JPH08186065A - 陽極接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板とガラス基板との接合時の位置ずれ
を防止して接合ばらつきを低減させる。 【構成】ステージ８に、ガラス基板２をシリコン基板１
側に吸引する真空チャック12を備え、真空チャック12を
真空配管16に連通させる。そして、シリコン基板１の開
口部９と真空チャック12との位置が合うようにシリコン
基板１をステージ８上に載置し、その上にガラス基板２
を載置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一主面上に電子回路等
が形成された半導体基板に、ガラス基板を高温、高電圧
下で接合する陽極接合装置に関し、特に、ガラス基板接
合時、半導体基板に対するガラス基板の位置ずれを防止
する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体基板とガラス基板と
を、高温、高電圧下で接合する陽極接合装置が知られて
いる。かかる従来の陽極接合装置を図12に示す。図12に
おいて、ステージ８にはヒータが内蔵されている。半導
体基板であるシリコン基板１はこのステージ８上に載置
される。シリコン基板１の一主面上には、電子回路等が
形成されているが、載置する際、この一主面がステージ
８に接するようにする。また、シリコン基板１の一部に
は開口部６が設けられている。この開口部６はマイクロ
マシーニング技術を用いて形成される。具体的には、例
えばアルカリ溶液を用いたケミカルエッチング、あるい
は機械的加工によってこの開口部６の形成が実現され
る。

【０００３】真空チャック６は、シリコン基板１をステ
ージ８に固定するためのものであり、配管７に連通して
いる。例えばパイレックスガラス製のガラス基板２はシ
リコン基板１上に載置される。ホルダ４はガラス基板２
を保持するものであり、ホルダ４表面には、ガラス基板
２吸着用の真空チャック３が設けられている。ガラス基
板２には、ガラス基板２を接合する際に高電圧を加える
ために電極５が取り付けられる。

【０００４】次に陽極接合処理について説明する。ホル
ダ４でガラス基板２を保持し、シリコン基板１上に搬送
し、シリコン基板１とガラス基板２の位置合わせを行っ
てガラス基板２をシリコン基板１の上に載置する。その
後、ホルダ４を取外し、電極５をガラス基板２上に設置
するが、その際、シリコン基板１に対して位置ずれを起
こさぬように静かに設置する。次に、ステージ８に内蔵
されたヒータにより接合に適した接合温度まで加熱す
る。通常、接合温度は 300〜400 ℃程度である。接合温
度に達したら、電極５を介して半導体基板１とガラス基
板２間に接合電圧を印加する。この際、ガラス基板２の
電位よりもシリコン基板１の電位の方が高くなるように
する。接合電圧を印加すると、シリコン基板１とガラス
基板２との間に接合電流が流れ、シリコン基板１とガラ
ス基板２とが直接接合される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の陽極接合装置にあっては、接合時間を短縮するた
め、より大きな電極５をガラス基板２上に設置するよう
にしているが、この電極５を設置する前にガラス基板２
用のホルダ４を取り外すことが必要となり、ホルダ４を
取り外すとガラス基板２が固定されなくなり、電極５を
載置してから接合が終了するまでの間にガラス基板２と
シリコン基板１との位置ずれが起きやすい。また、ガラ
ス基板２とシリコン基板１との密着性が着工ごとに変化
し、接合ばらつきを引き起こしてしまうおそれがあっ
た。

【０００６】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、半導体基板とガラス基板とを接合する時
の位置ずれを防止して接合ばらつきを低減させることが
可能な陽極接合装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明にかかる陽極接合装置では、半導体基板、及び該半導
体基板上に位置合わせをして載置されるガラス基板を載
置するステージと、該ステージに設けられて半導体基板
を減圧吸着する吸着機構と、前記ステージに内蔵されて
半導体基板とガラス基板とを接合温度まで加熱するヒー
タと、前記半導体基板とガラス基板間に高電圧を印加す
るときにガラス基板上に載置される電極と、を備えた陽
極接合装置において、前記半導体基板の一部に、該基板
を貫通する開口部を設ける一方、前記吸着機構により開
口部を介してガラス基板を減圧吸着するようにした。

【０００８】請求項２の発明にかかる陽極接合装置で
は、前記吸着機構は、半導体基板を減圧吸着する半導体
基板吸着機構とガラス基板を減圧吸着するガラス基板吸
着機構とが、夫々、独立して設けられた構成である。請
求項３の発明にかかる陽極接合装置では、前記吸着機構
に、接合した半導体基板及びガラス基板をステージ表面
から押し上げるように上下動可能な突出手段を備えるよ
うにした。

【０００９】請求項４の発明にかかる陽極接合装置で
は、前記突出手段は、導電性を有するように構成され、
該突出手段をガラス基板と接するように付勢する付勢手
段を備えるようにした。請求項５の発明にかかる陽極接
合装置では、前記付勢手段は、弾性体で構成されるよう
にした。

【００１０】請求項６の発明にかかる陽極接合装置で
は、前記突出手段は、ガラス基板吸着機構に設けられた
ガラス基板吸着チャックであるようにした。

【００１１】

【作用】上記、請求項１の発明にかかる陽極接合装置の
構成によれば、半導体基板は、ステージ上で吸着機構に
より固定され、ガラス基板も、この吸着機構により、半
導体基板の一部に設けられた開口部を介して吸着されて
固定されるので、電極を載置するときから接合が終了す
るまでの間の位置ずれを防止することが可能となる、ま
た、ガラス基板が半導体基板に密着するようになるの
で、接合ばらつきも低減される。

【００１２】請求項２の発明にかかる陽極接合装置の構
成によれば、ガラス基板吸着機構と半導体基板吸着機構
とが独立して設けられているので、半導体基板を吸着せ
ずに、ガラス基板だけを吸着することができ、ステージ
と半導体基板との熱膨張係数の差に起因して発生する半
導体基板表面の損傷を防止することが可能となる。請求
項３の発明にかかる陽極接合装置の構成によれば、接合
された半導体基板とガラス基板とをステージから引き離
すことが可能となり、接合した両基板をステージから取
り出す際に発生する半導体基板表面の損傷を防止するこ
とが可能となる。

【００１３】請求項４の発明にかかる陽極接合装置の構
成によれば、突出手段が、付勢手段により付勢されて一
定の圧力でガラス基板と接するようになり、また、突出
手段が導電性を有しているので、高電圧を印加したとき
に、ステージとガラス基板とが同電位に保たれる。した
がって、高電圧印加時に発生する静電力による半導体基
板の損傷を防止することが可能となる。

【００１４】請求項５の発明にかかる陽極接合装置の構
成によれば、付勢手段が弾性体で構成されるので、簡易
な構成で突起手段をガラス基板側に付勢することが可能
となる。請求項６の発明にかかる陽極接合装置の構成に
よれば、突出手段がガラス吸着チャックであるので、ガ
ラス基板の吸着と、接合した両基板のステージからの引
き離しと、の処理を１つの吸着チャックで行うことが可
能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図11に基づい
て説明する。尚、図12と同一要素のものについては同一
符号を付して説明は省略する。まず、第１実施例につい
て説明する。第１実施例の陽極接合装置を示す図１にお
いて、ステージ８には、ガラス基板２を半導体基板であ
るシリコン基板１側に吸引するための真空チャック12が
備えられ、真空チャック12は真空配管16に連通してい
る。そして、ステージ８上に、シリコン基板１の開口部
９と真空チャック12との位置が合うようにシリコン基板
１を載置し、さらに、その上にガラス基板２を載置す
る。

【００１６】尚、真空チャック６，12、及び配管７が吸
着機構に相当する。図２は、陽極接合装置の自動化装置
を示す。図２において、シリコン基板１は、オリフラが
形成されたウェハ22としてウェハケース21に収納されて
いる。ウェハ22は、ローラ23上をウェハホルダ24まで搬
送される。

【００１７】ウェハホルダ24は、ウェハ22の位置合わせ
をするためにウェハ22を載置するものであり、位置合わ
せ後にシリコンホルダ回転軸24ａを軸として回転する。
ウェハホルダ24の平面図である図３（Ａ），断面図であ
る図３（Ｂ）に示すように、ウェハホルダ24には、ウェ
ハ22との位置合わせを行うための合わせ穴31と、ウェハ
22を真空吸着する真空チャック32と、が設けられ、ウェ
ハホルダ24の表面には、合わせマークが表示された合わ
せマーク領域33が形成されている。

【００１８】一方、ガラス基板２は、ガラスケース27に
収納され、ローラ25上をガラスホルダ26まで搬送され
る。ガラスホルダ26は、ガラス基板２の位置合わせをす
るために、ガラス基板２を載置するものであり、位置合
わせ後にガラスホルダ回転軸26ａを軸として回転する。
次に、この自動化装置における陽極接合処理を図４のフ
ローチャートに基づいて説明する。

【００１９】ステップ（図中では「Ｓ」と記してあり、
以下同様とする）１では、ウェハケース21からウェハ22
を取り出してウェハホルダ24へと搬送し、ウェハ22のオ
リフラを合わせてウェハホルダ24上に載置する。ステッ
プ２では、ウェハ22を真空吸着してウェハホルダ24上に
固定する。ステップ３では、ウェハホルダ24を裏返しに
してステージ８とウェハホルダ24との位置を合わせる。

【００２０】ステップ４では、そのまま、ウェハ22をス
テージ８上に載置してウェハホルダ24の真空吸着を切
る。そしてウェハホルダ24を元の位置に戻す。ステップ
５では、ガラスケース27からガラス基板２を取り出し、
回転軸25ａによりガラスホルダ26へと搬送する。ステッ
プ６では、ガラスを真空吸着してガラスホルダ26に固定
する。

【００２１】ステップ７では、ガラスホルダ26を裏返
し、ガラス基板２用の真空チャック12とシリコン基板１
の開口部９との位置が合うように位置合わせを行う。ス
テップ８では、ウェハ22とガラス基板２とをコンタクト
させ、真空吸着を切ってガラス基板２をウェハ22上に載
置する。そしてガラスホルダ26を元の位置へ戻す。

【００２２】ステップ９では、配管７を介して減圧を行
う。これにより、ウェハ22、ガラス基板２は、夫々、真
空チャック６，12で真空吸着され、しっかりと固定され
るとともに、ガラス基板２とウェハ22との接合面同士が
減圧状態となって密着する。ステップ10では、この状態
で、ガラス基板２上に電極５をセットする。ステップ11
では、真空吸着を切る。

【００２３】ステップ12では、ステージ８に内蔵された
ヒータにより接合温度 300〜400 ℃程度まで昇温する。
ステップ13では、電極５を介して半導体基板１とガラス
基板２間に、ガラス基板２の電位よりもシリコン基板１
の電位の方が高くなるような方向に高電圧を印加する。
接合電圧は、通常、 500〜1500Ｖ程度である。接合電圧
を印加すると、シリコン基板１とガラス基板２との間に
接合電流が流れ、シリコン基板１とガラス基板２とが直
接接合する。

【００２４】ステップ14では、室温まで冷却する。ステ
ップ15では、ガラスホルダ26をセットしてガラス基板２
が接合されたウェハ22を真空吸着する。そしてガラス基
板２が接合されたウェハ22をステージ８より取り出す。
かかる構成によれば、シリコン基板１とガラス基板２と
の位置合わせを行った後、ガラス基板２がシリコン基板
１の開口部９を介して真空吸着されるので、ガラス基板
２上に接合用の電極５を載置する際も、位置ずれを起こ
すことなくガラス基板２をシリコン基板１上に設置する
ことができる。

【００２５】また、ガラス基板２が前記シリコン基板１
上の開口部９より真空吸着されるので、ガラス基板２と
シリコン基板１との接合面同士が減圧状態となり、真空
チャンバ等の複雑な装置を用いることなく密着性を向上
させることができる。それと共に、シリコン基板１とガ
ラス基板２の接合圧力を常に一定に保つことができるの
で、接合ばらつきも低減し、接合後のボイド等を防ぐこ
とができ、陽極接合歩留りを向上させることができる。

【００２６】次に第２実施例について説明する。このも
のは、ステージ、シリコン基板の熱膨張係数の差に起因
するシリコン基板のステージに接する面の昇温時におけ
る傷の発生等を防止するように構成したものである。図
５は、第２実施例の陽極接合装置を示す。

【００２７】図５において、ステージ41には、シリコン
基板１固定用の真空チャック42と、ガラス基板２用の真
空チャック43と、が独立して形成され、真空チャック43
は、ステージ41の中心部に設置されている。真空チャッ
ク42，43は、夫々、真空配管44，45に連通している。次
に第２実施例の作用について説明する。

【００２８】第２実施例では、図４のステップ10までは
第１実施例と同様であり、ステップ11において、真空吸
着を切る際、真空チャック43によりガラス基板２を真空
吸着したまま、真空チャック42によるシリコン基板１へ
の真空吸着を止める。このようにして、シリコン基板
１、ガラス基板２の中心部だけが固定されるようにな
り、シリコン基板１の周辺部は伸張自由となる。そし
て、ステージ41に内蔵されたヒータに通電し、ガラス基
板２とシリコン基板１とを接合温度 300〜400 ℃程度ま
で昇温する。

【００２９】かかる構成によれば、ガラス基板２が中心
部で吸着されたままシリコン基板１とガラス基板２とが
接合温度まで加熱されるため、昇温時においても、シリ
コン基板１とガラス基板２との位置ずれを防止しつつ、
ステージ43とシリコン基板１との熱膨張係数の差に起因
するステージ41に接しているシリコン基板１の一主面の
擦り傷等の発生を防止し、シリコン基板１の一主面上に
設けられた周辺回路等を破壊せずに陽極接合をすること
ができるという利点がある。

【００３０】尚、本実施例では、真空チャック43をステ
ージ41の中心部に設置したが、設置する位置を中心部以
外にしてもよい。但し、中心部に設置した方が、より効
果的である。次に第３実施例について説明する。このも
のは、陽極接合が終了したときに、容易にシリコン基板
とガラス基板とをステージから引き離せるように構成し
たものである。

【００３１】図６は第３実施例の陽極接合装置を示す。
図６において、真空チャック51は、シリコン基板１固定
用の真空チャック42とは独立してシリコン基板１に形成
された開口部９を介してガラス基板２を吸着するだけで
なく、ステージ41面より突出するまで、図中、上下方向
に可動するように構成されている。また、第３実施例に
おいても、真空チャック51は、シリコン基板１吸着用の
真空配管44から独立し、ガラス基板２吸着用の真空配管
45に連通している。

【００３２】次に作用について説明する。第３実施例で
は、ガラス基板２をシリコン基板１上に配置してから接
合が終了する図４のステップ14までは、真空チャック51
をシリコン基板１の開口部９を介してガラス基板２に接
触させ、ガラス基板２を真空吸着している。ステップ15
において、接合が終了してガラス基板２とシリコン基板
１とをステージより取り出すとき、この真空チャック45
を上に押し上げる。これにより、シリコン基板１のステ
ージ41に接した一主面がステージ41と擦れることなく、
ガラス基板２が接合されたシリコン基板１がステージ41
から引き離される。

【００３３】かかる構成によれば、接合が終了したガラ
ス基板２とシリコン基板１とをステージ41より取り出す
際に、シリコン基板１がステージ41の表面とが擦れるこ
とによるシリコン基板の表面上を損傷することなく、接
合したガラス基板２とシリコン基板１とを取り出すこと
ができるという利点がある。次に第４実施例について説
明する。

【００３４】このものは、半導体加速度センサのよう
に、ガラス基板とシリコン基板との間に空隙がある場
合、シリコン基板とガラス基板との間に高電圧を印加し
た時に、静電力による吸引力でシリコン基板が破壊され
ないように構成したものである。まず、半導体加速度セ
ンサの構造について説明する。図７，図８は、夫々、半
導体加速度センサの一例を示す断面図、平面図である。
シリコン基板61とガラス基板62とは該センサの周縁部で
接合されている。シリコン基板61には、梁部63と、梁部
63に支えられて重りとなる可動部64が形成されている。
尚、梁部63は、通常10μｍ程度である。ガラス基板62に
は、可動部64に対応するように深さ数μｍ程度の溝部65
が形成されている。溝部65内には、可動部64を静電駆動
するための例えばアルミニウムからなる導体電極66が形
成され、その端部は、導体電極66用のパッド67となって
いる。シリコン基板61には、パッド67と対向するように
開口部68が設けられ、シリコン基板61の一主面には、検
出された加速度のセンサ信号を信号処理するためのＧＰ
回路部69が形成されている。そして、パッド67には、例
えばアルミニウム製のワイヤ70が接続され、このワイヤ
70は開口部68を介してＧＰ回路部69まで配線される。

【００３５】図９は、ウェハの平面図であり、１枚のウ
ェハ71上には、複数のＧＰ回路部69が、斜線部で示すよ
うに配置される。このような構造の半導体加速度センサ
において、可動部64を導体電極66で静電駆動することに
より、加速度が検出され、センサ信号はＧＰ回路部69で
信号処理されて出力される。

【００３６】次に、図10は、かかる加速度センサを陽極
接合するときに用いられる陽極接合装置を示す図であ
り、図11はその部分拡大図である。図10及び図11におい
て、シリコン基板61に形成された開口部68を介してガラ
ス基板62を吸着する真空チャック72は、導電性を有して
いる。ステージ41には、前記シリコン基板61の開口部65
に相対するように溝部73が設けられ、この溝部73から真
空チャック72が、ガラス基板62を吸着するように突起し
ている。溝部73内には、該真空チャック72をガラス基板
62側に一定の圧力で付勢する弾性体71が設けられ、弾性
体71の付勢力で真空チャック72をパッド67に接触させ、
導体電極66、パッド67、及びステージ41が同電位となる
ようにしている。

【００３７】尚、弾性体71には、例えばバネ、エアバ
ネ、ゴム等が用いられる。次に作用について説明する。
図４のステップ12までは、第１実施例と同様の処理が行
われる。ステップ13において、接合電圧が印加される。
尚、真空チャック72が弾性体71の付勢力により付勢さ
れ、真空チャック72で真空吸着を行っていなくとも一定
の圧力でガラス基板62上のパッド67と接し、ている。

【００３８】通常、接合電圧は、前述のように、 500〜
1500Ｖと非常に高電圧である。この高電圧により非常に
強大な静電力が生じ、可動部64と導体電極66を等電位に
保持していない通常の構造では、可動部64が導体電極66
に引きつけられて前記可動部64を支える梁部63が破壊さ
れてしまうおそれがある。しかし、本実施例では、導電
性を有する真空チャック72が、真空吸着されていないと
きでも一定の圧力でパッド67に接触し、真空チャック72
を介してステージ41とパッド67とは電気的に接続されて
いるので、パッド67を介して導体電極66とシリコン基板
61、つまりは、ステージ41と、該導体電極66と相対する
可動部64と、の電位を等電位となっており、該可動部64
を支える梁部63を静電力により破壊することなく接合で
きるという利点がある。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる陽極接合装置によれば、接合時の位置ずれを防止
することができ、かつ、接合ばらつきを低減することも
できる。請求項２の発明にかかる陽極接合装置によれ
ば、ステージと半導体基板との熱膨張係数の差に起因し
て発生する半導体基板表面の損傷を防止することができ
る。

【００４０】請求項３の発明にかかる陽極接合装置によ
れば、接合した両基板をステージから取り出す際に発生
する半導体基板表面の損傷を防止することが可能とな
る。請求項４の発明にかかる陽極接合装置によれば、高
電圧印加時に発生する静電力による半導体基板の損傷を
防止することができる。請求項５の発明にかかる陽極接
合装置によれば、弾性体で突起手段をガラス基板側に付
勢することができる。

【００４１】請求項６の発明にかかる陽極接合装置によ
れば、ガラス基板の吸着と、接合した両基板のステージ
からの引き離しと、の処理を１つの吸着チャックで行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の陽極接合装置の断面図。

【図２】陽極接合装置の自動化装置を示す図。

【図３】図２のシリコンホルダを示す図。

【図４】図２における工程を説明するためのフローチャ
ート。

【図５】第２実施例の陽極接合装置の断面図。

【図６】第３実施例の陽極接合装置の断面図。

【図７】第４実施例の半導体加速度センサの断面図。

【図８】同上平面図。

【図９】図７のセンサチップのウェハ上における配置を
示す平面図。

【図10】第４実施例の陽極接合装置の断面図。

【図11】図10の部分拡大断面図。

【図12】従来の陽極接合装置の断面図。

【符号の説明】 １，61 シリコン基板 ２，62 ガラス基板 12，43，51，72 真空チャック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板、及び該半導体基板上に位置合
   わせをして載置されるガラス基板を載置するステージ
   と、該ステージに設けられて半導体基板を減圧吸着する
   吸着機構と、前記ステージに内蔵されて半導体基板とガ
   ラス基板とを接合温度まで加熱するヒータと、前記半導
   体基板とガラス基板間に高電圧を印加するときにガラス
   基板上に載置される電極と、を備えた陽極接合装置にお
   いて、 前記半導体基板の一部に、該基板を貫通する開口部を設
   ける一方、 前記吸着機構により開口部を介してガラス基板を減圧吸
   着するようにしたことを特徴とする陽極接合装置。
2. 【請求項２】前記吸着機構は、半導体基板を減圧吸着す
   る半導体基板吸着機構とガラス基板を減圧吸着するガラ
   ス基板吸着機構とが、夫々、独立して設けられた構成で
   あることを特徴とする請求項１に記載の陽極接合装置。
3. 【請求項３】前記吸着機構に、接合した半導体基板及び
   ガラス基板をステージ表面から押し上げるように上下動
   可能な突出手段を備えたことを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載の陽極接合装置。
4. 【請求項４】前記突出手段は、導電性を有するように構
   成され、 該突出手段をガラス基板と接するように付勢する付勢手
   段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の陽極接合
   装置。
5. 【請求項５】前記付勢手段は、弾性体で構成されたこと
   を特徴とする請求項４に記載の陽極接合装置。
6. 【請求項６】前記突出手段は、ガラス基板吸着チャック
   であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の
   陽極接合装置。