EP4594268A1 - Glaswafer sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Glaswafer sowie verfahren zu dessen herstellung

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EP4594268A1
EP4594268A1 EP23771848.1A EP23771848A EP4594268A1 EP 4594268 A1 EP4594268 A1 EP 4594268A1 EP 23771848 A EP23771848 A EP 23771848A EP 4594268 A1 EP4594268 A1 EP 4594268A1
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EP
European Patent Office
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glass
glass substrate
glass wafer
wafer
side surfaces
Prior art date
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Pending
Application number
EP23771848.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Loho
Azatuhi AYRIKYAN
Christoph Brüning
Martin Letz
Markus HEISS-CHOUQUET
Patrick K. Kreski
Paige Higby
Kevin Tabor
Thorsten Damm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Schott North America Inc
Original Assignee
Schott AG
Schott North America Inc
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Filing date
Publication date
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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Definitions

  • the present invention relates generally to glass wafers, in particular for use as interposers.
  • Other applications include MEMS, glass cores for packaging in assembly and connection technology, antenna-in-package concepts for GHz applications and other similar applications.
  • the present invention relates to glass wafers comprising at least one opening.
  • Glass wafers used as interposers and/or suitable for similar applications for example as MEMS or as glass cores for packaging applications, have at least one opening, preferably several, and are usually metallized.
  • glass wafers For example, it is known to produce such glass wafers by carrying out laser treatment and then carrying out an etching step. In this way, glass wafers can be obtained which include defined openings. Areas of application include, for example, the industrial production of semiconductors.
  • a glass wafer is generally understood to mean a disk-shaped glass, which can, for example, be round, elliptical or generally rectangular.
  • the term glass wafer also includes glass panels or glass panes.
  • a glass wafer must therefore be optimized from the following aspects:
  • - Metallization for example metallic electrodes, must adhere optimally to the surface of the glass, especially within the opening of the glass wafer,
  • the glass wafer is mechanically stable during the production and use of the semiconductor, in particular that it has good mechanical strength.
  • Glass wafers can generally be made more mechanically stable using various processes.
  • US patent application US 2009/0220761 A1 describes a process for chemically toughening glass.
  • the object of the invention is to provide glass wafers which at least partially reduce the weaknesses of the prior art.
  • a further object is to provide a method for producing such glass wafers.
  • the present invention therefore relates to a glass wafer comprising at least one opening with a surface having two opposite side surfaces and a circumferential edge surface.
  • the glass comprised by the glass substrate comprises at least one network former and at least one metal oxide.
  • the at least one opening has a maximum lateral dimension, in particular a diameter, of at most 400 pm, preferably at most 300 pm and particularly preferably at most 200 pm.
  • Preferably the maximum lateral boundary is at least 10 pm.
  • the glass wafer has a thickness of at least 10 pm.
  • the thickness of the wafer is advantageously limited and amounts to a maximum of 5 mm.
  • Preferred lower limits for the thickness of the wafer are at least 30 pm, for example 50 pm or 100 pm.
  • Preferred upper limits can be 3 mm or 1.5 mm or even just 1 mm.
  • the thickness of the glass wafer and the maximum lateral dimension are in a ratio to one another in order to achieve advantageous strengths of the glass wafer.
  • This aspect ratio of the maximum lateral dimension of the opening (for example diameter of the opening) to the thickness of the glass wafer is preferably at least 1:100.
  • the leaching depth of metal ions is in the surface of the at least one opening at least by a factor of 1.1 greater than the leaching depth on the two side surfaces, preferably by a factor of 1.5 greater, particularly preferably by a factor of 2 greater, more preferably by a factor of 5 greater and most preferably by a factor of 10 greater, wherein preferably the leaching depth is at most 15 times greater than on the two side surfaces, which is preferably determined by means of a ToF-SIMS measurement.
  • the glass substrate comprises a glass comprising from 30% by weight to 75% by weight of SiO2, preferably up to 65% by weight of SiO2.
  • the glass wafer is generally designed to include a glass substrate.
  • a glass substrate is understood to mean a shaped body made of glass which, in addition to the shaping, such as cutting, has not yet undergone any finishing and/or further processing steps, such as a coating.
  • the wafer can therefore generally be understood as a refined substrate.
  • the sides and surfaces of a substrate and a wafer correspond within the scope of the present disclosure. If one speaks of a side surface of the glass wafer or an edge surface of the wafer, this also corresponds to the side surface or the edge surface of the glass substrate.
  • the glass wafer or the glass substrate is generally disk-shaped or plate-shaped.
  • the thickness of the glass wafer or substrate is therefore its smallest lateral dimension, in particular less than its length and width or, in the case of a round wafer/substrate, than its diameter.
  • the glass wafer has at least one opening, which has a maximum lateral dimension of at most 400 pm, preferably at most 300 pm and particularly preferably at most 200 pm, and can also be made significantly smaller depending on the exact design.
  • the opening can also generally be referred to as a “via”.
  • the glass which is comprised of the glass substrate and accordingly of the glass wafer is not a single-component glass and accordingly comprises, in addition to a network former, generally metal oxides in particular.
  • the leaching depth of metal ions is at least 1.1 times greater than the leaching depth on the two side surfaces, preferably 1.5 times greater, particularly preferably 2 times greater, more preferably 5 times greater and most preferably 10 times greater, wherein the leaching depth is preferably at most 15 times greater than on the two side surfaces.
  • This surprising design of the glass wafer according to embodiments is very advantageous because it has been shown that the properties of the glass wafer can be improved in a decisive way in this way. In particular, it is This design makes it surprisingly possible to improve the mechanical strength of the glass wafer, thus increasing handling and service life.
  • the leaching in the side surfaces differs from the leaching in the surface of the at least one opening.
  • the leaching depth in the implementation is at least a factor of 1.1 greater than the leaching depth on the two side surfaces, preferably a factor of 1.5 greater, particularly preferably a factor of 2 greater, more preferably a factor of 2 5 larger and most preferably by a factor of 10 larger, with the leaching depth preferably being at most 15 times larger than on the two side surfaces of the wafer.
  • the reasons for this are not fully understood. However, the inventors assume that it is due to the special way in which the etching is carried out, so that different concentration gradients within the narrow opening lead to the formation of this strong leaching compared to the leaching on the surface of the wafer.
  • the leaching depth and its different formation on the side surfaces of the wafer compared to the surface of the opening can be determined in particular using ToF-SIMS measurement.
  • the exchange of glasses that contain ions of alkaline earth metals as an alternative or in addition to alkali ions could also show a corresponding leaching pattern.
  • the glass substrate comprises a glass comprising from 30 wt.% to 85 wt.% SiO 2.
  • a preferred range for the content of SiO 2 can be from 60 to 84 wt.%. It has been shown that such a glass is particularly advantageously suitable for forming a glass wafer according to embodiments.
  • the glass wafer is designed such that the breaking strength of the glass wafer is at least 400 MPa and preferably at most 650 MPa and/or that the Weibull modulus of the glass wafer is between 4.2 and 7.1.
  • the wafer is designed to be particularly break-resistant.
  • the glass comprises the following components in weight percent on an oxide basis: B2O3 5 to 25, preferably 8 to 25
  • AhCh 0 to 25, preferably 0 to 10.
  • the glass wafer has a roughness of at most 1000 nm on at least one surface, in particular on at least one of the two side surfaces.
  • the roughness can be less than 100 nm or even less than 10 nm.
  • the roughness is at most 1 nm or even less.
  • the glasses listed below are particularly suitable for the manufacturing process with laser irradiation, formation, filamentary damage and subsequent etching with merging of widening channels along the filamentary damage.
  • the composition comprises the following components in weight percent on an oxide basis:
  • a further advantageous embodiment comprises wt.% on an oxide basis:
  • a still further advantageous embodiment comprises wt.% on an oxide basis:
  • a still further advantageous embodiment comprises wt.% based on oxide:
  • Another advantageous embodiment also includes wt.% based on oxide:
  • coloring oxides can optionally be added, such as Nd2Ü3, Fe2Ü3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, CuO, Cr2Ü3. 0 - 2% by weight of AS2O3, Sb2Ü3, SnÜ2, SO3, Cl, F and/or CeÜ2 can be added as refining agents, and the total amount of the total composition is 100% by weight.
  • the glass comprises the following
  • Na2Ü 1 to 15 preferably 3 to 15
  • TiCh 0 to 10, preferably 0.5 to 10
  • the glass comprises the following components in % by weight on an oxide basis:
  • the sum of the contents of MgO, CaO and BaO is characterized by being in the range from 0 to 18 wt.% or from 0 to 10 wt.% or from 0 to 4 wt.%.
  • Advantageous contents of Na2Ü for all embodiments are from 0 to 8% by weight, in particular from 1 to 5% by weight.
  • Advantageous contents of K2O for all embodiments are from 0 to 8% by weight, in particular from 0 to 3% by weight.
  • the glasses mentioned here are particularly advantageous if they are free of Li2O. Unavoidable impurities, which can usually be in the range of up to 5 ppm, can of course also be present.
  • the wafer according to embodiments of the present disclosure is particularly well suited for connection technology, in particular for providing very high data rates. For this purpose, rather small vias are necessary.
  • the selective leaching of metal ions, in particular alkali ions allows metallizations to adhere particularly well to the wafer, especially in the area of the via or the through-opening itself.
  • Metallizations for example comprising or made of Ni, Cr, Ti, Pd, which can also act as adhesion promoters between the glass substrate or wafer and further layers, for example further metal layers, can be applied, for example, electroless plating or galvanically.
  • the metallization comprises copper, silver, gold or aluminum.
  • the layer comprising copper can be applied directly to the glass wafer or to an adhesion-promoting layer, for example comprising or made of Ni, Cr, Ti, Pd, which is applied between the glass wafer and the layer comprising copper.
  • the metallization can consist predominantly, i.e. more than 50% by weight, or essentially, i.e. more than 90% by weight, or entirely of copper.
  • the excellent adhesion of metallizations can be demonstrated, for example, by means of a scratch test on the surface of a metallized wafer, as will be explained in more detail below.
  • Another method is the “test test”, in which an adhesive strip is stuck to the sample and the force is measured to remove the adhesive strip and the coating.
  • the invention also relates to a method.
  • the method for producing a glass wafer comprising a glass substrate comprising at least one opening, having two opposite side surfaces and a circumferential edge surface, in particular of a glass wafer according to a Embodiment according to the present disclosure comprises the steps:
  • the disk-shaped glass substrate at least in the region in which filament-shaped damages are formed in the disk-shaped glass substrate in a liquid etching medium, wherein the filament-shaped damages are widened to form channels, wherein the liquid etching medium is or comprises a lye, preferably a potassium-containing lye.
  • the etching treatment with an alkali seems to lead to fewer metal ions overall, in particular fewer alkalis and/or alkaline earths, being leached from the glass network. This appears to result in better adhesion of the metallization to the glass. The inventors suspect that this is because a diffusion process occurs from the glass into the metallization.
  • the leaching depth in the opening is higher than the leaching depth on the surface.
  • Etching with a potassium-containing lye appears to be particularly advantageous here. This produces a particularly advantageous leaching profile, which can prove advantageous in subsequent processing steps when producing an interposer. In particular, better adhesion of the metallization to the etched glass surface is worth mentioning here.
  • the etching can be carried out at a temperature of at least 110°C, for example at 115°C or 120°C, i.e. with an etching medium which has a temperature of at least 110°C, preferably at least 115°C, preferably of at most 150°C.
  • the glassy material of the disk-shaped glass substrate is removed at a removal rate of less than 5 pm per hour.
  • the etching time is at least 12 hours. Even a slower or longer etching can lead to an advantageous increase in the mechanical stability of the resulting glass wafer.
  • the number of pulses of a burst for inducing filamentous damage is at least 2 or at most 7.
  • filament-shaped damage with only one laser pulse and not in the form of a pulse packet.
  • the pulse duration of the laser is in the range from 0.5 ps to 2 ps.
  • at least one surface is mechanically polished. This is particularly advantageous for setting a low roughness and can also contribute to a further increase in the mechanical strength of the glass wafer. The polishing is particularly preferably carried out after etching has taken place.
  • FIG. 1 is a perspective view of a glass wafer according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a sectional view of a glass wafer according to an embodiment
  • Fig. 3 is a schematic representation of the method for producing one
  • Fig. 16 to 17 Representations of scratch marks on metallized glass wafers.
  • Fig. 1 shows a schematic and not to scale perspective view of a glass wafer 1 according to an embodiment.
  • the glass wafer 1 comprises a glass substrate (not designated here) comprising at least one opening 7, which can also be referred to as a “via” in the context of the present disclosure.
  • the glass substrate or, accordingly, the glass wafer 1 comprises two mutually opposite side surfaces 3, 5.
  • the glass wafer 1 or, in a corresponding manner, the glass substrate comprises a glass comprising at least one network former, preferably SiO2 and at least one metal oxide.
  • the glass is therefore designed as a multi-component glass, which has significant advantages over, for example, pure quartz glass. In particular, the glass is therefore accessible to a manufacturing and shaping process in a usual melting process.
  • Fig. 2 shows a sectional view of a glass wafer 1 according to one embodiment. Shown in section here are two openings 7, which are visible on the respective sides 3, 5 of the glass wafer 1 as holes 71, 72. Also shown is the depletion zone 9 caused by the etching process. This is divided into two areas, namely the area 91 formed on the two side surfaces 3, 5 of the glass wafer 1 with only a small depletion depth or leaching depth and the area 92 formed in the opening 7 with a significantly greater leaching depth.
  • the leaching depth is, in particular for metal ions in the region of the opening 7, at least 1.1 times greater than the leaching depth on the two side surfaces, preferably 1.5 times greater, particularly preferably 2 times greater, more preferably 5 times greater and most preferably 10 times greater, with the leaching depth preferably being 15 times greater than on the two side surfaces 3, 5 of the glass wafer 1. This can preferably be determined in a ToF-SIMS measurement.
  • Fig. 3 shows, in a schematic and not true-to-scale representation, an example of a method for producing a glass wafer 1, not shown here a glass substrate 2 provided.
  • the sides 3, 5 of the glass substrate 2 correspond to the sides of the later glass wafer 1.
  • a laser beam 13 is generated, which is directed onto the glass substrate 2.
  • the focusing optics 15 forms an elongated focus 17 in the disk-shaped glass substrate 2, so that the irradiated energy of the laser beam 13 creates a filament-shaped damage 19 in the volume of the disk-shaped glass substrate 2, the longitudinal direction of which is perpendicular to the surface of the glass substrate 2 or to at least one of the two side surfaces 3, 5 of the glass substrate 2.
  • Fig. 4 shows a representation of the strength of glass wafers depending on the etching medium used or of glass substrates that have undergone a different pretreatment. All measurement data were obtained without openings being made in the wafers or substrates in question. As is usual when representing the strength of brittle material, the points are shown in a double-logarithmic Weibull diagram. This also applies to Fig. 5.
  • the measurement points a) are breakage probabilities of glass substrates that have not been etched or otherwise pretreated, and thus represent the reference in terms of the breakage probability.
  • the points b) black filled triangles) represent breakage probabilities determined for glass wafers that have been etched using KOH.
  • the points c) (open square standing on its tip) are breakage probabilities for wafers that have been etched using HF.
  • the points d) (square with an inscribed cross) show breakage probabilities for a polished wafer.
  • temperatures of the etching bath i.e. the lye used, for example a lye containing KOH
  • temperatures of the etching bath are set at at least 110°C, preferably at least 115°C, for example 120°C.
  • the probability of a glass breaking can be significantly influenced by the choice of etching medium and also by its temperature. This can also be shown for the structured substrate, i.e. the resulting glass wafer.
  • Fig. 5 shows the breakage probabilities as a function of the stress acting on a wafer for two different types of wafers.
  • a) open circles
  • the data of breakage probabilities for a glass wafer are shown here, which was obtained on a 1 mm thick wafer with openings with a diameter of 50 pm. The etching was done using HF.
  • points b) open-ended, unfilled triangle
  • breakage probabilities for a 1 mm thick wafer that was etched with KOH and in which the openings have a diameter of 10 pm.
  • the characteristic value and the Weibull modulus are the two parameters of a Weibull distribution.
  • the strengths of brittle materials are usually described by Weibull distributions.
  • the characteristic strength is then one of the two parameters that define the distribution.
  • the data for the characteristic strength and for the Weibull modulus depend on the etching process.
  • glass wafers etched using a base, in this case KOH have a higher strength.
  • samples etched using HF have a significantly increased leaching and depletion of metal ions, in particular alkali metal ions, such as sodium and potassium ions, relative to etching using an alkali such as KOH.
  • etching Every etching process also intrinsically leads to leaching and a depletion of metal ions, for example sodium ions, but the exact formation of this depletion zone seems to be critical, especially for structured substrates or wafers that include openings. The inventors suspect that this could be related to the laser structuring process, because the laser treatment initially induces microcracks in the substrate/wafer.
  • etching initially has a rather advantageous effect, because the etching and the associated material removal initially eliminate such microcracks and initially prevent further crack propagation.
  • HF or acid etching obviously leads to a significantly greater depletion of metal ions, which somewhat reduces this positive effect.
  • Alkaline etching has advantages here because metal ions, especially sodium, are not leached to such an extent, which helps minimize crack propagation.
  • Fig. 12 to 17 illustrate the difference between glass wafers of the prior art and those glass wafers according to embodiments of the present disclosure.
  • the glass wafers have been metallized in each case because this is the most obvious way to show the difference in the glass wafers and the type of pretreatment and this corresponds to the application.
  • the metallized glass wafers are, for example, glass wafers which were obtained using a method according to the prior art, here etching with HF, and according to the statements of the present disclosure.
  • Metallization was carried out at 100°C, with an adhesion-promoting layer, one of chrome and one of titanium, being applied first, and then a copper metallization. The From the point of separation the temperature was 1OO°C.
  • Adhesion strength can generally be improved at a higher deposition temperature, so that the beneficial effect of etching is preferred at this lower temperature. In general, deposition temperatures for metallization of up to 400°C or more are possible.
  • Fig. 12 and 13 show the ToF-SIMS profiles of wafers metallized at 100°C with chromium as an adhesion-promoting layer between glass and copper.
  • the level of sodium (Fig. 12) and potassium (Fig. 13) in the glass, i.e. in the bulk area of the metallized glass wafer is identical in each case. However, there are differences in the content of sodium and potassium (each shown by the signal of the singly positively charged ions of sodium and potassium).
  • the level of sodium and potassium is higher in the area of copper metallization after etching with KOH than after etching with HF.
  • Figures 16 and 17 show scratch marks on differently etched glass wafers, which were then metallized. Titanium was used as the adhesion-promoting layer.
  • the scratch resistance of the metallization is generally determined by the Knoop scratch test, which is a standard procedure for determining the scratch resistance and at the same time the adhesion strength of metallization in the coating and metallization industry.
  • Knoop scratch test a standard procedure for determining the scratch resistance and at the same time the adhesion strength of metallization in the coating and metallization industry.
  • Such a test consists of applying a diamond tip to the surface of the coating to be tested and moving this tip along a distance at a constant speed.
  • the force acting on the tip can be constant or can be continuously increased along the test section. For the samples shown in Figures 16 and 17, the force was continuously increased along a test section.
  • the corresponding forces are shown in the respective figures.
  • the load at which the layer fails is noted. A failure of the layer is that the first cracks appear in the layer next to the scratch mark itself, which can then often lead to shelling or flaking.
  • the load at which failure due to crack formation occurs is determined by visual inspection under a microscope.
  • Fig. 16 shows a metallization in which the glass wafer was etched using KOH. A titanium layer was then applied to promote adhesion, followed by a copper layer. The temperature during metallization was 100°C because, as already explained above, this is the more critical case.
  • FIG. 16 shows:
  • FIG. 17 shows the scratch trace for a metallized glass wafer, which was metallized like the glass wafer in Fig. 16, but the etching of the glass wafer was done using HF.
  • Fig. 17 shows:
  • the adhesion of metallizations is better for glass wafers etched by means of a basic etch according to embodiments.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Glaswafer für die Verwendung als Interposer. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Glaswafer umfassend wenigstens eine Öffnung.

Description

Glaswafer sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Glaswafer insbesondere für die Verwendung als Interposer. Weitere Anwendungen umfassend MEMS, Glaskerne für Packaging in der Aufbau und Verbindungstechnik, Antenna in Package Konzepte für GHz Anwendungen und weitere, ähnlich gelagerte Anwendungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Glaswafer umfassend wenigstens eine Öffnung.
Hintergrund der Erfindung
Glaswafer, die als Interposer verwendet werden, und/oder für ähnliche Anwendungen, beispielsweise als MEMS oder als Glaskern für Packaging-Anwendungen, geeignet, weisen wenigstens eine Öffnung auf, vorzugsweise mehrere, und werden in der Regel metallisiert.
Beispielsweise ist es bekannt, solche Glaswafer herzustellen, indem eine Laserbehandlung erfolgt und anschließend ein Ätzschritt durchgeführt wird. Auf diese Weise können Glaswafer erhalten werden, welche definierte Öffnungen umfassen. Einsatzgebiete sind beispielsweise in der industriellen Produktion von Halbleitern zu finden.
Unter einem Glaswafer wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung allgemein ein scheibenförmiges Glas verstanden, welche beispielsweise rund, elliptisch oder allgemein rechteckig ausgestaltet sein kann. Insbesondere vom Begriff des Glaswafers umfasst sind damit auch Glaspanels oder Glasscheiben.
Auch wenn solche Interposer aus Glas bereits seit einiger Zeit bekannt sind, ergeben sich in der Praxis doch immer gewisse Schwierigkeiten, beispielsweise hinsichtlich der mechanischen Stabilität dieser Wafer oder der Haltbarkeit von Metallisierungen auf diesen Glaswafem. Dies betrifft beispielsweise auch die Metallisierung innerhalb der Öffnung selbst.
Ein Glaswafer muss daher unter den folgenden Gesichtspunkten optimiert werden:
- Metallisierungen, beispielsweise metallische Elektroden, müssen auf der Oberfläche des Glases, insbesondere innerhalb der Öffnung des Glaswafers, optimal haften,
- thermische Spannungen, die bei der Signalübertragung durch die Kontaktierung im Glaswafer entstehen können, sollten möglichst gering sein, um eine dauerhafte Stabilität des Interposer zu ermöglichen, insbesondere sind Zugspannungen an den Oberflächen zu vermeiden.
Schließlich ist es wichtig, dass der Glaswafer während der Herstellung und Benutzung des Halbleiters mechanisch stabil ist, insbesondere also eine gute mechanische Festigkeit aufweist.
In der Vergangenheit hat sich allerdings gezeigt, dass es hier noch Optimierungsbedarf gibt, insbesondere hinsichtlich der Haftfestigkeit einer Metallschicht auf Glas sowie hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des Glaswafers.
Glaswafer können allgemein durch verschiedene Verfahren mechanisch stabiler ausgestaltet werden. Beispielhaft beschreibt die US-amerikanische Patentanmeldung US 2009/0220761 Al ein Verfahren zum chemischen Vorspannen von Glas.
Weiterhin ist es bekannt, dass eine Laserbehandlung zu einer Zusammensetzungsänderung in einem Glaskörper führen kann. Dies beschreibt beispielsweise die US-amerikanische Patentanmeldung US 2020/024188 Al.
Sun et al. beschreiben in Optical Materials, Volume 108, 2020, dass ein Ätzen von Quarzglas mit KOH möglich ist und zur Ausbildung einer Diffusionsschicht des Ätzmediums in der Oberfläche des Quarzglases führen kann. Dies kann die Resistenz des Quarzglases gegenüber Laser erhöhen. Weiterhin gibt es verschiedene Untersuchungen dazu, dass die mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften eines Glases oder einer Glaskeramik durch Ätzen verändert werden. Untersuchungen zu strukturierten Glaswafern für den Einsatz als Interposer sind jedoch nicht bekannt.
Es besteht somit allgemein ein Bedarf an Glaswafern mit verbesserter mechanischer Festigkeit, welche gleichzeitig auch gut beschichtbar ausgestaltet sind, insbesondere in der Form, dass Metallisierungen gut haften.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung von Glaswafern, welche die Schwächen des Standes der Technik zumindest teilweise mindern. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung solcher Glaswafer.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte und spezielle Ausführungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen der Offenbarung.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher einen Glaswafer umfassend wenigstens eine Öffnung mit einer Oberfläche, aufweisend zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen und eine umlaufende Kantenfläche. Das vom Glassubstrat umfasste Glas umfasst wenigstens einen Netzwerkbildner und wenigstens ein Metalloxid. Die wenigstens eine Öffnung weist eine maximale laterale Abmessung, insbesondere einen Durchmesser, von höchstens 400 pm, bevorzugt von höchstens 300 pm und besonders bevorzugt von höchstens 200 pm, auf. Vorzugsweise beträgt die maximale laterale Abgrenzung mindestens 10 pm. Der Glaswafer weist eine Dicke von wenigstens 10 pm auf. Vorteilhaft ist die Dicke des Wafers begrenzt und beträgt höchstens 5 mm. Bevorzugte Untergrenzen für die Dicke des Wafers liegen bei wenigstens 30 pm beispielsweise bei 50 pm oder 100 pm. Bevorzugte Obergrenzen können liegen bei 3 mm oder 1,5 mm oder sogar nur 1 mm.
Es kann vorgesehen sein, dass die Dicke des Glaswafers und die maximale laterale Abmessung zueinander in einem Verhältnis stehen, um vorteilhafte Festigkeiten des Glaswafers zu erzielen. Dieses Aspektverhältnis von maximaler lateraler Abmessung der Öffnung (beispielsweise Durchmesser der Öffnung) zur Dicke des Glaswafers beträgt vorzugsweise mindestens 1 : 100 betragen.
Die Auslaugungstiefe von Metallionen, insbesondere von Alkalimetallionen, insbesondere von Lithium-, Natrium- und/oder Kalium-Ionen ist in der Oberfläche der wenigstens einen Öffnung mindestens um den Faktor 1,1 größer als die Auslaugungstiefe auf den beiden Seitenflächen, vorzugsweise um den Faktor 1,5 größer, besonders bevorzugt um den Faktor 2 größer, mehr bevorzugt um den Faktor 5 größer und ganz besonders bevorzugt um den Faktor 10 größer, wobei vorzugsweise die Auslaugungstiefe höchstens 15fach größer ist als auf den beiden Seitenflächen, was vorzugsweise mittels einer ToF-SIMS-Messung bestimmt ist.
Vorzugsweise umfasst das Glassubstrat ein Glas umfassend von 30 Gew.-% bis 75 Gew.-% SiÖ2, vorzugsweise bis 65 Gew.-% SiÖ2.
Eine solche Ausgestaltung weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Der Glaswafer ist allgemein so ausgestaltet, dass er ein Glassubstrat umfasst. Unter einem Glassubstrat wird ein Formkörper aus Glas verstanden, welcher neben der Formgebung, wie beispielsweise dem Zuschnitt, noch keine Veredelungs- und/oder Weiterverarbeitungsschritte durchlaufen hat, wie beispielsweise eine Beschichtung. Der Wafer kann daher allgemein als veredeltes Substrat verstanden werden. In diesem Sinne entsprechen die Seiten und Flächen eines Substrats und eines Wafers sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung. Sofern daher von einer Seitenfläche des Glaswafers oder einer Kantenfläche des Wafers gesprochen wird, entspricht dies also auch der Seitenfläche bzw. der Kantenfläche des Gl as Substrats. Der Glaswafer bzw. das Glassubstrat ist vorliegend allgemein scheibenförmig oder plattenförmig ausgebildet. Die Dicke von Glaswafer bzw. -Substrat ist daher dessen kleinste laterale Abmessung, insbesondere geringer als dessen Länge und Breite oder, im Falle eines runden Wafers/Substrats, als dessen Durchmesser.
Der Glaswafer weist wenigstens eine Öffnung auf, welche eine maximale laterale Abmessung von höchstens 400 pm, bevorzugt von höchstens 300 pm und besonders bevorzugt von höchstens 200 pm, aufweist und je nach genauer Ausgestaltung auch deutlich kleiner ausgebildet sein kann. Die Öffnung kann allgemein auch als „Via“ bezeichnet werden.
Das Glas, welches vom Glassubstrat und entsprechend vom Glaswafer umfasst ist, ist kein Einkomponentenglas und umfasst entsprechend neben einem Netzwerkbildner allgemein insbesondere Metalloxide.
Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise auch eine einfache und kostengünstige Herstellungsweise des Wafers mittels üblicher Schmelzverfahren möglich ist, anders als bei uarzglas.
In der Oberfläche der wenigstens einen Öffnung ist die Auslaugungstiefe von Metallionen, insbesondere von Alkalimetallionen, insbesondere von Lithium-, Natrium- und/oder Kalium-Ionen, mindestens um den Faktor 1,1 größer als die Auslaugungstiefe auf den beiden Seitenflächen, vorzugsweise um den Faktor 1,5 größer, besonders bevorzugt um den Faktor 2 größer, mehr bevorzugt um den Faktor 5 größer und ganz besonders bevorzugt um den Faktor 10 größer, wobei vorzugsweise die Auslaugungstiefe höchstens 15fach größer ist als auf den beiden Seitenflächen.
Diese überraschende Ausgestaltung des Glaswafers nach Ausführungsformen ist sehr vorteilhaft, denn es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise die Eigenschaften des Glaswafers in entscheidender Weise verbessert werden können. Insbesondere ist es durch diese Ausgestaltung überraschend möglich, die mechanische Festigkeit des Glaswafers zu verbessern, sodass Handling und Lebensdauer erhöht werden.
Die Ursachen hierfür sind nicht gänzlich klar. So ist zwar bekannt, dass es, wie auch vorstehend beschrieben, durch lonenaustausch zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit eines Glases kommen kann, dem sogenannten chemischen Vorspannen. Allerdings wird vorliegend eben nicht ein lonenaustausch durchgeführt, sondern es kommt zu einem Ätzen. Dabei kommt es zum einen zu einem Abtrag des Glases als Ganzes, jedoch erfolgt die Auflösung des Glasnetzwerks nicht homogen, sodass insbesondere auch bestimmte Ionen, insbesondere Metallionen, aus dem Glasnetzwerk gelöst werden. Mit anderen Worten bleibt in einem Oberflächenbereich das Glasnetzwerk mit den Netzwerkbildnern übrig, allerdings mit einer gewissen Verarmung an Metallionen.
Überraschenderweise hat sich nicht nur gezeigt, dass dies vorteilhaft auf die Eigenschaften des Glaswafers sein kann, beispielsweise hinsichtlich der Haftung nachträglich auf den Glaswafer aufgebrachter Metallisierungen oder hinsichtlich der resultierenden Festigkeit. Vielmehr konnte gezeigt werden, dass sich die Auslaugung in den Seitenflächen von der Auslaugung in der Oberfläche der wenigstens einen Öffnung unterscheidet. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass die Auslaugungstiefe in der Durchführung mindestens um den Faktor 1,1 größer ist als die Auslaugungstiefe auf den beiden Seitenflächen, vorzugsweise um den Faktor 1,5 größer, besonders bevorzugt um den Faktor 2 größer, mehr bevorzugt um den Faktor 5 größer und ganz besonders bevorzugt um den Faktor 10 größer, wobei vorzugsweise die Auslaugungstiefe höchstens 15fach größer ist als auf den beiden Seitenflächen des Wafers.
Die Ursachen hierfür sind nicht gänzlich verstanden. Die Erfinder gehen aber davon aus, dass es an der speziellen Durchführung des Ätzens liegt, sodass innerhalb der schmalen Öffnung andere Konzentrationsgradienten für die Ausbildung dieser starken Auslaugung im Vergleich zu der Auslaugung an der Oberfläche des Wafers führen. Die Auslaugungstiefe und deren unterschiedliche Ausbildung auf den Seitenflächen des Wafers im Vergleich zur Oberfläche der Öffnung kann insbesondere mittels ToF-SIMS- Messung bestimmt werden.
Vorteilhaft zeigt sich dies gerade bei alkalihaltigen Gläsern, bei welchem es zu einem Auslaugen von Alkalien kommt. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass bei der Verwendung einer KOH-haltigen Lauge Natriumionen vorzugsweise ausgelaugt werden, wobei sich deren Auslaugung, wie vorstehend ausgeführt, an den Seitenflächen und der Oberfläche des Vias unterscheidet. Gleichzeitig kann in diesem Fall eine Anreicherung an Kaliumionen an der Oberfläche des Wafers gesehen werden (vgl. hierzu auch die Fig. 8 bis 11).
Die Erfinder vermuten entsprechende Effekte bei einer Auslauung eines Lithiumhaltigen Glases mit KOH-und/oder NaOH-haltiger Lauge. Auch der Austausch von Gläsern, welche alternativ oder zusätzlich zu Alkaliionen Ionen von Erdalkalimetallen umfassen, könnte ein entsprechendes Auslaugungsmuster aufweisen.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Glassubstrat ein Glas umfassend von 30 Gew.-% bis 85 Gew.-% SiÜ2. Eine bevorzugter Bereich für den Gehalt an SiÜ2 kann von 60 bis 84 Gew.-% liegen. Es hat sich gezeigt, dass ein solches Glas besonders vorteilhaft geeignet ist, um einen Glaswafer nach Ausführungsformen auszubilden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Glaswafer so ausgestaltet, dass die Bruchfestigkeit des Glaswafers wenigstens 400 MPa und vorzugsweise höchstens 650 MPa beträgt und/oder dass der Weibull-Modul des Glaswafers zwischen 4,2 und 7,1 beträgt.
Mit anderen Worten ist gemäß dieser Ausführungsform des Wafers der Wafer besonders bruchfest ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Glas die folgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis: B2O3 5 bis 25, vorzugsweise 8 bis 25
AhCh 0 bis 25, vorzugsweise 0 bis 10.
Gemäß einer nochmals weiteren Form weist der Glaswafer auf wenigstens einer Oberfläche, insbesondere auf wenigstens einer der beiden Seitenflächen, eine Rauigkeit von höchstens 1000 nm auf. Vorzugsweise kann die Rauigkeit weniger als 100 nm oder sogar weniger als 10 nm betragen. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Rauigkeit höchstens 1 nm oder sogar weniger.
Es hat sich herausgestellt, dass für das Herstellungsverfahren mit Laserbestrahlung, Ausbildung, filamentförmiger Schädigungen und einem nachfolgenden Ätzen unter Vereinigung sich erweiternder Kanäle entlang der filamentförmigen Schädigungen besonders die im Folgenden aufgeführten Gläser geeignet sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung die folgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis:
Vorteilhaft sind die folgenden Bereiche in Gew.-% auf Oxidbasis:
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform umfasst Gew.-% auf Oxidbasis:
Eine noch weitere vorteilhafte Ausführungsform umfasst Gew.-% auf Oxidbasis:
Eine noch weitere vorteilhafte Ausführungsform umfasst Gew.-% auf Oxidbasis:
Eine ebenfalls weitere vorteilhafte Ausführungsform umfasst Gew.-% auf Oxidbasis:
Für alle vorgenannten Glaszusammensetzungen gilt, dass gegebenenfalls färbende Oxide zugegeben werden können, wie Nd2Ü3, Fe2Ü3, CoO, NiO, V2O5, Mn02, CuO, Cr2Ü3. 0 - 2 Gew.-% AS2O3, Sb2Ü3, SnÜ2, SO3, Cl, F und/oder CeÜ2 können als Läutermittel zugegeben werden, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt jeweils 100 Gew.-%.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Glas die folgenden
Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis:
SiÜ2 30 bis 75, bevorzugt 30 bis 65
B2O3 6 bis 25, bevorzugt 6 bis 10,5
AI2O3 1 bis 15
Na2Ü 1 bis 15, bevorzugt 3 bis 15
K2O 0,5 bis 15, bevorzugt 3 bis 15
ZnO 0 bis 12
TiCh 0 bis 10, bevorzugt 0,5 bis 10
CaO O bis 0,1. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Glas die folgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis:
SiO2 58 bis 65
B2O3 6 bis 10,5
AI2O3 14 bis 25
MgO 0 bis 3
CaO 0 bis 9
BaO 3 bis 8
ZnO 0 bis 2.
Es gilt allgemein vorteilhaft , dass die Summe des Gehalts von MgO, CaO und BaO dadurch gekennzeichnet ist, dass sie im Bereich von 0 bis 18 Gew.-% liegt oder von 0 bis 10 Gew.% oder von 0 bis 4 Gew.%.
Als besonders vorteilhaft hat es sich für alle Ausführungsformen erwiesen, wenn der Gesamtgehalt an Alkalien begrenzt ist. Das bedeutet, dass die Summe Li2Ü + Na2Ü + K2O vorteilhaft weniger als 15 Gew.% beträgt, insbesondere vorteilhaft weniger als 5 Gew.%.
Vorteilhafte Gehalte von Na2Ü für alles Ausführungsformen sind von 0 bis 8 Gew.%, insbesondere von 1 bis 5 Gew.%. Vorteilhafte Gehalte von K2O für alles Ausführungsformen sind von 0 bis 8 Gew./, insbesondere von 0 bis 3 Gew.%.
Es wurde, beobachtet, geltend für alle Ausführungsformen, dass es insbesondere vorteilhaft ist, wenn der Gehalt von Li2O kleiner ist als der von Na2Ü und/oder K2O. Das bedeutet, dass Li2O / Na2Ü <1 und/oder Li2O / K2O <1 gilt. Insbesondere vorteilhaft sind die hierin genannten Gläser frei von Li2O. Nicht vermeidbare Verunreinigungen, die üblicherweise im Bereich bis zu 5 ppm betragen können, können selbstverständlich auch dann enthalten sein. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Wafer nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung besonders gut geeignet ist für die Verbindungstechnik, insbesondere für die Bereitstellung von sehr hohen Datenraten. Hierfür sind gerade eher kleine Vias notwendig. Weiterhin hat sich gezeigt, dass durch die selektive Auslaugung von Metallionen, insbesondere von Alkaliionen, Metallisierungen besonders gut auf dem Wafer haften, gerade auch im Bereich des Vias bzw. der Durchgangsöffnung selbst.
Metallisierungen, beispielsweise umfassend oder aus Ni, Cr, Ti, Pd, welche auch als Haftvermittler zwischen dem Glassubstrat bzw. Wafer und weiteren Schichten fungieren können, beispielsweise weiteren Metallschichten, können beispielsweise stromlos (electroless plating) oder galvanisch aufgebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Metallisierung Kupfer, Silber, Gold oder Aluminium. Die Kupfer umfassende Schicht kann direkt auf den Glaswafer aufgebracht sein oder auf eine haftvermittelnde Schicht, beispielsweise umfassend oder aus Ni, Cr, Ti, Pd, welche zwischen dem Glaswafer und der Kupfer umfassenden Schicht aufgebracht ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Metallisierung überwiegend, also zu mehr als 50 Gew.-%, oder im Wesentlichen, also zu mehr als 90 Gew.-%, oder vollständig aus Kupfer bestehen.
Die hervorragende Haftung von Metallisierungen kann beispielhaft mittels eines Kratztests auf der Oberfläche eines metallisierten Wafers nachgewiesen werden, wie weiter unten näher erläutert wird. Eine weitere Methode ist der „Tesatest“, bei der ein Klebestreifen auf die Probe geklebt wird und die Kraft gemessen wird, um den Klebestreifen samt Beschichtung abzuziehen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren.
Das Verfahren zur Herstellung eines Glaswafers umfassend ein Glassubstrat umfassend wenigstens eine Öffnung, aufweisend zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen sowie eine umlaufende Kantenfläche, insbesondere eines Glaswafers nach einer Ausführungsform nach der vorliegenden Offenbarung, umfasst die Schritte:
- Bereitstellen eines scheibenförmigen Glassubstrats,
- Richten eines Laserstrahls eines Ultrakurzpulslasers auf eine der Seitenflächen des scheibenförmigen Glassubstrats, wobei der Laserstrahl mittels einer Fokussierungsoptik zu einem langgezogenen Fokus im scheibenförmigen Glassubstrat geformt wird, sodass durch die eingestrahlte Energie des Laserstrahls eine filamentförmige Schädigung im Volumen des scheibenförmigen Glassubstrats erzeugt wird, deren Längsrichtung senkrecht zu wenigstens einer der Seitenflächen des scheibenförmigen Glassubstrats ist, und wobei zur Erzeugung einer filamentförmigen Schädigung der Ultrakurzpulslaser einen Puls oder ein Pulspaket mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen einstrahlt,
- Ätzen des scheibenförmigen Glassubstrats zumindest in dem Bereich, in welchem filamentförmige Schädigungen im scheibenförmigen Glassubstrat gebildet sind, in einem flüssigen Ätzmedium, wobei die filamentförmigen Schädigungen zu Kanälen aufgeweitet werden, wobei das flüssige Ätzmedium eine Lauge, vorzugsweise eine Kalium -haltige Lauge, ist oder umfasst.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass gerade ein solches Vorgehen, insbesondere mit dem Ätzen mittels einer Lauge, besonders vorteilhaft ist.
So hat sich nämlich gezeigt, dass auf den Wafer aufgebrachte Metallisierungen besser halten, wenn das Ätzen mittels einer Lauge erfolgt, verglichen mit dem Ätzen mittels einer Säure.
Die Ätzbehandlung mit einer Lauge scheint nämlich dazu zu führen, dass insgesamt weniger Metallionen, insbesondere weniger Alkalien und/oder Erdalkalien aus dem Glasnetzwerk ausgelaugt werden. Dies scheint eine bessere Haftung der Metallisierung auf dem Glas zu bewirken. Die Erfinder vermuten, dass dies daran liegt, dass es zu einem Diffusionsprozess aus dem Glas in die Metallisierung kommt.
Wie vorstehend bereits ausgeführt, hat sich gezeigt, dass es auf diese Weise möglich ist, einen Glaswafer zu erhalten, bei welchem sich die Auslaugung in einer Öffnung von der Auslaugung an der Oberfläche des Glaswafers, insbesondere also auf den beiden Seitenflächen, deutlich unterscheidet.
Insbesondere ist die Auslaugungstiefe in der Öffnung höher als die Auslaugungstiefe auf der Oberfläche.
Mit anderen Worten scheint in den Öffnungen eine stärkere Auslaugung stattzufinden als an der Oberfläche des Glaswafers. Dennoch hat sich gezeigt, dass auch in den Öffnungen noch ein sehr guter Kontakt der Metallisierung auf der Glasoberfläche möglich ist.
Insbesondere vorteilhaft scheint hier das Ätzen mit einer Kalium-haltigen Lauge zu sein, vorzugsweise einer wässrigen Kalium-haltigen Lauge. Auf diese Weise stellt sich nämlich ein besonders vorteilhaftes Profil der Auslaugung ein, welches bei nachfolgenden Bearbeitungsschritten bei der Herstellung eines Interposers als vorteilhaft erweisen kann. Zu nennen ist hier insbesondere eine bessere Haftung der Metallisierung auf der geätzten Glasoberfläche.
Vorzugsweise kann das Ätzen bei einer Temperatur von wenigstens 110°C erfolgen, beispielsweise bei 115°C oder 120°C, also mit einem Ätzmedium, welches eine Temperatur von wenigstens 110°C, vorzugsweise wenigstens 115°C, aufweist, vorzugsweise von höchstens 150°C.
Auf diese Weise scheint es besonders einfach zur besonderen Oberflächenstruktur des Glaswafers zu kommen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine Änderung der sonstigen Parameter der Verfahrensführung nicht zwingend erforderlich ist, um vorteilhafte Eigenschaften des Glaswafers zu erzielen. Insbesondere ist es nicht notwendig, die Laserparameter zur Erzeugung von Filamenten, die notwendig ist, um später die entsprechenden Öffnungen im Glaswafer zu erhalten, anzupassen, um beispielsweise die Festigkeit des Glaswafers im Vergleich zu Glaswafern des Standes der Technik zu verbessern. Vielmehr erscheint überraschend die Anpassung der Ätzparameter als ausreichend, um hier verbesserte Eigenschaften zu erzielen, und zwar insbesondere die Temperatur des Ätzbades.
Gemäß einer Ausführungsform wird das glasige Material des scheibenförmigen Glassubstrats mit einer Abtragsrate von kleiner als 5 pm pro Stunde abgetragen. Dies scheint vorteilhaft zu sein, weil sich auf diese Weise eine andere Oberflächenstruktur auszubilden scheint als bei stärkeren Abtragsraten. Insbesondere scheint es auf diese Weise zu einem selektiven Abtrag des Glassubstrats zu kommen, was hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des resultierenden Glaswafers vorteilhaft zu sein scheint. Auch hinsichtlich der resultierenden Haftfestigkeit scheint es vorteilhaft zu sein, wenn ein eher langsames Abtragen gewählt wird. Die Erfinder vermuten, dass es auf diese Weise zu einem eher selektiven Abtragen kommt und die sich ausbildende Oberflächenstruktur entsprechend günstiger ist, insbesondere bestimmte Substanzen, wie Metallionen, weniger stark ausgelaugt werden können. Die Erfinder vermuten hier, dass auf diese Weise eventuell eine Art „Vorspanneffekt“ resultieren könnte - oder alternativ im Vergleich zu einem starken, schnellen, flächendeckenden Abtrag eine weniger starke Schwächung der Glasstruktur resultiert, welche im späteren Handling des Glaswafers vorteilhaft ist.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Ätzdauer mindestens 12 Stunden. Auch ein eher langsames bzw. länger dauerndes Ätzen kann dazu führen, eine vorteilhafte Erhöhung der mechanischen Stabilität des resultierenden Glaswafers zu erhalten.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Anzahl der Pulse eines Bursts zum Einbringen einer filamentförmigen Schädigung mindestens 2 oder höchstens 7.
Es ist aber auch möglich und kann bevorzugt sein, die filamentförmige Schädigung mit nur einem Laserpuls und nicht in Form eines Pulspakets zu erzeugen.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform liegt die Pulsdauer des Lasers im Bereich von 0,5 ps bis 2 ps. Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform erfolgt ein mechanisches Polieren wenigstens einer Oberfläche. Dies ist besonders vorteilhaft zu Einstellung einer geringen Rauigkeit und weiterhin kann dies auch zu einer nochmals weiteren Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Glaswafers beitragen. Insbesondere bevorzugt erfolgt die Politur nach erfolgtem Ätzen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Glaswafers nach einer Ausführungsform,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Glaswafers nach einer Ausführungsform,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines
Glaswafers nach einer Ausführungsform,
Fig. 4 und 5 die Darstellung von Bruchwahrscheinlichkeiten von unterschiedlichen Glaswafers,
Fig. 6 und 7 ToF-SIMS-Profile zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Auslaugung von Glaswafern in Abhängigkeit vom Ätzmedium,
Fig. 8 bis 11 ToF-SIMS-Profile zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Oberflächenstruktur in der Öffnung und auf der Seitenfläche von Glaswafem nach Ausführungsformen,
Fig. 12 bis 15 ToF-SIMS-Profile unterschiedlich vorbehandelter und metallisierter
Glaswafer, sowie
Fig. 16 bis 17 Darstellungen von Kratzspuren auf metallisierten Glaswafern. Fig. 1 zeigt eine schematische und nicht maßstabsgetreue perspektivische Darstellung eines Glaswafers 1 nach einer Ausführungsform. Der Glaswafer 1 umfasst ein Glassubstrat (hier nicht bezeichnet) umfassend wenigstens eine Öffnung 7, welche im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch als „Via“ bezeichnet werden kann. Das Glassubstrat bzw. entsprechend auch der Glaswafer 1 umfasst zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen 3, 5. Der Glaswafer 1 bzw. in entsprechender Weise auch das Glassubstrat umfassen ein Glas umfassend wenigstens einen Netzwerkbildner, vorzugsweise SiÖ2 und wenigstens ein Metalloxid. Das Glas ist also als Mehrkomponentenglas ausgebildet, was deutliche Vorteile gegenüber beispielsweise einem reinen Quarzglas mit sich bringt. Insbesondere ist das Glas damit einem Herstellungs- und Formgebungsverfahren in einem üblichen Schmelzprozess zugänglich.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Glaswafers 1 nach einer Ausführungsform. Im Schnitt dargestellt sind hier zwei Öffnungen 7, welche auf den jeweiligen Seiten 3, 5 des Glaswafers 1 als Löcher 71, 72 sichtbar sind. Weiterhin dargestellt ist die durch den Ätzprozess bedingte Verarmungszone 9. Diese unterteilt sich in zwei Bereiche, nämlich dem auf dem beiden Seitenflächen 3, 5 des Glaswafers 1 ausgebildeten Bereich 91 mit einer nur geringen Verarmungstiefe oder Auslaugungstiefe und den in der Öffnung 7 ausgebildeten Bereich 92 mit einer deutlich größeren Auslaugungstiefe. Die Auslaugungstiefe ist insbesondere für Metallionen im Bereich der Öffnung 7 mindestens um den Faktor 1,1 größer als die Auslaugungstiefe auf den beiden Seitenflächen, vorzugsweise um den Faktor 1,5 größer, besonders bevorzugt um den Faktor 2 größer, mehr bevorzugt um den Faktor 5 größer und ganz besonders bevorzugt um den Faktor 10 größer, wobei vorzugsweise die Auslagungstiefe 15mal größer als auf den beiden Seitenflächen 3, 5 des Glaswafers 1 ist. Dies kann vorzugsweise bestimmt werden in einer ToF-SIMS-Messung.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen und nicht maßstabsgetreuen Darstellung beispielhaft ein Verfahren zur Herstellung eines hier nicht bezeichneten Glaswafers 1. Hierfür wird ein Glassubstrat 2 bereitgestellt. Die Seiten 3, 5 des Glassubstrats 2 entsprechen den Seiten des späteren Glaswafers 1.
Mittels eines Ultrakurzpulslaser 11 wird ein Laserstrahl 13 erzeugt, welcher auf das Glassubstrat 2 gerichtet wird. Durch die Fokussierungsoptik 15 wird ein langgezogener Fokus 17 im scheibenförmigen Glassubstrat 2 geformt, sodass durch die eingestrahlte Energie des Laserstrahls 13 eine filamentförmige Schädigung 19 im Volumen des scheibenförmigen Glassubstrats 2 erzeugt wird, deren Längsrichtung senkrecht zu der Oberfläche des Glassubstrats 2 bzw. zu wenigstens einer der beiden Seitenflächen 3, 5 des Glassubstrats 2 ist.
Dieser Vorgang kann weiterhin auch an anderen Stellen des Glassubstrats wiederholt werden. Aus der filamentförmigen Schädigung 19 wird dann im weiteren Verfahrensverlauf eine Öffnung erzeugt, welche beim Interposer als Durchkontaktierung dient.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung von Festigkeiten von Glaswafem in Abhängigkeit vom verwendeten Ätzmedium bzw. von Glassubstraten, die eine andere Vorbehandlung durchlaufen haben. Alle Messdaten wurden erhalten, ohne dass Öffnungen in die betrachteten Wafer bzw. Substrate eingebracht wurden. Wie üblich bei Darstellung der Festigkeit von sprödbrechendem Material, sind die Punkte in einem doppellogarithmischen Weibull-Diagramm dargestellt. Dies gilt in entsprechender Weise auch für Fig. 5.
Die Messpunkte a) (schwarze ausgefüllte Punkte) sind Bruchwahrscheinlichkeiten von Glassubstraten, welche weder geätzt noch sonst vorbehandelt wurden, und stellen somit die Referenz hinsichtlich der Bruchwahrscheinlichkeit dar. Die Punkte b) (schwarze ausgefüllte Dreiecke) stehen für Bruchwahrscheinlichkeiten bestimmt für Glaswafer, welche mittels KOH geätzt wurden. Die Punkte c) (auf der Spitze stehendes, nicht ausgefülltes uadrat) sind Bruchwahrscheinlichkeiten für Wafer, die mittels HF geätzt wurden. Schließlich zeigen die Punkte d) ( uadrat mit eingeschriebenem Kreuz) Bruchwahrscheinlichkeiten für einen polierten Wafer. Wie sich anhand der Bruchwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der auf das Substrat bzw. den Wafer einwirkenden Spannung zeigt, ergeben sich hier deutliche Unterschiede. Demnach zeigen die mittels KOH geätzten Wafer eine verbesserte mechanische Stabilität auf, sogar im Vergleich zu vollkommen ungeätzten Substraten und insbesondere auch zu mittels HF geätzten Proben.
Insbesondere trifft dies zu, wenn Temperaturen des Ätzbades, also der verwendeten Lauge, beispielsweise einer KOH-umfassenden Lauge, von wenigstens 110°C, vorzugsweise von wenigstens 115°C eingestellt werden, beispielsweise von 120°C. Denn wie ausgeführt hat sich gezeigt, dass die Bruchwahrscheinlichkeit eines Glases durch die Wahl des Ätzmediums und auch durch dessen Temperatur signifikant beeinflusst werden kann. Dies kann auch für das strukturierte Substrat, also den resultierenden Glaswafer gezeigt werden.
Fig. 5 zeigt die Bruchwahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit von der auf einen Wafer einwirkenden Spannung für zwei unterschiedliche Arten von Wafern. Unter a) (nicht ausgefüllte Kreise) sind hier die Daten von Bruchwahrscheinlichkeiten für einen Glaswafer dargestellt, welche an einem 1 mm dicken Wafer mit Öffnungen mit einem Durchmesser von 50 pm erhalten wurde. Das Ätzen erfolgte mittels HF. Demgegenüber stehen die Punkte b) (auf der Spitze stehendes, nicht ausgefülltes Dreieck), mit welchem Bruchwahrscheinlichkeiten für einen 1 mm dicken Wafer dargestellt werden, welcher mit KOH geätzt wurde und bei welchem die Öffnungen einen Durchmesser von 10 pm aufweisen.
Die charakteristische Festigkeit, oc, sowie der Weibull-Modul für diese Proben sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst, wobei jeweils in den Klammern das Konfidenzintervall angegeben ist:
Der charakteristische Wert und das Weibull-Modul sind die beiden Parameter einer Weibullverteilung. Die Festigkeiten von sprödbrechenden Materialien werden üblicherweise durch Weibullverteilungen beschrieben. Die charakteristische Festigkeit ist dann einer der beiden Parameter, die die Verteilung definieren.
Wie man diesen Daten entnehmen kann, sind die Daten für die charakteristische Festigkeit und für den Weibull-Modul vom Ätzverfahren abhängig. Hier führt es dazu, dass mittels einer Lauge, hier KOH, geätzte Glaswafer eine höhere Festigkeit aufweisen.
Es kann hierbei gezeigt werden, dass mittels HF geätzte Proben einen signifikant erhöhte Auslaugung und Verarmung an Metallionen, insbesondere von Alkalimetallionen, wie beispielsweise Natrium- und Kalium-Ionen aufweisen, relativ zu einem Ätzen mittels einer Lauge wie KOH.
Dies ist beispielhaft illustriert in den Figuren 6 und 7, welche jeweils ToF-SIMS-Profile von Glaswafern zeigen, die mittels HF (ausgefüllte Kreise) bzw. KOH (nicht ausgefüllte Kreise) geätzt wurden. Hier zeigt sich deutlich, dass die mittels KOH geätzten Proben weniger stark an Metallionen, hier an den Ionen von Natrium und Kalium, verarmt sind als mittels HF geätzte Glaswafer.
Die Erfinder vermuten, dass diese geringere Verarmung der Oberflächenzone eines Glaswafers zu der beobachteten verbesserten Festigkeit führt. Es wird allgemein für Glas angenommen, dass die Verarmung an Natrium in einer Oberflächenzone die Ausbreitung von Rissen in einem Glas erhöht. Eine an Natrium verarmte Oberflächenschicht hat eine geringere Dichte im Vergleich zum nicht an Natrium verarmten Glas, was zu einer Ausbildung von Zugspannungen an der Oberfläche führen sollte. Dies wiederum sollte zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Rissbildung und -Wachstum führen, was letztlich zu einem Versagen durch Bruch führt.
Jedes Ätzverfahren führt ebenfalls intrinsisch zu einem Auslaugen und zu einer Verarmung an Metallionen, beispielsweise an Ionen von Natrium, allerdings scheint gerade für strukturierte Substrate bzw. für Wafer, welche Öffnungen umfassen, hier die genaue Ausbildung dieser Verarmungszone kritisch zu sein. Die Erfinder vermuten, dass dies mit dem Verfahren der Laserstrukturierung Zusammenhängen könnte, denn durch die Laserbehandlung werden zunächst Mikrorisse im Substrat/Wafer induziert. Hier wirkt allerdings ein Ätzen zunächst eher vorteilhaft, denn durch das Ätzen und den damit verbundenen Materi al ab trag werden solche Mikrorisse zunächst beseitigt und eine weitere Rissausbreitung zunächst verhindert. Allerdings kommt es wie beobachtet und dargelegt durch HF bzw. ein saures Ätzen zu einer offensichtlich deutlich stärkeren Verarmung an Metallionen, was diesen positiven Effekt etwas mindert. Ein alkalisches Ätzen weist hier Vorteile auf, weil eine nicht ganz so starke Auslaugung an Metallionen, insbesondere an Natrium, erfolgt, was die Minimierung der Rissausbreitung besser unterstützt. Die Erfinder vermuten, dass die für Glas allgemein geltenden Zusammenhänge der Verarmung an Natrium, die zu einer Erhöhung der Bruchwahrscheinlichkeit führen, nicht nur für Natrium gelten, sondern allgemein für Metallionen, sodass insgesamt die Verbesserung der mechanischen Festigkeit der strukturierten Glaswafer im Vergleich zu den Wafern des Standes der Technik auf die insgesamt im Vergleich zu bekannten Wafern verringerte Auslaugung zurückzuführen sein könnte.
Die Erfinder vermuten, dass dies auf den Mechanismus des sauren Ätzens, beispielsweise durch HF, zurückzuführen sein könnte, welcher zunächst eine Adsorption des Fluor-Anions an der Glasoberfläche beinhaltet, einer Auslaugung von Metallionen, insbesondere von Alkali- und/oder Erdalkaliionen, sodass eine poröse Schicht an der Glasoberfläche entsteht, gefolgt von einem schnellen Bruch von Si-O-Si- oder X-O-Si-Bindungen (hier steht X für einen weiteren Netzwerkbildner, wie beispielsweise Aluminium oder Bor). Die Erfinder vermuten, dass im Falle der alkalischen Ätzung hingegen zu einem eher gleichmäßigen Abtrag führt, welcher die Bindungen durch die Netzwerkbildner weniger stark schwächt. Auf diese Weise wird die Oberflächenchemie des Glases intakter gehalten als durch die Ätzung mit einer Säure wie HF. Diese hat zwar den Vorteil eines schnelleren Verfahrens, bringt aber offensichtlich hinsichtlich des resultierenden Produkts deutliche Nachteile, wie eine verminderte mechanische Festigkeit mit sich.
Interessanterweise hat sich gezeigt, dass diese geringere Auslaugung der Oberfläche auch Vorteile mit sich bringt, wenn nachfolgende Verarbeitungsschritte betrachtet werden. So können, vermutlich bedingt durch eine Interdiffusion von Metallionen in nachträglich aufgebrachte Metallisierungen, besser auf dem Glaswafer haften.
Die Unterschiede in der Auslaugungstiefe zwischen den Seitenflächen und den Oberflächen in der Öffnung belegen die Fig. 8 bis 11. Hier sind jeweils ToF-SIMS- Profile von Metallionen, nämlich in Figuren 8 und 9 von Natrium-Ionen und in Figuren
10 und 11 von Kalium-Ionen zu sehen. Deutlich erkennbar ist, dass für Natriumionen bei einer Auslaugung mit KOH umfassender Lauge die Auslaugung im Innern der Öffnung (Fig. 9) stärker ist als an der Seitenfläche (Fig. 8). Fig. 10 (Seitenfläche) und
11 (Innere der Öffnung) zeigen eher eine Anreicherung an Kaliumionen im oberflächennahen Bereich.
Fig. 12 bis 17 illustrieren den Unterschied von Glaswafern des Standes der Technik nach denjenigen Glaswafern entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Glaswafer sind dafür jeweils metallisiert worden, weil sich auf diese Weise der Unterschied in den Glaswafern und der Art der Vorbehandlung am deutlichsten zeigt und dies auf dem Anwendungsfall entspricht.
Bei den metallisierten Glaswafem handelt es sich beispielhaft um Glaswafer, welche mittels eines Verfahrens nach dem Stand der Technik, hier ein Ätzen mit HF, sowie nach Ausführungen der vorliegenden Offenbarung erhalten wurden. Metallisiert wurde jeweils bei 100°C, wobei zunächst eine haftvermittelnde Schicht, einmal Chrom, sowie einmal Titan, aufgebracht wurde, sowie anschließend eine Kupfer-Metallisierung. Die Ab Scheidetemperatur war 1OO°C. Die Haftfestigkeit kann allgemein bei einer höheren Abscheidetemperatur verbessert werden, sodass sich der vorteilhafte Effekt des Ätzens bevorzugt bei dieser niedrigeren Temperatur zeigt. Allgemein sind aber Abscheidetemperaturen für die Metallisierung von bis zu 400°C oder auch mehr möglich.
In Fig. 12 und 13 sind die ToF-SIMS-Profile an bei 100°C metallisierten Wafern mit Chrom als haftvermittelnden Schicht zwischen Glas und Kupfer dargestellt. Wie man erkennt, ist das Niveau von Natrium (Fig. 12) und Kalium (Fig. 13) im Glas, also im Bulkbereich des metallisierten Glaswafers, jeweils identisch. Unterschiede ergeben sich jedoch hinsichtlich des Gehalts von Natrium bzw. Kalium (jeweils dargestellt am Signal der einfach positiv geladenen Ionen von Natrium bzw. Kalium). Das Niveau an Natrium bzw. Kalium ist im Bereich der Kupfer-Metallisierung höher nach einem Ätzen mit KOH als nach einem Ätzen mit HF. Die Erfinder vermuten, dass dies daran liegt, dass durch die geringere Auslaugung der Glasoberfläche durch die Behandlung mit KOH das entsprechende Metailion schneller in die Metallisierung diffundieren kann und damit für eine insgesamt bessere Haftung sorgt. Da dieser Effekt der Auslaugungstiefe in den Oberflächen der Öffnung nochmals stärker ausgeprägt ist, gehen die Erfinder davon aus, dass die Metallisierung in der Öffnung selbst nochmal besser haftet, als dies bereits im Bereich der Seitenflächen des Wafers der Fall ist.
Das entsprechende Bild zeigt sich hinsichtlich der Verwendung einer haftvermittelnden Titan-Schicht zwischen Glasoberfläche und Kupferschicht in Fig. 14 und 15. Auch hier ist das Niveau von Natrium (Fig. 14) und Kalium (Fig. 15) im Glas, also im Bulkbereich des metallisierten Glaswafers, jeweils identisch. Unterschiede ergeben sich jedoch ebenfalls hinsichtlich des Gehalts von Natrium bzw. Kalium (jeweils dargestellt am Signal der einfach positiv geladenen Ionen von Natrium bzw. Kalium). Das Niveau an Natrium bzw. Kalium ist im Bereich der Kupfer-Metallisierung höher nach einem Ätzen mit KOH als nach einem Ätzen mit HF. Die Erfinder vermuten, dass dies daran liegt, dass durch die geringere Auslaugung der Glasoberfläche durch die Behandlung mit KOH das entsprechende Metailion schneller in die Metallisierung diffundieren kann und damit für eine insgesamt bessere Haftung sorgt. Da dieser Effekt der Auslaugungstiefe in den Oberflächen der Öffnung nochmals stärker ausgeprägt ist, gehen die Erfinder davon aus, dass die Metallisierung in der Öffnung selbst nochmal besser haftet, als dies bereits im Bereich der Seitenflächen des Wafers der Fall ist.
Schließlich zeigen Figuren 16 und 17 die Darstellung von Kratzspuren an unterschiedlich geätzten Glaswafern, welche anschließend metallisiert wurden. Als haftvermittelnde Schicht wurde Titan verwendet.
Die Kratzfestigkeit der Metallisierung wird allgemein durch Kratztest nach Knoop bestimmt, welcher eine Standardprozedur der Bestimmung der Kratzfestigkeit und gleichzeitig der Haftfestigkeit von Metallisierungen in der Beschichtungs- und Metallisierungsindustrie ist. Ein solcher Test besteht daraus, dass eine Diamantspitze auf die Oberfläche der zu testenden Beschichtung aufgebracht wird und diese Spitze entlang einer Strecke mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. Die auf die Spitze einwirkende Kraft kann konstant sein oder entlang der Teststrecke kontinuierliche erhöht werden. Für die in Fig. 16 und 17 abgebildeten Proben wurde die Kraft entlang einer Teststrecke kontinuierlich erhöht. Die entsprechenden Kräfte sind in den jeweiligen Figuren angezeigt. Es wird notiert, ab welcher Last die Schicht versagt. Ein Versagen der Schicht besteht darin, dass erste Risse in der Schicht neben der Kratzspur selbst auftreten, welche im weiteren Verlauf dann oft zu Ausmuschelungen oder auch Abplatzungen führen können. Ab welcher Last es zum Versagen durch Rissbildung kommt, wird mittels einer Sichtprüfung im Mikroskop ermittelt. Diese Last wird auch als „Kritische Last“ oder critical load, LC, bezeichnet.
In Fig. 16 ist eine Metallisierung gezeigt, bei welcher der Glaswafer mittels KOH geätzt wurde. Anschließend wurde eine haftvermittelnde Titanschicht aufgebracht sowie dann eine Kupferschicht. Die Temperatur betrug bei der Metallisierung 100°C, weil dies, wie auch vorstehend bereits erläutert wurde, den kritischeren Fall darstellt.
Die Abbildung von Fig. 16 zeigt:
- 0,03 N und 1 N (5 mm) keine Delamination (a, b)
- I N und 2 N (5 mm) keine Delamination (c, d)
- 2 N und 3 N (5 mm) keine Delamination (e, f) - 3 N und 4 N (5 mm) keine Delamination (g, h)
Im Vergleich dazu ist in Fig. 17 die Kratzspur für einen metallisierten Glaswafer gezeigt, welcher wie der Glaswafer von Fig. 16 metallisiert wurde, allerdings die Ätzung des Glaswafers mittels HF erfolgte. Fig. 17 zeigt:
- 0,03 N und 1 N (5 mm) keine Delamination (a, b)
- I N und 2 N (5 mm) keine Delamination (c, d)
- 2 N und 3 N (5 mm) Delamination in 1 von 2 Messungen ab einer kritischen Kraft von ca. 2,9 N (e, f) - 3 N und 4 N (5 mm) Delamination in 1 von 2 Messungen ab einer kritischen Kraft von 3 N (g, h).
Wie ausgeführt ist also die Haftung von Metallisierungen besser für mittels einer basischen Ätzung geätzter Glaswafer nach Ausführungsformen.
Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche
1. Glaswafer umfassend ein Glassubstrat umfassend wenigstens eine Öffnung mit einer Oberfläche, aufweisend zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen und eine umlaufende Kantenfläche, wobei das Glassubstrat ein Glas umfassend einen Netzwerkbildner und wenigstens ein Metalloxid umfasst, wobei die wenigstens eine Öffnung eine maximale laterale Abmessung, insbesondere einen Durchmesser, von höchstens 400 pm, bevorzugt von höchstens 300 pm und besonders bevorzugt von höchstens 200 pm, aufweist, wobei der Glaswafer eine Dicke von wenigstens 10 pm aufweist, wobei in der Oberfläche der wenigstens einen Öffnung die Auslaugungstiefe von Alkalimetallionen, insbesondere von Lithium- und/oder Natrium-Ionen, mindestens um den Faktor 1,1 größer ist als die Auslaugungstiefe auf den beiden Seitenflächen, vorzugsweise um den Faktor 1,5 größer, besonders bevorzugt um den Faktor 2 größer, mehr bevorzugt um den Faktor 5 größer und ganz besonders bevorzugt um den Faktor 10 größer, wobei vorzugsweise die Auslaugungstiefe höchstens 15fach größer ist als auf den beiden Seitenflächen, vorzugsweise bestimmt in einer ToF-SIMS-Messung, und wobei vorzugsweise das Glassubstrat ein Glas umfassend 30 Gew.-% bis 85 Gew - % SiÖ2, bevorzugt von 60 bis 84 Gew.-% SiÖ2, umfasst.
2. Glaswafer, insbesondere nach Anspruch 1, umfassend ein Glassubstrat umfassend wenigstens eine Öffnung mit einer Oberfläche, aufweisend zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen und eine umlaufende Kantenfläche, wobei das Glassubstrat ein Glas umfassend einen Netzwerkbildner und wenigstens ein Metalloxid umfasst, wobei die wenigstens eine Öffnung eine maximale laterale Abmessung, insbesondere einen Durchmesser, von höchstens 400 pm, bevorzugt von höchstens 300 pm und besonders bevorzugt von höchstens 200 pm, aufweist, wobei der Glaswafer eine Dicke von wenigstens 10 pm aufweist, wobei in der Oberfläche der wenigstens einen Öffnung die Auslaugungstiefe von Metallionen, insbesondere Alkalimetallionen, insbesondere von Kalium- und/oder Natrium-Ionen, mindestens um den Faktor 1,1 größer ist als die Auslaugungstiefe auf den beiden Seitenflächen, vorzugsweise um den Faktor 1,5 größer, besonders bevorzugt um den Faktor 2 größer, mehr bevorzugt um den Faktor 5 größer und ganz besonders bevorzugt um den Faktor 10 größer, wobei vorzugsweise die Auslaugungstiefe höchstens 15fach größer ist als auf den beiden Seitenflächen, vorzugsweise bestimmt in einer ToF-SIMS-Messung, wobei bevorzugt die charakteristische Festigkeit des Glaswafers wenigstens 400 MPa und vorzugsweise höchstens 650 MPa beträgt und/oder wobei der Weibull-Modul des Glaswafers zwischen 4,2 und 7,1 beträgt.
3. Glaswafer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Glas die folgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis umfasst:
B2O3 5 bis 25, bevorzugt 8 bis 25
AI2O3 0 bis 25, bevorzugt 0 bis 10.
4. Glaswafer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Glaswafer auf wenigstens einer Oberfläche, insbesondere auf wenigstens einer der beiden Seitenflächen, eine Rauigkeit von höchstens 1000 nm aufweist, bevorzugt von weniger als 100 nm oder sogar weniger als 10 nm, insbesondere höchstens 1 nm oder sogar weniger.
5. Glaswafer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Glas die folgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis umfasst: bevorzugt mit Li2Ü + Na2Ü + K2O von 0 bis <15 Gew.% , besonders bevorzugt mit Li2Ü / Na2Ü < 1 und/oder mit IÜ2O / K2O <1.
6. Glaswafer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Glas die folgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis umfasst:
7. Glaswafer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine Metallisierung in wenigstens einem Bereich wenigstens einer Seitenfläche und/oder wenigstens einem Bereich der Oberfläche der Öffnung.
8. Verfahren zur Herstellung eines Glaswafers umfassend ein Glassubstrat umfassend wenigstens eine Öffnung, aufweisend zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen sowie eine umlaufende Kantenfläche, insbesondere eines Glaswafers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines scheibenförmigen Glassubstrats,
- Richten eines Laserstrahls eines Ultrakurzpulslasers auf eine der Seitenflächen des scheibenförmigen Glassubstrats, wobei der Laserstrahl mittels einer Fokussierungsoptik zu einem langgezogenen Fokus im scheibenförmigen Glassubstrat geformt wird, sodass durch die eingestrahlte Energie des Laserstrahls eine filamentförmige Schädigung im Volumen des scheibenförmigen Glassubstrats erzeugt wird, deren Längsrichtung senkrecht zu wenigstens einer der Seitenflächen des scheibenförmigen Glassubstrats ist, und wobei zur Erzeugung einer filamentförmigen Schädigung der Ultrakurzpulslaser einen Puls oder ein Pulspaket mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen einstrahlt,
- Ätzen des scheibenförmigen Glassubstrats zumindest in dem Bereich, in welchem filamentförmige Schädigungen im scheibenförmigen Glassubstrat gebildet sind, in einem flüssigen Ätzmedium, wobei die filamentförmigen Schädigungen zu Kanälen aufgeweitet werden, wobei das flüssige Ätzmedium eine Lauge, vorzugsweise eine Kalium -haltige Lauge, ist oder umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
- das glasige Material des scheibenförmigen Glassubstrats wird mit einer Abtragsrate von kleiner als 5 pm pro Stunde abgetragen und/oder
- die Ätzdauer beträgt mindestens 12 Stunden und/oder
- das Ätzmedium weist eine Temperatur von wenigstens 110°C auf und vorzugsweise von höchstens 150°C und/oder
- die Anzahl der Pulse eines Bursts zum Einbringen einer filamentförmigen Schädigung beträgt mindestens 2 oder höchstens 7 und/oder
- die Pulsdauer des Lasers liegt im Bereich von 0,5 ps bis 2 ps,
- es erfolgt ein mechanisches Polieren wenigstens einer Oberfläche.
10. Glaswafer, vorzugsweise Glaswafer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9.
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