(57)【要約】  孔を備えたガラス系基板を含む物品、孔を備えた物品を含む半導体パッケージ、及び基板に孔を製作する方法を開示する。一実施形態では、物品は、第１の表面、第２の表面、及び上記第１の表面から延在する少なくとも１つの孔を有する、ガラス系基板を含む。上記少なくとも１つの孔は、１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を有する。上記少なくとも１つの孔は、上記第１の表面に存在する第１の直径を有する第１の開口を有する。第１の平面は、上記ガラス系基板の平均厚さに基づいて、上記ガラス系基板の上記第１の表面によって画定される。上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する陥没深さの比は、０．００７以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品であって、
前記物品は、第１の表面、第２の表面、及び前記第１の表面から延在する少なくとも１つの孔を備える、ガラス系基板を備え；
前記少なくとも１つの孔は、１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を備え；
前記少なくとも１つの孔は、前記第１の表面に存在する第１の直径を有する第１の開口を備え；
第１の平面は、前記ガラス系基板の平均厚さに基づいて、前記ガラス系基板の前記第１の表面によって画定され；
前記少なくとも１つの孔の前記第１の直径に対する陥没深さの比は、０．００７以下であり、前記陥没深さは、前記第１の平面から、前記少なくとも１つの孔の前記第１の開口における前記第１の表面まで測定される、物品。
【請求項２】
前記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第２の開口が前記第２の表面上に存在するように、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通孔であり；
第２の平面は、前記ガラス系基板の前記平均厚さに基づいて、前記ガラス系基板の前記第２の表面によって画定され；
前記少なくとも１つの孔の前記第２の直径に対する第２の陥没深さの比は、０．００７以下であり、前記第２の陥没深さは、前記第２の平面から、前記少なくとも１つの孔の前記第２の開口における前記第２の表面まで測定される、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記少なくとも１つの孔の前記第１の直径に対する前記陥没深さの前記比は０．００５以下である、請求項１又は２に記載の物品。
【請求項４】
前記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の物品。
【請求項５】
前記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する前記少なくとも１つの孔の第２の開口が前記第２の表面上に存在するよう、貫通孔であり；
前記第１の直径と前記第２の直径との間の差は２μｍ以下であり；
前記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下であり；
前記第１の直径及び前記第２の直径はそれぞれ５μｍ〜２５０μｍの範囲内であり；
前記ガラス系基板の前記平均厚さと、前記第１の直径及び前記第２の直径のうちの少なくとも一方とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の物品。
【請求項６】
半導体パッケージであって：
少なくとも１つの孔の中に配置された導電性材料を有する、請求項１〜５又は７のいずれか１項に記載の物品；及び
前記少なくとも１つの孔の中に配置された前記導電性材料に電気的に連結された半導体デバイス
を備える、半導体パッケージ。
【請求項７】
物品であって、
前記物品は、第１の表面、第２の表面、並びに前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの少なくとも一方から延在する少なくとも１つの孔を備える、ガラス系基板を備え；
前記少なくとも１つの孔は、１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を備え；
前記少なくとも１つの孔は、前記第１の表面に第１の直径を有する第１の開口を備え；
前記第１の直径は５μｍ〜２５０μｍの範囲内である、物品。
【請求項８】
基板内に孔を形成する方法であって、
前記方法は：
パルスレーザビームを前記基板に印加して、前記基板内に少なくとも１つのレーザ損傷領域を形成するステップ；及び
前記基板を液体エッチング溶液中でエッチングして、前記少なくとも１つのレーザ損傷領域を拡大することにより、前記基板内に少なくとも１つの孔を、
前記少なくとも１つの孔が１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を備え；
前記少なくとも１つの孔が前記基板の第１の表面上に存在する第１の直径を有する第１の開口を備え；
前記少なくとも１つの孔の前記第１の直径に対する陥没深さの比が０．００７以下となる
ように、形成するステップ
を含み、
前記陥没深さは、第１の平面から、前記少なくとも１つの孔の前記第１の開口における前記第１の表面まで測定され、
前記第１の平面は、前記基板の平均厚さに基づいて、前記基板の前記第１の表面によって画定される、方法。
【請求項９】
前記液体エッチング溶液は１．０〜２．０の範囲内のｐＨを有し、
前記液体エッチング溶液は約４μｍ／分未満のエッチング速度を提供する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板はガラス系基板であり；
前記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第２の開口が前記ガラス系基板の第２の表面上に存在するよう、貫通孔であり；
前記第１の直径と前記第２の直径との間の差は２μｍ以下であり；
前記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下であり；
前記第１の直径及び前記第２の直径はそれぞれ５μｍ〜２５０μｍの範囲内であり；
前記基板の前記平均厚さと、前記第１の直径及び前記第２の直径のうちの少なくとも一方とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である、請求項８又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１６年９月８日出願の米国仮特許出願第６２／３８４９２３号の優先権を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、その全体が参照により本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は一般に、エッチングされた孔を有する物品に関する。特に本開示は、所望の形態を備えた孔を有する物品、並びに上記物品を製作するためのレーザ及びエッチングプロセスを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
シリコン等の基板は、電子部品（例えばプリント回路基板、集積回路等）の間に配置されるインターポーザとして使用されてきた。金属化された基板貫通ビアは、インターポーザの両側部の間に電気信号を通過させるための、インターポーザを通る経路を提供する。ガラスは、良好な寸法安定性、調整可能な熱膨張係数（ＣＴＥ）、高周波数での極めて良好な低い電気損失、極めて良好な電気的性能、高い熱安定性、並びに厚く大型のパネルサイズでの形成可能性を有するため、電気信号の伝送に極めて有利な基板材料である。しかしながら、ガラス貫通ビア（ＴＧＶ）の形成及び金属化は、ガラスインターポーザの市場の発展に２つの主要な困難を提示する。
【０００４】
孔の形態的属性は、ガラス基板内の孔を適切に金属化できるようにするにあたって、ある役割を果たす。内壁が粗すぎる孔は、導電性材料を壁の表面に付着しにくくする場合があり、また特に高い動作周波数において、高い電気抵抗を生成し得る。更に、レーザ穿孔及びエッチングされた、ガラス基板を通る孔は、上記孔の開口を取り囲む、陥没、隆起及び他の異常を有する場合がある。これらの異常は、基板表面上への再分配層の堆積といった下流のプロセスで問題を引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、形態的属性が改善された孔を有する代替的な物品、及びこのような形態的属性の改善を達成するためのプロセスに対して需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様では、物品は、第１の表面、第２の表面、及び上記第１の表面から延在する少なくとも１つの孔を有する、ガラス系基板を含む。上記少なくとも１つの孔は、１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を有する。上記少なくとも１つの孔は、上記第１の表面に存在する第１の直径を有する第１の開口を有する。第１の平面は、上記ガラス系基板の平均厚さに基づいて、上記ガラス系基板の上記第１の表面によって画定される。上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する陥没深さの比は、０．００７以下である。上記陥没深さは、上記第１の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第１の開口における上記第１の表面まで測定される。
【０００７】
第１の態様による第２の態様では：上記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第２の開口が上記第２の表面上に存在するように、上記第１の表面から上記第２の表面まで延在する貫通孔であり；第２の平面は、上記ガラス系基板の上記平均厚さに基づいて、上記ガラス系基板の上記第２の表面によって画定され；上記少なくとも１つの孔の上記第２の直径に対する第２の陥没深さの比は、０．００７以下である。上記第２の陥没深さは、上記第２の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第２の開口における上記第２の表面まで測定される。
【０００８】
第２の態様による第３の態様では、上記第１の直径と上記第２の直径との間の差は２μｍ以下である。
【０００９】
第２の態様による第４の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の８０％以上である。
【００１０】
第２の態様による第５の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である。
【００１１】
第１〜第５の態様のいずれか１つによる第６の態様では、上記第１の直径に対する上記陥没深さの上記比は０．００５以下である。
【００１２】
第１〜第６の態様のいずれか１つによる第７の態様では、上記第１の直径に対する上記陥没深さの上記比は０．００３以下である。
【００１３】
第１〜第７の態様のいずれか１つによる第８の態様では、上記内壁の上記表面粗度Ｒａは０．１μｍ〜１μｍの範囲内である。
【００１４】
第１〜第８の態様のいずれか１つによる第９の態様では、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径は５μｍ〜２５０μｍの範囲内である。
【００１５】
第１〜第７の態様のいずれか１つによる第１０の態様では、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径は５μｍ〜１００μｍの範囲内である。
【００１６】
第１〜第１０の態様のいずれか１つによる第１１の態様では、上記ガラス系基板は、３９０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長に対して透明である。
【００１７】
第１〜第１１の態様のいずれか１つによる第１２の態様では、上記少なくとも１つの孔は複数の孔である。
【００１８】
第１及び第６〜第１２の態様のいずれか１つによる第１３の態様では、上記少なくとも１つの孔は非貫通孔である。
【００１９】
第１〜第１３の態様のいずれか１つによる第１４の態様では、上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下である。
【００２０】
第１〜第１４の態様のいずれか１つによる第１５の態様では、上記ガラス系基板の上記平均厚さと、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である。
【００２１】
第１の態様による第１６の態様では：上記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第２の開口が上記第２の表面上に存在するよう、貫通孔であり；上記第１の直径と上記第２の直径との間の差は２μｍ以下であり；上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下であり；上記第１の直径及び上記第２の直径はそれぞれ５μｍ〜２５０μｍの範囲内であり；上記ガラス系基板の上記平均厚さと、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの少なくとも一方とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である。
【００２２】
第１６の態様による第１７の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記少なくとも１つの孔の上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の８０％以上である。
【００２３】
第１６の態様による第１８の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である。
【００２４】
第１９の態様では、半導体パッケージは、第１の表面、第２の表面、及び上記第１の表面から延在する少なくとも１つの孔を含む、ガラス系基板を含む。上記少なくとも１つの孔は、１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を含む。上記少なくとも１つの孔は、上記第１の表面に存在する第１の直径を有する第１の開口、及び上記第２の表面上の、第２の直径を有する第２の開口を含む。第１の平面は、上記ガラス系基板の平均厚さに基づいて、上記ガラス系基板の上記第１の表面によって画定される。上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する陥没深さの比は、０．００７以下である。上記陥没深さは、上記第１の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第１の開口における上記第１の表面まで測定される。導電性材料が、上記少なくとも１つの孔の中に配置される。上記半導体パッケージは更に、上記少なくとも１つの孔の中に配置された上記導電性材料に電気的に連結された半導体デバイスを含む。
【００２５】
第１９の態様による第２０の態様では、上記少なくとも１つの孔の上記第２の直径に対する第２の陥没深さの比は、０．００７以下であり、上記第２の陥没深さは、上記第２の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第２の開口における上記第２の表面まで測定され、上記第２の平面は、上記ガラス系基板の上記平均厚さに基づいて、上記ガラス系基板の上記第１の表面によって画定される。
【００２６】
第２０の態様による第２１の態様では、上記第１の直径と上記第２の直径との間の差は２μｍ以下である。
【００２７】
第２１の態様による第２２の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の８０％以上である。
【００２８】
第２１の態様による第２３の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である。
【００２９】
第１９〜第２３の態様のいずれか１つによる第２４の態様では、上記半導体パッケージは更に、上記ガラス系基板の上記第１の表面上に配置された導電層を含み、上記導電層は、上記少なくとも１つの孔の中に配置された上記導電性材料に電気的に連結される。
【００３０】
第１９〜第２４の態様のいずれか１つによる第２５の態様では、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する上記陥没深さの上記比は０．００５以下である。
【００３１】
第１９〜第２５の態様のいずれか１つによる第２６の態様では、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する上記陥没深さの上記比は０．００３以下である。
【００３２】
第１９〜第２６の態様のいずれか１つによる第２７の態様では、上記少なくとも１つの孔の上記内壁の上記表面粗度Ｒａは０．１μｍ〜１μｍの範囲内である。
【００３３】
第１９〜第２７の態様のいずれか１つによる第２８の態様では、上記第１の直径は５μｍ〜２５０μｍの範囲内である。
【００３４】
第１９〜第２８の態様のいずれか１つによる第２９の態様では、上記少なくとも１つの孔は複数の孔である。
【００３５】
第１９〜第２９の態様のいずれか１つによる第３０の態様では、上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下である。
【００３６】
第１９〜第３０の態様のいずれか１つによる第３１の態様では、上記ガラス系基板の上記平均厚さと、上記第１の直径とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である。
【００３７】
第１９の態様による第３２の態様では：上記第１の直径と上記第２の直径との間の差は２μｍ以下であり；上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下であり；上記第１の直径及び上記第２の直径はそれぞれ５μｍ〜２５０μｍの範囲内であり；上記ガラス系基板の上記平均厚さと、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの少なくとも一方とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である。
【００３８】
第３２の態様による第３３の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記少なくとも１つの孔の上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の８０％以上である。
【００３９】
第３２の態様による第３４の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である。
【００４０】
第３２の態様による第３５の態様では、上記半導体パッケージは無線周波数アンテナチップである。
【００４１】
第３６の態様では、物品は、第１の表面、第２の表面、並びに上記第１の表面及び上記第２の表面のうちの少なくとも一方から延在する少なくとも１つの孔を含む、ガラス系基板を含み、上記少なくとも１つの孔は、１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を含み、上記少なくとも１つの孔は、上記第１の表面に第１の直径を有する第１の開口を含み、上記第１の直径は５μｍ〜２５０μｍの範囲内である。
【００４２】
第３６の態様による第３７の態様では、上記内壁の上記表面粗度Ｒａは０．３μｍ以下である。
【００４３】
第３６の態様又は第３７の態様による第３８の態様では、上記内壁の上記表面粗度Ｒａは０．２μｍ以下である。
【００４４】
第３６〜第３８の態様のいずれか１つによる第３９の態様では、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径は５μｍ〜１００μｍの範囲内である。
【００４５】
第４０の態様では、基板内に孔を形成する方法は：パルスレーザビームを上記基板に印加して、上記基板内に少なくとも１つのレーザ損傷領域を形成するステップ；及び上記基板を液体エッチング溶液中でエッチングして、上記少なくとも１つのレーザ損傷領域を拡大することにより、上記基板内に少なくとも１つの孔を、上記少なくとも１つの孔が１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を含み、上記少なくとも１つの孔が上記基板の第１の表面上に存在する第１の直径を有する第１の開口を含み、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する陥没深さの比が０．００７以下となるように、形成するステップを含み、上記陥没深さは、第１の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第１の開口における上記第１の表面まで測定され、上記第１の平面は、上記基板の平均厚さに基づいて、上記基板の上記第１の表面によって画定される。
【００４６】
第４０の態様による第４１の態様では、上記エッチング溶液のエッチング速度は１μｍ／分〜１０μｍ／分の範囲内である。
【００４７】
第４１の態様による第４２の態様では、上記エッチング溶液のエッチング速度は３μｍ／分〜４μｍ／分の範囲内である。
【００４８】
第４０〜第４２の態様のいずれか１つによる第４３の態様では、上記エッチング溶液は１．０〜２．０の範囲内のｐＨを有する。
【００４９】
第４０〜第４２の態様のいずれか１つによる第４４の態様では、上記エッチング溶液は１．０〜２．０の範囲内のｐＨを有し、上記エッチング溶液は約４μｍ／分未満のエッチング速度を提供する。
【００５０】
第４０〜第４４の態様のいずれか１つによる第４５の態様では、上記基板をエッチングする上記ステップは、上記エッチング溶液に対して超音波撹拌を印加するステップを更に含み、上記超音波撹拌は４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚの範囲内の周波数を有する。
【００５１】
第４０の態様による第４６の態様では、上記エッチング溶液は１．５ＭのＨＦ及び１．６ＭのＨＮＯ３を含む。
【００５２】
第４０の態様による第４７の態様では、上記エッチング溶液は１．５ＭのＨＦ及び１．６ＭのＨＮＯ３を含み、上記エッチング溶液の温度は１０℃〜３０℃の範囲内であり、超音波撹拌が上記エッチング溶液に印加され、上記超音波撹拌は４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚの範囲内の周波数を有する。
【００５３】
第４０〜第４７の態様のいずれか１つによる第４８の態様では、上記パルスレーザビームを上記基板に印加する上記ステップは：犠牲カバー層を上記基板の表面に添付するステップ；上記レーザビームを、上記基板に対して、上記少なくとも１つの孔の所望の位置に対応する、所定の位置に位置決めするステップ；上記所定の位置において上記レーザビームを繰り返しパルス印加することによって、上記犠牲カバー層内に上記少なくとも１つのレーザ損傷領域を形成するステップ；及び上記所定の位置において上記犠牲カバー層内に形成された貫通孔内に、上記レーザビームをパルス印加することにより、上記基板内に上記少なくとも１つの損傷領域を生成するステップを更に含む。
【００５４】
第４８の態様による第４９の態様では、上記レーザビームは約０．０２〜約０．４の開口数を有し、上記レーザビームの焦点位置は上記犠牲カバー層の表面の約１００μｍ以内である。
【００５５】
第４８の態様又は第４９の態様による第５０の態様では、上記レーザビームは約３５５ｎｍの波長を有し、上記レーザビームは約５ｎｓ〜約７５ｎｓのパルス幅を有し、上記レーザビームは約１ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚの繰り返し数でパルス印加され、上記レーザビームは約２５μＪ〜約１７５μＪのパルスエネルギを有する。
【００５６】
第４０〜第４７の態様のいずれか１つによる第５１の態様では、上記パルスレーザビームを上記基板に印加するステップは、ビーム伝播方向に沿って配向されたレーザビーム焦線にパルスレーザビームを集束させ、上記レーザビーム焦線を上記基板に向けることによって、上記少なくとも１つのレーザ損傷領域を上記基板内に画定する損傷トラックを形成するステップを更に含む。
【００５７】
第５１の態様による第５２の態様では、上記レーザビーム焦線は、上記基板のかさ全体を通って延在する。
【００５８】
第５１の態様又は第５２の態様による第５３の態様では、上記パルスレーザビームの波長は約５３２ｎｍである。
【００５９】
第５１〜第５３の態様のいずれか１つによる第５４の態様では、上記パルスレーザビームはバーストのシーケンスを含み、各上記レーザビームはパルスのシーケンスを含む。
【００６０】
第５４の態様による第５５の態様では、バーストあたりのパルス数は１０〜２０の範囲内であり、バーストあたりの平均エネルギは１００μＪ〜２００μＪの範囲内である。
【００６１】
第４０〜第５５の態様のいずれか１つによる第５６の態様では、上記内壁の上記表面粗度Ｒａは０．１μｍ〜１μｍの範囲内である。
【００６２】
第４０〜第５６の態様のいずれか１つによる第５７の態様では、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径は５μｍ〜２５０μｍの範囲内である。
【００６３】
第５７の態様による第５８の態様では、上記第１の直径は５μｍ〜１００μｍの範囲内である。
【００６４】
第４０〜第５８の態様のいずれか１つによる第５９の態様では、上記基板は、３９０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長に対して透明である。
【００６５】
第４０〜第５９の態様のいずれか１つによる第６０の態様では、上記基板はガラス系基板である。
【００６６】
第４０〜第６０の態様のいずれか１つによる第６１の態様では、上記少なくとも１つの孔は複数の孔である。
【００６７】
第４０〜第６１の態様のいずれか１つによる第６２の態様では、上記少なくとも１つの孔は非貫通孔である。
【００６８】
第４０〜第６１の態様のいずれか１つによる第６３の態様では：上記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第１の開口が上記第１の表面上に存在し、かつ第２の開口が上記第２の表面上に存在するように、貫通孔であり；第２の平面は、上記基板の上記平均厚さに基づいて、上記基板の上記第２の表面によって画定され；上記少なくとも１つの孔の上記第２の直径に対する第２の陥没深さの比は、０．００７以下であり；上記第２の陥没深さは、上記第２の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第２の開口における上記第２の表面まで測定される。
【００６９】
第６３の態様による第６４の態様では、上記第１の開口は第１の直径を有し、上記第２の開口は第２の直径を有し、上記第１の直径と上記第２の直径との間の差は２μｍ以下である。
【００７０】
第６４の態様による第６５の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の開口の上記第１の直径及び上記第２の開口の上記第２の直径のうちの大きい方の８０％以上である。
【００７１】
第６４の態様による第６６の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である。
【００７２】
第４０〜第６６の態様のいずれか１つによる第６７の態様では、上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下である。
【００７３】
第４０〜第６６の態様のいずれか１つによる第６８の態様では、上記基板の上記平均厚さと、上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である。
【００７４】
第４０の態様による第６９の態様では：上記基板はガラス系基板であり；上記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第２の開口が上記第２の表面上に存在するよう、貫通孔であり；上記第１の開口は第１の直径を有し、かつ上記第２の開口は第２の直径を有し；上記第１の直径と上記第２の直径との間の差は２μｍ以下であり；上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下であり；上記第１の直径及び上記第２の直径はそれぞれ５μｍ〜２５０μｍの範囲内であり；上記基板の上記平均厚さと、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの少なくとも一方とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である。
【００７５】
第６９の態様による第７０の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記少なくとも１つの孔の上記ウエスト直径は、上記第１の開口の上記第１の直径及び上記第２の開口の上記第２の直径のうちの大きい方の８０％以上である。
【００７６】
第６９の態様による第７１の態様では、上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを含み、上記ウエスト直径は、上記第１の開口の上記第１の直径及び上記第２の開口の上記第２の直径のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である。
【００７７】
第７２の態様は、第４０〜第７１の態様のいずれか１つに従って作製された物品を含む。
【００７８】
更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、その一部は、当業者には「発明を実施するための形態」から容易に明らかとなるか、又は「発明を実施するための形態」、後続の特許請求の範囲及び添付の図面を含む本明細書に記載された複数の実施形態を実施することによって認識されるだろう。
【００７９】
上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」の両方は、様々な実施形態を記載し、請求対象の主題の性質及び特徴を理解するための概説又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、上記様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部に組み込まれて本明細書の一部を構成する。図面は本明細書に記載の上記様々な実施形態を図示し、本説明と併せて、請求対象の主題の原理及び動作を説明する役割を果たす。
【００８０】
図面に示されている実施形態は説明及び例示的な性質のものであり、請求項によって定義される主題を限定することを意図したものではない。以下の例示的実施形態の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと理解でき、これらの図面では、同様の構造は同様の参照番号を用いて示されている。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、孔を有するウェハとして構成された例示的な物品の概略図
【図２Ａ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、孔を有する例示的な物品の概略上面図
【図２Ｂ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、孔を有する例示的な物品の、上記物品の平均厚さを決定するための概略上面図
【図３Ａ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、円筒状孔の概略図
【図３Ｂ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、砂時計状の孔の概略図
【図４】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、物品内の孔の真円度の計算の模式図
【図５】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、孔の画像の例示的な検出された縁部のグラフ
【図６】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、孔の内壁の粗度を計算するための例示的なコンピュータ実装型方法の概略図
【図７】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、例示的な孔の内側表面の粗度Ｒａのグラフ
【図８Ａ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、孔の開口の周りに陥没領域を有する例示的な孔の概略図
【図８Ｂ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、孔のアレイを有する例示的な物品の概略図
【図９】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、本明細書中でインターポーザとして記述されるような物品を組み込んだ例示的な半導体パッケージの概略図
【図１０】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、レーザ穿孔されたレーザ損傷領域又はパイロット孔を開けるための例示的なエッチングプロセスの概略図
【図１１】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、物品内にレーザ損傷領域又はパイロット孔を生成するための例示的なレーザシステムの概略図
【図１２Ａ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、ピコ秒レーザに関する時間の関数としての例示的なレーザ放出のグラフ
【図１２Ｂ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、ピコ秒レーザに関する時間の関数としての例示的なレーザ放出のグラフ
【図１２Ｃ】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、ピコ秒レーザに関する時間の関数としての例示的なレーザ放出のグラフ
【図１３Ａ】図１１に示す例示的なレーザシステムを用いた、異なるパルスバーストエネルギ及びパルスあたりの異なるサブパルス数に関する、ガラス内の孔の形態を図示する画像
【図１３Ｂ】異なるレーザパルスエネルギでのレーザ曝露及びエッチングの後の、ガラス系基板上の孔の上面図を示す画像
【図１３Ｃ】異なるレーザエネルギでのレーザ曝露及びエッチングの後の、ガラス系基板上の孔の側面図を示す画像
【図１４】ビーム伝播（光）軸に沿った距離に対するガウス‐ベッセルビームのピーク軸上強度の、実験による測定のグラフ
【図１５】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、物品を通るレーザ損傷領域又はパイロット孔を形成するための例示的なパーカッションレーザ穿孔システムの概略図
【図１６】本明細書中に記載及び図示された１つ以上の実施形態による、物品内にレーザ損傷領域又はパイロット孔を開けるための例示的なエッチング装置の概略図
【図１７】ガラス物品の表面粗度に対する、エッチングプロセス中の超音波撹拌の影響のグラフ
【図１８Ａ】孔の開口を取り囲む陥没深さに対するエッチング溶液のｐＨの影響を図示する、孔の画像
【図１８Ｂ】孔の開口を取り囲む陥没深さに対するエッチング溶液のｐＨの影響を図示する、孔の画像
【図１８Ｃ】孔の開口を取り囲む陥没深さに対するエッチング溶液のｐＨの影響を図示する、孔の画像
【図１８Ｄ】孔の開口を取り囲む陥没深さに対するエッチング溶液のｐＨの影響を図示する、孔の画像
【図１８Ｅ】孔の開口を取り囲む陥没深さに対するエッチング溶液のｐＨの影響を図示する、孔の画像
【図１８Ｆ】孔の開口を取り囲む陥没深さに対するエッチング溶液のｐＨの影響を図示する、孔の画像
【図１９】孔の開口を取り囲む陥没深さに対するエッチング溶液のｐＨの影響のグラフ
【図２０】孔の開口を取り囲む陥没深さに対する、エッチング速度の低減及びエッチング溶液のｐＨの上昇の両方の影響のグラフ
【発明を実施するための形態】
【００８２】
図面を全体的に参照すると、本開示の実施形態は一般に、半導体パッケージ内のインターポーザとして使用できる物品に関し、上記物品は、孔（例えばビア）と、半導体デバイス、高周波（ＲＦ）デバイス（例えばアンテナ、スイッチ等）、インターポーザデバイス、超小型電子デバイス、光電子デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、及びビアを活用できる他の用途のための、ビアの金属化及び再分配層（ＲＤＬ）の適用を含むがこれらに限定されない下流の加工の良好な実施を可能とする表面属性とを有する。
【００８３】
より詳細には、本明細書に記載の実施形態は、レーザ損傷及びエッチングプロセスによって形成された孔を有する物品を対象とし、上記孔は、特に低い表面粗度（１μｍ未満のＲａ）と、上記孔の開口を取り囲む陥没深さＤｄｅｐであって、表面における上記孔の開口直径に対する上記陥没深さＤｄｅｐが０．００７未満となるような、陥没深さＤｄｅｐとを有する内壁を含む、所望の形態的属性を有する。最終的に、上記孔を導電性材料でコーティング又は充填してよい。低い内壁表面粗度を有する孔により、導電性材料と内壁との間の接着の増大、及びより低い電気抵抗が実現される。上記孔の上記開口の周りの陥没深さＤｄｅｐが小さいことにより、下流プロセスの信頼性が上昇する。
【００８４】
本開示の実施形態は更に、所望の形態を備えた孔を有する物品をもたらすレーザ穿孔及びエッチングプロセスを対象とする。本明細書に記載の所望の孔形態を有するガラス物品等の物品は、例えばＲＦアンテナ等の半導体デバイスにインターポーザとして実装してよい。
【００８５】
物品、半導体パッケージ、及び基板に孔を形成するための方法の様々な実施形態を以下に詳述する。
【００８６】
図１は、複数の孔１２０がその中に配置された例示的な物品１００の概略斜視図である。図２は、図１に示す例示的な物品１００の概略上面図である。図１及び２はウェハとして構成された物品１００を示しているが、上記物品は、パネルを含むがこれに限定されないいずれの形状を取ってよいことを理解されたい。本明細書に記載の物品は、可視スペクトル内の波長を有する放射を通過させることができる、光透過性基板から製作される。例えば上記基板は、３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長の、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、又は少なくとも９０％を透過させてよい。上記基板はガラス系基板であってよい。本明細書中で使用される場合、「ガラス系基板材料（ｇｌａｓｓ‐ｂａｓｅｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」は、ガラス（溶融シリカを含む）及びガラスセラミックを意味する。いくつかの実施形態では、上記基板をガラスとすることができ、上記ガラスは、溶融シリカ、アルカリ含有ガラス、アルカリ非含有ガラス（例えばアルカリ非含有アルカリアルミノボロシリケートガラス）、又は異なるガラス組成物を含有する複数の層を有する積層ガラス片を含むことができる。いくつかの実施形態では、上記基板は低い熱膨張係数（例えば４ｐｐｍ／℃以下）を有してよく、他の実施形態では、上記基板は高い熱膨張係数（例えば４ｐｐｍ／℃超）を有してよい。
【００８７】
上述のように、物品１００は、物品１００の第１の表面１１０に連結された１つ以上の電子部品と、第２の表面１１２に連結された１つ以上の電子部品との間に電気信号を通過させるために、電子デバイス内にインターポーザとして実装してよい。物品１００の孔１２０に導電性材料を充填することにより、電気信号が通過できる導電性ビアを提供する。孔１２０は例えば貫通孔又は非貫通孔であってよい。本明細書中で使用される場合、「貫通孔（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｈｏｌｅ）」は、第１の表面１１０から第２の表面１１２まで、基板の厚さを通って延在する。本明細書中で使用される場合、「非貫通孔（ｂｌｉｎｄ  ｈｏｌｅ）」は、第１の表面１１０及び第２の表面１１２のうちの一方からではあるものの、第１の表面１１０及び第２の表面１１２のうちのもう一方までの全道程を通らず、基板の厚さを部分的にしか通らずに延在する。電気トレースの１つ以上のパターンを提供するために金属化できるチャネルを含むがこれに限定されない他の特徴部分を、物品１００の第１の表面１１０又は第２の表面１１２内に形成してよい。他の特徴部分を設けてもよい。
【００８８】
物品１００は、最終的な用途に応じていずれのサイズ及び形状を取ることができる。例えば限定するものではないが、物品１００は２５μｍ〜３，０００μｍの範囲内の厚さＴを有してよい。物品１００の孔１２０は、限定するものではないが２５０μｍ以下、２００μｍ以下、１５０μｍ以下、１００μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下、２０μｍ以下、又は１０μｍ以下といった、比較的小さな開口直径Ｄを有する。本明細書中で使用される場合、「開口直径Ｄ（ｏｐｅｎｉｎｇ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  Ｄ）」は、基板の第１又は第２の表面における孔の開口の直径である。図８Ａを簡単に参照すると、孔１２０の開口は、孔１２０の陥没領域１２３の湾曲傾斜と垂直壁１２４との間の遷移部分を示す場所１３１である。垂直壁１２４の、従って孔１２０の開口の始点は、場所１３１にあり、ここでは、孔の入口の接線ＴＬと、物品１００の平均厚さＴによって画定される第１の平面１２６との間の角度αは、７５°以上である。孔１２０の開口直径Ｄは、光学顕微鏡で撮像された孔１２０への入口の縁部に最もフィットする最小二乗円の直径を求めることによって計算される。隣接する孔１２０の中心間の間隔である孔１２０のピッチｐは、所望の用途に応じて、限定するものではないが１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２５０μｍ、１０００μｍ、又は１０μｍ〜１００μｍ、２５μｍ〜５００μｍ、１０μｍ〜１０００μｍ、若しくは２５０μｍ〜２０００μｍといったいずれの範囲の可変ピッチといった、いずれの寸法であってよい。
【００８９】
本明細書中で定義されるように、物品１００の平均厚さＴは、孔１２０の形成による第１の表面１１０又は第２の表面１１２上のいずれの陥没領域１２３の外側（図８Ａ及び８Ｂを参照）で得られる、３つの厚さ測定値の平均を計算することによって決定される。本明細書中で定義されるように、上記厚さ測定値は、干渉計によって得られる。以下で更に詳細に説明されるように、レーザ損傷及びエッチングプロセスは、物品１００内に形成された孔を取り囲む陥没領域１２３を生成できる。従って平均厚さＴは、上記陥没領域の外側の３つの場所で物品１００の厚さを測定することによって決定される。本明細書中で使用される場合、句「陥没領域の外側（ｏｕｔｓｉｄｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）」は、直近の孔１２０から５００μｍ〜２，０００μｍの範囲内の距離において上記測定値を得ることを意味している。更に、物品の平均厚さの正確な表現を得るために、測定点は互いから少なくとも１００μｍ離れているものとする。換言すれば、いずれの測定点も、別の測定点から１００μｍ以内にはないものとする。
【００９０】
ここで図２Ｂを参照すると、物品１００の平均厚さＴを決定するステップの非限定的な例が概略図で示されている。実施形態は、図２Ｂに示す孔１２０の構成並びに測定点Ｍ１、Ｍ２及びＭ３の位置に限定されないこと、並びに図２Ｂは例示のみを目的として提供されていることを理解されたい。図２Ｂに示す例示的な物品１００は複数の孔を有し、そのうちの３つには１２０Ａ、１２０Ｂ及び１２０Ｃの番号が付与されている。３つの厚さ測定値は、干渉計によって、測定点Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３において得られる。上述のように、厚さ測定値は、孔の製作によって生成された陥没領域等の、物品１００のいずれの陥没領域の外側で得るものとする。測定点Ｍ１に関して、最も近い孔は孔１２０Ａである。孔１２０Ａからの測定点Ｍ１の距離ＭＤ１は、５００μｍ〜２，０００μｍの範囲内である。同様に、孔１２０Ｂからの測定点Ｍ２の距離ＭＤ２、及び孔１２０Ｃからの測定点Ｍ３の距離ＭＤ３は、５００μｍ〜２０００μｍの範囲内である。なお、図２Ｂは、測定点Ｍ１、Ｍ２及びＭ３に関して最も近い孔１２０Ａ〜１２０Ｃが異なる状態を図示しているが、実施形態はこれに限定されない。非限定的な例として、最も近い孔からの距離の決定において、単一の孔を基準点として使用してよい（例えば孔１２０Ａ）。
【００９１】
干渉計によって、測定点Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３において３つの厚さ測定点を得た後、上記３つの厚さ測定点を平均して、平均厚さＴを計算する。
【００９２】
上述のように、孔１２０（及びいくつかの実施形態では他の特徴部分）に、スパッタリング、無電解及び／又は電解メッキ、化学蒸着等を含むがこれらに限定されないいずれの公知の技法を用いて、導電性材料を充填してよい。上記導電性材料は例えば、銅、銀、アルミニウム、チタン、金、白金、ニッケル、タングステン、マグネシウム、又は他のいずれの好適な材料であってよい。孔１２０を充填すると、これらは、物品１００の第１の表面１１０及び第２の表面１１２上に配置される電子部品の電気トレースを電気的に連結できる。
【００９３】
孔１２０の形態は、得られる孔１２０の充填の品質においてある役割を果たす。孔の内部形状（即ちプロファイル）及び粗度は、金属化プロセスの成功において重要な役割を果たす。例えばあまりに粗いテクスチャを有する孔は、不良な金属化、及び金属化後の不十分な電気的性能につながり得る。更に、使用される金属化プロセス‐ペースト充填、真空スパッタリング、電気メッキ等‐に応じて、孔内のウエスト（最狭点）のサイズを調整できることが望ましい。ある場合には、可能な限り円筒形である（ウエストの％が大きい：例えば＞５０％、＞６０％、又は＞７５％、又は＞８０％である）孔を有することが望ましく、他の場合には、特定のウエスト開口（例えば２０〜８０％、又は２０〜６０％、又は３０〜５０％、又は４０〜５０％、又は３５〜４５％）を有する孔が望ましいことがある。真空堆積コーティングといった金属化プロセスは多くの場合、見通し線の問題を有し、これは、適用されるコーティングが、粗いテクスチャの最も内側の領域に到達できないことを意味する。あるいは片側スパッタリングプロセスの場合、砂時計状の孔の下側領域をコーティングするのが困難になり得る。というのは、表面のいくつかの地点が他のいくつかの地点をコーティングプロセスから「遮って（ｓｈａｄｏｗ）」しまうためである。しかしながら、一部の金属化プロセスに関しては、砂時計状の孔は円筒形の孔に比べて表面のコーティングを容易にすることができるため、砂時計状の孔が望ましい場合がある。いずれの最適でない形状又は粗いテクスチャはまた、熱サイクル等の環境応力に部品を曝露した場合に割れ及び他の破損が発生し得るなどの、金属化後の信頼性の問題につながり得る。更に、物品の上面及び底面に沿った、孔１２０の入口及び／又は出口付近の陥没又は隆起も、再分配層プロセスの適用時のメッキ、コーティング及び結合に関する問題につながり得る。従って、技術的に利用可能な製品を製作するために、孔の形態の厳密な制御が存在していなければならない。本開示の実施形態は、所望の形態的属性及び公差を有する物品、並びにこのような形態的属性及び公差を有する物品を得るための例示的な製作プロセスを提供する。
【００９４】
図３Ａ及び３Ｂは、物品１００内の２つの孔１２０、１２０’の概略図を別個に示す。図３Ａに示す孔１２０は略円筒形であり、従って第１の直径Ｄ１（例えば第１の表面における第１の開口の直径）は、第２の直径Ｄ２（例えば第２の表面における第２の開口の直径）と略等しく、また孔１２０の全長に沿った直径は、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２とほぼ等しい。しかしながら、図３Ｂに示す孔１２０’は「砂時計（ｈｏｕｒｇｌａｓｓ）」状の形状を有し、従って、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２の両方より小さいウエスト直径Ｗが存在する。本明細書中で使用される場合、「ウエスト直径Ｗ（ｗａｉｓｔ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  Ｗ）」は、第１の表面と第２の表面との間にある孔の最狭部分を指す。なお、ウエストは必ずしも孔の深さの中点に発生する必要はなく、２つの表面の間のいずれの地点に発生してよい。上述のように、「砂時計」状の孔は、狭いウエストによって導電性材料を孔の中に十分に堆積させることができなくなるため、金属化プロセスに関して望ましくない場合がある。
【００９５】
いくつかの実施形態では、ウエスト直径Ｗは、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の８０％以上であってよい。「砂時計」状の形状が望ましくなり得る他の実施形態では、ウエスト直径Ｗは、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である。他の実施形態では、ウエスト直径Ｗは、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の８５％、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の９０％、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の３０％〜１００％、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の４０％〜１００％、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の５０％〜１００％、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の６０％〜１００％、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の７０％〜１００％、第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の８０％〜１００％、又は第１の直径Ｄ１及び第２の直径Ｄ２のうちの大きい方の９０％〜１００％であってよい。
【００９６】
いくつかの実施形態では、第１の直径Ｄ１は第２の直径Ｄ２にほぼ等しい。例えば限定するものではないが、第１の直径Ｄ１と第２の直径Ｄ２との間の距離は、２μｍ以下、１．５０μｍ以下、１μｍ以下、０．７５μｍ以下、０．５μｍ以下、０．２５μｍ以下、０．１μｍ以下、又は０μｍ以下である。
【００９７】
物品１００の厚さＴと孔の直径Ｄ１又はＤ２とのアスペクト比は、本開示によって限定されない。実施形態では、このアスペクト比は１：１〜１５：１の範囲内である。このアスペクト比は最終的な製品の仕様によって規定され得る。Ｄ１、Ｄ２及びＷを含む孔の直径は、例えば、上記孔を光学顕微鏡で撮像し、孔１２０の縁部に最もフィットする最小二乗円を計算することによって測定できる。
【００９８】
以下の製作プロセスを利用することにより、孔の直径及びウエスト直径の均一性が物品１００にわたって維持される。実施形態では、物品１００内の所望の等しい直径を有する孔１２０に関して、３００ｍｍまでの直径を有するウェハとして構成される物品１００にわたる孔の直径の均一性は、±３％である。実施形態では、物品１００内の所望の等しい直径を有する孔１２０に関して、３００ｍｍまでの直径を有するウェハとして構成される物品１００にわたるウエストの直径の均一性は、±５％である。本明細書中で使用される場合、「孔の直径の均一性（ｈｏｌｅ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）」は、式：
【００９９】
【数１】
2019530629.tif 000003
【０１００】
によって決定され、ここでＤｍｉｎは、所望の等しい直径を有する孔１２０のうち、表面（物品１００の上部表面又は底部表面）上の最小の孔の直径であり、Ｄｍａｘは、所望の等しい直径を有する孔１２０のうち、Ｄｍｉｎと同一の表面上の最大の孔の直径であり、Ｄａｖｇは、上記表面上の所望の等しい直径を有する孔１２０の平均直径である。
【０１０１】
本明細書中で使用される場合、「ウエスト直径の均一性（ｗａｉｓｔ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）」は、式：
【０１０２】
【数２】
2019530629.tif 000004
【０１０３】
によって決定され、ここでＷｍｉｎは、所望の等しい直径を有する孔１２０のうち最小のウエスト直径であり、Ｗｍａｘは、所望の等しい直径を有する孔１２０のうち最大のウエスト直径であり、Ｗａｖｇは、所望の等しい直径を有する孔１２０の平均ウエスト直径である。
【０１０４】
物品１００内での孔１２０の正確な配置も、最終的な製品において重要となり得る。ある非限定的な例として、直径３００ｍｍまでのウェハとして構成される物品１００における孔間配置精度は、±５μｍ未満、±４μｍ未満、±３μｍ未満、±２μｍ未満、又は±１μｍ未満であってよい。別の非限定的な例として、６００ｍｍ×６００ｍｍまでのサイズのパネルとして構成される物品１００における孔間配置精度は、±１０％未満、±９μｍ未満、±８μｍ未満、±７μｍ未満、±６μｍ未満、±５μｍ未満、±４μｍ未満、±３μｍ未満、±２μｍ未満、又は±１μｍ未満であってよい。様々な整列技法が存在するが、本開示では、「最良フィット（ｂｅｓｔ  ｆｉｔ）」整列スキームを利用する。孔の配置の精度を決定するために、物品の全ての孔を測定した後、ｍ個の孔を備えた物品に関する点のセット｛Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍ｝を、回転及び並進移動によって（拡大縮小を用いずに）変形して、物品上の孔の公称位置である点のセット｛Ｎ１、Ｎ２、…、Ｎｍ｝に一致させることによって、量：
【０１０５】
【数３】
2019530629.tif 000005
【０１０６】
を最小化する。
【０１０７】
金属化プロセスに影響を及ぼし得る別の形態的属性は、孔１２０の真円度である。孔１２０の真円度はまた、インターポーザとしての物品１００の性能にも影響を及ぼし得る。例えば円形でない孔は、物品１００の表面上の導電性トレースに十分に接続できない。更に、孔に導電性材料を充填した後、円形でない孔は、表面上に堆積させた再分配層との位置ずれにつながり得る。更に、金属化された孔１２０の抵抗性は、特に物品１００を通して高周波信号を伝播させる場合に、円形でない孔によって悪影響を受ける場合がある。
【０１０８】
図４は、サンプルである孔の真円度の概略図である。本明細書中で使用される場合、「真円度（ｃｉｒｃｕｌａｒｉｔｙ）」は、円を孔１２０の顕微鏡画像にフィットさせることによって決定される。Ｈ＝｛ｈ１、ｈ２、…、ｈｎ）を、上から見た孔１２０の（例えば孔１２０の顕微鏡画像からの）縁部に沿って識別される複数の点ｈｉ＝（ｘｉ、ｙｉ）の集合と考える。これらの点は、限定するものではないが、１μｍ／ピクセルの解像度のものであってよい。最小二乗法フィット円を１つだけ評価できる。この円の中心点Ｃ＝（ｘｃ、ｙｃ）及び半径Ｒは、量：
【０１０９】
【数４】
2019530629.tif 000006
【０１１０】
を最小化する。
【０１１１】
距離（直径）のセットｄｉ＝ｄｉｓｔ（ｈｉ，Ｃ）が与えられると、最小値ｄｍｉｎ及び最大値ｄｍａｘを得ることができる。差ｄｍａｘ−ｄｍｉｎを、ここでは真円度と呼ぶ。従って、全ての距離ｄｉが等しい論理的に完全な円は、ゼロである真円度の値につながる、等しい値のｄｍｉｎ及びｄｍａｘを有することになる。真円度の値が大きくなることは、孔の丸さが低くなることの指標である。本明細書に記載の物品は、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、又は０μｍの真円度を有する。
【０１１２】
上述のように、孔１２０の内壁の表面粗度は、金属化プロセスに悪影響を及ぼし、高周波数における不十分な電気的性能、及び信頼性に関する問題（例えば割れ又はその他の破損）を引き起こす。以下に記載されるプロセスにより、平滑な内側表面を備えた孔１２０を有する物品１００を実現でき、上記平滑な内側表面は、上記内側表面への導電性材料の接着を促進する。本明細書中で使用される場合、「平滑な内側表面（ｓｍｏｏｔｈ  ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｓｕｒｆａｃｅ）」は、孔の内側表面の表面粗度Ｒａが１μｍ以下、０．９μｍ以下、０．８μｍ以下、０．７μｍ以下、又は０．６μｍ以下、０．５μｍ以下、０．４μｍ以下、０．３μｍ以下、０．２μｍ以下、０．１μｍ以下、０．１μｍ〜１μｍの範囲内、０．１μｍ〜０．５μｍの範囲内、又は０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内である、内側表面である。
【０１１３】
図５〜７は、湾曲していてもよい孔１２０の内側表面の表面粗度Ｒａを決定する方法のグラフである。従って本開示の実施形態は、湾曲した表面の表面粗度Ｒａを決定するための、コンピュータ実装型方法を提供する。上記方法によると、孔の側部プロファイル画像を、光学顕微鏡等によって撮影する。縁部検出アルゴリズムを上記孔の上記画像に対して実行して、孔の縁部及び基板のかさを決定する。非限定的な例として、ＩｍａｇｅＪで書かれたマクロが、上記孔の側部プロファイルの８ビット画像を、ＩｍａｇｅＪの「ｍｉｎｉｍｕｍ  ｍｅｔｈｏｄ」を用いて２進数字に変換する。その後、縁部検出アルゴリズムを用いる。ここでは、強度スケールにおいて０から２５５への遷移（これは孔の縁部に対応する）が検出されるまで、画像内の全ての行を走査する。
【０１１４】
図５は、縁部検出アルゴリズムによって検出される孔プロファイルのグラフである。図６を参照すると、ブロック３０２では、孔の縁部位置が、基板の深さ内での位置に対して示されている（即ち孔の縁部はここでは回転されて、又は水平となっているように見える）。ブロック３０２は孔のプロファイルの半分しか示していないが、孔の両側を分析及び評価してよいことを理解されたい。ブロック３０４では、最小二乗最小化フィッティングルーチンを用いて、検出された縁部３０５を多項式曲線３０７、典型的には以下の種類：ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃの二次多項式にフィットさせる。ここではｙは水平軸から検出された縁部までの距離であり、ｘは基板の深さに対応する水平軸上での位置であり、ａ、ｂ及びｃはフィッティングルーチン中に計算される定数である。次にブロック３０６では、検出された縁部のデータ３０５から、フィットさせた多項式曲線３０７を減算することによって、固有の曲率が排除され、残差を計算することによって、直線化された粗度プロファイル３０９が得られる。ブロック３０８では、例えば限定するものではないが、Ｒａ、Ｒｑ、Ｒｚ、最高ピーク、最低バレー、上部直径、底部直径、及びウエストのパーセンテージといった、様々な統計的粗度パラメータを、直線化された粗度プロファイル３０９から抽出できる。
【０１１５】
上述の統計は、孔の全深さの少なくとも５０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、又は少なくとも９５％だけ延在する孔の縁部からのデータを用いて計算される。即ちこの粗度のデータは、ロール状部分の側部の小さな一区画のみ（例えば小さな５０μｍ×５０μｍの領域）の粗度を表すものではないものとする。そうではなく、この粗度のデータは、孔の深さにわたる内壁表面の可能な限りの大部分をキャプチャするものとし、従って上記表面の分析では、いずれのコブ、膨らみ又はその他の理想的でない特徴部分がキャプチャされる。これらの特徴部分のいずれは最終的に、真空堆積又は液相メッキ法で堆積させた導電性材料の、孔を均一かつ完全にコーティングして孔を充填する能力に、影響を及ぼすことになる。従って、欠陥を有するいずれの領域がその後の金属化ステップの成功を妨げることになるため、孔内部粗度の分析において上記領域を無視することは有用ではない。
【０１１６】
表面粗度Ｒａは、孔の品質の良好なインジケータである。図７は、グラフ３１１における表面粗度Ｒａの決定をグラフで図示する。平均線ＭＬは、Ｚ（ｘ）で定義される直線化された粗度プロファイル３０９の平均深さに位置決めされる。Ｒａは、平均線ＭＬからのプロファイル偏差Ｚ（ｘ）の絶対値の算術平均：
【０１１７】
【数５】
2019530629.tif 000007
【０１１８】
として定義される。
【０１１９】
上述のように、物品１００の孔１２０は、以下に記載の孔製作プロセスを用いることにより、１μｍ未満の低い表面粗度Ｒａを有する内側表面を有する。
【０１２０】
別の形態的属性は、孔１２０によって画定される開口の付近の、物品１００の表面の形状である。孔の付近の陥没、隆起又は他の異常は、再分配層適用プロセス等の後続のプロセスの実施時に、メッキ、コーティング及び結合に関する問題につながり得る。
【０１２１】
図８Ａは、例示的な物品１００内の２つの孔１２０の概略図である。各孔１２０は、第１の表面１１０の第１の開口１２１と、第２の表面１１２の第２の開口１２５とを有する。図８Ａに示すように、第１の陥没領域１２３は第１の開口１２１を取り囲み、第２の陥没領域１２７は第２の開口１２５を取り囲む。これらの陥没領域は、エッチングプロセスの効果である。エッチングプロセス中に孔を取り囲む材料を除去することにより、孔の周の周りに陥没又は突出が引き起こされる場合がある。例えばレーザ損傷されたガラスは、レーザ損傷されていないガラスよりも速い速度でエッチングされ得るため、陥没領域を生成する。隆起は、撹拌を行うことなくガラス基板をエッチングした場合に形成され得る。例えば、撹拌を行うことなくガラス系基板をエッチングすると、孔の内部から除去されたガラス系材料が、孔の入口及び／又は出口に蓄積する場合がある。
【０１２２】
これらの陥没領域の陥没深さＤｄｅｐを最小化することにより、例えばインターポーザデバイスとしての物品１００が改良される。陥没が存在すると、ガラス系基板と、後で堆積される金属層との間に、ポケットが形成される場合がある。陥没深さＤｄｅｐを最小化すると、インターポーザデバイスの再分配層を物品１００の一方又は両方の表面に適用する際の、メッキ、コーティング及び結合に関する問題を削減できる。
【０１２３】
実施形態では、開口を取り囲む陥没領域の陥没深さＤｄｅｐは、約０．２μｍ以下、約０．１５μｍ以下、約０．１μｍ以下、又は約０．０５μｍ以下、約０．０１μｍ〜約０．２μｍの範囲内、約０．０１μｍ〜約０．１５μｍの範囲内、約０．０５μｍ〜約０．２μｍの範囲内、約０．０５μｍ〜約０．１５μｍの範囲内、約０．１μｍ〜約０．２μｍの範囲内、又は約０．１μｍ〜約０．１５μｍの範囲内である所望の深さ等の、所望の深さ以下である。
【０１２４】
図８Ａは、陥没領域の陥没深さＤｄｅｐを決定する方法を示す。第１の平面１２６は、物品１００の平均厚さＴに基づいて、物品１００の第１の表面１１０によって画定される。同様に、第２の平面１２８は、物品１００の平均厚さＴに基づいて、物品１００の第２の表面１１２によって画定される。図２Ｂに関して上述したように、物品の平均厚さＴは、いずれの陥没領域１２３の外側の、干渉計によって得られた（即ち５００μｍ〜２，０００μｍの範囲内の距離で得られた）３つの厚さ測定値を平均することによって決定される。
【０１２５】
第１の表面１１０における孔１２０の陥没深さＤｄｅｐは、第１の平面１２６から、孔１２０の開口における第１の表面１１０（これは、孔１２０の垂直壁１２４の始点の位置１３１（即ち孔１２０の陥没領域１２３から垂直壁１２４への遷移部分）である）まで測定される。垂直壁１２４の始点の位置１３１は、陥没領域１２３、１２７の湾曲表面の接線ＴＬと、第１の平面１２６又は第２の平面１２８との間の角度αを測定することによって決定される。垂直壁１２４の始点の位置１３１、従って孔１２０の開口の位置は、角度αが７５°を超える場所である。換言すれば、陥没領域１２３、１２７は、全ての角度αが７５°未満となる領域である。非限定的な例として、第１の陥没領域１２３及び第２の陥没領域１２７の深さＤｄｅｐは、Ｚｙｇｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＮｅｗＶｉｅｗ７３００等の光学表面形状計を用いて測定してよい。
【０１２６】
なお、孔の直径が大きくなるほど、孔の開口の付近の陥没深さＤｄｅｐは大きくなる。これは、直径が大きな孔ほど、長いエッチング時間を必要とし、従ってエッチングプロセス中に、より多くの材料がガラス基板から除去されることが原因であり得る。以下で更に詳細に説明されるように、実施形態では、孔製作プロセスのパラメータは、平均孔直径に対する、半径Ｒ以内の陥没領域の陥没深さＤｄｅｐの比が、０．００７以下、０．００６以下、０．００６以下、０．００５以下、０．００４以下、０．００３以下、０．００２以下、又は０．００１５以下となるようなものである。
【０１２７】
場合によっては、中心間の間隔（即ちピッチ）が小さい孔のアレイに関して、上記孔のアレイにおけるガラス表面全体が、孔のアレイの外側のガラス表面に比べて陥没し得る。
この陥没領域は、孔間の間隔が、エッチングプロセスの結果として孔を取り囲む陥没領域の半径未満である場合に発生し得る。例えば限定するものではないが、約３００μｍ未満、約２００μｍ未満、約１５０μｍ未満、約μｍ未満、又は約５０μｍ未満である孔間のピッチｐが、物品の表面を孔のアレイにおいて陥没させ得る。
【０１２８】
図８Ｂは、孔１２０のアレイ１２９を有する例示的なガラス物品１００’を示し、ここでは、中心間の間隔によって、第１の表面１１０及び第２の表面１１２は、孔１２０のアレイ１２９において陥没している。特に、孔１２０のアレイ１２９における第１の表面１１０及び第２の表面１１２は、それぞれ第１の平面１２６及び第２の平面１２８から、陥没深さＤｄｅｐだけ陥没している。第１の平面１２６及び第２の平面１２８は上述のように、平均厚さＴによって決定できる。第１の表面１１０における陥没深さＤｄｅｐは、第２の表面１１２における陥没深さＤｄｅｐとは異なっていてよいことを理解されたい。本明細書に記載の実施形態では、レーザプロセスパラメータ及びエッチングプロセスパラメータは、物品の平均厚さＴに対する第１の表面１１０又は第２の表面１１２の陥没深さＤｄｅｐの比が０．００７未満となるように制御される。
【０１２９】
ここで図９を参照すると、例示的な半導体パッケージ１９０が概略図で示されている。半導体パッケージ１９０は、第１の半導体デバイス１８５と第２の半導体デバイス１８６との間のインターポーザとして機能する物品１００、及び基板１８７を含む。第１の金属化層１８１（例えば第１の再分配層）は、インターポーザ１００の第１の表面１１０上に配置され、第２の金属化層１８２（例えば第２の再分配層）は、インターポーザ１００の第２の表面１１２上に配置される。図示されている実施形態では、第１の半導体デバイス１８５は第１の金属化層１８１及びインターポーザ１００に、第１のボールグリッドアレイ１８３によって電気的に連結され、第２の半導体デバイス１８６は第１の金属化層１８１及びインターポーザ１００に、第２のボールグリッドアレイ１８４によって電気的に連結される。第２の金属化層１８２及びインターポーザ１００は基板１８７に、第３のボールグリッドアレイ１８８によって電気的に連結される。本開示の実施形態は、ボールグリッドアレイによる相互接続に限定されず、他のいずれの相互接続を利用してよいことを理解されたい。孔１２０は、電気信号にインターポーザ１００を通過させるために導電性材料（例えば銅）で金属化された、ビアである。
【０１３０】
半導体パッケージの機能性は本開示によって限定されない。ある非限定的な例として、半導体パッケージは、無線通信デバイス（例えば約１００ｋＨｚ〜約１００ＧＨｚの周波数）で利用される高周波数の無線周波数（「ＲＦ」）デバイスであってよい。エッチングされた貫通孔の平滑な内壁は、このような高周波数ＲＦデバイスにおいて望ましい、低い高周波数抵抗性を提供する。
【０１３１】
本開示の実施形態は更に、上述の形態的属性を有する、物品１００内の孔１２０を作製する方法を含む。一般に孔１２０はレーザ損傷及びエッチングプロセスによって製作され、ここでは、レーザ損傷領域又はパイロット孔をレーザビームの印加によって形成した後、これらをエッチング溶液によって更に開いて、所望の直径及び形態を有する孔１２０を得る。
【０１３２】
ここで図１０を参照すると、孔製作プロセスを受ける例示的な物品１００が概略図で示されている。一般に、レーザ損傷領域１４０又はパイロット孔がまず、物品１００のかさを通って形成される。レーザ損傷領域１４０は物品１００内に損傷領域を生成し、これはエッチング溶液１３０の印加時に非損傷領域よりも速いエッチング速度でエッチングされる。エッチング溶液１３０は、レーザ損傷領域１４０並びに第１の表面１１０及び第２の表面１１２を通して、物品１００から材料（例えばガラス材料）を除去する。破線によって概略的に示されているように、材料はエッチング溶液１３０によって、第１の表面１１０及び第２の表面１１２よりもレーザ損傷領域１４０付近の領域において速い速度で除去される。エッチング溶液１３０は、第１の表面１１０において所望の第１の直径Ｄ１が、及び／又は第２の表面１１２において所望の第２の直径Ｄ２が達成されるまで、物品１００に適用してよい。様々なレーザ及びエッチングプロセスを以下に詳細に説明する。
【０１３３】
なお、全てのレーザプロセスを用いて、物品１００のガラス材料内に高品質の孔を生成できるわけではない。例えば、ガラス中への熱エネルギの過剰堆積によって微小な割れが生成される場合があり、ガラス中のレーザ入口又は出口孔からガラス片が排出される場合があり、また融除法は多くの場合、極めて粗い粗面を生成し得る。これらの特徴は全て、後続の化学エッチングによって除去又は平滑化されない、理想的でない形状を生成する。
【０１３４】
高品質（例えば上述のような平滑な内壁、最小の陥没領域深さ等）をもたらすレーザ損傷領域又はパイロット孔を迅速かつ効率的に生成するために使用できる、第１の明確なレーザプロセスを、図１１に示す。このプロセスは、線状焦点光学素子と組み合わせて短パルスレーザを用いて、各レーザパルスによってガラスシートの本体を完全に通過して、パイロット孔又はレーザ損傷領域を穿孔する。このような細長い焦点を生成するために使用される光学素子１５０が図１１に示されている。例示的な線状焦点プロセスに関する更なる詳細は、米国公開特許第２０１５／０１６６３９５号明細書において提供されており、上記文献はその全体が参照により本出願に援用される。
【０１３５】
上記光学素子はアキシコン１５４を含んでよく、これは入射するパルスレーザビーム１５２を受信して、アキシコン１５４の光軸に沿って線状焦点１５５を生成する。次にレーザビーム１５２は、望遠レンズ組立体によって受信され、この望遠レンズ組立体は、アキシコン１５４から受信したレーザビーム１５２をコリメートする第１のレンズ１５６と、上記レーザビームを、物品１００のかさを少なくとも部分的に通って配置された線状焦点１５９に集束させる、第２のレンズ１５８とを含む。図１１に示す例では、線状焦点１５９は、物品の第１の表面１１０及び第２の表面１１２を通って延在する。
【０１３６】
このプロセスの利点は、各レーザパルス（又は図１２Ａ〜１２Ｃに記載されているようなパルスバースト）が、パイロット孔又はレーザ損傷領域１４０を完全に形成する点である。よって、パイロット孔又はレーザ損傷領域１４０を作製するための時間は極めて短い（例えば、単一パルスを用いておよそ１０ｐｓｅｃ、又は全バーストパルスを用いた場合であってもおよそ数百ナノ秒）。
【０１３７】
この線状焦点プロセスの更なる利点は、ガラスの本体を通る損傷を作製し、これにより、エッチング後の上部直径及び底部直径（即ちＤ１及びＤ２）が略等しい孔１２０が得られる点である。これは、多くの他のレーザ孔形成方法において存在し得る有意なテーパーとは対照的であり、多くの他のレーザ孔形成方法では、孔の壁に一定の角度（例えば１０°）が見られる場合が多い、又はビアの上部及び底部が、例えば直径が約１０μｍ異なる等、基本的に異なるサイズとなり得る。
【０１３８】
この線状焦点の場合、孔の内部粗度は、孔形成プロセスのパラメータを変更することによって制御できる。特にこれらのパラメータを、以下の２つのカテゴリ：レーザパラメータ及びエッチングパラメータに分割できる。線状焦点プロセスのレーザパラメータについて次に説明し、エッチングパラメータについては後で詳細に説明する。
【０１３９】
孔の品質は、採用されるレーザ条件に強く依存することが観察されている。材料は、パルスレーザビームの波長に対して透明でなければならない。例えば限定するものではないが、上記波長は３５５ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲内であってよい。使用される一般的な高エネルギパルスレーザ波長としては、１０６４ｎｍ及びその高調波（５３２ｎｍ、３５５ｎｍ）、又は１０３０ｎｍ及びその高調波（５１５ｎｍ、３４３ｎｍ）が挙げられる。特に、波長が約５３２ｎｍのレーザビームは、１０６４ｎｍといったより長い波長を使用した場合に比べて内部表面粗度が低い、高品質な孔１２０を生成することが観察されている。
【０１４０】
パルス持続時間及び強度は、多光子吸収効果を達成できるよう十分に短くなければならない。ピコ秒又はフェムト秒レーザ源といった超短パルスレーザを利用してよい。いくつかの実施形態では、およそ１０ピコ秒のパルスレーザを利用してよい。本明細書に記載のこのようなピコ秒レーザの動作は、サブパルス１６０Ａを含む「パルスバースト（ｐｕｌｓｅ  ｂｕｒｓｔ）」１６０を生成できる。図１２Ａは、それぞれ３回のサブパルス１６０Ａを含む、２つの連続したパルスバースト１６０を示す。パルスバーストの生成は、レーザ動作の１つのタイプであり、パルスの放出は一定の安定した流れではなく、複数のサブパルスの密集したクラスタである。各パルスバースト１６０は、持続時間が極めて短い、複数の独立したサブパルス１６０Ａ（例えば少なくとも２回のサブパルス、少なくとも３回のサブパルス、少なくとも４回のサブパルス、少なくとも５回のサブパルス、少なくとも１０回のサブパルス、少なくとも１５回のサブパルス、少なくとも２０回のサブパルス、又はそれ以上）を内包する。即ちパルスバースト１６０はサブパルス１６０Ａの「ポケット（ｐｏｃｋｅｔ）」であり、パルスバースト１６０は、各バースト内の独立した隣接するパルスの隔たりよりも長い持続時間だけ、互いから隔てられている。図１２Ａの単一のサブパルス１６０Ａに関してレーザ放出を時間に対してプロットした図１２Ｂを参照すると、サブパルスは、最大１００ｐｓｅｃ（例えば０．１ｐｓｅｃ、５ｐｓｅｃ、１０ｐｓｅｃ、１５ｐｓｅｃ、１８ｐｓｅｃ、２０ｐｓｅｃ、２２ｐｓｅｃ、２５ｐｓｅｃ、３０ｐｓｅｃ、５０ｐｓｅｃ、７５ｐｓｅｃ、又はこれらの間の値）のパルス持続時間Ｔｄを有してよい。単一のパルスバースト１６０内のこれらの独立したサブパルス１６０Ａは、本明細書では、これらが単一のパルスバースト内で発生するという事実を表すために、「サブパルス（ｓｕｂ‐ｐｕｌｓｅ）」と呼ばれる。パルスバースト１６０内の独立したサブパルス１６０Ａそれぞれのエネルギ又は強度は、当該パルスバースト内の他のサブパルスのエネルギ又は強度と等しくなくてよく、１つのパルスバースト内の複数のサブパルスの強度の分布は多くの場合、レーザ設計に支配される指数関数的な経時的減衰に従う。
【０１４１】
図１２Ｃを参照すると、好ましくは、本明細書に記載の例示的実施形態のパルスバースト１６０内の各サブパルス１６０Ａは、当該バースト内の後続のサブパルスから、１ｎｓｅｃ〜５０ｎｓｅｃ（例えば１０〜５０ｎｓｅｃ、又は１０〜３０ｎｓｅｃ；この時間はレーザキャビティの設計によって支配されることが多い）である持続時間Ｔｐだけ、時間的に隔てられている。所与のレーザに関して、あるパルスバースト１６０内の各サブパルス１６０Ａ間の時間的隔たりＴｐ（サブパルス間の間隔）は、比較的均一（±１０％）である。例えばいくつかの実施形態では、あるパルスバースト１６０内の各サブパルス１６０Ａは、後続のサブパルスから、およそ２０ｎｓｅｃ（５０ＭＨｚ）だけ時間的に隔てられていてよい。例えば、約２０ｎｓｅｃのサブパルスの隔たりＴｐを生成するレーザに関して、あるパルスバースト内のサブパルス間の間隔Ｔｐは、約±１０％以内に維持され、又は約±２ｎｓｅｃである。サブパルス１６０Ａの各パルスバースト１６０間の時間（即ちパルスバースト間の時間的隔たりＴｂ）は、はるかに長くなる（例えば、０．２５μｓｅｃ≦Ｔｂ≦１０００μｓｅｃ、例えば１〜１０μｓｅｃ、又は３μ８μｓｅｃ）。本明細書に記載のレーザの例示的実施形態の一部では、時間的隔たりＴｂは、約２００ｋＨｚのバースト繰り返し数又は周波数を有するレーザに関して、約５μｓｅｃである。
【０１４２】
レーザバースト繰り返し数（本明細書中ではバースト繰り返し周波数とも呼ばれる）は、あるパルスバースト１６０中の最初のサブパルス１６０Ａと、次のパルスバースト１６０中の最初のサブパルス１６０Ａとの間の時間として定義される。いくつかの実施形態では、バースト繰り返し周波数は約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚの範囲内であってよい。より好ましくは、レーザバースト繰り返し数を例えば、約１０ｋＨｚ〜６５０ｋＨｚの範囲内とすることができる。各パルスバースト中の最初のサブパルスと、次のパルスバースト中の最初のサブパルスとの間の時間Ｔｂは、０．２５μｓｅｃ（４ＭＨｚのバースト繰り返し数）〜１０００μｓｅｃ（１ｋＨｚのバースト繰り返し数）、例えば０．５μｓｅｃ（２ＭＨｚのバースト繰り返し数）〜４０μｓｅｃ（２５ｋＨｚのバースト繰り返し数）、又は２μｓｅｃ（５００ｋＨｚのバースト繰り返し数）〜２０μｓｅｃ（５０ｋＨｚのバースト繰り返し数）であってよい。正確なタイミング、パルス持続時間、及びバースト繰り返し数は、レーザの設計に応じて変更できるが、高強度の短いサブパルス（Ｔｄ＜２０ｐｓｅｃ、及び好ましくはＴｄ≦１５ｐｓｅｃ）が、特に良好に動作することが示されている。一般に、パルス毎のバーストエネルギが固定されている場合、パルス数を増加させると、材料が受けるピーク強度及びエネルギの時間的分布が変化する。一般に、サブパルスの数が大きくなるほど、孔の品質が良好になり、プロセスウィインドウが大きくなる（例えばバーストあたり１０回を超えるサブパルス）。
【０１４３】
材料を改質するためのバーストエネルギの量は、基板材料の組成、及び基板との相互作用のために使用される線状焦点の長さによって左右される。この相互作用領域が長いほど、エネルギはより大きく拡散され、より高いバーストエネルギが必要とされる。正確なタイミング、サブパルス持続時間、及びバースト繰り返し数は、レーザの設計に応じて変更できるが、高強度の短いサブパルス（＜１５ｐｓｅｃ、又は≦１０ｐｓｅｃ）が、この技法において良好に動作することが示されている。
【０１４４】
パルスバースト１６０あたりのエネルギ、及びパルスバーストあたりのサブパルス１６０Ａの数は、得られる孔１２０の特徴に影響を及ぼす。パルスバーストエネルギが（基板の組成及び厚さに応じた）特定の閾値未満である場合、エッチング後、レーザ加工中に形成された横割れにより、制御できないプロファイルがもたらされる。一方、バーストエネルギが高すぎると、壁が比較的高い粗度値を示し、入口及び出口が楕円形状を有する。
【０１４５】
図１３Ａ〜Ｃは、固定レーザ波長（５３２ｎｍ）に関して、パルスバーストあたりのエネルギ及びパルスバーストあたりのサブパルスの数が孔の特徴にどのように影響を及ぼすかを示す。図１３Ａは、以下に記載のエッチングプロセスの後に５３２ｎｍを用いた場合の、異なるパルスバーストエネルギ及びパルスバーストあたりのサブパルスの数に関する、４００μｍ厚のＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス内の孔の形態を示す。エッチングプロセスは、直径約８０μｍまでのパイロット孔又はレーザ損傷領域を開ける。図１３Ａ〜１３Ｃに関して、エッチングプロセスは、１．５ＭのＨＦ及び１．６ＭのＨＮＯ３を含む室温のエッチング溶液と、８０ｋＨｚの３次元超音波撹拌とを利用した。この超音波撹拌は、Ｃｒｅｓｔ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ（ニュージャージー州トレントン）が販売するＴＲＵ‐ＳＷＥＥＰ（商標）モデル４ＨＩ１０１４６ＳＴによって提供された。
【０１４６】
図１３Ｂは、レーザ曝露及びエッチング後の、４００μｍ厚「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス基板上の孔の上面図である。図１３Ｂに示すように、エネルギパルスバーストが高すぎると、横割れによってエッチング液に関する優先方向が生成されるため、孔が楕円形になる（画像１７０）。画像１７０に示すガラス基板は、バーストエネルギが１８０μＪのレーザバーストエネルギを用いて穿孔した。パルスバーストのエネルギが低すぎると、孔はエッチング後でも閉鎖されたままとなる（画像１７４）。画像１７４は、バーストエネルギが１８０μＪのレーザ曝露後のガラス基板を示す。画像１７２は、エッチングの前及び後の両方において円形である、良好な真円度を有する孔を示す。画像１７２に示す孔を生成したバーストエネルギは９０μＪであった。図１３Ｃは、パルスバーストエネルギが高すぎる場合（画像１７１、１８０μＪのバーストエネルギ）、低すぎる場合（画像１７５、４０μＪのバーストエネルギ）、及び理想的である場合（画像１７３、９０μＪのバーストエネルギ）の、４００μｍ厚ＥＸＧガラス内の孔の側方プロファイル（断面図）を示す。
【０１４７】
更に、材料の厚さを通して光エネルギを均一に分布させると、より平滑な孔を生成できる。光エネルギが材料の一部分において大きすぎると、これは、単なる材料の改質ではなく微小割れを生成し得る。これらの微小割れは優先的なエッチング経路を生成し、孔の側壁にコブをもたらす。しかしながら、エネルギが材料の一部分において低すぎると、優先的な経路が生成されず、これにより、エッチング後の孔の形成に失敗するか、又はエッチング液の経路の方向が制御されなくなり、これは孔の側壁に大きな「膨らみ（ｂｕｌｇｅ）」をもたらす。解決策は、焦線の長さを延長することにより、ガラスの厚さを通した電力の変動を低レベルに維持することである。実際には、ガラスの厚さを通したエネルギ密度変動性を、１０％未満に維持することが望ましい場合がある。これは、図１１に示すアキシコン１５４に入るレーザビーム１５２の直径を増大させる（これにより光軸に沿ったエネルギ分布が平坦化される）ことによって達成できる。図１４は、ガウス‐ベッセルビームのピーク強度の実験測定値を示す。これは、光軸に沿った距離の関数としての、各径方向ビームプロファイルのピーク強度である。図１４に示すレーザビームは、アキシコンと、およそ２ｍｍの長さの線状焦点を生成する、図１１に示すような２レンズ望遠鏡とを用いて形成される。
【０１４８】
平坦な上部分布を有する焦線の長さを増大させることによって、レーザビームの光エネルギが、材料内又は材料付近の領域のみに制限され、これにより光学系がより効率的となり、従って低エネルギのレーザの使用が可能になるという利点が提供される。
【０１４９】
第２の例示的なレーザプロセスを図１５に概略図で示す。図１５に示す第２のレーザプロセスは、約３０ｎｓのパルスレーザの紫外線（「ＵＶ」）（例えば３５５ｎｍ）と、１つ以上の犠牲カバー層とを用いた、パーカッションレーザ穿孔プロセスである。例示的なパーカッションレーザ穿孔プロセスは、米国公開特許第２０１４／０１４７６２３号明細書に記載されており、上記文献はその全体が参照により本出願に援用される。
【０１５０】
図１５は、例示的なレーザ穿孔方法２５０で使用される構成部品を示す。レーザ穿孔方法２５０の構成部品としては一般に、物品１００、犠牲カバー層３００、及びレーザビーム２５２が挙げられる。物品１００は、上述のガラス物品であってよい。犠牲カバー層３００は、限定するものではないがガラス、ポリマー、インク、ワックス等といったいずれの材料製であってよい。図１５に示す実施形態では、犠牲カバー層３００及び物品１００は着脱可能に取り付けられていてよい。物品１００は、直接の物理的な接触によって、又は間接的な取り付けによって、犠牲カバー層３００に着脱可能に取り付けられていてよい。
【０１５１】
犠牲カバー層３００の底部表面３１２と物品１００との間に間隙３０１が存在してよい。間隙３０１は、２００μｍ未満、１００μｍ未満、又は５０μｍ未満等の薄い間隙であってよい。間隙３０１は、物品１００及び犠牲カバー層３００を直接の物理的な接触によって取り付ける場合に形成される空隙であってよい。あるいは間隙３０１は、ガラス物品２００及び犠牲カバー層３００を化学的な取り付けによって取り付ける場合には、取り付けを提供するオイル又は他の化学物質で充填されていてよい。
【０１５２】
物品１００に形成される孔の所望の位置又はパターンは、孔１２０を形成する前に、物品１００の所望の用途に基づいて決定できる。図１５を参照すると、レーザビーム２５２は、レンズ２５３によって集束させられた後に犠牲カバー層３００の上部表面３１０に入射するように位置決めできる。レーザビーム２５２は、物品１００の孔の所定の位置に対応する、犠牲カバー層３００の上部表面３１０上の位置に位置決めしてよい。
【０１５３】
レーザビーム２５２は、犠牲カバー層３００及び物品１００を穿孔できる光学特性を有するいずれのレーザビームであってよい。一実施形態では、レーザビーム２５２は、周波数が３倍化されたネオジムドープイットリウムオルトバナジウム酸塩（Ｎｄ：ＹＶＯ４）レーザである紫外線（ＵＶ）レーザビームであってよく、これは約３５５ｎｍの波長を放出する。レーザビーム２５２は、犠牲カバー層３００の材料と相互作用してこの材料を気化させ、ガラス製の犠牲カバー層の場合には、ガラスから材料を排出するプラズマを生成することにより、孔を形成する。Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザが上述されているが、犠牲カバー層３００に貫通孔を形成できるいずれのレーザを使用してよいことを認識されたい。犠牲カバー層３００に入射するレーザビーム２５２は、０．０１〜０．５、例えば０．０２〜０．４、０．０５〜０．３、０．０６〜０．２、及び好ましくは０．０７である開口数を有してよい。犠牲カバー層３００の上部表面３１０に対するレーザビーム２５２の焦点は、上部表面３１０の約２００μｍ以内、例えば上部表面３１０の約１００μｍ以内、又は上部表面３１０の約５０μｍ以内に位置してよい。
【０１５４】
図１５を参照すると、レーザビーム２５２を所定の位置でパルス印加することによって、犠牲カバー層３００に貫通孔３２０を形成してよい。パルス持続時間は約２０ナノ秒〜約４０ナノ秒、又は約２５ナノ秒〜約３５ナノ秒、又は約３０ナノ秒であってよい。パルスの繰り返し数は、１ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ、例えば１ｋＨｚ〜７５ｋＨｚ、又は１ｋＨｚ〜１５ｋＨｚであってよい。パルスあたりのエネルギは、例えば７５〜１５０μＪであってよい。犠牲カバー層３００に貫通孔を形成するために必要なパルスの数は、犠牲カバー層３００の材料及び厚さに応じて変動することになる。
【０１５５】
一般に、犠牲カバー層３００を通る各レーザパルスによって、約０．７５μｍの孔深さが形成される。従って、３００μｍ厚のガラスに貫通孔を作製するためには、約４００回のパルスが必要となり得、４００μｍ厚のガラスに貫通孔を作製するためには、約６７５回のパルスが必要となり得、７００μｍ厚のガラスに貫通孔を作製するためには、約９５０回のパルスが必要となり得る。レーザビームは、犠牲カバー層３００に貫通孔を形成するために必要ないずれの回数だけパルス印加してよい。
【０１５６】
レーザビーム２５２を犠牲カバー層３００の貫通孔３２０へとパルス印加することにより、物品１００を、犠牲カバー層３００に貫通孔３２０が形成された所定の位置において、レーザビーム２５２に曝露できる。レーザビーム２５２は、物品１００に孔１２０を形成するために、いずれの回数だけ貫通孔３２０内へとパルス印加してよい。図１５は非貫通孔１２０を示しているが、物品１００の孔１２０の深さは、物品１００に印加されるパルスの数に左右され、本開示によって限定されないことを理解されたい。例えば、物品１００の孔１２０は貫通孔であってよく、又はいずれの所望の深さを有する非貫通孔であってよい。
【０１５７】
上述のパーカッションレーザ穿孔技法を用いると、得られるレーザ穿孔孔は、極めて平滑で、「火炎研磨（ｆｉｒｅ  ｐｏｌｉｓｈｅｄ）」テクスチャと、約０．２μｍのＲａ〜約０．８μｍのＲａと測定される内壁の表面粗度とを有するものとなる傾向がある。これらの低いＲａ値を得るために、レーザビームの開口数を、レーザビームが材料の表面に集束するよう最適に制御しなければならない。犠牲カバー層は、レーザ入口孔における損傷を抑制する。更に、狭い範囲のパルスエネルギ（例えば７５〜１５０μＪのパルスエネルギ）により、材料の過熱によって生成される微小割れの形成が制限される。これらのプロセスパラメータが順守されている場合、平滑な内部と、真円度が高い上部／底部とを有するアパーチャ（＜５μｍの真円度）を製作できる。この低い粗度は、以下で詳細に説明されるように、酸エッチング後であっても保持される。
【０１５８】
これより、所望の孔形態を達成するために上述のレーザプロセスのうちの１つと併用できるエッチングプロセスについて説明する。
【０１５９】
ここで図１６を参照すると、レーザ穿孔パイロット孔又はレーザ損傷領域を開けるための例示的なエッチング装置４００が概略図で示されている。この例示的なエッチング装置４００は一般に、エッチング溶液４０４を維持するためのコンテナ４０２、１つ以上の物品１００を保持するためのホルダ４０７、及びエッチング溶液４０４内で超音波撹拌４０６を生成するために制御可能な１つ以上の超音波トランスデューサ４０３を含んでよい。いくつかの実施形態では、エッチング溶液４０４は、米国登録特許第１５／１７７，４３１号明細書（この文献はその全体が参照により本出願に援用される）に記載されているように、外側コンテナによって維持される水又は別の液体の中に位置決めされた内側コンテナ内に維持してよい。このような実施形態の超音波トランスデューサ４０３は、外側コンテナ内に配置され、上述の水に対して超音波撹拌を与え、これはその後、内側コンテナ内のエッチング溶液に伝達される。
【０１６０】
物品１００は垂直位置で維持されているものとして図示されているが、実施形態はこれに限定されない。例えば物品１００を、水平位置又は他のいずれの位置で維持してもよい。
【０１６１】
上述のように、物品１００内の孔１２０の内壁表面粗度に関する別の制御は、エッチング条件である。レーザビームが材料を損傷する際、横割れが生成される。エッチング速度が遅すぎると、酸がこれらの横割れ内へと拡散してこれらを拡張し、ガラス厚さに沿った膨らみを生成するために十分な時間が発生する。反対にエッチング速度が速すぎると、酸はレーザ損傷した線又はパイロット孔内へと拡散できず、孔が砂時計状に開いてしまう（図３Ｂ参照）。エッチングプロセスは、孔の中心からあまりに遠くまで到達する前に横割れがエッチングされるよう十分に速く、その一方で、ガラス厚さに沿ったエッチングが均質となり、かつ所望の孔アスペクト比が得られるよう、十分に遅くなければならない。
【０１６２】
Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ニューヨーク州コーニング）が販売している「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」等のアルカリボロアルミノシリケートガラスから製作された物品に関して、約１μｍ／分〜１０μｍ／分の範囲内のエッチング速度は、上述の２つのレーザプロセスのうちの一方によって製作されたレーザ損傷領域又はパイロット孔を開けた場合に、平滑な内壁（上述のプロセスで測定した場合にＲａ＜１μｍ）を有する孔を提供する。別の例として、エッチング速度は１μｍ／分〜４μｍ／分の範囲内、又は３μｍ／分〜４μｍ／分の範囲内であってよい。「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスに関して約１μｍ／分のエッチング速度をもたらすエッチング溶液及びプロセスのある非限定的な例として、約４０ｋＨｚ〜約１９２ｋＨｚの周波数範囲内での超音波撹拌、及び２０℃のエッチング溶液温度を伴う、１．５ＭのＨＦ及び１．６ＭのＨＮＯ３を含むエッチング溶液は、本明細書に記載されているような平滑な内壁を孔に提供する。別の非限定的な例として、３ＭのＨＦ、２．４ＭのＨＮＯ３を含むエッチング溶液は、約４０ｋＨｚ〜約１９２ｋＨｚの周波数範囲内での超音波撹拌、及び２０℃のエッチング溶液温度で、「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスを、２μｍ／分の速度でエッチングした。いくつかの実施形態では、超音波撹拌の周波数は、最低周波数と最高周波数との間で前後に掃引されてよい。
【０１６３】
エッチング溶液の超音波撹拌及びｐＨは、上部表面及び底部表面を含む物品の表面粗度に影響を及ぼす。図１７を参照すると、異なる複数のｐＨレベルを表すために、３つの異なるエッチング溶液が採用された。ＨＦ及びＨＮＯ３は０以下のｐＨを提供し（図１７の正方形）、ＨＦは１〜２の範囲内のｐＨを提供した（図１７のひし形）。ＨＦ及びＮＨ４Ｆは、２〜３の範囲内の、より高いｐＨ値を提供した（図１７中の三角形）。暗色の記号は、超音波撹拌を適用した場合を表す。超音波撹拌は４０ｋＨｚであり、ＴＲＵ‐ＳＷＥＥＰモデル４ＨＩ１０１４６ＳＴによって提供された。４００μｍの「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」の試料を、超音波撹拌を伴って及び伴わずに、上述のエッチング溶液を用いてエッチングした。図１７にグラフで示すように、ガラスは、低ｐＨのエッチング溶液中でエッチングした場合に、粗度が高くなる。超音波撹拌により、ガラスを低ｐＨエッチング液（ＨＦ、ＨＦ‐ＨＮＯ３）中でエッチングした場合には、エッチングされた表面の粗度がより高くなるが、高ｐＨエッチング液（ＨＦ‐ＮＨ４Ｆ）中ではそのようにならない。
【０１６４】
ある非限定的な例では、上述のラインフォーカス穿孔方法を用いて、８個のレーザ穿孔された孔が３００μｍ厚の「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス基板に形成された。このサンプルである孔は、半値全幅でおよそ１．３ｍｍの焦線長さ、５３２ｎｍの波長、及び１８０μＪのレーザバーストエネルギを１５サブパルス／バーストで生成する光学素子によって作製された。続いてガラス基板を、１．５ＭのＨＦ及び１．６ＭのＨＮＯ３を含む室温のエッチング溶液と、８０ｋＨｚでの３次元超音波撹拌とを用いてエッチングした。この超音波撹拌は、ＴＲＵ‐ＳＷＥＥＰモデル４ＨＩ１０１４６ＳＴによって提供された。以下の表１を参照すると、エッチング後の上記サンプルの孔の内壁の平均表面粗度は、上述の計算方法を用いて、０．２μｍＲａ未満であった。
【０１６５】
【表１】
2019530629.tif 000008
【０１６６】
エッチングプロセスのパラメータを制御することによって、図８Ａに示すように孔１２０を取り囲む陥没深さＤｄｅｐを最小化することもできる。上述のように、エッチングプロセス中に、孔１２０の上部及び／又は底部開口の周り、並びに下流の加工中に部品の表面に他の材料を結合させることができるように表面粗度を低く保たなければならない、孔間の平坦領域に、陥没が発生する場合がある。孔１２０を取り囲む陥没深さＤｄｅｐを抑制するために、以下の２つのアプローチを取ることができることが発見されている：（１）孔を開ける間のエッチング速度を低減すること；及び（２）エッチング溶液のｐＨを上昇させること。
【０１６７】
図１８Ａ〜１８Ｆは、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ニューヨーク州コーニング）が販売している２００μｍの「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスに、直径２０μｍ、５０μｍ、及び９０μｍの孔を開ける際に、ｐＨを上昇させることの効果を示す。パイロット孔パターンは、紫外線（ＵＶ）レーザパーカッション穿孔プロセスによって生成された。このプロセスでは、３５５ｎｍ、およそ３０ｎｓｅｃのパルスレーザを、ガウシアン光学素子を用いて、ガラス基板の表面の、１／ｅ２直径がおよそ６μｍのスポットに集束させた。５ｋＨｚの繰り返し数及び６０〜９０μＪの範囲内のパルスエネルギを有する個々のレーザパルスを用いて、エッチング前にガラス基板内に「パイロット（ｐｉｌｏｔ）」孔を穿孔した。このようなパーカッション穿孔プロセスでは、各レーザパルスは、パルスあたりおよそ１μｍの速度で、ガラスのわずかな深さを除去し、孔の総深さは、特定の孔位置で使用するパルスの数によって制御される。結果として、直径約５〜１５μｍのわずかにテーパーを有するパイロット孔が得られ、続いてこれを液体エッチングプロセスで拡大する。図１８Ａ〜１８Ｆに詳細に記載したエッチング結果を生成するために、この特定のレーザプロセスを使用したが、これらの結果は、上述のベッセルビームベースの穿孔といった他のレーザ法によって形成されたパイロット孔のエッチングにも同様に当てはまることを理解されたい。
【０１６８】
図１８Ａ〜１８Ｃに対応する高ｐＨエッチング溶液は、ｐＨが約１．６の３ＭのＨＦ及び１ＭのＮＨ４Ｆとして配合された。図１８Ｄ〜１８Ｆに対応する低ｐＨエッチング溶液は、ｐＨが約０．４の３ＭのＨＦ及び２．４ＭのＨＮＯ３として配合された。４０ｋＨｚの超音波エネルギをエッチング中に印加して、ガラス及びエッチング溶液を撹拌した。図１８Ａ〜１８は、Ｚｙｇｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（コネチカット州ミドルフィールド）が販売している光学干渉計によって撮影された画像である。図１８Ａ〜１８Ｆの陰影のばらつきは、表面の波打ち及び孔の周りの陥没の程度を示している。図１９は、２つの異なるエッチング溶液を用いて、直径２０μｍ、５０μｍ、及び９０μｍの孔を有するガラス物品に関して得られた陥没深さＤｄｅｐをグラフで示す。図１８Ａ〜１８Ｆ及び１９は、ｐＨがより高いエッチング溶液中でレーザ穿孔済みガラスをエッチングすることによって、孔の周りの表面陥没が有意に阻害されたことを示している。
【０１６９】
以下の表２は、更なる非限定的かつ例示的なエッチング溶液と、超音波撹拌を用いて観察された各エッチング速度及び推定ｐＨ値とを提供する。
【０１７０】
【表２】
2019530629.tif 000009
【０１７１】
図２０は、直径２０μｍ、５０μｍ、及び９０μｍの孔を有する４００μｍ厚の「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスからなるガラス物品に関する、エッチング速度の低減（曲線５００）及びｐＨの上昇の両方の効果をグラフで示す。図２０に示すように、エッチング速度の低減及びｐＨの上昇により、孔の開口を取り囲む陥没深さＤｄｅｐは減少する。
【０１７２】
上述のように、レーザ及びエッチングプロセスのパラメータは、孔の開口直径Ｄに対する陥没深さＤｄｅｐの比が０．００７以下、０．００４０以下、０．００５以下、０．００３以下、０．００２以下、又は０．００１５以下となるようなものである。表３は、図２０に示す非限定的な例に関する、陥没深さ対開口直径（Ｄｄｅｐ／Ｄ）を示す。
【０１７３】
【表３】
2019530629.tif 000010
【０１７４】
上の表３に示すように、エッチング溶液によって提供されるエッチング速度の低減、及びエッチング溶液のｐＨの上昇により、陥没深さ対開口直径の比（Ｄｄｅｐ／Ｄ）は低下する。
【０１７５】
図８Ａを簡単に参照すると、エッチングプロセスは孔１２０の入口１２２を丸くする。レーザ穿孔された又は機械的に穿孔された孔の側部プロファイルは、典型的には、上部又は底部表面と孔の垂直壁との間に鋭角の遷移部分（例えば９０°）を有するが、エッチングプロセス中にガラス材料を除去することにより、湾曲した孔の入口１２２（即ちガラス基板１００の表面１１０、１１２から孔の内壁１２４への遷移部分）が提供される。
【０１７６】
エッチングプロセス中、ガラス基板の物理的特性は変化する。非限定的な例として、フュージョンドロー加工されたガラス基板に関して、本明細書に記載のエッチング溶液は、ガラス基板の表面粗度を（例えばエッチング前の約０．２ｎｍ〜約０．４ｎｍ（Ｒａ）から、エッチング後の約０．６ｎｍ（Ｒａ）に）増大させる。ガラス基板の表面粗度は、いずれの公知の、又はまだ開発されていない測定技法によって測定してよい。更に、エッチングされているがまだ酸ですすがれていない（例えばＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４等の酸ですすがれていない）ガラス基板の表面に、フッ素が存在し得る。フッ素は、限定するものではないが飛行時間型二次イオン質量分析法等の、いずれの好適なプロセスで検出できる。従ってフッ素の存在は、ガラス基板がエッチングされたことを示すことができる。
【０１７７】
更に、酸エッチングによって、ガラス基板の表面上に表面浸出層を形成することもできる。アルカリ金属及びアルカリ土類金属（例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ等）の改質剤を含むガラス組成物をエッチングする場合、これらの改質剤は、ガラス基板のある深さまで、プロトン（Ｈ＋）によって除去及び置換される。ガラス基板の表面からある深さまで延在するこのような領域は、表面浸出層と呼ばれる。例えば限定するものではないが、表面浸出層の厚さは、１００ｎｍ未満、例えば１０ｎｍ〜２０ｎｍ、１０ｎｍ〜３０ｎｍ、１０ｎｍ〜４０ｎｍ、１０ｎｍ〜５０ｎｍ、１０ｎｍ〜６０ｎｍ、１０ｎｍ〜７０ｎｍ、１０ｎｍ〜８０ｎｍ、１０ｎｍ〜９０ｎｍ及び１０ｎｍ〜１００ｎｍであってよい。この表面浸出層は、ガラス基板の上部表面、底部表面、及び孔の側壁といった、エッチング溶液に曝露される全ての表面に存在することになる。この表面浸出層、従って表面浸出層の改質剤の不在は、二次イオン質量分析法で検出できる。なお、溶融シリカから作製されたエッチング済みガラス基板には、表面浸出層は存在しない。
【０１７８】
ガラス基板内の改質剤（例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ及びＭｇ）は、上述のレーザビームによって形成されたレーザ損傷の位置でも枯渇する。例えば孔をレーザプロセスで生成する場合、レーザ穿孔された孔の付近では、ガラス基板の他の領域よりも、存在する改質剤が少なくなる。しかしながらエッチングプロセス中、改質剤は、レーザによって損傷されていないガラス基板の表面からも除去される。
【０１７９】
本明細書に記載の実施形態は、低い表面粗度（１μｍ未満のＲａ）を有する内壁、及び孔の開口を取り囲む２００ｎｍ未満の陥没深さＤｄｅｐを特に含む所望の形態的属性を備えた孔を有する、物品を対象とすることを理解されたい。低い内壁表面粗度を有する孔により、導電性材料と内壁との間の接着を増強できる。これにより、高周波数における極めて良好な電気的損失、及び高い熱安定性が提供される。孔の開口の周りの陥没深さＤｄｅｐが小さいことにより、表面が波打っている場合に存在するメッキ、コーティング及び結合に関する問題が最小化されることによって、下流のプロセス（例えば再分配層適用プロセス）の信頼性が高まる。
【０１８０】
本開示の実施形態は更に、所望の形態を備えた孔を有する物品をもたらす、レーザ穿孔及びエッチングプロセスを対象とする。特に実施形態は、物品を通るレーザ損傷領域又はパイロット孔を迅速に形成できるレーザ線状焦点プロセス、及びレーザ穿孔された孔を最小の微小横割れで生成できるパーカッションレーザ穿孔プロセスを対象とする。約１μｍ／分〜約１０μｍ／分の範囲内のエッチング速度、及び１．０〜２．０の高いｐＨ値を有するエッチング溶液は、上述の２つのプロセスのうちの一方によって作製された、レーザ穿孔された孔を開き、これにより上記孔は、低い表面粗度を有する内壁と、孔の開口の周りの小さい陥没深さＤｄｅｐとを有する。本明細書に記載の所望の孔形態を有するガラス物品等の物品は、例えばＲＦアンテナ等の半導体デバイスに、インターポーザとして実装してよい。
【０１８１】
請求対象の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載した実施形態に、様々な修正例及び変形例を行うことができることは、当業者には明らかであろう。従って、本明細書は、上記修正例及び変形例が添付の請求の範囲及びその均等物の範囲内にある場合、本明細書に記載される様々な実施形態の修正例及び変形例を包含することが意図されている。
【０１８２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１８３】
実施形態１
物品であって、
上記物品は、第１の表面、第２の表面、及び上記第１の表面から延在する少なくとも１つの孔を備える、ガラス系基板を備え；
上記少なくとも１つの孔は、１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を備え；
上記少なくとも１つの孔は、上記第１の表面に存在する第１の直径を有する第１の開口を備え；
第１の平面は、上記ガラス系基板の平均厚さに基づいて、上記ガラス系基板の上記第１の表面によって画定され；
上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する陥没深さの比は、０．００７以下であり、上記陥没深さは、上記第１の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第１の開口における上記第１の表面まで測定される、物品。
【０１８４】
実施形態２
上記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第２の開口が上記第２の表面上に存在するように、上記第１の表面から上記第２の表面まで延在する貫通孔であり；
第２の平面は、上記ガラス系基板の上記平均厚さに基づいて、上記ガラス系基板の上記第２の表面によって画定され；
上記少なくとも１つの孔の上記第２の直径に対する第２の陥没深さの比は、０．００７以下であり、上記第２の陥没深さは、上記第２の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第２の開口における上記第２の表面まで測定される、実施形態１に記載の物品。
【０１８５】
実施形態３
上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する上記陥没深さの上記比は０．００５以下である、実施形態１又は２に記載の物品。
【０１８６】
実施形態４
上記内壁の上記表面粗度Ｒａは０．１μｍ〜１μｍの範囲内である、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の物品。
【０１８７】
実施形態５
上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下である、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の物品。
【０１８８】
実施形態６
上記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する上記少なくとも１つの孔の第２の開口が上記第２の表面上に存在するよう、貫通孔であり；
上記第１の直径と上記第２の直径との間の差は２μｍ以下であり；
上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下であり；
上記第１の直径及び上記第２の直径はそれぞれ５μｍ〜２５０μｍの範囲内であり；
上記ガラス系基板の上記平均厚さと、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの少なくとも一方とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の物品。
【０１８９】
実施形態７
上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを備え；
上記少なくとも１つの孔の上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の８０％以上である、実施形態６に記載の物品。
【０１９０】
実施形態８
上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを備え；
上記ウエスト直径は、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である、実施形態６に記載の物品。
【０１９１】
実施形態９
物品であって、
上記物品は、第１の表面、第２の表面、並びに上記第１の表面及び上記第２の表面のうちの少なくとも一方から延在する少なくとも１つの孔を備える、ガラス系基板を備え；
上記少なくとも１つの孔は、１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を備え；
上記少なくとも１つの孔は、上記第１の表面に第１の直径を有する第１の開口を備え；
上記第１の直径は５μｍ〜２５０μｍの範囲内である、物品。
【０１９２】
実施形態１０
上記内壁の上記表面粗度Ｒａは０．３μｍ以下である、実施形態９に記載の物品。
【０１９３】
実施形態１１
上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径は５μｍ〜１００μｍの範囲内である、実施形態９又は１０に記載の物品。
【０１９４】
実施形態１２
半導体パッケージであって：
少なくとも１つの孔の中に配置された導電性材料を有する、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の物品；及び
上記少なくとも１つの孔の中に配置された上記導電性材料に電気的に連結された半導体デバイス
を備える、半導体パッケージ。
【０１９５】
実施形態１３
基板内に孔を形成する方法であって、
上記方法は：
パルスレーザビームを上記基板に印加して、上記基板内に少なくとも１つのレーザ損傷領域を形成するステップ；及び
上記基板を液体エッチング溶液中でエッチングして、上記少なくとも１つのレーザ損傷領域を拡大することにより、上記基板内に少なくとも１つの孔を、
上記少なくとも１つの孔が１μｍ以下の表面粗度Ｒａを有する内壁を備え；
上記少なくとも１つの孔が上記基板の第１の表面上に存在する第１の直径を有する第１の開口を備え；
上記少なくとも１つの孔の上記第１の直径に対する陥没深さの比が０．００７以下となる
ように、形成するステップ
を含み、
上記陥没深さは、第１の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第１の開口における上記第１の表面まで測定され、
上記第１の平面は、上記基板の平均厚さに基づいて、上記基板の上記第１の表面によって画定される、方法。
【０１９６】
実施形態１４
上記液体エッチング溶液は１．０〜２．０の範囲内のｐＨを有し、
上記液体エッチング溶液は約４μｍ／分未満のエッチング速度を提供する、実施形態１３に記載の方法。
【０１９７】
実施形態１５
上記基板をエッチングする上記ステップは、上記液体エッチング溶液に対して超音波撹拌を印加するステップを更に含み、
上記超音波撹拌は４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚの範囲内の周波数を有する、実施形態１３又は１４に記載の方法。
【０１９８】
実施形態１６
上記液体エッチング溶液は１．５ＭのＨＦ及び１．６ＭのＨＮＯ３を含み；
上記液体エッチング溶液の温度は１０℃〜３０℃の範囲内であり；
超音波撹拌が上記液体エッチング溶液に印加され、上記超音波撹拌は４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚの範囲内の周波数を有する、実施形態１３〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【０１９９】
実施形態１７
上記パルスレーザビームを上記基板に印加する上記ステップは：
犠牲カバー層を上記基板の表面に添付するステップ；
レーザビームを、上記基板に対して、上記少なくとも１つの孔の所望の位置に対応する、所定の位置に位置決めするステップ；
上記所定の位置において上記レーザビームを繰り返しパルス印加することによって、上記犠牲カバー層内に上記少なくとも１つのレーザ損傷領域を形成するステップ；及び
上記所定の位置において上記犠牲カバー層内に形成された貫通孔内に、上記レーザビームをパルス印加することにより、上記基板内に上記少なくとも１つの損傷領域を生成するステップ
を更に含む、実施形態１３〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【０２００】
実施形態１８
上記レーザビームは約０．０２〜約０．４の開口数を有し、
上記レーザビームの焦点位置は上記犠牲カバー層の表面の約１００μｍ以内である、実施形態１７に記載の方法。
【０２０１】
実施形態１９
上記レーザビームは約３５５ｎｍの波長を有し、上記レーザビームは約５ｎｓ〜約７５ｎｓのパルス幅を有し、
上記レーザビームは約１ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚの繰り返し数でパルス印加され、
上記レーザビームは約２５μＪ〜約１７５μＪのパルスエネルギを有する、実施形態１８に記載の方法。
【０２０２】
実施形態２０
上記パルスレーザビームを上記基板に印加するステップは、ビーム伝播方向に沿って配向されたレーザビーム焦線にパルスレーザビームを集束させ、上記レーザビーム焦線を上記基板に向けることによって、上記少なくとも１つのレーザ損傷領域を上記基板内に画定する損傷トラックを形成するステップを更に含む、実施形態１３〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【０２０３】
実施形態２１
上記レーザビーム焦線は、上記基板のかさ全体を通って延在する、実施形態２０に記載の方法。
【０２０４】
実施形態２２
上記パルスレーザビームはバーストのシーケンスを含み、
各上記レーザビームはパルスのシーケンスを含む、実施形態２０又は２１に記載の方法。
【０２０５】
実施形態２３
バーストあたりのパルス数は１０〜２０の範囲内であり；
バーストあたりの平均エネルギは１００μＪ〜２００μＪの範囲内である、実施形態２２に記載の方法。
【０２０６】
実施形態２４
上記内壁の上記表面粗度Ｒａは０．１μｍ〜１μｍの範囲内である、実施形態１３〜２３のいずれか１つに記載の方法。
【０２０７】
実施形態２５
上記基板はガラス系基板である、実施形態１３〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【０２０８】
実施形態２６
上記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第２の開口が上記第２の表面上に存在するように、貫通孔であり；
第２の平面は、上記基板の上記平均厚さに基づいて、上記基板の上記第２の表面によって画定され；
上記少なくとも１つの孔の上記第２の直径に対する第２の陥没深さの比は、０．００７以下であり；上記第２の陥没深さは、上記第２の平面から、上記少なくとも１つの孔の上記第２の開口における上記第２の表面まで測定される、実施形態１３〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【０２０９】
実施形態２７
上記基板はガラス系基板であり；
上記少なくとも１つの孔は、第２の直径を有する第２の開口が上記ガラス系基板の第２の表面上に存在するよう、貫通孔であり；
上記第１の直径と上記第２の直径との間の差は２μｍ以下であり；
上記少なくとも１つの孔の真円度は５μｍ以下であり；
上記第１の直径及び上記第２の直径はそれぞれ５μｍ〜２５０μｍの範囲内であり；
上記基板の上記平均厚さと、上記第１の直径及び上記第２の直径のうちの少なくとも一方とのアスペクト比は、１：１〜１５：１の範囲内である、実施形態１３〜２６のいずれか１つに記載の方法。
【０２１０】
実施形態２８
上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを備え；
上記少なくとも１つの孔の上記ウエスト直径は、上記第１の開口の上記第１の直径及び上記第２の開口の上記第２の直径のうちの大きい方の８０％以上である、実施形態２７に記載の方法。
【０２１１】
実施形態２９
上記少なくとも１つの孔は、ウエスト直径を有するウエストを備え；
上記ウエスト直径は、上記第１の開口の上記第１の直径及び上記第２の開口の上記第２の直径のうちの大きい方の２０％〜１００％の範囲内である、実施形態２７に記載の方法。
【符号の説明】
【０２１２】
１００    物品、インターポーザ、ガラス基板
１００’  ガラス物品
１１０    第１の表面
１１２    第２の表面
１２０    孔、非貫通孔
１２０’、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ  孔
１２１    第１の開口
１２２    入口
１２３    陥没領域、第１の陥没領域
１２４    垂直壁
１２５    第２の開口
１２６    第１の平面
１２７    第２の陥没領域、陥没領域
１２８    第２の平面
１２９    孔１２０のアレイ
１３０    エッチング溶液
１３１    場所、垂直壁１２４の始点の位置
１４０    レーザ損傷領域
１５０    光学素子
１５２    パルスレーザビーム
１５４    アキシコン
１５５    線状焦点
１５６    第１のレンズ
１５８    第２のレンズ
１５９    線状焦点
１６０    パルスバースト
１６０Ａ  サブパルス
１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５    画像
１８１    第１の金属化層
１８２    第２の金属化層
１８３    第１のボールグリッドアレイ
１８４    第２のボールグリッドアレイ
１８５    第１の半導体デバイス
１８６    第２の半導体デバイス
１８７    基板
１８８    第３のボールグリッドアレイ
１９０    半導体パッケージ
２００    ガラス物品
２５０    レーザ穿孔方法
２５２    レーザビーム
２５３    レンズ
３００    犠牲カバー層
３０１    間隙
３０２、３０４、３０６、３０８    ブロック
３０５    検出された縁部、検出された縁部のデータ
３０７    多項式曲線
３０９    直線化された粗度プロファイル
３１０    上部表面
３１１    グラフ
３１２    犠牲カバー層３００の底部表面
３２０    貫通孔
４００    エッチング装置
４０２    コンテナ
４０３    超音波トランスデューサ
４０４    エッチング溶液
４０６    超音波撹拌
４０７    ホルダ
５００    曲線
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
2019530629.tif 000017
【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
2019530629.tif 000023
【図１１】
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【図１２Ａ】
2019530629.tif 000025
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
2019530629.tif 000029
【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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