(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、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。【選択図】図１
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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、
を少なくとも含むガラス基板製造方法。
【請求項２】
前記改質ステップにおいて、前記貫通孔形成予定位置の厚み方向の中央部が、表層部よりもエネルギ密度が高くなるように前記レーザ光のエネルギ分布が調整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】
前記改質ステップにおける前記レーザ光のエネルギ分布の調整が集光レンズによって行われることを特徴とする請求項２に記載のガラス基板製造方法。
【請求項４】
前記集光レンズがフレネルレンズであることを特徴とする請求項３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貫通孔ひとつひとつ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】
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。
【０００９】
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】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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改質し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。
【００１３】
上述の改質ステップにおいて、貫通孔形成予定位置の厚み方向の中央部が、表層部よりもエネルギ密度が高くなるようにレーザ光のエネルギ分布が調整されることが好ましい。貫通孔の径、ガラス基板の厚み、エッチング液の組成や粘度によっては、ガラス基板の厚み方向の中央部がエッチングされにくいことがあるが、そのような箇所に対して予めより多くのエネルギを与えておくことで、よりエッチングされ易い性質に改質することが可能となり、ガラス基板の厚み方向の中央部においてエッチング不足が発生しにくくなる。
【００１４】
また、改質ステップにおけるレーザ光のエネルギ分布の調整が集光レンズによって行われることが好ましい。集光レンズは、光のエネルギ密度を局所的に高めたり変換したりする作用を有する。つまり、集光レンズを通過することによりレーザ光は様々な形に集光される。光エネルギ密度が局所的に高い集光部分が所望の位置にくるように調整することによって、所望の位置をエッチングされ易い性質に改質することが可能になる。このような構成を採用することにより、レーザ光のエネルギ分布を調整するための光学系ユニットに集光レンズを設けるという簡易な手法によって、貫通孔の径が均一化され易くなる。
【００１５】
さらに、集光レンズがフレネルレンズであることが好ましい。フレネルレンズを設計したり、既存の光学要素にフレネルレンズ形状を加工したりすることによって、ガラス基板に照射されるレーザ光を部分的に所望の領域に集中させることが可能になる。このため、レーザ光を、改質度を大きくしたい所望の領域に照射させることができるため、貫通孔の径を一定にするために適宜各部の改質度合を調整することが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
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】
【００１７】
【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ステップに用いる装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る改質ステップを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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〜０．７ｍｍの厚さにおいて好適に処理を行うことができている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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いるが、例えば、ＣＯ2レーザ、ＵＶレーザ等を用いても良い。この実施形態では、レーザ光の平均レーザエネルギが、約１００μＪ〜３００μＪ程度になるように出力制御が行われている。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
エッチングステップにおいては、図３（Ａ）に示すように、ガラス基板１０は、エッチング装置２０に導入され、フッ酸および塩酸等を含むエッチング液によってエッチング処理が施される。エッチング装置２０では、搬送ローラによってガラス基板１０を搬送しつつ、エッチングチャンバ２２内でガラス基板１０の片面または両面にエッチング液を接触させることによって、ガラス基板１０に対するエッチング処理が行われる。
【００２８】
ここでは、図３（Ｂ）に示すように、エッチング装置２０の各エッチングチャンバ２２において、ガラス基板１０に対してエッチング液をスプレイするスプレイッチングが行われる。エッチング液としては、フッ酸１〜５重量％、塩酸５〜２０重量％を含む水溶液が適宜調合される。なお、エッチング装置２０におけるエッチングチャンバ２２の後段には、ガラス基板１０に付着したエッチング液を洗い流すための洗浄チャンバが設けられているため、ガラス基板１０はエッチング液が取り除かれた状態でエッチング装置２０から排出される。
【００２９】
エッチング液をスプレイする手法以外にも、ガラス基板１０をエッチング液に浸漬することによってガラス基板１０にエッチング液を接触させることも可能である。ただし、細い貫通孔の内部にエッチング液を浸透させる観点からすると、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すようなエッチング液をスプレイする方式を採用することが好ましい。
【００３０】
エッチング液を十分な圧力でガラス基板１０にスプレイすることによって、通常は、ガラス基板１０の改質部１０２が適切に溶解されて、図２（Ｃ）に示すようにガラス基板１０に貫通孔１０４が形成される。この実施形態では、スプレイする際の圧力は、０．０５Ｍｐａ〜０．１０Ｍｐａ、各スプレイノズルから噴射するエッチング液の量は１．２５〜２．５０リットル／分程度で処理を行うと好適な結果が得られた。
【００３１】
しかしながら、エッチング液のスプレイ圧力や濃度や粘度、または改質部１０２のサイズによっては、図４（Ａ）に示すように、中央部に狭窄部を有する貫通孔１０５が形成されてしまうことがある。このような貫通孔１０５は、インターポーザの用途に用いた場合に導通不良等の不具合を生じる可能性があるため、あまり好ましくないと言える。
【００３２】
そこで、中央部に狭窄部を有する貫通孔１０５が形成される場合には、図４（Ｂ）に示すように、レーザ光のガラス基板１０の厚み方向のエネルギ密度を調整することが可能な光学系ユニット１５を採用すると良い。光学系ユニット１５は、例えば、ガラス基板１０の貫通孔成予定位置の焦線上にさらに中央部ほどエネルギ密度が高くなるようにレーザ光を集光するための集光レンズ（例えば、フレネルレンズ）を備えている。
【００３３】
この実施形態では、ガラス基板１０の貫通孔成予定位置の厚み方向の中央部ほど径が大きい改質部１０３が形成されている。このような構成を採用することにより、エッチング液が流動しにくい中央部においてエッチング液が流動しやすくなり、結果として狭窄部のない図２（Ｃ）に示すような貫通孔が形成され易くなる。
【００３４】
ただし、ガラス基板１０の貫通孔成予定位置の厚み方向の径を一定にしつつ、中央部ほどより大きいエネルギを受けて改質度が高くなるようにすることも可能である。このような構成を採用することにより、エッチング液が流動しにくい中央部においてガラスが溶解し易くなるため、結果として狭窄部のない図２（Ｃ）に示すような貫通孔が形成され易くなる。
【００３５】
光学系ユニット１５がレーザ光の経路を変える手段であるフレネルレンズを備えることにより、レーザ光のエネルギ密度を部分的に調節することができる。つまり、フレネルレンズの形状を適宜調整することによって、レーザ加工装置からのレーザ光を部分的に所望の領域に集中するように照射することができるようになる。この結果、レーザ光を、改質度を大きくしたい所望の領域に照射させることができ、中央部に狭窄部を有する貫通孔１０５の発生を防止することが可能になる。
【００３６】
フレネルレンズを含む光学要素は、ガラスまたは透明プラスチック等の透明部材で適宜作成し、光学系ユニット１５内に配置することが可能である。フレネルレンズ自体を追加的に配置しても良いし、光学系ユニット１５内に既設されている透明部材の所定箇所を所望形状のフレネルレンズ形状に加工しても良い。フレネルレンズの加工は、例えば、一定の型を用いて成形しても良いし、彫刻する方法を採用しても良い。
【００３７】
上述の方法を採用して形成された貫通孔は、スプレイエッチングによってマイクロクラックが微小化または消滅している。このため、貫通孔の形状を好適に保つことができるだけではなく、ガラスインターポーザの強度を保つことができるというメリットもある。
【００３８】
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。
【００３９】
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】
【００４０】
１０−ガラス基板
１２−レーザ加工装置
１４，１５−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
１０２，１０３−改質部
１０４，１０５−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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