(57)【要約】【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。【選択図】図８
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【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。
【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
【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】
2006060119.tif 000011
【図１０】
2006060119.tif 000012
【図１１】
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