陽極接合用ガラス
【課題】 ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロニクスメカニカルシステム）などの製造に好適な、シリコンウエハなどと低温で陽極接合が可能なガラスを提供すること。さらに好ましくは低温かつ低電圧で陽極接合が可能なガラスを提供すること。
【解決手段】 酸化物基準のモル％で０．１％〜２０％のＮａ２Ｏ、０．１％〜５０％のＰ２Ｏ５の各成分を含有する陽極接合用ガラス。より好ましくは酸化物基準のモル％で、３０％〜９０％のＳｉＯ２、０％〜５０％のＢ２Ｏ３、０％〜５０％のＡｌ２Ｏ３の各成分を含有する請求項１に記載の陽極接合用ガラス。
【解決手段】 酸化物基準のモル％で０．１％〜２０％のＮａ２Ｏ、０．１％〜５０％のＰ２Ｏ５の各成分を含有する陽極接合用ガラス。より好ましくは酸化物基準のモル％で、３０％〜９０％のＳｉＯ２、０％〜５０％のＢ２Ｏ３、０％〜５０％のＡｌ２Ｏ３の各成分を含有する請求項１に記載の陽極接合用ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電気機械素子等に使用されるシリコン等の半導体や金属と陽極接合する場合に有用なガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
陽極接合は、センサまたはアクチュエータ（機械的駆動機構）と、それを駆動する集積回路とが混在する微小電気機械素子において、外部要因から内部を保護するためにシリコンウエハとガラスを接合する方法、前記微小電気機械素子の製造プロセスにおける各種基板とガラス台座を接合する方法、またはシリコンウエハ等のマスク基板とガラスの支持部材を接合する方法として用いられている。
【０００３】
陽極接合は一般的にシリコンウエハとガラスとを３００℃〜６００℃に加熱した状態で電圧を印加し、両者を接合する技術である。ガラスによる封止は高い気密性が得られる点および共有結合による強固な接合が得られる観点から、陽極接合は主にＭＥＭＳ（マイクロエレクトロニクスメカニカルシステム）の封止技術として利用されている。
近年、ＭＥＭＳセンサーを搭載する民生用デバイスにおいて、デバイスの小型化が市場の潮流であり要求でもある。そこで、デバイスを小型化するためには、ＭＥＭＳを小型化もしくは集積化する考えがある。また、集積回路とＭＥＭＳ装置を混在させ複合化デバイスとする考えもある。しかし、現在の陽極接合では、特に気密封止用途において、陽極接合時の加熱によってＭＥＭＳ素子が損傷を受ける問題や、陽極接合工程以前に行われるＭＥＭＳ素子等の接合部位は陽極接合時の加熱に耐えうるものである必要があるために、接合の方法が限定される等の問題がある。従って、ＭＥＭＳ素子の小型化および集積化、集積回路とＭＥＭＳ素子との複合化は困難である。また、太陽光発電素子においても陽極接合法が用いられ、特に薄膜型太陽光発電素子において２５０℃以下での接合が求められている。そのため、陽極接合の低温化が期待されている。
一方で、デバイスの低コスト化という市場の要求もある。デバイスを構成するＭＥＭＳの製造では、従来の陽極接合の温度に耐えうる設備にする必要があり、製造コストが高くなる問題があった。そのため、陽極接合を低温化する事が期待されている。
低温で陽極接合するためには、高電圧を印可することが有効であるが、高電圧はＭＥＭＳ素子を損傷させるため、低温で陽極接合を実施することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許文献１には陽極接合用ガラスが開示されているが、加熱温度が最低でも２４０℃を要している。
【特許文献１】特開２００１−７２４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は低温で陽極接合が可能なガラスを提供することである。さらに好ましくは低温かつ低電圧で陽極接合が可能なガラスを提供すること、加えて、アルカリ成分の基板表面への析出が少ないガラスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は上記の課題に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、特定成分の含有範囲を規定することによって、上記の課題を解決することを見いだし、この発明を完成したものであり、その具体的な構成は以下の通りである。
【０００７】
（構成１）
酸化物基準のモル％で０．１％〜２０％のＮａ２Ｏ、０．１％〜５０％のＰ２Ｏ５の各成分を含有する陽極接合用ガラス。
（構成２）
酸化物基準のモル％で、
３０％〜９０％のＳｉＯ２、
０％〜５０％のＢ２Ｏ３、
０％〜５０％のＡｌ２Ｏ３
の各成分を含有する構成１に記載の陽極接合用ガラス。
（構成３）
酸化物表示で、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分を含有し、これらの成分の合計量が酸化物基準のモル％で３０％以下である構成１または２に記載の陽極接合用ガラス。
（構成４）
酸化物基準のモル％で、
０％〜２０％のＭｇＯ、
０％〜２０％のＺｎＯ
の各成分を含有する構成１から３のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
（構成５）
酸化物基準のモル％で、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏから選ばれる１種以上の成分の合計量が１０％以下である構成１から４のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
（構成７）
酸化物基準のモル％で、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯから選ばれる１種以上の成分の合計量が１０％以下である構成１から６のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
（構成８）
酸化物基準のモル％で、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分の合計量が２０％以下である構成１から７のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
（構成９）
３０℃〜４００℃における平均線膨張係数が２５×１０−７／℃〜７０×１０−７／℃である構成１から８のいずれかに記載の陽極接合用ガラス
【０００８】
本発明においてガラスとはアモルファスガラスおよび結晶化ガラスの両方を含む概念である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のガラスによれば、例えば２００℃以下の低い温度で陽極接合が可能なガラスを提供することができる。このガラスを用いて陽極接合をすることにより、ＭＥＭＳ素子の熱的損傷を低減することができる。また、ＭＥＭＳ素子等の接着方法の選択肢がより多くなる。製造設備に高い耐熱性を持たせる必要が無くなるので、ＭＥＭＳデバイスの製造を低コストで行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】陽極接合試験の概要を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のガラスを構成する各成分について説明する。なお、特に記載の無い場合、本明細書においては前記各成分は酸化物基準のモル％にて表現する。
ここで、「酸化物基準」とは、本発明のガラスの構成成分の原料として使用される酸化物、硝酸塩、炭酸塩等が溶融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定して、ガラス中に含有される各成分の組成を表記する方法であり、この生成酸化物のモル数の総和を１００モル％として、ガラス中に含有される各成分の量を表記する。
【００１２】
本発明のガラスは 酸化物基準のモル％で、０．１％〜２０％のＮａ２Ｏ、０．１％〜５０％のＰ２Ｏ５の各成分を含有することにより、低温で接合可能な陽極接合用ガラスを提供することができる。
【００１３】
Ｎａ２Ｏ成分は陽極接合時の可動イオンとして振る舞い、ガラスを陽極接合に使用可能とする成分であり、必須成分である。Ｎａ２Ｏ成分の含有量が多いほど可動イオンが多くなりシリコンとガラス間の静電気力が強くなるため、３００℃よりも低温での陽極接合が可能となる。Ｎａ２Ｏ成分の含有量が０．１％よりも少ないと可動イオンが少なくなってしまい３００℃よりも低温での陽極接合が困難となるため、Ｎａ２Ｏ成分の含有量の下限は０．１％が好ましい。上記効果をより得やすくする為にはＮａ２Ｏ成分の下限は１％がより好ましく、２％が最も好ましい。
また、Ｎａ２Ｏ成分の含有量が２０％よりも多いとガラスの平均線膨張係数が所望の値よりも大きくなってしまうと共に、ガラスが失透してしまう。従って、Ｎａ２Ｏ成分の含有量は２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましく、１２％以下が最も好ましい。
【００１４】
Ｐ２Ｏ５成分はガラス骨格を形成する成分であり、Ｐ２Ｏ５成分が含有していると加電圧時に分極しやすくなる。そのため、可動イオンが伝導しやくなり、３００℃よりも低温での陽極接合が可能となるので必須成分である。
Ｐ２Ｏ５成分の含有量が０．１％よりも少ないと分極しづらい、３００℃よりも低温での陽極接合が困難となるため、Ｐ２Ｏ５成分の含有量の下限は０．１％が好ましい。上記効果をより得やすくする為にはＰ２Ｏ５成分の下限は１％がより好ましく、２％が最も好ましい。
また、５０％よりも多いとガラスの平均線膨張係数が所望の値よりも大きくなってしまうと共に、ガラスが失透してしまう。
従って、Ｐ２Ｏ５成分の含有量は５０％以下が好ましく、２０％以下がより好ましく、１０％以下が最も好ましい。
【００１５】
このように上記特定の成分を特定量含有させることにより、低温で接合可能かつアルカリ成分の析出が少なく、化学的に安定な陽極接合用ガラスを提供することができる。
【００１６】
ＳｉＯ２成分はガラス骨格を形成する成分であり、平均線膨張係数を小さくし、シリコンと同等の平均線膨張係数を得る効果があるので、含有することが好ましい。ＳｉＯ２成分の含有量が３０％よりも少ないと平均線膨張係数が所望の値よりも大きくなるとともに化学的耐久性が悪化しやすくなる。従ってＳｉＯ２成分の含有量は３０％以上が好ましく、５０％以上がより好ましく、５５％以上が最も好ましい。
また、ＳｉＯ２成分の含有量が９０％よりも多いとガラスの溶融性が悪化する。従って、ＳｉＯ２成分の含有量は９０％以下が好ましく、７２％以下がより好ましく、６８％が最も好ましい。
【００１７】
Ｂ２Ｏ３成分もＳｉＯ２成分と同様にガラス骨格を形成しうる成分であり、溶融性を向上させ、平均線膨張係数の曲線をシリコンの平均線膨張係数の曲線に近似させる効果がある為、任意で含有できる成分である。しかし、この成分の含有量が５０％を超えると化学的耐久性が悪化するとともに失透しやすくなる。従って、Ｂ２Ｏ３成分の含有量の上限は５０％以下とすることが好ましく、２０％以下とすることがより好ましく、１５％以下とすることが最も好ましい。
【００１８】
Ａｌ２Ｏ３成分は、ガラス骨格を形成することができ、また、ガラスを安定化し、平均線膨張係数の曲線をシリコンの平均線膨張係数の曲線に近似させるのに有効な成分であり任意で含有させることができる。しかし、Ａｌ２Ｏ３成分の量が５０％よりも多いとガラスが失透してしまうとともに分極しづらくなってしまう。従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は５０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましく、２５％以下が最も好ましい。
【００１９】
また、ＳｉＯ２成分、Ｐ２Ｏ５成分、Ｂ２Ｏ３成分、Ａｌ２Ｏ３成分が安定したガラス骨格を形成する為にはこれらの成分の合量が５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることが好ましく、６５％以上であることが最も好ましい。また、これらの成分の合量は９９．９％以下であることが好ましい。
【００２０】
また、Ｐ２Ｏ５成分の量に対するＳｉＯ２成分の量の比は加電圧時の分極性およびガラスの化学的耐久性向上に寄与し、酸化物基準のモル％で表わされたＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の比の値は、１以上１００以下が好ましく、２以上５０以下がより好ましく、５以上３０以下が最も好ましい。比が１未満になると、ガラスの化学的耐久性が低下する場合がある一 方、比が１００を越えると、ガラスが加電圧時に分極しづらくなる場合がある。
【００２１】
本発明の陽極接合用ガラスは、酸化物表示で、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分を含有し、これらの成分の合計量が酸化物基準のモル％で３０％以下であることが好ましい。これらの成分はガラスの安定化に寄与する成分であり、これらの成分の合計量を３０％以下とする事で、ガラスの失透を効果的に抑制することが可能となる。この効果をより得やすくする為には、前記合計量を２０％以下とすることがより好ましく、１５％以下とすることが最も好ましい。
【００２２】
また酸化物表示で、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯから選ばれる１種以上の成分は溶融性を向上させるのに有効な成分である。これらの成分の合計量が１０％より多いと平均線膨張係数が大きくなると共に体積抵抗率が大きくなり、３００℃よりも低温での陽極接合が困難となりやすい。従って前記成分の合計量は１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、２％以下が最も好ましい。
【００２３】
また、酸化物表示で、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分の合計量を２０％以下とすることでガラスが安定化し、ガラスの失透を抑制する効果が得やすくなる。したがって、前記成分の合計量は２０％以下とすることが好ましく、１０％以下とすることがより好ましく、５％以下とすることが最も好ましい。
【００２４】
ＭｇＯ成分はガラスを安定にし、溶融性を向上させる成分であり、任意で含有することができる。ただし含有量が２０％より多いと平均線膨張係数が所望の値よりも大きくなるとともに、ガラスが失透しやすくなる。その為ＭｇＯ成分の含有量は２０％以下が好ましく、１２％以下がより好ましく、８％以下が最も好ましい。
【００２５】
ＺｎＯ成分は溶融性および化学的耐久性を向上させるとともに平均線膨張係数を小さくする効果が大きい成分であり、任意で含有することができる。ただし含有量が２０％より多いとガラスが失透しやすくなる。その為ＺｎＯ成分の含有量は２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましく、１０％以下が最も好ましい。
【００２６】
ＢｅＯ成分は溶融温度を低くさせやすくする任意で添加できる成分である。ただし含有量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに平均線膨張係数が大きくなるため、その含有量の上限は、それぞれ好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００２７】
ＣａＯ成分は溶融温度を低くさせやすくする任意で添加できる成分である。ただし含有量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに熱間成型時の失透性が増大するため、その含有量の上限は、それぞれ好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００２８】
ＳｒＯ成分は溶融温度を低下させやすくする任意で添加できる成分である。ただし添加量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに平均線膨張係数が大きくなりやすくなるため、その含有量の上限は、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００２９】
ＢａＯ成分はガラスの分相を抑制しやすくするとともに、溶融温度を低下させやすくする任意で添加できる成分である。ただし添加量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに平均線膨張係数が大きくなりやすくなるため、その含有量の上限は、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００３０】
Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏの各成分は、溶融性を向上させる成分であり、任意で含有することができる。ただし、これらの成分の合計量が１０％よりも多いとガラスの平均線膨張係数が所望の値より大きくなってしまうと共に可動イオンが伝導しづらくなってしまい、３００℃よりも低温での陽極接合が困難となる。従って、これらの成分の合計量は１０％以下が好ましく、１％以下がより好ましい。
また、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏの各成分は可動イオンのイオン伝導を阻害する成分なので、これらの成分は実質的に含有しないことが最も好ましい。
【００３１】
Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏの各成分は、溶融温度を低下させやすくする成分である。これらの各成分は上記の合量の範囲内で任意に添加することができる。ただし各成分の含有量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに平均線膨張係数が大きくなりやすく、化学的耐久性が悪くなることから、その各々の成分の含有量はそれぞれ、好ましくは１０％以下、より好ましくは３％以下であり、最も好ましくは含有しないことである。
【００３２】
ＺｒＯ２成分、ＴｉＯ２成分、ＭｎＯ成分およびＦｅ２Ｏ３成分はガラスを安定にする成分であるため任意で含有できるが、これらの各々の成分の含有量が２０％を超えると不溶物が発生する為、前記ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の各々含有量の上限はそれぞれ２０％以下とすることが好ましく、１０％以下とすることがより好ましく、５％以下とすることが最も好ましい。
【００３３】
Ａｓ２Ｏ３成分およびＳｂ２Ｏ３成分はガラスの清澄剤として任意で添加できる成分である。ただし多量に加えても清澄効果は大きくならないため、Ａｓ２Ｏ３成分および／またはＳｂ２Ｏ３成分の含有量は５％を上限とし、好ましくは３％以下、最も好ましくは１％以下である。
【００３４】
しかし、Ａｓ２Ｏ３成分およびＳｂ２Ｏ３成分は近年人体や環境への影響を考慮して使用が控えられる傾向にあり、この点においてはこれらの成分はできるだけ含有しないことが好ましい。本発明のガラスにおいては上記清澄剤の代替としてＣｅＯ２成分および／またはＳｎＯ２成分を使用できる。これらの成分もＡｓ２Ｏ３成分およびＳｂ２Ｏ３成分と同様に多量に加えても清澄効果は大きくならないため、ＣｅＯ２成分および／またはＳｎＯ２成分の含有量は５％を上限とし、好ましくは４％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００３５】
ＰｂＯ成分はガラスを製造、加工、及び廃棄をする際に環境対策上の措置を講ずる必要があり、そのためのコストを要するため、本発明のガラスにＰｂＯを含有させるべきでない。
【００３６】
本発明のガラスの平均線膨張係数は、３０℃から４００℃の範囲において、２５×１０−７℃−１〜７０×１０−７℃−１の範囲である。より好ましい態様においては３０℃から４００℃の範囲において、２７×１０−７℃−１〜６２×１０−７℃−１の範囲の平均線膨張係数を得ることができる。
【００３７】
本発明のガラスの製造方法としては、公知の溶融法を用いる事が出来る。すなわち、本発明のガラスが酸化物基準で表わされた組成となるように珪砂、硼酸、酸化アルミニウム、メタリン酸アルミニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化鉄、亜砒酸、五酸化アンチモン、酸化錫、酸化セリウム等からなるガラス原料を、石英、アルミナまたは白金などからなる坩堝へ充填する。そして電気炉、ガス炉などの溶融炉で加熱溶融する。本発明のガラスはガラス原料の溶融温度が１６００℃以下であり、前記溶融炉での加熱溶融時の温度は１４５０℃〜１６００℃、好ましい態様においては１４５０℃〜１５５０℃の温度で溶融することができる。
溶融後、必要に応じ清澄、撹拌を行いガラスを均質化させ、その後成形型に溶融ガラスを流しこみ急冷することによって成形、徐冷炉において徐冷する。
【００３８】
本発明の陽極接合用ガラスはガラスの状態であってもシリコンと近似した平均線膨張係数を得られるが、得られたガラスを熱処理し負の平均線膨張係数を有する結晶を析出させることにより、ガラス全体の平均線膨張係数をさらに調整することも可能である。このときの熱処理は５００℃〜９００℃で１時間〜３０時間熱処理し核形成を行い、その後、６００℃〜１０００℃で１時間〜３０時間熱処理し結晶成長を行う。結晶化の熱処理後は緩やかに降温し徐冷する。析出させる結晶は小さい平均線膨張係数を有する点でムライトやコーディエライト、ネフェリンなどが好ましい。シリコンウエハとの熱膨張をより近似させる為には結晶化ガラスの結晶化度はモル％で５０％以下が好ましく、４７％以下が最も好ましい。また、析出する結晶の平均粒径は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲が好ましい。アルカリ金属酸化物を多く含有させることにより可動イオンが増加し陽極接合温度の低温化に寄与するが、アルカリ金属酸化物は熱膨張を大きくする成分である。従って、アルカリ金属酸化物の含有量を少なくすることによってガラスの平均線膨張係数を低くし、シリコンウエハと陽極接合用ガラスの熱膨張を近似させようとすると、陽極接合の低温化と相反することとなる。しかし、結晶化ガラスはガラス相の部分でアルカリ金属酸化物の含有量を多くして陽極接合時の低温化を図りつつ、小さい平均線膨張係数を有する結晶を析出させることによって全体として低熱膨張性を得ることが可能となる。
但し、結晶化ガラスは結晶相とガラス相との硬度の違いにより、研磨後の表面に微細な凸凹が生じこの凸凹が原因となって陽極接合後の強度が充分に得られない場合があるため、陽極接合用ガラスとしては結晶化していないガラスであることがより好ましい。また、結晶化していないガラスを陽極接合用ガラスとする場合、結晶を析出させる為の熱処理工程が不要の為、製造コストが少なくてすむ。
【００３９】
徐冷を終えたガラスは必要に応じて切断、研削加工を施して所望の形状とすると共に、接合面を研磨することがより好ましい。このときの接合面の表面性状はＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さＲａで１０．０ｎｍ以下であることが好ましく、５．０ｎｍ以下であることが最も好ましい。
【００４０】
また、徐冷炉から取りだしたガラスを粉末状に加工し、バインダー、溶媒等と混合してスラリー化し、その後ドクターブレード法等によりグリーンシートを成形し、グリーンシートを乾燥、焼結して板状の陽極接合用部材を作製する事も可能である。スラリーにはアルミナやコージェライトなどのセラミックス粉末を混合して平均線膨張係数や機械的強度等の物性を調整することも可能である。
【実施例】
【００４１】
本発明の陽極接合用ガラスについて、シリコンウエハとの陽極接合試験を実施した。
【００４２】
［ガラスの作製］
本発明の実施例について説明する。ガラスが酸化物基準のモル％で表わされた表１〜２に示す組成比となるように珪砂、硼酸、酸化アルミニウム、メタリン酸アルミニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化鉄、亜砒酸、五酸化アンチモン、酸化錫、酸化セリウム等からなるガラス原料バッチを調製した。バッチはアルミナまたは白金坩堝へ充填し、電気炉により１４００〜１５５０℃の温度で６〜２４時間加熱溶融した。溶融したガラスを板状に成型し徐冷した。作製したガラスについてＪＯＧＩＳ（日本光学硝子工業会規格）１６−２００３「光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法」に則り、温度範囲を３０℃から４００℃の範囲に換えて平均線膨張係数を測定した。測定した平均線膨張係数（α）の値を表１〜２に示す。
【００４３】
［ガラスの加工］
接合試験に適した形状のガラスサンプルとする為、作製した板状ガラスから所望サイズの円柱状にくりぬき、スライス加工により所望の厚みのディスク状の基板に切断にして、両面精密研磨機にて研磨を実施した。その後、Ｚｙｇｏ社製のＮｅｗ Ｖｉｅｗにてガラスサンプル表面の算術平均粗さＲａを測定した。加工後のガラスサンプルの形状、算術平均粗さＲａを表１〜２に記載する。
【００４４】
［接合試験］
シリコンウエハと作製したガラスサンプルの陽極接合試験を実施した。
シリコンウエハは株式会社フェローテックシリコン社製のホウ素をドープしたＰ型、シリコン純度は約約９９．９９９９９６％、方位は（１００）±１．０°、比抵抗１〜２０Ω・ｃｍ、直径は７６．５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍを使用した。
陽極接合は、アユミ工業株式会社のＡＢ４０特注品（神奈川県産業技術センター所有）を使用し、図１に示す様にシリコンウエハ側をプラス、ガラス側をマイナスにして温度２００℃、直流電圧８００Ｖを１０分間印加することで行った。
この時の最大電流値（ｍＡ）を表１〜２に記載する。
【００４５】
接合試験後、接合の評価をおこなった。評価はシリコンウエハと接合したガラスサンプルの面積をガラスサンプルの片面全体の面積で割った値を接合割合（％）として評価した。接合試験後に暗く変色した領域をシリコンウエハと接合した領域とした。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
表１〜２に示す通り、本発明の陽極接合用ガラスは接合面積が７４％〜１００％であり、２００℃の低温でも良好な接合性を示した。
【００４９】
また、実施例１の組成のガラスサンプルについて、接合時の直流電圧を６００Ｖに変更した以外は上記と同様の条件で接合試験をした。その結果接合割合は８５％であり、良好な接合結果を得た。
【符号の説明】
【００５０】
１ プラス電極
２ ヒーター
３ マイナス電極兼ヒーター
４ シリコンウエハ
５ ガラスサンプル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電気機械素子等に使用されるシリコン等の半導体や金属と陽極接合する場合に有用なガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
陽極接合は、センサまたはアクチュエータ（機械的駆動機構）と、それを駆動する集積回路とが混在する微小電気機械素子において、外部要因から内部を保護するためにシリコンウエハとガラスを接合する方法、前記微小電気機械素子の製造プロセスにおける各種基板とガラス台座を接合する方法、またはシリコンウエハ等のマスク基板とガラスの支持部材を接合する方法として用いられている。
【０００３】
陽極接合は一般的にシリコンウエハとガラスとを３００℃〜６００℃に加熱した状態で電圧を印加し、両者を接合する技術である。ガラスによる封止は高い気密性が得られる点および共有結合による強固な接合が得られる観点から、陽極接合は主にＭＥＭＳ（マイクロエレクトロニクスメカニカルシステム）の封止技術として利用されている。
近年、ＭＥＭＳセンサーを搭載する民生用デバイスにおいて、デバイスの小型化が市場の潮流であり要求でもある。そこで、デバイスを小型化するためには、ＭＥＭＳを小型化もしくは集積化する考えがある。また、集積回路とＭＥＭＳ装置を混在させ複合化デバイスとする考えもある。しかし、現在の陽極接合では、特に気密封止用途において、陽極接合時の加熱によってＭＥＭＳ素子が損傷を受ける問題や、陽極接合工程以前に行われるＭＥＭＳ素子等の接合部位は陽極接合時の加熱に耐えうるものである必要があるために、接合の方法が限定される等の問題がある。従って、ＭＥＭＳ素子の小型化および集積化、集積回路とＭＥＭＳ素子との複合化は困難である。また、太陽光発電素子においても陽極接合法が用いられ、特に薄膜型太陽光発電素子において２５０℃以下での接合が求められている。そのため、陽極接合の低温化が期待されている。
一方で、デバイスの低コスト化という市場の要求もある。デバイスを構成するＭＥＭＳの製造では、従来の陽極接合の温度に耐えうる設備にする必要があり、製造コストが高くなる問題があった。そのため、陽極接合を低温化する事が期待されている。
低温で陽極接合するためには、高電圧を印可することが有効であるが、高電圧はＭＥＭＳ素子を損傷させるため、低温で陽極接合を実施することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許文献１には陽極接合用ガラスが開示されているが、加熱温度が最低でも２４０℃を要している。
【特許文献１】特開２００１−７２４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は低温で陽極接合が可能なガラスを提供することである。さらに好ましくは低温かつ低電圧で陽極接合が可能なガラスを提供すること、加えて、アルカリ成分の基板表面への析出が少ないガラスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は上記の課題に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、特定成分の含有範囲を規定することによって、上記の課題を解決することを見いだし、この発明を完成したものであり、その具体的な構成は以下の通りである。
【０００７】
（構成１）
酸化物基準のモル％で０．１％〜２０％のＮａ２Ｏ、０．１％〜５０％のＰ２Ｏ５の各成分を含有する陽極接合用ガラス。
（構成２）
酸化物基準のモル％で、
３０％〜９０％のＳｉＯ２、
０％〜５０％のＢ２Ｏ３、
０％〜５０％のＡｌ２Ｏ３
の各成分を含有する構成１に記載の陽極接合用ガラス。
（構成３）
酸化物表示で、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分を含有し、これらの成分の合計量が酸化物基準のモル％で３０％以下である構成１または２に記載の陽極接合用ガラス。
（構成４）
酸化物基準のモル％で、
０％〜２０％のＭｇＯ、
０％〜２０％のＺｎＯ
の各成分を含有する構成１から３のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
（構成５）
酸化物基準のモル％で、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏから選ばれる１種以上の成分の合計量が１０％以下である構成１から４のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
（構成７）
酸化物基準のモル％で、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯから選ばれる１種以上の成分の合計量が１０％以下である構成１から６のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
（構成８）
酸化物基準のモル％で、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分の合計量が２０％以下である構成１から７のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
（構成９）
３０℃〜４００℃における平均線膨張係数が２５×１０−７／℃〜７０×１０−７／℃である構成１から８のいずれかに記載の陽極接合用ガラス
【０００８】
本発明においてガラスとはアモルファスガラスおよび結晶化ガラスの両方を含む概念である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のガラスによれば、例えば２００℃以下の低い温度で陽極接合が可能なガラスを提供することができる。このガラスを用いて陽極接合をすることにより、ＭＥＭＳ素子の熱的損傷を低減することができる。また、ＭＥＭＳ素子等の接着方法の選択肢がより多くなる。製造設備に高い耐熱性を持たせる必要が無くなるので、ＭＥＭＳデバイスの製造を低コストで行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】陽極接合試験の概要を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のガラスを構成する各成分について説明する。なお、特に記載の無い場合、本明細書においては前記各成分は酸化物基準のモル％にて表現する。
ここで、「酸化物基準」とは、本発明のガラスの構成成分の原料として使用される酸化物、硝酸塩、炭酸塩等が溶融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定して、ガラス中に含有される各成分の組成を表記する方法であり、この生成酸化物のモル数の総和を１００モル％として、ガラス中に含有される各成分の量を表記する。
【００１２】
本発明のガラスは 酸化物基準のモル％で、０．１％〜２０％のＮａ２Ｏ、０．１％〜５０％のＰ２Ｏ５の各成分を含有することにより、低温で接合可能な陽極接合用ガラスを提供することができる。
【００１３】
Ｎａ２Ｏ成分は陽極接合時の可動イオンとして振る舞い、ガラスを陽極接合に使用可能とする成分であり、必須成分である。Ｎａ２Ｏ成分の含有量が多いほど可動イオンが多くなりシリコンとガラス間の静電気力が強くなるため、３００℃よりも低温での陽極接合が可能となる。Ｎａ２Ｏ成分の含有量が０．１％よりも少ないと可動イオンが少なくなってしまい３００℃よりも低温での陽極接合が困難となるため、Ｎａ２Ｏ成分の含有量の下限は０．１％が好ましい。上記効果をより得やすくする為にはＮａ２Ｏ成分の下限は１％がより好ましく、２％が最も好ましい。
また、Ｎａ２Ｏ成分の含有量が２０％よりも多いとガラスの平均線膨張係数が所望の値よりも大きくなってしまうと共に、ガラスが失透してしまう。従って、Ｎａ２Ｏ成分の含有量は２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましく、１２％以下が最も好ましい。
【００１４】
Ｐ２Ｏ５成分はガラス骨格を形成する成分であり、Ｐ２Ｏ５成分が含有していると加電圧時に分極しやすくなる。そのため、可動イオンが伝導しやくなり、３００℃よりも低温での陽極接合が可能となるので必須成分である。
Ｐ２Ｏ５成分の含有量が０．１％よりも少ないと分極しづらい、３００℃よりも低温での陽極接合が困難となるため、Ｐ２Ｏ５成分の含有量の下限は０．１％が好ましい。上記効果をより得やすくする為にはＰ２Ｏ５成分の下限は１％がより好ましく、２％が最も好ましい。
また、５０％よりも多いとガラスの平均線膨張係数が所望の値よりも大きくなってしまうと共に、ガラスが失透してしまう。
従って、Ｐ２Ｏ５成分の含有量は５０％以下が好ましく、２０％以下がより好ましく、１０％以下が最も好ましい。
【００１５】
このように上記特定の成分を特定量含有させることにより、低温で接合可能かつアルカリ成分の析出が少なく、化学的に安定な陽極接合用ガラスを提供することができる。
【００１６】
ＳｉＯ２成分はガラス骨格を形成する成分であり、平均線膨張係数を小さくし、シリコンと同等の平均線膨張係数を得る効果があるので、含有することが好ましい。ＳｉＯ２成分の含有量が３０％よりも少ないと平均線膨張係数が所望の値よりも大きくなるとともに化学的耐久性が悪化しやすくなる。従ってＳｉＯ２成分の含有量は３０％以上が好ましく、５０％以上がより好ましく、５５％以上が最も好ましい。
また、ＳｉＯ２成分の含有量が９０％よりも多いとガラスの溶融性が悪化する。従って、ＳｉＯ２成分の含有量は９０％以下が好ましく、７２％以下がより好ましく、６８％が最も好ましい。
【００１７】
Ｂ２Ｏ３成分もＳｉＯ２成分と同様にガラス骨格を形成しうる成分であり、溶融性を向上させ、平均線膨張係数の曲線をシリコンの平均線膨張係数の曲線に近似させる効果がある為、任意で含有できる成分である。しかし、この成分の含有量が５０％を超えると化学的耐久性が悪化するとともに失透しやすくなる。従って、Ｂ２Ｏ３成分の含有量の上限は５０％以下とすることが好ましく、２０％以下とすることがより好ましく、１５％以下とすることが最も好ましい。
【００１８】
Ａｌ２Ｏ３成分は、ガラス骨格を形成することができ、また、ガラスを安定化し、平均線膨張係数の曲線をシリコンの平均線膨張係数の曲線に近似させるのに有効な成分であり任意で含有させることができる。しかし、Ａｌ２Ｏ３成分の量が５０％よりも多いとガラスが失透してしまうとともに分極しづらくなってしまう。従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は５０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましく、２５％以下が最も好ましい。
【００１９】
また、ＳｉＯ２成分、Ｐ２Ｏ５成分、Ｂ２Ｏ３成分、Ａｌ２Ｏ３成分が安定したガラス骨格を形成する為にはこれらの成分の合量が５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることが好ましく、６５％以上であることが最も好ましい。また、これらの成分の合量は９９．９％以下であることが好ましい。
【００２０】
また、Ｐ２Ｏ５成分の量に対するＳｉＯ２成分の量の比は加電圧時の分極性およびガラスの化学的耐久性向上に寄与し、酸化物基準のモル％で表わされたＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の比の値は、１以上１００以下が好ましく、２以上５０以下がより好ましく、５以上３０以下が最も好ましい。比が１未満になると、ガラスの化学的耐久性が低下する場合がある一 方、比が１００を越えると、ガラスが加電圧時に分極しづらくなる場合がある。
【００２１】
本発明の陽極接合用ガラスは、酸化物表示で、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分を含有し、これらの成分の合計量が酸化物基準のモル％で３０％以下であることが好ましい。これらの成分はガラスの安定化に寄与する成分であり、これらの成分の合計量を３０％以下とする事で、ガラスの失透を効果的に抑制することが可能となる。この効果をより得やすくする為には、前記合計量を２０％以下とすることがより好ましく、１５％以下とすることが最も好ましい。
【００２２】
また酸化物表示で、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯから選ばれる１種以上の成分は溶融性を向上させるのに有効な成分である。これらの成分の合計量が１０％より多いと平均線膨張係数が大きくなると共に体積抵抗率が大きくなり、３００℃よりも低温での陽極接合が困難となりやすい。従って前記成分の合計量は１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、２％以下が最も好ましい。
【００２３】
また、酸化物表示で、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分の合計量を２０％以下とすることでガラスが安定化し、ガラスの失透を抑制する効果が得やすくなる。したがって、前記成分の合計量は２０％以下とすることが好ましく、１０％以下とすることがより好ましく、５％以下とすることが最も好ましい。
【００２４】
ＭｇＯ成分はガラスを安定にし、溶融性を向上させる成分であり、任意で含有することができる。ただし含有量が２０％より多いと平均線膨張係数が所望の値よりも大きくなるとともに、ガラスが失透しやすくなる。その為ＭｇＯ成分の含有量は２０％以下が好ましく、１２％以下がより好ましく、８％以下が最も好ましい。
【００２５】
ＺｎＯ成分は溶融性および化学的耐久性を向上させるとともに平均線膨張係数を小さくする効果が大きい成分であり、任意で含有することができる。ただし含有量が２０％より多いとガラスが失透しやすくなる。その為ＺｎＯ成分の含有量は２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましく、１０％以下が最も好ましい。
【００２６】
ＢｅＯ成分は溶融温度を低くさせやすくする任意で添加できる成分である。ただし含有量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに平均線膨張係数が大きくなるため、その含有量の上限は、それぞれ好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００２７】
ＣａＯ成分は溶融温度を低くさせやすくする任意で添加できる成分である。ただし含有量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに熱間成型時の失透性が増大するため、その含有量の上限は、それぞれ好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００２８】
ＳｒＯ成分は溶融温度を低下させやすくする任意で添加できる成分である。ただし添加量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに平均線膨張係数が大きくなりやすくなるため、その含有量の上限は、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００２９】
ＢａＯ成分はガラスの分相を抑制しやすくするとともに、溶融温度を低下させやすくする任意で添加できる成分である。ただし添加量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに平均線膨張係数が大きくなりやすくなるため、その含有量の上限は、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００３０】
Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏの各成分は、溶融性を向上させる成分であり、任意で含有することができる。ただし、これらの成分の合計量が１０％よりも多いとガラスの平均線膨張係数が所望の値より大きくなってしまうと共に可動イオンが伝導しづらくなってしまい、３００℃よりも低温での陽極接合が困難となる。従って、これらの成分の合計量は１０％以下が好ましく、１％以下がより好ましい。
また、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏの各成分は可動イオンのイオン伝導を阻害する成分なので、これらの成分は実質的に含有しないことが最も好ましい。
【００３１】
Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏの各成分は、溶融温度を低下させやすくする成分である。これらの各成分は上記の合量の範囲内で任意に添加することができる。ただし各成分の含有量が多いと可動イオンが伝導しづらくなるとともに平均線膨張係数が大きくなりやすく、化学的耐久性が悪くなることから、その各々の成分の含有量はそれぞれ、好ましくは１０％以下、より好ましくは３％以下であり、最も好ましくは含有しないことである。
【００３２】
ＺｒＯ２成分、ＴｉＯ２成分、ＭｎＯ成分およびＦｅ２Ｏ３成分はガラスを安定にする成分であるため任意で含有できるが、これらの各々の成分の含有量が２０％を超えると不溶物が発生する為、前記ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の各々含有量の上限はそれぞれ２０％以下とすることが好ましく、１０％以下とすることがより好ましく、５％以下とすることが最も好ましい。
【００３３】
Ａｓ２Ｏ３成分およびＳｂ２Ｏ３成分はガラスの清澄剤として任意で添加できる成分である。ただし多量に加えても清澄効果は大きくならないため、Ａｓ２Ｏ３成分および／またはＳｂ２Ｏ３成分の含有量は５％を上限とし、好ましくは３％以下、最も好ましくは１％以下である。
【００３４】
しかし、Ａｓ２Ｏ３成分およびＳｂ２Ｏ３成分は近年人体や環境への影響を考慮して使用が控えられる傾向にあり、この点においてはこれらの成分はできるだけ含有しないことが好ましい。本発明のガラスにおいては上記清澄剤の代替としてＣｅＯ２成分および／またはＳｎＯ２成分を使用できる。これらの成分もＡｓ２Ｏ３成分およびＳｂ２Ｏ３成分と同様に多量に加えても清澄効果は大きくならないため、ＣｅＯ２成分および／またはＳｎＯ２成分の含有量は５％を上限とし、好ましくは４％以下、最も好ましくは３％以下である。
【００３５】
ＰｂＯ成分はガラスを製造、加工、及び廃棄をする際に環境対策上の措置を講ずる必要があり、そのためのコストを要するため、本発明のガラスにＰｂＯを含有させるべきでない。
【００３６】
本発明のガラスの平均線膨張係数は、３０℃から４００℃の範囲において、２５×１０−７℃−１〜７０×１０−７℃−１の範囲である。より好ましい態様においては３０℃から４００℃の範囲において、２７×１０−７℃−１〜６２×１０−７℃−１の範囲の平均線膨張係数を得ることができる。
【００３７】
本発明のガラスの製造方法としては、公知の溶融法を用いる事が出来る。すなわち、本発明のガラスが酸化物基準で表わされた組成となるように珪砂、硼酸、酸化アルミニウム、メタリン酸アルミニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化鉄、亜砒酸、五酸化アンチモン、酸化錫、酸化セリウム等からなるガラス原料を、石英、アルミナまたは白金などからなる坩堝へ充填する。そして電気炉、ガス炉などの溶融炉で加熱溶融する。本発明のガラスはガラス原料の溶融温度が１６００℃以下であり、前記溶融炉での加熱溶融時の温度は１４５０℃〜１６００℃、好ましい態様においては１４５０℃〜１５５０℃の温度で溶融することができる。
溶融後、必要に応じ清澄、撹拌を行いガラスを均質化させ、その後成形型に溶融ガラスを流しこみ急冷することによって成形、徐冷炉において徐冷する。
【００３８】
本発明の陽極接合用ガラスはガラスの状態であってもシリコンと近似した平均線膨張係数を得られるが、得られたガラスを熱処理し負の平均線膨張係数を有する結晶を析出させることにより、ガラス全体の平均線膨張係数をさらに調整することも可能である。このときの熱処理は５００℃〜９００℃で１時間〜３０時間熱処理し核形成を行い、その後、６００℃〜１０００℃で１時間〜３０時間熱処理し結晶成長を行う。結晶化の熱処理後は緩やかに降温し徐冷する。析出させる結晶は小さい平均線膨張係数を有する点でムライトやコーディエライト、ネフェリンなどが好ましい。シリコンウエハとの熱膨張をより近似させる為には結晶化ガラスの結晶化度はモル％で５０％以下が好ましく、４７％以下が最も好ましい。また、析出する結晶の平均粒径は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲が好ましい。アルカリ金属酸化物を多く含有させることにより可動イオンが増加し陽極接合温度の低温化に寄与するが、アルカリ金属酸化物は熱膨張を大きくする成分である。従って、アルカリ金属酸化物の含有量を少なくすることによってガラスの平均線膨張係数を低くし、シリコンウエハと陽極接合用ガラスの熱膨張を近似させようとすると、陽極接合の低温化と相反することとなる。しかし、結晶化ガラスはガラス相の部分でアルカリ金属酸化物の含有量を多くして陽極接合時の低温化を図りつつ、小さい平均線膨張係数を有する結晶を析出させることによって全体として低熱膨張性を得ることが可能となる。
但し、結晶化ガラスは結晶相とガラス相との硬度の違いにより、研磨後の表面に微細な凸凹が生じこの凸凹が原因となって陽極接合後の強度が充分に得られない場合があるため、陽極接合用ガラスとしては結晶化していないガラスであることがより好ましい。また、結晶化していないガラスを陽極接合用ガラスとする場合、結晶を析出させる為の熱処理工程が不要の為、製造コストが少なくてすむ。
【００３９】
徐冷を終えたガラスは必要に応じて切断、研削加工を施して所望の形状とすると共に、接合面を研磨することがより好ましい。このときの接合面の表面性状はＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さＲａで１０．０ｎｍ以下であることが好ましく、５．０ｎｍ以下であることが最も好ましい。
【００４０】
また、徐冷炉から取りだしたガラスを粉末状に加工し、バインダー、溶媒等と混合してスラリー化し、その後ドクターブレード法等によりグリーンシートを成形し、グリーンシートを乾燥、焼結して板状の陽極接合用部材を作製する事も可能である。スラリーにはアルミナやコージェライトなどのセラミックス粉末を混合して平均線膨張係数や機械的強度等の物性を調整することも可能である。
【実施例】
【００４１】
本発明の陽極接合用ガラスについて、シリコンウエハとの陽極接合試験を実施した。
【００４２】
［ガラスの作製］
本発明の実施例について説明する。ガラスが酸化物基準のモル％で表わされた表１〜２に示す組成比となるように珪砂、硼酸、酸化アルミニウム、メタリン酸アルミニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化鉄、亜砒酸、五酸化アンチモン、酸化錫、酸化セリウム等からなるガラス原料バッチを調製した。バッチはアルミナまたは白金坩堝へ充填し、電気炉により１４００〜１５５０℃の温度で６〜２４時間加熱溶融した。溶融したガラスを板状に成型し徐冷した。作製したガラスについてＪＯＧＩＳ（日本光学硝子工業会規格）１６−２００３「光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法」に則り、温度範囲を３０℃から４００℃の範囲に換えて平均線膨張係数を測定した。測定した平均線膨張係数（α）の値を表１〜２に示す。
【００４３】
［ガラスの加工］
接合試験に適した形状のガラスサンプルとする為、作製した板状ガラスから所望サイズの円柱状にくりぬき、スライス加工により所望の厚みのディスク状の基板に切断にして、両面精密研磨機にて研磨を実施した。その後、Ｚｙｇｏ社製のＮｅｗ Ｖｉｅｗにてガラスサンプル表面の算術平均粗さＲａを測定した。加工後のガラスサンプルの形状、算術平均粗さＲａを表１〜２に記載する。
【００４４】
［接合試験］
シリコンウエハと作製したガラスサンプルの陽極接合試験を実施した。
シリコンウエハは株式会社フェローテックシリコン社製のホウ素をドープしたＰ型、シリコン純度は約約９９．９９９９９６％、方位は（１００）±１．０°、比抵抗１〜２０Ω・ｃｍ、直径は７６．５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍを使用した。
陽極接合は、アユミ工業株式会社のＡＢ４０特注品（神奈川県産業技術センター所有）を使用し、図１に示す様にシリコンウエハ側をプラス、ガラス側をマイナスにして温度２００℃、直流電圧８００Ｖを１０分間印加することで行った。
この時の最大電流値（ｍＡ）を表１〜２に記載する。
【００４５】
接合試験後、接合の評価をおこなった。評価はシリコンウエハと接合したガラスサンプルの面積をガラスサンプルの片面全体の面積で割った値を接合割合（％）として評価した。接合試験後に暗く変色した領域をシリコンウエハと接合した領域とした。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
表１〜２に示す通り、本発明の陽極接合用ガラスは接合面積が７４％〜１００％であり、２００℃の低温でも良好な接合性を示した。
【００４９】
また、実施例１の組成のガラスサンプルについて、接合時の直流電圧を６００Ｖに変更した以外は上記と同様の条件で接合試験をした。その結果接合割合は８５％であり、良好な接合結果を得た。
【符号の説明】
【００５０】
１ プラス電極
２ ヒーター
３ マイナス電極兼ヒーター
４ シリコンウエハ
５ ガラスサンプル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物基準のモル％で０．１％〜２０％のＮａ２Ｏ、０．１％〜５０％のＰ２Ｏ５の各成分を含有する陽極接合用ガラス。
【請求項２】
酸化物基準のモル％で、
３０％〜９０％のＳｉＯ２、
０％〜５０％のＢ２Ｏ３、
０％〜５０％のＡｌ２Ｏ３
の各成分を含有する請求項１に記載の陽極接合用ガラス。
【請求項３】
酸化物表示で、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分を含有し、これらの成分の合計量が酸化物基準のモル％で３０％以下である請求項１または２に記載の陽極接合用ガラス。
【請求項４】
酸化物基準のモル％で、
０％〜２０％のＭｇＯ、
０％〜２０％のＺｎＯ
の各成分を含有する請求項１から３のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項５】
酸化物基準のモル％で、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏから選ばれる１種以上の成分の合計量が１０％以下である請求項１から４のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項６】
酸化物基準のモル％で、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯから選ばれる１種以上の成分の合計量が１０％以下である請求項１から６のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項７】
酸化物基準のモル％で、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分の合計量が２０％以下である請求項１から７のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項８】
３０℃〜４００℃における平均線膨張係数が２５×１０−７／℃〜７０×１０−７／℃である請求項１から８のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項１】
酸化物基準のモル％で０．１％〜２０％のＮａ２Ｏ、０．１％〜５０％のＰ２Ｏ５の各成分を含有する陽極接合用ガラス。
【請求項２】
酸化物基準のモル％で、
３０％〜９０％のＳｉＯ２、
０％〜５０％のＢ２Ｏ３、
０％〜５０％のＡｌ２Ｏ３
の各成分を含有する請求項１に記載の陽極接合用ガラス。
【請求項３】
酸化物表示で、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分を含有し、これらの成分の合計量が酸化物基準のモル％で３０％以下である請求項１または２に記載の陽極接合用ガラス。
【請求項４】
酸化物基準のモル％で、
０％〜２０％のＭｇＯ、
０％〜２０％のＺｎＯ
の各成分を含有する請求項１から３のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項５】
酸化物基準のモル％で、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏから選ばれる１種以上の成分の合計量が１０％以下である請求項１から４のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項６】
酸化物基準のモル％で、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯから選ばれる１種以上の成分の合計量が１０％以下である請求項１から６のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項７】
酸化物基準のモル％で、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる１種以上の成分の合計量が２０％以下である請求項１から７のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【請求項８】
３０℃〜４００℃における平均線膨張係数が２５×１０−７／℃〜７０×１０−７／℃である請求項１から８のいずれかに記載の陽極接合用ガラス。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−２０８９４（Ｐ２０１２−２０８９４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９１７８（Ｐ２０１０−１５９１７８）
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００１２８７８４）株式会社オハラ (539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００１２８７８４）株式会社オハラ (539)
【Ｆターム（参考）】
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