JP2019108255A - Glass substrate manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の貫通孔を備えたガラス基板の製造方法に関し、特に貫通孔の径が均一になるように加工し易いガラス基板製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a glass substrate having a plurality of through holes, and more particularly to a method of manufacturing a glass substrate which is easily processed so that the diameters of the through holes become uniform.
近年、電子デバイスにおいて貫通孔が複数形成されたガラス基板が広く利用されている。例えば、微細貫通孔を有するガラス基板の適用例として、インターポーザによる3D集積回路が挙げられる。インターポーザにはこれまで樹脂基板が用いられてきたが、ICチップと熱膨張率に差があり接合部分に不具合が生じることがあった。 BACKGROUND In recent years, glass substrates in which a plurality of through holes are formed in electronic devices are widely used. For example, as an application example of a glass substrate having fine through holes, a 3D integrated circuit by an interposer can be mentioned. Although a resin substrate has been used as an interposer up to now, the difference in thermal expansion coefficient between the IC chip and that of the IC chip has caused problems at the joint portion.
そこで、注目されたのがシリコン基板とガラス基板であり、どちらも樹脂基板と比較して熱膨張による不具合が低減された。特に、ガラス基板を用いたガラスインターポーザは、コストが安く、さらに電気的な絶縁性に優れているということで大きく注目されている。 Therefore, attention was paid to silicon substrates and glass substrates, both of which reduced defects due to thermal expansion compared to resin substrates. In particular, a glass interposer using a glass substrate has attracted great attention for its low cost and excellent electrical insulation.
ガラスインターポーザは、基板に複数の貫通孔を有することで下面の回路と接続されており、ガラス基板に複数の貫通孔を形成させる必要がある。この貫通孔を形成する際に、従来、レーザ加工を行い、その後エッチング加工を行うといった手段が採用されることがあった(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。 The glass interposer is connected to the circuit on the lower surface by having a plurality of through holes in the substrate, and it is necessary to form the plurality of through holes in the glass substrate. In the case of forming the through holes, conventionally, there has been a case where laser processing is performed and then etching processing is performed (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).
しかしながら、従来技術においては、貫通孔の径を均一にすることが難しかった。例えば、上述の特許文献1のようなエッチング液の浸漬によるエッチング方法であれば、微細な貫通孔内にエッチング液が行き届かずに貫通孔ひとつひとつが不均一に形成されてしまうことがあった。 However, in the prior art, it was difficult to make the diameter of the through holes uniform. For example, in the case of the etching method by immersion of the etching solution as described in Patent Document 1 described above, the etching solution may not reach the inside of the fine through holes and the through holes may be formed unevenly.
また、特許文献2に係る技術においては、レーザ加工によって先細り状に形成された貫通孔がエッチング加工後においても表裏の主面における孔径の差が縮小せず、結果として、貫通孔の径が不均一になってしまう。 Further, in the technique according to Patent Document 2, the through hole formed in a tapered shape by laser processing does not reduce the difference in the hole diameter in the main surface of the front and back even after etching processing, and as a result, the diameter of the through hole is not It becomes uniform.
ガラスインターポーザにおいては、貫通孔内に貫通電極の抵抗値を均一化することが好ましいため、ガラス基板に形成される貫通孔の径は均一化されていることが好ましいと言える。 In the glass interposer, since it is preferable to equalize the resistance value of the through electrode in the through hole, it can be said that it is preferable that the diameter of the through hole formed in the glass substrate be uniform.
この発明の目的は、貫通孔の径が均一になるように加工し易いガラス基板製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a glass substrate that is easy to process so that the diameter of the through holes becomes uniform.
この発明に係るガラス基板製造方法は、複数の貫通孔を備えるガラス基板を製造するためのものである。このガラス基板製造方法は、改質ステップおよびエッチングステップを少なくとも含んでいる。 A glass substrate manufacturing method according to the present invention is for manufacturing a glass substrate provided with a plurality of through holes. The glass substrate manufacturing method at least includes a reforming step and an etching step.
改質ステップでは、ガラス基板における複数の貫通孔の形成予定位置における厚み方向にわたってエネルギ密度が相対的に高い焦線が形成されるようにレーザ光をガラス基板に照射することによって貫通孔形成予定位置を改質する。貫通孔形成予定位置は、レーザ光によるエネルギを受けることによってエッチングされ易い性質を有する改質部になる。この改質部の形状によって貫通孔の形状が影響を受けるのであるが、レーザ加工によって貫通孔を形成する場合に比較すると、改質部の形状は先細りしにくいことが出願人の実験によって分かってきている。 In the modification step, the planned through-hole formation position by irradiating the glass substrate with laser light so that a focal line having a relatively high energy density is formed in the thickness direction at the planned formation position of the plurality of through-holes in the glass substrate To reform. The planned formation position of the through hole is a modified portion having a property of being easily etched by receiving energy from the laser light. Although the shape of the through hole is affected by the shape of the reformed portion, it has been found by the experiment of the applicant that the shape of the reformed portion is more difficult to taper as compared to the case where the through hole is formed by laser processing. ing.
エッチングステップでは、改質ステップの後に貫通孔形成予定位置をエッチングすることによって貫通孔形成予定位置に貫通孔を形成する。貫通孔形成予定位置は改質し易い性質に改質されているため、厚み方向にエッチングが進行し易くなっており、サイドエッチングの影響を最小限に抑えることが可能になる。さらには、上述のように改質部は先細り形状になりにくいため、結果として、貫通孔の径を均一にし易くなっている。 In the etching step, the through hole is formed at the planned through hole formation position by etching the through hole formation planned position after the modification step. Since the planned formation position of the through hole is modified to be easily reformed, the etching is easily progressed in the thickness direction, and the influence of the side etching can be minimized. Furthermore, as described above, since the reformed portion is unlikely to be tapered, as a result, the diameter of the through hole can be easily made uniform.
上述の改質ステップにおいて、貫通孔形成予定位置の厚み方向の中央部が、表層部よりもエネルギ密度が高くなるようにレーザ光のエネルギ分布が調整されることが好ましい。貫通孔の径、ガラス基板の厚み、エッチング液の組成や粘度によっては、ガラス基板の厚み方向の中央部がエッチングされにくいことがあるが、そのような箇所に対して予めより多くのエネルギを与えておくことで、よりエッチングされ易い性質に改質することが可能となり、ガラス基板の厚み方向の中央部においてエッチング不足が発生しにくくなる。 In the above-described reforming step, it is preferable that the energy distribution of the laser light be adjusted so that the central portion in the thickness direction of the planned through hole formation position has a higher energy density than the surface layer portion. Depending on the diameter of the through hole, the thickness of the glass substrate, and the composition and viscosity of the etching solution, the central part in the thickness direction of the glass substrate may be difficult to etch, but more energy is given to such a location in advance. By setting, it becomes possible to modify to the property of being more easily etched, and it becomes difficult to cause insufficient etching at the central part in the thickness direction of the glass substrate.
また、改質ステップにおけるレーザ光のエネルギ分布の調整が集光レンズによって行われることが好ましい。集光レンズは、光のエネルギ密度を局所的に高めたり変換したりする作用を有する。つまり、集光レンズを通過することによりレーザ光は様々な形に集光される。光エネルギ密度が局所的に高い集光部分が所望の位置にくるように調整することによって、所望の位置をエッチングされ易い性質に改質することが可能になる。このような構成を採用することにより、レーザ光のエネルギ分布を調整するための光学系ユニットに集光レンズを設けるという簡易な手法によって、貫通孔の径が均一化され易くなる。 In addition, it is preferable that the adjustment of the energy distribution of the laser light in the reforming step is performed by the condensing lens. The condenser lens has the function of locally increasing or converting the energy density of light. That is, the laser light is condensed in various forms by passing through the condenser lens. By adjusting the light energy density to be locally high at the desired position, it is possible to modify the desired position to be easily etched. By adopting such a configuration, the diameter of the through hole is easily made uniform by a simple method of providing a condenser lens in the optical system unit for adjusting the energy distribution of the laser light.
さらに、集光レンズがフレネルレンズであることが好ましい。フレネルレンズを設計したり、既存の光学要素にフレネルレンズ形状を加工したりすることによって、ガラス基板に照射されるレーザ光を部分的に所望の領域に集中させることが可能になる。このため、レーザ光を、改質度を大きくしたい所望の領域に照射させることができるため、貫通孔の径を一定にするために適宜各部の改質度合を調整することが可能になる。 Furthermore, it is preferable that the condenser lens is a Fresnel lens. By designing a Fresnel lens or processing a Fresnel lens shape into an existing optical element, it is possible to partially concentrate laser light emitted to a glass substrate in a desired area. For this reason, since a laser beam can be irradiated to the desired area | region which wants to make modification degree large, it becomes possible to adjust the modification degree of each part suitably, in order to make the diameter of a through-hole constant.
本発明によれば、複数の貫通孔を有するガラス基板の製造方法において貫通孔の径が均一なるように加工し易くなる。 According to the present invention, in the method of manufacturing a glass substrate having a plurality of through holes, it becomes easy to process so that the diameter of the through holes becomes uniform.
以下、図を用いて、本発明の一実施形態に係るガラス基板製造方法について説明する。図1は、複数の貫通孔を備えるガラスインターポーザを製造するためのガラス基板10に対する加工処理の一ステップを示している。この実施形態では、ガラスインターポーザを製造する際に、ガラス基板10に対して、改質ステップおよびエッチングステップが少なくとも施される。
Hereinafter, the glass substrate manufacturing method concerning one embodiment of the present invention is explained using a figure. FIG. 1 shows one step of processing on a
ガラス基板10の種類は、ガラスである限り、特に限られないが、ガラスインターポーザのように、半導体素子のパッケージに使用される場合は、無アルカリガラスが好ましい。これはアルカリ含有ガラスの場合、ガラス中のアルカリ成分が析出し、半導体素子に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。また、ガラス基板10の厚さは、特に限られず、ガラス基板10は、例えば0.05mm〜0.7mmの厚さにおいて好適に処理を行うことができている。
The type of the
改質ステップにおいては、ガラス基板10における複数の貫通孔の形成予定位置に対して、レーザヘッド12からレーザ光が照射される。この照射されるレーザ光は、ガラス基板10の厚み方向にわたってエネルギ密度が相対的に高い焦線を形成するための光学系ユニット14を経由する。
In the modification step, laser light is emitted from the
光学系ユニット14は、単一または複数の光学要素(レンズ等)によって構成されており、レーザヘッド12からのレーザ光を、ガラス基板10の厚み方向において所定範囲内の長さを有するレーザ光の焦線へと集束させるように構成されている。
The
このため、このレーザ光がガラス基板10に照射されることにより、ガラス基板10における貫通孔形成予定位置が厚み方向の全域にわたって改質され、例えば、ボイド状の改質部102が形成される。ガラス基板10に複数の改質部102を形成するためには、ガラス基板10をXY平面上において移動するようなステージを用いても良いし、レーザヘッド12および光学系ユニット14を備えたレーザ加工装置がこれらの部材をXY方向に移動させる駆動機構を設けるようにしても良い。
Therefore, by irradiating the
レーザ光は、ガラス基板10の貫通孔の形成予定位置をエッチングされ易い性質に改質できる限り、その種類および照射条件は限られない。この実施形態では、レーザヘッド12から、短パルスレーザ(例えばピコ秒レーザ、フェムト秒レーザ)から発振されるレーザ光が照射されているが、例えば、CO2レーザ、UVレーザ等を用いても良い。この実施形態では、レーザ光の平均レーザエネルギが、約100μJ〜300μJ程度になるように出力制御が行われている。
The type and irradiation conditions of the laser light are not limited as long as the planned formation position of the through hole of the
改質ステップの後には、ガラス基板10における貫通孔形成予定位置に形成された改質部をエッチングすることによって、改質部102を溶解し、貫通孔形成予定位置に貫通孔が形成される。
After the modification step, the modified portion formed at the planned through hole formation position in the
図2(A)〜図2(C)を用いて、改質ステップおよびその後のエッチングステップについて説明する。図2(A)は、上述した改質ステップを示している。レーザヘッド12から出射したレーザ光は、光学系ユニット14によって、ガラス基板10における貫通孔形成予定位置に集光され、貫通孔形成予定位置の厚み方向に焦線が形成される。光学系ユニット14は、例えば、レーザ光を拡散する拡散レンズや集光する集光レンズ等を少なくとも備えており、例えば、レーザ光を上述の焦線上の複数の点で結像するように集光することができる。
The modification step and the subsequent etching step will be described with reference to FIGS. 2 (A) to 2 (C). FIG. 2A shows the above-described reforming step. The laser beam emitted from the
その結果、図2(B)に示すように、ガラス基板10の貫通孔成予定位置における厚み方向の全域にわたって改質部102が形成される。改質部102は、レーザ光からのエネルギを受けることによって他の部分よりもエッチングされ易い性質を示すようになる。この改質部102にエッチング液を接触させることにより、改質部102が溶解されて、その結果、図2(C)に示すように貫通孔形成予定位置に貫通孔104が形成されることになる。
As a result, as shown in FIG. 2B, the modified
エッチングステップにおいては、図3(A)に示すように、ガラス基板10は、エッチング装置20に導入され、フッ酸および塩酸等を含むエッチング液によってエッチング処理が施される。エッチング装置20では、搬送ローラによってガラス基板10を搬送しつつ、エッチングチャンバ22内でガラス基板10の片面または両面にエッチング液を接触させることによって、ガラス基板10に対するエッチング処理が行われる。
In the etching step, as shown in FIG. 3A, the
ここでは、図3(B)に示すように、エッチング装置20の各エッチングチャンバ22において、ガラス基板10に対してエッチング液をスプレイするスプレイッチングが行われる。エッチング液としては、フッ酸1〜5重量%、塩酸5〜20重量%を含む水溶液が適宜調合される。なお、エッチング装置20におけるエッチングチャンバ22の後段には、ガラス基板10に付着したエッチング液を洗い流すための洗浄チャンバが設けられているため、ガラス基板10はエッチング液が取り除かれた状態でエッチング装置20から排出される。
Here, as shown in FIG. 3B, in each
エッチング液をスプレイする手法以外にも、ガラス基板10をエッチング液に浸漬することによってガラス基板10にエッチング液を接触させることも可能である。ただし、細い貫通孔の内部にエッチング液を浸透させる観点からすると、図3(A)および図3(B)に示すようなエッチング液をスプレイする方式を採用することが好ましい。
Besides the method of spraying the etching solution, it is also possible to bring the etching solution into contact with the
エッチング液を十分な圧力でガラス基板10にスプレイすることによって、通常は、ガラス基板10の改質部102が適切に溶解されて、図2(C)に示すようにガラス基板10に貫通孔104が形成される。この実施形態では、スプレイする際の圧力は、0.05Mpa〜0.10Mpa、各スプレイノズルから噴射するエッチング液の量は1.25〜2.50リットル/分程度で処理を行うと好適な結果が得られた。
By spraying the etching solution onto the
しかしながら、エッチング液のスプレイ圧力や濃度や粘度、または改質部102のサイズによっては、図4(A)に示すように、中央部に狭窄部を有する貫通孔105が形成されてしまうことがある。このような貫通孔105は、インターポーザの用途に用いた場合に導通不良等の不具合を生じる可能性があるため、あまり好ましくないと言える。
However, depending on the spray pressure, concentration, and viscosity of the etching solution, or the size of the reformed
そこで、中央部に狭窄部を有する貫通孔105が形成される場合には、図4(B)に示すように、レーザ光のガラス基板10の厚み方向のエネルギ密度を調整することが可能な光学系ユニット15を採用すると良い。光学系ユニット15は、例えば、ガラス基板10の貫通孔成予定位置の焦線上にさらに中央部ほどエネルギ密度が高くなるようにレーザ光を集光するための集光レンズ(例えば、フレネルレンズ)を備えている。
Therefore, in the case where a through
この実施形態では、ガラス基板10の貫通孔成予定位置の厚み方向の中央部ほど径が大きい改質部103が形成されている。このような構成を採用することにより、エッチング液が流動しにくい中央部においてエッチング液が流動しやすくなり、結果として狭窄部のない図2(C)に示すような貫通孔が形成され易くなる。
In this embodiment, a reformed
ただし、ガラス基板10の貫通孔成予定位置の厚み方向の径を一定にしつつ、中央部ほどより大きいエネルギを受けて改質度が高くなるようにすることも可能である。このような構成を採用することにより、エッチング液が流動しにくい中央部においてガラスが溶解し易くなるため、結果として狭窄部のない図2(C)に示すような貫通孔が形成され易くなる。
However, it is also possible to make the degree of modification higher by receiving larger energy toward the central portion while keeping the diameter in the thickness direction of the planned through hole formation position of the
光学系ユニット15がレーザ光の経路を変える手段であるフレネルレンズを備えることにより、レーザ光のエネルギ密度を部分的に調節することができる。つまり、フレネルレンズの形状を適宜調整することによって、レーザ加工装置からのレーザ光を部分的に所望の領域に集中するように照射することができるようになる。この結果、レーザ光を、改質度を大きくしたい所望の領域に照射させることができ、中央部に狭窄部を有する貫通孔105の発生を防止することが可能になる。
The energy density of the laser light can be partially adjusted by providing the Fresnel lens, which is a means for changing the path of the laser light, of the
フレネルレンズを含む光学要素は、ガラスまたは透明プラスチック等の透明部材で適宜作成し、光学系ユニット15内に配置することが可能である。フレネルレンズ自体を追加的に配置しても良いし、光学系ユニット15内に既設されている透明部材の所定箇所を所望形状のフレネルレンズ形状に加工しても良い。フレネルレンズの加工は、例えば、一定の型を用いて成形しても良いし、彫刻する方法を採用しても良い。
The optical element including the Fresnel lens can be appropriately made of a transparent member such as glass or transparent plastic and disposed in the
上述の方法を採用して形成された貫通孔は、スプレイエッチングによってマイクロクラックが微小化または消滅している。このため、貫通孔の形状を好適に保つことができるだけではなく、ガラスインターポーザの強度を保つことができるというメリットもある。 In the through holes formed by employing the method described above, the microcracks are miniaturized or eliminated by the spray etching. Therefore, not only the shape of the through hole can be suitably maintained, but there is also an advantage that the strength of the glass interposer can be maintained.
上述の実施形態では、ガラス基板10をガラスインターポーザとして用いる例を説明したが、ガラス基板10の用途はこれに限定されない。例えば、MENSパッケージングやライフサイエンス向けマイクロチップデバイス等にも適用可能である。
Although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which uses the
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The above description of the embodiments should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated not by the embodiments described above but by the claims. Further, the scope of the present invention is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the claims.
10−ガラス基板
12−レーザ加工装置
14,15−光学系ユニット
20−エッチング装置
22−エッチングチャンバ
102,103−改質部
104,105−貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10-Glass substrate 12-
Claims (4)
前記ガラス基板における前記複数の貫通孔の形成予定位置における厚み方向にわたってエネルギ密度が相対的に高い焦線が形成されるようにレーザ光を前記ガラス基板に照射することによって前記貫通孔形成予定位置を改質する改質ステップと、
前記改質ステップの後に前記貫通孔形成予定位置をエッチングすることによって前記貫通孔形成予定位置に貫通孔を形成するエッチングステップと、
を少なくとも含むガラス基板製造方法。 It is a glass substrate manufacturing method for manufacturing a glass substrate provided with a plurality of penetration holes,
The planned through hole formation position is provided by irradiating the glass substrate with laser light so that a focal line having a relatively high energy density is formed in the thickness direction at the planned formation position of the plurality of through holes in the glass substrate. A reforming step to reform;
An etching step of forming a through hole at the planned through hole formation position by etching the through hole formation planned position after the modifying step;
The glass substrate manufacturing method containing at least.
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