(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【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。
【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
【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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