(57)【要約】  いくつかの実施形態において、超音波槽は、コンテナ、コンテ内に配置された作業領域を有するエッチング溶液槽及び約０.３５より小さい作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成でエッチング溶液槽の周面に対して配置された複数の超音波トランスデューサを備える。
2017525155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波槽において、
コンテナ、
前記コンテナ内に配置された作業領域を有するエッチング溶液槽、及び
約０.３５より小さい前記作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成で前記エッチング溶液槽の周面に対して配置された複数の超音波トランスデューサ、
を備えることを特徴とする超音波槽。
【請求項２】
前記作業領域が中心を有する、
前記中心における相対超音波パワーが１である、及び
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.８の範囲にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波槽。
【請求項３】
前記エッチング溶液槽が、四辺形の断面、底面及び前記底面から垂直に延びる４つの面を有し、前記４つの面のそれぞれが２つの垂直辺及び２つの水平辺を有し、前記４つの面が２対の対向する面を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波槽。
【請求項４】
前記作業領域内の超音波パワーの前記標準偏差が約０.２５より小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波槽。
【請求項５】
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.６の範囲にあることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の超音波槽。
【請求項６】
ガラス基板をエッチングするための方法において、
超音波槽であって、
コンテナ、
前記コンテナ内に配置された作業領域を有する、エッチング溶液を入れているエッチング溶液槽、及び
約０.３５より小さい前記作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成で前記エッチング溶液槽の周面に対して配置された複数の超音波トランスデューサ、
を備える超音波槽内にガラス基板を置く工程、
前記ガラス基板をエッチング時間の間エッチングする工程、及び
前記エッチング時間の一部の間前記超音波トランスデューサによって前記ガラス基板に超音波エネルギーを印加する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記作業領域が中心を有する、
前記中心における相対超音波パワーが１である、及び
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.８の範囲にある、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記エッチング溶液槽が、四辺形の断面、底面及び前記底面から垂直に延びる４つの面を有し、前記４つの面のそれぞれが２つの垂直辺及び２つの水平辺を有し、前記４つの面が２対の対向する面を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記作業領域内の超音波パワーの前記標準偏差が約０.２５より小さいことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.６の範囲にあることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１４年７月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／０３０８３９号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依拠し、上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が参照として本明細書に含められる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は全般に一様ガラス基板エッチングを提供する超音波槽構成及びガラス基板を一様にエッチングするためにそのような超音波槽を用いるための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
インタポーザは、シリコンマイクロチップと有機基板の間で電気信号を転送するため、細密ピッチチップとその下の幅広ピッチ層の間で電気接続を扇開させるため、及び二次元または三次元のパッケージ封入アーキテクチャにおいて複数のシリコンチップを接続するために、用いることができる。ガラスは、シリコンチップの熱膨張係数（ＣＴＥ）に非常に近いＣＴＥを有することができ、電気絶縁体であって、高密度の薄膜電気配線の適用を可能にする非常に小さい表面粗さをもって作製でき、大寸品のハンドリングをファイバ強化ポリマーのような有機選択肢よりも容易にする高い弾性率（剛性）を有するから、そのようなタイプのインタポーザに対する魅力的な選択肢である。また、ガラスは、所要の寸法または表面品質を達成するための薄化または研磨のような後処理工程を必要としない、大寸の薄いシートで形成することができる。インタポーザとしてのガラスの使用にともなう問題は、所望の寸法、十分な品質及び所望の内部バイアプロファイルをもつバイアホールの形成である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ガラス基板にバイアホールを成功裏に形成する、レーザ損傷／エッチング法として知られる一方法はレーザを用いてガラス基板に小さなパイロットホールを形成し、次いでガラス基板をエッチングしてホールを所望の寸法まで拡大する。超音波エッチングは、超音波エネルギーがエッチング溶液を激しく揺動させてエッチング液をピンホールに流し込み、よって所望の寸法へのホールの拡大を促進及び向上させるから、ガラスのエッチングに対する一選択肢である。超音波エッチングにそれ自体の問題がないわけでなく、超音波槽の作業領域全体にわたって超音波パワーが一様でなければ、ガラス基板が一様にエッチングされることはない。実際、作業領域内には、ガラスに損傷を与え得る超音波エネルギーのホットスポット及びエッチングが十分ではないような超音波エネルギーのコールドスポットが存在し得る。本開示は超音波槽構成を説明し、より一様なガラス基板エッチングを得られる超音波トランスデューサの構成を詳述する。
【０００５】
いくつかの実施形態において、超音波槽は、コンテナ、コンテナ内に配置された作業領域を有するエッチング溶液槽及び約０.３５より小さい作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成でエッチング溶液槽の周面に対して配置された複数の超音波トランスデューサを備える。
【０００６】
いくつかの実施形態において、ガラスエッチングシステムは、ガラス基板、エッチング溶液供給源及び超音波槽を備える。超音波槽は、コンテナ、コンテナ内に配置されたエッチング溶液槽、ここでエッチング溶液槽はガラス基板をエッチングするための作業領域を有する、及び約０.３５より小さい作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成でエッチング溶液槽の周面に対して配された複数の超音波トランスデューサを備える。
【０００７】
いくつかの実施形態において、ガラス基板をエッチングするための方法は、超音波槽内にガラス基板を置く工程、エッチング時間の間ガラス基板をエッチングする工程及びエッチング時間の一部の間超音波トランスデューサによってガラス基板に超音波エネルギーを印加する工程を含む。超音波槽は、コンテナ、コンテナ内に配置された作業領域を有するエッチング溶液槽及び約０.３５より小さい作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成でエッチング溶液槽の周面に対して配された複数の超音波トランスデューサを備える。
【０００８】
いくつかの実施形態において、超音波槽の作業領域は中心を有し、中心における相対超音波パワーは１であり、作業領域内のそれぞれの点における相対超音波パワーは約０.８〜約１.８の範囲にある。
【０００９】
さらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、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及び特許請求の範囲を、また添付図面も、含む本明細書に説明されるように実施形態を実践することによって認められるであろう。
【００１０】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも例示に過ぎず、特許請求の範囲の本質及び特質の理解への概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面はさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は１つ以上の実施形態を示し、記述とともに様々な実施形態の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１はガラス基板を一様エッチングするための超音波槽を簡略に示す。
【図２】図２は非一様なエッチングが得られる超音波槽に対する第１の既知の超音波トランスデューサ構成を示す。
【図３】図３は非一様なエッチングが得られる超音波槽に対する第２の既知の超音波トランスデューサ構成を示す。
【図４】図４は非一様エッチングが得られる超音波槽に対する第３の既知の超音波トランスデューサ構成を示す。
【図５】図５は非一様エッチングが得られる超音波槽に対する第４の既知の超音波トランスデューサ構成を示す。
【図６】図６は一様エッチングが得られる超音波槽の超音波トランスデューサ構成に対する第１の実施形態例を示す。
【図７】図７は一様エッチングが得られる超音波槽の超音波トランスデューサ構成に対する第２の実施形態例を示す。
【図８】図８は一様エッチングが得られる超音波槽の超音波トランスデューサ構成に対する第３の実施形態例を示す。
【図９】図９は一様エッチングが得られる超音波槽の超音波トランスデューサ構成に対する第４の実施形態例を示す。
【図１０】図１０は一様エッチングが得られる超音波槽の超音波トランスデューサ構成に対する第５の実施形態例を示す。
【図１１】図１１は一様エッチングが得られる超音波槽の超音波トランスデューサ構成に対する第６の実施形態例を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、ブラインドバイアパイロットホールをもつガラス基板の断面を簡略に示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、エッチングされた後の図１２Ａのガラス基板の断面を簡略に示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、スルーバイアパイロットホールをもつガラス基板の断面を簡略に示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、エッチングされた後の図１３Ａのガラス基板の断面を簡略に示す。
【図１４】図１４は図２の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図１５】図１５は図３の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図１６】図１６は図４の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図１７】図１７は図５の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図１８】図１８は図６の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図１９】図１９は図７の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図２０】図２０は図８の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図２１】図２１は図９の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図２２】図２２は図１０の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【図２３】図２３は図１１の超音波トランスデューサ構成を有する超音波槽の作業領域に対する相対超音波パワー密度マップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
それらの例が添付図面に示されている現在好ましい実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、同じ参照数字が全図面を通して同じかまたは同様の要素を指して用いられる。
【００１３】
いくつかの実施形態において、ガラス基板の一様エッチングのための超音波エッチングシステムは、超音波エッチング槽、エッチングされるべきガラス基板の在庫及びエッチング溶液の供給源を備えることができる。図１は、外囲コンテナ１１０、水槽１２０、エッチング溶液槽１３０、サンプルホルダ１４０、超音波トランスデューサ１５０及び超音波発生器１６０を備えることができる、一例の超音波槽１００を簡略に示す。いくつかの実施形態において、エッチング溶液槽１３０は水槽１２０内に配置され、水槽１２０は外囲コンテナ１１０内に配置される。いくつかの実施形態において、水槽はない。超音波トランスデューサ１５０は、超音波エネルギーを水槽１２０内に入れられた水１２５に伝え、次いでエッチング溶液槽１３０内に入れられたエッチング溶液１３５に伝えて、最終的に、エッチング溶液槽１３０内のサンプルホルダ１４０によって支持された１枚以上のガラス基板１７０に伝えることができるように、外囲コンテナ１１０内に配置されて、水槽１２０とインターフェースすることができる。水槽がない実施形態において、超音波トランスデューサ１５０はエッチング溶液槽１３０と直接にインターフェースして、エッチング溶液１３５に超音波エネルギーを伝える。図１における超音波トランスデューサ１５０の（水槽の底面及び側面上の）配置は例示に過ぎない。以下でさらに詳細に説明されるように、超音波トランスデューサ１５０は、エッチング溶液槽１３０の側面上及び／またはエッチング溶液槽１３０の底面上のような、エッチング溶液槽１３０に対していかなる位置及び方位にも配置され得ることは理解されるはずである。エッチング溶液槽１３０内でエッチング溶液１３５によりエッチングされている間ガラス基板１７０に印加される超音波エネルギーは、以下でさらに詳細に説明されるように、ガラス基板１７０のエッチングを促進し、望ましい特性をもつバイアの形成を容易にする。
【００１４】
外囲コンテナ１１０は、超音波エッチング槽のための外殻とすることができ、Ａｌｌｏｙ ４００及びＡｌｌｏｙ Ｃ−２７６（NiDI Technical Series No 10 074）のような、耐高周波金属合金を含む、ただしこれらには限定されない、超音波トランスデューサ１５０によって発生される超音波エネルギーを伝えない材料で作製することができる。
【００１５】
水槽１２０は超音波トランスデューサ１５０からの超音波エネルギーを水１２５に伝える、ステンレス鋼３０４を含むがこれには限定されない、材料で形成することができる。水１２５は超音波トランスデューサ１５０でつくられた超音波エネルギーがエッチング溶液槽１３０内に浸漬されたガラス基板１７０に伝達されることを確実に保証するに十分なレベルまで満たされ得る。いくつかの実施形態において、水１２５は、表面張力を減じるために数ｍｍの洗剤を含むことができる、脱イオン水である。しかし、別の実施形態において、水１２５が脱イオン水以外のタイプの水であり得ること及び／または洗剤を含まないことがあり得ることは理解されるはずである。さらに、超音波トランスデューサ１５０からの超音波エネルギーをエッチング溶液槽１３０内のエッチング溶液１３５に伝達するために水以外の液体が用いられ得ることが理解されるはずである。超音波トランスデューサ１５０がエッチング溶液槽１３０内のエッチング溶液１３５を直接に激しく揺動させる実施形態におけるように、いくつかの実施形態は水槽１２０を備えないことがあり得る。
【００１６】
エッチング溶液槽１３０は、ポリプロピレンまたは高密度ポリエチレンのような、プラスチックのような耐酸性材料で形成することができる。エッチング溶液槽１３０は、エッチング溶液供給源から供給され、超音波トランスデューサ１５０でつくられた超音波エネルギーが満たされた、ガラス基板１７０に伝達されることを確実に保証するに十分なレベルまで満たされた、エッチング溶液１３５を含む。いくつかの実施形態において、エッチング溶液１３５は、脱イオン水、主酸及び副酸を含む、水溶液である。主酸はフッ酸とすることができ、副酸は硝酸、塩酸または硫酸とすることができる。いくつかの実施形態において、エッチング溶液１３５はフッ酸以外の主酸及び／または硝酸、塩酸または硫酸以外の副酸を含むことができる。さらに、いくつかの実施形態において、エッチング溶液１３５は主酸だけを含むことができる。いくつかの実施形態において、エッチング溶液１３５は、体積で２０％の主酸（例えばフッ酸）、体積で１０％の副酸（例えば硝酸）及び体積で７０％の脱イオン水を含むことができる。別の実施形態において、エッチング溶液１３５は主酸、副酸及び脱イオン水を別の比率で含むことができる。いくつかの実施形態において、エッチング溶液１３５は、５〜１０ｍＬの市販界面活性剤のような、界面活性剤を含むことができる。
【００１７】
超音波発生器１６０は電気ケーブル１８０を介して超音波トランスデューサ１５０に電気的に接続される。超音波発生器１６０は超音波トランスデューサ１５０に１つ以上の周波数で超音波エネルギーを生じさせる。超音波トランスデューサ１５０は、様々な周波数で超音波エネルギーを発生することができる。いくつかの実施形態において、超音波エネルギーは４０ｋＨｚと１９２ｋＨｚの間の周波数を有する。いくつかの実施形態において、超音波エネルギーは８０ｋＨｚと１３２ｋＨｚの間の周波数を有する。
【００１８】
上で論じたように、超音波パワー分布はエッチング溶液槽１３０内のエッチング溶液１３５に全体にわたって必ずしも一様ではない−「ホットスポット」（超音波エネルギーが平均より高く、ガラスの損傷またはエッチングが他の領域より速やかにおこり得る領域）及び「コールドスポット」（超音波エネルギーが平均より低く、ガラスの損傷またはエッチングが他の領域より緩やかにおこり得る領域）がある。ホットスポット及びコールドスポットの存在は、ガラス基板１７０の非一様エッチングを生じさせるから、望ましくない。エッチング溶液槽１３０内のホットスポットに対応するガラス基板１７０の領域は損傷される（例えば、空洞、クラック及び／または斑紋が生じる形成）ことになり得るし、一方、エッチング溶液槽１３０内のコールドスポットに対応するガラス基板１７０の領域ではエッチングが不十分になり得る。ガラス基板１７０の一様エッチングはエッチング溶液槽１３０の周面に対する超音波トランスデューサ１５０の適切な配置によって達成することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、ガラス基板１７０の一様エッチングは、約０.３５より小さい、約０.３より小さいまたは約０.２５より小さい、エッチング溶液槽１３０の作業領域における超音波エネルギーの標準偏差を与える構成で超音波トランスデューサ１５０が配置されたときに、達成することができる。本明細書に定義されるエッチング溶液槽の作業領域はエッチング溶液槽の縦断面の周辺から内側に１０％だけ隔てられた仮想の境界によって形成された内部領域である。例えば、エッチング溶液槽が正方形の断面を有していれば、作業領域はエッチング溶液槽の幅及び高さの分率０.１０及び０.９０で定められるであろう。正方形の断面は例示に過ぎず、エッチング溶液槽の縦断面は、長方形、台形、六角形及び八角形を含む、ただしこれらには限定されない、他の形状であり得ることは当然である。
【００２０】
作業領域内の超音波パワーの標準偏差は、作業領域内の一連の等距離データ点における超音波パワーを測定し、次いで公式：
【００２１】
【数１】
2017525155.tif 000003
【００２２】
を用いて標準偏差を決定することによって決定することができる。ここで、
【００２３】
【数２】
2017525155.tif 000004
【００２４】
であって、
σ＝標準偏差、
Ｎ＝データ点の数、
Ｘｉ＝個々のデータ点、及び
μ＝個々のデータ点の平均、
である。
【００２５】
いくつかの実施形態において、上記の標準偏差範囲リストと組み合せて、または上記リストとは独立に、ガラス基板１７０の一様エッチングは、約０.８〜約１.８、約０.８〜約１.７、約０.８〜約１.６、約０.９〜約１.８、約０.９〜約１.７、約０.９〜約１.６、約１〜約１.８、約１〜約１.７、約１〜約１.６の範囲にある、エッチング溶液槽１３０の作業領域内のそれぞれの点に対する相対超音波パワーを与える構成で超音波トランスデューサ１５０が配置されたときに達成され得る。
【００２６】
超音波パワーは、超音波パワーが「１/ｄ２」降下にしたがって減少するという原理に基づいてモデル化することができる、ここでｄは超音波トランスデューサからの距離である。構成が２つ以上の超音波トランスデューサを含んでいれば、それぞれのトランスデューサのパワーにおけるいかなる差も考慮して、それぞれのトランスデューサからのパワーを加え合わせることができる。作業領域内のそれぞれの点に対する相対超音波パワーはそれぞれの点における超音波パワーを作業領域の中心における超音波パワーで割ることによって決定することができる。この結果、作業領域の中心における相対超音波パワーは１である。
【００２７】
図２〜１１は様々な超音波トランスデューサ構成をもつエッチング溶液槽１３０の縦断面図を示す。図２〜１１において、エッチング溶液槽１３０は四辺形であって、底面及び底面から垂直に延びる４つの側面があり、４つの側面のそれぞれは２つの垂直な辺及び２つの水平な辺を有し、４つの側面は２対の対向する面を含む。図２〜１１の縦断面図はエッチング溶液槽１３０の底面１３２及び１対の対向する側面１３４、１３６を示す。超音波トランスデューサ１５０は、エッチング溶液槽１３０の面１３２、１３４または１３６の長さまたは幅に沿って延びるように配置される、線型トランスデューサアレイとすることができる。図２〜５は以下の実施例において論じられるように非一様エッチングをもたらす既知の超音波トランスデューサ構成の例であり、図６〜１１は以下の実施例で論じられるようにガラス基板１７０の一様エッチングをもたらすと期待される構成の例である。図２は単一超音波トランスデューサ１５０が底面１３２のほぼ中心幅において底面１３２の長さに沿って延びている構成を示す。図３は超音波トランスデューサが底面１３２の幅に沿って連続的に間隔をおいて配されて底面１３２の長さに沿って延びている構成を示す。図４は超音波トランスデューサ１５０が底面コーナーの長さに沿って延びている構成を示す。図５はそれぞれの側面１３４、１３６が側面１３４、１３６のほぼ中心高においてその長さに沿って延びている超音波トランスデューサ１５０を有する構成を示す。図６は超音波トランスデューサ１５０が底面の２つのコーナー及び上部の２つのコーナーの長さに沿って（すなわち、側面１３４、１３６の水平辺の長さに沿って）延びている構成を示す。図７は超音波トランスデューサ１５０が、側面１３４、１３６の高さに沿って連続的に間隔をおいて配されて側面１３４、１３６の長さに沿って延びていて、さらに底面１３２の幅に沿って連続的に間隔をおいて配されて底面１３２の長さに沿って延びている構成を示す。図８は超音波トランスデューサ１５０が、側面１３４、１３６の高さの上側８０％に沿って連続的に間隔をおいて配置されて側面１３４、１３６の長さに沿って延びていて、さらに底面１３２の幅の中間６０％に沿って連続的に間隔をおいて配置されて底面１３２の長さに沿って延びている構成を示す。図９は超音波トランスデューサ１５０が、側面１３４、１３６の高さの上側７０％に沿って連続的に間隔をおいて配置されて側面１３４、１３６の長さに沿って延びていて、さらに底面１３２の幅の中間４０％に沿って連続的に間隔をおいて配されて底面１３２の長さに沿って延びている構成を示す。図１０は超音波トランスデューサ１５０が側面１３４、１３６の高さに沿って連続的に間隔をおいて配置されて側面１３４、１３６の長さに沿って延びている構成を示す。図１１は超音波トランスデューサ１５０が、それぞれの側面１３４、１３６の高さの上側４０％に沿って連続的に間隔をおいて配されて側面１３４、１３６の長さに沿って延び、それぞれの側面１３４、１３６の高さの下側２０％に沿って連続的に間隔をおいて配されて側面１３４、１３６の長さに沿って延び、底面１３２の幅の左側２０％に沿って連続的に間隔をおいて配されて底面１３２の長さに沿って延び、底面１３２の幅の右側２０％に沿って連続的に間隔をおいて配されて底面１３２の長さに沿って延びている構成を示す。
【００２８】
いくつかの実施形態において、エッチング溶液槽１３０の縦断面は１：１の幅対高さアスペクト比を有する。しかし、いくつかの実施形態において、２：１、１.５：１、１：１.５または１：２を含む、ただしこれらには限定されない、別のアスペクト比が用いられ得る。超音波トランスデューサ１５０の与えられた構成が異なるアスペクト比に対してガラス基板１７０の一様エッチングをもたらすであろうか否かを決定するため、全標準偏差を計算することができる。全標準偏差は、１：１、１.５：１、１：２、１：１.５及び２：１のアスペクト比に対する標準偏差の標準偏差をとることで計算することができる。すなわち、いくつかの実施形態において、ガラス基板１７０の一様エッチングは、約０.０８より小さい、約０.０７より小さい、または約０.０６より小さい、約０.０５より小さい、または約０.０４より小さい、エッチング溶液槽１３０の作業領域における超音波パワーの全標準偏差を与える構成で超音波トランスデューサ１５０を配置したときに達成することができる。いくつかの実施形態において、超音波トランスデューサ構成は上に挙げた相対超音波パワー、標準偏差及び全標準偏差に対する範囲のいかなる組合せももたらす。
【００２９】
上で論じたように、システムは超音波槽１００内でエッチングされるべきガラス基板の在庫を備えることができる。ガラス基板は、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス及びソーダ石灰ガラスを含む、ただしこれらには限定されない、様々なガラス組成から形成され得る。さらに、ガラス基板は（例えば、イオン交換プロセスによる）強化ガラスとするか、あるいは無強化ガラスとすることができる。ガラス基板の例には、コーニング(Corning)ＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）ガラス及び、化学強化されているかまたは無強化の、コーニングＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスを含めることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態において、エッチングプロセス後、ガラス基板は１つ以上のスルーバイアまたはブラインドバイアを有することができる。本明細書に用いられるように、術語「スルーバイア」は、ガラス基板の全厚を完全に貫通する、ガラス基板の孔を意味する。本明細書に用いられるように、術語「ブラインドバイア」は、ガラス基板の表面からガラス基板の一部を通ってある深さまで延びるがガラス基板の厚さを貫通はしない、ガラス基板の開口を意味する。いくつかの実施形態において、在庫内のガラス基板の１枚以上は、エッチングプロセス中にブラインドバイアまたはスルーバイアに転換される、１つ以上のパイロットホールを有する。いくつかの実施形態において、パイロットホールはレーザにより、レーザアブレーション、トレパニング、衝撃式穿孔、等のような、ただしこれらには限定されない、レーザ穿孔法を用いて形成される。いくつかの実施形態において、レーザ源は、３５５ｎｍの波長を有するパルス光ビームを発する（Ｎｄ：ＹＡＧレーザのような）固体紫外レーザとすることができる。しかし、別の実施形態において、別の波長を有するレーザ源がガラス基板１７０をレーザ穿孔するために用いられ得ることは理解されるはずである。ガラス基板１７０にピンホールを形成するためのプロセス及びシステムの別の例は、米国特許出願公開第２０１３／０２４７６１５号並びに、米国特許出願公開第２０１５／０１６６３９５号として公開された米国特許出願第１４／５３５７５４号及び米国特許出願公開第２０１５／０１６６３９６号として公開された米国特許出願第１４／５３５８００号がその恩典を主張する、米国仮特許出願第６１／９１７１７９号のそれぞれの明細書に説明されている。それぞれの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【００３１】
超音波促進エッチングによりガラス基板にブラインドバイアを形成するための方法をここで図１２Ａ〜１２Ｂを参照して説明する。先ず図１２Ａを参照すれば、ガラス基板在庫からとられたガラス基板１７０をエッチング溶液槽１３０内に置いてエッチング溶液１３５内に浸漬することができる。ガラス基板１７０は、ガラス基板１７０の厚さの一部を通してレーザ穿孔された、ブラインドバイア１２１０のためのパイロットホールを有することができる。パイロットホールは入射面１７２の入射開口１２１１からガラス基板１７０を通ってガラス基板１７０に延び込む。ブラインドバイア１２１０のためのパイロットホールはガラス基板１７０の厚さを貫通しない。
【００３２】
ガラス基板１７０がエッチングされている間、超音波エネルギーが超音波トランスデューサ１５０によって印加される。ガラス基板１７０は、図１２Ｂに示されるように、ブラインドバイア１２１０の入射開口１２１１の直径を大きくするため及びブラインドバイア１２１０の深さ全体にわたって直径を大きくするため、エッチング時間の間エッチング溶液によってエッチングされる。
【００３３】
超音波促進エッチングによりガラス基板にスルーバイアを形成するための方法をここで図１３Ａ〜１３Ｂを参照して説明する。先ず図１３Ａを参照すれば、ガラス基板在庫からとられたガラス基板１７０をエッチング溶液槽１３０内に置いてエッチング溶液１３５内に浸漬することができる。ガラス基板１７０は、ガラス基板１７０の厚さの一部を通してレーザ穿孔された、スルーバイア１３１０のためのパイロットホールを有することができる。パイロットホールはガラス基板１７０を、入射面１７２の入射開口１３１１からガラス基板１７０の厚さを通して出射面１７４の出射開口１３１２まで、貫通する。入射開口１３１１の直径は、出射開口１３１２の直径よりも大きくて差し支えない。
【００３４】
ガラス基板１７０がエッチングされている間、超音波エネルギーが超音波トランスデューサ１５０によって印加される。ガラス基板１７０は、図１３Ｂに示されるように、スルーバイア１３１０の入射開口１３１１の直径を大きくするため及びスルーバイア１３１０の深さ全体にわたって直径を大きくするため、エッチング時間の間エッチング溶液によってエッチングされる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、図１２Ａ〜１２Ｂ及び図１３Ａ〜１３Ｂを参照して上述した、エッチング時間の少なくとも一部の間ガラス基板１７０に印加される超音波エネルギーは、４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚまたは８０ｋＨｚ〜１３２ｋＨｚの範囲の周波数を有する。エッチング中の４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚまたは８０ｋＨｚ〜１３２ｋＨｚの範囲の超音波周波数の印加はパイロットホールの壁からのガラスのエッチング及び溶解を容易にし、よってブラインドバイア１２１０の入射開口１２１１の直径の所望の直径までの拡大及び／または入射開口１３１１及び出射開口１３１２の所望の直径までの拡大を容易にする。４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚまたは８０ｋＨｚ〜１３２ｋＨｚの範囲の超音波周波数は、より低い周波数の超音波エネルギーにおいておこり得る、ガラス基板の表面損傷を最小限に抑えることができる。さらに、４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚまたは８０ｋＨｚ〜１３２ｋＨｚの範囲の超音波周波数は、許容できる、比較的一定なエッチング速度でのバイアの有効なエッチングを可能にし得る。８０ｋＨｚ〜１３２ｋＨｚの範囲は表面損傷を防ぐに十分に高いが、有効なエッチングを確実に保証するに十分に低いから、この範囲はより広い４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚの範囲より好ましくなり得る。しかし、別の実施形態において、超音波周波数範囲を４０ｋＨｚ〜１９２ｋＨｚまたは８０ｋＨｚ〜１３２ｋＨｚ以外とし得ることは理解されるはずである。ガラス基板の超音波エッチングのためのプロセスの別の例は、米国特許出願公開第２０１５／００６０４０２号として公開された米国特許出願第１４／４６４８５１号がその恩典を主張する米国仮特許出願第６１／８７１４４０号並びに、米国特許出願公開第２０１５／０１６６３９５号として公開された米国特許出願第１４／５３５７５４号及び米国特許出願公開第２０１５／０１６６３９６号として公開された米国特許出願第１４／５３５８００号がその恩典を主張する米国仮特許出願第６１／９１７１７９号のそれぞれの明細書に説明されている。それぞれの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【実施例】
【００３６】
様々な実施形態は以下の実施例によってさらに明瞭に説明される。
【００３７】
上で論じたように、既知の超音波トランスデューサ構成にはホットスポット及びコールドスポットがあり、この結果、ガラス基板の不等エッチングがおこる。超音波槽の作業領域全体にわたる相対超音波パワー密度の変動の結果、ホットスポット及びコールドスポットが生じると考えられる。超音波パワー密度マップを決定するため、エッチング溶液槽の周面に対する超音波トランスデューサのための１０種の構成（構成１〜１０）をモデル化した。構成１〜１０はそれぞれ図２〜１１に対応し、図２〜５は既知の超音波構成を表す。構成１〜１０に対する超音波パワー密度はそれぞれ図１４〜２３に示される。図１４〜２３のモデルは幅対高さアスペクト比が１：１の作業領域に基づいている。超音波パワーは、超音波パワーが「１/ｄ２」降下にしたがって減衰するという原理に基づいて計算した。ここで、ｄは超音波トランスデューサからの距離である。槽構成が２つ以上の超音波トランスデューサを含んでいる場合、それぞれのトランスデューサのパワーは等しいという仮定に基づいて、それぞれのトランスデューサからのパワーを一次結合した。それぞれの構成が作業領域の中心において等しいパワーを有するように、槽内の総パワーを作業領域の中心におけるパワーに対して規格化した。下の表１に１：１アスペクト比モデルに基づくそれぞれの構成に対する相対超音波パワー範囲及び１：１アスペクト比モデルに基づく作業領域内の超音波パワーに対する標準偏差を挙げてある。表１には、１：１、１：１.５、１：２、１.５：１及び２：１のアスペクト比に対する標準偏差の標準偏差の計算に基づくそれぞれの構成に対する全標準偏差も挙げてある。
【００３８】
【表１】
2017525155.tif 000005
【００３９】
表１からわかるように、既知の構成１〜４はより大きな相対パワー密度範囲、標準偏差及び全標準偏差を有し、ガラス基板の非一様エッチングを生じさせる。逆に、構成５〜１０は、これらが、一様エッチングが可能な超音波槽に対するパラメータ、すなわち、約０.８〜約１.８のパワー密度範囲、約０.３５より小さい標準偏差及び／または約０.０８より小さい全標準偏差内に入るから、一様エッチングをもたらすと期待される。実験的に、エッチング槽１３０の作業領域の大半を占有する大寸パーツ上のスルーバイア及びブラインドバイアをエッチングするため、（図３に示される）構成２を用いた。発明者等は、パワー密度が約１.８をこえる領域における過剰な超音波パワーに整合するバイア内の損傷を認めた。発明者等は、パワー密度が０.８より低い領域における不十分な超音波パワーに整合するバイアプロファイルの欠陥も認めた。
【００４０】
当業者には本発明の精神または範囲を逸脱することなく様々な改変及び変形がなされ得ることが明らかであろう。
【００４１】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４２】
実施形態１  
超音波槽において、
コンテナ、
前記コンテナ内に配置された作業領域を有するエッチング溶液槽、及び
約０.３５より小さい前記作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成で前記エッチング溶液槽の周面に対して配置された複数の超音波トランスデューサ、
を備える超音波槽。
【００４３】
実施形態２  
前記作業領域が中心を有する、
前記中心における相対超音波パワーが１である、及び
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.８の範囲にある、
実施形態１に記載の超音波槽。
【００４４】
実施形態３  
前記複数の超音波トランスデューサの内の１つが線型超音波トランスデューサアレイを含む、実施形態１に記載の超音波槽。
【００４５】
実施形態４  
前記エッチング溶液槽が、四辺形の断面、底面及び前記底面から垂直に延びる４つの面を有し、前記４つの面のそれぞれが２つの垂直辺及び２つの水平辺を有し、前記４つの面が２対の対向する面を含む、実施形態１に記載の超音波槽。
【００４６】
実施形態５  
前記複数の超音波トランスデューサの内の１つが前記対向する面の対の内の１つの前記水平辺に沿って延びる、実施形態４に記載の超音波槽。
【００４７】
実施形態６  
前記複数の超音波トランスデューサが前記対向する面の対の内の１つを横切って延びるように連続的に配置された、実施形態５に記載の超音波槽。
【００４８】
実施形態７  
前記複数の超音波トランスデューサが前記底面を横切って延びるように連続的に配置された、実施形態６に記載の超音波槽。
【００４９】
実施形態８  
前記複数の超音波トランスデューサが、前記対向する面の対の内の１つの上部を横切って延びるように、及び前記底面の中間部を横切って延びるように、連続的に配置された、実施形態４に記載の超音波槽。
【００５０】
実施形態９  
水槽をさらに備え、前記エッチング溶液槽が前記水槽内に配置され、前記水槽が前記コンテナ内に配置された、実施形態１に記載の超音波槽。
【００５１】
実施形態１０  
前記作業領域内の超音波パワーの前記標準偏差が約０.２５より小さい、実施形態１に記載の超音波槽。
【００５２】
実施形態１１  
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.６の範囲にある、実施形態２に記載の超音波槽。
【００５３】
実施形態１２  
ガラスエッチングシステムにおいて、
ガラス基板、及び
超音波槽、
を備え、前記超音波槽が、
コンテナ、
前記コンテナ内に配置されたエッチング溶液槽、前記エッチング溶液槽は前記ガラス基板をエッチングするための作業領域を有する、及び
約０.３５より小さい前記作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成で前記エッチング溶液槽の周面に対して配置された複数の超音波トランスデューサ、
を備える、
ガラスエッチングシステム。
【００５４】
実施形態１３  
前記作業領域が中心を有する、
前記中心における相対超音波パワーが１である、及び
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.８の範囲にある、
実施形態１２に記載のガラスエッチングシステム。
【００５５】
実施形態１４  
前記ガラス基板が少なくとも１つのピンホールを有する、実施形態１２に記載のガラスエッチングシステム。
【００５６】
実施形態１５  
前記エッチング溶液槽が、四辺形の断面、底面及び前記底面から垂直に延びる４つの面を有し、前記４つの面のそれぞれが２つの垂直辺及び２つの水平辺を有し、前記４つの面が２対の対向する面を含む、実施形態１２に記載のガラスエッチングシステム。
【００５７】
実施形態１６  
前記複数の超音波トランスデューサの内の１つが前記対向する面の対の内の１つの前記水平辺に沿って延びる、実施形態１５に記載のガラスエッチングシステム。
【００５８】
実施形態１７  
前記複数の超音波トランスデューサが前記対向する面の対の内の１つを横切って延びるように連続的に配置された、実施形態１６に記載のガラスエッチングシステム。
【００５９】
実施形態１８  
前記複数の超音波トランスデューサが前記底面を横切って延びるように連続的に配置された、実施形態１７に記載のガラスエッチングシステム。
【００６０】
実施形態１９  
前記複数の超音波トランスデューサが、前記対向する面の対の内の１つの上部を横切って延びるように、及び前記底面の中間部を横切って延びるように、連続的に配置された、実施形態１５に記載のガラスエッチングシステム。
【００６１】
実施形態２０  
水槽をさらに備え、前記エッチング溶液槽が前記水槽内に配置され、前記水槽が前記コンテナ内に配置された、実施形態１２に記載のガラスエッチングシステム。
【００６２】
実施形態２１  
前記作業領域内の超音波パワーの前記標準偏差が約０.２５より小さい、実施形態１２に記載のガラスエッチングシステム。
【００６３】
実施形態２２  
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.６の範囲にある、実施形態１３に記載のガラスエッチングシステム。
【００６４】
実施形態２３  
ガラス基板をエッチングするための方法において、
超音波槽であって、
コンテナ、
前記コンテナ内に配置された作業領域を有する、エッチング溶液を入れているエッチング溶液槽、及び
約０.３５より小さい前記作業領域内の超音波パワーの標準偏差を与える構成で前記エッチング溶液槽の周面に対して配置された複数の超音波トランスデューサ、
を備える超音波槽内にガラス基板を置く工程、
前記ガラス基板をエッチング時間の間エッチングする工程、及び
前記エッチング時間の一部の間前記超音波トランスデューサによって前記ガラス基板に超音波エネルギーを印加する工程、
を含む、方法。
【００６５】
実施形態２４  
前記作業領域が中心を有する、
前記中心における相対超音波パワーが１である、及び
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.８の範囲にある、
実施形態２３に記載の方法。
【００６６】
実施形態２５  
前記ガラス基板をエッチングする工程が前記ガラス基板にバイアを形成する工程を含む、実施形態２３に記載の方法。
【００６７】
実施形態２６  
前記バイアがスルーバイアである、実施形態２５に記載の方法。
【００６８】
実施形態２７  
前記バイアがブラインドバイアである、実施形態２５に記載の方法。
【００６９】
実施形態２８  
前記超音波エネルギーが４０ｋＨｚと１９２ｋＨｚの間の周波数を有する、実施形態２３に記載の方法。
【００７０】
実施形態２９  
前記エッチング溶液槽が、四辺形の断面、底面及び前記底面から垂直に延びる４つの面を有し、前記４つの面のそれぞれが２つの垂直辺及び２つの水平辺を有し、前記４つの面が２対の対向する面を含む、実施形態２３に記載の方法。
【００７１】
実施形態３０  
前記複数の超音波トランスデューサの内の１つが前記対向する面の対の内の１つの前記水平辺に沿って延びる、実施形態２９に記載の方法。
【００７２】
実施形態３１  
前記複数の超音波トランスデューサが前記対向する面の対の内の１つを横切って延びるように連続的に配置された、実施形態３０に記載の方法。
【００７３】
実施形態３２  
前記複数の超音波トランスデューサが前記底面を横切って延びるように連続的に配置された、実施形態３１に記載の方法。
【００７４】
実施形態３３  
前記複数の超音波トランスデューサが、前記対向する面の対の内の１つの上部を横切って延びるように、及び前記底面の中間部を横切って延びるように、連続的に配置された、実施形態２９に記載の方法。
【００７５】
実施形態３４  
前記超音波槽が水槽をさらに備え、前記エッチング溶液槽が前記水槽内に配置され、前記水槽が前記コンテナ内に配置された、実施形態２３に記載の方法。
【００７６】
実施形態３５  
前記作業領域内の超音波パワーの前記標準偏差が約０.２５より小さい、実施形態２３に記載の方法。
【００７７】
実施形態３６  
前記作業領域内のそれぞれの点における前記相対超音波パワーが約０.８〜約１.６の範囲にある、実施形態２４に記載の方法。
【符号の説明】
【００７８】
１００    超音波槽
１１０    外囲コンテナ
１２０    水槽
１２５    水
１３０    エッチング溶液槽
１３２    エッチング溶液槽の底面
１３４，１３６    エッチング溶液槽の側面
１３５    エッチング溶液
１４０    サンプルホルダ
１５０    超音波トランスデューサ
１６０    超音波発生器
１７０    ガラス基板
１７２    入射面
１７４    出射面
１８０    電気ケーブル
１２１０    ブラインドバイア
１２１１，１３１１    入射開口
１３１０    スルーバイア
１３１２    出射開口
【図１】
2017525155.tif 000006
【図２】
2017525155.tif 000007
【図３】
2017525155.tif 000008
【図４】
2017525155.tif 000009
【図５】
2017525155.tif 000010
【図６】
2017525155.tif 000011
【図７】
2017525155.tif 000012
【図８】
2017525155.tif 000013
【図９】
2017525155.tif 000014
【図１０】
2017525155.tif 000015
【図１１】
2017525155.tif 000016
【図１２Ａ】
2017525155.tif 000017
【図１２Ｂ】
2017525155.tif 000018
【図１３Ａ】
2017525155.tif 000019
【図１３Ｂ】
2017525155.tif 000020
【図１４】
2017525155.tif 000021
【図１５】
2017525155.tif 000022
【図１６】
2017525155.tif 000023
【図１７】
2017525155.tif 000024
【図１８】
2017525155.tif 000025
【図１９】
2017525155.tif 000026
【図２０】
2017525155.tif 000027
【図２１】
2017525155.tif 000028
【図２２】
2017525155.tif 000029
【図２３】
2017525155.tif 000030
【国際調査報告】
2017525155.tif 000031
2017525155.tif 000032
2017525155.tif 000033