(57)【要約】  本発明は、シリコンウェハ上に積層し接合した後に熱処理しても、シリコンウェハと剥離し難い、複数の貫通孔を有するガラス基板を提供することを課題とする。５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下であり、テーパ角が０．１〜２０度である複数の貫通孔を有し、厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であるガラス基板が、上記課題を解決する。
2010087483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下であり、テーパ角が０．１〜２０度である複数の貫通孔を有し、厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下である、ガラス基板。
【請求項２】
厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、ＳｉＯ２含有量が５０質量％以上７０質量％以下、および５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下のガラス板であって、前記ガラス板が、テーパ角が０．１〜２０度である複数の貫通孔を有する半導体デバイス部材用ガラス基板。
【請求項３】
前記貫通孔の直径が５〜５００μｍである請求項２に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板。
【請求項４】
前記貫通孔の数密度が１〜１００００個／ｍｍ2である、請求項２または３に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板。
【請求項５】
ＳｉＯ２濃度が５０質量%以上７０質量％以下であり、かつＮａとＫとの合計含有量が酸化物換算で３．５質量％以下である請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板。
【請求項６】
板状ガラスにエキシマレーザ光を照射して請求項２〜５のいずれか１項に記載のガラス基板を得る、以下の（１）〜（６）の工程を備える半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法。
（１）エキシマレーザ光発生装置を配置する第１工程。
（２）前記板状ガラスを前記エキシマレーザ光の光路上に配置する第２工程。
（３）前記エキシマレーザ光発生装置と、前記板状ガラスとの間の前記光路上に、複数の貫通孔を有するマスクを配置する第３工程。
（４）前記マスクと前記板状ガラスとの間の光路上に、前記マスクの像を前記板状ガラスに縮小投影させるための投影レンズを配置する第４工程。
（５）前記エキシマレーザ光を照射する第５工程。
（６）前記板状ガラスを移動させる第６工程。
【請求項７】
前記第５工程が、照射フルエンスが２〜２０Ｊ／ｃｍ2である前記エキシマレーザ光を、前記照射フルエンス（Ｊ／ｃｍ2）とショット数（回）と前記板状ガラスの厚さ（ｍｍ）との積が１０００〜３００００となるように照射する工程である、請求項６に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法。
【請求項８】
前記第５工程が、さらに、前記照射フルエンスを調整することで前記貫通孔のテーパ角を調整する工程である、請求項６または７に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法。
【請求項９】
前記第５工程における前記エキシマレーザ光がＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザまたはＦ２レーザのいずれかである、請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法。
【請求項１０】
エキシマレーザ光発生装置から発光されたエキシマレーザ光を複数の貫通孔を有するマスクを通して当該マスクの像を投影レンズにより縮小投影させ、厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、ＳｉＯ２含有量が５０質量％以上７０質量％以下、および５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下の板状ガラス板の表面に照射して前記マスクの貫通孔に対応した貫通孔を板状ガラス基板に形成することを特徴とする半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法。
【請求項１１】
照射フルエンスが２〜２０Ｊ／ｃｍ2である前記エキシマレーザ光を、前記照射フルエンス（Ｊ／ｃｍ2）とショット数（回）と前記板状ガラスの厚さ（ｍｍ）との積が１０００〜３００００となるように照射する、請求項１０に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法。
【請求項１２】
前記照射フルエンスを調整することで前記貫通孔のテーパ角を調整する、請求項１０または１１に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法。
【請求項１３】
前記エキシマレーザ光がＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザまたはＦ２レーザのいずれかである、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の貫通孔を有する半導体デバイス部材用ガラス基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度実装化に伴うプリント回路基板の高密度化の要求に応えるため、複数のプリント回路基板を積層した多層プリント回路基板が開発された。このような多層回路基板では、樹脂製の絶縁層にビアホールと呼ばれる直径１００μｍ以下程度の微細な貫通孔を形成し、この内部にメッキを施して、上下に積層されたプリント回路基板間の導電層同士を電気的に接続する。
このような貫通孔をより容易に形成する方法として、特許文献１、２には、多数の穴が形成されたマスクを介して絶縁層にレーザ光を照射する方法が記載されている。この方法によれば、樹脂製の絶縁層に複数の貫通孔を同時に空けることができるので、多数の貫通孔（ビアホール）をより容易に形成することができると考えられる。【０００３】
また、ＩＣチップの小型化、薄型化の要求に応えるため、近年ウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）技術が盛んに利用されている。これは、ＩＣが形成されたウェハ表面に半導体パッケージとして必要な再配線、ハンダバンプ加工、樹脂封止等を行い、その後にダイシング加工で個片化することで、パッケージサイズをＩＣチップと同等に抑える技術である。ＷＬＰでは、通常シリコンウェハを樹脂で封止したものをダイシング加工により個片化していたが、信頼性の面から近年ガラスを陽極接合等でシリコンに接着したものが用いられるようになってきた。ＷＬＰに用いられるガラスには、電極用の貫通孔やセンサー用途の場合は空気の情報（温度、圧力、気流等）が直接チップへ伝えるための貫通孔が別途設けられている。
加えて、半導体デバイスの小型化、高速化、低消費電力化の要求がより一層高まる中、複数のＬＳＩからなるシステムを１つのパッケージに収めるシステムインパッケージ（ＳｉＰ）技術と３次元実装技術を組み合わせた３次元ＳｉＰ技術の開発も進められている。この場合、ワイヤーボンディングでは微細なピッチに対応することができず、貫通電極を用いたインターポーザと呼ばれる中継基板が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８８０４５号公報
【特許文献２】特開２００２−１２６８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような樹脂製の絶縁層は、反りや変形等の影響があるため位置決め精度が悪くなり高密度実装用には不向きである。従って上記樹脂製絶縁層の代わりに、絶縁性のガラス基板を用いることが望まれている。しかしながら、樹脂製の絶縁層に貫通孔を形成する場合と同様の条件で、多数の孔が形成されたマスクを介してレーザ光を照射しても、板状ガラスに複数の微細な貫通孔を形成することは困難である。ガラスは樹脂と比較して貫通孔を形成し難いからである。また、ガラスは脆性材料であるので、クラックを発生させずに貫通孔を形成することは困難である。一方、ウェットエッチングやドライエッチングによれば、ガラスの複数の貫通孔を同時に形成することは可能であるが、工程が複雑で加工時間も長く、廃液処理等の問題もあるため好ましくない。また、サンドブラストや超音波ドリルを用いた方法による場合、微細な貫通孔を形成することは困難であり、加えて工程が複雑である。そのため、現在、貫通電極を有するインターポーザには、シリコンが用いられようとしている。シリコンはドライエッチングにより比較的容易に微細孔加工を行うことができる。しかしながら、シリコンは半導体であり、絶縁性を確保するため、貫通孔の内壁を絶縁処理する必要がある。そのため、ガラスに複数の微細な貫通孔を形成することができれば、インターポーザとして有用である。また、ＷＬＰ用の貫通孔付きガラス基板に関しても、上述のとおりレーザ貫通孔を形成することが困難なため、サンドブラストや超音波ドリルで貫通孔を形成するのが一般で、微細な貫通孔を形成するのが難しく、限られた用途でしか利用されていないのが現状である。したがって、板状ガラスにレーザ光を照射することで複数の貫通孔を同時に形成する技術を完成させることが望ましい。【０００６】
また、板状ガラスにレーザ光を照射して得られる複数の貫通孔を有するガラス基板は、その性状によっては、上記のような多層回路基板の絶縁層やＷＬＰ用ガラスとして用いること、あるいはインターポーザとして用いることができない場合があると考えられる。絶縁層をシリコンウエハ上に積層し接合したりＷＬＰ用としてシリコンと接合する際に、絶縁層やＷＬＰガラスがシリコンウエハから剥離したり、ウェハが反ったりしてしまう場合があると推定される。また、インターポーザとして使用する場合も、シリコンで構成されるチップとの熱膨張差によって反りが生じるものと推定される。加えて、優れたデバイス特性を発揮するため、特に高周波デバイスとして用いられるインターポーザには、誘電率や誘電損失が小さいことが望まれる。【０００７】
したがって、本発明は、板状ガラスにレーザ光を照射することで複数の貫通孔を同時に形成して、前記ガラス基板を製造する方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ＷＬＰ用、その他種々の半導体デバイス部材用として最適なガラス基板を提供することを目的とする。特に、シリコンウエハ上にガラス基板を積層し接合しても、ガラス基板がシリコンウエハから剥離したり、シリコンウエハが変形し難い、複数の貫通孔を有するガラス基板を提供することを目的とする。また、インターポーザとして用いる際に変形などの問題が生じにくく、優れたデバイス特性が発揮されるガラス基板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】
【０００８】
本発明者は、以下に示すガラス基板および製造方法が上記の課題を解決することを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下であり、テーパ角が０．１〜２０度である複数の貫通孔を有し、厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下である、ガラス基板を提供する。
また、本発明は、厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、ＳｉＯ２含有量が５０質量％以上７０質量％以下、および５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下のガラス板であって、前記ガラス板が、テーパ角が０．１〜２０度である複数の貫通孔を有する半導体デバイス部材用ガラス基板を提供する。
また、本発明は、板状ガラスにエキシマレーザ光を照射して上記の半導体デバイス部材用ガラス基板を得る、以下の（１）〜（６）の工程を備えるガラス基板の製造方法を提供する。
（１）エキシマレーザ光発生装置を配置する第１工程。
（２）前記板状ガラスを前記エキシマレーザ光の光路上に配置する第２工程。
（３）前記エキシマレーザ光発生装置と、前記板状ガラスとの間の光路上に、複数の貫通孔を有するマスクを配置する第３工程。
（４）前記マスクと前記板状ガラスとの間の光路上に、前記マスクの像を前記板状ガラスに縮小投影させるための投影レンズを配置する第４工程。
（５）前記エキシマレーザ光を照射する第５工程。
（６）前記板状ガラスを移動させる第６工程。
また、本発明は、エキシマレーザ光発生装置から発光されたエキシマレーザ光を複数の貫通孔を有するマスクを通して当該マスクの像を投影レンズにより縮小投影させ、厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、ＳｉＯ２含有量が５０質量％以上７０質量％以下、および５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下の板状ガラス板の表面に照射して前記マスクの貫通孔に対応した貫通孔を板状ガラス基板に形成することを特徴とする半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、板状ガラスにレーザ光を照射することで複数の貫通孔を同時に形成して、前記ガラス基板を製造する方法を提供することができる。
また、本発明によれば、ＷＬＰ用、その他種々の半導体デバイス部材用として最適なガラス基板を提供することができる。特に、シリコンウェハ上にガラス基板を積層し接合しても、ガラス基板がシリコンウェハから剥離したり、シリコンウェハが変形し難い、複数の貫通孔を有するガラス基板を提供することができる。また、インターポーザとして用いる際に変形などの問題が生じにくく、優れたデバイス特性が発揮されるガラス基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のガラス基板における貫通孔の拡大断面図である。
【図２】本発明の製造方法の好適実施例を説明するための概念図である。
【図３】実施例で用いたマスクパターンを示す概略図である。
【図４】実施例で得られた貫通孔が形成されたガラス基板における主面（（ａ）が一方主面、（ｂ）が他方主面）の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の半導体デバイス部材用ガラス基板について説明する。
本発明の半導体デバイス部材用ガラス基板は、５０℃から３００℃における平均熱膨張係数（以下、単に「熱膨張係数」ともいう。）が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下であり、テーパ角が０．１〜２０度である複数の貫通孔を有し、厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下のものである。
このようなガラス基板は、シリコンウェハ上に積層する、あるいは逆にガラス基板上にシリコンによって構成されるチップを積層しても、ガラス基板とシリコンウェハとの間で剥離が生じたり、シリコンウェハが変形し難いため、好ましい。ガラス基板の熱膨張係数は２５×１０-7／Ｋ以上４５×１０-7／Ｋ以下であることが好ましく、３０×１０-7／Ｋ以上４０×１０-7／Ｋ以下であることがより好ましい。より剥離や変形がし難いからである。また、マザーボードなどの樹脂基板とのマッチングを得るためには、３５×１０-7／Ｋ以上であることが好ましい。
なお、本発明において５０℃から３００℃における平均熱膨張係数は、示差熱膨張計（ＴＭＡ）を用いて測定し、ＪＩＳ  Ｒ３１０２（１９９５年度）に即して求めた値を意味する。
【００１２】
本発明のガラス基板における複数の貫通孔は、板状ガラスの一方主面から他方主面へ向かってエキシマレーザ光を照射して形成することが好ましい。貫通孔は円形であって、その直径が５〜５００μｍであることが好ましい。
また、貫通孔の直径のより好ましい範囲は、本発明のガラス基板の用途によって異なるが、一般的には０．００５〜０．５ｍｍであることが好ましい。本発明のガラス基板を、上記のような多層回路基板の絶縁層として用いる場合、貫通孔の直径は０．０１〜０．２ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜０．１ｍｍであることがさらに好ましい。また、ウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）技術を適用し、本発明のガラス基板をウェハ上に積層して、圧力センサー等に用いるＩＣチップを形成することができるが、この場合における空気を取り入れるための貫通孔の直径は０．１〜０．５ｍｍであることがより好ましく、０．２〜０．４ｍｍであることがさらに好ましい。さらにこの場合、空気孔とは別の電極取り出し用の貫通孔の直径は、０．０１〜０．２ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜０．１ｍｍであることがさらに好ましい。特に、インターポーザなどの貫通電極として用いる場合には、貫通孔の直径は、０．００５〜０．０７５ｍｍであることがより好ましく、０．０１〜０．０５ｍｍであることがさらに好ましい。
なお、後述するように、エキシマレーザ光の照射条件によっては、上記円形の貫通孔の一方主面における直径と、他方主面における直径とが異なる場合があるが、本発明のガラス基板において貫通孔の直径は、一方主面と他方主面で大きいほうの直径を意味するものとする。
大きいほうの直径（ｄｌ）と、小さいほうの直径（ｄｓ）の比（ｄｓ／ｄｌ）は０．２〜０．９９であることが好ましく、０．５〜０．９０であることがより好ましい。
【００１３】
本発明のガラス基板は、貫通孔の数密度が０．１〜１００００個／ｍｍ2であることが好ましい。
【００１４】
貫通孔の好ましい数密度は、上記の貫通孔の直径と同様、本発明のガラス基板の用途によって異なるが、一般的には０．１〜１００００個／ｍｍ2であることが好ましい。本発明のガラス基板を上記に説明したような多層回路基板の絶縁層として用いる場合、貫通孔の数密度は３〜１００００個／ｍｍ2であることが好ましく、２５〜１００個／ｍｍ2であることがより好ましい。また、ウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）技術を適用し、本発明のガラス基板をウェハ上に積層して、圧力センサー等に用いるＩＣチップを形成する場合、貫通孔の数密度は１〜２５個／ｍｍ2であることが好ましく、２〜１０個／ｍｍ2であることがより好ましい。インターポーザなどの貫通電極として用いる場合には、貫通孔の直径は、０．１〜１０００個／ｍｍ2であることがより好ましく、０．５〜５００個／ｍｍ2であることがさらに好ましい。
【００１５】
本発明のガラス基板における貫通孔は、その断面の面積が一方主面から他方主面に向かって単調に減少している。これについて図１を用いて説明する。
図１は、本発明のガラス基板における貫通孔の好適実施例の拡大断面図である。図１において１はガラス基板、１ａはガラス基板の一方主面、１ｂは他方主面を示す。また、Ｌは上記の貫通孔の直径であり、αは両主面の法線（点線）と貫通孔の壁面１ｃとがなす角度を意味する。αを「テーパ角」ともいう。なお、図１において法線に対し右側をαと記したが、同図の法線と左側の貫通孔の壁面１ｃとがなす角も同様にテーパ角αであり、通常は右側のテーパ角αも左側のテーパ角αもほぼ同じ値を示す。
本発明のガラス基板においてテーパ角（α）は０．１〜２０度であり、０．５〜１０度であることが好ましい。このような角度であると、ワイヤボンディングを行う際、ワイヤがガラス基板の上表面（１a）側から貫通孔の内部にすみやかに挿入され、上下に積層されたプリント回路基板間の導電層同士をより容易に、より確実に接続することができるからである。
なお、テーパ角は、一方主面および他方主面における円形の貫通孔の直径ならびにガラス基板の厚さから、テーパ角が均一であると仮定して算出した値を意味するものとする。
後述するように、本発明の製造方法によればテーパ角を任意に調整することができる。
【００１６】
本発明のガラス基板の厚さは０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、０．０２〜３ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜１ｍｍであることがさらに好ましい。ガラス基板の厚さが厚いと貫通孔の形成に時間がかかり、また薄いと割れなどの問題が生じることから、ガラス基板の厚さは０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることが特に好ましい。
【００１７】
本発明のガラス基板は、用いるエキシマレーザ光の波長に対する吸収係数が、３ｃｍ-1以上であることが好ましい。さらに高いとより好ましい。貫通孔の形成がより容易だからである。エキシマレーザ光をより吸収させるためには、Ｆｅの含有率が２０質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、０．０１質量％以上であることがより好ましく、０．０３質量％以上であることがさらに好ましく、０．０５質量％以上であることが特に好ましい。一方、Ｆｅの含有率が多いと着色が強くなり、レーザ加工時の位置あわせが難しくなる、孔形状などの視覚検査が難しくなる、などの問題が生じる可能性がある。Ｆｅの含有率は０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。
【００１８】
本発明のガラス基板は、アルカリ含有率が低いものであることが好ましい。具体的にはＮａとＫとの合計含有量が酸化物換算で３．５質量％以下であることが好ましい。３．５質量％超では、熱膨張係数が５０×１０-7／Ｋ超となる恐れがある。より好ましくは３質量％以下である。高周波デバイスに用いられる場合や、より細かいピッチ、例えば、５０μｍ以下の貫通孔を２００μｍ以下のピッチで多数形成する場合などでは、ガラス基板は無アルカリガラスであることが特に好ましい。ここで無アルカリガラスとは、アルカリ金属の総量が酸化物換算で０．１質量％未満のものを示す。
なお、本発明のガラス基板をシリコンウェハと陽極結合方法により結合する場合には、Ｎａの含有量が酸化物換算で０．５質量％以上含まれていることが好ましく、１．５質量％以上含まれていることがより好ましい。
本発明のガラス基板は、２５℃、１ＭＨｚでの誘電率が６以下であることが好ましい。また、本発明のガラス基板は、２５℃、１ＭＨｚでの誘電損失が０．００５以下であることが好ましい。誘電率及び誘電損失を小さくすることにより、優れたデバイス特性を発揮することができる。
本発明のガラス基板は、ＳｉＯ２濃度が５０質量%以上７０質量％以下であることが好ましい。ＳｉＯ２含有量が高いと、貫通孔形成時に、裏面にクラックが生成しやすくなる。ガラスのクラック発生挙動はＳｉＯ２含有量の高いガラスと低いガラスで異なることが知られており、ＳｉＯ２含有量の高いガラスは物体との接触などにより、コーン形状のクラックが生成しやすい。一方、ＳｉＯ２含有量が低いガラスは物体との接触などにより、割れが生成しやすい。従って、ガラス基板中のＳｉＯ２含有量によって、割れやクラックが生成しにくくすることができる。
【００１９】
ガラス基板の具体例として、ＡＮ１００ガラス（旭硝子社製）、ＥＡＧＬＥガラス（コーニング社製）、ＳＷガラス（旭硝子社製）などが挙げられる。これらのガラス基板の熱膨張係数は、１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下である。
ＡＮ１００ガラスの特徴は、熱膨張係数が３８×１０-7／Ｋで、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏとの合計含有率が０．１質量％未満の無アルカリガラスで、Ｆｅの含有率が０．０５質量％である。
ＳＷガラスの特徴は、熱膨張係数が３６×１０-7／Ｋで、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏとの合計含有率が３質量％で、Ｆｅの含有率が５０質量ｐｐｍである。
【００２０】
次に、本発明の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、板状ガラスにエキシマレーザ光を照射して本発明のガラス基板を得る、以下の（１）〜（６）の工程を備えるガラス基板の製造方法である。
（１）エキシマレーザ光発生装置を配置する第１工程。
（２）前記板状ガラスを前記エキシマレーザ光の光路上に配置する第２工程。
（３）前記エキシマレーザ光発生装置と、前記板状ガラスとの間の前記光路上に、複数の貫通孔を有するマスクを配置する第３工程。
（４）前記マスクと前記板状ガラスとの間の光路上に、前記マスクの像を前記板状ガラスに縮小投影させるための投影レンズを配置する第４工程。
（５）前記エキシマレーザ光を照射する第５工程。
（６）前記板状ガラスを移動させる第６工程。
また、本発明は、エキシマレーザ光発生装置から発光されたエキシマレーザ光を複数の貫通孔を有するマスクを通して当該マスクの像を投影レンズにより縮小投影させ、厚さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、ＳｉＯ２含有量が５０質量％以上７０質量％以下、および５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が１０×１０-7／Ｋ以上５０×１０-7／Ｋ以下の板状ガラス板の表面に照射して前記マスクの貫通孔に対応した貫通孔を板状ガラス基板に形成することを特徴とする半導体デバイス部材用ガラス基板の製造方法である。
【００２１】
板状ガラスに単にレーザ光を照射しても貫通孔は形成し難い。レーザ光の照射フルエンス（エネルギー密度）を高めれば貫通孔を形成することは可能な場合もあるが、ガラスは脆性材料であるので、通常クラックが生じてしまう。また、レーザ光の照射フルエンスを弱めると貫通孔は形成できず、レーザ光の種類や板状ガラスの性状によってはクラックが生じる。本発明者は鋭意検討を重ね、種々あるレーザ光の中でもエキシマレーザ光を選択し、これを用いて５０℃から３００℃における平均熱膨張係数が特定範囲の板状ガラスに照射すると、クラックを生じさせずに、貫通孔を有するガラス基板を形成できることを見出し本発明を完成させた。また、適切な照射フルエンスも見出した。また、照射フルエンスとショット数と板状ガラス基板の厚さとの積が一定範囲内となるように照射すると、より良好な貫通孔を形成できることを見出した。さらに、照射フルエンスを調整することで、所望のテーパ角を有する貫通孔を形成することができることも見出した。すなわち、特定種のレーザ光を特定の板状ガラスに照射した場合には、良好な貫通孔を形成できることを本発明者は見出したのである。
また、本発明の製造方法は、複数の貫通孔を有するマスクを通過させて前記特定の板状ガラスにエキシマレーザ光を照射する。複数の貫通孔を有するマスクを用いるので、１ビーム加工と比較して格段に処理効率が高い。
【００２２】
本発明の製造方法について、図２を用いて説明する。
図２は、本発明の製造方法の好適実施例を説明するための概念図である。
本発明の製造方法では、初めに、エキシマレーザ光の発生装置１１を配置する（第１工程）。
次に、加工対象である板状ガラス１２をエキシマレーザ光の光路上に配置する（第２工程）。ここで、板状ガラス１２はステージ１４の上面に配置する。板状ガラス１２はステージ１４の上面において任意の位置へ移動することができる。
次に、エキシマレーザ光の光路における発生装置１１と板状ガラス１２との間に、複数の貫通孔を有するマスク１３を配置する（第３工程）。
次に、マスク１３と板状ガラス１２との間の光路上に、マスク１３の像を板状ガラス１２に縮小投影させるための投影レンズ１７を配置する（第４工程）。
なお、この好適実施例においては、エキシマレーザ光の光路を変えるためのミラー１５、およびエキシマレーザ光の強度を一様とするホモジナイザー１６を配置している。
【００２３】
このように配置した後、発生装置１１からエキシマレーザ光を発生させる。そうするとエキシマレーザ光は、ホモジナイザー１６を通過し均一強度化された後、マスク１３を通過し、その後、投影レンズ１７によって縮小投影され板状ガラス１２に達する。そして、エキシマレーザ光が板状ガラス１２に照射され（第５工程）、板状ガラス１２に貫通孔が形成される。
貫通孔を形成したら、エキシマレーザ光の照射を一旦止め、ステージ１４上で板状ガラス１２を移動させて、再度、エキシマレーザ光を照射する。これを繰り返し行うことで、板状ガラス１２の表面における所望の部分に貫通孔を形成することができる。すなわち、公知のステップ・アンド・リピート法を適用することができる。
【００２４】
＜第１工程＞
本発明の製造方法において用いるエキシマレーザ光は、発振波長が２５０ｎｍ以下のエキシマレーザ光であれば使用可能であるが、出力の面からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ2エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）が好ましい。取扱いとガラスの吸収の面からＡｒＦエキシマレーザがより好ましい。
【００２５】
また、照射するエキシマレーザ光としては、パルス幅が短いものを用いると、板状ガラスの照射部位における熱拡散距離が短くなり板状ガラスに対する熱影響を軽微に抑えることができるので好ましい。この観点からエキシマレーザ光のパルス幅は１００ｎｓｅｃ以下が好ましく、５０ｎｓｅｃ以下がより好ましく、３０ｎｓｅｃ以下がさらに好ましい。
【００２６】
また、エキシマレーザ光の照射フルエンスは、１Ｊ／ｃｍ2以上とすることが好ましく、２Ｊ／ｃｍ2以上とすることが好ましい。照射フルエンスが低すぎるとアブレーションを誘起することができず、板状ガラスに貫通孔を形成し難いからである。一方、２０Ｊ／ｃｍ2超となると、板状ガラスにクラックや割れが発生し易くなる傾向がある。エキシマレーザ光の照射フルエンスの好適範囲は、使用するエキシマレーザ光の波長域や加工される板状ガラスの種類等によっても異なるが、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）の場合、２〜２０Ｊ／ｃｍ2であることが好ましい。また、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）の場合、１〜１５Ｊ／ｃｍ2であることが好ましい。
なお、特に説明がない限り、エキシマレーザ光の照射フルエンスの値は、加工される板状ガラスの表面における値を意味するものとする。また、このような照射フルエンスは、加工面上でエネルギーメータを使用して測定した値を意味するものとする。
【００２７】
＜第２工程＞
本発明の製造方法において板状ガラスは、貫通孔を形成する前のものを意味する。板状ガラスにエキシマレーザ光を照射して、所望の貫通孔を形成したものがガラス基板（本発明のガラス基板）である。
【００２８】
＜第３工程＞
本発明の製造方法で用いるマスクの材質は特に限定されない。例えばクロム、ステンレスが挙げられる。また、誘電体からなるマスクを用いることもできる。クロムマスクは安価な点で好ましいが、通常、クロムマスクを通過する時点でのエキシマレーザ光の照射フルエンスを５０ｍＪ／ｃｍ2以下にする必要があるため、それを超える照射フルエンスのエキシマレーザ光を適用する場合には、金属をパンチング加工して形成したマスクや、誘電体を用いたマスクを使用することが望ましい。
また、マスクの大きさ、マスクに形成される孔の大きさ、配置等も特に限定されない。
【００２９】
＜第４工程＞
本発明の製造方法で用いる投影レンズについて説明する。
板状ガラスの表面における加工希望領域の全てに、一度にエキシマレーザ光を照射し、貫通孔を形成できれば好ましい。しかしこの場合、貫通孔を形成するだけの照射フルエンスを得ることは困難である。そこで現実的には、マスクを通過したエキシマレーザ光を投影レンズによって縮小投影することで、板状ガラスの表面におけるエキシマレーザ光の照射フルエンスを増加させ、貫通孔を形成するために必要な照射フルエンスを確保する。
投影レンズによって縮小投影することで、マスクを通過した際のエキシマレーザ光の断面面積を、板状ガラスの表面において１／１０とすれば、照射フルエンスを１０倍にすることができる。縮小率が１／１０の投影レンズを用い、エキシマレーザ光の断面面積を１／１００とすれば、板状ガラスの表面における照射フルエンスを、発生装置から発生した直後と比較して１００倍とすることができる。
投影レンズは、マスクの縮小率や、光学系配置に応じて適宜最適な焦点距離のものを選択する。
【００３０】
＜第５工程＞
エキシマレーザ光を照射する際には、用いるエキシマレーザ光の繰り返し周波数と照射時間とを調整することで、ショット数を調整することができる（ショット数＝繰り返し周波数×照射時間）。
そして、照射フルエンス（Ｊ／ｃｍ2）とショット数（回）と板状ガラスの厚さ（ｍｍ）との積が１０００〜３００００となるようにしてエキシマレーザ光を板状ガラスへ照射することが好ましい。この範囲は板状ガラスの種類や性状（特にガラス転移温度Ｔｇに関連すると推定する）にもよるが、概ね１０００〜２００００であることがより好ましく、２０００〜１５０００であることがより好ましく、３０００〜１００００であることがさらに好ましい。照射フルエンスとショット数との積がこのような範囲であると、よりクラックが形成され難いからである。ここで、照射フルエンスは１〜２０Ｊ／ｃｍ2であることが好ましい。
【００３１】
また、エキシマレーザ光の照射フルエンスが大きいとテーパ角が小さくなる傾向がある。逆に照射フルエンスが小さいとテーパ角が大きくなる傾向がある。そこで、照射フルエンスを調整することで、所望のテーパ角の貫通孔を有する本発明のガラス基板を得ることができる。
【００３２】
＜第６工程＞
通常、半導体回路作製ウェハサイズは６〜８インチ程度である。また、上記のように投影レンズによって縮小投影した場合、板状ガラスの表面における加工領域は、通常数ｍｍ角程度である。従って、板状ガラスの加工希望領域の全てにエキシマレーザ光を照射するには、一箇所の加工が終了した後、エキシマレーザ光を移動するか板状ガラスを移動するかして、次の箇所の加工を行う必要がある。エキシマレーザ光に対して板状ガラスを移動させることが好ましい。光学系を駆動することがないからである。
【００３３】
また、板状ガラスへエキシマレーザ光を照射すると、デブリ（飛散物）が発生し貫通孔の内部へ堆積して、加工品質や加工レートが劣化する場合がある。この場合、レーザ照射と同時に吸引もしくは吹き飛ばしてデブリの除去を行うことができる。
本発明のガラス基板は半導体用デバイス部材用、より詳しくは、多層回路基板の絶縁層、ウェハレベルパッケージ、電極取り出し用の貫通穴、インターポーザなどの用途に好適に用いられる。
【実施例】
【００３４】
以下に本発明の実施例を説明する。【００３５】
＜実施例１＞
図２を用いて説明した方法で、本発明のガラス基板を製造した。
初めにエキシマレーザ光の発生装置（１１）を図２に示すように配置した。ここで、エキシマレーザ光の発生装置（１１）としてＬＰＸ Ｐｒｏ ３０５（コヒレント社製）を用いた。この装置は、最大パルスエネルギー：０．６Ｊ、繰返周波数：５０Ｈｚ、パルス幅：２５ｎｓ、発生時ビームサイズ：１０ｍｍ×２４ｍｍ、発振波長：１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を発生できる装置である。【００３６】
次に、厚さが０．３ｍｍで、熱膨張係数が３８×１０−7／Ｋ、ＳｉＯ２を６０質量％、ＦｅをＦｅ２Ｏ３の酸化物換算で０．０５質量％を含み、ＮａとＫとの合計含有量が酸化物換算で０．１質量％未満の板状ガラス（１２）（ＡＮ１００、旭硝子社製）を、図２に示すようにステージ上に設置し、エキシマレーザ光の光路上へ配置した。ステージ（１４）の上面において板状ガラス（１２）を任意の位置に移動させることができる。【００３７】
次に、マスク（１３）を配置した。マスク（１３）の概略を図３に示す。図３に示すとおり、本実施例で用いたマスク（１３）は３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ板の中央付近に、直径０．４ｍｍの孔を、ピッチ０．６ｍｍ（隣接する貫通孔の中心間に距離）、縦横１６×４０箇所開けたものである。【００３８】
次に、投影レンズ（１７）を配置した。投影レンズ（１７）は焦点距離１００ｍｍのレンズであり、光路上におけるマスク（１３）との距離が１１００ｍｍ、板状ガラス（１２）の加工面との距離が１１０ｍｍになるように配置した。この場合、投影レンズ（１７）の縮小率は１／１０となり、１／１０に縮小されたマスクパターンが板状ガラス（１２）に投影された。つまり、発生装置（１１）から発生した直後で１０ｍｍ×２４ｍｍのビームサイズであったエキシマレーザ光を、板状ガラス（１２）の加工面（ステージ（１４）に接していない方の主面）に到達した時点で１．０ｍｍ×２．４ｍｍのビームサイズとなるように縮小した。すなわち、面積としては１／１００に縮小した。
また、加工面におけるエキシマレーザ光の照射フルエンスをエネルギーメータで測定した。その結果、ビーム伝送系のロス等による減少分と、ビーム縮小による向上分とを併せて、最大１１Ｊ／ｃｍ2程度であった。【００３９】
このような方法および装置によって、板状ガラス（１２）の加工面へエキシマレーザ光を照射した。板状ガラス（１２）の加工面での照射フルエンスを５Ｊ／ｃｍ2となるように調整し、貫通するまで照射し続け、貫通時の照射時間からショット数を求めた。用いたエキシマレーザ光の繰返周波数は５０Ｈｚであり、貫通するまでの照射時間が７８０秒であったので、ショット数は３９００ショットと算出できた（７８０秒×５０＝３９００ショット）。【００４０】
図４に５Ｊ／ｃｍ2で３９００ショット照射して貫通孔を形成して得たガラス基板の一部分の主面の拡大写真（２００倍）を示す。図４による写真を通して、１６×４０＝６４０箇所の貫通孔が同時に形成されたことが確認できた。レーザ入射側（一方主面、図４（ａ））は、直径４０μｍ、ピッチ６０μｍで多数の断面円形の貫通孔が形成されており、出射側（他方主面、図４（ｂ））は直径１３μｍ程度であった。すなわち、２．６度のテーパ角（α）を有する貫通孔が形成された。また、貫通孔の数密度は２８９個／ｍｍ2であった。また、得られたガラス基板には、クラックや残留応力、変形がないことを確認した。【００４１】
＜実施例２＞
次に、テーパ角の照射フルエンス依存性をより正確に測定するために、マスクパターンをφ１．７ｍｍの１穴に変更してエキシマレーザを照射した。マスク以外の光学部品や光学配置は、実施例１と同様とした。用いた板状ガラスも同一のものである。照射フルエンスは５Ｊ／ｃｍ2、７Ｊ／ｃｍ2、９Ｊ／ｃｍ2または１１Ｊ／ｃｍ2のいずれかとした。
その結果、５Ｊ／ｃｍ2、７Ｊ／ｃｍ2、９Ｊ／ｃｍ2または１１Ｊ／ｃｍ2で照射した場合、貫通するまでのショット数は、各々、３９００、３４００、３１００および２８００ショットであった。また、９Ｊ／ｃｍ2または１１Ｊ／ｃｍ2で照射した場合、クラックはわずかに生じたが利用上問題となる程度ではなかった。ただし、５Ｊ／ｃｍ2で３９００ショット照射して得たガラス基板、または７Ｊ／ｃｍ2で３４００ショット照射して得たガラス基板の方が、その程度が良好であった。すなわち、クラックはほぼ生じなかった。
各々の場合の貫通孔の性状の観察結果を第１表に示す。表中において、○はクラックや変形が全くないことを意味し、△はクラックや変形がわずかに存することを意味する。また、第２表には、各々の条件で照射した場合に形成される貫通孔のテーパ角、貫通孔直径を示す。【００４２】
【表１】
2010087483.tif 000003
【００４３】
【表２】
2010087483.tif 000004
【００４４】
第２表に示すように、照射フルエンスにより貫通孔のテーパ角が変化することがわかった。すなわち、照射フルエンスでテーパ角の制御が可能であることがわかった。
なお、上記のように、実施例２における照射フルエンスが５Ｊ／ｃｍ2の場合のテーパ角は８．５度であり、実施例１の場合のテーパ角は２．６度であり、異なった結果となった。これはテーパ角が照射フルエンス以外に、貫通孔の直径にも影響されるためと本発明者は推定している。【００４５】
＜実施例３＞
ＡＮ１００ガラスの代わりに、厚さ０．３ｍｍで熱膨張係数が３６×１０−７／Ｋ、ＳｉＯ２を６５質量％、ＦｅをＦｅ２Ｏ３の酸化物換算で５０質量ｐｐｍを含み、ＮａとＫとの合計含有量が酸化物換算で３質量％のＳＷガラス（旭硝子社製）を用いたこと以外は、実施例２と同様とした操作を行った。
その結果、５Ｊ／ｃｍ2、７Ｊ／ｃｍ2、９Ｊ／ｃｍ2または１１Ｊ／ｃｍ2で照射した場合、各々貫通するまでのショット数は３０００、２８００、２５００または２３００ショットであった。また、いずれの場合も貫通孔の性状は良好で、クラックや変形は生じなかった。
各々の場合の貫通孔の性状の観察結果を第３表に示す。表中において、○はクラックや変形が全くないことを意味し、△はクラックや変形がわずかに存することを意味する。また、第４表には、各々の条件で照射した場合に形成される貫通孔のテーパ角、貫通孔直径を示す。第４表で示すように、照射フルエンスにより貫通孔のテーパ角が変化することが分かった。すなわち、照射フルエンスでテーパ角の制御が可能であることを示している。【００４６】
【表３】
2010087483.tif 000005
【００４７】
【表４】
2010087483.tif 000006
【００４８】
＜比較例１＞
ＡＮ１００ガラスの代わりに、厚さ０．３ｍｍで熱膨張係数が３３×１０−７／Ｋであり、ＳｉＯ２を８１質量％、ＮａとＫとの合計含有量が酸化物換算で４．０質量％のＰｙｒｅｘガラス（ＡＧＣテクノグラス製）を用いること以外は、実施例２と同様とした操作を行う。
その結果、５Ｊ／ｃｍ２、７Ｊ／ｃｍ２、９Ｊ／ｃｍ２または１１Ｊ／ｃｍ２で照射した場合、クラックあるいは変形は生じる。これは、ガラス基板中のＳｉＯ２含有量が増えることで、ガラスの機械的特性が変化するためと考えられる。
また、表５に示すように、実施例１及び実施例２のガラス基板は、誘電率及び誘電損失が小さく、優れた特性を有するデバイスの作製に好適である。【００４９】
【表５】
2010087483.tif 000007
このように、板状ガラスにレーザ光を照射することで複数の貫通孔を同時に形成して、貫通孔を有するガラス基板をより容易に製造することができる。また、得られたガラス基板は、シリコンウエハ上に積層し接合しても、シリコンウエハと剥離し難い。さらに、インターポーザとして用いる際に変形などの問題が生じにくく、優れたデバイス特性が発揮される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のガラス基板は、半導体用デバイス部材用、より詳しくは、多層回路基板の絶縁層、ウエハレベルパッケージ、電極取り出し用の貫通穴、インターポーザなどの用途に好適に用いられるガラス基板として利用することができる。
また、本発明の製造方法は、かかる用途の複数の微細な貫通孔を有するガラス基板の製造に有用である。
なお、２００９年２月２日に出願された日本特許出願２００９−０２１７５１号の明細書、特許請求の範囲、図面、要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１    ガラス基板
１ａ  一方主面
１ｂ  他方主面
１ｃ  壁面
５    貫通孔
α    テーパ角
Ｌ    貫通孔の直径
１１    エキシマレーザ光の発生装置
１２    板状ガラス
１３    マスク
１４    ステージ
１５    ミラー
１６    ホモジナイザー
１７    投影レンズ
【図１】
2010087483.tif 000008
【図２】
2010087483.tif 000009
【図３】
2010087483.tif 000010
【図４】
2010087483.tif 000011
【国際調査報告】
2010087483.tif 000012
2010087483.tif 000013
2010087483.tif 000014
2010087483.tif 000015
2010087483.tif 000016
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