JP4147678B2 - Anodic bonding equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板とガラス基板とを、接着剤を用いずに接合する陽極接合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
陽極接合は、半導体デバイスの製造等において、シリコンその他の半導体基板とガラス基板とを、精密且つ信頼性高く接合するための技術として広く用いられている。陽極接合を実現するために用いられる陽極接合装置は、半導体基板とガラス基板とをその相互の面を接触させてなる組立体に対し、数百ボルトの直流電圧を印加するための構造と、該組立体を数百度程度にまで加熱するための構造とを備えている。このように構成された装置を用いて、組立体を加熱すると共に、直流電圧を組立体に印加することにより、ガラス基板(パイレックスガラス)内のナトリウムの正イオンNa+が陰極側に移動し、ガラス基板の接合界面に空間電荷層が形成され、高電界が発生する。この高電界により、接合界面(基板間)に静電引力が発生し、接合に至る。例えば、このような陽極接合装置には、特開平8−88154号公報に開示されたものが知られている。
【0003】
一方、陽極接合装置においては、前記組立体の加熱のためにカーボンヒータを用いた加熱装置を採用したものが知られている。カーボンヒータは、一般に、急加熱、急冷却に対する応答性が高く、また表面の温度分布が均一であるという長所があり、組立体の均一で高度に制御された加熱が必要となる陽極接合に、極めて好都合である。
【0004】
従来から加熱装置に用いられるカーボンヒータとしては、その耐熱性や耐用寿命を高めるため、その表面に、一般には炭素Cを、また炭化けい素SiC、窒化けい素SiN、窒化ホウ素BN、窒化アルミニウムAlN等(特開平5−135858号公報)をコーティングしたものが用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記コーティングを施した従来のカーボンヒータを備えた陽極接合装置においては、以下のような問題が生じていた。
【0006】
(1)ある種の陽極接合装置においては、板状のカーボンヒータ上に、直接又は治具を介して、加熱する組立体を搭載することがある。この場合、組立体の出し入れによるカーボンヒータと組立体(又は治具)との間の摩擦により、カーボンヒータの表面に施したコーティングが剥離又は摩耗することがある。また、カーボンヒータの急加熱又は急冷却の繰り返しによって、前記コーディングが剥離した部分からカーボンが析出することがある。これら剥離した表面のコーティング材や析出したカーボンは、微少粒子となって陽極接合装置内に拡散し、該雰囲気を汚染し、それによりワーク(組立体)の歩留まりが悪化する。
【0007】
(2)また、ある種の陽極接合装置においては、カーボンヒータ上に搭載した組立体に対し直流電圧を印加するための電極の一方としてカーボンヒータを機能させる場合がある。しかしながら、前記炭素C以外のコーティング材では、該電圧印加に必要な電極としての導電性が十分でない。
【0008】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、カーボンヒータ本来の性能を損なうことなく、その耐摩耗性、剥離強度、導電性等に優れたコーティングを施したカーボンヒータを備えた陽極接合装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、相互の面を接触させた組立体として提供される半導体基板とガラス基板とを、接着剤を用いずに接合する陽極接合装置において、直流電圧源と、前記組立体の半導体基板側に前記直流電圧源からの直流電圧を印加するための第1の電極と、前記組立体のガラス基板側に前記直流電圧源からの直流電圧を印加するための第2の電極と、前記組立体を加熱するためのカーボンヒータであって、炭素Cを主成分とする基材の表面に、酸化チタンTiO2を主成分とする皮膜を被覆したものと、前記カーボンヒータを加熱するために、これに交流電圧を印加する交流電圧源とを備えて構成される。
【0010】
発明者らの実験により、前記カーボンヒータにおける酸化チタンTiO2を主成分とする皮膜は、従来のカーボンコーティングに比して、その導電性能では劣るものの、耐摩耗性及び剥離強度が優れており、一方でカーボンヒータの良好な熱特性を損なうことがないということが確認された。従って、組立体やその他の部品との摩擦による皮膜の剥離や摩耗の程度を極めて小さくすることができ、皮膜の剥離や摩耗に起因する前記装置内雰囲気の汚染の危険性を最小にすることができる。
【0011】
本発明において、前記カーボンヒータは、前記組立体を載置する載置面を有すると共に、その皮膜が導電性を有して、前記第1又は第2の電極の何れかとして機能するよう構成することができる。
【0012】
この場合、前記カーボンヒータの皮膜が、ニッケルNiを含有するものであることが好ましい。発明者らの実験により、前記皮膜にニッケルNiを含有することによって、カーボンヒータ表面の導電性が向上し、カーボンヒータを陽極接合における電極として好適に用いられることが確認された。
【0013】
ここで、前記カーボンヒータの皮膜における酸化チタンTiO2とニッケルNiの含有率は、好ましくは約7対3の割合である。
【0014】
また、前記皮膜の厚さは約100μmで十分な特性(耐摩耗性、耐熱性、温度特性)が得られることが確認された。また、カーボンヒータ上に直接ワークを載置する場合は、熱伝達性を高めるために、前記被膜の表面をより滑らかにすることがより好ましいが、この場合、酸化チタンTiO2、もしくは酸化チタンTiO2とニッケルNiを基材表面に溶射した後、比較的大がかりな研磨等の仕上げ処理を行う必要がある。溶射と簡単な後処理のみを施すことで得られる表面粗さは、Ra=4.0〜6.0μm、Rmax=30〜50μm程度であるが、この程度の表面荒さであっても、十分な温度特性が得られることが確認された。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に沿って説明する。本実施形態では、インクジェットプリンタにおけるヘッドの製造に際し用いられる陽極接合装置について説明する。図1には、本装置によって陽極接合されるガラス基板10と、シリコンSiからなるキャビティプレート11が示されている。ガラス基板10には、溝10aが形成されており、その底壁にはインクジェットヘッドを駆動するための電極が設けられている。キャビティプレート11には、溝11a等が形成されており、ガラス基板10の上にキャビティプレート11を接合することにより、インクを吐出するための静電アクチュエータ(振動板と電極)が形成される。なお、不図示の蓋基板を更に、キャビティプレート11の上に接合することにより、ノズル、インク室及びインク経路が形成される。
【0016】
前記ガラス基板10及びキャビティプレート11は、高精度に位置合わせして重ね合わされ、図2に示すように、所定の治具20に納められた状態で、陽極接合装置に実装される。治具20は、ガラス基板10及びキャビティプレート11を重ね合わせた状態で挟み込む一対の方形状の金属板21及び22を備えており、その四隅に設けた絶縁性の締結部材23によって相互を固定する。
【0017】
該治具20によって、ガラス基板10及びキャビティプレート11の精度高い位置合わせが維持される。なお、各金属板21、22の対向面は、それぞれガラス基板10及びキャビティプレート11の外面に面接触され、従って、後述するように本発明の陽極接合装置によって印加される直流電圧を、金属板21及び22に対し与えることによって、該基板へ電圧が印加されることが保証される。本明細書では、この治具20によって保持されたガラス基板10及びキャビティプレート11をまとめて組立体25と呼ぶ。
【0018】
図3は、本発明の一実施形態に係る陽極接合装置の概略構成図である。陽極接合装置30は、外気から密閉された密閉室31を有する。密閉室31内は、高度に無塵化され、陽極接合の実施の際に、窒素ガスが充填される。密閉室31内には、上下一対のカーボンヒータ32及び33が配置され、図示しない任意の取り付け手段によって密閉室31内に固定されている。各カーボンヒータ32及び33は、概略長方形状を有しており、その両側のスペーサ34によって、所定の間隔が維持されている。被加工物である前記組立体25は、図に示すように、下方のカーボンヒータ32上に載置され、両カーボンヒータ32及び33の間に保持される。図では省略されているが、下方のカーボンヒータ32の上面には、位置決め用のピンが突設されており、カーボンヒータ32上で組立体25を滑らせて、該ピンにその二側面を当接させることによって、組立体25の位置決めがなされる。
【0019】
図で示すように、下方のカーボンヒータ32の両側に、交流電圧源35の両極が接地され、その加熱のために交流電圧が印加される。交流電圧の印加によって、カーボンヒータ32、33は、所定温度にまで加熱される。この際、前記スペーサ34は、抵抗率の低い銅その他の金属によって形成することが好ましい。これらカーボンヒータ32及び33を制御しながら加熱することによって、組立体25を所定の温度にまで加熱する。
【0020】
陽極接合装置30は、更に、組立体25に対し、直流電圧を印加するための直流電圧源36を備える。直流電圧源36の陽極は、電極端子37に接続される。電極端子37は、組立体25の上方の金属板21(キャビティプレート11側のもの)に接触され、ここに陽極接合のための電圧を印加する。一方、直流電圧源36の陰極は、下方のカーボンヒータ32に接続される。後で詳述するように、カーボンヒータ32は、導電性部材によってコーティングされているため、直流電圧源36からの直流電圧は、カーボンヒータ32を通して、その上に置かれた組立体25の下方の金属板22に印加されることとなる。このようにして、数百ボルトの直流電圧は組立体25の両金属板に印加され、その間に保持したガラス基板10とキャビティプレート11間に与えられる。一つの実施例で、温度が 約340℃の窒素雰囲気中で、800Vの直流電圧を5分間印加することによって、前記ガラス基板10とキャビティプレート11の陽極接合を実施した。
【0021】
図4は、前記陽極接合装置30で用いられるカーボンヒータ(前記32又は33)の外観形状を示している。平面的に見てカーボンヒータ40は、概略長方形状を有しており、その四隅は大きく切り落とされている。図において斜線を施した両側の領域40aは、前記スペーサ34の接地領域を示している。すなわち、スペーサ34は、この斜線領域40aに沿う断面台形状を有しており、組立時にその端面がここに面接触される。一つの実施例で、カーボンヒータ40の外形寸法は、幅340×奥行き220×厚さ6.5mmである。
【0022】
同図(B)にデフォルメして示すように、カーボンヒータ40は、カーボンからなる基材41の表面を、酸化チタンTiO2にニッケルNiを30%含有してなる皮膜42でコーティングしたものが用いられる。実施例では、前記領域40aを除いて、皮膜42を施した。後の実施例で示すように、この皮膜42は、耐摩耗性、基材との密着性、耐熱性、導電性等に優れている。前記陽極接合装置30において、カーボンヒータ40の表面は、前記組立体25の出し入れの際の摩擦に耐えられるものである必要がある。また、繰り返される急激な温度変化によって剥離しないものである必要がある。更に、印加された直流電圧を引き下げることなく組立体25へ与えられるものである必要がある。前記皮膜42をコーティングしたカーボンヒータ40は、これらの要求を見たし、陽極接合装置30による高品位な接合を可能とする。
【0023】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用を行うことができる範囲が含まれる。前記実施形態に示した陽極接合装置においては、直流電圧をカーボンヒータを介して印加するよう構成しているが、上方の電極端子を同様の構成で、下方の金属板に対して電極端子を直接接触させるようにしてもよい。この場合、カーボンヒータは必ずしも導電性は不要なので、その表面の皮膜としてニッケルNiを含まないものを用いても良い。
【0024】
【実施例】
発明者らは、本発明に従った2種類のカーボンヒータを作成し、その諸性能を測定した。実験は、一般にカーボンヒータに用いられるカーボン基材の表面に、膜厚100μmで、酸化チタンTiO2(実施例1)、酸化チタンTiO2にニッケルNiを30%含有したもの(実施例2)をそれぞれ溶射し、その表面抵抗、剥離強度、耐摩耗性、温度分布特性について測定した。
【0025】
なお、これらの測定前に、溶射された被膜の表面粗さを測定したところ、 Ra=4.0〜6.0μm、Rmax=30〜50μm程度であった。また、表面抵抗、剥離強度、耐摩耗性、温度分布特性の測定については、経時的なデータを得るために、各サンプルに対し、窒素雰囲気中で450℃×7hのヒートサイクルを6サイクル実施し、その前後において前記表面抵抗及び剥離強度を測定した。上記のヒートサイクルの条件は、従来のカーボンコーティングを施したカーボンヒータに、表面のコーティングに剥離した箇所があることが確認された条件と同程度、もしくはやや厳しいものである。
【0026】
ヒートサイクルの前後における表面的抵抗の測定結果を表1に示す。
【0027】
【表1】

Figure 0004147678
【0028】
この結果、実施例1、すなわち酸化チタンTiO2のみのコーティングによるカーボンヒータでは、十分な表面抵抗が得られなかったが、実施例2、すなわち酸化チタンTiO2に+ニッケルNiを30%含有したものにおいては、前記記載の目的に用いるのに十分な結果が得られた。
【0029】
次に、表2に、剥離強度の測定結果を示す。ここでは、実施例1及び実施例2を施したカーボンヒータに、粘着テープ(900g/20mm)を貼付け、これを剥離してカーボン基材とコーティングとの密着性を確認した。
【0030】
【表2】
Figure 0004147678
【0031】
結果、何れの実施例においても、ヒートサイクルの前及び後において剥離は見られなかった。また、カーボンヒータを割った際にも、その破断面近傍のコーティングが剥がれるようなことがなかった。これに対し、同程度のヒートサイクルを行った後のカーボンコーティングを施したカーボンヒータは、表面が変色し、更にコーティングが剥離した部分が多く確認されている。また、部分的に基材のカーボンまで損傷していた箇所も確認されている。従って、従来のカーボンヒータに施されたカーボンコーティングに比べ、実施例1及び2のコーティングは、基材と被膜の密着性に優れ、また、ヒートサイクルを繰り返しても被膜自体が劣化しにくいことが確認された。
【0032】
また、実施例1及び2のカーボンヒータ上に、ステンレス鋼板製(SUS製)、重さ1.0kg、板状の金属治具を摺接させて、その耐摩耗性を確認した。その結果、何れの実施例においても、150往復程度では表面のコーティングが摩耗したり剥離したりしないことが確認された。一方、従来のカーボンコーティングでは、1往復の摺接でカーボンヒータのコーティングが部分的に摩擦し、剥離することが確認されている。
【0033】
表3は、従来のカーボンコーティングと上記実施例1及び2の温度分布特性を測定したグラフである。測定は、各カーボンヒータ上にシリコンウェハを載置し、この内部温度を測定することによって行った。
【0034】
【表3】
Figure 0004147678
【0035】
これより、本実施例1及び2における温度特性が、従来のものに劣ることがないことが確認された。
【0036】
【発明の効果】
以上の如く本発明によって、カーボンヒータ本来の良好な熱伝導特性を損なわず、耐摩耗性及び剥離強度が優れたカーボンヒータを備えた陽極接合装置を提供することができる。
【0037】
また、酸化チタンTiO2を主成分とした皮膜に、ニッケルNiを含有したものを用いるカーボンヒータを備えた本発明においては、さらにその導電性が良好となり、従って例えば、カーボンヒータを陽極接合における電極として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る陽極接合装置によって陽極接合されるガラス基板とキャビティプレートの一例を示す斜視図である。
【図2】陽極接合されるガラス基板とキャビティプレートを治具に納めてなる組立体の側面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る陽極接合装置の概略構成図である。
【図4】本発明の陽極接合装置で用いられるカーボンヒータの平面図及び側断面図である。
【符号の説明】
10 ガラス基板
11 キャビティプレート
20 治具
21、22 金属板
23 締結部材
25 組立体
30 陽極接合装置
31 密閉室
32 カーボンヒータ
32、33 カーボンヒータ
34 スペーサ
35 交流電圧源
36 直流電圧源
37 電極端子
40 カーボンヒータ
41 基材
42 皮膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an anodic bonding apparatus for bonding a semiconductor substrate and a glass substrate without using an adhesive.
[0002]
[Prior art]
Anodic bonding is widely used as a technique for bonding silicon and other semiconductor substrates and glass substrates precisely and reliably in the manufacture of semiconductor devices and the like. An anodic bonding apparatus used for realizing anodic bonding includes a structure for applying a DC voltage of several hundred volts to an assembly in which a semiconductor substrate and a glass substrate are brought into contact with each other. And a structure for heating the assembly to several hundred degrees. By using the apparatus configured in this manner, the assembly is heated and a DC voltage is applied to the assembly, so that sodium positive ions Na + in the glass substrate (Pyrex glass) move to the cathode side, and the glass A space charge layer is formed at the bonding interface of the substrate, and a high electric field is generated. This high electric field generates an electrostatic attractive force at the bonding interface (between the substrates), leading to bonding. For example, as such an anodic bonding apparatus, one disclosed in JP-A-8-88154 is known.
[0003]
On the other hand, as an anodic bonding apparatus, one using a heating apparatus using a carbon heater for heating the assembly is known. Carbon heaters generally have the advantages of high responsiveness to rapid heating and rapid cooling, and uniform surface temperature distribution. For anodic bonding that requires uniform and highly controlled heating of the assembly, Very convenient.
[0004]
Conventionally, as a carbon heater used in a heating device, in order to increase its heat resistance and service life, carbon C is generally used on its surface, and also silicon carbide SiC, silicon nitride SiN, boron nitride BN, aluminum nitride AlN. Etc. (JP-A-5-135858) is used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the anodic bonding apparatus provided with the conventional carbon heater with the coating, the following problems have occurred.
[0006]
(1) In a certain kind of anodic bonding apparatus, an assembly to be heated may be mounted on a plate-like carbon heater directly or via a jig. In this case, the coating applied to the surface of the carbon heater may be peeled off or worn due to friction between the carbon heater and the assembly (or jig) due to the insertion and removal of the assembly. Moreover, carbon may precipitate from the part from which the said coding peeled by repetition of rapid heating or rapid cooling of a carbon heater. The peeled surface coating material and the deposited carbon are dispersed as fine particles in the anodic bonding apparatus, contaminating the atmosphere, thereby deteriorating the yield of the workpiece (assembly).
[0007]
(2) In some types of anodic bonding apparatuses, the carbon heater may function as one of electrodes for applying a DC voltage to an assembly mounted on the carbon heater. However, the coating material other than carbon C does not have sufficient conductivity as an electrode necessary for the voltage application.
[0008]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and provide an anodic bonding apparatus provided with a carbon heater provided with a coating excellent in wear resistance, peel strength, conductivity, etc. without impairing the original performance of the carbon heater. Is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an anodic bonding apparatus for bonding a semiconductor substrate and a glass substrate, which are provided as an assembly having their surfaces in contact with each other, without using an adhesive. A first electrode for applying a DC voltage from the DC voltage source to the semiconductor substrate side of the assembly; and a second electrode for applying a DC voltage from the DC voltage source to the glass substrate side of the assembly. A carbon heater for heating the electrode and the assembly, wherein the surface of the base material mainly composed of carbon C is coated with a film mainly composed of titanium oxide TiO2, and the carbon heater is heated. Therefore, an AC voltage source for applying an AC voltage thereto is provided.
[0010]
According to the experiments by the inventors, the film mainly composed of titanium oxide TiO2 in the carbon heater is inferior in the conductive performance as compared with the conventional carbon coating, but has excellent wear resistance and peel strength, Thus, it was confirmed that the good thermal characteristics of the carbon heater were not impaired. Therefore, the degree of film peeling and wear due to friction with the assembly and other parts can be extremely reduced, and the risk of contamination of the atmosphere in the apparatus due to film peeling and wear can be minimized. it can.
[0011]
In the present invention, the carbon heater has a mounting surface on which the assembly is mounted, and the film has conductivity, and is configured to function as either the first electrode or the second electrode. be able to.
[0012]
In this case, it is preferable that the film of the carbon heater contains nickel Ni. According to experiments by the inventors, it has been confirmed that by including nickel Ni in the coating, the conductivity of the surface of the carbon heater is improved, and the carbon heater is suitably used as an electrode in anodic bonding.
[0013]
Here, the content of titanium oxide TiO2 and nickel Ni in the film of the carbon heater is preferably about 7 to 3.
[0014]
Moreover, it was confirmed that sufficient thickness (abrasion resistance, heat resistance, temperature characteristics) can be obtained when the thickness of the film is about 100 μm. In addition, when placing the workpiece directly on the carbon heater, it is more preferable to make the surface of the coating smoother in order to improve heat transferability. In this case, titanium oxide TiO 2 or titanium oxide TiO After spraying 2 and nickel Ni on the surface of the substrate, it is necessary to carry out a finishing process such as relatively large polishing. The surface roughness obtained by performing only thermal spraying and simple post-treatment is Ra = 4.0-6.0 μm, Rmax = 30-50 μm, but even this level of surface roughness is sufficient. It was confirmed that temperature characteristics were obtained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an anodic bonding apparatus used in manufacturing a head in an ink jet printer will be described. FIG. 1 shows a glass substrate 10 to be anodically bonded by this apparatus and a cavity plate 11 made of silicon Si. A groove 10a is formed in the glass substrate 10, and an electrode for driving the ink jet head is provided on the bottom wall. Grooves 11 a and the like are formed in the cavity plate 11, and an electrostatic actuator (vibration plate and electrode) for discharging ink is formed by bonding the cavity plate 11 on the glass substrate 10. A lid substrate (not shown) is further bonded onto the cavity plate 11 to form a nozzle, an ink chamber, and an ink path.
[0016]
The glass substrate 10 and the cavity plate 11 are aligned and overlapped with high accuracy, and are mounted on an anodic bonding apparatus in a state of being placed in a predetermined jig 20 as shown in FIG. The jig 20 includes a pair of rectangular metal plates 21 and 22 sandwiching the glass substrate 10 and the cavity plate 11 in an overlapped state, and is fixed to each other by insulating fastening members 23 provided at the four corners. .
[0017]
The jig 20 maintains the alignment of the glass substrate 10 and the cavity plate 11 with high accuracy. The opposing surfaces of the metal plates 21 and 22 are in surface contact with the outer surfaces of the glass substrate 10 and the cavity plate 11, respectively. Therefore, as described later, a DC voltage applied by the anodic bonding apparatus of the present invention is applied to the metal plate. By applying to 21 and 22, it is ensured that a voltage is applied to the substrate. In this specification, the glass substrate 10 and the cavity plate 11 held by the jig 20 are collectively referred to as an assembly 25.
[0018]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an anodic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. The anodic bonding apparatus 30 has a sealed chamber 31 sealed from the outside air. The inside of the sealed chamber 31 is highly dust-free and is filled with nitrogen gas when anodic bonding is performed. A pair of upper and lower carbon heaters 32 and 33 are disposed in the sealed chamber 31 and are fixed in the sealed chamber 31 by any attachment means (not shown). Each carbon heater 32 and 33 has a substantially rectangular shape, and a predetermined interval is maintained by spacers 34 on both sides thereof. The assembly 25 which is a workpiece is placed on the lower carbon heater 32 and held between the carbon heaters 32 and 33 as shown in the figure. Although not shown in the drawing, a positioning pin protrudes from the upper surface of the lower carbon heater 32, and the assembly 25 is slid on the carbon heater 32 so that the two sides are brought into contact with the pin. By making contact, the assembly 25 is positioned.
[0019]
As shown in the figure, both poles of the AC voltage source 35 are grounded on both sides of the lower carbon heater 32, and an AC voltage is applied for heating. The carbon heaters 32 and 33 are heated to a predetermined temperature by the application of the AC voltage. At this time, the spacer 34 is preferably formed of copper or other metal having a low resistivity. The assembly 25 is heated to a predetermined temperature by heating while controlling the carbon heaters 32 and 33.
[0020]
The anodic bonding apparatus 30 further includes a DC voltage source 36 for applying a DC voltage to the assembly 25. The anode of the DC voltage source 36 is connected to the electrode terminal 37. The electrode terminal 37 is in contact with the metal plate 21 (on the cavity plate 11 side) above the assembly 25 and applies a voltage for anodic bonding thereto. On the other hand, the cathode of the DC voltage source 36 is connected to the lower carbon heater 32. As will be described in detail later, since the carbon heater 32 is coated with a conductive member, the DC voltage from the DC voltage source 36 passes through the carbon heater 32 and below the assembly 25 placed thereon. It is applied to the metal plate 22. In this way, a DC voltage of several hundred volts is applied to both metal plates of the assembly 25 and is applied between the glass substrate 10 and the cavity plate 11 held therebetween. In one embodiment, anodic bonding of the glass substrate 10 and the cavity plate 11 was performed by applying a DC voltage of 800 V for 5 minutes in a nitrogen atmosphere having a temperature of about 340 ° C.
[0021]
FIG. 4 shows the external shape of a carbon heater (32 or 33) used in the anodic bonding apparatus 30. The carbon heater 40 has a substantially rectangular shape when seen in a plan view, and its four corners are largely cut off. In the figure, the hatched regions 40 a on both sides indicate the grounding region of the spacer 34. That is, the spacer 34 has a trapezoidal cross section along the hatched area 40a, and the end surface thereof is brought into surface contact with the spacer 34 during assembly. In one embodiment, the outer dimensions of the carbon heater 40 are width 340 × depth 220 × thickness 6.5 mm.
[0022]
As shown in FIG. 5B, the carbon heater 40 is formed by coating the surface of a base material 41 made of carbon with a film 42 containing 30% nickel Ni in titanium oxide TiO2. . In the example, the coating 42 was applied except for the region 40a. As will be shown in later examples, the film 42 is excellent in wear resistance, adhesion to a substrate, heat resistance, conductivity, and the like. In the anodic bonding apparatus 30, the surface of the carbon heater 40 needs to be able to withstand friction when the assembly 25 is taken in and out. Moreover, it is necessary that the material does not peel off due to repeated rapid temperature changes. Furthermore, it must be applied to the assembly 25 without reducing the applied DC voltage. The carbon heater 40 coated with the film 42 meets these requirements and enables high-quality bonding by the anodic bonding apparatus 30.
[0023]
As mentioned above, although one embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the matters shown in the embodiment, and the description of the claims and the detailed description of the invention, as well as the well-known technology Based on the above, a range in which those skilled in the art can make changes and applications thereof is included. In the anodic bonding apparatus shown in the above embodiment, a DC voltage is applied via a carbon heater, but the upper electrode terminal is configured in the same manner, and the electrode terminal is directly connected to the lower metal plate. You may make it contact. In this case, since the carbon heater does not necessarily require conductivity, a carbon film that does not contain nickel Ni may be used as the coating on the surface.
[0024]
【Example】
The inventors created two types of carbon heaters according to the present invention and measured their performance. In the experiment, titanium oxide TiO2 (Example 1) and titanium oxide TiO2 containing 30% nickel Ni (Example 2) are sprayed on the surface of a carbon substrate generally used for a carbon heater. The surface resistance, peel strength, abrasion resistance, and temperature distribution characteristics were measured.
[0025]
In addition, when the surface roughness of the sprayed coating was measured before these measurements, Ra = 4.0 to 6.0 μm and Rmax = 30 to 50 μm. For measurement of surface resistance, peel strength, wear resistance, and temperature distribution characteristics, each sample was subjected to 6 heat cycles of 450 ° C x 7h in a nitrogen atmosphere to obtain data over time. The surface resistance and peel strength were measured before and after that. The conditions of the above heat cycle are the same as or slightly severer than the conditions in which a conventional carbon coating-coated carbon heater is confirmed to have a peeled portion on the surface coating.
[0026]
Table 1 shows the measurement results of the surface resistance before and after the heat cycle.
[0027]
[Table 1]
Figure 0004147678
[0028]
As a result, in Example 1, that is, a carbon heater coated only with titanium oxide TiO2, sufficient surface resistance could not be obtained, but in Example 2, that is, titanium oxide TiO2 containing 30% nickel + Ni. Sufficient results were obtained for the purposes described above.
[0029]
Next, Table 2 shows the measurement results of peel strength. Here, the adhesive tape (900g / 20mm) was affixed on the carbon heater which applied Example 1 and Example 2, this was peeled, and the adhesiveness of a carbon base material and coating was confirmed.
[0030]
[Table 2]
Figure 0004147678
[0031]
As a result, in any of the examples, no peeling was observed before and after the heat cycle. Further, when the carbon heater was broken, the coating near the fracture surface was not peeled off. On the other hand, in the carbon heater that has been subjected to the carbon coating after the same degree of heat cycle, the surface has been discolored and many portions where the coating has peeled off have been confirmed. Moreover, the location which was partially damaged to the carbon of the base material was also confirmed. Therefore, compared with the carbon coating applied to the conventional carbon heater, the coatings of Examples 1 and 2 are excellent in adhesion between the base material and the film, and the film itself is not easily deteriorated even after repeated heat cycles. confirmed.
[0032]
Further, on the carbon heaters of Examples 1 and 2, a stainless steel plate (made of SUS), a weight of 1.0 kg, and a plate-shaped metal jig were slidably contacted to confirm the wear resistance. As a result, in any of the examples, it was confirmed that the surface coating did not wear or peel off after about 150 reciprocations. On the other hand, in the conventional carbon coating, it has been confirmed that the coating of the carbon heater partially rubs and peels in one reciprocal sliding contact.
[0033]
Table 3 is a graph obtained by measuring the temperature distribution characteristics of the conventional carbon coating and Examples 1 and 2 described above. The measurement was performed by placing a silicon wafer on each carbon heater and measuring the internal temperature.
[0034]
[Table 3]
Figure 0004147678
[0035]
From this, it was confirmed that the temperature characteristics in Examples 1 and 2 were not inferior to the conventional ones.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an anodic bonding apparatus including a carbon heater excellent in wear resistance and peel strength without impairing the original good heat conduction characteristics of the carbon heater.
[0037]
In addition, in the present invention provided with a carbon heater using a nickel oxide-containing film containing titanium oxide TiO2 as a main component, the conductivity is further improved. For example, the carbon heater is used as an electrode in anodic bonding. It can be used suitably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a glass substrate and a cavity plate that are anodically bonded by an anodic bonding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of an assembly in which a glass substrate to be anodically bonded and a cavity plate are placed in a jig.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an anodic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view and a side sectional view of a carbon heater used in the anodic bonding apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Glass substrate 11 Cavity plate 20 Jigs 21 and 22 Metal plate 23 Fastening member 25 Assembly 30 Anodic bonding device 31 Sealed chamber 32 Carbon heater 32 and 33 Carbon heater 34 Spacer 35 AC voltage source 36 DC voltage source 37 Electrode terminal 40 Carbon Heater 41 Base material 42 Coating

Claims (4)

相互の面を接触させた組立体として提供される半導体基板とガラス基板とを、接着剤を用いずに接合する陽極接合装置において、
直流電圧源と、
前記組立体の半導体基板側に前記直流電圧源からの直流電圧を印加するための第1の電極と、
前記組立体のガラス基板側に前記直流電圧源からの直流電圧を印加するための第2の電極と、
前記組立体を加熱するためのカーボンヒータであって、炭素Cを主成分とする基材の表面に、酸化チタンTiO2を主成分とする皮膜を被覆したものと、
前記カーボンヒータを加熱するために、これに交流電圧を印加する交流電圧源と、
を備えたことを特徴とする陽極接合装置。
In an anodic bonding apparatus for bonding a semiconductor substrate and a glass substrate provided as an assembly in contact with each other without using an adhesive,
A DC voltage source;
A first electrode for applying a DC voltage from the DC voltage source to the semiconductor substrate side of the assembly;
A second electrode for applying a DC voltage from the DC voltage source to the glass substrate side of the assembly;
A carbon heater for heating the assembly, wherein the surface of the base material mainly composed of carbon C is coated with a film mainly composed of titanium oxide TiO2,
An AC voltage source for applying an AC voltage to the carbon heater to heat the carbon heater;
An anodic bonding apparatus comprising:
前記カーボンヒータは、前記組立体を載置する載置面を有すると共に、その皮膜が導電性を有して、前記第1又は第2の電極の何れかとして機能することを特徴とする請求項1記載の陽極接合装置。The carbon heater has a mounting surface on which the assembly is mounted, and its film has conductivity, and functions as either the first or second electrode. 1. The anodic bonding apparatus according to 1. 前記カーボンヒータの皮膜が、ニッケルNiを含有するものであることを特徴とする請求項1又は2記載の陽極接合装置。The anodic bonding apparatus according to claim 1 or 2, wherein the film of the carbon heater contains nickel Ni. 前記カーボンヒータの皮膜における酸化チタンTiO2とニッケルNiの含有率が約7対3の割合であることを特徴とする請求項3記載の陽極接合装置。4. The anodic bonding apparatus according to claim 3, wherein the content of titanium oxide TiO2 and nickel Ni in the film of the carbon heater is about 7 to 3.
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