JP4645028B2

JP4645028B2 - 陽極接合型密閉ケース及び陽極接合型デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP4645028B2
Application number: JP2003415160A
Authority: JP
Inventors: 弘己三好; 義宏小中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: JP2005172690A

Description

本発明は、例えばガラス部材と半導体部材とを陽極接合して製造される陽極接合型密閉ケース、及び前記密閉ケース内に各種のセンサ、アクチュエータ、電子回路等を収容して製造される陽極接合型デバイスの製造方法に関する。

一般に、陽極接合型デバイスは、例えばガラス基板とシリコン基板とを陽極接合して密閉ケースを形成し、この密閉ケース内に各種のセンサ、アクチュエータ、電子回路等を収容したものであり、このようなデバイスの一例としては、角速度検出用の振動子等を密閉ケース内に収容した角速度センサが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開平１０−２０６４５５号公報特開平１０−１２２８６９号公報

この種の従来技術による角速度センサは、例えばマイクロマシニング技術等により形成された振動子を有している。そして、この振動子は、振動した状態で角速度が加わると、角速度の大きさや振動子の振幅等に応じたコリオリ力を受けて変位するため、この変位量を角速度として検出する構成となっている。

この場合、センサの検出感度を高める一つの方法としては、例えば振動子を収容した密閉ケース内の圧力を真空に近い状態まで減圧し、共振周波数における振動子のＱ値（振幅）を大きくすることにより、一定の角速度に対して振動子に加わるコリオリ力を増大させる方法が知られている。

このため、従来技術では、例えばガラス基板とシリコン基板とを陽極接合する前に、密閉ケースの内部となる位置に金属材料等の酸素吸収部材（ゲッタ）を予め取付けておき、このゲッタによって陽極接合するときに発生する酸素等を吸収することにより、密閉ケース内の真空度を高める構成としている。

また、他の従来技術としては、ガラス基板とシリコン基板とを陽極接合した後に、例えばＹＡＧレーザ等のレーザ光線をシリコン基板の一部に照射し、この照射部位をゲッタとして機能させることにより、密閉ケース内の酸素を吸収させる方法がある（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−１３３８１５号公報

ところで、上述した特許文献１，２の従来技術では、密閉ケース内にゲッタを設ける構成としている。しかし、この場合には、密閉ケース内にゲッタの配置スペースを設ける必要があるため、その分だけケースが大きくなり、センサを小型化するのが難しいという問題がある。

また、これらの従来技術では、ガラス基板を加工してゲッタの配置スペースを形成したり、この部位にゲッタとなる金属膜等を形成しなければならず、これによってセンサの構造や製造工程が複雑化し、生産性が低下し易い。

一方、特許文献３の従来技術では、例えばセンサの製造ライン等において、個々のセンサ毎にレーザの照射を行う必要があり、このような余分な工程が増えることによって製造工程の複雑化やコストアップを招くという問題がある。

さらに、密閉ケース内を高い真空状態とした場合には、ケース内の圧力が僅かに異なるだけでも振動子のＱ値に大きな差異が生じるため、センサの製造ライン等では、各密閉ケースの圧力を高い精度で揃えない限り、センサ毎にＱ値や検出感度がばらつき易くなる。このため、密閉ケース内の圧力は真空に対して適度な大きさに設定し、Ｑ値のばらつきを抑えるようにした方が好ましい。

しかし、上述した特許文献１〜３の従来技術では、例えばセンサを製造した後にも、密閉ケース内に配置されたゲッタ（シリコン）が酸素を吸収し続け、ケース内の圧力が徐々に低下して振動子のＱ値が変動することがある。このため、センサの検出感度が時間の経過に伴って変化し易くなり、信頼性が低下するという問題もある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ゲッタ等の特別な構造を設けなくても密閉空間内を容易に減圧でき、その分だけ小型化を促進できると共に、製造工程を簡略化して生産性を向上できるようにした陽極接合型密閉ケース及び陽極接合型デバイスの製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、密閉空間内の圧力を適切な大きさに設定でき、設定した圧力を長期間にわたって安定的に保持できると共に、性能等の経時的な変化を抑えて信頼性を向上できるようにした陽極接合型密閉ケース及び陽極接合型デバイスの製造方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明に係る陽極接合型密閉ケースの製造方法は、半導体部材の一面側に第１のガラス部材を陽極接合した後に、減圧雰囲気中で前記半導体部材のうち該第１のガラス部材と反対側の他側面に第２のガラス部材を陽極接合することによりガラス部材／半導体部材／ガラス部材の３層構造に囲まれた密閉空間を形成し、前記第１，第２のガラス部材と半導体部材とを前記第１，第２のガラス部材の歪み点温度よりも低い温度で加熱したときに、加熱時間に応じて密閉容器内の圧力が双曲線的に低下するのを利用して、所望の圧力となるように加熱温度と加熱時間とを制御し、陽極接合するときに前記密閉空間内に発生した残留ガスを除去する構成としている。

一方、請求項２の発明では、半導体部材の一面側に第１のガラス部材を陽極接合した後に、減圧状態に設定した圧力設定ガスの雰囲気中で前記半導体部材のうち該第１のガラス部材と反対側の他側面に第２のガラス部材を陽極接合することによりガラス部材／半導体部材／ガラス部材の３層構造に囲まれて前記圧力設定ガスが封入された密閉空間を形成し、前記第１，第２のガラス部材と半導体部材とを前記第１，第２のガラス部材の歪み点温度よりも低い温度で加熱したときに、加熱時間に応じて密閉容器内の圧力が双曲線的に低下するのを利用して、所望の圧力となるように加熱温度と加熱時間とを制御し、陽極接合するときに前記密閉空間内に発生した残留ガスを除去する構成としている。

また、請求項３の発明に係る陽極接合型デバイスの製造方法は、半導体部材の一面側に第１のガラス部材を陽極接合し、前記半導体基板に減圧雰囲気中で振動する振動子を形成した後に、減圧状態に設定した圧力設定ガスの雰囲気中で前記半導体部材のうち該第１のガラス部材と反対側の他側面に第２のガラス部材を陽極接合することによりガラス部材／半導体部材／ガラス部材の３層構造に囲まれて前記振動子と圧力設定ガスとが封入された密閉空間を形成し、前記第１，第２のガラス部材と半導体部材とを前記第１，第２のガラス部材の歪み点温度よりも低い温度で加熱したときに、加熱時間に応じて密閉容器内の圧力が双曲線的に低下するのを利用して、所望の圧力となるように加熱温度と加熱時間とを制御し、陽極接合するときに前記密閉空間内に発生した残留ガスを除去する構成としている。

請求項１の発明によれば、半導体部材の一面側に第１のガラス部材を陽極接合した後に、減圧雰囲気中で半導体部材のうち該第１のガラス部材と反対側の他側面に第２のガラス部材を陽極接合することにより、ガラス部材／半導体部材／ガラス部材の３層構造に囲まれた密閉空間を形成する。そして、第２のガラス部材と半導体部材とを陽極接合した後に加熱することにより、陽極接合するときに密閉空間内に発生した残留ガスを確実に除去でき、残留ガスの圧力を容易に低減することができる。また、この加熱処理をガラス部材の歪み点温度よりも低温で行うことにより、ガラス部材に歪みが生じるのを防止することができる。

これにより、従来技術のようにゲッタ等の特別な構造を設けなくても、密閉空間内を真空に近い状態まで容易に減圧でき、減圧雰囲気中で作動する各種の部品等を密閉空間内に安定的に収容できると共に、ゲッタ等を配置しない分だけ密閉ケースのサイズを小型化することができる。また、例えばゲッタ及びその配置部位等を形成する工程や、レーザ照射を行う工程等が不要となるので、密閉ケースの製造工程を簡略化でき、生産性を向上させることができる。

また、第２のガラス部材と半導体部材とを陽極接合した後に加熱すると、加熱時間に応じて密閉容器内の圧力が双曲線的に低下する。このため、このような加熱温度及び加熱時間と、密閉空間内の圧力との関係を表す特性データ等を予め求めておくことにより、この特性データ等に基づいて加熱の温度と時間とを制御することができる。これにより、例えば密閉空間内に配置する部品の特性等に応じて空間内の圧力を適切に調整でき、この調整を高い精度で行うことができる。

また、請求項２の発明によれば、例えば第１，第２のガラス部材と半導体部材に対して不活性なガスを圧力設定ガスとして用意し、半導体部材の一面側に第１のガラス部材を陽極接合した後に、所望の減圧状態に設定した圧力設定ガスの雰囲気中で半導体部材のうち第１のガラス部材と反対側の他側面に第２のガラス部材を陽極接合することができる。これにより、ガラス部材／半導体部材／ガラス部材の３層構造に囲まれて、圧力設定ガスと共に各種の部品等が封入された密閉空間を形成することができる。

そして、これらの部材を陽極接合後に加熱することにより、圧力設定ガスの分圧に影響を与えることなく、陽極接合するときに密閉空間内に発生した残留ガスだけを選択的に除去して密閉空間内を減圧できると共に、このときに第１，第２のガラス部材の歪み等を防止することができる。これにより、密閉空間内を真空に近い状態まで容易に減圧でき、ゲッタ等の構造を省略して密閉ケースを小型化できると共に、製造工程を簡略化して生産性を向上させることができる。

この場合、加熱時間に応じて密閉容器内の圧力が双曲線的に低下するから、このような特性データを利用して陽極接合後の加熱時間を適切に設定することができる。これにより、例えば密閉空間内の圧力を圧力設定ガスの設定圧（分圧）とほぼ等しくすることができ、陽極接合を行う前に圧力設定ガスを所望の圧力に設定しておくだけで、密閉空間内の圧力を高い精度で調整することができる。

しかも、この状態で密閉空間内には、圧力設定ガス以外のガス成分が殆ど存在しなくなるので、例えば密閉ケースが製造後に高温状態に晒された場合でも、残留ガス等のガス成分が半導体部材やガラス部材と反応したり、このガス成分がガラス部材を介して密閉空間の外部に透過することによって密閉空間内の圧力が変化するのを確実に防止することができる。

これにより、製造時に設定した圧力を長期間にわたって安定的に保持でき、密閉空間内に収容した部品等を一定の圧力条件下で円滑に作動させることができる。従って、密閉ケースの真空度や部品の性能等が経時的に低下するのを抑えることができ、信頼性を高めることができる。

また、請求項３の発明によれば、請求項２に係る発明の場合とほぼ同様に、例えば密閉空間内の圧力を真空に近い低圧状態で圧力設定ガスの設定圧とほぼ等しくすることができ、その圧力値を高い精度で調整することができる。

そして、密閉空間内には、圧力設定ガス以外のガス成分が殆ど存在しなくなるので、例えばデバイスが製造後に高温状態に晒された場合でも、製造時に設定した圧力を長期間にわたって安定的に保持でき、密閉空間内に収容した振動子のＱ値等が時間の経過に伴って変動するのを確実に防止することができる。

これにより、振動子の振動状態を安定させることができ、振動子を用いた検出動作の感度等を高め、信頼性を向上させることができる。そして、ゲッタ等の特別な構造を設ける必要がないから、デバイスの小型化、製造工程の簡略化等を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態による陽極接合型デバイスの製造方法を、添付図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１ないし図１１は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、陽極接合型デバイスとして角速度センサを例に挙げて述べる。

図中、１は本実施の形態による製造方法が適用される角速度センサで、該角速度センサ１は、図１、図２に示す如く、後述の密閉ケース２と、振動子６、駆動電極９，１０、検出電極１１とにより大略構成されている。また、角速度センサ１は、後述の如くガラス部材としてのガラス板１５，１６と、半導体部材としてのシリコンウェハ１７とを陽極接合することにより形成されている。

そして、角速度センサ１は、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向のうち、例えば振動子６をＸ軸方向に振動させた状態で、振動子６がＹ軸周りの角速度Ωに応じてＺ軸方向に変位することにより、この変位量を角速度Ωとして検出するものである。

２は角速度センサ１の外殻を構成する密閉ケースを示し、該密閉ケース２は、後述の基板３、外枠４及び蓋板１２によって構成され、基板３と蓋板１２との間に外枠４が陽極接合されたガラス／シリコン／ガラス型の３層構造をなしている。この場合、密閉ケース２は、基板３と外枠４とによりシリコン材料を含んで形成された支持部材２Ａを、ガラス材料からなる封止部材としての蓋板１２によって封止したものである。

３は密閉ケース２の一部を構成する基板で、該基板３は、例えばほう珪酸ガラス等のガラス材料からなり、その歪み点の温度は、例えば５００〜６００℃程度に形成されている。また、基板３は、後述のガラス板１５を切断することにより四角形の平板状に形成され、その中央には凹部３Ａが設けられている。

４は基板３の周縁部位に設けられた外枠を示し、該外枠４は、例えば四角形の枠状に形成され、後述の振動子支持部５及び電極支持部８と一緒に基板３に陽極接合されている。また、外枠４と、その内側に配置された振動子支持部５、振動子６、支持梁７、電極支持部８、駆動電極９，１０とは、後述のシリコンウェハ１７にエッチング加工等を施すことにより、低抵抗な導電性材料として形成されている。

５は基板３に設けられた例えば２箇所の振動子支持部で、該各振動子支持部５は、振動子６を挟んでＹ軸方向の両側に配置されている。

６は各振動子支持部５の間に配置された平板状の振動子で、該振動子６は、後述の如く減圧された密閉空間１３内で振動し、その振動状態等に応じた検出感度をもって角速度Ωの検出動作を行うものである。

ここで、振動子６は、各振動子支持部５との間に設けられた例えば４本の支持梁７により支持され、これらの支持梁７が撓み変形することによってＸ軸方向及びＺ軸方向に振動（変位）する。この場合、振動子６、支持梁７、可動側駆動電極１０等は、基板３及び蓋板１２の凹部３Ａ，１２Ａ間に配置され、両側の基板３と蓋板１２とから離間している。

８は基板３に設けられた例えば２箇所の電極支持部で、該各電極支持部８は、振動子６を挟んでＸ軸方向の両側に配置され、その側面部には、振動子６に向けて突出する櫛歯状の固定側駆動電極９がそれぞれ設けられている。

１０は振動子６の左，右方向（Ｘ軸方向）の両側に設けられた櫛歯状の可動側駆動電極で、該各可動側駆動電極１０は、固定側駆動電極９とそれぞれ隙間をもって噛合している。そして、これらの駆動電極９，１０間に適切な周波数の駆動信号を印加すると、左側の駆動電極９，１０間と右側の駆動電極９，１０間に交互に静電力が発生し、振動子６がＸ軸方向に共振状態で振動する。

１１は基板３の凹部３Ａに設けられた例えば金属膜等からなる検出電極で、該検出電極１１は、図２に示す如く、振動子６とＺ軸方向の隙間をもって対向し、これらは平行平板コンデンサを構成している。

そして、振動子６が角速度ΩによってＺ軸方向に変位したときには、その変位量に応じて振動子６と検出電極１１との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化が角速度Ωとして検出される。

１２は密閉ケース２の一部を構成する蓋板を示し、該蓋板１２は、基板３とほぼ同様に、例えばほう珪酸ガラス等のガラス材料からなり、外枠４に対して基板３と反対側から陽極接合されている。そして、密閉ケース２は、これらの基板３、外枠４及び蓋板１２により囲まれて外部から封止された密閉空間１３を画成し、この密閉空間１３内には振動子６、各電極９，１０，１１等が収容されている。

また、蓋板１２には、その中央に位置して密閉空間１３に面した凹部１２Ａと、該凹部１２Ａの周囲に位置して蓋板１２を厚さ方向に貫通した例えば４個の電極形成孔１２Ｂ（２個のみ図示）とが設けられている。そして、これらの電極形成孔１２Ｂには、各振動子支持部５と各電極支持部８とをそれぞれ個別に外部に接続する引出電極１４が設けられている。

本実施の形態による角速度センサ１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、左，右の駆動電極９，１０にそれぞれ適切な周波数の駆動信号を印加すると、左側の駆動電極９，１０間と右側の駆動電極９，１０間に交互に静電力が発生し、振動子６は、各支持梁７が撓み変形することによってＸ軸方向に共振状態で振動する。

そして、この状態でセンサ１にＹ軸周り角速度Ωが加わると、振動子６には、その振幅（振動の速度）と角速度Ωの大きさ等とに応じたＺ軸方向のコリオリ力Ｆが作用し、その大きさは下記数１の式に示すようになる。

これにより、振動子６は、各支持梁７が撓み変形することによってＺ軸方向に変位し、振動子６と検出電極１１との間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化を角速度Ωとして検出することができる。

次に、図３ないし図１１を参照しつつ、角速度センサ１の製造方法について説明する。

ここで、本実施の形態では、後述のガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７とを用いて複数個の角速度センサを一緒に形成し、これを各センサ毎に切離すようにした製造方法を例に挙げて述べる。

まず、図３に示す基板・蓋板形成工程では、各センサの基板３，蓋板１２となる２枚のガラス部材として、例えばほう珪酸ガラス等のガラス材料からなる基板用ガラス板１５，蓋板用ガラス板１６を用意する。そして、これらのガラス板１５，１６には、例えばサンドブラスト法、エッチング法等の手段によって各センサの凹部１５Ａ，１６Ａ（１個のみ図示）を形成する。また、基板用ガラス板１５の各凹部１５Ａ内には検出電極１１を形成し、蓋板用ガラス板１６には複数の電極形成孔１６Ｂを形成する。

次に、図４に示す第１の接合工程では、例えば不純物イオン等を注入することにより低抵抗なシリコン材料として形成されたシリコンウェハ１７を用意する。そして、基板用ガラス板１５とシリコンウェハ１７とを衝合して両者間に電圧を印加することにより、これらを陽極接合する。

次に、図５に示す振動子形成工程では、シリコンウェハ１７の各部位にエッチング加工等を施すことにより、複数個のセンサの外枠４、振動子６、支持梁７、駆動電極９，１０等を一緒に形成する。

次に、図６に示す接合用減圧工程では、シリコンウェハ１７を陽極接合した基板用ガラス板１５と、蓋板用ガラス板１６とを減圧室１８内に配置し、この減圧室１８内を真空ポンプ１９によってほぼ真空に近い圧力まで減圧する。

そして、図７に示す第２の接合工程では、シリコンウェハ１７（各センサの外枠４）と蓋板用ガラス板１６とを衝合し、これらを前述した減圧雰囲気中で陽極接合する。これにより、ガラス板１５，１６の間には、各センサの外枠４とガラス板１５，１６とに囲まれた複数個の密閉空間１３が形成される。

このとき、密閉空間１３内には、陽極接合するときにガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７との接合部位等から発生した残留ガス（例えば酸素、水素等）が存在する。このため、密閉空間１３内の圧力は、真空に近い状態まで減圧された減圧室１８内と比較して高い圧力となる。

次に、図８に示すアニール工程（加熱工程）では、これらのガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７とを加熱しつつ、その温度と加熱時間とを制御する。この結果、後述の図１０に示すように、密閉空間１３内の残留ガスを除去することができ、アニール工程後に常温状態となったときには、残留ガスを減圧して密閉空間１３内の圧力を所望の大きさに調整することができる。

ここで、加熱により減圧効果が得られるメカニズムとしては、例えば陽極接合で生じた酸素がシリコンウェハ１７に吸着される現象、または陽極接合で生じた水素が高温状態のガラス板１５，１６を介して外部に透過し易くなる現象等が考えられるものの、現状では明確となっていない。しかし、本発明者等が鋭意検討した結果、アニール工程を行うことにより、密閉空間１３内の圧力が例えば図１０に示すような一定の特性をもって減圧されることは確認できた。

また、アニール工程の加熱温度及び加熱時間について述べると、まず加熱温度は、ガラス板１５，１６の歪み点（軟化点）の温度よりも低い温度に設定する。即ち、ガラス板１５，１６の歪み点が５００〜６００℃である場合には、例えば加熱温度を２００〜４００℃、好ましくは３００℃程度に設定する。これにより、ガラス板１５，１６に歪みが生じるのを防止することができる。

また、例えば加熱温度を約３００℃に設定した場合において、密閉空間１３内の圧力と加熱時間との関係を実験等により求めると、図１０に示す特性線のようになった。この図から判るように、密閉空間１３内の圧力は、第２の接合工程が終了した時点で例えば３００〜４００Ｐａ程度の比較的高い圧力となっているが、アニール工程の加熱時間が長くなるに従って双曲線的に低下し、例えば加熱時間が１００時間に近くなると、真空に近い低圧状態となる。

しかし、密閉空間１３内の圧力を極端に低くした場合には、図１１に示す如く、振動子６の機械的なＱ値が圧力に応じて大きく増減するようになるため、複数個のセンサ間で圧力が僅かに異なるだけでもＱ値がばらつき易くなる。

そこで、本実施の形態では、アニール工程の加熱時間を、例えば４０〜６０時間、好ましくは５０時間程度に設定している。この結果、密閉空間１３内の圧力を、例えば１００Ｐａよりも少し小さい程度の適切な圧力値に調整でき、この圧力値では、図１１に示すＱ値の特性線の傾きが比較的緩やかな範囲内で、Ｑ値を十分に大きな値（例えば４０００程度）に設定することができる。

これにより、振動子６を効率よく共振させて振幅を大きくしつつ、各センサ間でＱ値のばらつきを抑えることができ、角速度を高い検出感度で安定的に検出することができる。このように、アニール工程では、加熱温度と加熱時間とを制御することにより、例えば図１０に示す特性線等に基づいて、密閉空間１３内の圧力を正確に調整することができる。

次に、図９に示す切断工程では、蓋板用ガラス板１６の各電極形成孔１６Ｂに引出電極１４を形成し、ガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７とを各センサ毎に切断することにより、複数個の角速度センサ１を一緒に形成することができる。

かくして、本実施の形態によれば、ガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７（外枠４）とを減圧雰囲気中で陽極接合して密閉空間１３を形成した後に、これらをガラス板１５，１６の歪み点温度よりも低い温度で加熱する構成としたので、アニール工程では、第２の接合工程で密閉空間１３内に発生した残留ガスを確実に除去でき、残留ガスの圧力を容易に低減できると共に、この工程でガラス板１５，１６に歪みが生じるのを防止することができる。

これにより、従来技術のようにゲッタ等の特別な構造を設けなくても、密閉空間１３内を真空に近い状態まで容易に減圧でき、振動子６等の部品を密閉空間１３内に安定的に収容できると共に、ゲッタ等を配置しない分だけ密閉ケース２のサイズを小型化することができる。また、例えばゲッタ及びその配置部位等の形成工程や、シリコン材料にレーザ照射を行う工程等が不要となるので、密閉ケース２の製造工程を簡略化でき、生産性を向上させることができる。

この場合、アニール工程の加熱温度と加熱時間とを制御することにより、密閉空間１３内の圧力を調整するようにしたので、例えば加熱温度、加熱時間と密閉空間１３内の圧力との関係を表す特性データ（図１０）等を予め求めておくことにより、この特性データ等に基づいて加熱の温度と時間とを制御することができる。

これにより、振動子６が所望のＱ値をもつように密閉空間１３内の圧力を適切に調整でき、この調整を高い精度で行うことができる。従って、角速度センサ１の検出感度を高めつつ、Ｑ値のばらつきを抑えて安定した検出動作を行うことができる。

次に、図１２ないし図１６は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ガラス部材と半導体部材とを圧力設定ガスの雰囲気中で陽極接合する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

ここで、本実施の形態による角速度センサ１の製造方法は、第１の実施の形態とほぼ同様の基板・蓋板形成工程、第１の接合工程及び振動子形成工程を行った後に、後述の圧力設定ガス供給工程、第２の接合工程及びアニール工程を行い、最後に切断工程を行う構成としている。

この場合、圧力設定ガス供給工程では、図１２に示す如く、まずシリコンウェハ１７を陽極接合した基板用ガラス板１５と、蓋板用ガラス板１６とを減圧室２１内に配置する。そして、減圧室２１内を真空ポンプ２２によって真空に近い状態まで一旦減圧した後に、ガス供給源２３によって圧力設定ガス２４を減圧室２１内に供給し、その圧力（分圧）を減圧状態となる所定の大きさに設定する。

この圧力設定ガス２４としては、ガラス板１５，１６及びシリコンウェハ１７に対して化学的に不活性なガスが用いられ、具体的には、例えば窒素、二酸化炭素等の安定的なガスや、アルゴン等の不活性ガス、またはこれらの混合ガス等が使用されている。また、減圧室２１内に供給された圧力設定ガス２４の圧力は、例えば１０〜１５０Ｐａ程度の比較的低い圧力に設定されている。

次に、第２の接合工程では、図１３に示す如く、シリコンウェハ１７（各センサの外枠４）と蓋板用ガラス板１６とを圧力設定ガス２４の雰囲気中で衝合し、これらを陽極接合することにより、振動子６が圧力設定ガス２４と一緒に封入された密閉空間１３′を形成する。

このとき、密閉空間１３′内には、圧力設定ガス２４だけでなく、陽極接合するときにガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７との接合部位等から発生した残留ガスが存在するため、これらの混合ガスにより生じる密閉空間１３′内の圧力は、圧力設定ガス２４だけの設定圧（分圧）と比較して高い圧力となる。

次に、アニール工程では、図１４に示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、ガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７とを加熱する。このときの加熱温度は、例えば２００〜４００℃、好ましくは３００℃程度に設定し、加熱時間は、例えば４０〜６０時間、好ましくは５０時間程度に設定する。

これにより、アニール工程後に常温状態となったときには、密閉空間１３´内の圧力設定ガス２４が加熱前と同じ分圧を保持するのに対し、陽極接合するときに発生した残留ガスは加熱により除去され、その分圧が低下する。このため、密閉空間１３´内の圧力は、例えば図１５に示すようにアニール工程の加熱時間が長くなるに従って双曲線的に低下し、その圧力値を圧力設定ガス２４の分圧に徐々に近付けることができる。この場合、図１５中に記載した２つの特性線は、例えば圧力設定ガス２４として窒素ガスを用い、その設定圧を５０Ｐａ，１００Ｐａとした場合をそれぞれ示している。

このように、本実施の形態では、アニール工程の加熱温度と加熱時間とを制御することにより、密閉空間１３′内の圧力を、圧力設定ガス２４の設定圧に対応した所定の大きさ（または設定圧とほぼ等しい大きさ）に精度よく調整することができる。

また、アニール工程を終了した状態では、不活性な圧力設定ガス２４以外のガス成分が密閉空間１３′内に殆ど存在しなくなるので、密閉空間１３′内の圧力は、例えば図１６に示すように、センサの製造後にも長期間にわたってほぼ一定値に保持される。この場合、図１６は、例えば角速度センサを８５℃程度の高温状態で放置した場合の放置時間と、密閉空間１３′内の圧力との関係を示している。そして、図１６中に実線で記載した特性線は、例えばセンサの製造時に窒素ガス等の圧力設定ガス２４を２００Ｐａ程度の圧力に設定し、この雰囲気中で密閉空間１３′を封止した場合を示し、仮想線で記載した特性線は、密閉空間１３′をほぼ真空に近い雰囲気中で封止した場合を示している。

この実線の特性線から判るように、密閉空間１３′内に不活性な圧力設定ガス２４を封入しているので、例えば角速度センサ１が製造後に高温状態に晒されたとしても、密閉空間１３′内のガス成分が基板３、蓋板１２等のガラス材料や振動体６等のシリコン材料と反応して空間１３′内の圧力が変化するのを確実に防止することができる。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、圧力設定ガス２４を用いる構成としたので、第２の接合工程では、ガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７とを所望の減圧状態に設定した圧力設定ガス２４の雰囲気中で陽極接合でき、圧力設定ガス２４と共に振動子６等が封入された密閉空間１３′を形成することができる。

そして、アニール工程では、圧力設定ガス２４の分圧に影響を与えることなく、陽極接合するときに密閉空間１３′内に発生した残留ガスだけを選択的に除去して減圧することができる。これにより、密閉空間１３′内を真空に近い状態まで容易に減圧でき、ゲッタ等の構造を省略して密閉ケース２を小型化できると共に、製造工程を簡略化して生産性を向上させることができる。

この場合、アニール工程の加熱時間を適切に設定することにより、密閉空間１３′内の圧力を圧力設定ガス２４の設定圧とほぼ等しくすることができ、第２の接合工程を行う前に圧力設定ガス２４を所望の圧力に設定しておくだけで、密閉空間１３内の圧力を高い精度で調整することができる。

しかも、この状態で密閉空間１３′内には、不活性な圧力設定ガス２４以外のガス成分が殆ど存在しなくなるので、例えば角速度センサ１が製造後に高温状態に晒された場合でも、残留ガスの化学反応等により密閉ケース２の真空度が経時的に低下するのを抑えることができる。

これにより、製造時に設定した密閉空間１３′の圧力を長期間にわたって安定的に保持でき、振動子６のＱ値等が時間の経過に伴って変動するのを確実に防止することができる。従って、振動子６の振動状態を安定化できると共に、角速度の検出感度等を高め、信頼性を向上させることができる。

なお、実施の形態では、半導体部材としてのシリコンウェハ１７を加工することにより、蓋板用ガラス板１６と陽極接合する外枠４と、密閉空間１３，１３´内に封入する振動子６とを一緒に形成する場合を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば半導体部材と振動子とを別個の部品として形成し、陽極接合を行うときにガラス部材と半導体部材との間に振動子を配置する構成としてもよい。

また、実施の形態では、アニール工程を行った後に引出電極１４を形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば引出電極１４を形成した後に、アニール工程を行う構成としてもよい。

また、実施の形態では、ガラス板１５，１６とシリコンウェハ１７からなる板状の材料同士を陽極接合する場合を例に挙げて述べた。しかし、本発明は板状の材料に限らず、任意の形状をなすガラス部材と半導体部材とを接合する場合に適用することができる。

また、実施の形態では、陽極接合型デバイスとして角速度センサを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、各種のセンサ、アクチュエータ、電子回路等に適用できるものであり、例えば可動部の変位により加速度を検出する加速度センサや、静電力により可動部を駆動する静電駆動型アクチュエータ、またはアクチュエータにより光ファイバの光路を切換える光スイッチ等に適用してもよい。さらに、本発明は、可動部品に限らず、各種の電子部品、電子回路等を密閉ケース内に収容する構成としてもよい。

本発明の第１の実施の形態による製造方法が適用される角速度センサを封止する前の状態で示す斜視図である。角速度センサを図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。基板・蓋板形成工程により基板用ガラス板と蓋板用ガラス板とを形成した状態を示す断面図である。第１の接合工程により基板用ガラス板にシリコンウェハを陽極接合した状態を示す断面図である。振動子形成工程によりシリコンウェハを用いて各センサの外枠、振動子、支持梁、駆動電極等を形成した状態を示す断面図である。接合用減圧工程で減圧室内に各ガラス板とシリコンウェハとを配置した状態を示す断面図である。第２の接合工程により各センサの外枠に蓋板用ガラス板を陽極接合し、密閉空間を形成した状態を示す断面図である。アニール工程により密閉空間内の残留ガスを減圧する状態を示す断面図である。切断工程により各ガラス板、外枠等を各センサ毎に切離した状態を示す断面図である。アニール工程の加熱時間と密閉空間内の圧力との関係を示す特性線図である。密閉空間内の圧力と振動子の機械的なＱ値との関係を示す特性線図である。本発明の第２の実施の形態による製造方法の圧力設定ガス供給工程を示す断面図である。第２の接合工程を圧力設定ガスの雰囲気中で行う状態を示す断面図である。アニール工程により圧力設定ガスを除いて密閉空間内の残留ガスを減圧する状態を示す断面図である。圧力設定ガスの設定圧が異なる２つの場合について、アニール工程の加熱時間と密閉空間内の圧力との関係を示す特性線図である。角速度センサを高温状態で放置した場合の放置時間と振動子のＱ値との関係を示す特性線図である。

符号の説明

１角速度センサ（陽極接合型デバイス）
２密閉ケース
３基板
４外枠
５振動子支持部
６振動子
７支持梁
８電極支持部
９固定側駆動電極
１０可動側駆動電極
１１検出電極
１２蓋板
１３，１３′ 密閉空間
１４引出電極
１５，１６ガラス板（ガラス部材）
１７シリコンウェハ（半導体部材）
２４圧力設定ガス

Claims

半導体部材の一面側に第１のガラス部材を陽極接合した後に、減圧雰囲気中で前記半導体部材のうち該第１のガラス部材と反対側の他側面に第２のガラス部材を陽極接合することによりガラス部材／半導体部材／ガラス部材の３層構造に囲まれた密閉空間を形成し、
前記第１，第２のガラス部材と半導体部材とを前記第１，第２のガラス部材の歪み点温度よりも低い温度で加熱したときに、加熱時間に応じて密閉容器内の圧力が双曲線的に低下するのを利用して、所望の圧力となるように加熱温度と加熱時間とを制御し、陽極接合するときに前記密閉空間内に発生した残留ガスを除去する構成としてなる陽極接合型密閉ケースの製造方法。
半導体部材の一面側に第１のガラス部材を陽極接合した後に、減圧状態に設定した圧力設定ガスの雰囲気中で前記半導体部材のうち該第１のガラス部材と反対側の他側面に第２のガラス部材を陽極接合することによりガラス部材／半導体部材／ガラス部材の３層構造に囲まれて前記圧力設定ガスが封入された密閉空間を形成し、
前記第１，第２のガラス部材と半導体部材とを前記第１，第２のガラス部材の歪み点温度よりも低い温度で加熱したときに、加熱時間に応じて密閉容器内の圧力が双曲線的に低下するのを利用して、所望の圧力となるように加熱温度と加熱時間とを制御し、陽極接合するときに前記密閉空間内に発生した残留ガスを除去する構成としてなる陽極接合型密閉ケースの製造方法。
半導体部材の一面側に第１のガラス部材を陽極接合し、前記半導体基板に減圧雰囲気中で振動する振動子を形成した後に、減圧状態に設定した圧力設定ガスの雰囲気中で前記半導体部材のうち該第１のガラス部材と反対側の他側面に第２のガラス部材を陽極接合することによりガラス部材／半導体部材／ガラス部材の３層構造に囲まれて前記振動子と圧力設定ガスとが封入された密閉空間を形成し、
前記第１，第２のガラス部材と半導体部材とを前記第１，第２のガラス部材の歪み点温度よりも低い温度で加熱したときに、加熱時間に応じて密閉容器内の圧力が双曲線的に低下するのを利用して、所望の圧力となるように加熱温度と加熱時間とを制御し、陽極接合するときに前記密閉空間内に発生した残留ガスを除去する構成としてなる陽極接合型密閉ケースの製造方法。