JP2011204950A - 金属埋込ガラス基板及びその製造方法、及びｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗値が低く、且つデバイスの小型化に貢献する金属埋込ガラス基板及びその製造方法、及びこの金属埋込ガラス基板を用いたＭＥＭＳデバイスを提供する。
【解決手段】金属埋込ガラス基板は、対向する第１の主面ＳＦ１及び第２の主面ＳＦ２を有するガラス基板５４と、ガラス基板５４の第１の主面ＳＦ１と第２の主面ＳＦ２の間を貫通する金属からなる貫通金属部材５５とを備える。貫通金属部材５５の径は１００μｍ以下である。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガラス基板の内部に金属からなる導電体が配置された金属埋込ガラス基板及びその製造方法、及びこの金属埋込ガラス基板を用いたＭＥＭＳデバイスに関するものである。

上記した金属埋込ガラス基板の製造方法としては、先ず、ガラスへ穴を形成し、この穴の中に金属を埋め込む方法がある。しかし、ガラスへの穴加工はブラスト加工が主流であり、ブラスト加工による穴の最小寸法は１００μｍ程度であった（非特許文献１参照）。

一方、従来から、微細な構造を有するガラス基板を製造する目的で、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。

特許文献１に記載されたガラス材料からなるフラット基板の製造方法では、先ず、平坦なシリコン基板の表面に窪みを形成し、平坦なガラス基板にシリコン基板の窪みが形成された面を重ね合わせる。そして、ガラス基板を加熱することによりガラス基板の一部をこの窪みの中に埋め込む。その後、ガラス基板を再固化させ、フラット基板の表裏面を研磨し、シリコンを除去する。

このように、微細加工が可能なシリコン基板に１００μｍ以下の突起部を形成することにより、従来のブラスト加工では不可能な微細な形状のシリコンを埋め込んだガラス基板を製造することが出来る。

特表２００４−５２３１２４号公報（特に、第１図参照）

ＮＥＣ ＳＣＨＯＴＴ コンポーネンツ株式会社 「ショット ハーメス（登録商標） 極細貫通電極付ガラス基板」カタログ

しかし、貫通電極として機能するシリコンの抵抗値は、アルミニウムや銅などの金属に比べて大きく、４桁程度の大きな差がある。

本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、抵抗値が低く、且つデバイスの小型化に貢献する金属埋込ガラス基板及びその製造方法、及びこの金属埋込ガラス基板を用いたＭＥＭＳデバイスを提供することである。

本発明の第１の特徴は、対向する第１の主面及び第２の主面を有するガラス基板と、ガラス基板の第１の主面と第２の主面の間を貫通する金属からなる貫通金属部材とを備える金属埋込ガラス基板であって、貫通金属部材の径が１００μｍ以下であることである。

本発明の第１の特徴において、貫通金属部材は、異なる位置に配置された第１の貫通金属部材及び第２の貫通金属部材を備え、金属埋込ガラス基板は、ガラス基板の内部に配置され、且つ第１の貫通金属部材と第２の貫通金属部材の間を接続する水平金属部材を更に備えていてもよい。

本発明の第２の特徴は、第１の特徴に係わる金属埋込ガラス基板を用いたＭＥＭＳデバイスであって、入力された電気信号に基づいて、センシング対象に応じた電気信号を出力するセンサ本体と、センサ本体を支持する金属埋込ガラス基板とを備え、貫通金属部材は、センサ本体に入力される電気信号及びセンサ本体から出力される電気信号を伝達することである。

本発明の第３の特徴は、第１の特徴に係わる金属埋込ガラス基板の製造方法であって、シリコン基板の主面に凸部を形成する第１の工程と、対向する第１の主面及び第２の主面を有するガラス基板の第１の主面をシリコン基板の主面に重ね合わせる第２の工程と、ガラス基板に熱を加えて軟化させて、ガラス基板の一部をシリコン基板の凸部の周囲に埋め込む第３の工程と、ガラス基板を冷却する第４の工程と、少なくともガラス基板の第２の主面に凸部の頂上面が表出するまで、ガラス基板の第２の主面を均一に除去する第５の工程と、シリコン基板のうち凸部を選択的に除去して、ガラス基板に穴を形成する第６の工程と、第６の工程によりガラス基板に形成された穴に金属を埋め込む第７の工程と、シリコン基板の残り部分を除去する第８の工程とを有することである。

本発明の第３の特徴の第７の工程において、ガラス基板に形成された穴の内面に露出するシリコン基板の上にメッキ処理により金属膜を堆積してもよい。

本発明の第４の特徴は、第１の特徴に係わる金属埋込ガラス基板の製造方法であって、シリコン基板の主面に凸部を形成する第１の工程と、対向する第１の主面及び第２の主面を有するガラス基板の第１の主面をシリコン基板の主面に重ね合わせる第２の工程と、ガラス基板に熱を加えて軟化させて、ガラス基板の一部をシリコン基板の凸部の周囲に埋め込む第３の工程と、ガラス基板を冷却する第４の工程と、少なくともガラス基板の第２の主面に凸部の頂上面が表出するまで、ガラス基板の第２の主面を均一に除去する第５の工程と、シリコン基板を除去して、ガラス基板に穴を形成する第６の工程と、第６の工程によりガラス基板に形成された穴に金属を埋め込む第７の工程とを有することである。

本発明の第３及び第４の特徴の第１の工程において、凸部として、第１の貫通凸部及び第２の貫通凸部と、第１及び第２の貫通凸部の間を接続する接続凸部とを形成し、第５の工程において、少なくともガラス基板の第２の主面に第１及び第２の貫通凸部の頂上面が表出するまで、ガラス基板の第２の主面を均一に除去してもよい。

本発明の金属埋込ガラス基板及びその製造方法、及びＭＥＭＳデバイスによれば、１００μｍ以下の貫通金属部材が埋め込まれているので、抵抗値が低く、且つデバイスの小型化に貢献することができる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置のうちパッケージ蓋の構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置のうちパッケージ蓋を除く構成を示す斜視図である。 図１の加速度センサチップＡの概略構成を示す分解斜視図である。 図２の加速度センサチップＡの概略構成を示す断面図である。 図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０の一例としての金属埋込ガラス基板の構成を示す断面図である。 図５（ａ）〜図５（ｆ）は、図４に示した金属埋込ガラス基板の製造方法を示す工程断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）は、第２の実施の形態に係わる金属埋込ガラス基板の製造方法を示す工程断面図である。 図７（ａ）〜図７（ｅ）は、図６（ｄ）に示した第５の工程を、第６及び第７の工程の後に実施する変形例に係わる金属埋込ガラス基板の製造方法を示す工程断面図である。 図８（ａ）は、第３の実施の形態に係わる金属埋込ガラス基板の製造方法において使用するシリコン基板５１の形状を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のシリコン基板５１の凸部５２ａ〜５２ｃの周囲にガラス基板５４が埋め込まれた状態を示す斜視図であり、図８（ｃ）は、第３の実施の形態に係わる金属埋込ガラス基板の形状を示す斜視図である。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置の概略構成を説明する。半導体装置は、ＭＥＭＳデバイスの一例としての加速度センサチップＡと、加速度センサチップＡから出力された信号を処理する信号処理回路が形成された制御ＩＣチップＢと、加速度センサチップＡ及び制御ＩＣチップＢが収納された表面実装型のパッケージ１０１とを備える。

パッケージ１０１は、図１（ｂ）における上面に位置する一面が開放された箱形の形状を有するプラスチックパッケージ本体１０２と、パッケージ１０１の開放された一面を閉塞するパッケージ蓋（リッド）１０３とを備える。プラスチックパッケージ本体１０２は、加速度センサチップＡ及び制御ＩＣチップＢに電気的に接続される複数のリード１１２を備える。各リード１１２は、プラスチックパッケージ本体１０２の外側面から導出されたアウタリード１１２ｂと、プラスチックパッケージ本体１０２の内側面から導出されたインナリード１１２ａとを備える。各インナリード１１２ａは、ボンディングワイヤＷを通じて、制御ＩＣチップＢが備える各パッドに電気的に接続されている。

加速度センサチップＡは、加速度センサチップＡの外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所に配置された接着部１０４により、プラスチックパッケージ本体１０２の底部に位置する搭載面１０２ａに固着されている。接着部１０４は、プラスチックパッケージ本体１０２に連続して一体に突設されている円錐台状の突起部と、この突起部を被覆する接着剤とからなる。接着剤は、例えば、弾性率が１ＭＰａ以下のシリコーン樹脂などのシリコーン系樹脂からなる。

ここで、加速度センサチップＡが備える総てのパッドは、プラスチックパッケージ本体１０２の開放された一面に対向する加速度センサチップＡの主面において、この主面の１辺に沿って配置されている。この１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所（例えば、中央部）との３箇所とに頂点を有する仮想三角形の各頂点に接着部１０４が位置している。これにより、各パッドにボンディングワイヤＷを安定してボンディングすることができる。なお、接着部１０４の位置に関し、上記１辺に平行な辺の１箇所については、中央部に限らず、例えば、両端の一方でもよいが、中央部の方が半導体素子Ａをより安定して支持することができるとともに、各パッドにボンディングワイヤＷを安定してボンディングすることができる。

制御ＩＣチップＢは、単結晶シリコン等から成る半導体基板上に形成された複数の半導体素子、これらを接続する配線、及び半導体素子や配線を外部環境から保護するパッシベーション膜からなる半導体チップである。そして、制御ＩＣチップＢの裏面全体がシリコーン系樹脂によりプラスチックパッケージ本体１０２の底面に固着されている。制御ＩＣチップＢ上に形成される信号処理回路は、加速度センサチップＡの機能に応じて適宜設計すればよく、加速度センサチップＡと協働するものであればよい。例えば、制御ＩＣチップＢをＡＳＩＣ（Application Specific ＩＣ）として形成することができる。

図１の半導体装置を製造するには、先ず、加速度センサチップＡ及び制御ＩＣチップＢをプラスチックパッケージ本体１０２に固着するダイボンディング工程を行う。そして、加速度センサチップＡと制御ＩＣチップＢとの間、制御ＩＣチップＢとインナリード１１２ａとの間を、それぞれボンディングワイヤＷを介して電気的に接続するワイヤボンディング工程を行う。その後、樹脂被覆部１１６を形成する樹脂被覆部形成工程を行い、続いて、パッケージ蓋（リッド）１０３の外周を、プラスチックパッケージ本体１０２に接合するシーリング工程を行う。これにより、プラスチックパッケージ本体１０２の内部は気密状態で封止される。なお、パッケージ蓋１０３の適宜部位には、レーザマーキング技術により、製品名称や製造日時などを示す表記１１３が形成されている。

なお、制御ＩＣチップＢが１枚のシリコン基板を用いて形成されているのに対して、加速度センサチップＡは、積層された複数の基板を用いて形成されている。よって、加速度センサチップＡの厚みが制御ＩＣチップＢの厚みに比べて厚くなっているので、プラスチックパッケージ本体１０２の底部において加速度センサチップＡを搭載する搭載面１０２ａを制御ＩＣチップＢの搭載部位よりも凹ませてある。したがって、プラスチックパッケージ本体１０２の底面について、加速度センサチップＡを搭載する部位の厚みは他の部位に比べて薄くなっている。

更に、本発明の第１の実施の形態では、プラスチックパッケージ本体１０２の外形を１０ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍの直方体としてあるが、この数値は一例であり、加速度センサチップＡや制御ＩＣチップＢの外形、リード１１２の本数やピッチなどに応じて適宜設定すればよい。

プラスチックパッケージ本体１０２の材料としては、熱可塑性樹脂の一種であって、酸素および水蒸気の透過率が極めて低い液晶性ポリエステル（ＬＣＰ）を採用する。しかし、ＬＣＰに限らず、例えば、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）、ポリビスアミドトリアゾール（ＰＢＴ）などを採用してもよい。

また、各リード１１２の材料、つまり、各リード１１２の基礎となるリードフレームの材料としては、銅合金の中でもばね性の高いりん青銅を採用する。ここでは、リードフレームとして、材質がりん青銅で板厚が０．２ｍｍのリードフレームを用い、厚みが２μｍ〜４μｍのＮｉ膜と、厚みが０．２μｍ〜０．３μｍのＡｕ膜との積層膜からなるめっき膜を電解めっき法により形成してある。これにより、ワイヤボンディングの接合信頼性と半田付け信頼性とを両立させることができる。また、熱可塑性樹脂成形品のプラスパッケージ本体１０２は、リード１１２が同時一体に成形されている。しかし、熱可塑性樹脂であるＬＣＰにより形成されるプラスチックパッケージ本体１０２とリード１１２のＡｕ膜とは密着性が低い。したがって、上述のリードフレームのうちプラスチックパッケージ本体１０２に埋設される部位にパンチ穴を設けることで各リード１１２が抜け落ちるのを防止する。

また、図１の半導体装置は、インナリード１１２ａの露出部位およびその周囲を覆う樹脂被覆部１１６が設けられている。樹脂被覆部１１６は、例えば、アミン系エポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂などの非透湿性の樹脂からなる。ワイヤボンディング工程の後に、ディスペンサを用いてこの非透湿性の樹脂を塗布し、これを硬化させることで、気密性を向上させている。なお、この非透湿性の樹脂に代えてセラミックスを用いてもよく、セラミックスを用いる場合には、プラズマ溶射などの技術を用いて局所的に吹き付ければよい。

また、ボンディングワイヤＷとしては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いる。また、直径が２５μｍのＡｕワイヤを採用するが、これに限らず、例えば、直径が２０μｍ〜５０μｍのＡｕワイヤから適宜選択すればよい。

図２を参照して、図１の加速度センサチップＡの概略構成を説明する。加速度センサチップＡは、静電容量型の加速度センサチップであって、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１０を用いて形成されたセンサ本体１と、ガラス基板２０を用いて形成された第１の固定基板２と、ガラス基板３０を用いて形成された第２の固定基板３とを備えている。第１の固定基板２は、センサ本体１の一表面側（図２における上面側）に固着され、第２の固定基板３は、センサ本体１の他表面側（図２における下面側）に固着される。第１及び第２の固定基板２、３はセンサ本体１と同じ外形寸法に形成されている。

なお、図２は、センサ本体１、第１の固定基板２及び第２の固定基板３のそれぞれの構成を示すべく、センサ本体１、第１の固定基板２及び第２の固定基板３が分離した状態を示している。また、センサ本体１は、ＳＯＩ基板１０に限らず、例えば、絶縁層を備えない通常のシリコン基板を用いて形成してもよい。また、第１及び第２の固定基板２、３は、それぞれ、シリコン基板及びガラス基板のどちらで形成してもかまわない。

センサ本体１は、２つの平面視矩形状の開口窓１２が上記一表面に沿って並設するフレーム部１１と、フレーム部１１の各開口窓１２の内側に配置された２つの平面視矩形状の重り部１３と、フレーム部１１と重り部１３との間を連結する各一対の支持ばね部１４とを備える。

２つの平面視矩形状の重り部１３は、第１及び第２の固定基板２、３からそれぞれ離間して配置されている。第１の固定基板２に対向する各重り部１３の主面上に可動電極１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ配置されている。重り部１３の周囲を囲むフレーム部１１の外周全体が第１及び第２の固定基板２、３に接合されている。これにより、フレーム部１１と第１及び第２の固定基板２、３は、重り部１３及び後述する固定子１６を収納するチップサイズパッケージを構成している。

一対の支持ばね部１４は、フレーム部１１の各開口窓１２の内側で重り部１３の重心を通る直線に沿って重り部１３を挟む形で配置されている。各支持ばね部１４は、ねじれ変形が可能なトーションばね（トーションバー）であって、フレーム部１１及び重り部１３に比べて薄肉に形成されており、重り部１３は、フレーム部１１に対して一対の支持ばね部１４の回りで変位可能となっている。

センサ本体１のフレーム部１１には、各開口窓１２それぞれに連通する平面視矩形状の窓孔１７が２つの開口窓１２と同じ方向に並設されている。各窓孔１７の内側には、それぞれ２つの固定子１６が一対の支持ばね部１４の並設方向に沿って配置されている。

各固定子１６と窓孔１７の内周面との間、各固定子１６と重り部１３の外周面との間、及び隣り合う固定子１６同士の間には、それぞれ隙間が形成され、互いに分離独立して電気的に絶縁されている。各固定子１６は、第１及び第２の固定基板２、３にそれぞれ接合されている。また、センサ本体１の一表面側において、各固定子１６には、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜からなる円形状の電極パッド１８が形成されている。また同様に、フレーム部１１において隣り合う窓孔１７の間の部位にも、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜からなる円形状の電極パッド１８が形成されている。

各固定子１６に形成された各電極パッド１８は、後述の各固定電極２５に電気的にそれぞれ接続され、フレーム部１１に形成された電極パッド１８は、可動電極１５Ａ及び可動電極１５Ｂに電気的に接続されている。以上説明した複数の電極パッド１８は、加速度センサチップＡの矩形状の外周形状の１辺に沿って配置されている。

第１の固定基板２は、第１の固定基板２の第１の主面とこれに対向する第２の主面（センサ本体１に重なり合う面）との間を貫通している複数の配線２８と、第２の主面上に形成された複数の固定電極２５とを備える。

固定電極２５Ａａ及び固定電極２５Ａｂは、対を成して可動電極１５Ａに対向して配置されている。同様に、固定電極２５Ｂａ及び固定電極２５Ｂｂは、対を成して可動電極１５Ｂに対向して配置されている。各固定電極２５は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜からなる。

各配線２８は、第１の固定基板２の第２の主面において、センサ本体１の電極パッド１８にそれぞれ電気的に接続されている。これにより、電極パッド１８を介して、各固定電極２５の電位及び可動電極１５の電位をそれぞれ加速度センサチップＡの外部へ取り出すことができる。

第２の固定基板３の一表面（センサ本体１に重なり合う面）であって、重り部１３と対応する位置に、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜からなる付着防止膜３５が配置されている。付着防止膜３５は、変位する重り部１３の付着を防止する。

図３を参照して、図２の加速度センサチップＡの断面構成を説明する。図３は、一対の支持ばね部１４を通る直線に垂直な切断面における加速度センサチップＡの構成を示す。センサ本体１はＳＯＩ基板１０を用いて形成されている。ＳＯＩ基板１０は、単結晶シリコンからなる支持基板１０ａと、支持基板１０ａの上に配置されたシリコン酸化膜からなる絶縁層１０ｂと、絶縁層１０ｂの上に配置されたｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃとを有する。

センサ本体１のうち、フレーム１１及び固定子１６は、第１の固定基板２及び第２の固定基板３に接合されている。これに対して、重り部１３は、第１及び第２の固定基板２、３からそれぞれ離間して配置され、一対の支持ばね部１４によりフレーム１１に支持されている。

重り部１３の過度の変位を規制する複数の微小な突起部１３ｃが、重り部１３における第１及び第２の固定基板２、３のそれぞれとの対向面から突設されている。重り部１３には、矩形状に開口された凹部１３ａ、１３ｂが形成されている。凹部１３ａ、１３ｂは互いに大きさが異なるため、一対の支持ばね部１４を通る直線を境にして、重り部１３の左右の質量が異なっている。

第１の固定基板２の配線２８は、電極パッド１８に電気的に接続されている。電極パッド１８は、固定子１６、連絡用導体部１６ｄ、金属配線２６を通じて、固定電極２５に接続されている。

上述の加速度センサチップＡは、センサ本体１に設けられた可動電極１５と第１の固定基板２に設けられた固定電極２５との対を４対有し、可動電極１５と固定電極２５との対ごとに可変容量コンデンサが構成されている。加速度センサチップＡ、すなわち重り部１３に加速度が加わると、支持ばね部１４がねじれて、重り部１３が変位する。これにより、対をなす固定電極２５と可動電極１５との対向面積及び間隔が変化し、可変容量コンデンサの静電容量が変化する。よって、加速度センサチップＡは、この静電容量の変化から加速度を検出することができる。

このように、ＭＥＭＳデバイスの一例としての加速度センサチップＡは、入力された電気信号に基づいて、センシング対象（加速度）に応じた電気信号を出力するセンサ本体１と、センサ本体１を支持する第１の固定基板２及び第２の固定基板３とを備える。第１の固定基板２に埋め込まれた配線２８は、センサ本体１に入力される電気信号及びセンサ本体１から出力される電気信号を伝達する。

次に、図４を参照して、図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０の一例としての金属埋込ガラス基板の構成を説明する。金属埋込ガラス基板は、対向する第１の主面ＳＦ１及び第２の主面ＳＦ２を有するガラス基板５４と、ガラス基板５４の第１の主面ＳＦ１と第２の主面ＳＦ２の間を貫通する金属からなる貫通金属部材５５とを備える。

貫通金属部材５５は柱状の形状を有し、第１の主面ＳＦ１に平行な切断面における貫通金属部材５５の径は１００μｍ以下である。貫通金属部材５５の両端部は、ガラス基板５４の第１の主面ＳＦ１及び第２の主面ＳＦ２にそれぞれ露出している。貫通金属部材５５を構成する金属としては、アルミニウム、銅、金、チタン、タングステン、これらの合金、これらの金属とシリコンとの合金、などが挙げられる。アルミニウムの抵抗値は、２．６５×１０^−８ｍ・Ωであり、銅の抵抗値は、１．６８×１０^−８ｍ・Ωであり、不純物が高濃度に添加された低抵抗なシリコンの抵抗値は、１×１０^−４ｍ・Ωである。

このように、金属埋込シリコン基板は、ガラス基板５４に貫通金属部材５５が埋め込まれたものである。よって、図４の貫通金属部材５５の部分を図２及び図３に示した配線２８に当てはめ、図４のガラス基板５４の部分を図２及び図３に示したガラス基板２０に当てはめる。これにより、図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０に、図４に示した金属埋込シリコン基板を適用することができる。この場合、図４のガラス基板５４に埋め込まれた貫通金属部材５５は、図２及び図３に示したセンサ本体１に入力される電気信号及びセンサ本体１から出力される電気信号を伝達する。

図５（ａ）〜図５（ｆ）を参照して、図４に示した金属埋込ガラス基板の製造方法を説明する。

（イ）先ず、図５（ａ）に示すように、対向する第１の主面（図５における下面）及び第２の主面（図５における上面）を有するガラス基板５４を用意する。また、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板５１を用意し、その主面（図５における上面）に凸部５２を形成する（第１の工程）。具体的には、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液をエッチャントとするウェットエッチングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングによりシリコン基板５１の表面の所定領域を選択的に除去して、シリコン基板５１の主面に凸部５２を形成する。

（ロ）ガラス基板５４の第１の主面をシリコン基板５１の主面に重ね合わせる（第２の工程）。なお、重ね合わせたシリコン基板５１とガラス基板５４を、陽極接合、表面活性化結合、樹脂接着などの方法により接合してもよい。

（ハ）その後、図５（ｃ）に示すように、ガラス基板５４に熱を加えて軟化させて、ガラス基板５４の一部をシリコン基板５１の凸部５２の周囲に埋め込む（第３の工程）。具体的には、平坦な板状の加熱・加圧治具でガラス基板５４とシリコン基板５１を挟み、ガラス基板５４をその軟化温度まで加熱して軟化させる。そして、加熱・加圧治具を用いて、ガラス基板５４とシリコン基板５１をプレスする。プレス処理及びガラスの自重によって、軟化したガラス基板５４の一部は、シリコン基板５１の凸部５２の周囲に埋め込まれる。なお、ガラス基板５４とシリコン基板５１の配置を入れ替えた場合、ガラスの自重の代りに、シリコン基板５１の自重となる。

（ニ）その後、ガラス基板５４を冷却する（第４の工程）。そして、ガラス基板５４の第２の主面を均一に除去する（第５の工程）。第５の工程は、図５（ｄ）に示すように、少なくともガラス基板５４の第２の主面に凸部５２の頂上面が表出するまで、実施する。具体的には、ダイヤモンド砥石を用いた研削、化学機械研磨（ＣＭＰ）等の研磨、或いはＲＩＥなどのドライエッチングやＨＦによるウェットエッチングなどの方法を用いて、ガラス基板５４の第２の主面を均一に削り取る。これにより、ガラス基板５４の第２の主面に凸部５２の頂上面を露出させる。

（ホ）図５（ｅ）に示すように、シリコン基板５１のうち凸部５２を選択的に除去して、ガラス基板５４に穴５３を形成する（第６の工程）。具体的には、ＴＭＡＨ水溶液をエッチャントとするウェットエッチングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングによりシリコン基板５１のうち凸部５２を選択的に除去する。

（へ）図５（ｆ）に示すように、第６の工程によりガラス基板５４に形成された穴５３に金属を埋め込む（第７の工程）。具体的には、第７の工程において、ガラス基板５４に形成された穴５３の内面に露出するシリコン基板５１の上に金属膜をメッキ成長させる。この金属膜をメッキ成長させることにより穴５３に金属を埋め込む。そして、シリコン基板５１の残り部分を除去する（第８の工程）。第１〜第８の工程を実施することにより、図４に示した金属埋込ガラス基板を製造することができる。

なお、軟化したガラス基板５４の一部をシリコン基板５１の凸部５２の周囲に埋め込むために、ガラスの自重による力で十分である場合、第３の工程におけるプレス処理を行わなくてもよい。例えば、ガラス基板５４の温度を高くすることにより、ガラス基板５４の粘性が低下する。この場合、プレス処理を省略しても、ガラスの自重により凸部５２の周囲に軟化したガラス基板５４の一部を埋め込むことができる。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

図４に示した金属埋込ガラス基板によれば、シリコンからなる貫通電極部材が埋め込まれた従来のシリコン埋込ガラス基板に比べ、抵抗値を低くすることができる。また、貫通金属部材５５の径を１００μｍ以下にすることにより、金属埋込ガラス基板を小型化することができる。

ＭＥＭＳデバイスの一例としての加速度センサチップＡの第１の固定基板２として、図４に示した金属埋込ガラス基板を用いることにより、配線２８の抵抗値を低くすることができる。配線２８の径を１００μｍ以下にすることができるので、第１の固定基板２、ひいては加速度センサチップＡを小型化することができる。

金属からなる配線がシリコン基板に埋め込まれた金属埋込シリコン基板に比べ、基板の寄生容量を小さくすることができる。

ブラスト加工によりガラス基板に形成されたテーパー状の開口の側壁に銅などの薄膜を成膜してなる従来の側壁引き出し型基板に比べて、デバイスの小型化に貢献する。また、図５（ｆ）に示したように、第６の工程によりガラス基板５４に形成された穴５３の全体を金属で充填する。よって、ガラス基板５４を用いて気密封止を行う際に有効である。加速度センサチップＡの内部を気密封止しやすくなる。

図５（ａ）〜図５（ｆ）に示した金属埋込ガラス基板の製造方法によれば、ガラス基板に穴を直接形成するプロセス無しで、ガラス基板５４に金属からなる貫通金属部材５５を埋め込むことができる。従来のブラスト加工では不可能な微細な形状の貫通金属部材５５を埋め込んだガラス基板を製造することができる。

なお、第５の工程は、少なくともガラス基板５４の第２の主面に凸部５２の頂上面が表出するまで、実施すればよく、凸部５２の頂上面が表出した後も、継続して実施しても構わない。例えば、金属埋込ガラス基板の厚さを、所定の厚さ（１５０μｍ以下）まで薄くしたい場合、図５（ｄ）に示すように、ガラス基板５４の第２の主面に凸部５２の頂上面が表出した後も、金属埋込ガラス基板の厚さが所望の値になるまで、第５の工程を実施しても構わない。

この場合、図５（ｅ）に示すように、第６の工程において、シリコン基板５１のうち凸部５２だけを選択的に除去し、シリコン基板５１の他の部分をガラス基板５４に接合した状態で残す。これにより、図５（ｆ）に示すように、その後に行われる第７の工程において、シリコン基板５１の残り部分が、脆弱なガラス基板５４を支持することができる。

第７の工程において、ガラス基板５４に形成された穴５３の内面に露出するシリコン基板５１の上に金属膜をメッキ成長させる。これにより、ガラス基板５４に形成された穴５３の内面に露出するシリコン基板５１をシード層として活用することができる。

（第２の実施の形態）
図６（ａ）〜図６（ｅ）を参照して、第２の実施の形態に係わる金属埋込ガラス基板の製造方法を説明する。図４に示した金属埋込ガラス基板は、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示す製造方法によっても製造することができる。

（イ）図６（ａ）〜図６（ｄ）に示す工程は、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す工程と同じであり、説明を省略する。すなわち、ガラス基板５４を用意し、シリコン基板５１の主面に凸部５２を形成する（第１の工程）。ガラス基板５４をシリコン基板５１に重ね合わせ（第２の工程）、ガラス基板５４の一部をシリコン基板５１の凸部５２の周囲に埋め込む（第３の工程）。そして、ガラス基板５４を冷却し（第４の工程）、ガラス基板５４の第２の主面を均一に除去して、凸部５２の頂上面を表出させる（第５の工程）。第２の実施の形態では、凸部５２の頂上面が表出した時点で、第５の工程を終了する場合を示す。

（ロ）図６（ｅ）に示すように、シリコン基板５１全体を除去して、ガラス基板５４に穴５３を形成する（第６の工程）。具体的には、ＴＭＡＨ水溶液をエッチャントとするウェットエッチングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングによりシリコン基板５１全体を除去する。

（ハ）第６の工程によりガラス基板５４に形成された穴５３に金属を埋め込む（第７の工程）。具体的には、先ず、図示は省略するが、ガラス基板５４の第１の主面に、銅の基板或いは銅の薄膜が成膜された板状の基板を重ね合わせる。そして、ガラス基板５４に形成された穴５３の内面に露出する銅の基板或いは薄膜の上に銅などの金属膜をメッキ成長させる。この金属膜をメッキ成長させることにより穴５３に金属を埋め込む。銅の基板等は、第７の工程の後に取り除かれる。第１〜第７の工程を実施することにより、図４に示した金属埋込ガラス基板を製造することができる。

なお、ここでは、図６（ｄ）に示した第５の工程を、図６（ｅ）に示した第６及び第７の工程の前に実施する場合を示したが、実施順序はこれに限らない。例えば、第６及び第７の工程の後に実施ししても構わないし、第６の工程と第７の工程の間に実施してもよい。第５の工程を第６及び第７の工程の前に実施することにより、ガラス基板５４の両主面から凸部５２のエッチングが進行するので、アスペクト比が高い凸部５２であってもエッチングにて除去することができる。

（変形例）
図７（ａ）〜図７（ｅ）は、図６（ｄ）に示した第５の工程を、第６及び第７の工程の後に実施する場合の変形例を示す工程断面図である。即ち、図７（ｄ）に示すように、シリコン基板５１全体を除去して、ガラス基板５４に穴５３を形成し（第６の工程）、図７（ｅ）に示すように、ガラス基板５４の穴５３に金属５５を埋め込む（第７の工程）。その後、ガラス基板５４の第２の主面を均一に除去して、金属５５の頂上面を表出させる（第５の工程）。なお、図７（ｅ）は、他の図と比べて、ガラス基板５４の第１の主面と第２の主面の位置が入れ替わっている。すなわち、ガラス基板５４を１８０度回転させた状態で示している。

この場合、第７の工程では、化学的気相成長法（ＣＶＤ）等の堆積方法により、穴５３に金属５５を埋め込むと同時に、ガラス基板５４の第１の主面に金属膜を堆積する。そして、ＣＭＰやウェットエッチング、ドライエッチングにより、ガラス基板５４の第１の主面に堆積された金属膜だけを選択的に除去する。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、複数の貫通金属部材５５の間を接続する水平金属部材が、ガラス基板５４の内部に配置されている金属埋込ガラス基板について説明する。

図８（ａ）は、第３の実施の形態に係わる金属埋込ガラス基板の製造方法において使用するシリコン基板５１の形状を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のシリコン基板５１の凸部５２ａ〜５２ｃの周囲にガラス基板５４が埋め込まれた状態を示す斜視図であり、図８（ｃ）は、第３の実施の形態に係わる金属埋込ガラス基板の形状を示す斜視図である。

図８（ｃ）に示すように、金属埋込ガラス基板は、対向する第１の主面（図８における下面）及び第２の主面（図８における上面）を有するガラス基板５４と、ガラス基板５４の第１の主面と第２の主面の間を貫通する金属からなる第１の貫通金属部材５５ａ及び第２の貫通金属部材５５ｂと、第１の貫通金属部材５５ａと第２の貫通金属部材５５ｂの間を接続する水平金属部材５５ｃとを備える。

第１の貫通金属部材５５ａ及び第２の貫通金属部材５５ｂは柱状の形状を有し、ガラス基板５４の中の異なる位置に配置されている。第１の主面に平行な切断面における第１の貫通金属部材５５ａ及び第２の貫通金属部材５５ｂの径はそれぞれ１００μｍ以下である。第１の貫通金属部材５５ａ及び第２の貫通金属部材５５ｂの各両端部は、ガラス基板５４の第１の主面及び第２の主面にそれぞれ露出している。

水平金属部材５５ｃは、金属からなり、ガラス基板５４の内部に配置されている。水平金属部材５５ｃは、ガラス基板５４の内部において、ガラス基板５４の第１の主面に平行に延伸され、水平金属部材５５ｃの一部は、第１の主面に表出している。更に、水平金属部材５５ｃは、第１の貫通金属部材５５ａの第１の主面側端部と第２の貫通金属部材５５ｂの第１の主面側端部の間を電気的に接続している。

次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して、図８（ｃ）に示した金属埋込ガラス基板の製造方法を説明する。

（イ）図８（ａ）に示すように、シリコン基板５１の主面に凸部として、第１の貫通凸部５２ａ及び第２の貫通凸部５２ｂと、第１及び第２の貫通凸部５２ａ、５２ｂの間を接続する接続凸部５２ｃとを形成する（第１の工程）。そして、ガラス基板５４の第１の主面をシリコン基板５１の主面に重ね合わせる（第２の工程）。

（ロ）図８（ｂ）に示すように、ガラス基板５４に熱を加えて軟化させて、ガラス基板５４の一部をシリコン基板５１の第１の貫通凸部５２ａ、第２の貫通凸部５２ｂ及び接続凸部５２ｃの周囲に埋め込む（第３の工程）。ガラス基板５４を冷却する（第４の工程）。

（ハ）少なくともガラス基板５４の第２の主面に第１及び第２の貫通凸部５２ａ、５２ｂの頂上面が表出するまで、ガラス基板５４の第２の主面を均一に除去する（第５の工程）。

（ニ）シリコン基板５１のうち少なくとも第１の貫通凸部５２ａ、第２の貫通凸部５２ｂ及び接続凸部５２ｃを除去して、ガラス基板５４に穴を形成する（第６の工程）。第６の工程によりガラス基板５４に形成された穴に金属を埋め込む（第７の工程）。第７の工程において、ガラス基板５４に形成された穴の内面に露出するシリコン基板５１の上に金属膜をメッキ成長させる。これにより、ガラス基板５４に形成された穴の内面に露出するシリコン基板５１をシード層として活用することができる。第１〜第７の工程を実施することにより、第１の貫通凸部５２ａ及び第２の貫通凸部５２ｂ、及び接続凸部５２ｃが在ったガラス基板５４領域に、第１の貫通金属部材５５ａ及び第２の貫通金属部材５５ｂ、及び水平金属部材５５ｃを埋め込むことができる。すなわち、図８（ｃ）に示した金属埋込ガラス基板を製造することができる。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

第１の貫通金属部材５５ａ及び第２の貫通金属部材５５ａは、異なる位置に配置されているため、ガラス基板５４の内部に、ガラス基板５４の表面のうち任意の複数箇所の間の導通を取る、３次元方向に延伸された金属配線を配置することができる。よって、金属配線の引き出し箇所を任意に設定することができる。

シリコン基板５１の主面に、第１の貫通凸部５２ａ、第２の貫通凸部５２ｂと共に、第１の貫通凸部５２ａと第２の貫通凸部５２ｂの間を接続する接続凸部５２ｃを、凸部５２として形成する。これにより、ガラス基板５４の内部に、立体構造の金属配線を配置することができる。

なお、第３の実施の形態に係わる複数の金属埋込ガラス基板を重ね合わせて接合することにより、１つの金属埋込ガラス基板としてもよい。例えば、図８（ｃ）の第１の貫通金属部材５５ａ及び水平金属部材５５ｃを形成した第１の金属埋込ガラス基板の下に、第２の貫通金属部材５５ｂを形成した第２の金属埋込ガラス基板とを重ね合わせて接合することにより、１つの金属埋込ガラス基板としてもよい。この金属埋込ガラス基板において、水平金属部材５５ｃは基板の内部に配置され、第１の貫通金属部材５５ａ及び第２の貫通金属部材５５ｂの一端部だけを、金属埋込ガラス基板の表裏面にそれぞれ露出させることができる。

上記のように、本発明は、３つの実施の形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

また、シリコン基板５１の主面に凸部５２を形成する第１の工程では、単結晶シリコンから成るシリコン基板５１の一部を加工して、単結晶シリコンから成る凸部５２を形成していた。しかし、これに限定されることない。例えば、単結晶シリコンから成るシリコン基板５１の主面に、多結晶シリコンから成るシリコン膜を堆積し、シリコン膜の一部を除去して多結晶シリコンから成る凸部５２を形成してもよい。

本発明の実施の形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として静電容量型の加速度センサチップＡについて説明したが、本発明は、静電容量型の加速度センサチップＡ以外のＭＥＭＳデバイス、例えば、ピエゾ抵抗型の加速度センサチップ、ジャイロセンサ、マイクロアクチュエータ、マイクロリレー、赤外線センサ等や、ＩＣチップなどにも適用することができる。即ち、センサ本体１によるセンシング対象は、加速度に限らず、圧力、角度、角速度等であってもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

５１ シリコン基板
５２ 凸部
５２ａ 第１の貫通凸部
５２ｂ 第２の貫通凸部
５２ｃ 接続凸部
５３ 穴
５４ ガラス基板
５５ 貫通金属部材
５５ａ 第１の貫通金属部材
５５ｂ 第２の貫通金属部材
５５ｃ 水平金属部材
Ａ 加速度センサチップ（ＭＥＭＳデバイス）
ＳＦ１ 第１の主面
ＳＦ２ 第２の主面

Claims (7)

1. 対向する第１の主面及び第２の主面を有するガラス基板と、
   前記ガラス基板の第１の主面と第２の主面の間を貫通する金属からなる貫通金属部材と、を備え、
   前記貫通金属部材の径は１００μｍ以下である
   ことを特徴とする金属埋込ガラス基板。
2. 前記貫通金属部材は、異なる位置に配置された第１の貫通金属部材及び第２の貫通金属部材を備え、
   前記金属埋込ガラス基板は、前記ガラス基板の内部に配置され、且つ第１の貫通金属部材と第２の貫通金属部材の間を接続する水平金属部材を更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の金属埋込ガラス基板。
3. 請求項１又は２に記載された金属埋込ガラス基板を用いたＭＥＭＳデバイスであって、
   入力された電気信号に基づいて、センシング対象に応じた電気信号を出力するセンサ本体と、
   前記センサ本体を支持する前記金属埋込ガラス基板と、を備え、
   前記貫通金属部材は、前記センサ本体に入力される電気信号及び前記センサ本体から出力される電気信号を伝達する
   ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
4. 請求項１又は２に記載された金属埋込ガラス基板の製造方法であって、
   シリコン基板の主面に凸部を形成する第１の工程と、
   対向する第１の主面及び第２の主面を有するガラス基板の前記第１の主面をシリコン基板の主面に重ね合わせる第２の工程と、
   前記ガラス基板に熱を加えて軟化させて、当該ガラス基板の一部を前記シリコン基板の凸部の周囲に埋め込む第３の工程と、
   前記ガラス基板を冷却する第４の工程と、
   少なくとも前記ガラス基板の第２の主面に前記凸部の頂上面が表出するまで、前記ガラス基板の第２の主面を均一に除去する第５の工程と、
   前記シリコン基板のうち前記凸部を選択的に除去して、前記ガラス基板に穴を形成する第６の工程と、
   前記第６の工程により前記ガラス基板に形成された穴に金属を埋め込む第７の工程と、
   前記シリコン基板の残り部分を除去する第８の工程と、
   を有することを特徴とする金属埋込ガラス基板の製造方法。
5. 前記第７の工程において、前記ガラス基板に形成された穴の内面に露出する前記シリコン基板の上にメッキ処理により金属膜を堆積することを特徴とする請求項４に記載の金属埋込ガラス基板の製造方法。
6. 請求項１又は２に記載された金属埋込ガラス基板の製造方法であって、
   シリコン基板の主面に凸部を形成する第１の工程と、
   対向する第１の主面及び第２の主面を有するガラス基板の前記第１の主面をシリコン基板の主面に重ね合わせる第２の工程と、
   前記ガラス基板に熱を加えて軟化させて、当該ガラス基板の一部を前記シリコン基板の凸部の周囲に埋め込む第３の工程と、
   前記ガラス基板を冷却する第４の工程と、
   少なくとも前記ガラス基板の第２の主面に前記凸部の頂上面が表出するまで、前記ガラス基板の第２の主面を均一に除去する第５の工程と、
   前記シリコン基板を除去して、前記ガラス基板に穴を形成する第６の工程と、
   前記第６の工程により前記ガラス基板に形成された穴に金属を埋め込む第７の工程と、
   を有することを特徴とする金属埋込ガラス基板の製造方法。
7. 前記第１の工程において、前記凸部として、第１の貫通凸部及び第２の貫通凸部と、当該第１及び第２の貫通凸部の間を接続する接続凸部とを形成し、
   前記第５の工程において、少なくとも前記ガラス基板の第２の主面に前記第１及び第２の貫通凸部の頂上面が表出するまで、前記ガラス基板の第２の主面を均一に除去する
   ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の金属埋込ガラス基板の製造方法。

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