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JP2001080974A - 複合基板材料およびその製造方法 - Google Patents

複合基板材料およびその製造方法

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JP2001080974A
JP2001080974A JP25435099A JP25435099A JP2001080974A JP 2001080974 A JP2001080974 A JP 2001080974A JP 25435099 A JP25435099 A JP 25435099A JP 25435099 A JP25435099 A JP 25435099A JP 2001080974 A JP2001080974 A JP 2001080974A
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functional film
films
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Akinori Harada
明憲 原田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェット処理を必要としないで、高い接合強
度を備え、しかも接合部が長期信頼性、耐環境温度特性
に優れた複合基板材料を製造する。 【解決手段】 基板材料10、20の各表面10ａ、20ａに光
触媒効果を有する機能性膜11、21を設け、該機能性膜1
1、21にその吸収波長域の光30を照射した後、該機能性
膜11、21を介してこれらの基板材料10、20を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２つ以上の基板同
士が接合されてなる複合基板材料およびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、レーザー結晶、光波長変換結
晶、石英ガラスミラー等の光学結晶同士や、あるいは光
学基板同士を接合して複合材料を形成することがなされ
ている。その場合の接合方法としては、光学結晶同士、
あるいは光学基板同士を光学接着剤を用いて貼り合わせ
たり、あるいは高温で加熱融着する方法が広く知られて
いる。
【０００３】しかし、光学接着剤による貼り合わせに
は、光学的な散乱や反射損失を招き、さらには貼合わせ
部が長期間の信頼性に欠けるという問題がある。特にレ
ーザー共振器内に配置する光学部材にとっては、これら
の問題がより一層、顕著なものとなる。
【０００４】一方加熱融着の方法は、限られた材料の組
合せに限定されることから、一部の用途にしか適用でき
ないという問題がある。
【０００５】そこで近年、ウェハボンディング技術と称
される異種材料の接合方法が注目されている。この技術
は例えば特開平６−９００６１号に示されるように、単
結晶、多結晶のウェハを鏡面仕上げし、それらの鏡面を
ゴミ、有機物が存在しないように洗浄して親水性の状態
にした後、清浄な雰囲気中で接触させた状態で両者を加
熱するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のウェハボンディ
ング技術によれば、高い接合強度を備えた複合基板材料
を形成可能であるが、その半面この技術には、基板の洗
浄のためにウェット処理が必要で、製造工程が複雑化す
るという問題が認められる。
【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、ウェット処理を必要としないで、高い接合強度
を備え、しかも接合部の長期信頼性、耐環境温度特性が
優れた複合基板材料を製造できる方法を提供することを
目的とする。
【０００８】また本発明は、上述のように高い接合強度
を備え、しかも接合部の長期信頼性、耐環境温度特性が
優れた複合基板材料を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による複合基板材
料の製造方法は、２つ以上の基板材料の各表面に光触媒
効果を有する機能性膜を設け、該機能性膜にその吸収波
長域の光を照射した後、該機能性膜を介してこれらの基
板材料を接合することを特徴とするものである。
【００１０】なお上記の機能性膜としては、ＴｉＯ2 を
含む膜を好適に用いることができ、その場合は、そこに
照射する光として紫外光を適用するのが望ましい。ま
た、基板材料の表面に機能性膜以外の膜も形成する場
合、該機能性膜は最上層に形成される。
【００１１】一方本発明による複合基板材料は、上述の
各方法によって製造されたことを特徴とするものであ
る。
【００１２】この本発明による複合基板材料は、より具
体的には、２つ以上の基板材料が、光触媒効果を有する
機能性膜、例えばＴｉＯ2 を含む機能性膜を介して接合
されてなるものである。
【００１３】なお上記機能性膜としては、反射防止膜と
しても機能するものが好適に用いられる。またこの機能
性膜は、光触媒効果を有した上で、光学的に無視できる
程度まで薄く形成されても構わない。
【００１４】
【発明の効果】ＴｉＯ2 を代表とする金属酸化物膜等
の、光触媒効果を有する機能性膜は、その吸収波長域の
光を照射すると光触媒効果を発現し、基板表面に付着し
ている有機物等をほぼ完全に分解して超親水状態を作り
出す。この状態にした後、基板材料の表面同士を貼り合
わせて該基板材料を加重および加熱すると、これらの基
板材料は高い接合強度で接合されるようになる。しかも
その接合部は、長期信頼性、耐環境温度特性に優れたも
のとなる。
【００１５】そして本発明による複合基板材料の製造方
法は、ウェット処理を必要としないものであるから、上
述の効果を極めて簡単に得ることができる。
【００１６】特に、機能性膜として反射防止膜としても
機能するものを用いた場合は、接合面での反射損失が事
実上無い、あるいは極めて低い複合基板材料を得ること
が可能となる。また機能性膜が、光学的に無視できる程
度まで薄く形成された場合は、接合面での散乱損失が事
実上無い、あるいは極めて低い複合基板材料を得ること
が可能となる。
【００１７】このようにすれば、複数の光学基板（結
晶）の接合面において例えば反射率0.2％以下程度の値
を容易かつ安定に実現でき、固体レーザー等におけるレ
ーザー結晶、光波長変換結晶、あるいはその他の結晶を
直接接合することも可能となる。それにより、本発明に
よれば、性能の安定した超小型固体レーザーを提供する
ことも可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による複合基板材料の製造工程を示すものであ
る。
【００１９】まず同図（１）に示すように、基板材料と
しての２枚のＳｉウェハ10、20を用意し、鏡面仕上げさ
れたそれらの各表面10ａ、20ａに、光触媒効果を有する
機能性膜であるＴｉＯ2 薄膜11、21を製膜する。なお本
例においてＳｉウェハ10、20の厚みはともに 300μｍで
ある。またＴｉＯ2 薄膜11、21は、例えばスパッタ、ゾ
ル−ゲル法により製膜することができる。
【００２０】次に同図（２）に示すように、ＴｉＯ2 薄
膜11、21の表面に、波長 380ｎｍ以下の紫外光30を照射
する。するとＴｉＯ2 薄膜11、21の光触媒効果が発現
し、Ｓｉウェハ10、20の各表面10ａ、20ａに付着してい
る有機物等がほぼ完全に分解されて、超親水状態が作り
出される。
【００２１】その後直ちに、同図（３）に示すように表
面10ａ、20ａ同士を貼り合わせ、次に同図（４）に示す
ようにＳｉウェハ10、20を加重および加熱する。なおこ
の加重において加える力は、例えば 500ｇ／ｃｍ2 程度
とされる。また加熱条件は、例えば 300℃にて１時間と
される。
【００２２】その後冷却して加重を外すことで、ウェハ
ボンディングが完了する。接合されたＳｉウェハ10、20
の接合強度をプッシュプルゲージで確認したところ、２
ｋｇ／ｃｍ2 以上の高い接合強度が得られていることが
確認された。
【００２３】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。本実施形態では基板材料として、波長 550ｎｍ
に対する屈折率が1.45で厚みが 300μｍの鏡面仕上げさ
れた石英ガラス板と、波長 550ｎｍに対する屈折率が2.
25で厚みが 500μｍの鏡面仕上げされたＬｉＮｂＯ3 ウ
ェハとが用いられる。そしてこの石英ガラス板およびＬ
ｉＮｂＯ3 ウェハの各一表面に、高屈折材のＴｉＯ2 と
低屈折材のＳｉＯ2 、ＭｇＦ等をそれぞれ積層して、両
者を貼り合わせたときにそれらの屈折率に対して反射防
止膜となる膜を形成する。
【００２４】このとき、この石英ガラス板およびＬｉＮ
ｂＯ3 ウェハの最表面は、それぞれＴｉＯ2 薄膜になる
ように設計、製膜する。次いでそれらのＴｉＯ2 薄膜の
表面に波長 380ｎｍ以下の紫外光を照射すると、ＴｉＯ
2 薄膜の光触媒効果が発現し、石英ガラス板およびＬｉ
ＮｂＯ3 ウェハの各表面に付着している有機物等がほぼ
完全に分解されて、超親水状態が作り出される。
【００２５】その後直ちに上記表面同士を貼り合わせ、
石英ガラス板およびＬｉＮｂＯ3 ウェハを加重および加
熱する。なおこの場合も、加重において加える力は、例
えば500ｇ／ｃｍ2 程度とされる。また加熱条件は、例
えば 300℃にて１時間とされる。
【００２６】その後冷却して加重を外すことで、ウェハ
ボンディングが完了する。接合された石英ガラス板およ
びＬｉＮｂＯ3 ウェハの接合強度をプッシュプルゲージ
で確認したところ、２ｋｇ／ｃｍ2 以上の高い接合強度
が得られていることが確認された。
【００２７】また、石英ガラス板およびＬｉＮｂＯ3 ウ
ェハの接合面における光学的な反射損失を測定したとこ
ろ0.2％以下に抑制されており、ＴｉＯ2 薄膜を含む多
層コートが反射防止膜としても機能していることが確認
された。
【００２８】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。本実施形態では基板材料として、波長 550ｎｍ
に対する屈折率が1.45で厚みが 300μｍの鏡面仕上げさ
れた石英基板２枚を基板材料として用いる。そしてこれ
らの石英基板の各一表面に、ＴｉＯ2 薄膜を50ｎｍ以下
の膜厚で形成する。次いでそれらのＴｉＯ2 薄膜の表面
に波長 380ｎｍ以下の紫外光を照射すると、ＴｉＯ2 薄
膜の光触媒効果が発現し、それぞれの石英基板の各表面
に付着している有機物等がほぼ完全に分解されて、超親
水状態が作り出される。
【００２９】その後直ちに上記表面同士を貼り合わせ、
両石英基板を加重および加熱する。なおこの場合も、加
重において加える力は、例えば 500ｇ／ｃｍ2 程度とさ
れる。また加熱条件は、例えば 300℃にて１時間とされ
る。
【００３０】その後冷却して加重を外すことで、ウェハ
ボンディングが完了する。接合された石英基板の接合強
度をプッシュプルゲージで確認したところ、２ｋｇ／ｃ
ｍ２以上の高い接合強度が得られていることが確認され
た。
【００３１】また、石英基板の接合面での散乱損失も認
められなかった。一般的には、上記ＴｉＯ２ 薄膜等の
機能性膜の膜厚を50ｎｍ以下とすれば、それを光学的に
無視できるようになる。
【００３２】以上、２つの基板材料を接合する実施形態
について説明したが、本発明は３つ以上の基板材料を接
合する場合にも同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による複合基板材料の製造
工程を示す概略図
【符号の説明】
10 Ｓｉウェハ 10ａ Ｓｉウェハの表面 11 ＴｉＯ2 薄膜 20 Ｓｉウェハ 20ａ Ｓｉウェハの表面 21 ＴｉＯ2 薄膜 30 紫外光

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つ以上の基板材料の各表面に光触媒効
    果を有する機能性膜を設け、該機能性膜にその吸収波長
    域の光を照射した後、該機能性膜を介してこれらの基板
    材料を接合することを特徴とする複合基板材料の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記機能性膜として、ＴｉＯ2 を含む膜
    を用いることを特徴とする請求項１記載の複合基板材料
    の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記光として紫外光を照射することを特
    徴とする請求項２記載の複合基板材料の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記表面に前記機能性膜以外の膜も形成
    する場合、該機能性膜を最上層として形成することを特
    徴とする請求項１から３いずれか１項記載の複合基板材
    料の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項１から４いずれか１項記載の方法
    により製造された複合基板材料。
  6. 【請求項６】 ２つ以上の基板材料が、光触媒効果を有
    する機能性膜を介して接合されてなる複合基板材料。
  7. 【請求項７】 前記機能性膜がＴｉＯ2 を含む膜である
    ことを特徴とする請求項５または６記載の複合基板材
    料。
  8. 【請求項８】 前記機能性膜が反射防止膜としても機能
    するものであることを特徴とする請求項５から７いずれ
    か１項記載の複合基板材料。
  9. 【請求項９】 前記機能性膜が光学的に無視できる程度
    まで薄く形成されていることを特徴とする請求項５から
    ８いずれか１項記載の複合基板材料。
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