(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ形成領域と、該キャビティ形成領域を取り囲み表面が鏡面処理された接合領域と、を有するキャビティ構成体が縦横に複数並べられて形成され、
前記接合領域と、少なくとも一の相手側ウェハの接合領域とを表面活性化接合法によって直接接合することにより前記キャビティ形成領域にキャビティを形成するための直接接合用ウェハであって、
隣接する前記接合領域が連結部で連結され、
前記連結部は、前記相手側ウェハを接合する側の面であって一つの前記キャビティ構成体の外形の一部を囲むように形成された複数の有底の溝部によって画定され、前記接合領域と前記連結部が同一平面に形成されていることを特徴とする直接接合用ウェハ。
【請求項２】
請求項１に記載の直接接合用ウェハであって、
前記キャビティ構成体が、前記キャビティ形成領域内に圧電振動片が形成されているとともに、両主面に前記接合領域および前記連結部が形成された圧電基板であることを特徴とする直接接合用ウェハ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の直接接合用ウェハであって、
一つの前記キャビティ構成体と、隣接する前記キャビティ構成体のすべての前記接合領域が前記連結部により連結されていることを特徴とする直接接合用ウェハ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の直接接合用ウェハであって、
水晶からなることを特徴とする直接接合用ウェハ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の直接接合用ウェハであって、
ガラス材料またはシリコンからなることを特徴とする直接接合用ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面活性化処理により親水化させ相手側基板と直接接合するための直接接合用ウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種情報・通信機器やＯＡ機器、また、民生機器等の電子機器には、水晶振動子などの圧電振動子が使用されている。特に最近は、これら電子機器等の高機能化と共に小型化、薄型化の進展が著しく、これに伴って、圧電振動子への小型化、薄型化の要求も高まり、回路基板への実装に適した表面実装型のものが多用されている。一般に表面実装型の圧電振動子は、セラミックなどの絶縁材料によるパッケージ内に圧電振動片を接合し、パッケージ上にリッドを接合することにより、パッケージとリッドにより形成されるキャビティ内に圧電振動片を封止する構造が広く採用されている。しかし、従来のパッケージ構造では、低融点ガラスの溶融やシーム溶接などでパッケージとリッドとを接合するため、その接合における高温や発生するアウタガス等の影響で、圧電振動片の周波数特性を低下させたり劣化させたりする虞がある。
【０００３】
このような問題を解決する圧電振動子として、水晶振動片と枠体とを一体に形成した圧電基板としての水晶基板（水晶片）と、水晶などからなる一対の蓋体（リッドとパッケージ）とを表面活性化接合を用いて接合した水晶振動子が提案されている（例えば特許文献１）。表面活性化接合は、例えば珪素（Ｓｉ）を主成分とした水晶やガラスなどの接合対応面である接合領域を鏡面研磨してから当接し、加圧することによって当接面の珪素結合（原子間的結合）によって直接接合する接合法であり、ほとんど加熱しなくても接合することが可能である。
また、珪素とは異なる元素の原子間的結合を利用した直接接合方法が、例えば特許文献２に示されている。特許文献２の直接接合方法では、まず、被接合材料を清浄化処理した後、真空雰囲気中で水分子を吹き付けて、被接合材料の表面に水分子と水酸基（ＯＨ基）とを吸着させて活性化させる。その後、プラズマ照射により表面の水分子を除去して、被接合材料の表面どうしを密着させ、一方の被接合材料の表面の水酸基と他方の被接合材料の表面の酸素原子との間で、直接水素結合させるという接合方法である。この水素結合による直接接合によれば、被接合材料どうしを当接させるだけで直接接合されるので、ほとんど加圧せずに接合することが可能である。
【０００４】
なお、上述した直接接合による水晶振動子の製造においては、通常、水晶基板やリッドあるいはパッケージのそれぞれが複数並べられて形成されたウェハの態様にて用意され、各ウェハを積層させて直接接合することにより得られるウェハ積層体を、個片の水晶振動子に切断する方法が用いられる。この方法において、ウェハ積層体を形成するための直接接合用ウェハには、相手側ウェハと積層させることによりキャビティが形成されるキャビティ形成領域と、該キャビティ形成領域を取り囲むように形成された枠体の表面であって、該表面が鏡面処理された接合領域と、を有する一つのキャビティ構成体としての水晶基板が縦横に複数並べられて形成される。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６９７７５号公報
【特許文献２】特許第２７０１７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した直接接合用ウェハを用いた表面活性化接合においては、下記のような不具合が発生する虞があった。
すなわち、一つのキャビティ構成体の接合領域と、隣接するキャビティ構成体の接合領域とが、接合領域と同一平面の連結部により連結されておらずに独立して形成されている場合には、各接合領域ごとに分子間結合が行われて直接接合用ウェハ全体の直接接合が連続して進み難く、一つ一つの接合領域ごとに押圧する必要があるなど、ウェハ全面の均一な直接接合がされ難いという課題があった。
また、一つのキャビティ構成体の接合領域と、隣接するキャビティ構成体の接合領域とが、それぞれの接合領域と同一平面全面で連結されている場合には、異物の挟み込みや気泡が発生する確率が高くなり、直接接合の接合信頼性が劣化する虞があるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
〔適用例１〕本適用例にかかる直接接合用ウェハは、キャビティ形成領域と、該キャビティ形成領域を取り囲み表面が鏡面処理された接合領域と、を有するキャビティ構成体が縦横に複数並べられて形成され、前記接合領域と、少なくとも一の相手側ウェハの接合領域とを表面活性化接合法によって直接接合することにより前記キャビティ形成領域にキャビティを形成するための直接接合用ウェハであって、隣接する前記接合領域が連結部で連結され、前記連結部は、前記相手側ウェハを接合する側の面であって一つの前記キャビティ構成体の外形の一部を囲むように形成された複数の有底の溝部によって画定され、前記接合領域と前記連結部が同一平面に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、一つのキャビティ構成体の接合領域と、隣接するキャビティ構成体の接合領域とが、各接合領域と同一平面に形成された連結部で連結されているため、隣接する接合領域の表面活性化接合が連結部によって連続して進んでいくので、直接接合用ウェハの各キャビティ構成体ごとに押圧することなく、接合部のいずれか一部を押圧することで押圧した部分を接合の基点としてウェハどうしを直接接合することができる。
また、隣接するキャビティ構成体の接合領域どうしが、各接合領域と同一平面に形成された連結部のみで連結されているので、隣接する接合領域が同一平面全面で連結されている場合に比して、相手側ウェハの接合面との接合不良の原因となる異物等の挟み込みが発生する確率が低減する。
さらに、接合領域と同一平面に形成された連結部とは異なる部分、即ち、接合領域および連結部よりも凹んだ部分に、接合時に接合領域および連結部に発生する気泡が排出されながら相手側ウェハの接合面と直接接合されるので、接合部への気泡の残留が抑えられる。
したがって、相手側ウェハとの直接接合において、ウェハ全体が均一に接合されるとともに、異物の挟み込みや気泡の残留による接合不良が抑制されることにより、接合信頼性の高い直接接合用ウェハを提供することができる。
【００１０】
〔適用例２〕上記適用例にかかる直接接合用ウェハにおいて、前記キャビティ構成体が、前記キャビティ形成領域内に圧電振動片が形成されているとともに、両主面に前記接合領域および前記連結部が形成された圧電基板であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、キャビティ形成領域に圧電振動片が形成されたキャビティ構成体としての圧電基板が複数配置されて形成された直接接合用ウェハの両主面側に、複数のパッケージが形成されたウェハと複数のリッドが形成されたウェハとをそれぞれ直接接合することにより、圧電デバイスとしての圧電振動子を形成することができる。これにより、低融点ガラスの溶融やシーム溶接などでパッケージとリッドとを接合する従来のパッケージの構造の圧電振動子のように、接合における高温や発生するアウタガス等の影響で圧電振動片の周波数特性を低下させたり劣化させたりすることがないので、周波数特性が良好な圧電振動子の提供に効果を奏する。
【００１２】
〔適用例３〕上記適用例にかかる直接接合用ウェハにおいて、一つの前記キャビティ構成体と、隣接する前記キャビティ構成体のすべての前記接合領域が前記連結部により連結されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、複数のキャビティ構成体の隣接するすべての接合領域を連結する連結部によって直接接合用ウェハ全体に表面活性化接合が進みやすくなるので、ウェハどうしをより良好に直接接合することができる。
【００１４】
〔適用例４〕上記適用例にかかる直接接合用ウェハは、水晶からなることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、例えば、同じ水晶からなる相手側ウェハを適用して直接接合した場合、直接接合用ウェハと相手側ウェハとが同一材料であることから熱膨張率の差異による残存応力の問題がなく、相互の原子間結合がされやすい。これにより、常温、または比較的低い接合温度にて良好な接合状態を得ることができる。従って、接合時の寸法変化や反りが軽減でき、各基板の接合位置のずれが抑えられるとともに、高い接合強度を確保することができる。また、水晶は圧電振動片の材料として広く用いられているので、圧電振動子形成用の直接接合用ウェハとして特に好適である。
【００１６】
〔適用例５〕上記適用例にかかる直接接合用ウェハは、ガラス材料またはシリコンからなることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、ガラス材料およびシリコンともに主成分がシリコン（Ｓｉ）であるため、同じガラス材料またはシリコンを材料とする相手側ウェハを用いた場合に、直接接合することが可能であるとともに、ガラス材料またはシリコンは比較的安価であることから低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、直接接合用ウェハおよびそれを用いて製造される圧電振動子の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、直接接合用ウェハを用いて製造される圧電振動子としての水晶振動子の概略構成を示す構成図であり、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２は、直接接合用ウェハとしての水晶基板ウェハを説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図２（ａ）〜（ｃ）においては、図１（ａ）、（ｂ）に示す水晶基板２０の詳細な構成について一部図示を省略している。
【００１９】
（水晶振動子）
まず、直接接合用ウェハを用いて製造される圧電振動子としての水晶振動子について説明する。
図１に示すように、水晶振動子１は、圧電基板としての水晶基板２０の上面および下面に、蓋部材としてのリッド１０およびベース部材としてのパッケージ３０がそれぞれ積層されて一体化された構造を有している。本実施形態では、リッド１０、水晶基板２０、パッケージ３０は、ともに水晶の原石から同一カット角、例えばＡＴカット角で切り出されたＡＴカット水晶板から形成されている。そして、リッド１０、水晶基板２０、パッケージ３０ともに、少なくとも各々が当接される面が所定の表面粗さにて鏡面処理されている。
【００２０】
水晶基板２０は、振動片部２２と、振動片部２２を囲むとともに腕部２４ａ，２４ｂを介して振動片部２２を支持する矩形環状の枠部２１と、から構成されている。枠部２１に囲まれた領域は、水晶基板２０にリッド１０およびパッケージ３０が接合されることにより内部にキャビティを形成するキャビティ形成領域となっている。
振動片部２２の一方の主面２２ａには励振電極２３ａが形成され、他方の主面２２ｂには励振電極２３ｂが形成されている。なお、枠部２１の内枠側の断面形状は、断面の略中央を最も厚い頂部として、表（一方の主面２２ａ側）裏（他方の主面２２ｂ側）両側にそれぞれ行くにしたがって厚みが薄くなるくさび形状を呈している。
励振電極２３ａは、腕部２４ａ、枠部２１の内側表斜面２１ｃ、内側裏斜面２１ｄを経由して、枠部２１の凹部２１ｅに形成された接続電極２５ａに接続されている。また、励振電極２３ｂは、腕部２４ｂ、枠部２１の内側裏斜面２１ｆを経由して、枠部２１の凹部２１ｇに形成された接続電極２５ｂに接続されている。
励振電極２３ａ，２３ｂはクロム（Ｃｒ）スパッタおよび金（Ａｕ）スパッタ、接続電極２５ａ，２５ｂは、クロムスパッタ、金スパッタで一部にニッケル（Ｎｉ）メッキ、金メッキが施されて形成されている。
なお、水晶基板２０は、枠部２１の厚みが約１００μｍ程度、振動片部２２の厚みが所定の発振周波数に応じて数μｍ〜数十μｍの範囲で適宜形成される。
【００２１】
パッケージ３０は、厚みが約１００μｍ程度の矩形形状に形成されている。パッケージ３０の一方の面としての水晶基板２０と接合される側の面は、水晶基板２０との接合面３１となっている。この接合面３１の反対側の面であり水晶振動子１の外底面となる実装面３２には、実装端子３２ａ，３２ｂが一対ずつ形成されている。また、パッケージ３０の外周には、パッケージ３０と水晶基板２０とを重ね合わせたときに、水晶基板２０の枠部２１の接続電極２５ａ，２５ｂが露出されるように、切り欠き３３ａ，３３ｂが形成されている。
【００２２】
リッド１０は、厚みが約１００μｍ程度の矩形形状に形成されている。リッド１０の水晶基板２０と当接される側の面は接合面１１となっている。
水晶振動子１は、水晶基板２０の枠部２１の表側接合面２１ａにリッド１０の接合面１１が直接接合により接合され、水晶基板２０の枠部２１の裏側接合面２１ｂにパッケージ３０の接合面３１が直接接合により接合される。
【００２３】
水晶基板２０の上下にリッド１０およびパッケージ３０がそれぞれ直接接合された水晶振動子１において、パッケージ３０の実装端子３２ａは、パッケージ３０の切り欠き３３ａを封止する導電性の封止部材３４ａを介して、接続電極２５ａと導通接続され、実装端子３２ｂは、パッケージ３０の切り欠き３３ｂを封止する導電性の封止部材３４ｂを介して、接続電極２５ｂと導通接続されている。また、切り欠き３３ａ，３３ｂがそれぞれ封止部材３４ａ，３４ｂにより封止されることにより、水晶振動子１内部のキャビティ内に振動片部２２が気密に封止される。このとき、水晶振動子１内部は、真空または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入されてから封止される。なお、封止部材３４ａ，３４ｂには、金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金などが用いられる。
【００２４】
このようにして構成された水晶振動子１は、外部から実装端子３２ａ，３２ｂを介して励振電極２３ａ，２３ｂに駆動電圧が印加されると、厚みすべり振動で振動する。
【００２５】
なお、上述した直接接合による水晶振動子１の製造においては、水晶基板２０やリッド１０あるいはパッケージ３０のそれぞれが複数並べられて形成されたウェハの態様にて用意される。そして、このような複数の直接接合用ウェハを積層させて直接接合することによりウェハ積層体を形成した後に、個片の水晶振動子１に切断して多数個の水晶振動子１を得る。
【００２６】
（水晶基板ウェハ）
次に、上述した水晶振動子１の製造に用いられる直接接合用ウェハであって、水晶基板２０が縦および横方向に等間隔で複数配置された直接接合用ウェハである水晶基板ウェハ１２０について説明する。
図２において、水晶基板ウェハ１２０は、ＡＴカットされた大判の水晶ウェハ１１１に、矩形環状の枠部２１と、この枠部２１内のキャビティ形成領域に片持ち支持されるように一体に形成された振動片部２２とを有する水晶基板２０が、縦および横方向に等間隔で複数形成されている。本実施形態の水晶基板ウェハ１２０には、縦横それぞれ３個ずつの水晶基板２０が形成されている。なお、水晶ウェハ１１１の両主面は、後述する各ウェハの直接接合において接合面として良好な接合ができるように鏡面研磨加工が施されている。この鏡面研磨加工は、良好な直接接合を実現するために、各接合面の表面粗さが１００ｎｍ程度になるように行うのが好ましい。
【００２７】
水晶基板ウェハ１２０において、水晶基板ウェハ１２０の表面側（リッド１０が接合される側）には、一つのキャビティ構造体である水晶基板２０の枠部２１の外形の一部を囲むように形成された複数の溝部１５０を有している。また、一つの水晶基板２０の枠部２１と、隣接する水晶基板２０の枠部２１とは、前記溝部１５０により画定されて形成された連結部１２１ａにより連結されている。この連結部１２１ａは、枠部２１のリッド１０との接合領域である表側接合面２１ａと同一平面に形成されている。本実施形態では、一つの水晶基板２０の枠部２１の四つの辺にそれぞれ隣接する水晶基板２０の枠部２１と連結される連結部１２１ａが形成されている。
【００２８】
同様に、水晶基板ウェハ１２０の裏面側（パッケージ３０が接合される側）には、一つの水晶基板２０の枠部２１の外形の一部を囲むように形成された複数の溝部１５０を有している。また、一つの水晶基板２０の枠部２１と、隣接する水晶基板２０の枠部２１とは、前記溝部１５０により画定されて形成され、枠部２１のパッケージ３０との接合領域である裏側接合面２１ｂと同一平面に形成された連結部１２１ｂにより連結されている。詳細な構成の図示は省略するが、本実施形態では、上述した水晶基板ウェハ１２０の表面側と同様に、一つの水晶基板２０の枠部２１の四つの各辺にそれぞれ隣接する水晶基板２０の枠部２１と接続される連結部１２１ｂが形成されている。
【００２９】
なお、上述したように、水晶基板ウェハ１２０の原板である水晶ウェハ１１１の両主面は鏡面研磨加工が施されている。すなわち、水晶基板ウェハ１２０に形成された複数の水晶基板２０の接合領域である表側接合面２１ａおよび裏側接合面２１ｂと、隣接する水晶基板２０どうしを連結する連結部１２１ａおよび１２１ｂとが、鏡面処理された同一平面であって、相手側ウェハと当接され直接接合による接合面を形成している。
【００３０】
水晶基板ウェハ１２０の複数の水晶基板２０の振動片部２２、溝部１５０などは、水晶ウェハ１１１を、フォトリソグラフィ技術を利用してフッ酸等によりエッチングすることにより形成される。また、上述した図１（ａ），（ｂ）に示す水晶基板２０の励振電極２３ａ，２３ｂ、接続電極２５ａ，２５ｂ、およびこれらを接続する電極間配線などは、例えばスパッタ法あるいはメッキ法とフォトリソグラフィ技術を併用して、ニッケル／金、あるいはクロム／金などの導電体材料を所望の厚みに積層させてからパターニングすることにより形成される。
【００３１】
（水晶振動子の製造方法）
次に、本実施形態の水晶振動子１を製造する工程について、特に、水晶基板２０とリッド１０およびパッケージ３０との表面活性化処理による表面親水化のもとでの直接接合方法を中心に図面を参照しながら説明する。図３（ａ）は、本実施形態で接合方法として用いる表面活性化接合の要領を概念的に示す説明図、同図（ｂ）は、ウェハ積層体を示す概略斜視図である。
【００３２】
水晶振動子１の製造においては、図２で説明した水晶基板ウェハ１２０とともに、図１で説明したリッド１０およびパッケージ３０が縦及び横方向に等間隔で複数配置させた大型のウェハをそれぞれ準備し、複数の水晶振動子１を一括して製造する。図３（ａ），（ｂ）においては、リッド１０が複数配置させた大型のウェハをリッドウェハ１１０、パッケージ３０が複数配置された大型のウェハをパッケージウェハ１３０としてそれぞれ示している。なお、パッケージウェハ１３０には、図１（ａ），（ｂ）で説明した各パッケージ３０ごとに有する平面視で半円形状の切り欠き３３ａ，３３ｂの原型となる円形の貫通孔、およびそれに対応する実装端子３２ａ，３２ｂがそれぞれ形成されているが、図示を省略する。
【００３３】
各ウェハの直接接合を行うために、まず、上述したように両主面（接合面）が鏡面研磨加工された水晶基板ウェハ１２０を、純水洗浄等により接合にかかる部分の汚染物を取り除き、表面活性化接合に最適な表面状態に保つ。
【００３４】
これと併行して、リッド１０を等間隔で複数配置させたリッドウェハ１１０、およびパッケージ３０を等間隔で複数配置させたパッケージウェハ１３０を準備する。リッドウェハ１１０およびパッケージウェハ１３０のそれぞれは、少なくとも水晶基板ウェハ１２０と当接される接合面を鏡面研磨加工する。続いて、リッドウェハ１１０およびパッケージウェハ１３０のそれぞれを純水洗浄等することにより接合にかかる部分の汚染物を取り除き、表面活性化接合に最適な表面状態に保つ。なお、本実施形態のリッドウェハ１１０およびパッケージウェハ１３０は、水晶基板ウェハ１２０と同じ水晶を材料として形成するものとするが、これに限らず、シリコンや、珪素を主成分とするガラスなどを材料として用いることも可能である。
【００３５】
次に、上記のように準備されたリッドウェハ１１０、パッケージウェハ１３０および水晶基板ウェハ１２０の各接合面をプラズマ処理により表面活性化する。プラズマ処理は、例えば公知のＳＷＰ（Surface Wave Plasma）型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）プラズマ方式のプラズマ処理装置を用いて行う。まず、プラズマ処理装置の高真空雰囲気の処理チャンバ内のステージに、処理対象であるリッドウェハ１１０、パッケージウェハ１３０および水晶基板ウェハ１２０を載置する。この処理チャンバ内には、例えばＣＦ4ガスなどの反応性ガスを供給する。
【００３６】
次に、処理チャンバ内にマイクロ波を放射させ、処理チャンバに設けられた導波管内で定在波を形成すると、このマイクロ波が、その下側に配置された誘電体であるリッドウェハ１１０、パッケージウェハ１３０および水晶基板ウェハ１２０に伝搬し、その表面に沿って伝搬する表面波を発生させる。この表面波により、前記誘電体の全面に亘って均一且つ高密度なプラズマが生成され、それにより処理チャンバ内に導入された反応ガスを励起して、酸素イオン、励起種（ラジカル）などの活性種を生成する。反応ガスを連続的に供給しながら、前記ステージに高周波電源から所定の電圧を印加すると、処理チャンバ内に生成された前記反応ガスの活性種は、その上部から下向きに前記ステージに向けて流れ、各ウェハをプラズマ処理する。なお、反応性ガスとしては、Ｏ2ガスの他に、Ｏ2とＮ2の混合ガス、Ｏ2ガス処理後のＮ2ガス処理でも、Ｏ2ガス単独で用いたときと同様に前記各ウェハの表面を活性化することができる。
【００３７】
このプラズマ処理により、前記各ウェハの表面は、前記反応ガス活性種に曝露されて一様に活性化される。即ち、リッドウェハ１１０、パッケージウェハ１３０および水晶基板ウェハ１２０の各接合面の表面に残存している有機物、汚染物などはプラズマ内のイオン成分による物理衝撃により除去されるとともに、同じくプラズマ内のラジカル成分により、該接合面を形成する物質の表面に酸素ラジカル、窒素ラジカルを起因としたＯＨ基、ＮＨ基、ＯＮ基などを形成するように改質され表面が活性化される。この状態で、大気中に処理済ウェハを開放することにより、大気中の水分子が活性種に吸着され、親水性がより高まる。このようなプラズマ処理されたウェハ表面の活性状態・親水状態は、少なくとも一時間程度維持されるので、その後の直接接合における工程を十分に実行することができる。
【００３８】
上記の処理後、図３（ａ）に示すように、水晶基板ウェハ１２０の上下面に、リッドウェハ１１０とパッケージウェハ１３０をそれぞれ重ね合わせる。ウェハ同士を接合する前に、治具などを用いて各ウェハ間に一定のギャップを持たせ接触しないように保持しても良い。水晶基板ウェハ１２０、リッドウェハ１１０およびパッケージウェハ１３０は、それらを位置合わせし、ウェハ積層体１００を得る。次に、これらウェハ積層体１００の一部を常温で図中矢印方向に加圧することにより、加圧した部分を接合の基点として接合する。
【００３９】
水晶基板ウェハ１２０、リッドウェハ１１０およびパッケージウェハ１３０は、各々プラズマ処理された各接合面に親水化処理によるＯＨ基等が露出しているので、上述した接合工程において、互いに位置合わせして一部加圧するだけで接着することができる。しかしながら、この状態では未だ接合界面に水分子が存在しており、弱い水素結合のみによりウェハ間の接合が行われているものと考えられる。そのため、接合界面に存在している水分子を接合ウェハのバルク内へ拡散させ、より強固な接合にする必要がある。そこで、接合後、２００℃前後の比較的低温の状態で数時間アニールする必要がある。これによりさらに良好に接合することができる。なお、水晶基板ウェハ１２０、リッドウェハ１１０およびパッケージウェハ１３０の接合は、一度ウェハを水分子にさらした後であれば、大気圧雰囲気内でも真空内でも同様に行うことができる。
【００４０】
なお、本実施形態では三枚の水晶ウェハを重ね合わせて同時に接合する例を説明したが、一枚の直接接合用ウェハに対して相手側ウェハを一枚ずつ接合するようにしてもよい。例えば、水晶基板ウェハ１２０の上面にリッドウェハ１１０を接合した後、その下面にパッケージウェハ１３０を接合する順序によりウェハ積層体１００を得る。
【００４１】
ここで、上記に説明した各ウェハの直接接合による接合において、本実施形態の水晶基板ウェハ１２０の構造の特徴により、直接接合が良好に行われる作用について、図２を参照して説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）に示す水晶基板ウェハ１２０において、水晶基板ウェハ１２０の表面側にリッドウェハ１１０を直接接合する際には、複数の水晶基板２０のリッドウェハ１１０と接合される側の接合領域である表側接合面２１ａと、隣接する水晶基板２０の表側接合面２１ａとを連結する連結部１２１ａのそれぞれの表面が活性化されていて接合に寄与する。すなわち、互いに隣接する水晶基板２０の表側接合面２１ａどうしが該表側接合面２１ａと同一平面に形成された連結部１２１ａで連結されているので、隣接する表側接合面２１ａの直接接合が連結部１２１ａによって連続して進み、水晶基板ウェハ１２０の表面側とリッドウェハ１１０とが全体に渡り均一に接合される。特に、上述したウェハの一部を加圧して接合のきっかけを与えるような直接接合の場合には、互いに隣接する表側接合面２１ａが連結部１２１ａによって接続されずに独立して形成されている場合のように各表側接合面２１ａごとに押圧することなく、ウェハどうしを直接接合することができる。
【００４２】
また、互いに隣接する表側接合面２１ａが連結部１２１ａのみで連結され、その連結部１２１ａよりも凹んだ部分である溝部１５０は、接合されるリッドウェハ１１０とは接触していない。これにより、互いに隣接する水晶基板２０どうしの表側接合面２１ａが同一平面全面で連結されている場合に比して、リッドウェハ１１０の接合面との接合不良の原因となる異物等の挟み込みが発生する確率が低減する。さらに、接合時に各表側接合面２１ａおよび各連結部１２１ａに発生する気泡が溝部１５０に排出されながらリッドウェハ１１０の接合面と接合されるので、接合不良の原因となる接合部への気泡の残留が抑えられる。
【００４３】
同様に、水晶基板ウェハ１２０の裏面側にパッケージウェハ１３０を直接接合する際には、複数の水晶基板２０のパッケージウェハ１３０と接合される側の接合領域である裏側接合面２１ｂと、隣接する水晶基板２０の裏側接合面２１ｂとを連結する連結部１２１ｂのそれぞれの表面が活性化されていて接合に寄与する。これにより、隣接する裏側接合面２１ｂの直接接合が連結部１２１ｂによって連続して進み、水晶基板ウェハ１２０の裏面側とパッケージウェハ１３０とが全体に渡り均一に接合される。特に、上述した一部を加圧して接合のきっかけを与えるような直接接合の場合には、互いに隣接する裏側接合面２１ｂが連結部１２１ｂによって連結されずに独立して形成されている場合のように、各裏側接合面２１ｂごとに押圧することなくウェハどうしを直接接合することができる。また、各裏側接合面２１ｂおよび連結部１２１ｂよりも凹んで形成された溝部１５０により異物等の挟み込みが発生する確率が低減するとともに、接合時に各裏側接合面２１ｂおよび各連結部１２１ａに発生する気泡が溝部１５０に排出されやすいので、接合部への気泡の残留が抑えられる。
【００４４】
次に、上記のように直接接合してウェハ積層体１００を得た後の製造工程について説明する。まず、図３（ａ），（ｂ）においては図示を省略したパッケージウェハ１３０の各パッケージ３０ごとに有する半円形状の切り欠き３３ａ，３３ｂ（図１（ａ），（ｂ）を参照）の原型となる円形の貫通孔に、導電性の封止部材３４ａ，３４ｂを挿設する。封止部材３４ａ，３４ｂには、例えば金とゲルマニウムとの合金や半田などの比較的低融点の金属からなる金属ボール、あるいは半田ペーストなどが用いられる。
次に、封止部材３４ａ，３４ｂにＹＡＧ（Yittrium Aluminium Garnet）レーザを照射したり、ウェハ積層体１００を所定温度に設定されたリフロー炉に所定時間投入することなどによって封止部材３４ａ，３４ｂを溶融させてから、常温まで冷却して固化させることにより貫通孔を封止する。
【００４５】
次に、図３（ａ），（ｂ）では図示を省略するが、パッケージウェハ１３０の各パッケージ３０に、スパッタリングなどにより実装端子３２ａ，３２ｂ（図１（ａ），（ｂ）を参照）を形成する。実装端子３２ａ，３２ｂには、さらにニッケル下地メッキが施し、さらにその上に金メッキを施すなどして形成される。
【００４６】
次に、上記のように直接接合されたウェハ積層体１００を、図３（ｂ）に示すように、縦横に直行する水晶振動子の外郭線１５１に沿ってダイシングするなどの方法により切断分割して個片化し、図１に示す複数の水晶振動子１を得る。
【００４７】
最後に、個片化した各水晶振動子１の周波数特性やその他の電気的特性が所定の範囲内にあるか否かを確認する電気的特性検査、若しくは所望の試験を行う。周波数特性が所定の範囲から外れた場合は、レーザ光などにより振動片部２２（図１を参照）の一部をトリミングすることによって周波数調整することが可能である。このとき、リッド１０およびパッケージ３０が水晶やシリコンあるいは珪素を主成分とするガラス材料などからなり、主面が鏡面研磨加工されて透明なので、外部から振動片部２２へレーザ光などを容易に照射することが可能であり、それにより周波数調整をすることができる。
なお、水晶振動子１の個片化を行う工程の前に、ウェハ積層体１００の状態で周波数の測定や調整を行うこと、若しくは所望の試験を実行することも可能である。
【００４８】
次に、上記実施形態の効果を述べる。
上記実施形態の水晶基板ウェハ１２０によれば、一つの水晶基板２０の接合領域である表側接合面２１ａまたは裏側接合面２１ｂと、隣接する水晶基板２０の接合領域である表側接合面２１ａまたは裏側接合面２１ｂとが、それぞれ各接合領域と同一平面に形成された連結部１２１ａまたは連結部１２１ｂによりそれぞれ連結されている。これにより、隣接する水晶基板２０の表面活性化接合が連結部１２１ａ，１２１ｂによって連続して進んでいくので、水晶基板ウェハ１２０の各水晶基板２０ごとに押圧することなくウェハどうしを均一に直接接合することが可能な水晶基板ウェハ１２０（直接接合用ウェハ）を提供することができる。
【００４９】
また、隣接する水晶基板２０の接合領域である表側接合面２１ａまたは裏側接合面２１ｂどうしが、各接合領域と同一平面に形成された連結部１２１ａまたは１２１ｂのみで連結されているので、隣接する接合領域が同一平面全面で連結されている場合に比して、相手側ウェハの接合面との接合不良の原因となる異物等の挟み込みが発生する確率が低減する。
【００５０】
さらに、接合領域である表側接合面２１ａまたは裏側接合面２１ｂと同一平面に形成された連結部１２１ａまたは連結部１２１ｂよりも凹んだ部分である溝部１５０に、接合時に表側接合面２１ａまたは裏側接合面２１ｂおよび連結部１２１ａまたは１２１ｂに発生する気泡が排出されながら相手側ウェハの接合面と直接接合されるので、接合部への気泡の残留が抑えられる。
したがって、相手側ウェハとの直接接合において、水晶基板ウェハ１２０全体が均一に接合されるとともに、異物の挟み込みや気泡の残留による接合不良が抑制されることにより、接合信頼性の高い水晶基板ウェハ１２０（直接接合用ウェハ）を提供することができる。
【００５１】
以上、説明した上記実施形態の水晶基板ウェハ１２０では、一つの水晶基板２０の枠部２１の四つの各辺とそれぞれ隣接する水晶基板２０の枠部２１とを、枠部２１の表側接合面２１ａまたは裏側接合面２１ｂと同一平面に形成された連結部１２１ａ，１２１ｂによりそれぞれ連結した。これに限らず、下記変形例１、変形例２に説明する配置の連結部によっても、良好な直接接合を行うことが可能な水晶基板ウェハとすることができる。
【００５２】
（変形例１）
図４は、水晶基板ウェハの変形例を説明する平面図である。なお、本変形例では、水晶基板ウェハにおいて、一つの水晶基板と隣接する水晶基板とを連結する連結部の配置以外の構成は上記実施形態の水晶基板ウェハ１２０と同じであるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図４に示す水晶基板ウェハ２２０は、ＡＴカットされた大判の水晶ウェハ２１１に、枠部２１内に片持ち支持されるように一体に形成された振動片部２２とを有する水晶基板２０が、縦および横方向に等間隔で複数形成されている。
水晶基板ウェハ２２０において、水晶基板ウェハ２２０の表面側には、一つの水晶基板２０の枠部２１の外形の四つの辺と平行にそれぞれ独立されて形成された複数の溝部２５０を有している。すなわち、一つの水晶基板と隣接する水晶基板２０と各辺の間に、それぞれ独立した溝部２５０が形成されている。そして、一つの水晶基板２０の枠部の各コーナー部分から延出されて形成された連結部２２１ａが、隣接する水晶基板２０の枠部２１の各コーナー部分から延出されて形成された連結部２２１ａと互いに連結されている。この連結部２２１ａは、枠部２１の接合領域である表側接合面２１ａと同一平面に形成されている。
【００５４】
図示はしないが、水晶基板ウェハ２２０の裏面側においても、上述した水晶基板ウェハ２２０の表面側と同様に、一つの水晶基板２０の枠部２１の外形の四つの辺と平行にそれぞれ独立されて形成された複数の溝部２５０を有している。そして、この各溝部２５０により画定され、一つの水晶基板２０の枠部の各コーナー部分から延出されて形成された連結部が、隣接する水晶基板２０の枠部２１の各コーナー部分から延出されて形成された連結部と互いに連結されている。連結部は、枠部２１の接合領域である裏側接合面（図示せず）と同一平面に形成されている。
【００５５】
この構成によれば、一つの水晶基板２０の接合領域である表側接合面２１ａと、隣接する水晶基板２０の接合領域である表側接合面２１ａとが、水晶基板２０の外形のコーナー部分から延出されて形成された連結部２２１ａにより連結されている。これにより、互いに隣接する表側接合面２１ａどうしの直接接合が連結部２２１ａによって連続して進み、水晶基板ウェハ２２０の表面側とリッドウェハ１１０とが全体に渡り均一に接合される。また、連結部２２１ａよりも凹んで形成されている溝部２５０により、上記実施形態の水晶基板ウェハ１２０と同様に、相手側ウェハの接合面との接合不良の原因となる異物等の挟み込みや気泡の残留が抑えられるので、良好な直接接合が可能な水晶基板ウェハ２２０を提供できる。
【００５６】
（変形例２）
図５は、上記実施形態および変形例１とは異なる配置の連結部を有する水晶基板ウェハを説明する平面図である。なお、本変形例についても、水晶基板ウェハにおいて、一つの水晶基板と隣接する水晶基板とを連結する連結部の配置以外の構成は、上記実施形態および変形例１の水晶基板ウェハ１２０，２２０と同じであるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図５に示す水晶基板ウェハ３２０は、ＡＴカットされた大判の水晶ウェハ３１１に、枠部２１内に片持ち支持されるように一体に形成された振動片部２２とを有する水晶基板２０が、縦および横方向に等間隔で複数形成されている。
水晶基板ウェハ３２０において、水晶基板ウェハ３２０の表面側には、一つの水晶基板２０と隣接する水晶基板２０との間に溝部３５０が形成されている。溝部３５０は、枠部２１の四辺のうち一方の対向する二辺側の略中央を除いて枠部２１を囲むように形成されていて、この枠部２１の一方の対向する二辺側から延出された連結部３２１ａにより、一つの水晶基板２０の枠部２１と隣接する水晶基板２０の枠部２１とが互いに連結されている。この連結部３２１ａは、枠部２１の接合領域である表側接合面２１ａと同一平面に形成されている。
【００５８】
図示はしないが、水晶基板ウェハ３２０の裏面側においても、上述した水晶基板ウェハ３２０の表面側と同様に、一つの水晶基板２０と隣接する水晶基板２０との間に溝部が形成されている。溝部は、枠部２１の四辺のうち一方の対向する二辺側の略中央を除いて枠部２１を囲むように形成されていて、この枠部２１の一方の対向する二辺側から延出され枠部２１の接合領域である裏側接合面と同一平面の連結部により、一つの水晶基板２０の枠部２１と隣接する水晶基板２０の枠部２１とが互いに連結されている。
【００５９】
この構成によれば、縦横に等間隔で配置された水晶基板２０の四辺の枠部２１上の接合領域である表側接合面２１ａのうち、一方の対向する枠部２１の表側接合面２１ａと、それぞれ隣接する水晶基板２０の枠部２１の表側接合面２１ａとが連結部３２１ａにより連結されている。これにより、少なくとも連結部３２１ａによって連結された互いに隣接する水晶基板２０の表側接合面２１ａどうしの直接接合が連結部３２１ａによって連続して進む。また、上記実施形態の水晶基板ウェハ１２０と同様に、連結部３２１ａよりも凹んで形成されている溝部３５０により、相手側ウェハの接合面との接合不良の原因となる異物等の挟み込みや気泡の残留が抑えられる。
【００６０】
（変形例３）
上記実施形態では、水晶基板２０とこの上下に重ねて配置されるリッド１０およびパッケージ３０とが直接接合された三層構造の圧電デバイスとしての水晶振動子１を形成するための直接接合用ウェハとしての水晶基板ウェハ１２０について説明した。これに限らず、直接接合用ウェハは、二層構造の圧電デバイスを形成する場合にも良好な接合を実現することが可能である。
図６は、二層構造の圧電デバイスを模式的に説明するものであり、（ａ）は圧電デバイスの模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。また、図７は、図６の圧電デバイスの製造に用いられる直接接合用ウェハを説明する平面図である。なお、図６（ａ）では、圧電デバイスの内部の構造を説明する便宜上、上部に配置されるリッド４１０の一部を切り欠いて図示している。
【００６１】
図６（ａ），（ｂ）において、圧電デバイス４００は、凹部４２１ｃが形成された水晶基板４２０と、水晶基板４２０の凹部４２１ｃの凹底部分に備えられた電子素子４３０と、水晶基板４２０上に接合され水晶基板４２０の凹部４２１ｃを封止するリッド４１０とを有している。
【００６２】
水晶基板４２０の凹部４２１ｃの側壁は平面視で略矩形環状の枠部４２１を形成し、この枠部４２１の上面が、リッド４１０との接合面となる鏡面研磨加工された接合面４２１ａとなっている。なお、水晶基板４２０の接合面４２１ａに接合されるリッド４１０の接合面も鏡面研磨加工されている。
水晶基板４２０の凹部４２１ｃの凹底部分に備えられた電子素子４３０は、例えば、凹部４２１ｃの凹底部分に形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造体を含むＭＥＭＳ素子や、凹部４２１ｃの凹底部分に形成された図示しない接続電極にＩＣチップが実装された半導体回路素子など、目的に応じた種々の電子素子を適用することが可能である。そして、電子素子４３０は、水晶基板４２０の外底部に形成された図示しない実装端子にスルーホールなどの接続配線によって接続されるとともに、水晶基板４２０上にリッド４１０が直接接合されることにより水晶基板４２０内部に気密に封止されている。
【００６３】
上記実施形態と同様に、圧電デバイス４００は、水晶基板４２０およびリッド４１０がそれぞれ多数個形成されたウェハの状態で直接接合されてから、個片に切り出されて製造される。このうち、水晶基板４２０が多数個形成された直接接合用ウェハである水晶基板ウェハ５２０について説明する。
図７に示す水晶基板ウェハ５２０は、大判の水晶ウェハ５１１に、矩形環状の枠部４２１と、この枠部４２１内に形成された凹部４２１ｃと、この凹部４２１ｃ内に備えた電子素子４３０とを有する水晶基板４２０が、縦および横方向に等間隔で複数形成されている。水晶ウェハ５１１の少なくとも表面側（リッド４１０が接合される側）の主面は、直接接合による接合面として良好な接合ができるように鏡面研磨加工されている。
【００６４】
水晶基板ウェハ５２０の表面側（リッド４１０が接合される側）には、一つの水晶基板２０の枠部４２１の外形の一部を囲むように形成された複数の溝部５５０が形成されている。そして、一つの水晶基板４２０の枠部４２１と、隣接する水晶基板２０の枠部４２１とは、前記溝部５５０により画定されて形成された連結部５２１ａであって、枠部４２１のリッド４１０との接合領域である接合面４２１ａと同一平面に形成された連結部５２１ａにより連結されている。上述したように、水晶基板ウェハ５２０の原板である水晶ウェハ５１１の表側の主面が鏡面研磨加工されていることにより、複数の水晶基板４２０の接合領域である接合面４２１ａと、隣接する水晶基板４２０どうしを連結する連結部５２１ａとは、同一平面に直接接合による接合面を形成するようになっている。
【００６５】
本変形例の水晶基板ウェハ５２０によれば、上記実施形態および変形例１と同様に、一つの水晶基板４２０と隣接する水晶基板４２０とのそれぞれの接合領域である表側接合面４２１ａどうしが、接合面４２１ａと同一平面に形成された連結部５２１ａにより連結されている。これにより、隣接する接合面４２１ａの直接接合が連結部５２１ａによって連続して進み、水晶基板ウェハ５２０とリッド４１０が複数配列されて形成されたリッドウェハが全体に渡り均一に接合される。また、溝部５５０により、異物等の挟み込みや気泡発生が抑制され、接合信頼性の高い直接接合が可能となる。
【００６６】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態およびその変形例について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態および変形例１、２では、ＡＴカットした水晶ウェハ１１１，２１１，３１１を用いて、矩形板状の振動片部２２が形成された水晶基板２０が複数配置された水晶基板ウェハ１２０，２２０，３２０を形成する例を説明した。そして、水晶基板２０に矩形板状の振動片部２２が形成された構成を説明したが、振動片部はこれに限定するものではなく、例えば音叉型水晶振動片などの他の形態の圧電振動片でもよい。また、圧電基板材料としては、水晶以外に、タンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板など、他の圧電基板材料を用いることもできる。
さらに、ウェハの材料は圧電基板材料に限定されず、シリコンやガラスなどの直接接合が可能な他の材料を用いることも可能である。また、圧電振動子以外では、シリコンウエハを用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスなどにも適用可能である。
【００６８】
また、上記変形例３では、直接接合用ウェハとしての水晶基板ウェハ５２０とリッド４１０が複数配列されて形成されたリッドウェハとを直接接合して、内部のキャビティ形成領域に電子素子４３０が封止された圧電デバイス４００を得る例を説明した。これに限らず、直接接合用ウェハに形成されたキャビティ形成領域である凹部には何も設けず、凹部を有する直接接合用ウェハとリッドとが直接接合されることにより形成されるキャビティそのものを利用する用途の二層構造のキャビティ構成体、例えば、空気との接触を望まない被検体をキャビティ内に封止するための顕微鏡観察用のプレパラートなどへの適用も可能である。
【００６９】
また、上記実施形態および変形例１〜３では、水晶振動子１や圧電デバイス４００などの圧電デバイスを形成するための直接接合用ウェハである水晶基板ウェハ１２０，２２０，３２０，５２０について説明した。これに限らず、シリコンや石英あるいはシリコン酸化膜などを最表面に有する直接接合が可能なウェハ材料を用いて形成された直接接合用ウェハにより、キャビティ形成領域および接合領域を有する様々なキャビティ構成体を製造することができる。特に、キャビティ構成体のキャビティ形成領域内に、高温やアウタガスの影響を受けやすい被封止物を封止したい場合に、本発明の直接接合用ウェハは好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】（ａ）は、直接接合用ウェハを用いて製造されるキャビティ構成体の一実施形態である水晶振動子の概略構成を示す展開斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】（ａ）は、直接接合用ウェハの一実施形態である水晶基板ウェハを説明する模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図３】（ａ）は、実施形態で接合方法として用いる表面活性化接合の要領を概念的に示す説明図、（ｂ）は、ウェハ積層体を示す概略斜視図。
【図４】水晶基板ウェハの変形例１を説明する平面図。
【図５】水晶基板ウェハの変形例２を説明する平面図。
【図６】（ａ）は、キャビティ構成体の変形例である二層構造の圧電デバイスを説明する模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図７】変形例３の直接接合用ウェハを説明する平面図。
【符号の説明】
【００７１】
１…水晶振動子、１０，４１０…リッド、２０，４２０…水晶基板、２１，４２１…枠部、２１ａ，４２１ａ…接合領域としての表側接合面、２１ｂ…接合領域としての裏側接合面、２２…振動片部、３０…パッケージ、１００…ウェハ積層体、１１０…リッドウェハ、１１１，２１１，３１１，５１１…水晶ウェハ、１２０，２２０，３２０，５２０…直接接合用ウェハとしての水晶基板ウェハ、１２１ａ，１２１ｂ，２２１ａ，３２１ａ，５２１ａ…連結部、１３０…パッケージウェハ、１５０，２５０，３５０，５５０…連結部を画定する溝部、４００…圧電デバイス、４３０…電子素子。
【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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