(57)【要約】【課題】接合する基板間に異物が介在されている場合には、接合を中止して、その接合をやり直すことができる陽極接合装置及びその方法を提供する。【解決手段】重ね合わされる２つの基板１１，１２と、基板１１，１２間における重ね合わせ面の中心部を押圧するコンタクトプローブ１５と、基板１１，１２を加熱するヒータ１６と、ダミー電極基板１３と電極１４との間に電圧を印加する直流電圧電源２２と、印加する電圧を徐々に大きくして、基板１１，１２間に発生する静電引力を徐々に大きくさせることによって、基板１１，１２間における隙間を、重ね合わせ面の中心部からその外周縁部に向けて順次狭めて、重ね合わせ面を接合する制御部２１とを備え、制御部２１は、印加した電圧が所定の電圧閾値を越えても、その印加した電圧に伴って基板１１，１２間に流れる電流が所定の電流閾値を超えない場合には、電圧印加を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極のそれぞれと接続し、同軸状に重ね合わされる２つの基板と、
前記２つの基板間における重ね合わせ面の中心部を押圧する押圧部材と、
前記２つの基板を加熱するヒータと、
前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加する電圧電源と、
前記電圧電源が印加する電圧を徐々に大きくして、前記２つの基板間に発生する静電引力を徐々に大きくさせることによって、前記２つの基板間における隙間を、前記重ね合わせ面の中心部からその外周縁部に向けて順次狭めて、前記重ね合わせ面を接合する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記電圧電源が印加した電圧が、所定の電圧閾値を越えても、その印加した電圧の発生に伴って前記２つの基板間を流れる電流が、所定の電流閾値を超えない場合には、前記電圧電源による電圧印加を停止させる
ことを特徴とする陽極接合装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電圧電源による電圧印加を停止させると共に、
前記押圧部材による押圧、及び、前記ヒータによる加熱を停止させる
ことを特徴とする請求項１記載の陽極接合装置。
【請求項３】
前記押圧部材における前記重ね合わせ面の中心部を押圧する先端は、剣山状に形成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の陽極接合装置。
【請求項４】
陽極及び陰極のそれぞれと接続する２つの基板を重ね合わせた状態で、前記２つの基板間における重ね合わせ面の中心部を押圧すると共に、前記２つの基板を加熱しながら、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加することにより、前記２つの基板を前記重ね合わせ面で接合する陽極接合方法において、
印加する電圧を徐々に大きくして、前記２つの基板間に発生する静電引力を徐々に大きくさせることによって、前記２つの基板間における隙間を、前記重ね合わせ面の中心部からその外周縁部に向けて順次狭めて、前記重ね合わせ面を接合し、
印加した電圧が所定の電圧閾値を越えても、その印加した電圧の発生に伴って前記２つの基板間を流れる電流が、所定の電流閾値を超えない場合には、電圧の印加を停止する
ことを特徴とする陽極接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つの基板を重ね合わせて接合する際に、残存する気体を重ね合わせ面から基板外側に向けて排出するようにした陽極接合装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽極接合とは、２つの基板を重ね合わせて加熱し、一方の基板に接続する陽極と、他方の基板に接続する陰極との間に、直流電圧を印加することにより、２つの基板を接合する方法である。これにより、陽極接合法は、接着剤等を用いることなく、原子レベルで非常に強固な接合を可能としているため、近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術分野において、広く適用される接合方式となっている。
【０００３】
しかしながら、上述した陽極接合法においては、重ね合わせた基板同士の密着状態が不均一であると、それらの重ね合わせ面（接合界面）から、気体が排出されずに残ってしまい、その残存する気体によって未接合領域（ボイド）が発生してしまう。
【０００４】
そこで、従来から、２つの基板間に残存する気体を排出可能とした陽極接合装置が、種々提供されている。そして、このような、従来の陽極接合装置としては、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１０５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の陽極接合装置においては、一対の電極間に電圧を印加する際に、印加する電圧を低電圧から徐々に大きくすることによって、２つの基板間に発生する静電引力を徐々に大きくするようにしている。この結果、２つの基板間の隙間は、基板外側に向けて徐々に狭くなり、この過程において、その隙間に残存する気体は、基板外側に向けて排出されることになる。
【０００７】
ここで、上述したように、電圧印加当初においては、電圧が低電圧となっており、その電圧の印加に伴って発生する静電引力においても、非常に小さくなっている。このため、基板間（隙間）に異物が誤って介在されていると、接合の開始が困難となる。そして、印加した電圧がある程度の大きさに達すると、異物の介在によって意図しないところから、急激に接合が始まってしまい、このような陽極接合によって得られた接合基板には、いびつな反りが発生してしまう。また、部分的にでも、一旦陽極接合された接合基板を、元の２つの基板に分離して戻すことは、非常に困難である。
【０００８】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、接合する基板間に異物が介在されている場合には、接合を中止して、その接合をやり直すことができる陽極接合装置及びその方法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】
【０００９】
この発明に係る陽極接合装置は、陽極及び陰極のそれぞれと接続し、同軸状に重ね合わされる２つの基板と、２つの基板間における重ね合わせ面の中心部を押圧する押圧部材と、２つの基板を加熱するヒータと、陽極と陰極との間に電圧を印加する電圧電源と、電圧電源が印加する電圧を徐々に大きくして、２つの基板間に発生する静電引力を徐々に大きくさせることによって、２つの基板間における隙間を、重ね合わせ面の中心部からその外周縁部に向けて順次狭めて、重ね合わせ面を接合する制御部とを備え、制御部は、電圧電源が印加した電圧が、所定の電圧閾値を越えても、その印加した電圧の発生に伴って２つの基板間を流れる電流が、所定の電流閾値を超えない場合には、電圧電源による電圧印加を停止させるものである。
【００１０】
また、この発明に係る陽極接合方法は、陽極及び陰極のそれぞれと接続する２つの基板を重ね合わせた状態で、２つの基板間における重ね合わせ面の中心部を押圧すると共に、２つの基板を加熱しながら、陽極と陰極との間に電圧を印加することにより、２つの基板を重ね合わせ面で接合する陽極接合方法において、印加する電圧を徐々に大きくして、２つの基板間に発生する静電引力を徐々に大きくさせることによって、２つの基板間における隙間を、重ね合わせ面の中心部からその外周縁部に向けて順次狭めて、重ね合わせ面を接合し、印加した電圧が所定の電圧閾値を越えても、その印加した電圧の発生に伴って２つの基板間を流れる電流が、所定の電流閾値を超えない場合には、電圧の印加を停止するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、接合する基板間に異物が介在されている場合には、接合を中止して、その接合をやり直すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る陽極接合装置の概略構成図である。
【図２】コンタクトプローブの先端形状を示した図である。
【図３】基板間に印加した電圧に応じて流れる電流の波形を示した図である。図３Ａは、接合正常時における電流波形を示した図である。図３Ｂは、接合異常時における電流波形を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１に示すように、本実施の形態に係る陽極接合装置は、半導体のシリコン基板１１と接合基板１２とを陽極接合する装置である。シリコン基板１１と接合基板１２とは、共に円板状をなしており、同じ外径寸法を有している。このうち、接合基板１２は、ガラス基板１２Ａとシリコン基板１２Ｂとを予め陽極接合した接合体となっている。更に、ガラス基板１２Ａは、可動イオンを有しており、その可動イオンは、主に、陽イオンとなるナトリウムイオンとなっている。つまり、本実施の形態に係る陽極接合装置は、シリコン基板１１の接合面１１ａと、接合基板１２におけるガラス基板１２Ａの接合面１２ａとを、陽極接合する装置となっている。
【００１５】
そして、本実施の形態に係る陽極接合装置には、上下一対の電極が設けられている。上方に配置される一方の電極は、ダミー電極基板１３であって、このダミー電極基板１３は、陽極の電極となっている。これに対して、下方に配置される他方の電極は、電極１４であって、この電極１４は、陰極の電極となっている。
【００１６】
ここで、ダミー電極基板１３と電極１４との間には、シリコン基板１１及び接合基板１２が取り付け可能となっている。つまり、ダミー電極基板１３には、シリコン基板１１が、接合面１１ａを下方に向けて取り付けられている。一方、電極１４には、接合基板１２が、接合面１２ａを上方に向けて取り付けられている。これにより、シリコン基板１１と接合基板１２とは、接合面１１ａと接合面１２ａとを上下方向において対向するように、重ね合わされた状態となっている。
【００１７】
また、ダミー電極基板１３の上部には、コンタクトプローブ（押圧部材）１５が設けられている。このコンタクトプローブ１５の先端（下端）は、ダミー電極基板１３の裏面における中心部を、所定の荷重で押圧可能となっている。つまり、コンタクトプローブ１５は、ダミー電極基板１３を押圧することにより、接合面１１ａと接合面１２ａとの間における重ね合わせ面（接合界面）の中心部を、間接的に押圧することになる。これにより、接合面１１ａと接合面１２ａとの間における隙間（重ね合わせ面の隙間）は、その押圧荷重によって、重ね合わせ面の中心部からその外周縁部に向けて徐々に狭まっていく。
【００１８】
そして、コンタクトプローブ１５には、荷重コントローラ２４が接続されている。この荷重コントローラ２４は、コンタクトプローブ１５を上下動させることにより、コンタクトプローブ１５の押圧荷重を制御するものである。
【００１９】
なお、図２に示すように、コンタクトプローブ１５の先端は、剣山状に形成されている。これにより、コンタクトプローブ１５においては、先端におけるダミー電極基板１３との接触面積を小さくすることができる。従って、コンタクトプローブ１５が接合時にダミー電極基板１３を押圧しても、当該コンタクトプローブ１５には、加熱されたシリコン基板１１及び接合基板１２の熱が、伝達され難くなっている。つまり、シリコン基板１１及び接合基板１２からの放熱、及び、コンタクトプローブ１５の熱劣化を防止することができる。
【００２０】
一方、電極１４の下部には、ヒータ１６が設けられている。このヒータ１６は、シリコン基板１１と接合基板１２との接合に先立って、それら２つの基板１１，１２を所定の温度に加熱するものである。つまり、ヒータ１６は、電極１４を加熱することにより、シリコン基板１１及び接合基板１２を間接的に加熱することになる。
【００２１】
そして、ヒータ１６には、温度コントローラ２５が接続されている。この温度コントローラ２５は、ヒータ１６の温度を制御するものである。つまり、温度コントローラ２５は、ガラス基板１２Ａ内に含まれる可動イオンが動き易くなる温度まで、ヒータ１６を加熱駆動させる。
【００２２】
更に、本実施の形態に係る陽極接合装置には、制御部２１、直流電圧電源２２、及び、電流モニタ２３が設けられている。
【００２３】
直流電圧電源２２は、ダミー電極基板１３と電極１４との間に直流電圧を印加するものである。これに対して、電流モニタ２３は、直流電圧電源２２が電圧を印加するのに伴って、経過時間と共に、シリコン基板１１と接合基板１２との間を流れる電流値を表示するものである。
【００２４】
電流モニタ２３には、例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すような、印加された電圧に応じた電流波形が表示される。従って、作業者は、電流モニタ２３に表示された電流波形を監視することにより、陽極接合の良否判定を確認することができる。
【００２５】
そして、制御部２１には、直流電圧電源２２及び電流モニタ２３が接続されるだけでなく、上述した荷重コントローラ２４及び温度コントローラ２５についても接続されている。つまり、制御部２１は、直流電圧電源２２の駆動及び停止、電流モニタ２３の表示、荷重コントローラ２４の駆動及び停止、温度コントローラ２５の駆動及び停止を制御することにより、印加電圧、押圧荷重、及び、加熱温度を統合的に制御して、陽極接合を実行する。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る陽極接合方法について、図１、図３Ａ、及び、図３Ｂを用いて詳細に説明する。
【００２７】
先ず、シリコン基板１１及び接合基板１２を洗浄した後、この洗浄したシリコン基板１１及び接合基板１２を、ダミー電極基板１３と電極１４との間に、重ね合わせて取り付ける。即ち、図１に示すように、ダミー電極基板１３に取り付けたシリコン基板１１の接合面１１ａと、電極１４に取り付けた接合基板１２の接合面１２ａとを、同軸状に重ね合わせる。
【００２８】
次いで、コンタクトプローブ１５を駆動させて、接合面１１ａと接合面１２ａとの間における重ね合わせ面の中心部に、所定の押圧荷重を加える。また、ヒータ１６を駆動させて、シリコン基板１１及び接合基板１２を所定の温度で加熱する。即ち、シリコン基板１１及び接合基板１２を、ガラス基板１２Ａ内に含まれる可動イオンが移動可能となる所定温度まで、加熱する。更に、直流電圧電源２２を駆動させて、ダミー電極基板１３と電極１４との間に電圧を印加する。
【００２９】
そこで、図３Ａに示すように、電圧を印加する場合には、先ず、電圧の印加を、数Ｖ程度の低電圧から開始する。この低電圧の印加によって、接合面１１ａと接合面１２ａとの間には、静電引力が発生することになり、当該接合面１１ａと接合面１２ａとは、その静電引力によって、互いに引き付け合う。
【００３０】
即ち、ガラス基板１２Ａ内に含まれる可動イオンは、陰極となる電極１４側に向けて移動し、これに伴って、接合面１１ａと接合面１２ａとの間には、高い電界が発生する。この結果、静電引力が発生するため、接合面１１ａと接合面１２ａとの間における隙間は、狭くなる。
【００３１】
但し、上述したような、低電圧を印加するような電圧印加初期期間においては、静電引力が発生するものの、電流が殆ど流れていないため、接合面１１ａと接合面１２ａとの間における陽極接合については、実質的に開始されていない。
【００３２】
そして、図３Ａに示すように、印加する電圧を、線形となるように徐々に大きくして、静電引力を増大させる。これにより、接合面１１ａと接合面１２ａとの間における隙間は、更に狭くなる。これに伴って、電流についても、増大する電圧に追従するように、大きくなり、陽極接合が実質的に開始される。
【００３３】
ここで、印加した電圧が、予め設定された所定の電圧（例えば、１１０Ｖ）に達すると、その所定の電圧を維持するように、当該電圧を一定に制御する。
【００３４】
これに伴って、電流は、印加した電圧が所定の電圧に達すると、その値がピーク値（例えば、１０ｍＡ）となる。続いて、電流は、その値がピーク値に達するとすぐに、値が一定となる電圧に追従することなく、徐々に小さくなる。その後、重ね合わせ面に対する接合が完了すると共に、電流は流れなくなる。
【００３５】
つまり、電圧印加初期期間を過ぎると、ガラス基板１２Ａ中に含まれる可動イオンが急激に移動し、これと共に、電流についても急激に流れ始める。また、電流は、電圧が一定になるのを境にして、徐々に小さくなり、接合完了時においては、殆ど流れなくなる。
【００３６】
このように、印加電圧、押圧荷重、及び、加熱温度を統合的に制御することにより、可動イオンの移動できる範囲が、基板径方向外側に向けて、同心円状に広がっていくため、重ね合わせ面を基板径方向外側に向けて順次接合することができる。言い換えれば、接合面１１ａと接合面１２ａとの間における隙間を、重ね合わせ面の中心部からその外周縁部に向けて、順次狭めることができる。従って、上記隙間においては、常に、気体の逃げ道を、基板径方向外側に向けて形成することができるため、気体の残存、即ち、未接合領域（ボイド）の発生を防止することができる。
【００３７】
しかしながら、電圧印加初期期間においては、電圧が低電圧となっており、その電圧の印加に伴って発生する静電引力においても、非常に小さくなっているため、重ね合わせた接合面１１ａ，１２ａ間に異物が誤って介在されている場合には、その異物の介在によって、接合が開始されないおそれがある。そして、図３Ｂに示すように、印加した電圧がある程度の大きさ（例えば、１６０Ｖ）に達すると、急激に電流が流れ始め、異物の介在によって意図しないところ（重ね合わせ面の中心部以外の箇所）から、接合が始まってしまうことがある。
【００３８】
そこで、本実施の形態に係る陽極接合方法においては、印加する電圧を低電圧から大きくする過程の中で、電圧が所定の電圧閾値（例えば、１００Ｖ）を超えても、その電圧の発生に伴って流れる電流が、所定の電流閾値（例えば、１００μＡ）を超えない場合には、重ね合わせた接合面１１ａ，１２ａ間に、異物が介在されていると判定して、それらの接合を中止する。このとき、接合を中止する際には、コンタクトプローブ１５による押圧、ヒータ１６による加熱、及び、直流電圧電源２２による電圧印加のうち、少なくとも、電圧印加を中止する。
【００３９】
つまり、上述したように、低電圧を印加するような電圧印加初期期間においては、静電引力が発生するものの、電流が殆ど流れていないため、接合面１１ａと接合面１２ａとの間における陽極接合については、実質的に行われていない。よって、そのような電圧印加初期期間において、異物が介在されているか否かを判定し、異物が介在されていると判定した場合には、陽極接合を即座に中止する。これにより、接合面１１ａと接合面１２ａとは、接合されていないため、シリコン基板１１及び接合基板１２の双方を、容易に取り外すことができる。
【００４０】
そして、シリコン基板１１及び接合基板１２を、再洗浄した後、ダミー電極基板１３及び電極１４に再び取り付けて、接合面１１ａと接合面１２ａとを同軸状に重ね合わせる。これにより、接合を中止したシリコン基板１１及び接合基板１２を、再び使用して、それらの接合のやり直しを行うことができる。
【００４１】
以上より、接合する基板１１，１２間に異物が介在されている場合には、接合を中止して、その接合をやり直すことができる。
【００４２】
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは、実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。また、上述した実施の形態においては、シリコン基板１１と接合基板１２との陽極接合としているが、ガラス基板１２Ａとシリコン基板１２Ｂとの接合体となる接合基板１２を、ガラス基板１２Ａ単体としても構わない。
【符号の説明】
【００４３】
１１  シリコン基板
１１ａ  接合面
１２  接合基板
１２Ａ  ガラス基板
１２Ｂ  シリコン基板
１２ａ  接合面
１３  ダミー電極基板
１４  電極
１５  コンタクトプローブ
１６  ヒータ
２１  制御部
２２  直流電圧電源
２３  電流モニタ
２４  荷重コントローラ
２５  温度コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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