JP3429752B2 - 透明物質の接合方法並びに接合された石英ガラス板及びそれを用いた装置 - Google Patents
透明物質の接合方法並びに接合された石英ガラス板及びそれを用いた装置Info
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Description
材料とし、紫外光で当該アルコキシドの部分を照射する
ことにより、透明物質を接合する方法に係る。
当該物質を透過する光の短波長の限界は、使用する接着
材料の透過できる光の短波長限界で制限される。例え
ば、ガラスを有機系接着剤を用いて接着した場合の接着
ガラスの光透過性は有機系接着剤の光透過性で制限され
る。現在使用されている接着材の短波長限界はおおよそ
350nmである。そのため350nmより短い波長である
紫外光に透過性が必要な場合、例えば、石英ガラスが使
用されるが、一枚の石英ガラスでは製造できる寸法に制
限があり、そのようなときに従来の有機系接着剤を用い
て接着したのでは、せっかくの紫外光透過性の特質が接
着部分で失われるという問題がある。
させる物質を高温に加熱し溶融させ接着する方法があ
る。しかし、この場合には接着部分の物質の屈折率の歪
み、平面性の低下等によりその光学的及び幾何学的形状
特性が劣化する問題がある。
来技術の上記のような現状に鑑みて、従来よりも短波長
の紫外光を透過でき、簡便で、高品質の接着、接合方法
を提供することを目的とする。
光励起によるアルコキシドの薄膜ガラス化技術が存在す
る。例えば「Applied Physics Let
ter,Vol.69,No.4(1996)p.48
2」に開示されている。これによれば、アルコキシドを
シリコンウェハーに塗布して紫外光を照射するとその表
面に石英ガラス(シリカガラス)の薄膜層が形成される
ことが記載され、このアルコキシドを塗布する前におい
て紫外光をシリコンウェハー上に照射することも開示さ
れている。
ようなアルコキシドを原料にした光励起による薄膜形成
法の応用例として、テレビのブラン管表面の反射防止膜
の形成や機能性有機物のドーピング、光触媒の製造、微
細パターン膜の形成、光感光性材料等の薄膜化などに採
用出来ることが記載されている。しかし、これらの先行
技術は、短波長の紫外光を透過でき、簡便で、高品質の
接着、接合方法に関するものではない。
達成するために鋭意努力検討し、少なくとも1方が紫外
光に透明な物質はアルコキシドを接着剤としかつ特定の
条件で紫外光を照射すれば接着できること、しかもその
接着部分は紫外光に対して透明であることを確認して、
紫外光に対し透明で且つ室温で簡便に行える高品質の接
着、接合方法を開発することに成功したものである。こ
うして、本発明によれば下記発明が提供される。
透明な媒質からなる2つの物質の間にアルコキシドを存
在させ、当該2物質の間隙のむらが少なくなり密着性が
よくなるように外側から機械的圧力を加え、紫外光の吸
収を防止するために窒素ガスまたは不活性ガス雰囲気を
用い、かつ当該アルコキシド部分に200nmより短波
長の紫外光を照射することにより、当該2物質を接合す
ることを特徴とする透明物質の接合方法。
に上記(1)に記載の接合方法で接合して大面積化され
ておりかつ接合部も波長350nmより短波長の紫外光
に透明であることを特徴とする接合された石英ガラス
板。
いは低圧水銀灯を具備する光源部と、これらの光源から
洗浄室に配置した被洗浄物に紫外光を照射して被洗浄物
を洗浄する光洗浄装置において、上記(2)に記載の接
合された石英ガラス板を光源部と洗浄室の間の窓に用い
たことを特徴とする光洗浄装置。
法は、接合する2物質のうち少なくとも1方が紫外光に
透明な媒質からなる物質を接合することが目的である。
より正確には紫外光に透明な媒質の接合を行いかつ接合
部がなおも紫外光に透明である接合方法を提供すること
を目的とするものである。
が代表的であるがこれに限定されない。石英ガラスは1
60nm程度までの波長の光を透過する。なお、普通ガ
ラスは370nm付近までの波長しか透過性がなく、本
発明でいう紫外光透明物質ではない。このように紫外光
透明性がない物質では本発明の方法を利用できないし、
利用する意味もない。ただし、一体の物質全体が紫外光
透過性の媒質からなるものでなくても、接合部が紫外光
透過性の媒質であれば本発明を適用できることは明らか
である。
くとも1方は紫外光透明である必要があるが、もう1方
の物質は紫外光透明物質に限定されない。従って、もう
1方の物質は普通ガラスその他のガラスはいうまでもな
く、各種の無機固体誘電体物質、金属、半導体、有機物
質などのいずれでもよい。例えば、銅版、シリコン板、
プラスチック板、たんぱく質薄膜などである。
紫外光透明の物質をアルコキシドを接合剤として用い、
かつ紫外光を照射して接合することを特徴とするもので
ある。なお、本発明において接合は接着を含む概念とし
て用いている。本発明者は、アルコキシドが紫外光を吸
収して分解し、ガラスその他の無機および有機固体物質
と結合を形成して、1種の接着剤(接合剤)として作用
すること、しかも接合を形成した後では紫外光を透過す
る性質を有することを見出し、確認した。紫外光照射後
のアルコキシドは一般的にはガラス化しているものと考
えられる。
いが、アルコキシドが接合作用を示す理由としては、ア
ルコキシドとしては特にガラス用途ではケイ素アルコキ
シドが有用であるが、テトラメチルオキシシラン(TM
OS)、テトラエチルオキシシラン(TEOS)などの
ケイ素アルコキシドは紫外光を照射すると有機基を放出
して分解してケイ素−酸素結合部分が各種の無機物質あ
るいは有機物質との間での結合を形成することが可能に
されるので、無機物質あるいは有機物質のいずれでもア
ルコキシドで接合することが可能になるものと考えられ
る。ケイ素アルコキシドは理想的にはガラス化してSi
O2になるが、本発明の目的からは必ずしも完全にガラ
ス化してSiO2にならなくてもよく、必要な接合およ
び紫外光透過性が得られれば目的は達成される。また上
記ではケイ素アルコキシドについて説明したが、その他
のアルコキシドであるジルコニウムアルコキシド、チタ
ンアルコキシド、イットリウムアルコキシド、ゲルマニ
ウムアルコキシドなど金属アルコキシドその他のアルコ
キシドおよびそれらの混合物でも同様に反応することは
明らかであり、実験的にも確認している。またアルコキ
シド基も特に限定されず、またモノマーのみならず、オ
リゴマー、ポリマー化したものでもよい。製造条件とし
て塗工性や分解揮発成分(有機基)の大きさなどが考慮
されて好適なものを選択すればよい。
の他の方法で存在させてもよいが、アルコールや水など
の溶剤を加えて溶液にしたものを適用してもよい。特に
少量の水あるいはさらに触媒物質を存在させることによ
り加水分解等の反応が促進される効果が奏されるので好
ましい。
より短波長の真空紫外光が好適に用いられる。本発明で
用いる紫外光の光源は限定されないが、例えば、低圧水
銀灯、172nm付近に波長があるエキシマランプなど
を例示することができる。またアンジュレータを含む放
射光も使用できる。光源は紫外光を含んでいればよく、
またレーザー光源でもよい。
を吸収する物質、特に酸素が含まれているので、被接合
物質を囲む雰囲気を窒素や稀ガスで少なくとも部分的に
置換してあるいは真空中で紫外光照射することが照射効
率の点から好ましい。紫外光を照射する条件、すなわ
ち、波長、強度、時間、雰囲気、温度などは適宜選択す
ればよいが、本発明はガラス溶融接合法のように高温加
熱する必要がないので、被接合物質を熱損傷しないこと
は利点である。例えば、室温でもよい。
を図面を参照してより具体的に説明する。本発明の紫外
光透明物質の接合方法は、例えば、図1,2に示す如
く、2枚の石英ガラスを重ねて貼り合わせる接着にも利
用でき、実際に2枚の紫外光透明物質の板の主面どうし
を重ねて貼り合わす接着の有用性は明らかであり、各種
の応用が考えられる。2枚以上の石英ガラスを横方向に
接合してより大面積の石英ガラス板を製作し、かつその
拡大面積石英ガラス板が紫外光透明であるような製品を
製造する場合にも、本発明は特に有用であると考えられ
る。例えば、半導体製造工程での光洗浄(紫外光洗浄)
の光源装置にエキシマランプが用いられているが、エキ
シマランプは窒素雰囲気中に置く必要があるため、光取
出し窓に石英ガラスが用いられている。従って、1枚の
石英ガラスの寸法が光源の寸法を制約しているので、本
発明によって製造される紫外光透過性のある接合をした
石英ガラスを用いれば寸法の制約がないので、所望の大
きさの光源装置を製造する可能性を提供する。このよう
に2枚以上の板材を接合する方法の例を図2、図3、図
4に示す。これらの図において、1a,1bはガラス
板、2はガラス積層体、3は接合部、4は接合用小板、
6は光源、7は紫外光である。図3、4の(a)(b)
(c)(d)の如く各種の形状で2枚のガラス板1a,
1bをつき合わせ、あるいは(e)の如く端部を重ね合
わせ、あるいは(f)の如く接合用小板4を用いて接合
すればよい。
アルコキシド液を付着あるいは塗布し、当該物質を重ね
合わせあるいはつなぎ合わせ、アルコキシドを含む部分
に紫外光を照射することにより、あるいは2物質の間隙
にアルコキシド液を注入しアルコキシドを含む部分に紫
外光を照射することにより、アルコキシドをガラス化さ
せるとともに接着の効果を生じさせ、2物質を接合(接
着)させることができる。(図2参照)
し、当該表面を平滑化する工程を有することが好まし
い。
高めるために、2物質の接着面に相当する部分を洗浄す
る工程を有することがより好ましい。
て、紫外光を吸収する空気中の分子を排除し紫外光を効
率良く利用するために、窒素ガスあるいは不活性ガスの
雰囲気中で紫外光を2物質に照射する。図5を参照する
と、ガラス板積層体2を光源6と共に雰囲気室8に入
れ、室内の雰囲気9を窒素ガスや不活性ガスで置換して
紫外光7を照射することが好ましい。
アルコキシドを含む部分に紫外光を照射する工程中に、
2物質に両側から機械的圧力を加えて、接着性を高め
る。
英ガラス板を2枚1a,1b用意し、各石英ガラス板の
一つの面にアルコキシドであるテトラメチルオキシシラ
ン(TMOS)[成分はTMOSモノマー91.8%、
TMOSオリゴマー3.4%、水・メタノール4.8
%]を1滴たらし、TMOSで濡れた石英ガラスの面同
士を重ね合わせた後、この2枚の石英ガラス板2に、図
2に示すように、キセノンエキシマーランプ6からの波
長172nmにピークを持つ紫外光7を60分間照射し
た。この時のキセノンエキシマーランプ6と石英ガラス
板2との距離は2cmであった。
接着された。接着した2枚の石英ガラス板2の紫外領域
の吸収スペクトルを測定したところ、波長160nmから
短波長領域で吸収を示した。これは石英ガラス固有の吸
収であり、このことから接着石英ガラス2は160nmま
で紫外光を透過していることが証明された。
工程を行なう前に、石英ガラスの接着に相当する部分を
予め光学研磨し、平滑化を行なった。具体的には10μ
m四方の面積における平均の凹凸は最大−最小で35nm
のレベルまで研磨を行なった。その結果、例1のときよ
りも2枚の石英ガラス2の間隙は狭まり、接着性が格段
に向上した。
にTMOSをたらす工程の前に、接着する部分を予め溶
剤あるいは洗剤で洗浄、あるいは超音波洗浄、あるいは
これら総ての洗浄を行なった。これらの洗浄により、2
枚の石英ガラス板2は接着し、例1にくらべ接着が格段
に向上した。
る工程において、紫外光を吸収する空気中の酸素分子を
排除するため、図5に示すように、キセノンエキシマー
ランプ6と石英ガラス板2を密閉容器8の中に収め、窒
素ガスを充満させ、あるいは窒素ガスを定常的に流しな
がら、窒素ガス雰囲気中9で紫外光を石英ガラス板2に
20分間照射した。例1と比べ、照射時間が明らかに短
縮された。
含む部分に紫外光を照射する工程中に、重ね合わせた2
枚の石英ガラス板2の中央の一部を上下から押し付ける
道具を用い、機械的圧力を加えた。その結果、2枚の石
英ガラス板2の間隙のむらが少なくなり、密着性が良く
なった。
の一方を、紫外光に対して透明でない銅板、シリコン
板、アクリル板、あるいはプラスチック板に代え、接着
を行なった。紫外光の照射は当然のことながら石英板側
から行なった。その結果、いずれの組み合わせに対して
も確実に接着していることを確認できた。
2枚のガラスを重ね合わせる場合に限定されず、例え
ば、図3、図4の(a),(b),(c),(d)に示
すように、ガラス板の縁部に互いに適合する形状を施し
て、それらを突き合わせることで一体化した平板を形成
すること、またガラス板の縁部同士を突き合わせる構造
に限定されることなく、(e)に示すようにガラス板同
士を重ね合わせる構造や、(f)に示すようにガラス板
に対して他の接合用小板を用いる構造も可能であること
も確認される。さらに、化学分析などに用いる直方体の
石英ガラスセルを5枚の石英ガラス板を貼り合わせて作
成したりあるいは石英ガラスの器具を作成することに本
接合方法を用いること、また光学部品の作成やレンズの
貼り合わせ等において各要素の接着に本接合方法を用い
ることが可能であることも確認される。
て透明な物質を、室温で接合し、しかも紫外光を透過さ
せることが可能にされる。
態を示す図。
す図。
す図。
の光を石英ガラス板に照射している状態を示す図。
体 3…接合部 4…接合用小板 6…光源 7…紫外光 8…雰囲気室 9…ガス雰囲気
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも1方が紫外光に対して透明な
媒質からなる2つの物質の間にアルコキシドを存在さ
せ、当該2物質の間隙のむらが少なくなり密着性がよく
なるように外側から機械的圧力を加え、紫外光の吸収を
防止するために窒素ガスまたは不活性ガス雰囲気を用
い、かつ当該アルコキシド部分に200nmより短波長
の紫外光を照射することにより、当該2物質を接合する
ことを特徴とする透明物質の接合方法。 - 【請求項2】 2枚以上の石英ガラス板を横方向に請求
項1に記載の接合方法で接合して大面積化されておりか
つ接合部も波長350nmより短波長の紫外光に透明で
あることを特徴とする接合された石英ガラス板。 - 【請求項3】 1個又は複数のエキシマランプあるいは
低圧水銀灯を具備する光源部と、これらの光源から洗浄
室に配置した被洗浄物に紫外光を照射して被洗浄物を洗
浄する光洗浄装置において、請求項2に記載の接合され
た石英ガラス板を光源部と洗浄室の間の窓に用いたこと
を特徴とする光洗浄装置。
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