KR20040089098A - 투명 물질의 접착 방법 및 접착된 석영 유리판과 이를이용한 장치 - Google Patents
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Abstract
단파장 자외광에 대해 투명한 물질 특히 석영 유리판 등 동종의 접착을 실온에서 간편하게 실시하고, 석영 유리 등의 고유한 단파장의 한계까지 광을 투과할 수 있는 접착 방법으로서, 알콕시드를 접착 재료로 하고, 접착 부분에 자외광을 조사함으로써, 2개의 물질을 접착한다. 석영 유리판을 횡방향으로 접착하여 대면적의 석영 유리판을 제조할 수 있다. 상기 대면적의 석영 유리판은, 광 세정 장치의 광원부와 세정실을 칸막이하는 창으로서 사용할 수 있다.
Description
투명한 물질을 접착할 때, 상기 물질을 투과하는 광의 단파장의 한계는, 사용하는 접착 재료가 투과할 수 있는 광의 단파장 한계로 제한된다. 예를 들어, 유리를 유기계 접착제를 사용하여 접착한 경우의 접착 유리의 광투과성은 유기계 접착제의 광투과성으로 제한된다. 현재 사용되고 있는 접착재의 단파장 한계는 약 350nm이다.
따라서 350nm 보다 짧은 파장의 자외광에 투과성이 필요한 경우, 예를 들어 석영 유리가 사용되는데, 한 장의 석영 유리로는 제조할 수 있는 치수에 제한이 있고, 이러한 때에 종래의 유기계 접착제를 사용하여 접착하는 것으로는, 자외광 투과성의 물질을 접착 부분에서 잃게 되는 문제가 있다.
접착 재료를 사용하지 않는 접착 방법으로서, 접착시킬 물질을 고온으로 가열하여 용융시켜 접착하는 방법이 있다. 그러나, 이 경우에는 접착 부분 물질의 굴절율의 왜곡, 평면성의 저하등에 의해 그 광학적 특성 및 기하학적 형상 특성이 열화되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 상기와 같은 현상을 감안하여, 종래보다도 단파장의 자외광을 투과할 수 있고, 간편하고 고품질의 접착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제에 관련된 선행 기술로서는 자외광 여기에 의한 알콕시드의 박막 유리화 기술이 존재한다. 예를 들어 「Applied Physics Letter, Vol. 69, No.4 (1996) p.482」, 일본 특허 공개평 10-282339호 공보, 일본 특허 공개평 10-282499호 공보에 개시되어 있다. 일본 특허 공개평 10-282339호 공보 및 일본 특허 공개평 10-282499호 공보는「Applied Physics Letter, Vol. 69, No.4 (1996) p.482」의 접착 기술의 응용 발명으로, 이들은 기판에 자외선 조사(제 1 공정)를 한 후, 그 자외선 조사를 한 부위에 접착액을 도포하고 다시 자외선 조사하여 SiO2를 합성(제 2 공정)함으로써 접착하는 것이 기재되어 있다.
이에 대해, 본 발명자는 그 후 알콕시드의 접착 기술에 관해 더욱 연구를 진행하여, 접착액 도포후의 자외선 조사만으로 접착을 할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.
또한, 일본 특허 제 2901963호에는, 이러한 알콕시드를 원료로 한 광 여기에 의한 박막 형성법의 응용예로서, TV의 브라운관 표면의 반사 방지막의 형성이나 기능성 유기물의 도핑, 광촉매의 제조, 미세 패턴막의 형성, 광 감광성 재료 등의 박막화 등에 채용할 수 있는 것이 기재되어 있다.
그러나, 이들 선행 기술은, 단파장의 자외광을 투과할 수 있고 간편하며 고품질의 접착 방법에 관한 것은 아니다.
또한, 석영 유리판을 자외광 투과창으로 사용한 광 세정 장치는 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개평 5-251415호 공보). 그러나, 기존의 석영 유리판의 크기에는 제약이 있으며, 장치의 대형화에 한계가 있다.
본 발명은 알콕시드를 접착 재료로 하고, 자외광으로 상기 알콕시드의 부분을 조사함으로써, 투명 물질을 접착하는 방법, 및 접착된 대면적 석영 유리판과 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
도 1은 유리판의 형상을 나타낸 도이다.
도 2는 광원으로부터의 자외광을 유리판에 조사하는 상태를 나타낸 도이다.
도 3a-3f는 본 발명의 유리판 접착 방법의 다른 실시형태를 나타낸 도이다.
도 4는 접착된 석영 유리판을 창으로 사용한 광 세정 장치의 실시형태를 나타낸 도이다.
도 5는 광 세정 장치의 실시예를 나타낸 도이다.
발명의 개시
본 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 노력 검토하여, 적어도 한 쪽이 자외광에 투명한 물질은, 알콕시드를 접착제로 하여 자외광을 조사하면 접착할 수 있는 것과, 그 접착 부분은 자외광에 대해 투명하다는 것을 확인하여, 자외광에 대해 투명하고 실온에서 간편하게 행할 수 있는 고품질의 접착 방법을 개발하는 데 성공하고, 더욱이 그 방법을 사용해 접착된 대면적 석영 유리판의 제조에도 성공하여, 상기 대면적 석영 유리판을 사용한 광 세정 장치를 제공하는 것도 가능하게 했다. 즉, 본 발명에 의하면 하기 발명이 제공된다.
(1) 적어도 한 쪽이 자외광에 대해 투명한 매질로 이루어진 2개의 물질 사이에 알콕시드를 존재시키고, 상기 알콕시드 부분에 자외광을 조사함으로써, 상기 2개의 물질을 접착하는 것을 특징으로 하는 투명 물질의 접착 방법.
(2) 2장 이상의 석영 유리판을 횡방향으로 SiO2로 접착하여 대면적화하며 접착부도 파장 350nm보다 단파장의 자외광에 투명한 것을 특징으로 하는 접착된 석영 유리판.
(3) 1개 또는 복수개의 엑시머 램프 혹은 저압 수은 램프를 구비하는 광원부와, 세정실과, 광원부와 세정실 사이에 자외광을 투과하기 위한 창을 구비하고, 광원부로부터 세정실에 배치한 피세정물에 자외광을 조사하여 피세정물을 세정하는 광 세정 장치에 있어서, 광원부와 세정실간의 상기 창으로 상기 (2)에 기재된 접착된 석영 유리판을 사용한 것을 특징으로 하는 광 세정 장치.
발명의 실시 형태
본 발명의 자외광 투명 물질의 접착 방법은, 접착할 두 물질 중 적어도 한 쪽이 자외광에 투명한 매질로 이루어진 물질을 접착하는 것이 목적이다. 보다 정확하게는 자외광에 투명한 매질의 접착을 행하며 접착부가 더욱더 적외광에 투명한 접착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
자외광에 투명한 매질로서는, 석영 유리가 대표적인데 이에 한정되지 않는다. 석영 유리는 160nm 정도까지의 파장의 광을 투과한다. 한편, 보통 유리는 370nm 부근까지의 파장밖에 투과성이 없어, 본 발명에서 말하는 자외광 투명 물질은 아니다. 이와 같이 자외광 투명성이 없는 물질로는 본 발명의 방법을 이용할 수 없으며, 이용하는 의미도 없다. 단, 일체의 물질 전체가 자외광 투과성의 매질로 이루어진 것이 아니라도, 접착 주변부가 자외광 투광성의 매질이면 본 발명을 적용할 수 있다는 것은 분명하다.
또한, 본 발명에서 접착하는 2개의 물질 중 적어도 하나는 자외광 투명 물질 일 필요가 있지만, 다른 하나의 물질은 자외광 투명 물질에 한정되지 않는다. 따라서, 다른 하나의 물질은 보통 유리 그 밖의 유리는 말할 것도 없고, 각종 무기 고체 유전체 물질, 금속, 반도체, 유기 물질 등의 것이어도 된다. 예를 들어, 동판, 실리콘판, 플라스틱판, 단백질 박막 등이 있다.
본 발명은, 상기와 같이 적어도 한 쪽이 자외광 투명 물질을, 알콕시드를 접착제로하여 사용하고, 또한 자외광을 조사하여 접착하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명자는, 알콕시드가 자외광을 흡수하여 분해하고, 유리 그 밖의 무기 및 유기 고체 물질과 결합을 형성하여, 1종의 접착제로서 작용하는 것, 게다가 접착을 형성한 후에는 자외광을 투과하는 성질을 갖는 것을 발견하고, 확인했다. 자외광 조사후의 알콕시드는 일반적으로는 유리화되는 것으로 생각된다.
알콕시드가 접착 작용을 나타내는 이유로서, 알콕시드로서는 특히 유리용도로는 규소 알콕시드가 유용한데, 테트라메틸옥시실란(TMOS), 테트라에틸옥시 실란(TEOS) 등의 규소 알콕시드는 자외광을 조사하면 유기기를 방출 분해하여 규소-산소 결합 부분이 각종 무기 물질 혹은 유기 물질과의 사이에서의 결합을 형성하는 것이 가능해지므로, 무기 물질 혹은 유기 물질 어느 것이라도 알콕시드로 접착하는 것이 가능해지는 것이라고 생각된다. 규소 알콕시드는 이상적으로는 유리화하여 SiO2가 되는데, 본 발명의 목적에 의하면 반드시 완전히 유리화하여 SiO2가 되지 않아도 되고, 필요한 접착 및 자외광 투과성을 얻을 수 있으면 목적은 달성된다. 또한, 지르코늄 알콕시드, 티탄 알콕시드, 이트륨 알콕시드, 게르마늄 알콕시드 등 금속 알콕시드 그 밖의 알콕시드 및 그들의 혼합물에서도 마찬가지로 반응한다. 또한 알콕시드기도 특별히 한정되는 것은 아니며, 또한 모노머 뿐만 아니라, 올리고머, 폴리머화한 것이어도 된다. 제조 조건으로서 도공성이나 분해 휘발 성분(유기기)의 크기등을 고려하여 적합한 것을 선택하면 된다.
또한 본 발명에 있어서 자외광은, 파장이 350nm 이하인 단파장의 광을 말한다. 본 발명은 260nm 보다 단파장, 더욱이 200nm 보다 단파장의 진공 자외광도 적합하게 사용된다.
본 발명에서 사용하는 자외광의 광원은 한정되지 않는데, 예를 들어, 254nm 및 185nm 부근에 파장이 있는 저압 수은 램프, 172nm 부근에 파장이 있는 엑시머 램프 등을 예시할 수 있다. 또한 언듈레이터를 포함한 방사광도 사용할 수 있다. 광원은 자외광을 포함하면 좋고, 또한 레이저 광원이어도 좋다.
자외광을 조사하는 경우, 공기중에는 자외광을 흡수하는 물질, 특히 산소가 포함되어 있으므로, 피접착 물질을 둘러싼 분위기를 질소나 희가스로 적어도 부분적으로 치환하거나 혹은 진공중에서 자외광 조사하는 것이 조사 효율면에서 바람직하다.
자외광을 조사하는 조건, 즉, 파장, 강도, 시간, 분위기, 온도 등은 적절히선택하면 되는데, 본 발명은 유리 용융 접착법과 같이 고온 가열할 필요가 없으므로, 피접착 물질을 열 손상하지 않는 것은 이점이다. 예를 들어 실온이어도 된다.
이하, 본 발명에 따라 두 물질을 접착하는 방법을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 자외광 투명 물질의 접착 방법은, 예를 들어, 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 2장의 석영 유리를 겹쳐서 합착시키는 접착에 이용할 수 있다.
실제로 2장의 자외광 투명 물질판의 주면끼리를 겹쳐서 합착하는 접착의 유용성은 분명하며, 각종 응용을 생각할 수 있다.
본 발명에 의하면, 2장 이상의 석영 유리를 횡방향으로 접착하여 보다 대면적의 석영 유리판을 제작하고, 또한 그 확대 면적 석영 유리판이 자외광 투명한 제품을 제조하는 경우에, 본 발명은 특히 유용하다는 것이 확인되었다.
예를 들어, 반도체 제조 공정에서의 광 세정(자외광 세정)의 광원 장치에 엑시머 램프가 사용되는데, 엑시머 램프는 질소 분위기중에 둘 필요가 있기 때문에, 광 취출창으로서 석영 유리판이 사용된다. 따라서, 1장의 석영 유리판의 치수가 광원의 치수를 제약하기 때문에, 본 발명에 의해 제조되는 자외광 투과성이 있는 접착을 한 석영 유리를 사용하면 치수의 제약이 없으므로, 원하는 크기의 광원 장치를 제조할 가능성을 제공한다.
더욱이, 화학 분석 등에 사용하는 직방체의 석영 유리 셀을 5장의 석영 유리판을 합착시켜 작성하거나 혹은 석영 유리의 기구를 작성하는데 본 접착 방법을 사용하는 것, 또한 광학 부품의 작성이나 렌즈의 합착등에 있어서 각 요소의 접착에본 접착 방법을 사용하는 것이 가능하다.
2장 이상의 판재를 접합(접착)하는 방법의 예를 도 2, 도 3a-3f에 나타낸다.이들 도에 있어서, 1a, 1b는 유리판, 2는 유리 적층체, 3은 접착부, 4는 접착용 소판, 6은 광원, 7은 자외광이다. 도 3a - 도 3d와 같이 각종 형상으로 2장의 유리판(1a, 1b)을 서로 붙여서, 혹은 도 3e와 같이 단부를 서로 겹쳐서, 혹은 도 3f와 같이 접착용 소판(4)을 사용하여 접합(접착)하면 된다.
기본적으로는, 두 물질의 한 쪽 혹은 양 쪽에 알콕시드액을 부착 혹은 도포하고, 상기 물질을 겹치거나 혹은 연결하여, 알콕시드를 포함한 부분에 자외광을 조사함으로써, 혹은 두 물질의 간격에 알콕시드액을 주입하고 알콕시드를 포함한 부분에 자외광을 조사함으로써, 알콕시드를 유리화시킴과 동시에 접착의 효과가 생기게 하여 두 물질을 접착시킬 수 있다(도 2 참조).
본 발명의 접착 방법으로는 미리 두 물질의 접착면에 상당하는 부분을 연마하고, 해당 표면을 평활화하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 접착 공정에 있어서, 접착성을 높이기 위해, 두 물질의 접착면에 상당하는 부분을 세정하는 공정을 갖는 것이 보다 바람직하다.
더욱이, 접착 공정에 있어서, 알콕시드를 포함한 부분에 자외광을 조사하는 공정중에, 두 물질에 양측에서 기계적 압력을 가하여, 접착성을 높이는 것이 바람직하다.
접착 공정에 있어서, 자외광을 흡수하는 공기중의 분자를 배재하고 자외광을 효율적으로 이용하기 위해, 질소 가스 혹은 희가스의 분위기중에서 자외광을 두 물질에 조사하는 것이 바람직하다.
이렇게 하여 본 발명의 접착 방법을 이용해 석영 유리를 횡방향으로 접착함으로써, 대면적의 석영 유리판을 얻을 수 있었다. 본 발명의 접착 방법을 이용하여 석영 유리판의 접착면의 전면(全面)을 SiO2로 접착함으로써, 접착된 석영 유리판의 접착 강도는 종래 예상되는 이상으로 현저히 높고, 석영 유리판끼리는 완전히 일체화되는 것이 확인되었다. 접착부의 박리를 염려할 필요 없이, 완전히 한 장의 석영 유리판으로서 사용 가능했다. 접착부를 관찰하면, 접착면의 전면에서 접착이 형성되는 것, 접착에 간격이 없는 것(적어도 접착면을 횡단하는 공극은 존재하지 않음), 접착부가 기밀한 것 등을 확인 할 수 있었다.
도 4에 이렇게 본 발명에 의해 제공되는 접착된 대면적 석영 유리판(11)을 자외광 광원(12)의 창으로 사용하는 자외광 광원 장치의 일례를 나타낸다. 도 4의 자외광 광원 장치(10)는 광 세정 장치의 실시 형태이며, 용기(13)내에 세정되어야 할 물체(14)를 배치하고, 필요하면 이동 가능하게 배치하고, 자외광 광원(12)으로부터 자외광(15)을 대면적 석영 유리판(11)의 창을 통해 세정되어야 할 물체(14)에 조사함으로써, 물체(14)를 광 세정하는 것이다. 본 발명의 광 세정 장치는, 석영 유리판이 접착되어 대면적화되기 때문에, 창(11)을 대형화할 수 있고, 따라서 한번에 광 세정할 수 있는 물체의 크기의 제약이 실질적으로 없어져 현저히 크게 할 수 있으므로, 광 세정의 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명하는데, 이하의 실시예는, 본 발명의 바람직한 설명의 일례에 지나지 않으며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 1에 나타낸 바와 같이, 두께 1mm, 한 변이 2mm인 정사각형의 석영 유리판을 2장(1a, 1b) 준비하고, 각 석영 유리판의 한 면에 알콕시드인 테트라메틸옥시실란(TMOS)[성분은 TMOS 모노머 91.8%, TMOS 올리고머 3.4%, 물·메탄올 4.8%]을 한방울 떨어뜨리고, TMOS로 젖은 석영 유리의 면끼리를 서로 겹친 후, 상기 2장의 석영 유리판(2)에, 도 2에 나타낸 바와 같이, 크세논 엑시머 램프(6)로부터의 파장 172nm에 피크를 갖는 자외광(7)을 60분간 조사했다. 이 때의 크세논 엑시머 램프(6)와 석영 유리판(2)과의 거리는 2mm였다.
그 결과, 2장의 석영 유리판(2)은 강고히 접착되었다. 접착된 2장의 석영 유리판(2)의 자외 영역의 흡수 스펙트럼을 측정했더니, 파장 160nm부터 단파장 영역에서 흡수를 나타냈다. 이는 석영 유리 고유의 흡수이며, 이로 인해 접착 석영 유리(2)는 160nm 까지 자외광을 투과하는 것이 증명되었다.
(실시예 2)
크기가 50mm×20mm, 두께 4mm인 2장의 석영 유리판의 측면(50mm×4mm의 면)을 연마하여 표면을 평활하게 한 후, 실시예 1과 같은 TMOS를 연마면의 전면에 도포한 후, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 연마면끼리를 접착했다.
얻어진 석영 유리판의 접착면은 실시예 1과 마찬가지로 160nm까지의 자외광을 투과했다.
얻어진 석영 유리판의 접착면을 육안으로 관찰하면, 각도에 따라 부분적으로 반사가 보여지고, 접착되어 있지 않은 부분이 존재하는 것이 인정되는데, 그 비접착 부분은 미비하며, 접착면을 횡단하는 틈은 존재하지 않는 것이 확인되었다.
헬륨 가스를 사용한 리크 검출 장치로 접합부의 기밀성을 조사하니, 접착 길이 1cm 당 헬륨 가스의 리크량은 검출 한계(6×10-11Pa·m3/s)이하로, 완전한 기밀상태로 간주할 수 있었다.
내열성에 관해서는, 1000℃ 이상의 분위기에서도 접착면에 아무런 변화는 없고, 분리됨도 없이 접착을 유지했다.
(실시예 3)
도 5에 나타낸 바와 같이, 광 세정 장치(22)는 광원부(23), 세정실(24) 및 이 두 공간을 칸막이하는 크기가 약 150mm×150mm, 두께 4mm의 접착된 석영 유리의 창(25)으로 구성되었다. 광원부(23)에는 질소 가스를 정상적으로 약 25L/s의 유량으로 흐르게 하고, 엑시머 램프는 질소 가스의 분위기에 두었다. 석영 유리의 창(25)은 거의 동일한 크기의 2장의 석영 유리판이 실시예 2와 동일한 방법에 의해 접착된 것이다. 세정실(24)은 질소 가스를 정상적으로 흐르게 하고, 질소 가스의 분위기(27)로 할 수도 있다. 피세정물(28)은, 석영 유리의 창(25)으로부터 거리를 조정할 수 있는 가대(29) 위에 놓여, 적절한 위치로 조정되었다. 세정실(24)이 대기중에 있을 때에는, 석영 유리의 창(25)으로부터의 거리는 1~3mm로 설정되었다. 석영 유리의 창(25)의 바로 아래에서의 파장 172nm의 자외선의 방사 조도는 약 10mW/cm2였다. 피세정물이 석영 유리인 경우, 광 세정을 위한 조사 시간은 1~10분에서 충분한 세정 효과를 발휘했다.
본 발명에 의하면, 단파장의 자외광에 대해 투명한 물질을 실온에서 접착하고, 자외광을 투과시키는 것이 가능해진다. 이러한 접착 방법은, 예를 들어 석영 유리판의 횡방향의 접착에 이용하여 대면적의 석영 유리판을 제조하는 데 이용할 수 있다. 이러한 대면적의 석영 유리판은 광 세정 장치의 광원부와 세정실을 칸막이하는 창으로서 이용할 수 있다.
Claims (3)
- 적어도 한 쪽이 자외광에 대해 투명한 매질로 이루어진 2개의 물질 사이에 알콕시드를 존재시키고, 상기 알콕시드 부분에 자외광을 조사함으로써, 상기 2개의 물질을 접착하는 것을 특징으로 하는 투명 물질의 접착 방법.
- 2장 이상의 석영 유리판을 횡방향으로 SiO2로 접착하여 대면적화하며 접착부도 파장 350nm보다 단파장의 자외광에 투명한 것을 특징으로 하는 접착된 석영 유리판.
- 1개 또는 복수개의 엑시머 램프 혹은 저압 수은 램프를 구비하는 광원부와, 세정실과, 광원부와 세정실 사이에 자외광을 투과하기 위한 창을 구비하고, 광원부로부터 세정실에 배치한 피세정물에 자외광을 조사하여 피세정물을 세정하는 광 세정 장치에 있어서, 광원부와 세정실간의 상기 창으로서 청구항 2에 기재된 접착된 석영 유리판을 사용한 것을 특징으로 하는 광 세정 장치.
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