JP2009238957A

JP2009238957A - 基板へのビアの形成方法

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Publication number: JP2009238957A
Application number: JP2008082102A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Tone; 薫戸根; Takumi Taura; 巧田浦
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】基板の反りを低減できる基板へのビアの形成方法を提供する。
【解決手段】貫通孔形成工程の後で基板２０ａの一表面側に各貫通孔２２が閉塞されないように金属薄膜２６を形成した後、基板２０ａの上記一表面側に各貫通孔２２および各貫通孔２２の周部の金属薄膜２６を露出させる複数の開口部６１ａを有するレジスト層６１を形成してから、基板２０ａの上記一表面側に各貫通孔２２を閉塞する複数の島状の導体部２７を電気めっきにより形成し、その後で基板２０ａの上記他表面側に対向配置した上記陽極と基板２０ａの上記一表面側において各貫通孔２２を閉塞している導体部２７からなる陰極との間に通電してそれぞれビア２４となる複数の金属部を各導体部２７における貫通孔２２側の露出表面から基板２０ａの厚み方向に沿って析出させ、その後、レジスト層６１および当該レジスト層６１下の金属薄膜２６を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板へのビアの形成方法に関するものである。

従来から、ビアを有するデバイスやパッケージの応用分野として、例えば、ＬＥＤチップを用いた発光装置、物理量センサ（加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサなど）、赤外線センサ、高周波デバイス（ＲＦ−ＭＥＭＳ、マイクロリレーなど）、マイクロバルブ、音響センサ、化学センサ、半導体装置（例えば、集積回路装置など）などが知られており、半導体基板や絶縁性基板（例えば、ガラス基板）などの基板へのビアの形成方法が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１〜３照）。

ここにおいて、上記特許文献１には、基板に形成した複数の貫通孔内へビア（貫通孔配線）となる導電性材料を充填する方法として、溶融金属埋め戻し法を採用することが記載され、上記特許文献３，４には、電気めっき法が記載されている。

ここで、上記特許文献２に記載された基板へのビア（貫通孔配線）の形成方法の一例について図１１に基づいて説明する。

まず、半導体基板からなる基板２４０の一表面（図１１（ａ）の上面）における貫通孔形成予定部位にエッチング加工などによって貫通孔用の凹部２４０ａを形成することにより、図１１（ａ）に示す構造を得る。

その後、ＣＶＤ法や熱酸化法などによって基板２４０の上記一表面および凹部２４０ａの内面に絶縁層２４３ａを形成するとともに基板２４０の他表面（図１１（ａ）の下面）に絶縁層２４３ｂを形成し、続いて、基板２４０の上記一表面および凹部２４０ａの内面に形成されている絶縁層２４３ａに金属材料（例えば、銅、ニッケルなど）からなる金属薄膜２４４をＣＶＤ法やスパッタ法などによって積層することによって、図１１（ｂ）に示す構造を得る。

その後、金属薄膜２４４をシード層として電気めっき法などによって金属材料（例えば、銅、ニッケルなど）からなる金属部２４５を析出（堆積）させることにより、図１１（ｃ）に示す構造を得る。

その後、基板２４０の上記他表面側をＣＭＰ技術などによって研磨して貫通孔２４２を完成させ、続いて、金属部２４５のうち基板２４０の上記一表面側における不要部分を除去することによって、図１１（ｄ）に示す構造を得る。ここに、図１１（ｄ）では、金属部２４５のうち貫通孔２４２に埋め込まれている部分が貫通配線２４６を構成している。

次に、上記特許文献３に記載された基板へのビア（貫通孔配線）の形成方法の一例について図１２に基づいて説明する。

まず、絶縁性基板からなる基板３４０にエッチング加工などによって厚み方向に貫通する複数の貫通孔３４２を形成することにより、図１２（ａ）に示す構造を得る。

その後、基板３４０の一表面側に金属薄膜３４４をスパッタ法などによって形成することにより、図１２（ｂ）に示す構造を得る。続いて、金属薄膜３４４をシード層として電気めっき法によって金属を析出させることで基板３４０の上記一表面側において各貫通孔３４２を閉塞する導体部３４５を形成することにより、図１２（ｃ）に示す構造を得る。

その後、基板３４０の他表面側に対向配置した陽極（図示せず）と基板３４０の上記一表面側において各貫通孔３４２を閉塞している導体部３４５からなる陰極との間に通電して金属部３４６を各導体部３４５における貫通孔３４２側の露出表面から基板３４０の厚み方向に沿って析出させ、続いて、各金属部３４６のうち基板３４０の上記他表面側に突出した不要部分を除去するＣＭＰを行うことによって、図１２（ｄ）に示す構造を得る。

その後、基板３４０の上記一表面側の導体部３４５を除去するＣＭＰを行うことによって、金属部３４６からなるビアが完成した図１２（ｅ）に示す構造を得る。
特開２００２−２３７４６８号公報特開２００３−３２８１８０号公報特開２００６−１１１８９６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された溶融金属埋め戻し法を利用してビアを形成する基板へのビアの形成方法では、減圧雰囲気中で例えば３００℃の溶融金属（溶融すず）に基板を浸漬し、その後、雰囲気を大気圧に戻すようにしているが、溶融金属の硬化時の収縮により応力が生じて基板が反ってしまう。

また、上記特許文献２に記載された基板へのビアの形成方法では、金属部２４５を形成する電気めっきを行うことにより、図１１（ｃ）に示すように金属部２４５が基板２４０の上記一表面側の全体に形成されるので、めっき応力により基板２４０が反ってしまい、その後、金属部２４５のうち基板２４０の上記一表面側における不要部分を除去しても、基板２４０の反りが残ってしまう。

また、上記特許文献３に記載された基板へのビアの形成方法では、基板３４０の上記一表面側において各貫通孔３４２を閉塞する導体部３４５を形成することにより、図１２（ｃ）に示すように導体部３４５が基板３４０の上記一表面側の全体に形成されるので、めっき応力によって基板３４０が反ってしまい、その後、導体部３４５の不要部分を除去しても、基板３４０の反りが残ってしまう。

ところで、ビアを有する基板を備えたデバイスの製造時に、基板が反ってしまうと、その後の工程において、ロボットアームによる基板の搬送ができなくなったり、加工精度の低下（特に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を利用したパターニングや、研磨技術を利用した平坦化などの加工精度の低下）や、歩留まりの低下の原因となったり、デバイスの特性低下（例えば、物理量センサのセンサ特性など）の原因となることが考えられる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、基板の反りを低減できる基板へのビアの形成方法を提供することにある。

請求項１の発明は、基板へのビアの形成方法であって、基板に厚み方向に貫通する複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、貫通孔形成工程の後で基板の一表面側に各貫通孔が閉塞されないように金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程と、金属薄膜形成工程の後で基板の前記一表面側に各貫通孔および各貫通孔の周部の金属薄膜を露出させる複数の開口部を有するレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、レジスト層形成工程の後で基板の前記一表面側に各貫通孔を閉塞する複数の島状の導体部を電気めっきにより形成する第１の電気めっき工程と、第１の電気めっき工程の後で基板の他表面側に対向配置した陽極と基板の前記一表面側において各貫通孔を閉塞している導体部からなる陰極との間に通電してそれぞれビアとなる複数の金属部を各導体部における貫通孔側の露出表面から基板の厚み方向に沿って析出させる第２の電気めっき工程と、第２の電気めっき工程の後でレジスト層を除去する不要部除去工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、貫通孔形成工程の後で基板の一表面側に各貫通孔が閉塞されないように金属薄膜を形成した後、基板の前記一表面側に各貫通孔および各貫通孔の周部の金属薄膜を露出させる複数の開口部を有するレジスト層を形成してから、基板の前記一表面側に各貫通孔を閉塞する複数の島状の導体部を電気めっきにより形成し、その後で基板の他表面側に対向配置した陽極と基板の前記一表面側において各貫通孔を閉塞している導体部からなる陰極との間に通電してそれぞれビアとなる複数の金属部を各導体部における貫通孔側の露出表面から基板の厚み方向に沿って析出させ、その後、レジスト層を除去するので、基板の前記一表面側において各貫通孔を閉塞する複数の導体部が島状に形成されており、基板の前記一表面側の全体に連続した導体部が形成されている場合に比べて、めっき応力を低減でき、基板の反りを低減できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記基板が半導体基板であり、前記貫通孔形成工程と前記金属薄膜形成工程との間に、前記基板の前記一表面および前記他表面および前記各貫通孔の内周面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を備えることを特徴とする。

この発明によれば、前記基板として半導体基板を用いた場合には、前記金属薄膜を形成する前に前記基板の前記一表面および前記他表面および前記各貫通孔の内周面に絶縁膜が形成されているので、前記ビアと前記基板とが電気的に接続されるのを防止することができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記各導体部が前記基板の前記一表面側の導体パターンを兼ねるものであり、前記レジスト層形成工程では、前記開口部の開口形状を前記導体パターンに合わせて設定してあることを特徴とする。

この発明によれば、前記不要部除去工程の後に残った前記各導体部を導体パターンとして利用することができる。

請求項１の発明では、基板の反りを低減できるという効果がある。

以下、本実施形態では、基板へのビアの形成方法を利用して形成されるデバイスの一例としての発光装置について図８〜図１０に基づいて説明してから、基板へのビアの形成方法について図１〜図７に基づいて説明する。

発光装置は、図８および図９に示すように、ＬＥＤチップからなる発光素子１と、発光素子１を収納する収納凹所２ａが一表面に形成された実装基板２と、実装基板２の上記一表面側において収納凹所２ａを閉塞する形で実装基板２に固着された透光性部材３と、実装基板２に設けられ発光素子１から放射された光を検出する光検出素子（受光素子）４と、実装基板２の収納凹所２ａに充填された透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど）からなり発光素子１および当該発光素子１に電気的に接続されたボンディングワイヤ１４を封止した封止部５と備えている。ここで、実装基板２は、上記一表面側において収納凹所２ａの周部から内方へ突出した庇状の突出部２ｃを有しており、当該突出部２ｃに光検出素子４が設けられている。

実装基板２は、発光素子１が一表面側に実装される矩形板状のベース基板２０と、ベース基板２０の上記一表面側に対向配置され円形状の光取出窓４１が形成されるとともに光検出素子４が形成された光検出素子形成基板４０と、ベース基板２０と光検出素子形成基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する矩形状の開口窓３１が形成された中間層基板３０とで構成されており、ベース基板２０と中間層基板３０と光検出素子形成基板４０とで囲まれた空間が上記収納凹所２ａを構成している。ここにおいて、ベース基板２０および中間層基板３０および光検出素子形成基板４０の外周形状は矩形状であり、中間層基板３０および光検出素子形成基板４０はベース基板２０と同じ外形寸法に形成されている。また、光検出素子形成基板４０の厚み寸法はベース基板２０および中間層基板３０の厚み寸法に比べて小さく設定されている。本実施形態では、光検出素子形成基板４０において中間層基板３０の開口窓３１上に張り出した部位が、上述の突出部２ｃを構成している。なお、本実施形態では、実装基板２と透光性部材３とでパッケージを構成しているが、透光性部材３は、必ずしも設けなくてもよく、必要に応じて適宜設ければよい。また、実装基板２における光検出素子形成基板４０も必ずしも設ける必要はない。

上述のベース基板２０、中間層基板３０、光検出素子形成基板４０は、それぞれ、導電形がｎ形で主表面が（１００）面のシリコン基板（半導体基板）２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成してある。ここにおいて、中間層基板３０は、開口窓３１の内側面が、アルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液など）を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面により構成されており（つまり、中間層基板３０は、開口窓３１の開口面積がベース基板２０から離れるにつれて徐々に大きくなっており）、発光素子１から放射された光を前方へ反射するミラーを構成している。

ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの一表面側（図８における上面側）に、発光素子１の両電極それぞれと電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａが形成されるとともに、中間層基板３０に形成された後述の２つのビア３４，３４（以下、貫通孔配線３４，３４とも称する）を介して光検出素子４と電気的に接続される２つの導体パターン２５ｂ，２５ｂが形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂとシリコン基板２０ａの他表面側（図８における右面側）に形成された４つの外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂとがそれぞれ配線用のビア２４（以下、貫通孔配線２４ａとも称する）を介して電気的に接続されている。また、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、中間層基板３０と接合するための接合用金属層２９も形成されている。

本実施形態における発光素子１は、結晶成長用基板として導電性基板を用い厚み方向の両面に電極（図示せず）が形成された可視光ＬＥＤチップである。そこで、ベース基板２０は、発光素子１が電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａのうちの一方の導体パターン２５ａを、発光素子１がダイボンディングされる矩形状のダイパッド部２５ａａと、ダイパッド部２５ａａに連続一体に形成され貫通孔配線２４ａとの接続部位となる引き出し配線部２５ａｂとで構成してある。要するに、発光素子１は、上記一方の導体パターン２５ａのダイパッド部２５ａａにダイボンディングされており、ダイパッド部２５ａａ側の電極がダイパッド部２５ａａに接合されて電気的に接続され、光取り出し面側の電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２５ａと電気的に接続されている。なお、発光素子１としては、光取出し面側に両電極が形成されたものを用いてもよい。

また、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの上記他表面側に、シリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料からなる矩形状の放熱用パッド部２８が形成されており、ダイパッド部２５ａａと放熱用パッド部２８とがシリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数（本実施形態では、９個）の円柱状のビア２４（以下、サーマルビア２４ｂとも称する）を介して熱的に結合されており、発光素子１で発生した熱が各サーマルビア２４ｂおよび放熱用パッド部２８を介して放熱されるようになっている。

ところで、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａに、上述の各ビア２４それぞれが内側に形成される複数の貫通孔２２が厚み方向に貫設され、シリコン基板２０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８、各ビア２４がシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。

ここにおいて、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８は、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、シリコン基板２０ａの上記一表面側の各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９が同時に形成され、シリコン基板２０ａの上記他表面側の各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８が同時に形成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜２３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、ビア２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉ、Ａｌなどを採用してもよい。

中間層基板３０は、シリコン基板３０ａの一表面側（図８における下面側）に、ベース基板２０の２つの接続用金属層（以下、第１の接続用金属層と称す）２５ｂ，２５ｂと接合されて電気的に接続される２つの第２の接続用金属層（図示せず））３５，３５が形成されるとともに、ベース基板２０の接合用金属層２９と接合される接合用金属層３６が形成されている。また、中間層基板３０は、シリコン基板３０ａの他表面側（図８における上面側）に、貫通孔配線３４，３４を介して各第２の接続用金属層３５，３５と電気的に接続される２つの第３の接続用金属層３７，３７が形成されるとともに、光検出素子形成基板４０と接合するための接合用金属層３８（図９参照）が形成されている。

また、中間層基板３０は、上述の２つの貫通孔配線３４それぞれが内側に形成される２つの貫通孔３２がシリコン基板３０ａの厚み方向に貫設され、シリコン基板３０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔３２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜３３が形成されており、第２の接続用金属層３５，３５、第３の接続用金属層３７，３７および各接合用金属層３６，３８がシリコン基板３０ａと電気的に絶縁されている。ここにおいて、第２の接続用金属層３５，３５、第３の接続用金属層３７，３７および各接合用金属層３６，３８は、絶縁膜３３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、シリコン基板３０ａの上記一表面側の第２の接続用金属層３５，３５と接合用金属層３６とが同時に形成され、シリコン基板３０ａの上記他表面側の第３の接続用金属層３７，３７と接合用金属層３８とが同時に形成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜３３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜３３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、貫通孔配線３４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉ、Ａｌなどを採用してもよい。

光検出素子形成基板４０は、シリコン基板４０ａの一表面側（図８における下面側）に、中間層基板３０の２つの接続用金属層３７，３７と接合されて電気的に接続される２つの第４の接続用金属層４７，４７が形成されるとともに、中間層基板３０の接合用金属層３８と接合される接合用金属層（図示せず）が形成されている。ここにおいて、光検出素子４は、フォトダイオードにより構成されており、光検出素子形成基板４０に形成された２つの第４の接続用金属層４７，４７の一方の第４の接続用金属層４７が、光検出素子４を構成するフォトダイオードのｐ形領域４ａに電気的に接続され、他方の第４の接続用金属層４７が、上記フォトダイオードのｎ形領域４ｂを構成するシリコン基板４０ａに電気的に接続されている。

また、光検出素子形成基板４０は、シリコン基板４０ａの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜４３が形成されており、当該絶縁膜４３がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、光検出素子形成基板４０は、上記一方の第４の接続用金属層４７が、絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ａを通してｐ形領域４ａと電気的に接続され、上記他方の第４の接続用金属層４７が絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ｂを通してｎ形領域４ｂと電気的に接続されている。ここにおいて、２つの第４の接続用金属層４７，４７および上記接合用金属層は、絶縁膜４３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜４３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜４３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。

上述の実装基板２の形成にあたっては、例えば、光検出素子４、絶縁膜４３、各第４の接続用金属層４７，４７、および上記接合用金属層が形成されたシリコン基板４０ａと中間層基板３０とを接合する第１の接合工程を行った後、シリコン基板４０ａを所望の厚みまで研磨する研磨工程を行い、その後、ＩＣＰ型のドライエッチング装置などを用いてシリコン基板４０ａに光取出窓４１を形成する光取出窓形成工程を行うことで光検出素子形成基板４０を完成させてから、発光素子１が実装されたベース基板２０（発光素子１が搭載されボンディングワイヤ１４の結線が行われたベース基板２０）と中間層基板３０とを接合する第２の接合工程を行うようにすればよい。ここにおいて、第１の接合工程、第２の接合工程では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する常温接合法を採用しているが、常温接合法に限らず、上述の各接合表面の正常化・活性化を行ってから、接合表面を接触させ常温よりも高い規定温度（例えば、８０℃）で直接接合するようにしてもよい。

上述の第１の接合工程では、シリコン基板４０ａの上記一表面側の上記接合用金属層と中間層基板３０の接合用金属層３８とが接合されるとともに、シリコン基板４０ａの上記一表面側の第４の接続用金属層４７，４７と中間層基板３０の第３の接続用金属層３７，３７とが接合され電気的に接続される。ここで、第４の接続用金属層４７，４７と第３の接続用金属層３７，３７との接合部位が、貫通孔配線３４に重なる領域からずれるようにパターン設計しておけば、第４の接続用金属層４７，４７と第３の接続用金属層３７，３７との互いの接合面の平坦度を高めることができ、特に常温接合法により接合する際の接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。また、第２の接合工程では、ベース基板２０の接合用金属層２９と中間層基板３０の接合用金属層３６とが接合されるとともに、ベース基板２０の第１の接続用金属層２５ｂ，２５ｂと中間層基板３０の第２の接続用金属層３５，３５とが接合され電気的に接続される。ここで、本実施形態では、第１の接続用金属層２５ｂ，２５ｂと第２の接続用金属層３５，３５との接合部位を、貫通孔配線２４ａに重なる領域および貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、第１の接続用金属層２５ｂ，２５ｂと第２の接続用金属層３５，３５との互いの接合面の平坦度を高めることができ、特に常温接合法により接合する際の接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。

また、上述の透光性部材３は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど）からなる透光性基板を用いて形成してある。ここで、透光性部材３は、実装基板２と同じ外周形状の矩形板状に形成されており、実装基板２側とは反対の光取り出し面に、発光素子１から放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されている。ここにおいて、透光性部材３の光取り出し面に形成する微細凹凸構造は、多数の微細な凹部が２次元周期構造を有するように形成されている。なお、上述の微細凹凸構造は、例えば、レーザ加工技術やエッチング技術やインプリントリソグラフィ技術などを利用して形成すればよい。また、微細凹凸構造の周期は、発光素子１の発光ピーク波長の１／４〜１００倍程度の範囲で適宜設定すればよい。

本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述の各シリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａとして、それぞれベース基板２０、中間層基板３０、光検出素子形成基板４０を多数形成可能なシリコンウェハを用いるとともに、上述の透光性基板として透光性部材３を多数形成可能なウェハ状のもの（透光性ウェハ）を用い、上述の第１の接合工程、研磨工程、光取出窓形成工程、第２の接合工程、実装基板２の収納凹所２ａに透光性材料を充填して封止部５を形成する封止部形成工程、封止部形成工程の後で実装基板２と透光性部材３とを接合する第３の接合工程などの各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、ダイシング工程により実装基板２のサイズに分割されている。したがって、ベース基板２０と中間層基板３０と光検出素子形成基板４０と透光性部材３とが同じ外形サイズとなり、小型のパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。また、中間層基板３０におけるミラーと光検出素子形成基板４０における光検出素子４との相対的な位置精度を高めることができ、発光素子１から側方へ放射された光がミラーにより反射されて光検出素子４へ導かれる。

上述の発光装置では、発光素子１として可視光ＬＥＤチップを用いているが、発光素子１は、可視光ＬＥＤチップに限らず、紫外光ＬＥＤチップや、ＬＥＤチップと当該ＬＥＤチップに積層され少なくとも当該ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて当該ＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体により形成された蛍光体層とで構成されたものや、有機ＥＬ素子でもよい。また、発光素子１としては、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する導電性基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。また、発光素子１の数は、１個に限らず、発光色が同じ或いは異なる複数の発光素子を用いてもよい
また、光検出素子４は、フォトダイオードに限らず、例えば、フォトダイオードとカラーフィルタとを組み合わせたカラーセンサや、フォトダイオードと波長選択フィルタとを組み合わせたものなどでもよい。また、光検出素子４は、必ずしも設ける必要はない。

以下、上述のシリコン基板２０ａ（以下、基板２０ａという）へのビア２４の形成方法について図１〜図７に基づいて説明する。

まず、基板２０ａの一表面側（ここでは、シリコン基板２０ａの上記他表面側）および他表面側（ここでは、シリコン基板２０ａの上記一表面側）に熱酸化法によってシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程を行い、その後、基板２０ａにビア２４形成用の貫通孔２２を形成する際のマスクを形成するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して基板２０ａの上記他表面側のシリコン酸化膜をパターニングし、当該パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置により基板２０ａを上記一表面側から上記他表面側のシリコン酸化膜に達するまでドライエッチングすることで基板２０ａの厚み方向に貫通する複数の貫通孔２２を形成する貫通孔形成工程を行い、続いて、各シリコン酸化膜をエッチング除去する酸化膜除去工程を行ってから、基板２０ａの上記一表面側および上記他表面側および各貫通孔２２の内面（内周面）に熱酸化法によってシリコン酸化膜からなる絶縁膜２３を形成する絶縁膜形成工程を行い、更にその後、基板２０ａの上記一表面側に各貫通孔２２が閉塞されないように金属材料からなる金属薄膜２６をスパッタ法などにより形成する金属薄膜形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。なお、金属薄膜形成工程にて形成される金属薄膜２６の一部は、基板２０ａの上記一表面側において各貫通孔２２の内側にも形成される。なお、本実施形態では、金属薄膜２６を絶縁膜２３上に形成されたＣｒ膜と当該Ｃｒ膜上に形成されたＣｕ膜との積層膜により構成してある。なお、本実施形態では、基板２０ａとして厚さが３００μｍのシリコンウェハ（シリコン基板）を用いており、貫通孔２２の内径を２０μｍに設定し、絶縁膜２３上のＣｒ膜の膜厚を０．０３μｍ、Ｃｒ膜上のＣｕ膜の膜厚を０．４μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ただし、貫通孔２２の内径については、デバイスの小型化の観点から、５μｍ〜５０μｍの範囲で設定することが好ましい。また、Ｃｕ膜の膜厚については、後述のレジスト層形成工程において表面が酸化されることを考慮して０．２μｍ以上とすることが好ましい。

上述の金属薄膜形成工程の後、基板２０ａの上記一表面側に各貫通孔２２および各貫通孔２２の周部の金属薄膜２６を露出させる複数の開口部６１ａを有するレジスト層６１を形成するレジスト層形成工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。レジスト層６１の形成にあたっては、感光性のフォトレジストをスピンコート法などにより塗布してから、露光、現像すればよい。

上述のレジスト層形成工程の後、基板２０ａの上記一表面側に各貫通孔２２を閉塞する複数の島状の導体部２７を電気めっきにより形成する第１の電気めっき工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。第１の電気めっき工程では、めっき液として硫酸銅めっき液を用い、基板２０ａの上記一表面側にめっき液を介して対向配置した銅板からなる陽極（図示せず）と基板２０ａの上記一表面側の金属薄膜２６からなる陰極との間に通電することで導体部２７を形成する。

上述の第１の電気めっき工程の後、めっき液として硫酸銅めっき液を用い、基板２０ａの上記他表面側に対向配置した銅板からなる陽極（図示せず）と基板２０ａの上記一表面側において各貫通孔２２を閉塞している導体部２７からなる陰極との間に通電してそれぞれビア２４となる金属材料（ここでは、Ｃｕ）からなる複数の金属部を各導体部２７における貫通孔２２側の露出表面から基板２０ａの厚み方向に沿って析出させる第２の電気めっき工程を行い（つまり、第２の電気めっき工程では、ビア２４となる金属部をボトムアップ成長させている）、その後、金属部のうちシリコン基板２０ａの上記他表面側に形成された不要部分をＣＭＰなどによって除去する研磨工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。なお、上記金属材料は、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどでもよい。

上述の研磨工程の後でレジスト層６１および当該レジスト層６１下の金属薄膜２６を除去する不要部除去工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造を得る。ここにおいて、不要部除去工程では、レジスト層６１を有機溶剤などを用いて除去し、その後、金属薄膜２６をエッチング液を用いて除去している。なお、本実施形態では、基板２０ａの上記一表面側の各導体部２７を残して、外部接続用電極２７ａ，２７ｂや放熱用パッド部２８を構成するようにしいているが、各導体部２７をＣＭＰなどによって除去してから、外部接続用電極２７ａ，２７ｂおよび放熱用パッド部２８を形成するようにしてもよい（この場合には、各導体部２７をＣＭＰなどにより除去する際に金属薄膜２６もＣＭＰなどにより除去するようにしてもよい）。なお、上述のベース基板２０を完成させるには、不要部除去工程の後で、基板２０ａの上記他表面側に、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９を、薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して同時に形成すればよい。

ところで、本実施形態の基板２０ａのビア２４の形成方法においては、上述の第１の電気めっき工程において、めっき液（硫酸銅めっき液）に、めっき促進剤７１およびめっき抑制剤７２を添加しており、ここにおいて、めっき促進剤７１は、図２（ａ）に示すように、貫通孔２２の内側の金属薄膜２６の表面に多く付着してめっきを促進させる機能を有し、めっき抑制剤７２は、基板２０ａの上記一表面側で金属薄膜２６の表面に多く付着してめっきを抑制する機能を有している。したがって、めっき液中にめっき促進剤７１およびめっき抑制剤７２を添加剤として添加しておくことにより、これら添加剤の作用により貫通孔２２を閉塞しやすくなり、めっき促進剤７１およびめっき抑制剤７２を添加していないめっき液を用いた場合に形成される導体部２７（図３参照）に比べて、図２（ｂ）に示すように導体部２７の厚みを薄くすることができる。なお、めっき促進剤７１として、例えば、ビス（３−スルホプロピル）ジスルフィド（ＳＰＳ）を用い、めっき抑制剤７２として、分子量が３０００〜８０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を用いているが、これらの材料は特に限定するものではない。

また、第２の電気めっき工程では、一定電流あるいは一定電圧の条件で電気めっきを行えばよく、貫通孔２２内側のめっきが終わって更にめっきを続けることにより図４に示すように金属部２４がマッシュルーム状に形成されるから、一定電流の条件で電気めっきを行った場合には、めっき電圧がめっき時間の経過とともに図５に示すように変化するので、めっき電圧の変化率が第１の規定値よりも大きくなった時点をめっき終了時点（充填完了時点）として通電を終了するようにすればめっきを過不足なく行うことができる。また、一定電圧の条件で電気めっきを行った場合には、めっき電流がめっき時間の経過とともに図６に示すように変化するので、めっき電流の変化率が第２の規定値よりも大きくなった時点をめっき終了時点（充填完了時点）として通電を終了するようにすればめっきを過不足なく行うことができる。ただし、めっき電圧やめっき電流の変化率によりめっき終了時点を判断する場合には、基板２０ａの上記一表面側の導体部２７へめっき電流の回り込みあると、めっき電圧やめっき電流の変化率が小さく、適宜のプログラムを搭載したコンピュータなどからなる制御装置によるめっき終了時点の判断が難しくなるので、導体部２７の裏面側にはめっきされないようにマスキングすることが好ましい。

以上説明した本実施形態の基板２０ａへのビアの形成方法によれば、貫通孔形成工程の後で基板２０ａの上記一表面側に各貫通孔２２が閉塞されないように金属薄膜２６を形成した後、基板２０ａの上記一表面側に各貫通孔２２および各貫通孔２２の周部の金属薄膜２６を露出させる複数の開口部６１ａを有するレジスト層６１を形成してから、基板２０ａの上記一表面側に各貫通孔２２を閉塞する複数の島状の導体部２７を電気めっきにより形成し、その後で基板２０ａの上記他表面側に対向配置した上記陽極と基板２０ａの上記一表面側において各貫通孔２２を閉塞している導体部２７からなる陰極との間に通電してそれぞれビア２４となる複数の金属部を各導体部２７における貫通孔２２側の露出表面から基板２０ａの厚み方向に沿って析出させ、その後、レジスト層６１および当該レジスト層６１下の金属薄膜２６を除去するので、基板２０ａの上記一表面側において各貫通孔２２を閉塞する複数の導体部２７が島状に形成されており、基板２０ａの上記一表面側の全体に連続した導体部が形成されている場合に比べて、めっき応力を低減でき、基板２０ａの反りを低減できる。

ここにおいて、一般的にウェハの一表面全面にめっき膜を形成した場合のウェハの反りｈ〔μｍ〕は、ウェハの厚さをＴ〔μｍ〕、ウェハのヤング率をＥ〔Ｐａ〕、ウェハのポアソン比をν、めっき膜厚をｔ〔μｍ〕、めっき径（ウェハの直径）をＤ〔μｍ〕、めっき応力をσ〔Ｐａ〕とすると、下記数１で表される。

上記数１から分かるようにウェハの反りｈは、めっき応力σが同一であれば、めっき面積（≒πＤ^２／４）に比例して大きくなるのに対して、本実施形態の基板２０ａへのビア２４の形成方法によれば、第１の電気めっき工程よりも前にレジスト層６１を形成することで基板２０ａの上記一表面に平行な面内において導体部２７が形成される領域の面積を小さくすることができ、基板２０ａの反りを小さくすることができる。また、本実施形態の基板２０ａへのビア２４の形成方法によれば、上述の第１の電気めっき工程で用いるめっき液にめっき促進剤７１およびめっき抑制剤７２を添加しているので、基板２０ａの上記一表面側の導体部２７の厚みを薄くすることができるので、基板２０ａの反りをより小さくすることができる。

しかして、ビア２４を有する基板２０ａを備えたデバイスの製造時に、ビア２４形成後の工程において、ロボットアームによる基板２０ａの搬送を安定して行うことができるとともに、加工精度の低下（特に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を利用したパターニングや、研磨技術を利用した平坦化などの加工精度の低下）や、歩留まりの低下を防止することができ、デバイスの特性低下を防止することができる。

ここにおいて、本実施形態の基板２０ａへのビア２４の形成方法を上述のベース基板２０の形成方法に適用し、中間層基板３０の形成方法に準用すれば、ベース基板２０および中間層基板３０の反りを低減できるので、上述の第１の接合工程および第２の接合工程の歩留まりを向上でき、発光装置の低コスト化を図れる。

また、上述の基板２０ａへのビア２４の形成方法においては、基板２０ａとしてシリコン基板のような半導体基板を用いているが、貫通孔形成工程と金属薄膜形成工程との間に、基板２０ａの上記一表面および上記他表面および各貫通孔２２の内周面に絶縁膜２３を形成する絶縁膜形成工程を行うので、金属薄膜２６を形成する前に基板２０ａの上記一表面および上記他表面および各貫通孔２２の内周面に絶縁膜２３が形成されており、ビア２４と基板２０ａとが電気的に接続されるのを防止することができる。なお、本実施形態では、基板２０ａとして半導体基板を用いた例を説明したが、基板２０ａは、半導体基板に限らず、金属板や絶縁性基板（例えば、ガラス基板など）でもよく、絶縁性基板を用いる場合には、上述の絶縁膜形成工程は不要である。

また、本実施形態の基板２０ａへのビア２４の形成方法において、各導体部２７が基板２０ａの上記一表面側の導体パターン（図７では、導体パターンとして外部接続用電極２７ａ，２７ａ、放熱用パッド部２８を図示してある）を兼ねるようにし、レジスト層形成工程で、開口部６１ａの開口形状をこれら導体パターンに合わせて設定するようにすれば、上記不要部除去工程の後に残った各導体部２７を導体パターンとして利用することができる。なお、上記不要部除去工程では、レジスト層６１下の金属薄膜２６も除去しているが、必ずしもレジスト層６１下の金属薄膜２６の全部を除去する必要はなく、例えば、ビア２４のうち上述の貫通孔配線２４ａを構成するビア２４周辺の金属薄膜２６を除去し、ビア２４のうち上述のサーマルビア２４ｂを構成するビア２４周辺の金属薄膜２６を残すようにしてもよい。

また、上述の基板２０ａのビア２４の形成方法によれば、上述の金属薄膜２６を形成する金属薄膜形成工程において、金属薄膜２６をスパッタ法により形成しているので、金属薄膜２６を蒸着法やＣＶＤ法により形成する場合に比べて、貫通孔２２の内側への金属薄膜２３の堆積が起こりにくくなり、結果的に、ビア２４の埋め込み性が良くなる。

ところで、上述の実施形態では、ビア２４を有するデバイスとして発光装置を例示したが、ビア２４を有するデバイスは、発光装置に限らず、物理量センサ、赤外線センサ、高周波デバイス、マイクロバルブ、音響センサ、化学センサ、半導体装置などでもよい。

実施形態における基板へのビアの形成方法を説明するための主要工程断面図である。同上の基板へのビアの形成方法の説明図である。同上の基板へのビアの形成方法の説明図である。同上の基板へのビアの形成方法の説明図である。同上の基板へのビアの形成方法の説明図である。同上の基板へのビアの形成方法の説明図である。同上の基板へのビアの形成方法の説明図である。同上における発光装置の概略断面図である。同上における発光装置の概略分解斜視図である。同上におけるベース基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。従来例を示す基板へのビアの形成方法を説明するための主要工程断面図である。他の従来例を示す基板へのビアの形成方法を説明するための主要工程断面図である。

符号の説明

２０ａ基板
２２貫通孔
２３絶縁膜
２４ビア（金属部）
２６金属薄膜
２７導体部（導体パターン）
６１レジスト層
６１ａ開口部

Claims

基板へのビアの形成方法であって、基板に厚み方向に貫通する複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、貫通孔形成工程の後で基板の一表面側に各貫通孔が閉塞されないように金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程と、金属薄膜形成工程の後で基板の前記一表面側に各貫通孔および各貫通孔の周部の金属薄膜を露出させる複数の開口部を有するレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、レジスト層形成工程の後で基板の前記一表面側に各貫通孔を閉塞する複数の島状の導体部を電気めっきにより形成する第１の電気めっき工程と、第１の電気めっき工程の後で基板の他表面側に対向配置した陽極と基板の前記一表面側において各貫通孔を閉塞している導体部からなる陰極との間に通電してそれぞれビアとなる複数の金属部を各導体部における貫通孔側の露出表面から基板の厚み方向に沿って析出させる第２の電気めっき工程と、第２の電気めっき工程の後でレジスト層を除去する不要部除去工程とを備えることを特徴とする基板へのビアの形成方法。
前記基板が半導体基板であり、前記貫通孔形成工程と前記金属薄膜形成工程との間に、前記基板の前記一表面および前記他表面および前記各貫通孔の内周面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を備えることを特徴とする請求項１記載の基板へのビアの形成方法。
前記各導体部が前記基板の前記一表面側の導体パターンを兼ねるものであり、前記レジスト層形成工程では、前記開口部の開口形状を前記導体パターンに合わせて設定してあることを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板へのビアの形成方法。