(57)【要約】      （修正有）【課題】脆性材料の接合を精度よく尚且つ容易に行うことができる脆性材料の接合方法を提供する。【解決手段】真空中において、任意の形状に整形したレーザ１１と該レーザを照射することによりプラズマを発生することができるプラズマ発生材料１０ａ、１０ｂから発生したプラズマとを併用することにより、第１の脆性材料７ａと第２の脆性材料７ｂのそれぞれ任意の表面を任意の形状にエッチングし、この第１の脆性材料と第２の脆性材料のエッチングされた面同士を当接することにより接合を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の脆性材料と第２の脆性材料とを接合する脆性材料の接合方法であって、
所定常温且つ真空状態に保持されたチャンバー内に前記第１及び第２の脆性材料と、該第１及び第２の脆性材料と所定間隔を存して前記レーザ照射によりプラズマを発生するプラズマ発生材料をそれぞれ設置すると共に、
各プラズマ発生材料に前記第１又は第２の脆性材料を透過した前記レーザをそれぞれ照射し、各プラズマ発生材料から発生したプラズマと前記レーザにより前記第１及び第２の脆性材料の被接合面をそれぞれエッチングした後、各被接合面を当接することにより接合することを特徴とする脆性材料の接合方法。
【請求項２】
前記常温は１０℃から５０℃とする請求項１の脆性材料の接合方法。
【請求項３】
前記プラズマ発生材料は、イソプロピルやポリカーボネートなどの高分子、又は、銅などの金属であることを特徴とする請求項１又は請求項２の脆性材料の接合方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の脆性材料のエッチング量を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の脆性材料の接合方法。
【請求項５】
前記脆性材料は、レーザの波長に対して７０％以上の透過率を有することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の脆性材料の接合方法。
【請求項６】
前記チャンバー内の圧力を１０−１Pa以上の真空状態とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載された脆性材料の接合方法。
【請求項７】
前記レーザはマスクやレンズを用いることにより、任意形状に整形し、前記プラズマ発生材料に照射することが可能なことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載された脆性材料の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の脆性材料と第２の脆性材料とを接合する脆性材料の接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の脆性材料の接合方法、例えば、半導体の微細加工技術により作成した電子部品及び機械部品の組み立て及び封止に利用されるシリコンウェハーの接合方法は、常温且つ真空状態に保持された真空チャンバー内にシリコンウェハーを設置し、各シリコンウェハーの被接合面に不活性ガス高速原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを照射してスパッタエッチングした後、それぞれの被接合面を重ね合わせることにより接合するものとされていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−９２７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述の如く不活性ガス高速原子ビームや不活性ガスイオンビームにより被接合面をエッチングした場合、係る原子ビーム若しくはイオンビームは拡散されて被接合面に照射されるため、エッチング箇所を特定したり、微小な被接合面をエッチングすることが困難であった。
【０００４】
また、不活性ガス高速原子ビームや不活性ガスイオンビームを照射するための装置を前記真空チャンバー内に設置しなければならないため、真空チャンバーの設置スペースが拡大すると共に、接合装置全体が複雑化すると云った問題も生じていた。
【０００５】
本発明は、係る従来技術を解決するため、微小な脆性材料の接合を容易に行うことができる脆性材料の接合方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、脆性材料の接合を行うための装置の設置スペースを縮小することができる脆性材料の接合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】
本発明の脆性材料接合方法は、第１の脆性材料と第２の脆性材料とを接合するものであって、所定常温且つ真空状態に保持されたチャンバー内に第１及び第２の脆性材料と、この第１及び第２の脆性材料と所定間隔を存してレーザ照射によりプラズマを発生するプラズマ発生材料をそれぞれ設置すると共に、各プラズマ発生材料に第１又は第２の脆性材料を透過したレーザをそれぞれ照射し、各プラズマ発生材料から発生したプラズマとレーザにより第１及び第２の脆性材料の被接合面をそれぞれエッチングした後、各被接合面を当接することにより接合するものである。
【０００８】
請求項２の発明の脆性材料の接合方法では、上記発明において常温は１０℃から５０℃とする請求項１の脆性材料の接合方法。
【０００９】
請求項３の発明の脆性材料の接合方法では、上記発明においてプラズマ発生材料は、イソプロピルやポリカーボネートなどの高分子、又は、銅などの金属とするものである。
【００１０】
請求項４の発明の脆性材料の接合方法では、上記各発明において第１及び第２の脆性材料のエッチング量を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とするものである。
【００１１】
請求項５の発明の脆性材料の接合方法では、上記各発明において脆性材料は、レーザの波長に対して７０％以上の透過率を有するものである。
【００１２】
請求項６の発明の脆性材料の接合方法では、上記各発明においてチャンバー内の圧力を１０−１Pa以上の真空状態とするものである。
【００１３】
請求項７の発明の脆性材料の接合方法では、上記各発明においてプラズマ発生材料に照射するレーザを任意形状に整形するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の脆性材料の接合方法は、レーザの波長に対して７０％以上の透過率を有する第１及び第２の脆性材料を接合するものであって、所定常温、且つ、例えば、請求項３の如く圧力が１０−１Pa以上の真空状態に保持されたチャンバー内に第１及び第２の脆性材料と、この第１及び第２の脆性材料と所定間隔を存してレーザ照射によりプラズマを発生する請求項４のようなイソプロピルやポリカーボネートなどの高分子、又は、銅などの金属から成るプラズマ発生材料をそれぞれ設置すると共に、各プラズマ発生材料に第１又は第２の脆性材料を透過した請求項６のような任意形状に整形したレーザをそれぞれ照射し、各プラズマ発生材料から発生したプラズマとレーザにより第１及び第２の脆性材料の被接合面をそれぞれエッチングした後、各被接合面を当接することにより接合するので、当該レーザ照射によりエッチング箇所と形状を容易に選択することができるようになる。
【００１５】
また、レーザとプラズマによるエッチングにより、エッチング箇所と形状を特定することができるので、微小な被接合面のエッチングも可能となる。これにより、微小で複雑な三次元構造を有する脆性材料も容易に接合することができるようになる。
【００１６】
更に、レーザを発生する装置とレーザの形状を整形する設備は、チャンバー内に設ける必要が無いので、チャンバーの縮小を図ることができるようになる。また、接合するための装置自体も簡略化することができ、接合に要する装置の生産コストの削減を図ることができるようになる。
【００１７】
更に、レーザとプラズマにより短時間で脆性材料をエッチングすることができるので、接合時間を短縮することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、係る従来技術を解決するため、微小な脆性材料の接合を容易に行うことができる脆性材料の接合方法を提供することを目的とする。
【００１９】
また、脆性材料の接合を行うための装置の設置スペースを縮小することができる脆性材料の接合方法を提供することを目的とする。以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の脆性材料の接合を行うために用いられる一実施例の接合装置の概略構成図である。図１において、２は接合装置１を構成する真空チャンバーであり、外部とチャンバー内の空間を隔絶することにより、チャンバー内を所定常温且つ真空状態に保つことができる。この真空チャンバー２の材質はステンレス若しくはアルミニウムである。真空チャンバー２には、真空チャンバー内部と外部とを連通する出し入れ口３が形成されており、当該出し入れ口３は扉４によって開閉可能に設置されている。また、この出し入れ口３から、真空チャンバー２内に、被接合材料７a（第１の脆性材料）、被接合材料７b（第２の脆性材料）及び、後述するレーザ照射によりプラズマを発生するプラズマ発生材料１０a、プラズマ発生材料１０bを収容若しくは取り出すことが可能である。真空チャンバー２内には被接合材料７a及び被接合材料７bを保持するための一対の保持部材５及び６と、プラズマ発生材料１０a及びプラズマ発生材料１０bをそれぞれ保持する一対の保持部材８及び９が設置されている。
【００２１】
保持部材８、９は前記プラズマ発生材料１０a、又は、１０bを前記被接合材料７a、又は、７bと所定間隔を存して保持することができる。保持部材５、６及び保持部材８、９は真空チャンバー２内の真空度を保持したままそれぞれ独立に移動することができ、後述するように被接合材料の被接合表面を当接することが可能である。
【００２２】
真空チャンバー２には、レーザ１１を外部から真空チャンバー２内に照射することができる、レーザ透過窓１５が設置されている。前記レーザ１１は前記真空チャンバー２内に照射する前にレーザマスク１８により任意形状に整形することができ、また、レンズ１７により任意の照射倍率に変えることができる。さらに真空チャンバー２内には回転ミラー１２と固定ミラー１３a、１３b、１４a、そして、１４bが配置されている。回転ミラー１２は真空チャンバー２内の真空度を保持したまま任意の角度に回転することが可能である。真空チャンバー２の内部の真空度は、当該チャンバーに設置されている真空排気口１６をとおして、真空ポンプ（図示せず）によって１０−１Pa以上に形成することができる。
【００２３】
前記被接合材料７a及び７bは、レーザ１１の波長に対して７０％以上の透過率を有する脆性材料であることを特徴としている。前記被接合材料７a及び７bは同一の材料でも異なった材料でもよい。レーザ１１を照射することによりプラズマ１９及び２０を発生する、前記プラズマ発生材料１０a及び１０bはイソプロピルやポリカーボネートなどの高分子、又は、銅などの金属である。プラズマ発生材料１０a及び１０bは同一の材料でもよく、異なった材料でもよい。
【００２４】
回転ミラー１２と固定ミラー１３a、１４aはレーザ透過窓１５を透過した前記レーザ１１を反射し、被接合材料７a及びプラズマ発生材料１０aに照射することができる。また、回転ミラー１２を１８０°回転することにより、回転ミラー１２と固定ミラー１３b、１４bはレーザ透過窓１５を透過した前記レーザ１１を反射し、被接合材料７b、プラズマ発生材料１０bにレーザ１１を照射することができる。レーザ１１の照射角度及び照射倍率はミラー１２及びレンズ１７により可変である。また、レーザ１１の形状はレーザマスク１８により任意形状に変えることができる。さらにまた、レーザ１１の照射強度は被接合材料やプラズマ発生材料により任意の値に変えることが可能である。
【００２５】
このように構成された接合装置１を使用して、この発明の被接合材料の接合方法は次のようになされる。例えば前記第１及び第２の被接合材料７a及び７bとして厚さ０．５mmの石英を用い、前記プラズマ発生材料１０a及び１０bとして厚さ０．１mmのイソプロピルを用いる。また前記レーザ１１として波長２４８nmのKrFエキシマレーザを用いる。被接合材料である前記厚さ０．５mmの石英はKrFエキシマレーザの波長２４８nmに対して７０％以上の透過率を有する。前記レーザ透過窓１５はCaF2を用いる。また真空チャンバー２内に設置された回転ミラー１２と固定ミラー１３a、１３b、１４a、そして、１４bには誘電多層膜ミラーを用いる。
【００２６】
前記被接合材料７aと７bの接合面を超純水により洗浄する。洗浄、乾燥後の被接合材料７aと７bを真空チャンバー２内に設置し、一対の保持部材５，６に取り付ける。次にプラズマ発生材料１０aと１０bを一対の保持部材８、９に取り付ける。このとき、被接合材料７aとプラズマ発生材料１０a及び被接合材料７bとプラズマ発生材料１０bの対向する面の間隔はそれぞれ７０μm程度に設定する。次に真空チャンバー２内を真空ポンプにより減圧する。真空チャンバー２内の減圧の程度は１０−１ Pa以上である。レーザ１１はレーザマスク１８により、接合したい面に合わせ、例えば正方形に整形される。整形されたレーザ１１はレンズ１７によりプラズマ発生材料１０a及び１０bの接合したい面に合わせ、一片が２mmの正方形になるように集光された後、真空チャンバー２のレーザ透過窓１５を透過し、回転ミラー１２により反射される。回転ミラー１２により反射されたレーザ１１は、続いて固定ミラー１３aと１４aに反射され、被接合物７aを透過しプラズマ発生材料１０aに吸収されプラズマ１９を発生する。プラズマ１９とレーザ１１は被接合材料７aのプラズマ発生材料１０aと対向する表面を一片が約２mmの正方形にエッチングする。このときプラズマ１９とレーザ１１による被接合材料７aのエッチング深さは４０nmである。同様に真空チャンバー２に入射されたレーザ１１は、回転ミラー１２を１８０°回転することにより、回転ミラー１２により反射された後、固定ミラー１３bと１４bに反射され、被接合物７bを透過しプラズマ発生材料１０bに吸収されプラズマ２０を発生する。プラズマ２０とレーザ１１は一片が約２mmの正方形に被接合材料７bのプラズマ発生材料１０bと対向する表面をエッチングする。このときプラズマ２０とレーザ１１によりエッチングされる被接合材料７bのエッチング深さは４０nmである。続いて保持部材８及び９を移動し、保持部材５及び６を移動することにより被接合材料７a及び７bのエッチングされた接合面を当接し、前記被接合材料７a及び７bである石英の接合は完了する。
【００２７】
本発明では、銅などの金属と石英を接合することも可能である。この時、プラズマ発生材料として銅などの金属を用いる。回転ミラー１２により反射されたレーザ１１は、続いて固定ミラー１３aと１４aに反射され、被接合材料７aを透過しプラズマ発生材料１０aに吸収されプラズマ１９を発生する。プラズマ１９とレーザ１１は被接合材料７aの被接合表面のみをエッチングする。このとき被接合材料７aとプラズマ発生材料１０aとの間の距離は約７０μmであり、両材料のエッチングされた表面の形状は一致している。このため、保持部材５及び保持部材８を移動することにより、被接合材料７aとプラズマ発生材料１０aのそれぞれエッチングされた接合面を当接し、接合は完了する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の脆性材料の接合を行うために用いられる一実施例の接合装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  接合装置
２  真空チャンバー
３  出し入れ口
４  扉
５、６、８、９  保持部材
７a  第１の脆性材料
７b  第２の脆性材料
１０a、１０b  プラズマ発生材料
１１  レーザ
１２  回転ミラー
１３a、１３b、１４a、１４b  固定ミラー
１５  レーザ透過窓
１６  真空排気口
１７  レンズ
１８  レーザマスク
１９、２０  プラズマ
【図１】
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