JPH06208938A - 陽極接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 複雑な微細構造を形成された半導体ウェハと
ガラスウェハの接合に必要な操作回数を従来より減少さ
せ、各接合部分をほぼ均一な状態で接合することができ
る陽極接合装置を提供する。 【構成】 陽極接合装置の電極は、電極ピン１とピン支
持プレート３とから構成されている。ピン支持プレート
３には複数のピン設置孔２が形成されており、半導体ウ
ェハに形成された種々のマイクロマシン構造に対応する
一定の間隔をなすパターンで配置されている。電極ピン
１は、マイクロマシン構造に対応するパターンに基づい
て選択されたピン設置孔２に設置されている。マイクロ
マシンウェハの一方の表面全体に接触するように設置さ
れた電極プレートを対向電極とし、各電極ピン１はマイ
クロマシンウェハの他方の表面の特定箇所に接触するよ
うに設置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複雑な微細構造を形成
された半導体ウェハとガラスウェハとの各接合部分でほ
ぼ均一な状態に接合することに特徴のある陽極接合装置
に関するものであり、マイクロマシン（微小機械）の製
作プロセスに用いられる。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロマシンと称される超小型
のカンチレバーやダイアフラムなどを形成するマイクロ
マシニング技術の研究開発が、半導体集積回路の製作技
術を利用することにより急速に進められている。

【０００３】単結晶シリコンなどの半導体は、マイクロ
マシンを構成する構造材料として優れた材料特性を有す
るため、集積回路用の技術や装置を転用することによ
り、半導体ウェハ上にマイクロマシンに必要な微細構造
が実現される。集積回路の製作ではフォトファブリケー
ション技術により、システムを組み立てられた状態に作
り上げることができる。このフォトファブリケーション
技術は、フォトマスク上に組み立てられた形状のパター
ンを形成しておいて、これを一括で転写するものであ
り、原理として平面的な構造の技術である。

【０００４】しかし、マイクロマシニング技術は、ある
程度の立体的で複雑な加工を行うことを必要とされる技
術である。そのため、フォトファブリケーション技術を
用いて加工された基板を接合することが望まれる。そこ
では、ほぼ平滑な表面を有する複数の基板を固相のまま
で接合するために、残留歪などの変形が生じないように
選択的に必要な部分だけを精密に接合することが重要で
ある。

【０００５】そのため、半導体ウェハおよびガラスウェ
ハの接合には、陽極接合技術が用いられている。この技
術では、まず、所定のマイクロマシン構造が複数形成さ
れた半導体ウェハとガラスウェハとを相互の平滑な表面
を重ね合わせて構成されたマイクロマシンウェハにおい
て、一方の表面の全体に接触するように電極プレートを
設置し、その一方の表面と対向する他方の表面の特定箇
所に接触するように電極ピンを設置する。次に、数百度
の加熱下で、電極プレートを接地電位に設定し、これを
対向電極として電極ピンに数百〜千ボルトの直流電圧を
印加する。このとき、半導体ウェハとガラスウェハの接
触面で大きな静電引力が生じ、半導体ウェハとガラスウ
ェハは化学結合により接合される。

【０００６】従来、ウェハ状態にある半導体集積回路の
機能検査に用いられるウェハプローバが、陽極接合装置
として利用されている。図４は、従来一般の陽極接合装
置における電極の構成を示す斜視図である。図４に示す
ように、従来の陽極接合装置における電極は一本の電極
のみで構成されており、図示されていない電気回路によ
り、マイクロマシンウェハの一方の表面に接触するよう
に設置された電極プレートを対向電極として直流電圧を
印加される。

【０００７】マイクロマシン構造が複数形成された半導
体ウェハにガラスウェハが接合される状態は、複雑なマ
イクロマシン構造のために必ずしも簡単なものではな
い。例えば、マイクロマシン構造としてカンチレバーが
複数形成された半導体ウェハの場合、これと接合される
ガラスウェハとの間にキャビティ（空洞）を形成する部
分がある。そのため、そのキャビティ上に位置するガラ
スウェハの表面の特定箇所を避けて接合する必要があ
り、電極ピンを設置する位置を選択しなければならな
い。また、一般に、一つの半導体ウェハには多数のマイ
クロマシンが形成される。従って、従来の陽極接合装置
を用いて一回の接合操作で接合されるのは一箇所のみで
あるので、マイクロマシンウェハ全体に対しては多数回
の接合操作が必要である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の陽極接合装置による多数回に及ぶ接合操作は、製造
効率の向上を妨げるうえに、各接合部分において不均一
な接合状態をもたらすことになる。そのため、マイクロ
マシン構造に影響する残留歪などの変形が生じるため、
形成されたマイクロマシンの性能面にバラツキが生じ、
品質信頼性の向上についても問題が多かった。

【０００９】そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなさ
れたものであり、複雑な微細構造を形成された半導体ウ
ェハとガラスウェハの接合に必要な操作回数を従来より
減少させ、各接合部分をほぼ均一な状態で接合すること
ができる陽極接合装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、所定のマイクロマシン構造が複数
形成された半導体ウェハとガラスウェハとを相互のほぼ
平滑な表面を重ね合わせて構成したマイクロマシンウェ
ハの一方の表面の全体に接触させられる電極プレート
と、その一方の表面に対向する他方の表面の特定箇所に
接触させられる電極ピンとを備え、電極プレートを接地
電位に設定された対向電極とし、電極ピンに直流電圧を
印加し、半導体ウェハおよびガラスウェハを接合させる
陽極接合装置において、マイクロマシン構造に対応する
パターンに基づいて電極ピンが複数配置されたピン支持
プレートを備えることを特徴としている。

【００１１】また、ピン支持プレートは電極ピンを設置
するピン設置孔を複数する場合、マイクロマシン構造に
対応するパターンに基づいて選択されたピン設置孔に電
極ピンを複数設置することを特徴としている。

【００１２】

【作用】本発明に係る陽極接合装置は、以上のように構
成されるので、ピン支持プレートに配置された複数の電
極ピンと電極プレートによりマイクロマシンウェハを固
定し、一回の接合操作においてマイクロマシン構造に対
応するパターンに基づいて適切な複数部分をほぼ均一な
状態で接合する。

【００１３】また、ピン支持プレートが電極ピンを設置
するピン設置孔を複数有する場合、マイクロマシン構造
に対応するパターンに基づいて選択されたピン設置孔に
複数設置された電極ピンにより、構造の異なる種々の半
導体ウェハに対するガラスウェハの接合について、上記
と同様に作用する。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面の図１ないし図３を参照し
て、本発明に係る陽極接合装置の一実施例を説明する。
なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を
付し、重複する説明を省略する。

【００１５】まず、図１および図２を参照して、本発明
に係る陽極接合装置における電極の一実施例の構成を説
明する。図１は、本発明に係る陽極接合装置における電
極の一実施例の構成を示す斜視図である。図２は、図１
に示す実施例を用いてマイクロマシンが形成された半導
体ウェハにガラスウェハを接合させる状態を示す平面図
である。

【００１６】図１に示すように、本発明に係る陽極接合
装置の電極は電極ピン１とピン支持プレート３とから構
成されている。ピン支持プレート３には１７個のピン設
置孔２が形成されており、半導体ウェハに形成される種
々のマイクロマシン構造に対応する一定の間隔をなすパ
ターンで配置されている。図２に示すように、半導体ウ
ェハ４に形成されたカンチレバー部分９であるマイクロ
マシン構造に対応するパターンに基づいて選択されたピ
ン設置孔２の１２箇所に、電極ピン１が設置されてい
る。マイクロマシンウェハ６の一方の表面全体に接触す
るように設置された電極プレート７を対向電極とし、各
電極ピン１はマイクロマシンウェハ６の他方の表面の特
定箇所に接触するように設置され、図示されていない電
気回路により直流電圧を印加される。

【００１７】次に、図２および図３を参照して、上記実
施例の作用を説明する。図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線に
沿っての断面図であり、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線に
沿っての断面図である。

【００１８】まず、マイクロマシンが形成された半導体
ウェハおよびガラスウェハの構成を説明する。図３に示
すように、半導体ウェハ４は単結晶シリコンから成り、
接地電位に設定された電極プレート７の上に設置され、
その平滑な上面はガラスウェハ５のほぼ平滑な下面と重
ね合わされている。ガラスウェハ５はパイレックスガラ
スから成り、図面では透明なものとして示されている。
半導体ウェハ４はカンチレバー部分９と、ガラスウェハ
５を支持するためにカンチレバー部分９の周囲に一定の
間隔を置いて形成された支持部分８とから構成されてい
る。そのため、カンチレバー部分９の周囲には、支持部
分８、ガラスウェハ５および電極プレート７に覆われた
キャビティ１０が形成されている。

【００１９】これらの半導体ウェハ４とガラスウェハ５
とを上記実施例を用いて接合する場合、図２に示すよう
に、電極ピン１は、キャビティ１０の上方に対応するガ
ラスウェハ５の表面の位置に接触しないように選択され
たピン設置孔２に設置されている。そのため、接合操作
で電極ピン１は、その先端が支持部分８の上方に対応す
るガラスウェハ５の表面の位置に接触させられる。そし
て、マイクロマシン６は、１２個の電極ピン１と電極プ
レート７により固定される。電極プレート７を対向電極
として、数百度の加熱下で、図示されていない電気回路
により電極ピン１に５００〜１０００ボルトの直流電圧
を印加すると、半導体ウェハ４とガラスウェハ５との間
で大きな静電引力が生じ、その接触面が化学結合により
接合される。従って、この一回の接合操作により半導体
ウェハ４とガラスウェハ５は、適切な位置にある１２箇
所でほぼ均一な状態で接合される。

【００２０】上記実施例では、ピン支持プレート３は多
数のピン設置孔２を備えているので、電極ピン１の設置
パターンを変更することにより、構造の異なる種々の半
導体ウェハに対しても適用可能である。

【００２１】また、上記実施例では、カンチレバーが複
数形成された半導体ウェハに適用しているが、他のマイ
クロマシンを有する半導体ウェハや、集積回路が形成さ
れた半導体ウェハに対しても適用可能である。

【００２２】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、種々の変形が可能である。

【００２３】例えば、構造の異なる種々の半導体ウェハ
に対しては、その構造に対応して専用に配置された電極
ピンを備えるピン支持プレートを形成して用いてもよ
い。

【００２４】また、一組の半導体ウェハおよびガラスウ
ェハに必要な接合操作の回数を減少するために、ピン支
持プレートのサイズを拡張し、そこに多数のピン設置孔
を配置してもよい。

【００２５】さらに、マイクロマシンが形成された半導
体ウェハの構造に対応するパターンを、異方性エッチン
グ技術などを用いて別の半導体ウェハ上に形成し、この
半導体ウェハを電極ピンおよび電極プレートとして用い
てもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明に係る
陽極接合装置によれば、ピン支持プレートに配置された
複数の電極ピンと電極プレートにより、マイクロマシン
ウェハを固定し、一回の接合操作においてマイクロマシ
ン構造に対応するパターンに基づいて適切な複数部分を
ほぼ均一な状態で接合することができる。

【００２７】従来では、一回の接合操作で接合されるの
は一箇所のみであったので、全体の接合には多数の接合
操作が必要であったが、本発明によれば、従来より接合
操作数を減少させ、製造効率を大幅に向上させる。

【００２８】また、従来では、各接合部分で接合状態に
変動が生じていたが、本発明によれば、ほぼ均一な接合
状態にある接合部分を増加させ、品質信頼性を向上させ
る。また、従来では、電極プレートと一本の電極ピンに
より半導体ウェハおよびガラスウェハを固定していた
が、本発明によれば、さらに複数の電極ピンを用いるの
で、安定性を向上させる。

【００２９】また、固定された半導体ウェハに対して種
々の熱的加工を行う場合、本発明によれば、電極プレー
トおよび電極ピンをヒータとして利用することができ
る。

【００３０】さらに、ピン支持プレートが電極ピンを設
置するピン設置孔を複数有する場合、半導体ウェハの構
造に対応するパターンに基づいて選択されたピン設置孔
に設置された複数の電極ピンにより、構造の異なる種々
の半導体ウェハに対するガラスウェハの接合について、
上記と同様な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る陽極接合装置における電極の一実
施例の構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示す実施例を用いて、マイクロマシンが
形成された半導体ウェハにガラスウェハを接合させる状
態を示す平面図である。

【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿っての断面図であ
り、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線に沿っての断面図である。

【図４】従来一般の陽極接合装置における電極の構成を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１…電極ピン、２…ピン設置孔、３…ピン支持プレー
ト、４…半導体ウェハ、５…ガラスウェハ、６…マイク
ロマシンウェハ、７…電極プレート、８…支持部分、９
…カンチレバー部分、１０…キャビティ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のマイクロマシン構造が複数形成さ
   れた半導体ウェハとガラスウェハとを相互のほぼ平滑な
   表面を重ね合わせて構成したマイクロマシンウェハの一
   方の表面の全体に接触させられる電極プレートと、前記
   一方の表面に対向する他方の表面の特定箇所に接触させ
   られる電極ピンとを備え、前記電極プレートを接地電位
   に設定された対向電極とし、前記電極ピンに直流電圧を
   印加し、前記半導体ウェハおよび前記ガラスウェハを接
   合させる陽極接合装置において、 前記マイクロマシン構造に対応するパターンに基づいて
   前記電極ピンが複数配置されたピン支持プレートを備え
   ることを特徴とする陽極接合装置。
2. 【請求項２】 前記ピン支持プレートは前記電極ピンを
   設置するピン設置孔を複数有し、前記マイクロマシン構
   造に対応するパターンに基づいて選択された前記ピン設
   置孔に前記電極ピンを複数設置することを特徴とする請
   求項１記載の陽極接合装置。