(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の材質に限定されず、基板の特定領域だけ選択的に、かつ隙間無く確実に接合することを可能する基板の接合方法を提供する。【解決手段】樹脂溶液を噴射して形成した塗膜は、樹脂溶液にレベリング剤を含有させることによって、表面張力が制御される。例えば、レベリング剤を含有させた樹脂溶液によって形成した塗膜４１は、レベリング剤によって噴射した樹脂溶液の表面張力が調整されるため、周縁部が染みあがって窪みが生じたり、表面が不均一になることがない。【選択図】図８
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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と、レベリング剤と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、
該薄膜樹脂層に対して活性酸素を作用させ、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】
前記レベリング剤は、少なくともフッ素系レベリング剤、またはシリコーン系レベリング剤を含有する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】
前記薄膜樹脂層を前記接着層に改質させるために、前記薄膜樹脂層に対して、エネルギー光線の照射、または酸素プラズマ処理を行い、前記薄膜樹脂層に親水性を付与す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３いずれか１項記載の基板の接合方法。
【請求項５】
互いに接合させた２枚の基板の接着層が、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂と、レベリング剤とを含み、かつ、活性酸素の作用による親水性が付与されていることを特徴とする接合基板。
【請求項６】
前記接着層は、隔壁構造体を成すことを特徴とする請求項５記載の接合基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の接合方法、およびこの接合方法によって接合された接合基板に関し、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。
【０００３】
また、接合する基板の任意の領域に、ディスペンサ方式や、インクジェットによるプリント方式によってシール剤を形成する方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
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。
【０００６】
一方、基板の任意の領域にシール剤を形成する方法では、加熱接着時のシール剤の粘度低下による流出や、溶媒の蒸発によるシール剤形成領域の周縁部分の盛り上がりなど、接合面の平坦性の確保に課題があった。
【０００７】
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、基板の特定領域だけ選択的に、かつ隙間無く確実に接合することを可能する基板の接合方法を提供する。
また、基板の特定領域だけ選択的に、かつ隙間無く確実に接合した接合基板を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、および接合基板を提供した。
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と、レベリング剤と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、該薄膜樹脂層に対して活性酸素を作用させ、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。
【０００９】
前記レベリング剤は、少なくともフッ素系レベリング剤、またはシリコーン系レベリング剤を含有することが好ましい。
前記薄膜樹脂層を前記接着層に改質させるために、前記薄膜樹脂層に対して、エネルギー光線の照射、または酸素プラズマ処理を行い、前記薄膜樹脂層に親水性を付与することが好ましい。
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。
【００１０】
また、本発明の接合基板は、互いに接合させた２枚の基板の接着層が、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂と、レベリング剤とを含み、かつ、活性酸素の作用による親水性が付与されていることを特徴とする。
前記接着層は、隔壁構造体を成すことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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。
【図７】従来の塗膜（接着層）の様子を示す断面図である。
【図８】本発明の塗膜（接着層）の様子を示す断面図である。
【図９】レベリング剤の作用を示した説明図である。
【図１０】本発明例の検証結果を示したグラフである。
【図１１】従来例の検証結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の基板の接合方法、および接合基板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。
【００１３】
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、接合を行う複数枚の基板、例えば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。
【００１４】
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。
【００１５】
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と、レベリング剤と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樹脂と称される、シロキサン結合からなる直鎖状ポリマーのシリコーン樹脂を用いればよい。
【００１６】
図２は、主要なストレートシリコーン樹脂の構造式を示す図である。
ストレートシリコーン樹脂は、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樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂、メチルハイドロジェンシリコーン樹脂である。ジメチルシリコーン樹脂は、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樹脂は、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樹脂は、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。
【００１７】
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樹脂のうち、側鎖や末端に有機基を導入した変性シリコーン樹脂を用いればよい。この変性シリコーン樹脂は、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樹脂と非反応性シリコーン樹脂に分けられる。
【００１８】
図３は、主要な変性シリコーン樹脂のうち、側鎖型の変性シリコーン樹脂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樹脂では、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樹脂と非反応性シリコーン樹脂に分けられる。
【００１９】
図４は、主要な変性シリコーン樹脂のうち、両末端型の変性シリコーン樹脂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樹脂では、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樹脂と非反応性シリコーン樹脂に分けられる。
【００２０】
図５は、主要な変性シリコーン樹脂のうち、片末端型の変性シリコーン樹脂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樹脂では、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。
【００２１】
図６は、主要な変性シリコーン樹脂のうち、側鎖両末端型の変性シリコーン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樹脂
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。
【００２２】
レベリング剤は、塗膜（被膜）の溶剤蒸発や温度変化に伴う粘度変化によって、表面張力に変化が生じ、塗膜（被膜）表面に窪み等が生じることを防ぐための表面調整剤の一種である。
レベリング剤の代表的なものとして、アクリル系、ビニル系、シリコーン系、フッ素系が有るが、本発明の基板の接合方法では、特に、フッ素系、およびシリコーン系のレベリング剤が好ましい。以下、表１、表２に、アクリル系、およびシリコーン系レベリング剤の具体例を列記する。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【００２５】
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、およびレベリング剤を分散、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  ６９.７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％
レベリング剤  ０．３重量％
【００２６】
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。
【００２７】
樹脂溶液Ｌ１を噴射して形成した塗膜は、樹脂溶液Ｌ１にレベリング剤を含有させることによって、表面張力が制御される。例えば、図７に示すような、レベリング剤を含有しない樹脂溶液によって形成した塗膜３１は、溶媒の蒸発などによって周縁部が染みあがる、所謂、コーヒーステイン現象が生じ、塗膜３１の中心部に窪み（クレーター）３２が形成されてしまう。こうした窪み３２が形成された塗膜３１を介して、別な基板を接合すると、この塗膜３１の窪み３２が基板どうしの間に空洞となって残り、接合不良の原因となる。
【００２８】
しかし、図８に示すような、レベリング剤を含有させた樹脂溶液Ｌ１によって形成した塗膜４１は、レベリング剤によって噴射した樹脂溶液Ｌ１の表面張力が調整されるため、周縁部が染みあがって窪みが生じたり、表面が不均一になることがない。
【００２９】
こうしたレベリング剤の作用は、次のようなものだと想定される。即ち、図９（ａ）から図９（ｄ）に示すように、基板１０に噴射された、レベリング剤５２を含む樹脂溶液の塗膜５１は、噴射後にレベリング剤５２が塗膜の表面近傍に広がる。そして、塗膜５１の表面にレベリング剤５２の薄膜５２ａが形成されることにより、表面張力の不均一が解消され、表面が平滑な塗膜５１を形成することができる。
【００３０】
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と、レベリング剤と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。
【００３１】
次に、２枚の基板１０ａ，１０ｂの接合面Ｆに薄膜樹脂層１３が形成された領域を含む基板１０ａ，１０ｂに対して、例えば紫外線などのエネルギー光の照射、または酸素プラズマ照射を行う（図１（ｄ）参照）。これによって、薄膜樹脂層１３の表面付近にあるレベリング剤の樹脂と、シリコーン樹脂の側鎖の離脱よって活性酸素が結合される。その結果、薄膜樹脂層１３が活性化され、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。
【００３２】
なお、薄膜樹脂層１３を活性化させる方法としては、エネルギー光の照射や酸素プラズマ照射以外にも、例えば、オゾン水など活性酸素を作用させることができる活性化溶液を、インクジェットプリンタを用いて任意の領域に選択的に噴射するのも好ましい。
【００３３】
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。この接着層１４は、レベリング剤を含む樹脂溶液Ｌ１の噴射によって表面に窪み等の無い平坦な面として形成されているので、２枚の基板１０ａ，１０ｂどうしを接合した際に、接着層１４に空洞などが生じることなく、確実に接合することが可能になる。こうして、２枚の基板１０ａ，１０ｂを一体化させた、本発明の接合基板１５が得られる（図１（ｆ）参照）。
【００３４】
このようにして得られた本発明の接合基板１５は、互いに接合させた２枚の基板１０ａ，１０ｂの接着層１４が、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂と、レベリング剤とを含み、かつ、活性酸素の作用による親水性が付与されている。また、この接着層１４は、隔壁構造体を成していることが好ましい。
【００３５】
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、この薄膜樹脂層１３を活性化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。
【００３６】
そして、薄膜樹脂層１３を形成するための樹脂溶液Ｌ１にレベリング剤を含有させることによって、表面張力の不均一が解消され、平坦な接着層１４を形成することができる。これによって、２枚の基板１０ａ，１０ｂどうしを接合した際に、接着層１４に空洞などが生じることなく、確実に、かつ強固に接合することが可能になる。
【００３７】
また、接合直前に薄膜樹脂層１３を活性化させて接着性を発現させることで、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。
【００３８】
一方、本発明の接合基板によれば、そして、薄膜樹脂層１３を形成するための樹脂溶液Ｌ１にレベリング剤を含有させ平坦な接着層１４を形成することによって、複数の基板１０ａ，１０ｂどうしを隙間無く強固に接合した接合基板を提供することが可能になる。
【実施例】
【００３９】
本発明の効果を検証した。即ち、本発明例として、活性化前の接着層である塗膜を、シリコーン樹脂を含む溶質とレベリング剤とを有機溶媒に溶解させた溶液を噴射して形成した。形成ピッチは１５０μｍ、３００μｍ、５００μｍとした。そして、塗膜の径方向における高さ（厚み）の変化を測定した。この本発明例の検証結果を図１０に示す。
【００４０】
一方、従来例として、活性化前の接着層である塗膜を、シリコーン樹脂を含む溶質を有機溶媒に溶解させ、レベリング剤を含まない溶液を噴射して形成した。形成ピッチは１５０μｍ、３００μｍ、５００μｍ、３０００μｍとした。そして、塗膜の径方向における高さ（厚み）の変化を測定した。この従来例の検証結果を図１１に示す。
【００４１】
図１０、および図１１の比較から明らかなように、本発明例のごとくレベリング剤を含む溶液を噴射して形成した塗膜は、いずれの形成ピッチにおいても中央に染み上がりなどによって生じる窪み等が見られず、接着層に改質した際に、表面（上面）が平坦な良好な接着面が得られることが想定される。
【００４２】
一方、従来例のごとくレベリング剤を含まない溶液を噴射して形成した塗膜は、いずれの形成ピッチにおいても周縁部が染み上がり、また中央部に窪みが生じており、接着層に改質して基板を接合すると、基板間に空洞が生じて接合不良になる懸念がある。
以上の検証結果から、本発明の基板の接合方法、および接合基板の効果が確認された。
【符号の説明】
【００４３】
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、５２・・レベリング剤、Ｌ１・・樹脂溶液、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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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