説明

ビアが形成されたガラス基板及びビアの形成方法

【課題】ウェーハの表面にデバイス保護のために取り付けられるガラス基板にビアを形成する場合において、ガラス基板の破損を防止すると共に、ガラス基板と導電性金属との間に隙間が形成されないようにする。
【解決手段】ガラス基板1の表面1aから裏面1bに至る細孔の内周面にアンカー金属膜3を形成し、アンカー金属膜3の内周側に形成された空洞部にろう材7を充填してビア8を形成する。そして、アンカー金属膜3の熱膨張率をろう材より低くすることにより、ガラス基板の熱膨張率とろう材の熱膨張率との差に起因してガラス基板が破損するのを防止する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、デバイスが形成されたウェーハの表面にデバイス保護のために取り付けられるビアが形成されたガラス基板及びガラス基板にビアを形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えばマイクロマシンウェーハのように、デバイスが表面に形成されたウェーハについては、デバイス保護のために表面が保護板によって被覆された後に、各デバイスに分割されて各種制御装置等に利用されている。
【0003】
デバイス保護のために用いられる保護板においては、デバイスに形成された電極に対応する位置に、例えば直径が0.1mm〜0.4mmほどのビアホールと称される細孔が穿設され、ビアホールには銅等の導電性金属が充填され、ビアが形成される。そして、デバイスの電極とビアとがボンディングされてデバイスが保護される。
【0004】
保護板はセラミックスにより形成されることもあるが、セラミックスにより形成された保護板は光を遮断するため、光の入出力の機能を有するデバイスの保護用としては不向きである。また、デバイスがシリコン基板上に形成されている場合であっても、セラミックスとシリコンとを静電接合することができないため、接着剤を介在させなければならず、接合の精度を確保することも困難である。そこで、光を透過させ、シリコンとの静電接合を可能とするために、保護板としてはガラス基板を用いることが望ましい(例えば特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】特開2002−174742号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、ガラス基板に表面から裏面に至るビアホールを穿設し、ビアホールに銅等の導電性金属を充填すると、ガラスと導電性金属とでは熱膨張率が大きく異なるため、製造過程や製品化後等においてガラス基板が破損することがあるという問題がある。
【0007】
また、ガラス基板が割れない場合でも、ガラスと導電性金属とは接合の馴染みが悪いため、経時的にガラスと導電性金属との間に隙間が形成され、外気が進入してデバイスの機能を低下させるという問題がある。
【0008】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ガラス基板にビアを形成する場合において、ガラス基板の破損を防止すると共に、ガラス基板と導電性金属との間に隙間が形成されないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係るビアが形成されたガラス基板は、デバイスが形成されたウェーハに接合されるもので、表面から裏面に至る細孔の内周面にアンカー金属膜が形成され、アンカー金属膜の内周側に形成された空洞部にろう材が充填されてビアが形成され、アンカー金属膜の熱膨張率がろう材の熱膨張率より低いことを特徴とするものである。
【0010】
アンカー金属膜とろう材との間にはろう付け介在膜を介在させることが望ましい。また、空洞部には、熱膨張率がガラス基板より高くろう材より低い金属心材を挿入することもでき、この場合は金属心材とろう付け介在膜との間にろう材が充填される。
【0011】
アンカー金属膜としては、例えばクロムまたはチタンを用いることができる。また、金属心材としては、例えば鉄・ニッケル・コバルト合金を用いることができる。
【0012】
ウェーハがシリコンウェーハである場合は、ガラス基板は硼珪酸系ガラスにより構成されることが望ましい。また、ろう材としては、例えば銀ろうを用いることができる。
【0013】
また、本発明に係るビアの形成方法は、ガラス基板の表面から裏面に至る細孔を形成し、細孔に導電性金属を充填して表面から裏面に至るビアを形成する方法であって、ガラス基板の表面から裏面に至る細孔を形成する細孔形成工程と、細孔の内周面にアンカー金属膜を形成するアンカー金属膜形成工程と、アンカー金属膜の内周側に形成された空洞部にろう材を充填するろう材充填工程とを少なくとも含み、アンカー金属膜の熱膨張率がろう材の熱膨張率より低いことを特徴とするものである。
【0014】
アンカー金属膜形成工程の後であってろう材充填工程の前には、アンカー金属膜の内周側にろう付け介在膜を形成するろう付け介在膜形成工程が遂行され、ろう付け介在膜形成工程においては、ろう付け介在膜として銅膜をめっきによりアンカー金属膜の内周面に形成し、ろう材充填工程においては、ろう材として銀ろうを用い、ろう付け介在膜の内周側に該銀ろうを充填することが望ましい。
【0015】
また、細孔形成工程においては、ダイヤモンド砥粒を備えた電鋳ドリルを用いてガラス基板に細孔を形成し、アンカー金属膜形成工程においては、アンカー金属膜としてクロムまたはチタンをスパッタリングにより細孔の内周面に形成することが望ましい。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係るビアが形成されたガラス基板においては、ガラス基板に形成された細孔に直接ろう材を充填するのではなく、ガラス基板とろう材との間に熱膨張率がろう材より低いアンカー金属を介在させることにより、アンカー金属膜がろう材の熱膨張を抑制することができるため、ガラス基板の熱膨張率とろう材の熱膨張率との差に起因してガラス基板が破損するのを防止することができる。
【0017】
また、アンカー金属膜とろう材との間にろう付け介在膜を介在させることにより、ガラス基板の破損を防止できると共に、ろう材との接合状態を良好とすることができ、ビアとガラス基板との間に隙間が生じなくなり、外気が侵入してウェーハ表面に形成されたデバイスの機能が低下するのを防止することができる。
【0018】
アンカー金属膜の内周側に形成された空洞部(ろう付け介在膜が形成される場合はろう付け介在膜の内周側)に熱膨張率がろう材より低い金属心材が挿入され、金属心材とろう付け介在膜との間にろう材が充填される場合は、細孔の内径が比較的大きい場合であっても、ガラス基板とろう材の熱膨張率の差に起因するガラス基板の破損をより確実に防止することができる。
【0019】
アンカー金属膜としてクロムまたはチタンを用いた場合は、クロムの熱膨張率は6.8[ppm/K]、チタンの熱膨張率は8.4[ppm/K]である一方、ガラスの熱膨張率は、例えば硼珪酸系ガラスの場合は3.3[ppm/K]であり、クロム、チタンの熱膨張率とガラスの熱膨張率の値が近いため、ガラス基板の破損を防止するのに好適である。また、金属心材として鉄・ニッケル・コバルト合金を用いた場合は、鉄・ニッケル・コバルト合金の熱膨張率は5.3[ppm/K]であり、ガラス基板の熱膨張率と近い値であるため、ガラスの破損を防止するのに好適である。
【0020】
ウェーハがシリコンウェーハであり、ガラス基板が硼珪酸系ガラスにより構成される場合は、上記種々の効果に加えて、シリコンウェーハと硼珪酸系ガラスとの静電接合が可能となり、接着剤が不要となる。また、例えばシリコン単結晶の熱膨張率は2.6〜3.5[ppm/K]であり、硼珪酸系ガラスの熱膨張率は3.3[ppm/K]であるため、熱膨張率の値が極めて近く、熱膨張率の差に起因するデバイスへの悪影響を回避することができる。
【0021】
本発明に係るビアの形成方法では、細孔の内周面にアンカー金属膜を形成した後に、そのアンカー金属膜の内周側にろう材を充填し、アンカー金属膜の熱膨張率がろう材の熱膨張率より低いため、ろう材充填時に熱が加えられても、ガラス基板の熱膨張とろう材の熱膨張との差をアンカー金属が吸収するため、ビアの製造時においてガラス基板が破損することがない。
【0022】
また、アンカー金属膜形成工程の後であってろう材充填工程の前に、アンカー金属膜の内周側にろう付け介在膜を形成するろう付け介在膜形成工程が遂行され、ろう付け介在膜として銅膜をめっきによりアンカー金属膜の内周面に形成し、その内周側にろう材として銀ろうを充填するようにすると、ろう付け介在膜と銀ろうとの接合が円滑に行われる。
【0023】
更に、細孔形成工程においてダイヤモンド砥粒を備えた電鋳ドリルを用いてガラス基板に細孔を形成し、細孔の内周面にアンカー金属膜を形成するアンカー金属膜形成工程においてアンカー金属膜としてクロムまたはチタンをスパッタリングにより該細孔の内周面に形成すると、細孔の内周面にアンカー金属膜が形成されると共にアンカー金属膜の内周側に形成された空洞部にろう材が充填されて形成され、アンカー金属膜の熱膨張率がろう材の熱膨張率より低いビアの形成に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
図1に示すガラス基板1は、マイクロマシン等のデバイスが表面に形成されたウェーハを保護するためにウェーハの表面に接合される保護板であり、ガラス基板1においては、ボンディングされるウェーハを構成する各デバイスに形成されている電極の位置に対応する位置に、表面から裏面に貫通する細孔10を形成する(細孔形成工程)。細孔10の形成には、例えば図1に示すように、回転軸20の先端にダイヤモンド砥粒を備えた電鋳砥石21が固着された構成の電鋳ドリル2を用いることができる。図2に示すように、ガラス基板1の厚みTは例えば0.2mm〜0.6mm程度であり、細孔10の直径2Rは例えば0.1mm〜0.4mm程度である。
【0025】
ガラス基板1の表面1a及び裏面1b並びに細孔10の内周面10aには、図3に示すように、アンカー金属膜3を形成する(アンカー金属膜形成工程)。このアンカー金属膜3は、例えば0.1μmほどの厚みを有し、蒸着やスパッタリング等により形成されるものである。アンカー金属膜3としては、熱膨張率がガラスの熱膨張率に近い金属、例えばクロム、チタン等を用いる。ここで、ガラス基板1の材質としては、硼珪酸系ガラスを用いることが好ましい。硼珪酸系ガラスの熱膨張率は3.3[ppm/K]である。また、石英ガラスを用いた場合は、その熱膨張率は0.97[ppm/K]である。一方、クロムの熱膨張率は6.8[ppm/K]、チタンの熱膨張率は8.4[ppm/K]である。ガラス基板1の熱膨張率とアンカー金属膜3の熱膨張率との差は、5[ppm/K]以内程度であることが望ましい。
【0026】
アンカー金属膜3を形成した後は、図4に示すように、アンカー金属膜3の上にろう付け介在膜4を形成することが好ましい(ろう付け介在膜形成工程)。ろう付け介在膜4は、例えばめっきにより0.1μm程度の厚みに形成する。ろう付け介在膜4としては、導電性に優れた銅を用いることが望ましい。例えばろう付け介在膜4として無酸素銅を用いた場合、その熱膨張率は16.5[ppm/K]である。ろう付け介在膜4の内周面によって囲繞された部分には空洞部5が形成されている。
【0027】
ろう付け介在膜4が形成された後は、図5に示すように、ろう付け介在膜4によって囲繞されて形成される空洞部5に金属心材6を挿入する(金属心材挿入工程)。金属心材6として、熱膨張率がガラス基板1に近い金属、例えばコバール(鉄・ニッケル・コバルトの合金、熱膨張率は5.3[ppm/K])を用いることにより、熱膨張によりガラス基板1が破損するのを防止することができる。金属心材6は円柱状に形成されていてもよいが、図6に示すように、例えば外径R1が0.09mm程度、内径R2が0.04mm程度の環状に形成されていることが好ましい。
【0028】
次に、図7に示すように、空洞部5にろう材7を流入させて充填し、ろう付け介在膜4と金属心材6とを接合する(ろう材充填工程)。また、金属心材6の貫通孔6aにもろう材7を充填する。ろう材7は、通常アンカー金属膜3より熱膨張率が高く、例えば銀ろう(熱膨張率は21[ppm/K])を用いることができる。前記ろう付け介在膜形成工程においてろう付け介在膜4が銅により形成され、ろう材7として銀ろうを用いた場合は、ろう付け介在膜4とろう材7との接合状態が良好となる。なお、金属心材7は、空洞部5の直径が1mm前後と比較的大きい場合に、ガラス基板1を防止するために有効である。
【0029】
ろう材充填工程終了後は、ガラス基板1の表面1a及び裏面1bに固着されたろう材7、ろう付け介在膜4、アンカー金属膜3を研磨等により除去し、図8に示すように、表面1a及び裏面1bを露出させると、ビア8が形成される。このようにして形成されたビア8においては、ガラス基板1の細孔10(図2参照)に直接ろう材を充填するのではなく、熱膨張率がろう材7より低いアンカー金属膜3を介在させているため、ガラス基板1とろう材7との熱膨張率の差に起因してガラス基板1が破損することを防止することができる。例えば、アンカー金属膜3としてクロムまたはチタンを用い、ろう付け介在膜4として無酸素銅を用い、ろう材7として銀ろうを用いた場合は、それぞれの熱膨張率について、(ガラス基板1<アンカー金属膜3<ろう付け介在膜4<ろう材7)という関係が成立するため、隣り合う物質間の熱膨張率の差があまりなく、ガラス基板1の破損防止に好適である。また、アンカー金属膜3とろう材7との間にろう付け介在膜4を介在させることで、ろう材7がアンカー金属膜3及びろう付け介在膜4を介してガラス基板1と強固に固定され、隙間が生じなくなり、外気の侵入によるデバイスの機能の低下を防止することができる。
【0030】
なお、アンカー金属膜3及びろう付け介在膜4を形成した図4の状態から、金属心材を挿入せずに、図9に示すように、空洞部5にろう材7を充填してもよい(ろう材充填工程)。そして、余分なろう材を研磨等により除去すると、図10に示すビア9が形成される。この場合も、アンカー金属膜3の熱膨張率がガラスの熱膨張率と近い値であり、ガラス基板1が破損するのを防止することができる。また、アンカー金属膜3とろう材7との間にろう付け介在膜4を介在させることにより、ろう材7がアンカー金属膜3及びろう付け介在膜4を介してガラス基板1と強固に固定され、隙間が生じなくなる。なお、空洞部5の直径が例えば0.5mm以下のように空洞部5が比較的小さく形成される場合に、図10に示したように金属心材を挿入しないでビア9を形成することが特に有効である。
【0031】
以上のようにしてビア8(9)が形成されたガラス基板1は、図11に示すように、ウェーハ20の表面に形成された各デバイス21の電極22にボンディングされ、すべてのデバイス21がガラス基板1によって保護される。ガラス基板1は光を透過させるため、デバイス21が光の入出力を行うものであっても、各デバイスの機能を維持することができると共に、ガラス基板1の破損を防止することができ、ガラス基板1とビア8(9)との間に隙間が生じるのも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】細孔形成工程の一例を示す斜視図である。
【図2】細孔が形成されたガラス基板を示す拡大断面図(図1のA−A線断面図)である。
【図3】アンカー金属膜形成工程後のガラス基板を示す拡大断面図である。
【図4】ろう付け介在膜形成工程後のガラス基板を示す拡大断面図である。
【図5】金属心材挿入工程後のガラス基板を示す拡大断面図である。
【図6】金属心材の一例を示す斜視図である。
【図7】ろう材充填工程後のガラス基板を示す拡大断面図である。
【図8】ビアが形成されたガラス基板の一例を示す拡大断面図である。
【図9】ろう材充填工程後のガラス基板の別の例を示す拡大断面図である。
【図10】ビアが形成されたガラス基板の別の例を示す拡大断面図である。
【図11】ビアが形成されたガラス基板及びウェーハを示す斜視図である。
【符号の説明】
【0033】
1:ガラス基板
1a:表面 1b:裏面
10:細孔
10a:内周面
2:電鋳ドリル
20:回転軸 21:電鋳砥石
3:アンカー金属膜 4:ろう付け介在膜 5:空洞部 6:金属心材
7:ろう材 8、9:ビア
20:ウェーハ
21:デバイス 22:電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
デバイスが形成されたウェーハに接合されるガラス基板であって、
表面から裏面に至る細孔の内周面にアンカー金属膜が形成され、該アンカー金属膜の内周側に形成された空洞部にろう材が充填されてビアが形成され、
該アンカー金属膜の熱膨張率は、該ろう材の熱膨張率より低いことを特徴とする
ビアが形成されたガラス基板。
【請求項2】
前記アンカー金属膜と前記ろう材との間にろう付け介在膜が介在する請求項1に記載のビアが形成されたガラス基板。
【請求項3】
前記空洞部には、熱膨張率が前記ろう材より低い金属心材が挿入され、該金属心材と前記ろう付け介在膜との間にろう材が充填される
請求項1または2に記載のビアが形成されたガラス基板。
【請求項4】
前記アンカー金属膜は、クロムまたはチタンにより形成される
請求項1、2または3に記載のビアが形成されたガラス基板。
【請求項5】
前記金属心材は、鉄・ニッケル・コバルト合金からなる
請求項3または4に記載のビアが形成されたガラス基板。
【請求項6】
前記ウェーハはシリコンウェーハであり、前記ガラス基板は硼珪酸系ガラスにより構成される
請求項1、2、3、4または5に記載のビアが形成されたガラス基板。
【請求項7】
前記ろう材は銀ろうである
請求項1、2、3、4、5または6に記載のビアが形成されたガラス基板。
【請求項8】
ガラス基板の表面から裏面に至る細孔を形成し、該細孔に導電性金属を充填して該表面から該裏面に至るビアを形成するビアの形成方法であって、
ガラス基板の表面から裏面に至る細孔を形成する細孔形成工程と、
該細孔の内周面にアンカー金属膜を形成するアンカー金属膜形成工程と、
該アンカー金属膜の内周側に形成された空洞部にろう材を充填するろう材充填工程と
を少なくとも含み、
該アンカー金属膜の熱膨張率は、該ろう材の熱膨張率より低いことを特徴とする
ビアの形成方法。
【請求項9】
前記アンカー金属膜形成工程の後であって前記ろう材充填工程の前に、前記アンカー金属膜の内周側にろう付け介在膜を形成するろう付け介在膜形成工程が遂行され、
該ろう付け介在膜形成工程においては、ろう付け介在膜として銅膜をめっきにより該アンカー金属膜の内周面に形成し、
該ろう材充填工程においては、前記ろう材として銀ろうを用い、該ろう付け介在膜の内周側に該銀ろうを充填する
請求項8に記載のビアの形成方法。
【請求項10】
前記細孔形成工程においては、ダイヤモンド砥粒を備えた電鋳ドリルを用いてガラス基板に細孔を形成し、
前記アンカー金属膜形成工程においては、アンカー金属膜としてクロムまたはチタンをスパッタリングにより該細孔の内周面に形成する
請求項8または9に記載のビアの形成方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2006−60119(P2006−60119A)
【公開日】平成18年3月2日(2006.3.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−242168(P2004−242168)
【出願日】平成16年8月23日(2004.8.23)
【出願人】(000133788)株式会社テクニスコ (8)
【Fターム(参考)】