(57)【要約】【課題】貫通孔の径が均一になるように加工し易いガラス基板製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板製造方法は、改質ステップおよびエッチングステップを少なくとも含んでいる。改質ステップでは、ガラス基板における複数の貫通孔の形成予定位置における厚み方向にわたってエネルギ密度が相対的に高い焦線が形成されるようにレーザ光をガラス基板に照射することによって貫通孔形成予定位置を改質する。エッチングステップでは、エッチング液を収容するエッチング槽にガラス基板を浸漬し、かつ、エッチング液中に浸漬された振動体によりエッチング液を撹拌しながらエッチング処理が行われる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を備えるガラス基板を製造するためのガラス基板製造方法であって、
前記ガラス基板における前記複数の貫通孔の形成予定位置における厚み方向にわたってエネルギ密度が相対的に高い焦線が形成されるようにレーザ光を前記ガラス基板に照射することによって前記貫通孔形成予定位置を改質する改質ステップと、
前記改質ステップの後に前記貫通孔形成予定位置をエッチングすることによって前記貫通孔形成予定位置に貫通孔を形成するエッチングステップと、
を少なくとも含み、
前記エッチングステップは、エッチング液を収容するエッチング槽に前記ガラス基板を浸漬し、かつ、エッチング液中に浸漬された振動体によりエッチング液を撹拌しながらエッチングすることを特徴とするガラス基板製造方法。
【請求項２】
前記振動体は複数の羽根体を有しており、前記羽根体は、エッチング槽の外部に配置された振動発生部から振動が伝達されることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板製造方法。
【請求項３】
前記振動発生部は、３０〜１００Ｈｚで振動することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の貫通孔を備えたガラス基板の製造方法に関し、特に貫通孔の径が均一になるように加工し易いガラス基板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイスにおいて貫通孔が複数形成されたガラス基板が広く利用されている。例えば、微細貫通孔を有するガラス基板の適用例として、インターポーザによる３Ｄ集積回路が挙げられる。インターポーザにはこれまで樹脂基板が用いられてきたが、ICチップと熱膨張率に差があり接合部分に不具合が生じることがあった。
【０００３】
そこで、注目されたのがシリコン基板とガラス基板であり、どちらも樹脂基板と比較して熱膨張による不具合が低減された。特に、ガラス基板を用いたガラスインターポーザは、コストが安く、さらに電気的な絶縁性に優れているということで大きく注目されている。
【０００４】
ガラスインターポーザは、基板に複数の貫通孔を有することで下面の回路と接続されており、ガラス基板に複数の貫通孔を形成させる必要がある。この貫通孔を形成する際に、従来、レーザ加工を行い、その後エッチング加工を行うといった手段が採用されることがあった（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４２６８５５号
【特許文献２】特開２００３−２２６５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術においては、貫通孔の径を均一にすることが難しかった。例えば、上述の特許文献１のようなエッチング液の浸漬によるエッチング方法であれば、微細な貫通孔内にエッチング液が行き届かずに、板厚方向において貫通孔の径が不均一に形成されてしまうことがあった。
【０００７】
また、特許文献２に係る技術においては、レーザ加工によって先細り状に形成された貫通孔がエッチング加工後においても表裏の主面における孔径の差が縮小せず、結果として、貫通孔の径が不均一になってしまう。
【０００８】
貫通孔が不均一に形成される原因の１つとしては、エッチング液とガラス基板の反応によって生成されるスラッジが貫通孔を閉塞させてしまうことである。貫通孔内にスラッジが閉塞した結果、特に板厚方向の中央部においてエッチング液が侵入せず、中央部の孔径が表面部の孔径よりも小さくなる。なお、エッチング処理中は、攪拌機を用いてエッチング液が撹拌されるが、スラッジによる閉塞を防止するのに十分ではない。
【０００９】
また、貫通孔への浸透性を向上させるために、界面活性剤を用いてエッチング液の表面張力を低下させることも考えられる。エッチング液に添加する界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤が表面張力の低下に特に効果的である。しかし、フッ素系界面活性剤の添加によりエッチング液の起泡性が高くなってしまう。このため、エッチング液が撹拌されると、大量の泡が発生してしまい、エッチング液が装置の外部に漏えいするおそれがある。また、消泡剤を添加したとしても、泡の発生を完全に防止することは困難であった。
【００１０】
ガラスインターポーザにおいては、貫通孔内に貫通電極の抵抗値を均一化することが好ましいため、ガラス基板に形成される貫通孔の径は均一化されていることが好ましいと言える。
【００１１】
この発明の目的は、貫通孔の径が均一になるように加工し易いガラス基板製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るガラス基板製造方法は、複数の貫通孔を備えるガラス基板を製造するためのものである。このガラス基板製造方法は、改質ステップおよびエッチングステップを少なくとも含んでいる。
【００１３】
改質ステップでは、ガラス基板における複数の貫通孔の形成予定位置における厚み方向にわたってエネルギ密度が相対的に高い焦線が形成されるようにレーザ光をガラス基板に照射することによって貫通孔形成予定位置を改質する。貫通孔形成予定位置は、レーザ光によるエネルギを受けることによってエッチングされ易い性質を有する改質部になる。この改質部の形状によって貫通孔の形状が影響を受けるのであるが、レーザ加工によって貫通孔を形成する場合に比較すると、改質部の形状は先細りしにくいことが出願人の実験によって分かってきている。
【００１４】
エッチングステップでは、改質ステップの後に貫通孔形成予定位置をエッチングすることによって貫通孔形成予定位置に貫通孔を形成する。貫通孔形成予定位置はエッチングされ易い性質に改質されているため、厚み方向にエッチングが進行し易くなっており、サイドエッチングの影響を最小限に抑えることが可能になる。さらには、上述のように改質部は先細り形状になりにくいため、結果として、貫通孔の径を均一にし易くなっている。
【００１５】
上述のエッチングステップにおいては、エッチング液を収容するエッチング槽にガラス基板を浸漬し、かつ、エッチング液中に浸漬された振動体によりエッチング液を撹拌しながらエッチングしている。この構成により、エッチング液が好適に循環し、貫通孔内にスラッジが目詰まりすることが防止される。さらに、振動体は、エッチング液中に浸漬された状態で振動するため、液中に空気が持ち込まれることがほとんどなく、界面活性剤を使用した場合であっても、気泡の発生が抑制される。
【００１６】
また、振動体は複数の羽根体を有しており、羽根体は、エッチング槽の外部に配置された振動発生部から振動が伝達されることが好ましい。羽根体の振動により、エッチング槽内のエッチング液を撹拌させることが可能になる。また、羽根体に振動を伝達する振動発生部をエッチング槽の外部に配置することにより、振動発生部自体は、酸雰囲気に曝されず、汚損されるのを防止することが可能になる。
【００１７】
また、振動発生部は、３０〜１００Ｈｚで振動することが好ましい。このような低周波領域で振動することにより、羽根体が振動しても液中に気泡を大量に発生させることなく、エッチング液を撹拌させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の貫通孔を有するガラス基板の製造方法において貫通孔の径が均一なるように加工し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る改質ステップを説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る改質ステップおよびエッチングステップを説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るエッチング装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る支持キャリアの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図を用いて、本発明の一実施形態に係るガラス基板製造方法について説明する。図１は、複数の貫通孔を備えるガラスインターポーザを製造するためのガラス基板１０に対する加工処理の一ステップを示している。この実施形態では、ガラスインターポーザを製造する際に、ガラス基板１０に対して、改質ステップおよびエッチングステップが少なくとも施される。
【００２１】
ガラス基板１０の種類は、ガラスである限り、特に限られないが、ガラスインターポーザのように、半導体素子のパッケージに使用される場合は、無アルカリガラスが好ましい。これはアルカリ含有ガラスの場合、ガラス中のアルカリ成分が析出し、半導体素子に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。また、ガラス基板１０の厚さは、特に限られず、ガラス基板１０は、例えば０．０５ｍｍ〜１．１ｍｍの厚さにおいて好適に処理を行うことができている。
【００２２】
改質ステップにおいては、ガラス基板１０における複数の貫通孔の形成予定位置に対して、レーザヘッド１２からレーザ光が照射される。この照射されるレーザ光は、ガラス基板１０の厚み方向にわたってエネルギ密度が相対的に高い焦線を形成するための光学系ユニット１４を経由する。
【００２３】
光学系ユニット１４は、単一または複数の光学要素（レンズ等）によって構成されており、レーザヘッド１２からのレーザ光を、ガラス基板１０の厚み方向において所定範囲内の長さを有するレーザ光の焦線へと集束させるように構成されている。
【００２４】
このため、このレーザ光がガラス基板１０に照射されることにより、ガラス基板１０における貫通孔形成予定位置が厚み方向の全域にわたって改質され、例えば、ボイド状の改質部１０２が形成される。ガラス基板１０に複数の改質部１０２を形成するためには、ガラス基板１０をＸＹ平面上において移動するようなステージを用いても良いし、レーザヘッド１２および光学系ユニット１４を備えたレーザ加工装置がこれらの部材をＸＹ方向に移動させる駆動機構を設けるようにしても良い。
【００２５】
レーザ光は、ガラス基板１０の貫通孔の形成予定位置をエッチングされ易い性質に改質できる限り、その種類および照射条件は限られない。この実施形態では、レーザヘッド１２から、短パルスレーザ（例えばピコ秒レーザ、ナノ秒レーザ、フェムト秒レーザ）から発振されるレーザ光が照射されており、レーザ光の波長は、ガラス種や板厚等によって適宜調整すれば良い。この実施形態では、レーザ光の平均レーザエネルギが、約４０μＪ〜３００μＪ程度になるように出力制御が行われている。
【００２６】
改質ステップの後には、ガラス基板１０における貫通孔形成予定位置に形成された改質部１０２をエッチングすることによって、改質部１０２を溶解し、貫通孔形成予定位置に貫通孔が形成される。
【００２７】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を用いて、改質ステップおよびその後のエッチングステップについて説明する。図２（Ａ）は、上述した改質ステップを示している。レーザヘッド１２から出射したレーザ光は、光学系ユニット１４によって、ガラス基板１０における貫通孔形成予定位置に集光され、貫通孔形成予定位置の厚み方向に焦線が形成される。光学系ユニット１４は、例えば、レーザ光を拡散する拡散レンズや集光する集光レンズ等を少なくとも備えており、例えば、レーザ光を上述の焦線上の複数の点で結像するように集光することができる。
【００２８】
その結果、図２（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０の貫通孔成予定位置における厚み方向の全域にわたって改質部１０２が形成される。改質部１０２は、レーザ光からのエネルギを受けることによって他の部分よりもエッチングされ易い性質を示すようになる。この改質部１０２にエッチング液を接触させることにより、改質部１０２が溶解されて、その結果、図２（Ｃ）に示すように貫通孔形成予定位置に貫通孔１０４が形成されることになる。
【００２９】
エッチングステップにおいては、図３（Ａ）に示すようなエッチング装置２０を用いてガラス基板１０にエッチング処理が施される。エッチング装置２０は、エッチング槽２２および振動ユニット２４を備えており、ガラス基板１０が収容された支持キャリア２６をエッチング槽２２に浸漬させることによりガラス基板１０をエッチングするように構成される。
【００３０】
エッチング槽２２は、エッチング液が収容されるように構成される。エッチング液は、少なくともフッ酸を含んでおり、塩酸、硫酸または硝酸等の無機酸が含まれても良い。さらに、適宜界面活性剤を添加しても良い。エッチング槽２２として使用できる部材は、エッチング液に耐性を有する物であれば良く、一例としては、塩化ビニル樹脂材、フッ素系樹脂材、ポリプロピレン等が挙げられる。また、エッチング槽２２は、エッチング液の温度を一定に保つための熱交換器等を有することが好ましい。
【００３１】
振動ユニット２４は、エッチング液に浸漬された状態で振動することにより、エッチング液を撹拌するように構成される。振動ユニット２４は、振動モータ３０、シャフト３２および羽根体３４を備えている。振動モータ３０は、エッチング槽２２の外部に配置されており、不図示の電源部からの電力を得て、微細に振動するように構成される。振動モータ３０としては、機械式振動モータ、マグネット振動モータまたはエア振動モータ等を使用することができる。
【００３２】
また、振動モータ３０は、３０〜１００Ｈｚの周波数で振動することが好ましく、振動モータ３０はインバータ制御により周波数を変化させながら振動しても良い。インバータは、不図示であるが、振動モータ３０を駆動するための電源部との間に配置される。
【００３３】
シャフト３２は、振動モータ３０に接続されており、振動モータ３０からの振動が伝達され、図示矢印方向に振動するように構成される。シャフト３２は、振動モータ３０と接続する水平シャフト部３２１と、その一部がエッチング液に浸漬される垂直シャフト部３２２とを有している。水平シャフト部３２１と垂直シャフト部３２２は、接続部３２３において接続されている。シャフト３２は、エッチング槽２２と同様に、エッチング液に耐性を有する樹脂材で構成される。また、可能な限り振動の減衰を抑制できるように、長さや径または材質等が調整される。
【００３４】
羽根体３４は、図３（Ｂ）に示すように、垂直シャフト部３２２に接続されており、振動モータ３０からの振動により図中の矢印方向で示すように上下方向に振動し、エッチング液を撹拌するように構成される。本実施形態では、エッチング槽２２の深さ方向に沿って複数の羽根体３４が設けられている。羽根体３４は、エッチング液に耐性を有する樹脂板が矩形状になるように形成されており、その端部が垂直シャフト部３２２に接続されている。また、羽根体３４の寸法や厚みは、ガラス基板１０の寸法、板厚やエッチング液の粘性または比重等に応じて、適宜調整される。本実施形態における羽根体３４の振動数としては、５００〜２０００回/分程度に調整される。
【００３５】
ガラス基板１０は、支持キャリア２６に収容された状態でエッチング槽２２に浸漬される。支持キャリア２６は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０の対向する側面部を支持する支持溝３６およびガラス基板１０の下端部を支持する下辺支持部３８によってガラス基板１０を支持している。本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、３本の下辺支持具３８でガラス基板１０を支えているが、ガラス基板１０の寸法等によって適宜変更することが可能である。支持キャリア２６は、所定の間隔を設けて複数のガラス基板１０が収容された状態で、エッチング槽２２内に浸漬される。
【００３６】
支持キャリア２６は、不図示のクレーン等により搬送され、エッチング槽２２に浸漬される。支持キャリア２６は、エッチング槽２２内において、羽根体３４の振動により発生する液流に対してガラス基板１０が平行に配置されるように浸漬される。このように配置することで、支持キャリア２６に収容された状態のガラス基板１０の間をエッチング液が通過しやすくなる。
【００３７】
支持キャリア２６がエッチング槽２２に浸漬されると、エッチング液とガラス基板１０が接触することにより、ガラス基板１０がエッチングされる。改質部１０２は、ガラス基板１０の主面部よりもエッチング速度が速くなるため、ガラス基板１０が薄型化されながら、貫通孔径形成予定位置に貫通孔が形成される。このエッチング処理において、羽根体３４が振動を続けることにより、エッチング液が撹拌され、エッチング液の液流が発生する。この際、羽根体３４は、エッチング液に浸漬された状態で振動するため、気泡の発生を抑制することが可能になる。本実施形態では、エッチング液は、羽根体３４から図示左方向に向かって流れる（図３（Ａ）参照）。エッチング液は、ガラス基板１０の隙間を主面に沿って通過するように撹拌されるため、貫通孔形成予定位置におけるスラッジの付着を防止することが可能になる。
【００３８】
ガラス基板１０が所定時間エッチング処理されると、図２（Ｃ）に示すように、貫通孔１０４が形成される。エッチング槽２２内では羽根体３４によるエッチング液の撹拌によりスラッジの堆積が抑制されるので、板厚方向において貫通孔１０４の径が均一に形成される。
【００３９】
上述の実施形態では、ガラス基板１０をガラスインターポーザとして用いる例を説明したが、ガラス基板１０の用途はこれに限定されない。例えば、MENSパッケージングやライフサイエンス向けマイクロチップデバイス等にも適用可能である。
【００４０】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４１】
１０−ガラス基板
１２−レーザヘッド
１４−光学系ユニット
２０−エッチング装置
２２−エッチングチャンバ
３０−振動体
３２−シャフト
３４−羽根体
１０２−改質部
１０４−貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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