JP2011023438A - 基板接合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張率の異なる第１及び第２の基板が接合された基板接合体の製造方法であって、反り量を容易に制御でき、かつ、第１の基板の厚さと第２の基板の厚さとが近い場合にも適用できる基板接合体の製造方法を提供する。
【解決手段】第１及び第２の基板のうちの少なくとも一方を、第１の主面が凹状または凸状となるように塑性変形させる。その後、第１の基板の第１の主面と、第２の基板の第１の主面とが密着するように、第１の基板と第２の基板とを相互に固定する。第１及び第２の基板を前記相互に固定した状態で、第１及び第２の基板を加熱することにより接合し、基板接合体を得る。基板接合体を冷却する。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板接合体の製造方法に関し、詳細には、第１の基板と第２の基板とが加熱されることにより接合された基板接合体の製造方法に関する。

例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）や、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）などをウエハーレベルチップスケールパッケージ技術を用いて製造する場合、直径が６〜１２インチ（約１５０ｍｍ〜３００ｍｍ）程度の大きさのガラス基板やセラミック基板と、シリコン基板とを接合する必要がある。

ガラス基板やセラミック基板と、シリコン基板との接合方法の例としては、静電接合や、陽極接合や、熱硬化性樹脂を用いて接合する方法などが挙げられる。例えば、ガラス基板と、シリコン基板とを熱硬化性樹脂を用いて接合する場合は、一般的には、まず、ガラス基板に熱硬化性接着剤を塗布した後に、ガラス基板とシリコン基板とを重ね合わせて加圧固定した状態で加熱して熱硬化性接着剤を硬化させることにより、ガラス基板とシリコン基板との接合を行う。

ＣＣＤやＣＭＯＳを作製する場合は、通常、ガラス基板とシリコン基板とを接合した後に、シリコン基板を研磨により薄くする工程や、薄膜形成工程及びパターニング工程によりシリコン基板上に配線を形成する工程などが行われる。従って、ガラス基板とシリコン基板との基板接合体には、表面が平坦であること、すなわち、反っていないことが求められる。基板接合体に反りが生じ、表面が平坦ではない場合は、研磨工程において、基板接合体に割れや欠けが生じるおそれがあったり、パターニング工程において、微細な配線構造を高精度にパターニングできない場合があったりするからである。

このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献１には、ガラス基板と接合するシリコン基板の厚さを、ガラス基板の厚さに比べて十分に薄くすることにより、基板接合体の歪みや反りを低減する方法が提案されている。

また、下記の特許文献２には、熱膨張係数の異なる材料からなる板を静電接合することにより基板接合体を製造する方法であって、熱膨張係数の小さい板の表面を加熱することにより、反りの小さな基板接合体を製造する方法が提案されている。

また、下記の特許文献３には、シリコンウエハの温度がガラス基板の温度よりも高くなるように加熱した状態で直流電圧を印加することによりシリコンウエハとガラス基板を接合する方法が提案されている。

さらに、下記の特許文献４には、ガラス基板とシリコン基板とのうち、熱膨張率の大きい基板の加熱温度よりも、熱膨張率の小さな基板の加熱温度を高くしてガラス基板とシリコン基板とを接合する方法が提案されている。

また、下記の特許文献５には、ガラス基板とシリコン基板との基板接合体の製造方法であって、ガラス基板のシリコン基板が接合される側の表面とは反対側の表面に、反り打ち消し用のシリコン基板を接合する方法が提案されている。

特開平８-２４０４９７号公報 特開平７-２０１６９１号公報 特開２００１-１０８４７号公報 特開平５-１６５０３６号公報 特開平１０-９９８６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、シリコン基板の厚みとガラス基板の厚みとの比率に制約がある。すなわち、シリコン基板の厚みとガラス基板の厚みとの比率が所定の範囲内にある場合にのみ特許文献１に記載の方法を適用することができ、シリコン基板の厚みとガラス基板の厚みとの比率が所定の範囲内にない場合には特許文献１に記載の方法を適用することができないという問題がある。

また、特許文献２〜４に記載の方法では、シリコン基板とガラス基板とを異なる温度に加熱する必要があるため、複雑な加熱装置が必要になるばかりか、加熱工程が煩雑かつ制御困難になるという問題がある。

また、特許文献５に記載の方法では、反り打ち消し用のシリコン基板が別途に必要となるため、製造コストが上昇すると共に、貼り合わせ工程が煩雑になるという問題がある。

ところで、基板接合体の反りの発生を抑制する方法としては、上記方法の他に、互いに接合する第１の基板と第２の基板とで熱膨張率を同じにする方法も挙げられる。しかしながら、第１の基板の熱膨張率と、第２の基板の熱膨張率とを厳密に等しくすることは困難である。また、例えば、第１及び第２の基板のうちの一方の材質が変化し、熱膨張率が変化すると、他方の基板の熱膨張率を合わせるべく、他方の基板の材質も変更しなければならないという問題もある。

さらには、基板接合体には、表面が平坦であることが必ずしも求められるとは限らない。所望の反り量をもった基板接合体が求められることもある。しかしながら、第１の基板の熱膨張率と第２の基板の熱膨張率とを同じにすることにより基板接合体の反り量を低減する方法では、基板接合体の反り量を自由に制御することはできない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱膨張率の異なる第１及び第２の基板が接合された基板接合体の製造方法であって、反り量を容易に制御でき、かつ、第１の基板の厚さと第２の基板の厚さとが近い場合にも適用できる基板接合体の製造方法を提供することにある。

本発明に係る基板接合体の製造方法は、第１及び第２の主面を有する第１の基板と、第１及び第２の主面を有し、第１の基板の熱膨張率よりも小さな熱膨張率を有する第２の基板とを有し、第１の基板の第１の主面と、第２の基板の第１の主面とが接合された基板接合体の製造方法に関する。本発明に係る基板接合体の製造方法は、第１及び第２の基板のうちの少なくとも一方を、第１の主面が凹状または凸状となるように塑性変形させる変形工程と、変形工程の後に、第１の基板の第１の主面と、第２の基板の第１の主面とが密着するように、第１の基板と第２の基板とを相互に固定する固定工程と、第１及び第２の基板を相互に固定した状態で、第１及び第２の基板を加熱することにより接合し、基板接合体を得る接合工程と、基板接合体を冷却する冷却工程とを備えている。

第１及び第２の基板の接合時においては、第１及び第２の基板のそれぞれは、熱膨張した状態にある。この状態で、第１及び第２の基板が接合され、互いに固定される。その後の冷却工程では、第１及び第２の基板は、共に熱収縮することとなるが、第１及び第２の基板では、熱膨張率が互いに異なるため、第１及び第２の基板で熱収縮量が互いに異なる。具体的には、熱膨張率の高い第１の基板が第２の基板よりも大きく熱収縮する。このため、熱膨張率が高い第１の基板に引張応力が加わり、熱膨張率が低い第２の基板に圧縮応力が加わる。その結果、例えば、それぞれ平板状の第１及び第２の基板を接合した場合は、冷却工程において、第１の基板が、第２の基板側に凸状となるように、基板接合体が反ることとなる。基板接合体の反り量は、熱膨張率や弾性率などの第１及び第２の基板の特性によって決定されるため、第１及び第２の基板の材質が同様であれば、それぞれ平板状である第１及び第２の基板を接合した場合は、基板接合体には一定量の反りが発生し、基板接合体の反り量を制御することはできない。

それに対して、本発明においては、接合工程に先立って行われる変形工程において、第１及び第２の基板のうちの少なくとも一方を、第１の主面が凹状または凸状となるように塑性変形させておく。すなわち、接合工程に先立って行われる変形工程において、第１及び第２の基板のうち少なくとも一方を反らせておく。従って、この変形工程において第１及び第２の基板のうち少なくとも一方に付与する反り量を調節することによって、第１及び第２の基板の材質固有の物理定数を変更することなく、冷却工程完了後の基板接合体の反り量を容易に制御することができる。また、この方法であれば、接合工程において第１の基板の温度と第２の基板の温度とを異ならしめる必要は、必ずしもないため、複雑な加熱装置を要さず、また、簡単に接合工程を行うことができる。さらに、この方法によれば、第１の基板の厚さと第２の基板の厚さとが等しい場合においても基板接合体の反り量を容易に制御することができる。

具体的には、例えば、変形工程において、熱膨張率が大きな第１の基板を、第１の主面が凹状となるように塑性変形させておくことにより、基板接合体に生じる反り量を小さくすることができる。変形工程において、熱膨張率が比較的大きな第１の基板を、第１の主面が凹状となるように塑性変形させておいた場合、すなわち、第１の基板を、第２の基板との貼り合わせ面側が凹状となるように反らせておいた場合、接合工程が完了した直後の、基板接合体の温度が高い状態においては、基板接合体は、第２の基板側に凹状となっている。その状態から基板接合体が冷却されると、熱膨張率が大きな第１の基板が第２の基板よりも大きく熱収縮することにより、基板接合体に、第２の基板側に凸状となる方向の力が加わる。このため、基板接合体は、冷却に伴って、第２の基板側に凹状である状態から、平板状へと変形していく。従って、反り量の小さな基板接合体が得られる。また、第１の基板に与える反り量の大きさを調整することによって、基板接合体に発生する反り量を調整することができる。

同様に、例えば、変形工程において、熱膨張率が比較的小さな第２の基板を第１の主面が凸状になるように塑性変形させておくことにより、基板接合体に生じる反り量を小さくすることができる。すなわち、第２の基板を、第１の基板との貼り合わせ面側が凸状となるように反らせておくことにより、基板接合体に生じる反り量を小さくすることができる。第２の基板を第１の主面が凸状になるように塑性変形させておいた場合、接合工程が完了した直後の基板接合体の温度が高い状態においては、基板接合体は、第２の基板側に凹状となっている。その状態から基板接合体が冷却されると、熱膨張率が大きな第１の基板が第２の基板よりも大きく熱収縮することにより、基板接合体に、第２の基板側に凸状となる方向の力が加わる。このため、基板接合体は、冷却に伴って、第２の基板側に凹状である状態から、平板状へと変形していく。従って、反り量の小さな基板接合体が得られる。また、第１の基板に与える反り量の大きさを調整することによって、基板接合体に発生する反り量を調整することができる。

また、例えば、変形工程において、熱膨張率が大きな第１の基板を、第１の主面が凹状となるように塑性変形させると共に、熱膨張率が小さな第２の基板を第１の主面が凸状になるように塑性変形させておいてもよい。その場合であっても、基板接合体に発生する反り量を調節することができ、例えば、反り量の小さな基板接合体を得ることも可能となる。また、この場合は、第１の基板の第１の主面の形状と、第２の基板の第１の主面の形状とが近くなるため、第１の基板と第２の基板との接合が容易となる。

さらに、例えば、変形工程において、熱膨張率が比較的大きな第１の基板を、第１の主面が凸状となるように塑性変形させておいたり、熱膨張率が比較的小さな第２の基板を第１の主面が凹状になるように塑性変形させておいたりすることにより、基板接合体に発生する反り量を大きくすることも可能である。

塑性変形させる基板は、第１及び第２の基板のいずれの基板であってもよいが、一般的には、少なくとも、熱膨張率が大きい第１の基板を塑性変形させておくことが好ましい。

第１の基板の熱膨張率と、第２の基板の熱膨張率との差は、特に限定されないが、３０×１０^−７／Ｋ以下であることが好ましく、１０×１０^−７／Ｋ以下であることがより好ましく、５×１０^−７／Ｋ以下であることがさらに好ましい。

なお、本明細書において、「熱膨張率」とは、物質固有の定数で、２５℃〜３００℃の温度範囲において１Ｋ温度が上昇したときに物質の長さが膨張する割合を意味する。

本発明において、第１及び第２の基板のそれぞれは、特に限定されないが、弾性基板であることが好ましい。特に、固定工程において第１及び第２の基板の形状が異なる場合には、第１及び第２の基板を固定させるために、第１及び第２の基板の少なくとも一方を弾性変形させる必要があるため、第１及び第２の基板のそれぞれが弾性基板であることが特に好ましい。

なお、例えば、第１の基板の第１の主面と第２の基板の第１の主面とが沿うような形状に第１及び第２の基板の両方を塑性変形させた場合は、固定工程において、第１及び第２の基板を弾性変形させる必要は必ずしもない。従って、この場合は、第１及び第２の基板のそれぞれは、弾性基板でなくてもよい。

具体的には、第１及び第２の基板のそれぞれは、例えば、珪酸塩系ガラスや硼珪酸塩系ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、シリコン基板などであってもよい。すなわち、本発明は、例えば、ガラス基板同士の接合、ガラス基板と、セラミック基板またはシリコン基板との接合、セラミック基板同士の接合、セラミック基板とシリコン基板との接合、シリコン基板同士の接合に好適に用いられる。なかでも、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳに用いられる、ガラス基板またはセラミック基板とシリコン基板との基板接合体には、反り量の厳密な制御が求められるため、本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳに用いられる、ガラス基板またはセラミック基板とシリコン基板との基板接合体の製造に特に好適である。

例えば、ガラス基板またはセラミック基板とシリコン基板との基板接合体を製造する場合は、シリコン基板の室温〜３００℃の温度範囲における熱膨張係数が約３３×１０^−７／Ｋであるため、ガラス基板またはセラミック基板の室温〜３００℃の温度範囲における熱膨張係数は、３×１０^−７／Ｋ〜６３×１０^−７／Ｋの範囲内にあることが好ましく、２８×１０^−７／Ｋ〜３８×１０^−７／Ｋの範囲内にあることがより好ましい。このような熱膨張係数を有するガラス基板としては、アルミノボロシリケートガラス基板などが挙げられる。特にＣＣＤやＣＭＯＳに用いられるガラス基板としては、アルミナボロシリケートの無アルカリガラス基板を用いることが好ましい。また、上記熱膨張係数を有するセラミック基板としては、窒化アルミニウム基板などが挙げられる。

第１及び第２の基板のそれぞれの形状寸法も特に限定されない。第１及び第２の基板は、互いに同じ形状寸法を有していてもよいし、異なる形状寸法を有していてもよい。具体的には、例えば、第１及び第２の基板のそれぞれは、円板状であってもよいし、矩形状、長円状、楕円状、三角形状、多角形状などであってもよい。なかでも、第１及び第２の基板のそれぞれが、円板状、正多角形状である場合のように、点対称であることが好ましく、円板状であることがさらに好ましい。この場合は、点対称軸を中心として、各方位で均等に熱収縮が生じるためである。

なお、第１及び第２の基板のそれぞれが、円板状や正多角形状である場合は、第１及び第２の基板の直径は、例えば、１０〜１０００ｍｍ程度とすることができ、１００〜５００ｍｍの範囲内であることが好ましく、１５０〜３００ｍｍの範囲内であることがより好ましい。

第１及び第２の基板のそれぞれの厚さも、特に限定されないが、例えば、０．１〜２．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。第１及び第２の基板のそれぞれの厚さが０．１ｍｍを下回ると、基板の剛性が低くなり、熱膨張差で生じる応力により基板が破壊される危険が高くなる傾向にある。第１及び第２の基板のそれぞれの厚さが２．０ｍｍを上回ると基板の剛性が高くなり、熱膨張差で生じる反り自体が小さくなることから、本発明の効果を享受しにくくなる傾向にある。

第１の基板の厚さと第２の基板の厚さとの比率（（第１の基板の厚さ）／（第２の基板の厚さ））も特に限定されるものではなく、例えば、０．１〜１０の範囲内であることが好ましく、０．２５〜４の範囲内であることがより好ましい。第１の基板の厚さと第２の基板の厚さとの比率が大きすぎたり小さすぎたりすると、熱膨張差で生じる反り自体が小さくなり、本発明の効果を享受しにくくなる傾向にある。

変形工程における第１，第２の基板の塑性変形の方法は特に限定されないが、第１，第２の基板を、第１，第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上、１００℃高い温度以下の温度範囲内で行うことが好ましい。変形工程における第１，第２の基板の加熱温度が歪点よりも５０℃低い温度よりも低い場合は、第１，第２の基板の塑性変形に長時間を要し、さらに温度が低い場合は、塑性変形が困難となる傾向にあるからである。また、変形工程における第１，第２の基板の加熱温度が歪点よりも１００℃高い温度よりも高い場合は、第１，第２の基板が急激に塑性変形するため、第１，第２の基板に付与する反り量を制御することが困難となる傾向にある。また、第１，第２の基板がいびつな形状に塑性変形してしまうおそれもある。さらに、第１及び第２の基板の表面にシワ状の欠陥などが生じるおそれもある。変形工程における第１，第２の基板の加熱温度を、第１，第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上、１００℃高い温度以下とすることにより、第１，第２の基板の塑性変形を短時間で行うことができ、表面状態の悪化を抑制することができ、かつ、第１，第２の基板の反り量を容易に制御することができる。

具体的には、第１，第２の基板の塑性変形は、第１，第２の基板を、第１，第２の基板よりも小さな開口が形成されている枠体の上に、第１，第２の基板の周縁部が枠体に接する一方、第１，第２の基板の中央部が開口上に位置するように第１，第２の基板を載置した状態で、第１，第２の基板を、第１，第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上、第１，第２の基板の歪点よりも１００℃高い温度以下の温度にまで加熱することにより行うことが好ましい。この場合は、第１，第２の基板の中央部の表面が枠体に接触しないため、第１，第２の基板の中央部の表面の状態が変化することを抑制することができる。例えば、第１，第２の基板の中央部の表面の表面粗さが大きくなることを抑制することができる。

また、第１，第２の基板を塑性変形させる方法の他の具体例としては、例えば、所定の表面形状の成形型上に基板を配置し、基板を加熱することにより軟化させて成形型の表面に沿った形状に基板を塑性変形させる方法や、基板を加熱プレスすることにより塑性変形する方法などが挙げられる。

変形工程における第１，第２の基板の加熱速度は、特に限定されないが、５０〜３０℃/分程度とすることができる。また、第１，第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上、１００℃高い温度以下の温度に設定した加熱炉内に、枠体に載置した第１，第２の基板を投入してもよい。

本発明において、固定工程における第１及び第２の基板の固定方法は、第１の基板の第１の主面と第２の基板の第１の主面とが密着するように固定できる方法であれば特に限定されない。例えば、第１の基板と第２の基板とが弓形状に沿った状態で第１の基板と第２の基板とを固定してもよい。但し、例えば、一方の基板が、ＣＣＤやＣＭＯＳなどに用いられる、電子回路が形成されたシリコン等からなるウエハーの場合、第１及び第２の基板の第１の主面が平坦となるように第１及び第２の基板を固定することが好ましい。電子回路が表面に形成された基板を変形させると、回路に悪影響が生じるおそれがあるからである。

第１及び第２の基板の第１の主面が平坦となるように第１及び第２の基板を固定する方法の具体例としては、平坦な表面を有する支持基板上に、第１の基板と前記第２の基板とを積層し、その第１の基板と前記第２の基板との積層体の上に、平板状の基板を配置し、さらにその平板状の基板の上に錘を置くことにより第１及び第２の基板を相互に固定する方法が挙げられる。この方法においては、支持基板と、積層体の上に配置する平板状の基板とのそれぞれは、高強度で、熱的耐久性に優れ、かつ表面の平坦度が高い基板であることが好ましく、例えば、ガラス基板やセラミック基板により構成することができる。

接合工程における第１及び第２の基板の加熱温度は、第１及び第２の基板の歪点よりも５０℃以上低いことが好ましい。第１及び第２の基板の加熱温度が第１及び第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上であると、第１及び第２の基板が塑性変形してしまうおそれがあるためである。

本発明において、接合工程における第１及び第２の基板の接合方法は、第１及び第２の基板の加熱工程を伴う方法である限りにおいて特に限定されない。例えば、熱硬化性樹脂を用いて第１及び第２の基板を接合してもよいし、上記特許文献２に記載されているような静電接合や、例えば、上記特許文献３に記載されているような陽極接合により第１及び第２の基板を接合してもよい。

熱硬化性樹脂を用いて第１及び第２の基板を接合する場合は、まず、固定工程において、第１の基板の第１の主面と、第２の基板の第１の主面とが、熱硬化性接着剤を介して密着するように、第１の基板と第２の基板とを相互に固定する。そして、接合工程において、第１及び第２の基板を相互に固定した状態で、第１及び第２の基板を加熱することにより熱硬化性接着剤を硬化させることにより、基板接合体を得ることができる。この場合、固定工程において、接合工程で形成される熱硬化性接着剤層の厚みが５〜１００μｍの範囲内となるように熱硬化性接着剤を介して第１の基板と第２の基板とを相互に固定することが好ましい。接合工程で形成される熱硬化性接着剤層の厚みが５μｍを下回ると、接着強度が十分に得られなくなる傾向にある。接合工程で形成される熱硬化性接着剤層の厚みが１００μｍを上回ると、接着層のムラが生じやすくなり、また、熱硬化性接着剤自体が反りに与える影響が無視できなくなる傾向にある。

熱硬化性樹脂は、第１及び第２の基板を強固に固定できるものである限りにおいて特に限定されないが、硬化温度が、第１及び第２の基板の歪点よりも５０℃以上低いものであることが好ましい。硬化温度が、第１及び第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上であると、硬化工程において第１及び第２の基板を、第１及び第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上に加熱する必要が生じ、硬化工程において、第１及び第２の基板が塑性変形してしまうおそれがあるためである。

本発明に好適な熱硬化性樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ系熱硬化性樹脂、ポリイミド系熱硬化性樹脂、ポリウレタン系熱硬化樹脂などが挙げられる。

接合完了後に、互いに接合された第１及び第２の基板を冷却する冷却工程は、一般的には、第１及び第２の基板を室温にまで冷却する工程である。第１及び第２の基板の冷却は、例えば、アニール炉内で行ってもよいし、室温雰囲気中に放置することにより行ってもよい。

冷却工程における基板接合体の冷却速度は、特に限定されないが、１〜１００℃/分の範囲内であることが好ましく、５〜１０℃/分の範囲内であることがより好ましい。基板接合体の冷却速度が高すぎると、冷却中に割れが発生しやすくなる傾向にある。基板接合体の冷却速度が低すぎると、工程にかかる時間が長くなり、生産性が低下する傾向にある。

本発明では、第１及び第２の基板の接合前に、第１及び第２の基板のうちの少なくとも一方を、第１の主面が凹状または凸状となるように塑性変形させておくため、第１及び第２の基板のうちの少なくとも一方の変形量を調整することにより、基板接合体に発生する反りの量を制御できる。また、本発明に係る基板接合体の製造方法は、第１の基板の厚さと第２の基板の厚さとが近い場合にも好適である。

ガラス基板が載置された枠体の略図的平面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線における略図的断面図である。 基板に発生した反り量を測定する工程を表す略図的断面図である。 反り量を測定した基板のポイントＡ〜Ｄを表す模式図である。 加熱温度と、反り量との関係を表すグラフである。 第１の実施例において変形させたガラス基板の模式的断面図である。 セラミック板の上に、シリコン基板とガラス基板とを配置したときの模式的断面図である。 固定工程を説明するためのシリコン基板及びガラス基板の模式的断面図である。

以下、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（予備実験）
まず、変形工程における基板の加熱温度と、基板の変形速度との関係を実験により求めた。

具体的には、まず、日本電気硝子株式会社製の円形のガラス基板ＡＢＣガラス（室温〜３８０℃における熱膨張係数：３８×１０^−７／Ｋ、ヤング率：７９ＧＰａ、ポアソン比：０．２、歪点：６５０℃、直径：２００ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍ）を用意した。また、図１及び図２に示す厚さ３ｍｍの枠体２０を用意した。図１に示すように、枠体２０には、直径１９９ｍｍの開口２０ａが形成されている。そして、開口２０ａの周辺部には、リング状の切欠き部２０ｂが形成されている。この切欠き部２０ｂの直径は、２００ｍｍである。

次に、図１及び図２に示すように、ガラス基板１０を枠体２０の切欠き部２０ｂの上に設置し、６５０℃（歪点）または６９０℃（歪点よりも４０℃高い温度）に予熱された電気炉内にガラス基板１０及び枠体２０を投入した。投入後、所定時間経過後に電気炉内からガラス基板１０及び枠体２０を取り出し、室温にまで冷却した後に、ガラス基板１０に発生した反り量を測定した。具体的には、図３に示すように、ガラス基板１０が定盤２１側に向かって凸状となるように、ガラス基板１０を定盤２１上に配置した。そして、周方向に中心角で９０℃間隔で設定されたポイントＡ〜Ｄ（図４を参照）において、定盤２１とガラス基板１０との間にシックネスゲージ２２（ＴＳＫ社製Ｎｏ．７５Ａ１０）を挿入することによりガラス基板１０の各ポイントＡ〜Ｄにおける反り量を測定した。そして、測定された各ポイントＡ〜Ｄの反り量の平均値をガラス基板１０の反り量とした。結果を図５に示す。なお、図５では、加熱温度を６９０℃としたときのグラフを実線で示し、加熱温度を６５０℃としたときのグラフを破線で示している。

図５に示す結果から、変形工程における基板の加熱温度を高くすることにより、基板が反る速度を高められることが分かる。

また、本予備実験を予め行い、加熱時間と基板に生じる反り量との関係を把握しておくことにより、所望する反り量から、適切な加熱温度及び加熱時間を求めることができる。

（実施例１）
まず、日本電気硝子株式会社製の円形のガラス基板ＡＢＣガラス（室温〜３８０℃における熱膨張係数：３８×１０^−７／Ｋ、ヤング率：７９ＧＰａ、ポアソン比：０．２、歪点：６５０℃、直径：２００ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍ）を用意した。次に、このガラス基板を上記予備実験に記載の方法により塑性変形させた。図６に塑性変形したガラス基板の断面図を示す。図６に示すように、ガラス基板１０は、第１の主面１０ａ側が凹状となり、第２の主面１０ｂ側が凸状となるように変形しており、ガラス基板１０の反り量は、１２００μｍであった。

次に、平板状のシリコン基板（室温〜３００℃における熱膨張係数：３３×１０^−７／Ｋ、ヤング率：１６０ＧＰａ、ポアソン比：０．３３、直径：２００ｍｍ、厚さ：０．７２５ｍｍ）を用意した。そのシリコン基板の第１の主面に、エポキシ系熱硬化性樹脂（協立化学産業株式会社製 ＸＯＣ−０３Ｈ２、硬化条件：１８０℃で５分）をディスペンサ法により塗布した。その後、図７に示すように、平らなセラミック板３０の上に、シリコン基板３１を配置し、さらにその上に、変形させたガラス基板１０を載置した。

次に、図８に示すように、ガラス基板１０の上に、セラミック基板３２を配置し、その上に、約１５ｋｇの錘３３を配置することにより、ガラス基板１０の第１の主面１０ａと、シリコン基板３１の第１の主面３１ａとが上記接着剤（図示せず）を介して密着した状態で固定した。

次に、図８に示す積層体を、１８０℃に予熱された電気炉に投入し、２０分保持した後、電気炉内から積層体を取り出し、錘３３及びセラミック基板３０，３２を取り除いた。その後、上記予備実験に記載の方法により、得られた基板接合体の反り量を測定した。結果を下記の表１に示す。

（実施例２）
ガラス基板の厚みを０．７ｍｍにし、ガラス基板に予め与えておく反り量を１０００μｍとしたこと以外は、上記実施例１と同様にして基板接合体を作成し、反り量を測定した。結果を、下記の表１に示す。

（比較例１）
ガラス基板を予め反らしておかなかったこと以外は、上記実施例１と同様にして基板接合体を作成し、反り量を測定した。結果を、下記の表１に示す。

（比較例２）
ガラス基板を予め反らしておかなかったこと以外は、上記実施例２と同様にして基板接合体を作成し、反り量を測定した。結果を、下記の表１に示す。

上記表１に示すように、ガラス基板を予め反らせていた実施例１，２では、基板接合体の反り量が１００μｍ未満であったが、ガラス基板を予め反らせていなかった比較例１，２では、基板接合体の反り量が１８００μｍ以上と非常に大きい値となった。このことから、ガラス基板を予め反らせておくことにより、反り量の少ない基板接合体が得られることが分かる。また、ガラス基板を予め反らせておくことで、得られる基板接合体の反り量が変化することから、ガラス基板に予め付与する反り量を調節することにより、得られる基板接合体の反り量を制御できることが分かる。

さらに、ガラス基板の厚さが異なる実施例１，２の両方において基板接合体の反り量を低減できたことから、ガラス基板を予め反らせておくことにより、得られる基板接合体の反り量を制御する方法によれば、基板の厚さなどの物理定数が変化した場合であっても、基板の材質などを変更することなく、基板に予め付与する反り量を調整することによって、得られる基板接合体の反り量を小さくできることが分かる。

１０…ガラス基板
１０ａ…ガラス基板の第１の主面
１０ｂ…ガラス基板の第２の主面
２０…枠体
２０ａ…枠体の開口
２０ｂ…切欠き部
２１…定盤
２２…シックネスゲージ
３０，３２…セラミック基板
３１…シリコン基板
３１ａ…シリコン基板の第１の主面
３３…錘

Claims (15)

1. 第１及び第２の主面を有する第１の基板と、第１及び第２の主面を有し、前記第１の基板の熱膨張率よりも小さな熱膨張率を有する第２の基板とを有し、前記第１の基板の前記第１の主面と、前記第２の基板の前記第１の主面とが接合された基板接合体の製造方法であって、
   前記第１及び第２の基板のうちの少なくとも一方を、前記第１の主面が凹状または凸状となるように塑性変形させる変形工程と、
   前記変形工程の後に、前記第１の基板の第１の主面と、前記第２の基板の第１の主面とが密着するように、前記第１の基板と前記第２の基板とを相互に固定する固定工程と、
   前記第１及び第２の基板を前記相互に固定した状態で、前記第１及び第２の基板を加熱することにより接合し、前記基板接合体を得る接合工程と、
   前記基板接合体を冷却する冷却工程とを備える基板接合体の製造方法。
2. 前記変形工程は、前記第１の基板を前記第１の主面が凹状となるように塑性変形させる工程である請求項１に記載の基板接合体の製造方法。
3. 前記変形工程は、前記第２の基板を前記第１の主面が凸状になるように塑性変形させる工程である請求項１に記載の基板接合体の製造方法。
4. 前記変形工程は、前記第１の基板を前記第１の主面が凹状となるように塑性変形させると共に、前記第２の基板を前記第１の主面が凸状となるように塑性変形させる工程である請求項１に記載の基板接合体の製造方法。
5. 前記接合工程における加熱温度は、前記第１及び第２の基板の歪点よりも５０℃以上低い請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
6. 前記変形工程において、前記第１の基板の塑性変形は、前記第１の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上、第１の基板の歪点よりも１００℃高い温度以下の温度範囲内で行い、前記第２の基板の塑性変形は、前記第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上、第２の基板の歪点よりも１００℃高い温度以下の温度範囲内で行う請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
7. 前記変形工程において、前記第１の基板の塑性変形は、前記第１の基板よりも小さな開口が形成されている枠体の上に、前記第１の基板の周縁部が前記枠体に接する一方、前記第１の基板の中央部が前記開口上に位置するように前記第１の基板を載置した状態で、前記第１の基板を、前記第１の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上、第１の基板の歪点よりも１００℃高い温度以下の温度にまで加熱することにより行い、前記第２の基板の塑性変形は、前記第２の基板よりも小さな開口が形成されている枠体の上に、前記第２の基板の周縁部が前記枠体に接する一方、前記第２の基板の中央部が前記開口上に位置するように前記第２の基板を載置した状態で、前記第２の基板を、前記第２の基板の歪点よりも５０℃低い温度以上、第２の基板の歪点よりも１００℃高い温度以下の温度にまで加熱することにより行う請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
8. 前記固定工程は、前記第１の基板の第１の主面と、前記第２の基板の第１の主面とが、熱硬化性接着剤を介して密着するように、前記第１の基板と前記第２の基板とを相互に固定する工程であり、
   前記接合工程は、前記第１及び第２の基板を相互に固定した状態で、前記第１及び第２の基板を加熱することにより前記熱硬化性接着剤を硬化させ、前記基板接合体を得る工程である請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
9. 前記固定工程は、前記接合工程において形成される熱硬化性接着剤層の厚みが５〜１００μｍの範囲内となるように前記熱硬化性接着剤を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを相互に固定する工程である請求項８に記載の基板接合体の製造方法。
10. 前記接合工程は、前記第１及び第２の基板を相互に固定した状態で、前記第１及び第２の基板を加熱することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを静電接合または陽極接合する工程である請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
11. 前記固定工程は、前記第１及び第２の基板の第１の主面が平坦となるように前記第１及び第２の基板を固定する工程である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
12. 前記固定工程は、平坦な表面を有する支持基板上に、前記第１の基板と前記第２の基板とを積層し、前記第１の基板と前記第２の基板との積層体の上に、平板状の基板を配置し、前記平板状の基板の上に錘を置くことにより前記第１の基板と前記第２の基板とを相互に固定する工程である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
13. 前記第１及び第２の基板のうちの一方がガラス基板またはセラミック基板であり、他方がシリコン基板である請求項１〜１２のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
14. 前記第１及び第２の基板のそれぞれが円板状である請求項１〜１３のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。
15. 前記第１及び第２の基板のそれぞれが弾性基板である請求項１〜１４のいずれか一項に記載の基板接合体の製造方法。

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