JPH07183181A - 陽極接合装置および陽極接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板自体に特別な加工、処理を施すことな
く、ボイドの発生を完全に防止することができる陽極接
合装置と方法を提供する。 【構成】 対向配置した電極の陰極Ｃを同心円状に分割
形成し、基板Ｗ，Ｇを密着して載置した後、その中心部
１から半径方向の外側部分２〜７に連続的に電圧を印加
する。このとき、２枚の基板Ｗ，Ｇ間にスライダＳＬを
介挿して基板Ｗを凸状に湾曲させ、その後湾曲を解除し
つつ、電圧を印加してもよい。ボイドの発生を完全に防
止した基板同士の接合を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばシリコンウェー
ハとガラス基板とを接合するための陽極接合技術、特に
接合面のボイドフリーを目的とした陽極接合方法および
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、陽極接合装置は、対向した一対の
電極を有し、その電極間に２枚の基板（例えばシリコン
ウェーハとガラス基板）を平行に重ね合わせて配置して
いた。そして、この基板の一方を陽極、他方を陰極とし
て、これに直流電圧を印加し、また、加熱することによ
り、基板同士を接合している。

【０００３】例えばシリコンウェーハとパイレックスガ
ラス基板との接合では、導電性のシリコンウェーハを陽
極に、パイレックスガラス基板を陰極にそれぞれ接続
し、これらの間に８００Ｖ程度の直流電圧を印加すると
ともに、４００℃前後に加熱することによって、その接
合を達成していた。

【０００４】このように従来の陽極接合装置では、基板
同士が平行に密着された状態で接合が行われる構成とな
っていた。この結果、基板同士の重ね合わせ面での密着
の不均一性や、印加される電界の重ね合わせ面内での不
均一性等により、接合過程で接合面にボイドが発生し、
未接合部分が形成されるという課題を有していた。な
お、電界の面内での不均一性は、陰極電極板とガラス等
の無機絶縁物との間に生ずる微小ギャップ等に起因する
ものである。

【０００５】そこで、この課題を解決するため、特開平
４−７８１２２号公報に示されている方法が提案されて
いる。この方法によれば、ガラス等の無機絶縁物にあっ
て、その接合面と反対側の面（陰極対向面）に密着力の
強い金属薄膜を形成し、この薄膜を陰極に接続する。こ
の結果、陰極と無機絶縁物との間の微小ギャップをなく
し、接合面にて電圧を均一に印加することができる。こ
のため、ボイドの発生を防止することができるとしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では、ガラス基板の非接合面に金属薄膜を形成
しなければならないため、最終的にこの金属薄膜が不必
要である場合、これを除去する手間がかかる。また、電
圧が面内で均一に印加されたとしても、基板同士の密着
の面内での不均一性によるボイドの発生は回避すること
ができず、依然としてボイド発生の可能性がある。

【０００７】また、ボイド発生を防止するための別の方
法として、特開昭６２−２６５７２８号公報には、シリ
コンウェーハ上の酸化膜ＳｉＯ2を溝により島状に分離
して接合することにより、ボイドの発生を防止する方法
が開示されている。

【０００８】しかしながら、この方法では、シリコンウ
ェーハ同士の接合（張り合わせＳＯＩ）に限られてお
り、また、溝を形成するための特別な工程を必要とする
という不具合があった。

【０００９】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、かかる課題を
解決し、基板自体に特別な加工、処理を施すことなく、
ボイドの発生を完全に防止することができる陽極接合装
置および陽極接合方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、対向配置された一対の電極を有する陽極接合装置に
おいて、陰極を、基板が載置される面内で電気的に分離
可能な複数の電極部分で構成した陽極接合装置である。

【００１１】請求項２に記載した陽極接合装置では、請
求項１に記載のものにおいて、上記複数の電極部分は、
上記面内で同心円形状に配設されている。

【００１２】請求項３に記載した発明は、対向配置され
た一対の電極にそれぞれ基板を支持させた陽極接合装置
において、上記支持された基板の内の少なくとも一方を
対向する電極に向かってその中心部が凸となるように湾
曲して保持する湾曲手段を有する。

【００１３】請求項４の発明は、上記湾曲手段は、重ね
合わされた２枚の基板間に周縁部から介挿されてその半
径方向に移動可能なスライダを有する請求項３の陽極接
合装置である。

【００１４】請求項５に記載した発明は、接合される２
枚の基板を密着させて重ね合わせ、これらの基板に電圧
を印加することにより、これらの基板同士を接合する陽
極接合方法において、上記基板の重ね合わせ面において
その一部分に電圧を印加した後、この印加部分に連続す
る他の部分に電圧を印加する陽極接合方法である。

【００１５】請求項６の発明は、上記重ね合わせ面の中
心部に電圧を印加した後、その中心部の半径方向の外側
部分に連続的に電圧を印加する請求項５に記載の陽極接
合方法である。

【００１６】請求項７に記載した発明は、互いに対向配
置した２枚の基板のうちの少なくとも一方を、その接合
される面の中心部が凸となるように湾曲させ、この湾曲
部分で密着させて２枚の基板間に電圧を印加した後、こ
の湾曲を徐々に解除して密着面積を増しながら電圧を印
加することにより、２枚の基板を接合する陽極接合方法
である。

【００１７】

【作用】請求項１〜請求項４に記載の陽極接合装置によ
れば、静電引力による密着が例えば基板の中心部より周
縁部に向かって確実に行われ、密着部分が同心円形状に
広がって行くため、気泡等の巻き込みがなく、したがっ
てボイドの発生が抑えられる。また、基板の重ね合わせ
面の一部から連続する部分に順次密着させることもで
き、ボイド発生を完全に防止することができる。

【００１８】また、請求項５〜請求項７に記載した陽極
接合方法にあっては、電圧の印加を一部分から連続する
他の部分に対して順に行うため、ボイドの発生を完全に
防止することができる。以上のいずれの発明について
も、接合面での電圧の不均一性に起因するボイド発生は
皆無となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。この実施
例に係る陽極接合装置を図１〜図３に示す。これらの図
において、Ａは上側に位置する陽極であり、この陽極Ａ
の下方に同心円状の陰極Ｃが所定間隔離れて対向配置さ
れている。図２に示すように、陰極Ｃは中心部１から周
縁部７まで所定幅の環状電極部分によって構成されてい
る。これらの電極部分１〜７は電気的に互いに分離され
てスイッチボックスＳＢ内の各スイッチにそれぞれ接続
されている。

【００２０】陽極Ａは円柱状であって陰極Ｃの中心部１
に対向して配設されている。パイレックスガラス基板Ｇ
は陰極Ｃの上面に搭載され、このパイレックスガラス基
板Ｇ上に重ね合わされてシリコンウェーハＷが密着する
ように載置される。そして、シリコンウェーハＷの裏面
（図１中上面）に上記陽極Ａが接触している。

【００２１】また、この接合装置にあっては、陰極Ｃは
円板状のヒータＨの上面に配設されているものである。
そして、図１に示すように、直流安定化電源Ｄの陽極が
電流計ＡＭを介して上記陽極Ａに、その陰極がスイッチ
ボックスＳＢのスイッチを介して各陰極部分１〜７に、
それぞれ接続されている。ヒータＨはヒータコントロー
ラＨＣにより制御されるもので、このヒータコントロー
ラＨＣはプログラマブルシーケンサＰＳにより制御可能
に構成されている。このプログラマブルシーケンサＰＳ
は、上記スイッチボックスＳＢの各スイッチおよび直流
安定化電源Ｄを制御するものである。そして、電流計Ａ
Ｍの出力はこのプログラマブルシーケンサＰＳに入力さ
れている。なお、このプログラマブルシーケンサＰＳに
代えて例えばマイクロコンピュータ等を用いることも好
適である。さらに、上記陰極Ｃを同心円状に複数に分割
してあるが、この形状に限られることなく、例えば細長
い短冊を並べた形状に、または、矩形を格子状に配設し
た形状等に分割、形成してもよい。

【００２２】以上の構成に係る陽極接合装置によれば、
図３（ａ）に示すように、まず、スイッチ操作により陽
極Ａと陰極Ｃの中心部１との間にのみ電圧（例えば８０
０Ｖ）を印加する。このとき、シリコンウェーハＷは抵
抗率が小さいため、この全体（全面）に正電荷＋が蓄積
する。また、ヒータＨにより４００℃程度に加熱され
て、パイレックスガラス基板Ｇ中のＮａ⁺イオンは基板
中を移動可能である。これらの結果、中心部１に向かっ
て形成された電位勾配に基づき、Ｎａ⁺イオンは中心部
１に向かって移動する。よって、ガラス基板Ｇにあっ
て、シリコンウェーハＷとの対向面側はＮａ⁺イオンが
欠乏して徐々に負に帯電する。このとき、ガラス基板Ｇ
の接合面側では、中心部１に対して反対の側に負電荷−
が局在する。この結果、ガラス基板Ｇとシリコンウェー
ハＷとの接合面にてこの部分に大きな静電引力が生じ、
これらは接合される。すなわち、ガラス基板Ｇとシリコ
ンウェーハＷとの重ね合わせ面の中心部がまず接合され
る。

【００２３】次に、図３（ｂ）に示すように、その外側
の陰極部分２に電圧をかけると、帯電領域が接合部の外
側に広がり、その部分で接合する。以後、陰極部分３，
４，５，６，７と順番に電圧を印加して行く。この結
果、シリコンウェーハＷとガラス基板Ｇとは中心部から
外側に向かって順番に接合される。この結果、もし、重
ね合わせ面の間に気泡等が存在しようとしてもこれが外
側に向かって完全に排除されることとなる。よって、ボ
イドのない完全な陽極接合を完成することができる。

【００２４】図４、図５は本発明の他の実施例を示して
いる。この実施例にあっては、ガラス基板Ｇとシリコン
ウェーハＷとの間、すなわち重ね合わせ面間に外周縁か
ら４つのスライダＳＬを同期してその半径方向に移動自
在にしたものである。スライダＳＬはステンレス薄板等
で形成するものとする。このスライダＳＬを介してガラ
ス基板Ｇの上にシリコンウェーハＷを搭載し、重ね合わ
せることにより、シリコンウェーハＷは上部電極Ａに中
心部を下方に向かって押圧された凸状に湾曲した形状に
保持される。そして、上記と同じスイッチＳＷ操作によ
り中心部１から順に電圧を印加する際、このスライダＳ
Ｌを徐々に外側に向かって移動するよう引き抜く。この
結果、より完全に密着性良く、シリコンウェーハＷはガ
ラス基板Ｇの上面に接合されることとなる。また、その
他の構成、作用は上記実施例と同じとする。

【００２５】なお、湾曲手段として上記スライダＳＬを
採用した例を示したが、これに限られるものではない。
例えば負圧手段によりシリコンウェーハを湾曲させるよ
うに構成してもよいことはもちろんである。また、上記
各実施例はシリコンウェーハとパイレックスガラス基板
との接合について説明したが、シリコンウェーハ同士の
接合、シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）と他のガラ
ス基板との接合等にも適用することができることはいう
までもない。さらに、シリコンウェーハの接合面は鏡面
であっても、酸化膜を形成してあってもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、基板自体に特別な加
工、処理を施すことなく、ボイドの発生を完全に防止す
ることができる。したがって、ボイドによる電気特性の
悪化、接合強度の低下を完全に阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る陽極接合装置を示す概
念図である。

【図２】本発明の一実施例に係る同心円電極を示す平面
図である。

【図３】本発明の一実施例に係る陽極接合方法を説明す
るための図である。

【図４】本発明の他の実施例に係る陽極接合装置の電極
部を示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る陽極接合装置のスラ
イダを示す平面図である。

【符号の説明】

Ａ：陽極 Ｃ：陰極（１〜７：同心円状電極） Ｄ：直流安定化電源 Ｈ：ヒータ Ｇ：パイレックスガラス基板 Ｗ：シリコンウェーハ ＳＬ：スライダ（湾曲手段）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向配置された一対の電極を有する陽極
   接合装置において、 陰極を、基板が載置される面内で電気的に分離可能な複
   数の電極部分で構成したことを特徴とする陽極接合装
   置。
2. 【請求項２】 上記複数の電極部分は、上記面内で同心
   円形状に配設された請求項１に記載の陽極接合装置。
3. 【請求項３】 対向配置された一対の電極にそれぞれ基
   板を支持させた陽極接合装置において、 上記支持された基板の内の少なくとも一方を対向する電
   極に向かってその中心部が凸となるように湾曲して保持
   する湾曲手段を有することを特徴とする陽極接合装置。
4. 【請求項４】 上記湾曲手段は、重ね合わされた２枚の
   基板間に周縁部から介挿されてその半径方向に移動可能
   なスライダを有する請求項３に記載の陽極接合装置。
5. 【請求項５】 接合される２枚の基板を密着させて重ね
   合わせ、これらの基板に電圧を印加することにより、こ
   れらの基板同士を接合する陽極接合方法において、 上記基板の重ね合わせ面においてその一部分に電圧を印
   加した後、この印加部分に連続する他の部分に電圧を印
   加することを特徴とする陽極接合方法。
6. 【請求項６】 上記重ね合わせ面の中心部に電圧を印加
   した後、その中心部の半径方向の外側部分に連続的に電
   圧を印加する請求項５に記載の陽極接合方法。
7. 【請求項７】 互いに対向配置した２枚の基板のうちの
   少なくとも一方を、その接合される面の中心部が凸とな
   るように湾曲させ、この湾曲部分で密着させて２枚の基
   板間に電圧を印加した後、この湾曲を徐々に解除して密
   着面積を増しながら電圧を印加することにより、２枚の
   基板を接合する陽極接合方法。