(57)【要約】【課題】接合界面の気泡の発生を防止する無気泡の陽極接合方法を提供する。【解決手段】一方の半導体基板（導電体基板）１の接合面側に接合面３となる部分の周囲に、気体が通過することが可能な溝部８を形成し、溝部を接合面の周囲にまで導き、すなわち他の一方の可動イオンを有するガラス基板２を陽極接合した時、溝部が気密室にならないように、溝部が常に基板外の外気に触れるように、溝部を形成し、この後半導体基板（導電体基板）に溝部を形成した接合面と可動イオンを有するガラス基板を相対向し、両基板の両側から荷重を印加し、両基板を加熱し、同時に両基板に電圧を印加する。そして、さらに、陽極接合過程で両基板間に印加電圧を徐々に次第に増加させ、すなわち両基板間に発生する静電引力を次第に高めて行く過程で接合界面を狭めて行き、接合界面に取り残された気体を外部に、または溝部まで排出する。【選択図】      図７
2004210565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極接合方法において、可動イオンを有するガラス基板に半導体基板（または導電体基板）を陽極接合する場合、次の工程からなる、すなわち、
（１）前記半導体基板（または導電体基板）と前記ガラス基板を相対向し、接合する両基板を加熱によって陽極接合温度まで昇温し、この後両基板間に荷重及び電圧を印加し、
（２）前記電圧を一度に最大電圧で印加することなく、低電圧から次第に高めていき、すなわち、前記電圧によって生ずる両基板間の静電引力を次第に高めて行き、両基板間の隙間を次第に狭くして行く過程で、該隙間に残存する気体を接合界面から次第に外部に排出し、接合する、
上記各工程からなることを特徴とする、無気泡の陽極接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインク吐出用ヘッドの振動板を有するＳｉ基板と、流路としての溝を有するＳｉ基板を、ガラス基板を介して陽極接合する固層接合方法であり、とりわけ接合界面に気泡を生じない接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（１）従来、固層接合方法は通常、２枚の基板を真空吸引によって凸形に反らせて、その凸部同士を接触させ、真空を解除することで基板同士を密着し、熱処理により行われていた（例えば、特許文献１参照。）。
（２）あるいは、それぞれの接着表面を親水化処理し、その後両接着面を重ね合わせ、１０００度Ｃから１２００度Ｃの温度下で熱処理することにより行われていた（例えば、非特許文献１参照。）。
（３）あるいは、陰極として液体を用い、絶縁体と液体との接触面を中心から外側に向かって移動させつつ接合を行わせることによって行われていた（例えば、特許文献２参照。）。
（４）また、内側から外側に向かって順次電圧を印加し、接合することによって行われていた（例えば、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１９８０７号公報
【非特許文献１】
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of AppliedPhysics）、１９８６年１０月１５日、６０巻、８号、ｐ．２９８７
【特許文献２】
特開昭６３−２２９８６５号公報
【特許文献３】
特開昭６３−２２９８６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では次のような不都合があった。
（１）鏡面でかつ平滑な基板においても、その表面では工学的に多数のうねりが存在しかつ原子レベルから見た場合、種々の曲率から成る多数の凹凸が存在するため、基板に人為的に付加した接触時点での曲率半径が、基板固有の曲率半径よりも大きい場合、局所的な未接合部分を生じ易くなる。
（２）接着面同士を重ね合わせた後、高温度での熱処理過程による接合は、形成済みの素子及び配線に悪影響を及ぼす。すなわち、形成済みの素子の破壊あるいは配線の断線を引き起こし易い。
（３）基板中心から円周方向に向かって電圧を印加していった場合においても、電圧を印加した直下の個所のみが陽極接合されるだけでなく、これ以外の例えば、基板の周縁部でも陽極接合が生ずる。
【０００５】
尚、ガラス基板／Ｓｉ基板の接合界面で気泡が発生した陽極接合体を用いて、振動板となるガラス基板を薄片化した場合、薄片化過程で、気泡発生部でガラス基板が割れ、振動板に悪影響を及ぼす。
【０００６】
上述の従来の技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、接合界面の気泡の発生を防止できる無気泡の陽極接合方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の欠点を回避する接合方法を提供するものであり、陽極接合において、一方の半導体基板（導電体基板）の接合面側に接合面となる部分の周囲に、気体が通過することが可能な溝部を形成し、溝部を接合面の周囲にまで導き、すなわち他の一方の可動イオンを有するガラス基板を陽極接合した時、溝部が気密室にならないように、溝部が常に基板外の外気に触れるように、溝部を形成し、この後半導体基板（導電体基板）に溝部を形成した接合面と可動イオンを有するガラス基板を相対向し、両基板の両側から荷重を印加し、両基板を加熱し、同時に両基板に電圧を印加する。
【０００８】
そして、さらに、陽極接合過程で両基板間に印加電圧を徐々に次第に増加させ、すなわち両基板間に発生する静電引力を次第に高めて行く過程で接合界面を狭めて行き、接合界面に取り残された気体を外部に、または溝部まで排出する。
【０００９】
上記方法によって、初期段階で電圧を印加した場合、両基板間は接合界面の隙間を狭くするだけであり、未だ接合までに至っていない。すなわち、この低電圧印加段階で、両基板間の隙間は次第に狭くなっていくので、隙間に残存していた気体は溝部に流れ込み、外部へと流れて行く。そして、電圧を次第に増加していった場合、接合部の両基板間の隙間はさらに狭くなり、次第に原子間距離のオーダーにまで近接する。さらに電圧を増加していった場合、両基板の距離はさらに近接し、最終的に接合する。したがって、両基板の接合面積が大きい場合においても、接合界面の気泡の発生を防止できる。上記方法で両基板間の無気泡の陽極接合方法を提供するものである。（ところが、接合基板間に残存気体の有無にかかわらず、一度に電圧を印加した場合、両基板間の最も近接したところで最初に陽極接合が生じ、そして一旦陽極接合した個所は剥離することもなく、さらに接合個所をこの周囲に広げて行くので、結果としてある周囲を接合した個所の中に隙間を生ずる。すなわち気泡あるいは空洞が発生する。）
【００１０】
【発明の実施の形態】
（発明の第１の実施の形態）
図１乃至図４は本発明の特徴を最も良く表す図面であり、同図において１は一方の接合用基板である半導体Ｓｉ基板であり、２は他方の接合用基板である可動イオンを有する絶縁体である３０μｍ厚さのガラス基板（Ｐｙｒｅｘガラス；コーニング社の登録商標）であり、３は半導体Ｓｉ基板１の接合面であり、４はガラス基板の接合面であり、５は陽極接合において低電圧印加段階で両基板間の隙間がきわめて近接した、すなわち近接個所であり、６は低電圧印加段階で両基板間に発生した気泡である。
【００１１】
次に上記構成において、Ｓｉ基板１とガラス基板２をそれぞれ相対向し、両基板間の接合面３、４をガラス基板２上に載置したＳｉ基板からなる負電極（図示無し）を介して荷重印加（図示無し）により密着し、ホットプレートで４１０度Ｃまで両基板を昇温し、そこでまず低電圧０．５Ｖを両基板間に印加する（図示無し）。電圧印加によってＳｉ基板１の接合面３とガラス基板２の接合面４との間に静電引力が発生し、静電引力で両基板は時間と共に互いに引き合って行き、すなわちガラス基板中の不純物陽イオンが負極側に引き寄せられ、これに従って両基板間に発生する高電界で静電引力が増大し、次第に両基板間の隙間を狭くしていく。そして、さらに電圧を１Ｖに増加し、静電引力を増加させ、隙間をさらに狭くしていく。このように低電圧から徐々に印加電圧を上昇していく。この方法により、隙間に取り残されていた気体は次第に外部へと押し出されていき、さらに電圧を高めていった場合、当初存在していた気泡は消え、今まで気泡の圧力によって剥離していた両基板間の接合は気泡の圧力にも打ち勝つくらいの強度を生じてくる。そして、さらに印加電圧を大きくしていった場合、図４に見るように両接合面３、４の全面で陽極接合が可能になった。
【００１２】
尚、本実施の形態において、陽極接合温度は４１０度Ｃであり、最大印加電圧は３００Ｖであった。
【００１３】
尚、本実施の形態において用いたＰｙｒｅｘガラスの厚さは３０μｍであり、大きな可撓性を有するが、初期の密着時点での最近接個所のみの陽極接合によって、周囲を取り囲まれることもなく、すなわち気泡の発生もなく全面で陽極接合することが可能になった。
【００１４】
尚、本実施の形態では、可動イオンを有する絶縁体としてＰｙｒｅｘガラスを用いたが、この他にも例えば、ホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、感光性ガラスにおいても可能である。
【００１５】
（発明の第２の実施の形態）
図５乃至図１１は本発明の特徴を最も良く表したものであり、同図において１は一方の接合用基板である半導体Ｓｉ基板であり、２は他方の接合用基板である可動イオンを有する絶縁体である３０μｍ厚さのガラス基板（Ｐｙｒｅｘガラス；コーニング社の登録商標）であり、３は基板１の接合面であり、４はガラス基板２の接合面であり、５は陽極接合において低電圧印加段階で両基板１、２間の隙間がきわめて狭くなった近接個所、６は低電圧印加段階で両基板１、２間に生じた気泡であり、７は両基板１、２間の接合個所であり、８は基板１に形成した気体排出用の溝部である。
【００１６】
次に上記構成において、まず一方の接合用基板であるＳｉ基板１の接合面側にホトリソ工程、及びエッチング工程を経て溝部８を図５に見るように接合面３の周囲に形成し、かつ溝部８をＳｉ基板１の外周まで導き出す様に形成し、そして他方、ガラスを研磨機によって予め約３０μｍまで薄片化研磨したものを接合用基板であるガラス基板２とし、この後両基板の接合面１、２同士を相対向し、両基板１、２の両側からの荷重印加によって接合面を密着させ、この状態でホットプレートで両基板１、２を４１０度Ｃまで昇温し、そして両基板１、２間に電圧を印加して行く。この電圧印加工程において最初、０．５Ｖを印加しさらに、０．５Ｖずつ増加していき、すなわち１．０Ｖ，１．５Ｖ，２．０Ｖ，・・・，５０Ｖまでの各電圧で約２分間ずつ印加し、さらに５０Ｖから２００Ｖまで１Ｖずつ増加していき、すなわち５０Ｖ，５１Ｖ，・・・，２００Ｖまでの各電圧で約１分間ずつ印加し、さらに２００Ｖから３００Ｖまで５Ｖずつ増加していき、すなわち２００Ｖ，２０５Ｖ，・・・，３００Ｖまでの各電圧で約１分間ずつ印加し、陽極接合過程を終了した。上記の陽極接合過程で接合した両基板１、２の接合体は接合界面に気泡のない、すなわち無気泡の接合体を得ることができた。
【００１７】
尚、本実施の形態においてガラス基板２の電極として、他のＳｉ基板（図示無し）の裏面を用いた。これにより、陽極接合後のガラス基板からの電極の取り外しが容易に可能になった。
【００１８】
尚、Ｓｉ基板の接合面に形成した溝部８は図５あるいは図９に見るような形状でも良く、本発明の意図するところはなんら変わるものではない。
【００１９】
尚、溝部は気体が通過することが可能な断面積の大きさで可能であるが、本実施の形態においては、深さ；２０ｎｍ、幅；１μｍであった。しかしながら、気体の分子半径はもっと小さいことから、深さ及び幅は陽極接合雰囲気中の気体の分子直径以上の断面を有すれば良い。
【００２０】
以上、本発明の２つの実施の形態が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内特定の説明と図に限定されるのではなく、本特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【００２１】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００２２】
本発明の実施態様は、陽極接合方法において、可動イオンを有するガラス基板に半導体基板（または導電体基板）を陽極接合する場合、次の工程からなる、すなわち、
（１）半導体基板（または導電体基板）とガラス基板を相対向し、接合する両基板を加熱によって陽極接合温度まで昇温し、この後両基板間に荷重及び電圧を印加し、
（２）電圧を一度に最大電圧で印加することなく、低電圧から次第に高めていき、すなわち、電圧によって生ずる両基板間の静電引力を次第に高めて行き、両基板間の隙間を次第に狭くして行く過程で、隙間に残存する気体を接合界面から次第に外部に排出し、接合する、
上記各工程からなることを特徴とする、無気泡の陽極接合方法である。
【００２３】
本発明の他の実施態様は、陽極接合方法において、一方の半導体基板（または導電体基板）の表面に溝部を形成し、この後、他方のガラス基板と半導体基板（または導電体基板）に溝部を形成した表面を相対向させて陽極接合し、陽極接合過程で接合界面に残存する気体を溝部を介して外部に排出しながら、接合することを特徴とする、無気泡の陽極接合方法である。
【００２４】
以上の実施態様によれば、隙間に残存する気体を接合界面から次第に溝部、あるいは外部まで排出することにより接合界面に気泡のない、すなわち無気泡の接合体を可能にする方法であるから、
１．面積の大きな基板間の陽極接合が可能になる。
２．大気中、真空中を問わず接合が可能であるため、アライメントが容易であり、かつ大掛かり装置を必要としない。
【００２５】
また、本発明においては、溝部は接合界面から外部に通ずることが望ましい。
【００２６】
また、本発明においては、半導体基板（または導電体基板）はＳｉ基板であることが望ましい。
【００２７】
また、本発明においては、ガラス基板は可動性イオンを有する絶縁体基板であり、ホウケイ酸ガラスまたはソーダ石灰ガラスまたはアルミノケイ酸ガラスまたは感光性ガラスであることが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明には以下の効果がある。
【００２９】
本発明によれば、接合雰囲気中の気体が通過可能な大きさの断面を有する溝部を予め接合基板に形成し、陽極接合過程で接合界面に残存した気体を溝部を介して外部に排出する。さらに、陽極接合過程で両基板間に印加する電圧を徐々に増加していくことによって、すなわち両基板間に発生する静電引力を次第に高めていき両基板間の隙間を次第に狭くして行く過程で、隙間に残存する気体を接合界面から次第に溝部、あるいは外部まで排出することにより接合界面に気泡のない、すなわち無気泡の接合体を可能にする方法であるから、
１．面積の大きな基板間の陽極接合が可能になる。
２．大気中、真空中を問わず接合が可能であるため、アライメントが容易であり、かつ大掛かり装置を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の接合前の相対向している状態を示す図である。
【図２】第１の実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の陽極接合時の初期電圧印加状態を示す図である。
【図３】第１の実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の陽極接合時、次第に印加電圧を増加して行った状態を示す図である。
【図４】第１の実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の陽極接合の最終形態を示す図である。
【図５】第２の実施の形態におけるＳｉ基板の平面図である。
【図６】第２に実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の接合前の相対向している状態を示す図であり、Ｓｉ基板は図５のＡ矢視図である。
【図７】第２の実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の接合前の相対向している状態を示す図であり、Ｓｉ基板は図５のＢ矢視図である。
【図８】第２の実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の接合時の状態を示す図である。
【図９】第２の実施の形態におけるＳｉ基板の平面図である。
【図１０】第２の実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の接合前の相対向している状態を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態におけるＳｉ基板とガラス基板の接合時の状態を示す図である。
【符号の説明】
１    Ｓｉ基板
２    ガラス基板
３    接合面
４    接合面
５    近接個所
６    気泡
７    接合個所
８    溝部
【図１】
2004210565.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004210565.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004210565.tif 000009
【図８】
2004210565.tif 000010
【図９】
2004210565.tif 000011
【図１０】
2004210565.tif 000012
【図１１】
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