JPH076938A - 固相接合法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超高真空中での操作を排し、より簡便な方法
で、精度良く固相間の接合を行う固相接合法を提供す
る。 【構成】 少なくとも２の部材を接合する方法であっ
て、少なくとも一方の接合面に単分子膜、又は単分子累
積膜を形成する過程（Ａ）と、前記接合面を介して前記
部材を互いに密着される過程（Ｂ）と、前記接合面に電
界を印加する過程（Ｃ）と、更に必要に応じて、前記接
合面を加熱する過程（Ｄ）、又は前記接合面にレーザー
光を照射する過程（Ｅ）とを有することを特徴とする固
相接合法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固相接合法、とりわ
け、接合面に絶縁性の単分子膜、又は単分子累積膜を適
用して固体（固相）同士を接合する固相接合法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、固相接合は、通常、特開昭５６−
５３８８６号等に記載されているように接合面を超高真
空中でイオン衝撃等の手段で清浄化し、その後、吸着に
よる汚れが生ずる前に接着面同士を互いに突き合わせる
事によって接着面間隔を原子間距離にまで到らしめるよ
うにして行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、超高真空（雰囲気）中での接合面の清浄化、
及び接合操作が必要であるため、下記のような不都合が
認められた。 １）超高真空雰囲気を形成するための装置構成が、大が
かりになる。 ２）超高真空雰囲気下での接合面のアライメント操作
が、困難である。 ３）接着の精度が、さほど良好でない。

【０００４】従って、本発明の目的は、かかる従来例に
見られた不都合を解消して、簡便な方法で、精度良く固
体（固相）間の接合を行う固相接合法を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段、及び作用】上記の目的
は、以下の本発明により達成することができる。

【０００６】即ち、本発明は第１に、少なくとも２の部
材を接合する方法であって、少なくとも一方の接合面に
単分子膜、又は単分子累積膜を形成する過程（Ａ）と、
前記接合面を介して前記部材を互いに密着させる過程
（Ｂ）と、前記接合面に電界を印加する過程（Ｃ）とを
有することを特徴とする固相接合法であり、第２に、少
なくとも２の部材を接合する方法であって、少なくとも
一方の接合面に単分子膜、又は単分子累積膜を形成する
過程（Ａ）と、前記接合面を介して前記部材を互いに密
着させる過程（Ｂ）と、前記接合面に電界を印加する過
程（Ｃ）と、前記接合面を加熱する過程（Ｄ）とを有す
ることを特徴とする固相接合法であり、第３に、少なく
とも２の部材を接合する方法であって、少なくとも一方
の接合面に単分子膜、又は単分子累積膜を形成する過程
（Ａ）と、前記接合面を介して前記部材を互いに密着さ
せる過程（Ｂ）と、前記接合面に電界を印加する過程
（Ｃ）と、前記接合面にレーザー光を照射する過程
（Ｅ）とを有することを特徴とする固相接合法である。

【０００７】尚、上記本発明の第２、及び第３の態様に
おいて、過程（Ｃ）と過程（Ｄ）、或は、過程（Ｃ）と
過程（Ｅ）の実行にあたっては、夫々、順次に実行して
も良いし、略同時に実行しても良い。

【０００８】本発明によれば絶縁性の単分子膜、又は単
分子累積膜、すなわち疎水基あるいは親水基から成るＬ
Ｂ膜（ラングミュア・ブロジェット膜）を接着面上に単
層以上累積成膜することにより、疎水基同士、あるいは
親水基同士から成る接着面を相対向させ、互いに接着面
を重ね合わせて位置決めした後、軽く押し付ける事によ
り位置決め時の仮接着を行う。すなわち、疎水基同士、
あるいは親水基同士を互いに結合させることにより、位
置決め後のズレが防止出来、かつ位置決め後のハンドリ
ングが容易になる。そして、該位置決め後、該ＬＢ膜を
挟んだ接着面の両端に電圧を印加する。

【０００９】例えば、図１において、１、２はＳｉ基板
を、４、５はＬＢ膜を示す。また、７、９はＬＢ膜構成
分子の親水基を、８、１０は疎水基を示している。ここ
で、Ｓｉ基板１および２の間には、リード線２１を介し
て電源１７より電界（Ｖ）が印加される。

【００１０】ＬＢ膜を高耐圧絶縁膜として作用させた場
合、該接着面の間に図１に見る様な高電界Ｖ／ｄが生ず
る。該電界Ｖによって該接着面間に次の様な静電引力Ｆ
が作用する。すなわち、 Ｆ＝ε（Ｖ／ｄ）２／２ ・・・・・・・・・・・・・
・・（１） ここで、ε；ＬＢ膜の誘電係数 Ｖ；接着表面間の電位差 ｄ；接着面間のギャップ（すなわち、ＬＢ膜の厚さ） 従って、（１）式から電界強度を大きく取ることが可能
なＬＢ膜を、すなわち、ギャップｄを出来るだけ小さく
（疎水基あるいは親水基から成るＬＢ膜の厚さを極めて
薄く）、かつ耐絶縁性の大きいＬＢ膜を用いるならば、
静電引力Ｆを大きくすることが可能となり、そして該静
電引力によって接着面を互いに原子間オーダの距離にま
で近づけることが可能となる。すなわち強固な接着を得
ることができる。

【００１１】本発明において使用するＬＢ膜構成材料と
しては、例えば、炭素数が１６から３０、好ましくは、
炭素数が１８から２４の脂肪酸、及びその誘導体が挙げ
られる。また、ＬＢ膜の厚みは５００Å以下、好ましく
は、２００Åであることが、実用域の電位において、強
い電界を発生させることができ、好ましい。

【００１２】さらに、上記後、すなわち接着面同士が互
いに原子間オーダの距離にまで近づいた後に、熱処理あ
るいはレーザ光照射によって該ＬＢ膜を分解しても良
い。この処理工程で、該ＬＢ膜を分解及び蒸発させるこ
とによって、結果として接着面同士の直接接着が可能と
なる。

【００１３】尚、耐絶縁性の大きいＬＢ膜の外に、強誘
電性のＬＢ膜を用いた場合でも、上記同様の接着を得る
ことが可能である。

【００１４】

【実施例】以下、実施例により、本発明を詳細に説明す
る。

【００１５】〔実施例１〕図２は本発明の第１の実施例
を示し、本発明の特徴を最もよく表わす図面であり、同
図に於いて１はＳｉ基板、２はＳｉ基板１に接着するた
めのＳｉ基板、４はＳｉ基板２の表面に成膜したＬＢ
膜、５はＬＢ膜４の上にさらに層状に累積したＬＢ膜、
７及び８はＳｉ基板２上のＬＢ膜４のそれぞれ親水基及
び疎水基、９及び１０はＬＢ膜５のそれぞれ親水基及び
疎水基、１７はＳｉ基板１とＳｉ基板２との間に電界を
発生させるための電源、１８は該電界をＯＮ，ＯＦＦす
るためのスイッチ、２１はＳｉ基板１及び２，電源１７
そしてスイッチ１８との間を電気的に連結するためのリ
ード線である。

【００１６】つぎに上記構成において、まづＳｉ基板２
の表面にＬＢ膜４及び５を累積し、その後、予め清浄化
したＳｉ基板１の接着面を、ＬＢ膜５の上に位置決めし
ながら重ね合わせる。しかしながら、Ｓｉ基板１及び２
の表面は、原子レベルから見た場合、完全にフラットで
なく、かつ無数の凹凸から成っているため、あるいは
又、波状のうねりから成っているため、Ｓｉ基板１とＳ
ｉ基板２上のＬＢ膜５との間の接着は全面で生じない。
従って、接着強度は低下する。

【００１７】そこで、図２（２）に見る様にスイッチ２
１をＯＮし、電源１７によってＳｉ基板１及び２との間
に電界を印加する。該電界によってＳｉ基板１とＳｉ基
板２との間に静電引力が生ずるため、該Ｓｉ基板１とＳ
ｉ基板２に成膜したＬＢ膜５との間は時間と共に次第に
狭くなり、全面に渡って原子間距離まで接近する。この
時点でスイッチ１８をＯＦＦにし、該静電引力を除去し
た場合に於いても、Ｓｉ基板１あるいはＳｉ基板２のい
づれかの一方が剛性の少ない薄板である場合、Ｓｉ基板
１とＬＢ膜５とは分子間力で結合状態を保持することに
なり、結果としてＳｉ基板１はＳｉ基板２にＬＢ膜４及
び５を中間層として接着したことになる。全面での接着
を可能にするために、該静電引力を大きくする必要があ
るところから、極めて薄い膜の成膜が簡便で、かつ高耐
圧の薄膜が望ましい。さて、本実施例の場合、中間層に
アラキジン酸をＬＢ膜として用い、室温中で、図２
（２）に見る様に電源１７を約５〔Ｖ〕で約３０分間印
加したところ、Ｓｉ基板１及び２の間の接着がなされ
た。

【００１８】尚、該ＬＢ膜に、強誘電性ＬＢ膜（例とし
て、ジアセチレン系、あるいはベンゼン誘導体系）、あ
るいはポリイミドＬＢ膜を用いた場合に於いても本発明
の意図するところは変らないものとする。

【００１９】〔実施例２〕図３は本発明の第２の実施例
を示し、本発明の特徴を最も良く表わす図面であり、同
図に於いて１はＳｉ基板、２はＳｉ基板１に接着するた
めのＳｉ基板、４はＳｉ基板２の表面に成膜したＬＢ
膜、５はＬＢ膜４の上にさらに層状に累積したＬＢ膜、
７及び８はＳｉ基板２上のＬＢ膜４のそれぞれ親水基及
び疎水基、９及び１０はＬＢ膜５のそれぞれ親水基及び
疎水基、１３はＳｉ基板１及び２を加熱する為のヒータ
付プラテン、１４はプラテン１３のヒータを加熱するた
めの加熱用電源、１５はプラテン１３のヒータをＯＮ及
びＯＦＦするためのスイッチ、１６はプラテン１３，ス
イッチ１５及び加熱用電源１４の各間を電気的に連結し
ているリード線、１７はＳｉ基板１とＳｉ基板２との間
に電界を発生させるための電源、１９及び２０はそれぞ
れＳｉ基板１及びプラテン１３に電気的に連結している
針状電極（プラテン１３とＳｉ基板２は電気的に連結し
ている。）、２１は針状電極１９及び２０，及び電源１
７との間を電気的に連結しているリード線である。

【００２０】つぎに上記構成において、まづＳｉ基板２
の表面にＬＢ膜４及び５を成膜し、その後、予め清浄化
したＳｉ基板１の接着面をＬＢ膜５の上に位置決めしな
がら重ね合わせる。その後、電源１７によってＳｉ基板
１と２との間に電界を印加し、該電界によって生ずる静
電引力によってＳｉ基板１とＬＢ膜５との間は原子間距
離まで接近する。

【００２１】さらに、Ｓｉ基板１及び２との間に電界を
印加しながら、同時にスイッチ１５をＯＮにし、ヒータ
付プラテン１３でＳｉ基板１及び２を加熱し、ＬＢ膜４
及び５を分解し、蒸発させる。この分解及び蒸発によっ
てＬＢ膜４及び５は消失するが、この時点では、Ｓｉ基
板１及び２の間の距離は原子間力あるいは分子間力の作
用する距離にまで接近しているため、結果としてＳｉ基
板１及び２同士の直接接着となる。

【００２２】本実施例の場合、ＬＢ膜４及び５にステア
リン酸の累積膜を用い、Ｓｉ基板１及び２の間に約６
〔Ｖ〕の電圧を印加しながら、３５０℃以上まで徐々に
加熱して行ったところ、約１時間後にＳｉ基板１及び２
同士が接着した。この接着した基板は、その後のダイシ
ング・ソーによる切断にも耐え得る程、強固な接着であ
った。

【００２３】尚、上記Ｓｉ基板の代りに、導電性基板
（例として、絶縁体表面に導電膜を成膜した基板、ある
いはイオン注入によって導電体化処理した基板）を用い
た場合に於いても、本発明の意図するところは変らな
い。

【００２４】〔実施例３〕図４、図５は本発明の第３の
実施例を示し、本発明の特徴を最も良く表わす図面であ
り、両図に於いて１はＳｉ基板、３はＳｉ基板１に接着
するための水晶基板、４及び５はＳｉ基板１の表面に累
積したＬＢ膜、６は水晶板３の表面に累積したＬＢ膜、
７及び８はＳｉ基板１上のＬＢ膜４のそれぞれ親水基及
び疎水基、９及び１０はＬＢ膜５のそれぞれ親水基及び
疎水基、１１及び１２はＬＢ膜６のそれぞれ親水基及び
疎水基、１３は水晶基板３及びＳｉ基板１を載せるため
のプラテン、１７はＳｉ基板１と水晶基板３との間に電
界を印加するための電源、１９及び２０はそれぞれＳｉ
基板１及び水晶基板３に電気的に連結している針状電極
（プラテン１３は導電体から構成されている）、２１は
針状電極１９及び２０そして電源１７との間を電気的に
連結しているリード線、２２はＳｉ基板１及び水晶基板
３の界面及びＬＢ膜４，５，６に照射するためのレーザ
光である。

【００２５】つぎに上記構成に於いて、まづＳｉ基板１
及び水晶基板３上にそれぞれＬＢ膜４，５の累積膜及び
ＬＢ膜６の単分子膜を成膜し、その後水晶基板３上のＬ
Ｂ膜６の上方から、Ｓｉ基板１上のＬＢ膜５を相対向さ
せ、位置決めしながら重ね合わせる。その後、電源１７
によってＳｉ基板１と水晶基板３との間に電界を印加
し、該電界によって生ずる静電引力によって、Ｓｉ基板
１上のＬＢ膜５と、水晶基板３上のＬＢ膜６との間を、
全面に渡って原子間距離まで接近させる。さらに、Ｓｉ
基板１及び水晶基板３との間に電界を印加しながら、同
時にレーザ光２２をＳｉ基板１の上方から照射し、ＬＢ
膜４，５及び６を分解し蒸発させる。この分解及び蒸発
によってＬＢ膜４，５及び６は消失するが、この時点
で、Ｓｉ基板１及び水晶基板３の間の距離は原子間力あ
るいは分子間力の作用する距離にまで接近しているた
め、結果として、Ｓｉ基板１及び水晶基板３は直接接着
となる。

【００２６】本実施例の場合、ＬＢ膜４，５としてベヘ
ン酸の累積膜を、又、ＬＢ膜６としてステアリルアミン
を用い、Ｓｉ基板１及び水晶基板３との間に約２００
〔Ｖ〕を印加しながら、ＣＯ₂レーザ光を照射（約５Ｗ
／ｃｍ²）したところ、約１時間後にＳｉ基板及び水晶
基板３が接着した。この接着した基板はその後のダイシ
ング・ソーによる切断にも耐え得る程、強固な接着であ
った。

【００２７】尚、上記水晶基板の代りに、不純物として
あるいは故意に可動性イオンを添加した絶縁体〔例とし
て、パイレックス（商品名）ガラス等〕を用いた場合に
於ても、本発明の意図するところは変らないものとす
る。

【００２８】〔実施例４〕本実施例においては、互いに
その結晶方位の異なる単結晶基板同士を、実施例１とほ
ぼ同様にして接合した。すなわち、（１００）Ｓｉ基板
面にベヘン酸ＬＢ膜を２層累積した第一のＳｉ基板と、
混酸で煮沸洗浄した後、２％フッ酸により疎水化処理し
た第二の（１１０）Ｓｉ基板とを以下の要領で接合し
た。第一、第二のＳｉ基板をＬＢ膜を介して積層した
後、両基板間に５Ｖを印加しつつ、２００℃に加熱し３
０分間保持して接合がなされた。

【００２９】以上のとうり接合したＳｉ基板を、ダイシ
ング・ソーで切断したが、基板の剥離は発生せず、強固
に接着していることを確認した。

【００３０】〔実施例５〕トリクロルエチレンを用いて
煮沸洗浄した後、硫酸、及び過酸化水素混合水溶液で表
面清浄したＩｎＰ基板面にステアリルアミンＬＢ膜を一
層堆積させた。他方、Ｓｉ基板を混酸により煮沸洗浄し
た後、２％フッ酸によって表面の疎水化を行った。前記
２枚の基板を、ＬＢ膜を介して積層した後、両基板間に
３Ｖを印加しつつ、２５０℃に加熱し１時間保持して接
合がなされた。

【００３１】以上のとうり接合した両基板を、ダイシン
グ・ソーで切断したが、基板の剥離は発生せず、強固に
接着していることを確認した。

【００３２】以上の実施例４、及び５により明らかにな
った様に、本発明では、異種基板同士を低温域で接合す
ることが可能であるため、従来方法に見られた熱応力に
より引き起こされる結晶転移の発生を回避することがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固相接合
法に於いて、接合面に、単分子膜あるいは単分子累積膜
を用いることにより、次の様な効果がある。

【００３４】（１）固相接合に於いて、微少な荷重で重
ね合わせるだけで、基板同士を引き剥されない程度の接
着力を生ずるので、位置決め（アライメント操作）が容
易であり、さらに位置決め後のハンドリングも容易であ
る。又、ＬＢ膜には高い絶縁耐性があり、接合基板間に
大きな静電引力を付与することができるため、位置決め
後、さらに強固に接着力を増加させることができる。

【００３５】（２）ＬＢ膜を初期の接着段階に使用し、
その後、ＬＢ膜の分解及び蒸発温度まで加熱（約３００
℃以上）することによって、ＬＢ膜を消失させるので、
導電性基板同士の接着がより強固になされる。

【００３６】（３）ＬＢ膜を初期の接着段階に使用し、
その後、ＬＢ膜の分解及び蒸発をレーザ光照射で行う。
該レーザ光を接着中心から接着外周部に向って順次偶な
く照射することによって、全面に渡って均質な接合を可
能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板間に作用する静電引力に関する説明に用い
た図である。

【図２】本発明を実施した接着の断面図である。

【図３】本発明を実施した接着の断面図である。

【図４】本発明を実施した接着前のサンプルの断面図で
ある。

【図５】本発明を実施した接着の断面図である。

【符号の説明】

１，２ Ｓｉ基板 ３ 水晶基板 ４，５，６ ＬＢ膜 ７，９，１１ ＬＢ膜の親水基 ８，１０，１２ ＬＢ膜の疎水基 １３ プラテン １４ ヒータ用電源 １５ スイッチ １６ リード線 １７ 電界印加用電源 １８ スイッチ １９，２０ 針状電極 ２１ リード線 ２２ レーザ光

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２の部材を接合する方法であ
   って、少なくとも一方の接合面に単分子膜、又は単分子
   累積膜を形成する過程（Ａ）と、前記接合面を介して前
   記部材を互いに密着させる過程（Ｂ）と、前記接合面に
   電界を印加する過程（Ｃ）とを有することを特徴とする
   固相接合法。
2. 【請求項２】 少なくとも２の部材を接合する方法であ
   って、少なくとも一方の接合面に単分子膜、又は単分子
   累積膜を形成する過程（Ａ）と、前記接合面を介して前
   記部材を互いに密着させる過程（Ｂ）と、前記接合面に
   電界を印加する過程（Ｃ）と、前記接合面を加熱する過
   程（Ｄ）とを有することを特徴とする固相接合法。
3. 【請求項３】 少なくとも２の部材を接合する方法であ
   って、少なくとも一方の接合面に単分子膜、又は単分子
   累積膜を形成する過程（Ａ）と、前記接合面を介して前
   記部材を互いに密着させる過程（Ｂ）と、前記接合面に
   電界を印加する過程（Ｃ）と、前記接合面にレーザー光
   を照射する過程（Ｅ）とを有することを特徴とする固相
   接合法。
4. 【請求項４】 前記過程（Ｃ）と、前記過程（Ｄ）とを
   順次、実行する請求項２に記載の固相接合法。
5. 【請求項５】 前記過程（Ｃ）と、前記過程（Ｄ）とを
   略同時に実行する請求項２に記載の固相接合法。
6. 【請求項６】 前記過程（Ｃ）と、前記過程（Ｅ）とを
   順次、実行する請求項３に記載の固相接合法。
7. 【請求項７】 前記過程（Ｃ）と、前記過程（Ｅ）とを
   略同時に実行する請求項３に記載の固相接合法。
8. 【請求項８】 前記部材の少なくとも一方が導電体であ
   る請求項１〜３の何れか１に記載の固相接合法。
9. 【請求項９】 前記部材が同質である請求項１〜３の何
   れか１に記載の固相接合法。
10. 【請求項１０】 前記部材が互いに異質である請求項１
    〜３の何れか１に記載の固相接合法。
11. 【請求項１１】 前記単分子膜、又は単分子累積膜が絶
    縁性である請求項１〜３の何れか１に記載の固相接合
    法。
12. 【請求項１２】 前記単分子膜、又は単分子累積膜が直
    鎖飽和脂肪酸からなる請求項１〜３の何れか１に記載の
    固相接合法。
13. 【請求項１３】 前記加熱がヒーターを以て実行される
    請求項２に記載の固相接合法。
14. 【請求項１４】 前記レーザー光として、波長範囲；
    ０．２μｍ〜１２μｍのレーザー光を使用する請求項３
    に記載の固相接合法。