KR20110121605A - 반도체 디바이스 부재용 유리 기판 및 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법 - Google Patents

반도체 디바이스 부재용 유리 기판 및 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법 Download PDF

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모또시 오노
아끼오 고이께
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 상에 적층하여 접합한 후에 열처리하여도 실리콘 웨이퍼와 박리하기 어려운, 복수의 관통 구멍을 갖는 유리 기판을 제공하는 것을 과제로 한다. 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하이고, 테이퍼각이 0.1 내지 20도인 복수의 관통 구멍을 갖고, 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하인 유리 기판이 상기 과제를 해결한다.

Description

반도체 디바이스 부재용 유리 기판 및 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법 {GLASS SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE MEMBER, AND PROCESS FOR PRODUCING GLASS SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE MEMBER}
본 발명은 복수의 관통 구멍을 갖는 반도체 디바이스 부재용 유리 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
고밀도 실장화에 따른 프린트 회로 기판의 고밀도화의 요구에 따르기 위하여, 복수의 프린트 회로 기판을 적층한 다층 프린트 회로 기판이 개발되었다. 이러한 다층 회로 기판에서는 수지제의 절연층에 비아 홀이라고 불리는 직경 100㎛ 이하 정도의 미세한 관통 구멍을 형성하고, 이의 내부에 도금을 실시하여 상하에 적층된 프린트 회로 기판간의 도전층끼리를 전기적으로 접속한다.
이러한 관통 구멍을 보다 용이하게 형성하는 방법으로서, 하기 특허문헌 1, 2에는 다수의 구멍이 형성된 마스크를 통하여 절연층에 레이저광을 조사하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 따르면, 수지제의 절연층에 복수의 관통 구멍을 동시에 뚫을 수 있으므로, 다수의 관통 구멍(비아 홀)을 보다 용이하게 형성할 수 있다고 생각된다.
또한, IC 칩의 소형화, 박형화의 요구에 따르기 위하여, 최근 웨이퍼 레벨 패키지(WLP) 기술이 활발하게 이용되고 있다. 이것은 IC가 형성된 웨이퍼 표면에 반도체 패키지로서 필요한 재배선, 땜납 범프 가공, 수지 밀봉 등을 행하고, 그 후에 다이싱 가공에 의해 개별 조각화함으로써 패키지 크기를 IC 칩과 동등하게 억제하는 기술이다. WLP에서는 통상 실리콘 웨이퍼를 수지로 밀봉한 것을 다이싱 가공에 의해 개별 조각화하고 있었지만, 신뢰성의 면에서 최근 유리를 양극 접합 등에 의해 실리콘에 접착한 것이 사용되게 되어 왔다. WLP에 사용되는 유리에는 전극용의 관통 구멍이나 센서 용도의 경우에는 공기의 정보(온도, 압력, 기류 등)가 직접 칩에 전달되기 위한 관통 구멍이 별도로 형성되어 있다.
게다가, 반도체 디바이스의 소형화, 고속화, 저소비전력화의 요구가 한층 더 높아지는 가운데, 복수의 LSI로 이루어지는 시스템을 1개의 패키지에 수납하는 시스템 인 패키지(SiP) 기술과 3차원 실장 기술을 조합한 3차원 SiP 기술의 개발도 진행되고 있다. 이 경우, 와이어 본딩으로는 미세한 피치에 대응할 수 없어, 관통 전극을 사용한 인터포저라고 불리는 중계 기판이 필요하게 된다.
일본 특허 공개 제2005-88045호 공보 일본 특허 공개 제2002-126886호 공보
상기와 같은 수지제의 절연층은 휨이나 변형 등의 영향이 있기 때문에 위치 결정 정밀도가 나빠져 고밀도 실장용으로는 부적합하다. 따라서, 상기 수지제 절연층 대신에 절연성의 유리 기판을 사용하는 것이 요망되고 있다. 그러나, 수지제의 절연층에 관통 구멍을 형성하는 경우와 마찬가지의 조건에서, 다수의 구멍이 형성된 마스크를 통하여 레이저광을 조사하여도 판 형상 유리에 복수의 미세한 관통 구멍을 형성하는 것은 곤란하다. 유리는 수지와 비교하여 관통 구멍을 형성하기 어렵기 때문이다. 또한, 유리는 취성 재료이므로, 균열을 발생시키지 않고 관통 구멍을 형성하는 것은 곤란하다. 한편, 습식 에칭이나 건식 에칭에 따르면, 유리의 복수의 관통 구멍을 동시에 형성하는 것은 가능하지만, 공정이 복잡하고 가공 시간도 길며, 폐액 처리 등의 문제도 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 샌드 블라스트나 초음파 드릴을 사용한 방법에 의한 경우, 미세한 관통 구멍을 형성하는 것은 곤란하고, 더불어 공정이 복잡하다. 그로 인해, 현재, 관통 전극을 갖는 인터포저에는 실리콘이 사용되려고 하고 있다. 실리콘은 건식 에칭에 의해 비교적 용이하게 미세 구멍 가공을 행할 수 있다. 그러나, 실리콘은 반도체이며, 절연성을 확보하기 위하여 관통 구멍의 내벽을 절연 처리할 필요가 있다. 그로 인해, 유리에 복수의 미세한 관통 구멍을 형성할 수 있으면 인터포저로서 유용하다. 또한, WLP용의 관통 구멍을 갖는 유리 기판에 관해서도, 상술한 바와 같이 레이저 관통 구멍을 형성하는 것이 곤란하기 때문에, 샌드 블라스트나 초음파 드릴로 관통 구멍을 형성하는 것이 일반적이며, 미세한 관통 구멍을 형성하는 것이 어려워 한정된 용도로만 이용되고 있는 것이 현실이다. 따라서, 판 형상 유리에 레이저광을 조사함으로써 복수의 관통 구멍을 동시에 형성하는 기술을 완성시키는 것이 바람직하다.
또한, 판 형상 유리에 레이저광을 조사하여 얻어지는 복수의 관통 구멍을 갖는 유리 기판은, 그의 성상에 따라서는 상기와 같은 다층 회로 기판의 절연층이나 WLP용 유리로서 사용하는 것, 혹은 인터포저로서 사용하는 것이 불가능한 경우가 있다고 생각된다. 절연층을 실리콘 웨이퍼 상에 적층하여 접합하거나 WLP용으로서 실리콘과 접합할 때에, 절연층이나 WLP 유리가 실리콘 웨이퍼로부터 박리하거나, 웨이퍼가 휘게 되는 경우가 있다고 추정된다. 또한, 인터포저로서 사용하는 경우에도 실리콘으로 구성되는 칩과의 열팽창 차에 의해 휨이 발생하는 것으로 추정된다. 게다가, 우수한 디바이스 특성을 발휘하기 위하여, 특히 고주파 디바이스로서 사용되는 인터포저에는 유전율이나 유전 손실이 작은 것이 요망된다.
따라서, 본 발명은 판 형상 유리에 레이저광을 조사함으로써 복수의 관통 구멍을 동시에 형성하여, 상기 유리 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 WLP용, 그 외 다양한 반도체 디바이스 부재용으로서 최적인 유리 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 실리콘 웨이퍼 상에 유리 기판을 적층하여 접합하여도 유리 기판이 실리콘 웨이퍼로부터 박리하거나, 실리콘 웨이퍼가 변형되기 어려운, 복수의 관통 구멍을 갖는 유리 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 인터포저로서 사용할 때에 변형 등의 문제가 발생하기 어려워 우수한 디바이스 특성이 발휘되는 유리 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 이하에 나타내는 유리 기판 및 제조 방법이 상기의 과제를 해결하는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명은 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하이고, 테이퍼각이 0.1 내지 20도인 복수의 관통 구멍을 갖고, 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하인 유리 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하, SiO2 함유량이 50질량% 이상 70질량% 이하, 및 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하인 유리판이며, 상기 유리판이, 테이퍼각이 0.1 내지 20도인 복수의 관통 구멍을 갖는 반도체 디바이스 부재용 유리 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 판 형상 유리에 엑시머 레이저광을 조사하여 상기의 반도체 디바이스 부재용 유리 기판을 얻는, 이하의 (1) 내지 (6)의 공정을 구비하는 유리 기판의 제조 방법을 제공한다.
(1) 엑시머 레이저광 발생 장치를 배치하는 제1 공정
(2) 상기 판 형상 유리를 상기 엑시머 레이저광의 광로 상에 배치하는 제2 공정
(3) 상기 엑시머 레이저광 발생 장치와 상기 판 형상 유리의 사이의 광로 상에 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크를 배치하는 제3 공정
(4) 상기 마스크와 상기 판 형상 유리의 사이의 광로 상에, 상기 마스크의 상을 상기 판 형상 유리에 축소 투영시키기 위한 투영 렌즈를 배치하는 제4 공정
(5) 상기 엑시머 레이저광을 조사하는 제5 공정
(6) 상기 판 형상 유리를 이동시키는 제6 공정
또한, 본 발명은 엑시머 레이저광 발생 장치로부터 발광된 엑시머 레이저광을 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크를 통하여 당해 마스크의 상을 투영 렌즈에 의해 축소 투영시켜, 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하, SiO2 함유량이 50질량% 이상 70질량% 이하, 및 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하인 판 형상 유리판의 표면에 조사하여 상기 마스크의 관통 구멍에 대응한 관통 구멍을 판 형상 유리 기판에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 판 형상 유리에 레이저광을 조사함으로써 복수의 관통 구멍을 동시에 형성하여, 상기 유리 기판을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, WLP용, 그 외 다양한 반도체 디바이스 부재용으로서 최적인 유리 기판을 제공할 수 있다. 특히, 실리콘 웨이퍼 상에 유리 기판을 적층하여 접합하여도 유리 기판이 실리콘 웨이퍼로부터 박리하거나, 실리콘 웨이퍼가 변형되기 어려운, 복수의 관통 구멍을 갖는 유리 기판을 제공할 수 있다. 또한, 인터포저로서 사용할 때에 변형 등의 문제가 발생하기 어려워 우수한 디바이스 특성이 발휘되는 유리 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유리 기판에서의 관통 구멍의 확대 단면도.
도 2는 본 발명의 제조 방법의 적합한 실시예를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 실시예에서 사용한 마스크 패턴을 도시하는 개략도.
도 4는 실시예에서 얻어진 관통 구멍이 형성된 유리 기판에서의 주면((a)가 한쪽 주면, (b)가 다른쪽 주면)의 확대 사진.
본 발명의 반도체 디바이스 부재용 유리 기판에 대하여 설명한다.
본 발명의 반도체 디바이스 부재용 유리 기판은, 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수(이하, 간단히 「열팽창 계수」라고도 함)가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하이고, 테이퍼각이 0.1 내지 20도인 복수의 관통 구멍을 갖고, 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하인 것이다.
이러한 유리 기판은 실리콘 웨이퍼 상에 적층하거나, 혹은 반대로 유리 기판 상에 실리콘에 의해 구성되는 칩을 적층하여도 유리 기판과 실리콘 웨이퍼의 사이에서 박리가 발생하거나, 실리콘 웨이퍼가 변형되기 어렵기 때문에 바람직하다. 유리 기판의 열팽창 계수는 25×10-7/K 이상 45×10-7/K 이하인 것이 바람직하고, 30×10-7/K 이상 40×10-7/K 이하인 것이 보다 바람직하다. 박리나 변형이 보다 어렵기 때문이다. 또한, 마더보드 등의 수지 기판과의 매칭을 얻기 위해서는 35×10-7/K 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수는 시차열 팽창계(TMA)를 사용하여 측정하고, JIS R3102(1995년도)에 입각하여 구한 값을 의미한다.
본 발명의 유리 기판에서의 복수의 관통 구멍은, 판 형상 유리의 한쪽 주면으로부터 다른쪽 주면을 향하여 엑시머 레이저광을 조사하여 형성하는 것이 바람직하다. 관통 구멍은 원형이며, 그의 직경이 5 내지 500㎛인 것이 바람직하다.
또한, 관통 구멍의 직경의 보다 바람직한 범위는, 본 발명의 유리 기판의 용도에 따라 상이하지만, 일반적으로는 0.005 내지 0.5mm인 것이 바람직하다. 본 발명의 유리 기판을, 상기와 같은 다층 회로 기판의 절연층으로서 사용하는 경우, 관통 구멍의 직경은 0.01 내지 0.2mm인 것이 보다 바람직하고, 0.02 내지 0.1mm인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 웨이퍼 레벨 패키지(WLP) 기술을 적용하고, 본 발명의 유리 기판을 웨이퍼 상에 적층하여, 압력 센서 등에 사용하는 IC 칩을 형성할 수 있는데, 이 경우에 있어서의 공기를 도입하기 위한 관통 구멍의 직경은 0.1 내지 0.5mm인 것이 보다 바람직하고, 0.2 내지 0.4mm인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 이 경우, 공기 구멍과는 다른 전극 취출용의 관통 구멍의 직경은 0.01 내지 0.2mm인 것이 보다 바람직하고, 0.02 내지 0.1mm인 것이 더욱 바람직하다. 특히, 인터포저 등의 관통 전극으로서 사용하는 경우에는, 관통 구멍의 직경은 0.005 내지 0.075mm인 것이 보다 바람직하고, 0.01 내지 0.05mm인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 후술하는 바와 같이, 엑시머 레이저광의 조사 조건에 따라서는, 상기 원형의 관통 구멍의 한쪽 주면에서의 직경과, 다른쪽 주면에서의 직경이 상이한 경우가 있는데, 본 발명의 유리 기판에 있어서 관통 구멍의 직경은, 한쪽 주면과 다른쪽 주면에서 큰 쪽의 직경을 의미하는 것으로 한다.
큰 쪽의 직경(dl)과 작은 쪽의 직경(ds)의 비(ds/dl)는 0.2 내지 0.99인 것이 바람직하고, 0.5 내지 0.90인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 유리 기판은 관통 구멍의 수 밀도가 0.1 내지 10000개/mm2인 것이 바람직하다.
관통 구멍의 바람직한 수 밀도는, 상기의 관통 구멍의 직경과 마찬가지로 본 발명의 유리 기판의 용도에 따라 상이하지만, 일반적으로는 0.1 내지 10000개/mm2인 것이 바람직하다. 본 발명의 유리 기판을 상기에 설명한 바와 같은 다층 회로 기판의 절연층으로서 사용하는 경우, 관통 구멍의 수 밀도는 3 내지 10000개/mm2인 것이 바람직하고, 25 내지 100개/mm2인 것이 보다 바람직하다. 또한, 웨이퍼 레벨 패키지(WLP) 기술을 적용하고, 본 발명의 유리 기판을 웨이퍼 상에 적층하여, 압력 센서 등에 사용하는 IC 칩을 형성하는 경우, 관통 구멍의 수 밀도는 1 내지 25개/mm2인 것이 바람직하고, 2 내지 10개/mm2인 것이 보다 바람직하다. 인터포저 등의 관통 전극으로서 사용하는 경우에는, 관통 구멍의 직경은 0.1 내지 1000개/mm2인 것이 보다 바람직하고, 0.5 내지 500개/mm2인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 유리 기판에서의 관통 구멍은, 그의 단면의 면적이 한쪽 주면으로부터 다른쪽 주면을 향하여 단조롭게 감소하고 있다. 이것에 대하여 도 1을 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 유리 기판에서의 관통 구멍의 적합한 실시예의 확대 단면도이다. 도 1에 있어서 1은 유리 기판, 1a는 유리 기판의 한쪽 주면, 1b는 다른쪽 주면을 나타낸다. 또한, L은 상기의 관통 구멍의 직경이고, α는 양쪽 주면의 법선(점선)과 관통 구멍의 벽면(1c)이 이루는 각도를 의미한다. α를 「테이퍼각」이라고도 한다. 또한, 도 1에 있어서 법선에 대하여 우측을 α로 기재하였지만, 동일 도면의 법선과 좌측의 관통 구멍의 벽면(1c)이 이루는 각도 마찬가지로 테이퍼각 α이며, 통상은 우측의 테이퍼각 α도 좌측의 테이퍼각 α도 거의 동일한 값을 나타낸다.
본 발명의 유리 기판에 있어서 테이퍼각(α)은 0.1 내지 20도이며, 0.5 내지 10도인 것이 바람직하다. 이러한 각도이면, 와이어 본딩을 행할 때, 와이어가 유리 기판의 상부 표면(1a)측으로부터 관통 구멍의 내부로 신속하게 삽입되어, 상하에 적층된 프린트 회로 기판간의 도전층끼리를 보다 용이하게, 보다 확실하게 접속할 수 있기 때문이다.
또한, 테이퍼각은 한쪽 주면 및 다른쪽 주면에서의 원형의 관통 구멍의 직경 및 유리 기판의 두께로부터 테이퍼각이 균일하다고 가정하여 산출한 값을 의미하는 것으로 한다.
후술하는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 따르면 테이퍼각을 임의로 조정할 수 있다.
본 발명의 유리 기판의 두께는 0.01mm 이상 5mm 이하이고, 0.02 내지 3mm인 것이 보다 바람직하고, 0.02 내지 1mm인 것이 더욱 바람직하다. 유리 기판의 두께가 두꺼우면 관통 구멍의 형성에 시간이 걸리고, 또한 얇으면 갈라짐 등의 문제가 발생하기 때문에, 유리 기판의 두께는 0.05mm 이상 0.4mm 이하인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 유리 기판은, 사용하는 엑시머 레이저광의 파장에 대한 흡수 계수가 3cm-1 이상인 것이 바람직하다. 더 높으면 보다 바람직하다. 관통 구멍의 형성이 보다 용이하기 때문이다. 엑시머 레이저광을 보다 흡수시키기 위해서는, Fe의 함유율이 20질량ppm 이상인 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.03질량% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.05질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 한편, Fe의 함유율이 많으면 착색이 강해져 레이저 가공 시의 위치 정렬이 어려워지고, 구멍 형상 등의 시각 검사가 어려워지는 등의 문제가 발생할 가능성이 있다. Fe의 함유율은 0.2질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.1질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 유리 기판은 알칼리 함유율이 낮은 것인 것이 바람직하다. 구체적으로는 Na와 K의 합계 함유량이 산화물 환산으로 3.5질량% 이하인 것이 바람직하다. 3.5질량% 초과에서는 열팽창 계수가 50×10-7/K 초과가 될 우려가 있다. 보다 바람직하게는 3질량% 이하이다. 고주파 디바이스에 사용되는 경우나, 보다 미세한 피치, 예를 들어 50㎛ 이하의 관통 구멍을 200㎛ 이하의 피치로 다수 형성하는 경우 등에 있어서는, 유리 기판은 무알칼리 유리인 것이 특히 바람직하다. 여기서 무알칼리 유리란, 알칼리 금속의 총량이 산화물 환산으로 0.1질량% 미만인 것을 나타낸다.
또한, 본 발명의 유리 기판을 실리콘 웨이퍼와 양극 결합 방법에 의해 결합하는 경우에는, Na의 함유량이 산화물 환산으로 0.5질량% 이상 포함되어 있는 것이 바람직하고, 1.5질량% 이상 포함되어 있는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 유리 기판은 25℃, 1MHz에서의 유전율이 6 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 유리 기판은 25℃, 1MHz에서의 유전 손실이 0.005 이하인 것이 바람직하다. 유전율 및 유전 손실을 작게 함으로써 우수한 디바이스 특성을 발휘할 수 있다.
본 발명의 유리 기판은 SiO2 농도가 50질량% 이상 70질량% 이하인 것이 바람직하다. SiO2 함유량이 높으면, 관통 구멍 형성 시에 이면에 균열이 생성되기 쉬워진다. 유리의 균열 발생 거동은 SiO2 함유량이 높은 유리와 낮은 유리에서 상이한 것이 알려져 있으며, SiO2 함유량이 높은 유리는 물체와의 접촉 등에 의해 콘 형상의 균열이 생성되기 쉽다. 한편, SiO2 함유량이 낮은 유리는 물체와의 접촉 등에 의해 갈라짐이 생성되기 쉽다. 따라서, 유리 기판 내의 SiO2 함유량에 의해 갈라짐이나 균열이 생성되기 어렵게 할 수 있다.
유리 기판의 구체예로서, AN100 유리(아사히 가라스사제), EAGLE 유리(코닝사제), SW 유리(아사히 가라스사제) 등을 들 수 있다. 이들 유리 기판의 열팽창 계수는 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하이다.
AN100 유리의 특징은 열팽창 계수가 38×10-7/K이고, Na2O와 K2O의 합계 함유율이 0.1질량% 미만인 무알칼리 유리이며, Fe의 함유율이 0.05질량%이다.
SW 유리의 특징은 열팽창 계수가 36×10-7/K이고, Na2O와 K2O의 합계 함유율이 3질량%이고, Fe의 함유율이 50질량ppm이다.
이어서, 본 발명의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 제조 방법은, 판 형상 유리에 엑시머 레이저광을 조사하여 본 발명의 유리 기판을 얻는, 이하의 (1) 내지 (6)의 공정을 구비하는 유리 기판의 제조 방법이다.
(1) 엑시머 레이저광 발생 장치를 배치하는 제1 공정
(2) 상기 판 형상 유리를 상기 엑시머 레이저광의 광로 상에 배치하는 제2 공정
(3) 상기 엑시머 레이저광 발생 장치와 상기 판 형상 유리의 사이의 상기 광로 상에 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크를 배치하는 제3 공정
(4) 상기 마스크와 상기 판 형상 유리의 사이의 광로 상에, 상기 마스크의 상을 상기 판 형상 유리에 축소 투영시키기 위한 투영 렌즈를 배치하는 제4 공정
(5) 상기 엑시머 레이저광을 조사하는 제5 공정
(6) 상기 판 형상 유리를 이동시키는 제6 공정
또한, 본 발명은 엑시머 레이저광 발생 장치로부터 발광된 엑시머 레이저광을 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크를 통하여 당해 마스크의 상을 투영 렌즈에 의해 축소 투영시켜, 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하, SiO2 함유량이 50질량% 이상 70질량% 이하, 및 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하인 판 형상 유리판의 표면에 조사하여 상기 마스크의 관통 구멍에 대응한 관통 구멍을 판 형상 유리 기판에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법이다.
판 형상 유리에 간단하게 레이저광을 조사하여도 관통 구멍은 형성하기 어렵다. 레이저광의 조사 플루언스(에너지 밀도)를 높이면 관통 구멍을 형성하는 것은 가능한 경우도 있지만, 유리는 취성 재료이므로, 통상 균열이 발생하게 된다. 또한, 레이저광의 조사 플루언스를 약화시키면 관통 구멍은 형성할 수 없고, 레이저광의 종류나 판 형상 유리의 성상에 따라서는 균열이 발생한다. 본 발명자는 예의 검토를 거듭하여, 여러가지 임의의 레이저광 중에서도 엑시머 레이저광을 선택하고, 이것을 사용하여 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 특정 범위인 판 형상 유리에 조사하면, 균열을 발생시키지 않고, 관통 구멍을 갖는 유리 기판을 형성할 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 완성시켰다. 또한, 적절한 조사 플루언스도 발견하였다. 또한, 조사 플루언스와 샷수와 판 형상 유리 기판의 두께의 곱이 일정 범위 내가 되도록 조사하면, 보다 양호한 관통 구멍을 형성할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 조사 플루언스를 조정함으로써 원하는 테이퍼각을 갖는 관통 구멍을 형성할 수 있는 것도 발견하였다. 즉, 특정 종의 레이저광을 특정한 판 형상 유리에 조사한 경우에는 양호한 관통 구멍을 형성할 수 있는 것을 본 발명자는 발견한 것이다.
또한, 본 발명의 제조 방법은 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크를 통과시켜 상기 특정한 판 형상 유리에 엑시머 레이저광을 조사한다. 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크를 사용하므로, 1빔 가공과 비교하여 각별히 처리 효율이 높다.
본 발명의 제조 방법에 대하여, 도 2를 사용하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제조 방법의 적합한 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 제조 방법에서는, 처음에 엑시머 레이저광의 발생 장치(11)를 배치한다(제1 공정).
이어서, 가공 대상인 판 형상 유리(12)를 엑시머 레이저광의 광로 상에 배치한다(제2 공정). 여기서, 판 형상 유리(12)는 스테이지(14)의 상면에 배치한다. 판 형상 유리(12)는 스테이지(14)의 상면에 있어서 임의의 위치로 이동할 수 있다.
이어서, 엑시머 레이저광의 광로에서의 발생 장치(11)와 판 형상 유리(12)의 사이에, 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크(13)를 배치한다(제3 공정).
이어서, 마스크(13)와 판 형상 유리(12)의 사이의 광로 상에 마스크(13)의 상을 판 형상 유리(12)에 축소 투영시키기 위한 투영 렌즈(17)를 배치한다(제4 공정).
또한, 이 적합한 실시예에 있어서는, 엑시머 레이저광의 광로를 바꾸기 위한 미러(15) 및 엑시머 레이저광의 강도를 일정하게 하는 호모게나이저(16)를 배치하고 있다.
이렇게 배치한 후, 발생 장치(11)로부터 엑시머 레이저광을 발생시킨다. 그렇게 하면 엑시머 레이저광은 호모게나이저(16)를 통과하여 균일 강도화된 후, 마스크(13)를 통과하고, 그 후 투영 렌즈(17)에 의해 축소 투영되어 판 형상 유리(12)에 도달한다. 그리고, 엑시머 레이저광이 판 형상 유리(12)에 조사되어(제5 공정), 판 형상 유리(12)에 관통 구멍이 형성된다.
관통 구멍을 형성하면, 엑시머 레이저광의 조사를 일단 멈추고, 스테이지(14) 상에서 판 형상 유리(12)를 이동시켜, 다시 엑시머 레이저광을 조사한다. 이것을 반복함으로써 판 형상 유리(12)의 표면에서의 원하는 부분에 관통 구멍을 형성할 수 있다. 즉, 공지의 스텝ㆍ앤드ㆍ리피트법을 적용할 수 있다.
<제1 공정>
본 발명의 제조 방법에 있어서 사용하는 엑시머 레이저광은, 발진 파장이 250nm 이하인 엑시머 레이저광이면 사용 가능하지만, 출력면에서 KrF 엑시머 레이저(파장 248nm), ArF 엑시머 레이저(193nm), F2 엑시머 레이저(파장 157nm)가 바람직하다. 취급과 유리의 흡수면에서 ArF 엑시머 레이저가 보다 바람직하다.
또한, 조사하는 엑시머 레이저광으로서는 펄스 폭이 짧은 것을 사용하면, 판 형상 유리의 조사 부위에서의 열확산 거리가 짧아져 판 형상 유리에 대한 열영향을 경미하게 억제할 수 있으므로 바람직하다. 이 관점에서 엑시머 레이저광의 펄스 폭은 100nsec 이하가 바람직하고, 50nsec 이하가 보다 바람직하고, 30nsec 이하가 더욱 바람직하다.
또한, 엑시머 레이저광의 조사 플루언스는 1J/cm2 이상으로 하는 것이 바람직하고, 2J/cm2 이상으로 하는 것이 바람직하다. 조사 플루언스가 지나치게 낮으면 어블레이션을 유발할 수 없어, 판 형상 유리에 관통 구멍을 형성하기 어렵기 때문이다. 한편, 20J/cm2 초과로 되면, 판 형상 유리에 균열이나 갈라짐이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다. 엑시머 레이저광의 조사 플루언스의 적합한 범위는, 사용하는 엑시머 레이저광의 파장 영역이나 가공되는 판 형상 유리의 종류 등에 따라서도 상이하지만, KrF 엑시머 레이저(파장 248nm)의 경우, 2 내지 20J/cm2인 것이 바람직하다. 또한, ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)의 경우, 1 내지 15J/cm2인 것이 바람직하다.
또한, 특별히 설명이 없는 한, 엑시머 레이저광의 조사 플루언스의 값은 가공되는 판 형상 유리의 표면에서의 값을 의미하는 것으로 한다. 또한, 이러한 조사 플루언스는 가공면 상에서 에너지 미터를 사용하여 측정한 값을 의미하는 것으로 한다.
<제2 공정>
본 발명의 제조 방법에 있어서 판 형상 유리는 관통 구멍을 형성하기 전의 것을 의미한다. 판 형상 유리에 엑시머 레이저광을 조사하여 원하는 관통 구멍을 형성한 것이 유리 기판(본 발명의 유리 기판)이다.
<제3 공정>
본 발명의 제조 방법에서 사용하는 마스크의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 크롬, 스테인리스를 들 수 있다. 또한, 유전체로 이루어지는 마스크를 사용할 수도 있다. 크롬 마스크는 저렴한 점에서 바람직하지만, 통상, 크롬 마스크를 통과하는 시점에서의 엑시머 레이저광의 조사 플루언스를 50mJ/cm2 이하로 할 필요가 있기 때문에, 그것을 초과하는 조사 플루언스의 엑시머 레이저광을 적용하는 경우에는, 금속을 펀칭 가공하여 형성한 마스크나, 유전체를 사용한 마스크를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 마스크의 크기, 마스크에 형성되는 구멍의 크기, 배치 등도 특별히 한정되지 않는다.
<제4 공정>
본 발명의 제조 방법에서 사용하는 투영 렌즈에 대하여 설명한다.
판 형상 유리의 표면에서의 가공 희망 영역의 전부에, 한번에 엑시머 레이저광을 조사하여 관통 구멍을 형성할 수 있으면 바람직하다. 그러나, 이 경우, 관통 구멍을 형성할 만큼의 조사 플루언스를 얻는 것은 곤란하다. 따라서 현실적으로는 마스크를 통과한 엑시머 레이저광을 투영 렌즈에 의해 축소 투영함으로써, 판 형상 유리의 표면에서의 엑시머 레이저광의 조사 플루언스를 증가시켜, 관통 구멍을 형성하기 위하여 필요한 조사 플루언스를 확보한다.
투영 렌즈에 의해 축소 투영함으로써, 마스크를 통과하였을 때의 엑시머 레이저광의 단면 면적을 판 형상 유리의 표면에 있어서 1/10로 하면, 조사 플루언스를 10배로 할 수 있다. 축소율이 1/10인 투영 렌즈를 사용하고, 엑시머 레이저광의 단면 면적을 1/100로 하면, 판 형상 유리의 표면에서의 조사 플루언스를 발생 장치로부터 발생한 직후와 비교하여 100배로 할 수 있다.
투영 렌즈는 마스크의 축소율이나 광학계 배치에 따라 적절히 최적의 초점 거리의 것을 선택한다.
<제5 공정>
엑시머 레이저광을 조사할 때에는, 사용하는 엑시머 레이저광의 반복 주파수와 조사 시간을 조정함으로써 샷수를 조정할 수 있다(샷수=반복 주파수×조사 시간).
그리고, 조사 플루언스(J/cm2)와 샷수(회)와 판 형상 유리의 두께(mm)의 곱이 1000 내지 30000이 되도록 하여 엑시머 레이저광을 판 형상 유리에 조사하는 것이 바람직하다. 이 범위는 판 형상 유리의 종류나 성상(특히 유리 전이 온도 Tg와 관련된다고 추정됨)에도 따르지만, 대략 1000 내지 20000인 것이 보다 바람직하고, 2000 내지 15000인 것이 보다 바람직하고, 3000 내지 10000인 것이 더욱 바람직하다. 조사 플루언스와 샷수의 곱이 이러한 범위이면, 균열이 형성되기 보다 어렵기 때문이다. 여기서, 조사 플루언스는 1 내지 20J/cm2인 것이 바람직하다.
또한, 엑시머 레이저광의 조사 플루언스가 크면 테이퍼각이 작아지는 경향이 있다. 반대로 조사 플루언스가 작으면 테이퍼각이 커지는 경향이 있다. 따라서, 조사 플루언스를 조정함으로써 원하는 테이퍼각의 관통 구멍을 갖는 본 발명의 유리 기판을 얻을 수 있다.
<제6 공정>
통상, 반도체 회로 제작 웨이퍼 크기는 6 내지 8인치 정도이다. 또한, 상기와 같이 투영 렌즈에 의해 축소 투영한 경우, 판 형상 유리의 표면에서의 가공 영역은, 통상 한변이 수mm인 사각형 정도이다. 따라서, 판 형상 유리의 가공 희망 영역의 전부에 엑시머 레이저광을 조사하기 위해서는 1개소의 가공이 종료된 후, 엑시머 레이저광을 이동하거나 판 형상 유리를 이동하거나 하여, 다음 개소의 가공을 행할 필요가 있다. 엑시머 레이저광에 대하여 판 형상 유리를 이동시키는 것이 바람직하다. 광학계를 구동하는 일이 없기 때문이다.
또한, 판 형상 유리에 엑시머 레이저광을 조사하면, 파편(비산물)이 발생하여 관통 구멍의 내부에 퇴적하여 가공 품질이나 가공 속도가 열화하는 경우가 있다. 이 경우, 레이저 조사와 동시에 흡인하거나 혹은 날려버려 파편의 제거를 행할 수 있다.
본 발명의 유리 기판은 반도체용 디바이스 부재용, 보다 상세하게는 다층 회로 기판의 절연층, 웨이퍼 레벨 패키지, 전극 취출용의 관통 구멍, 인터포저 등의 용도에 적합하게 사용된다.
실시예
이하에 본 발명의 실시예를 설명한다.
<실시예 1>
도 2를 사용하여 설명한 방법에 의해 본 발명의 유리 기판을 제조하였다.
처음에 엑시머 레이저광의 발생 장치(11)를 도 2에 도시한 바와 같이 배치하였다. 여기서, 엑시머 레이저광의 발생 장치(11)로서 LPX Pro 305(코히런트사제)를 사용하였다. 이 장치는 최대 펄스 에너지: 0.6J, 반복 주파수: 50Hz, 펄스 폭: 25ns, 발생 시 빔 크기: 10mm×24mm, 발진 파장: 193nm의 ArF 엑시머 레이저광을 발생시킬 수 있는 장치이다.
이어서, 두께가 0.3mm, 열팽창 계수가 38×10-7/K이고, SiO2를 60질량%, Fe를 Fe2O3의 산화물 환산으로 0.05질량% 포함하고, Na와 K의 합계 함유량이 산화물 환산으로 0.1질량% 미만인 판 형상 유리(12)(AN100, 아사히 가라스사제)를, 도 2에 도시한 바와 같이 스테이지 상에 설치하고, 엑시머 레이저광의 광로 상에 배치하였다. 스테이지(14)의 상면에 있어서 판 형상 유리(12)를 임의의 위치로 이동시킬 수 있다.
이어서, 마스크(13)를 배치하였다. 마스크(13)의 개략을 도 3에 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 사용한 마스크(13)는 30mm×30mm, 두께 0.5mm의 SUS판의 중앙 부근에 직경 0.4mm의 구멍을 피치 0.6mm(인접하는 관통 구멍의 중심간 거리), 종횡 16×40개소 뚫은 것이다.
이어서, 투영 렌즈(17)를 배치하였다. 투영 렌즈(17)는 초점 거리 100mm의 렌즈이며, 광로 상에서의 마스크(13)와의 거리가 1100mm, 판 형상 유리(12)의 가공면과의 거리가 110mm가 되도록 배치하였다. 이 경우, 투영 렌즈(17)의 축소율은 1/10이 되고, 1/10로 축소된 마스크 패턴이 판 형상 유리(12)에 투영되었다. 즉, 발생 장치(11)로부터 발생한 직후에 10mm×24mm의 빔 크기이었던 엑시머 레이저광을, 판 형상 유리(12)의 가공면(스테이지(14)에 접해 있지 않은 쪽의 주면)에 도달한 시점에서 1.0mm×2.4mm의 빔 크기가 되도록 축소하였다. 즉, 면적으로서는 1/100로 축소하였다.
또한, 가공면에서의 엑시머 레이저광의 조사 플루언스를 에너지 미터로 측정하였다. 그 결과, 빔 전송계의 손실 등에 의한 감소분과, 빔 축소에 의한 향상분을 합쳐 최대 11J/cm2 정도이었다.
이러한 방법 및 장치에 의해 판 형상 유리(12)의 가공면에 엑시머 레이저광을 조사하였다. 판 형상 유리(12)의 가공면에서의 조사 플루언스를 5J/cm2가 되도록 조정하고, 관통될 때까지 계속해서 조사하여, 관통 시의 조사 시간으로부터 샷수를 구하였다. 사용한 엑시머 레이저광의 반복 주파수는 50Hz이고, 관통될 때까지의 조사 시간이 780초이었으므로, 샷수는 3900샷으로 산출할 수 있었다(780초×50=3900샷).
도 4에 5J/cm2로 3900샷 조사하여 관통 구멍을 형성하여 얻은 유리 기판의 일부분의 주면의 확대 사진(200배)을 도시한다. 도 4에 의한 사진을 통하여 16×40=640개소의 관통 구멍이 동시에 형성된 것을 확인할 수 있었다. 레이저 입사측(한쪽 주면, 도 4의 (a))은 직경 40㎛, 피치 60㎛로 다수의 단면 원형의 관통 구멍이 형성되어 있고, 출사측(다른쪽 주면, 도 4의 (b))은 직경 13㎛ 정도이었다. 즉, 2.6도의 테이퍼각 (α)를 갖는 관통 구멍이 형성되었다. 또한, 관통 구멍의 수 밀도는 289개/mm2이었다. 또한, 얻어진 유리 기판에는 균열이나 잔류 응력, 변형이 없는 것을 확인하였다.
<실시예 2>
이어서, 테이퍼각의 조사 플루언스 의존성을 보다 정확하게 측정하기 위하여, 마스크 패턴을 φ1.7mm의 1구멍으로 변경하여 엑시머 레이저를 조사하였다. 마스크 이외의 광학 부품이나 광학 배치는 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 사용한 판 형상 유리도 동일한 것이다. 조사 플루언스는 5J/cm2, 7J/cm2, 9J/cm2 또는 11J/cm2 중 어느 하나로 하였다.
그 결과, 5J/cm2, 7J/cm2, 9J/cm2 또는 11J/cm2로 조사한 경우, 관통될 때까지의 샷수는 각각 3900, 3400, 3100 및 2800샷이었다. 또한, 9J/cm2 또는 11J/cm2로 조사한 경우, 균열은 조금 발생하였지만 이용상 문제가 되는 정도는 아니었다. 단, 5J/cm2로 3900샷 조사하여 얻은 유리 기판 또는 7J/cm2로 3400샷 조사하여 얻은 유리 기판의 쪽이, 그 정도가 양호하였다. 즉, 균열은 거의 발생하지 않았다.
각각의 경우의 관통 구멍의 성상의 관찰 결과를 표 1에 나타낸다. 표 중에 있어서, ○는 균열이나 변형이 전혀 없는 것을 의미하고, △는 균열이나 변형이 조금 존재하는 것을 의미한다. 또한, 표 2에는 각각의 조건에서 조사한 경우에 형성되는 관통 구멍의 테이퍼각, 관통 구멍 직경을 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 조사 플루언스에 의해 관통 구멍의 테이퍼각이 변화하는 것을 알 수 있었다. 즉, 조사 플루언스에 의해 테이퍼각의 제어가 가능한 것을 알 수 있었다.
또한, 상기한 바와 같이 실시예 2에서의 조사 플루언스가 5J/cm2인 경우의 테이퍼각은 8.5도이고, 실시예 1의 경우의 테이퍼각은 2.6도로서, 상이한 결과가 되었다. 이것은 테이퍼각이 조사 플루언스 이외에, 관통 구멍의 직경에도 영향을 받기 때문이라고 본 발명자는 추정하고 있다.
<실시예 3>
AN100 유리 대신에 두께가 0.3mm, 열팽창 계수가 36×10-7/K이고, SiO2를 65질량%, Fe를 Fe2O3의 산화물 환산으로 50질량ppm 포함하고, Na와 K의 합계 함유량이 산화물 환산으로 3질량%인 SW 유리(아사히 가라스사제)를 사용한 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 한 조작을 행하였다.
그 결과, 5J/cm2, 7J/cm2, 9J/cm2 또는 11J/cm2로 조사한 경우, 각각 관통될 때까지의 샷수는 3000, 2800, 2500 또는 2300샷이었다. 또한, 어느 경우도 관통 구멍의 성상은 양호하고, 균열이나 변형은 발생하지 않았다.
각각의 경우의 관통 구멍의 성상의 관찰 결과를 표 3에 나타낸다. 표 중에 있어서, ○는 균열이나 변형이 전혀 없는 것을 의미하고, △는 균열이나 변형이 조금 존재하는 것을 의미한다. 또한, 표 4에는 각각의 조건에서 조사한 경우에 형성되는 관통 구멍의 테이퍼각, 관통 구멍 직경을 나타낸다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 조사 플루언스에 의해 관통 구멍의 테이퍼각이 변화하는 것을 알 수 있었다. 즉, 조사 플루언스에 의해 테이퍼각의 제어가 가능한 것을 나타내고 있다.
Figure pct00003
Figure pct00004
<비교예 1>
AN100 유리 대신에 두께가 0.3mm, 열팽창 계수가 33×10-7/K이고, SiO2를 81질량%, Na와 K의 합계 함유량이 산화물 환산으로 4.0질량%인 Pyrex 유리(AGC 테크노 글래스제)를 사용한 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 한 조작을 행하였다.
그 결과, 5J/cm2, 7J/cm2, 9J/cm2 또는 11J/cm2로 조사한 경우, 균열 혹은 변형이 발생하였다. 이것은 유리 기판 내의 SiO2 함유량이 증가함으로써, 유리의 기계적 특성이 변화하기 때문이라고 생각된다.
또한, 표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 유리 기판은 유전율 및 유전 손실이 작아 우수한 특성을 갖는 디바이스의 제작에 적합하다.
Figure pct00005
이와 같이, 판 형상 유리에 레이저광을 조사함으로써 복수의 관통 구멍을 동시에 형성하여, 관통 구멍을 갖는 유리 기판을 보다 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 얻어진 유리 기판은 실리콘 웨이퍼 상에 적층하여 접합하여도 실리콘 웨이퍼와 박리되기 어렵다. 또한, 인터포저로서 사용할 때에 변형 등의 문제가 발생하기 어려워 우수한 디바이스 특성이 발휘된다.
산업상 이용가능성
본 발명의 유리 기판은 반도체용 디바이스 부재용, 보다 상세하게는 다층 회로 기판의 절연층, 웨이퍼 레벨 패키지, 전극 취출용의 관통 구멍, 인터포저 등의 용도에 적합하게 사용되는 유리 기판으로서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법은, 이러한 용도의 복수의 미세한 관통 구멍을 갖는 유리 기판의 제조에 유용하다.
또한, 2009년 2월 2일에 출원된 일본 특허 출원 제2009-021751호의 명세서, 특허청구범위, 도면, 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 개시로서 포함한다.
1: 유리 기판
1a: 한쪽 주면
1b: 다른쪽 주면
1c: 벽면
5: 관통 구멍
α: 테이퍼각
L: 관통 구멍의 직경
11: 엑시머 레이저광의 발생 장치
12: 판 형상 유리
13: 마스크
14: 스테이지
15: 미러
16: 호모게나이저
17: 투영 렌즈

Claims (13)

  1. 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하이고, 테이퍼각이 0.1 내지 20도인 복수의 관통 구멍을 갖고, 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하인 유리 기판.
  2. 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하, SiO2 함유량이 50질량% 이상 70질량% 이하, 및 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하인 유리판이며, 상기 유리판이, 테이퍼각이 0.1 내지 20도인 복수의 관통 구멍을 갖는, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관통 구멍의 직경이 5 내지 500㎛인, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 관통 구멍의 수 밀도가 1 내지 10000개/mm2인, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, SiO2 농도가 50질량% 이상 70질량% 이하이고, 또한 Na와 K의 합계 함유량이 산화물 환산으로 3.5질량% 이하인, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판.
  6. 판 형상 유리에 엑시머 레이저광을 조사하여 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 유리 기판을 얻는, 이하의 (1) 내지 (6)의 공정, 즉
    (1) 엑시머 레이저광 발생 장치를 배치하는 제1 공정
    (2) 상기 판 형상 유리를 상기 엑시머 레이저광의 광로 상에 배치하는 제2 공정
    (3) 상기 엑시머 레이저광 발생 장치와 상기 판 형상 유리의 사이의 상기 광로 상에 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크를 배치하는 제3 공정
    (4) 상기 마스크와 상기 판 형상 유리의 사이의 광로 상에, 상기 마스크의 상을 상기 판 형상 유리에 축소 투영시키기 위한 투영 렌즈를 배치하는 제4 공정
    (5) 상기 엑시머 레이저광을 조사하는 제5 공정
    (6) 상기 판 형상 유리를 이동시키는 제6 공정
    을 구비하는, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제5 공정이, 조사 플루언스가 2 내지 20J/cm2인 상기 엑시머 레이저광을, 상기 조사 플루언스(J/cm2)와 샷수(회)와 상기 판 형상 유리의 두께(mm)의 곱이 1000 내지 30000이 되도록 조사하는 공정인, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제5 공정이 또한 상기 조사 플루언스를 조정함으로써 상기 관통 구멍의 테이퍼각을 조정하는 공정인, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제5 공정에서의 상기 엑시머 레이저광이 KrF 레이저, ArF 레이저 또는 F2 레이저 중 어느 하나인, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법.
  10. 엑시머 레이저광 발생 장치로부터 발광된 엑시머 레이저광을 복수의 관통 구멍을 갖는 마스크를 통하여 당해 마스크의 상을 투영 렌즈에 의해 축소 투영시켜, 두께가 0.01mm 이상 5mm 이하, SiO2 함유량이 50질량% 이상 70질량% 이하, 및 50℃ 내지 300℃에서의 평균 열팽창 계수가 10×10-7/K 이상 50×10-7/K 이하인 판 형상 유리판의 표면에 조사하여 상기 마스크의 관통 구멍에 대응한 관통 구멍을 판 형상 유리 기판에 형성하는 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 조사 플루언스가 2 내지 20J/cm2인 상기 엑시머 레이저광을, 상기 조사 플루언스(J/cm2)와 샷수(회)와 상기 판 형상 유리의 두께(mm)의 곱이 1000 내지 30000이 되도록 조사하는, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 조사 플루언스를 조정함으로써 상기 관통 구멍의 테이퍼각을 조정하는, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑시머 레이저광이 KrF 레이저, ArF 레이저 또는 F2 레이저 중 어느 하나인, 반도체 디바이스 부재용 유리 기판의 제조 방법.
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Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010025966B4 (de) 2010-07-02 2012-03-08 Schott Ag Interposer und Verfahren zum Herstellen von Löchern in einem Interposer
DE102010025967B4 (de) * 2010-07-02 2015-12-10 Schott Ag Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Löchern, Vorrichtung hierzu und Glas-Interposer
US9278886B2 (en) * 2010-11-30 2016-03-08 Corning Incorporated Methods of forming high-density arrays of holes in glass
JPWO2013058169A1 (ja) 2011-10-20 2015-04-02 旭硝子株式会社 絶縁基板に貫通孔を形成する方法およびインターポーザ用の絶縁基板を製造する方法
US9938186B2 (en) 2012-04-13 2018-04-10 Corning Incorporated Strengthened glass articles having etched features and methods of forming the same
JP6176253B2 (ja) 2012-09-07 2017-08-09 旭硝子株式会社 インターポーザ用の中間品を製造する方法およびインターポーザ用の中間品
EP2925482A1 (en) 2012-11-29 2015-10-07 Corning Incorporated Sacrificial cover layers for laser drilling substrates and methods thereof
EP2925690B1 (en) 2012-11-29 2021-08-11 Corning Incorporated Methods of fabricating glass articles by laser damage and etching
EP2754524B1 (de) 2013-01-15 2015-11-25 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten, d.h. Wafer oder Glaselement, unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie
US9012912B2 (en) * 2013-03-13 2015-04-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Wafers, panels, semiconductor devices, and glass treatment methods
EP2781296B1 (de) 2013-03-21 2020-10-21 Corning Laser Technologies GmbH Vorrichtung und verfahren zum ausschneiden von konturen aus flächigen substraten mittels laser
JP5846185B2 (ja) 2013-11-21 2016-01-20 大日本印刷株式会社 貫通電極基板及び貫通電極基板を用いた半導体装置
US9517963B2 (en) 2013-12-17 2016-12-13 Corning Incorporated Method for rapid laser drilling of holes in glass and products made therefrom
US11556039B2 (en) 2013-12-17 2023-01-17 Corning Incorporated Electrochromic coated glass articles and methods for laser processing the same
WO2015116743A1 (en) * 2014-01-29 2015-08-06 Corning Incorporated Laser featured glass for display illumination
TWI730945B (zh) 2014-07-08 2021-06-21 美商康寧公司 用於雷射處理材料的方法與設備
CN107073642B (zh) 2014-07-14 2020-07-28 康宁股份有限公司 使用长度和直径可调的激光束焦线来加工透明材料的系统和方法
JP6292091B2 (ja) * 2014-09-04 2018-03-14 旭硝子株式会社 貫通孔を検査する方法
US11773004B2 (en) 2015-03-24 2023-10-03 Corning Incorporated Laser cutting and processing of display glass compositions
KR102515348B1 (ko) 2015-05-28 2023-03-30 에이지씨 가부시키가이샤 유리 기판 및 적층 기판
TW201704177A (zh) * 2015-06-10 2017-02-01 康寧公司 蝕刻玻璃基板的方法及玻璃基板
KR20240023683A (ko) * 2015-10-02 2024-02-22 에이지씨 가부시키가이샤 유리 기판, 적층 기판 및 적층체
TW201806759A (zh) 2016-05-09 2018-03-01 康寧公司 具有經控制的熱膨脹係數之玻璃積層以及彼之製造方法
US10410883B2 (en) 2016-06-01 2019-09-10 Corning Incorporated Articles and methods of forming vias in substrates
US10794679B2 (en) 2016-06-29 2020-10-06 Corning Incorporated Method and system for measuring geometric parameters of through holes
US10134657B2 (en) 2016-06-29 2018-11-20 Corning Incorporated Inorganic wafer having through-holes attached to semiconductor wafer
JP6341245B2 (ja) 2016-09-05 2018-06-13 大日本印刷株式会社 貫通電極基板の製造方法、貫通電極基板および半導体装置
KR102078294B1 (ko) 2016-09-30 2020-02-17 코닝 인코포레이티드 비-축대칭 빔 스폿을 이용하여 투명 워크피스를 레이저 가공하기 위한 기기 및 방법
JP7066701B2 (ja) 2016-10-24 2022-05-13 コーニング インコーポレイテッド シート状ガラス基体のレーザに基づく加工のための基体処理ステーション
JP6888298B2 (ja) * 2017-01-04 2021-06-16 日本電気硝子株式会社 ガラス板及びその製造方法
US10264672B2 (en) * 2017-04-28 2019-04-16 AGC Inc. Glass substrate and glass substrate for high frequency device
US10580725B2 (en) 2017-05-25 2020-03-03 Corning Incorporated Articles having vias with geometry attributes and methods for fabricating the same
US11078112B2 (en) 2017-05-25 2021-08-03 Corning Incorporated Silica-containing substrates with vias having an axially variable sidewall taper and methods for forming the same
TWI785052B (zh) * 2017-06-01 2022-12-01 美商康寧公司 包括穿透孔洞貫孔的組件基板及其製作方法
US11554984B2 (en) 2018-02-22 2023-01-17 Corning Incorporated Alkali-free borosilicate glasses with low post-HF etch roughness
JP7287084B2 (ja) * 2019-04-17 2023-06-06 セイコーエプソン株式会社 電気光学装置の製造方法、および有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法
KR20230083273A (ko) * 2020-10-06 2023-06-09 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 관통 구멍을 갖는 유리 기판
JP7088271B2 (ja) * 2020-12-02 2022-06-21 大日本印刷株式会社 貫通電極基板および半導体装置
JP7239045B2 (ja) * 2020-12-02 2023-03-14 大日本印刷株式会社 貫通電極基板および半導体装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6132843A (en) * 1996-11-14 2000-10-17 Nippon Sheet Glass Do., Ltd. Glass substrate for magnetic disks
JP4514861B2 (ja) * 1999-11-29 2010-07-28 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射装置およびレーザ照射方法および半導体装置の作製方法
CN100443241C (zh) * 2001-04-02 2008-12-17 太阳诱电株式会社 利用激光的透光材料的加工方法
JP3479890B2 (ja) 2001-08-24 2003-12-15 住友重機械工業株式会社 レーザ穴あけ加工装置
JP4405761B2 (ja) * 2002-07-24 2010-01-27 日本板硝子株式会社 レーザ加工用ガラス
JP4495675B2 (ja) * 2003-01-10 2010-07-07 日本板硝子株式会社 レーザ加工用ガラス
JP2005088045A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ穴あけ方法及び装置
US7425166B2 (en) * 2005-12-06 2008-09-16 Corning Incorporated Method of sealing glass substrates
JP4672689B2 (ja) * 2006-02-22 2011-04-20 日本板硝子株式会社 レーザを用いたガラスの加工方法および加工装置
EP1990125B1 (en) * 2006-02-22 2011-10-12 Nippon Sheet Glass Company, Limited Glass processing method using laser
JP2008119698A (ja) * 2006-11-08 2008-05-29 Takatori Corp Ｃｏ２レーザーでの基板への穴開け方法及び装置
JP5410655B2 (ja) * 2007-04-10 2014-02-05 ＡｖａｎＳｔｒａｔｅ株式会社 ガラス組成物、それを用いたガラス板およびその製造方法
JP2009021751A (ja) 2007-07-11 2009-01-29 Sony Corp ビデオ記録再生方法および装置
US20100119808A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-13 Xinghua Li Method of making subsurface marks in glass

Also Published As

Publication number Publication date
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