(57)【要約】  ワークピース（１０１）、および基板（１００）に貫通孔（１１５）を形成する方法を開示する。穿孔によって基板（１００、１０１）に貫通孔（１１５）を形成する方法は、当該基板（１００）のレーザービーム出射表面（１１２）に出射犠牲カバー層（１３０）を取り付けるステップと、当該基板（１００）に対して所定の場所にレーザービーム（２０）を位置決めし、貫通孔（１１５）のための所望の場所に対応させるステップと、当該基板（１００）の入射表面（１１０）中に、および当該基板（１００）のバルクを通って、当該レーザービーム（２０）を繰り返しパルス照射することによって当該貫通孔（１１５）を形成するステップとを含む。当該方法はさらに、当該レーザービーム（２０）が当該基板（１００）の当該レーザービーム出射表面（１１２）を通過して当該出射犠牲カバー層（１３０）中へ達するように、当該基板（１００）に形成された当該貫通孔（１１５）内に当該レーザービーム（２０）を繰り返しパルス照射することによって、当該出射犠牲カバー層（１３０）に穴（１３５）を形成するステップを含む。
2018520003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穿孔によって基板に貫通孔を形成する方法であって、
該基板のレーザービーム出射表面に出射犠牲カバー層を取り付けるステップと、
該基板に対して所定の場所にレーザービームを位置決めし、該貫通孔のための所望の場所に対応させるステップと、
該基板の入射表面中へ、さらに該基板のバルクを通して、該レーザービームを繰り返しパルス照射することによって該貫通孔を形成するステップと、
該レーザービームが該基板の該レーザービーム出射表面を通過して該出射犠牲カバー層内へ届くように、該基板に形成された該貫通孔内に該レーザービームを繰り返しパルス照射することによって、該出射犠牲カバー層に穴を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記出射犠牲カバー層の厚さが約１００μｍを超える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板の前記貫通孔が、ある入射穴直径およびある出射穴直径を有するように、前記レーザービームが、該基板および前記出射犠牲カバー層を通してパルス照射され、
さらに、エッチング液によって該基板をエッチングするステップを含み、
該基板をエッチングした後の該貫通孔の該出射穴直径と該入射穴直径の間の比率が約０．７を超える、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記入射穴直径が、約４０μｍを超え、ならびに前記基板をエッチングした後の前記貫通孔の前記出射穴直径と該入射穴直径の間の比率が約０．８を超える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記基板の前記レーザービーム出射表面に前記出射犠牲カバー層を取り付ける前に、該出射犠牲カバー層および該基板の該レーザービーム出射表面の少なくとも一方に液体を適用するステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記基板の前記貫通孔が、ある入射穴直径およびある出射穴直径を有するように、前記レーザービームが、該基板および前記出射犠牲カバー層を通してパルス照射され、
該出射穴直径が、円周Ｃを有する該貫通孔の出射穴を画定し、
該基板の前記レーザービーム出射表面が、該出射穴の該円周Ｃから広がる１つまたは複数のチャネルを有さない、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記基板がガラスである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
穴を有するワークピースにおいて、
貫通孔が形成された基板であって、
レーザービーム入射表面およびレーザービーム出射表面を有し、
各貫通孔の縦軸が、該レーザービーム入射表面から該レーザービーム出射表面へと延び、
各貫通孔が、該基板の該レーザービーム入射表面における入射穴直径と、該レーザービーム出射表面における出射穴直径とを有し、
該入射穴直径が約４０μｍ未満であり、
該出射穴直径に対する該入射穴直径の比が約０．７を超える、
基板と、
該基板の該レーザービーム出射表面に取り外し可能に取り付けられた出射犠牲カバー層であって、穴を含み、この場合、各穴が、対応する貫通孔の縦軸に揃った縦軸を有する、出射犠牲カバー層と、
を含むワークピース。
【請求項９】
前記出射穴直径が、円周Ｃを有する前記貫通孔の出射穴を画定し、
前記基板の前記レーザービーム出射表面が、該出射穴の該円周Ｃから広がる１つまたは複数のチャネルを有さない、
請求項８に記載のワークピース。
【請求項１０】
前記基板がガラスである、請求項８または９に記載のワークピース。
【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、２０１５年４月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／１５３６３８号に対する優先権の恩典を主張するものであり、なお、本出願は当該仮出願の内容に依拠し、ならびに当該仮出願の全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、概して、形成された貫通孔を伴うガラス物品の製造に関し、より詳細には、出射犠牲カバー層を使用して基板に貫通孔をレーザー穿孔する方法、ならびに基板および出射犠牲カバー層を含むワークピースに関する。
【背景技術】
【０００３】
穴は、例えば、レーザー機械加工、光機械加工、直接成形、放電機械加工、およびプラズマ／反応性エッチングなどの方法によって基板に形成され得る。そのような基板は、多くの電子デバイス、例えば、シリコンマイクロチップと有機基板との間において信号を送信するインターポーザーなどにおいて使用され得る。
【０００４】
レーザー穿孔法では、ＵＶレーザーのパルスが、基板における所定の場所に向けられ、それにより、当該所定の場所において基板に穴を形成する。それぞれの所定の場所に適用されるパルスの数は、当該基板における所望の穴の深さに基づいて決定され得る。レーザー穿孔によって形成された穴の直径は、任意選択によるエッチングプロセスを用いることによって変更することができる。エッチングプロセスでは、レーザーによって基板に穴が穿孔された後に、エッチング液が、例えば、噴霧または浸漬などによって、基板の表面に適用される。エッチング液の暴露時間、温度、濃度、および化学的性質は、基板の穴の所望の直径に基づいて決定され得る。
【０００５】
しかしながら、貫通孔の所望の直径および基板の厚さが減少するに従い、貫通孔の出射穴対入射穴直径比は、許容できないレベルまで低下する。特に、レーザービームがガラス基板中へとパルス照射される際、穴の底は先細りとなり、結果として、先鋭な部分を生じる。したがって、パルス照射されるレーザービームによって貫通孔がレーザー穿孔される場合、当該先鋭な部分に起因して、当該貫通孔の出射穴直径は入射穴直径より小さい。エッチングプロセスの後でさえ、同じ量のガラス材料が、基板の全ての表面から除去されるため、当該小さい直径に起因して、出射穴対入射穴直径比は、望ましくないままである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、代替のワークピース、および出射穴対入射穴の高い直径比を有する貫通孔を基板に形成するための方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一態様において、穿孔によって基板に貫通孔を形成する方法は、当該基板のレーザービーム出射表面に出射犠牲カバー層を取り付けるステップと、当該基板に対して所定の場所にレーザービームを位置決めし、当該貫通孔のための所望の場所に対応させるステップと、当該基板の入射表面中へ、さらに当該基板のバルクを通して、当該レーザービームを繰り返しパルス照射することによって当該貫通孔を形成するステップとを含む。当該方法はさらに、当該レーザービームが当該基板の当該レーザービーム出射表面を通過して当該出射犠牲カバー層内へ届くように、当該基板に形成された当該貫通孔内に当該レーザービームを繰り返しパルス照射することによって、当該出射犠牲カバー層に穴を形成するステップを含む。
【０００８】
第二態様は、第一態様の方法を含み、上記出射犠牲カバー層の厚さが約１００μｍを超える、方法である。
【０００９】
第三態様は、第一または第二態様の方法を含み、上記基板の上記貫通孔が、ある入射穴直径および出射穴直径を有するように、上記レーザービームが、当該基板および上記出射犠牲カバー層を通してパルス照射され、さらに、エッチング液によって当該基板をエッチングするステップを含み、出射穴直径と入射穴直径の間の比率が０．７を超える、方法である。
【００１０】
第四態様は、第三態様の方法を含み、上記基板の厚さが約１５０μｍ未満である、方法を含む。
【００１１】
第五態様は、第四態様の方法を含み、上記出射犠牲カバー層の厚さが少なくとも２００μｍである、方法である。
【００１２】
第六態様は、第五態様の方法を含み、上記入射穴直径が約３０μｍ未満である、方法である。
【００１３】
第七態様は、第六態様の方法を含み、上記入射穴直径が約４０μｍを超え、上記基板をエッチングした後の上記貫通孔の上記出射穴直径と上記入射穴直径の間の比率が約０．８を超える、方法である。
【００１４】
第八態様は、第一態様から第七態様のいずれか１つの方法を含み、上記出射犠牲カバー層がポリマー層である、方法である。
【００１５】
第九態様は、第一態様から第七態様のいずれか１つの方法を含み、上記出射犠牲カバー層がガラス層である、方法である。
【００１６】
第十態様は、第一態様から第九態様のいずれか１つの方法を含み、上記レーザービームが約３５５ｎｍの波長を有し、当該レーザービームが、約５ｎｓから約７５ｎｓの間のパルス幅を有し、当該レーザービームが、約１ｋＨｚから約３０ｋＨｚの間の繰り返し率においてパルス照射され、当該レーザービームが、約２５μＪから約１７５μＪの間のパルスエネルギーを有する、方法である。
【００１７】
第十一態様は、第一態様から第十態様のいずれか１つの方法を含み、上記レーザービームが、約３５５ｎｍの波長を有しており、当該レーザービームが、約０．０２から約０．４の間の開口数を有する、方法である。
【００１８】
第十二態様は、第一態様から第十一態様のいずれか１つの方法を含み、さらに、上記基板のレーザービーム入射表面に入射犠牲カバー層を取り付けるステップと、当該基板に上記貫通孔を形成する前に、上記所定の場所に当該レーザービームを繰り返しパルス照射することによって当該入射犠牲カバー層に貫通孔を形成するステップとを含む方法を含む。
【００１９】
第十三態様は、第一態様から第七態様のいずれか１つまたは第九態様から第十二態様のいずれか１つの方法を含み、さらに、上記基板の上記レーザービーム出射表面に上記出射犠牲カバー層を取り付ける前に、当該出射犠牲カバー層および当該基板の当該レーザービーム出射表面の少なくとも一方に液体を適用するステップを含む、方法である。
【００２０】
第十四態様は、第一態様から第七態様のいずれか１つまたは第九態様から第十二態様のいずれか１つの方法を含み、上記基板の上記レーザービーム出射表面に液体ポリマー材料を適用することによって、上記出射犠牲カバー層が、当該基板の当該レーザービーム出射表面に取り付けられる、方法である。
【００２１】
第十五態様は、第一態様から第十四態様のいずれか１つの方法を含み、さらに、上記出射犠牲カバー層に溶媒を適用することによって、上記基板の上記レーザービーム出射表面から当該出射犠牲カバー層を除去するステップを含む、方法である。
【００２２】
第十六態様は、第一態様から第十五態様のいずれか１つの方法を含み、上記基板に上記貫通孔が形成された後に、上記出射犠牲カバー層が除去される、方法である。
【００２３】
第十七態様は、第一態様から第十六態様のいずれか１つの方法を含み、さらに、エッチング液によって上記基板をエッチングするステップと、上記貫通孔に電気伝導性材料を適用するステップとを含む、方法である。
【００２４】
第十八態様は、第一態様から第十七態様のいずれか１つの方法を含み、上記基板の上記貫通孔が、ある入射穴直径および出射穴直径を有するように、上記レーザービームが、当該基板および上記出射犠牲カバー層を通ってパルス照射され、当該出射穴直径が、円周Ｃを有する当該貫通孔の出射穴を画定し、当該基板の上記出射表面が、当該出射穴の当該円周Ｃから広がる１つまたは複数のチャネルを有さない、方法である。
【００２５】
第十九態様は、第一態様から第十八態様のいずれか１つの方法を含み、上記基板がガラスである、方法である。
【００２６】
第二十態様において、穴を有するワークピースは、形成された貫通孔を有する基板と、形成された穴を有する出射犠牲カバー層とを含む。当該基板は、レーザービーム入射表面とレーザービーム出射表面とを有する。各貫通孔の縦軸は、当該レーザービーム入射表面から当該レーザービーム出射表面へと延びている。各貫通孔は、当該基板の当該レーザービーム入射表面における入射穴直径と、当該レーザービーム出射表面における出射穴直径とを有する。当該入射穴直径は、約４０μｍ未満であり、当該出射穴直径に対する当該入射穴直径の比は、約０．７を超える。当該出射犠牲カバー層は、当該基板の当該レーザービーム出射表面に、取り外し可能に取り付けられる。当該出射犠牲カバー層の各穴は、対応する貫通孔の縦軸に揃った縦軸を有する。
【００２７】
第二十一態様は、第二十態様のワークピースを含み、上記基板の厚さが約１５０μｍ未満であり、上記出射犠牲カバー層の厚さが約３００μｍを超える、ワークピースである。
【００２８】
第二十二態様は、第二十態様または第二十一態様のワークピースを含み、上記出射穴直径が、円周Ｃを有する上記貫通孔の出射穴を画定し、上記基板の上記出射表面が、当該出射穴の当該円周Ｃから広がる１つまたは複数のチャネルを有さない、ワークピースである。
【００２９】
第二十三態様は、第二十から第二十二態様のワークピースを含み、上記基板がガラスである、ワークピースである。
【００３０】
本明細書において説明される実施形態のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明において述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面も含む、本明細書に説明される実施形態を実施することによって認められるであろう。
【００３１】
上述の全般的説明および以下の詳細な説明は両方とも、様々な実施形態について説明し、特許請求される主題の本質および特質を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることは理解されたい。添付図面は、様々な実施形態についてのさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み入れられて本明細書の一部を構成する。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を例示し、説明と共に、特許請求される主題の原理および作動の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本明細書において示され説明される、１つまたは複数の実施形態による、出射犠牲カバー層を使用したレーザー穿孔法の断面図を図式的に表す。
【図２】本明細書において示され説明される、１つまたは複数の実施形態による、出射犠牲カバー層を使用したレーザー穿孔法における基板の上面図を図式的に表す。
【図３】本明細書において示され説明される、１つまたは複数の実施形態による、エッチング浴中の基板を図式的に表す。
【図４】本明細書において示され説明される、１つまたは複数の実施形態による、エッチングプロセス後の貫通孔を有する基板の部分的断面図を図式的に表す。
【図５Ａ】チャネルが出射穴から広がっている、ガラス基板におけるレーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔の出射穴をグラフィカルに表す。
【図５Ｂ】本明細書において説明される、１つまたは複数の実施形態による、出射穴から広がるチャネルのない、ガラス基板におけるレーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔の出射穴をグラフィカルに表す。
【図６】本明細書において示され説明される、１つまたは複数の実施形態による、交互に配置された基板と出射犠牲カバー層とを含むスタックの分解斜視図を図式的に表す。
【図７】本明細書において示され説明される、１つまたは複数の実施形態による、図６に表されたスタックを通る、レーザー穿孔された穴の部分的断面図を図式的に表す。
【図８】本明細書において示され説明される、１つまたは複数の実施形態による、入射犠牲カバー層および出射犠牲カバー層を使用したレーザー穿孔法の断面図を図式的に表す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
ここで、実施例が添付の図面に示される本開示の実施形態について詳細に言及する。可能な限り、図面全体を通じて、同じもしくは類似の部分を指すために、同じ参照番号が使用される。本開示の実施形態は、レーザー穿孔によって基板に貫通孔を形成する方法であって、当該貫通孔が、入射穴直径に緊密に一致する出射穴直径を有する、方法を対象とする。限定としてではなく実施例として、そのような基板は、電子デバイスにおいてインターポーザーとして使用されるガラス物品であり得、この場合、当該貫通孔は、ガラス貫通ビア（「ＴＧＶ」）を提供するために、導電性材料を充填され得る。本明細書においてより詳細に説明されるように、出射犠牲カバー層は、基板の出射表面（すなわち、レーザービームを受ける入射表面の反対側の基板表面）上に提供される。レーザービームは、基板を完全に貫通して穿孔した後、続けて出射犠牲カバー層を穿孔する。当該出射犠牲カバー層は、出射犠牲カバー層を用いないレーザー穿孔プロセスよりも、大きな出射穴直径を有する貫通孔の形成を可能にする。いくつかの実施形態において、レーザー穿孔された基板はさらに、基板を薄くするためおよび／またはレーザー穿孔された貫通孔をさらに成形するために、エッチングプロセスを施される。
【００３４】
より詳細には、以下において詳細に説明されるように、出射犠牲カバー層は、薄い基板（例えば、１５０μｍ以下の厚さを有する基板）において大きな出射穴対入射穴直径比（例えば、０．８を超える）を有する貫通孔を備える基板を提供する。基板およびレーザー穿孔された基板に貫通孔を形成する様々な方法を、以下において詳細に説明する。
【００３５】
ここで図１を参照すると、実施形態により、基板に貫通孔を形成するためのレーザー穿孔法において使用される構成要素が、本明細書において説明される。当該レーザー穿孔法の構成要素は、概して、基板１００と、出射犠牲カバー層１３０と、集束されたレーザービーム２０を提供するレーザー穿孔システム１０とを含む。図１に示される実施形態において、出射犠牲カバー層１３０の接着表面１３２は、基板１００の出射表面１１２に、取り外し可能に取り付けられ得る。出射表面１１２は、当該基板１００の入射表面１１０の反対側である。当該入射表面１１０は、集束されたレーザービーム２０が基板１００に入射する表面である。
【００３６】
基板１００の組成および直径は、特に限定せず、基板１００の所望の最終用途に基づいて選択される。当該基板は、レーザー穿孔および化学的エッチングが可能な任意の材料から製作することができる。例示的な基板材料としては、これらに限定されるわけではないが、ガラス、ガラス−セラミック、シリコン、および石英が挙げられる。いくつかの実施形態において、当該基板は、透明材料から製作され得る。本明細書において使用される場合、分光光度計によって測定した場合に３９０ｎｍから７００ｎｍの範囲において少なくとも８０％の透過率を有する材料は、透明である。例示的な透明基板材料としては、これらに限定されるわけではないが、ガラスおよびガラス−セラミックが挙げられる。当該ガラス基板は、非限定的な例として、ニューヨーク、コーニングのＣｏｒｎｉｎｇ，  Ｉｎｃ．によって製造されたＥＡＧＬＥ  ＸＧ（登録商標）ガラス、またはＣｏｄｅ  ２３１８ガラスなどが挙げられる。
【００３７】
さらに、基板１００は、いくつかの実施形態において、４インチ（約１０．２ｃｍ）、６インチ（約１５．２ｃｍ）、８インチ（約２０．３ｃｍ）、または１２インチ（約３０．５ｃｍ）の直径を有するウェハ形状であってもよい。あるいは、当該基板１００は、その最終用途にとって好適な任意の寸法を有するシート形状であってもよい。当該基板１００の厚さｔ１も、その最終用途に応じて変えることができる。例えば、当該基板１００は、約３０μｍから約１０００μｍの厚さｔ１を有し得る。非限定的な例として、本明細書において説明されるレーザー穿孔法は、約１５０μｍ未満の厚さｔ１を有する基板１００に穿孔された貫通孔における改良された出射穴対入射穴直径比を提供することが示された。本明細書において、１５０μｍ未満の厚さｔ１を有する基板について説明しているが、出射犠牲カバー層を使用することにより、約１５０μｍを超える厚さｔ１を有する基板における貫通孔の品質も向上させることができるということは理解されるべきである。さらに、本明細書において開示される方法により、基板の任意の形状およびサイズを使用することができることは理解されたい。
【００３８】
出射犠牲カバー層１３０の組成は、レーザー穿孔を施しやすい任意の組成であり得る。特に、出射犠牲カバー層１３０の組成は、基板１００を完全に穿孔した後に、集束されたレーザービーム２０が当該出射犠牲カバー層１３０を通って穿孔し続け得るような、熱密度および熱容量を有するべきである。出射犠牲カバー層１３０の組成は、以下においてより詳細に説明されるように、レーザービーム２０が、基板１００を出て、当該出射犠牲カバー層１３０を通って穿孔した後に、レーザービーム２０の自己集束効果も提供すべきでもある。
【００３９】
実施形態において、当該出射犠牲カバー層１３０は、ポリマーフィルムまたはポリマーコーティングを含み得る。当該ポリマーは、レーザービームが融蝕する狭いチャネル内への導光またはレーザービームの閉じ込めを可能にする任意のポリマー材料であり得る。当該ポリマーは、実質的に空隙を有さずに基板１００の出射表面１１２に適用することができる任意の材料であり得、レーザービームの波長（例えば、３５５ｎｍ）において融蝕され得、ならびに、実質的に残留物無しに基板１００の当該出射表面１１２から除去することができる。いくつかの実施形態において、当該ポリマー材料は、基板１００の屈折率に実質的に等しい屈折率を有する。他の実施形態において、当該ポリマー材料は、基板１００の屈折率とは異なる屈折率を有する。
【００４０】
非限定的な例として、ペンシルバニア、ハットフィールドのＳｕｍｍｅｒｓ  Ｏｐｔｉｃａｌによって製造されたＬｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２は、出射犠牲カバー層１３０として使用することができる。他のポリマー材料、例えば、英国、スコットランド、グリーノックのＢｒｉｔｉｓｈ  Ｐｏｌｙｔｈｅｎｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｌｔｄ．によって製造されたＶｉｓｑｕｅｅｎなども用いることができる。
【００４１】
実施形態において、当該ポリマー材料は、液体形態において基板１００の出射表面１１２に適用し、後で硬化させることができる（例えば、ＵＶ硬化、熱処理、または乾燥などによって）。液体形態でのポリマー材料の適用は、例えば、出射犠牲カバー層１３０と基板１００との間における空隙を最小限に抑えるかまたは排除し得る。当該液体ポリマー材料は、これらに限定されるわけではないが、スクリーン印刷法、スロットコーティング法、またはスピンコーティング法などの任意の適切な方法によって適用することができる。下記において詳細に説明されるように、出射犠牲カバー層１３０を形成する当該ポリマー材料は、溶媒、蒸気処理、剥離、および他の方法によって除去することができる。
【００４２】
実施形態において、出射犠牲カバー層１３０は、ガラス基板を含み得る。出射犠牲カバー層１３０に使用されるガラス基板の組成は、特に限定されない。非限定的な例として、当該ガラス基板は、Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ｉｎｃ．によって製造された「ＥＡＧＬＥ  ＸＧ」ガラス、またはＣｏｄｅ  ２３１８ガラスであり得る。別の非限定的な例として、出射犠牲カバー層１３０のガラス基板は、アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、ソーダ石灰ケイ酸塩のいずれかであってもよく、ならびに、アルカリ含有またはアルカリ不含であってもよい。
【００４３】
当該出射犠牲カバー層１３０は、穴１３５の先細り部分が出射犠牲カバー層１３０内に完全に配置され、かつ基板１００内の貫通孔１１５が、出射表面１１２の近位にいかなる先細り部分も実質的に含まないように、集束されたレーザービーム２０が、基板１００を通過する材料を有することを保証するような、厚さｔ２を有するべきである。例えば、出射犠牲カバー層は、約１００μｍを超える、例えば、約２００μｍを超える、または約３００μｍを超える、厚さｔ２を有し得る。
【００４４】
出射犠牲カバー層１３０は、特に、基材１００が薄い場合の、例えば、約１５０μｍ未満などの用途において、基板１００のための中間担持体として機能し得ることに留意されたい。この場合、出射犠牲カバー層１３０は、様々な製造プロセスに際に、基板１００に対して追加強度を提供し、それにより、基板１００が折損するのを防ぎ、製造歩留まりを高める。
【００４５】
基板１００は、直接的な物理的接触により、または液体による取り付けによって、出射犠牲カバー層１３０に対して取り外し可能に取り付けられ得る。図１に示されているように、基板１００は、中間材料層１２０、例えば、液体または接着材料などによって、出射犠牲カバー層１３０に取り付けられ得る。基材１００および出射犠牲カバー層１３０は、実質的に空気を含まずに、一緒に接着されるべきである。基板１００と出射犠牲カバー層１３０との間の空隙は、結果として、基板１００の出射表面１１２において貫通孔１１５の出射開口部の周りに損傷を生じ得ることに留意されたい。
【００４６】
いくつかの実施形態において、出射犠牲カバー層１３０が、基板１００に対して、直接的な物理接触によって、取り外し可能に接着される場合、当該出射犠牲カバー層１３０の接着表面１３２は、イオン結合、共有結合、および／またはファンデルワールス力によって、基板１００の出射表面１１２に分子的に結合され得る。基板１００に対する出射犠牲カバー層１３０の分子的な結合は、非常に均一な結合を提供し得、結果として、他の接着方法と比べて、より高品質の穴を生じ得る（例えば、チッピングの減少および明確な真円度を有する穴）。
【００４７】
実施形態において、出射犠牲カバー層１３０の接着表面１３２および基板１００の表面１１２の両方は、滑らかであり得、少ない粒子数を有し得、ならびに実質的に有機材料または他の材料を含有しなくともよい。分子結合、例えば、ファンデルワールス引力などによって提供される結合エネルギーは、出射犠牲カバー層１３０および基板１００を、レーザー穿孔プロセスの間、接着関係に維持するのに十分でなければならない。限定ではなく一例として、出射犠牲カバー層１３０および基板１００を、レーザー穿孔プロセスの間、接着関係に維持するために、当該結合エネルギーは、約３０ｍＪ／ｍ２から約１００ｍＪ／ｍ２の間であり得る。表面１１２および１３２は、レーザー穿孔プロセスの間において分子結合を維持することを可能にする平滑性を有し得る。限定ではなく一例として、出射犠牲カバー層１３０の接着表面１３２および基板１００の出射表面１１２は、フュージョンドローされたガラス基板、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ  「ＥＡＧＬＥ  ＸＧ」などにおいて見出される表面平滑性を有し得る。他のガラス基板を用いてもよいことは理解されるべきである。
【００４８】
出射犠牲カバー層１３０および基板１００の表面は、それらがお互いに取り付けられる前に、当該出射犠牲カバー層１３０と当該基板１００との間のあらゆるギャップを最小化するためにクリーニングされ得る。実施形態において、表面１１２および１３２は、直径が約１μｍ以上の粒子を実質的に含むべきではない。既知の、またはまだ開発されていない、任意のクリーニングプロセスを使用することができる。非限定的なクリーニングプロセスとしては、ＲＣＡ標準クリーニング１（「ＳＣ１」）、ＲＣＡ標準クリーニング２（「ＳＣ２」）、ＳＣ１＋ＳＣ２、および希ＨＦが挙げられ、これらは、半導体工業において典型的に使用される。
【００４９】
上記において述べたように、出射犠牲カバー層１３０と基板１００の間の取り付けは、中間材料層１２０によって、例えば、液体層などによって、提供され得る。図１には中間材料層１２０が示されているが、出射犠牲カバー層１３０と基板１００が直接接触によって接着される用途では、中間材料層１２０が存在しないであろうことは理解されるべきである。例示的な液体取り付けは、水または油の薄層を基板１００および出射犠牲カバー層１３０の一方または両方に適用するステップと、ファンデルワールス相互作用によって基板１００を出射犠牲カバー層１３０に取り付けるステップとを含み得る。基板１００および出射犠牲カバー層１３０をお互いに取り付けるために使用される油は、特に限定されないが、Ｃａｒｇｉｌｌｅ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ製の光屈折率整合流体、植物油、キャノーラ油、落花生油などを含み得る。中間材料層１２０も、光屈折率整合接着剤であり得る。
【００５０】
基板１００が出射犠牲カバー層１３０に取り付けられた後、貫通孔１１５が、例えば、図１に示されるように、レーザー穿孔システム１０を使用してレーザー穿孔される。基板１００に形成される穴の所望の場所またはパターンは、基板の所望の使用方法に基づいて当該穴を形成する前に決定され得る。図１を参照すると、例示的なレーザー穿孔システム１０は、出力レーザービーム２０を発生させるレーザー源（図示せず）と、基板１００の入射表面１１０（または、下記において説明されおよび図７に示されるような入射犠牲カバー層１４０）に入射するようにレーザービーム２０が位置決めされるようにレーザービーム２０の焦点を合わせるか、さもなければ調整する結合光学素子１２とを含む。レーザービーム２０は、基板１００における穴の所定の場所に対応する、出射犠牲カバー層１３０の上面におけるある場所に位置決めされ得る。
【００５１】
レーザービーム２０は、出射犠牲カバー層１３０および基板１００に穿孔することができる光学特性を有する任意のレーザービームであり得る。一実施形態において、レーザービーム２０は、周波数３倍のネオジムドーピングイットリウムオルトバナデート（Ｎｄ：ＹＶＯ４）レーザーである紫外線（ＵＶ）レーザービームであり得、当該レーザーは、約３５５ｎｍの波長を放つ。レーザービームは、非線形吸収メカニズムにより基板の材料と相互作用し、基板材料を蒸発させて、基板から材料を放出させるプラズマを作り出すことにより、穴を形成し得る。上記においてＮｄ：ＹＶＯ４レーザーについて説明したが、出射犠牲カバー層１３０に貫通孔を形成することができる任意のレーザーを使用することができるということは認識されるべきである。基板１００の入射表面１１０に入射するレーザービーム２０は、０．０１から０．５の間、例えば、０．０２から０．４の間、０．０５から０．３の間、０．０６から０．２の間など、好ましくは０．０７の開口数を有し得る。基板１００の入射表面１１０に対するレーザービームの焦点は、上面の約２００μｍ内、例えば、入射表面１１０の約１００μｍ以内、または入射表面１１０の約５０μｍ以内などに位置され得る。
【００５２】
図１を参照すると、基板１００内における複数のレーザー穿孔された貫通孔１１５と、出射犠牲カバー層１３０内における対応する穴が示されている。レーザービーム２０によって形成された部分的貫通孔１１７も示されている。
【００５３】
レーザービーム２０は、基板１００に貫通孔１１５を形成するために所定の場所にパルス照射され得る。パルス間隔は、約１０ナノ秒から約４０ナノ秒、または約２５ナノ秒から約３５ナノ秒、または約３０ナノ秒であり得る。当該パルスの繰り返し率は、１ｋＨｚから１５０ｋＨｚの間、例えば、１ｋＨｚから７５ｋＨｚの間または１ｋＨｚから１５ｋＨｚの間などであり得る。基板１００に貫通孔を形成するために必要なパルス数は、基板１００の材料およびその厚さによって変わるであろう。多くのタイプのガラスでは、各レーザーパルスによって、約０．７５μｍの穴深さが形成される。当該レーザービームは、基板１００に貫通孔を形成するのに必要な任意の回数においてパルス照射され得る。
【００５４】
基板１００の材料は、レーザービーム２０が基板１００内のより深い深さまでパルス照射されるときに、レーザービーム２０の導光または集束効果を提供する。この導光または集束効果は、レーザービーム２０がより深い深さへとパルス照射されるときにレーザービーム２０の集束を連続的に調節する必要のない、レーザー穿孔プロセスを提供する。レーザービームは、基板１００中へとより深く穿孔するときにその集束を維持するので、同じプロセスを使用して、単にレーザーパルスの数を調節することによって、高アスペクト比の貫通孔を作製することができる。
【００５５】
上記において述べたように、出射犠牲カバー層１３０は、貫通孔１１５の入射穴直径ｄｅｎにより緊密に一致するように、貫通孔１１５の出射穴直径ｄｅｘを増加させるために提供される。基板１００内に部分的に形成された非貫通孔１１７は、先細り形状を有しており、したがって、その底部において「先鋭な」形状を有する。レーザービーム２０が、基板１００の厚さｔ１を完全に貫通してパルス照射され、結果として、当該非貫通孔１１７が貫通孔となる場合、当該貫通孔は、出射表面１１２に、出射穴直径ｄｅｘが入射穴直径ｄｅｎより小さいような先細り部分を有する。非限定的な例として、出射穴直径ｄｅｘは、入射穴直径ｄｅｎより平均して約１２μｍ小さい。下記においてより詳細に説明されるように、エッチングプロセスは、全ての表面からほぼ同じ量の材料を除去し得るので、出射穴直径ｄｅｘは、依然として、入射穴直径ｄｅｎより小さいままである。小さい直径、例えば、５０μｍ未満、３０μｍ未満、２５μｍ未満、２０μｍ未満、または１５μｍ未満などの貫通孔の場合、このより小さい出射穴直径ｄｅｘ（例えば、約５μｍより小さい）により、低い出射穴対入射穴比、例えば、約０．６未満などを有する貫通孔、または出射穴直径が上部直径のサイズのおよそ半分のみであるような貫通孔が得られる。低い出射穴対入射穴比は、ある特定の用途、例えば、インターポーザー用途などにおいて、望ましくない場合がある。
【００５６】
レーザービームが、基板１００を完全に貫通してパルス照射された後、出射犠牲カバー層１３０の接着表面１３２が、レーザービーム２０に晒される。出射犠牲カバー層１３０に穴１３５を形成するために、レーザービーム２０が、任意の回数において、貫通孔１１５中へとパルス照射され得る。基板１００に関して上記において説明したように、出射犠牲カバー層１３０の材料も、レーザービーム２０が出射犠牲カバー層１３０を融蝕するときに、レーザービーム２０を自己集束させる。出射犠牲カバー層１３０における穴１３５は、基板１００に形成された貫通孔１１５の縦軸に揃った縦軸を有する。
【００５７】
図１に示されているように、レーザービーム２０は、基板における貫通孔１１５が、出射表面１１２において先細り部分を有さなくなるまで、出射犠牲カバー層１３０中へとパルス照射される。むしろ、当該先細り部分は、出射犠牲カバー層１３０の穴１３５内である。したがって、貫通孔１１５の出射穴直径ｄｅｘは、入射穴直径ｄｅｎに対してより緊密に一致する。実施形態において、出射穴対入射穴比（すなわち、ｄｅｘ／ｄｅｎ）は、約２５μｍから約４０μｍの範囲内の入射穴直径ｄｅｎの場合、約０．７を超え、約４０μｍを超える入射穴直径の場合、約０．８を超える。
【００５８】
出射犠牲カバー層１３０内の穴１３５は、非貫通孔または貫通孔であり得ることに留意されたい。
【００５９】
図２は、複数の貫通孔１１５が穿孔されている基板１００の上面図である。実施形態において、当該基板における複数の貫通孔１１５および出射犠牲カバー層の複数の穴１３５は、上記において説明した方法によって作製され得る。当該レーザーは、１つの所定の場所に位置決めされ得、当該レーザーが、異なる所定の場所に位置されるまで、その所定の場所において、基板１００に貫通孔１１５を、および出射犠牲カバー層１３０に穴１３５を形成し得る。あるいは、当該レーザーは、最初に、複数の所定の場所において基板１００に貫通孔１１５を形成し、続いて、基板１００の貫通孔１１５の場所に戻って、出射犠牲カバー層１３０に穴１３５を形成し得る。
【００６０】
当該出射犠牲カバー層１３０は、出射犠牲カバー層１３０に穴１３５が形成された後に除去され得る。当該出射犠牲カバー層１３０は、任意の好適な方法、例えば、基板１００から出射犠牲カバー層１３０を剥がすかまたは物理的に分離させるか、または溶媒を適用して、基板１００に出射犠牲カバー層１３０を取り付けるために使用した任意の液体を除去するなどによって除去することができる。
【００６１】
いくつかの実施形態において、出射犠牲カバー層１３０のための材料は、基板１００の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有するように選択され得る。出射犠牲カバー層１３０が、基板１００とは異なる熱膨張係数を有する場合、当該２つの構成要素は、加熱の際に異なる率において膨張するであろうし、それは、損傷なく、出射犠牲カバー層１３０を除去するために役立ち得る。例えば、実施形態において、基板１００は、出射犠牲カバー層１３０が基板１００よりも大きな率において膨張するように、出射犠牲カバー層１３０と基板１００とを加熱することによって助力される。次いで、当該出射犠牲カバー層１３０が、基板１００から剥がされ得る。
【００６２】
出射犠牲カバー層１３０がポリマー材料で作製される実施形態では、当該出射犠牲カバー層１３０は、任意の適切な手段によって除去することができる。例えば、ポリマー出射犠牲カバー層１３０および基板１００を、湯浴（例えば、約８０℃から約１００℃または他の温度）に位置してしばらく浸漬してもよく、または密閉された容器において蒸気処理してもよい。次いで、当該ポリマー出射犠牲カバー層１３０が、基板１００の出射表面１１２から剥がされ得る。さらに、当該ポリマー出射犠牲カバー層１３０は、当該ポリマー出射犠牲カバー層１３０および基板１００を溶媒、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどに浸すことによっても除去することができ、当該溶媒は、出射表面１１２からの当該ポリマー出射犠牲カバー層１３０の放出を促進し得る。さらなる他の実施形態において、当該ポリマー出射犠牲カバー層１３０は、溶媒または蒸気を適用することなく、基板１００の出射表面１１２から剥がされ得る。
【００６３】
実施形態において、任意選択により、レーザー穿孔された貫通孔１１５をさらに成形するために、出射犠牲カバー層１３０が除去された後に、基板１００に対してエッチングプロセスを実施してもよい。当該エッチングプロセスは、特に限定されず、ならびに酸エッチングを含み得る。当該基板１００が、図３に示されるように、エッチング浴１６０のエッチング溶液１７０中に配置され得る。当該エッチング溶液は、フッ化水素酸、硝酸、および酢酸のうちの少なくとも１つを含み得る。塩基溶液が使用される場合、当該溶液は、ＫＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、および水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）のうちの１つまたは複数を含み得る。あるいは、または追加において、当該溶液は、添加剤、例えば、イソプロピルアルコール、過酸化水素、またはオゾン処理された脱イオン水などを含み得る。実施形態において、当該エッチング溶液は、約１０％から約３０％のＨＦおよび約５％から約１５％のＨＮＯ３、例えば、約２０％のＨＦおよび約１０％のＨＮＯ３などを含む、フッ化水素酸および硝酸の混合物を含み得る。概して、ガラス基板の場合、エッチング液からのガラス除去速度は、約２μｍ／分から約２０μｍ／分、例えば、約３μｍ／分から約１５μｍ／分または約５μｍ／分から約１０μｍ／分などであり得る。当該エッチングは、等方性であり得、ならびに基板１００に形成された貫通孔１１５の直径を拡大し得、ならびに基板１００の厚さを減少させ得る。当該エッチング溶液は、塗布プロセスによって適用してもよく、これらに限定されるわけではないが、基板上に噴霧してもよく、または当該基板をエッチング溶液に浸漬してもよい。当該エッチングプロセスの期間は限定されず、エッチング溶液のエッチング速度および基板の貫通孔の所望の直径に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、超音波撹拌１７５をエッチング溶液１７０に適用することもできる。
【００６４】
図４は、レーザー穿孔された貫通孔１１５’を拡張するためのエッチングプロセスの後の基板１００の部分的断面図を表す。図４に示されているように、レーザー穿孔プロセスの際の出射犠牲カバー層１３０の使用により、出射表面１１２における貫通孔１１５の出射穴直径ｄｅｘは、入射穴直径ｄｅｎに実質的に一致し、それにより、大きな出射穴対入射穴直径比（例えば、約０．８を超える）を提供する。
【００６５】
さらに、出射犠牲カバー層１３０の使用は、レーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔１１５の出射穴品質を向上させることが示された。場合により、基板をレーザー穿孔するステップは、エッチングの前に、レーザー穿孔された穴１１５の出射穴から広がる１つまたは複数の微小亀裂または他の欠陥を生じる。損傷を受けていない場所よりも、これらの微小亀裂においてより多くの材料がエッチングプロセスの間に除去されるため、エッチングプロセスの間に当該微小亀裂または他の欠陥は拡大する。したがって、エッチングプロセスの後に、１つまたは複数の望ましくないディボットまたはチャネルが、レーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔１１５’から広がり得る。本明細書において使用される場合、単語「チャネル」および「ディボット」は、減少した厚さを有する基板のエリアを意味する。
【００６６】
図５Ａは、チャネル１１７Ａ、１１７Ｂが、レーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔１１５’’の円周Ｃから広がっている、ガラス基板内の、レーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔１１５’’の出射穴をグラフィカルに表している。図５Ａに示されているように、ガラス基板の厚さは、チャネル１１７Ａ、１１７Ｂの存在によりレーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔１１５’’の円周Ｃの周りにおいて不均一である。
【００６７】
出射犠牲カバー層１３０の使用は、微小亀裂または他の欠陥の形成が、レーザー穿孔プロセスの後に出射穴から広がるのを防ぎ得ることが示された。出射穴から広がる微小亀裂または他の欠陥の不在は、エッチングプロセスの間にチャネルまたはディボットが拡大するのをさらに防ぐ。したがって、各貫通孔１１５’の周りの基板１００のエリアは、ディボットまたはチャネルの不在により、エッチングプロセスの後に実質的に均一な厚さを有する。本明細書において説明されるような出射犠牲カバー層１３０の使用は、出射穴の円周の周りのエリアにおいて実質的に均一な基板の厚さを提供し得る。換言すれば、出射穴は、実質的に円形であり、円周においてディボットまたはチャネルを有さない。
【００６８】
図５Ｂは、その円周Ｃの周りにチャネルまたはディボットを有さない、レーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔１１５’’’の出射穴をグラフィカルに表している。図５Ｂに示されるように、当該ガラス基板は、レーザー穿孔されかつエッチングされた貫通孔１１５’’’の出射穴の円周Ｃの周りのエリアにおいて実質的に均一な厚さを有する。
【００６９】
貫通孔が形成された基板１００は、マイクロチップと有機基板との間において電気信号を送信するため、密ピッチチップとその下のワイドピッチ層との間の電気接続をファンアウトするため、二次元または三次元パッケージングアーキテクチャ複数のシリコンチップを接続するために、または他の用途において、インターポーザー装置（例えば、ガラスインターポーザー装置）として用いることができる。したがって、いくつかの実施形態において、当該貫通孔内に電気伝導性ビアを形成するために、メタライゼーションプロセスの際に、当該貫通孔が電気伝導性材料で満たされ得る。実施形態において、出射犠牲カバー層１３０が、基板をハンドリングによる損傷から保護するように、ならびに電気伝導性材料のコーティングの際のマスクとして機能するように、当該出射犠牲カバー層１３０はメタライゼーションプロセスの間に留められ得る。この方法では、電気伝導性材料のみが、貫通孔に適用され得る。これは、メタライゼーションプロセスの際に加えられる追加のマスクの必要性を取り除くことによって、インターポーザー最終製品のコストを低減し得る。
【００７０】
上記において説明した方法は、基板に任意のサイズおよび任意のパターンの穴を形成するために使用することができる。当該方法は、いかなる特定の穴のサイズまたはパターンに限定されない。しかしながら、貫通孔直径が小さく（例えば、約１００μｍ未満）および基板が薄い（例えば、約１００μｍ未満）場合、小さい出射穴対入射穴直径比は特に問題が多い。したがって、上記の方法は、小さい直径の穴および薄い基板を有する実施形態において使用され得る。
【００７１】
ここで、図６を参照すると、いくつかの実施形態において、交互に配置された基板１００Ａ〜１００Ｃと出射犠牲カバー層１３０Ａ〜１３０Ｃとを含むスタック１８０が、分解斜視図において示されている。３つより多いまたは少ない数の基板および出射犠牲カバー層も、スタック１８０において提供することができることは、理解されるべきである。出射犠牲カバー層１３０Ａ〜１３０Ｃは、基板１００Ａ〜１００Ｃのための担持体として機能するガラス基板として構成され得、そのようなガラス担持体は、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ケイ酸ガラスから製造することができ、ならびにアルカリ含有であるかまたはアルカリ不含であり得る。他の実施形態において、当該出射犠牲カバー層１３０Ａ〜１３０Ｃは、ポリマー材料から製作される。上記において説明したように、基板１００Ａ〜１００Ｃにおける高品質の入射穴および出射穴を提供するために、隣接する基板および出射犠牲カバー層は、空気封入が最小の状態で、一緒に接着されなければならない。
【００７２】
図７は、交互に配置された基板１００Ａ〜１００Ｃおよび出射犠牲カバー層１３０Ａ〜１３０Ｃの部分的スタック１８０の断面図である。当該スタック１８０をレーザー穿孔することにより、同時に基板１００Ａ〜１００Ｃを製造することができ、それにより、スループットが増加し得る。図７に示されるように、穴１１３は、スタック１８０全体を通ってレーザービームをパルス照射することによってレーザー穿孔され、各層を貫通して延在する。各穴１１３は、第一基板１００Ａを貫通する第一貫通孔１１５Ａ、第一出射犠牲カバー層１３０Ａを貫通する第一貫通孔１３５Ａ、第二基板１００Ｂを貫通する第二貫通孔１１５Ｂ、第二出射犠牲カバー層１３０Ｂを貫通する第二貫通孔１３５Ｂ、第三基板１００Ｃを貫通する第三貫通孔１１５Ｃ、および第三出射犠牲カバー層１３０Ｃを貫通する第三孔１３５Ｃ（非貫通孔または貫通孔であり得る）を含む。第三出射犠牲カバー層１３０Ｃ内の第三穴１３５Ｃは、先細りであるが、その一方で、第一、第二、および第三貫通孔１１５Ａ〜１１５Ｃは、先細りではなく、結果として、第一、第二、および第三貫通孔１１５Ａ〜１１５Ｃに対して大きな出射穴対入射穴直径比を提供する。
【００７３】
スタック１８０の個々の層を分離した後、第一、第二、および／または第三基板１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを化学的にエッチングすることにより、それぞれの貫通孔１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃはさらに成形され得る。
【００７４】
入射犠牲カバー層も、基板、例えば、単一の基板または図７に示されるようなスタックの最頂部の基板などの入射表面上に提供され得る。当該入射犠牲カバー層は、入射穴の欠陥を減らすため、および入射穴の品質を高めるために提供され得る。入射犠牲カバー層は、入射穴のチッピングを防ぎ、ならびに入射穴の真円度を向上させ得る。
【００７５】
図８は、中間結合材料層１５０を介して基板１００の入射表面１１０に接着された入射犠牲カバー層１４０、および中間結合材料層１２０を介して基板１００の出射表面１１２に接着された出射犠牲カバー層１３０の断面の部分図である。上記において説明したように、中間結合材料層１２０、１５０は提供されなくてもよいし、入射犠牲カバー層１４０および出射犠牲カバー層１３０を基板１００に直接的に取り付けてもよいことは、理解されるべきである。図８はさらに、入射犠牲カバー層１４０と基板１００と出射犠牲カバー層１３０とによって画定されるスタックを貫通する穴１１３’も表している。穴１１３’は、入射犠牲カバー層１４０を貫通する貫通孔１４５と、基板１００を貫通する貫通孔１１５と、出射犠牲カバー層１３０を貫通する穴１３５（貫通孔または非貫通孔であり得る）とによって画定される。
【００７６】
入射犠牲カバー層１４０は、上記において説明した出射犠牲カバー層１３０と同様に、ガラス層またはポリマー層として構成され得る。２０１３年１１月２７日に出願された米国特許出願公開第２０１４／０１４７６２３号に記載されているように、入射犠牲カバー層として、さらなる材料、例えば、インク、オイル、ワックスなどを使用してもよく、なお、当該文献は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【００７７】
入射犠牲カバー層１４０の厚さは、特に限定されない。しかしながら、入射犠牲カバー層１４０に貫通孔を形成するために必要なレーザーパルスの数は、入射犠牲カバー層１４０の厚さの増加に伴って増加し、したがって、厚い入射犠牲カバー層１４０は、処理時間を増加させる。さらに、入射犠牲カバー層１４０が薄すぎる場合、入射犠牲カバー層１４０の取り外しは、当該入射犠牲カバー層１４０を多くの破片に断片化することなしには困難であり得る。入射犠牲カバー層１４０の厚さは、当該犠牲カバー層の組成に応じて変わり得る。入射犠牲カバー層１４０は、任意の寸法であってもよいが、ただし、それが、穴が形成されるべき場所において基板を覆うことを条件とする。したがって、入射犠牲カバー層１４０は、基板１００と同じ寸法を有し得る。
【００７８】
レーザービーム２０は、入射犠牲カバー層１４０の表面の所定の場所に向けられ、当該所定の場所において当該入射犠牲カバー層１４０に貫通孔１４５を形成するために、パルス照射される。レーザービームはさらに、入射犠牲カバー層１４０に形成された貫通孔１４５を通るように向けられ、基板１００に貫通孔１１５を形成し得る。レーザービーム２０はさらに、上記において説明した出射犠牲カバー層１３０を穿孔するようにパルス照射される。
【００７９】
レーザー穿孔された穴の形成後、入射犠牲カバー層１４０および出射犠牲カバー層１３０は、基板１００から除去され得る。いくつかの実施形態において、基板１００は、上記において説明したように、貫通孔１１５をさらに成形するためにエッチングプロセスを施され得る。
【００８０】
別の実施形態は、上記において説明した方法において使用されるワークピース１０１を提供する。図１を参照すると、ワークピース１０１は、基板１００と、基板１００の出射表面１１２に取り外し可能に取り付けられた出射犠牲カバー層１３０とを含み得る。基板１００は、上記において説明した方法によって当該基板１００に形成された貫通孔１１５を有する。当該貫通孔１１５の縦軸は、基板１００の厚さ方向に延びている。当該出射犠牲カバー層は、穴１３５（貫通孔かまたは非貫通孔であり得る）を含み、各穴１３５は、基板１００に形成された対応する貫通孔１１５の縦軸に対応する縦軸を有する。中間材料層１２０が、出射犠牲カバー層１３０と基板１００との間に存在していてもよい。
【００８１】
基板の厚さは、約１０００μｍ未満、例えば、約７５０μｍ未満、約５００μｍ未満、約２５０μｍ未満など、好ましくは約１５０μｍ未満であり得る。各貫通孔１１５は、基板１００の入射表面１１０において入射穴直径ｄｅｎを有し、基板の出射表面１１２において出射穴直径ｄｅｘを有する。当該貫通孔の入射穴直径ｄｅｎは、約５０μｍ未満である。各貫通孔１１５は、０．７を超える、好ましくは０．８を超える、出射穴対入射穴直径比（ｄｅｎ／ｄｅｘ）を有する。当該貫通孔は、約２００μｍから約１０００μｍ、例えば、約２００μｍから約８００μｍ、約２００μｍから約６００μｍ、約２５０μｍから約５００μｍ、および約３００μｍから約４００μｍなどの間隔を有し得る。
【００８２】
出射犠牲カバー層１３０は、１００μｍを超える厚さ、例えば、２００μｍを超える厚さなどを有し得る。
【００８３】
いくつかの実施形態において、ワークピース１０１’はさらに、基板１００の入射表面１１０に取り外し可能に取り付けられた入射犠牲カバー層１４０を含む（図８）。当該入射犠牲カバー層１４０は、ガラス入射犠牲カバー層、ポリマー入射犠牲カバー層、または薄い顔料もしくは染料ベースのインク入射犠牲カバー層であり得る。当該入射犠牲カバー層１４０は、基板１００に取り外し可能に取り付けられ得る。入射犠牲カバー層１４０は、貫通孔１４５を含み、当該貫通孔１４５のそれぞれは、基板１００に形成された貫通孔１１５の縦軸に対応する縦軸を有する。
【実施例】
【００８４】
以下の実施例により、本開示の実施形態をさらに明確にする。
【００８５】
比較例
比較例１は、出射犠牲カバー層を使用しないで、レーザー穿孔によって、ガラス物品として構成された基板に形成された穴を示す。
【００８６】
比較例１において、当該ガラス物品は、Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ｉｎｃ．によって製造された「ＥＡＧＬＥ  ＸＧ」で作製されており、１３０μｍの厚さを有する。貫通孔は、３５５ｎｍのナノ秒パルスレーザーを使用して形成する。Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の５０μｍの厚さの層を、入射犠牲カバー層として使用する。出射犠牲カバー層は使用しない。結果として得られる貫通孔の入射穴直径ｄｅｎは、エッチング前において、約１７μｍであり、出射穴直径ｄｅｘは約５μｍである。エッチング前の出射穴対入射穴直径比は、約０．３である。ＨＦエッチングプロセスにより、約８μｍのガラス材料が除去され、それにより約１２２μｍの厚さのガラス物品が提供される。エッチング後の貫通孔の入射穴直径ｄｅｎは、約２５μｍであり、エッチング後の出射穴直径ｄｅｘは、約１３μｍである。エッチング後の出射穴対入射穴直径比は、約０．５である。
【００８７】
比較例２
比較例２は、出射犠牲カバー層を使用しないで、レーザー穿孔によって、ガラス物品として構成された基板に形成された穴を示す。
【００８８】
比較例２において、当該ガラス物品は、Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ｉｎｃ．によって製造された「ＥＡＧＬＥ  ＸＧ」で作製されており、１３０μｍの厚さを有する。貫通孔は、３５５ｎｍのナノ秒パルスレーザーを使用して形成する。Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の５０μｍの厚さの層を、入射犠牲カバー層として使用する。出射犠牲カバー層は使用しない。当該ガラス物品を、ＨＦエッチングプロセスを用いてエッチングする。エッチング後の貫通孔の入射穴直径ｄｅｎは、約３１μｍであり、エッチング後の出射穴直径ｄｅｘは、約１７．８μｍである。エッチング後の出射穴対入射穴直径比は、約０．５８である。
【００８９】
実施例１
実施例１は、本明細書において説明される出射犠牲カバー層法により、ガラス物品として構成された基板に貫通孔を形成することの効果を示しており、この場合、当該出射犠牲カバー層は、Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の１００μｍ厚の層として構成される。
【００９０】
実施例１において、当該ガラス物品は、Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ｉｎｃ．によって製造された「ＥＡＧＬＥ  ＸＧ」で作製されており、１３０μｍの厚さを有する。貫通孔は、３５５ｎｍのナノ秒パルスレーザーを使用して形成する。Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の５０μｍの厚さの層を、入射犠牲カバー層として使用する。さらに、１００μｍの厚さを有するＬｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２による出射犠牲カバー層が、当該ガラス物品の出射表面に適用される。各貫通孔に対して、出射犠牲カバー層によって提供される材料によるより厚いスタックに対処するために、追加のレーザーパルスが加えられる。当該犠牲カバー層の除去後、当該ガラス物品を、ＨＦエッチングプロセスを用いてエッチングする。エッチング後の貫通孔の入射穴直径ｄｅｎは、約３１μｍであり、エッチング後の出射穴直径ｄｅｘは、約１８．８μｍである。エッチング後の出射穴対入射穴直径比は、約０．６１である。
【００９１】
実施例２
実施例２は、本明細書において説明される出射犠牲カバー層法により、ガラス物品として構成された基板に貫通孔を形成することの効果を示しており、この場合、当該出射犠牲カバー層は、Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の２００μｍ厚の層として構成される。
【００９２】
実施例２において、当該ガラス物品は、Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ｉｎｃ．によって製造された「ＥＡＧＬＥ  ＸＧ」で作製されており、１３０μｍの厚さを有する。貫通孔は、３５５ｎｍのナノ秒パルスレーザーを使用して形成する。Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の５０μｍの厚さの層を、入射犠牲カバー層として使用する。さらに、２００μｍの厚さを有するＬｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の出射犠牲カバー層が、当該ガラス物品の出射表面に適用される。各貫通孔に対して、出射犠牲カバー層によって提供される材料によるより厚いスタックに対処するために、追加のレーザーパルスが加えられる。当該犠牲カバー層の除去後、当該ガラス物品を、ＨＦエッチングプロセスを用いてエッチングする。エッチング後の貫通孔の入射穴直径ｄｅｎは、約３１μｍであり、エッチング後の出射穴直径ｄｅｘは、約２０．１μｍである。エッチング後の出射穴対入射穴直径比は、約０．６５である。
【００９３】
実施例３
実施例３は、本明細書において説明される出射犠牲カバー層法により、ガラス物品として構成された基板に貫通孔を形成することの効果を示しており、この場合、当該出射犠牲カバー層は、Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の３００μｍ厚の層として構成される。
【００９４】
実施例３において、当該ガラス物品は、Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ｉｎｃ．によって製造された「ＥＡＧＬＥ  ＸＧ」で作製されており、１３０μｍの厚さを有する。貫通孔は、３５５ｎｍのナノ秒パルスレーザーを使用して形成する。Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の５０μｍの厚さの層を、入射犠牲カバー層として使用する。さらに、３００μｍの厚さを有するＬｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の出射犠牲カバー層が、当該ガラス物品の出射表面に適用される。各貫通孔に対して、出射犠牲カバー層によって提供される材料によるより厚いスタックに対処するために、追加のレーザーパルスが加えられる。当該犠牲カバー層の除去後、当該ガラス物品を、ＨＦエッチングプロセスを用いてエッチングする。エッチング後の貫通孔の入射穴直径ｄｅｎは、約３１μｍであり、エッチング後の出射穴直径ｄｅｘは、約２１．２μｍである。エッチング後の出射穴対入射穴直径比は、約０．６８である。３００μｍのポリマー出射犠牲カバー層の使用により、結果として、比較例２に対して、エッチング後の出射穴対入射穴直径比において０．５７から０．６８への１９％の増加が得られた。
【００９５】
実施例１〜３において、エッチング後の出射穴直径ｄｅｘは、出射犠牲カバー層として使用したＬｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の１００μｍ毎に約６％増加したことに留意されたい。
【００９６】
実施例４
実施例４は、本明細書において説明される出射犠牲カバー層法により、ガラス物品として構成された基板に貫通孔を形成することの効果を示しており、この場合、当該出射犠牲カバー層は、ガラス出射犠牲カバー層として構成される。
【００９７】
実施例４において、ガラス出射犠牲カバー層を使用した、貫通孔のレーザー穿孔のために、Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ｉｎｃ．によって製造された「ＥＡＧＬＥ  ＸＧ」で作製した５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス物品を調製する。Ｌｅｎｓ  Ｂｏｎｄ  Ｔｙｐｅ  Ｐ−９２の５０μｍの厚さの層を、入射犠牲カバー層として使用する。当該ガラス物品は３００μｍの厚さを有し、ならびに、それぞれ１ｍｍの厚さを有する２枚の顕微鏡スライドガラスの上部に位置させる。当該ガラス層を、接着剤を使用せずに、ファンデルワールス力によって結合させる。当該ガラス物品を、目視により３つの水平方向の帯板に分割する。当該３枚に分割したガラス物品の上部を、第一顕微鏡スライドガラスに結合させ、底部を他の一方の顕微鏡スライドガラスに結合させる。当該ガラス物品の中央部分の帯板は、空中に吊したままにする。この実施例において、当該顕微鏡スライドガラスは、当該３分割したガラス物品の２つに対してガラス出射犠牲カバー層として機能し、１つに対しては、出射犠牲カバー層を使用しない。
【００９８】
３５５ｎｍのナノ秒パルスレーザーを使用して、３つの同一の配列の穴を穿孔する。当該ガラス物品の上部分および下部分に対して追加のレーザーパルスを加えて、ガラス出射犠牲カバー層中へとレーザー穿孔を続ける。当該犠牲カバー層の除去後、当該ガラス物品を、ＨＦエッチングプロセスを使用してエッチングする。エッチング後の貫通孔の入射穴直径ｄｅｎは、当該ガラス物品全体において一様に２５μｍである。出射犠牲カバー層を使用しなかった、ガラス物品の中央部分の、エッチング後の出射穴直径ｄｅｘは、約１３μｍであり、その一方で、ガラス出射犠牲カバー層を用いて穿孔した穴のエッチング後の出射穴直径ｄｅｘは、約１７．５μｍである。したがって、エッチング後の出射穴対入射穴直径比において０．５から０．７への増加が、ガラス出射犠牲カバー層を用いない貫通孔とガラス出射犠牲カバー層が存在する場合の貫通孔との間において認められる。
【００９９】
エッチング後の出射穴直径は、レーザービームがガラス出射犠牲カバー層中へより深く穿孔することができるように、加えるレーザーパルスの数を増やすことによって、さらに拡大させることができることに留意されたい。ガラス基板とガラス出射犠牲カバー層との間において、より良好な結合を提供することまたは結合剤を使用することは、穴の品質および出射穴直径も向上させるであろう。
【０１００】
ここで、本明細書において説明される実施形態は、ワークピース、および出射犠牲カバー層を用いるレーザー穿孔によってガラス基板に貫通孔を形成する方法を対象とすることは理解されるべきである。出射犠牲カバー層の使用により、結果として、出射犠牲カバー層を用いないレーザー穿孔法よりも増加した出射直径を有する貫通孔が得られる。したがって、出射犠牲カバー層は、貫通孔の出射穴対入射穴直径比を、例えば、約０．８を超える出射穴対入射穴直径比などへと増加させる。
【０１０１】
権利請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において説明される実施形態に対して様々な変更および変形を為すことができることは、当業者に明らかであろう。したがって、本明細書は、記載した様々な変更および変形が添付の請求項およびそれらの等価物の範囲内である場合に、そのような実施形態の変更および変形を網羅することを意図している。
【０１０２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０３】
実施形態１
穿孔によって基板に貫通孔を形成する方法であって、
当該基板のレーザービーム出射表面に出射犠牲カバー層を取り付けるステップと、
当該基板に対して所定の場所にレーザービームを位置決めし、当該貫通孔のための所望の場所に対応させるステップと、
当該基板の入射表面中へ、さらに当該基板のバルクを通して、当該レーザービームを繰り返しパルス照射することによって当該貫通孔を形成するステップと、
当該レーザービームが当該基板の当該レーザービーム出射表面を通過して当該出射犠牲カバー層内へ届くように、当該基板に形成された当該貫通孔内に当該レーザービームを繰り返しパルス照射することによって、当該出射犠牲カバー層に穴を形成するステップと、
を含む方法。
【０１０４】
実施形態２
上記出射犠牲カバー層の厚さが約１００μｍを超える、実施形態１に記載の方法。
【０１０５】
実施形態３
上記基板の上記貫通孔が、ある入射穴直径およびある出射穴直径を有するように、上記レーザービームが、当該基板および上記出射犠牲カバー層を通ってパルス照射され、
さらに、エッチング液によって当該基板をエッチングするステップを含み、ならびに、
当該基板をエッチングした後の当該貫通孔の出射穴直径と入射穴直径の間の比率が約０．７を超える、
実施形態１または２に記載の方法。
【０１０６】
実施形態４
上記基板の厚さが約３００μｍ未満である、実施形態３に記載の方法。
【０１０７】
実施形態５
上記出射犠牲カバー層の厚さが少なくとも２００μｍである、実施形態４に記載の方法。
【０１０８】
実施形態６
上記入射穴直径が約４０μｍ未満である、実施形態５に記載の方法。
【０１０９】
実施形態７
上記入射穴直径が、約４０μｍを超え、ならびに上記基板をエッチングした後の上記貫通孔の上記出射穴直径と当該入射穴直径の間の比率が約０．８を超える、実施形態５に記載の方法。
【０１１０】
実施形態８
上記出射犠牲カバー層がポリマー層である、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【０１１１】
実施形態９
上記出射犠牲カバー層がガラス層である、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【０１１２】
実施形態１０
上記レーザービームが約３５５ｎｍの波長を有し、当該レーザービームが、約５ｎｓから約７５ｎｓの間のパルス幅を有し、当該レーザービームが、約１ｋＨｚから約３０ｋＨｚの間の繰り返し率においてパルス照射され、当該レーザービームが、約２５μＪから約１７５μＪの間のパルスエネルギーを有する、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【０１１３】
実施形態１１
上記レーザービームが約３５５ｎｍの波長を有し、ならびに、当該レーザービームが、約０．０２から約０．４の間の開口数を有する、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【０１１４】
実施形態１２
上記基板のレーザービーム入射表面に入射犠牲カバー層を取り付けるステップと、
当該基板に上記貫通孔を形成する前に、上記所定の場所に上記レーザービームを繰り返しパルス照射することによって当該入射犠牲カバー層に貫通孔を形成するステップと、
をさらに含む、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
【０１１５】
実施形態１３
上記基板の上記レーザービーム出射表面に上記出射犠牲カバー層を取り付ける前に、当該出射犠牲カバー層および当該基板のレーザービーム出射表面の少なくとも一方に液体を適用するステップをさらに含む、実施形態１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【０１１６】
実施形態１４
上記基板の上記レーザービーム出射表面に液体ポリマー材料を適用することによって、上記出射犠牲カバー層が、当該基板の当該レーザービーム出射表面に取り付けられる、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【０１１７】
実施形態１５
上記出射犠牲カバー層に溶媒を適用することによって、上記基板の上記レーザービーム出射表面から当該出射犠牲カバー層を除去するステップをさらに含む、実施形態１４に記載の方法。
【０１１８】
実施形態１６
上記基板に上記貫通孔が形成された後に、上記出射犠牲カバー層が除去される、実施形態１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【０１１９】
実施形態１７
エッチング液によって上記基板をエッチングするステップと、
上記貫通孔に電気伝導性材料を適用するステップと、
をさらに含む、実施形態１〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【０１２０】
実施形態１８
上記基板の上記貫通孔が、ある入射穴直径およびある出射穴直径を有するように、上記レーザービームが、当該基板および上記出射犠牲カバー層を通してパルス照射され、
当該出射穴直径が、円周Ｃを有する当該貫通孔の上記出射穴を画定し、
当該基板の上記レーザービーム出射表面が、当該出射穴の当該円周Ｃから広がる１つまたは複数のチャネルを有さない、
実施形態１〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【０１２１】
実施形態１９
上記基板がガラスである、実施形態１〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【０１２２】
実施形態２０
穴を有するワークピースにおいて、
貫通孔が形成された基板であって、
レーザービーム入射表面およびレーザービーム出射表面を有し、
各貫通孔の縦軸が、当該レーザービーム入射表面から当該レーザービーム出射表面へと延び、
各貫通孔が、当該基板の当該レーザービーム入射表面における入射穴直径と、当該レーザービーム出射表面における出射穴直径とを有し、
当該入射穴直径が約４０μｍ未満であり、
当該出射穴直径に対する当該入射穴直径の比が約０．７を超える、
基板と、
当該基板の当該レーザービーム出射表面に取り外し可能に取り付けられた出射犠牲カバー層であって、穴を含み、各穴が、対応する貫通孔の縦軸に揃った縦軸を有する、出射犠牲カバー層と、
を含むワークピース。
【０１２３】
実施形態２１
上記基板の厚さが約１５０μｍ未満であり、
上記出射犠牲カバー層の厚さが約３００μｍを超える、
実施形態２０に記載のワークピース。
【０１２４】
実施形態２２
上記出射穴直径が、円周Ｃを有する上記貫通孔の出射穴を画定し、
上記基板の上記レーザービーム出射表面が、当該出射穴の当該円周Ｃから広がる１つまたは複数のチャネルを有さない、
実施形態２０または２１に記載のワークピース。
【０１２５】
実施形態２３
上記基板がガラスである、実施形態２０〜２２のいずれか１つに記載のワークピース。
【符号の説明】
【０１２６】
１０  レーザー穿孔システム
１２  結合光学素子
２０  レーザービーム
１００  基板
１００Ａ  第一基板
１００Ｂ  第二基板
１００Ｃ  第三基板
１０１、１０１’  ワークピース
１１０  入射表面
１１２  出射表面
１１３、１１３’、１３５  穴
１１５、１１５’、１１５’’、１１５’’’  貫通孔
１１３Ａ  第一貫通孔
１１７  非貫通孔
１１７Ａ、１１７Ｂ  チャネル
１２０、１５０  中間結合材料層
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ  出射犠牲カバー層
１３２  接着表面
１４０  入射犠牲カバー層
１７０  エッチング溶液
１７５  超音波撹拌
１８０  スタック
【図１】
2018520003.tif 000003
【図２】
2018520003.tif 000004
【図３】
2018520003.tif 000005
【図４】
2018520003.tif 000006
【図５Ａ】
2018520003.tif 000007
【図５Ｂ】
2018520003.tif 000008
【図６】
2018520003.tif 000009
【図７】
2018520003.tif 000010
【図８】
2018520003.tif 000011
【国際調査報告】
2018520003.tif 000012
2018520003.tif 000013