JP2023132151A - ガラス基板、貫通電極、多層配線基板、およびガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上させることができるガラス基板、多層配線基板、貫通電極およびガラス基板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るガラス基板１００は、第１面１０１から第２面１０２に対して貫通する貫通孔１０３を備えるガラス基板において、前記貫通孔１０３は、前記第１面１０１から第２面１０２までの区間のうち、前記第１面１０２から１％から１０％の区間において、前記貫通孔１０３の口径が最小となる。【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス基板、貫通電極、多層配線基板、およびガラス基板の製造方法に関する。

近年、電子機器の高機能化及び小型化が進んでおり、これに伴って、電子機器に搭載される配線基板についても高機能化や高密度化が要求されている。特に、ガラス基板は、シリコンなどに比較して配線基板としての電気特性に優れており、製造コストが低いため、高い注目を集めている。

ガラス基板を配線基板として用いる場合には、ガラス基板に貫通孔（ＴＧＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｇｌａｓｓ Ｖｉａ）を設け、ガラス基板の両側を導通させるための貫通電極を形成する必要がある。このような貫通電極付ガラス基板に関する技術には、以下のようなものがある。

特許文献１には、第１面から第２面に対して貫通し孔内部において径が極小値を有する貫通孔を含む基板と、前記貫通孔の内部に配置された導電体と、を備え、前記貫通孔は、前記第１面から前記第２面までの区間のうち前記第１面から６．２５％、１８．７５％、３１．２５％、４３．７５％、５６．２５％、６８．７５％、８１．２５％、９３．７５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度（前記第１面側が拡がる角度を正の傾斜角度とする）の合計値が、８．０°以上である条件を満たす、貫通電極基板の製造方法が示されている。

また、特許文献２には、ガラス基板に一つ以上の貫通孔が形成され、貫通孔を介して、ガラス基板の第一面側の第一の配線と第二面側の第二の配線とを導通する。第一の配線を形成後に、エッチングで貫通孔を形成すると共にガラス基板の薄板化を行い、その後、貫通孔内への配線と第二の配線を形成し、薄板化後のガラス基板の厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下であり、貫通孔の形状が円錐台形状となるガラスデバイスの製造方法が示されている。

特開２０１８－３９６７８号公報 国際公開第２０１９／２３５６１７号

ガラス基板上に配線層を形成し、これらを接続する貫通電極を形成した場合、ガラスのＣＴＥ（ＣＯＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＯＦ ＴＨＥＲＭＡＬ ＥＸＰＡＮＳＩＯＮ、熱膨張率）と配線や貫通電極の材料となるＣｕ等のＣＴＥが異なるため、熱応力の影響が懸念される。このため、デバイスの信頼性を評価するための信頼性試験の一つとして加速試験のＴＣＴ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｙｃｌｅ Ｔｅｓｔ）を実施されている。
しかし、従来においては、熱応力に対する貫通電極の信頼性を高めるための貫通孔の形状については、十分な検討がなされていない。
そこで、本発明においては、信頼性を向上させることができるガラス基板、貫通電極、多層配線基板、およびガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、代表的な本発明のガラス基板の一つは、第１面から第２面に対して貫通する貫通孔を備えるガラス基板において、前記貫通孔は、前記第１面から第２面までの区間のうち、前記第１面から１％から１０％の区間において、前記貫通孔の口径が最小となるものである。

本発明によれば、信頼性を向上させることができるガラス基板、多層配線基板、貫通電極およびガラス基板の製造方法を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。

従来例のガラス基板の断面を模式的に示す図である。 第１実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。 第１実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。 第１実施形態のガラス基板の製造工程において発生しうる不良の事例を模式的に示す図である。 第２実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。 第３実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。 第４実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。 第４実施形態にかかるガラス基板の面取り形状を拡大した状態を模式的に示す図である。 第４実施形態のガラス基板の断面を模式的に示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程１を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程２を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程３を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程４を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程５を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程６を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程７を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程８を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程９を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程１０を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程１１を示す図である。 第５実施形態にかかる製造方法の工程１２を示す図である。 第６実施形態のガラス基板、貫通電極および多層配線基板の断面を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
なお、本開示において、「面」とは、板状部材の面のみならず、板状部材に含まれる層について、板状部材の面と略平行な層の界面も指すことがある。また、「上面」、「下面」とは、板状部材や板状部材に含まれる層を図示した場合の、図面上の上方又は下方に示される面を意味する。なお、「上面」、「下面」については、「第１面」、「第２面」と称することもある。

また、「側面」とは、板状部材や板状部材に含まれる層における面や層の厚みの部分を意味する。さらに、面の一部及び側面を合わせて「端部」ということがある。

また、「上方」とは、板状部材又は層を水平に載置した場合の垂直上方の方向を意味する。さらに、「上方」及びこれと反対の「下方」については、これらを「Ｚ軸プラス方向」、「Ｚ軸マイナス方向」ということがあり、水平方向については、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」ということがある。

さらに、Ｚ軸方向の距離を「高さ」と称し、Ｘ軸方向とＹ軸方向で規定されるＸＹ平面上の距離を「幅」と称する。

また、「ガラス基板に設けた貫通電極」とは、ガラス基板を多層配線基板の一部として用いる場合に、ガラス基板の第１面及び第２面を電気的に導通するために設けた導電経路を意味し、必ずしも、ガラス基板を単一の導電材料で完全に貫通している必要はない。第1面からの導電通路と第２面からの導電通路が接続されていれば、貫通電極に含まれる。さらに、貫通電極の形態は、貫通孔（有底のものも、完全な貫通のもののいずれの形態も含む）を導電材料で埋め込んだフィルド型でもよいし、貫通孔の側壁部分のみを導電材料で覆ったコンフォーマルのいずれをも含む。

また、「平面形状」、「平面視」とは、上方から面又は層を視認した場合の形状を意味する。さらに、「断面形状」、「断面視」とは、板状部材又は層を特定の方向で切断した場合の水平方向から視認した場合の形状を意味する。

さらに、「中心部」とは、面又は層の周辺部ではない中心部を意味する。そして、「中心方向」とは、面又は層の周辺部から面又は層の平面形状における中心に向かう方向を意味する。

＜従来例＞
まず、図１を参照して、従来例について説明する。

図１は、従来例のガラス基板の断面を模式的に示す図である。図１（ａ）は従来例の一例を示しており、ガラス基板１０Ａには、ガラス基板１０Ａを貫通する貫通孔１３Ａが形成されている。ここで、ガラス基板１０と貫通電極１６の間の領域のうち領域１７Ａに着目する。熱サイクル試験を行う場合、熱膨張や熱収縮が発生するため、ガラス基板１０Ａ内に応力が生じる。また、領域１７Ａにおいては異なる材料同士が接触する箇所であるため、熱膨張や熱収縮が、ほかの場所に比べて大きくなりやすいと考えられる。

また、図１（ｂ）は、従来例の他の例であり、ガラス基板１０Ｂの貫通孔１３Ｂが第１面１１から第２面１２に向かって開口が拡大するテーパー形状である場合を示している。この場合、貫通電極１６Ｂとガラス基板１０Ｂの間の領域のうち領域１７Ｂにおいて、ガラス基板１０Ｂの角度θｓが鋭角となる。このとき、例えば、領域１７Ｂにおいて、発生した応力が集中しガラス基板にクラックが発生し、クラックが貫通電極１６Ｂまで伝播することが想定される。このように、図１の場合と比較して応力の影響がさらに大きく生じることが考えられ、結果として、ガラス基板１０Ｂを通じた導通が確保できない可能性がある。

［第１実施形態］
以下、図２および図３を参照して、第１実施形態にかかるガラス基板の構造について説明する。

図２は、第１実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。図２（ａ）はガラス基板の断面を示したものであり、図２（ｂ）はガラス基板のうち貫通電極の断面を示したものである。

図２（ａ）に示されるように、第１実施形態にかかるガラス基板１００は、第１面１０１から第２面１０２にまで到達する貫通孔１０３を備える。第１面１０１と第２面１０２は互いに向かい合う位置にある。貫通孔１０３は、ガラス基板１００の内部を通り、第１面１０１から第２面１０２まで到達する。ガラス基板１００に貫通電極１０６ａが形成されている。貫通電極１０６ａは、例えば電解Ｃｕめっき膜によって構成される。材料としてはＣｕのほか、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏＮｂ等を含んでもよいなどを用いることも可能である。なお、図２において、接着層およびシード層は省略されている。

また、図２（ｂ）に示されるように、第１実施形態にかかる貫通電極１０６ａは、ガラス基板１００の第１面１０１上に形成される第１面側電極１０６１ａ、ガラス基板１００の第２面１０２上に形成される第２面側電極１０６２ａ、ガラス基板１００の第２面側に向かう開口を有する空洞部１０６３ａ、ガラス基板１００の貫通孔１０３に接触し貫通孔１０３と同じ形状をもつ電極外壁部１０６４ａを備える。第１面側電極１０６１ａは、ガラス基板１００の底部である。

図３は、第１実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。図３（ａ）はガラス基板の断面を貫通電極を省いて示した図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の一点鎖線で囲まれた領域を拡大した図である。

ここで、図３（ａ）に示されるように、貫通孔１０３は、第１面１０１から第２面１０２に至る途中に、径が最小となる最小点１０５を有する。最小点における貫通孔の径は、貫通孔１０３において最小の径である。平面視では、貫通孔１０３は、例えば略円形である。第１面１０１における開口部１０１ａの径をＤ１、第２面１０２における開口部１０２ａの径をＤ２、最小点１０５における径をＤｍとすると、Ｄｍ＜Ｄ１、Ｄｍ＜Ｄ２である。さらに、第１実施形態ではＤ１＜Ｄ２である。したがって、Ｄｍ＜Ｄ１＜Ｄ２の大小関係が成り立つ。なお、第１実施形態において略円形であるとしたが、略円形に限定されるものではない。例えば、略楕円形である場合には、楕円の長軸を通る断面における断面視において、Ｄ１、Ｄ２、Ｄｍを設定し、上述の大小関係が成り立つようにする。

また、最小点１０５は、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうち、前記第１面から１％から１０％の区間に位置する。言い換えると、第１面１０１から第２面１０２に向かう方向において、ガラス基板１００の厚さをＴｓ、最小点の位置をＴｍとすると、Ｔｓ／１００＜Ｔｍ＜Ｔｓ／１０の関係が成り立つ。言い換えると、貫通孔１０３は、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうち、第１面１０１から１％から１０％の区間において、貫通孔１０３の口径が最小となる。

これについて、図４を参照して、上述の関係Ｔｓ／１００＜Ｔｍ＜Ｔｓ／１０が導出された理由を説明する。
図４は、第１実施形態のガラス基板の製造工程において発生しうる不良の事例を模式的に示す図である。なお、製造工程の詳細については後述する。

事例（ａ）は、ドライプロセスの場合であり、特に異方性が高い材料が用いられたスパッタの場合を示す。図４（ａ）（１）は、蒸着粒子ｓｆによってシード層が蒸着される様子を示す。ガラス基板１００の第１面１０１側には、貫通孔１０３の底部として金属膜１８が形成されている。図４（ａ）（２）は、シード層ｓｌが形成された場合を示す。ここで、ガラス基板と貫通孔の境界の領域１７は蒸着粒子ｓｆが届きにくい影の部分となり、シード層の成膜が十分にできないおそれがある。図４（ａ）（３）に示されるように、シード層が十分に形成されないまま電解めっきが行われると、電解めっき膜ｅｐが十分にできず、メタライズが不良となる箇所ｍｄが発生する。

事例（ｂ）は、無電解Ｃｕめっきによってシード層を形成する場合を示す。図４（ｂ）（１）は、めっき液に浸漬されるガラス基板１００を示す。ガラス基板１００の第１面１０１側には、貫通孔１０３の底部として金属膜１８が形成されている。図４（ａ）（２）は、シード層ｓｌが形成された場合を示す。ここで、ガラス基板と貫通孔の境界の領域１７は濡れ性が不十分になりやすく、気泡が発生しやすい部分となり、シード層の成膜が十分にできないおそれがある。図４（ｂ）（３）に示されるように、シード層が十分に形成されないまま電解めっきが行われると、電解めっき膜ｅｐが十分にできず、メタライズが不良となる箇所ｍｄが発生する。

事例（ｃ）は、無電解Ｃｕめっきによってシード層を形成する場合を示す。図４（ｃ）（１）は、めっき液に浸漬されるガラス基板１００を示す。ガラス基板１００の第１面１０１側には、貫通孔１０３の底部として金属膜１８が形成されている。図４（ｃ）（２）は、シード層ｓｌが形成された場合を示す。図４（ｃ）（２）に示される場合では、ガラス基板と貫通孔の境界の領域１７は濡れ性が十分に確保され、シード層の成膜がなされた。ところが、電解Ｃｕめっきのプロセス中に気泡が発生すると、めっきの成長が部分的に阻害され、メタライズが部分的にできなくなるおそれがある。図４（ｃ）（３）は、電解めっき中に気泡が発生した場合を示す。この場合では、電解めっき膜ｅｐが十分にできず、メタライズが不良となる箇所ｍｄが発生する。

上述の事例（ａ）から（ｃ）について検討をした結果、最小点１０５の位置ＴｍがＴｓ／１０より小さい場合、事例（ａ）から事例（ｃ）に示されるような現象の発生が抑制された。一方、最小点１０５の位置ＴｍがＴｓ／１００未満の場合、後述するガラス基板の信頼性を向上させる効果を得ることができなかった。このため、ガラス基板１００の厚さＴｓ、最小点の位置Ｔｍとする場合、Ｔｓ／１００＜Ｔｍ＜Ｔｓ／１０が好適である。

次に、図３（ｂ）を参照して、貫通孔１０３の内壁面の傾斜角度を示す方法を説明する。貫通孔１０３の内壁面の傾斜角度を示す方法の１つとして、貫通孔１０３の中心軸を含む断面において、内壁面の接線の角度を内壁面の傾斜角度とする方法がある。このとき、貫通孔１０３の中心軸を含む断面において、第１面１０１に平行であって、貫通孔１０３の口径が最小となる最小点１０５を通る仮想直線Ｌｍを仮定する。内壁面上のある点に接する接線Ｌ１をひき、接線Ｌ１と仮想直線Ｌｍ上の交点Ｏ１とする。接線Ｌ１を交点Ｏ１を起点とする線分として扱うこととする。角度を測るときは、仮想直線から上方（ｚ軸正方向）に向かう向きを正とする。この方法を用いると、最小点１０５より上方について、貫通孔１０３の内壁面の接線Ｌ１の角度θ１を、０°から９０°の範囲にあると規定することが可能である。

また、最小点１０５より下方についても同様に、内壁面に接する接線Ｌ２を引き、接線Ｌ２と仮想直線Ｌｍの交点Ｏ２とする。接線Ｌ２を交点Ｏ２を起点とする線分として扱うこととする。最小点１０５よりも下方について、貫通孔１０３の内壁面の接線Ｌ２の角度θ２を０°から－９０°の範囲、あるいは２７０°から３６０°までの範囲、にあると規定することが可能である。なお、図３（ｂ）においては最小点１よりも下方の内壁面が直線であらわされており、内壁面の接線Ｌ２と同一視しうる例が示されている。また、図面上では接線を設定しうるが、実際のガラス基板では内壁面に凹凸が生じる場合が想定される。

このような場合に内壁面の接線の設定の方法としては、例えば、内壁面に設定したいずれかの３点に関し最小二乗法を用いた回帰直線を求め、回帰直線を接点とみなすこととすることが可能である。なお、貫通孔１０３の中心軸を含む断面を規定したが、この方法に限られない。貫通孔の口径が最小または最大となる面を含む上下方向（ｚ軸方向）の断面を規定することも可能である。また、角度の測り方としては、仮想直線Ｌｍのｙ軸プラス方向から反時計回りを正の角度、時計回りを負の角度、とすることも可能である。

なお、傾斜角度を示すほかの方法として、第１面１０１から仮想直線Ｌｍまでの距離Ｔｍを分割し、分割した距離に対応する点に対応する内壁面の点を結ぶ線を接線とすることも可能である。直線Ｌ３は、第１面１０１から下方にＴｍ／３だけ離れた第１面１０１に平行な直線が内壁面に交差する点と、第１面１０１から下方に２Ｔｍ／３だけ離れた第１面１０１に平行な直線が内壁面に交差する点と、を通る線である。このように第１面と第１面に平行であって最小点を通る面との間の距離を分割し、分割した位置に対応する内壁面の点を通る線を接線と考え、内壁面の傾斜角度を評価してもよい。

なお、貫通孔１０３について、折り返し形状を有するということもできる。上下方向（ｚ方向）について、内壁面の各点について接線を設定していくと、最小点１０５の前後で接線の傾きの正負が変化する。言い換えると、最小点１０５は、貫通孔１０３の内壁面の接線がＺ軸方向と平行、つまり垂直になった点である。このような形状を折り返し形状と称する。

上述の３つの方法を示した理由は、実際のガラス基板では内壁面に微小な凹凸が残る場合があるからである。図上は理想的に滑らかな境界線で表現されているが、実際の内壁面の接線を評価することは難しい。上述の方法のいずれかを用いることで、内壁面の傾斜角度を適切に評価することが可能になる。なお、内壁面の傾斜角度を評価する方法は上述の方法に限られない。

なお、貫通電極１０６ａの形状は、ガラス基板１００の貫通孔１０３の形状と同じであるため、形状の説明も同じようにすることが可能である。例えば、貫通電極１０６は、第１面側電極１０６１ａから第２面側電極１０６２ａまでの区間のうち、第１面側電極から１％から１０％の区間において、径が最小となる最小点を有する、と規定することが可能である。
また、折返し形状という表現を用いることも可能である。このときには、ガラス基板１００の貫通孔１０３および貫通電極１０６ａの電極外壁部１０６４ａは、折返し形状を有すると規定することができる。位置を規定する場合には、折り返し形状は、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうち前記第１面から１％から１０％の区間に位置する。

また、図２（ｂ）に示されるように貫通電極は開口部に向かうにつれて広がるテーパー形状を有している。例えば、貫通電極１０６ａは、第１面１０１から１０％の区間における最小点１０５から第１面側電極１０６１ａに向かうにつれて口径が大きくなる第１テーパー形状と、最小点第２面１０２の開口部に向かうにつれて口径が大きくなる第２テーパー形状と、を有する、と規定することも可能である。または、貫通電極１０６ａは、第１面側電極１０６１ａから１０％の区間における最小点から第１面側電極１０６１ａに向かうにつれて口径が大きくなる第１テーパー形状と、最小点から第２面側電極１０６２ａの開口部に向かうにつれて口径が大きくなる第２テーパー形状と、を有する、と規定することも可能である。

[第２実施形態]
ガラス基板に形成される貫通電極の形状は様々なものを採用することが可能である。以下、図５を参照して、第２実施形態にかかるガラス基板の構造について説明する。第２実施懈怠は、貫通電極の形状が異なる点について、第１実施形態と異なる。

図５は、第２実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。図５（ａ）はガラス基板の断面を示したものであり、図５（ｂ）はガラス基板のうち貫通電極の断面を示したものである。

図５（ａ）に示されるように、第１実施形態にかかるガラス基板１００は、第１面１０１から第２面１０２にまで到達する貫通孔１０３を備える。第１面１０１と第２面１０２は互いに向かい合う位置にある。貫通孔１０３は、ガラス基板１００の内部を通り、第１面１０１から第２面１０２まで到達する。ガラス基板１００に貫通電極１０６ａが形成されている。貫通電極１０６ａは、例えば電解Ｃｕめっき膜によって構成される。材料としてはＣｕのほか、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏＮｂなどを用いることも可能である。なお、図５において、接着層およびシード層は省略されている。

また、図５（ｂ）に示されるように、第１実施形態にかかる貫通電極１０６ｂは、ガラス基板１００の第１面１０１上に形成される第１面側電極１０６１ａ、ガラス基板１００の第２面１０２上に形成される第２面側電極１０６２ｂ、ガラス基板１００の第２面側に向かう開口を有する空洞部１０６３ｂ、ガラス基板１００の貫通孔１０３に接触し貫通孔１０３と同じ形状をもつ電極外壁部１０６４ｂを備える。第１面側電極１０６１ｂは、ガラス基板１００の底部である。

図５に示されるように、貫通電極１０６ｂの空洞部１０６３ｂのなかに、導電性部材が充填されている。第２実施形態において、充填物の境界面の位置Ｔｖは、最小点１０５の位置Ｔｍよりも第２面１０２に近い位置にある。なお、このような構造は、めっきの添加剤の調整、印加電流量の調整、噴流量の調整により底部の厚みを制御することによって実現することが可能である。例えばめっき液中に含まれる促進剤の含有比率を上げる方法がある。印加電流量については用いる添加剤によるが、電流条件によって貫通孔の底部のめっき厚を表面のめっき厚に比べ選択的に厚くすることができる。

[第３実施形態]
以下、図６を参照して、第３実施形態にかかるガラス基板の構造について説明する。第３実施形態は、貫通電極の形状がとこなる点で第１実施形態および第２実施形態と異なる。

図６は、第３実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。図６（ａ）はガラス基板の断面を示したものであり、図６（ｂ）はガラス基板のうち貫通電極の断面を示したものである。

図６（ａ）に示されるように、第１実施形態にかかるガラス基板１００は、第１面１０１から第２面１０２にまで到達する貫通孔１０３を備える。第１面１０１と第２面１０２は互いに向かい合う位置にある。貫通孔１０３は、ガラス基板１００の内部を通り、第１面１０１から第２面１０２まで到達する。ガラス基板１００に貫通電極１０６ａが形成されている。貫通電極１０６ｃは、例えば電解Ｃｕめっき膜によって構成される。材料としてはＣｕのほか、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏＮｂなどを用いることも可能である。なお、図６において、接着層およびシード層は省略されている。

また、図６（ｂ）に示されるように、第１実施形態にかかる貫通電極１０６ｃは、ガラス基板１００の第１面１０１上に形成される第１面側電極１０６１ｃ、ガラス基板１００の第２面１０２上に形成される第２面側電極１０６２ｃ、ガラス基板１００の第２面側に向かう開口を有する空洞部１０６３ｃ、ガラス基板１００の貫通孔１０３に接触し貫通孔１０３と同じ形状をもつ電極外壁部１０６４ｃを備える。

ここで、第３実施形態において、貫通電極１０６ｃには、ガラス基板１００の第１面１０１側の開口部１０１ａに間隙がある。

［第４実施形態］
以下、図７から図９を参照して第４実施形態を説明する。第４実施形態は、貫通孔１０３に面取り形状３３０が形成される点において、第１実施形態から第３実施形態と異なる。

図７は、第４実施形態にかかるガラス基板の断面を模式的に示す図である。図７（ａ）はガラス基板の断面を示したものであり、図７（ｂ）はガラス基板のうち貫通電極の断面を示したものである。

図７（ａ）に示されるように、第１実施形態にかかるガラス基板１００は、第１面１０１から第２面１０２にまで到達する貫通孔１０３を備える。第１面１０１と第２面１０２は互いに向かい合う位置にある。貫通孔１０３は、ガラス基板１００の内部を通り、第１面１０１から第２面１０２まで到達する。ガラス基板１００に形成されている貫通電極１０６ｄは、例えば電解Ｃｕめっき膜によって構成される。材料としてはＣｕのほか、Ｗ、Ａｕなどを用いることも可能である。なお、図７において、接着層およびシード層は省略されている。

また、図７（ｂ）に示されるように、第４実施形態にかかる貫通電極１０６ｄは、ガラス基板１００の第１面１０１上に形成される第１面側電極１０６１ｄ、ガラス基板１００の第２面１０２上に形成される第２面側電極１０６２ｄ、ガラス基板１００の第２面側に向かう開口を有する空洞部１０６３ｄ、ガラス基板１００の貫通孔１０３に接触し貫通孔１０３と同じ形状をもつ電極外壁部１０６４ｄを備える。第１面側電極１０６１ｄは、ガラス基板１００の底部である。

図７（ａ）に示されるように、ガラス基板１００の貫通孔１０３は、ガラス基板の第２面１０２と貫通孔１０３の間に、面取り形状３３０を有する。また、図７（ｂ）に示されるように、貫通電極１０６ｄにおいても、面取り形状３３０に沿う形状である面取り形状１０６５ｄが形成されている。面取り形状について第１実施形態の場合と比較すると、第１実施形態においては、例えば図２（ａ）に示されるように、第２面１０２と貫通孔１０３の間に稜線が形成されている。これに対して、第４実施形態においては、第２面１０２と貫通孔１０３の間には、面取りされた形状が形成されている。

図８は、第４実施形態にかかるガラス基板１００の面取り形状３３０を拡大した状態を模式的に示す図である。貫通孔１０３の最小点１０５は、仮想線Ｌｍと貫通孔１０３の交点が交わる点である。最小点１０５と面取り形状３３０までの間の内壁面の領域Ｒｕの接線Ｌｕと第２面１０２の開口部１０２ａが交差する点を、交差点Ｐｃとする。また、面取り形状３３０が第２面１０２に到達する点を、終端点Ｐｆとする。交差点Ｐｃと終端点Ｐｆの間の長さをｄ２とする。ここで、ｄ２は、１ｕｍ以上２０ｕｍ以下である。さらに、ｄ２は５ｕｍ以上１０ｕｍであってもよい。この範囲とした理由の１つは、ガラス基板が組み込まれる製品サイズが大きくなりすぎないようにするため、またはガラス基板の加工時間が長くなりすぎないようにするためである。

図９は、第４実施形態のガラス基板の断面を模式的に示す図である。第４実施形態に係るガラス基板の貫通電極は、図７に示されるものに限定されない。図９（ａ）は、第４実施形態に係るガラス基板に第２実施形態に係る貫通電極１０６ｂを形成した状態を示す図である。図９（ｂ）は、第４実施形態に係るガラス基板に第３実施形態に係る貫通電極１０６ｃを形成した様子を示すが概略図である。このように、貫通電極の形状は、目的や用途に応じて変形することが可能である。

なお、第４実施形態に係るガラス基板１００は、後述の製造方法を用いて製造することが可能である。後述の工程９におけるエッチング条件、例えば、使用される溶剤の濃度、暴露する時間、スプレーまたはディップの方式等を選択することによって、ガラス基板３００及びガラス基板３００を備える多層配線基板を製造することが可能である。
（作用・効果）

第１実施形態から第４実施形態では、ガラス基板の貫通孔の内壁部に最小点を設けている。ガラス基板と貫通孔の境界の領域１７において、ガラス基板が第１面１０１から最小点１０５に至るまでの形状が、従来例の形状の場合に比べてなめらかである。言い換えると、領域１７においてガラス基板１００には稜線が形成されていない。このような形状を持つことにより、第１実施形態から第３実施形態に係るガラス基板は、熱サイクル試験をする場合であっても、ガラス基板において応力の集中が緩和される。したがって、熱サイクル試験をする場合に、ガラス基板の信頼性が保証される。

なお、図３（ｂ）における角度θ３は、より応力緩和の効果を得て良好なメタライズを達成するためには、２０°から９０°の間が好適である。これは、ドライエッチングプロセスにおいて、成膜に異方性があるスパッタによるシード形成においては、最小点の形状によってスパッタ種が到達しにくい影の部分ができ、影の部分の成膜が良好にできない。このため、続けて行われる電解Ｃｕめっき時の給電が阻害されるおそれがあるからである。

また、図５に示されるように、第２実施形態の貫通電極１０６ａのように導電性部材を充填した場合、貫通電極にクラックが発生する場合でも、断線するまでの時間を延長することができる。信頼性を向上させる結果となる。

また、従来の貫通孔１０３では面取り形状３３０がないため、熱サイクル試験においてガラス基板においてクラックの発生、貫通電極の断線、が発生するリスクがあった。図７に示されるように、第４実施形態においては面取り形状３３０を設けたので、面取り形状３３０の箇所に応力が集中することを回避でき、不具合の発生を抑制することができる。

［第５実施形態］
以下、図１０から図１８を参照して、第５実施形態にかかるガラス基板、貫通電極、多層配線基板、およびガラス基板の製造方法について説明する。便宜的に、第１実施形態から第４実施形態に示されるように貫通孔および貫通電極が形成された状態をガラス基板と称し、ガラス基板の第１面または第２面のいずれか一方に配線層が形成された状態を多層配線基板と称する。

（工程１）
図１０は、第５実施形態にかかる製造方法の工程１を示す図である。第１工程において、ガラス基板１００を準備し、レーザ改質部を生成する。第１実施形態において使用した基板は、ＡＧＣ社製無アルカリガラス（ＥＮ－Ａ１）で厚さ５００μｍである。
始めに、超音波洗浄などを行い、ガラス基板表面の汚染物を除去する。続いて、ガラス基板に対し、第１面１０１側からレーザを照射し、貫通孔の起点となるレーザ改質部１１０を形成する。レーザ改質部は、第１面から垂直な方向にガラス基板１００の内部に延在し、レーザ改質部の下端がガラス基板内に留まるように形成される。

（工程２）
図１１は、第５実施形態にかかる製造方法の工程２を示す図である。工程２において、ガラス基板１００の第１面１０１上に、耐フッ酸金属膜及びシード層１１１を形成する。

始めに、ガラス基板１００の第１面１０１上に、耐フッ酸金属膜（図示せず）を形成する。膜厚は、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。続いて、耐フッ酸金属膜上に、銅被膜を形成する、膜厚は、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。このとき、スパッタ法または無電解めっき法が適用される。これにより、ガラス基板１００の第１面１０１上にシード層１１１が形成される。耐フッ酸金属膜の材料は、例えばクロム、ニッケル、ニッケルクロムから適宜、選択することが可能である。

（工程３）
図１２は、第５実施形態にかかる製造方法の工程３を示す図である。工程３において、シード層１１１上に、パターンを有するフォトレジストを形成する。第１実施形態の例では、昭和電工マテリアルズ社製のドライフォトレジスト（ＲＤ１２２５）を用いる。始めに、ドライフォトレジストを第１面１０１側上にラミネートする。言い換えると、ドライフォトレジストをシード層１１１に熱圧着する。続いて、ドライフォトレジストに、パターンを描画し、現像することにより、シード層１１１を露出させる。シード層１１１に給電し、電解銅めっきを行い、下電極１１２を形成する。電解銅めっきの厚さは、例えば２μｍ以上１０μｍ以下の厚さである。めっき後、不要なったドライフィルムレジストを溶解、剥離する。

（工程４）
図１３は、第５実施形態にかかる製造方法の工程４を示す図である。工程４において、第１面１０１側に誘電体膜１１３を形成する。例えば、プラズマＣＶＤによりＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＴａＯ_ｘ等を形成する。

（工程５）
図１４は、第５実施形態にかかる製造方法の工程５を示す図である。工程５において、第１面１０１側に上電極１１４を形成する。

始めに、誘電体膜１１３上にスパッタ法および無電解めっき法などにより、上電極シード層（図示せず）として銅被膜等を成膜する。銅被膜の材料はＣｕまたはＴｉ／Ｃｕ（チタン銅合金）であり、銅被膜の厚さは例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲である。続いて、ドライフォトレジストを第１面１０１側にラミネートし、パターンを描画し、現像する。これによって、上電極シード層を露出させる。最後に、上電極シード層に給電し、２μｍ以上１０μｍ以下の厚さの電解銅めっきを行うことによって、上電極１１４を形成する。

（工程６）
図１５は、第５実施形態にかかる製造方法の工程６を示す図である。工程６において、上電極１１４のシード層、誘電体膜１１３、下電極のシード層１１１、耐フッ酸金属膜がエッチングされる。このとき、上電極１１４の下方にある誘電体膜１１３は残る。なお、エッチング方法は適宜選択することが可能である。例えば、シード層のＣｕ部材はウエットエッチングによって、誘電体膜１１３はドライエッチングによって、Ｔｉはドライ及びウエットでいずれのエッチングでも適用することが可能である。耐フッ酸金属膜についても、金属膜の部材に応じたエッチング液を用いることによって、エッチング処理をすることが可能である。

（工程７）
図１６は、第５実施形態にかかる製造方法の工程７を示す図である。工程７において、絶縁樹脂１１５がガラス基板１００上にラミネートされる。第１実施形態の例においては、味の素ファインテクノ社製の絶縁樹脂（ＡＢＦ－ＧＬ１０３、３２．５μｍ厚）を使用した。ここで、便宜的に、第１面１０１上に形成されたシード層１１１、下電極１１２、誘電体膜１１３、上電極１１４、絶縁樹脂１１５を含む層を、第１面配線層１１６と称す。

（工程８）
図１７は、第５実施形態にかかる製造方法の工程８を示す図である。工程８において、第１面配線層１１６上にキャリア１１７が貼り付けられる。

第１面１０１上に形成された配線層上に仮貼り用の接着剤（日東電工社製リバアルファ）を介してキャリア１１７を貼り合わせる。第１実施形態の例において、キャリア１１７はガラスキャリアである。ガラスキャリアの厚さは、後述の薄板化をした後の搬送性を鑑み、０．７ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲が望ましい。ガラス基板１００の厚さによってキャリア１１７の厚さは適宜選択することが可能である。また、キャリア１１７は支持体であって、例としてガラスキャリアを挙げているが、支持体はガラス製に限らない。金属製や樹脂製であってもよい。

（工程９）
図１８は、第５実施形態にかかる製造方法の工程９を示す図である。工程９において、第１面１０１に対向する面である第２面１０２の側からから、フッ化水素溶液でエッチングを行う。

ガラス基板１００のレーザ改質部１１０は、フッ化水素溶液がレーザ改質部に接触する場合、第２面１０２の改質されていない箇所よりもエッチングが進行して、貫通孔１１０ａが形成される。ガラス基板１００のレーザ改質部１１０が形成されていない部分は、フッ化水素溶液によって第２面１０２に平行な方向にエッチングされて薄板となる。このようにして、ガラス基板１００は、貫通孔１１０ａの形成に合わせて、厚さが減少して薄板になる。すなわち、ガラス基板の薄板化と貫通孔の形成が、一連のエッチング処理で行われる。薄板化したガラス基板の下面が、第二面配線層が形成される第２面となる。

なお、フッ化水素溶液によるエッチング量は、ガラスデバイスの厚さに応じて適宜設定することが可能である。例えば、工程１で用いたガラス基板の厚さが５００μｍの場合、そのエッチング量は１００μｍ以上４５０μｍ以下であることが望ましい。また、薄板化後のガラス基板の厚さは、５０μｍ以上３００μｍ以下であることが望ましい。

ここで、エッチング条件を制御することによって、図１に示される最小点の形状を得ることが可能である。制御の方法としては濃度、時間、スプレーまたはディップのエッチング方式を適宜選択することによって、所望の形状が得られる。
また、例えば制御の条件の説明として、シード層１１１をエッチングストッパ層として機能させ、第２面１０２にウエットエッチングをし、エッチングストッパ層にエッチングが到達した後、２０分以上エッチングを継続することによって、エッチングストッパ層とガラス基板１００との界面にテーパー形状のサイドエッチング領域を形成する、ということも可能である。

エッチングに使用するフッ化水素水溶液は、フッ化水素、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸からなる少なくとも１種以上の含む混合エッチング液となる。エッチングフッ化水素水溶液の組成、特にフッ化水素濃度を設定することが望ましい。上記範囲内にするには、フッ化水素濃度は、１．０ｗｔ%以上２０.0ｗｔ％以下が望ましく、さらに望ましくは１．０ｗｔ％以上６．０ｗｔ％以下である。

フッ化水素溶液を上記の濃度に設定し、なお且つエッチングレートが１．０μｍ／ｍｉｎ以下とすることが望ましい。エッチングの際のエッチング液の温度は、１０℃以上４０℃以下が望ましい。

（工程１０）
図１９は、第５実施形態にかかる製造方法の工程１０を示す図である。工程１０において、ガラス基板の第２面１０２にスパッタ法および無電解めっき法などにより、銅被膜もしくはそれに準ずるものを形成する。厚さは、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。これにより、ガラス基板の第２面１０２の上に、シード層１１８が形成される。シード層１１８は、貫通孔１１０ａの内壁面にも形成される。

（工程１１）
図２０は、第５実施形態にかかる製造方法の工程１１を示す図である。工程１７において、配線層が形成される。

ここでは、工程３と同様に、ドライフィルムレジストでパターン形成し、シード層に給電し、２μｍ以上１０μｍ以下の厚さの電解めっきをした後、不要となったドライフィルムレジストを溶解剥離する。こうして、形成された電極１１９は下電極１１２と導通する。このようにして、貫通孔１１０ａに形成されたシード層１１１、下電極１１２、シード層１１８は、ガラス基板１００を貫通する貫通電極１２２として形成される。その後、不要となったシード層１１８を除去し、絶縁樹脂もしくはソルダーレジスト等の外層保護膜１２０をコートすることによって、第２面配線層１２１が形成される。このようにして、第５実施形態にかかる多層配線基板が形成される。

図２１は、第５実施形態にかかる製造方法の工程１２を示す。図２１（ａ）に示されるように、工程１２において、工程８において貼り付けたキャリア１１７を取り外す。そして、例えばＦＣ―ＢＧＡ基板の場合と同じように、表裏面の配線２０１を形成する。

なお、図２１（ｂ）に示されるように、配線層におけるビア２０２は、貫通電極１２２の直上に形成することも可能である。これは、貫通電極１２２の電極面に、ビア２０２を形成することが可能となったためである。ビアを形成する際には貫通電極をおおう樹脂層にレーザ加工をする必要があるところ、貫通電極１２２の場合、レーザ加工によるビア形成時の熱ひずみによる貫通孔１１０ａ付近の応力が緩和され、信頼性の高い基板を得ることができる。なお、貫通電極１２２は第１実施形態に示されるものに限定されない。遊底であればよいため、第２実施形態および第４実施形態に示される貫通電極も適用できる。

以上、第５実施形態にかかる製造方法の説明である。なお、配線を形成する工程では、インダクタ（コイル）を形成してもよい。インダクタの形状について、ソレノイドとスパイラルの形状を選択可能である。また、貫通孔の形成にレーザを用いる方法を説明したが、機械的加工法、プラズマエッチング、ドライエッチングなどの各種方法を用いて実現してもよい。

［第６実施形態］
第５実施形態は、貫通電極の内部が導電性部材で充填されている点で、第５実施形態とは異なる。第１実施形態から第５実施形態は、貫通電極の内部が導電性部材で充填されていない、いわゆるコンフォーマルの場合を示した。第６実施形態は、貫通電極の内部が導電性部材で充填された、いわゆるフィルドの場合を示す。

図２２は、第６実施形態にかかるガラス基板、貫通電極、多層配線基板およびガラス基板の断面を模式的に示す図である。

図２２（ａ）は、貫通電極３０１が導電性部材によって充填されている場合を示す。これに対し、図２２（ｂ）において、貫通電極３０１の直上に第１面配線層１１６のビア２０２が形成されている。また、図２２（ｃ）に示されるように、貫通電極３０１の直上だけでなく、貫通電極３０１の直下に第２面配線層１２１のビアが形成されている。

（作用・効果）
Ｃｕの弾性率が１３０Ｇｐａ、樹脂５Ｇｐａ～２０Ｇｐａ程度である。Ｃｕのほうが樹脂よりも弾性率が大きいため、貫通電極の内部をＣｕで充填する場合、ガラスへの負荷が大きくなるおそれがある。この際、図２２に示されるように貫通電極全体にＣｕを重点させることで、信頼性の高い基板を提供できる。なお、貫通孔をフィルドめっきすることで片面もしくは両面の貫通孔の直上にビアを形成することができるが、両構成においてもコンフォーマルめっきと同様に、レーザ加工によるビア形成時の熱ひずみによる貫通孔付近の応力が緩和される。

（信頼性試験）
表１は信頼性試験の結果を示す。実施例１から実施例８は図２０の構造が適用されたＬＣ回路基板であり、第５実施形態の条件で作成されたものである。比較例１－４はその他構造を適用したＬＣ回路基板である。

表１における列「折返し位置」は、図３に示されるＴｍである。「面取り」は第４実施形態にかかる面取り形状３３０の有無である。「めっき厚Ｔｖ＜Ｔｍ」は、最小点よりも下方にＣｕめっきが充填されていたかどうかを示す。「メタライズ可否」は貫通電極の外観観察をして判断されたものである。

信頼性試験の条件は次の通りである。
・設定条件：下限温度－４０℃／３０分、上限温度１５０℃／３０分とした。
・試験装置 ＴＳＡ－４３ＥＬ（エスペック製）
・各サイクル数で貫通電極を含む配線経路を抵抗の上昇を測定。
・ＮＧ基準：サイクル後の抵抗値が初期状態の抵抗値の１０倍を超える場合にＮＧと判定。

実施例１と比較例１を比較すると、実施例１の信頼性が高い。本発明にかかるガラス基板の信頼性の高さが示されている。

実施例２、３、４と実施例１を比較すると、実施例２、３、４の信頼性が高い。これにより、本発明にかかるガラス基板の折返し位置、すなわち最小点の位置が、信頼性向上に寄与することが示されている。

比較例２を見るとメタライズが不可である。折返し位置がめっきの形成に影響することが示されている。

実施例５と実施例６と実施例２を比較すると、実施例５,６の信頼性が高い。折返し形状の角度が信頼性向上に寄与することが示されている。

比較例３を見るとメタライズＮＧである。折返し位置の角度がめっきの形成に影響することが示されている。

実施例７と、実施例５を比較すると、実施例７の信頼性が高い。第２面１０２側の面取
り形状の効果が示されている。

実施例５と、比較例４を比較すると、実施例５の信頼性が高い。図２０の構造の信頼性の高さが示されている。

実施例８と、実施例７を比較すると、実施例８の信頼性が高い。貫通電極にＣｕを充填した構造の信頼性が示されている。

このように信頼性試験を通じて、本願発明にかかる多層配線基板の信頼性が確保できたことを確認できた。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１００ ガラス基板
１０１ 第１面
１０２ 第２面
１０３、１１０ａ 貫通孔
１０５ 最小点
１０６、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ 貫通電極
１１０ レーザ改質部
１１１ シード層
１１２ 下電極
１１３ 誘電体膜
１１４ 上電極
１１５ 絶縁樹脂
１１６ 第１面配線層
１１７ キャリア
１１８ シード層
１１９ 電極
１２０ 外層保護膜
１２１ 第２面配線層
１２２、３０１ 貫通電極
３００ ガラス基板
３３０、１０６５ｄ 面取り形状
１０６１ａ、１０６１ｂ、１０６１ｃ、１０６１ｄ 第１面側電極
１０６２ａ、１０６２ｂ、１０６２ｃ、１０６２ｄ 第２面側電極
１０６３ａ、１０６３ｂ、１０６３ｃ、１０６３ｄ 空洞部
１０６４ａ、１０６４ｂ、１０６４ｃ、１０６４ｄ 電極外壁部

Claims (10)

1. 第１面から第２面に対して貫通する貫通孔を備えるガラス基板において、
   前記貫通孔は、前記第１面から第２面までの区間のうち、前記第１面から１％から１０％の区間において、前記貫通孔の口径が最小となるガラス基板。
2. 前記貫通孔の中心軸を含む断面において、
   前記第１面に平行であって前記貫通孔の口径が最小となる点（以下、「最小点」という。）を通る仮想直線を定め、前記仮想直線上から前記貫通孔の内壁面に接する接線を引いた場合に、
   前記最小点より上方においては前記仮想直線と前記内壁面の接線とのなす角度が０°から９０°までの範囲であり、
   前記最小点より下方においては前記仮想直線と内壁面の接線とのなす角度が０°から－９０°までの範囲である請求項１に記載のガラス基板。
3. 前記内壁面の接線は、前記貫通孔の内壁面に設定したいずれかの３点に関し最小二乗法を用いて導出した回帰直線によって求められるものである、請求項１または２に記載のガラス基板。
4. 前記貫通孔は、前記第２面側に面取り形状を有し、
   前記貫通孔の中心軸を含む貫通孔の断面において、
   前記最小点と前記面取り形状の間の内壁面が前記第２面の開口部と交差する交差点とし、前記面取り形状が前記第２面に到達する点を終端点とすると、前記交差点と前記終端点の間の距離が、１ｕｍ以上２０ｕｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載のガラス基板。
5. 前記交差点と前記終端点の間の前記距離が、５ｕｍ以上１０ｕｍ以下である、請求項４に記載のガラス基板。
6. 前記貫通孔の前記内壁面には、導電性部材が形成され、
   前記導電性部材は、前記第１面の開口部を覆う、請求項１から５のいずれか一項に記載のガラス基板。
7. 前記導電性部材は、前記第１面の開口部から前記貫通孔の前記最小点より下方の領域まで充填される請求項６に記載のガラス基板。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のガラス基板の前記第１面または前記第２面に配線層を形成した多層配線基板。
9. 第１面から第２面に対して貫通する貫通孔を有するガラス基板に形成された貫通電極であって、
   前記貫通電極は、前記貫通孔の中心軸を含む断面において、前記第１面から前記第２面までの区間のうち、
   前記第１面から１０％の区間における最小点から前記第１面に向かうにつれて口径が大きくなる第１テーパー形状と、
   前記最小点から前記第２面の開口部に向かうにつれて口径が大きくなる第２テーパー形状と、を有する貫通電極。
10. 第１面および第２面を有するガラス基板を準備する第１のステップと、
    前記第１面にレーザを照射して、ガラス基板に貫通孔の起点となる改質部を形成する第２のステップと、
    前記第１面にエッチングストッパ層を形成する第３のステップと、
    前記第２面にウエットエッチングをする第４のステップとを備え、
    前記エッチングストッパ層にエッチングが到達した後、２０分以上エッチングを継続することによってエッチングストッパ層とガラス基板との界面にテーパー形状のサイドエッチング領域を形成する、ガラス基板の製造方法。

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