(57)【要約】【課題】良好な接合性を維持した状態で、かつ可動イオンが析出することなく、可能な限り少ないエネルギーで、三層基板を製造する。【解決手段】最低接合温度ＴＬと最高接合温度ＴＨとの間の任意の接合温度Ｔ１で、かつ最低限の電流密度ＩＬ以上の電流が得られる接合電圧Ｖ１で、１次陽極接合を行う。最低限の電流密度ＩＬが得られる接合電圧を最低基準電圧ＶＬとし、ＶＬと接合温度との関係を第１の関係線Ｉとして求める。２次陽極接合を行い、可動イオンが析出し始める接合電圧を最高基準電圧ＶＨとし、最高基準電圧ＶＨと接合温度との関係を第２の関係線IIとして求める。第１の関係線Ｉと第２の関係線IIと最低接合温度ＴＬと最高接合温度ＴＨとで囲まれた領域Ｓ１を対象領域とし、対象領域Ｓ１中の１次陽極接合条件Ｐ１（Ｔ１，Ｖ１）よりも条件が弱い領域Ｓ２から２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）を決定する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板を陽極とし、ガラス基板を陰極として、前記第１の基板に前記ガラス基板の一方の面を陽極接合する１次陽極接合工程と、
前記１次陽極接合工程によって接合された前記第１の基板と前記ガラス基板との接合体の第１の基板を陰極とし、第２の基板を陽極として、前記ガラス基板の他方の面に前記第２の基板を陽極接合する２次陽極接合工程とを経て三層基板を製造する際の陽極接合条件を決定する陽極接合条件の決定方法において、
前記陽極接合時の接合温度の下限値および上限値を最低接合温度および最高接合温度とし、この最低接合温度と最高接合温度との間の任意の接合温度で、かつ良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度以上の電流が得られる接合電圧で、前記１次陽極接合工程での陽極接合を行う第１工程と、
前記良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度が得られる接合電圧を最低基準電圧とし、少なくとも前記最低接合温度と前記最高接合温度との間を含む温度範囲において、前記最低基準電圧と接合温度との関係を第１の関係線として求める第２工程と、
前記第１工程によって接合された前記第１の基板と前記ガラス基板との接合体に対して前記２次陽極接合工程での陽極接合を行い、前記ガラス基板と前記第１の基板との接合面付近から可動イオンが析出し始める接合電圧を最高基準電圧とし、少なくとも前記最低接合温度と前記最高接合温度との間を含む温度範囲において、前記最高基準電圧と接合温度との関係を第２の関係線として求める第３工程と、
前記第１の関係線と前記第２の関係線と前記最低接合温度と前記最高接合温度とで囲まれた領域を対象領域とし、この対象領域中の前記第１工程での陽極接合条件よりも条件が弱い領域から前記２次陽極接合工程での陽極接合条件を決定する第４工程と
を備える特徴とする陽極接合条件の決定方法。
【請求項２】
請求項１に記載された陽極接合条件の決定方法において、
前記２次陽極接合工程での陽極接合条件として適切な条件を決定することができなかった場合、前記第１工程での陽極接合条件を設定し直す
ことを特徴とする陽極接合条件の決定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された陽極接合条件の決定方法において、
前記陽極接合条件は接合温度および接合電圧であり、
前記第４工程は、
前記対象領域中の前記第１工程での接合温度および接合電圧よりも接合温度および接合電圧の両方が低い領域から前記２次陽極接合工程での接合温度および接合電圧を決定する
ことを特徴とする陽極接合条件の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス基板を挟んで構成される三層基板を製造する際の陽極接合条件の決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガラス基板を挟んで構成される三層基板の一例として、センサチップ（シリコン基板）と、ガラス台座と、シリコンチューブとから構成される三層構造の圧力センサがある。この三層構造の圧力センサにおいて、センサチップとガラス台座とシリコンチューブとは、それぞれが陽極接合により接合される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
陽極接合は、接合部材間に第３の材料を介在させない直接的な接合方法であって、可動イオン（Ｎａ+やＫ+などの金属陽イオン）を含むガラスとシリコンや金属とを重ね合わせた状態で高温、高電圧を印加すると、界面に静電引力が働き、共有結合が起きて両者が接合される技術である。この技術を用いて、センサチップとガラス台座とシリコンチューブとを接合し、３層構造の圧力センサを得る。なお、陽極接合する際には接合部を加熱するが、この時の加熱温度を接合温度と呼んでいる。また、印加電圧を接合電圧と呼んでいる。
【０００４】
〔１度目の陽極接合（１次陽極接合）〕
先ず、図５に示すように、ガラス台座１２とシリコンチューブ１３とを重ね合わせ、ガラス台座１２の上面をマイナス電極側（陰極側）、シリコンチューブ１３の下面をプラス電極側（陽極側）とし、接合温度に達した状態で高電圧を印加して、ガラス台座１２とシリコンチューブ１３とを陽極接合する。これにより、ガラス台座１２とシリコンチューブ１３との接合体（ガラス台座・シリコンチューブ接合体）１４が形成される。
【０００５】
〔２度目の陽極接合（２次陽極接合）〕
次に、図６に示すように、センサチップ（シリコン基板）１１とガラス台座・シリコンチューブ接合体１４とを重ね合わせ、センサチップ１１の上面をプラス電極側（陽極側）、ガラス台座・シリコンチューブ接合体１４の下面（シリコンチューブ１３の下面）をマイナス電極側（陰極側）とし、接合温度に達した状態で高電圧を印加して、センサチップ１１とガラス台座・シリコンチューブ接合体１４とを陽極接合する。これにより、センサチップ１１とガラス台座・シリコンチューブ接合体１４との接合体（センサチップ・ガラス台座・シリコンチューブ接合体）１５が形成され、３層構造の圧力センサ２００が得られる。
【０００６】
なお、圧力センサ２００の製造方法としては、圧力センサ２００を効率良く大量に生産するために、センサチップ１１を複数作成したウエハ（センサチップウエハ）と、ガラス台座１２を複数作成したウエハ（ガラス台座ウエハ）と、シリコンチューブ１３を複数作成したウエハ（シリコンチューブウエハ）とを接合して３層のウエハの接合体とし、この３層のウエハの接合体をダイシングで切断して複数の圧力センサ２００を得るという方法が採用される。すなわち、ウエハレベルで、上述した１次陽極接合と２次陽極接合とが行われる。
【０００７】
ところが、このように１次陽極接合と２次陽極接合とを同軸（三層構造を貫く軸）上で電圧を反対方向に印加して行うと、１次陽極接合で可動イオン（Ｎａ+，Ｋ+）が移動した後（図７（ａ）参照）、ガラス台座１２とシリコンチューブ１３との接合面（１次接合面）付近に可動イオンの欠乏層が発生し、２次陽極接合で欠乏層に可動イオン（Ｎａ+，Ｋ+）が集まる事により（図７（ｂ）参照）、ナトリウムなどがガラス台座１２中で偏析して、ガラス台座１２内にクラックが生じ、ガラス台座１２の強度低下を招く。
【０００８】
そこで、特許文献１では、これを防ぐために、上述と同様にして１次陽極接合を行った後（図８（ａ）参照）、２次陽極接合に際しては、図８（ｂ）に示すように、センサチップ１１の上面をプラス電極側とし、ガラス台座１２の側面をマイナス電極側とし、接合温度に達した状態で高電圧を印加して、センサチップ１１とガラス台座・シリコンチューブ接合体１４とを陽極接合するようにしている。このガラス台座１２の側面を利用しての陽極接合を側面陽極接合方式と呼ぶ。これにより、ガラス台座１２中の可動イオン（Ｎａ+，Ｋ+）が１次陽極接合の接合面に移動することが防止され、ガラス台座２の強度の低下が防がれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３５１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、側面陽極接合方式を採用すると、片方の電極を側面側から取るため、特にウエハレベルで接合を行う場合、電極間距離が著しく長くなり、電流が流れにくくなる。このため、高電圧を長時間印加する必要が生じ、消費エネルギーが増大する。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、良好な接合性を維持した状態で、かつ可動イオンが析出することなく、可能な限り少ないエネルギーで、三層基板を製造することを可能とする陽極接合条件の決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために本発明は、第１の基板を陽極とし、ガラス基板を陰極として、第１の基板にガラス基板の一方の面を陽極接合する１次陽極接合工程と、１次陽極接合工程によって接合された第１の基板とガラス基板との接合体の第１の基板を陰極とし、第２の基板を陽極として、ガラス基板の他方の面に第２の基板を陽極接合する２次陽極接合工程とを経て三層基板を製造する際の陽極接合条件を決定する陽極接合条件の決定方法において、陽極接合時の接合温度の下限値および上限値を最低接合温度および最高接合温度とし、この最低接合温度と最高接合温度との間の任意の接合温度で、かつ良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度以上の電流が得られる接合電圧で、１次陽極接合工程での陽極接合を行う第１工程と、良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度が得られる接合電圧を最低基準電圧とし、少なくとも最低接合温度と最高接合温度との間を含む温度範囲において、最低基準電圧と接合温度との関係を第１の関係線として求める第２工程と、第１工程によって接合された第１の基板とガラス基板との接合体に対して２次陽極接合工程での陽極接合を行い、ガラス基板と第１の基板との接合面付近から可動イオンが析出し始める接合電圧を最高基準電圧とし、少なくとも最低接合温度と最高接合温度との間を含む温度範囲において、最高基準電圧と接合温度との関係を第２の関係線として求める第３工程と、第１の関係線と第２の関係線と最低接合温度と最高接合温度とで囲まれた領域を対象領域とし、この対象領域中の第１工程での陽極接合条件よりも条件が弱い領域から２次陽極接合工程での陽極接合条件を決定する第４工程とを備える特徴とする。
【００１３】
本発明において、２次陽極接合工程での陽極接合条件として適切な条件を決定することができなかった場合、第１工程での陽極接合条件を設定し直すようにするとよい。すなわち、第１工程での接合温度や接合電圧を設定し直すようにするとよい。
【００１４】
また、本発明では、対象領域中の第１工程での陽極接合条件よりも条件が弱い領域から２次陽極接合工程での陽極接合条件を決定するが、例えば、陽極接合条件を接合温度および接合電圧とし、対象領域中の第１工程での接合温度および接合電圧よりも接合温度および接合電圧の両方が低い領域から２次陽極接合工程での接合温度および接合電圧を決定するようにする。
【００１５】
なお、本発明において、良好な接合性とは、破断した際に接合面（界面）で破断せず、母材破壊をする事を指す。多層での陽極接合ではこれに可動イオンの析出が接合面付近に発生しない事が良好な接合性を持つとする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、最低接合温度と最高接合温度との間の任意の接合温度で、かつ良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度以上の電流が得られる接合電圧で、１次陽極接合工程での陽極接合を第１工程として行うものとし、良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度が得られる接合電圧を最低基準電圧とし、少なくとも最低接合温度と最高接合温度との間を含む温度範囲において、最低基準電圧と接合温度との関係を第１の関係線として求め、第１工程によって接合された第１の基板とガラス基板との接合体に対して２次陽極接合工程での陽極接合を行い、ガラス基板と第１の基板との接合面付近から可動イオンが析出し始める接合電圧を最高基準電圧とし、少なくとも最低接合温度と最高接合温度との間を含む温度範囲において、最高基準電圧と接合温度との関係を第２の関係線として求め、第１の関係線と第２の関係線と最低接合温度と最高接合温度とで囲まれた領域を対象領域とし、この対象領域中の第１工程での陽極接合条件よりも条件が弱い領域から２次陽極接合工程での陽極接合条件を決定するようにしたので、良好な接合性を維持した状態で、かつ可動イオンが析出することなく、可能な限り少ないエネルギーで、三層基板を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】三層基板の一例を示す図である。
【図２】この三層基板を製造する際の１度目の陽極接合（１次陽極接合）および２度目の陽極接合（２次陽極接合）を示す図である。
【図３】この三層基板を製造する際の陽極接合条件の決定手順の概要を示すフローチャートである。
【図４】第１の関係線と第２の関係線と最低接合温度と最高接合温度とで囲まれた対象領域を示す図である。
【図５】１度目の陽極接合（１次陽極接合）を説明する図である。
【図６】２度目の陽極接合（２次陽極接合）を説明する図である。
【図７】可動イオンが析出する様子を説明する図である。
【図８】側面陽極接合方式を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、三層基板の一例として、３層構造の圧力センサ１００を示す図である。同図において、１はセンサチップ（シリコン基板）、２はガラス台座、３はシリコンチューブであり、１度目の陽極接合（１次陽極接合）によって、ガラス台座２とシリコンチューブ３との接合体（ガラス台座・シリコンチューブ接合体）４が形成されている。また、２度目の陽極接合（２次陽極接合）によって、センサチップ１とガラス台座・シリコンチューブ接合体１４との接合体（センサチップ・ガラス台座・シリコンチューブ接合体）５が形成されている。
【００２０】
すなわち、図２（ａ）に示すように、ガラス台座２を本発明でいうガラス基板とし、シリコンチューブ３を本発明でいう第１の基板とし、ガラス台座２とシリコンチューブ３とを重ね合わせ、ガラス台座２の上面をマイナス電極側（陰極側）、シリコンチューブ３の下面をプラス電極側（陽極側）とし、接合温度に達した状態で高電圧を印加して、ガラス台座２とシリコンチューブ３とを陽極接合し、ガラス台座・シリコンチューブ接合体４を形成している。
【００２１】
また、図２（ｂ）に示すように、センサチップ１を本発明でいう第２の基板とし、センサチップ１とガラス台座・シリコンチューブ接合体４とを重ね合わせ、センサチップ１の上面をプラス電極側（陽極側）、ガラス台座・シリコンチューブ接合体４の下面（シリコンチューブ３の下面）をマイナス電極側（陰極側）とし、接合温度に達した状態で高電圧を印加して、センサチップ１とガラス台座・シリコンチューブ接合体４とを陽極接合し、センサチップ・ガラス台座・シリコンチューブ接合体１５として形成している。
【００２２】
なお、圧力センサ１００の製造方法としては、圧力センサ１００を効率良く大量に生産するために、センサチップ１を複数作成したウエハ（センサチップウエハ）と、ガラス台座２を複数作成したウエハ（ガラス台座ウエハ）と、シリコンチューブ３を複数作成したウエハ（シリコンチューブウエハ）とを接合して３層のウエハの接合体とし、この３層のウエハの接合体をダイシングで切断して複数の圧力センサ１００を得るという方法が採用される。
【００２３】
図３はこの圧力センサ１００を製造する際の陽極接合条件の決定手順の概略を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに従って、圧力センサ１００を製造する際の１次陽極接合条件および２次陽極接合条件の決定方法について説明する。なお、以下の説明において、１次陽極接合や２次陽極接合は、ウエハレベルで行われるものとする。
【００２４】
先ず、陽極接合時の接合温度の下限値および上限値を最低接合温度ＴＬ（例えば、ＴＬ＝３００℃）および最高接合温度ＴＨ（例えば、ＴＨ＝３８０℃）とし、この最低接合温度ＴＬと最高接合温度ＴＨとの間の任意の接合温度Ｔ１で、かつ良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度ＩＬ（例えば、ＩＬ＝１．５Ａ／ｍ2）以上の電流が得られる接合電圧Ｖ１で、ガラス台座２とシリコンチューブ３との陽極接合（１次陽極接合）を行う（ステップＳ１０１、図２（ａ））。なお、陽極接合時の接合温度の上限値は製品仕様から定められる。
【００２５】
このようにして、ガラス台座２とシリコンチューブ３とを陽極接合した後、接合性が良好であるか否かを確認する（ステップＳ１０２）。接合性が良好でなければ（ステップＳ１０２のＮＯ）、接合温度Ｔ１や接合電圧Ｖ１を変えて、すなわち１次陽極接合条件を変えて、ガラス台座２とシリコンチューブ３との陽極接合を繰り返す。以下、接合温度Ｔ１を１次接合温度、接合電圧Ｖ１を１次接合電圧と呼ぶ。
【００２６】
接合性が良好であれば（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度ＩＬが得られる接合電圧を最低基準電圧ＶＬとし、少なくとも最低接合温度ＴＬと最高接合温度ＴＨとの間を含む温度範囲において、最低基準電圧ＶＬと接合温度との関係を第１の関係線Ｉとして求める（ステップＳ１０３）。
【００２７】
具体的には、最低接合温度ＴＬと最高接合温度ＴＨの温度範囲の数ポイントで、良好な接合性を確保するために必要な最低限の電流密度ＩＬが得られる接合電圧を求め、この求めた接合電圧を最低基準電圧ＶＬとして、横軸を接合温度Ｔ、縦軸を接合電圧Ｖとするグラフ中にプロットし、そのプロットした点を結ぶことによって第１の関係線Ｉを求める（図４参照）。
【００２８】
そして、ステップＳ１０２においてその接合性が良好と判断されたガラス台座２とシリコンチューブ３との接合体をガラス台座・シリコンチューブ接合体４とし、このガラス台座・シリコンチューブ接合体４とシリコンチップ１との陽極接合（２次陽極接合）を行う（ステップＳ１０４，図２（ｂ））。
【００２９】
このステップＳ１０４では、２次陽極接合をその陽極接合条件を変えて繰り返し行い、ガラス台座２とシリコンチューブ３との接合面（１次接合面）付近から可動イオンが析出し始める接合電圧を最高基準電圧ＶＨとし、少なくとも最低接合温度ＴＬと最高接合温度ＴＨとの間を含む温度範囲において、最高基準電圧ＶＨと接合温度Ｔとの関係を第２の関係線IIとして求める。
【００３０】
具体的には、最低接合温度ＴＬと最高接合温度ＴＨの温度範囲の数ポイントで、ガラス台座２とシリコンチューブ３との接合面（１次接合面）付近から可動イオンが析出し始める接合電圧を求め、この求めた接合電圧を最高基準電圧ＶＨとして横軸を接合温度Ｔ、縦軸を接合電圧Ｖとするグラフ中にプロットし、そのプロットした点を結ぶことによって第２の関係線IIを求める（図４参照）。
【００３１】
そして、第１の関係線Ｉと第２の関係線IIと最低接合温度ＴＬと最高接合温度ＴＨとで囲まれた領域（図４に点線で示す領域Ｓ１）を対象領域とし、この対象領域Ｓ１中の１次陽極接合条件Ｐ１（Ｔ１，Ｖ１）よりも条件が弱い領域から２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）を決定する（ステップＳ１０５）。
【００３２】
具体的には、ステップＳ１０１で設定した１次接合温度Ｔ１および１次接合電圧Ｖ１を１次陽極接合条件とし、対象領域Ｓ１中の１次接合温度Ｔ１および１次接合電圧Ｖ１よりも接合温度および接合電圧の両方が低い領域（図４に網線で示す領域Ｓ２）から、安全率とエネルギーの消費量とを考慮した最適な接合温度Ｔ２および接合電圧Ｖ２を２次陽極接合条件として決定する。以下、接合温度Ｔ２を２次接合温度、接合電圧Ｖ２を２次接合電圧と呼ぶ。
【００３３】
本実施の形態では、側面陽極接合方式を採用しないので、電極間距離は短く、対象領域Ｓ１中の２次陽極接合条件は側面陽極接合方式に比べると全て省エネルギーとなる。さらに１次陽極接合条件Ｐ１（Ｔ１，Ｖ１）よりも条件が弱い領域Ｓ２から安全率とエネルギーの消費量とを考慮した最適な２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）を決定することから、さらに省エネルギーが図られる。
【００３４】
なお、安全率は、第１の関係線Ｉ上で２次接合温度Ｔ２と２次接合電圧Ｖ２のペアを定めると、すなわち最低基準電圧ＶＬのラインで２次接合温度Ｔ２と２次接合電圧Ｖ２のペアを定めると、ぎりぎりのラインであるので電流密度が不足し、良好な接合性が得られない虞がある。そこで、第１の関係線Ｉ上ではなく、安全率を考慮した第１の関係線Ｉよりも上の領域で、２次接合温度Ｔ２と２次接合電圧Ｖ２のペアを定めるようにする。また、エネルギーの消費量は、電圧低下分によるエネルギーの消費量の減少と、温度上昇分によるエネルギーの消費量の増加とを考慮し、安全率と合わせて、エネルギー消費的に有利となるように、２次接合温度Ｔ２と２次接合電圧Ｖ２のペアを定めるようにする。
【００３５】
このようにして、２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）を決定した後、この決定した２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）で２次陽極接合を実際に行い、２次陽極接合で良好な接合性が得られれば（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、また１次接合面に可動イオンの析出がなければ（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、ステップＳ１０１で設定した１次陽極接合条件Ｐ１（Ｔ２，Ｖ２）およびステップＳ１０５で決定した２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）を圧力センサ１００を製造する際の１次陽極接合条件Ｐ１（Ｔ１，Ｖ１）および２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）として確定する（ステップＳ１０８）。
【００３６】
なお、２次陽極接合で良好な接合性が得られなかった場合には（ステップＳ１０６のＮＯ）、また１次接合面に可動イオンの析出があった場合には（ステップＳ１０７のＮＯ）、ステップＳ１０５へ戻り、２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）の決定をやり直す。
【００３７】
また、ステップＳ１０５において、２次陽極接合条件Ｐ２（Ｔ２，Ｖ２）として適切な条件を決定できなかった場合には、ステップＳ１０１へ戻って、１次陽極接合条件Ｐ１（Ｔ１，Ｖ１）の設定をやり直す。
【００３８】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…センサチップ（シリコン基板）、２…ガラス台座、３…シリコンチューブ、４…ガラス台座・シリコンチューブ接合体、５…センサチップ・ガラス台座・シリコンチューブ接合体、１００…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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【図７】
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【図８】
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