(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の材質に限定されず、基板に形成した回路素子にダメージを与えることなく、基板の特定領域だけ選択的に接合を可能にする基板の接合方法を提供する。【解決手段】２枚の基板１０ａ，１０ｂの接合面Ｆに薄膜樹脂層１３が形成された領域に、選択的に活性化溶液Ｌ２を噴射する。活性化溶液を任意の領域に選択的に噴射する際には、流体噴射装置、例えば周知のインクジェットプリンタを用いるのが好ましい。薄膜樹脂層にオゾン水などの活性化溶液が噴射されると、原子状の活性酸素が薄膜樹脂層を構成するシリコーン樹脂や変性シリコーン樹脂が酸化（活性化）され、接着性が発現した接着層１４に改質される。これにより、２枚の基板の接合面に、接着性を有する接着層１４が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合させる２枚の基板のうち、少なくとも何れか一方の基板の接合面に向けて、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂を含む溶質を有機溶媒に溶解させた樹脂溶液を噴射し、前記接合面の任意の領域に選択的に薄膜樹脂層を形成する工程と、
該薄膜樹脂層に向けて原子状態の活性酸素を作用させることが可能な活性化溶液を噴射し、該活性酸素で前記薄膜樹脂層を酸化させることにより、前記薄膜樹脂層に接着性を発現させた接着層に改質する工程と、
前記２枚の基板どうしを前記接着層を介して接合する工程と、
を少なくとも備えたことを特徴とする基板の接合方法。
【請求項２】
噴射された前記樹脂溶液の有機溶媒を蒸発乾燥させる工程を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の基板の接合方法。
【請求項３】
前記活性化溶液は、オゾンを溶存させたオゾン水であることを特徴とする請求項１または２記載の基板の接合方法。
【請求項４】
前記基板はシリコンウェーハであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の基板の接合方法。
【請求項５】
前記薄膜樹脂層は、前記基板の接合面に予め設けられた凹部および／または凸部に選択的に形成することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の基板の接合方法。
【請求項６】
前記樹脂溶液には、更に顔料または染料を含み、前記接着層に任意の色調を付与することを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の基板の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の接合方法に関し、詳しくは、接合面を選択的に形成可能な基板の接合技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）と称される半導体デバイスなどでは、回路を形成した基板どうしを接合して、積層化することが行われている。このような回路素子を形成した基板どうしを接合する方法として、例えば、特許文献１には、一方の基板をポリジメチルシロキサンで形成し、この一方の基板に紫外線を照射して表面を活性化させ、接着性を付与して他方の基板と接合する方法が知られている。また、大気圧プラズマの照射によって樹脂を活性化させ、接着性を付与した基板どうしを接合する方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３０８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、基板を構成する材質自体が紫外線によって活性化されるため、任意の領域だけに紫外線を照射して、部分的に接合することが困難であり、基板全面を接合する用途に限られるという課題があった。また、基板を構成する材質自体を活性化させるため、基板の材質が限定されてしまい、例えば、シリコン基板どうしの接合には用いることができないという課題もあった。更に、紫外線を照射したり、あるいは大気圧プラズマを照射することで樹脂を活性化させ、接着性を発現させる方法では、紫外線や大気圧プラズマのエネルギーによって、接合を行わない領域にある回路等にもダメージが及ぶ虞もある。
【０００５】
本発明にかかるいくつかの態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板の材質に限定されず、基板に形成した回路素子にダメージを与えることなく、基板の特定領域だけ選択的に接合を可能する基板の接合方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような基板の接合方法を提供した。
すなわち、本発明の基板の接合方法は、互いに接合させる２枚の基板のうち、少なくとも何れか一方の基板の接合面に向けて、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂を含む溶質を有機溶媒に溶解させた樹脂溶液を噴射し、前記接合面の任意の領域に選択的に薄膜樹脂層を形成する工程と、該薄膜樹脂層に向けて原子状態の活性酸素を作用させることが可能な活性化溶液を噴射し、該活性酸素で前記薄膜樹脂層を酸化させることにより、前記薄膜樹脂層に接着性を発現させた接着層に改質する工程と、前記２枚の基板どうしを前記接着層を介して接合する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の基板の接合方法によれば、基板の任意の領域だけに薄膜樹脂層を形成し、活性化溶液によって接着性を発現させた接着層に改質してから接合することにより、基板に形成された回路装置等のの配置に考慮した任意の接合パターンで接合することが可能になる。これにより、基板の接合面全体で接合する場合と比較して、回路配線等の酸化や変質を防止することができる。
【０００８】
また、接合直前に活性化溶液で薄膜樹脂層を活性化させて接着性を発現させることで、従来のように紫外線や大気圧プラズマを用いて接合させる場合と比較して、基板に形成された回路装置を劣化させたり、損傷させたりする虞がなく、外部応力に対して耐久性の低い回路装置が形成された基板どうしを接合することも可能になる。
【０００９】
噴射された前記樹脂溶液の有機溶媒を蒸発乾燥させる工程を更に備えているのが好ましい。
前記活性化溶液は、オゾンを溶存させたオゾン水であることが好ましい。
前記基板はシリコンウェーハであればよい。
前記薄膜樹脂層は、前記基板の接合面に予め設けられた凹部および／または凸部に選択的に形成することが好ましい。
前記樹脂溶液には、更に顔料または染料を含み、前記接着層に任意の色調を付与してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の基板の接合方法を段階的に示した要部拡大断面図である。
【図２】薄膜樹脂層を構成する樹脂の構造式を示した図である。
【図３】薄膜樹脂層を構成する樹脂の構造式を示した図である。
【図４】薄膜樹脂層を構成する樹脂の構造式を示した図である。
【図５】薄膜樹脂層を構成する樹脂の構造式を示した図である。
【図６】薄膜樹脂層を構成する樹脂の構造式を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の基板の接合方法の最良の形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１２】
図１は、本発明の基板の接合方法を段階的に示した要部拡大断面図である。
まず、接合を行う２枚の基板１０ａ，１０ｂを用意する（図１（ａ）参照）。基板１０ａ，１０ｂは、例えば、シリコン基板（シリコンウェーハ）、ガラス基板、樹脂基板等を用いることができる。また、基板１０ａ，１０ｂの接合面Ｆには、凹部１１や凸部１２などが形成されていればよい。本実施形態では、この凹部１１や凸部１２を選択的に接合領域とした事例を挙げる。
【００１３】
次に、２枚の基板１０ａ，１０ｂの接合面Ｆの任意の領域に、選択的に樹脂溶液Ｌ１を噴射する（図１（ｂ）参照）。樹脂溶液Ｌ１は、例えば、接合面Ｆの凹部１１だけに噴射すればよい。樹脂溶液Ｌ１を任意の領域に選択的に噴射する際には、流体噴射装置、例えば周知のインクジェットプリンタを用いるのが好ましい。流体噴射装置を構成する噴射ヘッド２１から、後述する薄膜樹脂層を形成するための樹脂溶液Ｌ１を、接合面Ｆの任意の領域、例えば凹部１１だけに選択的に噴射（塗布）する。
【００１４】
噴射ヘッド２１から噴射させる樹脂溶液Ｌ１は、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂を少なくとも含む溶質を有機溶媒に溶解させたものである。シリコーン樹脂としては、ストレートシリコーンオイルと称される、シロキサン結合からなる直鎖状ポリマーのシリコーンオイルを用いればよい。
【００１５】
図２は、主要なストレートシリコーンオイルの構造式を示す図である。
ストレートシリコーンオイルは、主に３種類のものが挙げられる。即ち、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルである。ジメチルシリコーンオイルは、ポリシロキサンの側鎖および末端が全てメチル基に置換されたものである。メチルフェニルシリコーンオイルは、ポリシロキサンの側鎖の一部がフェニル基に置換されたものである。また、メチルハイドロジェンシリコーンオイルは、ポリシロキサンの側鎖の一部が水素に置換されたものである。
【００１６】
一方、変性シリコーン樹脂としては、上述したようなストレートシリコーンオイルのうち、側鎖や末端に有機基を導入した変性シリコーンオイルを用いればよい。この変性シリコーンオイルは、置換される有機基の結合位置によって主に４種類のものが挙げられる。即ち、側鎖型、両末端型、片末端型、側鎖両末端型である。また、導入する有機基の性質によって反応性シリコーンオイルと非反応性シリコーンオイルに分けられる。
【００１７】
図３は、主要な変性シリコーンオイルのうち、側鎖型の変性シリコーンオイルのいくつかの構造式を示す図である。この側鎖型の変性シリコーンオイルでは、ポリシロキサンの側鎖の一部を有機基に置換したものであり、導入有機基によって反応性シリコーンオイルと非反応性シリコーンオイルに分けられる。
【００１８】
図４は、主要な変性シリコーンオイルのうち、両末端型の変性シリコーンオイルのいくつかの構造式を示す図である。この両末端型の変性シリコーンオイルでは、ポリシロキサンの両方の末端を有機基に置換したものであり、導入有機基によって反応性シリコーンオイルと非反応性シリコーンオイルに分けられる。
【００１９】
図５は、主要な変性シリコーンオイルのうち、片末端型の変性シリコーンオイルのいくつかの構造式を示す図である。この片末端型の変性シリコーンオイルでは、ポリシロキサンの一方の末端を有機基に置換したものである。
【００２０】
図６は、主要な変性シリコーンオイルのうち、側鎖両末端型の変性シリコーンオイルのいくつかの構造式を示す図である。この側鎖両末端型の変性シリコーンオイルでは、ポリシロキサンの側鎖、および両方の末端を有機基に置換したものである。
【００２１】
以上例示したようなシリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂などの溶質を分散、溶解させる有機溶媒としては、例えば、ＰＥＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）、ブチルセロソルブ、シクロヘキシルベンゼン、キシレン等が挙げられる。
以下に薄膜樹脂層１３を形成する際に噴射する樹脂溶液の組成例を示す。
シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂成分  １５重量％
ＰＥＧＭＥＡ  ７０重量％
ブチルセロソルブ  １０重量％
シクロヘキシルベンゼン  ３重量％
キシレン  ２重量％
【００２２】
なお、上述した樹脂溶液に、更に顔料や染料などの着色成分を配合することもできる。これによって、後工程で形成される接着層に任意の色調を付与することもできる。
また、樹脂溶液Ｌ１を選択的に噴射する領域は、上述した凹部１１に限らず、例えば、接合する基板に形成されている回路パターンに応じて、任意の領域に噴射させるように、流体噴射装置を制御すればよい。
【００２３】
次に、接合面Ｆの任意の領域に樹脂溶液Ｌ１を噴射、塗布した２枚の基板１０ａ，１０ｂを乾燥させ、樹脂溶液Ｌ１に含まれる有機溶媒成分を蒸発させる。これにより、２枚の基板１０ａ，１０ｂの任意の領域、例えば凹部１１には、上述したシリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂からなる薄膜である薄膜樹脂層１３が形成される（図１（ｃ）参照）。なお、基板１０ａ，１０ｂを乾燥は、例えば、２２０℃で３０分程度行えばよい。
【００２４】
次に、２枚の基板１０ａ，１０ｂの接合面Ｆに薄膜樹脂層１３が形成された領域に、選択的に活性化溶液Ｌ２を噴射する（図１（ｄ）参照）。活性化溶液Ｌ２を任意の領域に選択的に噴射する際には、流体噴射装置、例えば周知のインクジェットプリンタを用いるのが好ましい。流体噴射装置を構成する噴射ヘッド２１から、後述する活性化溶液Ｌ２を、接合面Ｆに薄膜樹脂層１３が形成された領域だけに選択的に噴射する。なお、活性化溶液Ｌ２を噴射する流体噴射装置は、前工程である樹脂溶液Ｌ１を噴射した流体噴射装置を用いればよい。即ち、樹脂溶液Ｌ１と活性化溶液Ｌ２とを別のインクタンクに充填しておき、切り替えて噴射すればよい。一方、樹脂溶液Ｌ１と活性化溶液Ｌ２とを別の流体噴射装置によって噴射するのも好ましい。
【００２５】
活性化溶液Ｌ２は、薄膜樹脂層１３に向けて、原子状態の活性酸素を作用させることが可能な溶液であればよく、例えば、水にオゾン（Ｏ３）を溶存させたオゾン水が挙げられる。このオゾン水に含まれるオゾンは、Ｏ３→Ｏ２＋Ｏ（原子）という形で分解しやすく、この分解の際に酸化能力の強い原子状の活性酸素によって、オゾン水の噴射対象を選択的に酸化させる。なお、活性化溶液Ｌ２は、オゾン水以外にも、過酸化水素水など、原子状の活性酸素を放出しやすい液体であれば広く適用可能である。
【００２６】
こうして、薄膜樹脂層１３にオゾン水などの活性化溶液Ｌ２が噴射されると、原子状の活性酸素が薄膜樹脂層１３を構成するシリコーン樹脂や変性シリコーン樹脂が酸化（活性化）され、接着性が発現した接着層１４に改質される。これにより、２枚の基板１０ａ，１０ｂの接合面Ｆに、接着性を有する接着層１４が形成される。
【００２７】
この後、２枚の基板１０ａ，１０ｂの接合面Ｆどうしを対面させ、所定の押圧力により押し付ける（図１（ｅ）参照）。これにより、２枚の基板１０ａ，１０ｂの接合面Ｆは、活性化溶液Ｌ２の噴射で接着性を発現させた接着層１４によって接合される。そして、２枚の基板１０ａ，１０ｂを一体化させた接合基板１５が得られる（図１（ｆ）参照）。
【００２８】
以上のように、本発明の基板の接合方法によれば、流体噴射装置を用いて基板の１０ａ，１０ｂの任意の領域だけに薄膜樹脂層１３を形成し、活性化溶液Ｌ２によって接着性を発現させた接着層１４に改質してから接合することにより、基板に形成された回路装置の配置に考慮した任意の接合パターンで接合することが可能になる。これにより、基板の接合面全体で接合する場合と比較して、回路配線等の酸化や変質を防止することができる。
【００２９】
また、接合直前に活性化溶液Ｌ２で薄膜樹脂層１３を酸化させて接着性を発現させることで、従来のように紫外線や大気圧プラズマを用いて接合させる場合と比較して、基板に形成された回路装置を劣化させたり、損傷させたりする虞がなく、外部応力に対して耐久性の低い回路装置が形成された基板どうしを接合することも可能になる。そして、接合する基板の材質自体を活性化させる接合方法と比較して、基板を構成する材質が限定されず、例えば、シリコン基板（シリコンウェーハ）どうしを接合することも可能になる。
【００３０】
さらに、活性化溶液Ｌ２にオゾン水を用いることによって、酸化に寄与しなかったオゾンは速やかに酸素分子となり、基板に残留することなく拡散される。これにより、環境汚染の懸念が無く、基板どうしを安全に接合することが可能になる。
【００３１】
そして、流体噴射装置で樹脂溶液Ｌ１を噴射して薄膜樹脂層１３を形成することによって、基板の１０ａ，１０ｂを接合する接着層１４を任意の厚みに形成することができる。これによって、基板の１０ａ，１０ｂの接合面に形成した凹凸の配列に応じて、例えば凹部や凸部だけに選択的に任意の厚みで接着層１４を設けることができ、接合後の積層基板の厚みの均一性や平坦性を適正に保つ事が可能になる。
【符号の説明】
【００３２】
１０ａ，１０ｂ・・基板、１１・・凹部、１２・・凸部、１３・・薄膜樹脂層、１４・・接着層、２１・・噴射ヘッド、Ｌ１・・樹脂溶液、Ｌ２・・活性化溶液、Ｆ・・接合面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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