JP2011021964A

JP2011021964A - 密封性能測定装置

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Publication number: JP2011021964A
Application number: JP2009166408A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tokunaga; 博司徳永
Original assignee: MTC KK; MTC Co Ltd Japan
Current assignee: MTC KK; MTC Co Ltd Japan
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】性能評価の対象となる封止箇所以外の気密性を維持する。
【解決手段】密封封止可能な第１の開口及び第１の開口と対をなす第２の開口を有するフレームと、第１の開口及び第２の開口の間に配置され、フレームの側壁に接続するカンチレバー（１０３−１，１０３−２）と、カンチレバー（１０３−１，１０３−２）の下部に駆動電極１０５及び検出電極（１０６、１０７）を上面に配置し、駆動電極（１０５）と検出電極（１０６，１０７）とフレームを構成する活性層（１１０）のそれぞれに接続する貫通電極（１０９）を有し、第２の開口に接合する基板（１０１）とを有する密封性能測定装置（１００）を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイス（例えば、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ））における封止の密封性能を測定する試験装置などに関する。

内部のキャビティ内が大気圧と異なる状態を維持して動作させる半導体デバイスが知られている。例えば、振動子をキャビティ内に備え、振動子を安定的に振動させたり、振動子の振動の変化などにより物理量を測定したりする半導体デバイスが知られている。このような半導体デバイスのキャビティを構成するためには、キャビティの形成に封止技術が用いられている。したがって、封止の密封性能が低いと、時間の経過とともに気体分子のキャビティ内への進入やキャビティ外への漏洩により半導体デバイスの性能劣化が進むこととなる。このため、性能が安定した半導体デバイスの製造のためには、封止技術における密封性能の評価が重要である。

また、シリコンを加工して微細なカンチレバーを作成し、カンチレバーの振動特性から、広い範囲において真空度（気圧）を測定する手法が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。図８は、この手法による真空度を測定する原理の一つを説明する図である。図８（Ａ）に示すように、深さｄの凹部上に、カンチレバー８０１を設ける。そして、カンチレバーを上下に振動させ、静止状態のカンチレバー８０１と最大に振れたカンチレバー８０２とにおける端点の距離ｘを測定する。あらかじめ同型のカンチレバーについて圧力と相対変位量（ｘ／ｄ）との関係８０３を得ておき、測定された距離ｘと関係８０３から、圧力を算出する。

ＹｏｓｈｉｏＫＡＷＡＭＵＲＡｅｔａｌ．，"ＳＩＣＡＮＴＩＬＥＶＥＲ−ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲＡＳＡＶＡＣＵＵＭＳＥＮＳＯＲ"，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆｔｈｅ４ｔｈＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＳｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ’８７）

半導体デバイスは長期間使用されるのが通常である。このため、封止技術における密封性能の評価も長期（例えば、数ヶ月単位）にて行われる必要があり、性能評価の対象となる封止箇所以外の気密性を高度に維持する必要がある。

本発明の一実施形態において、密封封止可能な第１の開口及び前記第１の開口と対をなす第２の開口を有するフレームと、前記第１の開口及び前記第２の開口の間に配置され、前記フレームの側壁に接続するカンチレバーと、前記カンチレバーの下部に駆動電極及び検出電極を上面に配置し、前記駆動電極と前記検出電極と前記フレームのそれぞれに接続する貫通電極を有し、前記第２の開口に接合する基板とを有する密封性能測定装置が提供される。

また、本発明の一実施形態において、活性層、ＢＯＸ層及び支持層が積層されたＳＯＩ基板の支持層を前記ＢＯＸ層に至る途中までのエッチングにより第一の開口を形成し、前記第一の開口の中央部分の周辺部を前記ＢＯＸ層に至るまでエッチングし、前記活性層を前記ＢＯＸ層に到達に至る途中までのエッチングにより第二の開口を形成し、前記第二の開口の周辺の一部と中央部とを残して他の部分をＢＯＸ層に至るまでエッチングし、露出しているＢＯＸ層の部分を除去し、貫通電極を有するガラス基板の上面に駆動電極及び検出電極を形成し、前記ガラス基板の上面と前記ＳＯＩ基板の活性層とを接合することを特徴とする密封性能測定装置の製造方法が提供される。

また、本発明の一実施形態において、密封封止可能な第１の開口及び前記第１の開口と対をなす第２の開口を有するフレームと、前記第１の開口及び前記第２の開口の間に配置され、前記フレームの側壁に接続するカンチレバーと、前記カンチレバーの下部に駆動電極及び検出電極を上面に配置し、前記駆動電極と前記検出電極と前記フレームのそれぞれに接続する貫通電極を有し、前記第２の開口に接合する基板とを有する装置を減圧環境に配し、前記第１の開口を密封封止し、前記駆動電極に変動する電圧を印加し、前記カンチレバーと前記検出電極との静電容量の変化を測定し、前記密封封止の経時変化を測定する密封性能試験方法が提供される。

このような密封性能測定装置においては、貫通電極を有する基板を用い、貫通電極を介して基板の上面に配置された駆動電極、検出電極及びカンチレバーのそれぞれに電気的な配線を行う。また、貫通電極を有する基板として、高い気密性を有するものが知られている。したがって、基板側の気密性を維持して、第１の開口の封止による密封性能の測定を行うことができる。これにより性能の測定対象となる封止箇所以外の影響を排除して密封性能の測定を行うことができる。

本発明によれば、性能の測定対象となる封止箇所以外の影響を排除して密封性能の測定を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置の平面図及び断面図である。本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置の等価回路図である。本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置が複数形成された状態の一例図である。本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置の使用状態の一例図である。本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置の使用状態の一例図である。本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置の製造工程を説明する図である。本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置の製造工程を説明する図である。カンチレバーの振動特性から真空度を測定する原理の一つを説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明を行う。なお、本発明は、種々の態様で実施することが可能である。したがって、本発明は、以下の説明に限定して解釈されるものではない。また、図面は、模式的なものであり、層や膜の厚さ、領域の大きさなどは、実際と異なる場合がある。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置の平面図であり、図１（Ｂ）は、平面図（図１（Ａ））のＡ−Ａ断面線における垂直断面図であり、図１（Ｃ）は、断面図（図１（Ｂ））のＢ−Ｂ断面図における水平断面図である。

図１（Ａ）に示されるように、密封性能測定装置１００は、フレームが、基板１０１の上に配置されている。フレームは、第１の開口と第１の開口の反対側に第２の開口とを有し、第２の開口が基板１０１に接合されている。第１の開口と第２の開口が互いにフレームの反対側に位置することにより、第１の開口と第２の開口は対をなすということができる。そして、第１の開口を第２の基板と接合することにより、フレームの内側にキャビティが形成される。フレーム内には、梁部１０３−１と錘部１０３−２を有するカンチレバーが配置されている。

図１（Ｂ）に示されるように、フレームは、支持層１０２とＢＯＸ層１０３と活性層１１０により構成されている。また、フレームの内部の側壁にカンチレバーが接続されている。

カンチレバーは、梁部１０３−１と錘部１０３−２とを有する。梁部１０３−１と錘部１０３−２とには、活性層１１０に接続する第１の部分（裏面部分）を有する。第１の部分は、例えば膜状であり均一な厚さとなっている。また、第１の部分の上には、ＢＯＸ層１０３に接続する層を有する。また、錘部１０３−２には、ＢＯＸ層１０３に接続する層の上に第２の部分が配置されている。

活性層１１０は、シリコン単結晶などの材料で構成される。そのため、活性層１１０は、一般的には絶縁性を有しない。そこで、第１の部分を活性層１１０と同じ材料とすることにより、活性層１１０に加えられた電圧が錘部１０３−２に伝達することになる。また、ＢＯＸ層１０３は、一般的には酸化シリコンなどの絶縁材料で構成される。また、第２の部分の材料は、例えば、支持層１０２と同じ材料となっている。

図１（Ｂ）では、梁部１０３−１より錘部１０３−２の厚さが大きくなっている。また、図１（Ａ）では、梁部１０３−１より錘部１０３−２の幅が大きくなっている。ただし、本発明は、これに限定されるものではなく、梁部１０３−１と錘部１０３−２は、同じ厚さ又は／及び同じ幅であってもよい。後に説明されるように、カンチレバーは振動可能となっており、この振動の特性を決めるために、梁部１０３−１と錘部１０３−２の厚さ、幅が適宜決定される。

基板１０１には、電極１０９が配置されている。電極１０９は、基板１０１を貫通している貫通電極である。また、基板１０１には、駆動電極１０５と、検出電極１０６、１０７、接続電極１０８とが配置されており、それぞれが貫通電極１０９に電気的に接続されている。なお、接続電極１０８を形成する代わりに、活性層１１０の下に貫通電極１０９が配置され、その貫通電極１０９と活性層１１０とが電気的に接続されていてもよい。

図１（Ｃ）においては、点線部分はカンチレバーを基板１０１に投影した部分である。図１（Ｃ）に示すように駆動電極１０５は、カンチレバーの中央下部に配置され、検出電極１０６、１０７は、駆動電極１０５に電気的に接続しないように隔離して、駆動電極１０５の両側に配置されている。

図２は、活性層１１０、駆動電極１０５、検出電極１０６、１０７、接続電極１０８及び活性層１１０に接続する第１の部分（裏面部分）が形成する電気回路の等価回路図を示す。駆動電極１０５及び検出電極１０６、１０７と活性層１１０とにより、コンデンサ２０１、２０２、２０３が形成される。すなわち、コンデンサ２０１、２０２、２０３のそれぞれの一方の電極は、共通電位となるように接続され、他方の電極は、端子２０４、２０５、２０６に電気的に接続される。図１と図２とを対比すると、第１の部分が、コンデンサ２０１、２０２、２０３の共通電位となるように電気的に接続されている電極に対応し、接地部分が、錘部に接続される接続電極１０８に対応する。また、コンデンサ２０１、２０２、２０３の個別に接続されている端子２０４、２０５、２０６がそれぞれ駆動電極１０５、検出電極１０６、１０７に対応する。

今、駆動電極１０５に電圧を印加したとすると、この電圧によりコンデンサ２０１の電極間の距離が短くなろうとする力が加わる。言い換えると、カンチレバーが下に撓むことになる。すると、カンチレバーと検出電極１０６、１０７との距離が小さくなり、コンデンサ２０２、２０３の静電容量が大きくなる。また、カンチレバーが下に撓んだ状態で逆の電圧が印加されると、電気的な反発力とともに、カンチレバーは上に撓み、カンチレバーと検出電極１０６、１０７との距離が大きくなり、コンデンサ２０２、２０３の静電容量が小さくなる。したがって、駆動電極に与える電圧の大きさを変化さえることにより、カンチレバーを上下に撓むことを制御することができる。撓みによるカンチレバーの振動は、駆動電極１０５に印加した電圧、カンチレバーの形状、カンチレバーの周りの真空度に依存する。したがって、駆動電極１０５に印加した電圧、カンチレバーの形状が所与であれば、カンチレバーの振動はカンチレバーの周りの真空度に依存することになり、コンデンサ２０２、２０３の静電容量の変化がカンチレバーの周りの真空度に依存する。

具体的には、駆動電極１０５に印加する電圧の周波数を、小さな周波数から大きな周波数あるいはその逆になど変化させながら、コンデンサ２０２、２０３の静電容量の変化を測定する。すると、駆動電極１０５に印加する電圧の周波数が、カンチレバーの振動の共振周波数と一致すると、コンデンサ２０２、２０３の静電容量の変化量が最大となる。そこで、例えば、f₀を駆動電極１０５に印加する電圧の周波数のうち静電容量の変化量が最大となる周波数、f₁をf₀より小さい周波数であり、カンチレバーの振動エネルギーがf₀の半値となる周波数、f₂をf₀より大きい周波数であり、カンチレバーの振動エネルギーがf₀の半値となる周波数とした場合、f₀/(f₂-f₁)として定義されるＱ値は、ある真空度範囲において、カンチレバーの周りの真空度に依存して決まる量となることが知られている。したがって、Ｑ値を求め、カンチレバーの周囲の真空度を測定することができる。

このように、本発明においては、駆動電極１０５に変化する電圧を印加することにより、カンチレバーを振動させることができるので、機械的に振動を与えてカンチレバーを振動させる場合よりも簡易に測定ができる。また、カンチレバーに光を照射して反射光によりカンチレバーの振動を測定する手法も考えられるが、この場合には透明な素材でカンチレバーが囲まれている必要がある。一方、本発明では、コンデンサの静電容量の変化によりカンチレバーの振動を測定することができるので、カンチレバーの周囲の素材が透明である必要はない。例えば、本発明では、遮光性を有する素材も用いることができる。

なお、密封性能測定装置１００における各部の材料を示すと、例えば、次のようになる。基板１０１は、貫通電極を有するパイレックス（登録商標）ガラスなどのガラスの板とすることができる。また、ガラスの代わりにシリコンを用いることも可能である。貫通電極の材料は、タングステンなどを選択することができる。支持層１０２と活性層１１０は、シリコンの単結晶を用いることができる。ＢＯＸ層１０３の材料には酸化シリコンが選択できる。駆動電極１０５、検出電極１０６、１０７、接続電極１０８の材料は、アルミニウムなどを選択できる。また、基板１０１の下側において、貫通電極１０９と電圧供給装置及び静電容量測定装置などとを接続するための、銅及び銀などを用いた配線がされていてもよい。

また、密封性能測定装置１００における各部の大きさを示すと、例えば、次のようになる。基板１０１の厚さは４００μｍから５００μｍにすることができる。また、例えば、支持層１０２の厚さは３００μｍ前後であり、活性層の厚さは６０μｍ前後であり、ＢＯＸ層１０３の厚さは２μｍ前後とすることができる。梁部１０３−１は４００μｍの幅でＢＯＸ層１０３と活性層１１０とに接続し、厚さは６２μｍ前後とすることができる。６２μｍのうち２μｍはＢＯＸ層と同じ材料の厚さであり、残りが支持層１０２と同じ材料とすることができる。梁部１０３−１の長さは、６００μｍ前後とすることができる。錘部１０３−２は、矩形であり、梁部１０３−１に向かう辺の長さが１７００μｍ前後であり、梁部１０３−１の向きと垂直の辺の長さは１６００μｍ前後とすることができる。１６００μｍ前後の略正方形であり、厚さは、３０２μｍ前後とすることができる。梁部１０３−１と同様に、３０２μｍのうち、２μｍはＢＯＸ層と同じ材料の厚さであり、残りが支持層１０２と同じ材料とすることができる。また、カンチレバーは上下方向からみた場合、左右が対称の形状とすることができる。駆動電極１０５のうち、カンチレバーの下の部分の大きさは、梁部１０３−１の向きの辺の長さが１５００μｍ前後、垂直の辺の長さが６００μｍ前後とすることができる。検出電極１０６、１０７のそれぞれは、梁部１０３−１の向きの辺の長さが１５００μｍ前後、垂直の辺の長さが３５０μｍ前後であり、駆動電極１０５とは、５０μｍ前後隔離することができる。また、駆動電極１０５、検出電極１０６、１０７と、カンチレバーとの間の距離は、駆動電極１０５、検出電極１０６、１０７、接続電極１０８に電圧が印加されていない状態では、１０μｍ前後とすることができる。また、貫通電極の直径は１００μｍ前後とすることができる。

もちろん、上述の材料、形状、大きさは例示である。例えば、梁部１０３−１の幅は４００μｍから例えば６００μｍ程度に適宜変更することができる。また、４００μｍより小さくすることもできる、長さも６００μｍから４００μｍ程度に適宜変更が可能である。錘部１０３−２の厚さも１００μｍ程度にすることも可能である。材料、形状、大きさは、上述のものに限定されることはなく、本願発明の作用効果が奏せられる範囲において種々設計変更が可能である。

本発明の一実施形態においては、駆動電極１０５と接続電極１０８との間に、電圧供給装置などにより供給される所定の周波数などにより変化する電圧が印加される。これにより、上述のように、カンチレバーが上下に振動する。すると、検出電極１０６、１０７と錘部１０３−２との間の距離が変化し、検出電極１０６、１０７と接続電極１０８との間の静電容量が時間的に変化することになる。そこで、検出電極１０６、１０７と接続電極１０８との間の静電容量の変化を検出装置などにより測定し、静電容量の変化よりカンチレバーの振動特性を計測する。このとき、電圧供給装置などにより供給される電圧の周波数などを考慮してもよい。そして、非特許文献１などに開示された手法を用いることにより、カンチレバーの周囲の真空度を測定することができる。

上述したように、駆動電極１０５と接続電極１０８とに印加される電圧により、カンチレバーが振動をする。したがって、駆動電極１０５の数は、図１（Ｃ）などに示されるように、１つに限定されることはなく、複数の駆動電極１０５が配置されていてもよい。また、カンチレバーと検出電極との間の静電容量の変化が検出できればよいので、検出電極が２つでなければいけない理由はなく、１つでもよいし、３つ以上配置されていてもよい。例えば、図１（Ｃ）において、駆動電極と検出電極とを入れ変えてもよい。

また、カンチレバーの周囲の真空度を測定する手法は、非特許文献１に開示されたものに限定されることはない。例えば、駆動電極１０５と接続電極１０８とに、所定の周波数で変化する電圧を印加し、カンチレバーを振動させ、駆動電極１０５と接続電極１０８との電圧の印加を停止し、検出電極１０６、１０７により、静電容量の変化を検出し、カンチレバーの振動の減衰を計測し、カンチレバーの共振周波数を算出してカンチレバー周囲の真空度を測定してもよい。

本発明の一実施形態においては、密封性能測定装置１００は、一個だけとして単独に用いられることはなく、例えば、図３に示すように、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを用いた基板３００の表の面に、複数個の密封性能測定装置１００が形成され、その裏の面にそれぞれの密封性能測定装置１００の駆動電極１０５、検出電極１０６、１０７に電気的に接続する配線と、接続電極１０８に共通に接続する配線が設けられるようになっていてもよい。そして、基板３００の表の面に形成された密封性能測定装置１００のフレームの支持層１０２側の第１の開口に別の基板が所定の真空度の環境にて接合され、第１の開口が封止される。あるいは、加圧環境にて第１の開口が封止されてもよい。これにより基板３００に設けられた多数のカンチレバーの振動特性を一度に測定することができ、各キャビティにおける真空度を効率よく測定することができる。

図４は、密封性能測定装置１００の第１の開口に、別の基板４０１が、接合部４０２を介して接合され、封止された状態を示す。別の基板としては、例えばシリコンウェハやガラスなどが用いられる。また、接合部４０２による第１の開口と別の基板４０１との封止のための接合には、例えば、Ｃｕ−Ｃｕ接合、Ｓｉ−Ｇｅ接合、Ａｕ−Ａｕ接合、Ａｌ−Ａｌ接合、Ｓｉ−Ｓｉ接合、樹脂接合などを用いることができる。別の基板の材料及び接合の種類は、密封性能の対象に応じて、選択することができる。例えば、ガラスフリットを用いて接合することができる。

なお、密封性能測定装置１００の第１の開口を封止しなくても、密封性能試験を行うことが可能である。例えば、まず、図５（Ａ）に示すように、貫通電極を有する基板５００に、底部を有する開口５０１を設ける。図５（Ａ）では、開口５０１を中央部と周辺部とに５個設けているが、開口５０１を設ける位置、個数は適宜決定することができる。開口５０１の大きさは、密封性能測定装置１００を少なくとも一個、開口５０１内に配置することができる大きさとする。

次に、図５（Ｂ）に示すように、基板５００に設けられた開口５０１の底部に、密封性能測定装置５０２を配置して固定する。なお、ここでの密封性能測定装置５０２は、図３に示したようにＳＯＩ基板３００などに密封性能測定装置１００を形成した後にダイシング加工して個別に切り離した密封性能測定装置１００であるのが好ましい。また、固定は、取り外しの可能に行われるものであってもよい。このように個別に切り離した密封性能測定装置１００を開口５０１の底部に配置し、基板５００の貫通電極と密封性能測定装置１００の貫通電極を接続させて固定する。貫通電極の接続は、例えば、基板５００の貫通電極の上に、密封性能測定装置１００の基板の貫通電極が位置するようにすることにより行うことができる。

あるいは、ダイシング加工は、ＳＯＩ基板３００などに貫通電極を有する基板１０１を接合する前に行われてもよい。すなわち、密封性能測定装置５０２は、図１（Ｂ）に示す密封性能測定装置であり、ただし、基板１０１と電極１０５、１０６、１０７、１０８を有さないものであってもよい。この場合、開口５０１の底部に電極１０５、１０６、１０７、１０８を形成した後、密封性能測定装置５０２を開口５０１の底部に配置し固定することになる。

密封性能測定装置５０２を開口５０１の底部に配置し固定した後に、図５（Ｃ）に示すように、開口５０１を、接合部５０３を介して別の基板５０４により接合し、封止する。そして、基板５００の貫通電極を介して、駆動電極に電圧を印加し、検出電極による静電容量の変化を測定し、封止された開口５０１の中の真空度を測定する。この測定を繰り返すことにより、接合部５０３による密封性能が測定される。

なお、図５（Ｂ）において、密封性能測定装置５０２のフレームが、開口５０１の底部又は開口５０１の底部上の基板に配置され接続されているので、基板５００そのものと密封性能測定装置５０２自体のフレームとを、密封性能測定装置５０２のフレームとみなすこともできる。この場合には、開口５０１の周囲を、第１の開口とみなし、また、密封性能測定装置５０２自体のフレームの第２の開口を、そのまま第２の開口とすれば、カンチレバーが第１の開口と第２の開口との中間に配置されているとみなすことができる。なお、この形態において、第１の開口が決まれば、その開口の底部に配置された密封性能測定装置５０２自体のフレームの第２の開口が決まるという意味で、第１の開口と第２の開口は対をなすということができる。

このように、基板に設けられた開口の底部に密封性能測定装置を配置し、密封性能測定装置自体の第１の開口を接合する必要を無くすことにより、ダイシングされた密封性能測定装置を製造しておけば、種々の大きさ、形状の基板に対する密封性能を測定することができ、測定のコストを下げることができる。

本発明の一実施形態においては、複数の基板３００を用いることにより、複数の接合による密封性能試験を行うことが可能である。また、複数の密封性能測定装置１００が基板３００に配置されるので、１枚の基板３００であっても、それぞれの密封性能測定装置１００の基板３００における位置に応じた密封性能試験を行うことが可能となる。これにより、密封性能の分布を得ることも可能となる。

また、フレームの支持層１０２と活性層１１０は、ＢＯＸ層１０３により上下に区分されている。したがって、ＢＯＸ層１０３として絶縁性を有する酸化シリコンなどを用いることにより、別の基板４０１を接合することによる、カンチレバーと検出電極との間の静電容量の変化を抑制できる。

次に、本発明の一実施形態に係る密封性能測定装置１００の製造方法を、図６と図７とを参照して行う。

図６（Ａ）に示すように、ＳＯＩ基板６０１を用意する。ＳＯＩ基板６０１は、活性層１１０、ＢＯＸ層１０３、支持層１０２を有している。ＳＯＩ基板６０１としては、貼り合わせ法により製造されたもの、ＳＩＭＯＸ（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇｅｎ）法により製造されたものなどを用いることができる。

次に、図６（Ｂ）に示すように、支持層１０２の上に、レジスト材料をスピンコートなどにより塗布した後、露光、現像を行って、第１のパターンを形成し、開口６０２をエッチングにより形成する。エッチングとしては、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチングの手法を用いることができる。このエッチング処理により形成されるこの開口は、支持層１０２の開口に相当する。深さは、開口の底面が、おおよそ、錘部１０３−２の上面となる深さとする。すなわち、ＢＯＸ層１０３に至る途中までのエッチングを行うことになる。

次に、図６（Ｃ）に示すように、レジスト材料をスプレーコーティングなどにより塗布し、露光により第２のパターンを形成して錘部１０３−２のエッチングを防止しつつ、カンチレバーの錘部１０３−２の周辺部と、フレーム１０２の内部のエッチングを行う。エッチングは、梁部１０３−２とフレーム１０２以外に対して行い、エッチングの底面が、ＢＯＸ層に達する深さとする。なお、梁部１０３−１と錘部１０３−２との厚さが同じである場合には、この工程は必ずしも行う必要はない。

次に図６（Ｄ）に示すように、レジスト材料により、活性層１１０側に第３のパターンを形成してエッチングを行い、第三の開口を形成する。この第三の開口のエッチングの深さは、カンチレバーの第１の部分６０３に達する程度とする。そして、第三の開口の周辺部の一部と中郷部を残し、第１の部分６０３を形成する。この第１の部分６０３は、上述したカンチレバーの裏面部分となる。そして、ＢＯＸ層１０３が露出している部分６０４を取り除く。露出は、活性層１１０側及び／又は支持層１０２の側において露出していることをいう。

なお、接続電極１０８と接続される活性層１１０の材料の電気伝導度を上げるために、ホウ素やリンなどの不純物を、熱拡散などの方法により拡散してもよい。

次に、図７（Ａ）に示すような、貫通電極１０９を複数有するガラス基板を用意する。このようなガラス基板は、市販品として入手可能である。このような貫通電極１０９を複数有するガラス基板のリークレートは、密封性能の測定対象である接合部４０２または接合部５０３のリークレートよりも低レベルなものとすることができ、例えば１０^−９Ｐａｍ^３ｓ^−１以下にすることができる。したがって、密封性能測定装置１００の内部を大気圧以下にしても、ガラス基板からの気体分子の進入は実質的に無視することが可能である。上述したように、ガラス基板の代わりに貫通電極１０９を複数有するシリコン基板を用いることもできる。

そして、図７（Ｂ）に示すように、それぞれの密封性能測定装置１００が配置される位置に対応して、基板１０１の表の面に、駆動電極１０５、検出電極１０６、１０７、接続電極１０８を形成し、それぞれの電極が、貫通電極１０９の少なくとも一つに接続されるようにする。また必要に応じて、基板１０１の裏の面に駆動電極、検出電極、接続電極に電圧供給装置や静電容量測定装置などを接続するための配線を形成する。

その後、密封性能測定装置１００が形成されたＳＯＩ基板の活性層と、ガラス基板の表の面とを接合する。この接合には、支持層と基板１０１とを、陽極接合などの直接接合を用いるのが好ましい。これにより、活性層のＳｉ原子と、基板１０１のＳｉ原子あるいはＯ原子とが強固に結合し、支持層と基板１０１との接合面を気体分子が通過するのを防止できる。

その後、必要ならばダイシングなどを行って、密封性能測定装置１００を分離してもよい。そして、支持層１０２を測定対象となる手法を用いて接合し、密封性能を測定することができる。

本発明の特徴の一つにおいては、密封性能測定装置を形成するのに貫通電極を用いた基板を用いるので、性能測定の対象以外の接合部分の密封を確保でき、より正確な密封性能が測定できる。また、複数の密封性能測定装置を一つのＳＯＩ基板に形成することができ、基板上の位置に応じた密封性能を測定することができる。

１００密封性能測定装置
１０１基板
１０２支持層
１０３ＢＯＸ層
１０３−１梁部
１０３−２錘部
１０５駆動電極
１０６検出電極
１０７検出電極
１０８接続電極
１０９貫通電極
１１０活性層

Claims

密封封止可能な第１の開口及び前記第１の開口と対をなす第２の開口を有するフレームと、
前記第１の開口及び前記第２の開口の間に配置され、前記フレームの側壁に接続するカンチレバーと、
前記カンチレバーの下部に駆動電極及び検出電極を上面に配置し、前記駆動電極と前記検出電極と前記フレームのそれぞれに接続する貫通電極を有し、前記第２の開口に接合する基板と
を有する密封性能測定装置。
前記基板は、１０^−９Ｐａｍ^３ｓ^−１以下のリーク特性を有する請求項１に記載の密封性能測定装置。
前記駆動電極と前記フレームとの間に、カンチレバーの共振周波数に相当する周波数で変化する電圧を印加することにより、前記カンチレバーが上下に振動することを特徴とする請求項１に記載の密封性能測定装置。
前記カンチレバーが上下に振動するに応じて、前記検出電極と前記カンチレバーとの間の静電容量が変化することを特徴とする請求項３に記載の密封性能測定装置。
前記フレームは、前記第１の開口側の上部及び前記第２の開口側であり前記カンチレバーが接続する下部を有し、前記上部と前記下部とが絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載の密封性能測定装置。
前記フレームの第２の開口の材料はシリコンであり、前記基板の材料は前記貫通電極を除きガラス又はシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の密封性能測定装置。
活性層、ＢＯＸ層及び支持層が積層されたＳＯＩ基板の支持層を前記ＢＯＸ層に至る途中までのエッチングにより第一の開口を形成し、
前記第一の開口の中央部の周辺部を前記ＢＯＸ層に到るまでエッチングし、
前記活性層を前記ＢＯＸ層に至る途中までのエッチングにより第二の開口を形成し、
前記第二の開口の周辺の一部と中央部とを残して他の部分をＢＯＸ層に至るまでエッチングし、
露出しているＢＯＸ層の部分を除去し、
貫通電極を有するガラス基板に駆動電極及び検出電極を形成し、
前記ガラス基板と前記ＳＯＩ基板の活性層とを接合することを特徴とする密封性能測定装置の製造方法。
前記ＳＯＩ基板の活性層と接合する前記ガラス基板のリークレートは、１０^−９Ｐａｍ^３ｓ^−１以下である数値により特徴付けられる請求項７に記載の密封性能測定装置の製造方法。
前記貫通電極を有するガラス基板とは別の貫通電極を有するガラス基板に開口を形成し、
前記開口の底面に請求項６の製造方法で製造された密封性能測定装置を配置する密封性能測定装置の製造方法。
密封封止可能な第１の開口及び前記第１の開口と対をなす第２の開口を有するフレームと、前記第１の開口及び前記第２の開口の間に配置され、前記フレームの側壁に接続するカンチレバーと、前記カンチレバーの下部に駆動電極及び検出電極を上面に配置し、前記駆動電極と前記検出電極と前記フレームのそれぞれに接続する貫通電極を有し、前記第２の開口に接合する、リークレート性は、１０^−９Ｐａｍ^３ｓ^−１以下である基板とを有する装置を減圧環境に配し、
前記第１の開口を密封封止し、
前記駆動電極に変動する電圧を印加し、
前記カンチレバーと前記検出電極との静電容量の変化を測定し、
前記密封封止の経時変化を測定する密封性能試験方法。