホール（図示せず）に埋設された金属等の導電性材料からなる第１の端子部（図示せず）と、金属等の導電性材料により形成され且つ前記第１のスルーホールを閉塞するとともに前記固定電極に電気的に接続された第１の導電体膜（図示せず）とからなる第１の配線を有する。ここで、前記第１の導電体膜と前記ダイヤフラム部と電気的に絶縁するために、前記第１の導電体膜と第１の基板１との間に絶縁体膜（図示せず）が介在している。また、前記静電容量式圧力センサは、例えば、第２の基板２に形成された第２のスルーホール（図示せず）に埋設された金属等の導電性材料により形成された第２の端子部（図示せず）と、前記第２のスルーホールを閉塞するとともに前記ダイヤフラム部に電気的に接続された第２の導電体膜（図示せず）とから構成される第２の配線を有する。なお、前記第１の配線および前記第２の配線は、外部に設けられた電圧検出手段（図示せず）に接続できる。
【００４１】
また、当該気密構造体において、気密室Ｃの内部に、第１の基板１の凹部１ａの周壁の４箇所から延出した４つ梁部（図示せず）により支持された平面視矩形状の錘（図示せず）と当該錘に設けられた可動電極（図示せず）を凹部１ａの内部に配置し、第２の基板２における当該可動電極に対向する箇所に固定電極（図示せず）を設けることにより、第１の基板１の厚み方向への加速度を検出する静電容量式加速度センサを構成することができる。ここに、前記可動電極は、前記静電容量式加速度センサを搭載した物体が加速する際に前記錘に対して第１の基板１の厚み方向に加わる力を検知できるように前記錘に設けられた前記可動電極と前記固定電極とが互いに近接して配置されている。また、前記梁部および前記可動電極は、第１の基板１に対してフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成することができる。また、前記静電容量式加速度センサは、例えば、第２の基板２に形成された第３のスルーホール（図示せず）に埋設された金属等の導電性材料からなる第３の端子部（図示せず）と、金属等の導電性材料により形成され且つ前記第３のスルーホールを閉塞するとともに前記固定電極に電気的に接続された第３の導電体膜（図示せず）とから構成される第３の配線を有する。ここで、前記第３の導電体膜と前記ダイヤフラム部と電気的に絶縁するために、前記第３の導電体膜と第１の基板１との間に絶縁体膜（図示せず）が介在している。また、前記静電容量式加速度センサは、例えば、第２の基板２に形成された第４のスルーホール（図示せず）に埋設された金属等の導電性材料により形成された第４の端子部（図示せず）と、前記第４のスルーホールを閉塞するとともに前記ダイヤフラム部に電気的に接続された第４の導電体膜（図示せず）とから構成される第４の配線を有する。なお、前記第３の配線および前記第４の配線は、外部に設けられた電圧検出手段（図示せず）に接続できる。
【００４２】
以下、本実施形態の気密構造体の製造方法について図１に基づいて説明する。
【００４３】
まず、図１（ａ）に示すように、後述の封止用部材４（図１（ｅ）参照）を固着するための第１の金属（例えば、Ａｌ、ＡｕおよびＣｕ等）からなる固着ベース３を第２の基板２の一表面２ｃ側に形成する。ここに、固着ベース３は、蒸着法やスパッタ法により第２の基板２の一表面２ｃ全体に形成することができる。
【００４４】
次に、図１（ｂ）に示すように、後述の第１の基板１と第２の基板２との陽極接合による接合の際に第１の基板１の凹部１ａの内部に第２の基板２から発生した酸素ガスを外部に放出するために、第２の基板２の厚み方向に貫通した排気孔２ａを設け、その後、固着ベース３における排気孔２ａに対応する部位に厚み方向に貫通した貫通孔３ａを貫設する。
【００４５】
ここで、第２の基板２に排気孔２ａを形成するに当たっては、第２の基板２における前記一表面２ｃ側とは反対側の他表面２ｂ側において排気孔２ａを形成する予定の領域に対応する部位に窓部（図示せず）が形成されたマスク（図示せず）を形成した後に、第２の基板２の前記他表面２ｂ側から研磨材（例えば、ガラスビーズ）を吹き付けるブラスト加工を行うことにより形成する。ここで、排気孔２ａは、第２の基板２の前記他表面２ｂ側の開口面積に比べて一表面２ｃ側の開口面積が小さいテーパ状に形成されている。また、固着ベース３に形成する貫通孔３ａは、排気孔２ａを形成したときに使用した前記マスクや前記研磨材を代えることなく、第２の基板２の前記他表面２ｂ側から第２の基板２に形成された排気孔２ａを通して前記研磨材を吹き付けるブラスト加工を行うことにより形成する。
【００４６】
前記マスクとしては、例えば、紫外線硬化型（ネガ型）のドライフィルム（図示せず）を用いることができる。紫外線硬化型のドライフィルムを用いた前記マスクは、まず、第２の基板２を所定の温度（例えば、８０℃）に加熱した状態で、前記ドライフィルムを第２の基板２の前記他表面２ｂ側にラミネートした後に、前記ドライフィルム上に排気孔２ａを形成する予定の領域以外の領域に対応する部位に紫外線が露光されるフォトマスク（図示せず）を介して紫外線を照射して排気孔２ａを形成する予定の領域に対応する部位以外の部位を硬化させ、その後、現像液に浸漬して現像を行うことで得られる。なお、本実施形態では、前記マスクとして、ネガ型の前記ドライフィルムを用いる例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ポジ型のレジスト（図示せず）を用いてもよい。この場合、前記レジストにおける排気孔２ａを形成する予定の領域に対応する部位に紫外線が露光されるフォトマスク（図示せず）を介して紫外線を照射し、その後、現像液に浸漬して現像を行うことで得られる。
【００４７】
排気孔２ａおよび貫通孔３ａを形成した後、図１（ｃ）に示すように、内部が減圧下である真空に維持されたチャンバ（図示せず）の中で、第２の基板２の前記他表面２ｂ側が第１の基板１の前記一面側に対向する形で第１の基板１および第２の基板２を配置する。なお、第１の基板１の凹部１ａは、予め、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成されている。
【００４８】
上述の第１の基板１と第２の基板２とを図１（ｃ）に示すように配置した後に、図１（ｄ）に示すように、真空に維持された前記チャンバの中で第１の基板１の凹部１ａの外周部と第２の基板２とを陽極接合により接合する。
【００４９】
本実施形態の気密構造体の製造方法では、第１の基板１における凹部１ａの外周部と第２の基板２とを陽極接合により接合するために、従来の図５に示す構成の気密構造体の製造方法と同様に、例えば、第２の基板２と第１の基板１とを接触させた状態で高温（例えば、４００℃）に加熱して、第２の基板２に接触させた陰極端子（図示せず）と第１の基板１に接触させた陽極端子（図示せず）との間に高電圧（例えば、８００Ｖの直流電圧）を印加する。
【００５０】
上述のように第１の基板１における凹部１ａの外周部と第２の基板２とを陽極接合により接合した後、図１（ｅ）に示すように、第２の基板２の排気孔２ａを封止するための第２の金属（ここで、第２の金属は第１の金属とは異なり、例えば、第１の金属がＡｕである場合には、第２の金属はＡｌであり、第１の金属がＡｌである場合には第２の金属はＡｕとなる）により形成された封止用部材４を真空中で第２の基板２の一表面２ｃ側に予め形成された固着ベース３に固着する。ここで、封止用部材４の固着ベース３への固着は、例えば、封止用部材４の基となるワイヤを保持したツール（例えば、キャピラリ）により、後述のボール状に形成された当該ワイヤの先端部を排気孔２ａおよび貫通孔３ａを覆う形で固着ベース３上に配置し、当該ツールで前記ワイヤの先端部を固着ベース３に押さえつけるとともにワイヤの先端部に超音波振動を印加して前記ワイヤの先端部と固着ベース３との接合部分に超音波振動を加えることにより行う。
【００５１】
本実施形態の気密構造体の製造方法では、第１の基板１における凹部１ａの外周部と第２の基板２とを陽極接合により接合する際に第２の基板２から発生する酸素ガスを、排気孔２ａおよび貫通孔３ａを通して第１の基板１における凹部１ａの外部に排気することができるので、従来の図６に示す構成の気密構造体の製造方法のように、気密室Ｃの内部に酸素ガスを吸収させるためのゲッタ（図示せず）を設ける必要がないから、気密室Ｃの内圧のばらつきを抑制しながらも、気密構造体の小型化を図ることができる。
【００５２】
また、封止用部材４を固着ベース３に固着する際の前記チャンバ内の圧力を適宜設定することにより、気密室Ｃの内圧を制御することができるので、気密室Ｃの内圧を自由に設定することができる。
【００５３】
更に、従来の図６に示す構成の気密構造体のように、気密室Ｃ”の内部に酸素ガスを吸収させるためのゲッタ１２”を設ける必要がないので、ゲッタ１２”を設けるための工程を不要とすることができる。従って、従来の図６に示す構成の気密構造体のように、ゲッタ１２”を活性化するためにゲッタ１２”を加熱する工程で陽極接合による接合時の温度よりも高い規定の温度（例えば、４５０℃程度）に加熱する必要がないから、前記規定の温度での耐熱性が低い部分を有する気密構造体の製造に対しても適用することができる。
【００５４】
ところで、固着ベース３と封止用部材４との接合部分に超音波振動を印加することにより封止用部材４を固着ベース３に固着する場合、排気孔２ａおよび貫通孔３ａの第２の基板２の前記一表面２ｃ側の開口面積が小さいほど、封止用部材４の大きさを小さくすることができる。また、封止用部材４の大きさが小さいほど、超音波振動が接合部分に伝わり易くなり、封止用部材４の固着ベース３への固着が容易になる。
【００５５】
本実施形態の気密構造体の製造方法では、ブラスト加工により排気孔２ａおよび貫通孔３ａを形成するため、ウェットエッチングにより排気孔２ａおよび貫通孔３ａを形成する場合に比べて、加工精度が高く、排気孔２ａおよび貫通孔３ａの第２の基板２の一表面２ｃ側の開口面積を小さくすることができるので、排気孔２ａおよび貫通孔３ａを封止するための封止用部材４の大きさを小さくすることができるから、封止用部材４の固着ベース３への固着を容易にすることができる。
【００５６】
なお、本実施形態の気密構造体の製造方法では、図２に示すように、第２の基板２に複数（図２では、３つ）の排気孔２ａを貫設するとともに、固着ベース３における複数の排気孔２ａに対応する部位それぞれに貫通孔３ａを貫設し、その後、複数の封止用部材４により各排気孔２ａおよび貫通孔３ａそれぞれを減圧下で封止するようにしてもよい。
【００５７】
この場合、第２の基板２から発生した酸素ガスをより効率よく第１の基板１の凹部１ａの外部に排気することができるので、第１の基板１の凹部１ａの内部に酸素ガスが残留するのをさらに抑制し、気密室Ｃの内圧のばらつきをさらに抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態の気密構造体の製造方法では、第２の基板２の封止用部材４が固着される一表面２ｃ側に前記第１の金属（例えば、Ａｌなど）からなる固着ベース３を形成し、第１の基板１における凹部１ａの外周部と第２の基板２とを陽極接合により接合した後に、前記第１の金属とは異なる前記第２の金属（例えば、Ａｕなど）により形成され且つ封止用部材４の基となるワイヤ（図示せず）を形成する前記第２の金属と固着ベース３を形成する前記第１の金属との固相拡散を利用した接合方法であるワイヤバンプ法により第２の基板２の前記一表面２ｃ側に形成された固着ベース３に固着する。
【００５９】
前記ワイヤバンプ法では、固着ベース３を２００℃程度に加熱した状態で、封止用部材４の基となる第２の金属からなる前記ワイヤを保持する前記キャピラリの先端から前記ワイヤの先端部を露出させた状態で、前記ワイヤの先端部と前記キャピラリの先端の近傍に配置された放電用電極（図示せず）との間で放電を発生させることにより、前記ワイヤの先端部をボール状に形成し、その後、当該ボール状の前記ワイヤの先端部を排気孔２ａを覆う形で固着ベース３上に配置し、その後、前記ワイヤの先端部に超音波振動を与えて固着ベース３と前記ワイヤの先端部との接合部分に摩擦熱を発生させ、当該摩擦熱により生じる前記ワイヤを形成する前記第２の金属と固着ベース３を形成する前記第１の金属との固相拡散を利用して前記ワイヤの先端部と固着ベース３とを固着する。その後、前記ワイヤの先端部を前記ワイヤから切り離し、前記ワイヤの先端部が封止用部材４となる。なお、前記ワイヤの先端部に超音波振動を与えて固着ベース３と前記ワイヤの先端部との接合部分に摩擦熱を発生させるときには、前記ワイヤの先端部に、例えば、数十ｋＨｚの超音波振動を印加する。また、前記ワイヤの先端部に超音波振動を印加することにより、固着ベース３および前記ワイヤの酸化膜の除去や前記第１の金属および前記第２の金属の固相拡散を促進する効果もある。また、当該ワイヤバンプ法では、固着ベース３と前記ワイヤの先端部との接合部分を前記第１の金属および前記第２の金属の固相拡散が生じる温度まで加熱することにより前記ワイヤの先端部を固着ベース３に固着するものであってもよい。
【００６０】
前記ワイヤバンプ法を用いることにより、封止用部材４を樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂等）からなる接着材で固着ベース３に固着する場合と比べて、第２の基板２に形成された固着ベース３と封止用部材４との接合部分の耐湿性を高めることができるとともに前記接着材から発生するガスが気密室Ｃ内に封入されることがないので、気密室Ｃの内圧のばらつきを抑制することができる。また、第２の基板２と封止用部材４とを両者を形成する金属の液相拡散を利用した接合方法により接合する場合に比べて、封止用部材４を固着ベース３に固着する際の温度を低温化させることができるので、前記液相拡散を利用した接合方法により接合する場合に比べて低温で封止用部材４を固着ベース３に固着することができる。また、固着ベース３に封止用部材４を共晶接合により接合する場合、固着ベース３とは別に共晶接合により接合するための金属膜を形成する等の前処理が必要となるため、製造コストが増加するおそれがある。
【００６１】
また、本実施形態の気密構造体の製造方法では、第２の基板２に排気孔２ａおよび貫通孔３ａを形成するに当たって、ブラスト加工を行うことにより形成される例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、第２の基板２に排気孔２１ａを形成するに当たって、レーザ光を第２の基板２における排気孔２１ａおよび貫通孔３ａを形成する予定の領域に集光して第２の基板２に排気孔２１ａを穿設するレーザ加工により排気孔２１ａを形成してもよい。
【００６２】
ここにおいて、レーザ光を放射するレーザ光源としては、例えば、エキシマレーザ（例えば、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ）やＹＡＧレーザの第３次高調波を出射するレーザ光源を使用することができる。
【００６３】
この場合、ブラスト加工により排気孔２１ａを形成する場合に比べてより加工精度が高く、ブラスト加工を用いた場合に比べて排気孔２１ａおよび貫通孔３ａの第２の基板２の前記一表面２ｃ側における開口面積を小さくすることができるので、排気孔２１ａおよび貫通孔３ａを封止するための封止用部材４の大きさをより小さくすることができるから、封止用部材４の固着ベース３への固着をより容易にすることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、固着ベース３が第２の基板２の前記一表面２ｃ側全体に形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第２の基板２の排気孔２ａの外周部にのみ形成するものであってもよい。
【００６５】
また、本実施形態では、固着ベース３を形成する例について説明したが、これに限定されるものではなく、封止用部材４を第２の基板２の前記一表面２ｃに直接固着するものであってもよい。
【００６６】
ところで、従来の図６に示す構成の気密構造体の製造方法では、気密室Ｃ”を所望の内圧にするために、ゲッタ１２”を設ける工程が必要であり、ゲッタ１２”を設ける箇所の洗浄等の前処理工程と、ゲッタ１２”を成膜する成膜工程と、ゲッタ１２”を活性化するために陽極接合による接合時の温度よりも高い規定の温度（例えば、４５０℃）に加熱する工程と、第１の基板１”と第３の基板２２”とを陽極接合により接合する接合工程との少なくとも４工程が必要となる。
【００６７】
これに対して、上述のように、封止用部材４を第２の基板２の前記一表面２ｃに直接固着する本実施形態の一実施例では、気密室Ｃ”を所望の内圧にするために、第２の基板２に排気孔２ａを形成する工程と、第１の基板１に第２の基板２を陽極接合により接合する工程と、封止用部材４で排気孔２ａを封止する工程との３工程を行うだけでよいので、従来の図６に示す構成の気密構造体の製造方法に比べて、工程数を１工程削減することができる。
【００６８】
（実施形態２）
本実施形態の気密構造体の製造方法は、図４に示すように、金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕ、ＴｉＮなど）により第２の基板２の前記一表面２ｃ側および封止用部材４を覆う形で１層の保護膜５を形成する点が実施形態１とは異なる。なお、実施形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
本実施形態の気密構造体の製造方法では、第１の基板１と第２の基板２とを陽極接合により接合した後に、第２の基板２の前記一表面２ｃ側に形成した固着ベース３に排気孔２ａおよび貫通孔３ａを封止するための封止用部材４を固着し、その後、保護膜５を形成する。ここに、保護膜５は、蒸着法やスパッタ法により形成することができる。
【００７０】
しかして、本実施形態の気密構造体の製造方法では、封止用部材４により排気孔２ａをより確実に封止することができるので、気密室Ｃの気密性を向上させることができる。なお、図４では、図１（ｅ）或るいは図２に示す構成の気密構造体に１層の保護膜５を設ける構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示した構成の気密構造体に１層の保護膜５を設ける構成としてもよい。また、本実施形態では、保護膜５を１層だけ形成する例について説明したが、これに限定されるものではなく、複数層の保護膜５を形成してもよい。
【００７１】
なお、前述の各実施形態の気密構造体の製造方法では、シリコン基板からなる第１の基板１を用いる例について説明したが、例えば、第１の基板１がＧａＡｓ、Ｇｅ等の他の半導体や金属であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  第１の基板
１ａ  凹部
２  第２の基板
２ａ，２１ａ  排気孔
２ｂ  他表面
２ｃ  一表面
３  固着ベース
３ａ  貫通孔
４  封止用部材
５  保護膜
Ｃ  気密室
【図１】
2011049330.tif 000003
【図２】
2011049330.tif 000004
【図３】
2011049330.tif 000005
【図４】
2011049330.tif 000006
【図５】
2011049330.tif 000007
【図６】
2011049330.tif 000008