JP5894875B2 - 孔形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板にその一方の面から他方の面に向かう孔を形成する孔形成方法に関する。

バイオチップの製造工程において、検査液等を供給または排出するためにガラス基板にその厚さ方向に貫通する貫通孔を形成し、別のガラス基板にＤＮＡ、タンパク質等の分析を行うための溝を形成し、両ガラス基板を接合することが知られている。

また、半導体デバイスの製造工程において、半導体チップと実装基板とを電気的に接続するために、半導体デバイスの微細化に対応すべく、半導体チップと実装基板との間にインターポーザを配置することが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、インターポーザには、その厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられており、この貫通孔に金属材料を充填したり、貫通孔内面に金属膜を形成したりしてビアコンタクトが形成され、このビアコンタクトを介して半導体チップと実装基板とが電気的に接続される。この場合、上記従来例では、インターポーザを構成する基板としてガラス基板を用いることが開示されている。ガラス基板は、特定用途向けまたはデバイスの微細化に対応するために好ましく用いられる。

ガラス基板に上記貫通孔を形成する方法は特許文献２で知られている。このものでは、ガラス基板の両面からウェットエッチングにより孔を形成し、両面から形成した孔を連通させて貫通孔としている。

このように貫通孔が形成されたガラス基板を他の基板に接合する際、ガラス基板の貫通孔が他の基板の所定箇所（例えば金属パッド上）に配置されるように、ガラス基板の所定位置に貫通孔を形成する必要がある。この場合、貫通孔の位置精度は、従来、ガラス基板と貫通孔形成用の露光マスクとの位置合わせ精度により決まっていた。ガラス基板と露光マスクとの位置合わせ方法の１つとして、作業者が位置決めピンにガラス基板と露光マスクの夫々の外縁部を押し当てる方法が用いられていたが、この方法では、作業者の技量により位置合わせ精度が変わってしまい、しかも、ガラス基板はその外形寸法にて２００μｍ〜５００μｍ程度の個体差を有するため、精度よく位置合わせを行うことは困難である。

ガラス基板の外形寸法の個体差を無くすため、フォトリソグラフィ技術を用いてマスク膜をパターニングする際の露光時に、ガラス基板の外形を撮像し、ガラス基板の中心とθ回転を露光マスクに合わせることも考えられるが、これでは作業工程が多くなって生産性が悪い。

他方で、ガラス基板の両面にレジスト膜を形成し、このレジスト膜に孔形成用のパターンと外形加工用のパターンとを同時に露光することで、ガラス基板の両面にこれらのパターンを有するレジストマスクを形成し、レジストパターン越しにガラス基板を両面からエッチングすることで、貫通孔の形成と外形加工用の環状溝の形成とを同時に行うことが考えられる。この場合、環状溝が貫通した時に環状溝よりも内側のガラス基板（即ち、外形加工されたガラス基板）が落下することを防止するために、環状溝の途中にブリッジを設け、ガラス基板の環状溝よりも内側の部分と外側の部分（周辺部）とをつないでおき、ウェットエッチング終了後にブリッジを切断するのが一般である。このようにブリッジを設ける方法は金属材料では良く用いられるが、ガラスでは衝撃に弱いために細いブリッジでは十分な強度を得ることができず、また、切断後のブリッジはバリ、突起となり、外形加工されたガラス基板が滑らかな外周形状を持つことができないという問題があった。

特開２０１１−２５８６５４号公報 特開２００５−２９４４４４号公報

本発明は、以上の点に鑑み、外形加工されたガラス基板が滑らかな外周形状を持ち、ガラス基板に位置精度よく孔を形成可能な生産性の高い孔形成方法を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、ガラス基板にその一方の面から他方の面に向かう孔を形成する本発明の孔形成方法は、前記一方の面側を上とし、ガラス基板の上面及び下面の少なくとも一方に金属膜を形成する第１工程と、フォトリソグラフィ技術を用いて前記金属膜をパターニングすることにより、孔形成用のパターンと外形加工用のパターンとを有する金属マスクを形成する第２工程と、前記金属マスク越しに前記ガラス基板をウェットエッチング又はブラスト処理することにより、前記ガラス基板に孔を形成すると共にこのガラス基板の外形を所定寸法に加工する第３工程と、を含むことを特徴とする。尚、本発明において、孔には、ガラス基板の下面に達しない孔とガラス基板をその厚さ方向に貫通する貫通孔とが含まれるものとする。

本発明によれば、最終製品のガラス基板よりも一回り大きい外形を有するガラス基板にその厚さ方向に貫通する貫通孔をウェットエッチングにより形成する場合を例に説明すると、第１工程にて、ガラス基板の上面及び下面の少なくとも一方にマスク膜として、例えば、クロム膜等の金属膜をスパッタリング法により形成する。なお、貫通孔をブラスト処理により形成する場合には、マスク膜として、ドライフィルム等の樹脂系マスク膜を形成すればよい。次いで、第２工程にて、例えば、ガラス基板上面に形成された金属膜上にレジストパターンを形成し、このレジストパターン越しに金属膜をウェットエッチングする。即ち、フォトリソグラフィ技術を用いて孔形成用のパターンと外形加工用のパターンとを有するマスクを形成する。次いで、第３工程にて、ガラス基板の下側を保護部材で覆う。第４工程にて、マスク越しにガラス基板をウェットエッチング又はブラスト処理することにより、ガラス基板に孔が形成されると共にガラス基板の外周部分が除去されてガラス基板の外形が所定寸法に加工される。従って、外形が所定寸法に加工されたガラス基板における孔の位置精度を、フォトリソグラフィ技術で用いられるフォトマスクと同じ精度に高められるため、ガラス基板に位置精度よく孔を形成できる。そして、孔付きのガラス基板に所定加工が施された他の基板を接合すれば、他の基板の所定箇所に精度よく孔を位置決めできる。しかも、貫通孔の形成とガラス基板の外形加工とを同時に行うので、高い生産性が達成できる。さらに、より大きなサイズのガラス基板に複数個の製品パターンを配置すれば、より高い生産性が得られる。しかも、ガラス基板の外形加工が行われた際、保護部材によりガラス基板が保持されているので、ブリッジを設ける必要がなく、ブリッジ切断後に生じるバリや突起の発生を防止できる。このため、外形加工されたガラス基板は滑らかな外形形状を持つことができる。

本発明において、所定深さの孔を形成する場合、第４工程にて、所定深さの孔を形成した後、この孔を保護部材で保護し、ガラス基板の外形加工を続行すればよい。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態の孔形成方法を説明する模式断面図。 ガラス基板上面に形成されたレジストパターンを示す模式図。 図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第２実施形態の孔形成方法を説明する模式断面図。 ガラス基板下面に形成されたレジストパターンを示す模式図。 図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第３実施形態の孔形成方法を説明する模式断面図。 図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４実施形態の孔形成方法を説明する模式断面図。

以下、図１及び第２を参照して、本発明の第１実施形態の孔形成方法について、ガラス基板にその上面から貫通孔を形成する場合を例に説明する。

図１（ａ）に示すように、ガラス基板１の上面１ａにクロム膜２を例えば１００〜３００ｎｍの厚さで成膜する（第１工程）。ガラス基板１としては、最終製品のガラス基板の外形（例えば、φ４インチ）よりも一回り大きい外形（例えば、５インチ×５インチ）を有するものが用いられる。ガラス基板１の材料としては、特に限定されず、例えば、ソーダガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス（Ｓｃｈｏｔｔ製のテンパックスフロート）、低温陽極接合用ガラス（旭硝子株式会社製のＳＷシリーズ）が挙げられる。クロム膜２の成膜方法としては、量産性等を考慮して、スパッタリング法を用いることが好ましい。この場合、スパッタガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス及び二酸化炭素ガスの混合ガスを用いることが好ましく、所望の応力、反射率が得られるように、流量比を設定できる。尚、スッパッタリング装置としては、公知の構造を有するものを用いることができるため、ここでは装置構成や条件についての詳細な説明を省略する。

次いで、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン４ａを形成する。具体的には、クロム膜２表面にレジスト４を例えば１〜３μｍの厚さでスピンコート法により塗布し、この塗布したレジスト４に貫通孔形成用のパターンと外形加工用のパターンを露光し、現像することでレジストパターン４ａを得る。図２も参照して、レジストパターン４ａは、孔形成用の開口部４１と外形加工用の開口部４２とを有する。そして、このレジストパターン４ａ越しにクロム膜２をウェットエッチングによりパターニングして、クロムマスク２ａを形成する（第２工程）。クロム膜２のエッチング液としては、例えば、硝酸セリウムアンモニウムを用いることができる。次いで、ガラス基板１の下面１ｂに保護部材７を貼り付ける（第３工程）。保護部材７としては、樹脂製の粘着保護フィルムを用いることができる。

次いで、図１（ｂ）に示すように、クロムマスク２ａ越しにガラス基板１をウェットエッチングする（第４工程）。エッチング液としては、フッ酸系のものを用いることができ、ガラス基板１の材料や所望するエッチングレートに合わせて、希釈したフッ酸、バッファードフッ酸、無機酸の混合液を用いることができる。ウェットエッチングを所定時間行うと、図１（ｃ）に示すように、ガラス基板１の中央部にその厚さ方向に貫通する貫通孔１０が複数個形成される。これと共に、ガラス基板１の貫通孔１０の周囲に環状溝１１が形成され、ガラス基板１の外形が所定寸法に加工される。このとき、保護部材７によりガラス基板１（１２ａ，１２ｂ）は保持されているため、ブリッジを設けなくてもガラス基板１２ａが落下することはない。なお、環状溝１１は、平面視円状のものではなく、用途に応じた形状（例えば平面視矩形状）のものであってもよい。

その後、保護部材７を剥離し、レジストパターン４ａを剥離し、クロムマスク２ａをエッチング液に溶解させて除去することで、ガラス基板１の環状溝１１よりも外側の部分（外周部分）１２ｄが除去され、所定寸法（例えばφ４インチ）の外形を有するガラス基板１２ａが得られる。このガラス基板１２ａにおける貫通孔１０の位置精度は、レジストパターン４ａを形成するフォトマスクと同じ精度に高められる。従って、ガラス基板１２ａに位置精度よく貫通孔１０を形成できる。しかも、貫通孔１０の形成と、ガラス基板の外形加工とを同時に行うため、高い生産性が達成できる。さらに、上述したようにブリッジを設ける必要がないため、ブリッジ切断後に生じるバリや突起の発生を防止でき、滑らかな外周形状を有するガラス基板１２ａが得られる。

尚、保護部材７の剥離方法としては、公知の方法を用いることができる。レジスト剥離液としては、公知のアルカリ系のものを用いることができ、エッチング液としては、上記硝酸セリウムアンモニウムを用いることができる。そして、このガラス基板１２の下面に所定の加工（例えば、図示省略の精密研磨、溝加工、孔加工、配線パターン形成）が施された他の基板（図示省略）を位置合わせし、位置合わせした両基板を仮接合し、この仮接合したものをベーク炉にて軟化点以下の温度（例えば、両基板が共にＳｃｈｏｔｔ製のテンパックスフロートで構成される場合５００〜６００℃）で焼成することで、ガラス基板１２ａと他の基板とを接合でき、他の基板の所定箇所に精度よく貫通孔１０を位置決めできる。他の基板としては、ガラス製のもの以外に、シリコン製のものを用いることができる。

次に、図３及び図４を参照して、本発明の第２実施形態の孔形成方法について、ガラス基板にその上面及び下面の両方から孔を夫々形成し、それらを連通させて貫通孔を形成する場合を例に説明する。尚、エッチング液や剥離液は、上記第１実施形態と同じものを用いることができる。

上記第１実施形態と同様に、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１の上面１ａ及び下面１ｂにクロム膜２，３をスパッタリング法により成膜する（第１工程）。次いで、クロム膜２，３の表面にレジスト４，５を夫々塗布し、レジスト４に孔形成用のパターンと外形加工用のパターンを露光し、現像することにより、即ち、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン４ａを形成する。本実施形態では、レジスト５にも孔形成用のパターンのみを露光し、現像することにより、レジストパターン５ａを形成する。図４も参照して、レジストパターン５ａは、貫通孔形成用の開口部５１のみを有し、外形加工用の開口部は有していない。そして、これらのレジストパターン４ａ，５ａ越しにクロム膜２，３をウェットエッチングによりパターニングして、クロムマスク２ａ，３ａを形成する（第２工程）。これにより、孔形成用の開口部２１と外形加工用の開口部２２とを有するクロムマスク２ａと、孔形成用の開口部３１を有するクロムマスク３ａとが形成される。

次いで、図３（ｂ）に示すように、クロムマスク２ａ，３ａ越しにガラス基板１をウェットエッチングする。ウェットエッチングを所定時間行うと、クロムマスク２ａ越しのエッチングにより形成された孔１０ａと、クロムマスク３ａ越しのエッチングにより形成された孔１０ｂとがガラス基板１の略中間位置で連通して、貫通孔１０が形成される。貫通孔１０が形成されると、ウェットエッチングを一旦中断する。このとき、外形加工用の溝１１ａはガラス基板１を貫通していない。そして、ガラス基板１の上側は、外形加工用の溝１１ａを残して、貫通孔１０を保護部材（保護膜）６で保護する。ガラス基板１の下側は、外形加工用の溝１１ａの直下の部分を含め、貫通孔１０を保護部材（保護膜）７で保護する。その後、クロムマスク２ａ越しのウェットエッチングを再開し、所定時間経過すると、ガラス基板１を貫通する環状溝１１が形成される。この環状溝１１が形成された後も保護部材７によりガラス基板１（１２ａ，１２ｂ）が保持されているため、ブリッジを設けなくてもガラス基板１２ａが落下することはない。保護部材６，７としては、樹脂性の粘着保護フィルムを用いることができる。

その後、保護部材６，７を剥離し、レジストパターン４ａ，５ａを剥離し、さらにクロムマスク２ａ，３ａを除去することで、所定寸法の外形を有するガラス基板１２ａの所定位置に貫通孔１０が形成されたものが得られる。上記第１実施形態と同様、この得られたガラス基板１２ａに貫通孔１０を位置精度よく且つ高い生産性で形成できる。さらに、上述したようにブリッジを設ける必要がないため、ブリッジ切断後に生じるバリや突起の発生を防止でき、滑らかな外周形状を有するガラス基板１２ａが得られる。本実施形態では、孔１０ａと孔１０ｂとで構成され、その境界近傍に内方に延出する庇部を有する貫通孔１０が形成される。このような形状を有する貫通孔１０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサを配置するのに適している。尚、保護部材６，７の剥離方法は、公知の方法を用いることができる。

次に、図５及び図６を参照して、本発明の第３実施形態の孔形成方法について、ガラス基板にその上面から所定深さの孔を形成する場合を例に説明する。

上記第１実施形態と同様に、図５（ａ）に示すように、ガラス基板１の上面１ａにクロム膜２を成膜する（第１工程）。次いで、上記第１実施形態と同様に、クロム膜２の表面にレジストパターン４ａを形成し、さらに、開口部２１，２２を有するクロムマスク２ａを形成する（第２工程）。次いで、ガラス基板１の下面１ｂに保護部材７を貼り付ける（第３工程）。保護部材７としては、樹脂製の粘着保護フィルムを用いることができる。

次いで、図５（ｂ）に示すように、クロムマスク２ａ越しにガラス基板１を所定時間ウェットエッチングする（第４工程）。これにより、所定深さの孔１０ｃが形成されると共に、同じ深さの環状溝１１ａが形成される。このとき、環状溝１１ａはガラス基板１を貫通していない。そして、レジストパターン４ａの開口部４１を覆うように粘着保護フィルム６を設けて孔１０ｃを保護した後、クロムマスク２ａ越しのウェットエッチングを再開し、所定時間経過すると、ガラス基板１を貫通する環状溝１１が形成される。このとき、保護部材７によりガラス基板１（１２ａ，１２ｂ）は保持されているため、ブリッジを設けなくてもガラス基板１２ａが落下することはない。

その後、保護フィルム６，７を剥離し、レジストパターン４ａを剥離し、さらにクロムマスク２ａを除去することで、所定寸法の外形を有するガラス基板１２ａの所定位置に孔１０ｃが形成されたものが得られる。上記第１実施形態と同様、ガラス基板１２ａに孔１０ｃを位置精度よく且つ高い生産性で形成できる。さらに、上述したようにブリッジを設ける必要がないため、ブリッジ切断後に生じるバリや突起の発生を防止でき、滑らかな外周形状を有するガラス基板１２ａが得られる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、ガラス基板をウェットエッチングすることにより孔を形成しているが、ブラスト処理により孔を形成してもよい。この場合、図６（ａ）に示すように、ガラス基板１の上面にマスク膜（マスキング膜ともいう）たるドライフィルム８を貼り付け、フォトリソグラフィ技術を用いてマスク８ａを形成する。ガラス基板１の下面には保護部材７を貼り付ける。次いで、図６（ｂ）に示すように、マスク８ａ越しにガラス基板１をその上面からブラスト処理する。これにより、ガラス基板１にその厚さ方向に貫通する貫通孔１３が複数個形成されると共に、これらの貫通孔１３の周囲に環状溝１４が形成される。このとき、保護部材７によりガラス基板１（１２ｃ，１２ｄ）は保持されているため、ブリッジを設けなくてもガラス基板１２ｃが落下することはない。その後、マスク８ａをリムーブし、保護部材７を除去することで、環状溝１４よりも外側の部分１２ｄが除去され、所定寸法の外形を有するガラス基板１２ｃが得られる。この場合も、ガラス基板１２ｃに貫通孔１３を位置精度よく且つ高い生産性で形成できる。さらに、上述したようにブリッジを設ける必要がないため、ブリッジ切断後に生じるバリや突起の発生を防止でき、滑らかな外周形状を有するガラス基板１２ｃが得られる。

上記実施形態では、外形加工後のガラス基板の外形形状が円である場合について説明したが、外形形状はこれに限られず、曲線や凹凸を含む任意の形状に加工できる。

また、金属膜２の形成に先立ち、ガラス基板１の上面１ａ及び下面１ｂの研磨やディップ洗浄を行ってもよい。また、金属膜２，３としては、ガラス基板１に対する密着性が高い金属膜又は少なくとも２種の金属膜を積層した積層膜を好適に用いることができ、例えば、Ｃｒ膜，Ｓｉ膜，Ｎｉ膜，Ｃｒ膜から選択された１種の膜とＡｕ膜との積層膜や、Ｃｒ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜を用いることができる。

１…ガラス基板、１ａ…一方の面（上面）、１ｂ…他方の面（下面）、２…クロム膜（マスク膜）、２ａ…クロムマスク（マスク）、３…クロム膜（金属膜）、６，７…保護部材、８…ドライフィルム（マスク膜）、８ａ…マスク、１０，１３…貫通孔、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…孔。

Claims (3)

1. ガラス基板にその一方の面から他方の面に向かう孔を形成する孔形成方法において、
   前記一方の面側を上とし、ガラス基板の上面及び下面の少なくとも一方にマスク膜を形成する第１工程と、
   フォトリソグラフィ技術を用いて前記マスク膜をパターニングすることにより、孔形成用のパターンと外形加工用のパターンとを有するマスクを形成する第２工程と、
   前記孔形成用のパターンを介して前記ガラス基板に孔を形成する第３工程と、
   前記ガラス基板の下側及び上側の孔形成用のパターンを保護部材で覆う第４工程と、
   前記マスク及び前記保護部材越しに前記ガラス基板をウェットエッチング又はブラスト処理することにより、このガラス基板の外形を所定寸法に加工する第５工程と、を含むことを特徴とする孔形成方法。
2. 前記第２工程は、孔形成用のパターンと外形加工用のパターンとを有する第１マスクを前記ガラス基板の上面に形成すると共に、孔形成用のパターンを有する第２マスクを前記ガラス基板の下面に形成し、
   前記第３工程は、前記ガラス基板に貫通孔を形成することを特徴とする請求項１記載の孔形成方法。
3. 前記第３工程で形成される貫通孔は、前記第１マスクを介して形成された第１孔と前記第２マスクを介して形成された第２孔とで構成され、第１孔と第２孔との境界部分に内方に延出する庇部を有し、
   前記第５工程で環状溝が形成され、この環状溝は第１マスクの外形加工用のパターンを介して形成されることを特徴とする請求項２記載の孔形成方法。

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