JP2015051542A - 接合方法、及び接合装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大気圧下において材料同士を低温で接合することが可能な接合方法及び接合装置を提供する。
【解決手段】本発明の接合方法は、第１材料と第２材料とを離間させた状態で、第１材料の接合面と第２材料の接合面とに、紫外線を照射する照射工程を含む洗浄工程と、第１材料の接合面と第２材料の接合面とのうち少なくとも一方を、架橋物質に曝露する曝露工程と、第１材料の接合面と第２材料の接合面とを当接させる当接工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の接合方法は、第１材料と第２材料とを離間させた状態で、第１材料の接合面と第２材料の接合面とに、紫外線を照射する照射工程を含む洗浄工程と、第１材料の接合面と第２材料の接合面とのうち少なくとも一方を、架橋物質に曝露する曝露工程と、第１材料の接合面と第２材料の接合面とを当接させる当接工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、接合方法、及び接合装置に関する。
材料同士を低温で接合する接合方法として、接合する材料の表面の構造を、高速原子ビームなどの物理的衝撃によって変化させて接合する方法が知られている（例えば、非特許文献１）。材料の表面の構造の変化としては、具体的には、例えば、材料の表面に付着している有機汚染物質の除去等が挙げられる。
A.Shigetou, T.Suga, "Vapor-Assisted Surface Activation Method for Homo- and Heterogeneous Bonding of Cu, SiO2, and Polyimide at 150 C and Atmospheric Pressure", Journal of Electronic Materials, August 2012, Volume 41, Issue 8, pp-2274-2280.
しかし、上記のような接合方法においては、材料の表面処理を高真空雰囲気下で行う必要があった。そのため、高真空雰囲気を作り出すための大型ターボ分子真空ポンプ等の設備の設置や、高真空雰囲気に対応した装置構成を必要とし、接合装置の製造に手間とコストがかかるという問題があった。
本発明の一つの態様は、上記問題点に鑑みて成されたものであって、大気圧下において材料同士を低温で接合することが可能な接合方法及び接合装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の接合方法の一つの態様は、第１材料と第２材料とを離間させた状態で、前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面とに、紫外線を照射する照射工程を含む洗浄工程と、前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面とのうち少なくとも一方を、架橋物質に曝露する曝露工程と、前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面とを当接させる当接工程と、を備えることを特徴とする。
前記曝露工程において、前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面との両方を、前記架橋物質に曝露する方法としてもよい。
前記当接工程の後に、前記第１材料と前記第２材料とを加熱する加熱工程を備える方法としてもよい。
前記架橋物質は、水であり、前記第１材料と前記第２材料とは、それぞれＳｉ−Ｏ結合を有する材料または水和物を形成可能な金属を形成材料とする方法としてもよい。
前記紫外線は、真空紫外線である方法としてもよい。
前記洗浄工程は、前記照射工程の前に、前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面とを、置換物質に置換する置換工程を含む方法としてもよい。
本発明の接合装置の一つの態様は、第１材料を保持する第１ホルダーと、前記第１ホルダーに対向して設けられ、第２材料を保持する第２ホルダーと、前記第１材料と前記第２材料とに紫外線を照射する照射部と、前記第１材料と前記第２材料とのうちの少なくとも一方を、架橋物質に曝露させる曝露部と、前記第１材料と前記第２材料とが離間する状態と、前記第１材料と前記第２材料とが当接する状態との間で、前記第１ホルダーと前記第２ホルダーとのうちの少なくとも一方を移動させる移動部と、前記照射部から前記第１材料と前記第２材料とに前記紫外線を照射した後、前記紫外線が照射された前記第１材料と前記第２材料とのうちの少なくとも一方を前記曝露部によって前記架橋物質に曝露させ、前記移動部によって前記第１材料と前記第２材料とを当接させるように各部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
前記制御部は、前記曝露部の制御において、前記紫外線が照射された前記第１材料と前記第２材料とのうちの両方を前記架橋物質に曝露させる構成としてもよい。
前記第１材料と前記第２材料とを加熱する加熱部を備え、前記制御部は、前記第１材料と前記第２材料とを当接させた後、前記第１材料と前記第２材料とを加熱するように前記加熱部を制御する構成としてもよい。
本発明の一つの態様によれば、大気圧下において材料同士を低温で接合することが可能な接合方法及び接合装置が提供される。これにより、本発明の一つの態様によれば、接合装置を製造する手間やコストを低減できる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る接合方法および接合装置について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
なお、本実施形態は、後述する第１材料１１の形成材料を銅（Ｃｕ）、第２材料１４の形成材料をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、架橋物質Ｃを水（Ｈ２Ｏ）とした場合を例示するものである。ＰＤＭＳは、シロキサン結合を表面に有する樹脂である。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
なお、本実施形態は、後述する第１材料１１の形成材料を銅（Ｃｕ）、第２材料１４の形成材料をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、架橋物質Ｃを水（Ｈ２Ｏ）とした場合を例示するものである。ＰＤＭＳは、シロキサン結合を表面に有する樹脂である。
図１は、本実施形態の接合方法を示すフローチャートである。図２（Ａ）から図２（Ｄ）は、本実施形態の接合方法の手順を示す断面図である。本実施形態の接合方法は、図１に示すフローチャートに従って、第１材料１１と第２材料１４と（図２（Ａ）参照）を接合する。本実施形態においては、図３から図７に示す接合装置１を用いて接合する場合について説明する。
（接合装置）
まず、本実施形態において用いる接合装置１について説明する。
図３から図７は、本実施形態の接合装置１を示す図である。図３は、正面図である。図４は、左側面図である。図５は、右側面図である。図６は、平面図である。図７は、図４におけるVII−VII断面図である。
なお、以下の説明においてはＸＹＺ座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、鉛直方向をＺ軸方向、水平方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とする。
まず、本実施形態において用いる接合装置１について説明する。
図３から図７は、本実施形態の接合装置１を示す図である。図３は、正面図である。図４は、左側面図である。図５は、右側面図である。図６は、平面図である。図７は、図４におけるVII−VII断面図である。
なお、以下の説明においてはＸＹＺ座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、鉛直方向をＺ軸方向、水平方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とする。
本実施形態の接合装置１は、図３から図７に示すように、第１ホルダー２０と、第２ホルダー２１と、チャンバー３０と、移動機構（移動部）４０と、第１紫外線照射装置（照射部）５０と、第２紫外線照射装置（照射部）５１と、第１噴射装置（曝露部）７０と、第２噴射装置（曝露部）７１と、制御装置１１０とを備える。
［ホルダー］
第１ホルダー２０は、図７に示すように、上面２０ａに第１材料１１を保持するホルダーである。第１ホルダー２０は、チャンバー３０における後述する本体部３１の底面３１ａの中央に設けられている。第１ホルダー２０には、加熱機構（加熱部）１００が設けられている。
第１ホルダー２０は、図７に示すように、上面２０ａに第１材料１１を保持するホルダーである。第１ホルダー２０は、チャンバー３０における後述する本体部３１の底面３１ａの中央に設けられている。第１ホルダー２０には、加熱機構（加熱部）１００が設けられている。
加熱機構１００は、第１ホルダー２０を加熱することにより、間接的に、第１材料１１及び第１材料１１と当接した状態の第２材料１４を加熱する。本実施形態の接合方法は、低温で接合することが可能であるため、加熱機構１００としては、例えば、１５０℃程度の加熱ができるものであればよい。
第２ホルダー２１は、下面２１ａに第２材料１４を保持するホルダーである。第２ホルダー２１は、移動機構４０の後述する軸体４１の下方側（−Ｚ側）の端部に設けられている。第２ホルダー２１は、下面２１ａが第１ホルダー２０の上面２０ａと対向するように設けられている。
［チャンバー］
チャンバー３０は、図３，４に示すように、本体部３１と、蓋部３２と、第１照射管部３５と、第２照射管部３６とを備える。
本体部３１は、略円筒形状である。本体部３１の側面には、図３に示すように、チャンバー３０内を目視するための窓部３４が設けられている。窓部３４は、本実施形態においては、正面視（ＺＸ面視）円形状である。窓部３４は、例えば、ガラス等の透光性材料で構成されている。
また、本体部３１の側面の下方側（−Ｚ側）には、チャンバー３０内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入管６０と、チャンバー３０内の温度及び湿度を調整する温湿度調整機構８０とが設けられている。不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）や、希ガス等である。
チャンバー３０は、図３，４に示すように、本体部３１と、蓋部３２と、第１照射管部３５と、第２照射管部３６とを備える。
本体部３１は、略円筒形状である。本体部３１の側面には、図３に示すように、チャンバー３０内を目視するための窓部３４が設けられている。窓部３４は、本実施形態においては、正面視（ＺＸ面視）円形状である。窓部３４は、例えば、ガラス等の透光性材料で構成されている。
また、本体部３１の側面の下方側（−Ｚ側）には、チャンバー３０内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入管６０と、チャンバー３０内の温度及び湿度を調整する温湿度調整機構８０とが設けられている。不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）や、希ガス等である。
図７に示すように、本体部３１の側面には、第１照射用孔３５ａと、第２照射用孔３６ａとが形成されている。第１照射用孔３５ａは、第１ホルダー２０よりも上方側（＋Ｚ側）となるように設けられている。第１照射用孔３５ａには、第１照射管部３５が接続されている。第２照射用孔３６ａは、後述する離間状態ＳＴ１において、第２ホルダー２１よりも下方側（−Ｚ側）となるように設けられている。第２照射用孔３６ａには、第２照射管部３６が接続されている。
本体部３１の内部における底面３１ａには、図７に示すように、チャンバー３０内の気体を排出する排出口９０が設けられている。本体部３１の底面３１ａの中央には、前述したように、第１ホルダー２０が設置されている。
蓋部３２は、図６に示すように、蝶番部３７を備えている。蓋部３２は、本体部３１の上端に設けられ、蝶番部３７を通る開閉軸ＣＡの軸回りに可動することで開閉する。蓋部３２が閉じられた状態、すなわち、図３から図７に示す状態においては、チャンバー３０内は密閉される。
蓋部３２の中央には、図７に示すように、貫通孔３２ａが形成されている。貫通孔３２ａの内側には、ダンパー４４が設けられており、移動機構４０の後述する軸体４１がダンパー４４を介して貫通孔３２ａに挿入されている。
蓋部３２の上面３２ｂには、移動機構４０を支持する支持部３３ａ，３３ｂが設けられている。支持部３３ａ，３３ｂは、貫通孔３２ａを挟んで両側にそれぞれ設けられている。支持部３３ａ，３３ｂは、上面３２ｂから上方側（＋Ｚ側）に突出している。
蓋部３２の上面３２ｂには、移動機構４０を支持する支持部３３ａ，３３ｂが設けられている。支持部３３ａ，３３ｂは、貫通孔３２ａを挟んで両側にそれぞれ設けられている。支持部３３ａ，３３ｂは、上面３２ｂから上方側（＋Ｚ側）に突出している。
第１照射管部３５は、管の内部が第１照射用孔３５ａと連通するように設けられている。第１照射管部３５は、図３に示すように、本体部３１の側面から、斜め上方側に突出して設けられている。第１照射管部３５の本体部３１の側面に対する角度θ１は、例えば、４５°である。第１照射管部３５の突出する側の端部には、第１紫外線照射装置５０が設けられている。
第２照射管部３６は、図７に示すように、管の内部が第２照射用孔３６ａと連通するように設けられている。第２照射管部３６は、図４に示すように、本体部３１の側面から、斜め下方側に突出して設けられている。第２照射管部３６の本体部３１の側面に対する角度θ２は、例えば、４５°である。第２照射管部３６の突出する側の端部には、第２紫外線照射装置５１が設けられている。
［移動機構］
移動機構４０は、図７に示すように、軸体４１と、ハンドル部４２，４３と、駆動部（図示せず）とを備える。軸体４１は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在する円筒状の軸体である。軸体４１は、蓋部３２の貫通孔３２ａに設けられたダンパー４４を介して、チャンバー３０内に挿入されている。軸体４１は、軸回りに回転可能に設けられている。軸体４１の下方側（−Ｚ側）の端部には、前述したように、第２ホルダー２１が設置されている。
移動機構４０は、図７に示すように、軸体４１と、ハンドル部４２，４３と、駆動部（図示せず）とを備える。軸体４１は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在する円筒状の軸体である。軸体４１は、蓋部３２の貫通孔３２ａに設けられたダンパー４４を介して、チャンバー３０内に挿入されている。軸体４１は、軸回りに回転可能に設けられている。軸体４１の下方側（−Ｚ側）の端部には、前述したように、第２ホルダー２１が設置されている。
ハンドル部４２，４３は、軸体４１における蓋部３２よりも上方側（＋Ｚ側）に、それぞれ軸体４１から水平方向（図７の状態においては、Ｘ軸方向）に突出して設けられている。ハンドル部４２，４３は、軸体４１の軸に対して左右対称に設けられている。
移動機構４０は、駆動部によって軸体４１を、ダンパー４４を介して上下動させることにより、軸体４１の下方側（−Ｚ側）端部に設けられた第２ホルダー２１の位置を移動させる。移動機構４０におけるハンドル部４２，４３が支持部３３ａ，３３ｂによって支持された状態、すなわち、図７に示す状態においては、第１ホルダー２０に設けられた第１材料１１と第２ホルダー２１に設けられた第２材料１４とが、離間した離間状態ＳＴ１となる。
一方、駆動部によってハンドル部４２，４３を、図６の矢印に示すように、軸体４１の軸回りに回転させ、ハンドル部４２，４３が支持部３３ａ，３３ｂから外れた状態（図６二点鎖線参照）とした場合では、軸体４１は下方側（−Ｚ側）に移動可能となる。そして、駆動部によって第１材料１１と第２材料１４とが当接するまで軸体４１が下方側（−Ｚ側）に移動させられることにより、図７に二点鎖線で示すように、第１材料１１と第２材料１４とが当接した当接状態ＳＴ２となる。
すなわち、移動機構４０は、第１材料１１と第２材料１４とが離間する離間状態ＳＴ１と、第１材料１１と第２材料１４とが当接する当接状態ＳＴ２との間で、第２ホルダー２１を移動させる。
すなわち、移動機構４０は、第１材料１１と第２材料１４とが離間する離間状態ＳＴ１と、第１材料１１と第２材料１４とが当接する当接状態ＳＴ２との間で、第２ホルダー２１を移動させる。
軸体４１の下方側（−Ｚ側）への移動は、駆動部によらず、移動機構４０の自重による落下を用いることができる。この場合において、軸体４１は、軸体４１がダンパー４４によって抵抗力を受けるため、自由落下する速度に比べて遅い速度で移動する。
当接状態ＳＴ２においては、第１材料１１と第２材料１４とが当接している状態である範囲内において、第１材料１１と第２材料１４とを互いに押し付けるように加圧することを要しない。上記のようにして、軸体４１の下方側（−Ｚ側）への移動に、移動機構４０の自重による落下を用いるような場合においては、第１材料１１と第２材料１４とには移動機構４０の自重のみがかけられる。
［紫外線照射装置］
第１紫外線照射装置５０及び第２紫外線照射装置５１は、図７に示すように、紫外線Ｕを射出する装置である。第１紫外線照射装置５０から射出された紫外線Ｕは、第１照射管部３５と、第１照射用孔３５ａとを介して、第１ホルダー２０上に設置された第１材料１１に照射される。第２紫外線照射装置５１から射出された紫外線Ｕは、第２照射管部３６と、第２照射用孔３６ａとを介して、第２ホルダー２１上に設置された第２材料１４に照射される。第１紫外線照射装置５０及び第２紫外線照射装置５１から射出される紫外線Ｕは、例えば、真空紫外線（ＶＵＶ：Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）である。本明細書において、真空紫外線とは、波長が２００ｎｍ以下の紫外線を意味する。
第１紫外線照射装置５０及び第２紫外線照射装置５１は、図７に示すように、紫外線Ｕを射出する装置である。第１紫外線照射装置５０から射出された紫外線Ｕは、第１照射管部３５と、第１照射用孔３５ａとを介して、第１ホルダー２０上に設置された第１材料１１に照射される。第２紫外線照射装置５１から射出された紫外線Ｕは、第２照射管部３６と、第２照射用孔３６ａとを介して、第２ホルダー２１上に設置された第２材料１４に照射される。第１紫外線照射装置５０及び第２紫外線照射装置５１から射出される紫外線Ｕは、例えば、真空紫外線（ＶＵＶ：Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）である。本明細書において、真空紫外線とは、波長が２００ｎｍ以下の紫外線を意味する。
［噴射装置］
第１噴射装置７０及び第２噴射装置７１は、図７に示すように、チャンバー３０の本体部３１を挟むようにして、それぞれ本体部３１の側面に設けられている。
第１噴射装置７０は、圧縮した空気を流入する空気流入管７２と、架橋物質Ｃを流入する架橋物質流入管７３と、第１噴射ノズル７６とを備える。空気流入管７２と架橋物質流入管７３とは、共に第１噴射ノズル７６に接続されている。これにより、圧縮した空気と架橋物質Ｃとが混ぜられ、第１噴射ノズル７６から架橋物質Ｃが霧状となって噴射される。第１噴射ノズル７６は、本体部３１の内部に設けられており、第１噴射ノズル７６の角度は、噴射した霧状の架橋物質Ｃが、第１材料１１に噴霧されるように設定されている。本実施形態においては、第１噴射ノズル７６は、第１ホルダー２０よりも上方側（＋Ｚ側）に設けられているため、第１ホルダー２０に向かうように斜め下方側を向いている。
第１噴射装置７０及び第２噴射装置７１は、図７に示すように、チャンバー３０の本体部３１を挟むようにして、それぞれ本体部３１の側面に設けられている。
第１噴射装置７０は、圧縮した空気を流入する空気流入管７２と、架橋物質Ｃを流入する架橋物質流入管７３と、第１噴射ノズル７６とを備える。空気流入管７２と架橋物質流入管７３とは、共に第１噴射ノズル７６に接続されている。これにより、圧縮した空気と架橋物質Ｃとが混ぜられ、第１噴射ノズル７６から架橋物質Ｃが霧状となって噴射される。第１噴射ノズル７６は、本体部３１の内部に設けられており、第１噴射ノズル７６の角度は、噴射した霧状の架橋物質Ｃが、第１材料１１に噴霧されるように設定されている。本実施形態においては、第１噴射ノズル７６は、第１ホルダー２０よりも上方側（＋Ｚ側）に設けられているため、第１ホルダー２０に向かうように斜め下方側を向いている。
第２噴射装置７１は、圧縮した空気を流入する空気流入管７４と、架橋物質Ｃを流入する架橋物質流入管７５と、第２噴射ノズル７７とを備える。空気流入管７４と架橋物質流入管７５とは、共に第２噴射ノズル７７に接続されている。これにより、圧縮した空気と架橋物質Ｃとが混ぜられ、第２噴射ノズル７７から架橋物質Ｃが霧状となって噴射される。第２噴射ノズル７７は、本体部３１の内部に設けられており、第２噴射ノズル７７の角度は、噴射した霧状の架橋物質Ｃが、第２材料１４に噴霧されるように設定されている。本実施形態においては、第２噴射ノズル７７は、離間状態ＳＴ１における第２ホルダー２１よりも下方側（−Ｚ側）に設けられているため、第２ホルダー２１に向かうように斜め上方側を向いている。
本実施形態においては、架橋物質Ｃは、水であるため、第１噴射ノズル７６及び第２噴射ノズル７７からは、水蒸気が噴射される。
本実施形態においては、架橋物質Ｃは、水であるため、第１噴射ノズル７６及び第２噴射ノズル７７からは、水蒸気が噴射される。
なお、本明細書において、「架橋物質」とは、紫外線が照射された状態の第１材料１１と第２材料１４との形成材料と反応して、架橋性被膜を形成する性質を有する物質を意味する。例えば、本実施形態のように接合材料の形成材料をＰＤＭＳとＣｕとする場合においては、架橋物質Ｃとして、水、アンモニア等を選択できる。
［制御装置］
制御装置１１０は、上述した各部を、後述する接合方法を実施するように制御する装置である。すなわち、制御装置１１０は、チャンバー３０内の雰囲気を不活性ガスに置換し、第１紫外線照射装置５０及び第２紫外線照射装置５１から第１材料１１と第２材料１４とに紫外線Ｕを照射した後、紫外線が照射された第１材料１１と第２材料１４とを第１噴射装置７０及び第２噴射装置７１によって架橋物質Ｃに曝露させ、移動機構４０によって第１材料１１と第２材料１４とを当接させ、加熱機構１００によって第１材料１１と第２材料１４とを加熱するように各部を制御する。
制御装置１１０は、上述した各部を、後述する接合方法を実施するように制御する装置である。すなわち、制御装置１１０は、チャンバー３０内の雰囲気を不活性ガスに置換し、第１紫外線照射装置５０及び第２紫外線照射装置５１から第１材料１１と第２材料１４とに紫外線Ｕを照射した後、紫外線が照射された第１材料１１と第２材料１４とを第１噴射装置７０及び第２噴射装置７１によって架橋物質Ｃに曝露させ、移動機構４０によって第１材料１１と第２材料１４とを当接させ、加熱機構１００によって第１材料１１と第２材料１４とを加熱するように各部を制御する。
（接合方法）
次に、上述した接合装置１を用いて、本実施形態の接合方法について説明する。
本実施形態の接合方法は、図１に示すように、雰囲気置換工程Ｓ１と、照射工程（洗浄工程）Ｓ２と、曝露工程Ｓ３と、当接工程Ｓ４と、加熱工程Ｓ５とを有する。以下、各工程について詳細に説明する。
なお、説明は省略するが、本実施形態において、下記の工程は、制御装置１１０によって各部が制御されることによって行われる。
次に、上述した接合装置１を用いて、本実施形態の接合方法について説明する。
本実施形態の接合方法は、図１に示すように、雰囲気置換工程Ｓ１と、照射工程（洗浄工程）Ｓ２と、曝露工程Ｓ３と、当接工程Ｓ４と、加熱工程Ｓ５とを有する。以下、各工程について詳細に説明する。
なお、説明は省略するが、本実施形態において、下記の工程は、制御装置１１０によって各部が制御されることによって行われる。
雰囲気置換工程Ｓ１は、チャンバー３０内の雰囲気を置換する工程である。まず、排出口９０を介して、チャンバー３０内の気体を排出する。そして、不活性ガス導入管６０から、チャンバー３０内に不活性ガスを導入し、チャンバー３０内を大気圧不活性ガス雰囲気とする。不活性ガスは、例えば、窒素である。
排出口９０からチャンバー３０内の気体を排出する方法は、特に限定されず、例えば、小型の真空ポンプ等を用いることができる。排出口９０からチャンバー３０内の気体を排出する方法は、チャンバー３０内の酸素を十分に排出できる方法であることが好ましい。照射工程Ｓ２において用いる紫外線Ｕとして、例えば、真空紫外線を用いるような場合では、チャンバー３０内に酸素が多量に残留していると、酸素に紫外線Ｕが照射されることによってオゾンが形成されてしまうことがあるためである。
チャンバー３０内の気体の排出と、不活性ガスの導入とは、それぞれ同時に行ってもよい。
チャンバー３０内の気体の排出と、不活性ガスの導入とは、それぞれ同時に行ってもよい。
次に、照射工程Ｓ２は、図２（Ａ）に示すように、第１材料１１と第２材料１４とに紫外線Ｕを照射する工程である。
第１材料１１は、支持基板１０上に設けられた状態で、図７に示す第１ホルダー２０に設けられている。第１材料１１の接合面１１ａには、図２（Ａ）に示すように、有機汚染物質１２が形成されている。
第２材料１４は、支持基板１３上に設けられた状態で、図７に示す第２ホルダー２１に設けられている。第２材料１４の接合面１４ａには、第１材料１１と同様に、有機汚染物質１２が形成されている。
第１材料１１は、支持基板１０上に設けられた状態で、図７に示す第１ホルダー２０に設けられている。第１材料１１の接合面１１ａには、図２（Ａ）に示すように、有機汚染物質１２が形成されている。
第２材料１４は、支持基板１３上に設けられた状態で、図７に示す第２ホルダー２１に設けられている。第２材料１４の接合面１４ａには、第１材料１１と同様に、有機汚染物質１２が形成されている。
図２（Ａ）に示すように、第１材料１１の接合面１１ａに、第１紫外線照射装置５０によって、紫外線Ｕを所定時間照射する。また、第２材料１４の接合面１４ａに、第２紫外線照射装置５１によって、紫外線Ｕを所定時間照射する。紫外線Ｕが照射されることにより、有機汚染物質１２が除去されると共に、第１材料１１の接合面１１ａ及び第２材料１４の接合面１４ａにおいて、第１材料１１及び第２材料１４を形成する材料の一部の構造が変化する。
紫外線Ｕを照射する時間は、有機汚染物質１２の性質に応じて決められ、予め実験的に求めておくことができる。
第１紫外線照射装置５０から射出される紫外線Ｕの波長と、第２紫外線照射装置５１から射出される紫外線Ｕの波長とは、同じであっても、異なっていてもよい。
第１紫外線照射装置５０から射出される紫外線Ｕの波長と、第２紫外線照射装置５１から射出される紫外線Ｕの波長とは、同じであっても、異なっていてもよい。
本実施形態においては、第１材料１１の形成材料としてＣｕを用いているため、紫外線Ｕによって表面に形成されているＣｕ酸化物が一部還元され、Ｃｕ単体が露出する。Ｃｕ単体は、Ｃｕ酸化物に比べて水分子の吸着性（反応性）が高いため、第１材料１１（Ｃｕ）の表面は、水分子、すなわち、本実施形態における架橋物質Ｃを吸着しやすい状態となる。
また、本実施形態においては、第２材料１４の形成材料としてＰＤＭＳを用いているため、紫外線Ｕが照射されることでＰＤＭＳのメチル基（−ＣＨ３）の一部が脱離する。第２材料１４（ＰＤＭＳ）においては、メチル基が脱離した箇所に、チャンバー３０内にわずかに残留する酸素が反応し、Ｓｉ−Ｏ結合が形成される。すなわち、第２材料１４（ＰＤＭＳ）の表面は、ＳｉＯ２の構造に近い構造となり、水分子（架橋物質Ｃ）が吸着しやすい状態となる。
この工程により、第１材料１１及び第２材料１４の表面が、架橋物質Ｃを吸着させやすい構造に変化する。
次に、曝露工程Ｓ３は、図２（Ｂ）に示すように、第１材料１１と第２材料１４とを架橋物質Ｃに曝露する工程である。
第１噴射装置７０によって架橋物質Ｃを第１材料１１に噴霧することで、第１材料１１の接合面１１ａを架橋物質Ｃに曝露する。同様にして、第２噴射装置７１によって架橋物質Ｃを第２材料１４に噴霧することで、第２材料１４の接合面１４ａを架橋物質Ｃに曝露する。
第１噴射装置７０によって架橋物質Ｃを第１材料１１に噴霧することで、第１材料１１の接合面１１ａを架橋物質Ｃに曝露する。同様にして、第２噴射装置７１によって架橋物質Ｃを第２材料１４に噴霧することで、第２材料１４の接合面１４ａを架橋物質Ｃに曝露する。
架橋物質Ｃの噴霧する量及び噴霧する時間は、第１材料１１の接合面１１ａ及び第２材料１４の接合面１４ａの全体に架橋物質Ｃが曝露される範囲において、特に限定されない。架橋物質Ｃの曝露量は、温湿度調整機構８０によって、チャンバー３０内の温度及び湿度を監視されることで調整される。
この工程により、噴霧された架橋物質Ｃが、照射工程Ｓ２によって構造が変化した第１材料１１の形成材料及び第２材料１４の形成材料とそれぞれ反応し、架橋性被膜１５，１６が形成される（図２（Ｃ）参照）。
この工程により、噴霧された架橋物質Ｃが、照射工程Ｓ２によって構造が変化した第１材料１１の形成材料及び第２材料１４の形成材料とそれぞれ反応し、架橋性被膜１５，１６が形成される（図２（Ｃ）参照）。
本実施形態においては、第１材料１１の形成材料はＣｕであるため、架橋性被膜１５は、Ｃｕ水和物を含んで構成される。また、第２材料１４の形成材料はＰＤＭＳであるため、架橋性被膜１６は、シラノール構造（−ＳｉＯＨ）を含んで構成される。
次に、当接工程Ｓ４は、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、第１材料１１と第２材料１４とを当接させる工程である。
移動機構４０の軸体４１を、図６の矢印に示す方向に回転させ、軸体４１を下方側（−Ｚ側）へと移動させることで、第２ホルダー２１を下方側（−Ｚ側）に移動させる。これにより、第２ホルダー２１に設置された第２材料１４が、第１ホルダー２０に設置された第１材料１１へと接近し、第１材料１１の接合面１１ａと第２材料１４の接合面１４ａとが当接する。より詳細には、第１材料１１の接合面１１ａに形成された架橋性被膜１５と、第２材料１４の接合面１４ａに形成された架橋性被膜１６とが当接される。
移動機構４０の軸体４１を、図６の矢印に示す方向に回転させ、軸体４１を下方側（−Ｚ側）へと移動させることで、第２ホルダー２１を下方側（−Ｚ側）に移動させる。これにより、第２ホルダー２１に設置された第２材料１４が、第１ホルダー２０に設置された第１材料１１へと接近し、第１材料１１の接合面１１ａと第２材料１４の接合面１４ａとが当接する。より詳細には、第１材料１１の接合面１１ａに形成された架橋性被膜１５と、第２材料１４の接合面１４ａに形成された架橋性被膜１６とが当接される。
ここで、本実施形態においては、第１材料１１と第２材料１４とは当接していればよく、第１材料１１と第２材料１４とが互いに押し付けられるように加圧されている必要はない。
この工程により、第１材料１１と第２材料１４とが当接した当接状態ＳＴ２となる。
この工程により、第１材料１１と第２材料１４とが当接した当接状態ＳＴ２となる。
次に、加熱工程は、加熱機構１００によって第１材料１１及び第２材料１４を所定時間加熱する工程である。図７に示すように、第１ホルダー２０に設けられた加熱機構１００を用いて、第１材料１１及び第２材料１４を加熱する。第１材料１１及び第２材料１４が加熱されることで、架橋物質Ｃが蒸発し、架橋性被膜１５，１６の縮合が促進される。本実施形態においては、架橋物質Ｃが水であるため、架橋性被膜１５，１６は脱水縮合される。
ここで、第１材料１１及び第２材料１４の少なくとも一方の形成材料を金属とした場合においては、各架橋性被膜１５，１６を介して他方の材料に金属原子が拡散することが促進される。本実施形態においては、第１材料１１の形成材料がＣｕであるため、Ｃｕ原子が、第２材料１４（ＰＤＭＳ）に拡散する。
架橋性被膜１５，１６が脱水縮合され、かつ、本実施形態においては第１材料１１の形成材料が第２材料１４に拡散することで、第１材料１１と第２材料１４とが接合される。第１材料１１と第２材料１４の縮合・拡散が進行する程、第１材料１１と第２材料１４との接合強度は大きくなる。
加熱機構１００によって加熱する温度は、架橋物質Ｃが蒸発して架橋性被膜１５，１６が縮合する範囲において、特に限定されない。そのため、本実施形態のように架橋物質Ｃが水である場合には、加熱温度は、例えば、８０℃以上とすることにより、縮合反応を効果的に促進できる。加熱機構１００による加熱温度を高くすることにより、縮合反応及び拡散の進行速度を向上させ、第１材料１１と第２材料１４との接合強度を短時間で向上させることができる。
加熱時間は、上記反応が促進され、第１材料１１と第２材料１４とが十分な結合強度を持って接合される時間に設定される。加熱時間は、予め実験的に求めておくことができる。
この工程により、図２（Ｄ）に示すように、第１材料１１と第２材料１４とが結合する。第１材料１１と第２材料１４との間には、架橋性被膜１５と架橋性被膜１６とが接合されることによって境界面を含む架橋層１７が形成される。
以上の工程により、本実施形態の接合方法が終了し、第１材料１１と第２材料１４とは、強固に接合される。
本実施形態によれば、第１材料１１の接合面１１ａと第２材料１４の接合面１４ａとに紫外線Ｕを照射することによって、有機汚染物質１２を除去し、各接合面１１ａ，１４ａにおける架橋物質Ｃとの反応活性を高めることができる。これにより、各接合面１１ａ，１４ａを架橋物質Ｃに曝露することにより、各接合面１１ａ，１４ａに架橋性被膜１５，１６が形成される。そして、各接合面１１ａ，１４ａ同士を当接させて、架橋物質Ｃが蒸発して架橋性被膜１５，１６が縮合される程度の低温で加熱することにより、第１材料１１と第２材料１４とを接合することができる。
したがって、本実施形態によれば、接合過程において、チャンバー３０内を高真空とする必要がないため、大気圧下において材料同士を低温で接合することが可能な接合方法が実現できる。
したがって、本実施形態によれば、接合過程において、チャンバー３０内を高真空とする必要がないため、大気圧下において材料同士を低温で接合することが可能な接合方法が実現できる。
また、これにより、大型ターボ分子真空ポンプのような高真空雰囲気を作るための設備を設置する必要がなく、また、接合装置１の各部を高真空雰囲気に対応した装置構成とする必要もない。その結果、本実施形態によれば、接合装置が大型化・複雑化することを抑制でき、接合装置の製造コスト及び製造する手間を低減できる。
また、本実施形態によれば、第１材料１１と第２材料１４とを当接させて接合する際に、第１材料１１と第２材料１４とを互いに押し付けるように加圧する必要がなく、簡便である。
また、本実施形態によれば、各材料の表面に形成されている有機汚染物質１２の性質等に応じて、紫外線Ｕの波長を選択すればよく、架橋物質Ｃによって接合される材料同士であれば、架橋物質Ｃを曝露させる量や、加熱する時間等の接合条件を変える必要がない。したがって、本実施形態によれば、材料によって接合条件を変える手間が少なく、簡便な接合方法が実現できる。
また、本実施形態によれば、架橋物質Ｃを第１噴射装置７０及び第２噴射装置７１とから噴射して、第１材料１１及び第２材料１４に噴霧する構成であるため、チャンバー３０内の第１材料１１及び第２材料１４以外の部分に架橋物質Ｃが付着することを抑制できる。また、使用する架橋物質Ｃの量を必要最小限に抑えることが容易である。
なお、本実施形態においては、下記の方法及び構成を採用することもできる。
本実施形態においては、照射工程Ｓ２の前に、第１材料１１と第２材料１４との表面に形成された有機汚染物質を置換物質によって置換する置換工程（洗浄工程）を設けてもよい。この工程を設けることにより、第１材料１１と第２材料１４との表面を変化させることができ、照射工程Ｓ２において用いることができる紫外線Ｕの波長の幅を広げることができる。置換物質としては、例えば、アンモニアを用いることができる。
本実施形態においては、曝露工程Ｓ３において、第１材料１１の接合面１１ａと第２材料１４の接合面１４ａとのうちいずれか一方のみを架橋物質Ｃに曝露させてもよい。
上記説明した本実施形態においては、曝露工程Ｓ３において、第１噴射装置７０及び第２噴射装置７１によって、架橋物質Ｃを第１材料１１及び第２材料１４に噴霧することによって、第１材料１１及び第２材料１４を架橋物質Ｃに曝露したが、これに限られない。曝露する方法は、第１材料１１及び第２材料１４の紫外線Ｕが照射された接合面１１ａ，１４ａに架橋物質Ｃが十分に付着する範囲において、どのような方法であってもよく、例えば、第１材料１１及び第２材料１４を架橋物質Ｃの液体中に沈めるような方法であってもよい。
本実施形態においては、加熱工程Ｓ５の代わりに、例えば、加圧工程を設けてもよい。第１材料１１と第２材料１４との周囲を加圧することにより、加熱した際と同様に、架橋性被膜１５，１６における縮合の反応速度を高めることができる。加熱工程Ｓ５の代わりに設ける工程は、架橋性被膜１５，１６における縮合の反応速度を高めることができるような範囲において、特に限定されない。
本実施形態においては、加熱工程Ｓ５を省略してもよい。この場合には、第１材料１１と第２材料１４とを所定時間放置することにより、架橋性被膜１５，１６における縮合が進行し、第１材料１１と第２材料１４とが強固に接合される。
本実施形態においては、第１噴射装置７０及び第２噴射装置７１として、超音波素子霧化装置を用いる構成としてもよい。また、本実施形態においては、上記実施形態において示した、第１噴射装置７０及び第２噴射装置７１の架橋物質流入管７３，７５に流入する架橋物質Ｃを予め超音波素子霧化装置を用いて霧状にする構成としてもよい。
上記説明した本実施形態においては、第１材料１１及び第２材料１４の形成材料をＣｕ及びＰＤＭＳ、架橋物質Ｃを水とした場合について例示したが、これに限られない。本実施形態においては、架橋物質Ｃとして水を用いる場合には、第１材料１１及び第２材料１４の形成材料として、それぞれシロキサン結合を有する樹脂や、Ｑｕａｒｔｚ（石英，ＳｉＯ２）等のＳｉ−Ｏ結合を有する材料または水和物を形成可能な金属を用いることができる。水和物を形成可能な金属としては、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ等である。
第１材料１１及び第２材料１４の形成材料としては、それぞれ無機材料を選択することもできる。
第１材料１１及び第２材料１４の形成材料としては、それぞれ無機材料を選択することもできる。
次に、実施例について説明する。
下記の実施例において、Ｘ線電子分光法を用いた計測は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製のＸ線電子分光分析装置（機種５４００ＭＣ）を用いて行った。励起Ｘ線は、ＡｌのＫα線とし、１．０×１０−７Ｐａ以上、４．０×１０−７Ｐａ以下の雰囲気下において、出力４００Ｗで照射した。
また、Ｘ線電子分光法を用いて計測したスペクトルを波形分離する際には、Ｕｌｖａｃ社製の波形分離ソフト（Ｍｕｌｔｉｐａｋ）を使用した。スペクトルを分離する際には、実測されたスペクトルを、フィッティングされた滑らかなスペクトル曲線に変換し、フィッティングされたスペクトルを波形分離した。
また、下記の実施例においては、接合する２つの材料として、それぞれＰＤＭＳを形成材料とする試験片（以下、ＰＤＭＳ片）またはＣｕを形成材料とする試験片（以下、Ｃｕ片）を使用した。
下記の実施例において、Ｘ線電子分光法を用いた計測は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製のＸ線電子分光分析装置（機種５４００ＭＣ）を用いて行った。励起Ｘ線は、ＡｌのＫα線とし、１．０×１０−７Ｐａ以上、４．０×１０−７Ｐａ以下の雰囲気下において、出力４００Ｗで照射した。
また、Ｘ線電子分光法を用いて計測したスペクトルを波形分離する際には、Ｕｌｖａｃ社製の波形分離ソフト（Ｍｕｌｔｉｐａｋ）を使用した。スペクトルを分離する際には、実測されたスペクトルを、フィッティングされた滑らかなスペクトル曲線に変換し、フィッティングされたスペクトルを波形分離した。
また、下記の実施例においては、接合する２つの材料として、それぞれＰＤＭＳを形成材料とする試験片（以下、ＰＤＭＳ片）またはＣｕを形成材料とする試験片（以下、Ｃｕ片）を使用した。
（実施例１）
本実施例においては、ＰＤＭＳ片とＣｕ片とにそれぞれ紫外線を照射した際の表面の結合状態の変化について計測を行った。
９．１２×１０４Ｐａ（０．９ａｔｍ）の高純度窒素（９９．９９９％）雰囲気中で、ＰＤＭＳ片とＣｕ片のそれぞれに、波長が１７２ｎｍのＶＵＶ（真空紫外線）を照射した。
ＶＵＶを照射する時間は、ＰＤＭＳ片においては、０秒（ｓ）、６０秒、３００秒、６００秒とし、Ｃｕ片においては、０秒、３０秒、６０秒、３００秒とした。
それぞれの場合について、各材料の表面の結合状態を、上述したようにして、Ｘ線電子分光法を用いて計測した。そして、計測した結果を波形分離して、各ピークを表す波形に分離した。波形分離する波形としては、それぞれ表面の結合状態の違いが顕著に表れているスペクトル波形を選択した。
本実施例においては、ＰＤＭＳ片とＣｕ片とにそれぞれ紫外線を照射した際の表面の結合状態の変化について計測を行った。
９．１２×１０４Ｐａ（０．９ａｔｍ）の高純度窒素（９９．９９９％）雰囲気中で、ＰＤＭＳ片とＣｕ片のそれぞれに、波長が１７２ｎｍのＶＵＶ（真空紫外線）を照射した。
ＶＵＶを照射する時間は、ＰＤＭＳ片においては、０秒（ｓ）、６０秒、３００秒、６００秒とし、Ｃｕ片においては、０秒、３０秒、６０秒、３００秒とした。
それぞれの場合について、各材料の表面の結合状態を、上述したようにして、Ｘ線電子分光法を用いて計測した。そして、計測した結果を波形分離して、各ピークを表す波形に分離した。波形分離する波形としては、それぞれ表面の結合状態の違いが顕著に表れているスペクトル波形を選択した。
図８（Ａ）は、本実施例における、ＶＵＶを照射した後のＰＤＭＳ片の表面をＸ線電子分光法で計測したＳｉ２Ｐスペクトル分析の結果を示すグラフである。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）におけるＶＵＶの照射時間が０秒のときのスペクトル波形を波形分離した結果を示すグラフである。
図８（Ａ），（Ｂ）において、横軸は、光電子の結合エネルギー（単位：ｅＶ）を示しており、縦軸は計測された光電子の個数（単位：ｃ／ｓ）を示している。以下に説明する図９（Ａ）から図１２（Ｂ）においても同様である。図８（Ａ），（Ｂ）において、縦軸は、規格化して示している。
図８（Ａ），（Ｂ）において、横軸は、光電子の結合エネルギー（単位：ｅＶ）を示しており、縦軸は計測された光電子の個数（単位：ｃ／ｓ）を示している。以下に説明する図９（Ａ）から図１２（Ｂ）においても同様である。図８（Ａ），（Ｂ）において、縦軸は、規格化して示している。
図８（Ｂ）から、ＰＤＭＳ片の表面をＸ線電子分光法で計測した場合のＳｉ２Ｐスペクトルには、結合エネルギーが約１０３．８ｅＶの箇所に発現するピークＰ１を有する波形と、結合エネルギーが約１０５．２ｅＶの箇所に発現するピークＰ２を有する波形とが含まれていることが確認できた。ピークＰ１は、Ｓｉ−Ｃ結合を示すピークであり、ピークＰ２は、Ｓｉ−Ｏ結合を示すピークであると考えられる。このことは、ピークＰ１の位置とピークＰ２の位置との結合エネルギー差Ｄが、Ｓｉ−Ｏ結合の結合エネルギーとＳｉ−Ｃ結合の結合エネルギーの差１．３ｅＶとほぼ同等の値であることからも確かめられる。
図８（Ａ）から、ＶＵＶを照射していない場合（照射時間０秒）と、ＶＵＶの照射時間が６０秒である場合とにおいては、スペクトルのピークが、ピークＰ１の位置に発現していることが分かる。これに対して、ＶＵＶの照射時間が３００秒である場合と、６００秒である場合とにおいては、スペクトルのピークが、ピークＰ２の位置に発現していることが分かる。これは、ＶＵＶの照射によってＰＤＭＳ中のＳｉ−Ｃ結合が切断されることでメチル基が脱離し、そこにチャンバー内の残留酸素が一部結合することによって、Ｓｉ−Ｏ結合のピークが支配的となったためと考えられる。
これにより、ＶＵＶを照射された後のＰＤＭＳ片の表面においては、Ｓｉ−Ｃ結合が切断され、そこに残留酸素等が結びつくことによってＳｉ−Ｏ結合が形成されていることが確かめられた。すなわち、ＶＵＶの照射によって、ＰＤＭＳ片の表面をＳｉＯ２と近い構造とすることができ、架橋物質、すなわち、水分子を吸着させやすい状態へと変化させることができることが確かめられた。
また、照射時間が３００秒と６００秒とでは、スペクトル形状にほぼ変化が見られないため、例えば、ＶＵＶを３００秒以上照射することにより、ＰＤＭＳ片の表面を、十分に水分子が吸着しやすい状態とできることが分かった。
図９（Ａ）は、ＶＵＶを照射した後のＣｕ片の表面をＸ線電子分光法で計測したＯ１ｓのスペクトル分析結果を示すグラフである。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるＶＵＶの照射時間が０秒のときのスペクトル波形を波形分離した結果を示すグラフである。
図９（Ｂ）から、Ｃｕ片の表面をＸ線電子分光法で計測したＯ１ｓスペクトルには、結合エネルギーが約５３１．７ｅＶの箇所に発現するピークＰ３を有する波形と、結合エネルギーが約５３２．２ｅＶの箇所に発現するピークＰ４を有する波形とが含まれていることが確認できた。ピークＰ３は、有機汚染物質に由来するピークであり、ピークＰ４は、Ｃｕ酸化物に由来するピークであると考えられる。
図９（Ａ）から、ＶＵＶを照射していない場合においては、スペクトルのピークが有機汚染物質に由来するピークＰ３の位置に発現しているのに対して、ＶＵＶを照射した場合においては、スペクトルのピークがＣｕ酸化物に由来するピークＰ４の位置に発現していることが分かる。また、ＶＵＶの照射時間が３０秒と６０秒とである場合を比べると、計測された光電子の個数が大きくなっていることが確かめられる。これは、ＶＵＶの照射により、有機汚染物質が除去されることで、酸化しているＣｕ片の表面が露出し、Ｃｕ酸化物が計測されたためと考えられる。
また、ＶＵＶの照射時間が６０秒と３００秒との場合を比べると、ＶＵＶを照射した時間が３００秒である場合の方が、計測された光電子の個数が小さくなっている。これは、ＶＵＶの照射によって、表面に形成されていたＣｕ酸化物が一部還元されたためと考えられる。
図１０（Ａ）は、ＶＵＶを照射した後のＣｕ片の表面をＸ線電子分光法で計測したＣｕ２ｐ３／２のスペクトル分析の結果を示すグラフである。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）におけるＶＵＶの照射時間が３０秒のときのスペクトル波形を波形分離した結果を示すグラフである。
図１０（Ｂ）から、Ｃｕ片の表面をＸ線電子分光法で計測したＣｕ２ｐ３／２スペクトルには、結合エネルギーが約９３５．３ｅＶの箇所に発現するピークＰ５を有する波形と、結合エネルギーが約９３３．７ｅＶの箇所に発現するピークＰ６を有する波形とが含まれていることが確認できた。ピークＰ５は、ＶＵＶによって分解された有機汚染物質とＣｕとの化合物に由来するものと考えられる。ピークＰ６は、Ｃｕ酸化物に由来するピークであると考えられる。
図１０（Ａ）から、ＶＵＶを照射しない場合においては、Ｃｕ片の表面が有機汚染物質で覆われているため、Ｃｕ２ｐ３／２のスペクトルが計測される光電子の個数は少ないことが確かめられる。これに対して、ＶＵＶを照射した場合では、照射時間が長くなるほど、計測された光電子の個数が多くなっていることが確かめられる。また、ＶＵＶを照射した場合では、スペクトルのピークが、Ｃｕ酸化物に由来するピークＰ６の位置となっていることが確かめられる。
また、照射時間が６０秒の場合では、ピークＰ６よりも結合エネルギーが高い側において、計測される光電子の個数が大きくなっていることが分かる。これは、ピークＰ５が発現していることによるものと考えられる。ＶＵＶの照射時間を３００秒とした場合においては、ピークＰ５側の光電子の計測数は減少していることから、ＶＵＶの照射によって、有機汚染物質とＣｕとの化合物が一部還元されたことが確かめられた。
以上のことから、Ｃｕ片においても、例えば、紫外線を３００秒照射することにより、Ｃｕ酸化物が還元され、Ｃｕ片の表面が、水分子（架橋物質）が吸着しやすい状態とできることが確かめられた。
（実施例２）
本実施例においては、紫外線を照射したＰＤＭＳ片及びＣｕ片を水蒸気に曝露した際の表面構造の変化について計測を行った。
紫外線（ＶＵＶ）を照射する条件は、実施例１と同様とし、照射時間を３００秒とした。ＶＵＶを照射した後の材料表面に曝露させる水蒸気の量を、２．９ｇ／ｍ３、９．８ｇ／ｍ３、１３．８ｇ／ｍ３とし、それぞれの場合について、各材料の表面の結合状態を、上述したＸ線電子分光法を用いて計測した。また、実施例１と同様にして、計測した結果を波形分離して、各ピークを表す波形に分離した。
本実施例においては、紫外線を照射したＰＤＭＳ片及びＣｕ片を水蒸気に曝露した際の表面構造の変化について計測を行った。
紫外線（ＶＵＶ）を照射する条件は、実施例１と同様とし、照射時間を３００秒とした。ＶＵＶを照射した後の材料表面に曝露させる水蒸気の量を、２．９ｇ／ｍ３、９．８ｇ／ｍ３、１３．８ｇ／ｍ３とし、それぞれの場合について、各材料の表面の結合状態を、上述したＸ線電子分光法を用いて計測した。また、実施例１と同様にして、計測した結果を波形分離して、各ピークを表す波形に分離した。
図１１（Ａ）は、本実施例における、水蒸気に曝露させた後のＰＤＭＳ片の表面をＸ線電子分光法で測定したＳｉ２Ｐスペクトル分析の結果を示すグラフである。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）における曝露させる水蒸気の量が１３．８ｇ／ｍ３のときのスペクトル波形を波形分離した結果を示すグラフである。図１１（Ａ）においては、比較のためにＳｉＯ２の薄膜を計測した結果（ｓｔｄ ＳｉＯ２）を共に示す。また、図１１（Ａ），（Ｂ）の縦軸は、規格化して示している。
図１１（Ｂ）から、ＰＤＭＳ片の表面をＸ線電子分光法で計測したＳｉ２Ｐスペクトルには、結合エネルギーが約１０５．２ｅＶの箇所に発現するピークＰ７を有する波形と、結合エネルギーが約１０４．７ｅＶの箇所に発現するピークＰ８を有する波形とが含まれていることが確認できた。ピークＰ７は、Ｓｉ−Ｏ結合を示すピークであると考えられる。ピークＰ８は、Ｓｉ−Ｏ結合（ピークＰ７）の結合エネルギーよりも低く、かつ、水蒸気の曝露によって発現していることから、シラノール構造に由来するピークであると考えられる。
図１１（Ａ）から、水蒸気の曝露量が増加する程、スペクトルのピークがＳｉＯ２のピークＰ７（Ｓｉ−Ｏ結合のピーク）に近づいていることが分かる。これにより、水蒸気への曝露によって、ＰＤＭＳ片の表面が、より水分子が吸着しやすいＳｉＯ２に似た構造に変化していることが確かめられた。
また、水蒸気の曝露量が増加するに伴って、ピークＰ７よりも低エネルギー側にピークＰ８が発現していることが確かめられた。これにより、ＰＤＭＳ片の表面に、シラノール構造を含む架橋性被膜が形成されていることが確かめられた。
また、水蒸気の曝露量が増加するに伴って、ピークＰ７よりも低エネルギー側にピークＰ８が発現していることが確かめられた。これにより、ＰＤＭＳ片の表面に、シラノール構造を含む架橋性被膜が形成されていることが確かめられた。
図１２（Ａ）は、本実施例における、水蒸気に曝露させた後のＣｕ片の表面をＸ線電子分光法で測定したＯ１ｓスペクトル分析の結果を示すグラフである。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）における曝露させる水蒸気の量が１３．８ｇ／ｍ３のときのスペクトル波形を波形分離した結果を示すグラフである。図１２（Ａ）においては、比較のためにＶＵＶを照射した直後、すなわち、水蒸気に曝露する前の状態（曝露量０ｇ／ｍ３）を計測した結果を共に示す。また、図１２（Ａ），（Ｂ）の縦軸は、規格化して示している。
図１２（Ｂ）から、Ｃｕ片の表面をＸ線電子分光法で計測したＯ１ｓスペクトルには、結合エネルギーが約５３２．２ｅＶの箇所に発現するピークＰ９を有する波形と、結合エネルギーが約５３３．７ｅＶの箇所に発現するピークＰ１０を有する波形とが含まれていることが確認できた。ピークＰ９は、Ｃｕ酸化物に由来するピークであると考えられる。ピークＰ１０は、Ｃｕと水蒸気とが反応してＣｕ水和物が形成されたことに由来するものであると考えられる。
図１２（Ａ）から、水蒸気の曝露量が増加する程、Ｃｕ酸化物のピークＰ９よりも高エネルギー側の計測値が大きくなっていることが分かる。これは、ピークＰ１０が発現しているためであると考えられる。これにより、Ｃｕ片の表面に、Ｃｕ水和物を含む架橋性被膜が形成されていることが確かめられた。
なお、ＰＤＭＳ片及びＣｕ片の表面に吸着される水分子の量は、共に決まっており、本実施例においては、１３．８ｇ／ｍ３より水蒸気の量を増加させても、各ピークに変化は見られなかった。
（実施例３）
本実施例においては、ＰＤＭＳ片とＣｕ片と、ＰＤＭＳ片とＰＤＭＳ片と、Ｃｕ片とＣｕ片とをそれぞれ接合させ、接合界面の観察を行った。また、Ｓｉ−Ｏ結合を表面に有する無機材料の一例として、Ｑｕａｒｔｚ（石英，ＳｉＯ２）を形成材料とする試験片（Ｑｕａｒｔｚ片）同士を結合させ、接合界面の観察を行った。また、他の金属同士の結合の一例として、Ｓｉチップ上に形成されたＴｉ薄膜（Ｔｉ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ）同士を結合させ、接合界面の観察を行った。
ＶＵＶを実施例２と同様にして照射した後、各材料を水蒸気に曝露した。曝露する水蒸気の量は、実施例２において、明確に架橋性被膜が形成されたと考えられる量、すなわち、ピークＰ８及びピークＰ１０が発現し、それ以上ピークの変化が見られなかった量である１３．８ｇ／ｍ３とした。各材料を当接させて、１５０℃で６００秒加熱した。
本実施例においては、ＰＤＭＳ片とＣｕ片と、ＰＤＭＳ片とＰＤＭＳ片と、Ｃｕ片とＣｕ片とをそれぞれ接合させ、接合界面の観察を行った。また、Ｓｉ−Ｏ結合を表面に有する無機材料の一例として、Ｑｕａｒｔｚ（石英，ＳｉＯ２）を形成材料とする試験片（Ｑｕａｒｔｚ片）同士を結合させ、接合界面の観察を行った。また、他の金属同士の結合の一例として、Ｓｉチップ上に形成されたＴｉ薄膜（Ｔｉ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ）同士を結合させ、接合界面の観察を行った。
ＶＵＶを実施例２と同様にして照射した後、各材料を水蒸気に曝露した。曝露する水蒸気の量は、実施例２において、明確に架橋性被膜が形成されたと考えられる量、すなわち、ピークＰ８及びピークＰ１０が発現し、それ以上ピークの変化が見られなかった量である１３．８ｇ／ｍ３とした。各材料を当接させて、１５０℃で６００秒加熱した。
接合させた材料の各接合界面を透過電子顕微鏡で観察した。結果を図１３（Ａ）から図１６に示す。
図１３（Ａ），（Ｂ）は、ＰＤＭＳ片同士を接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図１４（Ａ），（Ｂ）は、ＰＤＭＳ片とＣｕ片とを接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図１５（Ａ），（Ｂ）は、Ｃｕ片とＣｕ片とを接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図１６は、Ｑｕａｒｔｚ片同士を接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図１７は、Ｔｉ薄膜同士を結合させた場合を示す光学顕微鏡写真である。各図において示す黒い三角形は、架橋層の位置を示すものである。すなわち、各図と接している黒い三角形の頂点同士を結ぶようにして、架橋層が形成されている。
図１３（Ａ），（Ｂ）は、ＰＤＭＳ片同士を接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図１４（Ａ），（Ｂ）は、ＰＤＭＳ片とＣｕ片とを接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図１５（Ａ），（Ｂ）は、Ｃｕ片とＣｕ片とを接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図１６は、Ｑｕａｒｔｚ片同士を接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図１７は、Ｔｉ薄膜同士を結合させた場合を示す光学顕微鏡写真である。各図において示す黒い三角形は、架橋層の位置を示すものである。すなわち、各図と接している黒い三角形の頂点同士を結ぶようにして、架橋層が形成されている。
図１３（Ａ）から図１７のいずれにおいても、各図のそれぞれの縮尺で視認した範囲で、接合界面に空隙は確認できず、材料同士が強固に接合されていることが確かめられた。
また、図１３（Ａ），（Ｂ）、図１４（Ａ），（Ｂ）、図１５（Ａ），（Ｂ）及び図１７から、各材料同士の間に、約１０ｎｍ以下の厚みのアモルファス状の架橋層が形成されていることが確かめられた。
また、図１３（Ａ），（Ｂ）、図１４（Ａ），（Ｂ）、図１５（Ａ），（Ｂ）及び図１７から、各材料同士の間に、約１０ｎｍ以下の厚みのアモルファス状の架橋層が形成されていることが確かめられた。
ＰＤＭＳ片同士の接合においては、図１３（Ｂ）に示すように、架橋層には、照射された電子線の回折によって生じるスポット（ディフラクションスポット）が確認できた。電子線の回折は、周期的な原子配列（結晶構造）が存在することにより生じる。すなわち、架橋層にディフラクションスポットが確認できたことにより、ＰＤＭＳ片の表面に結晶構造（ＰＤＭＳ片の場合においては、ＳｉＯ２の結晶構造）が形成され、ＰＤＭＳ片同士が接合されたことが確認できた。
図１４（Ａ），（Ｂ）及び図１５（Ａ），（Ｂ）においては、Ｃｕが拡散し、各材料と互いに混ざり合うことで架橋層が形成されていることが確認できた。
Ｑｕａｒｔｚ片同士の接合の場合においては、図１６に示すように、形成される架橋層が薄く、図１６における縮尺の範囲において、各材料の接合界面（架橋層）が視認できないことが分かった。
Ｑｕａｒｔｚ片同士の接合の場合においては、図１６に示すように、形成される架橋層が薄く、図１６における縮尺の範囲において、各材料の接合界面（架橋層）が視認できないことが分かった。
以上の結果から、接合する２つの材料の形成材料として、それぞれ無機材料を選択できることが確かめられた。
以上の結果から、架橋物質として水を用いる場合には、接合する２つの材料の形成材料として、それぞれＳｉ−Ｏ結合を有する材料または水和物を形成可能な金属のうちから任意の材料を選択できることが確かめられた。
以上の結果から、架橋物質として水を用いる場合には、接合する２つの材料の形成材料として、それぞれＳｉ−Ｏ結合を有する材料または水和物を形成可能な金属のうちから任意の材料を選択できることが確かめられた。
（実施例４）
本実施例においては、ＰＤＭＳ片同士を接合した接合材の光の透過性について計測した。
接合材としては、実施例３と同様にして接合させたＰＤＭＳ−ＰＤＭＳの接合材を用いた。比較例として、ＰＤＭＳを形成材料とする厚みが接合材と同一であるバルク材を用いた。
各材料に可視光領域（波長が３８０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下）の光を入射させ、光の透過性を計測した。
その結果、バルク材と比較して、接合材の光透過性は３％から５％程度しか損失しないことが確かめられた。すなわち、本実施例の接合方法によれば、接合層（架橋層）を薄くできるため、接合層によって光の透過性が低下することを抑制できることが分かった。
本実施例においては、ＰＤＭＳ片同士を接合した接合材の光の透過性について計測した。
接合材としては、実施例３と同様にして接合させたＰＤＭＳ−ＰＤＭＳの接合材を用いた。比較例として、ＰＤＭＳを形成材料とする厚みが接合材と同一であるバルク材を用いた。
各材料に可視光領域（波長が３８０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下）の光を入射させ、光の透過性を計測した。
その結果、バルク材と比較して、接合材の光透過性は３％から５％程度しか損失しないことが確かめられた。すなわち、本実施例の接合方法によれば、接合層（架橋層）を薄くできるため、接合層によって光の透過性が低下することを抑制できることが分かった。
以上の実施例の結果から、本発明の接合方法が有用であることが確かめられた。
１…接合装置、１１…第１材料、１１ａ，１４ａ…接合面、１４…第２材料、２０…第１ホルダー、２１…第２ホルダー、４０…移動機構（移動部）、５０…第１紫外線照射装置（照射部）、５１…第２紫外線照射装置（照射部）、７０…第１噴射装置（曝露部）、７１…第２噴射装置（曝露部）、１００…加熱装置（加熱部）、Ｃ…架橋物質、Ｓ２…照射工程（洗浄工程）、Ｓ３…曝露工程、Ｓ４…当接工程、Ｓ５…加熱工程、Ｕ…紫外線
Claims (9)
- 第１材料と第２材料とを離間させた状態で、前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面とに、紫外線を照射する照射工程を含む洗浄工程と、
前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面とのうち少なくとも一方を、架橋物質に曝露する曝露工程と、
前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面とを当接させる当接工程と、
を備えることを特徴とする接合方法。 - 前記曝露工程において、前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面との両方を、前記架橋物質に曝露する、請求項１に記載の接合方法。
- 前記当接工程の後に、前記第１材料と前記第２材料とを加熱する加熱工程を備える、請求項１または２に記載の接合方法。
- 前記架橋物質は、水であり、
前記第１材料と前記第２材料とは、それぞれＳｉ−Ｏ結合を有する材料または水和物を形成可能な金属を形成材料とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の接合方法。 - 前記紫外線は、真空紫外線である、請求項１から４のいずれか一項に記載の接合方法。
- 前記洗浄工程は、前記照射工程の前に、前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面とを、置換物質に置換する置換工程を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の接合方法。
- 第１材料を保持する第１ホルダーと、
前記第１ホルダーに対向して設けられ、第２材料を保持する第２ホルダーと、
前記第１材料と前記第２材料とに紫外線を照射する照射部と、
前記第１材料と前記第２材料とのうちの少なくとも一方を、架橋物質に曝露させる曝露部と、
前記第１材料と前記第２材料とが離間する状態と、前記第１材料と前記第２材料とが当接する状態との間で、前記第１ホルダーと前記第２ホルダーとのうちの少なくとも一方を移動させる移動部と、
前記照射部から前記第１材料と前記第２材料とに前記紫外線を照射した後、前記紫外線が照射された前記第１材料と前記第２材料とのうちの少なくとも一方を前記曝露部によって前記架橋物質に曝露させ、前記移動部によって前記第１材料と前記第２材料とを当接させるように各部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする接合装置。 - 前記制御部は、前記曝露部の制御において、前記紫外線が照射された前記第１材料と前記第２材料とのうちの両方を前記架橋物質に曝露させる、請求項７に記載の接合装置。
- 前記第１材料と前記第２材料とを加熱する加熱部を備え、
前記制御部は、前記第１材料と前記第２材料とを当接させた後、前記第１材料と前記第２材料とを加熱するように前記加熱部を制御する、請求項８に記載の接合装置。
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