JP2004023054A - 素子の気密封止体の作製方法及びリフロー炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】作業能率の高い素子の気密封止体の作製方法を提供する。
【解決手段】本方法は、下部壁を有する底板上に素子を配置し、上部壁が下部壁に位置決めされた状態で天井壁を底板上に載せた、気密封止体の組み立て体をリフロー炉のチャンバ内に載置し、真空引きした後、リフロー炉のチャンバ内に封入ガスを導入し、所定圧力にする工程（Ｓ１ 〜Ｓ４ ）と、下部壁及び上部壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、下部壁と上部壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止する工程（Ｓ５ ）と、ヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスでチャンバ内の封入ガス雰囲気を置換し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行う工程（Ｓ６ 〜Ｓ８ ）と、空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す工程（Ｓ９ ＆Ｓ１０）とを有する。
【選択図】 図２
【解決手段】本方法は、下部壁を有する底板上に素子を配置し、上部壁が下部壁に位置決めされた状態で天井壁を底板上に載せた、気密封止体の組み立て体をリフロー炉のチャンバ内に載置し、真空引きした後、リフロー炉のチャンバ内に封入ガスを導入し、所定圧力にする工程（Ｓ１ 〜Ｓ４ ）と、下部壁及び上部壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、下部壁と上部壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止する工程（Ｓ５ ）と、ヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスでチャンバ内の封入ガス雰囲気を置換し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行う工程（Ｓ６ 〜Ｓ８ ）と、空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す工程（Ｓ９ ＆Ｓ１０）とを有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子の気密封止体の作製方法及びリフロー炉に関し、更に詳細には、リークテストを含めて少ない工程数で素子の気密封止体を作製する方法及びその方法の実施に最適なリフロー炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｉｃＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、超小型電気的・機械的複合体）素子、及びＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われる。
【０００３】
ここで、ＭＥＭＳ素子の一例として、図４を参照して、光変調器として機能する光学的微小素子の構成を説明する。図４は光学的微小素子の構成を示す斜視図である。
光学的微小素子１０は、図４に示すように、複数個の光変調素子１２を相互に並列で密に配置させたデバイスである。光学的微小素子１０を構成する光変調素子１２は、上面に光反射膜１４を有する静電駆動型メンブレン１６を備え、各光変調素子１２のメンブレン１６が、静電引力、或いは静電反発力によって機械的に動いて、光反射膜１４の傾きを変化させ、光反射膜１４で反射する反射光の光強度を変調させる機能を有する。
【０００４】
次に、図５を参照して、光変調素子１２の構成を説明する。図５は光変調素子の構成を示す斜視図である。
光変調素子１２は、図５に示すように、ガラス基板等の絶縁性基板１８と、Ｃｒ薄膜等で絶縁性基板１８上に形成されている基板側電極２０と、基板側電極２０に交差してブリッジ状に跨ぐ静電駆動型メンブレン１６とを備えている。
メンブレン１６と基板側電極２０とは、その間の空隙部２２によって電気的に絶縁されている。
【０００５】
メンブレン１６は、基板側電極２０をブリッジ状に跨いで基板１８上に立脚する電極支持部材として設けられたＳｉＮ膜からなるブリッジ部材２４と、基板側電極２０に対向して相互に平行にブリッジ部材２４上に設けられた、膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ膜からなる光反射膜兼メンブレン側電極１４とから構成されている。
ブリッジ部材２４は、空隙部２２を確保するように、基板側電極２０に対向して所定間隔だけ離間し、かつ基板側電極２０に対して相互に平行に光反射膜兼メンブレン側電極１４を支持するために設けられている。
光学的微小素子１０では、絶縁性基板１８及びその上の基板側電極２０は、図４に示すように、各光変調素子１２の共通基板及び共通電極となっている。
【０００６】
上述の光変調素子１２は、メンブレン１６の長さＬ及び幅Ｗともμｍオーダで、空隙部２２の間隙が１μｍの極めて微小な素子である。従って、このままでは、光変調素子１２は、外部からの機械的な力や、外部の化学的な雰囲気によって、容易に損傷する。
そこで、光学的微小素子１０は、通常、図６に示すように、Ｓｉ基板上に設けられた気密封止体３０内に気密封止され、外部からの機械的な力や、外部の化学的な雰囲気を遮断するようになっている。
【０００７】
ここで、図６を参照して、光学的微小素子の気密封止体の構成を説明する。図６（ａ）は気密封止体の側面断面図、及び図６（ｂ）は図６（ａ）の矢視Ｉ−Ｉの断面配置図である。
光学的微小素子１０の気密封止体３０は、図６に示すように、Ｓｉ基板３２上に設置された光学的微小素子１０と、光学的微小素子１０を例えば方形に取り囲むように設けられた周囲壁３４と、周囲壁３４上に天井壁として設けられたガラス板３６とから構成されている。
周囲壁３４は、Ｓｉ基板３２上に設けられたの下部接着層３８と、ガラス板３６下に設けられた上部接着層４０と、下部接着層３８と上部接着層４０とを接合する半田層４２とで形成されている。
【０００８】
Ｓｉ基板及びガラス板は半田との接着性を有しないので、下部接着層３８及び上部接着層４０は、それぞれ、Ｓｉ基板及びガラス板に半田との接着性を付与するために設けてあって、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕの多層金属膜で形成されている。
Ｓｉ基板３２、周囲壁３４、及びガラス板３６とにより、光学的微小素子１０を収容した中空部４４が形成される。
光学的微小素子１０をＳｉ基板上に気密封止した気密封止体３０を作製する際には、リフロー炉で下部接着層３８と上部接着層４０とを半田で接合して半田層４２を形成する。
【０００９】
中空部４４内に水分、酸素ガス、或いは腐食性ガスが残留すると、それらは光学的微小素子１０の構成要素を腐食し、素子特性及び素子寿命に影響を与えるので、極力それらを排除する必要がある。そのために、中空部４４内は、水分、空気、その他のガスを排除した真空状態に維持されている。
また、中空部４４内には、水分、空気、その他の腐食性ガスを排除した後、光学的微小素子１０の動作を円滑にしたり、或いは放熱を容易にするために、封入ガス（複数種のガスからなる混合ガスのこともある）を封入することがある。封入ガスとして、例えばメンブレン１６の運動を容易にする水素ガスを封入することが多い。
【００１０】
次に、図７及び図８を参照して、中空部４４に封入ガスを封入した、光学的微小素子１０の気密封止体３０を形成する方法を説明する。図７は中空部に封入ガスを封入する方式の従来の光学的微小素子の気密封止体の作製方法の手順を示すフローチャート、及び図８はリフロー炉の構成を示す模式図である。
先ず、前工程として、Ｓｉ基板３２上に下部接着層３８のパターンを、及びガラス板３６上に上部接着層４０を、それぞれ、印刷法等によって形成する。
次いで、Ｓｉ基板３２上の下部接着層３８内に光学的微小素子１０を配置し、固定する。
次に、光学的微小素子１０を配置したＳｉ基板３２の下部接着層３８に半田を塗布し、半田パターンを形成する。半田パターンは、上部接着層４０に設けても良く、下部接着層３８及び上部接着層４０の双方に設けても良い。
続いて、下部接着層３８に上部接着層４０を位置合わせするようにして、上部接着層４０を半田パターンに載せ、Ｓｉ基板３２上にガラス板３６を配置し、組み立て体を形成する。
【００１１】
ステップＳ１ で、組み立て体をリフロー炉５０に送入する。
リフロー炉５０は、図８に示すように、加熱ヒータ５１を内蔵するステージ５２を下部に収容したチャンバ５４と、チャンバ５４側に開閉弁５５を有し、チャンバ５４を減圧に吸引する真空ポンプ５６と、チャンバ５４にガスを送入する開閉弁５７付きガス送入管５８とを備えている。組み立て体Ｗは、ステージ５２上に載置される。
ステップＳ２ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を閉止し、開閉弁５５を開放し、真空ポンプ５６を起動して、チャンバ５４内の圧力を減圧する。
ステップＳ３ で、ステップ５２の内蔵加熱ヒータ５１で組み立て体Ｗを予備加熱して、半田の溶融温度以下の温度に昇温する。
【００１２】
ステップＳ４ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を開放し、気密封止体３０内に封入する封入ガス、例えば水素ガスを所定圧力になるまでチャンバ５４内に導入する。チャンバ５４内の圧力が所定圧力になった時点で、開閉弁５７を閉止する。
ステップＳ５ で、半田の溶融温度以上の温度に組み立て体Ｗを昇温して、半田パターンをリフローさせ、下部接着層３８と上部接着層４０とを半田で接合して半田層４２を形成し、水素ガスを封入した気密封止体３０を作製する。
ステップＳ６ で、リフロー炉５０を自然放冷により冷却する。
【００１３】
次いで気密封止体３０を取出すが、その際、封入ガスが人体に有害であったり、水素ガスのように危険なガスであったりする場合は、予め、リフロー炉５０から封入ガスを排除した後、気密封止体３０を取出す必要がある。
そこで、ステップＳ７ では、開放弁５５を開放し、真空ポンプ５６を起動してチャンバ５４内を減圧にした後、開閉弁５７を開放し、チャンバ５４内に窒素ガスを導入して、チャンバ５４内を窒素ガスで置換した後、大気圧に戻す。
ステップＳ８ で、リフロー炉５０から気密封止体３０を取り出す。
【００１４】
ステップＳ７ では、チャンバ５４内の圧力が大気圧とほぼ同じ圧力になるようにすると、圧力的には、チャンバ５４を開放することができるが、水素ガスが４％〜９６％の割合でチャンバ５４内にあるとき、そのままチャンバ５４を開放すると、爆発の危険性がある。
そこで、封止終了後にチャンバ５４を減圧し、大気圧に戻したときの水素の分圧が４％以下になるように、窒素ガスでチャンバ５４を置換する。
【００１５】
封入ガスを封入しないときには、ステップＳ２ の後、ステップＳ３ の組み立て体の予備加熱ステップ、及びステップＳ４ の封入ガスの導入ステップを省いて、ステップＳ５ の組み立て体を加熱し、封止するステップに移行する。
また、ステップＳ７ の窒素ガスによるガス置換ステップでは、窒素ガスに代えて空気を送入する。
【００１６】
気密封止体３０を作製した後、気密封止体３０の気密封止状態の合否を検査するために、ヘリウムリークテストを気密封止体３０に施す。
ヘリウムリークテストでは、図９に示すように、先ず、ステップＳ１ で、空気中のヘリウム濃度以上でヘリウムを含む加圧雰囲気に被検体の気密封止体３０を曝す。例えば、ステップＳ１ では、テストチャンバ（図示せず）内に気密封止体３０を入れて真空引きし、次いで空気中のヘリウム濃度以上のヘリウムを含む窒素ガスを導入し、テストチャンバを加圧する。これにより、気密封止が完全でない気密封止体３０の中空部４４にはヘリウムが侵入する。
次いで、テストチャンバを真空引きし、排気したガス中のヘリウムの有無をヘリウムリークディテクターによって検出する。ヘリウムが検出された気密封止体は、気密封止状態が不良であって、検出されない気密封止体を良品とする。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の気密封止体の作製方法では、上述のように、気密封止体を作製した後に、改めて気密封止体の気密封止検査を行っているので、作業能率が悪いという問題があった。
上述の説明では、光学的微小素子を例にして、素子の気密封止を説明したが、この問題は、光学的微小素子に限らず、素子一般、例えば固体撮像素子、半導体レーザ素子、半導体受光素子、マイクロマシン素子等の気密封止に該当する問題である。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、作業能率の高い素子の気密封止体の作製方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の従来の気密封止体の作製工程で行うチャンバの真空破壊ステップＳ７ と、ヘリウムリークテスト工程で行うヘリウム送入ステップＳ１ とを同時に行うことにより、つまり真空破壊のために導入するガスをヘリウム含有ガスにすることにより、作業能率の高い気密封止体の作製方法が実現できることを着想し、実験により確認して、本発明を発明するに到った。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明に係る素子の気密封止体の作製方法（以下、第１の発明方法と言う）は、底板、天井壁、及び、底板上に設けられ、天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、所定の封入ガスが所定圧力で封入された中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する方法であって、
気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をリフロー炉のチャンバ内に載置し、真空引きした後、リフロー炉のチャンバ内に封入ガスを導入し、所定圧力にする工程と、
底板及び天井壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止する工程と、
ヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスでチャンバ内の封入ガス雰囲気を置換し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行う工程と、
空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す工程と
を有することを特徴としている。
【００２１】
第１の発明方法で、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、所定の封入ガスが所定圧力で封入された中空部内に素子を気密封止状態で保持する限り、気密封止体の構成に、制約はない。例えば、底板及び天井壁の少なくともいずれかに凹部を設け、凹部内に素子を配置する構成の気密封止体でも良い。
更には、底板が下部壁を有し、天井壁が上部壁を有し、下部壁を有する底板上に素子を配置し、天井壁下に設けられた上部壁が下部壁上に位置決めされた状態で天井壁を底板上に載せて、気密封止体の組み立て体を形成し、中空部内に素子を気密封止する工程では、下部壁及び上部壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、下部壁と上部壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止するようにしても良い。
【００２２】
第１の発明方法のリークテストの工程では、封入ガス雰囲気のチャンバをヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスで置換し、次いで真空引きを行っているので、チャンバ内には封入ガスは殆ど残留していない。よって、チャンバ内外の圧力を平衡するガスは、空気でも良い。
また、好適には、ヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスとして、ヘリウムを１容量％以上含む窒素（Ｎ２）ガスを使用する。
【００２３】
本発明に係る素子の気密封止体の作製方法（以下、第２の発明方法と言う）は、底板、天井壁、及び、底板上に天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲された、所定真空度の中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する方法であって、
気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をリフロー炉のチャンバ内に載置し、チャンバを所定真空度に真空引きする工程と、
底板及び天井壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に所定真空度の中空部内に素子を気密封止する工程と、
ヘリウム（Ｈｅ）を含むガスをチャンバに導入し、次いで真空引きして、ヘリウムリークテストを行う工程と、
空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す工程と
を有することを特徴としている。
【００２４】
第２の発明方法で、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、所定真空度の中空部内に素子を気密封止状態で保持する限り、気密封止体の構成に、制約はない。例えば、底板及び天井壁の少なくともいずれかに凹部を設け、凹部内に素子を配置する構成の気密封止体でも良い。
更には、底板が下部壁を有し、天井壁が上部壁を有し、下部壁を有する底板上に素子を配置し、天井壁下に設けられた上部壁が下部壁上に位置決めされた状態で天井壁を底板上に載せて、気密封止体の組み立て体を形成し、中空部内に素子を気密封止する工程では、下部壁及び上部壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、下部壁と上部壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に所定真空度の中空部内に素子を気密封止するようにしてもよい。
【００２５】
第２の発明方法では、好適には、ヘリウム（Ｈｅ）を含むガスとして、ヘリウムを１容量％以上含む空気を使用する。
【００２６】
第１及び第２の発明方法では、気密封止体により気密封止される素子に制約は無く、例えば固体撮像素子、半導体レーザ素子、半導体受光素子、マイクロマシン素子の少なくともいずれかの気密封止体を好適に作製することができる。
種類の異なる素子、例えば半導体レーザ素子とマイクロマシン素子とを気密封止しても良い。
第１及び第２の発明方法では、気密封止体の作製に引き続いて、連続的にヘリウムリークテストを行うことにより、気密封止体の作製作業を効率化することができる。
また、リフロー炉をヘリウムリークテストのテストチャンバとして使用することができる。
【００２７】
第１及び第２の発明方法を好適に実施できる、本発明に係るリフロー炉は、底板、天井壁、及び、底板上に天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、封入ガスが封入された、又は真空状態の中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する際、ステージを有するチャンバを備え、気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をチャンバに載置して、半田接合することにより、素子の気密封止体を作製するリフロー炉であって、
組み立て体を加熱する加熱手段に加えて、作製した気密封止体を冷却する冷却手段を備えていることを特徴としている。
【００２８】
本発明に係るリフロー炉では、作製した気密封止体を冷却する冷却手段を備えているので、作製した気密封止体を自然放冷により冷却していた従来のリフロー炉に比べて、気密封止体を作製した後、短時間でリークテストを行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
リフロー炉の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係るリフロー炉の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例のリフロー炉の構成を示す模式図である。
本実施形態例のリフロー炉６０は、気密封止体Ｗを冷却する冷却手段をリフロー炉に設けたことを除いて、従来のリフロー炉５０と同じ構成を備えている。
リフロー炉６０は、図１に示すように、加熱ヒータ５１に加えて、冷却手段として、冷却水又は冷媒を流す冷却管６２をステージ５２に内蔵させている。
本実施形態例のリフロー炉６０では、作製した気密封止体を冷却する冷却手段として、冷却管６２をステージ５２内に備えているので、作製した気密封止体を自然放冷により冷却していた従来のリフロー炉５０に比べて、気密封止体を作製した後、短時間で冷却し、リークテストを行うことができる。
【００３０】
冷却手段は、冷却管６２に代えて、ペルチエ素子をステージ５２に内蔵したり、又はチャンバ５４の周りに設けたりしてもよく、また、冷却水を流す蛇管又はジャケットをチャンバ５４の周りに設けてもよい。更には、それらを合わせ設けてもよい。
【００３１】
素子の気密封止体の実施形態例１
本実施形態例は、上述のリフロー炉６０を使い、第１の発明方法に係る素子の気密封止体の作製方法を前述の気密封止体３０の形成に適用した実施形態の一例であって、図２は本実施形態例の素子の気密封止体の作製方法を実施する手順を示すフローチャートである。
本実施形態例では、従来の方法と同様にして、先ず、前工程として、Ｓｉ基板３２上に下部接着層３８のパターンを、及びガラス板３６上に上部接着層４０を、それぞれ、印刷法等によって形成する。
次いで、Ｓｉ基板３２上の下部接着層３８内に光学的微小素子１０を配置し、固定する。
次に、光学的微小素子１０を配置したＳｉ基板３２の下部接着層３８に半田を塗布し、半田パターンを形成する。半田パターンは、上部接着層４０に設けても良く、下部接着層３８及び上部接着層４０の双方に設けても良い。続いて、下部接着層３８に上部接着層４０を位置合わせするようにして、上部接着層４０を半田パターンに載せ、Ｓｉ基板３２上にガラス板３６を配置し、組み立て体を形成する。
【００３２】
ステップＳ１ で、組み立て体をリフロー炉６０に送入する。
ステップＳ２ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を閉止し、真空ポンプ５６を起動して、チャンバ５４内の圧力を減圧する。
ステップＳ３ で、ステップ５２の内蔵加熱ヒータ５１で組み立て体Ｗを予備加熱して、半田の溶融温度以下の温度に昇温する。
ステップＳ４ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を開放し、気密封止体内に封入する封入ガス、例えば水素ガスを所定圧力までチャンバ５４内に導入する。チャンバ５４内の圧力が所定圧力になった時点で開閉弁５７を閉止する。
ステップＳ５ で、半田の溶融温度以上の温度に組み立て体Ｗを昇温して、半田パターンをリフローさせ、下部接着層３８と上部接着層４０とを半田で接合して半田層４２を形成し、水素ガスを封入した気密封止体３０を作製する。
【００３３】
次いで、本実施形態例では、ステップＳ６ で、冷却管６２に冷却水を流して、気密封止体３０及びリフロー炉６０を冷却する。
続いて、ステップＳ７ で、ヘリウム（Ｈｅ）を１容量％以上含む窒素ガスを導入して、チャンバ５４内の封入ガスを置換する。
次に、ステップＳ８ で、チャンバ５４を真空引きして、ヘリウムリークテストを行って、作製した気密封止体３０の気密封止性の合否を検査する。
次に、ステップＳ９ で空気を導入して、チャンバ５４内外の圧力を平衡にし、次いで、ステップＳ１０で、リフロー炉６０から気密封止体３０を取り出す。
【００３４】
本実施形態例の方法では、ステップＳ１ からステップＳ５ までのステップで気密封止体３０を作製した後、ステップＳ５ に引き続いて、ステップＳ６ からステップＳ８ のステップで、リフロー炉６０から気密封止体３０を取り出すことなく、連続的にヘリウムリークテストを行うことにより、気密封止体３０の作製作業を効率化することができる。
また、気密封止体３０をヘリウムガス含有雰囲気に曝すヘリウムリークテストのテスト容器としてリフロー炉６０を使うことができるので、気密封止体の作製設備を簡略化することができる。
【００３５】
素子の気密封止体の作製方法の実施形態例２
本実施形態例は、上述のリフロー炉６０を使い、第２の発明方法に係る素子の気密封止体の作製方法を前述の気密封止体３０の形成に適用した実施形態の一例であって、図３は本実施形態例の素子の気密封止体の作製方法を実施する手順を示すフローチャートである。
実施形態例方法１と同様に、ステップＳ１ で、組み立て体をリフロー炉６０に送入する。
ステップＳ２ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を閉止し、真空ポンプ５６を起動して、チャンバ５４内の圧力を減圧する。
ステップＳ３ で、ステップ５２の内蔵加熱ヒータ５１で組み立て体Ｗを予備加熱して、半田の溶融温度以下の温度に昇温する。
ステップＳ４ で、所定真空度にチャンバ５４を真空引きする。
ステップＳ５ で、半田の溶融温度以上の温度に組み立て体Ｗを昇温して、半田パターンをリフローさせ、下部接着層３８と上部接着層４０とを半田で接合して半田層４２を形成し、中空部４４が所定の真空度に維持されている気密封止体３０を作製する。
【００３６】
次いで、本実施形態例では、ステップＳ６ で、冷却管６２に冷却水を流して、気密封止体３０及びリフロー炉６０を冷却する。
続いて、ステップＳ７ で、ヘリウム（Ｈｅ）を１容量％以上含む空気を導入して、チャンバ５４内で気密封止体３０にヘリウムガス雰囲気に曝す。
次に、ステップＳ８ で、チャンバ５４を真空引きして、ヘリウムリークテストを行って、作製した気密封止体３０の気密封止性の合否を検査する。
次に、ステップＳ９ で空気を導入して、チャンバ５４内外の圧力を平衡にし、次いで、ステップＳ１０で、リフロー炉６０から気密封止体３０を取り出す。
【００３７】
本実施形態例の方法では、ステップＳ１ からステップＳ５ までのステップで気密封止体３０を作製した後、ステップＳ５ に引き続いて、ステップＳ６ からステップＳ８ のステップで、リフロー炉６０から気密封止体３０を取り出すことなく、連続的にヘリウムリークテストを行うことにより、気密封止体３０の作製作業を効率化することができる。
また、気密封止体３０をヘリウムガス含有雰囲気に曝すヘリウムリークテストのテスト容器としてリフロー炉６０を使うことができるので、気密封止体の作製設備を簡略化することができる。
【００３８】
【発明の効果】
第１の発明方法によれば、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止し、ヘリウム（Ｈｅ）含有不活性ガスでチャンバ内の封入ガス雰囲気を置換し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行い、空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す。
これにより、素子を気密封止した後、リフロー炉から素子を取り出すことなく、連続してヘリウムリークテストを行うことができるので、素子の気密封止体の作製方法の所要工程数を減らし、プロセスを簡略化することができる。
【００３９】
第２の発明方法によれば、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に真空状態の中空部内に素子を気密封止し、ヘリウム（Ｈｅ）含有空気をチャンバ内に導入し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行い、空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す。
これにより、素子を気密封止した後、リフロー炉から素子を取り出すことなく、連続してヘリウムリークテストを行うことができるので、素子の気密封止体の作製方法の所要工程数を減らし、プロセスを簡略化することができる。
【００４０】
また、第１及び第２の発明方法を適用することにより、リフロー炉をヘリウムリークテストのテストチャンバとして使用することができる。
本発明に係るリフロー炉は、気密封止体の冷却手段を備えているので、冷却ステップの所要時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例のリフロー炉の構成を示す模式図である。
【図２】実施形態例１の素子の気密封止体の作製方法を実施する手順を示すフローチャートである。
【図３】実施形態例２の素子の気密封止体の作製方法を実施する手順を示すフローチャートである。
【図４】光学的微小素子の構成を示す斜視図である。
【図５】光変調素子の構成を示す斜視図である。
【図６】図６（ａ）は気密封止体の側面断面図、及び図６（ｂ）は図６（ａ）の矢視Ｉ−Ｉの断面配置図である。
【図７】中空部に封入ガスを封入する方式の従来の光学的微小素子の気密封止体の作製方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】リフロー炉の構成を示す模式図である。
【図９】ヘリウムリークテストの手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０……光学的微小素子、１２……光変調素子、１４……光反射膜兼メンブレン側電極、１６……静電駆動型メンブレン、１８……絶縁性基板、２０……基板側電極、２２……空隙部、２４……ブリッジ部材、３０……気密封止体、３２……Ｓｉ基板、３４……周囲壁、３６……ガラス板、３８……下部接着層、４０……上部接着層、４２……半田層、４４……中空部、５０……リフロー炉、５１……加熱ヒータ、５２……ステージ、５４……チャンバ、５５……開閉弁、５６……真空ポンプ、５７……開閉弁、５８……ガス送入管、６０……実施形態例のリフロー炉、６２……冷却管。
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子の気密封止体の作製方法及びリフロー炉に関し、更に詳細には、リークテストを含めて少ない工程数で素子の気密封止体を作製する方法及びその方法の実施に最適なリフロー炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｉｃＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、超小型電気的・機械的複合体）素子、及びＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われる。
【０００３】
ここで、ＭＥＭＳ素子の一例として、図４を参照して、光変調器として機能する光学的微小素子の構成を説明する。図４は光学的微小素子の構成を示す斜視図である。
光学的微小素子１０は、図４に示すように、複数個の光変調素子１２を相互に並列で密に配置させたデバイスである。光学的微小素子１０を構成する光変調素子１２は、上面に光反射膜１４を有する静電駆動型メンブレン１６を備え、各光変調素子１２のメンブレン１６が、静電引力、或いは静電反発力によって機械的に動いて、光反射膜１４の傾きを変化させ、光反射膜１４で反射する反射光の光強度を変調させる機能を有する。
【０００４】
次に、図５を参照して、光変調素子１２の構成を説明する。図５は光変調素子の構成を示す斜視図である。
光変調素子１２は、図５に示すように、ガラス基板等の絶縁性基板１８と、Ｃｒ薄膜等で絶縁性基板１８上に形成されている基板側電極２０と、基板側電極２０に交差してブリッジ状に跨ぐ静電駆動型メンブレン１６とを備えている。
メンブレン１６と基板側電極２０とは、その間の空隙部２２によって電気的に絶縁されている。
【０００５】
メンブレン１６は、基板側電極２０をブリッジ状に跨いで基板１８上に立脚する電極支持部材として設けられたＳｉＮ膜からなるブリッジ部材２４と、基板側電極２０に対向して相互に平行にブリッジ部材２４上に設けられた、膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ膜からなる光反射膜兼メンブレン側電極１４とから構成されている。
ブリッジ部材２４は、空隙部２２を確保するように、基板側電極２０に対向して所定間隔だけ離間し、かつ基板側電極２０に対して相互に平行に光反射膜兼メンブレン側電極１４を支持するために設けられている。
光学的微小素子１０では、絶縁性基板１８及びその上の基板側電極２０は、図４に示すように、各光変調素子１２の共通基板及び共通電極となっている。
【０００６】
上述の光変調素子１２は、メンブレン１６の長さＬ及び幅Ｗともμｍオーダで、空隙部２２の間隙が１μｍの極めて微小な素子である。従って、このままでは、光変調素子１２は、外部からの機械的な力や、外部の化学的な雰囲気によって、容易に損傷する。
そこで、光学的微小素子１０は、通常、図６に示すように、Ｓｉ基板上に設けられた気密封止体３０内に気密封止され、外部からの機械的な力や、外部の化学的な雰囲気を遮断するようになっている。
【０００７】
ここで、図６を参照して、光学的微小素子の気密封止体の構成を説明する。図６（ａ）は気密封止体の側面断面図、及び図６（ｂ）は図６（ａ）の矢視Ｉ−Ｉの断面配置図である。
光学的微小素子１０の気密封止体３０は、図６に示すように、Ｓｉ基板３２上に設置された光学的微小素子１０と、光学的微小素子１０を例えば方形に取り囲むように設けられた周囲壁３４と、周囲壁３４上に天井壁として設けられたガラス板３６とから構成されている。
周囲壁３４は、Ｓｉ基板３２上に設けられたの下部接着層３８と、ガラス板３６下に設けられた上部接着層４０と、下部接着層３８と上部接着層４０とを接合する半田層４２とで形成されている。
【０００８】
Ｓｉ基板及びガラス板は半田との接着性を有しないので、下部接着層３８及び上部接着層４０は、それぞれ、Ｓｉ基板及びガラス板に半田との接着性を付与するために設けてあって、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕの多層金属膜で形成されている。
Ｓｉ基板３２、周囲壁３４、及びガラス板３６とにより、光学的微小素子１０を収容した中空部４４が形成される。
光学的微小素子１０をＳｉ基板上に気密封止した気密封止体３０を作製する際には、リフロー炉で下部接着層３８と上部接着層４０とを半田で接合して半田層４２を形成する。
【０００９】
中空部４４内に水分、酸素ガス、或いは腐食性ガスが残留すると、それらは光学的微小素子１０の構成要素を腐食し、素子特性及び素子寿命に影響を与えるので、極力それらを排除する必要がある。そのために、中空部４４内は、水分、空気、その他のガスを排除した真空状態に維持されている。
また、中空部４４内には、水分、空気、その他の腐食性ガスを排除した後、光学的微小素子１０の動作を円滑にしたり、或いは放熱を容易にするために、封入ガス（複数種のガスからなる混合ガスのこともある）を封入することがある。封入ガスとして、例えばメンブレン１６の運動を容易にする水素ガスを封入することが多い。
【００１０】
次に、図７及び図８を参照して、中空部４４に封入ガスを封入した、光学的微小素子１０の気密封止体３０を形成する方法を説明する。図７は中空部に封入ガスを封入する方式の従来の光学的微小素子の気密封止体の作製方法の手順を示すフローチャート、及び図８はリフロー炉の構成を示す模式図である。
先ず、前工程として、Ｓｉ基板３２上に下部接着層３８のパターンを、及びガラス板３６上に上部接着層４０を、それぞれ、印刷法等によって形成する。
次いで、Ｓｉ基板３２上の下部接着層３８内に光学的微小素子１０を配置し、固定する。
次に、光学的微小素子１０を配置したＳｉ基板３２の下部接着層３８に半田を塗布し、半田パターンを形成する。半田パターンは、上部接着層４０に設けても良く、下部接着層３８及び上部接着層４０の双方に設けても良い。
続いて、下部接着層３８に上部接着層４０を位置合わせするようにして、上部接着層４０を半田パターンに載せ、Ｓｉ基板３２上にガラス板３６を配置し、組み立て体を形成する。
【００１１】
ステップＳ１ で、組み立て体をリフロー炉５０に送入する。
リフロー炉５０は、図８に示すように、加熱ヒータ５１を内蔵するステージ５２を下部に収容したチャンバ５４と、チャンバ５４側に開閉弁５５を有し、チャンバ５４を減圧に吸引する真空ポンプ５６と、チャンバ５４にガスを送入する開閉弁５７付きガス送入管５８とを備えている。組み立て体Ｗは、ステージ５２上に載置される。
ステップＳ２ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を閉止し、開閉弁５５を開放し、真空ポンプ５６を起動して、チャンバ５４内の圧力を減圧する。
ステップＳ３ で、ステップ５２の内蔵加熱ヒータ５１で組み立て体Ｗを予備加熱して、半田の溶融温度以下の温度に昇温する。
【００１２】
ステップＳ４ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を開放し、気密封止体３０内に封入する封入ガス、例えば水素ガスを所定圧力になるまでチャンバ５４内に導入する。チャンバ５４内の圧力が所定圧力になった時点で、開閉弁５７を閉止する。
ステップＳ５ で、半田の溶融温度以上の温度に組み立て体Ｗを昇温して、半田パターンをリフローさせ、下部接着層３８と上部接着層４０とを半田で接合して半田層４２を形成し、水素ガスを封入した気密封止体３０を作製する。
ステップＳ６ で、リフロー炉５０を自然放冷により冷却する。
【００１３】
次いで気密封止体３０を取出すが、その際、封入ガスが人体に有害であったり、水素ガスのように危険なガスであったりする場合は、予め、リフロー炉５０から封入ガスを排除した後、気密封止体３０を取出す必要がある。
そこで、ステップＳ７ では、開放弁５５を開放し、真空ポンプ５６を起動してチャンバ５４内を減圧にした後、開閉弁５７を開放し、チャンバ５４内に窒素ガスを導入して、チャンバ５４内を窒素ガスで置換した後、大気圧に戻す。
ステップＳ８ で、リフロー炉５０から気密封止体３０を取り出す。
【００１４】
ステップＳ７ では、チャンバ５４内の圧力が大気圧とほぼ同じ圧力になるようにすると、圧力的には、チャンバ５４を開放することができるが、水素ガスが４％〜９６％の割合でチャンバ５４内にあるとき、そのままチャンバ５４を開放すると、爆発の危険性がある。
そこで、封止終了後にチャンバ５４を減圧し、大気圧に戻したときの水素の分圧が４％以下になるように、窒素ガスでチャンバ５４を置換する。
【００１５】
封入ガスを封入しないときには、ステップＳ２ の後、ステップＳ３ の組み立て体の予備加熱ステップ、及びステップＳ４ の封入ガスの導入ステップを省いて、ステップＳ５ の組み立て体を加熱し、封止するステップに移行する。
また、ステップＳ７ の窒素ガスによるガス置換ステップでは、窒素ガスに代えて空気を送入する。
【００１６】
気密封止体３０を作製した後、気密封止体３０の気密封止状態の合否を検査するために、ヘリウムリークテストを気密封止体３０に施す。
ヘリウムリークテストでは、図９に示すように、先ず、ステップＳ１ で、空気中のヘリウム濃度以上でヘリウムを含む加圧雰囲気に被検体の気密封止体３０を曝す。例えば、ステップＳ１ では、テストチャンバ（図示せず）内に気密封止体３０を入れて真空引きし、次いで空気中のヘリウム濃度以上のヘリウムを含む窒素ガスを導入し、テストチャンバを加圧する。これにより、気密封止が完全でない気密封止体３０の中空部４４にはヘリウムが侵入する。
次いで、テストチャンバを真空引きし、排気したガス中のヘリウムの有無をヘリウムリークディテクターによって検出する。ヘリウムが検出された気密封止体は、気密封止状態が不良であって、検出されない気密封止体を良品とする。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の気密封止体の作製方法では、上述のように、気密封止体を作製した後に、改めて気密封止体の気密封止検査を行っているので、作業能率が悪いという問題があった。
上述の説明では、光学的微小素子を例にして、素子の気密封止を説明したが、この問題は、光学的微小素子に限らず、素子一般、例えば固体撮像素子、半導体レーザ素子、半導体受光素子、マイクロマシン素子等の気密封止に該当する問題である。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、作業能率の高い素子の気密封止体の作製方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の従来の気密封止体の作製工程で行うチャンバの真空破壊ステップＳ７ と、ヘリウムリークテスト工程で行うヘリウム送入ステップＳ１ とを同時に行うことにより、つまり真空破壊のために導入するガスをヘリウム含有ガスにすることにより、作業能率の高い気密封止体の作製方法が実現できることを着想し、実験により確認して、本発明を発明するに到った。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明に係る素子の気密封止体の作製方法（以下、第１の発明方法と言う）は、底板、天井壁、及び、底板上に設けられ、天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、所定の封入ガスが所定圧力で封入された中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する方法であって、
気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をリフロー炉のチャンバ内に載置し、真空引きした後、リフロー炉のチャンバ内に封入ガスを導入し、所定圧力にする工程と、
底板及び天井壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止する工程と、
ヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスでチャンバ内の封入ガス雰囲気を置換し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行う工程と、
空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す工程と
を有することを特徴としている。
【００２１】
第１の発明方法で、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、所定の封入ガスが所定圧力で封入された中空部内に素子を気密封止状態で保持する限り、気密封止体の構成に、制約はない。例えば、底板及び天井壁の少なくともいずれかに凹部を設け、凹部内に素子を配置する構成の気密封止体でも良い。
更には、底板が下部壁を有し、天井壁が上部壁を有し、下部壁を有する底板上に素子を配置し、天井壁下に設けられた上部壁が下部壁上に位置決めされた状態で天井壁を底板上に載せて、気密封止体の組み立て体を形成し、中空部内に素子を気密封止する工程では、下部壁及び上部壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、下部壁と上部壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止するようにしても良い。
【００２２】
第１の発明方法のリークテストの工程では、封入ガス雰囲気のチャンバをヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスで置換し、次いで真空引きを行っているので、チャンバ内には封入ガスは殆ど残留していない。よって、チャンバ内外の圧力を平衡するガスは、空気でも良い。
また、好適には、ヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスとして、ヘリウムを１容量％以上含む窒素（Ｎ２）ガスを使用する。
【００２３】
本発明に係る素子の気密封止体の作製方法（以下、第２の発明方法と言う）は、底板、天井壁、及び、底板上に天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲された、所定真空度の中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する方法であって、
気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をリフロー炉のチャンバ内に載置し、チャンバを所定真空度に真空引きする工程と、
底板及び天井壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に所定真空度の中空部内に素子を気密封止する工程と、
ヘリウム（Ｈｅ）を含むガスをチャンバに導入し、次いで真空引きして、ヘリウムリークテストを行う工程と、
空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す工程と
を有することを特徴としている。
【００２４】
第２の発明方法で、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、所定真空度の中空部内に素子を気密封止状態で保持する限り、気密封止体の構成に、制約はない。例えば、底板及び天井壁の少なくともいずれかに凹部を設け、凹部内に素子を配置する構成の気密封止体でも良い。
更には、底板が下部壁を有し、天井壁が上部壁を有し、下部壁を有する底板上に素子を配置し、天井壁下に設けられた上部壁が下部壁上に位置決めされた状態で天井壁を底板上に載せて、気密封止体の組み立て体を形成し、中空部内に素子を気密封止する工程では、下部壁及び上部壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、下部壁と上部壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に所定真空度の中空部内に素子を気密封止するようにしてもよい。
【００２５】
第２の発明方法では、好適には、ヘリウム（Ｈｅ）を含むガスとして、ヘリウムを１容量％以上含む空気を使用する。
【００２６】
第１及び第２の発明方法では、気密封止体により気密封止される素子に制約は無く、例えば固体撮像素子、半導体レーザ素子、半導体受光素子、マイクロマシン素子の少なくともいずれかの気密封止体を好適に作製することができる。
種類の異なる素子、例えば半導体レーザ素子とマイクロマシン素子とを気密封止しても良い。
第１及び第２の発明方法では、気密封止体の作製に引き続いて、連続的にヘリウムリークテストを行うことにより、気密封止体の作製作業を効率化することができる。
また、リフロー炉をヘリウムリークテストのテストチャンバとして使用することができる。
【００２７】
第１及び第２の発明方法を好適に実施できる、本発明に係るリフロー炉は、底板、天井壁、及び、底板上に天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、封入ガスが封入された、又は真空状態の中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する際、ステージを有するチャンバを備え、気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をチャンバに載置して、半田接合することにより、素子の気密封止体を作製するリフロー炉であって、
組み立て体を加熱する加熱手段に加えて、作製した気密封止体を冷却する冷却手段を備えていることを特徴としている。
【００２８】
本発明に係るリフロー炉では、作製した気密封止体を冷却する冷却手段を備えているので、作製した気密封止体を自然放冷により冷却していた従来のリフロー炉に比べて、気密封止体を作製した後、短時間でリークテストを行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
リフロー炉の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係るリフロー炉の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例のリフロー炉の構成を示す模式図である。
本実施形態例のリフロー炉６０は、気密封止体Ｗを冷却する冷却手段をリフロー炉に設けたことを除いて、従来のリフロー炉５０と同じ構成を備えている。
リフロー炉６０は、図１に示すように、加熱ヒータ５１に加えて、冷却手段として、冷却水又は冷媒を流す冷却管６２をステージ５２に内蔵させている。
本実施形態例のリフロー炉６０では、作製した気密封止体を冷却する冷却手段として、冷却管６２をステージ５２内に備えているので、作製した気密封止体を自然放冷により冷却していた従来のリフロー炉５０に比べて、気密封止体を作製した後、短時間で冷却し、リークテストを行うことができる。
【００３０】
冷却手段は、冷却管６２に代えて、ペルチエ素子をステージ５２に内蔵したり、又はチャンバ５４の周りに設けたりしてもよく、また、冷却水を流す蛇管又はジャケットをチャンバ５４の周りに設けてもよい。更には、それらを合わせ設けてもよい。
【００３１】
素子の気密封止体の実施形態例１
本実施形態例は、上述のリフロー炉６０を使い、第１の発明方法に係る素子の気密封止体の作製方法を前述の気密封止体３０の形成に適用した実施形態の一例であって、図２は本実施形態例の素子の気密封止体の作製方法を実施する手順を示すフローチャートである。
本実施形態例では、従来の方法と同様にして、先ず、前工程として、Ｓｉ基板３２上に下部接着層３８のパターンを、及びガラス板３６上に上部接着層４０を、それぞれ、印刷法等によって形成する。
次いで、Ｓｉ基板３２上の下部接着層３８内に光学的微小素子１０を配置し、固定する。
次に、光学的微小素子１０を配置したＳｉ基板３２の下部接着層３８に半田を塗布し、半田パターンを形成する。半田パターンは、上部接着層４０に設けても良く、下部接着層３８及び上部接着層４０の双方に設けても良い。続いて、下部接着層３８に上部接着層４０を位置合わせするようにして、上部接着層４０を半田パターンに載せ、Ｓｉ基板３２上にガラス板３６を配置し、組み立て体を形成する。
【００３２】
ステップＳ１ で、組み立て体をリフロー炉６０に送入する。
ステップＳ２ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を閉止し、真空ポンプ５６を起動して、チャンバ５４内の圧力を減圧する。
ステップＳ３ で、ステップ５２の内蔵加熱ヒータ５１で組み立て体Ｗを予備加熱して、半田の溶融温度以下の温度に昇温する。
ステップＳ４ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を開放し、気密封止体内に封入する封入ガス、例えば水素ガスを所定圧力までチャンバ５４内に導入する。チャンバ５４内の圧力が所定圧力になった時点で開閉弁５７を閉止する。
ステップＳ５ で、半田の溶融温度以上の温度に組み立て体Ｗを昇温して、半田パターンをリフローさせ、下部接着層３８と上部接着層４０とを半田で接合して半田層４２を形成し、水素ガスを封入した気密封止体３０を作製する。
【００３３】
次いで、本実施形態例では、ステップＳ６ で、冷却管６２に冷却水を流して、気密封止体３０及びリフロー炉６０を冷却する。
続いて、ステップＳ７ で、ヘリウム（Ｈｅ）を１容量％以上含む窒素ガスを導入して、チャンバ５４内の封入ガスを置換する。
次に、ステップＳ８ で、チャンバ５４を真空引きして、ヘリウムリークテストを行って、作製した気密封止体３０の気密封止性の合否を検査する。
次に、ステップＳ９ で空気を導入して、チャンバ５４内外の圧力を平衡にし、次いで、ステップＳ１０で、リフロー炉６０から気密封止体３０を取り出す。
【００３４】
本実施形態例の方法では、ステップＳ１ からステップＳ５ までのステップで気密封止体３０を作製した後、ステップＳ５ に引き続いて、ステップＳ６ からステップＳ８ のステップで、リフロー炉６０から気密封止体３０を取り出すことなく、連続的にヘリウムリークテストを行うことにより、気密封止体３０の作製作業を効率化することができる。
また、気密封止体３０をヘリウムガス含有雰囲気に曝すヘリウムリークテストのテスト容器としてリフロー炉６０を使うことができるので、気密封止体の作製設備を簡略化することができる。
【００３５】
素子の気密封止体の作製方法の実施形態例２
本実施形態例は、上述のリフロー炉６０を使い、第２の発明方法に係る素子の気密封止体の作製方法を前述の気密封止体３０の形成に適用した実施形態の一例であって、図３は本実施形態例の素子の気密封止体の作製方法を実施する手順を示すフローチャートである。
実施形態例方法１と同様に、ステップＳ１ で、組み立て体をリフロー炉６０に送入する。
ステップＳ２ で、ガス送入管５８の開閉弁５７を閉止し、真空ポンプ５６を起動して、チャンバ５４内の圧力を減圧する。
ステップＳ３ で、ステップ５２の内蔵加熱ヒータ５１で組み立て体Ｗを予備加熱して、半田の溶融温度以下の温度に昇温する。
ステップＳ４ で、所定真空度にチャンバ５４を真空引きする。
ステップＳ５ で、半田の溶融温度以上の温度に組み立て体Ｗを昇温して、半田パターンをリフローさせ、下部接着層３８と上部接着層４０とを半田で接合して半田層４２を形成し、中空部４４が所定の真空度に維持されている気密封止体３０を作製する。
【００３６】
次いで、本実施形態例では、ステップＳ６ で、冷却管６２に冷却水を流して、気密封止体３０及びリフロー炉６０を冷却する。
続いて、ステップＳ７ で、ヘリウム（Ｈｅ）を１容量％以上含む空気を導入して、チャンバ５４内で気密封止体３０にヘリウムガス雰囲気に曝す。
次に、ステップＳ８ で、チャンバ５４を真空引きして、ヘリウムリークテストを行って、作製した気密封止体３０の気密封止性の合否を検査する。
次に、ステップＳ９ で空気を導入して、チャンバ５４内外の圧力を平衡にし、次いで、ステップＳ１０で、リフロー炉６０から気密封止体３０を取り出す。
【００３７】
本実施形態例の方法では、ステップＳ１ からステップＳ５ までのステップで気密封止体３０を作製した後、ステップＳ５ に引き続いて、ステップＳ６ からステップＳ８ のステップで、リフロー炉６０から気密封止体３０を取り出すことなく、連続的にヘリウムリークテストを行うことにより、気密封止体３０の作製作業を効率化することができる。
また、気密封止体３０をヘリウムガス含有雰囲気に曝すヘリウムリークテストのテスト容器としてリフロー炉６０を使うことができるので、気密封止体の作製設備を簡略化することができる。
【００３８】
【発明の効果】
第１の発明方法によれば、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止し、ヘリウム（Ｈｅ）含有不活性ガスでチャンバ内の封入ガス雰囲気を置換し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行い、空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す。
これにより、素子を気密封止した後、リフロー炉から素子を取り出すことなく、連続してヘリウムリークテストを行うことができるので、素子の気密封止体の作製方法の所要工程数を減らし、プロセスを簡略化することができる。
【００３９】
第２の発明方法によれば、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に真空状態の中空部内に素子を気密封止し、ヘリウム（Ｈｅ）含有空気をチャンバ内に導入し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行い、空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す。
これにより、素子を気密封止した後、リフロー炉から素子を取り出すことなく、連続してヘリウムリークテストを行うことができるので、素子の気密封止体の作製方法の所要工程数を減らし、プロセスを簡略化することができる。
【００４０】
また、第１及び第２の発明方法を適用することにより、リフロー炉をヘリウムリークテストのテストチャンバとして使用することができる。
本発明に係るリフロー炉は、気密封止体の冷却手段を備えているので、冷却ステップの所要時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例のリフロー炉の構成を示す模式図である。
【図２】実施形態例１の素子の気密封止体の作製方法を実施する手順を示すフローチャートである。
【図３】実施形態例２の素子の気密封止体の作製方法を実施する手順を示すフローチャートである。
【図４】光学的微小素子の構成を示す斜視図である。
【図５】光変調素子の構成を示す斜視図である。
【図６】図６（ａ）は気密封止体の側面断面図、及び図６（ｂ）は図６（ａ）の矢視Ｉ−Ｉの断面配置図である。
【図７】中空部に封入ガスを封入する方式の従来の光学的微小素子の気密封止体の作製方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】リフロー炉の構成を示す模式図である。
【図９】ヘリウムリークテストの手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０……光学的微小素子、１２……光変調素子、１４……光反射膜兼メンブレン側電極、１６……静電駆動型メンブレン、１８……絶縁性基板、２０……基板側電極、２２……空隙部、２４……ブリッジ部材、３０……気密封止体、３２……Ｓｉ基板、３４……周囲壁、３６……ガラス板、３８……下部接着層、４０……上部接着層、４２……半田層、４４……中空部、５０……リフロー炉、５１……加熱ヒータ、５２……ステージ、５４……チャンバ、５５……開閉弁、５６……真空ポンプ、５７……開閉弁、５８……ガス送入管、６０……実施形態例のリフロー炉、６２……冷却管。
Claims (8)
- 底板、天井壁、及び、底板上に設けられ、天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、所定の封入ガスが所定圧力で封入された中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する方法であって、
気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をリフロー炉のチャンバ内に載置し、真空引きした後、リフロー炉のチャンバ内に封入ガスを導入し、所定圧力にする工程と、
底板及び天井壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止する工程と、
ヘリウム（Ｈｅ）を含む不活性ガスでチャンバ内の封入ガス雰囲気を置換し、続いてチャンバを真空引きして、ヘリウムリークテストを行う工程と、
空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す工程と
を有することを特徴とする素子の気密封止体の作製方法。 - 下部壁を有する底板上に素子を配置し、天井壁下に設けられた上部壁が下部壁上に位置決めされた状態で天井壁を底板上に載せて、気密封止体の組み立て体を形成し、
中空部内に素子を気密封止する工程では、下部壁及び上部壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、下部壁と上部壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に封入ガスを封じた中空部内に素子を気密封止することを特徴とする請求項１に記載の素子の気密封止体の作製方法。 - ヘリウムを含む不活性ガスとして、ヘリウムを１容量％以上含む窒素（Ｎ２）ガスを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の素子の気密封止体の作製方法。
- 底板、天井壁、及び、底板上に天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲された、所定真空度の中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する方法であって、
気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をリフロー炉のチャンバ内に載置し、チャンバを所定真空度に真空引きする工程と、
底板及び天井壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、底板と天井壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に所定真空度の中空部内に素子を気密封止する工程と、
ヘリウム（Ｈｅ）を含むガスをチャンバに導入し、次いで真空引きして、ヘリウムリークテストを行う工程と、
空気又は不活性ガスを導入して、チャンバ内外の圧力を平衡にした後、リフロー炉から気密封止体を取り出す工程と
を有することを特徴とする素子の気密封止体の作製方法。 - 下部壁を有する底板上に素子を配置し、天井壁下に設けられた上部壁が下部壁上に位置決めされた状態で天井壁を底板上に載せて、気密封止体の組み立て体を形成し、
中空部内に素子を気密封止する工程では、下部壁及び上部壁の少なくともいずれかに設けられた半田層をリフローし、下部壁と上部壁とを半田接合して周囲壁を形成すると共に所定真空度の中空部内に素子を気密封止することを特徴とする請求項４に記載の素子の気密封止体の作製方法。 - ヘリウムを含むガスとして、ヘリウムを１容量％以上含有させた空気を使用することを特徴とする請求項４又は５に記載の素子の気密封止体の作製方法。
- 素子として、固体撮像素子、半導体レーザ素子、半導体受光素子、マイクロマシン素子の少なくともいずれかを気密封止することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の素子の気密封止体の作製方法。
- 底板、天井壁、及び、底板上に天井壁を支持する周囲壁を有し、底板、天井壁、及び周囲壁により閉囲され、封入ガスが封入された、又は真空状態の中空部内に素子を気密封止状態で保持する素子の気密封止体を作製する際、ステージを有するチャンバを備え、気密封止体を構成する部材を組み立てた組み立て体をチャンバに載置して、半田接合することにより、素子の気密封止体を作製するリフロー炉であって、
組み立て体を加熱する加熱手段に加えて、作製した気密封止体を冷却する冷却手段を備えていることを特徴とするリフロー炉。
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