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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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
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
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
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
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
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
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
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TiO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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