JP5557833B2 - 陽極接合方法、陽極接合治具、および陽極接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、陽極接合方法、陽極接合治具、および陽極接合装置に関する。

従来、センサーや圧電振動子等の製造において、複数の基板が接合されて基板の間にキャビティが形成されたパッケージを有するパッケージ製品が知られている。
このようなパッケージ製品におけるパッケージおよびその製造方法として、例えば特許文献１には、基板を重ね合わせて接合することによって製造されるパッケージが記載されている。この特許文献１に記載のパッケージによれば、パッケージの空間内を気密に封止することができる。

また、特許文献１には、基板を接合する方法として陽極接合法が開示されており、接合層としてアルミニウム、チタン、タンタル、シリコン等の金属あるいは半導体を使用できることが記載されている。

ここで、上記のように陽極接合される基板が互いに位置合わせされて基台に配置され、その後に陽極接合治具が配置されると、基板同士の位置関係にズレが生じることがある。
従来の陽極接合治具では、基板上のアラインメントマークに基づいて位置合わせがされていたが、アラインメントマークに基づいて正確に重ね合わせられたあと、加圧が開始されるまでの間はアラインメントマークが隠れてしまうため、上述のズレを把握する手段はなく、ズレが残ったまま陽極接合が行われていた。したがって許容範囲を超えたズレが生じた際に当該基板上に形成された製品がすべて不良品になってしまう恐れがあった。

このような問題に対して、陽極接合治具の表裏を貫通するように形成された孔を有するものが考えられている。例えば陽極接合治具に設けられた孔を介してアラインメントマークの位置を把握することができ、陽極接合治具を配置したあとにも陽極接合される基板に生じるズレを修正することができるとされている。
特許第３６２１４３５号公報

しかしながら、上記のように孔を設けてアラインメントマークの位置を合わせる従来の陽極接合治具であっても、基板に対して均等に圧力をかける必要があるために孔の大きさには限度があり、アラインメントマークの位置を孔に合わせるために手間がかかるという問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その第一の目的は、陽極接合の工程における基板同士の位置のずれを容易に修正できる陽極接合方法の提供を図ることにある。
また、本発明の第二の目的は、陽極接合される基板の位置決めを容易にできる陽極接合治具、および陽極接合装置の提供を図ることにある。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の陽極接合方法は、第一基板と第二基板とを陽極接合させる陽極接合方法であって、前記第一基板と前記第二基板とを重ね合わせ、平面を有する基台の前記平面に前記第一基板と前記第二基板とのうち陰極となる方の面を接触させて配置する基板配置工程と、前記基板配置工程に続いて、前記第一基板と前記第二基板とのうち陽極となる方の面と接触するように、可視光線が透過可能な材料からなる視認部を有する陽極接合治具を接触させて配置する治具配置工程と、前記第一基板と前記第二基板とのそれぞれに設けられた一対のマークが所定の位置関係にとなるように、前記視認部を透過する可視光線に基づいて前記第一基板と前記第二基板との相対的な位置関係を調整するアラインメント工程と、前記基台と前記陽極接合治具とを互いに近接させる方向へ加圧し、前記第一基板および前記第二基板を挟み込む加圧工程と、前記第一基板と前記第二基板との間に直流電圧を印加する印加工程とを備えることを特徴としている。

この発明によれば、使用者は陽極接合治具の視認部において可視光線が透過可能な材料を通して一対のマークを識別することができる。このため、アラインメント工程では視認部を透過する可視光線に基づいて一対のマークが所定の位置関係になるように第一基板と第二基板との相対位置を合わせることができる。また、加圧工程においては視認部においても第一基板と第二基板とに所定の圧力をかけることができるので加圧のムラを抑制できる。

また、本発明の陽極接合方法は、前記アラインメント工程が、前記一対のマークと視認部とが前記視認部の厚さ方向に重畳するように前記第一基板および前記第二基板の位置を前記基台に対して調整する粗調整工程と、前記粗調整工程に続いて前記一対のマークが所定の位置関係になるように前記第一基板と前記第二基板との相対位置を調整する微調整工程とを有することが好ましい。
この場合、粗調整工程では一対のマークが視認部を介して把握できる位置に配置され、続いて一対のマークの相対位置を所定の位置関係にする。このため、治具配置工程において第一基板と第二基板との位置がずれた際にアラインメント工程において容易に位置関係を修正することができる。

本発明の陽極接合治具は、第一基板と第二基板とを陽極接合させる際に用いる陽極接合治具であって、第一面と第二面とを有する本体と、前記第一面及び前記第二面の少なくとも一部に設けられ前記第一基板と前記第二基板とのうち陽極となる方の面に密着可能な平滑面と、前記平滑面の少なくとも一部に設けられ可視光線を前記第一面と前記第二面との間で透過可能な材料からなる視認部とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、陽極接合において陽極となる方の基板には陽極接合治具の平滑面が接触する。また、視認部が平滑面の一部に設けられているので、視認部を透過する可視光線に基づいて第一基板と第二基板との位置関係を把握できる。したがって、第一基板と第二基板との位置決めを容易にできるとともに陽極接合治具を介して第一基板と第二基板とにかけられる力が均等に分散される。

また、本発明の陽極接合治具は、前記平滑面が前記第一面と前記第二面とのそれぞれに設けられていることが好ましい。
この場合、陽極接合治具の面がともに平滑であるので両面とも陽極となる面に接触させるために使用することができる。

また、本発明の陽極接合治具は、前記本体が硬質ガラスによって一体成形されていることが好ましい。
この場合、陽極接合治具全体が硬質ガラスによって一体成形されているので、均一な素材で視認部と他の部分とが構成されている。したがって、陽極接合によって温度や圧力がかけられた際に応力が特定箇所へ集中すること抑制されている。さらに、可視光線を透過可能な視認部を陽極接合治具の全体にすることができる。このため、第一基板と第二基板との位置決めがさらに容易になる。

また、本発明の陽極接合治具は、前記本体が石英ガラスによって一体成形されていることが好ましい。
この場合、石英ガラスが採用されているので透明度が高く、かつ陽極接合において陽極接合治具が加熱された際にも陽極接合治具が軟化されにくい。
い。

また、本発明の陽極接合治具は、前記本体が少なくとも前記平滑面の一部を含む位置に切欠を有することが好ましい。
この場合、切欠から露出された陽極には電気接点が接続できるので陽極接合が容易になる。

本発明の陽極接合装置は、第一基板と第二基板とを陽極接合させる陽極接合装置であって、本発明の陽極接合治具と、前記第一基板と前記第二基板とのうち陰極となる方の面が配置される平面を有する基台と、前記第一基板と前記第二基板とに電気的に接続されて前記第一基板と前記第二基板との間で直流電圧を印加する電源部と、前記基台と前記陽極接合治具とを近接させる方向に加圧する加圧部とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、視認部を介して第一基板と第二基板との位置を容易に調整でき、第一基板と第二基板との位置が正確に位置決めされた状態で陽極接合がなされるので、陽極接合の精度を高めることができる。

本発明の陽極接合方法、陽極接合治具、および陽極接合装置によれば、可視光線を透過可能な材料からなる視認部が設けられているので陽極接合の工程における基板同士の位置のずれを容易に修正できる。
また、本発明の陽極接合装置によれば、陽極接合における位置ずれが低減されているので陽極接合の精度が高められており、陽極接合された製品の歩留まりが向上する。

図１は本発明の一実施形態の陽極接合治具および陽極接合装置を模式的に示す側面図である。 図２は同陽極接合治具および陽極接合装置の一部の構成を示す平面図である。 図３は同陽極接合治具および陽極接合装置の作用を説明するための斜視図である。 図４は同陽極接合治具および陽極接合装置の使用時の一過程を示す平面図である。 図５は同陽極接合治具および陽極接合装置の使用時の一過程を一部断面で示す側面図である。 図６は同陽極接合治具および陽極接合装置の使用時の一過程を示す図である。 図７は本発明の一実施形態の陽極接合方法を示すフローチャートである。 図８は同陽極接合方法の一部の工程を詳細に示すフローチャートである。 図９は図１に示す陽極接合装置の変形例を示す側面図である。

以下、本発明の１実施形態の陽極接合治具、陽極接合装置、および陽極接合方法について図１から図９を参照して説明する。
図１は、本実施形態の陽極接合装置を模式的に示す側面図である。図１に示すように、陽極接合装置１は、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とを陽極接合させるための装置である。本実施形態では、第一基板Ｂ１および第二基板Ｂ２はともにガラス系基板であり第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２との間には金属材料からなる接合膜Ｂ１１が介在されている。接合膜Ｂ１１は例えばアルミニウム等からなる薄膜であり、第一基板Ｂ１の面上で第二基板Ｂ２と対向する位置に配置されている。
また、本実施形態では、陽極接合装置１は接合膜Ｂ１１を第二基板Ｂ２に陽極接合させる。ここで、第一基板Ｂ１は陰極側の基板であり、第二基板Ｂ２は陽極側の基板である。

陽極接合装置１は、陰極となる第一基板Ｂ１に接触可能な平面２１を有する基台２０と、陽極となる第二基板Ｂ２に接触可能な陽極接合治具１０と、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とに電気的に接続されて第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２との間で直流電圧を印加する電源部３０と、基台２０と陽極接合治具１０とを近接させる方向（図１の矢印方向）に加圧する加圧部４０と、を備えている。

基台２０は平面２１を有するものであればよく、素材および形状については適宜の構成を採用することができる。
本実施形態では、電源部３０は、第一基板Ｂ１における接合膜Ｂ１１に電線３３が接続され、第二基板Ｂ２の一部に電線３２が接続されている。
また、図示していないが、陽極接合治具１０と基台２０とは第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とを挟んだ状態で第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とを支持可能である。
なお、本実施形態において図１に示す加圧部４０はナットとボルトとによって互いに近接動作されて締め付けられる構成が採用されているが、これは一構成例であって、陽極接合治具１０と基台２０との間に厚さ方向の圧縮力をかけることが可能であれば、他の構成が採用されても良い。

陽極接合治具１０は、第一面１１と第二面１３とを有する本体１０ａを有する。第一面１１は、陽極となる第二基板Ｂ２に密着可能な平滑面になっている。なお、本実施形態では平滑面は第一面１１の全面に渡って広がっているが、平滑面は第一面１１において第二基板Ｂ２に密着できるように少なくとも一部にあればよい。また陽極接合治具１０は硬質ガラスからなり、可視光線を第一面１１と第二面１３との間で透過可能になっている。さらに陽極接合治具１０は一定の厚さを有する平板状の硬質ガラスによって均質に一体成形されていることが好ましい。これは、陽極接合治具１０の製造が簡単であるとともに異なる組成を有する素材同士が接する界面が生じるのを抑制し、陽極接合治具１０に圧力がかかった際の応力集中を抑制して割れにくくするためである。なお、陽極接合治具１０は、石英ガラスからなることがより好ましい。

また、陽極接合治具１０において、その厚さ方向に可視光線を透過可能な領域は第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２との相対位置の調整を行うために視認する視認部になっている。本実施形態では陽極接合治具１０が全面が可視光線を透過可能であり、陽極接合治具１０の全体が視認部に相当している。なお、陽極接合治具１０の一部に可視光線を透過しない領域があっても構わない。

図２は、陽極接合装置１および陽極接合治具１０の一部の構成を示す平面図である。図２に示すように、陽極接合装置１において陽極接合治具１０には、陽極接合装置１に配置された第二基板Ｂ２の一部が露出される切欠１２が形成されている。切欠１２は陽極接合治具１０の周縁部の一部に形成されており、切欠１２には電線３２に接続された接点電極３１が配置されている。接点電極３１は第二基板Ｂ２に対して着脱自在に構成されている。

さらに、図２に示す平面視では、陽極接合治具１０の視認部を通じて第一基板Ｂ１および第二基板Ｂ２に設けられ互いを相対的に位置決めするための一対のアラインメントマーク（以下「マークＭ」と称する。）の位置が把握できる。
図３はマークＭおよび陽極接合治具１０の作用を示す斜視図である。図３に示すように、マークＭには、第一基板Ｂ１に設けられた第一マークＭ１と、第二基板Ｂ２に設けられた第二マークＭ２とがある。第二基板Ｂ２はガラス系基板であるため可視光線を透過可能であり、さらに陽極接合治具１０は第一面１１と第二面１３との間で可視光線を透過可能である。したがって使用者は第一マークＭ１と第二マークＭ２とが重ねあわされている状態を陽極接合治具１０を通して把握することができる。なお、第一マークＭ１は第一基板Ｂ１上において接合膜Ｂ１１のパターンＰを避けて配置されている。

以上に説明する構成の、本実施形態の陽極接合装置１および陽極接合治具１０の使用時の動作、ならびに本発明の陽極接合方法について図４から図８を参照して説明する。図４ないし図６は陽極接合治具１０および陽極接合装置１の使用時の一過程を示す図であり、図７、図８は陽極接合方法を示すフローチャートである。以下では図７および図８に示すフローチャートに沿って本実施形態における陽極接合の各工程を説明する。

図７に示すように、本実施形態では、まず、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とを陽極接合治具１０と基台２０とで挟み込む挟み込み工程Ｓ１が行われる。挟み込み工程Ｓ１には、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とを重ね合わせ、基台２０の平面２１に陰極となる第一基板Ｂ１の面を接触させて配置する基板配置工程Ｓ１１と、基板配置工程Ｓ１１に続いて、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とのうち陽極となる第二基板Ｂ２の面と接触するように陽極接合治具１０を接触させて配置する治具配置工程Ｓ１２とが含まれている。

図４は、挟み込み工程Ｓ１における陽極接合治具１０と第一基板Ｂ１および第二基板Ｂ２との位置関係を模式的に示す平面図である。なお、図４では、位置関係が分かりやすくなるように強調して図示している。図４に示すように、挟み込み工程Ｓ１においては、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とは完全には重ね合わせられておらず、図４に示す第一マークＭ１と第二マークＭ２とが平面視でずれていても構わない。

図４中の符号Ａ１およびＡ２は、本実施形態の陽極接合治具１０における視認部のうち、特にマークＭの位置合わせに用いられる領域である（以下、「領域Ａ１、領域Ａ２」と称する）。挟み込み工程Ｓ１では、マークＭが領域Ａ１、領域Ａ２にそれぞれ位置するように配置されていればよく、挟み込み工程Ｓ１の間では詳細な位置合わせをする必要はない。

続いて、図７に示すように、挟み込み工程Ｓ１に続いて第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とのそれぞれに設けられたマークＭ１、Ｍ２が所定の位置関係にとなるように、視認部のうち領域Ａ１、Ａ２を透過する可視光線に基づいて第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２との相対的な位置関係を調整するアラインメント工程Ｓ２が行われる。

図８に示すように、アラインメント工程Ｓ２は、粗調整工程Ｓ２１と、微調整工程Ｓ２２とを備えている。
粗調整工程Ｓ２１においては、マークＭが視認部のうち領域Ａ１、Ａ２と厚さ方向に重畳する程度に第一基板Ｂ１および第二基板Ｂ２の位置を基台２０に対して調整し、領域Ａ１、Ａ２の内部においてマークＭが所定の位置関係にほぼ合う程度に位置合わせを行う。これは、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とのそれぞれに形成された回路パターン等（例えば接合膜Ｂ１１のパターンＰ等）を基準にして目視で位置合わせを行うなどの手法によって行われても良い。

微調整工程Ｓ２２では、図５および図６に示すように顕微鏡１００とモニターＤとを備える顕微鏡装置を用いて第一マークＭ１と第二マークＭ２とが所定の位置関係となるように第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とそれぞれの位置を調整する。

アラインメント工程Ｓ２が完了したら、陽極接合治具１０と基台２０とが仮止めされ、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とが固定される。続いて、第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２とが陽極接合される接合工程Ｓ３が行われる。
接合工程Ｓ３では、まず図１に示す位置関係で陽極接合治具１０、第一基板Ｂ１、第二基板Ｂ２、基台２０が加圧部４０にセットされて加圧工程Ｓ３１が行われる。続いて第一基板Ｂ１の接合膜Ｂ１１に電線３３が接続され、第二基板Ｂ２に接点電極３１が接続され、電源部３０によって直流電圧が印加される。すると、陰極側である第一基板Ｂ１の接合膜Ｂ１１と陽極側である第二基板Ｂ２とが陽極接合される。

以上説明したように、本実施形態の陽極接合治具１０および陽極接合方法によれば、陽極接合において陽極となる方の第二基板Ｂ２には陽極接合治具１０の第一面１１上の平滑面が接触し、可視光線を透過可能な陽極接合治具１０を介して第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２との位置関係を容易に把握することができる。

また、マークＭを視認するための視認部が穴のない平滑面（第一面１１）の一部に設けられているので、加圧工程Ｓ３１において陽極接合治具１０に圧力をかけた際に第一基板と第二基板とにかけられる力が均等に分散される。さらに、陽極接合治具１０が硬質ガラスで一体形成されているので、可視光線の透過性が高くかつ強度が高い。したがって加圧工程Ｓ３１における加圧時にも陽極接合治具の割れが抑制されている。

また、本実施形態の陽極接合方法によれば、アラインメント工程Ｓ２では視認部（例えば領域Ａ１、Ａ２）を透過する可視光線に基づいて一対のマークＭが所定の位置関係になるように第一基板Ｂ１と第二基板Ｂ２との相対位置を容易に合わせることができる。

以下では、本実施形態の陽極接合装置１の変形例を、図９を参照して説明する。
図９は、本変形例の陽極接合装置を模式的に示す側面図である。本変形例では図９に示すように、第一基板Ｂ１に代えて第一基板Ｂ１１１が使用される場合について説明する。
第一基板Ｂ１１１は、例えばシリコンなどを含有する金属系基板であり、陽極接合のために接合膜を要しないタイプの基板である。この場合では、基台２０を電気伝導性を有する素材で構成し、基台２０に電線３３を配する構成を採用することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態では、本体１０ａの第一面１１に平滑面が設けられている構成を採用したが、これに限らず、平滑面が第二面１３にも設けられている構成を採用することもできる。この場合、第一面１１と第二面１３とのいずれも陽極となる基板に密着させることができるので、本体１０ａの向きに注意を払う必要が無くなり、作業性が高まる。

複数の基板を位置決めして挟み込む際に、挟み込んだ後の基板のズレを修正する必要がある場合に好適に適用できる。

符号の説明

１ 陽極接合装置
１０ 陽極接合治具
１０ａ 本体
１１ 第一面（平滑面）
１２ 切欠
１３ 第二面
２０ 基台
２１ 平面
３０ 電源部
４０ 加圧部
Ｂ１ 第一基板
Ｂ２ 第二基板
Ｂ１１ 接合膜
Ｓ１ 挟み込み工程
Ｓ２ アラインメント工程
Ｓ２１ 粗調整工程
Ｓ２２ 微調整工程
Ｓ３ 接合工程
Ｓ３１ 加圧工程
Ｓ３２ 印加工程

Claims (5)

1. 第一基板と第二基板とを陽極接合させる陽極接合方法であって、
   前記第一基板と前記第二基板とを重ね合わせ、平面を有する基台の前記平面に前記第一基板と前記第二基板とのうち陰極となる方の面を接触させて配置する基板配置工程と、
   前記基板配置工程に続いて、前記第一基板と前記第二基板とのうち陽極となる方の面と接触するように、可視光線が透過可能な材料からなる視認部を有する陽極接合治具を接触させて配置する治具配置工程と、
   前記第一基板と前記第二基板とのそれぞれに設けられた一対のマークが所定の位置関係となるように、前記視認部を透過する可視光線に基づいて前記第一基板と前記第二基板との相対的な位置関係を調整するアラインメント工程と、
   前記基台と前記陽極接合治具とを互いに近接させる方向へ加圧し、前記第一基板および前記第二基板を挟み込む加圧工程と、
   前記第一基板と前記第二基板との間に直流電圧を印加する印加工程と、
   を備える陽極接合方法。
2. 請求項１に記載の陽極接合方法であって、
   前記アラインメント工程が、
   前記一対のマークと視認部とが前記視認部の厚さ方向に重畳するように前記第一基板および前記第二基板の位置を前記基台に対して調整する粗調整工程と、
   前記粗調整工程に続いて前記一対のマークが所定の位置関係になるように前記第一基板と前記第二基板との相対位置を調整する微調整工程と、
   を有する陽極接合方法。
3. 第一基板と第二基板とを陽極接合させる際に用いる陽極接合治具であって、
   第一面と第二面とを有する本体と、
   前記第一面及び前記第二面の少なくとも一部に設けられ前記第一基板と前記第二基板とのうち陽極となる方の面に密着可能な平滑面と、
   前記平滑面の少なくとも一部に設けられ可視光線を前記第一面と前記第二面との間で透過可能な材料からなる視認部と、を有し、
   前記平滑面が前記第一面と前記第二面とのそれぞれに設けられており、前記本体が硬質ガラスによって一体成形されている陽極接合治具。
4. 請求項３に記載の陽極接合治具であって、
   前記本体が、少なくとも前記平滑面の一部を含む位置に切欠を有する陽極接合治具。
5. 第一基板と第二基板とを陽極接合させる陽極接合装置であって、
   請求項３又は４に記載の陽極接合治具と、
   前記第一基板と前記第二基板とのうち陰極となる方の面が配置される平面を有する基台と、
   前記第一基板と前記第二基板とに電気的に接続されて前記第一基板と前記第二基板との間で直流電圧を印加する電源部と、
   前記基台と前記陽極接合治具とを近接させる方向に加圧する加圧部と、
   を備える陽極接合装置。

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