(57)【要約】【課題】圧力センサに用いた場合の封止性に優れ、基板内を通じて基板の上面と下面との間の電気的な接続を確実に行うことができ、容易に製造できるシリコン埋込ガラス基板の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板の１一部を加工して突起部１ａを形成する工程と、軟化温度まで加熱したガラス板２をガラス板２の上面に重ねたシリコン押板３ごと突起部１ａの頂部に押し付けて熱プレスを行い、ガラス板２内に突起部１ａを挿入する工程と、突起部１ａが挿入されたガラス板２を冷却する工程と、シリコン押板３を除去する工程とを備えたシリコン埋込ガラス基板の製造方法とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の一部を加工して突起部を形成する工程と、
軟化温度まで加熱したガラス板を前記ガラス板の上面に重ねたシリコン押板ごと前記突起部の頂部に押し付けて熱プレスを行い、前記ガラス板内に前記突起部を挿入する工程と、
前記突起部が挿入された前記ガラス板を冷却する工程と、
前記シリコン押板を除去する工程とを備えたことを特徴とするシリコン埋込ガラス基板の製造方法。
【請求項２】
前記ガラス板を冷却する工程の後工程で、前記シリコン基板と前記ガラス板とを陽極接合する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のシリコン埋込ガラス基板の製造方法。
【請求項３】
前記突起部を支える前記シリコン基板の基部の厚みと、前記シリコン押板の厚みとは、ほぼ同じ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に記載のシリコン埋込ガラス基板の製造方法。
【請求項４】
前記ガラス板を冷却する工程の後工程で、挿入した前記突起部の頂部を前記ガラス板の上面に露出させる工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシリコン埋込ガラス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン埋込ガラス基板の製造方法、特に、圧力センサに好適に用いられるシリコン埋込ガラス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサに用いられる圧力センサ用ガラス基板の製造方法としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
【特許文献１】特開平４−９７２７号公報
【０００３】
特許文献１に開示された従来の圧力センサ用ガラス基板の製造方法を図６を用いて説明する。特許文献１に記載の従来のガラス基板の製造方法では、まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板１６に、密封した基準圧室の内部から電気配線を取り出す部分を形成するための穴部１８を穴加工する。そして、図６（ａ）に示すように、シリコン板である蓋板２１を、シリコン２６の周辺部以外の部分をエッチングすることによって加工する。次に、図６（ｂ）に示すように、ガラス基板１６と蓋板２１及びシリコン２６とを陽極接合し、穴部１８を蓋板２１により密閉する。次に、図６（ｃ）に示すように、シリコン２６の蓋板２１以外を選択的にエッチングする。そして、ガラス基板１６の表面と蓋板２１の両面及び穴部１８の内面とに各々金属薄膜を蒸着又はスパッタリングすることにより、電極１７と電極１７に電気的に接続されたリード部１９とを形成し、図６（ｄ）に示す圧力センサ用ガラス基板とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載される技術は、製造工程が複雑で手間がかかるという問題があった。
また、ガラス基板１６と蓋板２１との接合面が少ないため、得られた圧力センサの封止性が不十分となる場合があった。
また、ガラス基板１６の表面と蓋板２１の両面及び穴部１８の内面とに設けられた金属薄膜の成膜不良や、電極１７およびリード部１９を構成する金属線の断線などにより、電極１７とリード部１９との間で導通不良が生じる場合があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、圧力センサに用いた場合の封止性に優れ、基板内を通じて基板の上面と下面との間の電気的な接続を確実に行うことができ、容易に製造できるシリコン埋込ガラス基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のシリコン埋込ガラス基板の製造方法は、シリコン基板の一部を加工して突起部を形成する工程と、軟化温度まで加熱したガラス板を前記ガラス板の上面に重ねたシリコン押板ごと前記突起部の頂部に押し付けて熱プレスを行い、前記ガラス板内に前記突起部を挿入する工程と、前記突起部が挿入された前記ガラス板を冷却する工程と、前記シリコン押板を除去する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記のシリコン埋込ガラス基板の製造方法では、前記ガラス板を冷却する工程の後工程で、前記シリコン基板と前記ガラス板とを陽極接合する工程をさらに備えている方法としてもよい。
【０００８】
また、上記のシリコン埋込ガラス基板の製造方法では、前記突起部を支える前記シリコン基板の基部の厚みと、前記シリコン押板の厚みとが、ほぼ同じに形成される方法としてもよい。
【０００９】
また、上記のシリコン埋込ガラス基板の製造方法では、前記ガラス板を冷却する工程の後工程で、挿入した前記突起部の頂部を前記ガラス板の上面に露出させる工程をさらに備えている方法としてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシリコン埋込ガラス基板の製造方法は、シリコン基板の一部を加工して突起部を形成する工程と、軟化温度まで加熱したガラス板を前記ガラス板の上面に重ねたシリコン押板ごと前記突起部の頂部に押し付けて熱プレスを行い、前記ガラス板内に前記突起部を挿入する工程と、前記突起部が挿入された前記ガラス板を冷却する工程と、前記シリコン押板を除去する工程とにより、圧力センサに用いた場合に十分な封止性が得られ、基板内を通じて基板の上面と下面との間の電気的な接続を行うことができるシリコン埋込ガラス基板が得られるので、上述した従来の圧力センサ用ガラス基板の製造方法と比較して製造が容易である。
しかも、本発明の製造方法を用いて得られたシリコン埋込ガラス基板は、従来の方法によって得られた圧力センサ用ガラス基板と比較して、圧力センサに用いた場合の封止性に優れ、基板内を通じて行われる基板の上面と下面との間の電気的な接続を確実に行うことができる優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態の製造方法によりシリコン埋込ガラス基板を製造するには、まず、図１に示すように、シリコン基板１の一部をエッチング等により加工して突起部１ａを形成する。圧力センサに用いるシリコン埋込ガラス基板を製造する場合、例えば、シリコン基板１の基部の厚みＡは３００〜５００μｍ、突起部１ａの高さＢは３００〜５００μｍとされる。
【００１２】
次に、図２に示すように、シリコン基板１の突起部１ａ上に、ガラス板２とシリコン押板３とを順に重ね、軟化温度まで加熱したガラス板２をシリコン押板３ごとシリコン基板１の突起部１ａの頂部に押し付けて熱プレスを行うことにより、図３に示すように、ガラス板２内にシリコン基板１の突起部１ａを挿入する。ここでの熱プレスの条件は、シリコン基板１の基部の厚みＡ、ガラス板２の厚みＣ、シリコン押板３の厚みＤ等に応じて適宜決定されるが、例えば、温度６５０〜７５０℃、加重５０〜８０Ｋｇｆ／ｃｍ２で、１０〜３０分程度行われる。また、ここで用いるシリコン押板３の厚みＤは，シリコン基板１の基部の厚みと同じく、３００〜５００μｍとされている。
【００１３】
その後、突起部１ａが挿入されたガラス板２を冷却する。
次に、３００〜４５０℃に加熱した状態で３００〜１０００Ｖ程度の電圧をかけてシリコン基板１とガラス板２とを陽極接合する。
【００１４】
次に、図３に示すように、シリコン基板１とガラス板２とシリコン押板３とが一体化された状態のまま、エッチング液に浸すことにより、シリコン基板１の基部とシリコン押板３とを同時にエッチングし、シリコン基板１の基部とシリコン押板３とを同時に除去する。その後、ガラス板２のシリコン押板３が存在した側の表面２ａを、研磨またはエッチングしてガラス板２の表面２ａに突起部１ａの頂部を露出させることにより、図４に示すシリコン埋込ガラス基板２０が得られる。
【００１５】
本実施形態の製造方法は、シリコン基板１の一部を加工して突起部１ａを形成する工程と、軟化温度まで加熱したガラス板２をガラス板２の上面に重ねたシリコン押板３ごと突起部１ａの頂部に押し付けて熱プレスを行い、ガラス板２内に突起部１ａを挿入する工程と、突起部１ａが挿入されたガラス板２を冷却する工程と、シリコン押板３を除去する工程とにより、圧力センサに用いた場合に十分な封止性が得られ、基板内を通じて基板の上面と下面との間の電気的な接続を行うことができるシリコン埋込ガラス基板２０が得られる。したがって、本実施形態の製造方法では、図６に示す従来の圧力センサ用ガラス基板の製造方法のように、金属薄膜からなる電極１７やリード部１９を設ける必要はなく、上述した従来の製造方法と比較して容易に製造できる。
【００１６】
また、本実施形態の製造方法では、軟化温度まで加熱したガラス板２をガラス板２の上面に重ねたシリコン押板３ごと突起部１ａの頂部に押し付けて熱プレスを行い、冷却後にシリコン押板３を除去するので、熱プレスに起因する加熱および冷却によってガラス板２が割れたり反ったりする不都合を防ぐことができ、高品質なシリコン埋込ガラス基板２０を歩留まりよく製造することができる。
例えば、シリコン押板３を用いることなく、ガラス板２を突起部１ａの頂部に押し付ける熱プレスを行うこともできるが、この場合、熱プレスに起因する加熱および冷却によってガラス板２が割れたり反ったりする不都合が生じる。
【００１７】
しかも、本実施形態のシリコン埋込ガラス基板２０の製造方法では、突起部１ａを支えるシリコン基板１の基部の厚みＡとシリコン押板３の厚みＤとが同じに形成されているので、熱プレスに起因するガラス板２への応力がガラス板２の上面と下面とでほぼ均一となり、熱プレスに起因するガラス板２の割れや反りをより一層効果的に防ぐことができる。
さらに、本実施形態のシリコン埋込ガラス基板２０の製造方法では、シリコン基板１とシリコン押板３とが同じ材質であり、シリコン基板１の基部とシリコン押板３とが同じ厚みで形成されているので、シリコン基板１とシリコン押板３とを同じエッチング液および同じエッチング条件で同時にエッチングすることが可能である。このため、シリコン基板１とガラス板２とシリコン押板３とが一体化された状態のままエッチング液に浸すことにより、シリコン基板１の基部とシリコン押板３とを同時にエッチングし、シリコン基板１の基部とシリコン押板３とを同時に除去することができる。よって、シリコン基板１の基部とシリコン押板３とを別々に除去する場合と比較して、非常に容易に効率よくシリコン基板１の基部とシリコン押板３とを除去することができる。
【００１８】
しかも、本実施形態の製造方法は、軟化温度まで加熱したガラス板２を突起部１ａの頂部に押し付けて熱プレスを行い、ガラス板２内に突起部１ａを挿入する工程を備えているので、ガラス板２内に挿入された突起部１ａとガラス板２との界面全面が接合されることになり、圧力センサに用いた場合の封止性に優れたシリコン埋込ガラス基板２０が得られる。
さらに、このような製造方法では、シリコン基板１とガラス板２とを陽極接合しているので、ガラス板２内に挿入された突起部１ａとガラス板２との界面全面が強力に接合されることになり、圧力センサに用いた場合の封止性に非常に優れたシリコン埋込ガラス基板２０が得られる。
さらに、本実施形態の製造方法を用いて得られたシリコン埋込ガラス基板２０では、ガラス板２内に挿入された突起部１ａ全体が、シリコン埋込ガラス基板２０を貫通する電気的な接続として使用できるものとなる。したがって、得られたシリコン埋込ガラス基板２０を圧力センサに用いた場合に、シリコン埋込ガラス基板２０の上面と下面との間における電気的な接続を確実に行うことができる。
【００１９】
また、本実施形態の製造方法では、ガラス板２を冷却した後、挿入した突起部１ａの頂部をガラス板２の表面２ａに露出させる工程を備えているので、シリコン押板３を除去した段階で、ガラス板２の表面２ａに突起部１ａの頂部が露出していない場合であっても、突起部１ａの頂部をガラス板２の表面２ａに露出させることにより、上面と下面との間の電気的な接続を確実に行うことができるシリコン埋込ガラス基板２０を製造できる。
【００２０】
なお、本実施形態では、シリコン基板１とガラス板２とを陽極接合したが、本発明の製造方法は、上述した例に限定されるものではなく、陽極接合しなくても十分な封止性が得られる場合には、陽極接合を行わなくてもよい。この場合、製造工程を簡略化することができる。
また、本実施形態のように、シリコン基板１の基部とシリコン押板３との厚みが同じに形成されていることが望ましいが、本発明の製造方法は、上述した例に限定されるものではなく、シリコン基板１の基部とシリコン押板３との厚みが同じに形成されていなくてもよい。
【００２１】
また、本実施形態のように、シリコン基板１の基部およびシリコン押板３の除去は、エッチングにより行うことができるが、研磨により行ってもよい。さらに、本実施形態では、シリコン基板１の基部の全てを除去しているが、シリコン基板１の基部は、用いられる圧力センサの構造などに応じて部分的に除去してもよい。
また、本実施形態では、ガラス板２を冷却した後、ガラス板２の表面２ａを研磨またはエッチングしてガラス板２の表面２ａに突起部１ａの頂部を露出させる工程を備えていたが、ガラス板２の厚みを調整する方法などにより、シリコン押板３を除去した段階でガラス板２の表面２ａに突起部１ａの頂部が露出するようにした場合には、ガラス板２の表面２ａに突起部１ａの頂部を露出させる工程を備えなくてもよい。この場合、製造工程を簡略化することができる。
【００２２】
本実施形態の製造方法によって製造された図４に示すシリコン埋込ガラス基板２０は、例えば、図５に示す圧力センサに用いることができる。図５に示す圧力センサ５０は、シリコン埋込ガラス基板２０の上にＳｉ基板１０が陽極接合により接合されて構成されている。シリコン埋込ガラス基板２０のＳｉ基板１０側には、蒸着又はスパッタリングにより形成された金属薄膜からなる検出用電極５が形成されている。また、シリコン埋込ガラス基板２０の２つの突起部１ａ、１ａのうちの一方からなる第１電極７には、検出用電極５が接続され、突起部１ａ、１ａのうちの他方からなる第２電極８には、ダイアフラム電極９が接続されている。
【００２３】
Ｓｉ基板１０の中央部にはエッチングにより薄片化されたシリコン基板からなる感圧ダイヤフラム部３０が形成されている。感圧ダイヤフラム部３０は、ダイアフラム電極９となる。感圧ダイヤフラム部３０を除くシリコン基板は、ダイアフラム電極９用のリード部となっている。
【００２４】
Ｓｉ基板１０の感圧ダイヤフラム部３０は、エッチングされて窪んでいるので、感圧ダイヤフラム部３０とシリコン埋込ガラス基板２０との間には僅かな間隙が生じ、周囲が密封された基準圧室４０とされている。
このように圧力センサ５０を構成することにより、被測定環境と基準圧室４０との圧力変化を、感圧ダイヤフラム部３０のダイアフラム電極９と検出用電極５との間の静電容量の変化として検知できる。
【００２５】
このような圧力センサ５０は、本発明の製造方法を用いて得られたシリコン埋込ガラス基板２０を用いたものであるので、基準圧室４０の封止性に優れたものとなる。また、検出用電極５が第１電極７を通じて、シリコン埋込ガラス基板２０の下面との電気的な接続を確実に行うことができるとともに、ダイアフラム電極９が第２電極８を通じて、シリコン埋込ガラス基板２０の下面との電気的な接続を確実に行うことができるものとなる。
【００２６】
「実施例」
図１に示すように、シリコン基板１の一部をエッチングして突起部１ａを形成した。得られたシリコン基板１の基部の厚みＡは４００μｍ、突起部１ａの高さＢは３００μｍであった。
次に、図２に示すように、シリコン基板１の突起部１ａ上に、ガラス板２とシリコン押板３とを順に重ね、ガラス板２をシリコン押板３ごとシリコン基板１の突起部１ａの頂部に押し付けて熱プレスを行うことにより、図３に示すように、ガラス板２内にシリコン基板１の突起部１ａを挿入した。ここでの熱プレスは、温度７００℃、加重５０Ｋｇｆ／ｃｍ２で、３０分行った。また、シリコン押板３として、シリコン基板１の基部の厚みＡと同じ厚みＤのものを用いた。ガラス板２として、熱プレス前の状態の厚みＣが５００μｍのものを用いた。
【００２７】
その後、突起部１ａが挿入されたガラス板２を冷却した。
次に、４００℃に加熱した状態で８００Ｖ程度の電圧をかけてシリコン基板１とガラス板２とを陽極接合した。
次に、シリコン基板１とガラス板２とシリコン押板３とが一体化された状態のまま、エッチング液に浸すことにより、シリコン基板１の基部とシリコン押板３とを同時にエッチングし、シリコン基板１の基部とシリコン押板３とを除去した。その後、ガラス板２のシリコン押板３が存在した側の表面２ａを研磨して、ガラス板２の表面２ａに突起部１ａの頂部を露出させることにより、図４に示すシリコン埋込ガラス基板２０を得た。
得られた埋込ガラス基板２０は、熱プレスに起因する加熱および冷却によるガラス板２の割れや反りがなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の実施形態のシリコン埋込ガラス基板の製造方法の一工程を説明するための断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態のシリコン埋込ガラス基板の製造方法の一工程を説明するための断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態のシリコン埋込ガラス基板の製造方法の一工程を説明するための断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態のシリコン埋込ガラス基板の製造方法の一工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に示すシリコン埋込ガラス基板を用いた圧力センサの一例を示した断面図である。
【図６】従来のガラス基板の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…シリコン基板、１ａ…突起部、２…ガラス板、２ａ…表面、３…シリコン押板、４…、５…検出用電極、７…第１電極、８…第２電極、９…ダイアフラム電極、１０…Ｓｉ基板、１６…ガラス基板、１７…電極、１８…穴部、１９…リード部、２０…シリコン埋込ガラス基板、２１…蓋板、２６…シリコン、３０…感圧ダイヤフラム部、４０…基準圧室、５０…圧力センサ
【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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