JP6180162B2 - 基板の貼り合わせ方法および貼り合わせ基板 - Google Patents
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Description
本発明は、低温焼成セラミックス（Low Temperature Co- fired Ceramics：ＬＴＣＣ）基板とガラス基板との接合を可能にした、基板の貼り合わせ方法および貼り合わせ基板に関する。
ＭＥＭＳデバイス、バイオチップ、インターポーザーなどの分野において、電気的な配線構造と高い気密性を兼ね備えたパッケージ、デバイス構造の要求が出てきている。
セラミックスや低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板などは、ビルトアップエ法により配線構造を作ることが可能であるが、光を透過させる必要がある分野や、シリコン基板との陽極接合が必要とされる分野では使用できない。または、十分な接合特性を得られていない。
そこで、透過性や陽極接合が必要とされるような分野から、ガラス基板と、セラミックス基板やＬＴＣＣ基板との接合という要求が出てきた。
そこで、透過性や陽極接合が必要とされるような分野から、ガラス基板と、セラミックス基板やＬＴＣＣ基板との接合という要求が出てきた。
しかしながら、セラミックス基板やＬＴＣＣ基板では直接接合に必要な精密な研磨を行う事が困難であり、ガラスとの接合ができないでいた。
直接接合を可能にする重要なポイントとして、精密研磨（Ｒａ０.３ｎｍレベル）された表面を作る必要がある。しかしながら、ＬＴＣＣのような複合材料では、成分による研磨レートが異なるために精密研磨は難しい、また、セラミックスにおいても難加工材料であり、同様に精密研磨は難しい。
直接接合を可能にする重要なポイントとして、精密研磨（Ｒａ０.３ｎｍレベル）された表面を作る必要がある。しかしながら、ＬＴＣＣのような複合材料では、成分による研磨レートが異なるために精密研磨は難しい、また、セラミックスにおいても難加工材料であり、同様に精密研磨は難しい。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板とガラス基板との接合を可能にした、基板の貼り合わせ方法を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板とガラス基板とが貼り合わされてなる、貼り合わせ基板を提供することを、第二の目的とする。
また、本発明は、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板とガラス基板とが貼り合わされてなる、貼り合わせ基板を提供することを、第二の目的とする。
本発明の請求項１に記載の基板の貼り合わせ方法は、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板の一面に、ガラス質の酸化シリコン膜を形成する工程αと、前記酸化シリコン膜の表面を表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下に研磨する工程βと、前記酸化シリコン膜上に、ガラス基板を接合する工程γと、を少なくとも順に備えること、を特徴とする。
本発明の請求項２に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項１において、前記工程βは、酸化セリウムを含む研磨材を用いること、を特徴とする。
本発明の請求項３に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項１又は２において、前記工程γは、減圧雰囲気において、熱処理を施すことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項１において、前記工程βは、酸化セリウムを含む研磨材を用いること、を特徴とする。
本発明の請求項３に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項１又は２において、前記工程γは、減圧雰囲気において、熱処理を施すことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の基板の貼り合わせ方法は、低温焼成セラミックス基板の一面上にレジストを塗布し、パターンを形成する工程Ａと、前記レジストパターンが形成された前記低温焼成セラミックス基板の一面側に、酸化シリコン膜を形成する工程Ｂと、前記低温焼成セラミックス基板から前記レジストを剥離し所定のパターンを有する酸化シリコン膜を形成する工程Ｃと、前記酸化シリコン膜の表面を研磨する工程Ｄと、前記酸化シリコン膜上に、ガラス基板を接合する工程Ｅと、を順に備えること、を特徴とする。
本発明の請求項５に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項４において、前記ガラス基板に、前記酸化シリコン膜の所定のパターンに対応した所定の空間を設ける、ことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項４又は５において、前記工程Ａに先立って、低温焼成セラミックス基板の一面に、金属膜を形成する工程Ｆを、さらに備えること、を特徴とする。
本発明の請求項７に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項６において、前記工程Ｄと前記工程Ｅとの間に、前記金属膜を除去する工程Ｇを、さらに備えること、を特徴とする。
本発明の請求項５に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項４において、前記ガラス基板に、前記酸化シリコン膜の所定のパターンに対応した所定の空間を設ける、ことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項４又は５において、前記工程Ａに先立って、低温焼成セラミックス基板の一面に、金属膜を形成する工程Ｆを、さらに備えること、を特徴とする。
本発明の請求項７に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項６において、前記工程Ｄと前記工程Ｅとの間に、前記金属膜を除去する工程Ｇを、さらに備えること、を特徴とする。
本発明の請求項８に記載の貼り合わせ基板は、低温焼成セラミックス基板と、前記低温焼成セラミックス基板の一面に配された所定のパターンを形成した酸化シリコン膜と、前記酸化シリコン膜上に直接接合されたガラス基板と、を備えること、を特徴とする。
本発明の請求項９に記載の基板の貼り合わせ基板は、請求項８において、前記ガラス基板が、前記酸化シリコン膜の所定のパターンに対応した所定の空間を有する、ことを特徴とする。
本発明の請求項９に記載の基板の貼り合わせ基板は、請求項８において、前記ガラス基板が、前記酸化シリコン膜の所定のパターンに対応した所定の空間を有する、ことを特徴とする。
本発明では、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板の一面に、ガラスと同じ精密研磨が可能な、ガラス質の酸化シリコン膜を形成した。この酸化シリコン膜の表面を表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下に研磨することで、ガラス基板との接合に必要な表面粗さを実現することができる。これにより、本発明では、ＬＴＣＣ基板とガラス基板との接合を可能にした、基板の貼り合わせ方法を提供することができる。
また、本発明では、酸化シリコン膜を介することで、低温焼成セラミックス基板とガラス基板とが、貼りあわされてなる、貼り合わせ基板を提供することができる。
また、本発明では、酸化シリコン膜を介することで、低温焼成セラミックス基板とガラス基板とが、貼りあわされてなる、貼り合わせ基板を提供することができる。
以下では、本発明に係る、基板の貼り合わせ方法、基板および貼り合わせ基板の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態に係る基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態の基板１Ａ（１）は、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板２の一面２ａに、酸化シリコン膜３（例えばＳｉＯ２ 膜）が配されている。
この基板１Ａ（１）において、酸化シリコン膜３の表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下が好ましく、０．３５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、この基板１Ａ（１）は、例えばガラス基板との接合が可能になる。
図１は、本実施形態に係る基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態の基板１Ａ（１）は、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板２の一面２ａに、酸化シリコン膜３（例えばＳｉＯ２ 膜）が配されている。
この基板１Ａ（１）において、酸化シリコン膜３の表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下が好ましく、０．３５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、この基板１Ａ（１）は、例えばガラス基板との接合が可能になる。
また、図２は、本実施形態に係る貼り合わせ基板１０Ａ（１０）の一構成例を示す断面図である。
この貼り合わせ基板１０Ａ（１０）は、ＬＴＣＣ基板２と、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに配された酸化シリコン膜３と、酸化シリコン膜３上に直接接合されたガラス基板１１と、を備える。
この貼り合わせ基板１０Ａ（１０）は、以下に示すような方法により、貼り合わせられる。
この貼り合わせ基板１０Ａ（１０）は、ＬＴＣＣ基板２と、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに配された酸化シリコン膜３と、酸化シリコン膜３上に直接接合されたガラス基板１１と、を備える。
この貼り合わせ基板１０Ａ（１０）は、以下に示すような方法により、貼り合わせられる。
図３は、本実施形態に係る、基板の貼り合わせ方法の工程を順に示す図である。
本実施形態の基板の貼り合わせ方法は、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに、酸化シリコン膜３を形成する工程αと、酸化シリコン膜３の表面を研磨する工程βと、酸化シリコン膜３上に、ガラス基板１１を接合する工程γと、を少なくとも順に備えること、を特徴とする。
本実施形態の基板の貼り合わせ方法は、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに、酸化シリコン膜３を形成する工程αと、酸化シリコン膜３の表面を研磨する工程βと、酸化シリコン膜３上に、ガラス基板１１を接合する工程γと、を少なくとも順に備えること、を特徴とする。
ＬＴＣＣ基板２とガラス基板１１との直接接合を実施するためには、基板の表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下となるように精密研磨することが必要とされるが、セラミックスは脆性破壊を起こしやすいため、精密な研磨は難しい。また、ＬＴＣＣはセラミックスとガラスの複合材料であり、セラミックスとガラスの研磨レートが異なるために精密な研磨は難しい。通常のガラス研磨の方法ではガラスだけが溶けてしまい、セラミックスが凸になり残ってしまう。ＬＴＣＣ基板２の場合、Ｒａは数ｎｍレベルが限界であり、さらにもう一桁小さい精密な研磨はできていない。
そこで本発明では、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに、ガラスと類似の酸化シリコン膜３を形成し、この酸化シリコン膜３の表面を研磨することで、ガラス基板１１との接合に必要な表面粗さを実現することができる。これにより、本発明の貼り合わせ方法では、ＬＴＣＣ基板２とガラス基板１１との接合が可能になる。
以下、工程順に説明する。
ここで、図４は、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope ：ＡＦＭ）を用いて、各工程を行った後のＬＴＣＣ基板表面を撮影した写真である。図４（ａ）は、加工前のＬＴＣＣ基板表面のＡＦＭ写真を示す図である。加工前（研磨上がり）において、ＬＴＣＣ基板表面には研磨跡（掃き目）などの凹凸が残っており、表面粗さＲａは、約３ｎｍであった。
ここで、図４は、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope ：ＡＦＭ）を用いて、各工程を行った後のＬＴＣＣ基板表面を撮影した写真である。図４（ａ）は、加工前のＬＴＣＣ基板表面のＡＦＭ写真を示す図である。加工前（研磨上がり）において、ＬＴＣＣ基板表面には研磨跡（掃き目）などの凹凸が残っており、表面粗さＲａは、約３ｎｍであった。
（１−１）まず、図３（ａ）に示すように、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板の一面２ａに、酸化シリコン膜３を形成する（工程α）。
酸化シリコン膜３の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法、蒸着法、塗布（ＳＯＧなど）の方法を用いることができる。
本実施形態では、基板温度１００℃で、ＲＦスパッタ法により、ＳｉＯ２ 膜を１５００Åの厚さに成膜した。
酸化シリコン膜３の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法、蒸着法、塗布（ＳＯＧなど）の方法を用いることができる。
本実施形態では、基板温度１００℃で、ＲＦスパッタ法により、ＳｉＯ２ 膜を１５００Åの厚さに成膜した。
図４（ｂ）は、酸化シリコン膜３が形成された、ＬＴＣＣ基板２表面のＡＦＭ写真を示す図である。シリコン膜３を形成しても、ＬＴＣＣ基板２表面の凹凸をカバーすることはできず、表面粗さＲａは改善しない。
（１−２）次に、図３（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜３の表面を研磨する（工程β）。
本工程において、例えば、酸化セリウムを含む研磨材２０を用いることが好ましい。これにより、微細研磨が可能となり、より平滑な表面を得ることができる。さらに平滑な表面が求められる場合には、コロイダルシリカを含む研磨剤を用いる研磨工程を追加することもできる。
本実施形態では、例えば酸化セリウムを含む、研磨材２０を用いた片面研磨を５分間行うことにより、酸化シリコン膜３の表面を研磨した。
そして、本工程において、酸化シリコン膜３の表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下が好ましく、０．３５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、ガラス基板１１との接合に必要な表面粗さを実現することができる。
本工程において、例えば、酸化セリウムを含む研磨材２０を用いることが好ましい。これにより、微細研磨が可能となり、より平滑な表面を得ることができる。さらに平滑な表面が求められる場合には、コロイダルシリカを含む研磨剤を用いる研磨工程を追加することもできる。
本実施形態では、例えば酸化セリウムを含む、研磨材２０を用いた片面研磨を５分間行うことにより、酸化シリコン膜３の表面を研磨した。
そして、本工程において、酸化シリコン膜３の表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下が好ましく、０．３５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、ガラス基板１１との接合に必要な表面粗さを実現することができる。
図４（ｃ）は、研磨された酸化シリコン膜３表面のＡＦＭ写真を示す図である。精密研磨することで、セラミックス粒子とガラスとの研磨レートの差による凹凸、ＬＴＣＣ基板２の元々の研磨跡なども完全に消えて、ＬＴＣＣ基板２の表面粗さＲａは、加工前（図４（ａ））に比べて１／１０程度（０．５ｎｍ以下）にすることができた。
一方、図４（ｄ）は、酸化シリコン膜３を形成せず、ＬＴＣＣ基板２表面を直接、酸化セリウムを含む研磨剤を用いて精密研磨した場合のＡＦＭ写真を示す図である。ガラスのみが研磨され、セラミックスが凸に浮き出てしまっている。
（１−３）次に、図３（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜３上に、ガラス基板１１を接合する（工程γ）。
ガラス基板１１の接合方法は、特に限定されているものではなく、公知の方法を用いることができる。
ガラス基板１１の接合方法は、特に限定されているものではなく、公知の方法を用いることができる。
このように、本発明では、ＬＴＣＣ基板２上に成膜された酸化シリコン膜３をガラスの精密研磨の手法を用いて研磨することにより、直接接合に必要とされる、表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下の平滑性を有する表面を得ることができた（以下、「本発明に係る製法」と呼ぶ）。また、ガラス質の表面同士の接合となり、従来のガラス同士の接合方法を用いて接合することが可能となった。
本発明者は、上述した本発明に係る製法の作用・効果を確かめるため、各種分析手法を用いて詳細に評価した。以下において、ＳＥＭとは「走査型電子顕微鏡」を、ＥＤＸとは「エネルギー分散形Ｘ線分光器を使ったＸ線分光法」を、それぞれ意味する。
図５は、酸化シリコン膜３が形成された、ＬＴＣＣ基板２の表面に対する評価結果である。図５（ａ）はＡＦＭ写真（凹凸像）であり図４（ｂ）に相当する。図５（ｂ）はＳＥＭ写真（二次電子像）、図５（ｃ）はＥＤＸ写真（アルミ元素）、図５（ｄ）はＥＤＸ写真（シリコン元素）であり、何れも図５（ａ）と同一画角を観測した結果である。
図５から、以下の点が明らかとなった。
（イ）ＡＦＭ写真（凹凸像）によると、ＬＴＣＣ基板２の上に酸化シリコン膜３が形成された表面には、「（凹状であることが確認された）不定型な粒形状」が離散して観測された［図５（ａ）］。
（ロ）ＡＦＭ写真により「不定型な粒形状をなす部位」は、ＳＥＭ写真（二次電子像）によると、白く観測される。「その他の部位」は黒く観測された［図５（ｂ）］。
（ハ）ＥＤＸ写真（アルミ元素からのＫαを観測）によると、図５（ｂ）において「白く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、ＡＦＭ写真により「凸状をなす部位（不定型な粒形状をなす部位）」は、主たる元素としてアルミニウムを含むことが分かった［図５（ｃ）］。
（ニ）ＥＤＸ写真（シリコン元素からのＫαを観測）によると、図５（ｂ）において「黒く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、ＡＦＭ写真により「凸状をなす部位（不定型な粒形状をなす部位）」を除いた領域は、主たる元素としてシリコンを含むことが分かった［図５（ｄ）］。
（イ）ＡＦＭ写真（凹凸像）によると、ＬＴＣＣ基板２の上に酸化シリコン膜３が形成された表面には、「（凹状であることが確認された）不定型な粒形状」が離散して観測された［図５（ａ）］。
（ロ）ＡＦＭ写真により「不定型な粒形状をなす部位」は、ＳＥＭ写真（二次電子像）によると、白く観測される。「その他の部位」は黒く観測された［図５（ｂ）］。
（ハ）ＥＤＸ写真（アルミ元素からのＫαを観測）によると、図５（ｂ）において「白く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、ＡＦＭ写真により「凸状をなす部位（不定型な粒形状をなす部位）」は、主たる元素としてアルミニウムを含むことが分かった［図５（ｃ）］。
（ニ）ＥＤＸ写真（シリコン元素からのＫαを観測）によると、図５（ｂ）において「黒く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、ＡＦＭ写真により「凸状をなす部位（不定型な粒形状をなす部位）」を除いた領域は、主たる元素としてシリコンを含むことが分かった［図５（ｄ）］。
図６は、本発明に係る製法により研磨された、酸化シリコン膜３の表面に対する評価結果である。図６（ａ）はＡＦＭ写真（凹凸像）であり図４（ｃ）に相当する。図６（ｂ）はＳＥＭ写真（二次電子像）、図６（ｃ）はＥＤＸ写真（アルミ元素）、図６（ｄ）はＥＤＸ写真（シリコン元素）であり、何れも図５（ａ）と同一画角を観測した結果である。
図６から、以下の点が明らかとなった。
（ホ）ＡＦＭ写真（凹凸像）によると、本発明に係る製法により研磨された酸化シリコン膜３の表面には、図５（ａ）で観測された「不定型な粒形状（凹状）」が消え去り、写真全域に亘って平坦な状態になっていることが観測された［図６（ａ）］。
（ヘ）しかしながら、ＳＥＭ写真（二次電子像）によると、「（ＡＦＭ写真により平坦ではあるが）不定型な粒形状が白く観測される部位」が存在し、「その他の部位」は黒く観測された［図６（ｂ）］。
（ト）ＥＤＸ写真（アルミ元素からのＫαを観測）によると、図６（ｂ）において「白く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、ＡＦＭ写真により「不定型な粒形状の部位」は、主たる元素としてアルミニウムを含むことが分かった［図６（ｃ）］。
（チ）ＥＤＸ写真（シリコン元素からのＫαを観測）によると、図６（ｂ）において「黒く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、ＡＦＭ写真により「不定型な粒形状の部位を除いた部位」は、主たる元素としてシリコンを含むことが分かった［図６（ｄ）］。
（リ）つまり、上述した（イ）〜（チ）の評価結果から、本発明に係る製法によれば、ＬＴＣＣ基板２上に成膜された酸化シリコン膜３を、ガラスの精密研磨の手法を用いて研磨することにより、直接接合に必要とされる、Ｒａが０．５ｎｍ以下の平滑性を有する表面が得られることが確認された。
（ホ）ＡＦＭ写真（凹凸像）によると、本発明に係る製法により研磨された酸化シリコン膜３の表面には、図５（ａ）で観測された「不定型な粒形状（凹状）」が消え去り、写真全域に亘って平坦な状態になっていることが観測された［図６（ａ）］。
（ヘ）しかしながら、ＳＥＭ写真（二次電子像）によると、「（ＡＦＭ写真により平坦ではあるが）不定型な粒形状が白く観測される部位」が存在し、「その他の部位」は黒く観測された［図６（ｂ）］。
（ト）ＥＤＸ写真（アルミ元素からのＫαを観測）によると、図６（ｂ）において「白く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、ＡＦＭ写真により「不定型な粒形状の部位」は、主たる元素としてアルミニウムを含むことが分かった［図６（ｃ）］。
（チ）ＥＤＸ写真（シリコン元素からのＫαを観測）によると、図６（ｂ）において「黒く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、ＡＦＭ写真により「不定型な粒形状の部位を除いた部位」は、主たる元素としてシリコンを含むことが分かった［図６（ｄ）］。
（リ）つまり、上述した（イ）〜（チ）の評価結果から、本発明に係る製法によれば、ＬＴＣＣ基板２上に成膜された酸化シリコン膜３を、ガラスの精密研磨の手法を用いて研磨することにより、直接接合に必要とされる、Ｒａが０．５ｎｍ以下の平滑性を有する表面が得られることが確認された。
＜第二実施形態＞
図７は、本実施形態に係る基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態の基板１Ｂ（１）は、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに、酸化シリコン膜３（例えばＳｉＯ２ 膜）が配されている。
本実施形態の基板１Ｂ（１）において、酸化シリコン膜３は、所定のパターンを有している。
この基板１Ｂ（１）において、酸化シリコン膜３の表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、この基板１Ｂ（１）は、例えばガラス基板との接合が可能になる。
図７は、本実施形態に係る基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態の基板１Ｂ（１）は、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに、酸化シリコン膜３（例えばＳｉＯ２ 膜）が配されている。
本実施形態の基板１Ｂ（１）において、酸化シリコン膜３は、所定のパターンを有している。
この基板１Ｂ（１）において、酸化シリコン膜３の表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、この基板１Ｂ（１）は、例えばガラス基板との接合が可能になる。
また、図８は、本実施形態に係る貼り合わせ基板の一構成例を示す断面図である。
この貼り合わせ基板１０Ｂ（１０）は、ＬＴＣＣ基板２と、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに配され、所定パターンで形成された酸化シリコン膜３と、酸化シリコン膜３上に直接接合されたガラス基板１１と、を備える。
この貼り合わせ基板１０Ｂ（１０）は、ＬＴＣＣ基板２と、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに配され、所定パターンで形成された酸化シリコン膜３と、酸化シリコン膜３上に直接接合されたガラス基板１１と、を備える。
本実施形態の貼り合わせ基板１０Ｂ（１０）が実際に利用される場合には、ＬＴＣＣ基板２側には、例えばビルトアップ工法を用いて形成された積層配線や、成膜およびフォトリソグラフィを用いた表面配線パターンが形成されている。一方、ガラス基板１１側には、流路やキャビティなどの空間を持ったパターンが形成されている。これらが接合され、電極や流路・キャビティ自体がある機能を持ったり、この空間に機能を待ったＭＥＭＳなどのデバイスが組み込まれたりする。
つまり、ＬＴＣＣ基板２側にもガラス基板１１側にも何らかのパターンが形成されていて、接合を仲介する酸化シリコン膜３も、接合パターンに合わせたパターンを有することとなる。
酸化シリコン膜３が所定のパターンを有する場合、この貼り合わせ基板１０Ｂ（１０）は、以下に示すような方法により、貼り合わせられる。
つまり、ＬＴＣＣ基板２側にもガラス基板１１側にも何らかのパターンが形成されていて、接合を仲介する酸化シリコン膜３も、接合パターンに合わせたパターンを有することとなる。
酸化シリコン膜３が所定のパターンを有する場合、この貼り合わせ基板１０Ｂ（１０）は、以下に示すような方法により、貼り合わせられる。
図９は、本実施形態に係る、基板の貼り合わせ方法の工程を順に示す図である。
（２−１）まず、図９（ａ）に示すように、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに、金属膜４を形成する（工程Ｆ）。
ＬＴＣＣはガラスを含む複合材料であるため、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａ上にパターンを形成した後に、ガラス用研磨剤を用いた研磨をすると、ＬＴＣＣが露出した部分まで研磨されてしまい、表面が粗面化してしまう虞がある［図４（ｄ）］。
そこで、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに金属膜４を形成しておくことが好ましい。この金属膜４によって、ＬＴＣＣ基板２の表面を保護しながら研磨することにより、表面の荒れを防止することができる。
（２−１）まず、図９（ａ）に示すように、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに、金属膜４を形成する（工程Ｆ）。
ＬＴＣＣはガラスを含む複合材料であるため、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａ上にパターンを形成した後に、ガラス用研磨剤を用いた研磨をすると、ＬＴＣＣが露出した部分まで研磨されてしまい、表面が粗面化してしまう虞がある［図４（ｄ）］。
そこで、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに金属膜４を形成しておくことが好ましい。この金属膜４によって、ＬＴＣＣ基板２の表面を保護しながら研磨することにより、表面の荒れを防止することができる。
金属膜４の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、クロムや、ニッケル等が用いられる。
金属膜４の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法などを用いることができる。
この金属膜４の膜厚としては、特に限定されるものではないが、例えば実施例ではニッケル膜を、５０００Å程度としたが、もっと薄くても構わない。
金属膜４の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法などを用いることができる。
この金属膜４の膜厚としては、特に限定されるものではないが、例えば実施例ではニッケル膜を、５０００Å程度としたが、もっと薄くても構わない。
（２−２）次に、図９（ｂ）に示すように、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａ（金属膜４）上にレジスト５を塗布し、パターンを形成する（工程Ａ）。
パターンを有するガラス基板１１との接合を行う場合、基板材料が、耐フッ酸性の高い材料であれば、基板の一面２ａに酸化シリコン膜３を成膜し、フッ酸を用いたエッチングによりパターンを形成することができる。しかし、ＬＴＣＣは、耐フッ酸性に劣る材料である。そのため、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａにレジスト５を塗布し、例えばフォトリソグラフィによりパターンを形成する。後述するように、このレジストパターン上に酸化シリコン膜３を形成し、リフトオフすることにより、パターンを有する酸化シリコン膜３を形成することができる。
パターンを有するガラス基板１１との接合を行う場合、基板材料が、耐フッ酸性の高い材料であれば、基板の一面２ａに酸化シリコン膜３を成膜し、フッ酸を用いたエッチングによりパターンを形成することができる。しかし、ＬＴＣＣは、耐フッ酸性に劣る材料である。そのため、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａにレジスト５を塗布し、例えばフォトリソグラフィによりパターンを形成する。後述するように、このレジストパターン上に酸化シリコン膜３を形成し、リフトオフすることにより、パターンを有する酸化シリコン膜３を形成することができる。
（２−３）次に、図９（ｃ）に示すように、レジストパターンが形成されたＬＴＣＣ基板２の一面２ａ側に、酸化シリコン膜３を形成する（工程Ｂ）。
酸化シリコン膜３の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法、蒸着法、塗布（ＳＯＧなど）の方法を用いることができる。
本実施形態では、基板温度１００℃で、ＲＦスパッタ法により、ＳｉＯ２ 膜を１５００Åの厚さに成膜した。
酸化シリコン膜３の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法、蒸着法、塗布（ＳＯＧなど）の方法を用いることができる。
本実施形態では、基板温度１００℃で、ＲＦスパッタ法により、ＳｉＯ２ 膜を１５００Åの厚さに成膜した。
（２−４）次に、図９（ｄ）に示すように、ＬＴＣＣ基板２からレジスト５を剥離する（工程Ｃ）。
ＬＴＣＣ基板２から、酸化シリコン膜３とともにレジスト５を剥離（リフトオフ）した。
本実施形態では、例えば３％のＮａＯＨ水溶液に１０分間、基板を浸漬することにより、レジスト５を剥離した。これにより、ガラス基板１１と接合される部分だけに酸化シリコン膜３が残されたパターンが得られた。
ＬＴＣＣ基板２から、酸化シリコン膜３とともにレジスト５を剥離（リフトオフ）した。
本実施形態では、例えば３％のＮａＯＨ水溶液に１０分間、基板を浸漬することにより、レジスト５を剥離した。これにより、ガラス基板１１と接合される部分だけに酸化シリコン膜３が残されたパターンが得られた。
（２−５）次に、図９（ｅ）に示すように、酸化シリコン膜３の表面を研磨する（工程Ｄ）
本工程において、例えば、酸化セリウムを含む研磨材２０を用いることが好ましい。これにより、微細研磨が可能となり、より平滑な表面を得ることができる。さらに平滑な表面が求められる場合には、コロイダルシリカを含む研磨剤を用いる研磨工程を追加することもできる。
本実施形態では、例えば酸化セリウムを含む、研磨材２０を用いた片面研磨を５分間行うことにより、酸化シリコン膜３の表面を研磨した。
このとき、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに金属膜４が形成されているので、ＬＴＣＣ基板２の表面が保護され、表面の粗面化を防止することができる。
そして、本工程において、酸化シリコン膜３の表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下が好ましく、０．３５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、ガラス基板１１との接合に必要な表面粗さを実現することができる。
本工程において、例えば、酸化セリウムを含む研磨材２０を用いることが好ましい。これにより、微細研磨が可能となり、より平滑な表面を得ることができる。さらに平滑な表面が求められる場合には、コロイダルシリカを含む研磨剤を用いる研磨工程を追加することもできる。
本実施形態では、例えば酸化セリウムを含む、研磨材２０を用いた片面研磨を５分間行うことにより、酸化シリコン膜３の表面を研磨した。
このとき、ＬＴＣＣ基板２の一面２ａに金属膜４が形成されているので、ＬＴＣＣ基板２の表面が保護され、表面の粗面化を防止することができる。
そして、本工程において、酸化シリコン膜３の表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下が好ましく、０．３５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、ガラス基板１１との接合に必要な表面粗さを実現することができる。
（２−６）次に、図９（ｆ）に示すように、金属膜４を除去する（工程Ｇ）。
金属膜４の除去方法としては、特に限定されるものではないが、金属膜４としてニッケル膜を用いた本実施形態では、例えば塩化第二鉄溶液に６０秒間浸漬することにより、ニッケル膜を除去した。
金属膜４の除去方法としては、特に限定されるものではないが、金属膜４としてニッケル膜を用いた本実施形態では、例えば塩化第二鉄溶液に６０秒間浸漬することにより、ニッケル膜を除去した。
（２−７）そして、図９（ｇ）に示すように、酸化シリコン膜３上に、ガラス基板１１を接合する（工程Ｅ）。
ガラス基板１１の接合方法は、特に限定されているものではなく、公知の方法を用いることができる。
本工程では、減圧雰囲気または不活性ガス雰囲気において、熱処理を施すことが好ましい。これにより、後述する図１０〜図１２の構成とした場合、配線に用いられる金属の酸化を防止することができる。
ガラス基板１１の接合方法は、特に限定されているものではなく、公知の方法を用いることができる。
本工程では、減圧雰囲気または不活性ガス雰囲気において、熱処理を施すことが好ましい。これにより、後述する図１０〜図１２の構成とした場合、配線に用いられる金属の酸化を防止することができる。
このように、基板表面にパターンが形成されている場合であっても、ＬＴＣＣ基板２上に成膜された酸化シリコン膜３をガラスの精密研磨の手法を用いて研磨することにより、直接接合に必要とされる、Ｒａが０．５ｎｍ以下の平滑性を有する表面を得ることができた。また、ガラス質の表面同士の接合となり、従来のガラス同士の接合方法を用いて接合することが可能となった。
図１０〜図１２は、本実施形態の貼り合わせ基板１０Ｂ（１０）を、配線基板（インターポーザー）等に適用した場合の一構成例を示す図である。図１０〜図１２において、「ＬＴＣＣ基板２の内部に示した曲がった線」は、配線を表す。
図１０に示す例では、ＬＴＣＣ基板２に配線が形成され、ガラス基板１１に空間３０が形成されている。また、図１１に示すように、空間３０に機能性デバイス３１が組み込まれていてもよい。
さらに図１２に示すように、ガラス基板１１の他の一面側がシリコンウエハ３２と陽極接合され、空間３０に機能性デバイス３１が組み込まれた形態とすることもできる。
図１０に示す例では、ＬＴＣＣ基板２に配線が形成され、ガラス基板１１に空間３０が形成されている。また、図１１に示すように、空間３０に機能性デバイス３１が組み込まれていてもよい。
さらに図１２に示すように、ガラス基板１１の他の一面側がシリコンウエハ３２と陽極接合され、空間３０に機能性デバイス３１が組み込まれた形態とすることもできる。
以上、本発明に係る基板の貼り合わせ方法、基板および貼り合わせ基板について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば上述した説明では、ＬＴＣＣ基板を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えば本発明では、セラミックス基板を用いた場合についても、同様に適用可能である。
例えば上述した説明では、ＬＴＣＣ基板を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えば本発明では、セラミックス基板を用いた場合についても、同様に適用可能である。
本発明は、例えば半導体パッケージ、デバイス等に用いられる、基板の貼り合わせ方法、基板および貼り合わせ基板に広く適用可能である。
１Ａ，１Ｂ（１） 基板、２ ＬＴＣＣ基板、３ 酸化シリコン膜、４ 金属膜、５ レジスト、１０Ａ，１０Ｂ（１０） 貼り合わせ基板、１１ ガラス基板。
Claims (9)
- 低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板の一面に、ガラス質の酸化シリコン膜を形成する工程αと、
前記酸化シリコン膜の表面を表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下に研磨する工程βと、
前記酸化シリコン膜上に、ガラス基板を接合する工程γと、を少なくとも順に備えること、を特徴とする基板の貼り合わせ方法。 - 前記工程βは、酸化セリウムを含む研磨材を用いること、を特徴とする請求項１に記載の基板の貼り合わせ方法。
- 前記工程γは、減圧雰囲気または不活性ガス雰囲気において、熱処理を施すことを特徴とする、請求項１又は２に記載の基板の貼り合わせ方法。
- 低温焼成セラミックス基板の一面上にレジストを塗布し、パターンを形成する工程Ａと、
前記レジストパターンが形成された前記低温焼成セラミックス基板の一面側に、酸化シリコン膜を形成する工程Ｂと、
前記低温焼成セラミックス基板から前記レジストを剥離し所定のパターンを有する酸化シリコン膜を形成する工程Ｃと、
前記酸化シリコン膜の表面を研磨する工程Ｄと、
前記酸化シリコン膜上に、ガラス基板を接合する工程Ｅと、
を順に備えること、を特徴とする基板の貼り合わせ方法。 - 前記ガラス基板に、前記酸化シリコン膜の所定のパターンに対応した所定の空間を設ける、ことを特徴とする請求項４に記載の基板の貼り合わせ方法。
- 前記工程Ａに先立って、低温焼成セラミックス基板の一面に、金属膜を形成する工程Ｆを、さらに備えること、を特徴とする請求項４又は５に記載の基板の貼り合わせ方法。
- 前記工程Ｄと前記工程Ｅとの間に、前記金属膜を除去する工程Ｇを、さらに備えること、を特徴とする請求項６に記載の基板の貼り合わせ方法。
- 低温焼成セラミックス基板と、
前記低温焼成セラミックス基板の一面に配された所定のパターンを形成した酸化シリコン膜と、
前記酸化シリコン膜上に直接接合されたガラス基板と、を備えること、を特徴とする貼り合わせ基板。 - 前記ガラス基板が、前記酸化シリコン膜の所定のパターンに対応した所定の空間を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の貼り合わせ基板。
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