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貫通孔電極付基板及びその製造方法
説明

貫通孔電極付基板及びその製造方法

【課題】基板強度を低下させることなく、さらなる高密度化に対応することができる貫通孔電極付基板及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の貫通孔電極付基板の製造方法は、導電性基板に、基板表面に対して略垂直な側面を持つ突出部を形成し、前記導電性基板を構成する材料よりも融点が低い材料で構成された絶縁性基板に、前記突出部を埋め込むようにして前記導電性基板を接合し、前記絶縁性基板を研磨して前記突出部を露出させ、前記導電性基板の厚さ方向に、露出した突出部をエッチングすることにより前記突出部に貫通孔を形成して、互いに分割された前記複数の電極を形成することにより得ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、貫通孔電極付基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子デバイスの小型化により、絶縁性基板に導電性部材を埋め込んでなる貫通電極を備えた基板が開発されている。例えば、特許文献1には、静電容量型圧力センサにおいて、ガラス基板にシリコン製の貫通電極を設ける構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−163456号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に開示された構成において、さらなる高密度化に対応するためには、ガラス基板に、より多くの貫通電極を形成する必要がある。このように貫通電極の数が多くなることは、ガラス基板に多くの貫通孔を形成することとなり、ガラス基板の強度を低下させてしまう恐れがある。このように、基板強度を低下させることなく、さらなる高密度化に対応することができる基板が求められている。
【0005】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、基板強度を低下させることなく、さらなる高密度化に対応することができる貫通孔電極付基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の貫通孔電極付基板は、基板表面に対して略垂直な側壁を持つ貫通孔を有する絶縁性基板と、前記貫通孔の側壁に設けられ、互いに分割された複数の電極と、を具備することを特徴とする。
【0007】
この構成によれば、基板に対する貫通孔の数を多くすることなく、電極数を増やすことができるので、基板強度を低下させることなく、さらなる高密度化に対応することができる。
【0008】
本発明の貫通孔電極付基板においては、前記絶縁性基板の両主面に配線が形成されており、前記両主面の配線が前記電極により電気的に接続されていることが好ましい。
【0009】
本発明の貫通孔電極付基板においては、前記絶縁性基板がガラス基板であり、前記電極がシリコンで構成されていることが好ましい。
【0010】
本発明の貫通孔電極付基板の製造方法は、導電性基板に、基板表面に対して略垂直な側面を持つ突出部を形成する工程と、前記導電性基板を構成する材料よりも融点が低い材料で構成された絶縁性基板に、前記突出部を埋め込むようにして前記導電性基板を接合する工程と、前記絶縁性基板を研磨して前記突出部を露出させる工程と、前記導電性基板の厚さ方向に、露出した突出部をエッチングすることにより前記突出部に貫通孔を形成して、互いに分割された前記複数の電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【0011】
この方法によれば、基板表面に対して略垂直で微小な貫通孔を形成し、その側壁に複数の電極を分割して形成することが可能となる。
【0012】
本発明の貫通孔電極付基板の製造方法においては、前記複数の電極を形成した後に、前記電極以外の導電性基板を除去することが好ましい。
【0013】
本発明の貫通孔電極付基板の製造方法においては、前記絶縁性基板を研磨して前記突出部を露出させる際に前記突出部以外の導電性基板を研磨により除去し、前記導電性基板を除去した面に支持基板を配設した状態で、前記突出部に貫通孔を形成して、互いに分割された前記複数の電極を形成することが好ましい。
【0014】
本発明の貫通孔電極付基板の製造方法においては、露出した突出部と電気的に接続するように配線を形成する工程を具備することが好ましい。
【0015】
本発明の貫通孔電極付基板の製造方法においては、前記絶縁性基板がガラス基板であり、前記導電性基板がシリコン基板であることが好ましい。
【発明の効果】
【0016】
本発明の貫通孔電極付基板は、導電性基板に、基板表面に対して略垂直な側面を持つ突出部を形成し、前記導電性基板を構成する材料よりも融点が低い材料で構成された絶縁性基板に、前記突出部を埋め込むようにして前記導電性基板を接合し、前記絶縁性基板を研磨して前記突出部を露出させ、前記導電性基板の厚さ方向に、露出した突出部をエッチングすることにより前記突出部に貫通孔を形成して、互いに分割された前記複数の電極を形成することにより得られる。このようにして得られた貫通孔電極付基板は、基板強度を低下させることなく、さらなる高密度化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板を示す平面図である。
【図3】(a),(b)は、本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板の他の例を示す平面図である。
【図4】(a)〜(d)は、本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板の製造方法を説明するための図である。
【図5】(a)〜(e)は、本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板の製造方法を説明するための図である。
【図6】(a)〜(e)は、本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板の製造方法の他の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板を示す斜視図であり、図2は、本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板を示す平面図である。図1、図2に示す貫通孔電極付基板は、絶縁性基板1を有する。この絶縁性基板1は、例えば100μm以下であり、基板表面に対して略垂直な側壁を持つ貫通孔2を有する。ここで、基板表面に対して略垂直とは、基板表面に対して80°〜90°を意味する。
【0019】
絶縁性基板1の貫通孔2の平面視の形状は特に制限はない。例えば、貫通孔2の平面視の形状は、矩形、円形、楕円形などを挙げることができる。貫通孔2の最大径は、図2に示すように平面視の貫通孔の形状が矩形である場合には対角線の長さDであり、平面視の貫通孔の形状が円形である場合には直径であり、平面視の貫通孔の形状が楕円である場合には長径である。また、絶縁性基板1としては、ガラス基板などを挙げることができる。
【0020】
貫通孔2の側壁には、互いに分割された複数の(ここでは4つの)電極3a〜3dが設けられている。この電極3a〜3dは、基板表面に対して略垂直な貫通孔2の側壁に沿って設けられている。この電極3a〜3dは、図2に示すように、平面視において半円形で形成されている。なお、電極3a〜3dは、一つの貫通孔2内において互いに分割されていれば(互いに電気的に導通しなければ)良く、その平面視形状については特に制限はない。この電極3a〜3dを構成する材料としては、シリコンなどを挙げることができる。
【0021】
それぞれの電極3a〜3d上には、電極3a〜3dとそれぞれ電気的に接続するように配線4a〜4dが形成されている。この配線4a〜4dを構成する材料としては、通常用いられる電極材料を用いることができる。また、絶縁性基板1の両主面に配線4a〜4dを形成し、両主面の配線4a〜4dがそれぞれ電極3a〜3dにより電気的に接続されるように構成しても良い。これにより絶縁性基板1の両主面の導通を取ることが可能となる。
【0022】
図1、図2に示す構成においては、貫通孔2の側壁に設ける電極が4つである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、電極数が4つ以外の数であっても良い。例えば、図3(a)に示すように、電極の数を2つ(3a,3b)とし、その上に形成する配線も2つ(4a,4b)としても良い。また、図1、図2に示す構成においては、貫通孔2の平面視形状が矩形である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、貫通孔2の平面視形状が矩形以外の形状であっても良い。例えば、図3(b)に示すように、貫通孔2の平面視形状が円形であり、その側壁に電極3a〜3dを設け、その上に配線4a〜4dを形成しても良い。
【0023】
このような構成の貫通孔電極付基板は、貫通孔が連通するように複数個を積層して長い貫通孔を有する構造体を構成することができる。これにより、分割した複数の電極が長手方向に連続して配設された微細で長い貫通孔を持つ構造体を実現することができる。
【0024】
上記構成のように絶縁性基板1、例えばガラス基板の貫通孔2の壁面に電極3a〜3dを形成する場合、ガラス基板に物理的加工法(例えばブラスト加工)あるいは化学的加工法(例えばエッチング)により貫通孔を形成した後、その内壁に電極や配線を形成するための加工(例えば金属膜成膜)を行うことが考えられる。このような製法においては、まず、ガラス基板に貫通孔を形成する工程において垂直性やアスペクト比の限界などの問題がある。加工方法のうち物理的加工法、例えばサンドブラストでは、完全な垂直加工は難しく、また貫通孔の開口部も大きくなる。物理的加工法のうちドリル(エンドミル)による切削加工を用いることで貫通孔を形成することは可能であるが最小径でもφ200μm程度になってしまう。一方、化学的加工法では、ガラスは非結晶質であるため異方性エッチングができず、垂直な貫通孔は形成できない。また、ドライエッチングによる加工においても高アスペクト比で基板を貫通するほどの垂直加工はできない。
【0025】
次に、貫通孔が形成できたとしても、その貫通孔に電極を形成する工程においてパターニングの問題が発生する。電極材料である導電体の成膜にはCVDなどのカバレッジの良い方法により貫通孔壁面に成膜することは可能であるが、フォトリソグラフィなどで電極形状にパターニングする際に、高アスペクト比の貫通孔に対するレジスト塗布や垂直壁面露光などに問題があり、実際にはこのような方法でガラス基板の貫通孔2の壁面に電極3a〜3dを形成することは極めて困難である。
【0026】
本発明者はこのような観点を考慮して、導電性基板に、基板表面に対して略垂直な側面を持つ突出部を形成する工程と、前記導電性基板を構成する材料よりも融点が低い材料で構成された絶縁性基板に、前記突出部を埋め込むようにして前記導電性基板を接合する工程と、前記絶縁性基板を研磨して前記突出部を露出させる工程と、前記導電性基板の厚さ方向に、露出した突出部をエッチングすることにより前記突出部に貫通孔を形成して、互いに分割された前記複数の電極を形成する工程と、により、高アスペクト比の貫通孔の壁面に互いに分割した複数の電極を有する基板を実現した。
【0027】
導電性基板の厚さ方向に貫通孔を形成する際に用いるエッチングとしては、deep RIE(Reactive Ion Etching)や、結晶面に沿ったウェットエッチング(貫通孔の延在方向に沿って結晶面を揃えた状態でのウェットエッチング)などを挙げることができる。また、導電性基板を絶縁性基板から除去する方法としては、(1)複数の電極を形成した後に、電極以外の導電性基板を除去する方法でも良く、(2)絶縁性基板を研磨して突出部を露出させる際に突出部以外の導電性基板を研磨により除去し、導電性基板を除去した面に支持基板を配設した状態で、突出部に貫通孔を形成して、互いに分割された前記複数の電極を形成しても良い。
【0028】
次に、本発明の貫通孔電極付基板の製造方法について説明する。図4(a)〜(d)及び図5(a)〜(e)は、本発明の実施の形態に係る貫通孔電極付基板の製造方法を説明するための図である。これらの図面の断面図は、図2におけるA−A線に沿う断面図であり、これらの図には、全体の斜視図を付与した。なお、ここでは、超小型四重極型質量分析計の四重極に用いる貫通孔電極付基板を製造する場合について説明する。また、絶縁性基板としてガラス基板を用い、導電性基板としてシリコン基板を用いた場合について説明する。
【0029】
まず、図4(a)に示すように、低抵抗シリコン基板3のA面にレジスト材料をスピンコートし、フォトリソグラフィによりシリコン基板3にレジスト層5を形成する。次いで、図4(b)に示すように、レジスト層5をマスクとしてシリコン基板3を異方性ドライエッチングする。このとき、エッチング深さは、接合するガラス基板1の厚さよりも若干浅くする。これにより、電極3dとなる突出部を形成する。その後、レジスト層5を除去する。次いで、図4(c)に示すように、シリコン基板3の突出部をガラス基板1に当接させ、熱プレスにより突出部をガラス基板1に埋め込んで、シリコン基板3とガラス基板1とを接合する。このとき、ガラス基板1の厚さは、貫通孔電極付基板の厚さよりも厚くする。このように加熱した状態で突出部をガラス基板1に埋め込むので、絶縁性基板1を構成する材料は、導電性基板を構成する材料よりも融点が低いことが望ましい。
【0030】
次いで、図4(d)に示すように、A面側(図面において上側)からガラス基板1を研磨してシリコン基板3のうち埋め込まれた部分の突出部3dを露出させる。次いで、図5(a)に示すように、露出した突出部3dと電気的に接続するように、突出部3d上に配線4dを形成する。なお、配線4dは、突出部3dに貫通孔2が形成された際に電極3dとして残存する位置に位置合わせして形成する。具体的には、突出部3d上に電極材料を被着して電極膜を形成し、電極膜をフォトリソグラフィ及びエッチングでパターニングして配線4dを形成する。
【0031】
次いで、図5(b)に示すように、突出部3d及び配線4d上にレジスト材料をコーティングし、貫通孔2を形成する領域以外の領域にレジスト層5が残存するようにフォトリソグラフィでレジスト層5をパターニングする。次いで、図5(c)に示すように、レジスト層5をマスクとして、突出部3dを必要な深さまでdeep RIEなどにより異方性エッチングして凹部6を形成する。そして、図5(d)に示すように、残存したレジスト層5を除去する。最後に、図5(e)に示すように、シリコン基板3のB面側(図面において下側)を研磨して貫通孔2を形成して、貫通孔2の側壁に電極3dを形成する。これにより、一つの貫通孔2に複数の電極3a〜3dが、分割して(互いに電気的に接続されずに)形成されてなる貫通孔電極付基板が得られる。
【0032】
上記の方法によれば、最終工程に研磨工程があるので、基板清浄度が低くなることが考えられる。基板清浄度を高めるためには、次のような方法が考えられる。図4(a)〜(c)までに示すように、シリコン基板3に電極となる突出部を形成し、ガラス基板1に突出部を埋め込んでシリコン基板3とガラス基板1とを接合する。次いで、図6(a)に示すように、この接合基板の両主面(シリコン基板3の主面とガラス基板1の主面)を研磨して、突出部3dを両主面で露出させる。
【0033】
次いで、図6(b)に示すように、露出した突出部3dと電気的に接続するように、突出部3d上に配線4dを形成する。なお、配線4dは、突出部3dに貫通孔2が形成された際に電極3dとして残存する位置に位置合わせして形成する。具体的には、突出部3d上に電極材料を被着して電極膜を形成し、電極膜をフォトリソグラフィ及びエッチングでパターニングして配線4dを形成する。
【0034】
次いで、図6(c)に示すように、B面側(図面において下側)に表面酸化膜7付き支持基板8を貼り合わせる。さらに、A面側(図面において上側)の突出部3d及び配線4d上にレジスト材料をコーティングし、貫通孔2を形成する領域以外の領域にレジスト層5が残存するようにフォトリソグラフィでレジスト層5をパターニングする。
【0035】
次いで、図6(d)に示すように、レジスト層5をマスクとして、突出部3dをdeep RIEなどにより異方性エッチングする。このとき、異方性エッチングは表面酸化膜7により停止する。そして、図5(e)に示すように、支持基板8を剥離して貫通孔2を形成して、貫通孔2の側壁に電極3dを形成する。これにより、一つの貫通孔2に複数の電極3a〜3dが、分割して(互いに電気的に接続されずに)形成されてなる貫通孔電極付基板が得られる。
【0036】
このようにして得られた貫通孔電極付基板は、一つの貫通孔に複数の電極が分割して(互いに電気的に接続されずに)形成されているので、基板に対する貫通孔の数を多くすることなく、電極数を増やすことができるので、基板強度を低下させることなく、さらなる高密度化に対応することができる。
【0037】
本発明に係る貫通孔電極付基板は、マイクロチャネルプレート(Micro Channel Plate:MCP)と組み合わせることにより、超小型四重極型質量分析計とすることができる。この場合、貫通孔に形成した電極が四重極となり、入射したイオンを選別してMCPまで到達させる。また、本発明に係る貫通孔電極付基板は、カーボンナノチューブ(Carbon Nano Tube:CNT)成膜基板と組み合わせることにより、超小型電子銃やアレイ状露光部とすることができる。この場合、CNTから放出された電子を貫通孔に形成した電極にフォーカシングする。
【0038】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。また、各層の厚さや材質、部材の数、処理方法については本発明の効果を逸脱しない範囲で適宜設定することができる。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【0039】
1 絶縁性基板(ガラス基板)
2 貫通孔
3a〜3d 電極(突出部)
4a〜4d 配線
5 レジスト層
6 凹部
7 表面酸化膜
8 支持基板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板表面に対して略垂直な側壁を持つ貫通孔を有する絶縁性基板と、前記貫通孔の側壁に設けられ、互いに分割された複数の電極と、を具備することを特徴とする貫通孔電極付基板。
【請求項2】
前記絶縁性基板の両主面に配線が形成されており、前記両主面の配線が前記電極により電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の貫通孔電極付基板。
【請求項3】
前記絶縁性基板がガラス基板であり、前記電極がシリコンで構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の貫通孔電極付基板。
【請求項4】
導電性基板に、基板表面に対して略垂直な側面を持つ突出部を形成する工程と、前記導電性基板を構成する材料よりも融点が低い材料で構成された絶縁性基板に、前記突出部を埋め込むようにして前記導電性基板を接合する工程と、前記絶縁性基板を研磨して前記突出部を露出させる工程と、前記導電性基板の厚さ方向に、露出した突出部をエッチングすることにより前記突出部に貫通孔を形成して、互いに分割された前記複数の電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする貫通孔電極付基板の製造方法。
【請求項5】
前記複数の電極を形成した後に、前記電極以外の導電性基板を除去することを特徴とする請求項4記載の貫通孔電極付基板の製造方法。
【請求項6】
前記絶縁性基板を研磨して前記突出部を露出させる際に前記突出部以外の導電性基板を研磨により除去し、前記導電性基板を除去した面に支持基板を配設した状態で、前記突出部に貫通孔を形成して、互いに分割された前記複数の電極を形成することを特徴とする請求項4記載の貫通孔電極付基板の製造方法。
【請求項7】
露出した突出部と電気的に接続するように配線を形成する工程を具備することを特徴とする請求項4から請求項6のいずれかに記載の貫通孔電極付基板の製造方法。
【請求項8】
前記絶縁性基板がガラス基板であり、前記導電性基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項4から請求項7のいずれかに記載の貫通孔電極付基板の製造方法。

【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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【公開番号】特開2010−161119(P2010−161119A)
【公開日】平成22年7月22日(2010.7.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−1009(P2009−1009)
【出願日】平成21年1月6日(2009.1.6)
【出願人】(000010098)アルプス電気株式会社 (4,263)
【Fターム(参考)】