JPWO2018124097A1 - 穴あき基板の製造方法および穴あき基板製造システム - Google Patents

穴あき基板の製造方法および穴あき基板製造システム Download PDF

Info

Publication number
JPWO2018124097A1
JPWO2018124097A1 JP2018559527A JP2018559527A JPWO2018124097A1 JP WO2018124097 A1 JPWO2018124097 A1 JP WO2018124097A1 JP 2018559527 A JP2018559527 A JP 2018559527A JP 2018559527 A JP2018559527 A JP 2018559527A JP WO2018124097 A1 JPWO2018124097 A1 JP WO2018124097A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
metal
manufacturing
perforated
hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018559527A
Other languages
English (en)
Inventor
壮太 松坂
拓樹 青山
大樹 小高
拓史 川村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chiba University NUC
Ushio Denki KK
Original Assignee
Chiba University NUC
Ushio Denki KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chiba University NUC, Ushio Denki KK filed Critical Chiba University NUC
Publication of JPWO2018124097A1 publication Critical patent/JPWO2018124097A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/18—Acidic compositions for etching copper or alloys thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/30—Acidic compositions for etching other metallic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/308—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
  • Printing Elements For Providing Electric Connections Between Printed Circuits (AREA)

Abstract

基板に微小サイズの穴を効率よく形成する。穴あき基板の製造方法の一態様は、基板の表面の一部に配置された金属をその基板内に電圧印加で注入し、注入した金属をその基板内に、上記電圧印加と同じ又は別の電圧印加で析出させる析出工程と、上記基板内に析出した金属をエッチングで溶かすことにより上記基板に穴を形成する穴形成工程と、を備える。

Description

本発明は、穴あき基板の製造方法および穴あき基板製造システムに関する。
基板(例えばガラス基板)に対して穴を形成する方法としては、ドリルを用いた切削加工、レーザによる破砕加工、ウェットエッチングによる加工(ウェット加工）、特許文献１に開示されたレーザ支援加工などといった各種の方法が知られている。
特許第４８８０８２０号公報
しかし、切削加工は、ドリルを使用するために加工面を平滑面にすることが困難である。レーザによる破砕加工は、アブレーションによりクラックが入る可能性が高い。特許文献１の方法は、基板の厚み方向に改質領域を形成するために３次元ステージを用いてレーザビームの焦点位置を走査するので、ステージのコストが高いことに加え、ステージの位置調整・整定に時間を要し処理速度に難がある。
ウェット加工は、開口部と非開口部を持つマスクを基板上に設置し、マスクの開口部を通じてエッチング液を基板に対して侵入させる方法である。エッチングは等方的に進むため、マスクの開口部直下の基板だけでなく非開口部直下の基板に対してもエッチングが進む。このためウェット加工では、穴径が広がり易く、微小サイズの穴を形成することが困難である。
そこで、本発明は、基板に微小サイズの穴を効率よく形成することができる穴あき基板の製造方法および穴あき基板製造システムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る穴あき基板の製造方法の一態様は、基板の表面の一部に配置された金属をその基板内に電圧印加で注入し、注入した金属をその基板内に、上記電圧印加と同じ又は異なる電圧印加で析出させる析出工程と、上記基板内に析出した金属をエッチングで溶かすことにより上記基板に穴を形成する穴形成工程と、を備える。
このような穴あき基板の製造方法によれば、所望の箇所に限定して金属が析出されることで微小サイズの穴が形成可能であるとともに、析出やエッチングの処理は基板全体に対して同時に進行するので効率がいい。
上記穴あき基板の製造方法において、上記析出工程は、上記金属が注入された領域の外縁部分にその金属を析出させる工程で、上記穴形成工程が、上記外縁部分に析出した金属をエッチングで溶かすことにより上記領域を上記基板から除去してその基板に穴を形成する工程であってもよい。
このような穴あき基板の製造方法によれば、金属の注入領域が基板からまとめて剥離されるように除去されるので処理の効率が良い。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記析出工程は、上記金属が注入された領域の内部に延びた樹枝結晶としてその金属を析出させる工程であってもよい。
このような穴あき基板の製造方法によれば、樹枝結晶に沿ってエッチングが進むことで基板内部にエッチャントが迅速に浸透し、処理の効率が良い。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記析出工程が、上記金属の注入時と析出時とでは逆極性の電圧を印加する工程であってもよく、上記金属の注入時と析出時とで同じ極性の電圧を印加する工程であってもよい。析出工程で逆極性の電圧が印加される場合には基板に有底の穴が形成され、析出工程で同極性の電圧が印加される場合には基板に貫通孔が形成される。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記析出工程が、複数のサブ基板が積み重ねられた積層基板を上記基板として用いて、上記金属が配置された表面のサブ基板よりも深くまでその金属を注入する工程部分を含む工程であり、上記穴形成工程の後に、上記積層基板を上記サブ基板に分離する分離工程を備えてもよい。
このような穴あき基板の製造方法によれば、貫通孔を有する穴あき基板を製造することができる。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記穴形成工程が、フッ酸、アルカリ金属水酸化物、およびアルカリ土類金属水酸化物のうちから選択された１以上の媒質が溶解した水溶液を上記エッチングに用いる工程であってもよい。このような穴あき基板の製造方法によれば、ガラスの基板にも効率よく穴が形成される。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記基板がアルカリ金属を含んだ基板であってもよい。このような穴あき基板の製造方法によれば、注入工程で金属が基板内に効率よく注入される。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記基板がガラス基板であってもよい。ガラス基板は汎用性が高いので好ましい。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記金属が、銀、銅、およびそれらの合金のうちから選択されたものであってもよい。これらの金属が用いられると基板内に金属が迅速に注入される。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記金属が、ペースト状の金属材料で形成されたものであってもよく、更に、上記金属が、ナノインクの塗布で形成されたものであってもよい。このような穴あき基板の製造方法によれば、金属と基板表面との密着性が高く、基板への金属注入時間が短縮される。特に、ナノインクが用いられる場合には、基板表面の微小箇所に精度良く金属が形成されるとともに、金属の厚さについても精度が高い。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記金属は、上記基板の表面に成膜された金属膜の一部が除去されて形成されたものであってもよい。このような穴あき基板の製造方法によれば、金属と基板表面との密着性が高いとともに、金属膜の除去がエッチングなどによって効率よく実行される。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記金属は、上記基板の表面を部分的に覆ったマスクの開口箇所に形成されたものであってもよい。このような穴あき基板の製造方法によれば、金属が所望の箇所に限定されて形成される。
また、上記穴あき基板の製造方法において、上記金属は、上記基板の表面にレジスト層を形成し、そのレジスト層の一部を選択的に除去して、上記マスクとしてのレジストパターンを形成するパターン形成工程と、上記基板の表面における、上記レジストパターンで覆われていない箇所に金属膜を成膜する成膜工程と、上記レジストパターンを上記基板の表面から除去するパターン除去工程と、を経て形成されたものであってもよい。
このような穴あき基板の製造方法によれば、レジストパターンによって精度の高いマスクが得られるので金属の形成精度も高い。
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る穴あき基板製造システムの一態様は、基板の表面の一部に配置された金属をその基板内に電圧印加で注入し、注入した金属をその基板内に、上記電圧印加と同じ又は別の電圧印加で析出させる析出装置と、上記基板内に析出した金属をエッチングで溶かすことにより上記基板に穴を形成するエッチング装置と、を備える。
このような穴あき基板製造システムによれば、析出装置によって所望の箇所に限定して金属が析出されることで微小サイズの穴が形成可能であるとともに、析出装置およびエッチング装置による処理は基板全体に対して同時に進行するので効率がいい。
本発明によれば、基板に微小サイズの穴を効率よく形成することができる。
本発明の穴あき基板製造システムの一実施形態を示す図である。 穴あけ加工の工程Ａと工程Ｂを示す工程図である。 穴あけ加工の工程Ｃと工程Ｄを示す工程図である。 穴あけ加工の工程Ｅと工程Ｆと工程Ｇを示す工程図である。 ペースト状の金属材料による金属層の形成を示す図である。 パターニングによる金属層の形成方法を示す図である。 リフトオフによる金属層の形成方法を示す図である。 貫通孔を形成する第１の形成方法を示す図である。 貫通孔を形成する第２の形成方法を示す図である。 深さの異なる有底の穴を形成する形成方法を示す図である。 注入領域の染み出しを示す図である。 注入領域の染み出しを抑制する手法を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の穴あき基板製造システムの一実施形態を示す図である。
図１に示す穴あき基板製造システム１は、電圧印加装置１０とエッチング装置２０とを備えたシステムである。
電圧印加装置１０は、例えばガラス基板のようなワークＷに対して電圧を印加することによってワークＷ内部に局所的に金属を析出させる装置である。
エッチング装置２０は、金属が局所的に析出されたワークＷにエッチング処理を施すことでワークＷに穴を形成する装置である。
ワークＷは図示が省略されたハンドラによって電圧印加装置１０からエッチング装置２０へと運搬される。
電圧印加装置１０には、真空チャンバ１０１と真空ポンプ１０２が備えられており、真空チャンバ１０１の内部は例えば１０−３Ｐａといった低圧環境となっている。
また、電圧印加装置１０には、直流電源１０３,１０４と、例えば銅の電極１０５，１０６が備えられており、直流電源１０３,１０４によって電極１０５，１０６間に直流電圧が印加される。
本実施形態では直流電源１０３,１０４として互いに極性が異なる２つの直流電源１０３,１０４が備えられており、スイッチ１０７によってそれらの直流電源１０３,１０４が切り換えられることで、電極１０５，１０６間に印加される電圧の極性が切り換えられる。
電極１０５，１０６の間にはワーク（基板）Ｗが配置され、ワークＷの表面上の所望箇所には例えば銀や銅などといった金属層Ｍが形成されている。
電圧印加装置１０には、プレートヒータ１０８とタングステンヒータ１０９が備えられており、処理に適切な温度にワークＷなどが加熱される。
本実施形態では、導電性に優れた銅の電極１０６が用いられているので、ワークＷと電極１０６とが接触すると電極１０６の銅が金属層Ｍと同様に作用してしまう。そこで、本実施形態の電圧印加装置１０には、ワークＷと電極１０６との接触を防ぐアルミシート１１０が備えられている。
また、電圧印加装置１０には、電極１０５，１０６間にワークＷや金属層Ｍを固定するための固定具１１１が設けられており、固定具１１１は絶縁体１１２を介して電極１０５を下方に押付けてワークＷや金属層Ｍを固定する。
電圧印加装置１０は、本発明にいう析出装置として機能して本発明にいう注入工程と析出工程を実行する。電圧印加装置１０の機能などについては後で詳述するが、電圧印加装置１０で処理されたワークＷには、穴の形成が望まれている箇所に局所的に金属層Ｍの金属が注入され析出されている。
エッチング装置２０には、エッチャント２０１を内部に溜める処理槽２０２と、エッチャント２０１の温度を適正温度に保つ温度制御器２０３が備えられている。エッチャント２０１としては、例えばＨＦやＫＯＨなどの水溶液が用いられる。
電圧印加装置１０で処理されたワークＷが処理槽２０２内でエッチャント２０１に浸されることでワークＷがエッチング処理され、所望の箇所に穴が形成される。
次に、図１に示す穴あき基板製造システム１における穴あけ加工の詳細について説明する。
図２〜図４は、図１に示す穴あき基板製造システム１における穴あけ加工の工程を示す工程図である。図２には、穴あけ加工における工程Ａと工程Ｂが示され、図３には工程Ｃと工程Ｄが示され、図４には工程Ｅと工程Ｆと工程Ｇが示されている。
図２に示す工程Ａでは、図１に示す電圧印加装置１０で、例えばガラス基板であるワークＷが電極１０５，１０６の間に挟まれて電圧が印加される。このワークＷには、穴の形成が望まれている箇所に局所的に金属層Ｍが形成されており、電圧の極性としては、図２の矢印が示すように、金属層Ｍ側からワークＷ側へと向かう極性となっている。
ワークＷであるガラス基板には、例えばＮａ＋というようなアルカリ金属イオンが含まれている。電圧が印加されると、アルカリ金属イオンを押し出すように金属層Ｍの金属（例えば銀）が金属イオン（例えばＡｇ＋）となってワークＷ内に注入される。この結果、図２に示す工程Ｂでは、ワークＷ内に金属イオンの注入領域１２０が形成される。ワークＷ内にアルカリ金属イオンが含まれていることで金属層Ｍの金属が効率よくワークＷ内に注入される。
なお、金属層Ｍの金属は、銀や銅の他に、銀と銅との合金や、金、コバルト、クロムなどであってもワークＷ内に注入されるが、銀や銅やそれらの合金であると注入の速度が速く、ワークＷ内の深くまで到達する。また、銀の方が銅よりも注入速度が速い。
図２に示す工程Ａおよび工程Ｂが、本発明にいう注入工程の一例に相当する。
このような注入領域１２０の形成は、ワークＷ表面の複数箇所に金属層Ｍが形成されている場合であってもワークＷ全体で同時に形成が進むので処理の効率が良い。
また、金属層Ｍの金属は、電極１０５，１０６間に形成された電場によってワークＷ内に注入されるため、注入領域１２０は、金属層Ｍが配置されている箇所の直下に局所的に形成されることになり、拡散などによって注入領域１２０が金属層Ｍの範囲外に広がる作用は小さい。
次に、図３に示す工程Ｃでは、電極１０５，１０６間に印加される電圧の極性が反転されてワークＷ側から金属層Ｍ側へと向かう極性となる。これにより、金属層Ｍ側が陰極となって注入領域１２０に電子が供給され、ワークＷ内に金属が析出される。
ワークＷ内に析出される金属は、注入領域１２０の外縁に沿った析出層１２１や、電場の向きに沿って注入領域１２０の内部に延びた樹枝結晶１２２などといった形態となる。
金属の析出が進むと工程Ｄのように、析出層１２１が注入領域１２０全体を覆うように広がり、樹枝結晶１２２がワークＷの表面と析出層１２１とを繋ぐように延びるが、注入領域１２０の外側で析出が生じることはない。
図３に示す工程Ｃおよび工程Ｄが本発明にいう析出工程の一例に相当する。
次に、図４に示す工程Ｅでは、ワークＷが図１に示すエッチング装置２０へと搬送され、エッチャント２０１に浸される。エッチャント２０１によるエッチングレートは、析出層１２１や樹枝結晶１２２に沿った箇所が高く、選択的にエッチングが進行する。その結果、工程Ｆのように、注入領域１２０の外縁の析出層１２１に沿って急速にエッチングが進み多くのエッチャント２０１がワークＷ内部へと導かれる。
また、注入領域１２０の内部についても、樹枝結晶１２２に沿った箇所で急速にエッチングが進み、エッチャント２０１が注入領域１２０内へ迅速に浸透する。これに対し、注入領域１２０の外部では殆どエッチングが進まない。
エッチャント２０１が、フッ酸、アルカリ金属水酸化物、およびアルカリ土類金属水酸化物のうちから選択された１以上の媒質が溶解した水溶液であると、析出層１２１や樹枝結晶１２２を速やかに溶かすとともに、析出層１２１や樹枝結晶１２２の存在によって細かくなったガラス部分も溶かすのでエッチング処理の効率が良い。
このようにエッチングが進むと、工程Ｇのように、析出層１２１で覆われた内側部分１２３が剥がれるようにワークＷから除去され、ワークＷに穴Ｈが形成されることになる。ここに示す例では、穴Ｈは有底の穴となる。
このようなエッチング処理はワークＷ全体について同時に進行するので、ワークＷ上の複数箇所に穴Ｈが形成される場合であっても一度に処理されることになり、処理の効率が良い。
図４に示す工程Ｅ〜工程Ｇが、本発明にいう穴形成工程の一例に相当する。
ところで、図２に示す工程Ａおよび工程Ｂにおける金属の注入は、ワークＷの表面に金属層Ｍが密着していると、高電圧の印加や、温度上昇や、あるいはそれら両方により、注入時間の大幅な短縮が可能となる。例えば金属層Ｍとして金属箔が用いられてワークＷの表面に押し付けられた状態でも金属の注入は実現するが、より円滑な注入のためには、例えばペースト状の金属材料による密着した金属層Ｍの形成が好ましい。
図５は、ペースト状の金属材料による金属層の形成を示す図である。
ペースト状の金属材料としては例えば銀ペーストなどもあるが、ここではナノインクが用いられている。他のペースト状の金属材料に較べ、ナノインクによる印刷によれば、形成場所および厚さについて精度のよい形成が可能となる。
ナノインク３０１はノズル３０２によってワークＷ上に印刷され、所望の箇所に精度良く金属層Ｍが形成される。また、ナノインク３０１は微小な液滴での印刷が可能なので、例えばサブミリ以下というような微小サイズの金属層Ｍも形成可能であり、これにより微小サイズの穴が形成可能となる。さらに、ノズル３０２による吐出量の調整や重ねての印刷などによって金属層Ｍの厚さも精度良く実現され、これにより所望の深さの穴が得られる。また、ナノインク３０１の滴下によって容易に円形の金属層Ｍが形成され、基板の割れが抑制される。
ワークＷの表面に密着した金属層Ｍの形成方法としては、ワークＷの表面上に成膜層を形成した後に該成膜層をパターニングする（成膜層を部分的に除去する）形成方法も好ましい。成膜層を形成する手段として、めっき、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ等が考えられる。以下では、めっきにより成膜層が形成されるものとして、パターニングで金属層Ｍを形成する方法について説明する。
図６は、パターニングによる金属層Ｍの形成方法を示す図である。
先ず工程Ａで、基板３０１の表面全体にめっき層３０２が成膜される。このようなめっき層３０２は基板３０１表面との密着性が高い。また、めっき層３０２は均一な厚さで成膜される。
次に工程Ｂでは、めっき層３０２上に部分的に保護層３０３が形成される。保護層３０３の形成箇所は、基板３０１に対する穴の形成箇所に対応している。
工程Ｃではエッチングが施され、めっき層３０２のうち、保護層３０３によって保護された箇所を除いた部分が基板３０１の表面から除去される。このようなエッチングによるめっき層３０２の除去は、基板３０１の表面全体で同時に進行するので処理の効率が良い。
最後に工程Ｄで保護層３０３が除去されることで、穴の形成箇所に対応した金属層Ｍが得られる。
ワークＷの表面に密着した金属層Ｍの形成方法としては、所望の部分のみに金属層を形成するリフトオフプロセスを用いることもできる。リフトオフプロセスの一例として、スパッタを用いた形成方法も好ましい。
図７は、リフトオフによる金属層Ｍの形成方法を示す図である。
リフトオフによる金属層Ｍの形成では、以下説明するように、マスクによって成膜箇所が制限されることで所望の箇所に金属層Ｍが形成される。
先ず工程Ａでは、基板３０１上にレジストパターンによってマスク３０４が形成される。このマスク３０４の形成箇所は、基板３０１に対する穴の形成箇所を除いた箇所である。
なお、レジストパターンによるマスク３０４の形成手順については図示を省略するが、露光や洗浄などの工程を経る既知の形成手順によって高い精度でマスク３０４が形成され、微小サイズの穴も形成可能である。また、マスク３０４としてはレジストパターンが好ましいが、レジストパターン以外のマスクが用いられても良い。
次に工程Ｂでスパッタが施され、マスク３０４で覆われていない箇所について基板３０１上に金属層Ｍが成膜される。スパッタによって成膜された金属層Ｍも基板３０１表面との密着性が高い。また、スパッタでは、めっきによる成膜よりも膜厚の制御が容易であるため、穴の形状のコントロールが容易になるという利点がある。
スパッタによれば、マスク３０４の上面にも金属層Ｍが成膜されるがマスク３０４の側面には成膜されにくく、基板３０１上の金属層Ｍとマスク３０４上面の金属層Ｍとは分離されている。従って、工程Ｃでマスク３０４が除去されることで、マスク３０４の上面に形成された金属層Ｍが除去され、基板３０１上の所望箇所に限定的に金属層Ｍが形成されるリフトオフが確実に実現される。マスク３０４の下面には初めから金属層Ｍが成膜されていないので、金属の残留物などが生じることもない。
次に、基板に対して貫通孔を形成する方法について説明する。
図８は、貫通孔を形成する第１の形成方法を示す図である。
この第１の形成方法では、複数のサブ基板４０１が積層された積層基板４０２がワークとして用いられる。積層基板４０２の最上層に位置したサブ基板４０１の表面には金属層Ｍが形成されている。
そして、工程Ａでは、電極１０５，１０６の間にワークである積層基板４０２が挟まれ、図の矢印方向の電圧が印加される。その結果、工程Ｂのように、積層基板４０２内に金属の注入領域４０３が形成される。この注入領域４０３は、積層基板４０２の最上層のサブ基板４０１よりも深い２番目以降のサブ基板４０１まで到達するように形成される。図８に示す例では注入領域４０３が、積層基板４０２の最下層に位置するサブ基板４０１まで到達している。また、この例では、最下層に位置するサブ基板４０１は、注入領域４０３の到達深度の制御が容易なように、他のサブ基板よりも厚めのサブ基板となっている。図８に示す工程Ａと工程Ｂとを併せたものが、本発明にいう注入工程の一例に相当する。
その後、工程Ｃでは、図３および図４に示す各工程と同様に、金属の析出とエッチング処理とが実行されることで、積層基板４０２に対して有底の穴Ｈが形成される。図８に示す工程Ｃは、本発明にいう析出工程と穴形成工程とを併せた一例に相当する。
最後に工程Ｄでは、積層基板４０２がサブ基板４０１に分割される。この結果、穴Ｈの底に位置したサブ基板４０１を除いた他の各サブ基板４０１は、貫通孔ＴＨを有した穴あき基板となる。図８に示す工程Ｄは、本発明にいう分離工程の一例に相当する。
積層基板４０２として３枚以上のサブ基板４０１を有した積層基板４０２が用いられるとともに、注入領域４０３が積層基板４０２の最上層から３番目以降のサブ基板４０１に到達するように形成されると、複数枚の穴あき基板が同時に作成されることとなり、作成の効率が良い。
図９は、貫通孔を形成する第２の形成方法を示す図である。
工程Ａでは、表面に金属層Ｍが形成された基板５０１が電極１０５，１０６の間に挟まれて図の矢印方向の電圧が印加される。その結果、工程Ｂのように基板５０１内に金属の注入領域５０２が形成される。図９に示す第２の形成方法の場合には、注入領域５０２が、金属層Ｍとは反対側に位置する電極１０６に到達するまで、金属の注入が継続される。図９に示す工程Ａと工程Ｂとを併せたものが、本発明にいう注入工程の一例に相当する。
工程Ｃでは、工程Ａおよび工程Ｂにおける電圧と同極性の電圧が継続して印加されることで、金属層Ｍとは反対側に位置する電極１０６から電子が供給されて金属が析出する。その結果、例えば析出層５０３が注入領域５０２の外縁部分に形成されることとなる。なお、この工程Ｃでは、一時的には、金属の析出とともに金属の注入も同時に進行する場合がある。図９に示す工程Ｃは、本発明にいう析出工程の一例に相当する。
その後、工程Ｄでは、図４に示す工程と同様にエッチング処理が実行されて、基板５０１に貫通孔ＴＨが形成される。
図８および図９に示す方法で形成される穴あき基板は、例えば貫通孔内にめっきや充填で導体が設けられることによってインターポーザ等に応用される。
次に、基板内に深さの異なる有底の穴を形成する形成方法について説明する。
図１０は、深さの異なる有底の穴を形成する形成方法を示す図である。
図１０に示す形成方法では、各部の厚さが異なる金属層６０１が表面に形成された基板６０２がワークとして用いられる。このような金属層６０１は、例えば図５で説明したようなナノインクによる印刷などで形成される。
工程Ａでは、電極１０５，１０６の間に基板６０２が挟まれて電圧が印加される。そして、工程Ｂのように基板６０２内に金属の注入領域６０３が形成される。
電圧の印加が継続されると注入領域６０３は深くなっていき金属層６０１の厚さは減少する。そして、工程Ｃのように、金属層６０１が消滅すると注入領域６０３の拡大は止まる。なお、図１０に示す形成方法では、金属層６０１に接している電極１０５には例えばアルミニウムなどが用いられていて、電極１０５が基板６０２に接触しても電極１０５の金属は基板６０２に注入されないものとする。図１０に示す工程Ａ〜工程Ｃを併せたものが、本発明にいう注入工程の一例に相当する。
その後、工程Ｄでは、図３および図４に示す各工程と同様に金属の析出とエッチング処理が行われ、深さが各部で異なる有底の穴Ｈが基板６０２に形成される。穴Ｈの各部の深さは、金属層６０１における各部の厚さに対応した深さとなっている。逆に言えば、金属層６０１における各部の厚さが調整されることにより、各所望の深さを有した穴Ｈが基板６０２に形成される。図１０に示す工程Ｄが、本発明にいう析出工程と穴形成工程とを併せた一例に相当する。
図１０に示す形成方法で穴Ｈが形成された基板６０２は、例えばマイクロ流路デバイスなどに応用される。
次に、アスペクト比の高い穴加工に適した穴の形成方法について説明する。
図２の説明では、アスペクト比の低い（穴径が大きく、ガラスが薄い）状況が前提であったため、注入領域１２０が金属Ｍの直下に形成されるものとして説明した。しかし、アスペクト比の高い（穴径が小さく、ガラスが厚い）穴加工では、以下説明する注入領域１２０の染み出しに対する対策が望まれる。
図１１は、注入領域１２０の染み出しを示す図である。
電場が作用するガラス中での金属イオンの流束は、下記の式（１）で与えられる。
Figure 2018124097
ここで、Ｊ：イオン流束、Ｄ：拡散係数、ｑ：イオン電荷、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度、Ｅ：電場、Ｃ：イオン濃度である。すなわちイオンは、電場および濃度勾配に駆動されてガラス中を移動する。このうち、濃度勾配による拡散（右辺第２項）は抑制が困難であるが、電場によるドリフト項（右辺第１項）に比べて流束全体に対する割合は小さい。一方，電場によるドリフト項は流束に占める割合が大きく、注入領域１２０の意図しない拡がりを抑制するためには、電場を適切に制御することが必要である。
ワークＷの表面に局所的に金属層Ｍが配置されている場合には、ワークＷの裏面側の電極１０６が裏面全体に広がっているため、図１１に点線の矢印で示されているように電場の広がりが生じる。このような電場の広がりによって、金属層Ｍの直下から外側へと向かうイオンのドリフトが生じ、金属層Ｍの範囲を超えた注入領域１２０の染み出しｄが発生する。
アスペクト比が低い場合には、電場の広がりも小さいので注入領域１２０の染み出しｄは無視しても良いが、アスペクト比の高い穴加工が行われる場合には染み出しｄが無視できなくなり、アスペクト比および穴形状精度の低下の虞がある。そこで金属層Ｍの直下にのみ注入領域１２０を形成して外側への染み出しｄを抑制する手法が望まれる。
図１２は、注入領域１２０の染み出しｄを抑制する手法を示す図である。
注入領域１２０の染み出しｄを抑制するため、金属層Ｍの上に、ワークＷへの注入が金属層Ｍの金属よりも困難な導電物質（例えば金属やフィラー添加樹脂など）の膜からなるガード電極Ｇが、ワークＷの表面全体に形成される。このようにガード電極Ｇが形成されると電場は、図１２に点線の矢印で示されているように一様な電場となる。この結果、注入領域１２０は金属層Ｍの直下に形成されることになり、アスペクト比の高い穴加工が可能となる。
ガード電極Ｇとして望ましい導電物質としては、ワークＷがガラスである場合には、銀や銅以外の、例えば、プラチナ、ニッケル、アルミニウム等といった金属が考えられる。また、ガード電極Ｇの形成範囲は、ワークＷの表面全体には限定されず、金属層Ｍの配置箇所を覆うと共に、金属層Ｍの配置箇所よりも外側に広がった範囲であればよい。
なお、本発明が適用される基板としては汎用性の高いガラス基板が好適であるが樹脂基板であってもよい。
１…穴あき基板製造システム、１０…電圧印加装置、２０…エッチング装置、１０３,１０４…直流電源、１０５，１０６…電極、Ｗ…ワーク、Ｍ，６０１…金属層、２０１…エッチャント、２０２…処理槽、１２０，４０３，５０２，６０３…注入領域、１２１，５０３…析出層、１２２…樹枝結晶、３０１…ナノインク、３０１，５０１，６０２…基板、３０２…めっき層、３０３…保護層、３０４…マスク、４０１…サブ基板、４０２…積層基板、Ｈ…有底の穴、ＴＨ…貫通孔、Ｇ…ガード電極

Claims (17)

  1. 基板の表面の一部に配置された金属を該基板内に電圧印加で注入し、注入した金属を該基板内に、前記電圧印加と同じ又は別の電圧印加で析出させる析出工程と、
    前記基板内に析出した金属をエッチングで溶かすことにより前記基板に穴を形成する穴形成工程と、
    を備えたことを特徴とする穴あき基板の製造方法。
  2. 前記析出工程は、前記金属が注入された領域の外縁部分に該金属を析出させる工程であり、
    前記穴形成工程が、前記外縁部分に析出した金属をエッチングで溶かすことにより前記領域を前記基板から除去して該基板に穴を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の穴あき基板の製造方法。
  3. 前記析出工程は、前記金属が注入された領域の内部に延びた樹枝結晶として該金属を析出させる工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の穴あき基板の製造方法。
  4. 前記析出工程が、前記金属の注入時と析出時とでは逆極性の電圧を印加する工程であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  5. 前記析出工程が、前記金属の注入時と析出時とで同じ極性の電圧を印加する工程であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  6. 前記析出工程が、複数のサブ基板が積み重ねられた積層基板を前記基板として用いて、前記金属が配置された表面のサブ基板よりも深くまで該金属を注入する工程部分を含む工程であり、
    前記穴形成工程の後に、前記積層基板を前記サブ基板に分離する分離工程を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  7. 前記穴形成工程が、フッ酸、アルカリ金属水酸化物、およびアルカリ土類金属水酸化物のうちから選択された１以上の媒質が溶解した水溶液を前記エッチングに用いる工程であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  8. 前記基板がアルカリ金属を含んだ基板であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  9. 前記基板がガラス基板であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  10. 前記金属が、銀、銅、およびそれらの合金のうちから選択されたものであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  11. 前記金属が、ペースト状の金属材料で形成されたものであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  12. 前記金属が、ナノインクの塗布で形成されたものであることを特徴とする請求項１１に記載の穴あき基板の製造方法。
  13. 前記金属は、前記基板の表面に成膜された金属膜の一部が除去されて形成されたものであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  14. 前記金属は、前記基板の表面を部分的に覆ったマスクの開口箇所に形成されたものであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の穴あき基板の製造方法。
  15. 前記金属は、
    前記基板の表面にレジスト層を形成し、該レジスト層の一部を選択的に除去して、前記マスクとしてのレジストパターンを形成するパターン形成工程と、
    前記基板の表面における、前記レジストパターンで覆われていない箇所に金属膜を成膜する成膜工程と、
    前記レジストパターンを前記基板の表面から除去するパターン除去工程と、
    を経て形成されたものであることを特徴とする請求項１４に記載の穴あき基板の製造方法。
  16. 前記析出工程の前に、前記金属よりも前記基板に注入されにくい導電物質を、該金属を覆うと共に該金属よりも広い範囲に亘って配置する配置工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の穴あき基板の製造方法。
  17. 基板の表面の一部に配置された金属を該基板内に電圧印加で注入し、注入した金属を該基板内に、前記電圧印加と同じ又は別の電圧印加で析出させる析出装置と、
    前記基板内に析出した金属をエッチングで溶かすことにより前記基板に穴を形成するエッチング装置と、
    を備えたことを特徴とする穴あき基板製造システム。
JP2018559527A 2016-12-27 2017-12-26 穴あき基板の製造方法および穴あき基板製造システム Pending JPWO2018124097A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016253655 2016-12-27
JP2016253655 2016-12-27
PCT/JP2017/046710 WO2018124097A1 (ja) 2016-12-27 2017-12-26 穴あき基板の製造方法および穴あき基板製造システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2018124097A1 true JPWO2018124097A1 (ja) 2019-10-31

Family

ID=62709363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018559527A Pending JPWO2018124097A1 (ja) 2016-12-27 2017-12-26 穴あき基板の製造方法および穴あき基板製造システム

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2018124097A1 (ja)
CN (1) CN109996768A (ja)
WO (1) WO2018124097A1 (ja)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4155735A (en) * 1977-11-30 1979-05-22 Ppg Industries, Inc. Electromigration method for making stained glass photomasks
JP2000313629A (ja) * 1999-04-27 2000-11-14 Japan Science & Technology Corp 微小穴開きガラス及びその製造方法
JP2011170312A (ja) * 2010-01-22 2011-09-01 Nihon Yamamura Glass Co Ltd 偏光子
GB201200890D0 (en) * 2012-01-19 2012-02-29 Univ Dundee An ion exchange substrate and metalized product and apparatus and method for production thereof
JP6007002B2 (ja) * 2012-06-25 2016-10-12 アルバック成膜株式会社 貫通孔形成方法及び貫通孔付きガラス基板

Also Published As

Publication number Publication date
CN109996768A (zh) 2019-07-09
WO2018124097A1 (ja) 2018-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107208256B (zh) 使用牺牲支持体的三维金属结构体的打印
KR20210096038A (ko) 인쇄 회로 트레이스 수리
CN102282693B (zh) 用于在衬底上沉积至少一个导电膜的方法和系统
TWI294160B (en) Method of plugging through-holes in silicon substrate
TWI296432B (en) Methods for forming interconnects in vias and microelectronic workpieces including such interconnects
EP1920461B1 (de) Verfahren zur erzeugung von durchkontaktierungen in halbleiterwafern
CN108349120B (zh) 打印的三维结构的表面性质控制
JP2008543072A (ja) 半導体ウェハにおける垂直な電気コンタクト接続の作製方法
JP2010129662A (ja) 微細空間への金属充填方法
KR20140094006A (ko) 세라믹 기판들에 임베딩된 금속 구조물들
CN104795360B (zh) 通过放电加工对具有触点金属化的半导体管芯的分割
US10566214B1 (en) Seed layer free nanoporous metal deposition for bonding
JP2017079333A (ja) 多層デバイスの製造方法および多層デバイス
TW201627541A (zh) 底部向上電解質通孔鍍覆方法
US9764403B2 (en) Method and electrode for electrochemically processing a workpiece
WO2018124097A1 (ja) 穴あき基板の製造方法および穴あき基板製造システム
JP2010129995A (ja) 微細空間への金属充填方法
WO2018142720A1 (ja) 配線構造の製造方法
JP2010518610A (ja) 半導体基板上にパターンを形成するための方法
JP4535228B2 (ja) 微細孔への金属充填方法および装置
JP2010161370A (ja) 基板を電気化学的に加工する方法及び装置
CN102137548A (zh) 电路布线形成方法、电路基板及布线膜的膜厚度比布线膜的宽度大的电路布线膜
JP2008016507A (ja) 電気配線の製造方法
Datta Microfabrication by high rate anodic dissolution: fundamentals and applications
CN105645754A (zh) 制造具有结构的晶片状薄玻璃板及将其分离成小薄玻璃板

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190508

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20190509

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200428

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200629

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200825