WO2006129848A1

WO2006129848A1 - ガラス貫通配線基板の製造方法、ガラス貫通配線基板、並びにガラス貫通配線基板を用いたプローブカード及びパッケージング素子

Info

Publication number: WO2006129848A1
Application number: PCT/JP2006/311254
Authority: WO
Inventors: Satoshi Fujimoto
Original assignee: Intelligent Cosmos Research Institute
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2006-12-07

Abstract

　数万の接触端子を有するLSIの試験装置や、可動部を気密封止して使用するMEMS等のパッケージング素子に要求されるガラス貫通配線基板とその製造方法を提供する。　初めに(a)に示すように、ガラス基板１１に凹溝を形成し、そこに導線１２を埋め込む、次に(b)に示すように、フッ酸HF等を用いて、導線１２の埋め込まれたガラス基板１１を接着する。そして(c)に示すように、接合されたガラス基板をスライスした後、スライス面を研磨することにより、ガラス貫通配線基板１４を完成する。

Description

明細書

ガラス貫通配線基板の製造方法、ガラス貫通配線基板、並びにガラス貫通配線基板を用いたプローブカード及びパッケージング素子

技術分野

[0001] 本発明は、ガラス貫通配線基板の製造方法、ガラス貫通配線基板、並びに該ガラス貫通配線基板の応用技術に関する。特に微細加工技術を用いることにより、高密度に配線して、様々な分野で利用できるようにしょうとするものである。

背景技術

[0002] 特許文献 1：特開 2001-111195号公報

特許文献 2：特開 2000-286516号公報

特許文献 3：特開平 10-310453号公報

特許文献 4:特開 2002-151557号公報

特許文献 5：特開 2004-182959号公報

非特干文献 1： Room Temperature Glass-Glass Bonding with Hydrofluoric Acid for Micro Packaging", TECHNICAL DIGEST OF 15TH SENSOR SYMPOSIUM 1997. p p.201〜204

[0003] LSIの電気的特性を試験するために、 LSIの各接触端子と試験回路とを接続するものとして貫通配線基板が利用されている。

貫通配線基板を製造する方法は、例えば特許文献 1に記載されている。すなわち、榭脂基板の一面に導線を配線して接合した後、スライスすることにより、貫通配線基板を製造している。

このような貫通配線基板を用いて LSIの電気的特性を試験する場合、 LSIの各接触端子と対応する貫通配線との接触を確実にするために、基板を LSIに押し付けながら試験を行なうことが多い。 LSIは高密度化がどんどん進んでいるが、 LSI接触端子の数が増えると、榭脂基板ではその圧力に耐えられなくなって、変形してしまうという問題が発生する。

また大部分の LSIが搭載されているシリコン基板との接合が容易でない、榭脂基板とシリコン基板との熱膨張係数の差が大きいので、温度を変化させながら行なうバーンインテストができな、と、う問題がある。

[0004] 更に榭脂自体が空気を通すので、可動部を気密封止する MEMS (Micro Electro M echanical Systems：微小電気機械システム）等にも利用できな、と!/、う問題がある。そして、より重要なことは、特許文献 1記載技術をガラス基板に適用しょうとする場合には、次の大きな問題が存在することである。

榭脂基板にしろ、ガラス基板にしろ、基板を積層した後における基板同士の接合は強固でなければならない。接合手段としては、榭脂基板の場合もガラス基板の場合も、高温において圧着する方法と、接着剤を用いて接合する方法とが考えられる。前者がより強固な接合が得られる。

圧着接合の場合には、基板表面に凹溝を掘り込み、該凹溝に導体を埋め込んだ後、その表面と他の基板の裏面とを接触させた状態で圧着を行う。

しかるに、ガラス基板の場合においては、榭脂基板の場合とは異なり、圧着後における導体の導電率は圧着前に比べて低下してしまう。すなわち、榭脂基板の場合には導電率の低下はほとんど生じないのに対してガラス基板の場合には大幅な導電率の低下を招いてしまう。かかる導電率の低下は圧着を真空雰囲気内で行っても同様に生じる。

なお、かかる導電率の低下を招くという知見は本発明者が今回実験を行うことにより初めて取得した知見である。

一方、接着剤による接合の場合、平面をフラットにするためにソルダレジストを導線間に埋設している。ソルダレジストからは常時多種のガスが多量に放出されるため気密が必要とされる部分には使用することができない。

[0005] ガラス貫通配線基板を製造する場合は、ガラスに貫通孔を開けてから、その孔に金属を埋め込むことにより製造していた。ガラスに貫通孔を開ける方法として、サンドブラスト法、反応性イオンエッチング法等がある。

[0006] 図 9に、サンドブラスト法を用いたガラス貫通配線基板の製造方法の説明図を示す

。初めに (a)に示すように、ガラス基板 11の一面の貫通孔を開けない部分を、ドライフイルム 13で覆ってマスクしておく。そしてアルミナ等の砲粒を吹き付けることにより、ガラス基板 11に貫通孔を開ける。その後ドライフィルムを除去してから、（b)に示すように、例えば銅によるメツキ処理を行なうことにより、貫通した導線 12を形成する。

この場合、貫通孔のアスペクト比 (カ卩工面の孔径 wに対するガラス基板 hの厚さ、すなわち h/w)はせいぜい 2程度であり、大きくできないという問題がある。そのために孔径を小さくするのには限界があり、高密度配線には適さない。

また砲粒を吹き付けてカ卩ェするので、加工面にマイクロクラックが発生する。このマイク口クラックは、加熱処理を施すことにより大きくなる。そのために、気密封止や、高密度配線のように精度の要求される製品の製造には適さな、と、う問題がある。反応性イオンエッチング法を用いた製造方法は、ガラス基板の一面の貫通孔を開けな、部分をニッケル Niで覆うことによりマスクする。そして例えば六フッ化ィォゥ SF

6 力成るプラズマを照射することにより、貫通孔を開ける。その後エッチング等によりマスクしていたニッケルを除去してから、例えば銅によるメツキ処理を行なうことにより、貫通した導線を形成する。

この場合は、貫通孔のアスペクト比は 6程度まで大きくできる。またカ卩工面にマイクロクラックが発生することがないので、気密封止や高密度配線が可能になる。しかしカロェできる厚さは約 150 mであり、ガラス基板を厚くすることができないという問題がある。すなわち、例えば LSI試験装置に要求される数万の貫通導線を保持する基板として利用することはできない。

また特許文献 2にも、ガラス貫通配線基板とその製造方法が記載されている。すなわち、導電体を、溶融ガラスと接触しても酸化還元反応を起こしにくい金属で被覆する。被覆された導電体を溶融ガラス中に埋設した後、溶融ガラスを固化することにより製造している。

この方法では、ガラスを溶かすための高温プロセスが必要となる。また溶融ガラス中で導電体を固定しておかなければならな、ので、導電体の幅とその間隔には限界があり、数 mの微細加工はできないという問題がある。

また、特許文献 2記載のガラス貫通配線基板は、ガラスとガラス内を貫通している導体との間のシール性が良好ではなぐ高い真空性が必要な真空空間（例えば、図 8 に示すガラス基板 11とシリコン基板 32とで形成される空間）を形成する部材 (ガラス基板 11)として用いることには限界がある。これは、高温プロセスを経て作成されているために、ガラスとガラス内を貫通している導体との熱膨張率の相違に起因するものと思われる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 本発明は、導線の導電率の低下をもたらすことなくガラス貫通配線基板を製造することが可能なガラス貫通配線基板の製造方法及びガラス貫通配線基板を提供することを目的とする。

本発明は、数万の接触端子を有する LSIの試験装置や、可動部を気密封止して使用する MEMS等に要求されるガラス貫通配線基板とその製造方法を提供することを目的とする。更に該ガラス貫通配線基板を用いたプローブカード、及び MEMS等のパッケージング素子を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 請求項 1に係る発明は、表面に凹溝を有し、該凹溝内に導線が埋設された複数のガラス基板同士を接合して積層されたガラス基板積層体を該導線と交差するようにスライスして得られ、該導線の表面の酸化膜の厚さが（3 ^ m-lO ^ m)以下であることを特徴とするガラス貫通配線基板。

ガラス貫通配線基板においてその導線の導電率の低下が製造プロセスに関係し、ガラス基板において積層体力ゝら導線に交差するようにスライスして製造する場合には、不可避的に酸ィ匕膜が形成されており、その酸ィ匕膜が導電率の低下原因であることを知見した。そこで、本発明者は酸ィ匕膜の形成を抑制することが可能なプロセスを開発し、導線表面の酸ィ匕膜を低減したガラス貫通配線を提供するものである。すなわち、本発明によれば、ほとんど表面の酸ィ匕を招くことなぐ従って、導電率の良好なガラス貫通配線基板を提供することができる。し力も簡単なプロセスで製造可能である。また、酸ィ匕膜の厚さを 10 m以下としたガラス貫通配線基板を提供することが可能である。さら〖こ、酸ィ匕膜の厚さを 3 m以下としたガラス貫通配線基板を提供することも可能である。

ガラス加工のための高度な技術を用いることなぐ簡単な方法で貫通配線基板を製造することができる。また、ガラス基板を任意の厚さに調整して製造することができる。貫通配線基板をプローブカードとして使用する場合、プローブカードのピンと、テストしょうとする半導体基板の接触端子との接触を確実にするために、押し付けながら使用する。ガラス基板をスライスするときに、その厚さを調整することにより、押し付けに耐えられる貫通配線基板を製造することができる。

[0010] 請求項 2に係る発明は、前記接合は熱圧着により行われていることを特徴とする請求項 1記載のガラス貫通配線基板である。

熱圧着により接合が行われているため接合強度が高ぐ剥離などの発生が少ない。

[0011] 請求項 3に係る発明は、前記導線は高融点金属力なることを特徴とする請求項 1 又は 2記載のガラス貫通配線基板である。

[0012] 請求項 4に係る発明は、前記高融点金属はタングステン (W)、モリブデン (Mo)、タンタル (Ta)の、ずれかの金属又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする請求項 3記載のガラス貫通配線基板である。

[0013] 請求項 5に係る発明は、表面に凹溝を有し、該凹溝内が導電性ペーストを焼成してなる導線が隙間なく埋設された複数のガラス基板同士を接合して積層されたガラス基板積層体を導線と交差するようにスライスして得られたことを特徴とするガラス貫通配線基板である。

導線が凹溝に隙間さなく埋設されており、従って、空気の残留を排除することができる。その結果、熱圧着による高温状態にさらされても導線の酸化を防止することができ、酸化膜の形成が少なヽガラス貫通配線基板が得られてヽる。

[0014] 請求項 6に係る発明は、前記導電性ペーストは銀ペーストであることを特徴とする請求項 5記載のガラス貫通配線基板である。

[0015] 請求項 7に係る発明は、前記導線の表面における酸ィ匕膜の厚さは 1 μ m以下であることを特徴とする請求項 5又は 6記載のガラス貫通配線基板である。

[0016] 請求項 8に係る発明は、表面に凸状の導線が形成され、隣り合う凸状の導線同士の間に熱硬化した接着剤が隙間なく埋設された複数のガラス基板同士が当該接着剤により接合されて積層されたガラス基板積層体を該導線と交差するようにスライスして得られたことを特徴とするガラス貫通配線基板である。 [0017] 請求項 9に係る発明は、前記接着剤は、フリットガラス又は SOG剤であることを特徴とする請求項 6な、し 8の、ずれか 1項記載のガラス貫通配線基板である。

[0018] 請求項 10に係る発明は、前記接着剤は、少なくともフエニルヘプタメチルシクロテトラシロキサン及び 2, 6 シスジフエニルへキサメチルシクロテトラシロキサンを含むシリコンレジン力もなることを特徴とする請求項 6な、し 8の、ずれか 1項記載のガラス貫通配線基板である。

[0019] 請求項 11に係る発明は、ガラス表面に凹溝を形成する工程、

該凹溝にその内部が完全に埋まるように導電性ペーストを塗布する工程、乾燥、焼成を行う工程、

表面を研磨する工程、

複数のガラス基板同士を重ね合わせた後、熱圧着により接合する工程、

ガラス基板積層体を導線と交差するようにスライスする工程、

よりなることを特徴とするガラス貫通配線基板の製造方法である。

[0020] 請求項 12に係る発明は、前記導電性ペーストは銀ペーストであることを特徴とする請求項 11記載のガラス貫通配線基板の製造方法である。

[0021] 請求項 13に係る発明は、ガラス基板の表面に凸状の導線を形成する工程、

隣り合う凸状の導線同士の間が埋まるようにガラス基板の表面に熱硬化性接着剤を塗布する工程、

複数のガラス基板同士を重ね合わせ加重を加えながら該熱硬化性榭脂を硬化させる工程、

該接着剤により接合されて積層されたガラス基板積層体を該導線と交差するようにガラス基板積層体を導線と交差するようにスライスする工程、

[0022] 請求項 14に係る発明は、前記導線は高融点金属力なることを特徴とする請求項

13記載のガラス貫通配線基板の製造方法である。

[0023] 請求項 15に係る発明は、前記高融点金属はタングステン (W)、モリブデン (Mo)、タンタル (Ta)のヽずれかの金属又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする請求項 14記載のガラス貫通配線基板の製造方法である。 [0024] 請求項 16に係る発明は、前記接着剤は、フリットガラス又は SOG剤であることを特徴とする請求項 13記載のガラス貫通配線基板の製造方法である。

[0025] 請求項 17に係る発明は、前記接着剤は、少なくともフエニルヘプタメチルシクロテトラシロキサン及び 2, 6 シスジフエニルへキサメチルシクロテトラシロキサンを含むシリコンレジン力もなることを特徴とする請求項 13記載のガラス貫通配線基板の製造方法である。

[0026] 請求項 18に係る発明は、前記凹溝の形成はフォトリソグラフ技術を用いた微細加ェ技術により行うことを特徴とする請求項 11記載のガラス貫通配線基板の製造方法

[0027] 請求項 19に係る発明は、前記ガラス基板はシリコンと熱膨張係数の差が ±0. 3pp mZ°C以内のガラス力もなるガラス基板であることを特徴とする請求項 1乃至 10のいずれ力 1項記載のガラス貫通配線基板である。

[0028] 請求項 20に係る発明は、前記ガラスはノィレックスガラスであることを特徴とする請求項 19記載のガラス貫通配線基板である。

本発明者は、シリコン基板 (熱膨張係数 2. 6ppm/°C)、に対してパイレックスガラス (熱膨張係数 2. 8ppm/°C)を採用したところ気密性が急激に向上することを見出した。すなわち、他の方法によりガラス貫通配線基板を作成し、その場合において、熱膨張係数の差を 0. 3ppmZ°Cとしても急激な気密性の向上は達成されなカゝつた。それに対して、本発明に基づくガラス貫通配線基板の場合には、熱膨張係数の差を 0 . 3ppm/°Cとすれば気密性は急激に向上した。

[0029] 請求項 21に係る発明は、請求項 11ないし 18のいずれ力 1項記載のガラス貫通配線基板の製造方法により製造されたガラス貫通配線基板の一面又は両面で接触端子を再配線する工程を行なうことを特徴とするガラス貫通配線基板の製造方法である

[0030] 請求項 22に係る発明は、請求項 21記載のガラス貫通配線基板を用いたことを特徴とするプローブカードである。

[0031] 請求項 23に係る発明は、内部に素子を有する基板と請求項 21記載のガラス貫通配線基板とを接合させた構成としたことを特徴とするパッケージング素子である。パッケージング素子においては、 lO^_6Pam³Zsecよりも少ないリークレートも達成することも可能となる。また、導線における導電率の低下が極めて少なぐ応答性の優れたパッケージ素子を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0032] [図 1]本発明によるガラス貫通配線基板の製造方法の一実施例を示す説明図である

[図 2]本発明によるガラス貫通配線基板の製造方法にぉヽて、ガラス基板に配線する工程の一実施例を示す説明図である。

[図 3]本発明によるガラス貫通配線基板の製造方法にぉヽて、ガラス基板に配線する工程の他の実施例を示す説明図である。

[図 4]プローブカードの斜視図である。

[図 5]本発明によるガラス貫通配線基板の製造方法の他の実施例を示す説明図である。

[図 6]本発明によるガラス貫通配線基板を用いてプローブカードを製造する方法を示す説明図である。

[図 7]本発明によるガラス貫通配線基板の製造方法の更に他の実施例を示す説明図である。

[図 8]本発明によるガラス貫通配線基板を利用したパッケージング素子の断面図である。

[図 9]サンドブラスト法によるガラス貫通配線基板の製造方法を示す説明図である。符号の説明

[0033] 11 :ガラス基板

12、 21 :導線

13 :ドライフィルム

14、 22 :ガラス貫通配線基板

15 :クロム薄膜

16 :レジストパターン

17 :導体 18 :：接着剤（フリットガラス、 SOGなど)

19、 . 20 :接触端子

23 : ：片持ち梁

24 : ：接触端子

25 : ：プローブピン

26 : ：プローブカード

27、 . 32 :基板 (例えばシリコン基板）

28 : ：ニ酸化シリコン

29 : ：ボロン拡散層

31 : ：信号線

32 : ：半導体基板 (シリコン基板）

33 : ： MEMSデバイス

34 : ：金属柱

発明を実施するための最良の形態

[0034] 以下、本発明に係る各用語の意義について明らかにすると共に、本発明の最良形態について説明する。

[0035] (ガラス基板）

本発明で用いられるガラス基板の材質としては、ノッケージ素子を形成するための接合相手となる基板との熱膨張率の差が ±0. 5ppmZ°C以内、より好ましくは ±0.

3ppmZ°C以内の材料が好ましい。相手がシリコン基板の場合には、例えば、バイレックスガラス基板が好ましヽ。

(導線、貫通導体）

ガラス基板を貫通させる導線としては、熱圧着時における温度にぉ、ても耐熱性を有する高融点金属が好ましい。例えば、タングステン、モリブデン、タンタルが好ましい。これらの金属を主成分とする合金であってもよい。ステンレス（例えば、 SUS316 )や銅（Cu)であってもよい。

また、熱圧着によらない場合には他の金属を用いてもよい。接着剤を用いる場合には、貴金属を用いてもよい。例えば、 Au、 Pt、 Ag、 Pdを用いてもよい。導線の径としては特に限定されな、が、半導体プロセスにお、て用いられる微細加ェ技術により導線の形成が可能である。すなわち、 1 mあるいはサブミクロンの径とすることも可能である。用途により適宜選択すればよい。一般には、！〜 1000 μ mの径の導線が用いられる。

本発明では、半導体のプロセスにおいて用いられる微細加工技術が適用可能である。微細加工技術とは、光や電子線を利用して微細パターンを基板に転写するフォトリソグラフィ等を用いて、基板に配線する技術である。例えばフォトリソグラフィによつて基板に微細パターンを転写した後、腐食液に浸すことによりエッチングを行なって、ノターンの転写されていない部分に溝を形成する。次に銅、金、又はクロム等の導体を蒸着することにより、溝に配線パターンが形成する。最後にフォトリソグラフィにより転写されたパターンと、その上に蒸着した導体を除去する。

接着剤としては気密封止が可能であり、かつ接着面からのはがれがない接着性の良好な接着剤が望まれる。粉末のフリットガラス、 SOG材が好ましい。

「SOG材」の SOGは、 Spin on Glassの略である。すなわち、液体ガラスを回転の遠心力で接合面全面に広げながら焼結させることにより、固定する方法である。接着のむらが無くなり、気密に密着させることができる。「SOG材」として、例えば Si-0結合を有するシリカ（SiO )系の材料を有機溶媒に分散させた液状の材料がある。

また、熱硬化性榭脂としては、少なくともフエニルヘプタメチルシクロテトラシロキサン及び 2, 6 シスジフエニルへキサメチルシクロテトラシロキサンを含むシリコンレジン力もなる接着剤が特に好ましい。この接着剤は特許文献 5に記載されている。優れた接着性、高温における気密性を有している（特許文献 5段落番号 0021)。

本発明にいては、スライス後の断面が気密にされる空間に晒される。導線の間を接着剤で埋設した場合には、その間から空気を排除することができるが、接着剤自体が気密にされる空間に晒される。その面積も図 3に示すように大きな面積となる。従って、その表面からの水分の脱ガス特性が問題となる。すなわち、脱ガス特性が悪く定常的に微量の水分が放出されていると、気密にされる空間側に露出されている導線が酸ィ匕される。のみならず、 MEMSデバイスも定常的に水分にさらされてしまう。水分の放出特性にっ、ては特許文献 5には記載されて、な、。熱硬化後における水分放出特性を調査したところ単位時間あたりの水分の放出量は 100°C以下において 1 ppm以下であることがわ力つた。従って、このような接着剤により導線同士の間を埋設することが可能であることがわ力つた。

「接触端子」とは、半導体基板、ガラス貫通配線基板等の表面に設けられている電極である。各基板の接触端子を直接接触させたり、リード線等を介して接続したりすることにより、信号のやりとりを行なう。

「パッケージング素子」とは、内部を真空状態、或いは不活性ガスを充填した状態で使用する半導体素子などの機能性素子を内包する素子である。微小な可動部を有する MEMS等を内包する場合も含んでいる。本発明においては、その真空度が 10— ⁶P aよりも高、真空度が達成される。

[0037] (ガラス貫通配線基板の製造方法）

図 1に、本発明によるガラス貫通配線基板の製造方法の説明図を示す。初めに (a)に示すように、ガラス基板 11に凹溝を形成し、そこに導線 12を埋め込む。凹溝形成は、例えばフォトリソグラフィによってガラス基板にパターンを転写した後、エッチングすることにより行なう。導線 12の埋め込みは、蒸着、又はスパッタリング等により行なう。

[0038] 次に (b)に示すように、導線 12の埋め込まれたガラス基板 11を接着する。ガラス基板の接着は、熱圧着、ガラス系接着剤、榭脂系接着剤、又はフッ酸 HFを用いて行なえばよい。

[0039] フッ酸 HFを用いて接着するときは、例えば非特許文献 1に記載されているように、以下の方法で行なう。

(1)接着するガラス基板を洗浄する。初めにアセトンに浸してから、メタノールに浸す。その後、イオン交換水に浸す。

(2)硫酸と過酸ィ匕水素水の混合液に浸してから、イオン交換水に浸す。

(3)希フッ酸液に浸してから、イオン交換水に浸す。

(4)ガラス基板の間に 1%の希フッ酸液を挟んで、室温で lkgf/cm²の圧力をかける。

(5)イオン交換水に浸して超音波洗浄した後、乾燥させる。

[0040] 熱圧着により接着するときは、例えば以下の方法で行なう。 (1)接着するガラス基板を洗浄する。硫酸と過酸化水素の混合液に浸漬した後、希フッ酸に浸漬する。

(2)ガラス基板を重ね合わせて、 20kg/cm²の圧力をかけながら 700°Cに加熱して、 1 時間保持する。

[0041] 榭脂系接着剤として、ロックタイト、 UV硬化榭脂、熱硬化榭脂等を用いればよ!ヽ。

特に MEMS等に利用する場合のように気密封止しておくことが必要なときは、フリットガラス、 SOG材、或いは株式会社エス 'エフ'シ一社製の iシール等のガラス系接着剤を用いることが好ましい。フリットガラスを用いて接着する方法は、例えば特許文献 3 に記載されている。すなわち、粉末状のフリットガラスを、結着榭脂を含む有機溶剤と混合して、ペースト状にする。これをガラス基板 11の表面に塗布して、接着する。

[0042] なお、ガラス基板 11に導線 12を埋め込んでカゝらガラス系接着剤を塗布した後、フッ酸 HF又は熱圧着によるガラス基板同士の接着を行なうようにすればガラス基板 11と導線 12とへの隙間の発生がより少なくなる。

[0043] また (a)において、クロム薄膜を用いて導線の埋め込みを行なった場合は、接合面を研磨してから、接合するようにした方が好ましい。クロム薄膜をエッチング等により除去しても、クロムとガラスが反応したものが残っている場合がある。この場合、特にフッ酸 HFで接着しょうとしたときに、接着しにくくなる。

[0044] 次に (c)に示すように、接合されたガラス基板をスライスした後、スライス面を研磨する。このとき、両面に接触端子 19を有するガラス貫通配線基板 14が完成する。ガラス基板の切断は、例えばワイヤーソーを用いて行なえばょ、。

[0045] その後 (d)に示すように、接続しょうとする装置の接触端子に合わせて、ガラス貫通配線基板 14の一面に新たに接触端子を追加して、再配線してもよい。 20は新たに追加した接触端子である。これを、ガラス基板 11内を貫通している接触端子 19と導線 21で接続することにより、再配線する。再配線は一面に限らず、両面に行なうようにしてもよい。

[0046] 再配線後、追加した接触端子 20に接続済みの接触端子 19、使用しない接触端子 19、及び導線 21は、マスクで覆う等して、ガラス貫通配線基板 14の表面に露出しなくなるようにしてもよい。 [0047] 以上の方法で製造することにより、ガラス基板に複数の貫通孔を形成するというような高度なガラス加工技術を用いなくても、簡単な方法でガラス貫通配線基板を製造することができる。またスライスする間隔を長くすることで、任意の厚さのガラス貫通配線基板を製造することができる。すなわち、プローブカードとして使用するとき、プローブカードピンと、テストしょうとする半導体基板の接触端子との接触を確実にするために、押し付けながら使用する。その押し付けに耐えられるように製造することができる。

[0048] また (d)に示す再配線の工程を導入することにより、一種類のガラス貫通配線基板を製造しておくだけでよぐ製造コストを抑えることができる。すなわち、一種類のガラス貫通配線基板を準備しておき、一面又は両面で再配線することにより、接触端子の間隔、配置等が異なっている装置を接続することができる。

[0049] (ガラス基板に配線する工程 1)

図 2に、微細加工技術を用いて、ガラス基板に配線する工程の一実施例を示す。初めに (a)に示すように、ガラス基板 11にクロム薄膜 15を例えば蒸着などの方法により形成する。

次に (b)に示すように、レジストパターン 16を形成する。すなわち、ガラス基板 11の一面に、レジスト膜、例えば東京応化工業株式会社製の OFPR800を成膜する。その後、フォトマスクを介して光を照射する。フォトマスクには、ガラス基板 11に埋め込まれる導線のパターンが描かれていて、照射光を通過させる。このとき、レジスト膜の光の照射した部分が、感光する。レジスト膜を現像した後、感光した部分を除去することにより、レジストパターン 16が形成される。

このように、ガラス基板 11上に直接レジストパターンを形成するのではなぐクロム薄膜 15などの金属薄膜をいつたん形成し、その上にレジストパターン 16を形成する理由は、次の通りである。

Crを設けず、直接レジストを形成する場合には、レジストとガラスの密着性が悪いために HFでエッチングするとサイドエッチングが異常に大きくなる、最悪の場合にはレジストがはがれてしまう。 Crはガラス基板との密着性が強いので Crを設けることによりかかる問題を防止して!/、る。 [0050] 次に (c)に示すように、例えばエッチングすることにより、導線を埋め込む部分のクロム薄膜 15を除去する。

更に (d)に示すように、例えばフッ酸 HFに浸してウエットエッチングすることにより、ガラス基板 11の導線を埋め込む部分に凹溝を形成する。

なお、ウエットエッチングではなくドライエッチングにより凹溝を形成してもよい。この場合、例えば、 SFガスをエッチングガスとすることが好ましい。

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次に (e)に示すように、銅、金、又はクロム等の導体を蒸着することにより、ガラス基板 11の凹溝内に導線 12を形成する。

その後 (Dに示すように、レジストパターン 16と、その上に蒸着している導体 17を除去する。

次に (g)に示すように、例えばエッチングすることにより、ガラス基板 11の表面に蒸着しているクロム薄膜 15を除去する。最後に、エッチング面を研磨する力、或いはフリツトガラス等のガラス系接着剤を塗布することにより、隙間をなくしてフラットにする。

[0051] 以上のようにして作製した、導線 12が配線されている複数枚のガラス基板 11を接着する。そしてスライスした後、そのスライス面を研磨して、ガラス貫通配線基板を完成する。

(ガラス基板に配線する工程 2)

基板がガラスの場合には、基板が榭脂の場合とは異なり、その表面に凹溝を形成する場合に、凹の開口部がその底部よりも広がってしまう。すなわち、図 2の（c)から（ d)にわたる工程にぉ、てはガラス基板の凹溝に対応する部分のエッチングを行う。エッチング後は図 2 (d)に示される凹溝が形成されるが、この凹溝は実際は、底部より開口部の方がエッチング量が多ぐ従って、ガラス基板に形成される凹溝は平行ではなぐ開口部が底部より広くなつている。その状態で導線の埋め込みを（図 2 (d)から図 2 (e)への工程)を行うと、クロム薄膜 15の直下には導線は堆積されることなく隙間が生じてしまう。

レジスト、クロム薄膜を除去した後、ガラス基板同士を積層して圧着を行うと、導線の酸ィ匕が生じ、導線の導電率の低下を招いてしまう。それは、上述した隙間に空気が入り込み、熱圧着は 600°C以上の温度で行うため、隙間の酸素と反応して導線を酸化させるためであると考えられる。なお、タングステンなどの高融点金属は、 300°C〜 400°C程度の温度においても大気に晒されると酸ィ匕してしまう。

本発明者は、圧着を真空室内で行った。しかし、導線の酸化は発生した。これは、積層後においては、隙間に巻き込まれた空気は逃げ道がないためと考えられる。本発明者は、積層自体を真空状態で行い、また、圧着も真空で行ったところ導線の酸ィ匕は発生しな力つた。積層時の真空度としては、 10— ⁴Paより高真空が好ましぐ 10" ⁶p_aより高真空がより好ましい。また、積層を真空状態で行えば、圧着は積層よりも低真空状態で行ってもよい。このように積層を真空状態で行えば、酸化しやすい高融点金属（W、 Mo、 Ta)を導線に用い、 300°C以上あるいは 600°C以上の温度に置かれたとしても導線の酸ィ匕を防止することができる。表面の酸ィ匕膜の厚さを 10 m以下あるいは 8 μ m以下さらには 3 μ m以下に抑制することが可能となる。積層時の真空度、圧着時の真空度を制御することにより 3 m以下に抑制することが可能となる。また、真空室における壁力の水分の放出を少なくすればより一層酸ィ匕膜の厚さを薄くすることができる。例えば、真空室の壁を、例えば、表面が酸化クロムにより形成されて、る材料により形成すればょ、。

なお、高融点金属以外の金属あるいは合金であっても、 600°Cにおいては、十分な強度、耐熱性を有しているものがある。例えば、 SUS316などのステンレス、銅合金、ニッケル合金、ニオブなどを用いることもできる。

次に、酸化を防止する他の方法を述べる。

本発明者は、より簡便に導線の酸ィ匕を防止することができる方法を見出した。以下に; ^ベる。

ガラス基板 11に凹溝を形成する（図 2の (d))までは、前記の工程 1と同じである。その後、レジストパターン 16とクロム薄膜 15を除去してから、導電性ペーストを塗布する。そして、乾燥、焼成させた後、塗布面を研磨することにより、凹溝の外側に塗布されたペーストを取り除くと共に、塗布面をフラットにする。

このとき、凹溝に導線が隙間無く埋め込まれる。特に銀ペーストを用いることが好ましい。銀ペーストの焼結温度はガラス基板の接合温度に近いので、ガラス基板を接合するときに、埋め込まれた銀導線の電気抵抗が劣化させることなく接合することができる。また、配線材料はペースト状態なので隙間なく凹溝を埋め込むことが可能となり、空気、水分などの残留を少なくすることができる。その面力もも導線の酸ィ匕による導電率の低下を防止することができる。

接着剤を用いる場合には、高融点金属以外の金属も広く用いることができる。例えば、 Au、 Pt、 Cr、 Tiを用いることができる。これらを用いた場合には材料自体が高い導電率を示すとともに、酸ィ匕膜も形成されにくいため好ましい。酸化膜を、以下、 8 m以下、 3 m以下に容易に抑制出来、さらには 1 m以下、 0. 以下に抑制することも可能となる。

本発明では、微細加工技術を用いることにより導線の形成が可能であるため導線の径は: m以下とすることが可能である。しかし、力かる細い導線の場合、酸化膜の形成は表面にとどまらず導線全部が酸化されてしまうこととなる。従って、導電性を確保するためには実質的には 10 μ m以上あるいはそれ以上の径とせざるを得ない。し力るに、本発明においては、表面に酸ィ匕膜が形成されることを抑制できるため導線の径も形成される酸ィ匕膜の厚さに合わせて細くすることができる。例えば、酸ィ匕膜の厚さを 0. 1 μ m以下に抑制する条件では、導線の径を例えば 1 μ mとすることができる。

[0052] (ガラス基板に配線する工程 3)

図 3に、ガラス基板に配線する工程の更に他の実施例を示す。図 2と同じものは、同一符号で示す。

初めに図 3(a)に示すように、ガラス基板 11にレジストパターン 16を形成する。

次に図 3(b)に示すように、銅、又は金等の導体を蒸着することにより、レジストパターンで覆われて、な、部分に導線 12を配線する。

その後図 3(c)に示すように、レジストパターン 16とその上に蒸着している導体 17を除去する。

最後に図 3(d)に示すように、配線されている面に、ガラス系接着剤、又は榭脂系接着剤を塗って固定する。気密封止しておくことが必要な場合は、フリットガラス 18等のガラス系接着剤を塗布して固定する方が好ましヽ。

[0053] 以上のようにして作製した配線された複数枚のガラス基板 11を接合する。そしてスライスした後、そのスライス面を研磨して、ガラス貫通配線基板を完成する。

榭脂基板を用いた場合は、貫通導線の幅及びその間隔は、 15 mが限界であった。し力し図 2又は図 3に示した方法で製造することにより、ガラス基板内に幅が 5 mの貫通導線を 5 μ mの間隔で配置させることができるようになった。

[0054] (高密度 LSIに対応したプローブカードとその製造方法）

図 1に示した方法で製造したガラス貫通配線基板 14に、プローブピンを取り付けることによって、プローブカードとして利用することができる。図 4にそのプローブカード 2 6の斜視図を示す。すなわち、片持ち梁 23と接触端子 24から成る各プローブピン 25 力ガラス貫通配線基板 14の一方の面力も露出しているそれぞれの導線 12の一端に固着される。これらのプローブピン 25を LSIの接触端子に接触させて押し付けることにより、全てのピンを確実に接触させる。そしてガラス貫通配線基板 14の他方の面に露出している導線 12の他端を測定装置に接続して、測定する。

[0055] し力しながら、 LSIの接触端子の幅と間隔は数/ z mと高密度になっていく傾向にある。この場合、貫通配線が平行になっているプローブカードでは、高密度 LSIの電気特性の測定するのはむず力しくなる。

[0056] そこで一方の面では接触端子が密に、他方の面では広がって!/、るガラス配線基板が必要になる。図 5にその製造方法を示す。

[0057] 初めに図 5(a)に示すように、ガラス基板 11に複数の凹溝を形成し、そこに導線 12を埋め込む。導線 12の埋め込みは、図 2に示した方法を用いればよい。このとき、例えば点線のようにスライス位置を示す目印を入れてお!、た方が好ま、。

次に図 5(b)に示すように、導線 12の埋め込まれたガラス基板 11を接着する。

これを点線に沿ってスライスしてから、スライス面を研磨する。このとき、図 5(c)に示すガラス貫通配線基板 22が得られる。ガラス貫通配線基板 22の下面では接触端子 19が密になっており、上面では接触端子 19の間隔が横方向に広がっている。

最後に図 5(d)に示すように、ガラス貫通配線基板 22の上面に、間隔が縦方向にも広がった接触端子 20を新たに追加する。そして対応する接触端子 19と、導線 21で接続することにより、再配線する。その後、接続済みの接触端子 19及び導線 21を、マスクで覆う等して、ガラス貫通配線基板 22の表面に露出しなくなるようにしてもよい [0058] 図 5(a)において、図 3に示した方法で配線するようにしてもよい。すなわち、ガラス基板の表面に導線を配線した後、複数のガラス基板をガラス系接着剤等で接合するようにしてもよい。

[0059] 高密度 LSIに対応したプローブカードは、例えば特許文献 4に記載されている方法によって製造することができる。その一例を、図 6に示す。

[0060] まず図 6(a)に示す基板 27を準備する。この基板としては、例えば、シリコン基板、化合物半導体基板などの半導体基板が多用される。用途によりセラミック基板、液晶基板、ガラス基板その他の基板であってもよい。以下、シリコン基板を例にとり説明する初めにシリコン基板 27を、約 1,000°Cの高温化の酸素ガス中において、熱酸化を行なう。このとき図 6(b)に示すように、表面が酸ィ匕されて、二酸ィ匕シリコン 28で覆われる。その表面に、更にレジストパターン 16を形成する。

次に、例えば緩衝フッ酸 (フッ酸と 40%フッ化アンモ-ゥム水溶液を 1 : 6の配合比で混合した溶液)でエッチングを行なって、レジストパターン 16で覆われてヽな、部分の二酸化シリコン 28を除去する。更にレジストパターン 16を除去してから、水酸化力リゥム水溶液を用、て異方性エッチングを行なうことにより、シリコン基板 27に窪みを形成する。その後、二酸ィ匕シリコン 28を除去して、（c)に示す窪みの形成されたシリコン基板 27を得る。

[0061] 次にボロン拡散層 29を形成する。そのために、シリコン基板 27を再び熱酸化して二酸ィ匕シリコン 28で覆った後、ボロン拡散層 29を形成しない部分にレジストパターン 16を形成する。そして緩衝フッ酸でエッチングを行なって、レジストパターン 16で覆われていない部分の二酸化シリコン 28を除去する。更にレジストパターン 16を除去してから、ボロンを拡散させることにより、拡散層 29を形成する。その後、二酸化シリコン 28を除去して、図 6(d)に示すボロン拡散層 29を有するシリコン基板 27を得る。

[0062] その後同じ方法で、熱酸化、レジストパターン形成、及びエッチングを繰り返しながら、例えばニッケルを蒸着することにより、図 6(e)、図 6(1)に示す接触端子 24、信号線 31を形成する。ボロン拡散層 29、接触端子 24、及び信号線 31から、プローブピン 2 5が構成される。

[0063] 次に図 6(g)に示すように、導線 12の貫通しているガラス基板 11と、シリコン基板 27 とを接合する。可動イオンを含むガラス基板を軟化させると共に、シリコン基板を陽極として両基板に高電圧を付加する陽極接合を行なうことが好ましい。このとき、静電引力により、両基板が気密に接合する。

最後に図 6(h)に示すように、例えば EPW (エチレンアミンピロカテコール水）でエッチングを行なってシリコン基板 27を除去することにより、プローブピン 25を有するプロ一ブカード 26を得る。

[0064] 以上の方法で製造したプローブカードは、 LSIに押し付けながら使用することが多い。 1ピン当たり約 2gの力が必要であるとすると、 LSIが 4万本の接触端子を有する場合に、 2 X 40,000g=80kgの力がかかる。ガラス基板 11をスライスするときに、この力に耐えうる厚さにスライスすればょ、。

[0065] ガラス基板 11として、シリコンと熱膨張係数が等ヽガラス、例えばパイレックスガラス (登録商標）を用いることが好ましい。図 6に示した方法で製造する場合、例えばガラス基板 11とシリコン基板 27とを接合するときに、貫通導線 12とプローブピン 25の位置がずれることなぐ製造することができる。また大部分の LSIはシリコン基板に配線されているが、加熱することによって貫通導線と各回路の接触端子との位置がずれることはなくなる。従って、温度を変化させながら行なうバーンインテストも可能になる。

[0066] 図 6(g)においてガラス基板 11とシリコン基板 12とを接合するときに、導線 12及び/ 又はプローブピン 25の接合面にバンプ (突起状電極)を取り付けてから、接合するようにしてもよい。バンプとして 200〜300°Cで軟化する導電性の材料、例えば金 Auとスズ Snの共晶合金、又はインジウム Inを用いることが好ましい。 2枚の基板 11、 27を接合するときに加熱しながら押し付けられる力このときバンプは軟ィ匕して押しつぶされる。その結果、各導線 12と対応する各プローブピン 25は、確実に接続される。

[0067] 図 5ではガラス貫通配線基板 22の両面の接触端子 19を直線状の導線 12で接続しているが、これに限定されない。例えば図 7に示すようにガラス基板 11内で 90度ずつ折れ曲がって、る導線 12で接続したり、或、は滑らかな曲線で接続したりするようにしてもよい。図 7(a)はガラス基板の一面に導線を配線する方法を示す図、図 7(b)は配線されたガラス基板を接着してから、スライスした後のガラス貫通配線基板の斜視図である。

[0068] (パッケージング素子とその製造方法）

本発明によるガラス貫通配線基板は、ノッケージング素子にも利用することができる。図 8にその一例であるパッケージング素子の断面図を示す。シリコン基板 32には凹溝が形成されて、例えば微小な可動部を有する MEMSデバイス 33が固定される。そこに複数本の導線 12が貫通しているガラス基板 11を載せて、密閉する。密閉する際に、凹溝内部を真空状態、或いは不活性ガスを充填した状態にする。各導線 12には、密閉したときの MEMSデバイス 33の対応する接触端子までの距離より若干長い金属柱 34を、形成しておく。すなわち、ガラス基板 11をシリコン基板 32に載せて密閉したときに、各導線 12は金属柱 34を介して MEMSデバイス 33の対応する接触端子に確実に接続される。なお、ガラス基板 11とシリコン基板 32との接合は 250〜400 。C、好ましくは 300〜350°Cの温度で行われる。

[0069] 金属柱 34の代わりにマイクロスプリングを用いて、導線 12と MEMSデバイス 33の各接触端子が確実に接続するようにしてもょヽ。

ガラス基板 11を半導体基板 (例えばシリコン基板) 32に載せて密閉するときは、次のようにするのが好ましい。ガラス基板 11の密閉する面にチタン等のゲッター剤を塗布しておく。そして真空中、或いはアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で 2枚の基板を接触させ、陽極接合することにより密閉することが好ましい。

[0070] ガラス基板 11中を貫通する導線 12は高密度に配線することができるので、接触端子が例えば数 μ mの間隔で高密度に配置されて、るデバイスのパッケージングが可會になる。

[0071] また図 5に示した方法で製造した、両面で接触端子の間隔が異なるガラス貫通配線基板を利用してもよい。すなわち、デバイスを制御する側の接触端子の間隔が広がって、るので、制御回路の配線を容易に行なうことができる。

産業上の利用可能性

[0072] 本発明は、導線の導電率の低下をもたらすことなくガラス貫通配線基板を製造することが可能なガラス貫通配線基板の製造方法及びガラス貫通配線基板を提供することがでさる。

本発明は、数万の接触端子を有する LSIの試験装置や、可動部を気密封止して使用する MEMS等に要求されるガラス貫通配線基板とその製造方法を提供することができる。

更に該ガラス貫通配線基板を用いたプローブカード、及び MEMS等のパッケージング素子を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 表面に凹溝を有し、該凹溝内に導線が埋設された複数のガラス基板同士を接合して積層されたガラス基板積層体を該導線と交差するようにスライスして得られ、該導線の表面の酸ィ匕膜の厚さが 3 m〜10 m以下であることを特徴とするガラス貫通配基板。

[2] 前記接合は熱圧着により行われていることを特徴とする請求項 1記載のガラス貫通配基板。

[3] 前記導線は高融点金属力なることを特徴とする請求項 1又は 2記載のガラス貫通配基板。

[4] 前記高融点金属はタングステン (W)、モリブデン (Mo)、タンタル (Ta)の、ずれかの金属又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする請求項 3記載のガラス貫迪配線板。

[5] 表面に凹溝を有し、該凹溝内が導電性ペーストを焼成してなる導線が隙間なく埋設された複数のガラス基板同士を接合して積層されたガラス基板積層体を導線と交差するようにスライスして得られたことを特徴とするガラス貫通配線基板。

[6] 前記導電性ペーストは銀ペーストであることを特徴とする請求項 5記載のガラス貫通配線基板。

[7] 前記導線の表面における酸ィ匕膜の厚さは 1 μ m〜 10 m以下であることを特徴とする請求項 5又は 6記載のガラス貫通配線基板。

[8] 表面に凸状の導線が形成され、隣り合う凸状の導線同士の間に熱硬化した接着剤が隙間なく埋設された複数のガラス基板同士が当該接着剤により接合されて積層されたガラス基板積層体を該導線と交差するようにスライスして得られたことを特徴とするガラス貫通配線基板。

[9] 前記接着剤は、フリットガラス又は SOG剤であることを特徴とする請求項 6ないし 8の

V、ずれか 1項記載のガラス貫通配線基板。

[10] 前記接着剤は、少なくともフエニルヘプタメチルシクロテトラシロキサン及び 2, 6—シスージフエニルへキサメチルシクロテトラシロキサンを含むシリコンレジンからなることを特徴とする請求項 6な、し 8の、ずれか 1項記載のガラス貫通配線基板。

[11] ガラス表面に凹溝を形成する工程、

表面を研磨する工程、

よりなることを特徴とするガラス貫通配線基板の製造方法。

[12] 前記導電性ペーストは銀ペーストであることを特徴とする請求項 11記載のガラス貫通配線基板の製造方法。

[13] ガラス基板の表面に凸状の導線を形成する工程、

[14] 前記導線は高融点金属力なることを特徴とする請求項 13記載のガラス貫通配線基板の製造方法。

[15] 前記高融点金属はタングステン (W)、モリブデン (Mo)、タンタル (Ta)の!、ずれかの金属又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする請求項 14記載のガラス貫通配線基板の製造方法。

[16] 前記接着剤は、フリットガラス又は SOG剤であることを特徴とする請求項 13記載のガラス貫通配線基板の製造方法。

[17] 前記接着剤は、少なくともフエニルヘプタメチルシクロテトラシロキサン及び 2, 6—シスージフエニルへキサメチルシクロテトラシロキサンを含むシリコンレジンからなることを特徴とする請求項 13記載のガラス貫通配線基板の製造方法。

[18] 前記凹溝の形成はフォトリソグラフ技術を用いた微細加工技術により行うことを特徴とする請求項 11記載のガラス貫通配線基板の製造方法。

[19] 前記ガラス基板はシリコンと熱膨張係数の差が ±0. 3ppmZ°C以内のガラス力もなるガラス基板であることを特徴とする請求項 1乃至 10のいずれか 1項記載のガラス貫迪配線板。

[20] 前記ガラスはパイレックスガラスであることを特徴とする請求項 19記載のガラス貫通配線基板。

[21] 請求項 11ないし 18のいずれ力 1項記載のガラス貫通配線基板の製造方法により製造されたガラス貫通配線基板の一面又は両面で接触端子を再配線する工程を行なうことを特徴とするガラス貫通配線基板の製造方法。

[22] 請求項 21記載のガラス貫通配線基板を用いたことを特徴とするプローブカード。

[23] 内部に素子を有する基板と請求項 21記載のガラス貫通配線基板とを接合させた構成としたことを特徴とするパッケージング素子。