KR102651564B1 - 축의 방향으로 가변적인 측벽 테이퍼를 갖는 비아를 구비한 실리카-함유 기판 및 이를 형성하는 방법 - Google Patents

축의 방향으로 가변적인 측벽 테이퍼를 갖는 비아를 구비한 실리카-함유 기판 및 이를 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

좁은 웨이스트를 갖는 비아를 포함하는 실리카-함유 기판, 및 관련 장치 및 방법이 개시된다. 하나의 구현예에서, 제품은 85 몰% 이상의 실리카를 포함하는 실리카-함유 기판, 제1 표면, 제1 표면의 반대편에 제2 표면, 및 실리카-함유 기판을 통해 제1 표면으로부터 제2 표면으로 향하여 확장하는 비아를 포함한다. 비아는 제1 표면에서 100 ㎛ 이하의 제1 직경, 제2 표면에서 100 ㎛ 이하의 제2 직경, 및 제1 표면과 제2 표면 사이에서 비아 웨이스트를 포함한다. 비아 웨이스트는 제1 직경 및 제2 직경보다 작은 웨이스트 직경을 가지며, 따라서 웨이스트 직경과 제1 직경 및 제2 직경의 각각의 비는 75% 이하이다.

Description

축의 방향으로 가변적인 측벽 테이퍼를 갖는 비아를 구비한 실리카-함유 기판 및 이를 형성하는 방법{Silica-containing Substrates with Vias Having an Axially Variable Sidewall Taper and Methods for Forming the Same}
본 출원은 2017년 5월 25일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/510,957호 및 2017년 11월 20일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/588,615호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 병합된다.
본 개시는 일반적으로 비아 (via)를 갖는 실리카-함유 기판에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 축방향 가변 측벽 테이퍼 (taper)를 갖는 비아를 구비한 적어도 75 몰%의 실리카를 포함하는 실리카-함유 기판, 비아와 실리카-함유 기판을 통합하는 전자 장치, 및 실리카-함유 기판에서 축방향 가변 측벽 테이퍼를 갖는 비아를 형성하는 방법에 관한 것이다.
실리콘과 같은 기판은 전기 구성요소들 (예를 들어, 인쇄된 회로 보드, 집적 회로 등) 사이에 배치된 인터포저로서 사용되어 왔다. 금속화된 관통-기판 (through-substrate) 비아는 전기 신호가 인터포저의 대향하는 면들 사이를 통과하도록 인터포저를 통과하는 경로를 제공한다. 유리 기판은 낮은 열팽창 계수 (CTE)로 인해 우수한 열 치수 안정성을 가질 뿐만 아니라, 고주파 전기 성능에서 매우 우수한 낮은 전기적 손실을 갖고, 큰 패널 크기로뿐만 아니라 두께로 형성되는 가능성을 갖기 때문에, 전기 신호 전송에서 매우 유리한 매력적인 물질이다. 특히, 용융 실리카의 CTE가 매우 낮을 수 있고 (~ 0.5ppm/℃), 전기적 손실 탄젠트는 상당한 부분의 비-실리카 물질을 종종 함유하는 유리에서보다는 훨씬 낮을 수 있기 때문에, 용융 실리카와 같은 높은 실리카 함량의 기판은 일반 (generic) 유리보다 훨씬 더 매력적이다. 그러나, 높은 실리카 함량의 기판에서 관통-비아 (through-via) 형성 및 금속화는 중요한 도전을 제시한다.
비아는 전기도금 공정에 의해 충진될 수 있으며, 여기서 전기 전도성 물질 (예를 들어, 구리)은, 비아가 기밀하게 밀봉될 때까지, 비아의 측벽 상에 침착되고, 연속적으로 축적된다. 전기도금 비아는 전기 전도성 물질이 초기에 침착되기 위하여 금속 "브릿지"를 제공하는 좁은 웨이스트 (waist)를 갖는 모래시계 형상을 필요로 한다. 비아가 충진될 때까지, 전기 전도성 물질은 이 브리지의 양 측면에 연속적으로 침착된다.
전자 장치의 유리 인터 포저에 전기적 연결을 제공하는데 도움이 되는 작은-직경 비아는 레이저-손상-및-에칭 공정에 의해 형성될 수 있다. 이 공정에서, 손상 트랙은 손상 트랙을 따라 유리 물질을 개질 (modify)시키기 위해 레이저를 사용하여 유리 기판에 초기에 형성된다. 이어서, 에칭 용액이 유리 기판에 적용된다. 유리 기판은 에칭 용액에 의해 얇아진다. 유리 물질의 에칭 속도가 손상 트랙에서 더 빠르기 때문에, 손상 트랙이 우선적으로 에칭되어 비아가 유리 기판을 통해 개방된다. 대부분의 유리 물질에서, 비아의 형상은 우선적으로 전기도금에 도움이 되는 모래시계 형상이다. 그러나, 용융 실리카와 같은 높은 실리카 함량을 갖는 실리카-함유 기판에서, 결과로 초래된 비아는 전기도금 공정 동안 금속 브릿지를 제공하기 위해 좁은 웨이스트 없이 원통형으로 형성된다. 용융 실리카에서 이러한 직선-벽형 (straight-walled) 비아는 전기도금될 수 없다.
따라서, 실리카-함유 기판에서 축방향 가변성 측벽 (sidewall) 테이퍼 (예를 들어, 모래시계 형상)를 갖는 비아를 형성하는 대안적인 방법뿐만 아니라 그러한 비아를 포함하는 실리카-함유 기판에 대한 필요가 존재한다.
하나의 구현예에서, 실리카, 제1 표면, 및 상기 제1 표면의 반대편에 제2 표면을 포함하는 기판을 가공하는 방법은, 레이저 빔을 사용하여, 제1 표면으로부터 제2 표면으로 기판을 통해서 손상 트랙을 형성시키는 단계를 포함하고, 여기서 손상 트랙을 따라 기판의 개질 (modification)의 수준은 제1 표면으로부터 출발하여 기판의 벌크를 향하는 제1 방향으로 감소하고, 기판의 개질의 수준은 제2 표면으로부터 출발하여 기판의 벌크를 향하는 제2 방향으로 감소한다. 손상 트랙은 제1 표면에 근접한 제1 개질된 세그먼트, 제2 표면에 근접한 제2 개질된 세그먼트, 및 상기 제1 고도로 개질된 세그먼트와 상기 제2 고도로 개질된 세그먼트 사이에 배치된 제3 개질된 세그먼트를 포함하고, 여기서 제3 개질된 세그먼트의 개질의 수준은 제1 개질된 세그먼트 및 제2 개질된 세그먼트의 개질의 수준보다 작다. 상기 방법은 에칭 용액을 사용하여 기판을 에칭하여, 제1 표면에서 제1 직경을 갖고, 제2 표면에서 제2 직경을 갖는 비아, 및 제1 표면과 제2 표면 사이에서 웨이스트 직경을 갖는 비아 웨이스트를 형성시키는 단계를 더욱 포함하고, 여기서 상기 웨이스트 직경은 제1 직경보다 작고, 제2 직경보다 작다.
다른 구현예에서, 제품은 85 mol% 이상의 실리카를 포함하는 실리카-함유 기판, 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대편에 제2 표면, 및 상기 실리카-함유 기판을 통해 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면을 향하여 확장하는 비아를 포함한다. 비아는 100 ㎛ 이하의 직경을 갖는 제1 표면에서의 제1 직경, 100 ㎛ 이하의 직경을 갖는 제2 표면에서의 제2 직경, 및 제 1표면과 제2 표면 사이에서의 비아 웨이스트를 포함한다. 비아 허리는 제1 직경 및 제2 직경보다 작은 웨이스트 직경을 가지므로, 웨이스트 직경과 각각의 제1 직경 및 제2 직경의 비는 75% 이하이다.
또 다른 구현예에서, 전자 장치는 85 mol% 이상의 실리카를 포함하는 실리카-함유 기판, 제1 표면, 상기 제1 표면에 대향하는 (opposite) 제2 표면, 및 상기 실리카-함유 기판을 통해 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면을 향하여 확장하는 비아를 포함한다. 비아는 100 ㎛ 이하의 직경을 갖는 제1 표면에서의 제1 직경, 100 ㎛ 이하의 직경을 갖는 제2 표면에서의 제2 직경, 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에서 비아 웨이스트를 포함하고, 여기서 상기 비아 웨이스트는 상기 제1 직경 및 상기 제2 직경보다 작은 웨이스트 직경을 갖고, 따라서, 상기 웨이스트 직경과 각각의 제1 직경 및 제2 직경 사이의 비는 75% 이하이다. 전자 장치는 실리카-함유 기판에 결합된 반도체 장치를 더욱 포함하고, 여기서 상기 반도체 장치는 비아에 전기적으로 결합된다.
또 다른 구현예에서, 기판은 85 몰% 이상의 실리카, 제1 표면, 제1 표면의 반대편에 제2 표면, 및 제1 표면으로부터 제2 표면으로의 기판을 통한 손상 트랙을 포함한다. 손상 트랙을 따라 기판의 개질의 수준은 제1 표면으로부터 출발하여 기판의 벌크 (bulk)로 향하는 제1 방향으로 감소하고, 기판의 개질 수준은 제2 표면으로부터 출발하여 기판의 벌크로 향하는 제2 방향으로 감소한다. 손상 트랙은 제1 표면에 근접한 제1 개질된 세그먼트, 제2 표면에 근접한 제2 개질된 세그먼트, 및 상기 제1 고도로 개질된 세그먼트와 상기 제2 고도로 개질된 세그먼트 사이에 배치된 제3 개질된 세그먼트를 포함한다.
또 다른 구현예에서, 제품은 85 mol% 이상의 실리카를 포함하는 실리카-함유 기판, 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대편에 제2 표면, 및 상기 실리카-함유 기판을 통해 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면을 향하여 확장하는 비아를 포함한다. 비아는 100 ㎛ 이하의 직경을 갖는 제1 표면에서의 제1 직경, 100 ㎛ 이하의 직경을 갖는 제2 표면에서의 제2 직경, 및 제1 표면과 제2 표면 사이의 비아 웨이스트를 포함한다. 비아 웨이스트는 상기 제1 직경 및 상기 제2 직경보다 작은 웨이스트 직경을 가지며, 따라서, 제1 직경과 웨이스트 직경 사이의 차이 대 실리카-함유 기판의 1/2 두께의 비는 1/15 이상이다.
여기에 기재된 구현예의 추가적인 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 통상의 기술자에게 쉽게 명백하거나, 또는 다음의 상세한 설명, 청구 범위, 및 첨부된 도면을 포함하는 여기에 기재된 구현예를 실행함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단순히 예시적인 것이며, 청구범위의 속성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다. 첨부된 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부로서 병합되며 그 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구현예를 예시하고, 명세서와 함께 다양한 구현예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도면에 제시된 구현예는 실례를 보여주고, 사실상 예시적이며, 청구 범위에 의해 정의된 주제를 제한하려는 것이 아니다. 예시적인 구현예들의 다음의 상세한 설명은 다음의 도면들과 관련하여 읽을 때 이해될 수 있으며, 여기서 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 인터포저로서 실리카-함유 기판의 부분 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 전자 장치들 사이에 배치된 인터포저로서 실리카-함유 기판을 포함하는 예시적인 전자 장치를 도시한다.
도 3은 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 실리카-함유 기판을 통해 예시적인 비아의 치수 특성을 개략적으로 도시한다.
도 4a 내지 4e는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 실리카-함유 기판을 통해 예시적인 비아의 형성의 발전을 개략적으로 도시한다.
도 5는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 레이저 스팟의 강도를 변조(modulating)하면서 실리카-함유 기판의 벌크 (bulk)를 통해 레이저 스팟을 스캔함으로써 실리카-함유 기판 내에 손상 트랙을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한다.
도 6은 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 실리카-함유 기판의 벌크 내에 위치한 레이저 빔 초점 라인에 초점을 맞춘 펄스된 레이저 빔을 사용함으로써 실리카-함유 기판 내에 손상 트랙을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한다.
도 7 및 도 8은 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 도 6에 도시된 펄스된 레이저 빔의 서브-펄스를 개략적으로 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 실리카-함유 기판 내의 다양한 장소에 위치한 최대 강도를 갖는 도 6의 가우스-베셀 레이저 빔 초점 라인의 강도 프로파일을 그래프로 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 도 6에 도시된 레이저 빔 초점 라인 상의 2 개의 상이한 강도 프로파일을 그래프로 도시한다.
도 11a 내지 11c는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 실리카-함유 기판 내의 손상 트랙의 디지털 이미지를 도시한다.
도 12는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 레이저-손상-및-에칭 공정에 의해 형성된 실리카-함유 기판 내에 모래시계 형상을 갖는 비아의 디지털 이미지를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 레이저-손상-및-에칭 공정에 의해 형성된 실리카-함유 기판 내의 비아의 제1 직경, 제2 직경, 및 웨이스트 직경의 분포를 나타내는 히스토그램을 그래프로 도시한다.
도 14a 내지 도 14c는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 레이저-손상-및-에칭 공정에 의해 형성된 실리카-함유 기판 내의 비아의 제1 직경, 제2 직경, 및 웨이스트 직경에 대한 구형도 (circularity)의 분포를 나타내는 히스토그램을 그래프로 도시한다.
도 15a 및 15b는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 4 개의 상이한 버스트 에너지 및 3 개의 상이한 초점 설정에서 레이저 빔 초점 라인을 사용하여 레이저 가공처리된 샘플에 대한 웨이스트 결함 및 총 결함을 나타내는 히스토그램을 그래프로 도시한다.
도 16a 내지 도 16c는 여기에 기재되고 예시된 하나 이상의 구현예에 따른 4 개의 상이한 버스트 에너지 및 3 개의 상이한 초점 설정에서 레이저 빔 초점 라인을 사용하여 레이저 가공처리된 샘플에 대한 비아 웨이스트 변동 (variation)을 나타내는 히스토그램을 그래프로 도시한다.
일반적으로 도면을 참조하면, 본 개시의 구현예는 비아 금속화/전기도금 및 재분배 층 (redistribution layers (RDL))의 적용을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 성공적인 다운스트림 공정을 허용하는 비아 (예를 들어, 구멍)를 갖는 실리카-함유 기판을 포함하는 제품과 일반적으로 관련된다. 제품은 반도체 장치, 무선 주파수 (radio-frequency, RF) 장치 (예를 들어, 안테나, 전자 스위치 등), 인터포저 장치, 마이크로전자 (optoelectronic) 장치, 광전자 장치, 마이크로전자 기계 시스템 (MEMS, microelectronic mechanical system) 장치 및 비아가 활용될 수 있는 기타 적용에 사용될 수 있다.
본 개시의 구현예는 또한 일반적으로 실리카-함유 기판에서 비아를 생성하는 방법에 관한 것이다. 몇몇 구현예에서, 비아는 비아를 전기도금하는 것을 용이하게하는 기하학적 구조를 갖는다. 실리카-함유 기판은 유리 및 유리-세라믹을 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "실리카-함유 기판"은 75 mol% 이상, 80 mol% 이상, 85 mol% 이상, 90 mol% 이상, 91 mol% 이상, 92 mol% 이상, 93 mol% 이상, 94 mol% 이상, 95 mol% 이상, 96 mol% 이상, 97 mol% 이상, 98 mol% 이상, 99 mol% 이상, 또는 99.9 mol% 이상의 실리카 (SiO2) 함량을 포함하는 실리카-함유 기판을 의미한다. 몇몇 구현예에서, 실리카-함유 기판은 용융 실리카일 수 있다. 예시적인 실리카-함유 기판은 유리 코드 7980, 7979, 및 8655 하에서 뉴욕, 코닝의 코닝 인코포레이티드에 의해 시판되는 HPFS® 용융 실리카를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 하나의 예에서, 실리카-함유 기판은 의도하지 않게 도핑된 실리카를 포함하는 기판이다. 문구 "의도하지 않게 도핑된 (의도하지 않게 도핑된)"은 실리카를 용융시키기 전에 의도적으로 추가 성분이 실리카에 첨가되지 않음을 의미한다.
실리카의 성질은 전자 장치에서 인터포저로서 바람직한 기판을 만든다. 용어 "인터포저 (interposer)"는 예를 들어, 이에 제한되지는 않지만, 인터포저의 반대 표면들에 배치된 2 개 이상의 전자 장치들 사이에서 구조를 통해 전기적 연결을 연장하거나 완료하는 임의의 구조를 일반적으로 지칭한다. 2 개 이상의 전자 장치는 단일 구조로 같이-위치할 수 있거나, 또는 상이한 구조들로 서로 인접하여 위치될 수 있어서, 인터 포저가 상호연결 결절 (nodule) 등의 일부로서 기능할 수 있다. 이와 같이, 인터포저는 비아 및 다른 상호연결 도체 (예를 들어, 파워, 접지 (ground) 및 신호 도체)가 존재하고 형성되어 있는 하나 이상의 활성 영역을 포함할 수 있다. 인터포저는 또한 블라인드 비아가 존재하고 및 형성되어 있는 하나 이상의 활성 영역을 포함할 수 있다. 인터포저가 다이 (dies), 언더필 물질, 봉합재 (encapsulant), 및/또는 유사한 것과 같은 다른 성분과 형성될 때, 인터포저는 인터포저 어셈블리로 지칭될 수 있다. 또한, 용어 "인터포저"는 복수의 인터포저, 예컨대 인터포저 어레이 등을 더욱 포함할 수 있다.
실리카의 낮은 열팽창 계수 (coefficient of thermal expansion, CTE)는, 인터포저로서 작용하는 실리카-함유 기판에 결합된 반도체 장치에 의해 발생된 열 플럭스와 같은 열 플럭스의 적용으로 인한, 실리카-함유 기판의 팽창 및 이동을 최소화한다. 인터포저와 반도체 장치 (또는 다른 전자 부품) 사이의 CTE 불일치로 인한 인터포저의 팽창은 인터포저와 반도체 사이의 부착을 실패시켜 분리 또는 다른 손상을 결과할 수 있다.
또한, 실리카-함유 기판은 실리콘 (silicon)과 같은 다른 기판보다 바람직한 RF 성질을 제공한다. 바람직한 RF 성질은 고속 데이터 통신 적용과 같은 고주파 적용에서 중요할 수 있다.
따라서, 75 mol%, 80 mol%, 85 mol%, 90 mol%, 95 mol%, 또는 99 mol% 이상의 실리카 (SiO2)를 포함하는 실리카-함유 기판은 특히 전자 장치에서 인터포저에 바람직한 물질일 수 있다. 그러나, 모래시계-형상 비아를 포함하지만 이에 제한되지 않는 비아의 특정 기하구조가 요구될 때, 실리카-함유 기판의 사용은 도전을 제공한다. 모래시계-형상 비아는 전기도금 공정에 의해 비아를 금속화하는 것을 용이하게 한다. 전기도금 공정 동안, 전기 전도성 물질 (예를 들어, 구리, 은, 알루미늄, 티타늄, 금, 백금, 니켈, 텅스텐, 마그네슘, 또는 임의의 다른 적절한 물질)이 비아 내에 침착된다. 모래시계-형상 비아는 인터포저의 표면에서 개구의 직경보다 작은 직경을 갖는 좁은 웨이스트 (waist)를 갖는다. 전기도금 공정에서, 침착된 금속은 먼저 웨이스트 위치에서 금속 브릿지를 형성하고, 그 다음에 금속은 브릿지 상에 침착되어 비아를 충진시키는 것을 완료하고 비아의 공극-없는 기밀성 충진을 가능하게 한다.
레이저-손상-및-에칭 기술은 실리카-함유 물질에서 비아를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 여기에 정의된 바와 같은 실리카-함유 기판 내에 비아를 형성하기 위해 사용되는 종래의 레이저-손상-및-에칭 기술은 실질적으로 원통형 비아 (즉, 실질적으로 직선 벽을 갖는 비아)를 결과한다. 따라서, 실리카-함유 기판에 형성된 비아의 전기도금은, 좁은 웨이스트의 결여 및 금속 브리지를 형성하는 능력 때문에, 종래의 기술을 사용해서는 가능하지 않을 수 있다. 실리카-함유 기판에서 좁은 웨이스트를 갖는 비아를 생산할 수 없는 것은 불화수소산의 낮은 에칭 속도 때문일 수 있으며, 에칭 공정은 기판의 중간에서 에칭을 막거나 억제하는 불용성 부산물을 결과하지 않고, 표면에서의 구멍 대 실리카-함유 기판의 깊은 내부 사이에 차등 (differential) 에칭 속도를 초래한다. 여기에 개시된 방법은 75 몰% 이상의 실리카 (SiO2)를 포함하는 실리카-함유 기판에 제한되지 않는다는 점에 유의한다. 여기에 개시된 방법은 또한 75 몰% 미만의 실리카를 갖는 유리 또는 유리-세라믹 기판에 사용될 수 있다. 예를 들어, 여기에 기재된 방법은 또한 75 몰% 미만의 실리카 (SiO2)를 갖는 유리 또는 유리-세라믹 기판, 예를 들어 코닝 인코포레이티드에 의해 판매되는 Eagle XG® 유리 및 Gorilla® 유리에서 좁은-웨이스트 비아를 형성하는데 이용될 수 있다.
여기에 기재된 구현예는 레이저-손상-및-에칭 공정에 의해 형성된 비아를 갖는 실리카-함유 기판을 포함하는 방법 및 제품에 관한 것이며, 이것은 특정 내벽 기하학적 구조, 예를 들어, 각각 독특한 각도를 갖는 복수의 영역을 가져서 "모래시계" 형상을 정의하는 내벽을 포함한다. 구현예는 실용적이고 신뢰성있게 형성된 실리카-함유 기판에 고품질 모래시계-형상 비아를 제공한다. 제품, 반도체 패키지, 및 기판에서 좁은 웨이스트를 갖는 비아를 형성하는 방법의 다양한 구현예가 아래에서 상세하게 기재된다.
이제 도 1을 참조하면, 실리카 함유 기판 (100)을 포함하는 예시적인 제품이 부분 사시도로 개략적으로 도시되어 있다. 실리카 함유 기판 (100)은 제1 표면 (102) 및 제1 표면 (102)로부터 반대쪽의 제2 표면 (104)을 포함한다. 복수의 비아 (110)는 제1 표면 (102)으로부터 제2 표면 (104)으로 실리카-함유 기판 (100)의 벌크를 통해 확장한다. 임의의 수의 비아 (110)가 임의의 배열로 실리카-함유 기판 (100)을 통해 확장할 수 있음을 이해해야 한다. 실리카-함유 기판 (100)의 두께 (t)는 적용 (application)에 따라 임의의 적절한 두께일 수 있다. 비-제한적인 예로서, 실리카-함유 기판의 두께 (t)는 끝점을 포함하여 50 ㎛ 내지 1 mm 내의 범위, 끝점을 포함하여 100 ㎛ 내지 700 ㎛ 내의 범위, 끝점을 포함하여 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 내의 범위, 또는 끝점을 포함하여 250 ㎛ 내지 500 ㎛ 내의 범위에 있을 수 있다.
인접한 비아들 (110) 사이의 중심-대-중심 간격인 비아 (110)의 피치 (pitch)는 원하는 적용에 따라 임의의 치수, 예를 들어, 제한되지 않고, 약 10 ㎛, 약 50 ㎛, 약 100 ㎛, 약 250 ㎛, 약 1,000 ㎛, 약 2,000 ㎛, 또는 이들 값 중 임의의 두 값 사이의 임의의 값 또는 범위 (끝점 포함)를 포함하는 약 10 ㎛ 내지 약 2,000 ㎛일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 피치는 동일한 실리카-함유 기판 (100) 상의 비아들 (110) 사이에서 변할수 있다 (즉, 제1 비아와 제2 비아 사이의 피치는 제1 비아와 제3 비아 사이의 피치와 상이할 수 있다). 몇몇 구현예에서, 피치는 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 또는 약 250 ㎛ 내지 약 2,000 ㎛와 같은 범위일 수 있다.
실리카-함유 기판 (100)은 도 2에 개략적으로 예시된 바와 같은 전자 장치 (200)의 인터포저일 수 있다. 도 2에 개략적으로 도시되어 있는 비-제한적인 전자 장치 (200)는 실리카-함유 기판 (100)의 제1 표면 (102)에 연결된 제 1 전기 부품 (201) 및 실리카-함유 기판 (100)의 제2 표면 (104)에 연결된 제2 전기 부품 (203)을 포함한다. 제1 전기 부품 (201) 및 제2 전자 장치 (203)는, 제한되지 않지만, 반도체 장치, 기판, 파워 소스, 또는 안테나와 같은 임의의 유형의 전기 부품으로 구성될 수 있다. 실리카-함유 기판 (100)은 전기 신호 및/또는 전기 파워가 그들 사이를 통과할 수 있도록 제1 전기 부품 (201)을 제2 전기 부품 (203)에 전기적으로 결합시키는 복수의 금속화된 비아 (110)를 포함한다.
모래시계-형상 프로파일을 갖는 실리카-함유 기판 (100)을 통하는 예시적인 전기 전도성 비아 (110)가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 비아 (110)는 제1 표면 (102)에서 제1 직경 (D1), 및 제2 표면 (104)에서 제2 직경 (D2)을 갖는다. 예시적인 비아 (110)는 비아 (110)의 길이를 따라 종축 (longitudinal axis, LA), 내벽 (111), 및 비아 (110)의 가장 작은 직경인 웨이스트 직경 (Dw)을 갖는 웨이스트 (w)를 더욱 포함한다. 따라서, 웨이스트 직경 (Dw)은 제1 직경 (D1) 및 제2 직경 (D2) 둘 모두보다 작다. 비-제한적인 예로서, 비아 (110)의 프로파일에서 웨이스트 직경 (dw)은 제1 직경 (D1) 및 제2 직경 (D2) 각각의 75% 미만, 65% 미만, 60% 미만, 55% 미만, 50% 미만, 50% 미만, 45% 미만, 40% 미만, 35% 미만, 30% 미만, 25% 미만, 20% 미만, 15% 미만, 10% 미만, 또는 5% 미만이다. 더욱이, 에칭 시간이 감소되면, 두 표면으로부터의 구멍은 연결에 실패하여, "블라인드 (blind)" 비아로 이어지고, 이는 기판의 벌크에서 종료하는 비아이다. 비-제한적인 예로서, 에칭 후, 제1 직경 (D1) 및 제2 직경 (D2)은 끝점을 포함하여 5 ㎛ 내지 150 ㎛, 끝점을 포함하여 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 끝점을 포함하여 20 ㎛ 내지 150 ㎛, 끝점을 포함하여 30 ㎛ 내지 60 ㎛, 또는 끝점을 포함하여 40 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위에 있다. 몇몇 구현예에서, 제1 직경 (D1) 및 제2 직경 (D2)은 100 ㎛, 90 ㎛, 80 ㎛, 70 ㎛, 60 ㎛, 50 ㎛, 40 ㎛, 30 ㎛, 20 ㎛, 또는 10 ㎛ 이하이다. 제1 직경 (D1)은 제2 직경 (D2)과 동일하거나 동일하지 않을 수 있다.
도 3의 예시적인 비아 (110)는 4 개의 별개의 테이퍼된 영역: 제1 테이퍼된 영역 (112), 제2 테이퍼된 영역 (113), 제3 테이퍼된 영역 (118) 및 제4 테이퍼 영역 (119))을 갖는다. 예시적인 비아 (110)는 제1 테이퍼된 영역 (112), 제2 테이퍼된 영역 (113), 제3 테이퍼된 영역 (118), 및 제4 테이퍼된 영역 (119)에 각각 대응하는 제1 각도 (θ1), 제2 각도 (θ2), 제3 각도 (θ3) 및 제4 각도 (θ4)의 4개의 상이한 테이퍼 각도를 갖는다. 예시적인 비아 (110)는 4개의 세그먼트 길이에 의해 특징되며: 즉, 제1 표면 (102)으로부터 제2 테이퍼된 영역 (113)으로의 전이 (transition)까지 확장하는 제1 세그먼트 길이 (L1), 제1 테이퍼된 영역 (112)과 제2 테이퍼된 영역 (113) 사이의 상기 전이로부터 웨이스트 (w)까지 확장하는 제2 세그먼트 길이 (L2), 웨이스트 (w)로부터 제3 테이퍼된 영역 (118)과 제4 테이퍼된 영역 (112) 사이의 전이까지 확장하는 제3 세그먼트 길이 (L3), 및 제3 테이퍼된 영역 (118)과 제4 테이퍼된 영역 (119) 사이의 전이로부터 제2 표면 (104)까지 확장하는 제4 세그먼트 길이 (L4)에 의해 특징된다.
제1 내지 제4 세그먼트 길이 (L1-L4)는 임의의 적절한 길이일 수 있으며, 본 개시에 의해 제한되지 않는다. 도 3의 예에서, 4 개의 세그먼트 길이의 각각은 서로 상이하다. 그러나, 구현예는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 세그먼트 길이 (L1)는 제4 세그먼트 길이 (L4)와 동일할 수 있고, 및/또는 제2 세그먼트 길이 (L2)는 제3 세그먼트 길이 (L3)와 동일할 수 있다.
도 3에 나타낸 테이퍼 각도는 종축 (LA)에 평행한 각각의 기준선과 비아 (110)의 내벽 (111) 사이에서 측정된다. 제1 각도 (θ1)는 제1 테이퍼된 영역 (112)의 내벽 (111)으로부터 종축 (LA)까지 측정된다. 제2 각도 (θ2)는 제2 테이퍼된 영역 (113)의 내벽 (111)으로부터 종축 (LA)까지 측정된다. 제3 각도 (θ3)는 제3 테이퍼된 영역 (118)의 내벽 (111)으로부터 종축 (LA)까지 측정된다. 제4 테이퍼된 각도 (θ4)는 제4 테이퍼된 영역 (112)의 내벽 (111)으로부터 종축 (LA)까지 측정된다.
종축 (LA)에 대한 비아 (110)의 각도는 특정 테이퍼된 영역의 내벽 (111)의 윤곽과 일치하는 트레이스된 라인 (traced line, TL)을 형성함으로써 결정될 수 있다. 그 다음에, 트레이스된 라인은 (다양한 테이퍼된 영역 (112, 113, 118, 119)을 포함하는) 내벽 (111)의 하나 이상의 부분의 기울기를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이. 트레이스된 라인 (TL)이 그래픽으로 도시되고, 여기에 기재된 컴퓨터 소프트웨어는 트레이스된 라인 (TL)의 하나 이상의 선형 영역을 결정하는데 사용된다. 선형 영역은 다음과 같이 정의된다 : (1) 영역의 길이는 5 ㎛ 이상이고, 일반적으로 10 ㎛보다 클 수 있으며; (2) 상기 영역은 선형 함수 (y = a + bx)로 맞춰질 수 있으며, 여기서 y는 구멍 (hole)의 반경이고, x는 기판의 깊이이며, 1㎛ 미만의 잔류 맞춤 (fit residual)의 절대값을 가지며; (3) 임의의 인접 영역에 대한 맞춤 함수 (fit function)의 기울기는 적어도 0.01만큼 달라야하며, 이는 테이퍼된 각도의 측면에서 0.57도 차이로 해석된다. 전술한 모든 기준을 만족하는 영역은 일정한 기울기를 갖는 영역 (즉, 선형 영역)으로 지칭된다. 도 3에 나타낸 바와 같이. 트레이스된 라인 (TL)은 4 개의 별개의 선형 영역: 점 A와 B 사이의 영역, 점 B와 C 사이의 영역, 점 C와 D 사이의 영역, 및 점 D와 E 사이의 영역을 갖는다. 이와 같이, 점 A와 B 사이의 영역, 점 B와 C 사이, 점 C와 D 사이, 그리고 점 D와 E 사이의 영역의 기울기는 일정하다. 그러나, 비-일정한 기울기를 갖는 각각의 점 A, B, C, D 및 E를 둘러싸는 트레이스된 라인 (TL)의 영역이 있을 수 있다. 이들 영역은 여기에 더욱 상세히 기재된 바와 같이, 일정한 기울기의 영역들 사이의 전이 영역일 수 있다. 이러한 영역은 테이퍼된 영역들 사이에 점진적인 전이가 있는 경우에 발생할 수 있다.
테이퍼된 영역들의 각각의 기울기 사이의 전이 영역은 내벽 (111)의 일정한 기울기의 영역이 끝나는 임의의 경우에서 발생할 수 있다. 도 12를 간략히 참조하면, 지점 A와 B 사이의 제1 테이퍼된 영역 (512), 지점 C와 D 사이의 제2 테이퍼된 영역 (513), 지점 E와 F 사이의 제3 테이퍼된 영역 (518), 및 지점 G와 H 사이의 제4 테이퍼된 영역 (519)을 포함하는 실리카-함유 기판 내에 형성된 비아 (510)가 그래픽으로 도시되어 있다. 예시적인 비아 (510)는 점 B와 C 사이, 점 D와 E 사이, 및 점 F와 G 사이의 트레이스된 라인 (1415)의 영역인 비-일정한 기울기를 갖는 전이 영역을 갖는다. 몇몇 구현예에서, 전이 영역의 기울기는 일정한 기울기의 영역의 기울기로부터 약 0.57 도 이상, 약 1 도 이상, 약 2 도 이상, 약 3 도 이상, 약 4 도 이상, 또는 약 5 도 이상 만큼 변한다.
전술한 바와 같이, 각각의 테이퍼된 영역의 일정한 기울기는 비아의 종축 (LA)에 대한 각도에 의해 정의될 수 있으며, 이는 일반적으로 제1 표면 (102) 및/또는 제2 표면 (104)에 수직이다. 다시 도 3을 참조하면, 제1 각도 (θ1) 및 제4 각도 (θ4)의 각각은, 실리카-함유 기판 (100)의 제1 표면 (102) 및 제2 표면 (104)에 근접한 강하게 개질된 물질, 및 실리카-함유 기판 (100)의 벌크 영역에서의 좀더 약하게 개질된 물질로 인해, 제2 각도 (θ2) 및 제3 각도 (θ3)의 각각보다 작다. 예로서, 제한 없이, 제1 각도 (θ1) 및 제4 각도 (θ4)의 각각은 5 도 미만, 예를 들어, 0 도 초과 내지 5 도, 0 도 초과 내지 4 도, 0 도 초과 내지 3 도, 0 도 초과 내지 2 도, 1 도 내지 5 도, 1 도 내지 4 도, 1 도 내지 3 도, 1 도 내지 2 도, 2 도 내지 5 도, 2 도 내지 4 도, 2 도 내지 3 도의 범위, 또는 4 도, 3 도, 2 도, 또는 1 도이다. 도 3의 예에서, 테이퍼된 각의 각각은 서로 다르다. 그러나 구현예는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 각도 (θ1)와 제4 각도 (θ4)는 서로 동일할 수 있고, 및/또는 제2 각도 (θ2)와 제3 각도 (θ3)는 서로 동일할 수 있다.
전술한 바와 같이, 웨이스트 (w)는 가장 작은 직경 (Dw)을 갖는 비아의 영역이다. 여기에 기재된 비아 (110)를 통하여 비아 (110)는 제1 직경 (또는 제2 직경)과 웨이스트 직경 사이의 차이 대 실리카-함유 기판의 두께의 1/2의 비가, 다음 관계에서 제공된 바와 같이, 15 이상인 것을 특징으로 할 수 있다:
비아 (110)는 스퍼터링, 전기 도금 또는 페이스트 충진과 같은 임의의 공지되거나 아직은 개발되어야 하는 공정에 의해 전기 전도성 물질로 충진될 수 있다. 전기 전도성 물질은 구리, 은, 알루미늄, 티타늄, 금, 백금, 니켈, 텅스텐, 또는 마그네슘과 같은 임의의 적합한 물질일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이제 도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 레이저-손상-및-에칭 공정 및 초기 두께 (t1)를 갖는 실리카-함유 기판 (100)에서 축방향 가변성 측벽 테이퍼를 갖는 비아 (110)의 제조의 과정이 개략적으로 예시되어 있다. 도 4a를 참조하면, 손상 트랙 (120)은 레이저 빔을 사용하여 제1 표면 (102)으로부터 제2 표면 (104)으로 실리카-함유 기판 (100)의 벌크를 통하여 형성된다. 예로서 제한됨이 없이, 손상 트랙 (120)은 1 ㎛ 이하의 직경을 갖는다. 레이저 빔은 손상 트랙 (120)을 따라 물질을 개질시킨다. 여기에 사용된 바와 같이, 실리카-함유 기판에 대하여 용어 "개질시키다 (modify)" 또는 "개질 (modification)"은 굴절률의 변화, 물질 밀도, 용융, 압축, 삭마 (ablation)의 변화 또는 물질의 화학적 변경을 의미한다. 개질은 또한 기체 또는 액체 에칭제의 침투를 용이하게 할 수 있는 미세한 (microscopic) 균열 (fissure) 또는 공극을 생성하기 위해 물질의 크래킹을 포함할 수 있다. 레이저 빔은, 손상 트랙 (120)이 상이한 에칭 성질을 제공하는 세그먼트를 갖도록, 손상 트랙 (120)을 형성한다. 실리카-함유 기판 (100)의 개질의 수준은 제1 표면 (102) 및 제2 표면 (104)에 근접하여 가장 강하고, 개질의 수준은 손상 트랙 (120)을 따라 실리카-함유 기판 (100)의 벌크쪽 방향으로 감소한다. 개질의 수준은 실리카-함유 기판 (100)의 에칭 속도에 영향을 미친다. 개질의 수준이 높을수록, 실리카-함유 기판 (100)의 에칭 속도가 더 빠르다. 여기에 기재된 구현예에서, 개질의 수준은 백라이팅 (backlighting)의 존재에서 현미경 하에서 손상 트랙 (120)을 평가함으로써 결정된다. 백라이팅의 존재에서, 손상 트랙 (120)을 따라 물질이 더 어두울수록 개질의 수준이 더 높다. 구현예들에서, 손상 트랙 (120)은 실리카-함유 기판 (100)의 표면 근처에서 더 어둡게 나타나고 (즉, 손상 트랙은 이들 세그먼트에서 높은 수준의 개질을 가짐), 실리카-함유 기판 (100)의 중간 근처에서 더 밝게 나타난다 (즉, 손상 트랙은 표면에 근접한 세그먼트와 비교하여 이들 세그먼트에서 낮은 수준의 개질을 갖는다). 아래에서 더 상세히 설명되는, 도 11a는 현미경 하에서 백라이트 실리카-함유 기판 (100)에서 손상 트랙 (120, 120', 120'')의 물질 개질의 다양한 수준의 모습을 예시한다.
도 4a의 예에서, 손상 트랙 (120)은 각각 상이한 수준의 개질 및 그에 따라 상이한 에칭 성질을 갖는 4개의 세그먼트 : 제1 개질된 세그먼트 (120A), 제2 개질된 세그먼트 (120B), 제3 개질된 세그먼트 (120C), 및 제4 개질된 세그먼트 (120D)를 포함한다. 다양한 세그먼트들 사이의 개질의 수준이 이산적(discrete)이지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 오히려, 개질의 수준은 손상 트랙 (120)을 따라 점차 변할 수 있다. 따라서, 개질의 수준은 손상 트랙 (120)의 개별 세그먼트 내에서 변할 수 있다.
전술한 바와 같이, 손상 트랙 (120)은, 실리카-함유 기판 (100)의 제1 표면 (102) 및 제2 표면 (104)에 근접하여 가장 높은 수준의 개질이 발생하도록 구성된다. 따라서, 제1 개질된 세그먼트 (120A) 및 제4 개질된 세그먼트 (120D)는 고도로 개질된 세그먼트이다. 제2 개질된 세그먼트 (120B) 및 제3 개질된 세그먼트 (120C)는 이들이 제1 세그먼트 (120A) 및 제4 세그먼트 (120D)의 것보다 낮은 개질의 수준을 갖는다는 점에서 최소로 개질된 세그먼트이다. 제2 세그먼트 (120B) 및 제3 세그먼트 (120C)는 개별 세그먼트로서 도시되어 있지만, 몇몇 구현예에서, 제2 세그먼트 (120B) 및 제3 세그먼트 (120C)는 제1 개질된 세그먼트 (120A) 및 제4 개질된 세그먼트 (120D)의 개질의 수준보다 작은 개질의 수준을 갖는 단일의 최소로 개질된 세그먼트이다.
손상 트랙을 형성하기 위해 이용되는 레이저 빔 성질에 대한 세부 사항은 도 5 내지 도 8과 관련하여 아래에서 논의된다.
손상 트랙 (120)을 형성한 후, 실리카 함유 기판 (100)은 에칭 용액의 적용에 의해 에칭된다. 일 예에서, 실리카-함유 기판 (100)은 에칭 용액의 욕에 배치된다. 대안적으로, 에칭 용액은 실리카-함유 기판 (100) 상으로 분무될 수 있다. 에칭 용액의 유형은 본 개시에 의해 제한되지 않는다. 실리카-함유 기판을 에칭할 수 있는 임의의 공지된 또는 아직은 개발되어야 하는 에칭 용액이 이용될 수 있다. 하나의 예에서, 에칭 용액은 불화수소산 (HF) 또는 수산화 나트륨/칼륨을 포함한다. 특정 예로서, 용융 실리카를 에칭하기 위한 에칭 용액은 약 47 ℃에서 20 부피% HF 또는 12 부피% HCl을 갖는 20 부피% HF를 포함하고, 약 0.005 ㎛/초의 에칭 속도를 제공한다. 온도 조정 (예를 들어, 10 ℃ 내지 50 ℃) 및 산 농도 조정이 에칭 속도를 변경시키기 위해 이루어질 수있다. 질산 (HNO3)과 같은 다른 무기산이 HCl대신 대체될 수 있다. 수산화나트륨 (NaOH) 및 수산화칼륨 (KOH)과 같은 수산화물 에칭제를 사용하는 것도 가능하다.
에칭 용액은 도 4b에 나타낸 바와 같이 △s의 양만큼 실리카-함유 기판 (100)의 제1 표면 (102) 및 제2 표면 (104)의 각각에서 물질을 에칭 제거한다. 손상 트랙 (120)의 강하게 개질된 제1 세그먼트 (120A) 및 제4 세그먼트 (120D) 내에서 손상된 물질은 손상 트랙 (120)의 외부의 손상되지 않은 영역보다 빠른 속도로 에칭된다. 손상된 물질로 인한 이러한 더 빠른 에칭 속도는 제 1 파일럿 구멍 (115)이 제1 표면 (102)에서 개방되어 손상 트랙의 제1 세그먼트 (120A)를 따라 실리카-함유 기판 (100)의 벌크를 통해 확장하게 하고, 제2 파일럿 구멍 (117)이 제2 표면 (104)에서 개방되고 손상 트랙 (120)의 제4 세그먼트 (120D)를 따라 실리카-함유 기판 (100)의 벌크를 통해 확장하게 한다. 도 4c에 나타낸 바와 같이, 제1 파일럿 구멍 (115) 및 제2 파일럿 구멍 (117)은 실리카-함유 기판 (100)의 벌크 내로 더 깊게 확장하고, 실리카-함유 기판 (100)은 증가된 양 △s만큼 더욱 얇아진다.
이제 도 4d를 참조하면, 실리카-함유 기판 (100)의 연속된 에칭은 제1 파일럿 구멍 (115)의 직경을 제1 테이퍼된 영역 (112) 안으로 증가 및 개방시키고, 제2 파일럿 구멍 (117)의 직경을 제 4 테이퍼된 영역 (119) 안으로 증가 및 개방시킨다. 실리카 함유 기판 (100)의 제1 표면 (102) 및 제 2표면 (104)은 증가된 양 △s만큼 더욱 얇아진다. 이때, 에칭 용액은 손상 트랙 (120)의 제2 세그먼트 (120B) 및 제3 세그먼트 (120C)에 도달한다. 제2 세그먼트 (120B)는 제2 테이퍼된 영역 (113) 쪽으로 개방되고, 제3 세그먼트 (120C)는 제3 테이퍼된 영역 (118) 쪽으로 개방된다. 물질의 개질의 수준이 제1 세그먼트 (120A) 및 제4 세그먼트 (120D)보다 제2 세그먼트 (120B) 및 제3 세그먼트 (120C)에서 더 낮기 때문에, 에칭 속도는 제1 세그먼트 (120A) 및 제4 세그먼트 (120D)보다 제2 세그먼트 (120B) 및 제3 세그먼트 (120C)에서 더 느리다. 도 4d에 나타낸 바와 같이, 손상 트랙 (120)을 따라 개질의 수준에서의 차이는 종축 (LA)에 대하여 제2 테이퍼된 영역 (113) 및 제3 테이퍼된 영역 (118)의 각도가 제1 테이퍼된 영역 (112) 및 제4 테이퍼된 영역 (119)의 각도보다 더 크게 한다.
제2 테이퍼된 영역 (113) 및 제3 테이퍼된 영역 (118)은 웨이스트 (w)에서 만난다. 웨이스트 (w)는 비아 (110)의 가장 좁은 영역이며, 전기도금 공정 동안 금속 브리지가 형성되는 위치이다. 이제 도 4e를 참조하면, 최종 두께 (tF)를 갖는 융합된 기판 내의 완료된 예시적인 비아 (110)가 나타난다. 나타낸 바와 같이, 비아 (110)는 전기도금 공정 동안 형성될 금속 브리지를위한 위치를 제공하는 좁은 웨이스트 (w)뿐만 아니라 구별되는 세그먼트를 결과하는 축방향 가변적인 측벽 테이퍼를 갖는다.
실리카-함유 기판 (100)의 개질의 변화하는 수준을 갖는 여기에 기재된 손상 트랙 (120)은 다양한 레이저 공정에 의해 형성될 수 있다. 도 5에 의해 예시된 예에서, 손상 트랙 (120)은 그래프 (152)에 의해 도시된 바와 같이 스캔 동안 변조되는 레이저 빔의 파워로 z 방향으로 실리카-함유 기판 (100)의 두께 (t)를 통하여 레이저 빔 (150)의 초점화된 (focused) 레이저 스팟 (LS)을 스캔함으로써 실리카-함유 기판 (100)에 형성되어, 실리카 함유 기판 (100)의 표면으로부터 상이한 깊이에서 상이한 수준의 물질 개질 (즉, 손상)을 생성시킨다. 초점화된 레이저 스팟 (LS)이 실리카 함유 기판 (100)의 제1 표면 (102) 및 제2 표면 (104)에 가까이 위치할 때보다는, 초점화된 레이저 스팟 (LS)이 실리카 함유 기판 (100)의 벌크 내에 있을 때 (즉, 중간 부근에 있을 때) 레이저 파워는 더 낮다. 그러나, 이 방법은 실리카-함유 기판 (100)의 전체 두께를 통해 손상 트랙 (120)을 형성하기 위해 많은 순차적인 (sequential) 레이저 노출을 필요로 하고, 이는 공정을 느리게 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 다른 예에서, 손상 트랙 (120)은 실리카-함유 기판 (100)의 벌크를 통해 위치되는 레이저 빔 초점 라인 (302b)으로 초점화되는 펄스된 레이저 빔 (302a)에 의해 형성된다. 레이저 빔 초점 라인은 실리카-함유 기판 (100) 내에서 유도된 다중-광자 흡수를 발생시킨다. 다중-광자 유도된 흡수는 레이저 빔 초점 라인 (302b)을 따라 실리카-함유 기판 내에서 물질 개질을 생성함으로써, 손상 트랙 (120)을 형성시킨다. 레이저 빔 초점 라인 (302b)은 광학 장치 (optics) (306)에 의해 생성되며, 이는 도 6에서 비-제한적인 예로서 도시되고, 원뿔형 렌즈 (즉, 액시콘)이다. 유리 기판을 드릴링하기 위한 레이저 빔 초점 라인을 생성 및 사용하기 위한 방법에 대한 추가 설명은 미국 특허 제9,517,963호에서 제공되며, 이는 그 전문이 여기에 참조로 포함된다.
광학장치 (optics) (306)는 레이저 빔을 확장된 초점, 또는 준-비-회절 (quasi-non-diffracting) 빔 내로 형성하여, 베셀-형 또는 가우스-베셀 빔을 결과한다. 빔의 준-비-회절 특성때문에, 빛은 좀더 일반적으로 사용되는 가우시안 빔으로 달성되는 것보다 훨씬 더 긴 범위에 걸쳐 타이트한 초점화된 강도를 유지하여, 유리 기판의 전체 두께 (t)가 단일 버스트 펄스 또는 레이저 펄스의 밀접하게 시한 (timed) 버스트 트레인에 의해 손상되게 할 수 있다.
실리카-함유 기판을 개질시키고 손상 트랙을 생성하기 위해, 펄스된 레이저 빔의 파장은 실리카-함유 기판 물질에 투명해야 한다. 펄스 지속 시간 및 강도는 전술한 다중-광자 흡수 효과를 달성하도록 충분히 짧아야 한다. 피코초 (picosecond) 또는 펨토초 (femtosecond) 레이저 소스와 같은 초-단파 펄스 레이저가 이용될 수 있다. 몇몇 구현예에서, ~10 피코초 펄스된 레이저가 이용될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 약 1mm 내지 약 3mm 범위의 라인 초점 및 200kHz (250μJ/펄스)의 반복 속도에서 약 50W보다 큰 출력 전력을 생성하는 ~10 피코초 펄스된 레이저로, 그 다음에, 라인 영역에서의 광학 강도는 실리카-함유 기판에서 비-선형 흡수를 생성하기에 충분히 높을 수 있다.
여기에 기재된 이러한 피코초 레이저의 작동은 "펄스 버스트"(5) 서브-펄스 (5a)를 생성한다는 점에 유의한다. 도 7은 3 개의 서브-펄스 (5a, 5a' 및 5a'') (통칭하여 "5a")를 도시한다. 펄스 버스트 생성은 펄스의 방출이 균일하고 안정적인 스트림에서가 아니라 서브-펄스의 타이트한 클러스터에에 있는 레이저 작동의 유형이다. 각각의 펄스 버스트는 매우 짧은 지속 시간의 다중의 개별 서브-펄스 (5a) (예를 들어, 적어도 2 개의 서브-펄스, 적어도 3 개의 서브-펄스, 적어도 4 개의 서브-펄스, 적어도 5 개의 서브-펄스, 이에 제한되지는 않음)를 포함한다. 즉, 펄스 버스트 (5)는 서브-펄스 (5a)의 "포켓 (pocket)"이고, 펄스 버스트 (5)는 각각의 버스트 내의 개별 인접한 펄스의 분리보다는 긴 지속 시간만큼 서로 분리된다. 도 7의 서브-펄스 (5a)에 대한 시간에 대하여 레이저 방출을 플롯한 도 8을 참조하면, 서브-펄스는 100 psec까지의 펄스 지속 시간 (Td) (예를 들어, 0.1 psec, 5 psec, 10 psec, 15 psec, 18 psec, 20 psec, 22 psec, 25 psec, 30 psec, 50 psec, 75 psec, 또는 이들의 사이)을 가질 수 있다. 단일 펄스 버스트 (5) 내의 이들 개별 서브-펄스 (예를 들어, 서브-펄스 (5a, 5a' 및 5a''))는 이들이 단일 펄스 버스트 내에서 발생한다는 사실을 나타내기 위해 여기에서는 서브-펄스로 지칭된다. 펄스 버스트 (5) 내의 각각의 개별 서브-펄스 (5a, 5a', 5a'')의 에너지 또는 강도는 펄스 버스트 내의 다른 서브-펄스와 동일하지 않을 수 있고, 펄스 버스트 내의 다중의 서브-펄스의 강도 분포는 종종 레이저 디자인에 의해 지배되는 시간에서의 지수적 붕괴를 따른다.
여기에 기재된 예시적인 구현예의 펄스 버스트 (5) 내의 각각의 서브-펄스 (예를 들어, 서브-펄스 (5a, 5a', 5a''))는 1 nsec 내지 50 nsec (예를 들어, 10-50 nsec, 또는 10-30 nsec, 시간은 종종 레이저 공동 (cavity) 설계에 의해 결정됨) 지속 시간 (tp)에 의해 버스트에서의 후속 서브-펄스로부터 시간에서 분리된다. 주어진 레이저에 대해, 펄스 버스트 (5) 내의 각각의 서브-펄스 사이의 시간 분리 (tp) (서브-펄스-대-서브-펄스 분리)는 비교적 균일하다 (±10%). 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 펄스 버스트 내의 각각의 서브-펄스는 대략 20 nsec (50 MHz)만큼 후속 서브-펄스로부터 시간적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 약 20 nsec의 서브-펄스 분리 (tp)를 생성하는 레이저의 경우, 펄스 버스트 내의 서브-펄스-대-서브-펄스 분리 (tp)는 약 ±10% 이내에 유지되거나, 약 ±2 nsec이다.
너무 많은 서브-펄스가 원통형 비아를 결과하는 것으로 관찰되었다. 특히, 80 μJ의 에너지를 제공하는 15 개의 서브-펄스 버스트는 원통형 비아를 생성하는 반면, 50 μJ를 제공하는 5 개의 서브-펄스 버스트는 모래시계형 비아를 생성하였다. 전자는 서브-펄스 당 더 적은 에너지를 갖지만, 실리카-함유 기판의 두께를 통해 매우 균일한 손상 트랙을 생성할 것이고, 반면에, 후자는 서브-펄스 당 더 큰 에너지를 갖지만, 실리카-함유 기판의 두께를 통해 좀더 비-균일한 손상 트랙을 생성할 것이며, 유리 표면 근처에서 더 강한 손상이 관찰되고, 실리카-함유 기판의 중간 근처에서 더 약한 손상이 관찰된다.
레이저 빔 초점 라인 (302b)은 전형적으로 균일한 강도를 갖는다. 그러나, 여기에 기재된 구현예에서, 에너지의 양 및 레이저 빔 버스트의 수는 원하는 손상 트랙 (120)을 따라 불-균일한 수준의 개질을 제공하도록 제어된다. 다시 말해서, 실리카-함유 기판 (100) 내의 깊이의 함수로서의 손상 패턴은 균일하지 않다. 관찰되는 것은, 실리카-함유 기판 (100)의 표면 근처, 특히 각각의 표면의 100㎛ 내에서, 물질 개질의 양이 실리카-함유 기판 (100)의 중간 (중심)의 손상과 상당히 상이하고 더 강하다는 것이다. 백라이팅을 갖는 현미경 하에서 관찰된 바와 같이, 실리카-함유 기판 (100)의 표면 근처의 영역은 전형적으로 매우 어둡게 보이고, 더 큰 광학 산란 및 물질 개질을 나타내는 반면, 실리카-함유 기판 (100)의 중심 근처의 영역은 빛이 착색되었거나 어두운 영역이 깨진 것으로 보이고, 따라서 더 적은 광 산란 및 더 약하거나 더 적은 공간적으로 일관된 물질 개질을 나타낸다. 또한, 실리카 함유 기판 (100)의 표면 근처의 영역은 종종 실제 구멍 또는 물질이 기판으로부터 토출된/제거된 영역을 나타내며, 이는 화학적 에칭제가 침투하기 쉬운 경로를 제공할 수 있다.
표면 근처에서 더 강한 손상의 이러한 효과는 레이저 빔 초점 라인 (302b)의 레이저 에너지가 실리카 함유 기판 (100)을 개질하기 위해 필요한 한계값 바로 위로, 예를 들어, 한계값 위 60% 이내, 한계값 위 65% 이내, 한계값 위 55% 이내, 한계값 위 50% 이내, 한계값 위 45% 이내, 한계값 위 40% 이내, 한계값 위 35% 이내, 한계값 위 30% 이내, 한계값 위 25% 이내, 한계값 위 20% 이내, 한계값 위 15% 이내, 또는 한계값 위 10% 이내로 감소될 때 특히 명백하다. 여기에 사용된 용어 "한계값 (threshold)"은 레이저 빔 초점 라인을 사용하여 기판 상에 표면 손상을 생성하는데 필요한 최소 에너지를 의미한다. 이러한 상황에서, 표면에 가장 가까운 영역은 여전히 어두운 손상 영역을 나타낼 것이고, 그러나, 실리카-함유 기판의 중간은 몇몇 경우에서 명백한 손상된 또는 개질된 영역을 전혀 나타내지 않을 것이다. 전술한 바와 같이, 비-회절 빔으로 관찰되는 깊이의 함수로서의 이러한 차등 손상 효과는, 그러한 비아 형상이 달리 가능하지 않은, 실리카 함유 기판에서 테이퍼된 비아를 형성하는 이점을 가질 수 있다. 비-제한적인 예로서, 펄스 레이저 빔의 작동 범위는 5 개의 서브-펄스에 대하여, 끝점을 포함하여 40 μJ 내지 55 μJ의 범위이거나, 끝점을 포함하여 45 μJ 내지 50 μJ의 범위이다.
레이저 빔 초점 라인의 최대 강도의 위치를 변경함으로써 비아의 웨이스트 (w)의 위치를 이동시키는 것이 가능하다. 도 9a는 실리카-함유 기판 (100)을 통한 레이저 빔 초점 라인의 강도 (305)를 플롯하고, 예시적인 실리카-함유 기판 (400)에서의 결과적인 비아 (410)를 예시한다. 도 9a에 나타낸 바와 같이, 실리카-함유 기판 (100)의 중심에서 최대 강도 (305)를 위치시키는 것은, 비아 (410)가 에칭 공정 후에 실리카-함유 기판 (400)의 중심에서 웨이스트를 갖도록 한다.
도 9b는 레이저 빔 초점 라인의 최대 강도 (305)의 실리카-함유 기판 (100)의 제1 표면 (102)으로의 이동을 그래프로 예시한다. 도 9b는 제1 표면 (402)보다 제2 표면 (404)에 더 가까운 웨이스트를 갖는 에칭 공정 후, 비아 (410')를 갖는 예시적인 실리카-함유 기판 (400')을 도시한다. 도 9c는 레이저 빔 초점 라인의 최대 강도 (305)의 실리카-함유 기판 (100)의 제2 표면 (104)으로의 이동을 그래픽으로 도시한다. 도 9c는 제2 표면 (404)보다 제1 표면 (402)에 더 가까운 웨이스트를 갖는 에칭 공정 후, 비아 (410'')를 갖는 예시적인 실리카-함유 기판 (400'')을 도시한다. 웨이스트 (w)를 이동시키는 것은 실리카-함유 기판 (100)의 중심을 통한 평면에 대한 비대칭적 비아로 이어진다.
실리카 함유 기판 (100)의 표면 근처에서 준-비-회절 (quasi-non-diffracting) 빔 (예를 들어, 레이저 빔 초점 라인 (302b))의 광학 강도를 더 강하게 할 필요는 없음에 유의한다. 그러나, 빔 전파 방향을 따라 커스톰 (custom) 광학 에너지 분포를 생성하는, 왁시콘-형 요소와 같은, 광학장치 (optics)를 설계하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 레이저 빔 초점 라인 (302b)의 광학 강도는 용융된 기판 표면 근처에서 향상될 수 있는 한편, 실리카-함유 기판의 중간에서 더 낮은 강도 영역을 생성할 수 있다. 레이저 빔 초점 라인의 에너지 분포를 맞춤제작 (customizing)하기 위한 예시적인 광학장치 (optics)는 미국 특허 제62/381,345호에 기재되어 있다.
도 10a 및 도 10b는 실리카 함유 기판 (100)을 통한 2 개의 레이저 빔 초점 라인의 강도 프로파일의 조작을 그래픽으로 도시한다. 도 10a에서, 레이저 빔 초점 라인의 강도 프로파일 (305)'은 직사각형 "탑 햇 (top hat)" 형상을 갖는다. 이 강도 프로파일 (305')은 왁시콘 광학장치에 의해 형성될 수 있고, 예를 들어, 도 9a 내지 도 9c에 도시된 가우시안 프로파일보다는 실리카-함유 기판의 표면에 근접하여 더 강한 개질을 결과할 수 있다. 도 10b에 도시된 강도 프로파일 (305")에서 실리카-함유 기판 (100)의 제1 표면 (102) 및 제2 표면 (104)에 근접한 2 개의 최대 피크를 가지며, 이는 실리카-함유 기판의 중간에서보다 제1 표면 (102) 및 제2 표면 (104)에 근접하여 더 강한 개질을 결과한다. 도 10b의 레이저 빔 초점 라인은 레이저 빔 초점 라인의 중심 영역 보다는 레이저 빔 초점 라인의 제1 끝단 및 레이저 빔 초점 라인 제2 끝단에서 더 큰 강도를 갖는다. 맞춤제작 (Custom) 광학장치 (optics)는 도 10b에서 도시된 강도 프로파일 (305")를 생성시키기 위해 사용될 수 있다.
실리카-함유 기판의 표면 근처에서 레이저 손상/개질을 향상시키기 위한 다른 접근법은 고온 공기 흐름의 적용과 같은 것을 통해 온도 구배를 갖도록 표면을 가열 또는 냉각시키고, 이어서 유리 두께를 통하여 차등 (differential) 레이저/유리 상호작용를 갖는 것을 포함한다.
실시예
0.36 mm 두께의 50 mm x 50 mm 코닝 코드 7980 용융 실리카 기판이 532 nm 파장에서 작동하는 코히어런트 하이퍼-래피드-50 (Coherent Hyper-Rapid-50) 피코초 레이저가 구비된 시스템을 사용하여 레이저 손상되었다. 빔 전달 광학장치 (optics)는, 빔의 베셀-유형 단면 (cross sectional) 프로파일에서 제1 널의 직경 또는 강도 최소에 의해 측정되었을 때, 0.74 mm 반치 전폭 (full-width half maximum)의 빔 전파 축을 따라 광학 강도 분포, 및 1.2 ㎛ 직경의 스팟 크기를 갖는 가우스-베셀 레이저 빔 초점 라인을 생성하도록 구성되었다. 각각의 손상 트랙은 실리카-함유 기판을 5 개의 레이저 펄스를 함유하는 50μJ 레이저 버스트에 노출시켜 형성되었으며, 각각은 지속 시간이 7.2 psec이었고, 각각의 버스트 내부의 펄스 사이의 시간 간격은 20 ns이었다. 그 다음에, 레이저-가공된 실리카-함유 기판은 47℃에서 20% HF (vol%) 및 12% HCl (vol%)을 갖는 정적 (static) (물리적 교반 없음, 초음파 없음) 욕에서 에칭되었다. 벌크 에칭 속도는 0.0046 ㎛/s - 0.005 ㎛/s이었다.
도 11a는 에칭 전에 백라이팅 하에서 샘플과 낮은 배율에서 0.36 mm 두께의 용융 실리카 기판으로 만들어진 결과적인 손상 트랙 (120, 120' 및 120")의 이미지를 나타낸다. 도 11a의 이미지에서 손상 트랙의 측면 간격 (즉, 피치)은 150㎛이다. 각각의 손상 트랙은 제1 표면 (102) (제1 개질된 섹션) 및 제2 표면 (104) (제2 개질된 섹션) 근처에서 좀더 강하게 개질된 섹션 (두 개의 수평 쇄선들의 위 및 아래의 광학 현미경 이미지에서 더 어두운 선형 특징), 및 유리의 중간에서 더 약한 제3 개질된 섹션 (두 개의 수평 쇄선들 사이의 광학 현미경 이미지에서 더 밝은 선형 특징)을 갖는다는 것이, 도 11a의 광학 현미경 이미지로부터 명확하다. 따라서, 제3 개질된 섹션에 대한 개질의 수준은 제1 개질된 섹션 및 제2 개질된 섹션에 대한 개질의 수준보다 작다. 차이는 도 11b (제1 표면 (102)) 및 도 11c (제2 표면 (104))의 고배율 이미지에서 더욱 명확하게 드러난다.
손상 트랙 (120, 120', 120") 각각은 적어도 제1 세그먼트 (120A, 120A', 120A"), 제2 세그먼트 (120B, 120B', 120B"), 및 제3 세그먼트 (120C, 120C', 120C")를 갖는다.
손상 트랙 강도의 차이는 준-비-회절 빔 (가우스-베셀) 형성 광학장치에 의해 생성된 광학 강도 차이에 의해 설명되지 않음에 유의한다. 초점 라인 강도는 높은 NA 현미경 대물렌즈 및 광학 축을 따라 스캔된 CCD 카메라를 사용하여 측정되었으며, 가우스-베셀 강도 프로파일을 밀접하게 따르는 것으로 나타났다. 초점의 위치는 실리카-함유 기판의 중심 근처에서 최대 강도에 근접하도록 설정되었고, 각각의 표면 근처에서 강도가 약간 감소되었다. 0.35 mm 두께의 유리의 깊이를 통하여 이 초점 라인의 예상 강도 변화는 약 6-8%이다.
도 12는 실시예의 에칭 공정을 따르는 에칭된 비아 (510)의 측면 광학 현미경 이미지를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 비아 (110)는 좁은 웨이스트 (w)를 갖는 모래시계 형상을 갖는다. 비아 (510)는 도 5에 개략적으로 도시된 예시적인 비아 (110)와 유사한 내벽 프로파일을 갖는다. 도 5 및 도 12를 참조하면, 비아 (510)는 다음과 같은 내벽 프로파일을 갖는다: θ1 = θ4 = 1°, θ2 = θ3 = 8°, L1 = L4 = 62 ㎛, L2 = L3 = 88 ㎛; 제1 직경 D1 = 49.5 ㎛; 제2 직경 D2 = 51.2 ㎛; 및 Dw = 25.7 ㎛. 이 경우, 손상 트랙은 용융된 기판 두께의 중간 평면에 대하여 대략 대칭이며, 도 3에서 예시된 경우와 달리, 수평 중심선에 대하여 대칭 비아를 결과한다.
이 공정으로 제조된 실리카-함유 기판은 부분 (part) 수준에서 매우 낮은 비아-대-비아 변화를 나타냈다. 이는 공정이 안정적이며, 레이저 에너지 또는 시스템 초점의 어느 작은 변화에 의해 과도하게 영향을 받지 않음을 나타낸다. 직경 및 구형도 모두는 도 13a-13c 및 14a-14c에서 나타낸 바와 같이, 10000 비아의 상부, 웨이스트, 및 하부에 대해 매우 잘 제어된다. 도 13a는 제1 직경을 나타내는 히스토그램이고, 도 13b는 제2 직경을 나타내는 히스토그램이며, 도 13c는 각각의 그래프에 표시된 바와 같은 다수의 구멍에 대한 웨이스트 직경을 나타내는 히스토그램이다. 치수 제어는 제1 직경의 경우 +/- 1%, 제2 직경의 경우 +/- 2.5%, 및 웨이스트 직경의 경우 +/- 6 %보다 좋은 것으로 나타난다.
비아 품질에 대한 다른 계량은 구형도 (circularity)이며, 이는 각각의 비아의 제1 직경 (도 14a), 제2 직경 (도 14b), 및 웨이스트 직경 (도 14c)에 대해 측정될 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 구형도는 비아의 현미경 이미지에 원을 맞춤으로써 결정된다. H = {h 1 , h 2 , ... , h n )을 위에서 본 바와 같이 제1 직경, 제2 직경 또는 웨이스트 직경에서, 비아의 에지를 따라 식별된 점 h i = (x i , y i )의 수집으로 취함 (예를 들어, 각각의 직경에서 비아의 현미경 이미지로부터). 점은 픽셀 당 대략 1 ㎛의 해상도에 있을 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 정확히 하나의 최소 제곱 맞춤 원이 평가될 수 있다. 이 원의 중심점 C = (x c , y c ) 및 이의 반경 R은 양을 최소화 한다. 거리 (직경) d i = dist(h i , C)의 세트가 주어지면, 최소값 dmin과 최대값 dmax를 찾을 수 있다. 차이 dmax-dmin는 구형도라고 여기에서 지칭된다. 따라서, 이론적으로 완벽한 원은, 모든 거리 di에 대하여, 동일하며, 동등한 dmin 및 dmax 값을 가지며, 구형도 값은 0이 된다. 구형도의 값이 클수록 덜 둥근 구멍을 가리킨다.
도 15a는 4 개의 상이한 버스트 에너지를 갖는 샘플에 대한 웨이스트 결함의 히스토그램이다. 너무 큰 구형도를 갖는 비아는 너무 타원형이거나 좋지 않게 형성된 비아이다. 도 15b는 4 개의 상이한 버스트 에너지를 갖는 샘플에 대한 총 결함 (블라인드 비아, 입구 또는 제2 직경이 5㎛보다 큰 비아, 또는 5㎛보다 큰 웨이스트 구형형도)에 대한 히스토그램이다. 도 16a (평균) 및 도 16b (표준 편차)는 상이한 버스트 에너지 및 초점 조건으로 제조된 샘플들에 대하여 일부 (part)를 가로질러 비아 웨이스트 변화를 나타내는 히스토그램이다. 도 16c는 상이한 버스트 에너지 및 초점 조건에 대하여 웨이스트 직경과 제1 직경 사이의 비를 나타내는 히스토그램이다.
도 15a 및 15b 및 16A-16C에 나타낸 바와 같이, 5 ㎛를 초과하는 구형도를 갖는 비아의 백분율로 정의된 경우, 이 공정에 의해 제조된 부품은 합리적인 공정 창 (window) 내에서 매우 낮은 결함률을 갖고 (도 15a 및 15b), 웨이스트 개구부는 공정 창 내에서 작은 변화를 단지 가지며 (도 16a-16c), 둘 다 공정이 안정적임을 나타낸다. 추가적으로, 도 16a-16c는 35%-45% 웨이스트 직경/제1 직경 비율이 5 μJ 에너지 및 100 μm 공정 창을 사용하여 달성될 수 있음을 나타낸다.
여기에 기재된 구현예는 고순도 실리카-함유 기판과 같은, 실리카-함유 기판에서 모래시계-형상 비아를 제공하는 방법 및 제품을 제공하는 것으로 이제 이해되어야 한다. 모래시계-형상 비아는 예를 들어 전기도금 공정을 사용하여 금속화될 수 있다. 모래시계-형상 비아는, 에칭 전에 실리카-함유 기판에 맞춤형 (customized) 손상 트랙이 형성되는, 레이저-손상-및-에칭 공정에 의해 형성된다. 손상 트랙은 실리카-함유 기판의 벌크/중간에서 보다는 실리카-함유 기판의 표면에 근접하여 더 강한 물질 개질을 갖는다. 맞춤형제작된 손상 트랙은 웨이스트를 정의하는 테이퍼된 영역을 갖는 에칭된 비아를 결과한다. 웨이스트는 비아 내에서 내부 금속 층을 성장시키기 위한 금속 브리지로서 작용할 수 있다. 모래시계-형상 비아를 갖는 실리카-함유 기판은, 고-주파 전자 장치와 같은, 전자 장치에서 인터포저로서 사용될 수 있다.
다양한 변경 및 변형은 청구된 주제의 범주를 벗어나지 않고 여기에 기재된 구현예들에 대하여 만들어질 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 그런 변경 및 변형은 첨부된 청구범위 및 이의 균등물의 범주에 들어온다면, 본 명세서는 여기에 기재된 다양한 구현예들의 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 제품으로서:
    75 mol% 이상의 실리카를 포함하는 실리카-함유 기판, 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대편에 제2 표면, 및 상기 실리카-함유 기판을 통해 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면을 향하여 확장하는 비아를 포함하고, 상기 비아는:
    상기 제1 표면에서 제1 직경;
    상기 제2 표면에서 제2 직경;
    비아의 길이를 따라 종축;
    내벽;
    상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에서 비아 웨이스트, 여기서 상기 비아 웨이스트는 상기 제1 직경 및 상기 제2 직경보다 작은 웨이스트 직경을 가져서, 상기 웨이스트 직경과 각각의 제1 직경 및 제2 직경 사이의 비는 75% 이하이고;
    상기 제1 표면에 근접하여 위치한 제1 테이퍼된 영역, 상기 제1 테이퍼된 영역은 제1 테이퍼된 영역 내의 내벽과 종축 사이에서 측정된 제1 각도를 포함하며;
    상기 제1 테이퍼된 영역과 상기 비아 웨이스트 사이에 위치한 제2 테이퍼된 영역, 상기 제2 테이퍼된 영역은 제2 테이퍼된 영역 내의 내벽과 상기 종축 사이에서 측정된 제2 각도를 포함하고;
    상기 비아 웨이스트에 인접하는 제3 테이퍼된 영역, 상기 제3 테이퍼된 영역은 제3 테이퍼된 영역 내의 내벽과 상기 종축 사이에서 측정된 제3 각도를 포함하며; 및
    상기 제3 테이퍼된 영역과 상기 제2 표면 사이에 위치한 제4 테이퍼된 영역을 포함하고, 상기 제4 테이퍼된 영역은 제4 테이퍼된 영역 내의 내벽과 상기 종축 사이에서 측정된 제4 각도를 포함하며;
    상기 제1 각도 및 상기 제4 각도의 각각은 1 도 내지 5 도이고,
    상기 제1 각도 및 상기 제4 각도의 각각은 상기 제2 각도 및 상기 제3 각도의 각각보다 작은, 제품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비아 웨이스트는 제1 표면 또는 제2 표면 중 다른 하나보다는 제1 표면 및 제2 표면 중 하나에 더 가까이 위치하는, 제품.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이스트 직경 및 상기 제1 직경 사이의 비는 55% 이하인, 제품.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 각도는 상기 제2 각도와 동일한, 제품.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 각도는 상기 제2 각도와 상이한, 제품.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 각도 및 제4 각도는 상이한, 제품.
  9. 삭제
  10. 제품으로서:
    75 mol% 이상의 실리카를 포함하는 실리카-함유 기판, 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대편에 제2 표면, 및 상기 실리카-함유 기판을 통해 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면을 향하여 확장하는 비아를 포함하고, 상기 비아는:
    상기 제1 표면에서 제1 직경;
    상기 제2 표면에서 제2 직경;
    비아의 길이를 따라 종축;
    내벽;
    상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에서 비아 웨이스트, 여기서 상기 비아 웨이스트는 상기 제1 직경 및 상기 제2 직경보다 작은 웨이스트 직경을 가져서, 제1 직경과 웨이스트 직경 사이의 차이 대 실리카-함유 기판의 1/2 두께의 비는 1/15 이상이고;
    상기 제1 표면에 근접하여 위치한 제1 테이퍼된 영역, 상기 제1 테이퍼된 영역은 제1 테이퍼된 영역 내의 내벽과 종축 사이에서 측정된 제1 각도를 포함하며;
    상기 제1 테이퍼된 영역과 상기 비아 웨이스트 사이에 위치한 제2 테이퍼된 영역, 상기 제2 테이퍼된 영역은 제2 테이퍼된 영역 내의 내벽과 상기 종축 사이에서 측정된 제2 각도를 포함하고;
    상기 비아 웨이스트에 인접하는 제3 테이퍼된 영역, 상기 제3 테이퍼된 영역은 제3 테이퍼된 영역 내의 내벽과 상기 종축 사이에서 측정된 제3 각도를 포함하며; 및
    상기 제3 테이퍼된 영역과 상기 제2 표면 사이에 위치한 제4 테이퍼된 영역을 포함하고, 상기 제4 테이퍼된 영역은 제4 테이퍼된 영역 내의 내벽과 상기 종축 사이에서 측정된 제4 각도를 포함하며;
    상기 제1 각도 및 상기 제4 각도의 각각은 1 도 내지 5 도이고,
    상기 제1 각도 및 상기 제4 각도의 각각은 상기 제2 각도 및 상기 제3 각도의 각각보다 작은, 제품.
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