(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合面となるべき表面においてＳｉを含む、有機化合物よりなる第１接合材と、第２接合材とから接合構造体を製造する方法であって、
前記第１接合材における接合面となるべき表面を改質処理することによって、ＳｉＯ結合を含む接合面を得る工程Ａと、
前記接合面に対して前記第２接合材を貼り合せ処理する工程Ｂとを有し、
前記工程Ａが、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射する紫外線照射処理によって行われ、
前記工程Ａにおいて、前記真空紫外線の露光量が２１０〜４２０ｍＪ／ｃｍ2であり、
前記工程Ａを実行した後において、前記第１接合材は、前記接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．３以上１．８以下であることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項２】
前記第１接合材における接合面となるべき表面が、オルガノポリシロキサンよりなることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第２接合材が、オルガノポリシロキサン、炭化水素系樹脂、ガラス、サファイアまたは金属よりなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合構造体の製造方法。
【請求項４】
前記工程Ａにおいて、第１接合材における改質される表層部の厚みが５０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の接合構造体の製造方法。
【請求項５】
前記工程Ａを実行した後において、前記第１接合材は、前記接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．５以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の接合構造体の製造方法。
【請求項６】
前記工程Ｂは、前記第１接合材の前記接合面に前記第２接合材を接触させて加圧することによって行われることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の接合構造体の製造方法。
【請求項７】
前記工程Ｂにおいて、前記第１接合材および前記第２接合材に作用する加圧力が０．１〜５．０ＭＰａであることを特徴とする請求項６に記載の接合構造体の製造方法。
【請求項８】
前記工程Ｂは、前記第１接合材および前記第２接合材を加熱しながら行われることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の接合構造体の製造方法。
【請求項９】
前記工程Ｂにおける加熱温度が４０〜１５０℃であることを特徴とする請求項８に記載の接合構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記工程Ａを実行した後、前記第１接合材を５秒間以上１８０秒間以下の時間放置してから前記工程Ｂを実行することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の接合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１接合材と第２接合材とが接合されてなる接合構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２以上の基板を貼り合せた接合構造体が用いられる種々のデバイスにおいて、基板同士の接着方法としては、接着剤を用いて２以上の基板を接着する方法が知られている。しかしながら、接着剤を用いた接着方法においては、接着剤による汚染が生じる虞がある、という問題がある。特に、マイクロ化学や生化学のような微細流路を有するデバイスの用途では、接着剤による汚染が生じると、測定に悪影響を与えるほか、接着剤により流路が塞がれることにより、デバイスとしての機能が損なわれる、という問題がある。また、その他の用途に使用されるデバイスにおいても、汚染源となる接着剤の使用を回避することが望まれている。【０００３】
このような事情から、２つ以上の基材を接着剤を使用せずに接着する方法が提案されている。例えば特許文献１には、ポリジメチルシロキサンよりなる一方の基材と、ガラスまたはシリコンよりなる他方の基材とを接合する方法において、波長１７２ｎｍの光を含む紫外線を、照射量が２７〜１８０ｍＷ／ｃｍ2 ・秒となる条件で、一方の基材に照射し、この一方の基材と他方の基材とを重ね合わせて密着させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７６０３１５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、上記の接合方法では、基材の表面を改質処理することによって得られる活性な表面状態が、短い時間しか維持されない。すなわち、基材において活性な表面状態が消失すると、基材同士を接着することができない。そのため、活性な表面状態が維持される間、具体的には紫外線を照射してから１分間以内に、基材同士を接着することが必要であり。基材の接合作業において時間的制約が生じる、という問題がある。【０００６】
そこで、本発明の目的は、基材の表面を改質処理することによって得られる活性な表面状態が長時間にわたって維持され、基材同士を確実に接着することができる接合構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の接合構造体の製造方法は、接合面となるべき表面においてＳｉを含む、有機化合物よりなる第１接合材と、第２接合材とから接合構造体を製造する方法であって、
前記第１接合材における接合面となるべき表面を改質処理することによって、ＳｉＯ結合を含む接合面を得る工程Ａと、
前記接合面に対して前記第２接合材を貼り合せ処理する工程Ｂとを有し、
前記工程Ａが、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射する紫外線照射処理によって行われ、
前記工程Ａにおいて、前記真空紫外線の露光量が２１０〜４２０ｍＪ／ｃｍ2であり、
前記工程Ａを実行した後において、前記第１接合材は、前記接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．３以上１．８以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の接合構造体の製造方法においては、前記第１接合材における接合面となるべき表面が、オルガノポリシロキサンよりなることが好ましい。
また、前記第２接合材が、オルガノポリシロキサン、炭化水素系樹脂、ガラス、サファイアまたは金属よりなることが好ましい。
また、前記工程Ａにおいて、第１接合材における改質される表層部の厚みが５０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。
また、前記工程Ａを実行した後において、前記第１接合材は、前記接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．５以下であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の接合構造体の製造方法においては、前記工程Ｂは、前記第１接合材の前記接合面に前記第２接合材を接触させて加圧することによって行われることが好ましい。  また、前記工程Ｂにおいて、前記第１接合材および前記第２接合材に作用する加圧力が０．１〜５．０ＭＰａであることが好ましい。
また、前記工程Ｂは、前記第１接合材および前記第２接合材を加熱しながら行われることが好ましい。
また、前記工程Ｂにおける加熱温度が４０〜１５０℃であることが好ましい。
また、前記工程Ａを実行した後、前記第１接合材を５秒間以上１８０秒間以下の時間放置してから前記工程Ｂを実行することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記の接合構造体の製造方法によれば、真空紫外線を２１０〜４２０ｍＪ／ｃｍ2の露光量で照射して、接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．３以上１．８以下となるように、第１接合材の表面を改質処理することにより、第１接合材の表面を改質処理することによって得られる活性な表面状態が長時間にわたって維持され、短時間の貼り合せ処理で第１接合材と第２接合材とを高い強度で接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】工程Ａにおいて用いられる紫外線照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
【図２】工程Ａにおいて用いられる紫外線照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の接合構造体の製造方法は、接合面となるべき表面においてＳｉを含む、有機化合物よりなる第１接合材と、第２接合材とから接合構造体を製造する方法である。この製造方法は、第１接合材における接合面となるべき表面を改質処理することによって、ＳｉＯ結合を含む接合面を得る工程Ａと、この第１接合材における接合面に対して第２接合材を貼り合せる工程Ｂとを有する。
【００１４】
［第１接合材］
第１接合材は、接合面となるべき表面においてＳｉを含む、有機化合物よりなるものである。このような第１接合材を構成する材料としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、シリコーンゴム、シリコーン樹脂等のオルガノポリシロキサンを用いることができる。
第１接合材の厚みは、例えば０．０２〜３ｍｍである。
【００１５】
［第２接合材］
第２接合材を構成する材料としては、オルガノポリシロキサン、ガラス、シリコン、炭化水素系樹脂、金属または金属酸化物を用いることができる。
オルガノポリシロキサンとしては、第１接合材を構成する材料として例示したものを用いることができる。
ガラスとしては、無アルカリガラス、アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラスなどを用いることができる。
炭化水素系樹脂としては、環状オレフィンモノマー、環状オレフィン誘導体、非環状オレフィンモノマー、非環状オレフィン誘導体、および芳香族モノマーから選択される一種以上のモノマーを適宜重合して得られるポリマーを用いることができる。その具体例としては、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系ポリマーが挙げられる。
金属としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｚｒなどを用いることができ、金属酸化物としてはこれらの酸化物を用いることができる。
第２接合材の厚みは、例えば  ０．０２〜３ｍｍである。
【００１６】
［工程Ａ］
工程Ａにおける改質処理は、波長２００ｎｍの真空紫外線を照射する紫外線照射処理、または大気圧プラズマ処理によって行われる。
工程Ａを紫外線照射処理によって行う場合には、紫外線光源として、キセノンエキシマランプ（ピーク波長１７２ｎｍ）などのエキシマランプを用いることができる。
また、第１接合材における接合面となるべき表面に対する真空紫外線の照度は、例えば５〜３００ｍＷ／ｃｍ2 である。照度は、工程Ａにおける改質処理時間を短縮するため、４０〜３００ｍＷ／ｃｍ2 であることが好ましい。特に好ましい照度は、４０〜２００ｍＷ／ｃｍ2 である。
また、露光量は、例えば２００〜２０００ｍＪ／ｃｍ2 である。
また、ランプとワークとの間のギャップは、１〜１０ｍｍであることが好ましい。ここで、「ギャップ」とは、図１に示すように、ランプハウス１０の光出射開口に窓部材がない紫外線照射装置を用いる場合には、エキシマランプ１１からワーク（第１接合材および第２接合材のいずれか一以上）Ｗまでの距離Ｇ１をいう。図２に示すように、ランプハウス１０の光出射開口に窓部材１５が設けられている紫外線照射装置を用いる場合には、窓部材１５からワークＷまでの距離Ｇ２をいう。図１および図２において、１２は、エキシマランプ１１を冷却する冷却ブロック、１３は、冷却ブロック１２に設けられた冷却媒体流通管、１４は、ワークＷに処理用ガスを供給するための処理用ガス供給管、１６は、ランプハウス１０内にパージガスを供給するガス供給管、１７は、ランプハウス１０内のガスを排出するガス排出管である。
このような紫外線照射処理は、大気中等の酸素を含む雰囲気下やＨ2 Ｏ雰囲気下などの、真空紫外線によって活性酸素が生じる雰囲気下で行われる。特に、ギャップが１〜１０ｍｍである場合には、酸素による真空紫外線の吸収を考慮して、酸素濃度が、０．１〜２１％の減酸素雰囲気で紫外線照射処理を行うことが好ましい。
【００１７】
このような改質処理を行うことにより、第１接合材の表層部が改質され、その結果、ＳｉＯ結合を含む接合面が得られる。
第１接合材を構成する材料としてオルガノポリシロキサンを用いる場合を例に挙げて説明すると、改質処理前における第１接合材の表面には、Ｓｉに結合されたメチル基等の有機基が存在する。そして、上記の改質処理によって、Ｓｉに結合されたメチル基等の有機基が酸化されることにより、第１接合材の表面には、Ｓｉに結合されたヒドロキシ基（−Ｓｉ−ＯＨ）やヒドロキシカルボニル基（−Ｓｉ−（Ｃ＝Ｏ）−ＯＨ）などの官能基が生成される。酸化反応は表面から進行していくため、表面に近いほど多くの官能基が生成し、この官能基が第２接合材との接合に寄与すると推測される。
改質処理によって改質される表層部の厚みは５０ｎｍ以上とされるが、その厚みの上限値は、生産性の観点から、３０００ｎｍ程度であることが好ましい。
改質される表層部の厚みは、真空紫外線の露光量を調整することによって制御することができる。
【００１８】
このような工程Ａを実行した後において、第１接合材は、その接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．３以上とされ、好ましくは１．３以上１．８以下とされる。この比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．３未満である場合には、第１接合材と第２接合材との接合強度が高い接合構造体を得ることが困難となる。
ここで、Ｓｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）は、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ）によって求めることができる。
また、上記の比率（Ｏ／Ｓｉ）は、真空紫外線の露光量を調整することによって制御することができる。
【００１９】
本発明の製造方法においては、上記工程Ａによって第１接合材の表面の改質処理が施されるが、第２接合材についても、上記工程Ａと同様にして表面の改質処理が施されてもよい。
【００２０】
［工程Ｂ］
工程Ｂにおける貼り合せ処理は、第１接合材の接合面に第２接合材を重ね合わせて密着させることによって行うことができる。第１接合材の接合面に第２接合材を密着させて保持する時間、すなわち貼り合せ処理時間は、例えば１〜３００秒間である。
また、工程Ｂにおける貼り合せ処理は、第１接合材の接合面に第２接合材を接触させて加圧することによって行ってもよい。この場合において、第１接合材および第２接合材に作用する加圧力は、例えば０．１〜５．０ＭＰａである。
また、工程Ｂにおける貼り合せ処理は、第１接合材の接合面に第２接合材を接触させて加熱しながら加圧することによって行ってもよい。この場合において、加熱温度は、例えば４０〜１５０℃である。
また、工程Ａを実行した後（具体的には第１接合材の紫外線照射処理または大気圧プラズマ処理が完了した後）、第１接合材を５秒間以上１８０秒間以下の時間放置してから工程Ｂを実行することが好ましい。
このようにして、第１接合材の接合面に第２接合材が接合されてなる接合構造体が得られる。
【００２１】
上記の接合構造体の製造方法によれば、接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．３以上となるように、第１接合材の表面を改質処理することにより、第１接合材の表面を改質処理することによって得られる活性な表面状態が長時間にわたって維持され、第１接合材と第２接合材とを高い強度で接合することができる。
このような方法によって得られる接合構造体は、第１接合材がその接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．３以上であり、第１接合材と第２接合材との接合強度が高いものである。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００２３】
〈実施例１〉
接合材：
下記の第１接合材および第２接合材を用意した。
第１接合材：材質＝ポリジメチルシロキサン（信越化学製の「ＳＩＭ−２６０」），厚み＝２．０ｍｍ
第２接合材：材質＝ポリジメチルシロキサン（信越化学製の「ＳＩＭ−２６０」），厚み＝２．０ｍｍ【００２４】
工程Ａ（改質処理）：
大気雰囲気下において、第１接合材および第２接合材の各々における接合面となる表面に対して、キセノンエキシマランプ（ウシオ電機製）によって真空紫外線を照射した。照射条件としては、第１接合材および第２接合材の各々の表面に対する真空紫外線の照度は７ｍＷ／ｃｍ2 、照射時間は３０秒間、露光量は２１０ｍＪ／ｃｍ2 であった。
第１接合材および第２接合材の各々について、紫外線照射処理が完了してから１分間経過後に、接合面における水の接触角を測定した。
また、第１接合材および第２接合材の各々について、接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）を測定すると共に、接合面における水の接触角を測定した。Ｓｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）は、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ）を用い、第１接合材および第２接合材の各々の接合面を、アルゴンイオンによってスパッタリングすることにより掘削して測定した。
以上、結果を表１に示す。【００２５】
工程Ｂ（貼り合せ処理）：
紫外線照射処理された第１接合材の接合面に紫外線照射処理された第２接合材の接合面を、紫外線照射処理が完了してから下記表１に示す所定の時間が経過した後に重ね合わせて密着させ、第１接合材および前記第２接合材に作用する加圧力が０．１ＭＰａ、加熱温度が８０℃で３００秒間保持することにより、接合構造体を製造した。【００２６】
接合構造体の評価：
得られた接合構造体について下記の引張試験を行い、第１接合材が材料破壊によって第２接合材から剥離した場合を〇、第１接合材が界面破壊によって第２接合材から剥離した場合を×として評価した。以上、結果を表１に示す。
［引張試験］
接合構造体における第１接合材および第２接合材の間の界面を手で剥がした。【００２７】
〈実施例２〉
第１接合材および第２接合材の各々の表面に対する真空紫外線の照射時間を６０秒間（露光量は４２０ｍＪ／ｃｍ2 ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、第１接合材および第２接合材の各々の接合面における水の接触角およびＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）を測定すると共に、接合構造体を製造し、得られた接合構造体について引張試験を行った。以上、結果を表１に示す。【００２８】
〈参考例１〉
第１接合材および第２接合材の各々の表面に対する真空紫外線の照射時間を１２０秒間（露光量は８４０ｍＪ／ｃｍ2）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、第１接合材および第２接合材の各々の接合面における水の接触角およびＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）を測定すると共に、接合構造体を製造し、得られた接合構造体について引張試験を行った。以上、結果を表１に示す。
【００２９】
〈比較例１〉
第１接合材および第２接合材の各々の表面に対する真空紫外線の照射を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして、第１接合材および第２接合材の各々の接合面における水の接触角およびＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）を測定すると共に、接合構造体を製造し、得られた接合構造体について引張試験を行った。以上、結果を表１に示す。      【００３０】
〈比較例２〉
第１接合材および第２接合材の各々の表面に対する真空紫外線の照射時間を１５秒間（露光量は１０５ｍＪ／ｃｍ2 ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、第１接合材および第２接合材の各々の接合面における水の接触角およびＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）を測定すると共に、接合構造体を製造し、得られた接合構造体について引張試験を行った。以上、結果を表１に示す。【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜２によれば、接合面から深さ方向に５０ｎｍ進んだ位置におけるＳｉ原子に対するＯ原子の比率（Ｏ／Ｓｉ）が１．３以上であるため、第１接合材および第２接合材が高い強度で接合された接合構造体が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ランプハウス
１１  エキシマランプ
１２  冷却ブロック
１３  冷却媒体流通管
１４  処理用ガス供給管
１５  窓部材
１６  ガス供給管
１７  ガス排出管
【図１】
0006777168.tif 000003
【図２】
0006777168.tif 000004