WO2008035770A1 - Substance joining method, substance joining device, joined body, and its manufacturing method - Google Patents

Description

明 細 書

物質の接合方法、物質接合装置、および、接合体とその製造方法 技術分野

[0001] 本発明は、超短光ノ ルスレーザービームにより 2つの物質を接合する接合方法、お よび、その接合に用いられる物質接合装置、さらに、その接合方法を用いて製造され た接合体とその製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] フェムト（1 X 10— ¹⁵)秒力、らピコ秒（1 X 10— ¹²)オーダーの超短光パルスレーザー（フ ェムト秒レーザーとも言う）を利用して、透明な材料からなる 2つの物質を接合する方 法が知られている（特許文献 1)。

[0003] この方法は、シリカガラス等の超短光パルスレーザービームに対して透明な物質を 重ね合わせて圧着保持し、その当接部分に集光するように調整された超短光ノ レス レーザービームを照射して、レーザービームによる多光子吸収現象を生成させること で、重ね合わせた被接合物質のうちの少なくとも!/、ずれか一方を溶融させて接合す るものである。

[0004] このように、レーザービームによる多光子吸収現象を利用することで、従来、透明な 物質同士をレーザー接合する際に必要であった、接合物質間に吸光材を配置する ことが不要となるので、接合作業が容易になり、また、吸光材による透過率の低減な どの問題が生じない等の効果を奏するものである。

特許文献 1 :特開 2005— 66629号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかしながら上記従来の方法では、超短光パルスレーザービームの焦点を、 2つの 被接合物質の当接部分に正確に形成する必要がある一方、被接合物質がレーザー ビームに対して透明であるため、レーザービームの焦点形成位置が非常にわかりづ らいという問題があった。

[0006] このため、上記従来の方法では、例えば 2枚のガラスを接合する場合にその片面に 前もってレーザーアブレーシヨンにより傷をつけておいて、接合面を光学的に検出で きるようにしたり、接合面の側方力 ハロゲンランプを照射してレーザービームの集束 状況と接合状況を確認しながら接合作業を行ったりする必要があった。また、 2つの 被接合物質の当接部分に正確にレーザービームの焦点を形成しなくてはならないと V、う制約から、レーザービームの入射方向を接合面と垂直に保持しなくてはならなレ、 という課題も生じていた。

[0007] そこで本発明は、上記した従来の課題を解決して、多光子吸収現象による物質の 接合を行う上で、超短光ノ ルスレーザーの焦点形成位置を正確に形成することの困 難性を大幅に緩和して、実用に適した物質の接合方法とそのための物質接合装置、 そして、その接合方法を用いて製造した接合体、ならびに、接合体の製造方法を得 ることを目白勺とする。

課題を解決するための手段

[0008] 上記課題を解決するために、本発明の第 1の物質の接合方法は、超短光パルスレ 一ザ一ビームにより非線形吸収現象を生じさせて 2つの物質を接合する方法であつ て、前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側に位置 する第 1の物質が透明材料からなり、前記第 1の物質内での前記超短光ノ ルスレー ザ一ビームの自己集束効果によって生じるフィラメント領域を、前記 2つの物質の接 合面に生成させて前記 2つの物質を接合すること特徴とする。

[0009] なお、ここで、第 1の物質が透明材料からなるという定義における透明とは、接合さ れる物質に超短光ノ ルスレーザービームが入射された際に、非線形吸収現象が生じ る範囲において透明であるという意味である。したがって、接合される物質力 可視光 に対して透明であるか否かは問題ではない。すなわち、部材として一般的に高い透 明度を有していると認識されているか否かは本発明では問題とはならず、仮に、一般 的に見て高レ、透明度を有してレ、なレ、と判断される部材であっても、超短光パルスレ 一ザ一ビームが非線形吸収現象を生じさせる限りにおいて、本発明における定義で は、その物質は透明材料からなる物質ということになる。本明細書において「透明」と いう場合は、上記定義によるものとする。

[0010] 本発明の第 1の物質の接合方法において、上記のようにすることで、所定長さに渡 つて生成されるフィラメント領域で 2つの物質を接合できるため、超短光パルスレーザ 一ビームの焦点位置を正確に 2つの被接合物質の当接部に位置あわせする必要が 無くなり、実用に適した接合方法を提供することができる。

[0011] また、本発明の第 2の物質の接合方法は、超短光ノ ルスレーザービームにより非線 形吸収現象を生じさせて 2つの物質を接合する方法であって、前記 2つの物質のうち 、前記超短光ノ^レスレーザービームが入射する側に位置する第 1の物質が透明材料 からなり、前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側と は異なる側に位置する第 2の物質が前記超短光ノ^レスレーザービームを反射する物 質であることを特徴とする。

[0012] このようにすることで、 2つの物質の当接部で超短光パルスレーザービームが反射 されるため、その焦点位置を容易かつ正確に検出することができるので、ノ ルスレー ザ一の焦点位置を当接部に位置あわせすることに格別困難な作業が必要とならず、 実用に適した接合方法を提供することができる。

[0013] また、本発明の第 1の物質接合装置は、超短光ノ ルスレーザービームを照射する 照射手段と、被接合物である 2つの物質のうち、透明材料からなる第 1の物質を前記 超短光ノ ルスレーザービームの入射側に、第 2の物質をその反対側にして、前記 2 つの物質を圧着状態で保持する保持手段と、前記保持手段を搭載して、前記 2つの 物質の前記超短光パルスレーザービームに対する相対的な位置を変更させる移動 手段とを備え、前記照射手段は、前記超短光パルスレーザービームを、前記 2つの 物質の接合面を含む部分にフィラメント領域を生成するような照射条件で照射するも のであることを特徴とする。

[0014] このようにすることで、 2つの物質の接合面の所望の位置にフィラメント領域を生成さ せ、 2つの物質の接合を容易に行うことができる接合装置を実現することができる。

[0015] さらに、本発明の第 2の物質接合装置は、超短光ノ^レスレーザービームを照射する 照射手段と、被接合物である 2つの物質のうち、透明材料からなる第 1の物質を前記 超短光ノ ルスレーザービームの入射側に、前記超短光ノ ルスビームを反射する第 2 の物質をその反対側にして、前記 2つの物質を圧着状態で保持する保持手段と、前 記保持手段を搭載して、前記 2つの物質の前記超短光パルスレーザービームに対す る相対的な位置を変更させる移動手段とを備えたことを特徴とする。

[0016] このようにすることで、透明材料からなる第 1の物質と、超短光ノ ルスビームを反射 する第 2の物質とを容易に接合することができる、実用性に富んだ接合装置を実現で きる。

[0017] さらに、本発明の接合体は、本発明の第 1の物質の接合方法を用いて 2つの物質 を接合して製造されたものである。また、本発明の接合体の製造方法は、本発明の 第 1の物質の接合方法を用いて接合体を製造することを特徴とする。

[0018] このようにすることで、透明な部材ともう一つの部材とを接合した接合体を容易に製 造すること力 Sでさる。

発明の効果

[0019] 本発明の物質の接合方法、物質接合装置、および接合体とその製造方法によれ ば、非線形吸収現象を用いて 2つの物質の接合を行う上で、超短光パルスレーザー ビームの焦点を正確な位置に形成することの困難性を大幅に緩和して、実用に適し た状況で 2つの物質の接合を行うことができ、 2つの物質の接合体を容易に得ること ができる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]フィラメント領域の生成状態を示すイメージ図である。

[図 2]フィラメント領域の生成条件と生成状況を示す。

[図 3]2つの物質の接合過程を示すイメージ図である。

[図 4]被接合物質を固定するジグの概略を示す斜視図である。

[図 5]接合強度試験器のイメージ図である。

[図 6]ビームを傾斜して照査する状況を示すイメージ図である。

[図 7]本発明の実施形態に係る物質接合装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

[0021] 1 第 1の物質

2 第 2の物質

3 集束レンズ

4 超短光パルスレーザービーム 焦点

フィラメント領域

接合領域

接合部

レーザービーム

押圧力

レーザービーム走査方向 改質 (変質)領域 上側プレート 下側固定プレート 突起

固定ねじ

ベース

支柱

プーリーブロック ワイヤ

显

加重

傾斜方向

レーザー照射装置

NDフイノレター シャッター

凹レンズ

凸レンズ

アパーチャ

ミラー

カメラ

制御装置 33 XYステージ

発明を実施するための最良の形態

[0022] 本発明の第 1の物質の接合方法は、超短光ノ ルスレーザービームにより非線形吸 収現象を生じさせて 2つの物質を接合する方法であって、前記 2つの物質のうち、前 記超短光ノ ルスレーザービームが入射する側に位置する第 1の物質が透明材料か らなり、前記第 1の物質内での前記超短光ノ ルスレーザービームの自己集束効果に よって生じるフィラメント領域を、前記 2つの物質の接合面に生成させて前記 2つの物 質を接合するとレ、うものである。

[0023] そして、このような本発明の第 1の物質の接合方法は、所定長さに渡って生成され るフィラメント領域で 2つの物質を接合できるため、超短光パルスレーザービームの焦 点位置を正確に 2つの被接合物質の当接部に位置合わせする必要が無くなるという 、実用に適した接合方法である。

[0024] このような、本発明の第 1の物質の接合方法において、前記第 1の物質が、ガラスま たは透明な樹脂であることが好ましい。透明材料力もなる物質として、これらの物質を 用いることで、レーザービームの自己集束作用によってフィラメント領域を良好に生成 させること力 Sでさる。

[0025] なお、前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側とは 異なる側に位置する第 2の物質が、前記第 1の物質と同種の透明材料とすることがで きる。

[0026] また、前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側とは 異なる側に位置する第 2の物質が、前記第 1の物質とは異種の物質とすることができ る。この場合に、前記第 2の物質が、ガラス、金属、シリコン、金属もしくはシリコンの化 合物、半導体もしくは半導体化合物、または、樹脂のいずれかであることが好ましぐ さらに、前記金属がステンレス、鉄、鋼、アルミニウム、または、銅のいずれ力、、または これらの少なくとも一つの合金であることが好ましい。

[0027] このようにすることで、本発明の第 1の物質の接合方法の実用性を活力もて、従来 は接合困難であった物質同士をも容易に接合することができる。

[0028] なお、本発明の第 1の物質の接合方法において、前記超短光パルスレーザービー ムが、前記 2つの物質の接合面に対して所定角度傾斜した状態で入射すること、そし て、前記超短光パルスレーザービームの傾斜方向が、前記超短光パルスレーザービ ームの走査方向と同じ力、もしくは正反対の方向であること、または、前記超短光パル スレーザービームの走査方向とほぼ直交する方向であることが好ましい。このように することで、 2つの物質を接合する際のレーザービームパスの裕度を広げて様々な状 況での接合に対応することができ、また、超短光レーザービームを 2つの物質の接合 面に対して垂直に入射させる場合に生じる弊害を防止することができる。

[0029] また、本発明の第 1の物質の接合方法において、前記 2つの物質が、所定間隔隔 てられて形成された複数の島状接合部によって接合されていること、もしくは、前記 2 つの物質が、所定間隔隔てられて形成された所定長さを持つ複数の線状接合部に よって接合されていることが好ましい。このようにすることで、 2つの被接合物質として 例えば金属とガラスといった、熱膨張係数の大きく異なる物質同士を接合することが できる。

[0030] また、本発明の第 2の物質の接合方法は、超短光ノ ルスレーザービームにより非線 形吸収現象を生じさせて 2つの物質を接合する方法であって、前記 2つの物質のうち 、前記超短光ノ^レスレーザービームが入射する側に位置する第 1の物質が透明材料 からなり、前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側と は異なる側に位置する第 2の物質が前記超短光ノ^レスレーザービームを反射する物 質であるというものである。

[0031] このような本発明の第 2の接合方法は、 2つの物質の当接部で超短光パルスレーザ 一ビームが反射されるため、その焦点位置を容易かつ正確に検出することができ、パ ノレスレーザーの焦点位置を当接部に位置あわせすることに格別困難な作業が必要と ならないという、実用に適した接合方法である。

[0032] そして、本発明の第 2の物質の接合方法においては、前記第 2の物質が、金属また はその化合物であることが好ましい。また、前記超短光ノ ルスレーザービーム力 前 記 2つの物質の接合面に対して所定角度傾斜した状態で入射することが好ましい。

[0033] さらに、本発明の第 1の物質接合装置は、超短光ノ^レスレーザービームを照射する 照射手段と、被接合物である 2つの物質のうち、透明材料からなる第 1の物質を前記 超短光ノ ルスレーザービームの入射側に、第 2の物質をその反対側にして、前記 2 つの物質を圧着状態で保持する保持手段と、前記保持手段を搭載して、前記 2つの 物質の前記超短光パルスレーザービームに対する相対的な位置を変更させる移動 手段とを備え、前記照射手段は、前記超短光パルスレーザービームを、前記 2つの 物質の接合面を含む部分にフィラメント領域を生成するような照射条件で照射する。

[0034] また、本発明の第 2の物質接合装置は、超短光パルスレーザービームを照射する 照射手段と、被接合物である 2つの物質のうち、透明材料からなる第 1の物質を前記 超短光ノ ルスレーザービームの入射側に、前記超短光ノ ルスビームを反射する第 2 の物質をその反対側にして、前記 2つの物質を圧着状態で保持する保持手段と、前 記保持手段を搭載して、前記 2つの物質の前記超短光パルスレーザービームに対す る相対的な位置を変更させる移動手段とを備える。

[0035] このような、本発明の第 1の物質接合装置、および、第 2の物質接合装置は、 2つの 物質の接合面への超短光パルスレーザービームの照射と、 2つの物質を接合するた めの超短光パルスレーザービームの走査とを容易に行うことができる。

[0036] さらに、本発明の接合体は、本発明の第 1の物質の接合方法を用いて、 2つの物質 を接合して製造されたものである。また、本発明の接合体の製造方法は、本発明の 第 1の物質の接合方法を用いて、 2つの物質を接合するというものである。このように することで、透明な部材ともう一つの部材とを接合した接合体を容易に製造すること ができる。

[0037] そして、本発明の接合体、およびその製造方法においては、前記 2つの物質が、基 板内に半導体領域が形成された半導体基板と透明材料からなる光学素子であること 、または、前記 2つの物質が、いずれも透明な光学素子であることが好ましい。このよ うにすることで、光学素子を搭載した半導体素子や、複数の光学素子が接合された 複合的な光学素子を、容易に製造することができる。

[0038] 以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

[0039] (第 1の実施形態）

以下、本発明の第 1の物質の接合方法を第 1の実施形態として説明するが、具体 的な実施形態の説明をする前に、本実施形態にかかる接合方法における最も重要 なポイントである、フィラメント領域とその生成の原理について説明する。

[0040] パルス幅力 S、フェムト秒からピコ秒オーダーの超短光パルスレーザービームがガラ スなどの透明物質に入射した際には、レーザービームが基本的にガウス型の空間強 度分布を持っているために、非線形媒質中において光の強度が強い中心部分の屈 折率が他の部分に比べて高くなつて媒質自体が正のレンズとして働く。このため、入 射光が一点に集中するようになるという自己集束作用が生じ、超短光パルスレーザ 一ビームは、透明物質中を有限距離伝搬した後にビーム径が極小になると考えられ

[0041] しかしながら、実際には、媒質の光イオン化が生じて物質内で電子とイオンとが自 由に移動する状況となるプラズマ形成が生じ、媒質の屈折率が低減する。このような 3次の非線形光学効果とプラズマ形成による屈折率の減少とが釣り合うと、超短光パ ノレスレーザービームは、一定のビーム径のまま所定距離を伝搬する。この現象をフィ ラメンテーシヨンと呼び、フイラメンテーシヨンが起きて!/、る領域をフィラメント領域と呼 ぶ。そして、このフィラメント領域では、プラズマ密度が一定に保たれて、破壊的な損 傷が生じにくい状況となって!/、ると考えられる。

[0042] なお、発明者らが確認したところによると、ノ ルスレーザービームのピークパワーが 大きければ、パルス幅が 100ナノ（1 X 10— ⁹)秒ぐらいまではフィラメント領域が形成さ れることが分かった。本実施の形態で説明する本発明にかかる第 1の物質の接合方 法では、フィラメント領域を生成させてこれを利用して 2つの物質を接合するものであ るから、フィラメント領域の生成が接合における超短光ノ ルスレーザービームの生成 条件となる。言い換えると、本実施形態にかかる物質の接合方法として定義される「 超短光パルスレーザービーム」とは、 100ナノ秒程度までのパルス幅を有するものを 包含する。

[0043] 図 1は、このようなフィラメント領域の生成を模式的に表したイメージ図である。図 1 ( a)は、フィラメント領域が生成されていない従来の接合方法におけるレーザービーム の状況を示すものであり、超短光パルスレーザービーム 4は、レーザービームが入射 する側の透明材料からなる第 1の物質 1と、これとは反対側の第 2の物質 2との接合面 付近で、ビーム径の極小値部分である焦点 5を形成するように、集束レンズ 3で集光 されている。

[0044] これに対し、フイラメンテーシヨンが生じて!/、る状態を示す図 1 (b)では、超短光パル スレーザービーム ₄は、集束レンズ 3を透過した後、透明材料からなる第 1の物質 1内 での自己集束作用で最小径部分を形成した後、プラズマ現象と釣り合うことで最小径 状況を一定の距離維持するフィラメント領域 6を生成した状態で、第 2の物質 2内部に 入り、レーザービームのエネルギー低減とともに自己集束作用が弱くなつてビーム径 が増大し、フィラメント領域 6が消滅している。

[0045] 発明者らは、実際にシリカガラスを用いて、超短光パルスレーザービームを用いて フィラメント領域を発生させてみた。図 2に、単一のフィラメント領域が発生した条件と 生成されたフィラメント領域の大きさの一覧を示す。なお、図 2においてフィラメント領 域の長さとは、フィラメント領域が生成されたことでその部分のガラスが溶融し、超短 光ノ ルスレーザービームの照射後にシリカガラスの屈折率が変化した領域として判 別できた部分のレーザービーム光軸方向の距離 (深さ）を示し、フィラメント領域の径 とは、上記屈折率の変化が生じた領域のレーザービーム光軸に垂直な面での直径 を示す。

[0046] 図 2に示すように、開口数（NA)が、 0. 05力、ら 0. 55の広い範囲にわたってフィラメ ント領域が発生して!/、ること力 Sわ力、る。

[0047] また、それぞれの開口数（NA)において、パルスエネルギーが図 2に示す範囲より も小さくなると、フィラメント領域の生成は見られず、逆に図 2に示す範囲よりも大きな パルスエネルギーを与えると、フィラメント領域が平行して複数本生じるマルチフィラメ ント現象が生じて、シリカガラスが黒っぽく変色するボイド領域が生成された。

[0048] このボイド領域においてもシリカガラスが溶融したものと考えられるため、 2つの物質 の当接面にボイド領域を生成させることができれば、ボイド領域によって 2つの物質を 接合することも可能である。ただし、マルチフィラメント現象が生じてボイド領域となる 領域を十分にコントロールすることは、単一フィラメントを生成させる場合と比較すると 一定以上の困難を伴う。また、単一のフィラメント領域が形成された部分でのシリカガ ラスの透過率の低減が 10%ほどであるのに対して、ボイド領域での透過率低減は 50 %以上と大きい。 [0049] このため、超短光ノ ルスビームの照射条件として、マルチフィラメント現象が生じる 条件下で物質を接合する場合は、接合する 2つの物質の内の一方が不透明である 場合など、 2つの物質が接合されて形成された接合体として考慮したときに、接合体 全体で求められる透明性などの光学的特性がそれほど高くない場合に限ることが望 ましい。

[0050] 一方、超短光パルスレーザービームで導波路を描く場合や、透明なガラス材からな る光学素子同士を接合して、全体として透明な光学素子を製造する場合などは、マ ルチフィラメント現象が生じな!/、ようにノ ルスエネルギーを調整することが望ましレ、。

[0051] なお、開口数 (NA)を大きくしていった場合にも、マルチフィラメント現象が発生しや すいことが観測された。また、開口数が小さいほど長いフィラメント領域が形成される ことがわかった。このことは、レーザービームを集束するレンズとして比較的安価なも のを用いることができることを意味しており、この点からも本発明の接合方法が実用的 なものであることがわかる。

[0052] 観測された単一のフィラメント領域は、長さが短いもので 10 m程度、長いものでは 数百 mにも及んだ力 S、フィラメント領域の径は、いずれの条件によるものでも約 1. 7 と安定していた。これは、上記したレーザービームの自己集束作用と、プラズマ の発生によるビーム発散作用とが釣り合ってフィラメント領域が形成されるという原理 を端的に裏付けているものと思われる。このように、フィラメント領域では、一定のビー ム径の状態が所定距離に渡って生成することとなるので、超短光ノ ルスレーザービ ームを用いて物質の接合を考えるときに、従来のようなレーザービームの焦点を正確 に 2つの物質の当接部に形成する場合と比較して、そのコントロールが格別に容易と なることがわかる。

[0053] なお、本発明の定義において、フィラメント領域の生成とは、上記のように超短光パ ルスレーザービームが所定の長さに渡って最小のビーム径を保つ状態が生じたこと を言う。これに対して、従来の接合方法において用いられたような、通常の焦点を形 成した場合には、その焦点深さは最大のものでもレーザービームの光軸方向で 2〜3 a mには達しないことから、フィラメント領域が生成しているか否かは最小のビーム径 の状態が、ビームの光軸方向にどれだけの長さに渡って生じているかを確認すれば 容易に判別できる。

[0054] また、このフィラメント領域が生成されたか否かは、ビーム照射後のガラスを見ること によっても確認すること力 Sできる。フィラメント領域が生成された場合は、生成されたフ イラメント領域の深さに相当する部分のガラスの屈折率が上昇して、光学顕微鏡で白 く（明るく）見える。そして、この白い領域の上下端の境界部は、なめらかではあるもの のある程度の急激な変化が生じてレ、て、その上下の元々のガラス自体の状態が残つ ている透明領域に繋がっている。言い換えれば、フィラメント領域が生成された深さに 渡って、層状の変質部分が残存する。これに対して、従来の接合方法でのように、 2 つの物質の当接面に焦点を形成させた場合には、フィラメント領域が形成された場合 のような層状の白い領域は生じずに、接合面の部分のみが白く変化する。

[0055] このように、ガラスが光学顕微鏡の観察にて白く変化しているのは、とりもなおさずフ イラメント領域で超短光パルスレーザービームによって、本来透明であるため吸収の ない物質中において多光子吸収や電場イオン化により誘起される光吸収現象が引き 起こされ、その部分のガラスが一旦溶融し、ビームが消滅するとともに急速に冷却さ れて再凝固したためと思われる。この現象を用いれば、超短光パルスレーザービー ムによって、 2つの物質を接合することが可能となる。そして、この方法によれば、フィ ラメント領域が形成されない接合部材の表面を破壊することなく 2つの物質を接合可 能であり、また、超短光ノ ルスビームのノ ルス幅は、一般的な被接合材料の熱拡散 に要する時間よりも小さいために、熱ひずみを極力省いた接合が可能となる。

[0056] さらに、フィラメント領域が超短光パルスレーザービームの光軸方向に発生するもの であるため、 2つの物質を接合する接合面での被接合物質の間隔がフィラメント領域 の長さよりも小さければ、光軸方向に試料自体や集束レンズなどの光学系を移動さ せて集光点を移動させる必要もない。また、リン酸塩ガラスなどのガラスでは、フィラメ ントの生成によりガラスの屈折率が減少し、光学顕微鏡で黒く（暗く）見えるが、重ねら れたガラスの境界部において層状の変質領域部分が形成され、屈折率が上昇した 場合と同様の過程にて接合を行うことができる。

[0057] 次に、本発明の第 1の接合方法の実施形態として、超短光パルスレーザービーム により生成されるフィラメント領域を用いて 2つの物質を接合する物質の接合方法の、 具体的な内容を、図 3および図 4を用いて説明する。

[0058] ここで、図 3 (a) (b) (c)は接合領域形成過程でのイメージを示す平面図、また図 3 ( d) (e) (f)はそれぞれ図 3 (a) (b) (c)の状態を側面から見た場合のイメージ図である

〇

[0059] まず試料として、 7mm X 20mm、厚さ 0. 7mmのシリカガラスを 2枚用意し、表面を 清浄にして重ね合わせる。この試料の中央部分に 2つの試料を接合するための接合 領域 7を形成した。接合領域 7は、一辺が約 400 inの正方形の領域であり、図 3 (a) はまだ接合作業を行っていない状態の接合領域 7を示している。この中に、接合領 域 7形成後の平面図である図 3 (c)に示すように、 1辺が 100 mの正方形の接合部 8を縦方向横方向にそれぞれの間隔を 20 πιとして 9個形成した。具体的には、図 3 (b)に示すように、一つ一つの接合部 8について、図中横方向に lOO ^ mに渡ってレ 一ザ一ビーム 9を走査し、その後 1 mだけ、図中縦方向に照射位置を移動させて再 び横方向にレーザービーム照射を行うという手順を繰り返した。

[0060] このときのレーザービームは、チタンサフアイャレーザーシステムにより生成されたも ので、中心波長は 800nm、パルス幅が 85fsで、繰り返し周波数を 1kHzとした。また 、レーザービーム集束系の開口数（NA)は 0· 3で、エネルギーは 1 · O ^ j/pulseと した。

[0061] 超短光ノ ルスレーザービームが入射する側の透明材料からなる第 1の物質 1として のシリカガラスと、第 2の物質 2であるシリカガラスには、両者が十分に密着するよう、 側面から見た図 3 (d)に示すように上側の両端部分と下側の中央部分に押圧力 10が 力、かるようにし、接合領域 7において約 40MPaの圧力を加えた。具体的には、図 4に 示す固定用ジグを用いた。図 4中、上側プレート 13と下側の固定プレート 14として示 す一対の鉄製プレートで試料 1 , 2を重ね合わせたものを挟み、固定ねじ 16でこれを 締め付けるようにして押圧力を調整した。下側の固定プレート 14の中央には半球状 の突起 15を設けて、超短光ノ ルスレーザービームが照射される部分で、確実に 2つ の試料間隔がレーザービーム波長の 4分の 1程度となるように調整している。

[0062] 超短光パルスレーザービームを照射している状態の側面図である図 3 (e)に示す通 り、上記条件で照射された超短光ノ ルスレーザービーム 4は、集束レンズ 3を透過し た後図 1 (b)に示したものと同じように、長さが約 30 H mの単一のフィラメント領域 6を 生成した。なお、図 3 (e)中の矢印 11は、レーザービーム走査方向を示す。

[0063] このようにして生成されたフィラメント領域では、局所的なシリカガラスの溶融が生じ 、その後再凝固することで、 2つの被接合物質がレーザー溶接されることとなる。そし て、このフィラメント領域は、所定の長さに渡って光軸方向に形成されるため、集光点 を光軸方向に走査することなぐ 2つの被接合物質の当接面を中心として双方の被 接合物質を所定の深さに渡って溶融させることができるため、レーザー接合に適して いること力 ^sわ力、る。

[0064] 接合された後の、透明材料からなる物質 1と、他方の物質 2であるシリカガラスを側 方から監視した様子を示すの力 図 3 (f)である。図 3 (f)に示すように、 2枚のシリカガ ラスは、その当接面を中心として、レーザービームが走査した部分にのみ、ごくわず 力、な白く見える改質（変質)領域 12が形成されている。今回の条件では、この白く見 える改質（変質)領域の深さ（レーザービーム光軸方向の長さ）は、フィラメント領域の 長さと等し!/、約 30 ,1 mであることが確認できた。

[0065] 次に、このように接合された 2枚のシリカガラスの接合強度を調べてみた。図 5は、 発明者らが接合強度を測定した試験器の概略イメージ図である。図 5に示すように、 ベース 17の上に支柱 18を立て、 自由に回転できるようにプーリーブロック 19を設け た。そして、接合された 2枚の被接着物質であるシリカガラスの、レーザービーム入射 側の透明材料からなる物質 1にワイヤ 20を接着し、このワイヤの他端に設けられた皿 21の上に荷重 22を加えていき、接合した試料が 2つに割れるまでの荷重を測定した 。そして、このとき得られた荷重の値を接合面積で割って接合強度を見積もった。

[0066] その結果、上記条件で 2枚のシリカガラスを接合した場合の接合強度は、約 15MP aであり、実用上十分な強さであることが確認できた。なお、この接合強度は、接合さ れるガラス同士の密着度合いに左右される。そして、このガラスの密着度合いは、ガ ラスの大きさやガラスを接合する際に押さえつける力の大きさによって変化する。発 明者らが確認したところによると、最適な条件が得られた場合には、最大でガラスの 引っ張り強度程度、 50MPa程度の接合強度が得られた。

[0067] 以上、フィラメント領域を用いた本実施形態に力、かる物質の接合方法の具体的な説 明として、シリカガラス同士を接合する場合について説明してきたカ 、本実施形態に 力、かる接合方法で接合できる部材は、これに限られるものではない。たとえば、上記 したシリカガラス同士のように、同種の透明材料であるガラス同士の接合例として、ボ 口シリカガラス同士の接合などが考えられる。

[0068] また、同種のガラス同士の接合に限らず、シリカガラスとポロシリカガラスのように異 種のガラス同士を接合することも可能である。

[0069] また、超短光パルスレーザービームが照射されたときに、超短光パルスレーザービ ームが非線形吸収現象を生じさせる範囲において透明である物質としては、上記に 例示したシリカガラスやポロシリカガラスに限らない。例えば、ノンアルカリガラス（無ァ ルカリガラス）などの他のガラス材料も透明材料からなる物質として、第 1の物質として 用いること力 Sできる。さらに、透明性の高いアクリル樹脂などの樹脂類も、超短光パル スレーザービームが入射する側の透明材料からなる第 1の物質として用いることがで きる。したがって、例えばアクリル樹脂同士を接合することも可能である。

[0070] ここで、上記したように本実施形態に力、かる物質の接合方法は、超短光パルスレー ザ一ビームが入射する側の第 1の物質が透明材料からなる場合に、照射される超短 光ノ ルスレーザービームの条件をコントロールすることにより、自己集束作用を生じさ せてフィラメント領域を形成するものである。そして、フィラメント領域が形成されること によって少なくとも第 1の物質が一旦溶解し、その後凝固することで 2つの物質を接合 すること力 Sできる。したがって、超短光パルスレーザービームが入射する側の、透明 材料からなる第 1の物質力 S、超短光ノ ルスレーザービームが入射されることによって、 フィラメント領域を形成するものであれば、第 1の物質の接合対象である第 2の物質が どのような材料のものであったとしても、これらを接合することができる。

[0071] 具体的には、透明材料力 なる第 1の物質として、上記例示したようなシリカガラス またはポロシリカガラスなどのガラス類や透明性の高!/、樹脂類、その他の部材を用い 、この第 1の物質と接合されるもう一つの第 2の物質として、第 1の物質と同種の物質 である力、もしくは異種の物質である力、、また、それが透明材料からなる物質であるか 否かにかかわらずこれら 2つの物質を接合することができる。

[0072] 発明者らが具体的に実験を行って確認したところでは、第 1の物質をシリカガラスと したときに、もう一つの第 2の物質として、アクリル樹脂などの樹脂基板、シリコン基板 、アルミニウム、銅やステンレスなどの金属板などを接合することができた。そして、上 述した図 5に示すシリカガラス同士の接合力を調べたものと同じ試験器を用いて測定 したところ、シリカガラス同士の接合の場合と同じく 14. 9- 15. OMPaの接合力を得 ること力 Sでさた。

[0073] このように、本実施形態に力、かる物質の接合方法によって、熱膨張係数が異なる異 種の物質が接合できるのは、超短光ノ ルスレーザービームによって引き起こされる非 線形吸収現象が、直径としてわずか;!〜 2 mのごくごく狭い領域で生じていて、力、 つ、被接合物質の溶融がごく短時間で終了するためであると考えられる。すなわち、 接合領域の内のごく一部のみが溶融して再凝固するため、その狭レ、領域では被接 合物質同士の熱膨張自体が絶対値として少量しか生じず、しかも、ビームの移動とと もに次々に冷却されて再凝固していくため、被接合物質同士の熱膨張係数の差がほ とんど影響しなレ、ものと思われる。

[0074] 本実施形態にかかる接合方法は、通常のレーザー溶接等ではその熱膨張係数の 差から接合が不可能であるガラスと金属の接合ができ、レーザー溶接方法としての実 用上の可能性が大きいものとして期待することができる。なお、本実施形態にかかる 接合方法の原理から、熱膨張係数が大きく異なる異種の物質同士を接合する場合に は、超短光ノ ルスレーザービームのノ^レス幅と繰り返し頻度を的確に調整することが 望ましい。

[0075] また、上記したように、本実施形態に力、かる接合方法によって、ガラスとシリコン基板 との接合が可能であることが確認できた。このことは、本実施形態にかかる接合方法 を用いることで、レンズ等の透明な光学素子と、拡散工程や注入工程などによってそ の基板内部に半導体領域が形成されて、チップごとに切断することで半導体素子と して動作可能な半導体基板とを接合することによって、接合物として、光学的機能を 有する半導体素子を製造することができることを示している。すなわち、本実施形態 にかかる接合方法によって、半導体デバイスが形成された状態の半導体ウェハと、そ の半導体ウェハ上にガラスや樹脂などの透明部材からなる光学レンズ素子やパッケ ージなどを積層して直接接合して、いわゆるウェハレベルパッケージングを行うことが できる。

[0076] なお、本実施形態に力、かる接合方法によって接合できる半導体基板としては、上記 したシリコン基板に限らず、 GaAs基板や GaN基板などの化合物系の半導体基板も 含まれる。そして、本実施形態にかかる物質の接合方法を用いた半導体素子の製造 方法を用いることで、チップ単位に切断されたデバイスとして製造された半導体素子 、または、半導体製造工程を経た内部に半導体領域が形成されたウェハ基板と、ガ ラスや透明な樹脂など力もなるパッケージやレンズなどの透明部材とを直接接合する こと力 Sできる。その結果、特に、 CCDやレーザー、発光ダイオード（LED)などの、光 学的機能を有する半導体素子の製造方法として、広い範囲の製品をカバーする実 用的な製造方法を提供することができる。

[0077] さらに、本実施の形態に力、かる物質の接合方法で接合できる金属板としては、ステ ンレス、鉄、鋼、アルミニウム、または、銅等の主として単体の金属からなる金属板の 他に、これらの金属の少なくともいずれか一つを含む合金板も含まれ、これらの金属 板もしくは合金板とシリカガラス等の透明部材とが接合できることが確認されている。

[0078] また、上記したように、ごく小さな面積同士が溶融して物質の接合が行われることか ら、例えばガラスとシリコンとの結晶の方位を合わせた状態で保持しつつ、本発明に よって両者を接合し、これに所定のァニール工程を施すことによって、シリコンとガラ スの単一結晶を形成することができる可能性もある。このような結晶の形成方法が実 現した場合には、ェピタキシャル成長以外の方法で結晶を作製できるとレ、う画期的な 成果を得られる可能性を示してレ、る。

[0079] さらに、上記したように、本実施形態にかかる物質の接合方法では、フィラメント領 域を適切に生成させることで、例えばガラス同士を接合した時に生じるガラスの透過 率の低減を 10%程度に抑えることができる。このことから、例えば、導光板と、光学レ ンズゃプリズムなどの、それぞれ単体としてみたときに透明部材からなる光学素子で ある部材同士を、透過させる光の減衰を抑えて接合して接合物としての光学素子を 製造すること力 Sできる。したがって、例えばプリズムとレンズとの複合体など、形状や 求められる光学特性上の制限から、単一の光学部材としては製造しにくぐかつ、全 体的な光学特性として高い透過率が求められる光学素子などを製造するにあたって 、本実施形態にかかる物質の接合方法を用いることで、大きな成果を得ることが期待 できる。

[0080] (第 2の実施形態）

次に、本発明の物質の接合方法の第 2の実施形態を説明する。

[0081] 本発明の第 1の物質の接合方法では、上記第 1の実施形態として示したように超短 光ノ ルスレーザービームの集束条件を調整することで、フィラメント領域を生成するこ とがポイントであるが、第 2の実施形態では、この本発明の第 1の物質の接合方法に おいて、レーザービームの光軸方向に所定長さに渡って形成されるというフィラメント 領域の特長を活力もて、被接合物質同士の接合面である当接部に対してレーザービ ームを斜めに入射させるというものである。

[0082] 上述したように、従来の超短光ノ ルスレーザービームの溶接では、被接合物質同 士の当接部とレーザービームの集束点とを正確に一致させる必要があるため、レー ザ一ビームの集束光学系と被接合物質との距離を正確に保つ必要がある。このため 、レーザービームの焦点の位置ずれが明らかに生じ易くなる、レーザービームを接合 面に対して斜めに入射させることは非常に困難であり、実用上はむしろ不可能と言う べきものであった。し力もながら、本発明の第 1の物質の接合方法の特徴であるフイラ メント領域は、上記のようにレーザービームの光軸方向に所定の長さにわたって生成 されるものであること力、ら、レーザービームの集束光学系と被接合物同士の当接面で ある接合面との距離に一定の裕度が生まれ、レーザービームを斜めに入射できると いう実用上のメリットが生じる。

[0083] 超短光パルスレーザービームを、接合面に対して所定角度傾斜して入射させる方 向としては、まず、傾斜方向をビームの走査方向と同じ方向、もしくは正反対の方向 とすることが考えられる。

[0084] 図 6 (a)は、透明材料からなる第 1の物質 1と第 2の物質 2とを接合するに当たって、 超短光パルスレーザービーム 4をビーム走査方向 11とは正反対の方向、すなわち、 レーザービームの進行方向後方側を傾斜方向 23として走査している状態を示すィメ ージ図である。このようにすることでビームの照射系が照射点の真上に来なくなるの で、照射点の位置や状況をその真上から確実に監視することができる。また、特に、 ガラスと金属とを接合する場合のように、透明材料からなる第 1の物質ではない側の、 第 2の物質 2がレーザービームを反射する物質である場合には、接合面で反射した ビームが照射時のビームパスを逆にたどって、集光レンズやレーザー発生装置など に悪影響を与えることを防止することができる。

[0085] また、超短光パルスレーザービームを傾斜させる別の方向として、超短光パルスレ 一ザ一ビームをビームの走査方向にほぼ垂直の方向に傾斜させてビーム照射させる ことが考えられる。

[0086] 図 6 (b)は、この状態を示し、ここでは、ビーム走査方向 11に対し垂直な方向である 紙面の奥側から手前側に向力、う方向を傾斜方向 23としてビームを走査している状態 のイメージを示す。このようにすることで、たとえば、被接合物の形状が複雑になって いて、超短光ノ ルスレーザービームを入射させる側に配置される物質である、透明材 料からなる第 1の物質の接合面の垂直上方の厚みが場所によって異なるようなもので あったり、接合面の垂直上方にレーザービームを遮蔽したり、散乱させてしまうような ものが形成されてレ、るような場合には、これを避けて接合すること力 Sできる。

[0087] なお、本実施形態にかかる物質の接合方法は、超短光ノ ルスレーザービームの入 射方向のみが上記した第 1の実施形態に力、かる物質の接合方法と異なるものである 。このため、本実施形態にかかる物質の接合方法によっても、上記第 1の実施形態と 同様に、第 1の実施形態において説明した各種部材を接合することができる。また、 第 2の実施形態にかかる物質の接合方法も、パッケージングされた半導体素子の製 造方法や、接合された光学部材の製造方法として第 1の実施形態と同様に用いるこ とができることは!/、うまでもな!/、。

[0088] (第 3の実施形態）

本実施形態では、超短光ノ ルスレーザービームによる非線形吸収現象を生じさせ ることにより、ガラス等の透明部材からなる物質と、金属などの超短光ノ ルスレーザー ビームを反射する物質とを接合することについて説明する。

[0089] 上記本発明の物質の接合方法にかかる第 1の実施形態および第 2の実施形態で は、超短光ノ ルスレーザービームによりフィラメント領域を生成することによって、各種 の物質を接合できることを説明してきた。そして、フィラメント領域力 レーザービーム の光軸方向に所定の長さに渡って生成されるものであることから、従来の超短光パル スレーザービーム溶接の際の課題であった、被接合物質の当接面でレーザービーム の焦点が正しく形成されているか否力、を監視し続けることの困難性を解決した実用的 に優れた接合方法であることを述べてきた。

[0090] 一方、上記第 1の実施形態で示した接合方法によれば、超短光パルスレーザービ ームが入射する側に配置される第 1の物質は、レーザービームが自己集束作用を生 起するために透明材料からなる物質でなくてはならないが、第 1の物質と接合される 対象である第 2の物質としては、金属などのレーザービームを反射する部材を用いる ことができ、また、接合領域でのレーザービームのスポット径が十分絞られていれば、 ガラスと金属といった、相互の熱膨張係数の数値が大きく異なるために従来はレーザ 一ビームによる接合が不可能と考えられていた物質同士を接合することができる。

[0091] このように、第 2の物質として金属などの超短光パルスレーザービームを反射する部 材を用いた場合には、接合面でのレーザービーム状態を容易に監視できるというメリ ットがあり、その場合には必ずしもフィラメント領域が生成されていなくても、レーザー ビーム径を容易に監視して、調整できることとなる。言い換えれば、第 2の物質として 超短光パルスレーザービームを反射する物質を用いることで、従来の接合方法での 課題を解決した実用十分な接合方法を得ることができる。ここで、レーザービームの 焦点の監視にっレ、ては、通常用いられて!/、る CCD等の撮像素子を用いたカメラによ る方法や、焦点を形成することで最大値となるレーザービームの反射輝度を測定す る方法などが考えられる。

[0092] なお、本実施形態のように、レーザービームの入射する側とは異なる側に配置され る第 2の物質がレーザービームを反射するものである場合には、上記第 2の実施形態 にお!/、て説明したような、レーザービームを被接合物質の接合面に対して傾斜した 方向から照射する方法を採用することが好ましい。このように、レーザービームを被接 合物質の接合面に対して傾斜した方向から照射することによって、反射したレーザー ビームがビーム生成系にもとることで、レーザービームの照射系機構に悪影響を与え るのを防止することができるからである。

[0093] また、レーザービームを接合面に対して傾斜させないで照射する場合や、図 6 (a) に示した、レーザービームの傾斜方向がビーム走査方向と正反対の方向である場合 には、第 2の物質の接合面における反射ビームによって、透明材料からなる第 1の物 質の接合部分近傍に、ある程度の多光子吸収現象や電場イオン化により誘起される 光吸収現象が生じることが期待できる。このため、このような場合には、第 2の物質が 透明材料からなる物質である場合のように、接合面でのレーザービームの反射が生 じなレ、場合と比較して、照射するレーザービームのエネルギーを低減することがより 好ましいようである。

[0094] 発明者らの実験では、レーザービームを接合面に対して垂直方向から入射させる 場合、すなわち、透明材料からなる第 1の物質に、外部から照射されたレーザービー ムと接合面で反射されたレーザービームとが同時に入射する場合には、第 2の物質 がシリカガラスのようにビームを反射しないものとの接合の場合と比較して、ほぼ 60〜 70%のエネルギー量での照射が適切である。

[0095] 以上、本発明にかかる物質の接合方法、および、この接合方法を用いた接合物の 製造方法について、その実施形態について具体的な説明を行ってきた。ここで、上 記した本発明の接合方法の各実施形態では、図 3 (b) (c)に示すように、 2つの物質 の接合領域の形成方法として、正方形の接合部を所定間隔隔てて島状に点在させ たものを例示したが、本発明にかかる物質の接合方法における接合領域の形成方法 はこれに限られるものではない。例えば、所定距離のレーザービーム走査によって形 成される線状の接合部を、所定の間隔を隔てて複数形成することで接合領域を形成 しても良い。

[0096] そして、このように線状の接合部を複数形成する場合であっても、上記した島状の 接合部を複数設ける場合と同じぐある瞬間に溶融している領域は実際にレーザービ ームが照射されているごく狭い領域に限定されるため、例えばガラスと金属のように それぞれの熱膨張係数が大きく異なる物質同士をも接合できるという効果に変わりは ない。ただし、レーザービームの走査速度をあまり速くしてしまうと、レーザービームに よる溶融状態となっている部分の長さが長くなつてしまい、後に冷却して再凝固する 際に熱膨張係数の差による被接合物質の割れが生じるおそれがある。このため、線 状の溶接部にて溶接領域を形成する場合には、前述したビームノ^レス幅とその繰り 返し頻度とともに、レーザービームの走査速度にも十分な注意を払う必要がある。

[0097] (第 4の実施形態）

次に、本発明にかかる物質接合装置を、第 4の実施形態として説明する。

[0098] 図 7は、本実施形態にかかる物質接合装置の主たる構成を示す概略構成図である

〇

[0099] 図 7に示すように、本実施形態にかかる物質接合装置では、第 1の実施形態で図 4 を用いて説明した 2つの被接合部材を密着させて保持する固定用のジグ (本図では 図示を省略)などによって所定の加圧条件で密着させた、透明材料からなる第 1の物 質 1および第 2の物質 2を、任意の方向に所定量、所定の速度で移動させることが可 能な XYステージ 33上に載置して!/、る。

[0100] チタンサフアイャ増幅レーザー装置 24から出射された超短光パルスレーザービー ム 4は、 NDフィルター 25やシャッター 26、凹レンズ 27, 凸レンズ 28等の光学系を透 過し、アパーチャ 29で外形が規制される。そして、ミラー 30で反射された後、集束レ ンズ 3で所定の集束力を与えられて接合領域に入射する。この超短光パルスレーザ 一ビーム 4の照射状況は、 CCD等の撮像素子を備えた監視カメラ 31により確認され 、この情報に基づいて制御装置 32が、シャッター 26や XYステージ 33を調整すること で装置全体をコントロールしている。

[0101] 本実施形態に示す物質接合装置における、実際の超短光パルスレーザービーム の照射条件や、照射角度、レーザービームの走査方向、被接合物質の種類等は、 本発明の物質の接合方法として実施形態 1から 3において説明してきたものと同じで あるので、ここでの詳細な説明は省略する。

[0102] たとえば、図 7では、接合される第 1の物質 1および第 2の物質 2に対して、接合面 の垂直上方から超短光パルスレーザービーム 4が照射されているように図示されてい る力 本発明の第 2の実施形態で示した、超短光ノ ルスレーザービームの照射方向 を接合面に対して傾斜させる場合には、被接合物質 1および 2を密着保持している、 図示しない固定用のジグに傾きを持たせることで、相対的に被接合物質に対する超 短光パルスレーザービームの光軸を傾斜させることが好まし!/、。超短光パルスレーザ 一の照射機構を調整して被接合物に照射されるレーザービームのパスを傾斜させる ことは、その調整が困難であるため、被接合物質が小さい場合には被接合物を傾斜 した方が物質接合装置の構成を簡略化することができるからである。

[0103] また、本発明の物質の接合方法の第 3の実施形態として示した、第 2の物質として 超短光ノ ルスレーザービームを反射する物体を接合する場合に用いられる物質接 合装置の場合も、物質接合装置における超短光ノ ルスレーザービームの照射機構 や、被接合物を移動させる XYステージなどについては、上記第 1および第 2の実施 形態として示した接合方法を実施する場合に用いられる物質接合装置との違いはな い。

[0104] ただし、第 2の物質として超短光ノ ルスレーザービームを反射する部材を用いる場 合に使用される物質接合装置としては、超短光パルスレーザービームの照射条件を 、フィラメント領域が形成される条件に制御しなくてもよいという点が異なる。

産業上の利用可能性

[0105] 以上の説明力も明らかなように、本発明の接合方法、接合装置、およひ、接合物と その製造方法は、同種又は異種のガラスなどの透明材料からなる部材同士や、透明 材料力 なる部材と異種の樹脂基板、シリコン基板、金属板、半導体基板などとを接 合することができ、光学分野を中心として幅広い分野での応用用途が期待できる。

Claims

請求の範囲

[1] 超短光ノルスレーザービームにより非線形吸収現象を生じさせて 2つの物質を接 合する方法であって、

前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側に位置す る第 1の物質が透明材料からなり、

前記第 1の物質内での前記超短光パルスレーザービームの自己集束効果によって 生じるフィラメント領域を、前記 2つの物質の接合面に生成させて前記 2つの物質を 接合すること特徴とする物質の接合方法。

[2] 前記第 1の物質が、ガラスまたは透明な樹脂である請求項 1に記載の物質の接合 方法。

[3] 前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側とは異なる 側に位置する第 2の物質が、前記第 1の物質と同種の透明材料からなる請求項 1また は 2に記載の物質の接合方法。

[4] 前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側とは異なる 側に位置する第 2の物質が、前記第 1の物質とは異種の物質である請求項 1または 2 に記載の物質の接合方法。

[5] 前記第 2の物質が、ガラス、金属、シリコン、金属もしくはシリコンの化合物、半導体 もしくは半導体化合物、または、樹脂のいずれかである請求項 4に記載の物質の接 合方法。

[6] 前記金属がステンレス、鉄、鋼、アルミニウム、または、銅の!/、ずれか、またはこれら の少なくとも一つの合金である請求項 5に記載の物質の接合方法。

[7] 前記超短光ノ^レスレーザービーム力 前記 2つの物質の接合面に対して所定角度 傾斜した状態で入射する請求項 1から請求項 6のいずれか 1項に記載の物質の接合 方法。

[8] 前記超短光ノ ルスレーザービームの傾斜方向力 S、その走査方向と同じ力、もしくは正 反対の方向である請求項 7記載の物質の接合方法。

[9] 前記超短光ノ ルスレーザービームの傾斜方向カ、その走査方向とほぼ直交する方 向である請求項 7記載の物質の接合方法。

[10] 前記 2つの物質が、所定間隔隔てられて形成された複数の島状接合部によって接 合される請求項 1から請求項 9のいずれか 1項に記載の物質の接合方法。

[11] 前記 2つの物質が、所定間隔隔てられて形成された所定長さを持つ複数の線状接 合部によって接合される請求項 1から請求項 9のいずれ力、 1項に記載の物質の接合 方法。

[12] 超短光ノルスレーザービームにより非線形吸収現象を生じさせて 2つの物質を接 合する方法であって、

前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側に位置す る第 1の物質が透明材料からなり、

前記 2つの物質のうち、前記超短光パルスレーザービームが入射する側とは異なる 側に位置する第 2の物質が前記超短光パルスレーザービームを反射する物質である ことを特徴とする物質の接合方法。

[13] 前記第 2の物質が、金属またはその化合物である請求項 7に記載の物質の接合方 法。

[14] 前記超短光ノ ルスレーザービーム力 前記 2つの物質の接合面に対して所定角度 傾斜した状態で入射する請求項 12または請求項 13に記載の物質の接合方法。

[15] 超短光パルスレーザービームを照射する照射手段と、

被接合物である 2つの物質のうち、透明材料からなる第 1の物質を前記超短光パル スレーザービームの入射側に、第 2の物質をその反対側にして、前記 2つの物質を圧 着状態で保持する保持手段と、

前記保持手段を搭載して、前記 2つの物質の前記超短光パルスレーザービームに 対する相対的な位置を変更させる移動手段とを備え、

前記照射手段は、前記超短光パルスレーザービームを、前記 2つの物質の接合面 を含む部分にフィラメント領域を生成するような照射条件で照射するものであることを 特徴とする物質接合装置。

[16] 超短光パルスレーザービームを照射する照射手段と、

被接合物である 2つの物質のうち、透明材料からなる第 1の物質を前記超短光パル スレーザービームの入射側に、前記超短光ノ ルスビームを反射する第 2の物質をそ の反対側にして、前記 2つの物質を圧着状態で保持する保持手段と、 前記保持手段を搭載して、前記 2つの物質の前記超短光パルスレーザービームに 対する相対的な位置を変更させる移動手段とを備えたことを特徴とする物質接合装 置。

[17] 請求項 1〜請求項 11のいずれか 1項に記載された物質の接合方法を用いて、 2つ の物質を接合して製造された接合体。

[18] 前記 2つの物質が、基板内に半導体領域が形成された半導体基板と、透明な光学 素子である請求項 17に記載の接合体。

[19] 前記 2つの物質が、いずれも透明な光学素子である請求項 17に記載の接合体。

[20] 請求項 1〜請求項 11のいずれか 1項に記載された物質の接合方法を用いて、 2つ の物質を接合した接合体を製造することを特徴とする接合体の製造方法。

[21] 前記 2つの物質が、基板内に半導体領域が形成された半導体基板と、透明な光学 素子である請求項 20に記載の接合体の製造方法。

[22] 前記 2つの物質が、いずれも透明な光学素子である請求項 20に記載の接合体の 製造方法。