JP2009288008A

JP2009288008A - 積層基板および積層基板の製造方法

Info

Publication number: JP2009288008A
Application number: JP2008139568A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Maeda; 敏彦前田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】流路の形状および流路長等における制限を低減でき、例えば、μＴＡＳ等に用いられる場合には、反応の種類の制限を低減できる積層基板を提供する。
【解決手段】積層基板４は、ガラス成分を有する複数のセラミック層が積層されてなるセラミック基板３と半導体基板２とがガラス成分の半導体基板２に対する融着により一体化されてなる。半導体基板２は、第１流路５を備え、セラミック基板３は、第１流路５に接続された第２流路６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば検査チップ等に用いられる積層基板、および積層基板の製造方法に関する。

従来、半導体基板は、耐薬品性が優れていることおよび微小加工のし易さといった理由から、例えば微小化学分析システム（Micro Total Analysis System：μＴＡＳ）等の検査チップの基板として用いられている。

例えば、半導体基板を用いた検査チップとして、所定の流路を形成したシリコンからなる第一基板と流体流入口および流体流出口を有する第二基板とを中間部材を利用して接合したものがある（例えば、特許文献１参照。）
特開２００５−１８１０９５号公報

しかし、半導体基板に三次元の流路を形成することは困難であることから、流路の形状および流路長、設計自由度などに制限が生じるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、流路の形状および流路長等における制限を低減できる積層基板を提供することにある。

本発明により積層基板は、ガラス成分を有する複数のセラミック層が積層されてなるセラミック基板と半導体基板とが前記のガラス成分の前記の半導体基板に対する融着により一体化されてなる積層基板である。前記の半導体基板は、第１流路を備え、前記のセラミック基板は、前記の第１流路に接続された第２流路を備える。

本発明による積層基板の製造方法は、ガラス成分を有する複数のセラミックグリーンシートを準備する準備工程と、少なくとも１つの前記のセラミックグリーンシートに焼成後に流路を構成する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記の複数のセラミックグリーンシートを熱圧着により積層して、セラミック生積層体を形成するセラミック生積層体形成工程と、前記のセラミック生積層体と半導体基板とを熱圧着により密着させて一体化する熱圧着工程と、前記の半導体基板に密着された前記のセラミック生積層体を焼成する焼成工程と、前記の半導体基板に加工を施して前記の貫通孔に接続される流路を形成する流路形成工程とを備える。

上記積層基板の製造方法において、好ましくは、前記の準備工程において、焼結後に第１の熱膨張係数を有する第１のセラミックグリーンシートと、前記の第１のセラミックグリーンシートよりも薄く、前記の第１のセラミックグリーンシートの前記のガラス成分よりもガラス転移点が８０℃以上低いガラス成分を有し、かつ焼結後に前記の第１の熱膨張係数よりも大きい第２の熱膨張係数を有する第２のセラミックグリーンシートとを準備し、前記の貫通孔形成工程において、少なくとも１つの前記の第１のセラミックグリーンシートおよび少なくとも１つの前記の第２のセラミックグリーンシートに前記の貫通孔を形成し、前記のセラミック生積層体形成工程において、前記の第１のセラミックグリーンシートおよび前記の第２のセラミックグリーンシートを、前記の第２のセラミックグリーンシートが前記の第１のセラミックグリーンシートに隣接して位置するように積層する。

また、好ましくは、上記積層基板の製造方法において、前記の第２セラミックグリーンシートが、ガラス粉末、セラミックフィラー、および有機バインダを有し、前記の第２セラミックグリーンシート中の前記の有機バインダは、前記のセラミック生積層体形成工程において溶融する。

本発明の積層基板によれば、流路の形状および流路長等における制限を低減できる積層基板を実現することができる。

本発明の積層基板の製造方法によれば、流路の形状および流路長等における制限を低減できる積層基板を精度良く製造することができる。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による積層基板を用いた検査チップの構成例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は、（ａ）の直線Ｂ−Ｂにおける断面図である。

図１に示されるように、検査チップ１は、半導体基板２とセラミック基板３とが積層された積層基板４を有する。半導体基板２は、例えば、シリコンウエハを利用した単結晶又は多結晶のシリコン基板である。セラミック基板３は、複数のセラミック層が積層されてなるセラミック積層体であり、ガラスセラミック焼結体からなる。半導体基板２は、検査される流体が流れる第１流路５を有する。セラミック基板３は、第１流路５に接続される第２流路６を有する。この第１流路５のサイズは５０μｍ〜３００μm、また、第２流路６のサイズは１００μｍ〜５００μm程度である。

また、検査チップ１はリッド７を備える。このリッド７により、第１流路５に流れる流体の汚染を抑制することができる。このリッド７は、第１流路５を覆うように、例えばパイレックス（登録商標）ガラスを半導体基板２に対して陽極接合により接合することが望ましい。陽極接合時の半導体基板２への電圧印加は、セラミック基板３の他方主面に設けた接合用電気供給部から半導体基板２に対し電圧を印加することによって行うことができる。

さらに、セラミック基板３の内部には多層配線層８およびヒータ９が設けられている。多層配線層８を用いてヒータ９に電力を供給することにより、第１流路５を流れる流体を加熱処理することが可能である。このヒータ９は、多層配線層８と同様に、グリーンシートに導電性ペースとを塗布し、焼成することによって形成することができる。

また、積層基板４の下面には、電極パッド１０が設けられている。この電極パッド１０により、多層配線層８を外部の配線基板に電気的に接続することができる。

積層基板４は、シリコン結晶からなる半導体基板２とセラミック基板３を構成するセラミック層とが積層されて一体化された基板である。積層基板４は、半導体基板２にセラミックグリーンシートを密着させ、そのセラミックグリーンシートを焼結させて形成することができる。ここで、セラミックグリーンシートは、ガラス粉末およびセラミック粉末に、有機バインダ、有機溶剤、および可塑剤等を混合してスラリーとし、そのスラリーを例えばドクターブレード法又はカレンダロール法により、シート状に成形したものをいう。この場合、焼成によって、セラミック層に含まれるガラス成分が半導体基板２に融着することにより、半導体基板２とセラミック基板３とは一体化される。

本実施の形態による検査チップ１の場合、半導体基板２を加工することにより形成された第１流路５に対して立体交差する第２流路６をセラミック基板３の内部に形成することができる。従って、検査チップ１における流路の形状および流路長等における制限を低減でき、検査チップ１の設計自由度を高くすることができるとともに、検査チップ１を小型化できる。また、セラミック基板３の表面に第２流路６に通じる開口を設けることにより、その開口から試薬等の流体を投入および排出できることから、流体の供給および排出も容易に行うことができる。また、試薬等の流体を投入および排出部を半導体基板２と一体化することができることから、検査チップ１のさらなる小型化も可能になる。

また、本実施の形態による検査チップ１は、マイクロ弁、又はマイクロポンプ等の流体に対する作用部を設けることができる。この作用部としては、例えば、熱バイモルフアクチュエータなどの熱膨張係数の差によって動作するアクチュエータ、電気浸透流を利用した電気浸透流ポンプ等のマイクロポンプ、又はヒータ等がある。これらの作用部は、積層基板４内の半導体基板２に設けてもよいし、セラミック基板３に設けてもよい。半導体基板２に設ける場合には、半導体マイクロマシーニングプロセスによって形成することができる。

半導体基板２に形成されたマイクロ弁又はマイクロポンプは、セラミック基板３の内部に形成された多層配線層８を用いてセラミック基板３の表面に設けられた電極パッド１０と電気的に接続することができるため、外部より容易に電力供給することが可能となる。

なお、半導体基板２のセラミック基板３に対向する表面にあらかじめ犠牲層を設けて、その後、ウェットエッチング等により、その犠牲層のみを除去することにより、セラミック基板３に対向する表面に流路を設けることができる。そのような場合には、流路を封止するリッドを設ける必要がなくなる。

次に、このような検査チップ１の製造方法について、図２（ａ）〜（ｅ）および図３（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、複数のガラスセラミックグリーンシート２０を準備する。ここで、ガラスセラミックグリーンシートとは、ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機バインダ、有機溶剤、および可塑剤等とを添加混合してスラリーとし、そのスラリーを用いてドクターブレード法若しくはカレンダロール法を採用して原料粉末をシート状に形成したものをいう。

上記セラミック粉末としては、例えばアルミナ、コーディエライト、β−クォーツ、又はムライトなどが挙げられ、また、ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系、又はＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３―ＭｇＯ系などが挙げられる。例えば、セラミック粉末としてコーディエライト、ガラス粉末として例えばＳｉＯ_２を３０〜４０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２０重量部、ＭｇＯを１０〜２０重量部、ＢａＯを５〜１５重量部、ＣａＯを１０〜２０重量部含み、任意成分としてＢ_２Ｏ_３を５〜１０重量部含みコーディエライトを７０％以上析出する結晶化ガラスをそれぞれ選択した場合、得られるガラスセラミック焼結体の熱膨張係数は、２．５乃至３．５×１０^−６/℃、その結晶化度は７０％以上となる。

上記有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系、ポリプロピレンカーボネート系、若しくはセルロース系等の単独重合体又は共重合体が挙げられる。

グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、その有機溶剤とガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを混練してグリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類、エーテル類、エステル類、ケトン類、若しくはアルコール類等から成るものが利用される。

次に、図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）で作製したガラスセラミックグリーンシート２０に、必要に応じて金型加工、レーザ加工、マイクロドリル、若しくはパンチング等の機械的加工により貫通孔２１を形成する。この貫通孔２１に、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末およびガラス粉末に適当な有機バインダ、および溶剤を添加混合した配線導体用導体ペーストを、スクリーン印刷等の公知の手法を用いて充填する。

次に、図２（ｃ）に示すように、これらガラスセラミックグリーンシート２０の表面にＡｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末とガラス粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合した配線導体用ペーストを、ガラスセラミックグリーンシート状にスクリーン印刷等により塗布し、配線層２２を形成する。

また、セラミック基板３の内部に、第２流路６内の流体を加熱するヒータ９を設ける場合は、ＲｕＯ_２粉末にガラス成分を添加した抵抗体ペーストをスクリーン印刷等によって塗布してもよい。

次に、図２（ｄ）に示すように、配線層２２を形成したガラスセラミックグリーンシートを３〜２０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着してセラミック生積層体２３を作製する。このとき、セラミック生積層体２３の最上層となるガラスセラミックグリーンシートには、加熱圧着時に溶融する溶融成分を含有しているものを用いるのが望ましい。

次に、図２（ｅ）に示すように、半導体基板２とセラミック生積層体２３とを３〜１０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着する。ここで、セラミック生積層体２３の最上層に密着時の熱で溶融する溶融成分を含有している場合、半導体基板２とセラミック生積層体２３とを低圧力でかつ良好に密着できるため、より好ましい。また、半導体基板２にはあらかじめ部分的に犠牲層を形成しておいてもよい。

次に、図３（ａ）に示すように、半導体基板２に加熱圧着されたセラミック生積層体２３を焼成して積層母基板２５を形成する。ここで、多層配線層８がＡｇ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末の焼結体からなる場合、例えば、大気中で８００乃至１０００℃の温度で焼成を行なう。また、多層配線層８がＣｕの金属粉末の焼結体からなる場合、例えば、窒素雰囲気下で焼成を行なう。

このとき、セラミック生積層体２３の平面方向の収縮が半導体基板２によって抑制されるため、セラミック生積層体２３はＺ方向（積層方向）のみに収縮し、平面方向の寸法精度を高精度に保つことができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、積層母基板２５の半導体基板２に第１流路５を形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、第１流路５を覆うように、パイレックス（登録商標）ガラスからなる蓋母基板３６を半導体基板２上に配置し、セラミック基板３の他方主面に設けた接合用電気供給部（図示せず）と蓋母基板３６上部に配した電極（図示せず）で３００℃〜４５０℃の温度で圧力を印加しながら電圧印加を行う。これにより、半導体基板２と蓋母基板３６との間で陽極接合を行い、第１流路５を封止する。

次に、図３（ｄ）に示すように、蓋母基板２６と積層母基板２５とを第１流路５毎にダイシング等で個片することにより、単一の検査チップ１を形成することができる。なお、図２および図３において、検査チップ１の単位構成がよくわかるように、各検査チップ１に個片化する場合の切断線を示しているが、図３（ｄ）の工程までは、蓋母基板２６および積層母基板２５は、一つの基板である。

また、半導体基板２のセラミック基板３に対向する表面にあらかじめ犠牲層を設けて、その後、ウェットエッチング等により、犠牲層のみを除去することにより、セラミック基板に対向する表面に流路を設けることができる。このように流路を設けると、第１流路５は、半導体基板２とセラミック基板３とにより封止されるため、リッド７を設ける必要がなくなる。

上述の検査チップ１の製造方法は、セラミック生積層体２３と半導体基板２とを熱圧着により密着させて、その後、半導体基板２に一体化されたセラミック生積層体２３を焼成して積層母基板２５を形成することから、半導体基板２によって、セラミック生積層体２３の平面方向の収縮が抑制され、セラミック生積層体２３の厚み方向のみ収縮が進行する。その結果、セラミック基板３の寸法精度を高くすることができる。

また、上述の検査チップ１の製造方法では、半導体基板２と密着するセラミックグリーンシートは密着時の加熱時に溶融する溶融成分を含有していることから、半導体基板２とガラスセラミックグリーンシート間を低圧力で密着することができる。その結果、半導体基板２の割れない、歩留まりが高い製造方法となる。

（第２の実施の形態）
次に、図１に示した検査チップ１の別の製造方法について、図４（ａ）〜（ｂ）および図５（ａ）〜（ｊ）に基づいて説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、複数の第１ガラスセラミックグリーンシート３０ａおよび第２ガラスセラミックグリーンシート３０ｂを準備する。ここで、ガラスセラミックグリーンシートとは、ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機バインダ、有機溶剤、および可塑剤等とを添加混合してスラリーとし、そのスラリーを用いてドクターブレード法若しくはカレンダロール法を採用して原料粉末をシート状に形成したものをいう。

上記セラミック粉末としては、例えばアルミナ、コーディエライト、β−クォーツ、又はムライトなどが挙げられ、また、ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系、又はＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３―ＭｇＯ系などが挙げられる。

例えば、第１ガラスセラミックグリーンシート３０ａには、セラミック粉末としてコーディエライト、ガラス粉末としてＳｉＯ_２を３０〜４０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２０重量部、ＭｇＯを１０〜２０重量部、ＢａＯを５〜１５重量部、ＣａＯを１０〜２０重量部含み、任意成分としてＢ_２Ｏ_３を５〜１０重量部含み、コーディエライトを７０％以上析出する結晶化ガラスがそれぞれ用いられる。これらの材料を選択した場合、得られるガラスセラミック焼結体の熱膨張係数は２．５乃至３．５×１０^−６/℃となり結晶化度も７０％以上となる。

なお、後述するが、第１ガラスセラミックグリーンシート３０ａは、第２ガラスセラミックグリーンシート３０ｂよりも十分厚いため、セラミック基板３を主に構成するガラスセラミック焼結体の熱膨張係数が２．５乃至３．５×１０^−６/℃となることから、半導体基板２（シリコン基板）とセラミック基板３の熱膨張係数の差が小さくなり、積層基板４の反りを抑制することができる。

また、ガラスセラミック焼結体の結晶化度が７０％以上の時、半導体基板２にマイクロマシーニングプロセスを利用して流路を形成した時、セラミック基板３の腐食を最小限に抑制することができる。

また、第２ガラスセラミックグリーンシート３０ｂには、セラミック粉末として、コーディエライト又はアルミナ、ガラス粉末としては、例えば、ＳｉＯ_２を１０〜２０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２０重量部、ＭｇＯを３０〜４５重量部、ＢａＯを５〜１５重量部、ＣａＯを１０〜２０重量部含み、かつ任意成分として、ＳｎＯ_２を１〜１０重量部、ＺｒＯ_２を１〜３重量部含むものがそれぞれ用いられる。この時、ガラス粉末のガラス転移点が６４０〜６８０℃、主結晶相がセルシアンである。また、第２ガラスセラミックグリーンシート３０ｂのガラスセラミック焼結体の熱膨張係数は、８〜９×１０^−６/℃となり、その結晶化度は８０％〜９５％となる。

さらに、第１ガラスセラミックグリーンシート３０ａの厚みを２００ｍとし、第２ガラスセラミックグリーンシート３０ｂの厚みを５〜１０μｍとする。

また、第２ガラスセラミックグリーンシート３０ｂには、後述する熱圧着時の熱で溶融する溶融成分、例えば、ワックス等を含むものを用いてもよい。

例えば、第１ガラスセラミックグリーンシートとして、コーディエライトからなるセラミック粉末を３０重量部と、上述のガラス粉末（ＳｉＯ_２を３０〜４０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２０重量部、ＭｇＯを１０〜２０重量部、ＢａＯを５〜１５重量部、ＣａＯを１０〜２０重量部含み、任意成分としてＢ_２Ｏ_３を５〜１０重量部含むもの）を７０重量部用いると、ガラス転移点が８００℃〜８３０℃のガラス成分を含むグリーンシートを得ることができる。また、第２ガラスセラミックグリーンシートとして、アルミナ粉末を２０重量部と上述のガラス粉末（ＳｉＯ_２を１０〜２０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２０重量部、ＭｇＯを３０〜４５重量部、ＢａＯを５〜１５重量部、ＣａＯを１０〜２０重量部含み、かつ任意成分として、ＳｎＯ_２を１〜１０重量部、ＺｒＯ_２を１〜３重量部含むもの）を８０重量部用いると、ガラス転移温度を６４０〜６８０℃とすることができ、第１ガラスセラミックグリーンシートのガラス成分のガラス転移点よりも８０℃以上低くすることができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、第１ガラスセラミックグリーンシート３０ａと第２ガラスセラミックグリーンシー３０ｂを積層し、第３ガラスセラミックグリーンシート３０ｃを形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、第１ガラスセラミックグリーンシート３０ａのみ又は第３ガラスセラミックグリーンシート３０ｃに、必要に応じて金型加工、レーザ加工、マイクロドリル、若しくはパンチング等の機械的加工により貫通孔および第２流路６を形成する。この貫通孔に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｔ、若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末およびガラス粉末に適当な有機バインダ、および溶剤を添加混合した配線導体用導体ペーストを、スクリーン印刷等の公知の手法を用いて充填する。

次に、図４（ｄ）に示すように、ガラスセラミックグリーンシート３０ｃの表面にＡｇ、Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｔ、若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末とガラス粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合した配線導体用ペーストを、ガラスセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷等により塗布する。

次に、図４（ｅ）に示すように、配線導体用ペーストおよび抵抗体ペーストを形成したガラスセラミックグリーンシート３０ｃを、３〜２０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着してセラミック生積層体３３を作製する。

ここで、第２ガラスセラミックグリーンシート３０ｂが加熱時に溶融する溶融成分を有していると、低圧でセラミック生積層体３３を形成することができるため、第２流路６の変形を抑えることができ、より好ましい。

次に、図４（ｆ）に示すように、半導体基板２とセラミック生積層体３３とを３〜１０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着する。ここで、セラミック生積層体３３の最上層に密着時の熱で溶融する溶融成分を含有している場合、半導体基板２とセラミック生積層体３３とを低圧力でかつ良好に密着できるため、より好ましい。

次に、図５（ａ）に示すように、半導体基板２に加熱圧着されたセラミック生積層体３３を焼成して、積層母基板３５を形成する。ここで、配線導体用ペーストがＡｇ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末の焼結体からなり、ヒータ９がＲｕＯ_２粉末にガラス成分を添加した抵抗体ペーストの焼結体からなる場合、大気中で８００乃至１０００℃の温度で焼成を行なうことで多層配線層８を形成することができる。このとき、セラミック生積層体３３の平面方向の収縮が半導体基板２によって抑制されるため、セラミック生積層体３３はＺ方向のみに収縮し、平面方向の寸法精度を高精度に保つことができる。

ここで、焼成処理は、脱バインダ過程と焼結過程からなる。脱バインダ過程では、セラミック基板３となるグリーンシート層、多層配線層８およびヒータ９となる導電性ペーストに含まれる有機成分を焼失するためのものであり、例えば４００℃〜５００℃の温度領域で行われる。

また、焼結過程では、セラミック基板３となるグリーンシート層に含まれる結晶化ガラス成分が所定結晶相の析出反応を行うと同時に、無機物フィラーの粒界に均一に分散される。これにより、強固な積層母基板３５が達成される。

また、多層配線層８となる導電性ペーストにおいては、例えばＡｇ系粉末を粒成長させて、低抵抗化させるとともに、セラミック層と一体化させるものである。これは、ピーク温度８５０〜９００℃に達する温度領域で行われる。

焼成雰囲気は、大気（酸化性）雰囲気又は中性雰囲気で行われ、例えば、多層配線層８などにＣｕ系導体を用いる場合には、還元性雰囲気又は中性雰囲気で行われる。

ここで、本実施の形態による積層基板４の製造方法においては、第１ガラスセラミックグリーンシートに、ガラス転移点が８００〜８３０℃のガラス成分が含まれ、第２ガラスセラミックグリーンシートに、ガラス転移点が６４０〜６８０℃のガラス成分が含まれている。

焼成処理工程で、ピーク温度８５０〜９００℃に昇温される間の４００〜５００℃では、積層母基板３５に含まれている有機成分が焼失される。

また、約７００℃前後では、第２ガラスセラミックグリーンシート３０ｂに対応するセラミック層（以下、「第２セラミック層」ともいう。）でガラス成分が軟化流動する。第2セラミック層のガラス成分の軟化流動に伴い、第２セラミック層に収縮応力が発生するが、第２セラミック層に隣接して８００〜８３０℃という高いガラス転移点のガラス成分を有する第１ガラスセラミックグリーンシート３０ａ（以下、「第１セラミック層」ともいう。）が積層されており、この温度において第１セラミック層が安定的に維持されているため、この第１セラミック層との摩擦力によって、第２セラミック層の平面方向の収縮は抑制される。これにより、第２セラミック層は、厚み方向に収縮する。

さらに、温度が上昇して、例えば７５０℃前後では、第２セラミック層の収縮反応が既に終了して、ガラス成分が結晶化することにより、第２セラミック層は液相から固相へ変化する。

このような状態で、第１セラミック層となる第１ガラスセラミックグリーンシート３０ａにおいてガラス成分が軟化流動し、収縮応力が発生する。しかし、第１ガラスセラミックグリーンシート３０に隣接して、収縮反応が終了し、且つ安定状態（固相状態）となった第２セラミック層との安定的な接着によって、第１セラミック層の平面方向の収縮が抑制される、これにより、第１セラミック層も厚み方向に収縮する。

さらに、温度が上昇して、例えば８５０℃〜９００℃では、第１セラミック層においても、収縮反応が終了し、無機物フィラーの粒界に、結晶化ガラスが所定結晶相を析出して充填（固相化）されることになり、強固な積層母基板３５となる。

上述のように、焼成処理において、第１セラミック層および第２セラミック層の各層で収縮応力が発生する時には、隣接するセラミック層によって安定した状態に維持されるため、積層母基板３５は、各層で平面方向の収縮が抑制されて、積層母基板３５の平面方向の収縮を抑制する。

ここで、流路が形成されたセラミック生積層体について考えると、流路（空隙）が形成されている部分において空隙と接するグリーンシートでは平面方向に拘束力が作用しないため、空隙が太鼓状に変形する傾向がある。この傾向は、セラミック生積層体３３の厚みが厚い程、そして空隙サイズが大きい程大きくなる。
しかし、本実施の形態では、セラミック生積層体３３の各層において、平面方向における収縮が抑制されているため、第２流路６が形成されている部分においても、十分に変形を抑制することができる。従って、より寸法精度の高い積層基板４を得ることができる。これは、セラミック生積層体３３の厚みが厚く、第２流路６の寸法が大きい場合に、特に有効である。

また、上述の実施例では、第１ガラスセラミックグリーンシートの焼結後のセラミック焼結体の熱膨張係数と第２ガラスセラミックグリーンシートの焼結後のセラミック焼結体の熱膨張係数の差は４．５×１０^−６/℃以上異なるが、第２ガラスセラミックグリーンシートの厚みを１０μｍ程度と薄層化した場合、焼結後のセラミック基板３の各層に割れ等は発生せず、かつ平面方向における収縮の割合（焼成後の寸法／焼成前の寸法）も９５％以上に保つことができる。

第１セラミック層と第2セラミック層は、好ましくは熱膨張係数を０．５×１０^−６/℃以下に近づけることが望ましい。しかし、第1ガラスセラミックグリーンシートのガラス転移温度と、第２ガラスセラミックグリーンシートのガラス転移温度差と熱膨張係数の差の両立が困難である場合が多く、その場合には、本実施の形態のように第２セラミック層の薄層化が有効である。

また、セラミック生積層体３３に占める第２ガラスセラミックグリーンシートの比率が小さいため、セラミック基板３の熱膨張係数は、第１ガラスセラミックグリーンシートの焼結体の熱膨張係数とほぼ同等である。従って、半導体基板２とセラミック基板３の熱膨張係数も近いものとすることができる。

尚、低いガラス転移点を有する側のガラス成分のガラス転移点と、高いガラス転移点を有する側のガラス成分のガラス転移点との間には、８０℃以上の温度差を設ける。８０℃以上の温度差があれば、最も低い転移点のガラス成分が軟化流動し始める焼成温度においては、最も高い転移点のガラス成分が安定状態（粉体状態）となっており、逆に最も高い転移点のガラス成分が軟化流動し始める焼成温度においては、既に最も低い転移点のガラス成分が安定状態（固相状態）となっていることになり、収縮率を有効に抑えることが可能となる。

次に、図５（ｂ）に示すように、積層母基板３５の半導体基板２に第１流路５を形成する。例えば、半導体基板２がシリコン単結晶からなる場合、所望部をレジストで保護し、非保護部をエッチング等にて除去することにより形成できる。シリコン単結晶のエッチングには例えばＫＯＨ，水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）などを用いることができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、第１流路５を覆うように、パイレックス（登録商標）ガラスからなる蓋母基板３６を半導体基板２上に配置し、セラミック基板３の他方主面に設けた接合用電気供給部と蓋母基板３６上部に配した電極で３００℃〜４５０℃の温度で圧力を印加しながら電圧印加をおこなうことで、半導体基板２パ蓋母基板３６間で陽極接合を行い、第１流路５を封止する。

次に、図５（ｄ）に示すように、蓋母基板３６と積層母基板３５とを第１流路５毎にダイシング等で個片化することにより、単一の検査チップ１を形成することができる。

なお、図５（ａ）〜図５（ｄ）において、検査チップ１の単位構成がよくわかるように、各検査チップ１に個片化する場合の切断線を示しているが、図５（ｈ）の工程までは、積層母基板３５は、一つの基板である。

また、上述の説明では、積層体母基板２５，２６と蓋母基板２６，３６とを接合して、その後各検査チップ１に個片化しているが、各検査チップ１を、各積層基板４をそれぞれ焼成により形成した後、その積層基板４とリッド７とを接合することにより製造してもよい。

本発明の実施の形態による検査チップの構成例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は、（ａ）の直線Ｂ−Ｂにおける断面図である。図１の検査チップの製造方法を説明する図である。図２に続いて、図１の検査チップの製造方法を説明する図である。図１の検査チップの別の製造方法を説明する図である。図４に続いて、図１の検査チップの別の製造方法を説明する図である。

符号の説明

１：検査チップ
２：半導体基板
３：セラミック基板
４：積層基板
５：第１流路
６：第２流路
７：リッド
８：多層配線層
９：ヒータ
１０：電極パッド

Claims

ガラス成分を有する複数のセラミック層が積層されてなるセラミック基板と半導体基板とが前記ガラス成分の前記半導体基板に対する融着により一体化されてなる積層基板であって、
前記半導体基板は、第１流路を備え、
前記セラミック基板は、前記第１流路に接続された第２流路を備える積層基板。
ガラス成分を有する複数のセラミックグリーンシートを準備する準備工程と、
少なくとも１つの前記セラミックグリーンシートに焼成後に流路を構成する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記複数のセラミックグリーンシートを熱圧着により積層して、セラミック生積層体を形成するセラミック生積層体形成工程と、
前記セラミック生積層体と半導体基板とを熱圧着により密着させて一体化する熱圧着工程と、
前記半導体基板に密着された前記セラミック生積層体を焼成する焼成工程と、
前記半導体基板に加工を施して前記貫通孔に接続される流路を形成する流路形成工程と
を備える積層基板の製造方法。
前記準備工程において、焼結後に第１の熱膨張係数を有する第１のセラミックグリーンシートと、前記第１のセラミックグリーンシートよりも薄く、前記第１のセラミックグリーンシートの前記ガラス成分よりもガラス転移点が８０℃以上低いガラス成分を有し、かつ焼結後に前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２のセラミックグリーンシートとを準備し、
前記貫通孔形成工程において、少なくとも１つの前記第１のセラミックグリーンシートおよび少なくとも１つの前記第２のセラミックグリーンシートに前記貫通孔を形成し、
前記セラミック生積層体形成工程において、前記第１のセラミックグリーンシートおよび前記第２のセラミックグリーンシートを、前記第２のセラミックグリーンシートが前記第１のセラミックグリーンシートに隣接して位置するように積層する請求項２に記載の積層基板の製造方法。
前記第２セラミックグリーンシートが、ガラス粉末、セラミックフィラー、および有機バインダを有し、
前記第２セラミックグリーンシート中の前記有機バインダは、前記セラミック生積層体形成工程において溶融する請求項３に記載の微小構造デバイスの製造方法。