(57)【要約】【課題】既に電極パッドや配線層等が形成され完成しているデバイスに対して改質部を形成する方ことが可能で、実デバイスヘ適用できる貫通配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る貫通配線基板の製造方法は、基板２内部に配された微細孔５に導体６が充填されてなる貫通配線７を備えた貫通配線基板１の製造方法であって、前記基板２の一方の面に導電層３を形成する工程Ａと、前記基板２の他方の面側よりレーザー光１０を照射し、一方が前記導電層３と接続し、他方が前記導電層３とは異なる位置に連通された改質部４を形成する工程Ｂと、前記改質部４を除去し、前記微細孔５を形成する工程Ｃと、前記微細孔５に導体６を充填する工程Ｄと、を少なくとも順に備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内部に配された微細孔に導体が充填されてなる貫通配線を備えた貫通配線基板の製造方法であって、
前記基板の一方の面に導電層を形成する工程Ａと、
前記基板の他方の面側よりレーザー光を照射し、一方が前記導電層と接続し、他方が前記導電層とは異なる位置に連通された改質部を形成する工程Ｂと、
前記改質部を除去し、前記微細孔を形成する工程Ｃと、
前記微細孔に導体を充填する工程Ｄと、を少なくとも順に備えることを特徴とする貫通配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記工程Ｂにおいて、前記基板を透過する波長域にある光源を有する顕微鏡を用いて、位置情報を認識しながら改質部を形成することを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記導電層は複数の層を有し、少なくとも一層は耐酸性の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
【請求項４】
前記工程Ｃにおいて、前記改質部の除去を、酸溶液によるエッチング法を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記工程Ｄにおいて、前記導体の充填を、少なくとも前記基板及び前記導電層の耐熱温度よりも低い温度で行うことを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする貫通配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスや光学デバイス、ＭＥＭＳデバイス等の高密度実装、またはそれらのデバイスを一つのパッケージ内でシステム化するＳｉＰ（システムインパッケージ）を可能にする貫通配線を備えた貫通配線基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の電子機器の高機能化に伴い、それらに使われる電子デバイス等にも更なる高速化、高機能化が要求されている。これを実現するためには、微細化等によるデバイス自身の高速化だけではなく、デバイスのパッケージにも高速化、高密度化に向けた技術開発が必須となっている。
【０００３】
高密度実装を実現する技術としては、チップに微細な貫通電極を設けてチップを積層実装する三次元実装や、貫通電極が形成された貫通電極基板を用いたシステムインパッケージ（ＳｉＰ）が提案されており、これらの実装技術を実現するための貫通電極形成技術や貫通電極基板の形成技術の研究開発が活発に行われている。また、微細孔形成技術としてレーザー等により基板内部を改質し、改質した部分をエッチングにより除去することで微細孔を形成する技術が研究されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、上述した貫通配線およびその製造方法を実用化するに当たっては、例えば（１）既に電極パッドや配線層等が形成され完成しているデバイスに対して改質部及び貫通配線を形成する方法、（２）デバイスで通常用いられているＡｌパッドなど、酸性の薬液に対して耐性を持たない電極への貫通配線の形成、（３）既に電極パッドや配線層等が形成され完成しているデバイスの耐熱温度を超えないプロセス温度での貫通配線の作製、等、解決すべきいくつかの技術的課題があり、これらを解決しなければその実現は困難であった。
【特許文献１】特開２００６-３０３３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、既に電極パッドや配線層等が形成され完成しているデバイスに対して改質部を形成する方ことが可能で、実デバイスヘ適用できる貫通配線基板の製造方法を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、デバイス自身の小型化、高機能化、及び高密度実装を実現可能な、より自由度の高い貫通配線を有する貫通配線基板を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法は、基板内部に配された微細孔に導体が充填されてなる貫通配線を備えた貫通配線基板の製造方法であって、前記基板の一方の面に導電層を形成する工程Ａと、前記基板の他方の面側よりレーザー光を照射し、一方が前記導電層と接続し、他方が前記導電層とは異なる位置に連通された改質部を形成する工程Ｂと、前記改質部を除去し、前記微細孔を形成する工程Ｃと、前記微細孔に導体を充填する工程Ｄと、を少なくとも順に備えることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の貫通配線基板の製造方法は、請求項１において、前記工程Ｂにおいて、前記基板を透過する波長域にある光源を有する顕微鏡を用いて、位置情報を認識しながら改質部を形成することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の貫通配線基板の製造方法は、請求項１において、前記導電層は複数の層を有し、少なくとも一層は耐酸性の材料からなることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の貫通配線基板の製造方法は、請求項１において、前記工程Ｃにおいて、前記改質部の除去を、酸溶液によるエッチング法を用いて行うことを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の貫通配線基板の製造方法は、請求項１において、前記工程Ｄにおいて、前記導体の充填を、少なくとも前記基板及び前記導電層の耐熱温度よりも低い温度で行うことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の貫通配線基板は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、基板の一方の面に導電層を形成し、基板の他方の面側よりレーザー光を照射することで、既に電極パッドや配線層等の導電層が形成されている実デバイスに対しても改質部を形成することができる。その後改質部を除去し、形成された微細孔に導体を充填することで、基板内部で屈曲や分岐をした複雑な構造を持つ貫通配線を形成することが可能な貫通配線基板の製造方法を提供することができる。
【０００８】
また、本発明では、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の製造方法を用いて製造されることで、基板内部で屈曲や分岐をした複雑な構造を持つ貫通配線を有するものとなり、デバイス自身の小型化、高機能化、及び高密度実装を実現可能な、より自由度の高い貫通配線を有する貫通配線基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る貫通配線基板及びその製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の貫通配線基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
この貫通配線基板１は、基板２と、該基板２の一方の面２ａに配された導電層３と、基板２内部に配された微細孔５に導体６が充填されてなる貫通配線７と、を備えている。
本発明の貫通配線基板１は、以下に説明するような本発明の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。これにより、貫通配線基板１は、基板２内部で屈曲や分岐をした複雑な構造を持つ貫通配線７を有するものとなる。その結果、本発明の貫通配線基板１は、デバイス自身の小型化、高機能化、及び高密度実装を実現可能な、より自由度の高い貫通配線を有するものとなる。
【００１１】
次に、本発明の貫通配線基板の製造方法について説明する。
図２は、本発明の貫通配線基板の製造方法を工程順に示した模式的な断面図である。
本発明の貫通配線基板の製造方法は、基板２の一方の面２ａに導電層３を形成する工程Ａと、前記基板２の他方の面２ｂ側よりレーザー光を照射し、一方が前記導電層３と接続し、他方が前記導電層３とは異なる位置に連通された改質部４を形成する工程Ｂと、前記改質部４を除去し、前記微細孔５を形成する工程Ｃと、前記微細孔５に導体６を充填する工程Ｄと、を少なくとも順に備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、基板２の一方の面２ａに導電層３を形成し、基板２の他方の面２ｂ側よりレーザー光を照射することで、既に電極パッドや配線層等の導電層３が形成されている実デバイスに対しても改質部４を形成することができる。その後改質部４を除去し、微細孔５に導体６を充填することで、基板２内部で屈曲や分岐をした複雑な構造を持つ貫通配線７を形成することが可能となる。
以下、工程順に説明する。なお、以下の説明では、具体的な数値等を挙げて説明しているが、本発明はこの例に限定されるものではない。
【００１３】
（１）まず、図２（ａ）に示すように、基板２を用意し、該基板２の一方の面２ａに導電層３を形成する［工程Ａ］。
本実施例では、貫通配線７を形成する基板２として、厚さが５００μｍのガラス(石英)基板２を用いた。
なお、基板２は石英基板に限定されるものではなく、例えばサファイアやシリコン（Ｓｉ）等の絶縁基板や、アルカリ成分等を含んだ他の他成分ガラス基板を用いることができ、その厚さも５０μｍ〜数ｍｍ程度まで適宜設定できる。
【００１４】
はじめに、基板２上に導電層３を成膜する。この導電層３は、電極パッドを構成していてもよく、また、電気回路等の配線層を構成していてもよい。導電層３の形成方法としては特に限定されるものではないが、真空蒸着法やスパッタ法、めっき法等により形成することができる。なお、このは、当該貫通配線７を適用するデバイスの製造プロセスにおいて形成することもできる。
【００１５】
前記導電層３は複数の層を有し、少なくとも一層は耐酸性の材料からなることが好ましい。これにより、後工程［工程Ｃ］において、酸溶液を用いて改質部４をエッチンクする際、導電層３がダメージを受けるのを防止することができる。
本実施例においては、導電層３として、いずれも耐酸性の強いチタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）を積層したＡｕ（３００ｎｍ）／Ｔｉ（５０ｎｍ）薄膜を用い、これをパターニングすることによって、一道が１００μｍの電極パッドを作製した。
【００１６】
なお、導電層３としては、Ｐｔなど、他の耐酸性の強い金属を用いることができ、また、ポリシリコンなど、金属以外の導電体を用いることもできる。また、少なくとも１層が耐酸性の強い材料から構成されていれば良いため、上述した耐酸性の強い薄膜と、他の耐酸性の弱い薄膜、例えばアルミ（Ａｌ）等からなる薄膜と積層した構造であっても良い。更に、各層の厚さも数１０ｎｍ〜１μｍ程度まで適宜設定することができる。
【００１７】
（２）次に、図２（ｂ）に示すように、前記基板２の他方の面（導電層３を形成した面２ａとは反対側の面）２ｂ側よりレーザー光１０を照射し、一方が前記導電層３と接続し、他方が前記導電層３とは異なる位置に連通された改質部４を形成する［工程Ｂ］。
基板２の少なくとも微細孔５を形成したい箇所にレーザー光１０を照射して基板２内に改質部４を形成する。導電層３を形成した面２ａとは反対側の面２ｂからレーザー光を照射して基板２の改質を行う。これにより、既に形成された電極パッドや配線層等の導電層３が存在する基板２に対しても内部の改質が可能となる。また、導電層３と接続するように改質部４ひいては微細孔５を形成することが可能となる。
【００１８】
本実施例においては、レーザー光１０の光源として、波長が石英基板に対して透明である８００ｎｍ、パルス幅が２５０ｆs、平均出力８００ｍＷのフェムト秒レーザーを用い、基板２内部に焦点を結ぶようにレーザービームを照射し、上記基板２の面２ｂ側から内部に向かって焦点を走査し、例えば径を数μｍ〜数十μｍとした改質部４を形成した。
【００１９】
この際、焦点と基板位置とを制御することにより、様々な形状の改質部４を形成することができる。本発明では、一方が導電層３と接続し、他方が基板２のいずれかの面に開口するように改質部４を形成する。ここでは一例として、クランク状の改質部４Ａ（４）、及びＹ字状の改質部４Ｂ（４）を形成した。これにより、電極パッドや配線層等の導電層３に対して貫通配線７を形成することが可能となる。その結果、本発明を実デバイスヘ応用することが可能となる。
【００２０】
また、前記基板２を透過する波長域にある光源(ここではハロゲン光)を有する顕微鏡を用い、基板２内部及び上記導電層３を観察して位置情報を認識し、焦点の走査の制御を行いながら改質部４を形成することが好ましい。これにより、導電層３と接続するように改質部４を形成することができる。
【００２１】
なお、レーザー光１０としては、改質する材料に応じて、異なる波長、パルス幅、平均出力であっても良く、また、改質する方向も、先に焦点を導電層３付近に当てておき、基板２内部から表面に向かって改質しても良い。
【００２２】
（３）次に、図２（ｃ）に示すように、前記改質部４を除去し、微細孔５を形成する［工程Ｃ］。
次に、容器内に入れた所定の薬液中に、改質部４を形成した基板２を浸漬する。これにより、改質部４は薬液によりウェットエッチングされ、基板２内から除去される。その結果、改質部４が存在した部分に、微細孔５が形成される。本実施例では、薬液として濃度が１０Ｗt%のフッ酸(ＨＦ)溶液を主成分とする酸溶液を用いた。これにより、改質部４のみを選択的にエッチンクでき、微細孔５の形成が可能となる。
【００２３】
本エッチングは、改質部４が非改質部４に比べて非常に早く（数十倍）エッチングされる現象を利用するものであり、結果として改質部４に起因した形状の微細孔５を形成することができる。本実施例においては、クランク状の微細孔５Ａ（５）、及びＹ字状の微細孔５Ｂ（５）を形成した。また、微細孔５の孔径は５０μｍとした。
【００２４】
なお、薬液はフッ酸に限定されず、例えばフッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸等を用いることができる。また、微細孔５の孔径も、貫通配線７の用途に応じて１０μｍ程度から３００μｍ程度まで適宜設定することができる。さらに、形成する微細孔５も、基板２を貫通するもの、非貫通のものでもどちらでも良い。上述した方法により、基板２の内部に三次元的に自由な構造を持つ微細孔５を形成することができる。
【００２５】
このとき、前記導電層３は複数の層を有し、少なくとも一層は耐酸性の材料からなることで、酸溶液を用いて改質部４をエッチンクする際、導電層３がダメージを受けるのを防止することができる。しかし、基板２上の耐酸性がない部分については、レジスト等を適宜被服してから上記エッチングをおこなうことで、当該部分を保護することができる．さらに微細孔５の径も、数μｍ〜数百μｍで適宜設定することができる。
【００２６】
なお、レーザー光により石英基板の一部を改質した後、改質した部分をエッチングにより除去する微細孔の形成方法については、例えば「機能材料」２００３年２月号、P.４４〜５１などで開示されている。
【００２７】
（４）次に、図２（ａ）に示すように、前記微細孔５に導体６を充填する［工程Ｄ］。
微細孔５の内部に導体６を充填することで、貫通配線７を形成する。
本実施例においては、導体６として金錫（Ａｕ８０ｗｔ％−Ｓｎ２０ｗｔ％）を用い、溶融金属充填法により微細孔５内部に充填した。溶融金属充填法は、圧力差を用いて微細孔５内部に溶融した金属を流しこむものであり、複雑な形状をした微細孔５内部にも気密性良く短時間で充填できる方法である。本実施例では、クランク状の貫通配線７Ａ（７）、及びＹ字状の貫通配線７Ｂ（７）を形成した。
【００２８】
ここで、前記導体６の充填を、少なくとも前記基板２及び前記導電層３の耐熱温度よりも低い温度で行うことが好ましい。本実施例では、充填金属として、融点が約２８０℃である金錫（Ａｕ８０ｗｔ％−Ｓｎ２０ｗｔ％）を用いているため、プロセス温度をＡｌなど、他の構成材料の耐熱温度より低い温度にすることができる。これにより、構成部材に熱的ダメージを与えることなく貫通配線７の形成が可能となる。
【００２９】
なお、本実施例においては、導体６として金錫（Ａｕ−Ｓｎ）を用いたが、本発明はこれに限定されず、異なる組成を有する金錫合金や、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）などの金属、また、錫鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系、錫（Ｓｎ）基、鉛（Ｐｂ）基、金（Ａｕ）基、インジウム（Ｉｎ）基、アルミニウム（Ａｌ）基などのはんだを使用することができる。
【００３０】
また、充填方法も溶融金属吸引法を用いたが、本発明はこれに限定されず、微細孔５の形状によっては、めっき法による金属充填や印刑法による導電性ペーストの充填、またＣＶＤ等によるカーボンナノチューブの充填を利用することができる。
【００３１】
なお、導体６は、微細孔５内部に完全に充填されていなくとも良いが、ＭＥＭＳデバイスなどのパッケージには気密性を要求するものが少なくないため、貫通配線基板１などの応用においては、好ましくは微細孔５の内部に完全に充填されているのが良い。
以上の工程により、図１に示したような貫通配線基板１を得ることができる。
【００３２】
上述したような本発明の貫通配線基板の製造方法によれば、既に電極パッドや配線層等の導電層３が形成されているデバイスに対しても、基板２内部で屈曲や分岐をした複雑な構造を持つ貫通配線７を形成することができる。
【００３３】
これにより、本発明の製造方法により製造された、本発明の貫通配線基板１は、デバイス自身の小型化、高機能化、及び高密度実装を実現可能な、より自由度の高い貫通配線７を有するものとなる。
【００３４】
なお、実デバイスヘの適用においては、当該貫通配線７と電気的に接続するように、はんだなどのバンプを形成することで、プリント回路基板等にフリップチップ実装できる小型の半導体パッケージを提供することが可能となる。図３に、一例として当該貫通配線７と電気的に接続するはんだバンプ８を形成した際の模式的な断面図を示す。
【００３５】
以上、本発明の貫通配線基板及びその製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、貫通配線７を有する貫通配線基板及びその製造方法に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る貫通配線基板の一例を示す断面図。
【図２】図１に示す貫通配線基板の製造方法の一例を工程順に示す断面図。
【図３】図１に示す貫通配線基板にはんだバンプを形成した状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１  貫通配線基板、２  基板、３  導電層、４  改質部、５  微細孔、６  導体、７  貫通配線、８  はんだバンプ、１０  レーザー光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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