(57)【要約】  胴部が狭いビアを備えたシリカ含有基板、および関連するデバイスおよび方法が開示されている。１つの実施の形態において、物品は、シリカ含有基板であって、８５モル％以上のシリカ、第一面、その第一面と反対の第２面、およびその第一面から第二面に向かってシリカ含有基板を通って延在するビアを含むシリカ含有基板を備える。そのビアは、第一面で１００μｍ以下の第１の直径、第二面で１００μｍ以下の第２の直径、および第一面と第二面の間のビア胴部を有する。そのビア胴部は、胴部の直径であって、その胴部の直径と、第１の直径および第２の直径の各々との間の比が７５％以下であるように第１の直径および第２の直径より小さい胴部の直径を有する。
2020521332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ、第一面、および該第一面と反対の第２面を含む基板を加工する方法において、
レーザビームを使用して、前記第一面から前記第二面まで前記基板を通る損傷軌跡を形成する工程であって、該損傷軌跡が、
前記第一面に近接した第１の高度に変更されたセグメント、
前記第二面に近接した第２の高度に変更されたセグメント、および
該第１の高度に変更されたセグメントと該第２の高度に変更されたセグメントの間に配置された最小に変更されたセグメント、
を含むように、該損傷軌跡に沿った該基板の変更のレベルは、該第一面から始まり該基板の中身に向かう第１の方向に減少し、該基板の変更のレベルは、該第二面から始まり該基板の中身に向かう第２の方向に減少する、工程、および
エッチング液を使用して、前記基板をエッチングして、前記第一面での第１の直径、前記第二面での第２の直径、および該第一面と該第二面の間の胴部の直径を有するビア胴部を有するビアを形成する工程であって、該胴部の直径は、該第１の直径より小さく、該第２の直径より小さい、工程、
を有してなる方法。
【請求項２】
前記基板が少なくとも７５モル％のシリカを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該二面の他方よりも近く位置している、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ビアが、縦軸、内壁、前記第一面と前記ビア胴部との間に位置する第１のテーパー領域、および前記第二面と該ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域を含み、
前記第１のテーパー領域が、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有し、
前記第２のテーパー領域が、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する、請求項１から３いずれ１項記載の方法。
【請求項５】
前記レーザビームが、
前記損傷軌跡が、前記最小に変更されたセグメントと前記第２の高度に変更されたセグメントとの間に位置する追加の最小に変更されたセグメントを含み、
前記追加の最小に変更されたセグメントの変更のレベルが、前記第１の高度に変更されたセグメントおよび前記第２の高度に変更されたセグメントの変更のレベルよりも小さい、ように作動される、請求項１から４いずれ１項記載の方法。
【請求項６】
前記ビアが、
縦軸、
内壁、
前記第一面に近接して位置する第１のテーパー領域であって、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有する第１のテーパー領域、
前記第１のテーパー領域と前記ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域であって、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する第２のテーパー領域、
前記ビア胴部に隣接する第３のテーパー領域であって、該第３のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第３の角度を有する第３のテーパー領域、および
前記第３のテーパー領域と前記第二面との間に位置する第４のテーパー領域であって、該第４のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第４の角度を有する第４のテーパー領域、
を含み、
前記第２の角度および前記第３の角度の各々が、前記第１の角度および前記第４の角度より小さい、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記レーザビームが、前記基板の中身を通って位置決めされたレーザビーム焦線に集束されるパルスレーザビームを含み、
前記レーザビーム集線が、前記基板内に多光子誘発吸収を生じ、該多光子誘発吸収が、該レーザビーム集線に沿って該基板内に材料の変更を生じ、それによって、前記損傷軌跡が形成される、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記レーザビーム集線の最大強度が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該二面の他方よりも近く位置している、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記レーザビームを使用して、前記損傷軌跡を形成しながら、前記第一面および第二面の１つ以上の温度を調節する工程をさらに含む、請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザビーム集線が、該レーザビーム集線の中心領域よりも、該レーザビーム集線の第１の端部および該レーザビーム集線の第２の端部で大きい強度を有するように、前記レーザビームを作動させる工程をさらに含む、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、２０１７年５月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／５１０９５７号、および２０１７年１１月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／５８８６１５号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものであり、その両方の内容が依拠され、ここに全て引用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、広く、ビアを備えたシリカ含有基板に関する。具体的には、本開示は、軸方向に可変の側壁テーパーを有するビアを備えた、少なくとも７５モル％のシリカを含むシリカ含有基板、ビアを備えたシリカ含有基板を組み込んだ電子デバイス、およびシリカ含有基板内に、軸方向に可変の側壁テーパーを有するビアを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
シリコンなどの基板が、電気部品（例えば、プリント基板、集積回路など）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が、電気信号をインターポーザの両側の間に通過させるためのインターポーザを通る通路を提供する。ガラス基板は、低い熱膨張係数（ＣＴＥ）による優れた熱的寸法安定性、並びに高周波電気性能での非常に良好な低電気損失、および厚さと大きいパネルサイズで形成される可能性を有するので、電気信号伝送にとって極めて好都合の魅力的な材料である。具体的には、溶融シリカなどの高シリカ含有量の基板は、溶融シリカのＣＴＥが極めて低い（約０．５ｐｐｍ／℃）ことがあり得、誘電正接が、多くの場合、かなりの割合の非シリカ材料を含有するガラスにおけるよりもさらに低くあり得るので、汎用ガラスよりも、より一層魅了的である。しかしながら、高シリカ含有量の基板における、貫通ビアの形成および金属化は、重要な課題を提示する。
【０００４】
ビアは、導電性材料（例えば、銅）がそのビアの側壁に堆積され、ビアが密封されるまで連続的に積み重なる電気メッキ過程によって充填されることがある。ビアを電気メッキするには、導電性材料を最初に堆積させるための金属「橋」を提供する狭い胴部を有する砂時計の形状が必要である。その導電性材料は、ビアが充填されるまで、この橋の両側に連続的に堆積される。
【０００５】
電子デバイスのガラス製インターポーザ内に電気的接続を与えることにつながる小径ビアは、レーザ損傷・エッチング過程によって形成されることがある。この過程において、最初に、損傷軌跡が、レーザを使用して、その損傷軌跡に沿ってガラス材料を変更することによって、ガラス基板に形成される。次に、エッチング液がガラス基板に施される。このガラス基板はそのエッチング液によって薄化される。ガラス材料のエッチング速度は損傷軌跡でより速いので、ガラス基板を貫通してビアが開けられるように、損傷軌跡が優先的にエッチングされる。ほとんどのガラス材料において、ビアの形状は、選択的に、電気メッキを促進する砂時計の形状である。しかしながら、溶融シリカなどの、高シリカ含有量のシリカ含有基板において、結果として生じたビアは、電気メッキ過程中に金属橋を提供するための狭い胴部を持たずに、円筒形である。溶融シリカにおけるそのような真っ直ぐな壁は、電気メッキすることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、シリカ含有基板において、軸方向に可変の側壁テーパー（例えば、砂時計の形状）を有するビアを形成する代わりの方法、並びにそのようなビアが組み込まれたシリカ含有基板が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
シリカ、第一面、およびその第一面と反対の第２面を含む基板を加工する方法は、レーザビームを使用して、その第一面から第二面まで基板を通る損傷軌跡を形成する工程を含み、その損傷軌跡に沿った基板の変更のレベルは、第一面から始まり基板の中身に向かう第１の方向に減少し、その基板の変更のレベルは、第二面から始まり基板の中身に向かう第２の方向に減少する。その損傷軌跡は、第一面に近接した第１の変更セグメント、第二面に近接した第２の変更セグメント、およびその第１の高度に変更されたセグメントと第２の高度に変更されたセグメントの間に配置された第３の変更セグメントを含み、その第３の変更セグメントの変更のレベルは、第１の変更セグメントおよび第２の変更セグメントの変更のレベルより小さい。この方法は、エッチング液を使用して、基板をエッチングして、第一面での第１の直径、第二面での第２の直径、および第一面と第二面の間の胴部の直径を有するビア胴部を有するビアを形成する工程をさらに含み、その胴部の直径は、第１の直径より小さく、第２の直径より小さい。
【０００８】
別の実施の形態において、物品は、シリカ含有基板であって、８５モル％以上のシリカ、第一面、その第一面と反対の第２面、およびその第一面から第二面に向かってシリカ含有基板を通って延在するビアを含むシリカ含有基板を備える。そのビアは、１００μｍ以下の直径を有する第一面での第１の直径、１００μｍ以下の直径を有する第二面での第２の直径、および第一面と第二面の間のビア胴部を有する。そのビア胴部は、胴部の直径であって、その胴部の直径と、第１の直径および第２の直径の各々との間の比が７５％以下であるように第１の直径および第２の直径より小さい胴部の直径を有する。
【０００９】
さらに別の実施の形態において、電子デバイスは、シリカ含有基板であって、８５モル％以上のシリカ、第一面、その第一面と反対の第２面、およびその第一面から第二面に向かってシリカ含有基板を通って延在するビアを含むシリカ含有基板を備える。そのビアは、１００μｍ以下の直径を有する第一面での第１の直径、１００μｍ以下の直径を有する第二面での第２の直径、および第一面と第二面の間のビア胴部を有し、そのビア胴部は、胴部の直径であって、その胴部の直径と、第１の直径および第２の直径の各々との間の比が７５％以下であるように第１の直径および第２の直径より小さい胴部の直径を有する。この電子デバイスは、そのシリカ含有基板に結合された半導体素子をさらに備え、その半導体素子はビアに電気的に結合されている。
【００１０】
さらに別の実施の形態において、基板は、８５モル％以上のシリカ、第一面、その第一面と反対の第２面、およびその第一面から第二面までその基板を貫通する損傷軌跡を含む。その損傷軌跡に沿った基板の変更のレベルは、第一面から始まり基板の中身に向かう第１の方向に減少し、その基板の変更のレベルは、第二面から始まり基板の中身に向かう第２の方向に減少する。その損傷軌跡は、第一面に近接した第１の変更セグメント、第二面に近接した第２の変更セグメント、およびその第１の高度に変更されたセグメントと第２の高度に変更されたセグメントの間に配置された第３の変更セグメントを含む。
【００１１】
さらに別の実施の形態において、物品は、シリカ含有基板であって、８５モル％以上のシリカ、第一面、その第一面と反対の第２面、およびその第一面から第二面に向かってシリカ含有基板を通って延在するビアを含むシリカ含有基板を備える。そのビアは、１００μｍ以下の直径を有する第一面での第１の直径、１００μｍ以下の直径を有する第二面での第２の直径、および第一面と第二面の間のビア胴部を有する。そのビア胴部は、胴部の直径であって、シリカ含有基板の厚さの半分に対する第１の直径と胴部の直径との間の差の比が１／１５以上であるように第１の直径および第２の直径より小さい胴部の直径を有する。
【００１２】
ここに記載された実施の形態の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となる、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
【００１３】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることを理解すべきである。添付図面は、その様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に含まれ、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を示しており、説明とともに、請求項の主題の原理および作動を説明する働きをする。
【００１４】
図面に示され実施の形態は、実際に、説明に役立ち、かつ例であり、請求項により定義された主題を限定する意図はない。説明に役立つ実施の形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示されている、以下の図面と共に読んだときに、理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、インターポーザとしてのシリカ含有基板の部分斜視図
【図２】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、電子デバイス間に配置されたインターポーザとしてのシリカ含有基板を備えた例示の電子デバイスの概略図
【図３】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板を貫通した例示のビアの寸法特徴を示す概略図
【図４Ａ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板を貫通した例示のビアの形成の進展を示す概略図
【図４Ｂ】図４Ａに続く概略図
【図４Ｃ】図４Ｂに続く概略図
【図４Ｄ】図４Ｃに続く概略図
【図４Ｅ】図４Ｄに続く概略図
【図５】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、レーザスポットの強度を調節しながら、シリカ含有基板の中身を通ってレーザスポットを走査することによって、シリカ含有基板内に損傷軌跡を形成する方法を示す概略図
【図６】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板の中に位置付けられたレーザビーム焦線に集束したパルスレーザビームを使用することによって、シリカ含有基板内に損傷軌跡を形成する方法を示す概略図
【図７】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、図６に示されたパルスレーザビームのサブパルスを示す概略図
【図８】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、図６に示されたパルスレーザビームのサブパルスを示す概略図
【図９Ａ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板内の様々な位置に最大強度が位置付けられた、図６のガウス・ベッセル・レーザビーム焦線の強度プロファイルを示すグラフ
【図９Ｂ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板内の様々な位置に最大強度が位置付けられた、図６のガウス・ベッセル型レーザビーム焦線の強度プロファイルを示すグラフ
【図９Ｃ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板内の様々な位置に最大強度が位置付けられた、図６のガウス・ベッセル型レーザビーム焦線の強度プロファイルを示すグラフ
【図１０Ａ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、図６に示されたレーザビーム焦線上の１つの強度プロファイルを示すグラフ
【図１０Ｂ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、図６に示されたレーザビーム焦線上の別の異なる強度プロファイルを示すグラフ
【図１１Ａ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板内の損傷軌跡のデジタル画像
【図１１Ｂ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板内の損傷軌跡のデジタル画像
【図１１Ｃ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、シリカ含有基板内の損傷軌跡のデジタル画像
【図１２】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、レーザ損傷・エッチング過程により形成されたシリカ含有基板内の砂時計の形状を有するビアのデジタル画像
【図１３Ａ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、レーザ損傷・エッチング過程により形成されたシリカ含有基板内のビアの第１の直径の分布を示すヒストグラム
【図１３Ｂ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、レーザ損傷・エッチング過程により形成されたシリカ含有基板内のビアの第２の直径の分布を示すヒストグラム
【図１３Ｃ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、レーザ損傷・エッチング過程により形成されたシリカ含有基板内のビアの胴部の直径の分布を示すヒストグラム
【図１４Ａ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、レーザ損傷・エッチング過程により形成されたシリカ含有基板内のビアの第１の直径に関する真円度の分布を示すヒストグラム
【図１４Ｂ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、レーザ損傷・エッチング過程により形成されたシリカ含有基板内のビアの第２の直径に関する真円度の分布を示すヒストグラム
【図１４Ｃ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、レーザ損傷・エッチング過程により形成されたシリカ含有基板内のビアの胴部の直径に関する真円度の分布を示すヒストグラム
【図１５Ａ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、４つの異なるバーストエネルギーおよび３つの異なる焦点設定でレーザビーム焦線を使用してレーザ加工した試料に関する、胴部欠陥を示すヒストグラム
【図１５Ｂ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、４つの異なるバーストエネルギーおよび３つの異なる焦点設定でレーザビーム焦線を使用してレーザ加工した試料に関する、全欠陥を示すヒストグラム
【図１６Ａ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、４つの異なるバーストエネルギーおよび３つの異なる焦点設定でレーザビーム焦線を使用してレーザ加工した試料に亘るビア胴部変動を示すヒストグラム
【図１６Ｂ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、４つの異なるバーストエネルギーおよび３つの異なる焦点設定でレーザビーム焦線を使用してレーザ加工した試料に亘るビア胴部変動を示すヒストグラム
【図１６Ｃ】ここに記載され、図示された１つ以上の実施の形態による、４つの異なるバーストエネルギーおよび３つの異なる焦点設定でレーザビーム焦線を使用してレーザ加工した試料に亘るビア胴部変動を示すヒストグラム
【発明を実施するための形態】
【００１６】
広く図面を参照すると、本開示の実施の形態は、概して、以下に限られないが、ビアの金属化／電気メッキおよび再分配層（ＲＤＬ）の適用を含む後処理プロセスを成功させられるビア（例えば、孔）を有するシリカ含有基板を備えた物品に関する。この物品は、半導体素子、高周波（ＲＦ）素子（例えば、アンテナ、電子スイッチなど）、インターポーザ素子、マイクロ電子デバイス、光電子装置、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、およびビアを活用できる他の用途に使用することができる。
【００１７】
本開示の実施の形態は、概して、シリカ含有基板内にビアを形成する方法にも関する。いくつかの実施の形態において、そのビアは、ビアの電気メッキを容易にする外形を有する。シリカ含有基板は、ガラスおよびガラスセラミックを含む。ここに用いられているように、「シリカ含有基板」という用語は、７５モル％以上、８０モル％以上、８５モル％以上、９０モル％以上、９１モル％以上、９２モル％以上、９３モル％以上、９４モル％以上、９５モル％以上、９６モル％以上、９７モル％以上、９８モル％以上、９９モル％以上、または９９．９モル％以上のシリカ（ＳｉＯ２）含有量を有するシリカ含有基板を意味する。いくつかの実施の形態において、そのシリカ含有基板は溶融シリカであることがある。例示のシリカ含有基板としては、以下に限られないが、ガラスコード７９８０、７９７９、および８６５５でニューヨーク州、コーニング所在のＣｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄにより販売されているＨＰＦＳ（登録商標）溶融シリカが挙げられる。一例において、シリカ含有基板は、故意ではなくドープされたシリカを含む基板である。「故意ではなくドープされた」という句は、シリカを溶融する前に、シリカに追加の成分が意図的に添加されていないことを意味する。
【００１８】
シリカの性質のために、シリカは、電子デバイスにおけるインターポーザとしての望ましい基板となる。「インターポーザ」という用語は、概して、任意の構造であって、その構造を貫通する、例えば、以下に限られないが、インターポーザの両面に配置された２つ以上の電子デバイス間の、電気的接続を伸ばすまたは完了する任意の構造を称する。その２つ以上の電子デバイスは、インターポーザが相互接続ノジュールなどの一部として機能するように、単一構造内で同一場所に配置されていても、または異なる構造内で互いに隣接して位置していてもよい。それゆえ、そのインターポーザは、ビアおよび他の相互接続導体（例えば、電源、接地、および信号導体などの）が存在し、形成されている、１つ以上の能動区域を含有することがある。そのインターポーザは、ブラインドビアが存在し、形成されている１つ以上の能動区域も含むことがある。インターポーザが、ダイス、アンダーフィル材料、封止材などの他の構成部材と共に形成されている場合、そのインターポーザは、インターポーザアセンブリと称されることがある。また、「インターポーザ」という用語は、インターポーザのアレイなどの複数のインターポーザをさらに含むことがある。
【００１９】
シリカの低い熱膨張係数（ＣＴＥ）ために、インターポーザの機能を果たすシリカ含有基板に結合された半導体素子により生じる熱流束などの熱流束の印加による、シリカ含有基板の膨張および移動が最小になる。インターポーザと半導体素子（または他の電子部品）との間のＣＴＥの不一致によるインターポーザの膨張は、インターポーザと半導体素子との間の結合を壊し、分離または他の損傷をもたらすことがある。
【００２０】
それに加え、シリカ含有基板は、シリコンなどの他の基板を上回る望ましいＲＦ特性を提供する。望ましいＲＦ特性は、高速データ通信用途などの高周波用途において重要であろう。
【００２１】
それゆえ、７５モル％以上、８０モル％以上、８５モル％以上、９０モル％以上、９５モル％以上、または９９モル％以上のシリカ（ＳｉＯ２）を含むシリカ含有基板は、特定の電子デバイス内のインターポーザにおける所望の材料であろう。しかしながら、シリカ含有基板の使用は、以下に限られないが、砂時計形のビアを含む、ビアの特定の形状が望ましい場合、課題を提示する。砂時計形のビアは、電気メッキ過程によるビアの金属化を容易にする。電気メッキ過程中、導電性材料（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、または任意の他の適切な材料）がビア内に堆積される。砂時計形のビアは、インターポーザの表面にある開口の直径よりも小さい直径を有する狭い胴部を有する。電気メッキ過程において、堆積した金属は、最初に胴部の位置で金属橋を形成し、次に、その橋の上に金属が堆積して、ビアの充填を終わらせて、ビアの空隙のない気密充填を可能にする。
【００２２】
シリカ含有材料にビアを形成するために、レーザ損傷・エッチング技術が利用されることがある。しかしながら、ここに定義されたようなシリカ含有基板内にビアを形成するために使用される従来のレーザ損傷・エッチング技術は、実質的に円筒形のビア（すなわち、実質的に真っ直ぐな壁を有するビア）をもたらす。したがって、狭い胴部および金属橋を形成する能力が欠如しているために、従来の技術を使用してシリカ含有基板内に形成されるビアの電気メッキは可能ではないであろう。シリカ含有基板内に、狭い胴部を有するビアを製造することができないことは、フッ化水素酸の遅いエッチング速度、およびそのエッチング過程により、基板の中央部内で詰まり、またはそのエッチングを阻害し、シリカ含有基板内の深部に対して表面での孔のエッチング速度に差を生じる不溶性副生成物がなくなることのためであろう。ここに開示された方法は、７５モル％以上のシリカ（ＳｉＯ２）を含むシリカ含有基板に限定されないことに留意のこと。ここに開示された方法は、７５モル％未満のシリカを有するガラスまたはガラスセラミック基板にも使用してよい。例えば、ここに記載された方法は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄにより販売されているＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラスおよびＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）Ｇｌａｓｓなどの、７５モル％未満のシリカ（ＳｉＯ２）を有するガラスまたはガラスセラミック基板内に胴部の狭いビアを形成するためにも利用してよい。
【００２３】
ここに記載された実施の形態は、各々が特有の角度を有し、それによって、「砂時計」の形状を画成する複数の領域を有する内壁などの特定の内壁形状を含む、レーザ損傷・エッチング過程によって形成されたビアを有するシリカ含有基板を備えた物品および方法に関する。実施の形態は、実用的かつ確実に形成される、シリカ含有基板内の高品質の砂時計形のビアを提供する。物品、半導体パッケージ、および基板内に狭い胴部を有するビアを形成する方法の様々な実施の形態が、下記に詳しく記載されている。
【００２４】
ここで図１を参照すると、シリカ含有基板１００を備えた例示の物品が、部分斜視図に概略示されている。シリカ含有基板１００は、第一面１０２および第一面１０２と反対の第二面１０４を有する。複数のビア１１０が、第一面１０２から第二面１０４までシリカ含有基板１００の中を通って延在している。いくつのビア１１０が、どの配置でシリカ含有基板１００を通って延在してもよいことを理解すべきである。シリカ含有基板１００の厚さｔは、用途に応じてどの適切な厚さであってもよい。非限定例として、そのシリカ含有基板の厚さｔは、端点を含む５０μｍから１ｍｍの範囲内、端点を含む１００μｍから７００μｍの範囲内、端点を含む１００μｍから５００μｍの範囲内、または端点を含む２５０μｍから５００μｍの範囲内にある。
【００２５】
ビア１１０のピッチは、隣接するビア１１０間の中心から中心の間隔であり、そのピッチは、制限なく、約１０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約２５０μｍ、約１，０００μｍ、約２，０００μｍ、またはこれらの値のいずれか２つの間の任意の値または範囲（端点を含む）を含む約１０μｍから約２，０００μｍなどの所望の用途にしたがう、どの寸法であってもよい。いくつかの実施の形態において、そのピッチは、同じシリカ含有基板１００上のビア１１０間で変動してもよい（すなわち、第１のビアと第２のビアとの間のピッチが、第１のビアと第３のビアとの間のピッチと異なってもよい）。いくつかの実施の形態において、そのピッチは、約１０μｍから約１００μｍ、約２５μｍから約５００μｍ、約１０μｍから約１，０００μｍ、または約２５０μｍから約２，０００μｍなどの範囲であってもよい。
【００２６】
シリカ含有基板１００は、図２に概略示されるような電子デバイス２００のインターポーザであることがある。図２に概略示された非限定的な電子デバイス２００は、シリカ含有基板１００の第一面１０２に結合した第１の電気部品２０１およびシリカ含有基板１００の第二面１０４に結合した第２の電気部品２０３を備える。第１の電気部品２０１および第２の電気部品２０３は、制限なく、半導体素子、基板、電源、またはアンテナなどのどのタイプの電気部品として作られてもよい。シリカ含有基板１００は、電気信号および／または電力がその間を通過できるように、第１の電気部品２０１を第２の電気部品２０３に電気的に結合する複数の金属化ビア１１０を備えている。
【００２７】
砂時計形プロファイルを有するシリカ含有基板１００を貫通する例示の導電性ビア１１０が、図３に概略示されている。ビア１１０は、第一面１０２での第１の直径Ｄ１および第二面１０４での第２の直径Ｄ２を有する。例示のビア１１０は、ビア１１０の長さに沿った縦軸ＬＡ、内壁１１１、およびビア１１０の最小直径である胴部の直径Ｄｗを有する胴部ｗをさらに含む。それゆえ、胴部の直径Ｄｗは、第１の直径Ｄ１および第２の直径Ｄ２の両方より小さい。非限定例として、ビア１１０のプロファイルは、胴部の直径Ｄｗが、第１の直径Ｄ１および第２の直径Ｄ２の各々の７５％未満、６５％未満、６０％未満、５５％未満、５０％未満、５０％未満、４５％未満、４０％未満、３５％未満、３０％未満、２５％未満、２０％未満、１５％未満、１０％未満、または５％未満であるようなものである。さらに、エッチング時間が減少すると、ひいては、２つの表面からの孔が接続し損ね、「ブラインド」ビアがもたらされる。このブラインドビアは、基板の内部で終端するビアである。非限定例として、エッチング後の第１の直径Ｄ１および第２の直径Ｄ２は、エッチング後に、端点を含む５μｍから１５０μｍ、端点を含む５μｍから１００μｍ、端点を含む２０μｍから１５０μｍ、端点を含む３０μｍから６０μｍ、または端点を含む４０μｍから５０μｍの範囲内にある。いくつかの実施の形態において、第１の直径Ｄ１および第２の直径Ｄ２は、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、または１０μｍ以下である。第１の直径Ｄ１は、第２の直径Ｄ２と等しくても、等しくなくてもよい。
【００２８】
図３の例示のビア１１０は、４つの別個のテーパー領域：第１のテーパー領域１１２、第２のテーパー領域１１３、第３のテーパー領域１１８および第４のテーパー領域１１９を有する。例示のビア１１０は、４つの異なるテーパー角：それぞれ、第１のテーパー領域１１２、第２のテーパー領域１１３、第３のテーパー領域１１８および第４のテーパー領域１１９に対応する、第１の角度θ１、第２の角度θ２、第３の角度θ３、および第４の角度θ４を有する。例示のビア１１０は、４つのセグメント長：第一面１０２から第２のテーパー領域１１３への移行部まで延在する第１のセグメント長Ｌ１、第１のテーパー領域１１２と第２のテーパー領域１１３の間の移行部から胴部ｗまで延在する第２のセグメント長Ｌ２、胴部ｗから第３のテーパー領域１１８と第４のテーパー領域１１９の間の移行部まで延在する第３のセグメント長Ｌ３、および第３のテーパー領域１１８と第４のテーパー領域１１９の間の移行部から第二面１０４まで延在する第４のセグメント長Ｌ４によってさらに特徴付けられる。
【００２９】
第１から第４のセグメント長Ｌ１〜Ｌ４は、どの適切な長さであってもよく、本開示により限定されない。図３の例において、４つのセグメント長の各々は互いに異なる。しかしながら、実施の形態は、それに限定されない。例えば、第１のセグメント長Ｌ１は第４のセグメント長Ｌ４と等しいことがある、および／または第２のセグメント長Ｌ２は第３のセグメント長Ｌ３と等しいことがある。
【００３０】
図３に示されたテーパー角は、縦軸ＬＡに平行なそれぞれの基準線とビア１１０の内壁１１１との間で測定されることに留意のこと。第１の角度θ１は、第１のテーパー領域１１２の内壁１１１から縦軸ＬＡまで測定される。第２の角度θ２は、第２のテーパー領域１１３の内壁１１１から縦軸ＬＡまで測定される。第３の角度θ３は、第３のテーパー領域１１８の内壁１１１から縦軸ＬＡまで測定される。第４の角度θ４は、第４のテーパー領域１１９の内壁１１１から縦軸ＬＡまで測定される。
【００３１】
縦軸ＬＡに対するビア１１０の角度は、特定のテーパー領域の内壁１１１の輪郭と一致するトレース線ＴＬを形成することによって決定することができる。次に、そのトレース線を分析して、内壁１１１の１つ以上の部分（様々なテーパー領域１１２、１１３、１１８、１１９を含む）の勾配を決定することができる。例えば、図３に示されるように、トレース線ＴＬが図示されており、ここに記載されたコンピュータソフトウェアを使用して、トレース線ＴＬの１つ以上の線形領域を決定する。線形領域は、以下のように定義される：（１）その領域の長さは、５μｍ以上であり、一般に、１０μｍ超であることがある；（２）その領域は、線形関数（ｙ＝ａ＋ｂｘ）にフィッティングすることができ、式中、ｙは孔の半径であり、ｘは基板の深さであり、フィッティング残差の絶対値は１μｍ未満である；および（３）どの隣接領域のフィッティング関数の勾配も、少なくとも０．０１だけ異なるべきであり、これは、テーパー角に関して、０．５７度の差に変換される。先に記載された基準の全てを満たす領域は、定勾配を有する領域（すなわち、線形領域）と称される。図３に示されるように、トレース線ＴＬは、４つの別個の線形領域：点ＡとＢの間の領域、点ＢとＣの間の領域、点ＣとＤの間の領域、および点ＤとＥの間の領域を有する。このように、点ＡとＢの間の領域、点ＢとＣの間の領域、点ＣとＤの間の領域、および点ＤとＥの間の領域の勾配は、一定である。しかしながら、非定勾配を有する、各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥを取り囲むトレース線ＴＬの区域があってもよい。これらの区域は、ここにより詳しく記載されるように、定勾配の区域の間の移行区域であることがある。そのような区域は、テーパー領域間に段階的移行がある場合に生じることがある。
【００３２】
テーパー領域の各々の勾配の間の移行区域は、内壁１１１の定勾配の領域が終わるどの場合にも生じるであろう。手短に図１２を参照すると、点ＡとＢの間の第１のテーパー領域５１２、点ＣとＤの間の第２のテーパー領域５１３、点ＥとＦの間の第３のテーパー領域５１８、および点ＧとＨの間の第４のテーパー領域５１９を含む、シリカ含有基板内に形成されたビア５１０が、図示されている。例示のビア５１０は、点ＢとＣの間、点ＤとＥの間、および点ＦとＧの間のトレース線１４１５の領域である非定勾配を有する移行区域を有する。いくつかの実施の形態において、その移行区域の勾配は、約０．５７度以上、約１度以上、約２度以上、約３度以上、約４度以上、または約５度以上だけ、定勾配の領域の勾配と異なる。
【００３３】
先に述べたように、各テーパー領域の定勾配は、ビアの縦軸ＬＡに対する角度により定義されることがある。この縦軸ＬＡは、第一面１０２および／または第二面１０４に対して略垂直である。再度図３を参照すると、第１の角度θ１および第４の角度θ４の各々は、シリカ含有基板１００の第一面１０２と第二面１０４に近接した強力に変更された材料、およびシリカ含有基板１００の内部領域におけるより弱く変更された材料のために、第２の角度θ２および第３の角度θ３の各々より小さい。限定ではなく、例として、第１の角度θ１および第４の角度θ４の各々は、５度未満、例えば、０度超から５度、０度超から４度、０度超から３度、０度超から２度、１度から５度、１度から４度、１度から３度、１度から２度、２度から５度、２度から４度、２度から３度の範囲内、もしくは４度、３度、２度、または１度である。図３の例において、テーパー角の各々は、互いに異なる。しかしながら、実施の形態は、それに限定されない。例えば、第１の角度θ１および第４の角度θ４は互いに等しいことがある、および／または第２の角度θ２および第３の角度θ３は、互いに等しいことがある。
【００３４】
先に述べたように、胴部ｗは、最小直径（Ｄｗ）を有するビアの領域である。ここに記載された基板を貫通するビア１１０は、以下の関係式：
【００３５】
【数１】
2020521332.tif 000003
【００３６】
に与えられるような、シリカ含有基板の厚さの半分に対する、第１の直径（または第２の直径）と胴部の直径の間の差の比が１／１５以上であることにより特徴付けられることがある。
【００３７】
ビア１１０に、スパッタリング、電気メッキまたはペースト充填などのどの公知の過程またはまだ開発されていない過程によって、導電性材料を充填してもよい。その導電性材料は、制限なく、銅、銀、アルミニウム、チタン、金、白金、ニッケル、タングステン、またはマグネシウムなどのどの適切な材料であってもよい。
【００３８】
ここで図４Ａ〜４Ｅを参照すると、レーザ損傷・エッチング過程および初期厚ｔ１を有するシリカ含有基板１００内の軸方向に可変の側壁テーパーを有するビア１１０の製造の進展が、概略示されている。図４Ａを参照すると、損傷軌跡１２０が、第一面１０２から第二面１０４までシリカ含有基板１００の中身を通るレーザビームを使用して形成される。限定ではなく、一例として、損傷軌跡１２０は、１μｍ以下の直径を有する。そのレーザビームは、損傷軌跡１２０に沿って材料を変更する。ここに用いられているように、そのシリカ含有基板に関する「変更する」または「変更」という用語は、屈折率の変化、材料密度の変化、材料の溶融、圧縮、アブレーション、または化学的変質を意味する。その変更は、気体または液体エッチング剤の浸透を促進することができる微視的裂け目または空隙を作るための材料の亀裂形成も含むことがある。このレーザビームは、損傷軌跡１２０が、異なるエッチング特性を与えるセグメントを有するように損傷軌跡１２０を形成する。シリカ含有基板１００の変更のレベルは、第一面１０２および第二面１０４に近接して最も強く、その変更のレベルは、損傷軌跡１２０に沿ったシリカ含有基板１００の中への方向に減少する。その変更のレベルは、シリカ含有基板１００のエッチング速度に影響を与える。変更のレベルが高いほど、シリカ含有基板１００のエッチング速度が速くなる。ここに記載された実施の形態において、変更のレベルは、背面照明の存在下での顕微鏡で損傷軌跡１２０を評価することによって決定される。背面照明の存在下では、損傷軌跡１２０に沿った材料が暗いほど、変更のレベルが高くなる。実施の形態において、損傷軌跡１２０は、シリカ含有基板１００の表面近くではより暗く見え（すなわち、損傷軌跡は、これらのセグメントにおいて高レベルの変更を有し）、シリカ含有基板１００の中央近くではより明るく見える（すなわち、損傷軌跡は、表面に近接したセグメントと比べて、これらのセグメントにおいて低レベルの変更を有する）。図１１Ａは、下記により詳しく記載されるが、顕微鏡による、背面から照らされたシリカ含有基板１００における損傷軌跡１２０、１２０’、１２０”の様々なレベルの材料変更の様子を示している。
【００３９】
図４Ａの例において、損傷軌跡１２０は、各々が異なるレベルの変更、したがって、異なるエッチング特性を有する４つのセグメント：第１の変更セグメント１２０Ａ、第２の変更セグメント１２０Ｂ、第３の変更セグメント１２０Ｃ、および第４の変更セグメント１２０Ｄを含む。様々なセグメント間の変更のレベルは、不連続でなくてもよいことを理解すべきである。そうではなく、変更のレベルは、損傷軌跡１２０に沿って徐々に変化してもよい。それゆえ、変更のレベルは、損傷軌跡１２０の個々のセグメント内で変化してもよい。
【００４０】
先に述べたように、損傷軌跡１２０は、最高レベルの変更がシリカ含有基板１００の第一面１０２および第二面１０４に近接して生じるように作られる。したがって、第１の変更セグメント１２０Ａおよび第４の変更セグメント１２０Ｄが、最高に変更されたセグメントである。第２の変更セグメント１２０Ｂおよび第３の変更セグメント１２０Ｃは、それらが、第１の変更セグメント１２０Ａおよび第４の変更セグメント１２０Ｄのものより小さい変更のレベルを有するという点で、最小に変更されたセグメントである。第２の変更セグメント１２０Ｂおよび第３の変更セグメント１２０Ｃが、個々のセグメントとして示されているが、いくつかの実施の形態において、第２の変更セグメント１２０Ｂおよび第３の変更セグメント１２０Ｃは、第１の変更セグメント１２０Ａおよび第４の変更セグメント１２０Ｄの変更のレベルより小さい変更のレベルを有する単一の最小に変更されたセグメントである。
【００４１】
損傷軌跡を形成するために利用されるレーザビーム特性に関する詳細が、図５〜８に関して、下記に述べられている。
【００４２】
損傷軌跡１２０を形成した後、エッチング液を施すことによって、シリカ含有基板１００がエッチングされる。一例において、シリカ含有基板１００は、エッチング液の浴中に入れられる。あるいは、エッチング液をシリカ含有基板１００上に吹き付けてもよい。エッチング液のタイプは、本開示により限定されない。シリカ含有基板をエッチングすることができるどの公知のエッチング液またはまだ開発されていないエッチング液を利用してよい。一例において、エッチング液は、フッ化水素酸（ＨＦ）または水酸化ナトリウム／カリウムを含む。特定の例として、溶融シリカをエッチングするためのエッチング液は、約４７℃の２０体積％のＨＦまたは２０体積％のＨＦと２０体積％のＨＣｌを含み、これは、約０．００５μｍ／秒のエッチング速度を与える。温度調節（例えば、１０℃から５０℃）および酸濃度調節を行って、エッチング速度を変えることができる。硝酸（ＨＮＯ３）などの他の鉱酸をＨＣｌの代わりに使用してもよい。水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）および水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの水酸化物エッチング剤を使用することも可能である。
【００４３】
このエッチング液は、図４Ｂに示されるように、量Δｓだけ、シリカ含有基板１００の第一面１０２および第二面１０４の各々で材料をエッチングにより除去する。損傷軌跡１２０の強力に変更された第１のセグメント１２０Ａおよび第４のセグメント１２０Ｄ内で損傷を受けた材料は、損傷軌跡１２０の外側の非損傷領域よりも速い速度でエッチングされる。損傷を受けた材料によるこのより速いエッチング速度により、第１のパイロット孔１１５が第一面１０２に開き、損傷軌跡の第１のセグメント１２０Ａに沿ってシリカ含有基板１００の中身を通じて延在し、第２のパイロット孔１１７が第二面１０４に開き、損傷軌跡の第４のセグメント１２０Ｄに沿ってシリカ含有基板１００の中身を通じて延在する。図４Ｃに示されるように、第１のパイロット孔１１５および第２のパイロット孔１１７は、シリカ含有基板１００の中身により深く延在し、シリカ含有基板１００は、増加量Δｓだけさらに薄化する。
【００４４】
ここで図４Ｄを参照すると、シリカ含有基板１００の継続エッチングにより、第１のパイロット孔１１５の直径が増加し、開口して第１のテーパー領域１１２になり、第２のパイロット孔１１７の直径が増加し、開口して第４のテーパー領域１１９になる。シリカ含有基板１００の第一面１０２および第二面１０４は、増加量Δｓだけさらに薄化する。この時までに、エッチング液は、損傷軌跡１２０の第２のセグメント１２０Ｂおよび第３のセグメント１２０Ｃに到達する。第２のセグメント１２０Ｂは開口して第２のテーパー領域１１３になり、第３のセグメント１２０Ｃは開口して第３のテーパー領域１１８になる。材料の変更のレベルは、第１のセグメント１２０Ａおよび第４のセグメント１２０Ｄよりも、第２のセグメント１２０Ｂおよび第３のセグメント１２０Ｃのほうが低いので、エッチング速度は、第１のセグメント１２０Ａおよび第４のセグメント１２０Ｄよりも、第２のセグメント１２０Ｂおよび第３のセグメント１２０Ｃのほうが遅い。図４Ｄに示されるように、損傷軌跡１２０に沿った変更のレベルの差により、縦軸ＬＡに対する第２のテーパー領域１１３および第３のテーパー領域１１８の角度が、第１のテーパー領域１１２および第４のテーパー領域１１９よりも大きくなる。
【００４５】
第２のテーパー領域１１３および第３のテーパー領域１１８は、胴部ｗで出合う。胴部ｗは、ビア１１０の最も狭い領域であり、電気メッキ過程中に金属橋が形成される位置である。ここで図４Ｅを参照すると、最終厚ｔＦを有する溶融基板内の完成した例示のビア１１０が示されている。図から分かるように、ビア１１０は、別個のセグメントをもたらす軸方向に可変の側壁テーパー、並びに電気メッキ過程中に金属橋が形成する位置を提供する狭い胴部ｗを有する。
【００４６】
シリカ含有基板１００の様々な変更のレベルを有する、ここに記載された損傷軌跡１２０は、様々なレーザ過程によって形成することができる。図５に示された例において、損傷軌跡１２０は、方向ｚにシリカ含有基板１００の厚さｔを通してレーザビーム１５０の集束レーザスポットＬＳを走査することによって、シリカ含有基板１００内に形成され、そのレーザビームの出力は、グラフ１５２に示されるように、走査中に変調されて、シリカ含有基板１００の表面からの異なる深さで異なるレベルの材料変更（すなわち、損傷）を生じる。レーザ出力は、集束レーザスポットＬＳがシリカ含有基板１００の第一面１０２および第二面１０４の近くに位置しているときよりも、集束レーザスポットＬＳがシリカ含有基板１００の内部（すなわち、中央近く）にあるときのほうが低い。しかしながら、この方法には、シリカ含有基板１００の全厚を通じて損傷軌跡１２０を形成するために多くの連続レーザ露光が必要であろうし、これにより、過程が遅くなるであろう。
【００４７】
図６を参照すると、別の例において、損傷軌跡１２０は、シリカ含有基板１００の中身を通って位置付けられるレーザビーム焦線３０２ｂに集束されるパルスレーザビーム３０２ａにより形成される。このレーザビーム集線は、シリカ含有基板１００内に多光子誘発吸収を生じる。この多光子誘発吸収により、レーザビーム集線３０２ｂに沿ってそのシリカ含有基板内に材料変更が生じ、それによって、損傷軌跡１２０が形成される。レーザビーム集線３０２ｂは、光学素子３０６により形成され、この光学素子は、図６に示された非限定例として、円錐形レンズ（すなわち、アキシコン）である。ガラス基板に孔をあけるためのレーザビーム集線を生成し、使用する方法の追加の記載が、ここに全て引用される、米国特許第９５１７９６３号明細書に与えられている。
【００４８】
光学素子３０６は、レーザビームを拡張焦点または準非回折ビームに形成し、ベッセル様ビームまたはガウス・ベッセル・ビームが生じる。そのビームの準非回折性のために、光は、より一般に使用されているガウス・ビームで達成されるよりずっと長い範囲に亘り強く集束された強度を維持し、ガラス基板の全厚ｔを、単一バーストパルスまたはレーザパルスの厳密に時機が合った一連のバーストにより損傷させることができる。
【００４９】
シリカ含有基板を変更し、損傷軌跡を形成するために、パルスレーザビームの波長は、シリカ含有基板の材料に透過性であるべきである。パルスの持続時間および強度は、先に記載された多光子吸収効果を達成するために十分に短いべきである。ピコ秒またはフェムト秒レーザ源などの超短パルスレーザを利用してよい。いくつかの実施の形態において、約１０ピコ秒のパルスレーザを利用してよい。限定ではなく、例として、約１ｍｍと約３ｍｍの間の範囲の線焦点、および２００ｋＨｚの繰り返し率で約５０Ｗ（２５０μＪ／パルス）超の出力を生じる約１０ピコ秒のパルスレーザにより、ひいては、線領域の光強度は、シリカ含有基板において非線形吸収を生じるために十分に高いべきである。
【００５０】
ここに記載されたそのようなピコ秒レーザの操作により、「パルスバースト」５のサブパルス５ａが生じることに留意のこと。図７は、３つのサブパルス５ａ、５ａ’、および５ａ”（集合的に「５ａ」）を示している。パルスバーストの生成は、パルス放出が、均一な定常流ではなく、むしろサブパルスの緻密な群であるレーザ操作のタイプである。各パルスバーストは、非常に短い持続時間の多数の個々のサブパルス５ａ（制限なく、少なくとも２つのサブパルス、少なくとも３つのサブパルス、少なくとも４つのサブパルス、少なくとも５つのサブパルスなど）を含む。すなわち、パルスバースト５は、サブパルス５ａの「ポケット」であり、パルスバースト５は、各バースト内の個々の隣接するパルスの間隔より長い持続時間だけ、互いに離れている。図７のサブパルス５ａに関する時間に対してレーザ放出をプロットしている図８を参照すると、サブパルスは、１００ピコ秒まで（例えば、０．１ピコ秒、５ピコ秒、１０ピコ秒、１５ピコ秒、１８ピコ秒、２０ピコ秒、２２ピコ秒、２５ピコ秒、３０ピコ秒、５０ピコ秒、７５ピコ秒、またはそれらの間）のパルス持続時間Ｔｄを有することがある。単一パルスバースト５内のこれらの個々のサブパルス（例えば、サブパルス５ａ、５ａ’、および５ａ”）は、それらが単一パルスバースト内で生じるという事実を示すために、ここでは、サブパルスと称される。パルスバースト５内の各個々のサブパルス５ａ、５ａ’、５ａ”のエネルギーまたは強度は、そのパルスバースト内の他のサブパルスのものと等しくなくてもよく、パルスバースト内の多数のサブパルスの強度分布は、多くの場合、レーザ設計により決定される、時間の経過による指数関数的減衰にしたがう。
【００５１】
ここに記載された例示の実施の形態のパルスバースト５内の各サブパルス（例えば、サブパルス５ａ、５ａ’、および５ａ”）は、１ナノ秒から５０ナノ秒（例えば、１０〜５０ナノ秒、または１０〜３０ナノ秒、その時間は、レーザ空洞の設計により大抵決まる）の持続時間ｔｐだけ、そのバースト内のその後のサブパルスから時間の間隔が空いている。所定のレーザについて、パルスバースト５内の各サブパルス間の時間間隔ｔｐ（サブパルスからサブパルスの間隔）は、比較的均一である（±１０％）。例えば、いくつかの実施の形態において、あるパルスバースト内の各サブパルスは、約２０ナノ秒（５０ＭＨｚ）だけ、次のサブパルスから時間が離れていることがある。例えば、約２０ナノ秒のサブパルス間隔ｔｐを生じるレーザについて、パルスバースト内のサブパルスからサブパルスの間隔ｔｐは、約±１０％以内、に維持される、または約±２ナノ秒である。
【００５２】
サブパルスが多すぎると、円筒形のビアが生じることが観察された。詳しくは、８０μＪのエネルギーを与える１５のサブパルスバーストにより、円筒形のビアが生じた一方で、５０μＪを与える５つのサブパルスバーストにより、砂時計形のビアが生じた。前者は、サブパルス当たりのエネルギーが小さいが、シリカ含有基板の厚さを通じて非常に均一な損傷軌跡を生じるのに対し、後者は、サブパルス当たりのエネルギーが大きいが、シリカ含有基板の厚さを通じてより不均一な損傷軌跡を生じ、より強力な損傷が、ガラス表面近くで観察され、より弱い損傷が、シリカ含有基板の中央近くで観察された。
【００５３】
レーザビーム集線３０２ｂは、典型的に、均一な強度を有する。しかしながら、ここに記載された実施の形態において、エネルギーの量およびレーザビームバーストの数は、所望の損傷軌跡１２０に沿って不均一なレベルの変更を与えるために制御されている。言い換えると、シリカ含有基板１００内の深さの関数としての損傷パターンは、均一ではない。観察されるのは、シリカ含有基板１００の表面近く、特に、各表面の１００μｍ以内の材料変更の量は、シリカ含有基板１００の中央（中心）における損傷と著しく異なり、それよりも強力である。背面照明を用いた顕微鏡で観察されるように、シリカ含有基板１００の表面近くの領域は、典型的に、非常に暗く見え、より大きい光散乱および材料変更を示すのに対し、シリカ含有基板１００の中心近くの領域は、明るい色の領域または分割された暗い領域に見え、少ない光散乱およびそれゆえ、弱いまたは空間的に一貫していない材料変更を示す。それに加え、シリカ含有基板１００の表面近くの領域は、多くの場合、実際の孔、または材料が基板から放出／除去された領域を示し、これにより、化学エッチング剤が浸透し易い通路を提供することができる。
【００５４】
基板近くのより強力な損傷のこの効果は、レーザビーム集線３０２ｂのレーザエネルギーが、閾値の上の６０％以内、閾値の上の６５％以内、閾値の上の５５％以内、閾値の上の５０％以内、閾値の上の４５％以内、閾値の上の４０％以内、閾値の上の３５％以内、閾値の上の３０％以内、閾値の上の２５％以内、閾値の上の２０％以内、閾値の上の１５％以内、または閾値の上の１０％以内など、シリカ含有基板１００を変更するのに必要な閾値のすぐ上に低下されているので、特に明白である。ここに用いられているように、「閾値」という用語は、レーザビーム集線を使用して基板上に表面損傷を生じるのに必要な最小エネルギーを意味する。そのような状況において、表面に最も近い領域は、まだ暗い損傷領域を示すが、シリカ含有基板の中央は、ある場合には、明白な損傷または変更領域を全く示さない。先に記載したように、非回折ビームに観察される深さの関数としてのこの損傷効果の相違をうまく利用して、テーパー状ビアの形状がそうしなければ可能ではない場所で、シリカ含有基板内にそのようなビアを形成できるであろう。非限定例として、パルスレーザビームの作動範囲は、５つのサブパルスについて、端点を含む４０μＪから５５μＪの範囲内、または端点を含む４５μＪから５０μＪの範囲内にある。
【００５５】
レーザビーム集線の最大強度の位置を変えることによって、ビアの胴部ｗの位置をシフトさせることが可能である。図９Ａは、シリカ含有基板１００を通るレーザビーム集線の強度３０５をプロットしており、例示のシリカ含有基板４００内の結果として生じるビア４１０を示している。図９Ａに示されるように、シリカ含有基板１００の中心に最大強度３０５を位置付けると、エッチング過程後にシリカ含有基板４００の中心に胴部を有するビア４１０が得られる。
【００５６】
図９Ｂは、シリカ含有基板１００の第一面１０２へのレーザビーム集線の最大強度３０５のシフトをグラフで示している。図９Ｂは、エッチング過程後に、第一面４０２より第二面４０４に近い胴部を有するビア４１０’を有する例示のシリカ含有基板４００’をさらに示す。図９Ｃは、シリカ含有基板１００の第二面１０４へのレーザビーム集線の最大強度３０５のシフトをグラフで示している。図９Ｃは、エッチング過程後に、第二面４０４より第一面４０２に近い胴部を有するビア４１０”を有する例示のシリカ含有基板４００”をさらに示す。胴部ｗをシフトさせると、シリカ含有基板１００の中心を通る面の周りで非対称になる。
【００５７】
準非回折ビーム（例えば、レーザビーム集線３０２ｂ）の光強度をシリカ含有基板１００の表面近くでより強くする必要はないことに留意のこと。しかしながら、ワキシコン様素子などの光学素子を設計することが可能であり、これにより、ビーム伝播方向に沿った特別注文の光エネルギー分布が作られる。そのような場合、レーザビーム集線３０２ｂの光強度は、溶融基板の表面近くで増強されることがある一方で、シリカ含有基板の中央では低い強度の領域が作られる。レーザビーム集線のエネルギー分布をカスタマイズするための例示の光学素子が、米国仮特許出願第６２／３８１３４５号明細書に記載されている。
【００５８】
図１０Ａおよび１０Ｂは、シリカ含有基板１００を通る２つのレーザビーム集線の強度プロファイルの操作をグラフで示している。図１０Ａにおいて、レーザビーム集線の強度プロファイル３０５’は、長方形の「シルクハット」形状を有する。この強度プロファイル３０５’は、例えば、ワキシコン光学素子により形成されることがあり、図９Ａ〜９Ｃに示されたガウスプロファイルよりも、シリカ含有基板の表面に近接した変更がより強力になることがある。図１０Ｂに示された強度プロファイル３０５”は、シリカ含有基板１００の第一面１０２および第二面１０４に近接して２つの最大ピークを有し、これにより、そのシリカ含有基板の中央よりも、第一面１０２および第二面１０４に近接して強力な変更となる。図１０Ｂのレーザビーム集線は、そのレーザビーム集線の中心領域よりも、レーザビーム集線の第１の端部およびレーザビーム集線の第２の端部で大きい強度を有する。特別注文の光学素子を用いて、図１０Ｂに示された強度プロファイル３０５”を作ることができる。
【００５９】
シリカ含有基板の表面近くのレーザ損傷／変更を強化するための他の手法には、熱風流の印加などにより、その表面を加熱または冷却して、温度勾配を持たせ、それゆえ、次に、ガラス厚を通るレーザ／ガラス相互作用を相違させることがある。
【実施例】
【００６０】
厚さが０．３６ｍｍの、５０ｍｍ×５０ｍｍのＣｏｒｎｉｎｇコード７９８０の溶融シリカ基板を、５３２ｎｍの波長で作動するＣｏｈｅｒｅｎｔ  Ｈｙｐｅｒ−Ｒａｐｉｄ−５０ピコ秒レーザを備えたシステムを使用して、レーザ損傷させた。そのビーム伝送光学素子は、ガウス・ベッセル・レーザビーム集線を作るように構成し、レーザ伝播軸に沿った光強度分布は、０．７４ｍｍの半値全幅であり、スポットサイズは、ビームのベッセル様断面プロファイルにおける第１のヌルまたは強度最小値の直径で測定して、直径１．２μｍであった。各損傷軌跡は、シリカ含有基板を、５つのレーザパルスを含む５０μＪのレーザバーストに暴露することによって形成した。各パルスは、７．２ピコ秒の持続時間を有し、各バースト内部のパルス間の時間間隔は２０ナノ秒であった。次に、レーザ加工したシリカ含有基板を、４７℃で、２０％ＨＦ（体積％）および１２％ＨＣｌ（体積％）の静止（物理的撹拌なし、超音波なし）浴中でエッチングした。バルクエッチング速度は、０．００４６μｍ／秒〜０．００５μｍ／秒であった。
【００６１】
図１１Ａは、エッチング前の背面照明下での試料について、低倍率での、０．３６ｍｍ厚の溶融シリカ基板に作られた損傷軌跡１２０、１２０’および１２０”の画像を示す。図１１Ａの画像における損傷軌跡の横間隔（すなわち、ピッチ）は１５０μｍである。各損傷軌跡が、第一面１０２（第１の変更部分）および第二面１０４（第２の変更部分）近くにある、より強力に変更された部分（２つの水平な点線の上と下の、光学顕微鏡画像におけるより暗い線形特徴）、並びにガラスの中央のより弱い第３の変更部分（２つの水平な点線の間の、光学顕微鏡画像におけるより明るい線形特徴）を有することが、図１１Ａの光学顕微鏡画像から明らかである。それゆえ、この第３の変更部分の変更のレベルは、第１の変更部分および第２の変更部分の変更のレベルよりも小さい。その差は、図１１Ｂ（第一面１０２）および図１１Ｃ（第二面１０４）の高倍率画像においてより明白に示されている。
【００６２】
損傷軌跡１２０、１２０’および１２０”の各々は、少なくとも、第１のセグメント１２０Ａ、１２０Ａ’および１２０Ａ”、第２のセグメント１２０Ｂ、１２０Ｂ’および１２０Ｂ”、並びに第３のセグメント１２０Ｃ、１２０Ｃ’および１２０Ｃ”を有する。
【００６３】
損傷軌跡の強度における差は、準非回折ビーム（ガウス・ベッセル）形成光学素子により作られる光強度の差で説明されないことに留意のこと。焦線強度は、光軸に沿って走査したＣＣＤカメラおよび高ＮＡ顕微鏡対物レンズを使用して測定され、ガウス・ベッセル強度プロファイルに厳密にしたがうことが示された。その焦線の位置は、シリカ含有基板の中心近くでほぼ最大強度を達成するように設定し、表面の各々の近くでは、強度はわずかに減少した。０．３５ｍｍ厚のガラスの深さを通るこの焦線に関して予測される強度変動は、約６〜８％である。
【００６４】
図１２は、この実施例のエッチング過程後の、エッチングされたビア５１０の側面の光学顕微鏡画像を示す。図から分かるように、ビア１１０は、狭い胴部ｗを有する砂時計の形状を有する。ビア５１０は、図５に概略示された例示のビア１１０と似た内壁プロファイルを有する。図５および１２を参照すると、ビア５１０は、以下の内壁プロファイルを有する：θ１＝θ４＝１°、θ２＝θ３＝８°、Ｌ１＝Ｌ４＝６２μｍ、Ｌ２＝Ｌ３＝８８μｍ；第１の直径Ｄ１＝４９．５μｍ；第２の直径Ｄ２＝５１．２μｍ；およびＤｗ＝２５．７μｍ。この場合、損傷軌跡は、溶融基板の厚さの中央面辺りでほぼ対照であり、図３に示された場合とは対照的に、水平中心線の周りに対称なビアになる。
【００６５】
この過程で製造されたシリカ含有基板は、その部品レベルで非常に低いビアからビアの変動を示した。これは、この過程が安定しており、レーザエネルギーの任意の小さい変動またはシステムの焦点により過度に影響を受けないことを示す。図１３Ａ〜１３Ｃおよび１４Ａ〜１４Ｃに示されるように、直径と真円度の両方は、１００００個のビアの上部、胴部および底部について、非常にうまく制御されている。各グラフに示されるような多数の孔について、図１３Ａは、第１の直径を示すヒストグラムであり、図１３Ｂは、第２の直径を示すヒストグラムであり、図１３Ｃは胴部の直径を示すヒストグラムである。寸法制御は、第１の直径について±１％より良好であり、第２の直径について±２．５％より良好であり、胴部の直径について±６％より良好であることが示されている。
【００６６】
ビアの品質に関する別の測定基準は真円度であり、これは、各ビアの第１の直径（図１４Ａ）、第２の直径（図１４Ｂ）、および胴部の直径（図１４Ｃ）について測定することができる。ここに用いられているように、真円度は、ビアの顕微鏡画像に円をフィッティングさせることによって、決定される。Ｈ＝｛ｈ１、ｈ２、・・・・、ｈｎ｝を、上から見たような（例えば、それぞれの直径でのビアの顕微鏡画像から）第１の直径、第２の直径、または胴部の直径でのビアのエッジに沿って特定された一群の点ｈｉ＝（ｘｉ、ｙｉ）と考える。それらの点は、制限なく、画素当たり約１μｍの解像度にあることがある。正確に１つの最小二乗適合の円を評価することができる。この円の中心点Ｃ＝（ｘｃ、ｙｃ）およびその半径Ｒにより、数量
2020521332.tif 000004
【００６７】
が最小になる。一連の距離（直径）ｄｉ＝ｄｉｓｔ（ｈｉ、Ｃ）を考えると、最小値ｄｍｉｎおよび最大値ｄｍａｘを見つけることができる。ここでは、差ｄｍａｘ−ｄｍｉｎを真円度と称する。それゆえ、全ての距離ｄｉが等しい理論的に完全な円は、ｄｍｉｎおよびｄｍａｘの値が等しくなり、真円度値がゼロとなる。大きい真円度値は、それほど丸くない孔を示す。
【００６８】
図１５Ａは、４つの異なるバーストエネルギーでの、試料に関する胴部欠陥のヒストグラムである。真円度が大きすぎるビアは、楕円形すぎるまたは不完全に形成されたビアである。図１５Ｂは、４つの異なるバーストエネルギーでの、試料に関する全欠陥（ブラインドビア、入口または第２の直径が５μｍ超のビア、もしくは５μｍ超の胴部の真円度）のヒストグラムである。図１６Ａ（平均）および図１６Ｂ（標準偏差）は、異なるバーストエネルギーおよび焦点条件で製造された試料に関する、部品に亘るビア胴部のばらつきを示すヒストグラムである。図１６Ｃは、異なるバーストエネルギーおよび焦点条件に関する胴部の直径と第１の直径との間の比を示すヒストグラムである。
【００６９】
５μｍを超える真円度を有するビアの百分率で定義されるような、図１５Ａおよび１５Ｂ並びに図１６Ａ〜１６Ｃに示されるように、この過程により製造された部品は、妥当なプロセスウィンドウ内にある（図１５Ａおよび１５Ｂ）、極めて低い欠陥率も有し、胴部の開口のみが、プロセスウィンドウ内で小さいばらつきを有し（図１６Ａ〜１６Ｃ）、両方ともその過程が安定していることを示す。それに加え、図１６Ａ〜１６Ｃは、５μＪのエネルギーおよび１００μｍのプロセスウィンドウを使用して、３５％〜４５％の胴部の直径／第１の直径の比を達成できることを示す。
【００７０】
今では、ここに記載された実施の形態が、高純度シリカ含有基板などのシリカ含有基板において砂時計形のビアを提供する方法および物品を提供することを理解すべきである。砂時計形のビアは、例えば、電気メッキ過程を使用して金属化することができる。この砂時計形のビアは、エッチング過程前にシリカ含有基板に特別注文の損傷軌跡を形成するレーザ損傷・エッチング過程により形成される。その損傷軌跡は、シリカ含有基板の中身／中央よりも、シリカ含有基板の表面に近接して、より強力な材料変更を有する。その特別注文の損傷軌跡は、胴部を画成するテーパー領域を有するエッチングされたビアをもたらす。その胴部は、ビア内に内部金属層を成長させるための金属橋の機能を果たすことができる。砂時計形のビアを有するシリカ含有基板は、高周波電子デバイスなどの電子デバイスにおけるインターポーザとして使用することができる。
【００７１】
請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、それらの改変および変更が付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入るという条件で、包含することが意図されている。
【００７２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７３】
実施形態１
シリカ、第一面、および該第一面と反対の第２面を含む基板を加工する方法において、
レーザビームを使用して、前記第一面から前記第二面まで前記基板を通る損傷軌跡を形成する工程であって、該損傷軌跡が、
前記第一面に近接した第１の高度に変更されたセグメント、
前記第二面に近接した第２の高度に変更されたセグメント、および
該第１の高度に変更されたセグメントと該第２の高度に変更されたセグメントの間に配置された最小に変更されたセグメント、
を含むように、該損傷軌跡に沿った該基板の変更のレベルは、該第一面から始まり該基板の中身に向かう第１の方向に減少し、該基板の変更のレベルは、該第二面から始まり該基板の中身に向かう第２の方向に減少する、工程、および
エッチング液を使用して、前記基板をエッチングして、前記第一面での第１の直径、前記第二面での第２の直径、および該第一面と該第二面の間の胴部の直径を有するビア胴部を有するビアを形成する工程であって、該胴部の直径は、該第１の直径より小さく、該第２の直径より小さい、工程、
を有してなる方法。
【００７４】
実施形態２
前記損傷軌跡の最小に変更されたセグメントが、前記レーザビームによって変更されている、実施形態１に記載の方法。
【００７５】
実施形態３
前記損傷軌跡の最小に変更されたセグメント内の前記基板の少なくとも一部が、前記レーザビームによって変更されていない、実施形態１または２に記載の方法。
【００７６】
実施形態４
前記基板が少なくとも７５モル％のシリカを含む、実施形態１から３いずれか１つに記載の方法。
【００７７】
実施形態５
前記基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む、実施形態１から３いずれか１つに記載の方法。
【００７８】
実施形態６
前記基板が少なくとも９９モル％のシリカを含む、実施形態１から３いずれか１つに記載の方法。
【００７９】
実施形態７
前記基板が、故意ではなくドープされたシリカを含む、実施形態１から３いずれか１つに記載の方法。
【００８０】
実施形態８
前記基板の厚さが、５０μｍ以上かつ１ｍｍ以下である、実施形態１から７いずれか１つに記載の方法。
【００８１】
実施形態９
前記胴部の直径が、前記第１の直径および前記第２の直径の各々の少なくとも５０％である、実施形態１から８いずれか１つに記載の方法。
【００８２】
実施形態１０
前記ビアが砂時計の形状を有する、実施形態１から９いずれか１つに記載の方法。
【００８３】
実施形態１１
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該二面の他方よりも近く位置している、実施形態１から１０いずれか１つに記載の方法。
【００８４】
実施形態１２
前記第１の直径および前記第２の直径が５μｍ以上である、実施形態１から１１いずれか１つに記載の方法。
【００８５】
実施形態１３
前記基板の第一面が、前記レーザビームを放出するレーザ源に面しており、
前記胴部の直径と前記第１の直径との間の比が、３５％以上かつ４５％以下である、実施形態１から１２いずれか１つに記載の方法。
【００８６】
実施形態１４
前記ビアが、縦軸、内壁、前記第一面と前記ビア胴部との間に位置する第１のテーパー領域、および前記第二面と該ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域を含み、
前記第１のテーパー領域が、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有し、
前記第２のテーパー領域が、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する、実施形態１から１３いずれか１つに記載の方法。
【００８７】
実施形態１５
前記第１の角度が前記第２の角度と等しい、実施形態１４に記載の方法。
【００８８】
実施形態１６
前記第１の角度が前記第２の角度と異なる、実施形態１４に記載の方法。
【００８９】
実施形態１７
前記レーザビームが、
前記損傷軌跡が、前記最小に変更されたセグメントと前記第２の高度に変更されたセグメントとの間に位置する追加の最小に変更されたセグメントを含み、
前記追加の最小に変更されたセグメントの変更のレベルが、前記第１の高度に変更されたセグメントおよび前記第２の高度に変更されたセグメントの変更のレベルよりも小さい、ように作動される、実施形態１から１６いずれか１つに記載の方法。
【００９０】
実施形態１８
前記ビアが、
縦軸、
内壁、
前記第一面に近接して位置する第１のテーパー領域であって、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有する第１のテーパー領域、
前記第１のテーパー領域と前記ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域であって、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する第２のテーパー領域、
前記ビア胴部に隣接する第３のテーパー領域であって、該第３のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第３の角度を有する第３のテーパー領域、および
前記第３のテーパー領域と前記第二面との間に位置する第４のテーパー領域であって、該第４のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第４の角度を有する第４のテーパー領域、
を含み、
前記第２の角度および前記第３の角度の各々が、前記第１の角度および前記第４の角度より小さい、実施形態１から１７いずれか１つに記載の方法。
【００９１】
実施形態１９
前記第１の角度および前記第４の角度が異なる、実施形態１８に記載の方法。
【００９２】
実施形態２０
前記第１の角度および前記第４の角度の各々が、５度以下である、実施形態１９に記載の方法。
【００９３】
実施形態２１
前記第２の角度および前記第３の角度が異なる、実施形態１８に記載の方法。
【００９４】
実施形態２２
前記第１の角度、前記第２の角度、前記第３の角度、および前記第４の角度の各々が、該第１の角度、該第２の角度、該第３の角度、および該第４の角度の他のものと異なる、実施形態１８に記載の方法。
【００９５】
実施形態２３
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該第二面の他方よりも近く位置している、実施形態１８から２２いずれか１つに記載の方法。
【００９６】
実施形態２４
前記レーザビームが、前記基板の中身を通って位置決めされたレーザビーム焦線に集束されるパルスレーザビームを含み、
前記レーザビーム集線が、前記基板内に多光子誘発吸収を生じ、該多光子誘発吸収が、該レーザビーム集線に沿って該基板内に材料の変更を生じ、それによって、前記損傷軌跡が形成される、実施形態１から２３いずれか１つに記載の方法。
【００９７】
実施形態２５
前記パルスレーザビームが複数のレーザビームサブパルスを含み、該複数のレーザビームサブパルスの個々のレーザビームサブパルスが、ある時間間隔だけ隔てられている、実施形態２４に記載の方法。
【００９８】
実施形態２６
前記複数のレーザビームバーストが、１０未満の個々のレーザビームサブパルスを含む、実施形態２５に記載の方法。
【００９９】
実施形態２７
前記複数のレーザビームバーストが、５以下の個々のレーザビームサブパルスを含む、実施形態２５に記載の方法。
【０１００】
実施形態２８
前記レーザビームの前記レーザビーム集線が、前記基板の第一面および第二面に近い該基板を、該基板の第一面および第二面からさらに離れた領域よりも強力に変更する、実施形態２４から２７いずれか１つに記載の方法。
【０１０１】
実施形態２９
前記レーザビーム集線の最大強度が、前記損傷軌跡の所望の線に沿って、前記第一面と前記第二面の間の中点に位置している、実施形態２４から２８いずれか１つに記載の方法。
【０１０２】
実施形態３０
前記レーザビーム集線の最大強度が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該二面の他方よりも近く位置している、実施形態２４から２８いずれか１つに記載の方法。
【０１０３】
実施形態３１
前記レーザビームを使用して、前記損傷軌跡を形成しながら、前記第一面および第二面の１つ以上の温度を調節する工程をさらに含む、実施形態１から３０いずれか１つに記載の方法。
【０１０４】
実施形態３２
前記レーザビームが準非回折ビームである、実施形態１から３１いずれか１つに記載の方法。
【０１０５】
実施形態３３
前記レーザビームのエネルギーが、前記基板を変更するための閾値より高い、実施形態１から３２いずれか１つに記載の方法。
【０１０６】
実施形態３４
前記レーザビームのエネルギーが、前記基板を変更するための閾値より７５パーセント未満大きい、実施形態３３に記載の方法。
【０１０７】
実施形態３５
前記レーザビームのエネルギーが、前記基板を変更するための閾値より１０パーセント未満大きい、実施形態３４に記載の方法。
【０１０８】
実施形態３６
前記レーザビーム集線が、該レーザビーム集線の中心領域よりも、該レーザビーム集線の第１の端部および該レーザビーム集線の第２の端部で大きい強度を有するように、前記レーザビームを作動させる工程をさらに含む、実施形態２４から２８いずれか１つに記載の方法。
【０１０９】
実施形態３７
前記エッチング液がフッ化水素酸を含む、実施形態１から３６いずれか１つに記載の方法。
【０１１０】
実施形態３８
前記エッチング液が、２０体積％のフッ化水素酸および１２体積％の塩化水素酸を含む、実施形態３７に記載の方法。
【０１１１】
実施形態３９
前記基板のエッチング工程後、前記ビアを電気メッキする工程をさらに含む、実施形態１から３８いずれか１つに記載の方法。
【０１１２】
実施形態４０
物品において、
シリカ含有基板であって、７５モル％以上のシリカ、第一面、該第一面と反対の第２面、および該第一面から該第二面に向かって該シリカ含有基板を通って延在するビアを含み、該ビアは、
前記第一面での第１の直径、
前記第二面での第２の直径、および
前記第一面と前記第二面の間のビア胴部において、胴部の直径であって、該胴部の直径と、前記第１の直径および前記第２の直径の各々との間の比が７５％以下であるように該第１の直径および該第２の直径より小さい胴部の直径を有するビア胴部、
を有する、シリカ含有基板、
を備えた物品。
【０１１３】
実施形態４１
前記シリカ含有基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む、実施形態４０に記載の物品。
【０１１４】
実施形態４２
前記シリカ含有基板が少なくとも９９モル％のシリカを含む、実施形態４０に記載の物品。
【０１１５】
実施形態４３
前記シリカ含有基板が、故意ではなくドープされたシリカを含む、実施形態４０に記載の物品。
【０１１６】
実施形態４４
前記シリカ含有基板の厚さが、５０μｍ以上かつ１ｍｍ以下である、実施形態４０から４３いずれか１つに記載の物品。
【０１１７】
実施形態４５
前記胴部の直径が、前記第１の直径および前記第２の直径の各々の少なくとも５０％である、実施形態４０から４４いずれか１つに記載の物品。
【０１１８】
実施形態４６
前記ビアが砂時計の形状を有する、実施形態４０から４５いずれか１つに記載の物品。
【０１１９】
実施形態４７
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該二面の他方よりも近く位置している、実施形態４０から４６いずれか１つに記載の物品。
【０１２０】
実施形態４８
前記第１の直径および前記第２の直径の各々が、５μｍ以上かつ１００μｍ以下である、実施形態４０から４７いずれか１つに記載の物品。
【０１２１】
実施形態４９
前記胴部の直径と前記第１の直径との間の比が、３５％以上かつ４５％以下である、実施形態４０から４８いずれか１つに記載の物品。
【０１２２】
実施形態５０
前記ビアが、縦軸、内壁、前記第一面と前記ビア胴部との間に位置する第１のテーパー領域、および前記第二面と該ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域を含み、
前記第１のテーパー領域が、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有し、
前記第２のテーパー領域が、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する、実施形態４０から４９いずれか１つに記載の物品。
【０１２３】
実施形態５１
前記第１の角度が前記第２の角度と等しい、実施形態５０に記載の物品。
【０１２４】
実施形態５２
前記第１の角度が前記第２の角度と異なる、実施形態５０に記載の物品。
【０１２５】
実施形態５３
前記ビアが、
縦軸、
内壁、
前記第一面に近接して位置する第１のテーパー領域であって、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有する第１のテーパー領域、
前記第１のテーパー領域と前記ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域であって、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する第２のテーパー領域、
前記ビア胴部に隣接する第３のテーパー領域であって、該第３のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第３の角度を有する第３のテーパー領域、および
前記第３のテーパー領域と前記第二面との間に位置する第４のテーパー領域であって、該第４のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第４の角度を有する第４のテーパー領域、
を含み、
前記第２の角度および前記第３の角度の各々が、前記第１の角度および前記第４の角度より小さい、実施形態４０から４９いずれか１つに記載の物品。
【０１２６】
実施形態５４
前記第１の角度および前記第４の角度が異なる、実施形態５３に記載の物品。
【０１２７】
実施形態５５
前記第１の角度および前記第４の角度の各々が、５度以下である、実施形態５４に記載の物品。
【０１２８】
実施形態５６
前記第２の角度および前記第３の角度が異なる、実施形態５３に記載の物品。
【０１２９】
実施形態５７
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該第二面の他方よりも近く位置している、実施形態５３から５６いずれか１つに記載の物品。
【０１３０】
実施形態５８
前記ビアが、導電性材料で電気メッキされている、実施形態４０から５７いずれか１つに記載の物品。
【０１３１】
実施形態５９
前記シリカ含有基板を貫通する複数のビアをさらに含む、実施形態４０から５８いずれか１つに記載の物品。
【０１３２】
実施形態６０
電子デバイスにおいて、
シリカ含有基板であって、７５モル％以上のシリカ、第一面、該第一面と反対の第２面、および該第一面から該第二面に向かって該シリカ含有基板を通って延在するビアを含み、該ビアは、
前記第一面での第１の直径、
前記第二面での第２の直径、および
前記第一面と前記第二面の間のビア胴部において、胴部の直径であって、該胴部の直径と、前記第１の直径および前記第２の直径の各々との間の比が７５％以下であるように該第１の直径および該第２の直径より小さい胴部の直径を有するビア胴部、
を有する、シリカ含有基板、および
前記シリカ含有基板に結合された半導体素子であって、前記ビアに電気的に結合されている半導体素子、
を備えた電子デバイス。
【０１３３】
実施形態６１
前記シリカ含有基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む、実施形態６０に記載の電子デバイス。
【０１３４】
実施形態６２
前記シリカ含有基板が少なくとも９９モル％のシリカを含む、実施形態６０に記載の電子デバイス。
【０１３５】
実施形態６３
前記シリカ含有基板が、故意ではなくドープされたシリカを含む、実施形態６０に記載の電子デバイス。
【０１３６】
実施形態６４
前記シリカ含有基板の厚さが、５０μｍ以上かつ１ｍｍ以下である、実施形態６０から６３いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１３７】
実施形態６５
前記胴部の直径が、前記第１の直径および前記第２の直径の各々の少なくとも５０％である、実施形態６０から６４いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１３８】
実施形態６６
前記ビアが砂時計の形状を有する、実施形態６０から６５いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１３９】
実施形態６７
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該二面の他方よりも近く位置している、実施形態６０から６６いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１４０】
実施形態６８
前記第１の直径および前記第２の直径の各々が、５μｍ以上かつ１００μｍ以下である、実施形態６０から６７いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１４１】
実施形態６９
前記胴部の直径と前記第１の直径との間の比が、３５％以上かつ４５％以下である、実施形態６０から６８いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１４２】
実施形態７０
前記ビアが、縦軸、内壁、前記第一面と前記ビア胴部との間に位置する第１のテーパー領域、および前記第二面と該ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域を含み、
前記第１のテーパー領域が、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有し、
前記第２のテーパー領域が、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する、実施形態６０から６９いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１４３】
実施形態７１
前記第１の角度が前記第２の角度と等しい、実施形態７０に記載の電子デバイス。
【０１４４】
実施形態７２
前記第１の角度が前記第２の角度と異なる、実施形態７０に記載の電子デバイス。
【０１４５】
実施形態７３
前記ビアが、
縦軸、
内壁、
前記第一面に近接して位置する第１のテーパー領域であって、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有する第１のテーパー領域、
前記第１のテーパー領域と前記ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域であって、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する第２のテーパー領域、
前記ビア胴部に隣接する第３のテーパー領域であって、該第３のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第３の角度を有する第３のテーパー領域、および
前記第３のテーパー領域と前記第二面との間に位置する第４のテーパー領域であって、該第４のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第４の角度を有する第４のテーパー領域、
を含み、
前記第２の角度および前記第３の角度の各々が、前記第１の角度および前記第４の角度より小さい、実施形態６０から６９いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１４６】
実施形態７４
前記第１の角度および前記第４の角度が異なる、実施形態７３に記載の電子デバイス。
【０１４７】
実施形態７５
前記第１の角度および前記第４の角度の各々が、５度以下である、実施形態７４に記載の電子デバイス。
【０１４８】
実施形態７６
前記第２の角度および前記第３の角度が異なる、実施形態７３に記載の電子デバイス。
【０１４９】
実施形態７７
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該第二面の他方よりも近く位置している、実施形態７３に記載の電子デバイス。
【０１５０】
実施形態７８
前記ビアが、導電性材料で電気メッキされている、実施形態６０から７７いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１５１】
実施形態７９
前記シリカ含有基板を貫通する複数のビアをさらに含む、実施形態６０から７８いずれか１つに記載の電子デバイス。
【０１５２】
実施形態８０
シリカ含有基板であって、７５モル％以上のシリカ、第一面、該第一面と反対の第２面、および該第一面から該第二面まで該シリカ含有基板を貫通する損傷軌跡を含み、該損傷軌跡が、
前記第一面に近接した第１の高度に変更されたセグメント、
前記第二面に近接した第２の高度に変更されたセグメント、および
該第１の高度に変更されたセグメントと該第２の高度に変更されたセグメントの間に配置された最小に変更されたセグメント、
を含むように、該損傷軌跡に沿った該シリカ含有基板の変更のレベルは、該第一面から始まり該シリカ含有基板の中身に向かう第１の方向に減少し、該シリカ含有基板の変更のレベルは、該第二面から始まり該シリカ含有基板の中身に向かう第２の方向に減少する、シリカ含有基板。
【０１５３】
実施形態８１
前記シリカ含有基板が少なくとも７５モル％のシリカを含む、実施形態８０に記載のシリカ含有基板。
【０１５４】
実施形態８２
前記シリカ含有基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む、実施形態８０に記載のシリカ含有基板。
【０１５５】
実施形態８３
前記シリカ含有基板が、故意ではなくドープされたシリカを含む、実施形態８０に記載のシリカ含有基板。
【０１５６】
実施形態８４
前記シリカ含有基板の厚さが、５０μｍ以上かつ１ｍｍ以下である、実施形態８０から８３いずれか１つに記載のシリカ含有基板。
【０１５７】
実施形態８５
物品において、
シリカ含有基板であって、７５モル％以上のシリカ、第一面、該第一面と反対の第２面、および該第一面から該第二面に向かって該シリカ含有基板を通って延在するビアを含み、該ビアは、
前記第一面での第１の直径、
前記第二面での第２の直径、および
前記第一面と前記第二面の間のビア胴部において、胴部の直径であって、該胴部の直径と、前記シリカ含有基板の厚さの半分に対する前記第１の直径と胴部の直径との間の差の比が１／１５以上であるように該第１の直径および該第２の直径より小さい胴部の直径を有するビア胴部、
を有する、シリカ含有基板、
を備えた物品。
【０１５８】
実施形態８６
前記シリカ含有基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む、実施形態８５に記載の物品。
【０１５９】
実施形態８７
前記シリカ含有基板が少なくとも９９モル％のシリカを含む、実施形態８５に記載の物品。
【０１６０】
実施形態８８
前記シリカ含有基板が、故意ではなくドープされたシリカを含む、実施形態８５に記載の物品。
【０１６１】
実施形態８９
前記シリカ含有基板の厚さが、５０μｍ以上かつ１ｍｍ以下である、実施形態８５から８８いずれか１つに記載の物品。
【０１６２】
実施形態９０
前記胴部の直径が、前記第１の直径および前記第２の直径の各々の少なくとも５０％である、実施形態８５から８９いずれか１つに記載の物品。
【０１６３】
実施形態９１
前記ビアが砂時計の形状を有する、実施形態８５から９０いずれか１つに記載の物品。
【０１６４】
実施形態９２
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該二面の他方よりも近く位置している、実施形態８５から９１いずれか１つに記載の物品。
【０１６５】
実施形態９３
前記第１の直径および前記第２の直径の各々が、５μｍ以上かつ１００μｍ以下である、実施形態８５から９２いずれか１つに記載の物品。
【０１６６】
実施形態９４
前記胴部の直径と前記第１の直径との間の比が、３５％以上かつ４５％以下である、実施形態８５から９３いずれか１つに記載の物品。
【０１６７】
実施形態９５
前記ビアが、縦軸、内壁、前記第一面と前記ビア胴部との間に位置する第１のテーパー領域、および前記第二面と該ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域を含み、
前記第１のテーパー領域が、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有し、
前記第２のテーパー領域が、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する、実施形態８５から９４いずれか１つに記載の物品。
【０１６８】
実施形態９６
前記第１の角度が前記第２の角度と等しい、実施形態９５に記載の物品。
【０１６９】
実施形態９７
前記第１の角度が前記第２の角度と異なる、実施形態９５に記載の物品。
【０１７０】
実施形態９８
前記ビアが、
縦軸、
内壁、
前記第一面に近接して位置する第１のテーパー領域であって、該第１のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第１の角度を有する第１のテーパー領域、
前記第１のテーパー領域と前記ビア胴部との間に位置する第２のテーパー領域であって、該第２のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第２の角度を有する第２のテーパー領域、
前記ビア胴部に隣接する第３のテーパー領域であって、該第３のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第３の角度を有する第３のテーパー領域、および
前記第３のテーパー領域と前記第二面との間に位置する第４のテーパー領域であって、該第４のテーパー領域内の内壁と前記縦軸との間で測定された第４の角度を有する第４のテーパー領域、
を含み、
前記第２の角度および前記第３の角度の各々が、前記第１の角度および前記第４の角度より小さい、実施形態８５に記載の物品。
【０１７１】
実施形態９９
前記第１の角度および前記第４の角度が異なる、実施形態９８に記載の物品。
【０１７２】
実施形態１００
前記第１の角度および前記第４の角度の各々が、５度以下である、実施形態９９に記載の物品。
【０１７３】
実施形態１０１
前記第２の角度および前記第３の角度が異なる、実施形態１００に記載の物品。
【０１７４】
実施形態１０２
前記ビア胴部が、前記第一面および前記第二面の一方に、該第一面または該第二面の他方よりも近く位置している、実施形態９８から１０１いずれか１つに記載の物品。
【０１７５】
実施形態１０３
前記ビアが、導電性材料で電気メッキされている、実施形態９８から１０２いずれか１つに記載の物品。
【０１７６】
実施形態１０４
前記シリカ含有基板を貫通する複数のビアをさらに含む、実施形態９８から１０３いずれか１つに記載の物品。
【符号の説明】
【０１７７】
１００、４００、４００’、４００”    シリカ含有基板
１０２、４０２    第一面
１０４、４０４    第二面
１１０、４１０、４１０’、４１０”、５１０    ビア
１１１    内壁
１１２、５１２    第１のテーパー領域
１１３、５１３    第２のテーパー領域
１１５    第１のパイロット孔
１１７    第２のパイロット孔
１１８、５１８    第３のテーパー領域
１１９、５１９    第４のテーパー領域
１２０、１２０’、１２０”    損傷軌跡
１２０Ａ    第１の変更セグメント
１２０Ｂ    第２の変更セグメント
１２０Ｃ    第３の変更セグメント
１２０Ｄ    第４の変更セグメント
１５０    レーザビーム
２００    電子デバイス
２０１    第１の電気部品
２０３    第２の電気部品
３０２ａ    パルスレーザビーム
３０２ｂ    レーザビーム集線
３０６    光学素子
Ｄ１    第１の直径
Ｄ２    第２の直径
Ｄｗ    胴部の直径
【図１】
2020521332.tif 000005
【図２】
2020521332.tif 000006
【図３】
2020521332.tif 000007
【図４Ａ】
2020521332.tif 000008
【図４Ｂ】
2020521332.tif 000009
【図４Ｃ】
2020521332.tif 000010
【図４Ｄ】
2020521332.tif 000011
【図４Ｅ】
2020521332.tif 000012
【図５】
2020521332.tif 000013
【図６】
2020521332.tif 000014
【図７】
2020521332.tif 000015
【図８】
2020521332.tif 000016
【図９Ａ】
2020521332.tif 000017
【図９Ｂ】
2020521332.tif 000018
【図９Ｃ】
2020521332.tif 000019
【図１０Ａ】
2020521332.tif 000020
【図１０Ｂ】
2020521332.tif 000021
【図１１Ａ】
2020521332.tif 000022
【図１１Ｂ】
2020521332.tif 000023
【図１１Ｃ】
2020521332.tif 000024
【図１２】
2020521332.tif 000025
【図１３Ａ】
2020521332.tif 000026
【図１３Ｂ】
2020521332.tif 000027
【図１３Ｃ】
2020521332.tif 000028
【図１４Ａ】
2020521332.tif 000029
【図１４Ｂ】
2020521332.tif 000030
【図１４Ｃ】
2020521332.tif 000031
【図１５Ａ】
2020521332.tif 000032
【図１５Ｂ】
2020521332.tif 000033
【図１６Ａ】
2020521332.tif 000034
【図１６Ｂ】
2020521332.tif 000035
【図１６Ｃ】
2020521332.tif 000036
【国際調査報告】
2020521332.tif 000037
2020521332.tif 000038
2020521332.tif 000039