WO2016186200A1 - ワークの貼り合わせ方法および光照射装置 - Google Patents

ワークの貼り合わせ方法および光照射装置 Download PDF

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WO2016186200A1
WO2016186200A1 PCT/JP2016/064999 JP2016064999W WO2016186200A1 WO 2016186200 A1 WO2016186200 A1 WO 2016186200A1 JP 2016064999 W JP2016064999 W JP 2016064999W WO 2016186200 A1 WO2016186200 A1 WO 2016186200A1
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WO
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workpiece
bonding
work
ultraviolet
holding mechanism
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PCT/JP2016/064999
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Inventor
真 和佐本
史敏 竹元
鈴木　信二
Original Assignee
ウシオ電機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/16—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a method for bonding three workpieces and a light irradiation apparatus for bonding workpieces.
  • active oxygen is generated on the surface of the PDMS substrate W1.
  • the surface of the PDMS substrate W1 is oxidized. That is, as shown in FIG. 6B, the methyl group related to the organosiloxy group is eliminated, and the active oxygen is bonded to the silicon atom to which the methyl group is bonded. Since moisture exists in the atmosphere, the generated active oxygen and hydrogen are combined, and as shown in FIG. 6C, the surface of the PDMS substrate W1 has silicon atoms with hydroxy groups (OH groups). Are combined.
  • Such a method of laminating workpieces using ultraviolet rays is considered to be used when manufacturing a microreactor used for separating, synthesizing, extracting or analyzing a trace amount of reagent in the biochemical field, for example. ing.
  • This microreactor is composed of a microchip in which a microscale analysis channel or the like is formed on a small substrate made of, for example, silicon, silicone resin or glass by a semiconductor microfabrication technique.
  • a microchip typically has a structure in which a pair of substrates are bonded to face each other, and has a fine flow path (for example, a width of 10 to several hundred ⁇ m and a depth of 10 to 10 mm) on the surface of at least one substrate. About several hundred ⁇ m).
  • the substrate include a resin substrate such as a cycloolefin polymer (Cyclo Olefin Polymer: COP), a glass substrate, and the like.
  • a microchip having the structure shown in FIG. 7 is manufactured by a conventional method of bonding workpieces using ultraviolet rays.
  • This microchip 80 has a structure in which a second substrate 83 and a third substrate 86 are laminated and integrated on both surfaces of a first substrate 81, and a flow path is constructed in a three-dimensional direction. Is.
  • the first substrate 81 has a long hole (hereinafter referred to as “through long hole”) 82 penetrating in the thickness direction forming the flow path Pb.
  • through long hole a linearly extending groove 84 that forms the flow path Pa is formed on the lower surface joined to the upper surface of the first substrate 81.
  • the groove 84 is formed so as to extend in a direction orthogonal to the direction in which the through long hole 82 extends in the first substrate 81, and one end thereof is continuous with one end of the through long hole 82.
  • a through-hole 85 extending in the thickness direction is formed at the other end of the groove 84 so as to open an inlet 85a through which a sample such as a reagent flows.
  • the third substrate 86 has a linearly extending groove 87 that forms the flow path Pc on the upper surface joined to the lower surface of the first substrate 81.
  • the groove 87 is formed to extend in a direction orthogonal to the direction in which the through long hole 82 extends in the first substrate 81, and the other end is continuous with the other end of the through long hole 82.
  • a through-hole 88 extending in the thickness direction is formed at one end of the groove 87 so as to open an outlet 88a through which a sample such as a reagent flows out.
  • the sample flowing in from the inflow port 85a passes through the flow path Pa, the flow path Pb, and the flow path Pc and is discharged to the outside from the outflow port 88a.
  • Analysis 1 for the sample flowing through the sample and analysis 2 for the sample flowing through the flow path Pc are performed. That is, two types of analysis can be performed with one microchip.
  • the following methods can be considered. That is, first, as shown in FIG. 8A, ultraviolet light emitted from the ultraviolet light source 90 is irradiated onto the bonding surface 81 a on one surface of the first substrate 81 and the bonding surface 86 a on the third substrate 86. .
  • the ultraviolet light source 90 for example, a xenon excimer lamp having an emission line at a wavelength of 172 nm can be used.
  • the first substrate 81 and the third substrate 86 are laminated so that the bonding surfaces 81a and 86a irradiated with ultraviolet rays are in close contact with each other.
  • the first substrate 81 and the third substrate 86 are bonded together by performing the following bonding process as appropriate.
  • the bonding process for example, (a) a process of pressing in a thickness direction for a predetermined time in a state where two substrates are stacked, (b) a process of heating for a predetermined time in a state where two substrates are stacked, (C) A process of pressing in the thickness direction for a predetermined time in a state where two substrates are stacked and then heating for a predetermined time, or (d) a thickness for a predetermined time in a state where two substrates are stacked The process etc. which pressurize while pressing in the direction are mentioned.
  • the “predetermined time” is a time until sufficient joining is achieved.
  • the mating surface 83a is irradiated with ultraviolet rays emitted from the ultraviolet light source 90.
  • the laminated substrate L and the second substrate 83 are laminated so that the bonding surfaces 81b and 83a irradiated with the ultraviolet rays are in close contact with each other, and the above-described bonding process is performed.
  • the three substrates 81, 83, and 86 are bonded together by appropriately performing as necessary.
  • the bonding process of the first substrate 81 and the third substrate 86 and the bonding process of the laminated substrate L and the second substrate 83 by the two substrates 81 and 86 are performed twice. Therefore, the throughput is not good.
  • the first substrate 81, the second substrate 83, and the third substrate 86 are laminated so that the respective bonding surfaces irradiated with ultraviolet rays are in close contact with each other.
  • the three substrates 81, 83, and 86 are bonded by appropriately performing the bonding process as necessary.
  • An object of the present invention is to provide a method for bonding workpieces and a light irradiation device used in the bonding method.
  • the method of laminating a workpiece of the present invention is a method of laminating a second workpiece and a third workpiece on each of both surfaces of the first workpiece,
  • the first work is made of an ultraviolet transparent material,
  • the first work, the second work, and the third work have a bonding step of laminating and bonding so that the respective bonding surfaces irradiated with ultraviolet rays are in close contact with each other.
  • the ultraviolet irradiation treatment for the first workpiece is performed in a state where the first workpiece is held such that each of the bonding surfaces on both surfaces of the first workpiece is exposed to an oxygen-containing atmosphere.
  • the light irradiation device of the present invention is a light irradiation device for workpiece bonding in which a second workpiece and a third workpiece are bonded to each of both surfaces of a first workpiece, An ultraviolet light source, A first work holding mechanism for holding a first work made of an ultraviolet light transmissive material so that any one bonding surface of the first work faces the ultraviolet light source; A second workpiece holding mechanism for holding the second workpiece so that the bonding surface of the second workpiece faces the ultraviolet light source; A third work holding mechanism that holds the third work so that the bonding surface of the third work faces the ultraviolet light source; The first work holding mechanism is configured to hold the first work in a state where each of the bonding surfaces on both surfaces of the first work is exposed to an oxygen-containing atmosphere.
  • the ultraviolet light source is composed of a bar-shaped ultraviolet irradiation lamp elongated in one direction,
  • the first work holding mechanism, the second work holding mechanism, and the third work holding mechanism are arranged in the one direction;
  • the first workpiece, the second workpiece, and the third workpiece in which the ultraviolet rays from the ultraviolet irradiation lamp are held by the first workpiece holding mechanism, the second workpiece holding mechanism, and the third workpiece holding mechanism, respectively. It is preferable that each of these is irradiated simultaneously.
  • the ultraviolet irradiation treatment for the first workpiece made of the ultraviolet transmissive material is performed in a state where each of the bonding surfaces on both surfaces of the first workpiece is exposed to an oxygen-containing atmosphere. Is called.
  • the bonding surfaces on both surfaces of the first workpiece can be brought into a state suitable for bonding at the same time by one ultraviolet irradiation by one ultraviolet light source, and the bonding process can be performed at a time. . Therefore, it is possible to efficiently bond the three workpieces while obtaining a desired bonded state without complicating and increasing the size of the structure of the light irradiation device.
  • the first workpiece made of the ultraviolet light transmissive material is exposed to the oxygen-containing atmosphere on the both surfaces of the first workpiece by the first workpiece holding mechanism.
  • the ultraviolet irradiation process by the above-described method for bonding the workpieces can be performed reliably.
  • first work holding mechanism, the second work holding mechanism, and the third work holding mechanism are arranged in the longitudinal direction of the ultraviolet irradiation lamp constituting the ultraviolet light source.
  • the processing of the bonding surfaces of all three workpieces can be carried out simultaneously and the processing efficiency can be further improved.
  • FIG. 2A is a plan view schematically showing a configuration of an example of a microchip
  • FIG. 2A is a plan view schematically showing a configuration of an example of a microchip
  • FIG. 2A is explanatory drawing which shows an example of the pasting method of the three workpiece
  • the workpiece bonding method of the present invention is a method of bonding, for example, three plate-shaped workpieces, and is a method of bonding a second workpiece and a third workpiece to each of both surfaces of the first workpiece.
  • the first work is made of an ultraviolet light transmissive material such as glass and sapphire.
  • the second workpiece and the third workpiece are made of a material selected from the group consisting of synthetic resin, glass, silicon wafer, crystal and sapphire, for example.
  • a synthetic resin constituting the workpiece a silicone resin such as polydimethylsiloxane, a cycloolefin resin, an acrylic resin, or the like can be used.
  • quartz glass, sapphire glass, alkali glass, borosilicate glass, or the like can be used.
  • the workpiece bonding method of the present invention includes an ultraviolet irradiation step of irradiating the bonding surface of each of the first workpiece, the second workpiece, and the third workpiece with ultraviolet rays, the first workpiece, the second workpiece, and A bonding step of laminating and bonding the third workpiece such that the respective bonding surfaces irradiated with ultraviolet rays are in close contact with each other.
  • ultraviolet light (vacuum ultraviolet light) having a wavelength of 200 nm or less is irradiated onto the bonding surface of the workpiece.
  • an excimer lamp such as a xenon excimer lamp having an emission line at a wavelength of 172 nm, a low-pressure mercury lamp having an emission line at a wavelength of 185 nm, or a deuterium lamp having an emission line at a wavelength of 120 to 200 nm can be preferably used.
  • the illuminance of the vacuum ultraviolet rays applied to the workpiece bonding surface is, for example, 10 to 100 mW / cm 2 .
  • work is suitably set according to the material which comprises a workpiece
  • the ultraviolet irradiation treatment for the first workpiece is performed in a state where the first workpiece is held so that each of the bonding surfaces on both surfaces of the first workpiece is exposed to the oxygen-containing atmosphere.
  • the first work is made of an ultraviolet light transmissive material
  • the ultraviolet light applied to one bonding surface of the first work passes through the first work. Therefore, since each of the bonding surfaces on both surfaces of the first workpiece is exposed to the oxygen-containing atmosphere, active oxygen is generated on the bonding surfaces on both surfaces of the first workpiece, and the action of the active oxygen causes It becomes a state suitable for joining. That is, the surface ends are substituted with hydroxy groups (OH groups).
  • the ultraviolet irradiation treatment for the second workpiece and the ultraviolet irradiation treatment for the third workpiece hold the workpiece so that the bonding surface of the second workpiece and the bonding surface of the third workpiece are exposed to the oxygen-containing atmosphere. Perform in the state.
  • the bonded surface in each workpiece is in a state suitable for bonding, that is, a state where the surface end is substituted with a hydroxy group (OH group).
  • each of the first workpieces irradiated with ultraviolet rays is in close contact with the bonding surface of the first workpiece and the bonding surface of the second workpiece, and each of the first workpieces irradiated with ultraviolet rays.
  • the first work piece, the second work piece, and the third work piece are joined together in a state where the other bonding face and the bonding face of the third work piece are in close contact with each other.
  • the following joining process is suitably performed as needed in the state which laminated
  • Specific conditions in the joining process are appropriately set within a range in which the workpiece does not deform according to the material constituting the workpiece.
  • the heating temperature is 50 to 110 ° C.
  • the heating temperature is 100 to 300 ° C.
  • the heating time is, for example, 1 to 10 minutes.
  • specific pressing conditions when the second work and the third work are made of synthetic resin, the applied pressure is 0.2 to 10 MPa. Further, when all of the three workpieces are made of glass or sapphire, the applied pressure is 0.1 to 2 MPa.
  • the pressurizing time is, for example, 60 to 300 seconds.
  • FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration in an example of a light irradiation apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the configuration of the first workpiece holding mechanism in the light irradiation apparatus shown in FIG.
  • This light irradiation apparatus includes an ultraviolet light source 40 and a processing stage 50 disposed at a position facing the ultraviolet light source 40.
  • the ultraviolet light source 40 is composed of, for example, a rod-shaped ultraviolet irradiation lamp (for example, a xenon excimer lamp) 41 that is long in one direction.
  • the ultraviolet irradiation lamp 41 is housed and disposed in a lamp house 45 that opens downward so that the center axis of the lamp extends in the horizontal direction.
  • the opening of the lamp house 45 is closed by a window plate member 46 made of, for example, synthetic quartz glass, thereby forming a light transmission window.
  • the internal space of the lamp house 45 is maintained in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, for example.
  • a recess 51 is formed in the processing stage 50 at a substantially central position in the longitudinal direction of the ultraviolet irradiation lamp 41, and the second workpiece holding stage 53 constituting the second workpiece holding mechanism 52 is placed on one side of the recess 51. And a third work holding stage 56 constituting the third work holding mechanism 55 is provided on the other side of the recess 51.
  • the second workpiece holding stage 53 and the third workpiece holding stage 56 have flat workpiece holding surfaces 53a and 56a, respectively.
  • the second workpiece holding stage 53 is arranged so that the flat plate-like second workpiece 20 faces the ultraviolet irradiation lamp 41 in a state where the bonding surface 20a on one surface of the second workpiece 20 is exposed to the oxygen-containing atmosphere.
  • the third work holding stage 56 is arranged so that the flat plate-like third work 30 faces the ultraviolet irradiation lamp 41 in a state where the bonding surface 30a on one surface of the third work 30 is exposed to the oxygen-containing atmosphere. Hold in a posture that extends to
  • the first work holding mechanism 60 is disposed in the recess 51 in the processing stage 50. Therefore, in this example, the first work holding mechanism 60, the second work holding mechanism 52, and the third work holding mechanism 55 are The ultraviolet irradiation lamps 41 are arranged in the longitudinal direction (one direction). As described above, in the first workpiece 10 having the bonding surfaces on both sides, the first workpiece 10 is held by the first workpiece holding mechanism 60 in order to make each of the bonding surfaces suitable for bonding. In this state, it is necessary that air (oxygen) be sufficiently present on the other surface side of the first workpiece 10 whose one surface faces the ultraviolet light source 40.
  • the first work holding mechanism 60 in this example is configured by a plurality of needle-like holding members 61 that hold one surface of the other surface of the first work 10 facing the ultraviolet irradiation lamp 41 substantially in point contact. .
  • the flat plate-like first work 10 is in a posture that extends horizontally facing the ultraviolet irradiation lamp 41 in a state where the one-side bonded surface 10a is exposed to the oxygen-containing atmosphere. Retained.
  • tip part of the needle-shaped holding member 61 is negligible, the substantially whole surface of the other surface side bonding surface 10b of the 1st workpiece
  • the number of needle-like holding members 61 constituting the first workpiece holding mechanism 60 is not particularly limited, but the first workpiece 10 can be held in an appropriate posture as long as it is at least three. .
  • the size D is a substantially constant size.
  • the size D of the separation distance is preferably 1 to 4 mm, for example.
  • the ultraviolet irradiation treatment for the first workpiece 10 made of the ultraviolet transmissive material is performed by the one-surface-side bonding surface 10a and the other-surface-side bonding surface of the first workpiece 10.
  • Each of 10b is performed in the state exposed to the oxygen-containing atmosphere.
  • transmits the 1st workpiece
  • work 10 and not only the 1st surface side bonding surface 10a in the 1st workpiece
  • work 10 can be made into the state suitable for joining simultaneously by the one ultraviolet irradiation process by the one ultraviolet light source 40.
  • FIG. As a result, the bonding process of laminating and joining the second workpiece 20 and the third workpiece 30 to both surfaces of the first workpiece 10 can be performed at a time. Therefore, the three workpieces 10, 20, and 30 can be bonded together efficiently while obtaining the desired joining state without complicating and increasing the size of the structure of the light irradiation device.
  • the first work holding mechanism 60, the second work holding mechanism 52, and the third work holding mechanism 55 are arranged in the longitudinal direction of the ultraviolet irradiation lamp 41 constituting the ultraviolet light source 40, a common one is obtained.
  • the ultraviolet irradiation lamp 41 With the ultraviolet irradiation lamp 41, the processing of the bonding surfaces 10a, 10b, 20a, and 30a on the three workpieces 10, 20, and 30 can be simultaneously performed at the same time, and the processing efficiency (throughput) can be further improved. it can.
  • the plurality of needle-like holding members 61 each having one surface substantially in point contact with the other surface of the first workpiece 10 made of the ultraviolet transmissive material facing the ultraviolet irradiation lamp 41.
  • the first workpiece 10 is held by the configured first workpiece holding mechanism 60. Thereby, each of the one-side bonding surface 10a and the other-side bonding surface 10b of the first workpiece 10 is exposed to the oxygen-containing atmosphere. Therefore, the first workpiece 10 is not provided without providing a plurality of ultraviolet light sources 40 or providing an optical system for guiding the ultraviolet rays from the ultraviolet light source 40 to the other surface side bonding surface 10b of the first workpiece 10.
  • the first work holding mechanism may be configured to hold the first work in a state where each of the bonding surfaces on both surfaces is exposed to the oxygen-containing atmosphere.
  • the first work holding mechanism 60 may be configured by a frame-shaped hollow stage 63 that supports the peripheral edge of the other surface of the first work 10 from below.
  • the same effect as that obtained by the needle-like holding member 61 can be obtained by making the peripheral area of the first workpiece 10 in contact with the workpiece holding surface 63a of the cavity stage 63 as small as possible. it can.
  • the region of the first workpiece 10 that is in contact with the workpiece holding surface 63a of the cavity stage 63 is a region other than the bonding surface 10b that is bonded to another workpiece (for example, the second workpiece 20) (region that does not contribute to bonding). Also by setting to, the same effect as that obtained by the needle-like holding member 61 can be obtained.
  • the first workpiece holding mechanism 60 may be constituted by a so-called air floating type holding stage 65.
  • the air floating type holding stage 65 floats the first work 10 in the air by blowing air (indicated by a hatched arrow in FIG. 3B) to the other surface of the first work 10. It is to support in the state. Even in this configuration, the same effect as that obtained by the needle-like holding member 61 can be obtained.
  • the first work holding mechanism 60 is configured by a holding stage 67 including holding parts 68 a and 68 b that hold and hold the peripheral side surface of the first work 10. May be.
  • a pair of holding portions 68a and 68b are provided so as to be movable in the horizontal direction.
  • a pair of peripherals facing each other in the first workpiece 10 whose planar shape is a polygon (for example, a quadrangle).
  • the side surface is narrowed by a predetermined holding pressure (indicated by a hatched arrow in FIG. 3C) to hold the first workpiece 10.
  • Preliminary experiments for setting an appropriate ultraviolet irradiation time were performed using two test substrates each made of synthetic quartz glass and having a thickness of 1.6 mm.
  • each test substrate is held by the first work holding mechanism in an air atmosphere, and each test substrate is irradiated with ultraviolet rays while appropriately changing the ultraviolet irradiation time. did.
  • the ultraviolet irradiation conditions are as follows. The size of the separation distance between the light exit surface of the window plate member constituting the light transmission window portion and the surface of the test substrate was 4 mm.
  • a xenon excimer lamp having an emission line at a wavelength of 172 nm was used as the ultraviolet light source, and the lamp was turned on under the condition that the illuminance of vacuum ultraviolet light on the light exit surface of the window plate member was 40 mW / cm 2 .
  • the contact angle of pure water on one surface (ultraviolet irradiation surface) and the other surface (ultraviolet transmission surface) of each test substrate facing the ultraviolet light source was measured. The results are shown in FIG. In FIG. 4, the curve by the plot indicated by a circle ( ⁇ ) is the result of the ultraviolet irradiation surface of one test substrate, and the curve by the plot indicated by the square ( ⁇ ) indicates the ultraviolet ray of one test substrate.
  • the final contact angle is constant and stable at 5 ° or less for the ultraviolet irradiation surface and the ultraviolet transmission surface of any of the test substrates until the contact angle becomes stable. It was confirmed that the ultraviolet irradiation time required for this was about 30 seconds. That is, it was confirmed that the contact angle of pure water was stably stabilized by irradiating with ultraviolet rays for 30 seconds or more regardless of the surface state of the test substrate.
  • the two contact substrates have different initial contact angles (contact angles before UV irradiation) because the test substrate surface states (for example, the adhesion state of impurities) are different from each other. It is to do. Further, the contact angle between the ultraviolet irradiation surface and the ultraviolet transmission surface of the test substrate is changed by the ultraviolet irradiation because light cleaning with ultraviolet rays is performed.
  • the workpiece Wa is made of synthetic quartz glass and has a rectangular plate shape with dimensions of 25 mm ⁇ 45 mm ⁇ 1.6 mm.
  • the workpiece Wb is made of synthetic quartz glass and has a rectangular plate shape with dimensions of 25 mm ⁇ 45 mm ⁇ 1.6 mm.
  • the workpiece Wc is made of synthetic quartz glass and has a rectangular plate shape with dimensions of 25 mm ⁇ 45 mm ⁇ 1.6 mm.
  • Example 1 About these workpiece
  • UV irradiation process Using the light irradiation apparatus shown in FIG. 1, ultraviolet rays were irradiated to one surface (bonding surface) of each of the three workpieces Wa, Wb, and Wc in an air atmosphere.
  • the ultraviolet irradiation conditions are as follows. The size of the separation distance between the light exit surface of the window plate member constituting the light transmission window portion and one surface of each workpiece was set to 4 mm. A xenon excimer lamp having an emission line at a wavelength of 172 nm was used as the ultraviolet light source, and the lamp was turned on under the condition that the illuminance of vacuum ultraviolet light on the light exit surface of the window plate member was 40 mW / cm 2 .
  • the ultraviolet irradiation time was 30 seconds.
  • the three workpieces Wa, Wb, Wc are bonded to each other with a bonding surface (20a) on one surface of the workpiece Wa and a bonding surface (10a) on one surface side of the workpiece Wb being in close contact with each other.
  • Lamination was performed in a state where the other surface side bonding surface (10b) of Wb and the bonding surface (30a) on one surface of the workpiece Wc were in close contact.
  • FIG. 5 (a) the three workpieces Wa, Wb, Wc are bonded to each other with a bonding surface (20a) on one surface of the workpiece Wa and a bonding surface (10a) on one surface side of the workpiece Wb being in close contact with each other.
  • Lamination was performed in a state where the other surface side bonding surface (10b) of Wb and the bonding surface (30a) on one surface of the workpiece Wc were in close contact.
  • the laminated substrate Ls including the three workpieces Wa, Wb, Wc is pressed in the stacking direction (thickness direction) of the workpieces by a press machine (70), and thereafter, FIG. As shown in c), the laminated substrate Ls was heated in the thermostatic chamber (75) to join the three workpieces Wa, Wb, Wc.
  • the pressurizing treatment conditions are a pressurizing pressure of 1.5 MPa and a pressurizing time of 300 seconds.
  • the heat treatment conditions are a heating temperature (post-bake temperature) of 300 ° C. and a heating time (bake time) of 120 minutes.
  • the joining condition was evaluated by the tensile adhesive strength test corresponding to JISK6849.
  • the case where the workpiece Wa and the workpiece Wc were not peeled was evaluated as “ ⁇ ”, and the case where one of the workpiece Wa and the workpiece Wc was peeled off was evaluated as “ ⁇ ”.
  • the results are shown in Table 1 below.
  • Example 2 Three workpieces were bonded in the same manner as in Example 1 except that the pressure applied in the bonding step was changed to 1 MPa. About the obtained joined body, the joining condition was evaluated by the same method as Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 The three workpieces were bonded in the same manner as in Example 1 except that the ultraviolet irradiation time in the ultraviolet irradiation step was set to 60 seconds and the pressure applied in the bonding step was changed to 1 MPa. About the obtained joined body, the joining condition was evaluated by the same method as Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 Three workpieces were bonded in the same manner as in Example 1 except that the ultraviolet irradiation time in the ultraviolet irradiation step was set to 60 seconds and the pressure applied in the bonding step was changed to 2 MPa. About the obtained joined body, the joining condition was evaluated by the same method as Example 1. The results are shown in Table 1.

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Abstract

本発明は、装置構造の複雑化、大型化を伴うことなく、３つのワークを所期の接合状態を得ながら効率よく貼り合わせることのできるワークの貼り合わせ方法および当該貼り合わせ方法において用いられる光照射装置を提供することを目的とする。　本発明のワークの貼り合わせ方法は、第一のワークの両面の各々に第二のワークおよび第三のワークを貼り合わせる方法であって、第一のワークとして紫外線透過性材料よりなるものが用いられ、各ワークにおける貼り合わせ面に紫外線を照射する紫外線照射工程と、各ワークを紫外線が照射されたそれぞれの貼り合わせ面が密着するように積層して接合する貼り合わせ工程とを有し、第一のワークに対する紫外線照射処理が、第一のワークにおける貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出された状態で、行われる。本発明の光照射装置は、第一のワークをその貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出された状態で保持する保持機構を備える。

Description

ワークの貼り合わせ方法および光照射装置
　本発明は、例えば３つのワークの貼り合わせ方法およびワーク貼り合わせ用の光照射装置に関する。
　現在、２枚の平板状の基板（ワーク）を貼り合わせる方法として、各々の基板における貼り合わせ面に紫外線を照射して、両基板を紫外線が照射されたそれぞれの貼り合わせ面同士が密着するように積層して接合する方法が提案されている（例えば特許文献１～特許文献５参照。）。このようなワークの貼り合わせ方法によって、例えばＰＤＭＳ基板とガラス基板の２つの基板を貼り合わせる際の接合メカニズムについて説明すると、図６（ａ）に示すように、ＰＤＭＳ基板Ｗ１の表面（貼り合わせ面）は、オルガノシロキシ基が存在する表面（疎水性表面）となっている。大気中に保持されるＰＤＭＳ基板Ｗ１の表面に、波長２２０ｎｍ以下の紫外線を照射することにより、ＰＤＭＳ基板Ｗ１の表面にて活性酸素が発生する。この活性酸素とＰＤＭＳ基板Ｗ１の表面とが接触することにより、ＰＤＭＳ基板Ｗ１の表面が酸化される。すなわち、図６（ｂ）に示すように、オルガノシロキシ基に係るメチル基が脱離され、当該メチル基が結合していたケイ素原子に活性酸素が結合された状態となる。大気中には水分が存在しているので、生成された活性酸素と水素とが結合し、図６（ｃ）に示すように、ＰＤＭＳ基板Ｗ１の表面は、ケイ素原子にヒドロキシ基（ＯＨ基）が結合された状態となる。このような表面にガラス基板Ｗ２の親水性表面（貼り合わせ面）を重ね合わせて両表面を密着させることにより、図６（ｄ）に示すように、ＰＤＭＳ基板Ｗ１の表面とガラス基板Ｗ２の表面との界面において水素結合が形成され、両基板が接合される。
　このような紫外線を利用したワークの貼り合わせ方法は、例えば、生化学分野において微量の試薬の分離、合成、抽出または分析などを行うために用いられるマイクロリアクタを製造する際に利用することが検討されている。このマイクロリアクタは、例えばシリコン、シリコーン樹脂またはガラスなどよりなる小さな基板上に、半導体微細加工技術によってマイクロスケールの分析用チャネルなどが形成されたマイクロチップよりなるものである。このようなマイクロチップは、典型的には一対の基板が対向して接着された構造を有し、少なくとも１つの基板の表面に微細な流路（例えば、幅１０～数１００μｍ、深さ１０～数１００μｍ程度）が形成されている。基板の種類としては、例えばシクロオレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｏ　Ｏｌｅｆｉｎ　Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＯＰ）等の樹脂基板やガラス基板等がある。
　近年においては、マイクロチップを用いて多様な分析を行うため、従来２次元方向に設けられている流路を３次元方向に構築することが考えられている。
　このような３次元方向に構築される流路を１枚のガラス基板に立体加工することは難しい。このため、２次元方向に構築された流路を有する基板を複数枚積層して、流路を３次元化することが望ましく、複数枚（例えば３枚）の基板を貼り合わせることが要請されている。
特許３７１４３３８号公報 特開２００６－１８７７３０号公報 特開２００８－１９３４８号公報 国際公開第２００８／０８７８００号 特許５１５２３６１号公報
　例えば図７に示す構造を有するマイクロチップを、従来における紫外線を利用したワークの貼り合わせ方法によって製造する場合について検討する。
　このマイクロチップ８０は、第一の基板８１の両面の各々に第二の基板８３および第三の基板８６が積層されて一体化された構造を有し、流路が３次元方向に構築されたものである。
　第一の基板８１には、流路Ｐｂを形成する厚み方向に貫通する長孔（以下、「貫通長孔」と称する。）８２が形成されている。
　第二の基板８３には、第一の基板８１の上面に接合された下面に、流路Ｐａを形成する直線状に延びる溝８４が形成されている。この溝８４は、第一の基板８１における貫通長孔８２が延びる方向と直交する方向に延びるよう形成されており、一端部が貫通長孔８２の一端部に連続している。この溝８４の他端部には、上面に試薬等の試料が流入される流入口８５ａが開口する厚み方向に延びる貫通孔８５が形成されている。
　また、第三の基板８６には、第一の基板８１の下面と接合される上面に、流路Ｐｃを形成する直線状に延びる溝８７が形成されている。この溝８７は、第一の基板８１における貫通長孔８２が延びる方向と直交する方向に延びるよう形成されており、他端部が貫通長孔８２の他端部に連続している。この溝８７の一端部には、上面に試薬等の試料が流出される流出口８８ａが開口する厚み方向に延びる貫通孔８８が形成されている。
　このような構造のマイクロチップ８０においては、流入口８５ａより流入した試料は、流路Ｐａ、流路Ｐｂ、流路Ｐｃを通り、流出口８８ａから外部へ排出されるが、例えば、流路Ｐａを流れる試料に対する分析１、流路Ｐｃを流れる試料に対する分析２（分析１とは相違する）が成される。すなわち、１枚のマイクロチップで２種類の分析を実施することが可能となる。
　３枚の基板８１，８３，８６の貼り合わせ方法としては、以下に示すような方法が考えられる。すなわち、先ず、図８（ａ）に示すように、第一の基板８１の一面における貼り合わせ面８１ａおよび第三の基板８６における貼り合わせ面８６ａに、紫外線光源９０から放出される紫外線を照射する。紫外線光源９０としては、例えば、波長１７２ｎｍに輝線を有するキセノンエキシマランプなどを用いることができる。
　次に、図８（ｂ）に示すように、第一の基板８１と第三の基板８６を、紫外線が照射されたそれぞれの貼り合わせ面８１ａ，８６ａが密着するように積層して、必要に応じて適宜に、次のような接合処理がなされることにより、第一の基板８１と第三の基板８６を接合する。接合処理としては、例えば、（ａ）２枚の基板を積層した状態において所定時間の間厚み方向に加圧する処理、（ｂ）２枚の基板を積層した状態において所定時間の間加熱する処理、（ｃ）２枚の基板を積層した状態において所定時間の間厚み方向に加圧した後、所定時間の間加熱する処理、または（ｄ）２枚の基板を積層した状態において所定時間の間厚み方向に加圧しながら加圧する処理などが挙げられる。ここに、「所定時間」とは、接合が十分になされるまでの時間である。
　そして、図８（ｃ）に示すように、第一の基板８１と第三の基板８６とによる積層基板Ｌにおける第一の基板８１の他面における貼り合わせ面８１ｂおよび第二の基板８３における貼り合わせ面８３ａに、紫外線光源９０から放出される紫外線を照射する。その後、図８（ｄ）に示すように、積層基板Ｌと第二の基板８３を、紫外線が照射されたそれぞれの貼り合わせ面８１ｂ，８３ａが密着するように積層して、上記の接合処理を必要に応じて適宜に行うことにより、３枚の基板８１，８３，８６を接合する。
　しかしながら、このような方法では、第一の基板８１と第三の基板８６との貼り合わせ工程と、２つの基板８１，８６による積層基板Ｌと第二の基板８３との貼り合わせ工程の２回の貼り合わせ工程が必要となるので、スループットが良好ではない。
　また、３枚の基板８１，８３，８６の貼り合わせ方法としては、以下に示すような方法が考えられる。すなわち、先ず、図９（ａ）に示すように、第一の基板８１の一面における貼り合わせ面８１ａ、第二の基板８３における貼り合わせ面８３ａ、および第三の基板８６における貼り合わせ面８６ａに、第一の紫外線光源９０ａから放出される紫外線を照射する。また、第一の基板８１の他面における貼り合わせ面８１ｂに、第二の紫外線光源９０ｂから放出される紫外線を照射する。ここに、第一の紫外線光源９０ａから放出される紫外線の一部を適宜の光学系によって導光することにより、第一の基板８１の他面における貼り合わせ面８１ｂに紫外線を照射するようにしてもよい。
　次に、図９（ｂ）に示すように、第一の基板８１、第二の基板８３および第三の基板８６を、紫外線が照射されたそれぞれの貼り合わせ面が密着するように積層して、上記の接合処理を必要に応じて適宜に行うことにより、３枚の基板８１、８３、８６を接合する。
　このような方法では、複数の紫外線光源９０ａ，９０ｂが必要であったり、一の紫外線光源からの紫外線を導光するための光学系が必要であったりするため、貼り合わせ装置の構造が複雑になると共に、貼り合わせ装置自体が大掛かりのものとなる、という問題がある。
　本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、装置構造の複雑化、大型化を伴うことなく、３つのワークを所期の接合状態を得ながら効率よく貼り合わせることのできるワークの貼り合わせ方法および当該貼り合わせ方法において用いられる光照射装置を提供することを目的とする。
　本発明のワークの貼り合わせ方法は、第一のワークの両面の各々に第二のワークおよび第三のワークを貼り合わせる方法であって、
　第一のワークとして紫外線透過性材料よりなるものが用いられ、
　当該第一のワーク、第二のワークおよび第三のワークの各々における貼り合わせ面に紫外線を照射する紫外線照射工程と、
　当該第一のワーク、当該第二のワークおよび当該第三のワークを、紫外線が照射されたそれぞれの貼り合わせ面が密着するように、積層して接合する貼り合わせ工程と
を有し、
　前記第一のワークに対する紫外線照射処理が、当該第一のワークの両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出するように当該第一のワークが保持された状態で、行われることを特徴とする。
　本発明の光照射装置は、第一のワークの両面の各々に第二のワークおよび第三のワークを貼り合わせるワーク貼り合わせ用の光照射装置であって、
　紫外線光源と、
　紫外線透過性材料よりなる第一のワークを当該第一のワークにおけるいずれか一方の貼り合わせ面が当該紫外線光源と対向するように保持する第一ワーク保持機構と、
　第二のワークを当該第二のワークにおける貼り合わせ面が当該紫外線光源と対向するように保持する第二ワーク保持機構と、
　第三のワークを当該第三のワークにおける貼り合わせ面が当該紫外線光源と対向するように保持する第三ワーク保持機構と
を備えており、
　前記第一ワーク保持機構は、前記第一のワークを当該第一のワークの両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出された状態で保持するものであることを特徴とする。
　本発明の光照射装置においては、前記紫外線光源が一方向に長尺な棒状の紫外線照射ランプにより構成されており、
　前記第一ワーク保持機構、前記第二ワーク保持機構および前記第三ワーク保持機構が前記一方向に並ぶよう配置されており、
　当該紫外線照射ランプからの紫外線が、当該第一ワーク保持機構、当該第二ワーク保持機構および当該第三ワーク保持機構の各々に保持された、第一のワーク、第二のワークおよび第三のワークの各々に対して同時に照射される構成とされていることが好ましい。
　本発明のワークの貼り合わせ方法においては、紫外線透過性材料よりなる第一のワークに対する紫外線照射処理が、第一のワークの両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出された状態で行われる。このため、第一のワークの両面における貼り合わせ面を、一の紫外線光源による一度の紫外線照射で同時に接合に適した状態とすることができ、貼り合わせ工程を一度に行うことができるようになる。従って、光照射装置の構造の複雑化、大型化を伴うことなく、３つのワークを所期の接合状態を得ながら効率よく貼り合わせることができる。
　本発明の光照射装置によれば、第一ワーク保持機構によって、紫外線透過性材料よりなる第一のワークが、当該第一ワークの両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出された状態おいて、保持されるので、上記のワークの貼り合わせ方法による紫外線照射工程を確実に行うことができる。
　また、第一ワーク保持機構、第二ワーク保持機構および第三ワーク保持機構が、紫外線光源を構成する紫外線照射ランプの長手方向に並ぶよう配置されていることにより、共通の一の紫外線光源によって、３つすべてのワークにおける貼り合わせ面の処理を一括して同時に実施することができ、処理効率を一層向上させることができる。
本発明の光照射装置の一例における構成を概略的に示す説明図である。 図１に示す光照射装置における第一ワーク保持機構の構成を示す拡大図である。 第一ワーク保持機構の他の例における構成を概略的に示す説明図である。 合成石英ガラスよりなる試験用基板の紫外線照射面および紫外線透過面における、紫外光照射時間に対する接触角の変化を示すグラフである。 実施例における貼り合わせ工程の一例を示す説明図である。（ａ）は、３枚の試験用基板が積層された積層基板の構成を示す説明図、（ｂ）は、積層基板の加圧処理を示す説明図、（ｃ）は、積層基板の加熱処理を示す説明図である。 ワークの貼り合わせ方法における接合メカニズムを示す模式図である。 マイクロチップの一例における構成を概略的に示す、（ａ）平面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。 従来における紫外線を利用した３つのワークの貼り合わせ方法の一例を示す説明図である。 従来における紫外線を利用した３つのワークの貼り合わせ方法の他の例を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〔ワーク〕
　本発明のワークの貼り合わせ方法は、例えば板状の３つのワーク同士を貼り合わせる方法であって、第一のワークの両面の各々に第二のワークおよび第三のワークを貼り合わせる方法である。
　第一のワークは、例えばガラスおよびサファイアなどの紫外線透過性材料よりなるものである。
　第二のワークおよび第三のワークは、例えば合成樹脂、ガラス、シリコンウエハ、水晶およびサファイアよりなる群から選ばれる材料よりなるものである。
　ワークを構成する合成樹脂としては、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂、シクロオレフィン樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。
　ワークを構成するガラスとしては、石英ガラス、サファイアガラス、アルカリガラス、硼珪酸ガラスなどを用いることができる。
〔工程〕
　本発明のワークの貼り合わせ方法は、第一のワーク、第二のワークおよび第三のワークの各々における貼り合わせ面に紫外線を照射する紫外線照射工程と、第一のワーク、第二のワークおよび第三のワークを、紫外線が照射されたそれぞれの貼り合わせ面が密着するように積層して接合する貼り合わせ工程とを有する。
〔紫外線照射工程〕
　紫外線照射工程においては、ワークにおける貼り合わせ面に、波長２００ｎｍ以下の紫外線（真空紫外線）を照射する。
　紫外線光源としては、波長１７２ｎｍに輝線を有するキセノンエキシマランプ等のエキシマランプ、波長１８５ｎｍに輝線を有する低圧水銀ランプ、波長１２０～２００ｎｍの範囲に輝線を有する重水素ランプを好適に用いることができる。
　ワークの貼り合わせ面に照射される真空紫外線の照度は、例えば１０～１００ｍＷ／ｃｍ2 である。
　また、ワークの貼り合わせ面に対する紫外線の照射時間は、ワークを構成する材料に応じて適宜設定されるが、後述する実験例の結果に示されるように、例えば３０秒間以上であることが好ましく、より好ましくは４０～９０秒間である。
　第一のワークに対する紫外線照射処理は、第一のワークの両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出するように第一のワークを保持した状態で、行う。
　上述したように、第一のワークは紫外線透過性材料よりなるため、第一のワークにおける一方の貼り合わせ面に照射された紫外線は、当該第一のワークを透過する。従って、第一のワークの両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出していることにより、第一のワークの両面における貼り合わせ面にて活性酸素が発生し、当該活性酸素の作用により、接合に適した状態となる。すなわち、表面末端がヒドロキシ基（ＯＨ基）で置換された状態となる。
　また、第二のワークに対する紫外線照射処理および第三のワークに対する紫外線照射処理は、第二のワークにおける貼り合わせ面および第三のワークにおける貼り合わせ面が酸素含有雰囲気に露出するようにワークを保持した状態で、行う。
　このようにしてワークに対する紫外線照射処理を行うことにより、各ワークにおける貼り合わせ面は、接合に適した状態、すなわち表面末端がヒドロキシ基（ＯＨ基）で置換された状態となる。
〔貼り合わせ工程〕
　貼り合わせ工程においては、各々紫外線が照射された、第一のワークにおける一方の貼り合わせ面および第二のワークにおける貼り合わせ面が密着し、かつ、各々紫外線が照射された、第一のワークにおける他方の貼り合わせ面および第三のワークにおける貼り合わせ面が密着する状態で積層して第一のワーク、第二のワークおよび第三のワークを接合する。また、第一のワーク、第二のワークおよび第三のワークを積層した状態で、次のような接合処理が必要に応じて適宜に行われる。
　ワーク同士を接合するための具体的な接合処理としては、（ａ）３つのワークを積層した状態において所定時間の間厚み方向に加圧する処理、（ｂ）３つのワークを積層した状態において所定時間の間加熱する処理、（ｃ）３つのワークを積層した状態において所定時間の間厚み方向に加圧した後、所定時間の間加熱する処理、または（ｄ）３つのワークを積層した状態において所定時間の間厚み方向に加圧しながら加圧する処理などが挙げられる。ここに、「所定時間」とは、接合が十分になされるまでの時間である。
　接合処理における具体的な条件は、ワークを構成する材料に応じて、当該ワークに変形が生じない範囲内において適宜設定される。
　具体的な加熱条件を挙げると、第二のワークおよび第三のワークが合成樹脂よりなるものであるときには、加熱温度が５０～１１０℃である。また、３つのワークのすべてがガラスまたはサファイアよりなるものであるときには、加熱温度が１００～３００℃である。加熱時間は例えば１～１０分間である。
　また、具体的な加圧条件を挙げると、第二のワークおよび第三のワークが合成樹脂よりなるものであるときには、加圧力が０．２～１０ＭＰａである。また、３つのワークのすべてがガラスまたはサファイアよりなるものであるときには、加圧力が０．１～２ＭＰａである。加圧時間は例えば６０～３００秒間である。
〔光照射装置〕
　以下、このようなワークの貼り合わせ方法による紫外線照射処理を実行するための光照射装置について説明する。
　図１は、本発明の光照射装置の一例における構成を概略的に示す説明図である。図２は、図１に示す光照射装置における第一ワーク保持機構の構成を示す拡大図である。
　この光照射装置は、紫外線光源４０と、紫外線光源４０と対向する位置に配置された処理ステージ５０とを備えている。
　紫外線光源４０は、例えば一方向に長尺な棒状の紫外線照射ランプ（例えばキセノンエキシマランプ）４１により構成されている。紫外線照射ランプ４１は、ランプ中心軸が水平方向に延びるよう、下方が開口するランプハウス４５内に収容されて配置されている。ランプハウス４５の開口部は、例えば合成石英ガラスからなる窓板部材４６により塞がれており、これにより光透過窓部が形成されている。ランプハウス４５の内部空間は、例えば窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気に維持されている。
　処理ステージ５０には、紫外線照射ランプ４１の長手方向における略中央位置に凹所５１が形成されており、第二ワーク保持機構５２を構成する第二ワーク保持ステージ５３を凹所５１の一側に有すると共に第三ワーク保持機構５５を構成する第三ワーク保持ステージ５６を凹所５１の他側に有する。第二ワーク保持ステージ５３および第三ワーク保持ステージ５６は、それぞれ平坦なワーク保持面５３ａ，５６ａを有する。
　第二ワーク保持ステージ５３は、平板状の第二のワーク２０を、当該第二のワーク２０の一面における貼り合わせ面２０ａが酸素含有雰囲気に露出された状態において紫外線照射ランプ４１と対向して水平に延びる姿勢で、保持する。
　第三ワーク保持ステージ５６は、平板状の第三のワーク３０を、当該第三のワーク３０の一面における貼り合わせ面３０ａが酸素含有雰囲気に露出された状態において紫外線照射ランプ４１と対向して水平に延びる姿勢で、保持する。
　処理ステージ５０における凹所５１には、第一ワーク保持機構６０が配置されており、従って、この例では、第一ワーク保持機構６０、第二ワーク保持機構５２および第三ワーク保持機構５５が、紫外線照射ランプ４１の長手方向（一方向）に並ぶよう配置されている。
　上述したように、貼り合わせ面を両面に有する第一のワーク１０においては、貼り合わせ面の各々を接合に適した面とするために、第一のワーク１０が第一ワーク保持機構６０によって保持された状態において、一面が紫外線光源４０と対向する第一のワーク１０の他面側においても、空気（酸素）が十分に存在した状態とされていることが必要とされる。
　この例における第一ワーク保持機構６０は、一面が紫外線照射ランプ４１と対向する第一のワーク１０の他面を各々実質的に点接触で保持する複数の針状保持部材６１により構成されている。この第一ワーク保持機構６０においては、平板状の第一のワーク１０が、一面側貼り合わせ面１０ａが酸素含有雰囲気に露出された状態において紫外線照射ランプ４１と対向して水平に延びる姿勢で、保持される。そして、針状保持部材６１の先端部の、第一のワーク１０に対する接触面積は無視できる程小さいので、第一のワーク１０の他面側貼り合わせ面１０ｂの実質的に全面が酸素含有雰囲気に露出された状態となる。
　第一ワーク保持機構６０を構成する針状保持部材６１の数は、特に限定されるものではないが、少なくとも３つ以上であれば、第一のワーク１０を適正な姿勢で保持することができる。
　以上において、光透過窓部を構成する窓板部材４６の光出射面と、紫外線が照射される各ワーク１０，２０，３０の一面における貼り合わせ面１０ａ，２０ａ，３０ａとの間の離間距離の大きさＤは、ほぼ一定の大きさとされている。当該離間距離の大きさＤは、例えば１～４ｍｍであることが好ましい。これにより、各ワーク１０，２０，３０における貼り合わせ面１０ａ，２０ａ，３０ａに到達する紫外線を十分な大きさの強度（光量）とすることができると共に第一のワーク１０における他面側貼り合わせ面１０ｂに到達する紫外線を十分な大きさの強度（光量）とすることができる。従って、各ワーク１０，２０，３０における貼り合わせ面１０ａ，２０ａ，３０ａを確実に接合に適した状態とすることができると共に、各ワーク１０，２０，３０に対する紫外線照射処理を均一に行うことができる。
　而して、上記のワークの貼り合わせ方法においては、紫外線透過性材料よりなる第一のワーク１０に対する紫外線照射処理が、第一のワーク１０における一面側貼り合わせ面１０ａおよび他面側貼り合わせ面１０ｂの各々が酸素含有雰囲気に露出された状態で行われる。このため、第一のワーク１０の一面に対して照射された紫外線が第一のワーク１０を透過することによって、第一のワーク１０における一面側貼り合わせ面１０ａだけでなく、他面側貼り合わせ面１０ｂにおいても、十分な活性酸素が生成される。これにより、第一のワーク１０における一面側貼り合わせ面１０ａおよび他面側貼り合わせ面１０ｂを、一の紫外線光源４０による一度の紫外線照射処理で同時に接合に適した状態とすることができる。その結果、第二のワーク２０および第三のワーク３０を第一のワーク１０の両面に各々積層して接合する貼り合わせ工程を一度に行うことができるようになる。従って、光照射装置の構造の複雑化、大型化を伴うことなく、３つのワーク１０，２０，３０を、所期の接合状態を得ながら、効率よく貼り合わせることができる。
　また、第一ワーク保持機構６０、第二ワーク保持機構５２および第三ワーク保持機構５５が、紫外線光源４０を構成する紫外線照射ランプ４１の長手方向に並ぶよう配置されていることにより、共通の一の紫外線照射ランプ４１によって、３つのワーク１０，２０，３０における貼り合わせ面１０ａ，１０ｂ，２０ａ，３０ａの処理を一括して同時に実施することができ、処理効率（スループット）を一層向上させることができる。
　そして、上記構成の光照射装置においては、一面が紫外線照射ランプ４１と対向する紫外線透過性材料よりなる第一のワーク１０の他面に各々実質的に点接触する複数の針状保持部材６１により構成された第一ワーク保持機構６０によって、第一のワーク１０が保持される。これにより、第一のワーク１０の一面側貼り合わせ面１０ａおよび他面側貼り合わせ面１０ｂの各々が酸素含有雰囲気に露出された状態とされる。従って、紫外線光源４０を複数設けたり、紫外線光源４０からの紫外線を第一のワーク１０の他面側貼り合わせ面１０ｂに導光するための光学系を設けたりすることなく、第一のワーク１０における一面側貼り合わせ面１０ａおよび他面側貼り合わせ面１０ｂの各々に対する紫外線照射処理を同時に行うことができ、装置の構造の複雑化、大型化を回避することができる。
　また、一の紫外線照射ランプ４１によって３つのワーク１０，２０，３０における貼り合わせ面１０ａ，１０ｂ，２０ａ，３０ａの紫外線照射処理を一括して同時に実施することができるので、３つのワーク１０，２０，３０の紫外線照射処理工程のタイムラグに起因する接合不良が生ずることを回避することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
　例えば、第一ワーク保持機構は、第一のワークをその両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出される状態で保持することのできる構成とされていればよい。
　例えば、図３（ａ）に示すように、第一ワーク保持機構６０は、第一のワーク１０の他面における周縁部を下方から支持する枠状の空洞ステージ６３により構成されていてもよい。このような構成においては、空洞ステージ６３のワーク保持面６３ａに接触する第一のワーク１０の周縁部の領域をできるだけ小さくすることにより、針状保持部材６１によるものと同様の効果を得ることができる。また、空洞ステージ６３のワーク保持面６３ａに接触する第一のワーク１０の領域を他のワーク（例えば第二のワーク２０）と接合される貼り合わせ面１０ｂ以外の領域（接合に寄与しない領域）に設定することによっても、針状保持部材６１によるものと同様の効果を得ることができる。
　また、図３（ｂ）に示すように、第一ワーク保持機構６０は、いわゆるエア浮上型の保持ステージ６５により構成されていてもよい。このエア浮上型の保持ステージ６５は、第一のワーク１０の他面にエア（図３（ｂ）において斜線を付した矢印で示す。）を吹き付けることにより、第一のワーク１０を空中に浮かせた状態で支持するものである。このような構成のものにおいても、針状保持部材６１によるものと同様の効果を得ることができる。
　さらにまた、図３（ｃ）に示すように、第一ワーク保持機構６０は、第一のワーク１０の周側面を挟圧して保持する保持部６８ａ，６８ｂを備えた保持ステージ６７により構成されていてもよい。この保持ステージ６７においては、一対の保持部６８ａ，６８ｂが水平方向に移動可能に設けられており、例えば平面形状が多角形（例えば四角形）である第一のワーク１０における互いに対向する一対の周側面を所定の保持圧力（図３（ｃ）において斜線を付した矢印で示す。）によって狭圧して第一のワーク１０を保持する。なお、第一のワーク１０が保持された状態においては、第一のワーク１０の一面側および他面側において、一対の保持部６８ａ，６８ｂ間には酸素含有雰囲気とされる空間部６９が形成された状態とされる。このような構成のものにおいても、針状保持部材６１によるものと同様の効果を得ることができる。
　以下、本発明のワークの貼り合わせ方法の具体的な実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
〔予備実験〕
　各々合成石英ガラスよりなり、厚みが１．６ｍｍである２枚の試験用基板を用い、適正な紫外線照射時間を設定するための予備実験を行った。
　先ず、図１に示す光照射装置を用い、大気雰囲気下において、各々の試験用基板を第一ワーク保持機構によって保持させ、紫外線照射時間を適宜変更しながら、各々の試験用基板に紫外線を照射した。紫外線照射条件は次に示す通りである。
　光透過窓部を構成する窓板部材の光出射面と試験用基板の表面との間の離間距離の大きさを４ｍｍとした。紫外線光源として、波長１７２ｎｍに輝線を有するキセノンエキシマランプを用い、窓板部材の光出射面における真空紫外光の照度が４０ｍＷ／ｃｍ2となる条件でランプを点灯させた。
　次いで、各々の試験用基板の、紫外線光源と対向する一面（紫外線照射面）および他面（紫外線透過面）における純水の接触角を測定した。結果を図４に示す。図４において、丸印（○）で示すプロットによる曲線は、一方の試験用基板の紫外線照射面についての結果であり、四角（□）印で示すプロットによる曲線は、一方の試験用基板の紫外線透過面についての結果である。また、三角印（△）で示すプロットによる曲線は、他方の試験用基板の紫外線照射面についての結果であり、バツ（×）印で示すプロットによる曲線は、他方の試験用基板の紫外線透過面についての結果である。
　以上の結果より、いずれの試験用基板の紫外線照射面および紫外線透過面についても、最終的な接触角は５°以下の大きさで一定に安定しており、接触角の大きさが安定するまでに要する紫外線照射時間は、３０秒間程度であることが確認された。すなわち、試験用基板の表面状態に拘わらず、紫外線を３０秒間以上照射することにより、純水の接触角が一定に安定することが確認された。
　ここで、２つの試験用基板で、初期時の接触角（紫外線照射前の接触角）の大きさが相違するのは、試験用基板の表面状態（例えば、不純物の付着状態など）が互いに相違するためである。また、試験用基板の紫外線照射面および紫外線透過面における接触角が紫外線照射により変化するのは、紫外線による光洗浄が行われているためである。
［ワークの作製］
　下記のワークＷａ、ワークＷｂおよびワークＷｃを作製した。
　ワークＷａは、合成石英ガラスよりなり、寸法が２５ｍｍ×４５ｍｍ×１．６ｍｍの矩形の板状のものである。
　ワークＷｂは、合成石英ガラスよりなり、寸法が２５ｍｍ×４５ｍｍ×１．６ｍｍの矩形の板状のものである。
　ワークＷｃは、合成石英ガラスよりなり、寸法が２５ｍｍ×４５ｍｍ×１．６ｍｍの矩形の板状のものである。
＜実施例１＞
　これらのワークＷａ，Ｗｂ，Ｗｃについて、下記の紫外線照射工程および貼り合わせ工程を行い、第一のワーク（１０）としてワークＷｂを用い、ワークＷｂの両面に各々第二のワーク（２０）としてのワークＷａおよび第三のワーク（３０）としてのワークＷｃを貼り合わせた。
［紫外線照射工程］
　図１に示す光照射装置を用い、大気雰囲気下において、３つのワークＷａ，Ｗｂ，Ｗｃの各々の一面（貼り合わせ面）に紫外線を照射した。紫外線照射条件は次に示す通りである。
　光透過窓部を構成する窓板部材の光出射面と各ワークの一面との間の離間距離の大きさを４ｍｍとした。紫外線光源として、波長１７２ｎｍに輝線を有するキセノンエキシマランプを用い、窓板部材の光出射面における真空紫外線の照度が４０ｍＷ／ｃｍ2となる条件でランプを点灯させた。また、紫外線照射時間は３０秒間とした。
［貼り合わせ工程］
　図５（ａ）に示すように、３つのワークＷａ，Ｗｂ，Ｗｃを、ワークＷａの一面における貼り合わせ面（２０ａ）とワークＷｂの一面側貼り合わせ面（１０ａ）が密着し、かつ、ワークＷｂの他面側貼り合わせ面（１０ｂ）とワークＷｃの一面における貼り合わせ面（３０ａ）が密着する状態で、積層した。
　次いで、図５（ｂ）に示すように、３つのワークＷａ，Ｗｂ，Ｗｃによる積層基板Ｌｓを、プレス機（７０）によって、ワークの積層方向（厚み方向）に加圧し、その後、図５（ｃ）に示すように、当該積層基板Ｌｓを恒温槽（７５）内で加熱することにより、３つのワークＷａ，Ｗｂ，Ｗｃを接合した。加圧処理条件は、加圧圧力が１．５ＭＰａ、加圧時間が３００秒間である。また、加熱処理条件は、加熱温度（ポストベーク温度）が３００℃、加熱時間（ベーク時間）が１２０分間である。
　得られた接合体について、ＪＩＳ　Ｋ６８４９に相当する引張接着強さ試験により、接合状況の評価を行った。ワークＷａおよびワークＷｃが剥がれなかった場合を「○」、ワークＷａおよびワークＷｃのいずれか一方が剥がれてしまった場合を「×」として評価した。結果を下記表１に示す。
＜実施例２＞
　貼り合わせ工程における加圧圧力を１ＭＰａに変更した以外は実施例１と同様にして、３つのワークの貼り合わせを行った。得られた接合体について、実施例１と同様の方法により、接合状況の評価を行った。結果を表１に示す。
＜実施例３＞
　紫外線照射工程における紫外線照射時間を６０秒間とし、貼り合わせ工程における加圧圧力を１ＭＰａに変更した以外は実施例１と同様にして、３つのワークの貼り合わせを行った。得られた接合体について、実施例１と同様の方法により、接合状況の評価を行った。結果を表１に示す。
＜実施例４＞
　紫外線照射工程における紫外線照射時間を６０秒間とし、貼り合わせ工程における加圧圧力を２ＭＰａに変更した以外は実施例１と同様にして、３つのワークの貼り合わせを行った。得られた接合体について、実施例１と同様の方法により、接合状況の評価を行った。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果から明らかなように、実施例１～４に係る貼り合わせ方法によれば、得られる接合体において高い強度の接合状態を達成することができることが確認された。
　１０　第一のワーク
　１０ａ　一面側貼り合わせ面
　１０ｂ　他面側貼り合わせ面
　２０　第二のワーク
　２０ａ　貼り合わせ面
　３０　第三のワーク
　３０ａ　貼り合わせ面
　４０　紫外線光源
　４１　紫外線照射ランプ
　４５　ランプハウス
　４６　窓板部材
　５０　処理ステージ
　５１　凹所
　５２　第二ワーク保持機構
　５３　第二ワーク保持ステージ
　５３ａ　ワーク保持面
　５５　第三ワーク保持機構
　５６　第三ワーク保持ステージ
　５６ａ　ワーク保持面
　６０　第一ワーク保持機構
　６１　針状保持部材
　６３　空洞ステージ
　６３ａ　ワーク保持面
　６５　保持ステージ
　６７　保持ステージ
　６８ａ，６８ｂ　保持部
　６９　空間部
　７０　プレス機
　７５　恒温槽
　８０　マイクロチップ
　８１　第一の基板
　８１ａ，８１ｂ　貼り合わせ面
　８２　貫通長孔
　８３　第二の基板
　８３ａ　貼り合わせ面
　８４　溝
　８５　貫通孔
　８５ａ　流入口
　８６　第三の基板
　８６ａ　貼り合わせ面
　８７　溝
　８８　貫通孔
　８８ａ　流出口
　９０　紫外線光源
　９０ａ　第一の紫外線光源
　９０ｂ　第二の紫外線光源
　Ｌ，Ｌｓ　積層基板
　Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ　流路
　Ｗ１　ＰＤＭＳ基板
　Ｗ２　ガラス基板
　Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ　ワーク                                                                                

Claims (3)

  1. 　第一のワークの両面の各々に第二のワークおよび第三のワークを貼り合わせる方法であって、
    　第一のワークとして紫外線透過性材料よりなるものが用いられ、
    　当該第一のワーク、第二のワークおよび第三のワークの各々における貼り合わせ面に紫外線を照射する紫外線照射工程と、
    　当該第一のワーク、当該第二のワークおよび当該第三のワークを、紫外線が照射されたそれぞれの貼り合わせ面が密着するように、積層して接合する貼り合わせ工程と
    を有し、
    　前記第一のワークに対する紫外線照射処理が、当該第一のワークの両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出するように当該第一のワークが保持された状態で、行われることを特徴とするワークの貼り合わせ方法。
  2. 　第一のワークの両面の各々に第二のワークおよび第三のワークを貼り合わせるワーク貼り合わせ用の光照射装置であって、
    　紫外線光源と、
    　紫外線透過性材料よりなる第一のワークを当該第一のワークにおけるいずれか一方の貼り合わせ面が当該紫外線光源と対向するように保持する第一ワーク保持機構と、
    　第二のワークを当該第二のワークにおける貼り合わせ面が当該紫外線光源と対向するように保持する第二ワーク保持機構と、
    　第三のワークを当該第三のワークにおける貼り合わせ面が当該紫外線光源と対向するように保持する第三ワーク保持機構と
    を備えており、
    　前記第一ワーク保持機構は、前記第一のワークを当該第一のワークの両面における貼り合わせ面の各々が酸素含有雰囲気に露出された状態で保持するものであることを特徴とする光照射装置。
  3. 　前記紫外線光源が一方向に長尺な棒状の紫外線照射ランプにより構成されており、
    　前記第一ワーク保持機構、前記第二ワーク保持機構および前記第三ワーク保持機構が前記一方向に並ぶよう配置されており、
    　当該紫外線照射ランプからの紫外線が、当該第一ワーク保持機構、当該第二ワーク保持機構および当該第三ワーク保持機構の各々に保持された、第一のワーク、第二のワークおよび第三のワークの各々に対して同時に照射されることを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
                                                                                    
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