(57)【要約】【課題】絶縁体材料とシリコンとの積層構造体を陽極接合によって接合する方法を提供する。【解決手段】絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法は、シリコンによって形成される第１の基板と、絶縁体材料によって形成される第２の基板とを積層した積層構造体を製造する方法である。具体的には、第２の基板の表面に導電被膜を形成する工程（Ｓ１１）と、第２の基板上の導電被膜の表面に可動イオンを含むガラス被膜を形成する工程（Ｓ１２）と、ガラス被膜を介して第１の基板と第２の基板を積層し、第２の基板に負電圧を印加することによって、第１の基板と第２の基板とを陽極接合する工程（Ｓ１４）とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンによって形成される第１の基板と、絶縁体材料によって形成される第２の基板とを積層した積層構造体を製造する方法であって、
前記第２の基板の表面に導電被膜を形成する工程と、
前記第２の基板上の前記導電被膜の表面に可動イオンを含むガラス被膜を形成する工程と、
前記ガラス被膜を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを積層し、前記第２の基板に負電圧を印加することによって、前記第１の基板と前記第２の基板とを陽極接合する工程とを含む、絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法。
【請求項２】
前記導電被膜は、スパッタリングによって形成される、請求項１に記載の絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の基板と前記第２の基板とを積層するのに先立って、
エッチングによって前記導電被膜、および／または、前記ガラス被膜の一部を除去する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法。
【請求項４】
前記ガラス被膜は、シリコンと同等の熱膨張係数を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第２の基板は、石英によって形成されており、
前記ガラス被膜は、パイレックスガラス（登録商標）の被膜である、請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの方法で製造される、絶縁体とシリコンとの積層構造体。
【請求項７】
被検出物質の吸光度を測定する検出装置であって、
シリコンによって形成され、表面に被検出物質が通過する検出流路を有する第１の基板と、
石英によって形成され、前記検出流路を閉鎖するように前記第１の基板に積層される第２の基板と、
前記第２の基板を通して前記検出流路に光を照射する照射部と、
前記照射部から照射され、前記検出流路を通過した光を受光する受光部とを備え、
前記第１および第２の基板は、
前記第２の基板の表面に導電被膜を形成する工程と、
前記第２の基板上の前記導電被膜の表面に可動イオンを含むガラス被膜を形成する工程と、
前記ガラス被膜を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを積層し、前記第２の基板に負電圧を印加することによって、前記第１の基板と前記第２の基板とを陽極接合する工程とを経て接合される、検出装置。
【請求項８】
前記第１の基板は、前記検出流路内に水平方向に対して４５°の角度をなし、かつ９０°の角度で互いに対面する第１および第２の斜面を有し、
前記照射部は、前記第１の斜面に鉛直方向から光を照射し、
前記受光部は、前記照射部から照射され、前記第１の斜面に反射し、前記検出流路を被検出物質の通過する方向と平行に通過し、前記第２の斜面に反射する反射光を受光する、請求項７に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁体基板とシリコン基板との積層構造体を製造する方法、特に、陽極接合によって両者を接合する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の陽極接合装置１０１は、例えば、特開２００１−２２０１８１号公報（特許文献１）に記載されている。図７を参照して、同公報に記載されている陽極接合装置１０１は、ヒータ１０２を有するステージ１０３と、基板に電圧を印加する電源１０４とを備える。この陽極接合装置１０１は、例えば、半導体シリコン基板１０５とガラス基板１０６とを接合して、積層構造体を形成する。
【０００３】
具体的には、ステージ１０３に半導体シリコン基板１０５を載置し、さらにその上にガラス基板１０６を載置する。次に、ヒータ１０２によってステージ１０３を３００℃〜５００℃程度に加熱した状態で、ガラス基板１０６に負電圧を印加する。
【０００４】
このとき、ガラス基板１０６中の可動イオン（陽イオン）が負電極側に移動し、半導体シリコン基板１０５とガラス基板１０６との界面に電荷層が形成される。そして、ガラスとシリコンとが静電引力によって引き寄せられ、半導体シリコン基板１０５とガラス基板１０６とが接合される。
【特許文献１】特開２００１−２２０１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成の陽極接合装置１０１は、電圧を印加することによって半導体シリコン基板１０５とガラス基板１０６とを静電引力によって接合する装置である。すなわち、この装置によって接合することができる基板は導電体材料に限定される。したがって、従来では、陽極接合によって絶縁体基板とシリコン基板との積層構造体を接合することはできなかった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、陽極接合によって接合する絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法、およびこの方法で接合された積層構造体、例えば検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法は、シリコンによって形成される第１の基板と、絶縁体材料によって形成される第２の基板とを積層する。具体的には、第２の基板の表面に導電被膜を形成する工程と、第２の基板上の導電被膜の表面に可動イオンを含むガラス被膜を形成する工程と、ガラス被膜を介して第１の基板と第２の基板とを積層し、第２の基板に負電圧を印加することによって、第１の基板と第２の基板とを陽極接合する工程とを含む。上記の方法によれば、絶縁体材料とシリコンとを陽極接合によって接合することができる。その結果、接合強度の高い積層構造体を得ることができる。
【０００８】
好ましくは、導電被膜は、スパッタリングによって形成される。これにより、第２の基板の表面に成膜される導電被膜の膜厚を均一にすることができる。
【０００９】
好ましくは、第１の基板と第２の基板とを積層するのに先立って、エッチングによって導電被膜、および／または、ガラス被膜の一部を除去する工程をさらに含む。例えば、第２の基板が石英基板であって、光を通過させる透光窓として利用する場合、導電被膜やガラス被膜によって透明度が低下する。そこで、光の通り道となる部分の導電被膜やガラス被膜を除去することにより、このような問題を解消することができる。
【００１０】
さらに好ましくは、ガラス被膜は、シリコンと同等の熱膨張係数を有する。陽極接合は、ガラス被膜中の可動イオンの伝導性を向上するために、所定の温度まで昇温した状態で行われる。したがって、直接接合されるガラス被膜とシリコンとの熱膨張係数が大きく異なると、熱歪み等を生じるおそれがある。
【００１１】
一実施形態として、第２の基板は石英によって形成されている。ガラス被膜はパイレックスガラス（登録商標）の被膜である。
【００１２】
この発明に係る絶縁体とシリコンとの積層構造体は、上記のいずれかの方法で製造される。
【００１３】
この発明に係る検出装置は、被検出物質の吸光度を測定する。具体的には、シリコンによって形成され、表面に被検出物質が通過する検出流路を有する第１の基板と、石英によって形成され、検出流路を閉鎖するように第１の基板に積層される第２の基板と、第２の基板を通して検出流路に光を照射する照射部と、照射部から照射され、検出流路を通過した光を受光する受光部とを備える。そして、第１および第２の基板は、第２の基板の表面に導電被膜を形成する工程と、第２の基板上の導電被膜の表面に可動イオンを含むガラス被膜を形成する工程と、ガラス被膜を介して第１の基板と第２の基板とを積層し、第２の基板に負電圧を印加することによって、第１の基板と第２の基板とを陽極接合する工程とを経て接合される。
【００１４】
一実施形態として、第１の基板は、検出流路内に水平方向に対して４５°の角度をなし、かつ９０°の角度で互いに対面する第１および第２の斜面を有する。照射部は第１の斜面に鉛直方向から光を照射する。受光部は、照射部から照射され、第１の斜面に反射し、検出流路を被検出物質の通過する方向と平行に通過し、第２の斜面に反射する反射光を受光する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、絶縁体材料とシリコンとの積層構造体を陽極接合によって接合する絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１〜図５を参照して、この発明の一実施形態に係る絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法を説明する。なお、図１は絶縁体とシリコンとの積層構造体の主な製造工程を示すフロー図、図２〜図５は図１の各工程の模式図である。
【００１７】
まず、この実施形態は、第１の基板１１と、絶縁体材料によって形成される第２の基板１２とを積層した積層構造体を製造する方法である。第１の基板１１としては、シリコン基板を採用する。絶縁体材料は特に限定されないが、例えば石英基板を採用することができる。
【００１８】
次に、図１および図２を参照して、第１の工程では、第２の基板１２の表面に導電被膜１３を成膜する（Ｓ１１）。導電被膜１３の材料は、例えばチタン（Ｔｉ）やアルミニウム（Ａｌ）を採用することができる。成膜方法としては、例えばスパッタリングを採用することができる。
【００１９】
次に、図１および図３を参照して、第２の工程では、導電被膜１３の表面に可動イオンを含むガラス被膜１４を成膜する（Ｓ１２）。ガラス被膜１４の材料は、内部に可動イオンを有すると共にシリコンと同等の熱膨張係数を有するのが望ましい。例えば、パイレックス（登録商標）等を採用することができる。また、ガラス被膜１４は、第２の基板１２の第１の基板１１に当接させる側の壁面に成膜する。ガラス被膜１４の成膜方法は特に限定されず、任意の方法を採用することができる。ただし、ガラス被膜１４には、後述する陽極接合時の短絡を防止するために絶縁性が必要となる。したがって、絶縁性が得られる膜厚および膜特性としなければならない。
【００２０】
次に、図１および図４を参照して、第３の工程では、導電被膜１３、および／または、ガラス被膜１４のうちの不要な部分を除去する（Ｓ１３）。具体的には、表面をレジストでパターニングした後、導電被膜１３およびガラス被膜１４をエッチングする。チタンで導電被膜１３を形成した場合、導電被膜１３のエッチャントとしては希フッ酸を採用することができる。また、ガラス被膜１４にはフッ酸系のエッチャントを採用することができる。
【００２１】
なお、この工程は絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法の必須の工程ではなく、導電被膜１３、および／または、ガラス被膜１４を除去する必要がなければ、省略することができる。また、第１および第２の工程で必要な部分にのみ導電被膜１３およびガラス被膜１４を形成してもよいが、各工程を簡素化すると共に成膜の精度を高めるためには、図１に示す方法が望ましい。
【００２２】
また、第１の基板１１を所定の形状に加工する。例えば、エッチング等のリソグラフィ技術によって加工することができる。
【００２３】
次に、図１および図５を参照して、第４の工程では、ガラス被膜１４を介して第２の基板１２と第１の基板１３とを積層し、陽極接合によって両者を接合する（Ｓ１４）。具体的には、第１の基板１１の側をＧＮＤとし、導電被膜１３に負電圧を印加する。これにより、ガラス被膜１４中の可動イオン（Ｎａ＋）が負電極側に移動し、第１の基板１１との界面には電荷層が形成される。そして、第１の基板１１と第２の基板１２との界面に生じる静電引力によって両者が接合される。
【００２４】
なお、導体被膜１３に印加される電圧は、絶縁破壊しない範囲内で、ガラス被膜１４の膜厚に応じて調整する必要がある。また、ガラス被膜１４のイオン伝導性を向上するために、基板を３５０℃〜４５０℃に昇温した状態で行うのが望ましい。さらに、露出している導電被膜１３（図５中の上面および両側面を指す）を必要に応じて除去してもよい。
【００２５】
上記の方法によれば、絶縁体材料とシリコンとの積層構造体を陽極接合によって接合することができる。また、陽極接合により第１および第２の基板１１，１２を確実に接合することができる。その結果、流体の通路となる流路を内部に有する積層構造体であっても、液漏れの心配がない。
【００２６】
次に、図６を参照して、上記の製造方法によって製造された絶縁体とシリコンとの積層構造体の例を説明する。なお、図６に示す絶縁体とシリコンとの積層構造体は、検出流路１７を流れる試料（「被検出物質」ともいう）の吸光度を測定する検出モジュール２１である。この検出モジュール２１は、例えば、クロマトグラフィによって分離された成分の吸光度を測定する装置として利用することができる。
【００２７】
図６を参照して、検出モジュール２１は、検出流路１７を分析に適した形状に区切って検出対象となる試料を案内する案内部２２と、検出流路１７の上面を閉鎖すると共に外部と検出流路１７との間で光を透過可能とする透光窓２３と、検出流路１７に向けて光を照射する照射部２４と、検出流路１７から出る光を受光する受光部（ディテクタ）２５とを有する。なお、この実施形態においては、検出流路１７の一部は案内部２２の表面に露出しており、透光窓２３によって閉鎖されている。
【００２８】
なお、この実施形態において、案内部２２はシリコンによって形成される。また、透光窓２３には透明度の高い石英ガラスを採用する。さらに、照射部２４および受光部２５は紫外線（ＵＶ）を照射および受光する光ファイバーである。
【００２９】
案内部２２は、検出流路１７内に第１および第２の斜面２６ａ，２６ｂを有する。この第１および第２の斜面２６ａ，２６ｂは、それぞれ水平面に対して４５°傾斜している。また、第１および第２の斜面２６ａ，２６ｂは、９０°の角度で互いに対面している。
【００３０】
なお、第１および第２の斜面２６ａ，２６ｂは、反射率の高い鏡面とする。または、スパッタリングによって第１および第２の斜面２６ａ，２６ｂに紫外線の反射率が高いアルミ被膜等を成膜してもよい。
【００３１】
照射部２４は、第１の斜面２６ａに鉛直方向から紫外線を照射する。この実施形態においては、紫外線の波長を２００ｎｍ〜３００ｎｍとする。照射部２４から照射された紫外線は、第１の斜面２６ａで水平方向に反射する。すなわち、検出流路１７中を試料の流れる方向と平行に通過する。その後、第２の斜面２６ｂで再度鉛直方向に反射した紫外線は、受光部２５に到達する。そして、受光部２５で受光した紫外線を分析して検出流路１７を通過する試料の吸光度を測定する。なお、図６では紫外線の進行方向を一点鎖線の矢印で示している。
【００３２】
なお、本明細書中の「水平」および「鉛直」の用語は、相対的な角度関係を示すために便宜的に用いた用語であって、絶対的な意味での角度関係に限定されるものではない。
【００３３】
上記構成の検出モジュール２１において、第１の基板を案内部２２、第２の基板を透光窓２３とする。そして、案内部２２と透光窓２３は、図１〜図５に示したようなこの発明の一実施形態に係る絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法によって接合される。ここで、第３の工程では、紫外線の通り道になる部分（図６において、透光窓２３の検出流路１７に対面する部分）の導電被膜およびガラス被膜を除去する。なお、図６では、透光窓２３に成膜される導電被膜およびガラス被膜の図示を省略している。
【００３４】
なお、上記の実施形態においては、クロマトグラフィによって分離された成分の吸光度を測定する検出モジュール２１の例を示したが、これらの用途に限定されるものではなく、絶縁体とシリコンとの積層構造体を製造する方法として広く利用することができる。
特に、接合部分に高いシール性が要求される積層構造体、例えば、内部に流体（液体および気体を含む）が通過する流路を有する積層構造体に適用すれば、高い効果が期待できる。例えば、流体の圧力を測定する圧力センサ、流体の流速を測定する流速センサ、流体の流量を測定する流速センサ等が挙げられる。
【００３５】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明は、絶縁体とシリコンとの積層構造体の製造方法に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の一実施形態に係る絶縁体とシリコンとの積層構造体の主な製造工程を示すフロー図である。
【図２】図１の第１工程を示す模式図である。
【図３】図１の第２工程を示す模式図である。
【図４】図１の第３工程を示す模式図である。
【図５】図１の第４工程を示す模式図である。
【図６】この発明の一実施形態に係る絶縁体とシリコンとの積層構造体を示す図である。
【図７】従来の陽極接合装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１  第１の基板、１２  第２の基板、１３  導電被膜、１４  ガラス被膜、１７  検出流路、１７ａ  水平流路、１７ｂ，１７ｃ  交差流路、１８  モジュール支持部、２１  検出モジュール、２２  案内部、２３  透光窓、２３ａ  石英基板、２３ｂ  導電被膜、２３ｃ  ガラス被膜、２４  照射部、２５  受光部、１０１  陽極接合装置、１０２  ヒータ、１０３  ステージ、１０４  電源、１０５  半導体シリコン基板、１０６  ガラス基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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