基板の製造方法
【課題】ボイドの発生を抑制することができ、かつ接合強度を向上することができ、かつ製造コストを低減することができる基板の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１０の製造方法は、第１の基板１と第２の基板２とが接合された基板１０の製造方法であって、以下の工程を備えている。希ガスプラズマが照射された一方面１ａを有する第１の基板１および酸素プラズマが照射された一方面２ａを有する第２の基板２が準備される。第１の基板１の一方面１ａと第２の基板２の一方面２ａとが向かい合わされて大気中で第１の基板１および第２の基板２が張り合わせられて仮接合される。仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加熱されて接合される。
【解決手段】基板１０の製造方法は、第１の基板１と第２の基板２とが接合された基板１０の製造方法であって、以下の工程を備えている。希ガスプラズマが照射された一方面１ａを有する第１の基板１および酸素プラズマが照射された一方面２ａを有する第２の基板２が準備される。第１の基板１の一方面１ａと第２の基板２の一方面２ａとが向かい合わされて大気中で第１の基板１および第２の基板２が張り合わせられて仮接合される。仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加熱されて接合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板の製造方法に関し、特に、第１の基板と第２の基板とが接合された基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、同種あるいは異種の薄板の基板を貼り合わせる基板接合技術が用いられている。この基板接合技術によって電子部品および光学部品の製造・設計手法が拡がる。このため、電子部品および光学部品の高機能化、低コスト化などが図られる。この基板接合技術を用いた構造として、たとえば、シリコン（Ｓｉ）基板上に形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスのパッケージングのためにキャビティを掘り込んだガラスウェハをシリコン基板と接合する構造、光導波路を形成するためにＩｎＰ（リン化インジウム）基板をシリコン基板上に接合する構造などが提案されている。
【０００３】
このような基板接合技術を利用した電子部品および光学部品において、基板接合技術として樹脂接着剤を用いた手法が安価な手法として利用されている。しかし、樹脂は熱、湿度などに対する環境耐性が低い。そのため、樹脂は電子部品および光学部品の特性劣化および信頼性不良の要因となる。このため、樹脂接着剤を用いずに基板の表面同士を直接接合する技術が求められている。
【０００４】
直接接合の手法として、基板表面を薬液洗浄と研磨加工とによって高清浄、高平滑にして、原子間力で基板同士を貼り付け、最終的に加熱して強固な接合を得る手法がある。この手法は拡散接合と呼ばれている。この手法では十分な接合強度を得るために材料の融点近くまで加熱する必要があり、たとえばシリコン基板同士を張り合わせた基板は１０００℃以上に加熱される。その後基板が加圧されて接合される。ここで、異種基板接合では熱膨張係数が僅かでも異なると接合基板が室温へ冷却される際に接合された基板同士の収縮率の違いにより接合基板が破壊されるという欠点があるため、この手法を適用できる材料は限られている。
【０００５】
次に、低温で直接接合を実現する手法として、接合時に基板間へ電圧を印加し、静電力を利用して接合する手法がある。この手法は陽極接合と呼ばれている。この陽極接合では、たとえばシリコン基板とパイレックス（登録商標）ガラス基板とを４００℃で強固に接合することができる。しかし、この陽極接合では、イオン伝導性のない絶縁体基板は接合できないため、適用できる基板材料は限られる。
【０００６】
数１００℃の加熱で強固な直接接合を実現する手法として、基板表面をプラズマ、イオンビームなどで清浄化・活性化して接合する手法がある。この手法は表面活性化接合と呼ばれている。この表面活性化接合に関して、様々な技術が提案されている。
【０００７】
たとえば、特開平１０−９２７０２号公報（特許文献１）では、真空中でアルゴン（Ａｒ）イオンビームを照射してシリコンウェハの接合面を清浄化・活性化し、そのまま真空中でシリコンウェハを常温接合する技術が提案されている。この技術ではシリコンウェハが真空中で接合されているため大気雰囲気で形成されるコンタミネーション層（汚染層）がシリコンウェハの接合面に付着しない。そのため、接合面の表面原子のダングリングボンドによる共有結合が形成され得る。そのため常温での強固な接合が可能となり得る。
【０００８】
また、特開２００４−５４１７０号公報（特許文献２）では、Ａｒイオンビームで結晶表面を数１０ｎｍ程度エッチングして清浄化した後、僅かな荷重を加えて結晶表面を密着させ、真空中において融点以下（たとえばＹＶＯ4の（イットリウム・バナデート）の場合は６００℃）で加熱して接合する技術が提案されている。この技術では融点以下で接合することで、接合面の歪みがないため光学特性が向上し得る。
【０００９】
また、特開２００９−２２６４１２号公報（特許文献３）では、板状部材の表面にプラズマを照射した後に２００℃程度で加熱する技術が提案されている。この技術では基板が余剰に吸着した水分が脱離され、本接合における気泡（ボイド）の発生が抑制され得る。この手法により、ボイドが少ない接合が可能となり得る。
【００１０】
また、特開２００５−７９３５３号公報（特許文献４）では、基板の表面に酸素プラズマを照射して表面にＯＨ基を吸着させる活性化を行った後、さらに窒素プラズマによるラジカルを照射する技術が提案されている。この技術では、酸素プラズマおよび窒素プラズマでの二段階の照射によって、酸素プラズマだけを照射する場合に比べて基板が強固に結合され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−９２７０２号公報
【特許文献２】特開２００４−５４１７０号公報
【特許文献３】特開２００９−２２６４１２号公報
【特許文献４】特開２００５−７９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の特開平１０−９２７０２号公報の技術では、シリコンウェハを真空中で搬送する機構が装置の高コスト化を招くという問題がある。さらにシリコンウェハあるいはロット毎に超高真空状態へのポンピングが必要であるため、スループット（単位時間当たりの処理能力）が低くなることで製造コストが高くなるという問題がある。
【００１３】
また上記の特開２００４−５４１７０号公報の技術では、Ａｒイオンビームによるエッチングだけでは結晶表面において十分に活性化が起こらないため、自発接合力が弱い。そのため広い面積を接合する場合に未接合部が残りやすい。また接合強度も低くなる。このためダイシングなどの後工程に必要な接合強度が得られないという問題がある。
【００１４】
また、上記の特開２００９−２２６４１２号公報の技術では、仮接合前の加熱により余剰な水分が脱離すると同時にＯＨ基も脱離してしまうことで、自発接合力不足による接合不良、本接合後の接合強度不足が起こるという問題がある。
【００１５】
また、上記の特開２００５−７９３５３号公報の技術では、ラジカル照射は特別な機構を有する装置でしか行うことができないため、装置導入費用が高くなる。そのため製造コストが高くなるという問題がある。
【００１６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ボイドの発生を抑制することができ、かつ接合強度を向上することができ、かつ製造コストを低減することができる基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の基板の製造方法は、第１の基板と第２の基板とが接合された基板の製造方法であって、以下の工程を備えている。希ガスプラズマが照射された一方面を有する第１の基板および酸素プラズマが照射された一方面を有する第２の基板が準備される。第１の基板の一方面と第２の基板の一方面とが向かい合わされて大気中で張り合わせられて仮接合される。仮接合された状態の第１の基板と第２の基板とが加熱されて接合される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の基板の製造方法によれば、第２の基板の一方面では、酸素プラズマが照射されているため親水性は高くなる。そのため第２の基板の一方面にＯＨ基が十分に吸着されるため自発接合力が向上する。これにより接合強度を向上することができる。
【００１９】
また、第２の基板の一方面では親水性が高くなるため、水分子が多く吸着されている。水分子が多く吸着されているとボイドが発生しやすい。そこで、第１の基板の一方面は、希ガスプラズマが照射されることで、表面が洗浄され、かつＯＨ基の吸着が第２の基板よりも少なくなる。そのため、水分子の吸着は第２の基板よりも少なくなる。これにより、第１の基板と第２の基板とを張り合わせた際に接合部の水分量を抑えることができる。このため、仮接合された状態の第１の基板と第２の基板とが加熱される際に、ボイドの発生を抑制することができる。このボイドの発生を抑制することによっても接合強度を向上することができる。
【００２０】
また、第１の基板の一方面と第２の基板の一方面とが大気中で張り合わせられて仮接合されても、水分量を減らせるため、真空中で仮接合するための装置が不要となる。そのため本発明では真空中で仮接合する場合と比較して装置を低コスト化することができる。また希ガスプラズマおよび酸素プラズマを照射するための装置以外の特別な装置は必要ないため、装置導入コストを低くすることができる。そのため、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における基板の製造方法を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２における基板の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３における基板の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３における変形例の基板の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態４における基板の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態５における基板の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本発明の実施の形態１の基板の製造方法について説明する。
【００２３】
まず、図１を参照して、基板１０は、第１の基板１と第２の基板２とが接合されることで製造される。第１の基板１は、たとえばパイレックス（登録商標）ガラス基板である。この場合、第１の基板１は、たとえば直径４インチ、厚み０．３ｍｍに設定されている。第２の基板２は、たとえばシリコン基板である。この場合、第１の基板１は、たとえば直径４インチ（１０．１６ｃｍ）、厚み０．３ｍｍ、導電型ｐ型、抵抗率１〜１０Ωｃｍに設定されている。
【００２４】
第１の基板１の一方面１ａには希ガスプラズマが照射される。第１の基板１の一方面１ａに、たとえば、平行平板型のプラズマ照射装置によって、圧力１０Ｐａ、ＲＦパワー１００Ｗのアルゴン（Ａｒ）プラズマが３０秒間照射される。このようにして第１の基板１の一方面１ａにはＡｒプラズマ処理が施される。これにより、第１の基板１の一方面１ａでは表面洗浄化の効果が得られる。
【００２５】
第２の基板２の一方面２ａには酸素プラズマが照射される。第２の基板２の一方面２ａに、たとえば、平行平板型のプラズマ照射装置によって、圧力１０Ｐａ、ＲＦ（ラジオ波）パワー１００Ｗの酸素（Ｏ2）プラズマが３０秒間照射される。このようにして第２の基板２の一方面２ａにはＯ2プラズマ処理が施される。これにより、第２の基板２の一方面２ａでは表面洗浄化の効果および高い親水性が得られる。そのため、第２の基板２の一方面２ａにＯＨ基が十分に吸着される。
【００２６】
希ガスプラズマが照射された一方面１ａを有する上述の第１の基板１と、酸素プラズマが照射された一方面２ａを有する上述の第２の基板２とが準備される（ステップＳ１）。
【００２７】
次に、プラズマ照射面である第１の基板１の一方面１ａと第２の基板２の一方面２ａとが向かい合わされて大気中で第１の基板１および第２の基板２が張り合わされて仮接合される（ステップＳ２）。第１の基板１と第２の基板２とが張り合わされる際には、第１の基板１と第２の基板２とを重ね合わせた状態で１点を軽く押し込むことにより、自発的に接触面が広がり、第１の基板１の一方面１ａと第２の基板２の一方面２ａとが密着した状態となる。
【００２８】
なお、接触面が広がる様子は、第２の基板２にパイレックス（登録商標）ガラス基板が用いられる場合には、パイレックス（登録商標）ガラス基板側から見える干渉縞が消えることで確認される。
【００２９】
また、この仮接合では、ＯＨ基が十分に吸着していないと自発接合力が小さくなる。この場合には、第１の基板１および第２の基板２のうねりに追従できないため仮接合の面積が広がらない。
【００３０】
次に、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加熱されて接合される（ステップ３）。加熱処理は、たとえばアニール炉を用いて、窒素あるいは大気雰囲気中において３００℃で８時間程度行われる。これにより、第１の基板１と第２の基板２とは、ＯＨ基によるイオン性結合からＳｉ−Ｏ−Ｓｉの共有結合にシフトする。このようにして第１の基板１と第２の基板２とは本接合状態となる。
【００３１】
加熱によって第１の基板１と第２の基板２との接合が強固になるため未接合部分が減少する。つまり第１の基板１と第２の基板２との接合面が広がる。さらに加熱によって第１の基板１の一方面１ａおよび第２の基板２の一方面２ａの表面の活性化または第１の基板１および第２の基板２の残留応力緩和によって未接合部分が減少する。
【００３２】
ここで、第１の基板１にパイレックス（登録商標）ガラス基板が用いられ、第２の基板２にシリコン基板が用いられた場合、電気的特性、外形、成分組成などの仕様によっては接合強度、ボイド生成率の違いはほとんどない。しかしながら、表面粗さは接合の成否に大きく影響するため、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）で１ｎｍ以下が必要とされる。
【００３３】
一方、プラズマ条件によって接合強度、ボイド生成率は異なる。プラズマ条件として、パワーは小さく、照射時間は短い方が、表面荒れが小さくなるため、また表面へのイオンの打ち込みが少なくなるため、接合強度、ボイド生成率が良好である。ただし、プラズマ照射で十分な表面清浄化効果を得る必要があるため、少なくとも有機物が１ｎｍ以上除去されるようなＲＦパワーと照射時間が必要である。
【００３４】
加熱処理の温度が高いほど、接合強度は高くなる傾向にある。たとえば３００℃の加熱では１０ＭＰａの接合強度であるが、５００℃で加熱すると３０ＭＰａ程度の接合強度が得られる。しかし、温度を高くし過ぎると基板割れや面荒れを引き起こすので、融点の半分程度に加熱温度を留めることが好ましい。
【００３５】
なお、本実施の形態では、全ての工程が無加圧で行われていてもよい。
次に、本発明の一実施の形態の作用効果について比較例と比較して説明する。
【００３６】
図１および表１を参照して、比較例１〜３、本発明例１および本発明例２では、それぞれ第１の基板１として上述のパイレックス（登録商標）ガラス基板が用いられ、第２の基板２として上述のシリコン（Ｓｉ）基板が用いられている。比較例１では両基板にＡｒプラズマが３０秒照射されている。比較例２では両基板にＯ2プラズマが３０秒照射されている。比較例３では両基板にＯ2プラズマが５秒照射されている。一方、本発明例１ではパイレックス（登録商標）ガラス基板にＡｒプラズマが３０秒照射され、Ｓｉ基板にＯ2プラズマが３０秒照射されている。本発明例２ではパイレックス（登録商標）ガラス基板にＡｒプラズマが５秒照射され、Ｓｉ基板にＯ2プラズマが５秒照射されている。
【００３７】
【表１】
【００３８】
比較例１の非接合領域は３５％であり、比較例２の非接合領域は１７％であり、比較例３の非接合領域は１１％である。一方、本発明例１の非接合領域は７％であり、本発明例２の非接合領域は５％である。このように表面活性化接合において、一方の基板にＡｒプラズマを照射し、他方の基板にＯ2プラズマを照射することよって加熱時のボイド（気泡）の発生を抑制することで非接合領域を抑制することができる。なお、本発明例１および本発明例２の非接合領域は、それぞれ基板汚れに起因するものである。
【００３９】
比較例１のように両基板にＡｒプラズマが照射されると、表面清浄化の効果は得られるが親水性は高くならない。このため、自発接合力は小さくなる。これにより表面が密着しないため非接合領域が非常に多く残る。一方、比較例２および比較例３のように両基板にＯ2プラズマを照射すると、表面清浄化の効果と高い親水性とが得られるが、表面への水分子の吸着が多くなる。そのため、後の本接合の加熱時に水分子の蒸発によるボイド（気泡）が発生する。このため、非接合領域が多く残る。
【００４０】
これに対して、本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第２の基板２の一方面２ａでは、酸素プラズマが照射されているため親水性は高くなる。そのため第２の基板２の一方面２ａにＯＨ基が十分に吸着されるため自発接合力が向上する。これにより接合強度を向上することができる。
【００４１】
また、第２の基板２の一方面２ａでは親水性が高くなるため、水分子が多く吸着されている。水分子が多く吸着されているとボイドが発生しやすい。そこで、第１の基板１の一方面１ａは、希ガスプラズマが照射されることで、表面が洗浄され、かつＯＨ基の吸着が第２の基板よりも少なくなる。そのため、水分子の吸着は第２の基板２よりも少なくなる。これにより、第１の基板１と第２の基板２とを張り合わせた際に接合部の水分量を抑えることができる。このため、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加熱される際に、ボイドの発生を抑制することができる。このボイドの発生を抑制することによっても接合強度を向上することができる。
【００４２】
また、第１の基板１と第２の基板２とが大気中で張り合わせられて仮接合される際、第２の基板２の一方面２ａに吸着した水分子は第１の基板１の一方面１ａで親水基となる。そのため第２の基板２の一方面２ａに吸着した水分子の量が減少する。このため加熱時にボイドの発生を抑制することができる。
【００４３】
また、第１の基板１の一方面１ａと第２の基板２の一方面２ａとが大気中で張り合わせられて仮接合されても、水分量を減らせるため、真空中で仮接合するための装置が不要となる。そのため本実施の形態では真空中で仮接合する場合と比較して装置を低コスト化することができる。また希ガスプラズマおよび酸素プラズマを照射するための装置以外の特別な装置は必要ないため、装置導入コストを低くすることができる。そのため、製造コストを低減することができる。
【００４４】
また、パイレックス（登録商標）ガラス基板とシリコン基板とが接合されたＭＥＭＳセンサのパッケージなどにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。これにより、ボイドレス接合を実現することができる。ボイドの発生を抑制することでＭＥＭＳデバイスのパッケージなどを歩留まりよく製造することができる。このため生産性を向上することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１で用いられたアルゴンプラズマの他にクリプトンプラズマまたはキセノンプラズマが用いられる。本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００４６】
図２を参照して、第１の基板１の一方面１ａにクリプトン（Ｋｒ）プラズマまたはキセノン（Ｘｅ）プラズマが照射される。このようにして、第１の基板１の一方面１ａにＫｒまたはＸｅプラズマ処理が施される。
【００４７】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、希ガスプラズマは、アルゴンプラズマ、クリプトンプラズマまたはキセノンプラズマのいずれかである。これにより、第１の基板１の一方面１ａでは表面洗浄化の効果を得ることができる。
【００４８】
また、アルゴンプラズマが用いられる場合、アルゴンでは照射したイオンがシリコン結晶の格子間に埋没する数が多い。クリプトンプラズマまたはキセノンプラズマが用いられる場合、クリプトン原子およびキセノン原子はアルゴン原子より大きいため、クリプトンまたはキセノンでは照射したイオンがシリコン結晶の格子間に埋没することが抑制される。そのため、クリプトンおよびキセノンでは照射したイオンが基板表面において深い位置に取り込まれにくい。これにより、加熱工程で脱ガスによるボイド（気泡）の発生をさらに起こりにくくすることができる。
【００４９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、実施の形態１と比較して、仮接合の後に、第１の基板および第２の基板が加圧されている点で異なっている。
【００５０】
図３を参照して、本実施の形態では、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加圧された状態で加熱される（ステップＳ３）。加圧の圧力はたとえば１０ＭＰａに設定される。
【００５１】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第１の基板１と第２の基板２とを加熱して接合する工程は、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とを加圧した状態で加熱する工程を含んでいる。第１の基板１と第２の基板２とが加圧された状態で加熱されることで接合強度をさらに向上することができる。また、第１の基板１と第２の基板２とが加圧されることでパーティクルおよび基板反りのために仮接合の際には未接合であった領域を接合することができる。
【００５２】
また、第１の基板１と第２の基板２とが加圧された状態で加熱されると、基板割れが起こる可能性があるため、第１の基板１と第２の基板２は加熱前に無加圧に戻されてもよい。
【００５３】
図４を参照して、本実施の形態の変形例では、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加圧される（ステップＳ４）。次に、加圧された状態の第１の基板１と第２の基板とが無加圧に戻される。第１の基板１と第２の基板とが無加圧の状態で加熱される（ステップＳ３）。
【００５４】
本実施の形態の変形例の基板１０の製造方法によれば、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とを加圧する工程をさらに備えている。加熱して接合する工程は、加圧された状態の第１の基板１と第２の基板２とを無加圧に戻した状態で加熱する工程を含んでいる。仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加圧されることで接合強度をさらに向上することができる。第１の基板１と第２の基板２とが無加圧に戻された状態で加熱されることで基板割れが起こる可能性を低くすることができる。また、第１の基板１と第２の基板２とが加圧されることでパーティクルおよび基板反りのために仮接合の際には未接合であった領域を接合することができる。
【００５５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４では、第１の基板および第２の基板の材料として半導体結晶または酸化物材料が用いられている。
【００５６】
本実施の形態では、第１の基板および第２の基板の材料は酸化物材料あるいは半導体結晶であればよい。つまり、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかは、半導体結晶を含んでいてもよい。半導体結晶としては、たとえば、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）などが適用され得る。また、第１の基板１および第２の基板２の少なくともいずれかは、酸化物材料を含んでいてもよい。酸化物材料としては、たとえば、石英などが適用され得る。
【００５７】
図５を参照して、本実施の形態の一例として、第１の基板としての石英基板３と第２の基板としてのＧａＡｓ基板４とが接合される場合について説明する。石英基板３の一方面３ａにＡｒプラズマが照射され、ＧａＡｓ基板４の一方面４ａにＯ2プラズマが照射される（ステップＳ１）。次に、石英基板３の一方面３ａとＧａＡｓ基板４の一方面４ａとが大気中で張り合わされて仮接合される（ステップＳ２）。その後に仮接合された状態の石英基板３とＧａＡｓ基板４とが加熱されて接合される（ステップＳ３）。これにより、たとえば高効率な発光素子を製造することができる。この発光素子では接合界面にボイドが少ないため歩留まりよく製造することができる。
【００５８】
プラズマ照射条件は基板材料によって変える必要はない。一方、表面粗さは基板材料によらず、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）で１ｎｍ以下が必要とされる。なお、ＧａＡｓ基板４にＡｒプラズマが照射され、石英基板３にＯ2プラズマが照射されても接合は可能である。しかし、非酸化物材料にＯ2プラズマを照射した方が、接合強度が向上し、ボイド生成率が低減するため、ＧａＡｓ基板４にＯ2プラズマが照射され、石英基板３にＡｒプラズマが照射される方が好ましい。
【００５９】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかは、半導体結晶を含んでいてもよい。このため、第１の基板および第の基板２の少なくともいずれかが半導体結晶を含むＭＥＭＳセンサのパッケージなどにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。
【００６０】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかは、酸化物材料を含んでいてもよい。このため、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかがガラス基板などの酸化物材料を含むＭＥＭＳセンサのパッケージなどにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。
【００６１】
また、石英基板３とＧａＡｓ基板４とが接合された発光素子などにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。この発光素子では接合界面にボイドが少ないため歩留まりよく製造することができる。
【００６２】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５では、第１の基板および第２の基板の材料として光学結晶が用いられている。
【００６３】
本実施の形態では第１の基板および第２の基板の材料は光学結晶が用いられている。つまり、第１の基板および前記第２の基板の少なくともいずれかは、光学結晶を含んでいてもよい。光学結晶として、たとえばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、ＹＶＯ4（イットリウム・バナデート）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）などが適用され得る。
【００６４】
図６を参照して、本実施の形態の一例として、第１の基板としてのＹＡＧ基板５と第２の基板としてのＮｄ：ＹＡＧ基板６とが接合される場合について説明する。また本実施の形態では、一のＹＡＧ基板５と他のＹＡＧ基板７とによってＮｄ：ＹＡＧ基板が挟まれるように積層された基板１０について説明する。
【００６５】
まず、一のＹＡＧ基板５の一方面５ａにＡｒプラズマが照射され、Ｎｄ：ＹＡＧ基板６の一方面６ａにＯ2プラズマが照射される（ステップＳ１）。次に、一のＹＡＧ基板５の一方面５ａとＮｄ：ＹＡＧ基板６の一方面６ａとが張り合わされて仮接合される。続いて、Ｎｄ：ＹＡＧ基板６の他方面６ｂにＯ2プラズマが照射され、他のＹＡＧ基板７の一方面７ａにＡｒプラズマが照射される（ステップＳ１０）。
【００６６】
次に、他のＹＡＧ基板７の一方面７ａとＮｄ：ＹＡＧ基板６の他方面６ｂとが張り合わされて仮接合される（ステップＳ２０）。その後に仮接合された状態の一のＹＡＧ基板５、Ｎｄ：ＹＡＧ基板および他のＹＡＧ基板７とが加熱されて接合される（ステップＳ３）。このようにして一のＹＡＧ基板５と他のＹＡＧ基板７とによってＮｄ：ＹＡＧ基板が挟まれるように積層された基板１０が製造される。これにより、たとえばＮｄ添加ＹＡＧ結晶を無添加ＹＡＧ結晶で挟んだレーザ素子を製造することができる。このレーザ素子では接合界面にボイドが少ないため歩留まりよく製造することができる。
【００６７】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかは、光学結晶を含んでいてもよい。このため、第１の基板および第の基板２の少なくともいずれかが光学結晶を含むレーザ素子などにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。このレーザ素子では接合界面にボイドが少ないため歩留まりよく製造することができる。
【００６８】
上記の各実施の形態は、適宜組み合わせられ得る。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１ 第１の基板、２ 第２の基板、３ 石英基板、４ ＧａＡｓ基板、５ 一のＹＡＧ基板、６ Ｎｄ：ＹＡＧ基板、７ 他のＹＡＧ基板、１０ 基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板の製造方法に関し、特に、第１の基板と第２の基板とが接合された基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、同種あるいは異種の薄板の基板を貼り合わせる基板接合技術が用いられている。この基板接合技術によって電子部品および光学部品の製造・設計手法が拡がる。このため、電子部品および光学部品の高機能化、低コスト化などが図られる。この基板接合技術を用いた構造として、たとえば、シリコン（Ｓｉ）基板上に形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスのパッケージングのためにキャビティを掘り込んだガラスウェハをシリコン基板と接合する構造、光導波路を形成するためにＩｎＰ（リン化インジウム）基板をシリコン基板上に接合する構造などが提案されている。
【０００３】
このような基板接合技術を利用した電子部品および光学部品において、基板接合技術として樹脂接着剤を用いた手法が安価な手法として利用されている。しかし、樹脂は熱、湿度などに対する環境耐性が低い。そのため、樹脂は電子部品および光学部品の特性劣化および信頼性不良の要因となる。このため、樹脂接着剤を用いずに基板の表面同士を直接接合する技術が求められている。
【０００４】
直接接合の手法として、基板表面を薬液洗浄と研磨加工とによって高清浄、高平滑にして、原子間力で基板同士を貼り付け、最終的に加熱して強固な接合を得る手法がある。この手法は拡散接合と呼ばれている。この手法では十分な接合強度を得るために材料の融点近くまで加熱する必要があり、たとえばシリコン基板同士を張り合わせた基板は１０００℃以上に加熱される。その後基板が加圧されて接合される。ここで、異種基板接合では熱膨張係数が僅かでも異なると接合基板が室温へ冷却される際に接合された基板同士の収縮率の違いにより接合基板が破壊されるという欠点があるため、この手法を適用できる材料は限られている。
【０００５】
次に、低温で直接接合を実現する手法として、接合時に基板間へ電圧を印加し、静電力を利用して接合する手法がある。この手法は陽極接合と呼ばれている。この陽極接合では、たとえばシリコン基板とパイレックス（登録商標）ガラス基板とを４００℃で強固に接合することができる。しかし、この陽極接合では、イオン伝導性のない絶縁体基板は接合できないため、適用できる基板材料は限られる。
【０００６】
数１００℃の加熱で強固な直接接合を実現する手法として、基板表面をプラズマ、イオンビームなどで清浄化・活性化して接合する手法がある。この手法は表面活性化接合と呼ばれている。この表面活性化接合に関して、様々な技術が提案されている。
【０００７】
たとえば、特開平１０−９２７０２号公報（特許文献１）では、真空中でアルゴン（Ａｒ）イオンビームを照射してシリコンウェハの接合面を清浄化・活性化し、そのまま真空中でシリコンウェハを常温接合する技術が提案されている。この技術ではシリコンウェハが真空中で接合されているため大気雰囲気で形成されるコンタミネーション層（汚染層）がシリコンウェハの接合面に付着しない。そのため、接合面の表面原子のダングリングボンドによる共有結合が形成され得る。そのため常温での強固な接合が可能となり得る。
【０００８】
また、特開２００４−５４１７０号公報（特許文献２）では、Ａｒイオンビームで結晶表面を数１０ｎｍ程度エッチングして清浄化した後、僅かな荷重を加えて結晶表面を密着させ、真空中において融点以下（たとえばＹＶＯ4の（イットリウム・バナデート）の場合は６００℃）で加熱して接合する技術が提案されている。この技術では融点以下で接合することで、接合面の歪みがないため光学特性が向上し得る。
【０００９】
また、特開２００９−２２６４１２号公報（特許文献３）では、板状部材の表面にプラズマを照射した後に２００℃程度で加熱する技術が提案されている。この技術では基板が余剰に吸着した水分が脱離され、本接合における気泡（ボイド）の発生が抑制され得る。この手法により、ボイドが少ない接合が可能となり得る。
【００１０】
また、特開２００５−７９３５３号公報（特許文献４）では、基板の表面に酸素プラズマを照射して表面にＯＨ基を吸着させる活性化を行った後、さらに窒素プラズマによるラジカルを照射する技術が提案されている。この技術では、酸素プラズマおよび窒素プラズマでの二段階の照射によって、酸素プラズマだけを照射する場合に比べて基板が強固に結合され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−９２７０２号公報
【特許文献２】特開２００４−５４１７０号公報
【特許文献３】特開２００９−２２６４１２号公報
【特許文献４】特開２００５−７９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の特開平１０−９２７０２号公報の技術では、シリコンウェハを真空中で搬送する機構が装置の高コスト化を招くという問題がある。さらにシリコンウェハあるいはロット毎に超高真空状態へのポンピングが必要であるため、スループット（単位時間当たりの処理能力）が低くなることで製造コストが高くなるという問題がある。
【００１３】
また上記の特開２００４−５４１７０号公報の技術では、Ａｒイオンビームによるエッチングだけでは結晶表面において十分に活性化が起こらないため、自発接合力が弱い。そのため広い面積を接合する場合に未接合部が残りやすい。また接合強度も低くなる。このためダイシングなどの後工程に必要な接合強度が得られないという問題がある。
【００１４】
また、上記の特開２００９−２２６４１２号公報の技術では、仮接合前の加熱により余剰な水分が脱離すると同時にＯＨ基も脱離してしまうことで、自発接合力不足による接合不良、本接合後の接合強度不足が起こるという問題がある。
【００１５】
また、上記の特開２００５−７９３５３号公報の技術では、ラジカル照射は特別な機構を有する装置でしか行うことができないため、装置導入費用が高くなる。そのため製造コストが高くなるという問題がある。
【００１６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ボイドの発生を抑制することができ、かつ接合強度を向上することができ、かつ製造コストを低減することができる基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の基板の製造方法は、第１の基板と第２の基板とが接合された基板の製造方法であって、以下の工程を備えている。希ガスプラズマが照射された一方面を有する第１の基板および酸素プラズマが照射された一方面を有する第２の基板が準備される。第１の基板の一方面と第２の基板の一方面とが向かい合わされて大気中で張り合わせられて仮接合される。仮接合された状態の第１の基板と第２の基板とが加熱されて接合される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の基板の製造方法によれば、第２の基板の一方面では、酸素プラズマが照射されているため親水性は高くなる。そのため第２の基板の一方面にＯＨ基が十分に吸着されるため自発接合力が向上する。これにより接合強度を向上することができる。
【００１９】
また、第２の基板の一方面では親水性が高くなるため、水分子が多く吸着されている。水分子が多く吸着されているとボイドが発生しやすい。そこで、第１の基板の一方面は、希ガスプラズマが照射されることで、表面が洗浄され、かつＯＨ基の吸着が第２の基板よりも少なくなる。そのため、水分子の吸着は第２の基板よりも少なくなる。これにより、第１の基板と第２の基板とを張り合わせた際に接合部の水分量を抑えることができる。このため、仮接合された状態の第１の基板と第２の基板とが加熱される際に、ボイドの発生を抑制することができる。このボイドの発生を抑制することによっても接合強度を向上することができる。
【００２０】
また、第１の基板の一方面と第２の基板の一方面とが大気中で張り合わせられて仮接合されても、水分量を減らせるため、真空中で仮接合するための装置が不要となる。そのため本発明では真空中で仮接合する場合と比較して装置を低コスト化することができる。また希ガスプラズマおよび酸素プラズマを照射するための装置以外の特別な装置は必要ないため、装置導入コストを低くすることができる。そのため、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における基板の製造方法を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２における基板の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３における基板の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３における変形例の基板の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態４における基板の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態５における基板の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本発明の実施の形態１の基板の製造方法について説明する。
【００２３】
まず、図１を参照して、基板１０は、第１の基板１と第２の基板２とが接合されることで製造される。第１の基板１は、たとえばパイレックス（登録商標）ガラス基板である。この場合、第１の基板１は、たとえば直径４インチ、厚み０．３ｍｍに設定されている。第２の基板２は、たとえばシリコン基板である。この場合、第１の基板１は、たとえば直径４インチ（１０．１６ｃｍ）、厚み０．３ｍｍ、導電型ｐ型、抵抗率１〜１０Ωｃｍに設定されている。
【００２４】
第１の基板１の一方面１ａには希ガスプラズマが照射される。第１の基板１の一方面１ａに、たとえば、平行平板型のプラズマ照射装置によって、圧力１０Ｐａ、ＲＦパワー１００Ｗのアルゴン（Ａｒ）プラズマが３０秒間照射される。このようにして第１の基板１の一方面１ａにはＡｒプラズマ処理が施される。これにより、第１の基板１の一方面１ａでは表面洗浄化の効果が得られる。
【００２５】
第２の基板２の一方面２ａには酸素プラズマが照射される。第２の基板２の一方面２ａに、たとえば、平行平板型のプラズマ照射装置によって、圧力１０Ｐａ、ＲＦ（ラジオ波）パワー１００Ｗの酸素（Ｏ2）プラズマが３０秒間照射される。このようにして第２の基板２の一方面２ａにはＯ2プラズマ処理が施される。これにより、第２の基板２の一方面２ａでは表面洗浄化の効果および高い親水性が得られる。そのため、第２の基板２の一方面２ａにＯＨ基が十分に吸着される。
【００２６】
希ガスプラズマが照射された一方面１ａを有する上述の第１の基板１と、酸素プラズマが照射された一方面２ａを有する上述の第２の基板２とが準備される（ステップＳ１）。
【００２７】
次に、プラズマ照射面である第１の基板１の一方面１ａと第２の基板２の一方面２ａとが向かい合わされて大気中で第１の基板１および第２の基板２が張り合わされて仮接合される（ステップＳ２）。第１の基板１と第２の基板２とが張り合わされる際には、第１の基板１と第２の基板２とを重ね合わせた状態で１点を軽く押し込むことにより、自発的に接触面が広がり、第１の基板１の一方面１ａと第２の基板２の一方面２ａとが密着した状態となる。
【００２８】
なお、接触面が広がる様子は、第２の基板２にパイレックス（登録商標）ガラス基板が用いられる場合には、パイレックス（登録商標）ガラス基板側から見える干渉縞が消えることで確認される。
【００２９】
また、この仮接合では、ＯＨ基が十分に吸着していないと自発接合力が小さくなる。この場合には、第１の基板１および第２の基板２のうねりに追従できないため仮接合の面積が広がらない。
【００３０】
次に、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加熱されて接合される（ステップ３）。加熱処理は、たとえばアニール炉を用いて、窒素あるいは大気雰囲気中において３００℃で８時間程度行われる。これにより、第１の基板１と第２の基板２とは、ＯＨ基によるイオン性結合からＳｉ−Ｏ−Ｓｉの共有結合にシフトする。このようにして第１の基板１と第２の基板２とは本接合状態となる。
【００３１】
加熱によって第１の基板１と第２の基板２との接合が強固になるため未接合部分が減少する。つまり第１の基板１と第２の基板２との接合面が広がる。さらに加熱によって第１の基板１の一方面１ａおよび第２の基板２の一方面２ａの表面の活性化または第１の基板１および第２の基板２の残留応力緩和によって未接合部分が減少する。
【００３２】
ここで、第１の基板１にパイレックス（登録商標）ガラス基板が用いられ、第２の基板２にシリコン基板が用いられた場合、電気的特性、外形、成分組成などの仕様によっては接合強度、ボイド生成率の違いはほとんどない。しかしながら、表面粗さは接合の成否に大きく影響するため、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）で１ｎｍ以下が必要とされる。
【００３３】
一方、プラズマ条件によって接合強度、ボイド生成率は異なる。プラズマ条件として、パワーは小さく、照射時間は短い方が、表面荒れが小さくなるため、また表面へのイオンの打ち込みが少なくなるため、接合強度、ボイド生成率が良好である。ただし、プラズマ照射で十分な表面清浄化効果を得る必要があるため、少なくとも有機物が１ｎｍ以上除去されるようなＲＦパワーと照射時間が必要である。
【００３４】
加熱処理の温度が高いほど、接合強度は高くなる傾向にある。たとえば３００℃の加熱では１０ＭＰａの接合強度であるが、５００℃で加熱すると３０ＭＰａ程度の接合強度が得られる。しかし、温度を高くし過ぎると基板割れや面荒れを引き起こすので、融点の半分程度に加熱温度を留めることが好ましい。
【００３５】
なお、本実施の形態では、全ての工程が無加圧で行われていてもよい。
次に、本発明の一実施の形態の作用効果について比較例と比較して説明する。
【００３６】
図１および表１を参照して、比較例１〜３、本発明例１および本発明例２では、それぞれ第１の基板１として上述のパイレックス（登録商標）ガラス基板が用いられ、第２の基板２として上述のシリコン（Ｓｉ）基板が用いられている。比較例１では両基板にＡｒプラズマが３０秒照射されている。比較例２では両基板にＯ2プラズマが３０秒照射されている。比較例３では両基板にＯ2プラズマが５秒照射されている。一方、本発明例１ではパイレックス（登録商標）ガラス基板にＡｒプラズマが３０秒照射され、Ｓｉ基板にＯ2プラズマが３０秒照射されている。本発明例２ではパイレックス（登録商標）ガラス基板にＡｒプラズマが５秒照射され、Ｓｉ基板にＯ2プラズマが５秒照射されている。
【００３７】
【表１】
【００３８】
比較例１の非接合領域は３５％であり、比較例２の非接合領域は１７％であり、比較例３の非接合領域は１１％である。一方、本発明例１の非接合領域は７％であり、本発明例２の非接合領域は５％である。このように表面活性化接合において、一方の基板にＡｒプラズマを照射し、他方の基板にＯ2プラズマを照射することよって加熱時のボイド（気泡）の発生を抑制することで非接合領域を抑制することができる。なお、本発明例１および本発明例２の非接合領域は、それぞれ基板汚れに起因するものである。
【００３９】
比較例１のように両基板にＡｒプラズマが照射されると、表面清浄化の効果は得られるが親水性は高くならない。このため、自発接合力は小さくなる。これにより表面が密着しないため非接合領域が非常に多く残る。一方、比較例２および比較例３のように両基板にＯ2プラズマを照射すると、表面清浄化の効果と高い親水性とが得られるが、表面への水分子の吸着が多くなる。そのため、後の本接合の加熱時に水分子の蒸発によるボイド（気泡）が発生する。このため、非接合領域が多く残る。
【００４０】
これに対して、本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第２の基板２の一方面２ａでは、酸素プラズマが照射されているため親水性は高くなる。そのため第２の基板２の一方面２ａにＯＨ基が十分に吸着されるため自発接合力が向上する。これにより接合強度を向上することができる。
【００４１】
また、第２の基板２の一方面２ａでは親水性が高くなるため、水分子が多く吸着されている。水分子が多く吸着されているとボイドが発生しやすい。そこで、第１の基板１の一方面１ａは、希ガスプラズマが照射されることで、表面が洗浄され、かつＯＨ基の吸着が第２の基板よりも少なくなる。そのため、水分子の吸着は第２の基板２よりも少なくなる。これにより、第１の基板１と第２の基板２とを張り合わせた際に接合部の水分量を抑えることができる。このため、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加熱される際に、ボイドの発生を抑制することができる。このボイドの発生を抑制することによっても接合強度を向上することができる。
【００４２】
また、第１の基板１と第２の基板２とが大気中で張り合わせられて仮接合される際、第２の基板２の一方面２ａに吸着した水分子は第１の基板１の一方面１ａで親水基となる。そのため第２の基板２の一方面２ａに吸着した水分子の量が減少する。このため加熱時にボイドの発生を抑制することができる。
【００４３】
また、第１の基板１の一方面１ａと第２の基板２の一方面２ａとが大気中で張り合わせられて仮接合されても、水分量を減らせるため、真空中で仮接合するための装置が不要となる。そのため本実施の形態では真空中で仮接合する場合と比較して装置を低コスト化することができる。また希ガスプラズマおよび酸素プラズマを照射するための装置以外の特別な装置は必要ないため、装置導入コストを低くすることができる。そのため、製造コストを低減することができる。
【００４４】
また、パイレックス（登録商標）ガラス基板とシリコン基板とが接合されたＭＥＭＳセンサのパッケージなどにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。これにより、ボイドレス接合を実現することができる。ボイドの発生を抑制することでＭＥＭＳデバイスのパッケージなどを歩留まりよく製造することができる。このため生産性を向上することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１で用いられたアルゴンプラズマの他にクリプトンプラズマまたはキセノンプラズマが用いられる。本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００４６】
図２を参照して、第１の基板１の一方面１ａにクリプトン（Ｋｒ）プラズマまたはキセノン（Ｘｅ）プラズマが照射される。このようにして、第１の基板１の一方面１ａにＫｒまたはＸｅプラズマ処理が施される。
【００４７】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、希ガスプラズマは、アルゴンプラズマ、クリプトンプラズマまたはキセノンプラズマのいずれかである。これにより、第１の基板１の一方面１ａでは表面洗浄化の効果を得ることができる。
【００４８】
また、アルゴンプラズマが用いられる場合、アルゴンでは照射したイオンがシリコン結晶の格子間に埋没する数が多い。クリプトンプラズマまたはキセノンプラズマが用いられる場合、クリプトン原子およびキセノン原子はアルゴン原子より大きいため、クリプトンまたはキセノンでは照射したイオンがシリコン結晶の格子間に埋没することが抑制される。そのため、クリプトンおよびキセノンでは照射したイオンが基板表面において深い位置に取り込まれにくい。これにより、加熱工程で脱ガスによるボイド（気泡）の発生をさらに起こりにくくすることができる。
【００４９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、実施の形態１と比較して、仮接合の後に、第１の基板および第２の基板が加圧されている点で異なっている。
【００５０】
図３を参照して、本実施の形態では、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加圧された状態で加熱される（ステップＳ３）。加圧の圧力はたとえば１０ＭＰａに設定される。
【００５１】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第１の基板１と第２の基板２とを加熱して接合する工程は、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とを加圧した状態で加熱する工程を含んでいる。第１の基板１と第２の基板２とが加圧された状態で加熱されることで接合強度をさらに向上することができる。また、第１の基板１と第２の基板２とが加圧されることでパーティクルおよび基板反りのために仮接合の際には未接合であった領域を接合することができる。
【００５２】
また、第１の基板１と第２の基板２とが加圧された状態で加熱されると、基板割れが起こる可能性があるため、第１の基板１と第２の基板２は加熱前に無加圧に戻されてもよい。
【００５３】
図４を参照して、本実施の形態の変形例では、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加圧される（ステップＳ４）。次に、加圧された状態の第１の基板１と第２の基板とが無加圧に戻される。第１の基板１と第２の基板とが無加圧の状態で加熱される（ステップＳ３）。
【００５４】
本実施の形態の変形例の基板１０の製造方法によれば、仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とを加圧する工程をさらに備えている。加熱して接合する工程は、加圧された状態の第１の基板１と第２の基板２とを無加圧に戻した状態で加熱する工程を含んでいる。仮接合された状態の第１の基板１と第２の基板２とが加圧されることで接合強度をさらに向上することができる。第１の基板１と第２の基板２とが無加圧に戻された状態で加熱されることで基板割れが起こる可能性を低くすることができる。また、第１の基板１と第２の基板２とが加圧されることでパーティクルおよび基板反りのために仮接合の際には未接合であった領域を接合することができる。
【００５５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４では、第１の基板および第２の基板の材料として半導体結晶または酸化物材料が用いられている。
【００５６】
本実施の形態では、第１の基板および第２の基板の材料は酸化物材料あるいは半導体結晶であればよい。つまり、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかは、半導体結晶を含んでいてもよい。半導体結晶としては、たとえば、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）などが適用され得る。また、第１の基板１および第２の基板２の少なくともいずれかは、酸化物材料を含んでいてもよい。酸化物材料としては、たとえば、石英などが適用され得る。
【００５７】
図５を参照して、本実施の形態の一例として、第１の基板としての石英基板３と第２の基板としてのＧａＡｓ基板４とが接合される場合について説明する。石英基板３の一方面３ａにＡｒプラズマが照射され、ＧａＡｓ基板４の一方面４ａにＯ2プラズマが照射される（ステップＳ１）。次に、石英基板３の一方面３ａとＧａＡｓ基板４の一方面４ａとが大気中で張り合わされて仮接合される（ステップＳ２）。その後に仮接合された状態の石英基板３とＧａＡｓ基板４とが加熱されて接合される（ステップＳ３）。これにより、たとえば高効率な発光素子を製造することができる。この発光素子では接合界面にボイドが少ないため歩留まりよく製造することができる。
【００５８】
プラズマ照射条件は基板材料によって変える必要はない。一方、表面粗さは基板材料によらず、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）で１ｎｍ以下が必要とされる。なお、ＧａＡｓ基板４にＡｒプラズマが照射され、石英基板３にＯ2プラズマが照射されても接合は可能である。しかし、非酸化物材料にＯ2プラズマを照射した方が、接合強度が向上し、ボイド生成率が低減するため、ＧａＡｓ基板４にＯ2プラズマが照射され、石英基板３にＡｒプラズマが照射される方が好ましい。
【００５９】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかは、半導体結晶を含んでいてもよい。このため、第１の基板および第の基板２の少なくともいずれかが半導体結晶を含むＭＥＭＳセンサのパッケージなどにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。
【００６０】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかは、酸化物材料を含んでいてもよい。このため、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかがガラス基板などの酸化物材料を含むＭＥＭＳセンサのパッケージなどにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。
【００６１】
また、石英基板３とＧａＡｓ基板４とが接合された発光素子などにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。この発光素子では接合界面にボイドが少ないため歩留まりよく製造することができる。
【００６２】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５では、第１の基板および第２の基板の材料として光学結晶が用いられている。
【００６３】
本実施の形態では第１の基板および第２の基板の材料は光学結晶が用いられている。つまり、第１の基板および前記第２の基板の少なくともいずれかは、光学結晶を含んでいてもよい。光学結晶として、たとえばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、ＹＶＯ4（イットリウム・バナデート）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）などが適用され得る。
【００６４】
図６を参照して、本実施の形態の一例として、第１の基板としてのＹＡＧ基板５と第２の基板としてのＮｄ：ＹＡＧ基板６とが接合される場合について説明する。また本実施の形態では、一のＹＡＧ基板５と他のＹＡＧ基板７とによってＮｄ：ＹＡＧ基板が挟まれるように積層された基板１０について説明する。
【００６５】
まず、一のＹＡＧ基板５の一方面５ａにＡｒプラズマが照射され、Ｎｄ：ＹＡＧ基板６の一方面６ａにＯ2プラズマが照射される（ステップＳ１）。次に、一のＹＡＧ基板５の一方面５ａとＮｄ：ＹＡＧ基板６の一方面６ａとが張り合わされて仮接合される。続いて、Ｎｄ：ＹＡＧ基板６の他方面６ｂにＯ2プラズマが照射され、他のＹＡＧ基板７の一方面７ａにＡｒプラズマが照射される（ステップＳ１０）。
【００６６】
次に、他のＹＡＧ基板７の一方面７ａとＮｄ：ＹＡＧ基板６の他方面６ｂとが張り合わされて仮接合される（ステップＳ２０）。その後に仮接合された状態の一のＹＡＧ基板５、Ｎｄ：ＹＡＧ基板および他のＹＡＧ基板７とが加熱されて接合される（ステップＳ３）。このようにして一のＹＡＧ基板５と他のＹＡＧ基板７とによってＮｄ：ＹＡＧ基板が挟まれるように積層された基板１０が製造される。これにより、たとえばＮｄ添加ＹＡＧ結晶を無添加ＹＡＧ結晶で挟んだレーザ素子を製造することができる。このレーザ素子では接合界面にボイドが少ないため歩留まりよく製造することができる。
【００６７】
本実施の形態の基板１０の製造方法によれば、第１の基板および第２の基板の少なくともいずれかは、光学結晶を含んでいてもよい。このため、第１の基板および第の基板２の少なくともいずれかが光学結晶を含むレーザ素子などにおいて、仮接合後の加熱工程でボイド（気泡）の発生を抑制することができる。このレーザ素子では接合界面にボイドが少ないため歩留まりよく製造することができる。
【００６８】
上記の各実施の形態は、適宜組み合わせられ得る。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１ 第１の基板、２ 第２の基板、３ 石英基板、４ ＧａＡｓ基板、５ 一のＹＡＧ基板、６ Ｎｄ：ＹＡＧ基板、７ 他のＹＡＧ基板、１０ 基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と第２の基板とが接合された基板の製造方法であって、
希ガスプラズマが照射された一方面を有する前記第１の基板および酸素プラズマが照射された一方面を有する前記第２の基板を準備する工程と、
前記第１の基板の前記一方面と前記第２の基板の前記一方面とを向かい合わせて大気中で前記第１および第２の基板を張り合わせて仮接合する工程と、
前記仮接合された状態の前記第１の基板と前記第２の基板とを加熱して接合する工程とを備えた、基板の製造方法。
【請求項２】
前記希ガスプラズマは、アルゴンプラズマ、クリプトンプラズマおよびキセノンプラズマのいずれかである、請求項１に記載の基板の製造方法。
【請求項３】
前記加熱して接合する工程は、前記仮接合された状態の前記第１の基板と前記第２の基板とを加圧した状態で加熱する工程を含む、請求項１または２に記載の基板の製造方法。
【請求項４】
前記仮接合された状態の前記第１の基板と前記第２の基板とを加圧する工程をさらに備え、
前記加熱して接合する工程は、前記加圧された状態の前記第１の基板と前記第２の基板とを無加圧に戻した状態で加熱する工程を含む、請求項１または２に記載の基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくともいずれかは、半導体結晶を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくともいずれかは、酸化物材料を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の基板の製造方法。
【請求項７】
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくともいずれかは、光学結晶を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の基板の製造方法。
【請求項１】
第１の基板と第２の基板とが接合された基板の製造方法であって、
希ガスプラズマが照射された一方面を有する前記第１の基板および酸素プラズマが照射された一方面を有する前記第２の基板を準備する工程と、
前記第１の基板の前記一方面と前記第２の基板の前記一方面とを向かい合わせて大気中で前記第１および第２の基板を張り合わせて仮接合する工程と、
前記仮接合された状態の前記第１の基板と前記第２の基板とを加熱して接合する工程とを備えた、基板の製造方法。
【請求項２】
前記希ガスプラズマは、アルゴンプラズマ、クリプトンプラズマおよびキセノンプラズマのいずれかである、請求項１に記載の基板の製造方法。
【請求項３】
前記加熱して接合する工程は、前記仮接合された状態の前記第１の基板と前記第２の基板とを加圧した状態で加熱する工程を含む、請求項１または２に記載の基板の製造方法。
【請求項４】
前記仮接合された状態の前記第１の基板と前記第２の基板とを加圧する工程をさらに備え、
前記加熱して接合する工程は、前記加圧された状態の前記第１の基板と前記第２の基板とを無加圧に戻した状態で加熱する工程を含む、請求項１または２に記載の基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくともいずれかは、半導体結晶を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくともいずれかは、酸化物材料を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の基板の製造方法。
【請求項７】
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくともいずれかは、光学結晶を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６１８３１（Ｐ２０１２−１６１８３１Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８２７（Ｐ２０１１−２５８２７）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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