(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板を取得するステップと、このベース基板上に第１金属化層を形成するステップと、を有し、焼成を伴わない多層基板形成方法であって、更に、前記第１金属化層上に誘電体層及び金属化層を交互に複数層形成するステップを有し、前記複数の誘電体層のうちある層がエピタキシャル成長により形成される方法。
【請求項２】
ベース基板を取得するステップと、このベース基板上に第１金属化層を形成するステップと、を有し、焼成を伴わない多層基板形成方法であって、前記第１金属化層上に誘電体層及び金属化層を交互に複数層形成するステップを有し、更に、前記複数誘電体層形成ステップが、マスク内に開口を形成するステップと、前記ベース基板上の第１金属化層に対しマスクを取り付けるステップと、前記開口内に活性素材を成長させるステップと、前記活性素材成長後に前記マスクを取り払うステップと、前記活性素材周囲に誘電体を形成するステップと、前記活性素材周囲における誘電体形成後に前記活性素材を除去するステップと、を含み、
前記誘電体層厚みが前記活性素材厚みの１／２または１／３である方法。
【請求項３】
ベース基板を取得するステップと、このベース基板上に第１金属化層を形成するステップと、を有し、焼成を伴わない多層基板形成方法であって、前記第１金属化層上に誘電体層及び金属化層を交互に複数層形成するステップを有し、更に、前記複数誘電体層形成ステップが、マスク内に開口を形成するステップと、前記ベース基板上の前記第１金属化層に対しマスクを取り付けるステップと、前記開口内に活性素材を成長させるステップと、前記活性素材成長後に前記マスクを取り払うステップと、前記活性素材周囲に誘電体を形成するステップと、前記活性素材周囲における誘電体形成後に前記活性素材を除去するステップと、を含み、
前記活性素材の周囲に活性素材厚みよりも小さい厚みに前記誘電体層を形成した後に前記活性素材を除去するステップが前記活性素材を溶解液に晒すステップを含む方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記溶解液が塩化鉄（ＩＩＩ）溶液である方法。
【請求項５】
ベース基板を取得するステップと、このベース基板上に第１金属化層を形成するステップと、前記第１金属化層上に誘電体層及び金属化層を交互に複数層形成するステップとを含む、焼成を伴わない多層基板形成方法であって、
前記複数の誘電体層を形成するステップが、マスク内に開口を形成するステップと、前記ベース基板上の前記第１金属化層に対しマスクを取り付けるステップと、前記開口内に活性素材を成長させるステップと、前記活性素材成長後に前記マスクを取り払うステップと、前記活性素材周囲に誘電体を形成するステップと、前記活性素材周囲における誘電体形成後に前記活性素材を除去するステップと、を含む方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記誘電体層厚みが前記活性素材厚みの１／２または１／３である方法。
【請求項７】
請求項５記載の方法において、前記活性素材成長により前記複数の金属化層のうち１層上にピラーが形成される方法。
【請求項８】
請求項５記載の方法において、前記活性素材が除去された後に前記複数の誘電体層のうち１層を通るビアが形成される方法。
【請求項９】
請求項５記載の方法において、前記活性素材周囲誘電体形成後活性素材除去ステップが、前記活性素材を溶解液に晒すステップを含む方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記溶解液が塩化鉄（ＩＩＩ）溶液である方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は、その内容がこの参照を以て本願に繰り入れられ且つ優先権主張の基礎とされるところの２００２年９月２７日付米国暫定出願第６０／４１４２８９号「多層基板」に関する。
【０００２】
本発明は、半導体製造技術の分野に関し、特に、複数の層を有する基板即ち多層基板の形成に関する。
【背景技術】
【０００３】
多層基板は、マイクロエレクトロニクスの世界において様々な理由によりますますポピュラーなものになってきている。多層基板が注目を集めまたその用途が広がったのは、多層基板を用いれば実装密度を高くすることができ、多層基板内に多様な回路要素を収容することができ、多層基板によって複雑な回路を好適に形成できるためである。今日の市況においては、高密度実装化、回路機能複雑化等の要請が激増しつつあり、これらの要請に応え得る多層基板に対する引き合いもまた激増しつつある。
【０００４】
今日では、多様な多層基板製造技術が存在している。多層基板製造方法の一つとしては、未焼成の単層半導体テープ（業界で一般にグリーンシート又はグリーンテープと呼ばれているもの）を積層する、という方法がある。典型的な従来型グリーンシート積層プロセスにおいては、多層基板は、ａ）ガラス又はセラミックのグリーンシート上に回路パターンを印刷し、ｂ）印刷済のグリーンシートを数枚積層し、そしてｃ）積層したグリーンシートを還元性雰囲気内で焼成し又は焼結させる、という手順によって製造される。その結果得られる製品は、積層構造を有する多層基板であり、各種の用途において用いることができる。
【０００５】
しかしながら、グリーンシートによる多層基板形成には多くの問題点がある。まず、積層するグリーンシートの枚数にもよるとはいえ、多層基板全体での厚みはその多層構造を形成する個々のグリーンシートの厚みによって決定づけられている。グリーンシート厚はグリーンシート製造業者において決定されるものであり、通常は、１枚当たり６〜３０ｍｉｌの範囲内にある。６ｍｉｌ未満の厚みでは薄すぎてうまく多層化できない傾向があるため、従来の多層基板製造技術にて対処可能なグリーンシート厚は６ｍｉｌが下限であろう。従って、薄い層を有する多層基板を求めるのであれば、通常、グリーンシートによる多層基板形成は現実的な選択肢とは言えない。
【０００６】
また、個別のグリーンシートの厚みをエンドユーザ側で制御乃至管理しているわけではない。そのため、エンドユーザにおいては、その多層基板デバイスの目的用途における許容最大厚みに応じて、多層基板における層数を抑えざるを得ない。例えば、グリーンシート厚が所与であることから、基板厚みを最小限に抑えねばならない用途においては積層可能グリーンシート枚数が厳しく制限され、複雑な基板設計乃至回路設計を組み込むのが難しくなる。従って、複雑な設計を取り入れねばならない小専有面積デバイスを製造するには、グリーンシート積層という手法は明らかに不適切である。
【０００７】
グリーンシート積層による多層基板製造には、また、製造プロセスにおいてグリーンシートを焼結させ又は焼成しなければならない、という問題点もある。熱の使用を要する各種の物理プロセスと同じく、積層されたグリーンシートを焼成（即ち加熱）するプロセスにおいても、各層上に印刷されている回路配線を含め、各種基板構成要素に収縮が発生する。この焼成時収縮は、回路配線その他の基板構成要素における寸法、公差その他のパラメータを変化させる（ばらつかせる）ものであり、しかも、その量を厳密に制御することは難しい。従って、幾何学的配置乃至構成上の乱れに対し敏感な設計、即ち配線公差における変化乃至ばらつきの最小化並びに配線寸法その他の基板パラメータの高精度化を要する設計がなされている場合にあっては、グリーンシート積層という手法は明らかに全く不適切である。更に、半導体業界において広く行われているように、互いにその厚みが異なるグリーンシートを用いて多層基板を製造した場合、焼成及び収縮の効果はより顕著且つ劇的なものとなる。
【０００８】
グリーンシート積層による多層基板製造には、更に、グリーンシートを形成している誘電体の品質がさほど高くないためある種の用途には向いていない、という問題点もある。即ち、グリーンシートから多層基板を製造するプロセスの途中で温度上昇に晒されるため、グリーンシートにて使用する誘電体は、それ自体の無欠性を損なうことなく温度上昇に耐え得るものでなくてはならない。この条件を満足するため、グリーンシート用の誘電体としては純粋でない誘電体が用いられる。純粋でない誘電体は、普通、温度上昇に対し高い信頼性を呈するものである。しかしながら、純粋でない誘電体を使用すると高電圧キャパシタ等の回路要素を形成することが難しくなってしまう。逆に言えば、グリーンシートによる多層基板製造においては温度処理が必須であるため、純粋な誘電体が必要とされる用途においては、普通、グリーンシートは基板形成素材として選択され得ない。
【０００９】
多層基板製造方法としては、また、厚膜プロセスを用いる方法もある。この厚膜プロセスは、ａ）基板上に回路パターンを印刷し、ｂ）基板を乾燥させ、そしてｃ）基板を焼成する、という一連の手順を要するプロセスである。所要数の層が得られるようこのプロセスを所要乃至所望回数繰り返して実行し、その結果得られた複数枚の個別基板即ちそれぞれ印刷、乾燥及び焼成が済んでいる基板同士を接着すれば、基板スタックを形成することができる。即ち、個別にあつらえた複数枚の基板から多層基板を形成することができる。
【００１０】
しかしながら、厚膜プロセスにより形成した多層基板にも、グリーンシート多層基板と共通する多くの問題点がある。まず、厚膜プロセスを用いて形成される多層基板の厚みは主として個別基板の厚みによって決まる。グリーンシートを用いて形成する場合と同じく、最終的な多層基板厚みは、その用途上の必要性よりはむしろ、個別基板の積み重ねによる厚みの累積という仕組みで決められる。累積により決まった多層基板厚みが大きすぎるとそれは設計的に受け入れられがたいものとなり得る。従って、厚膜プロセスは、目的とする用途に応じて多層基板を形成するのには適していないといえよう。
【００１１】
また、厚膜プロセスにおいては各層基板の焼成が必要であるから、厚膜プロセスにより形成された多層基板も収縮関連の問題をはらんでいる。例えば、基板パラメータ公差における変化乃至ばらつきの最小化並びに基板パラメータ寸法における高精度化を求める設計は、厚膜多層基板形成プロセスにおいてもグリーンシートによる多層基板形成と同様、うまく実現できない。
【００１２】
また、基板内ビア充填は基板製造プロセスの典型的構成部分である。古典的なビア充填は、通常、ビア内に導電性インクを押し込むスキージ印刷プロセスを含む厚膜印刷技術や、ビアを介した吸引によりビア内に導電性インクを効果的に引っ張り込む真空技術により、行われる。
【００１３】
ビアを介して導電性インクを吸引する際には、無視できない量のインクが無駄に失われる。生産規模が小さければこの種の無駄は考慮しなくてよい程度にとどまるであろうが、生産規模が大きい場合は、無駄にしたインクにかけられたコストが最終的には基板それ自体のコストを上回ってしまうことがあり得る。即ち、大規模生産時には、真空技術を用いた基板ビア充填はコスト的に禁忌である。
【００１４】
厚膜印刷技術はこれに比べれば無駄が少ない。とはいえ、古典的なスキージ使用ビア充填技術には、空気が導電性インク内に捕捉されビア内部に気泡が発生する、という典型的な問題がある。気泡が存在することはビア内の導電経路にとって有害なものであり、ビアにおいて各種の性能欠損を発生させる。例えば、気泡は当該導電経路における電気コンダクタンスを大きく低下させるため、増大したビア内抵抗によるビア内余剰熱発生が問題となり得る。面倒なことに、気泡は当該導電経路における熱コンダクタンスをも大きく低下させるため、電気コンダクタンス低下によって生じた余剰熱を逃がす機構さえもうまく形成されないことがある。
【００１５】
人又は動物の体内に埋め込まれるデバイスとの関連でいえば、開業医らが大きな関心を寄せる問題として、気泡があるとビア内導電経路の気密性が損なわれる、という問題がある。例えば、体液にふれると損傷乃至破壊してしまう繊細な微小電子回路が、埋込可能型デバイス内に組み込まれているとする。ビア内導電経路の気密性が損なわれていると、しばしば、当該導電経路が唯一の流路となって体液が当該微小電子回路に到達し、それを損傷乃至破壊する。従って、気密封止を要するビアがその内部に形成されている埋込可能型デバイスにおいては、そのビア内の導電経路の気密性を汚しそのビアを通じて体液を通してしまうビア内気泡があると、それはそのデバイスの不正常動作ひいては故障を招きかねず、そのデバイスの使用者にとっては悲惨な結末となりかねない。
【００１６】
従って、半導体業界においては、多層基板を構成する層の厚みを広範に変えられるようにしまたそれを正確に制御できるようにすることが、求められている。半導体業界においては、また、多層基板における回路要素及び配線の公差を厳しく制御できるようにしまたライン寸法収縮を最小化することが、求められている。半導体業界においては、更には、多層基板において高純度誘電体を使用できるようにすることが、求められている。
【００１７】
加えて、半導体業界においては、基板内ビア充填方法及びシステムにおいて、導電性インクを無駄にしないようにすることが、求められている。更に、半導体業界においては、基板内ビア充填方法及びシステムにおいて、ビア内導電経路内の気泡をなくすことが、求められている。
【発明の開示】
【００１８】
そこで、本発明の実施形態は、焼成なしで製造できる多層基板の製造方法を提供することを、目的とする。本発明の実施形態は、また、各層の厚みを広範に変化させることができ且つユーザがそれを正確に制御できる多層基板の製造方法を提供することを、目的とする。また、本発明の実施形態は、回路要素及び配線の公差が厳しく制御され且つ寸法的な収縮が最小化され又は完全に排除された多層基板の製造方法を提供することを、目的とする。本願の開示は、更に、高純度誘電体を基板内に組み込めるプロセスにより製造された多層基板を提供することを、目的とする。
【００１９】
本発明の実施形態においては、多層基板用誘電体として様々な素材を使用できる。例えば、これに限られるものではないが、９９．９９９％の純度を有するアルミナを、本発明の実施形態における誘電体として用いることができる。
【００２０】
本発明の一実施形態により形成される多層基板デバイスは、ベース基板と、このベース基板上に形成された第１金属化層と、を備え、焼成なしで形成される。この多層基板はまた、例えば、第１金属化層上に交互に形成された複数の誘電体層及び金属化層を備える。複数の誘電体層のうち１層は例えばアルミナ層とする。
【００２１】
この多層基板は、また例えば、複数の誘電体層のうち１層を覆う２層の金属化層同士がビアを介して接触するよう当該誘電体層を通って延びるビアを備える。また、多層基板を構成する複数の金属化層のうち２層と複数の誘電体層のうち１層とにより、キャパシタを形成することができる。
【００２２】
多層基板を構成するベース基板は、例えばガラスやセラミック等、様々な素材から形成できる。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る多層基板形成方法は、ベース基板を取得（搬入）するステップと、このベース基板上に第１金属化層を形成するステップと、を有し、焼成を伴わない方法である。本方法に、例えば、第１金属化層上に誘電体層及び金属化層を交互に複数層形成するステップを、含めてもよい。複数の誘電体層は、いずれも、様々な技術により形成することができる。例えば、これに限られるものではないが、イオンビームアシスト成長、スパッタリング、化学気相成長、エピタキシャル成長、蒸着等がある。
【００２４】
本発明の一実施形態に係る多層基板内複数誘電体層形成方法は、例えば、マスク内に開口を形成するステップと、基板を構成する層に対しマスクを取り付けるステップと、開口内に活性素材を成長させるステップと、活性素材成長後にマスクを取り払うステップと、活性素材周囲に誘電体を形成するステップと、活性素材周囲における誘電体形成後に活性素材を除去するステップと、を有する。多層基板内に複数の誘電体層を形成する際、誘電体層厚みは活性素材厚み未満、例えば活性素材厚みの１／３又は１／２とする。
【００２５】
多層基板上に活性素材を成長させる際には、例えば、金属化層（前述の複数の金属化層のうち１層）上に、活性素材からなるピラー（柱）を形成させる。活性素材は、例えば塩化鉄（ＩＩＩ）等の溶解液を用いれば、除去することができる。活性素材を除去した後は、形成された誘電体層（前述の複数の誘電体層のうち１層）を通るビアを形成することができる。
【００２６】
本願の開示は、また、導電性インクの無駄を減らし又はなくすことができコスト面で有利な基板内ビア充填方法及び装置を提供することを、目的とする。本願の開示は、また、ビアを介した導電経路が気密性となるよう当該ビアから空気を退ける基板内ビア導電経路提供方法及び装置を提供することを、目的とする。
【００２７】
本願の開示に係る基板製造用アセンブリは、加圧用の第１及び第２加圧プレートと、第１及び第２アセンブリプレートと、基板上への印刷用の第１及び第２印刷シートと、を備える。例えば、第１加圧プレートの隣には第１アセンブリプレートを、第２加圧プレートの隣には第２アセンブリプレートを配置する。例えば、第１アセンブリプレートの隣には第１印刷シートを、第２アセンブリプレートの隣には第２印刷シートを、配置する。本アセンブリは、例えばまたエンクロージャ（囲い）を備え、このエンクロージャは第１及び第２アセンブリプレート、第１及び第２印刷シート並びに基板をくるむ。
【００２８】
本願の開示においては、第１加圧プレート及び第１印刷シートが第１アセンブリプレートを、また第２加圧プレート及び第２印刷シートが第２アセンブリプレートをくるむ。更に、第１加圧プレート、第１アセンブリプレート及び第１印刷シートは基板の第１の側に、また第２加圧プレート、第２アセンブリプレート及び第２印刷シートは基板の第２の側に、隣り合うよう配置される。第１及び第２加圧プレートから加えられ第１及び第２アセンブリプレートを介して作用する圧力は、第１及び第２印刷シート内にとらえられているインクを基板のビア内に追いやる。
【００２９】
エンクロージャは、例えば、当該エンクロージャ内を真空吸引するためのポートを備える。即ち、アセンブリ及び基板の周囲を真空にすることができる。また、第１及び第２印刷シートは、例えば発泡ラバーにより形成できる。
【００３０】
本願の開示に係る基板内ビア充填方法は、例えば、導電性インクをとらえておくための印刷シート及び加圧用の加圧プレートを含むアセンブリを基板周囲に形成するステップと、このアセンブリを真空化するステップと、印刷シートに圧力を加えるステップと、を有する。加圧プレートから印刷シートに圧力が加えられると、印刷シート内にとらえられているインクがビア内へと押しやられる。本方法は、また例えば、基板上にパターンを印刷するステップと、基板を乾燥させるステップと、基板を焼成するステップと、を有する。
【００３１】
本方法における基板周囲アセンブリ形成ステップは、例えば、基板の第１の側に隣り合うよう第１印刷シートを位置決めするステップと、第１印刷シートに隣り合うよう第１アセンブリプレートを位置決めするステップと、第１アセンブリプレートに隣り合うよう第１加圧プレートを位置決めするステップと、基板の第２の側に隣り合うよう第２印刷シートを位置決めするステップと、第２印刷シートに隣り合うよう第２アセンブリプレートを位置決めするステップと、第２アセンブリプレートに隣り合うよう第２加圧プレートを位置決めするステップと、少なくとも基板並びに第１及び第２印刷シートを囲むようエンクロージャを位置決めするステップと、を含む。
【００３２】
アセンブリ真空化ステップは、例えば、エンクロージャ内を真空吸引するステップを含む。エンクロージャ内を真空吸引すると、導電性インク内の空気が除去される。印刷シート加圧ステップは、例えば、低い圧力又は高い圧力を加えるステップを含む。ここでいう高い圧力は例えば約１０００ポンドとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本願の一部を構成し本発明の特定実施形態を描写する添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態に関し説明する。理解されるであろうことに、本発明の好適な実施形態の技術的範囲から逸脱することなく、他の形態により本発明を実施することができまたこの実施形態に構造的変更を施すことができる。
【００３４】
図１に、本発明の一実施形態により形成される多層基板１０の概略を示す。この多層基板１０は、例えば、交互に配置された複数の誘電体層及び導電層を有している。即ち、この図に示す多層基板１０はまずベース基板１２を有している。このベース基板１２の頂面上にあるのは金属化層（より一般には導電層）１４である。この図の多層基板１０は更に２層の金属化層１４を有している。金属化層１４同士によりサンドイッチされている層１６は誘電体層である。
【００３５】
ベース基板１２はリジッドであってもフレキシブルであってもよく、本件技術分野において広く用いられている各種の基板素材から形成できる。例えば、セラミック、ガラス、シリコン、ガリウムヒ素、アルミナ等の基板素材である。金属化層１４もまた各種の素材から形成できる。例えば、銅、アルミニウム、銀、金、チタン、プラチナ等の素材である。誘電体層１６は、本件技術分野において広く用いられている各種の素材から形成できる。例えば、セラミック、シリコン、アルミナ等の素材である。誘電体層１６用としては、例えば９９．９９９％アルミナ等の高純度誘電体を使用することができる。
【００３６】
なお、図１における多層基板１０の厚みは一見して非常に大きいが、これは、図示の都合上各層の厚みを誇張して描いたために過ぎない。実際には、図１に示した多層基板１０を構成する各層の厚みは、製造者の自由裁量により広範に変わり得る。
【００３７】
更に、図１に示した多層基板１０は角柱状であるが、多層基板１０の形状が角柱状である必要はなく、製造者が望むどのような形状にもすることができる。即ち、多層基板１０は、角柱状、直円柱状等、その用途上求められている様々な形状にすることができる。
【００３８】
また、図１に示す多層基板１０においては金属化層１４と誘電体層１６とが交互に配置されているが、必ずしも交互である必要はない。例えば、望むのであれば、ある誘電体層１６の次に別の誘電体層１６を配置するようにしてもよい。同じく、ある金属化層１４の次に別の金属化層１４を配置することもできる。従って、本発明の実施形態においては、例えば、複数の誘電体層１６の次に複数の金属化層１４を置く配置やその逆の配置等も、可能である。
【００３９】
図２に、本発明の実施形態に係る多層基板製造方法の概略を示す。この方法においては、まずステップ２０にてベース基板が取得（搬入）される。このベース基板は本件技術分野において広く用いられている各種の基板素材から形成できる。例えば、セラミック、ガラス、シリコン、ガリウムヒ素、アルミナ等の素材である。更に、ステップ２２ではベース基板の頂面上に金属化層が形成され、ステップ２４では金属化層の頂面上に誘電体層が形成される。このような金属化層と誘電体層の交互層化は、ステップ２６として示すように、所望の基板が製造されるまで繰り返せばよい。
【００４０】
図３Ａ〜図５に、図２に示す方法によって製造された多層基板を示す。図３Ａに示すベース基板１２は、例えばガーデンバラエティタイプとする等、特定用途に適する形態に製造すればよい。例えば体内グルコースモニタ用基板として多層基板を使用する場合、その多層基板向けのベース基板１２としては、その片面に電子回路をまた他面に電極を設けた基板を使用する。この基板の電子回路面と電極面との間は、それらの間に気密性を有する導電経路が形成されるよう、基板を通って延びるビアにより接続する。なお、この種の基板は、この参照を以てその内容が本願に繰り入れられるところの２００１年１２月３１日付米国特許出願第１０／０３８２７６号「センサ基板及びその製造方法」により、開示されている。また、ベース基板１２は、生物医学産業、コンピュータ産業、通信産業、防衛産業、航空宇宙産業その他の産業向けの基板であってもよい。
【００４１】
図３Ｂに示すように、ベース基板１２の頂面上には、金属パターン３０を含む金属化層１４を形成することができる。金属化層１４及びその金属パターン３０は、標準的なレジスト／フォトリソグラフィ技術等、本件技術分野において広く知られる各種の技術を用いて、形成することができる。現実的には、金属化層１４の層数は２層、３層或いはそれ以上とされるであろう。また、先に述べたように、金属パターン３０は、銅、アルミニウム、銀、金、チタン、プラチナ等から形成すればよい。例えば、チタン−プラチナ層やチタン−プラチナ−チタン層を金属化層１４として使用すればよい。或いは、銅とアルミニウムとを交互に重ねることにより金属化層１４を製造してもよい。金属パターン３０はその所望用途に応じたパターンとすればよく、例えば、集積回路におけるピン配置に相応したパターンとする。
【００４２】
図４Ａ〜図４Ｃに、誘電体層の層化及び形成工程を示す。ここに、例えば２個の金属化層により誘電体層をサンドイッチしてキャパシタを形成する場合等においては、それら金属化層間を電気的に接続することは不要であるが、それ以外の場合には金属化層同士を電気的に接触させる必要が生じ得る。金属化層１４とその次の金属化層との間に電気的接触乃至接続を形成するプロセスにおいては、例えば図４Ａに示すように、金属化層１４の頂面上にアルミニウムピラー４０を例えば２個、形成及び配置する。アルミニウムピラー４０は、誘電体層１６を通って延びるビアを形成する手段たり得る。図４Ａにおいては２個としているが、金属化層１４の頂面上にて成長させるアルミニウムピラー４０の個数は、望みに応じて定めればよい。即ち、誘電体層１６を通って延びるビアが、必要とされる個数だけ最終的に得られるよう、定めればよい。金属化層１４の頂面上には、図４Ｂに示すように、アルミニウムピラー４０を部分的に覆うよう、誘電体層１６が形成される。アルミニウムピラー４０及び誘電体層１６のサイズは、アルミニウムピラー４０の頂部が常に誘電体層１６の頂部より上に延びるよう、設定すればよい。
【００４３】
アルミニウムピラー４０を除去すると図４Ｃに示す状態となる。アルミニウムピラー４０を除去するには、アルミニウムピラー４０を溶かす塩化鉄（ＩＩＩ）等、誘電体層１６を痛めずにアルミニウムピラー４０とよく反応する溶剤を用いればよい。アルミニウムピラー４０を除去した後には、誘電体層１６の頂面から底面へと通ずるビア４４が残るため、金属化層１４のうちかつてアルミニウムピラー４０が形成されていた部分が露出することとなる。
【００４４】
この後は、図５に示すように、誘電体層１６上に金属化層１４をもう１層成長させればよい。この金属化層１４もまた金属化パターン５０を含む。金属化パターン５０を形成したら、次いで、アルミニウムピラー４０を溶かすことによって形成されたビアを、例えばパターン用に使用されている金属により充填する。これによって、一方の金属化層１４から他方の金属化層１４へと達する導電経路が形成される。金属化層及び誘電体層を交互に重ねていくプロセスは、製造者が望んでいる或いは用途上必要とされる層数分、継続される（繰り返される）。
【００４５】
図６に、本発明の実施形態に係る多層基板形成方法をより詳細に示す。この図の方法においては、まずステップ６０で基板が取得（搬入）される。基板は、本件技術分野にて広く用いられている各種の基板素材から形成できる。例えば、セラミック、ガラス、シリコン、ガリウムヒ素、アルミナ等の素材である。ステップ６２では、基板の頂面上に金属化層がパターニング及び形成される。実際の金属化層は１層とも複数層ともすることができるが、用途上必要とされる金属化層の全個数が１層である場合は、ステップ６４からステップ７２に移行してプロセスを終了させる。本発明の実施形態では金属化層或いは誘電体層を１層とすることもできるが、ステップ６２にてパターニング及び形成された最初の金属化層即ち第１金属化層に次いで形成する（形成したい）層が複数層ある場合は、ステップ６６にてピラーを形成及び配置する。ピラーの位置は、ステップ６２にてパターニングし成長させた金属化層上、所望の各接触点とすればよい。
【００４６】
ピラーを形成するに当たっては、例えばまず、レーザドリル、パンチその他の作業によりセラミックその他の素材のマスクを加工し、基板上におけるピラー配置に相応するよう開口が形成されたシャドウマスクを形成する。ピラーを形成するための開口の深さは例えば２０〜２５μｍとする。また、マスクを利用すれば、ボンディング用パッド、刺激（励起）電極、感知電極、光検波器（光検出器）、ビア等を初め、層間接続用等の構成要素乃至部品を形成することができ、それら構成要素群は様々な寸法とすることができる。例えば、その厚みが１又は２ｍｉｌの構成要素であっても、その厚みがμｍ又はオングストロームレベルであっても、マスクにより形成できる。
【００４７】
ステップ６６では、ステップ６２にて形成された金属化層の頂面上において、形成されたマスクが基板に取り付けられ、更に、金属化層の頂面上にパターンが形成されるようマスクの開口内にアルミニウムその他の素材を成長させる。アルミニウム成長後にマスクが取り払われると、マスクに形成されていたパターンのアルミニウムによるポジ画像が残る。
【００４８】
ピラーその他の構成要素群が形成された後、ステップ６８では、やはり金属化層の頂面上に誘電体層が形成される。通常、誘電体層の厚みは、その頂部がピラーその他の構成要素群の頂部より上に延びないようにする。誘電体層の厚みは、様々に変え得るものであるけれども、おおよそのところをいえば、マスクを用いてアルミニウムその他の素材から形成されたピラーその他の構成要素群の厚みの１／２〜１／３程度とすればよい。従って、成長した誘電体がアルミニウムパターンの側壁を完全にくるんでしまうことはない。
【００４９】
誘電体成長は様々なやり方で行える。例えば、基板全体を真空チャンバ内に置きアルミナ被覆により覆い込んでしまえばよい（ブランケット被覆）。基板をアルミナによりブランケット被覆するプロセスとしては様々なプロセス、例えばＣＶＤ（化学気相成長）、エピタキシャル成長、スパッタリング、蒸着等を用い得る。或いは、イオンビームアシスト成長（ＩＢＡＤ）を用いてもよい。ＩＢＡＤは、物理気相成長と、基板表面に対する低エネルギーイオン射突という、別個な二種類の動作の組合せである。基板表面に低エネルギーイオンを射突させることにより、アルミナ被覆の密度を高めまた接着性・固定性を良好にすることができる。無論、アルミナ以外の誘電体も使用することができる。
【００５０】
アルミナで基板を被覆するプロセスとしてＩＢＡＤプロセスを用いることによりピンホールのないアルミナ層を得ることができるため、気密性が必要な場合に、その層の気密性を全体として向上させることができる。言い換えれば、ＩＢＡＤプロセスを用いアルミナで基板を被覆することにより、気体、湿気、流体その他、そのデバイスにおける無欠な気密性を損なう原因となり得る各種の要素が通り抜けてしまうことを、防ぐことができる。
【００５１】
誘電体層形成後は、ステップ７０にて、例えばアルミニウムによるパターンが除去される。アルミニウムパターン除去は各種のプロセスにより行える。例えば、アルミナ被覆等の誘電体層と、アルミニウムピラーその他の構成要素群を含む活性素材と、を含む基板全体を、塩化鉄（ＩＩＩ）即ちＦｅＣｌ3その他の溶液である溶解液内におけばよい。この溶解液は、アルミニウムピラーを十分溶解できる程強いがアルミナ被覆を攻撃できる程には強くないものである。パターン及び誘電体層を共に溶解液に晒すと、その側面からの攻撃によりパターンが溶解する。パターンが溶解するのは、パターンの厚みと誘電体層の厚みとが相違しており、成長させた誘電体がパターンのうち一部しか隠していないから、である。パターン用に用いられている活性素材例えばアルミニウムを溶かすことにより、成長させた誘電体層に含まれるパターンに対するネガ画像が形成される。
【００５２】
パターン除去後は、ステップ６２にて、金属化層をもう１層パターニングし成長させる。ステップ７０にてピラーを除去することにより形成された孔即ち誘電体層内の孔は、この金属化層形成の際に充填され、誘電体層を介して金属化層間を接続する導電経路が形成される。金属化層は、メッキ、スクリーン印刷、再度の真空成長等により形成・処理することができる。
【００５３】
ステップ６４では、再び、更なる層が望まれている（必要とされている）か否かが調べられる。以上述べたプロセスは、多層基板全体を製造し終えるまで継続される。
【００５４】
本発明の実施形態により形成される多層基板の利点は明らかなものである。まず、誘電体層及び金属化層を交互に互いに他の上に成長させること、或いは一連の誘電体層を金属化層の上に（又はその逆に）成長させることによって、多層基板の各層を形成しているため、各層の厚みひいては多層基板全体の厚みを精密に制御できる。また、成長プロセスを用いているため各層がその前の層に接着しており、焼成の必要がない。従って、熱を用いることによる収縮を減らし或いは完全になくすことができる。更に、誘電体の無欠性を損なう原因となり得る基板焼成が行われないため、９９．９９９％アルミナ等の高純度誘電体を用いることができる。
【００５５】
本願発明の実施形態により形成される多層基板によれば、様々な容量を有するキャパシタを提供できる。例えば、本件技術分野における習熟者（「当業者」）にとり明らかなことに、適当な導体が形成配置された２個の金属化層とこれら金属化層によりサンドイッチされる誘電体層とによって、誘電体を２個の導体間に挟んだキャパシタを、実施形態に係る多層基板内に形成できる。特に、誘電体層形成の際の制御幅が広いため、その仕様に応じてキャパシタを厳密に制御作成できる。例えば、成長させる誘電体層の厚みは、そのキャパシタに対して要求されている仕様を実現できるよう、望みに応じて厚くすることも薄くすることもできる。更に、誘電体層用の素材も、そのキャパシタに対して要求されている仕様に従い選択することができる。例えば、誘電体層として９９．９９９％アルミナを使用することができる。この種の素材を用いれば、比較的小さな幾何学的エリアにて高い電荷密度を実現できるため、微小体積エリア内にて高電荷密度が必要とされる用途、例えば埋込可能型医用デバイス向けに理想的なキャパシタを、得ることができる。
【００５６】
図７に、本願の開示に係る基板内ビアホール充填用アセンブリ６９の正面を示す。このアセンブリ６９は、例えば、第１加圧プレート７０、第２加圧プレート７２、第１アセンブリプレート７４、第２アセンブリプレート７６、第１印刷シート７８、第２印刷シート８０及び真空エンクロージャ８６を備えている。本発明の一実施形態におけるアセンブリ６９は、例えば、基板８２の両側に同様の形態で構成部品を重ねたサンドイッチ状の構成を有している。この図に示すように、ビア８４を有する基板８２の一方の側には第１印刷シート７８がまた他方の側には第２印刷シート８０が並んでおり、第１印刷シート７８及び第２印刷シート８０の隣にはそれぞれ第１アセンブリプレート７４又は第２アセンブリプレート７６があり、第１アセンブリプレート７４及び第２アセンブリプレート７６の隣にはそれぞれ第１加圧プレート７０又は第２加圧プレート７２がある。真空エンクロージャは例えばアセンブリ６９を取り囲んでいる。
【００５７】
加圧プレート７０及び７２並びにアセンブリプレート７４及び７６は、金属、プラスチック、合成物・複合物等から形成できる。本発明の一実施形態に係る加圧プレート７０及び７２を用いれば、１０００ポンド重にものぼる力を加えることができる。印刷シート７８及び８０は各種の素材、例えば発泡ラバーから形成できる。
【００５８】
真空エンクロージャ８６も各種の素材、例えばプラスチック、合成物・複合物等から形成できる。真空エンクロージャ８６は、例えばポート８８を備えた袋状の部材であり、真空吸引時にはこのポート８８を介して真空エンクロージャ８６の中身を排出させることができる。ポート８８にはバルブその他の機構が設けられており、この機構にはポンプその他の機械が接続される。このポンプその他の機械によって、真空エンクロージャ８６内を真空吸引し、基板８２並びに印刷シート７８及び８０の周辺に真空を発生させることができる。基板８２上に印刷すべき導電性インクをある程度の真空に晒すことができる限りにおいて、これら以外のアセンブリ６９構成部材を真空エンクロージャ８６内に封じ込めることもできる。
【００５９】
真空エンクロージャ８６は、アセンブリ６９に対して様々なやり方で配置することができる。例えば、本発明の一実施形態に係る真空エンクロージャ８６は、アセンブリプレート７４及び７６、印刷シート７８及び８０並びに基板８２を囲むよう、加圧プレート７０と加圧プレート７２との間に設けられている。
【００６０】
本願の開示においては、例えば、印刷用に用いる導電性インクその他の素材が、印刷シート７８及び８０のうち基板８６に隣接する部位上に、とらえられている。印刷シート７８及び８０用に発泡ラバーを用いる場合、この発泡ラバーは、加圧プレート７０及び７２に圧力が加えられたときに導電性インクがビア８８内へと押しやられるよう、その発泡ラバーのうち呼吸可能な側を基板８２に対して隣り合わせに位置決めすればよい。
【００６１】
図８に、本願の開示に係る基板内ビアホール充填方法を示す。この図の方法においては、まずステップ９０にて基板８２が取得（搬入）される。基板８２は本件技術分野において広く用いられている各種の基板素材、例えばセラミック、ガラス、シリコン、ガリウムヒ素、アルミナ等の素材から形成できる。基板８２は単層基板であってもよいし多層基板であってもよい。ステップ９２では、基板８２内に形成されている各孔上にパターンが印刷される。このパターンの印刷は、本件技術分野において従来から用いられている各種印刷技術、例えば薄膜印刷技術や厚膜印刷技術により行えばよい。無論、本件技術分野において広く知られている他の技術を用いることもできる。
【００６２】
ステップ９４では表面乾燥動作が実行される。表面乾燥動作は基板８２上に印刷された導電性インクを乾燥させる動作である。基板８２上に印刷されている導電性インクを乾燥させるのに十分である限り、表面乾燥動作の温度及び時間は様々に設定することができる。例えば、本願の開示においては、７０℃で１０秒間、表面乾燥動作を実行する。
【００６３】
ステップ９６では、サンドイッチアセンブリ６９が形成される。本願の開示に係るサンドイッチアセンブリ６９は図７に示す構成を有するものであるが、導電性インクが基板のビアに対して押し出され得るようなものであり且つ導電性インク及び基板を真空エンクロージャによりくるめるようなものである限りにおいて、どのような構成であってもよい。
【００６４】
ステップ９８では真空が形成される。即ち、本願の開示におけるエンクロージャ（例えば図７に示すように基板を取り巻いている真空エンクロージャ８６）の中身、特に、基板とビア充填用導電性インクをとらえている印刷シートとを取り巻くエリアの中身が排出される。導電性インクの周りを真空化することにより、導電性インク内にあるいずれの気泡乃至ポケットをも除去すること、並びに導電性インク内における気泡乃至ポケットの形成を阻止することができる。言い換えれば、気泡乃至ポケットは図７中のポート８８を介して排出される。
【００６５】
ステップ１００では、加圧プレート７０及び７２に圧力が加えられる。今述べているのは１回目の工程であるので加えられるのは低い圧力である。この圧力は、基板８２のビアを被覆するのに適した時間、例えば約５分間に亘り、加圧プレート７０及び７２に対して加えられる。このようにすることによって、印刷シート７８及び８０と基板８６との境界部分に位置している導電性インクは、ビア８４内へと押しやられる。但し、ステップ１００が低圧にて実行されているため、ここでビア８４内に押しやられるインクの量は、ビア８４の側壁を被覆するのに足る分でしかない。
【００６６】
ステップ１０２では、基板８２がアセンブリ６９から取り外され、業界にて一般的な通り乾燥及び焼成される。この乾燥及び焼成によって、導電性インクをビア８４の側壁に対して適切に結合させることができる。次のステップ１０４はビア８４が充填され終えたかどうかを判別するステップである。１回目の工程ではビア８４がまだ充填されていないため、ステップ１０４での判別結果に基づき基板孔上印刷に係るステップ９２からプロセスが繰り返されることとなる。但し、ビア８４が既に導電性インクにより被覆されているため、プロセスの２回目の工程におけるステップ１００では、加圧プレート７０及び７２に対しより高い圧力が加えられ、ビア８４が導電性インクにより完全に充填される。プロセスの２回目の工程にて加圧プレート７０及び７２に加えられる“高い圧力”は、ビア８４自身を通じビア８４内へと導電性インクを押しやるのに十分な圧力、例えば１０００ポンドの圧力である。これによって、ビア８４は、基板８２の一方の側から他方の側に達する導電経路となる。なお、以上のプロセスに代えて例えばスクリーンやステンシルを用いることも可能である。例えば、濃厚エマルジョンの０．００１又は０．００５ステンレススチールを用いることができる。
【００６７】
従って、図７及び図８に示すように本願の開示を用いることにより、ビアを通る導電経路内に気泡乃至ポケットがない基板を真空技術と加圧技術とを組み合わせた技術にて製造できる。気泡乃至ポケットを除去するため乃至気泡乃至ポケットが形成されるのを防ぐために真空を利用することにより、ビアを一体性及び連続性のある導電経路にすることができ、基板の一方の側から他方の側に至る導電経路として気密性のある導電経路を好適に形成できる。また、本件技術分野においては、ビア内を通じビア内へと導電性インクを通す手段として真空を用いるのが一般的であるが、本願の開示においては、加圧技術を利用しビア内へと導電性インクを押しやっているため、当該手段としての真空は必要でない。また、通常の従来プロセスにおいては、真空技術によりビア内に導電性インクを引っ張り込む際に導電性インクに無駄が生じ、費用負担となっていたが、本願の開示においては、本願中で述べているように加圧技術を利用しビア内へと導電性インクを押しやるようにしているため、導電性インクの無駄がなく、従って上記費用負担が生じなくなる。更に、プレート上の圧力を制御することによりプロセスパラメータを最適化できるため、本願の開示に従い設計された基板製造システムについては、その効率を適宜向上させることができる。
【００６８】
以上、本発明の特定実施形態に関し図示及び説明したが、当業者にとり自明なことに、本発明は図示及び説明した特定実施形態に限定されるものではなく、添付した請求の範囲により定まる技術的範囲及び神髄から逸脱することなく変更乃至変形を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態により形成される多層基板の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る多層基板製造方法の概略を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態におけるベース基板の斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態においてベース基板の頂面上に形成され金属パターンを含む金属化層を示す平面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態において金属化層の頂面上に形成及び配置された２個のアルミニウムピラーの斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態において金属化層の頂面上に形成されアルミニウムピラーを部分的に被覆する誘電体層の斜視図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態において金属化層の頂面上に形成され更にアルミニウムピラーが取り除かれた誘電体層の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態において誘電体層上に成長させる金属化層の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る多層基板製造方法の詳細を示す図である。
【図７】本願の開示に係る基板内ビアホール充填用アセンブリの正面図である。
【図８】本願の開示に係る基板内ビアホール充填方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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