(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素酸化物で貼合面を形成する部材同士を接合するための接着剤であって、該接着剤がヘキサフルオロ珪酸、シリカ微粒子及び水溶性のヘキサフルオロ珪酸塩からなる添加剤を含有する溶液であることを特徴とする珪素酸化物用接着剤。
【請求項２】
ヘキサフルオロ珪酸が０．５〜５モル／Ｌ、シリカ微粒子が０．０１〜０．１モル／Ｌ、及び水溶性のヘキサフルオロ珪酸塩からなる添加剤が０．０５〜２モル／Ｌであることを特徴とする請求項１記載の珪素酸化物用接着剤。
【請求項３】
水溶性のヘキサフルオロ珪酸塩からなる添加剤がヘキサフルオロ珪酸アンモニウムであることを特徴とする請求項１又は２記載の珪素酸化物用接着剤。
【請求項４】
珪素酸化物で貼合面を形成する部材の貼合面の少なくとも１面に請求項１記載の珪素酸化物用接着剤を適用し室温で貼り合わせたのち、短波長紫外線を照射することを特徴とする珪素酸化物で貼合面を形成する部材の接着方法。
【請求項５】
珪素酸化物で貼合面を形成する部材の貼合面の少なくとも１面に請求項１記載の珪素酸化物用接着剤を適用し室温で貼り合わせたのち、部材間に圧力を印加することを特徴とする珪素酸化物で貼合面を形成する部材の接着方法。
【請求項６】
印加する圧力が１５０ｇｆ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項５記載の珪素酸化物で貼合面を形成する部材の接着方法。
【請求項７】
圧力を印加したのちさらに短波長紫外線を照射することを特徴とする請求項５又は６記載の珪素酸化物で貼合面を形成する部材の接着方法。
【請求項８】
短波長紫外線が波長１６５〜４００ｎｍの放射線であることを特徴とする請求項４又は７記載の珪素酸化物で貼合面を形成する部材の接着方法。
【請求項９】
短波長紫外線がキセノンエキシマランプから放射される活性光線であることを特徴とする請求項８記載の珪素酸化物で貼合面を形成する部材の接着方法。
【請求項１０】
珪素酸化物で貼合面を形成する部材の貼合面を平均粗さ（Ｒａ）０．１μｍ以下の平滑面に仕上げ、更に貼合面を合わせたときの隙間が０．１μｍ以下とすることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１記載の珪素酸化物で貼合面を形成する部材の接着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、珪素酸化物用接着剤及びそれを用いた接着方法、特にシリカガラスの接着に有用な接着剤及びその接着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学部品や半導体製品、並びにマイクロエレクトロメカニカルシステムには珪素酸化物からなる部材が多く用いられている。近年、該部材の高機能化が進み、小型化するとともに形状も複雑化してきた。かかる小型で複雑な形状を有する部材は加工が難しく部品を接合することが多いが、その接合には、従来、部材を１５００℃以上に加熱する融接方法や有機接着剤を用いる接合方法などが採られてきた。前記融接方法では、強固な接合ができるが、微細加工を施した部材が加熱で変形し寸法精度を狂わせる問題があった。また、有機接着剤による接合では光透過性、特に短波長紫外線の透過性が悪く、珪素酸化物からなる部材の機能を十分に活かすことができなかった。
【０００３】
こうした欠点を解消する接合方法として、フッ化水素酸を含む溶液を貼合面に滴下し、部材間を加圧する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、このフッ化水素酸を含む溶液を使用する接合方法では貼り合わせ強度が弱く、剥がれ易い欠点があった。そこで、ヘキサフルオロ珪酸（Ｈ２ＳｉＦ６）を含む溶液を用いる方法が提案されたが（特許文献１参照）、部材間に形成される二酸化珪素層が均一に形成されることが少なく貼り合わせ強度にムラがあり、部分的に剥離し易い欠点があった。
【特許文献１】特開平１０−３６１４５号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした現状に鑑み、本発明者等は、鋭意研究を続けた結果、珪素酸化物が貼合面を形成する部材同士を接合する接着剤として、ヘキサフルオロ珪酸に加えてシリカ微粒子及び添加剤を含有した溶液を用いることで、均一で強い部材の接合が得られることを見出して本発明を完成したものである。すなわち
【０００５】
本発明は、珪素酸化物で貼合面を形成する部材同士を強固に、かつ均一に接合する珪素酸化物用接着剤を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、上記接着剤を用いた珪素酸化物で貼合面を形成する部材同士の接着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明は、珪素酸化物で貼合面を形成する部材同士を接合するための接着剤であって、該接着剤がヘキサフルオロ珪酸、シリカ微粒子及び水溶性のヘキサフルオロ珪酸塩からなる添加剤を含有する溶液であることを特徴とする珪素酸化物用接着剤及び該接着剤を用いる珪素酸化物で貼合面を形成する部材の接着方法に係る。    
【０００８】
本発明の珪素酸化物用接着剤は、上述のとおりヘキサフルオロ珪酸、シリカ微粒子及び添加剤を含有する溶液であり、所謂ＬＰＤ法（Ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用した接着剤で、該接着剤にあっては、Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ→６ＨＦ＋ＳｉＯ２の平衡反応にシリカ微粒子を加え飽和状態にしておきさらに添加剤を加えることで平衡をＳｉＯ２側にずらしＳｉＯ２を析出させ、その溶液中にＳｉＯ２基板の貼り合せ面を接触させ、貼り合せで強固に接着するものである。前記シリカ微粒子としては、高純度の四塩化珪素、有機珪素化合物等のシロキサン化合物を酸水素火炎中で火炎加水分解して生成したシリカガラス微粒子又はその際に発生する廃シリカガラス微粒子などが挙げられる。また、水溶性のヘキサフルオロ珪酸塩からなる添加剤としては、ヘキサフルオロ珪酸及びシリカ微粒子を含有する溶液がシリカを析出した状態で安定化できる試薬であればよく、具体的には、ヘキサフルオロ珪酸アンモニウム、ヘキサフルオロ珪酸カルシウム、ヘキサフルオロ珪酸カドミウム、ヘキサフルオロ珪酸ストロンチウム、ヘキサフルオロ珪酸鉄などの水溶性ヘキサフルオロ珪酸塩挙げられ、特にヘキサフルオロ珪酸アンモニウムが好適である。
【０００９】
上記珪素酸化物用接着剤溶液中のヘキサフルオロ珪酸の含有量は０．５〜５モル／Ｌ、好ましくは１〜３モル／Ｌの範囲、シリカ微粒子の含有量は０．０１〜０．３モル／Ｌの範囲、添加剤の含有量は０．０５〜２モル／Ｌ、好ましくは０．１〜１モル／Ｌの範囲がよい。ヘキサフルオロ珪酸の含有量が０．５モル／Ｌ未満では部材間の二酸化珪素層の形成が不十分あるいは時間がかかり過ぎ、剥離が起き易く、また、５モル／Ｌを超えては生成するシリカ粒子が少なく不均一な珪素酸化物層の生成となり却って弱い接着効果を示す。シリカ微粒子の含有量が０．０１モル／Ｌ未満では部材間に形成される二酸化珪素層の厚さが薄く接着力が弱く、また、０．３モル／Ｌを超えると過飽和のシリカが多く二酸化珪素層が不均一で強い接着効果がない。さらに、添加剤の含有量が０．０５モル／Ｌ未満では、強い接着力が得られず剥がれやすく、また、２モル／Ｌを超えると均一な二酸化珪素層が得られず接着力が弱くなる。
【００１０】
上記珪素酸化物用接着剤を用いる部材同士の接合においては、珪素酸化物用接着剤を部材の少なくとも１面に室温で適用し室温で貼り合わせるが、その際、好ましくは短波長紫外線を照射する、圧力を印加するまたはその組合せからなる圧力を印加したのち短波長紫外線を照射する、好ましくは圧力を印加したのち更に短波長紫外線を照射するのがよい。前記印加する圧力としては１５０ｇｆ／ｃｍ以上がよく、照射する短波長紫外線としては、波長１５０〜４００ｎｍの短波長紫外線がよい。具体的には、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、キセノンエキシマランプ（１７２ｎｍ）等が挙げられる。また、接合前に部材表面を平均粗さ（Ｒａ）０．１μｍ以下の平滑面に仕上げするのがよい。更に接合する部材の接合面を合せた時の隙間が０．１μｍ以下に仕上げるのがよい。該平滑面仕上した部材は次いで希ＨＦ水溶液又は短波長紫外線で洗浄されたのち接着処理するのがよい。これにより接着強度は一段と増す。前記珪素酸化物とはシリカガラス又はシリコン酸化膜をいい、該珪素酸化物で貼合面を形成する部材同士とは、具体的にシリカガラス同士、シリカガラスとシリコン酸化膜付部材、シリコン酸化膜付部材同士などが挙げられ、また、接着剤を適用するとは、部材表面に珪素酸化物用接着剤を滴下する、又は含浸することをいう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の接着剤は、珪素酸化物で貼合面を形成する部材同士を室温で強固に接着でき加熱による変形がなく、小型化し、複雑化した光学部品や半導体製品を寸法精度よく接合できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施例を以下に示すが、本発明はそれに限定されるものではない。
【実施例】
【００１３】
実施例１
ヘキサフルオロ珪酸２モル／Ｌ水溶液にシリカ微粒子０．３ｇを加え、マグネチックスターラーを用いてよく攪拌したのち、ヘキサフルオロ珪酸アンモニウム０．２モル／Ｌを少量づつ垂らしシリカ微粒子が少量析出する珪素酸化物用接着剤を調製した。
【００１４】
一方、２５ｍ２の接着面を有するシリカガラス部材２枚を慣用の研摩手段で研摩し、平均粗さ（Ｒａ）０．０５μｍの平滑面とし、５％のＨＦで５分間洗浄し清浄な純水でリンスし、乾燥し、その後キセノンエキシマランプの照射を行った。得られた平滑面に、上記調製した接着剤溶液を数滴滴下し、接着面を合わせ２００ｇｆ／ｃｍ２の圧力を印加し室温で８時間静置した。その後荷重をかけたままキセノンエキシマランプを８時間照射した。得られた部材の接着は強固なものであった。
【００１５】
比較例１
実施例１において、添加剤を滴下および接着面に圧力を印加しない以外は同様な方法で珪素酸化物用接着剤溶液を調製し、実施例１と同様な方法で平滑面仕上した２５ｍ２の接着面を有するシリカガラス部材２枚同士を接着した。貼り合わせ面の接合は弱いものであった。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、光学部品や半導体製品、並びにマイクロエレクトロメカニカルシステム分野で使用される珪素酸化物の貼合面を有する部材の接合に有用である。