JP2014005172A - 貫通孔形成方法及び貫通孔付きガラス基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板に他の基板を接合しても庇部が生じない貫通孔をガラス基板に形成できる貫通孔形成方法及び貫通孔付きガラス基板を提供する。
【解決手段】ガラス基板１の上面１ａ及び下面１ｂにクロム膜２，３を形成する第１工程と、上面に形成されたクロム膜をパターニングしてクロムマスク２ａとする第２工程と、クロムマスク側を上とし、クロムマスク越しにガラス基板をその上面側からウェットエッチングして、ガラス基板上面から下面に向かって先細りのテーパ状の周壁部１０ａを有する貫通孔１０を形成する第３工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、貫通孔形成方法及び貫通孔付きガラス基板に関する。

バイオチップの製造工程において、ガラス基板にその厚さ方向に貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔の内部にＤＮＡ、タンパク質等のバイオ分子やこのバイオ分子を有する細胞が固定することが知られている。

また、半導体デバイスの製造工程において、半導体チップと実装基板とを電気的に接続するために、半導体チップと実装基板との間にインターポーザを配置することが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、インターポーザには、その厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられており、この貫通孔に金属材料を充填したり、貫通孔内面に金属膜を形成したりしてビアコンタクトが形成され、このビアコンタクトを介して半導体チップと実装基板とが電気的に接続される。この場合、上記従来例では、インターポーザを構成する基板としてガラス基板を用いることが開示されている。ガラス基板は、特定用途向けまたはデバイスの微細化に対応するために好ましく用いられる。

ガラス基板に上記貫通孔を形成する方法は特許文献２で知られている。このものでは、ガラス基板の一方の面にレジストパターンを形成し、ガラス基板の他方の面に保護膜を形成し、レジストパターン越しにガラス基板をその一方の面側からウェットエッチングすることにより、ガラス基板の一方の面側から略中間位置まで先細りのテーパ状の孔を形成する。そして、同様の方法を用いて、ガラス基板の他方の面側から略中間位置まで先細りのテーパ状の孔を形成する。このようにガラス基板の両面から形成された孔が連通して貫通孔が形成されるが、ガラス基板の上面から中間位置までは貫通孔の孔径が次第に小さくなり、この中間位置から下面までは貫通孔の孔径が次第に大きくなるため、貫通孔の中間位置には内方に延出する庇部が形成される。この庇部は、貫通孔形成後のガラス基板の下面に所定の加工が施された他の基板を接合しても残存するため、この接合時の小さな衝撃により容易に欠けてしまいパーティクルの原因となる。

そこで、ガラス基板下面に保護膜を形成し、ガラス基板上面にレジストパターンを形成し、ガラス基板をその上面からのみウェットエッチングし、ガラス基板の上面から下面に向かって先細りのテーパ面を有する貫通孔を形成して、その貫通孔の中間位置に庇部が形成されないようにすることが考えられる。

然し、上記特許文献２に記載の如く保護膜はゴムや樹脂により構成されるのが一般的であり、ゴム製や樹脂製の保護膜はガラス基板との密着性が低い。このため、図６に示すように、貫通孔１０の底部に保護膜１２が露出したときに、露出した保護膜１２とガラス基板１の下面１ｂとの間にエッチング液が染み込み、この下面１ｂが面方向（厚さ方向に直交する方向）にエッチングされてしまう。これにより、ガラス基板１に形成された貫通孔１０の周壁部１０ｂをなす線が変曲点１１を持ち、その変曲点１１よりも下側では孔径が次第に拡径される逆テーパ状となる。そして、貫通孔１０が形成されたガラス基板１の下面１ｂに上記他の基板を接合すると、変曲点１１の部分が庇となる。この庇部も例えば接合時の小さな衝撃により欠けてしまいパーティクルの原因となる。しかも、ガラス基板下面に他の基板を接合した後、貫通孔内面に配線用の金属膜を形成する際、上記庇部によって陰となる部分（上記逆テーパ状部分）に金属膜をカバレッジ良く形成できず、断線の原因となる。

特開２０１１−２５８６５４号公報 特開２０１０−７０４１５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ガラス基板に他の基板を接合しても庇部が生じない貫通孔をガラス基板に形成できる貫通孔形成方法及び貫通孔付きガラス基板を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、ガラス基板にその厚さ方向に貫通する貫通孔を形成する本発明の貫通孔形成方法は、ガラス基板の一方の面及び他方の面に金属膜を形成する第１工程と、前記一方の面に形成された金属膜をパターニングして金属マスクとする第２工程と、前記金属マスク側を上とし、前記金属マスク越しに前記ガラス基板をその上面側からウェットエッチングして、ガラス基板上面から下面に向かって先細りのテーパ状の周壁部を有する貫通孔を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする。

また、ガラス基板にその厚さ方向に貫通する少なくとも１個の貫通孔が形成された本発明の貫通孔付きガラス基板において、前記貫通孔は、前記ガラス基板の一方の面から他方の面に向かって先細りのテーパ状の周壁部を有し、この周壁部をなす線が変曲点を持つことなく前記他方の面に達していることを特徴とする。

上記によれば、第１工程にて、ガラス基板の一方の面及び他方の面に金属膜として、例えば、クロム膜をスパッタリング法により形成する。次いで、第２工程にて、ガラス基板の一方の面に形成された金属膜上に例えばレジストパターンを形成し、このレジストパターン越しに金属膜をウェットエッチングすることによりパターニングして金属マスクとする。次いで、第３工程にて、金属マスク越しにガラス基板をその上面側からウェットエッチングすることにより、ガラス基板の上面から下面に向かって先細りのテーパ状の周壁部を有する貫通孔が形成される。このように貫通孔が形成されると、その下部に金属膜が露出するが、露出した金属膜はガラス基板に対する密着性がよいため、金属膜とガラス基板との間にエッチング液が染み込み難く、ガラス基板下面はその面方向にエッチングされない。このため、貫通孔の周壁部をなす線が変曲点を持つことなくガラス基板下面に達することとなる。従って、貫通孔の断面の途中に庇部を発生させることなくガラス基板に貫通孔を形成できる。そして、このような貫通孔付きのガラス基板の下面に所定の加工が施された他の基板に接合しても、庇部が生じることはない。さらに、基板接合後に配線用の金属膜を貫通孔の周壁部（内面）にカバレッジ良く形成できるため、断線を起こさない。

本発明において、ガラス基板下側の金属膜を保護する保護部材を設けることが好ましい。これによれば、ガラス基板下面での貫通孔の孔径が大きい場合でも、貫通孔の下部に露出する金属膜が破断してガラス基板下面がその面方向にエッチングされることを防止できる。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態の貫通孔形成方法を説明する模式断面図。 ガラス基板に形成された貫通孔の断面を拡大して示す写真。 貫通孔が形成されたガラス基板に実装基板を装着した状態を拡大して示す模式断面図。 ガラス基板下側の金属膜が破断した状態を示す模式断面図。 ガラス基板下側の金属膜を保護する保護部材を設けた状態を示す模式断面図。 ガラス基板下面が面方向にエッチングされた状態を示す模式断面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の貫通孔形成方法について、ガラス基板の一方の面を上面とし、この上面に金属マスクを形成し、この金属マスク越しにガラス基板をその上面側からウェットエッチングして貫通孔を形成する場合を例に説明する。

図１（ａ）に示すように、ガラス基板１の上面１ａ及び下面１ｂにクロム膜２，３を例えば１００〜３００ｎｍの厚さで夫々成膜する（第１工程）。ガラス基板１の材料としては、特に限定されず、例えば、ソーダガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス（Ｓｃｈｏｔｔ製のテンパックスフロート）、低温陽極接合用ガラス（旭硝子株式会社製のＳＷシリーズ）が挙げられる。クロム膜２，３の成膜方法としては、量産性等を考慮して、スパッタリング法を用いることが好ましい。この場合、スパッタガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス及び二酸化炭素ガスの混合ガスを用いることが好ましく、所望の応力、反射率が得られるように、流量比を設定できる。尚、スッパッタリング装置としては、公知の構造を有するものを用いることができるため、ここでは装置構成や条件についての詳細な説明を省略する。

次いで、クロム膜２の表面にレジスト４を例えば１〜３μｍの厚さでスピンコート法により塗布し、この塗布したレジスト４に貫通孔形成用のパターンを露光し、現像液で現像することにより、レジストパターン４ａを形成する。そして、このレジストパターン４ａ越しにクロム膜２をウェットエッチングしてパターニングすることにより、クロムマスク２ａを形成する（第２工程）。クロム膜２のエッチング液としては、例えば、硝酸セリウムアンモニウムを含むものを用いることができ、硝酸や過塩素酸等の酸を添加してもよい。

次いで、図１（ｂ）に示すように、クロムマスク２ａ越しにガラス基板１をウェットエッチングする。エッチング液としては、フッ酸系のものを用いることができ、ガラス基板１の材料や所望するエッチングレートに合わせて、希釈したフッ酸、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）及び無機酸の混合液を用いることができる。ウェットエッチングを所定時間行うと、図１（ｃ）に示すように、ガラス基板１の厚さ方向に貫通する貫通孔１０が形成される。エッチング時間を調整することにより、ガラス基板下面１ｂでの貫通孔１０の孔径ｄを制御できる。貫通孔１０が形成されると、その下部にクロム膜３が露出する。ここで、クロム膜３はガラス基板１に対する密着性がよいため、上記露出したクロム膜３とガラス基板１との間にエッチング液が染み込み難く、ガラス基板１の下面１ｂはその面方向（図中の横方向）にエッチングされない。このため、貫通孔１０はガラス基板１の上面１ａから下面１ｂに向かって先細りのテーパ状の周壁部１０ａを有し、この周壁部１０ａをなす線が変曲点を持つことなく下面１ｂに達する。即ち、ガラス基板１の貫通孔１０の断面の途中に庇部が生じることを防止できる。

その後、レジストパターン４ａを剥離し、クロムマスク２ａ及びクロム膜３をエッチング液に溶解させて除去することで、図２及び図３に示すような貫通孔１０付きガラス基板１が得られる。レジスト剥離液としては、公知のアルカリ系のものを用いることができ、エッチング液としては、上記硝酸セリウムアンモニウムを用いることができる。

このようにして貫通孔１０が形成されたガラス基板１の下面に、図３に示すように、所定の加工（例えば、図示省略の精密研磨、溝加工、孔加工、配線パターン形成）が施された他の基板５を接合しても、これらガラス基板下面１ｂと他の基板５との間に隙間が形成されないことから、庇部が発生することがない。このため、基板接合後に貫通孔１０の周壁部（内面）１０ａに金属膜を形成する際、この周壁部１０ａにカバレッジよくかつ密着性よく配線用の金属膜を形成することができるので、断線を防止できる。尚、他の基板５としては、例えば、ガラス製のものやシリコン製のものを用いることができる。他の基板５がガラス製のものである場合、ガラス基板１と他の基板５とを位置合わせし、位置合わせした両基板を仮接合し、この仮接合したものをベーク炉にて軟化点以下の温度（例えば、両基板が共にＳｃｈｏｔｔ製のテンパックスフロートで構成される場合５００〜６００℃）で焼成することにより、ガラス基板１と他の基板５とを接合できる。

ところで、スパッタリング法によるクロム膜３の成膜速度は其程高くなく、クロム膜３の厚さを厚くすると生産性を低下させることを考慮して、クロム膜３の厚さは上記範囲内で設定される。この場合、ガラス基板下面１ｂでの貫通孔１０の孔径ｄが大きいと（例えば、３ｍｍ以上になると）、図４に示すように、ガラス基板１のエッチングが進行して貫通孔１０の下部にクロム膜３が露出したときに、クロム膜３に破断が生じ、ひいてはガラス基板下面１ｂからクロム膜３の剥がれが生じる。このとき、クロム膜３とガラス基板下面１ｂとの間に隙間が生じ、この隙間にエッチング液が染み込み、ガラス基板下面１ｂが面方向にエッチングされ、貫通孔１０の周壁部１０ｂに庇部１１が形成されてしまう。

そこで、図５に示すように、ガラス基板１のウェットエッチングに先立ち、ガラス基板１下側のクロム膜３を保護する保護部材（保護膜）６を設けることが好ましい。保護部材６としては、レジスト６ａと保護フィルム６ｂとの積層膜を用いることができる。このレジスト６ａは、上記レジスト４の塗布直後に同一材料のものを塗布して形成し、レジストパターン４ａと共に剥離すれば、生産効率がよい。保護フィルム６ｂとしては、樹脂性の粘着保護フィルムを用いることができ、また、貫通孔１０形成後に剥離するには公知のアルカリ系の剥離液を用いることができる。このような保護部材６を設けることにより、貫通孔１０が形成されたときのクロム膜３の破断を防止でき、ガラス基板下面１ｂが面方向にエッチングされて庇部１１が形成されることを確実に防止できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、金属膜２の形成に先立ち、ガラス基板１の上面１ａ及び下面１ｂの研磨やディップ洗浄を行ってもよい。また、保護部材６をレジスト又は保護フィルムの１層のみで構成してもよい。また、金属膜２，３としては、ガラス基板１に対する密着性が高い金属膜又は少なくとも２種の金属膜を積層した積層膜を用いることができ、例えば、Ｃｒ膜，Ｓｉ膜，Ｎｉ膜，Ｃｒ膜から選択された１種の膜とＡｕ膜との積層膜や、Ｃｒ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜を用いることができる。また、貫通孔１０付きガラス基板１は、バイオチップやインターポーザ以外の用途にも当然に使用することができる。

１…ガラス基板、１ａ…一方の面（上面）、１ｂ…他方の面（下面）、２…クロム膜（金属膜）、２ａ…クロムマスク（金属マスク）、３…クロム膜（金属膜）、６…保護部材、１０…貫通孔、１０ａ…周壁部、１１…変曲点。

Claims (3)

1. ガラス基板にその厚さ方向に貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成方法において、
   ガラス基板の一方の面及び他方の面に金属膜を形成する第１工程と、
   前記一方の面に形成された金属膜をパターニングして金属マスクとする第２工程と、
   前記金属マスク側を上とし、前記金属マスク越しに前記ガラス基板をその上面側からウェットエッチングして、ガラス基板上面から下面に向かって先細りのテーパ状の周壁部を有する貫通孔を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする貫通孔形成方法。
2. ガラス基板下側の金属膜を保護する保護部材を設けることを特徴とする請求項１記載のガラス基板への貫通孔形成方法。
3. ガラス基板にその厚さ方向に貫通する少なくとも１個の貫通孔が形成された貫通孔付きガラス基板において、
   前記貫通孔は、前記ガラス基板の一方の面から他方の面に向かって先細りのテーパ状の周壁部を有し、この周壁部をなす線が変曲点を持つことなく前記他方の面に達していることを特徴とする貫通孔付きガラス基板。