WO2026019153A1 - 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법 및 반도체용 유리기판 - Google Patents

브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법 및 반도체용 유리기판

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WO2026019153A1
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a glass substrate, and more particularly, to a method for manufacturing a glass substrate for semiconductors with brazing adhesive layers and a glass substrate for semiconductors that can increase the adhesive strength of an electrode.
  • This Back-End (BE) process includes the packaging (Multi-Chip Package) process, which assembles multiple semiconductors produced in wafer form into a bundle suitable for device integration.
  • Semiconductor technology is advancing in diverse forms, including sub-micron nanometer line widths, cell counts exceeding 10 million, high-speed operation, and high heat dissipation.
  • the technology to perfectly package these devices remains relatively lacking. Consequently, the electrical performance of semiconductors is often determined more by packaging technology and the resulting electrical connections than by the semiconductor technology itself.
  • Ceramics or resins are commonly used as packaging substrate materials.
  • ceramic substrates have high resistance and dielectric constants, making them difficult to mount high-performance, high-frequency semiconductor devices on.
  • resin substrates offer the advantage of relatively easy mounting of high-performance, high-frequency semiconductor devices, they have limitations in reducing wiring pitch, and their uneven surface makes them particularly unsuitable for use in high-performance semiconductor packaging, which is undergoing continuous miniaturization.
  • silicon packaging substrates have a high coefficient of thermal expansion (CTE), making them unsuitable for use in die packaging applications with high-density micro-sized bumps, such as those used in high-bandwidth memory (HBM).
  • CTE coefficient of thermal expansion
  • Glass substrates are recently gaining attention as a potential replacement for silicon substrates. Glass substrates are more cost-effective than silicon substrates and can be designed and manufactured on larger surfaces, allowing for the production of multiple chips. Furthermore, the glass's extremely smooth and flat surface allows for fine circuit design, making it advantageous for implementing high-performance, high-density circuits.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor glass substrate and a semiconductor glass substrate that can significantly improve the adhesive strength of an electrode layer (electrical wiring) formed on a glass substrate using a conductive metal.
  • the glass core may be an oxide-reinforced glass having a thickness of 20 to 30 ⁇ m and high strength, corrosion resistance, transparency, and hardness at room temperature.
  • the glass core may be borosilicate glass or aluminosilicate glass.
  • the brazing adhesive layer can be formed by depositing a brazing alloy to a first thickness on the surface of the glass core or on the inner wall surface of a micro-through hole formed on the surface of the glass core and the glass core through a sputtering process.
  • the electrode layer can be formed by depositing copper to a second thickness thicker than the first thickness on the brazing adhesive layer through an electrolytic plating or sputtering process.
  • the first thickness may be 25 to 100 nm
  • the second thickness may be 100 to 1000 nm.
  • heat treatment may be performed in a reducing atmosphere or nitrogen atmosphere maintained at a first temperature range that is higher than the eutectic point of the brazing alloy and lower than the melting point of the glass core.
  • the brazing alloy may be an aluminum-silicon (Al-Si) alloy in which the silicon (Si) content is 12.5 to 12.6 parts by weight (%) based on 100 parts by weight (%) of the entire alloy and the remainder is aluminum.
  • Al-Si aluminum-silicon
  • the first temperature range may be 577°C or more and less than 600°C.
  • a glass core having a first surface that is even and a second surface that is parallel to the first surface
  • An electrode layer formed with a second thickness by a conductive metal on at least one of the first and second surfaces of the glass core;
  • a brazing adhesive layer formed between the glass core and the electrode layer with a first thickness thinner than the second thickness by a brazing alloy, and forming a fusion brazing interface that mediates interlayer bonding between the glass core and the electrode layer during heat treatment;
  • the glass core may be a tempered glass having a thickness of 20 to 30 ⁇ m and having high strength, corrosion resistance, transparency, and hardness at room temperature.
  • the glass core may preferably be borosilicate glass or aluminosilicate glass.
  • the first thickness may be 25 to 100 nm
  • the second thickness may be 100 to 1000 nm.
  • the brazing alloy may be an aluminum-silicon (Al-Si) alloy in which the silicon (Si) content is 12.5 to 12.6 parts by weight (%) based on 100 parts by weight (%) of the total gold and the remainder is aluminum, and the conductive metal may be copper (Cu).
  • Al-Si aluminum-silicon
  • the silicon (Si) content is 12.5 to 12.6 parts by weight (%) based on 100 parts by weight (%) of the total gold and the remainder is aluminum
  • the conductive metal may be copper (Cu).
  • the fusion brazing interface in a semiconductor glass substrate may be formed by performing heat treatment in a reducing atmosphere or nitrogen atmosphere maintained at a first temperature range that is higher than the eutectic point of the brazing alloy and lower than the melting point of the glass core.
  • the first temperature range may be 577°C or more and less than 600°C.
  • a semiconductor glass substrate according to another aspect of the present invention may further include one or more microscopic through holes formed in the glass core.
  • the brazing adhesive layer and electrode layer can also be formed on the inner wall surface of the micro penetration hole.
  • a brazing bonding layer is formed on the surface of a glass substrate using a brazing alloy, an electrode layer is formed thereon using a conductive metal, and then heat treatment is performed under specific conditions. During this heat treatment, a phase change (solid to liquid) in the brazing bonding layer causes a fusion brazing interface to form, mediating a strong interlayer bond between the glass core and the electrode layer.
  • the adhesion and bonding properties of the electrode layer to the glass substrate can be significantly improved or enhanced, and the problem of the prior art in which the electrode layer peels off from the organic substrate, adversely affecting performance or quality, can be clearly resolved.
  • the adhesion and bonding properties of the electrode layer to the glass substrate can be improved, thereby providing a high-performance, high-quality semiconductor glass substrate.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a semiconductor glass substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a process schematic diagram schematically illustrating a manufacturing process of a semiconductor glass substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a semiconductor glass substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a process schematic diagram schematically illustrating a process for manufacturing a semiconductor glass substrate according to an embodiment of the present invention.
  • a manufacturing method is a method for manufacturing a semiconductor glass substrate capable of significantly improving the adhesive strength of an electrode layer, including a step of preparing a glass core (10) (S100), a step of forming a brazing adhesive layer (20) on the surface of the glass core (10) (S200), a step of forming an electrode layer (30) on the brazing adhesive layer (20) (S300), and a step of performing heat treatment under specific conditions (S400).
  • a glass core (10) having a predetermined thickness is prepared.
  • a thin-film glass substrate having a thickness of 20 to 30 ⁇ m is prepared.
  • the glass substrate may be tempered glass whose main component is oxide, which has high strength, corrosion resistance, transparency, and hardness at room temperature.
  • the glass substrate may preferably be a borosilicate glass that is mainly composed of boric acid instead of silica, contains at least 5% of boric acid, has a low coefficient of expansion, has chemical resistance to acid and weather resistance, and has excellent thermal shock resistance.
  • the glass substrate may be, as another example, aluminosilicate glass, which is made of alumina and boron oxide and has similar properties to borosilicate glass, but has superior heat resistance and high chemical resistance compared to borosilicate glass.
  • aluminosilicate glass which is made of alumina and boron oxide and has similar properties to borosilicate glass, but has superior heat resistance and high chemical resistance compared to borosilicate glass.
  • a glass substrate having at least one micro-through hole (102) in the thickness direction may be prepared.
  • a LIDE (Laser induced Deep Etching) method may be applied, which involves pre-processing with a laser and then completing the micro-through hole through post-processing using chemical etching.
  • the LIDE method is a technology that creates microscopic through-holes in glass through a pre-processing step that creates microscopic holes by irradiating a laser at the location where the through-holes will be formed and induces a chemical phase change in the glass in that area, and a post-processing step that selectively etches only the glass that has been modified by the laser through a chemical etching process.
  • a femtosecond or picosecond laser is irradiated in the form of a Bessel beam at the location where a laser penetration hole is to be formed to locally deform the interior of the glass core, and in the postprocessing step, a method of selectively etching only the deformed portion through wet etching can be applied.
  • a pre-treatment step may be added to protect the remaining surface of the glass core, excluding the laser-treated portion, with masking film or the like to prevent surface etching of the glass core.
  • the step (S200) of forming a brazing adhesive layer is a step of forming a brazing adhesive layer (20) on the surface of the glass core (10) prepared in the aforementioned step S100 or on the surface of the glass core (10) and the inner wall surface of the micro-through hole (102) formed in the glass core (10).
  • the brazing adhesive layer (20) is a part that mediates a strong bond between the glass core (10) and the electrode layer (30) to be described later, and can be formed by depositing a brazing alloy to a specific thickness on the surface of the glass core (10) or the surface of the glass core (10) and the inner wall surface of the micro-through hole (102).
  • the brazing alloy constituting the brazing bonding layer (20) may be an alloy having a lower melting point than the glass core (10).
  • the brazing alloy constituting the brazing bonding layer (20) may preferably be an aluminum-silicon (Al-Si) alloy having a silicon (Si) content of 12.5 to 12.6 parts by weight (%) based on 100 parts by weight (%) of the total alloy and the remainder being aluminum.
  • Aluminum-silicon (Al-Si) alloys are characterized by their light weight, high ductility, and high malleability. They also possess a low melting point and shrinkage, excellent corrosion resistance, and good fluidity in a molten state. Therefore, they readily melt at relatively low temperatures, forming a fusion brazing interface between glass and metal, mediating a strong bond between them.
  • the brazing adhesive layer (20) can be formed to a specific thickness on the surface of the glass core (10) through vacuum deposition.
  • the brazing adhesive layer (20) can be formed to a first thickness (t1) on the glass core (10) through a sputtering process, which is a type of vacuum deposition method.
  • the thickness of the brazing adhesive layer (20) formed on the glass core (10), i.e., the first thickness (t1) mentioned above, may be 25 to 100 nm. If the thickness of the brazing adhesive layer (22) is too thin, less than 25 nm, it is difficult to properly perform its function as an adhesive, and if it exceeds 100 nm, an increase in cost may occur due to the input of unnecessary materials.
  • the step of forming an electrode layer (S300) is a step of forming an electrode layer (30) on the brazing adhesive layer (20) formed on the glass core (10) through the aforementioned step S200.
  • the electrode layer (30) can be formed on the brazing adhesive layer (20) using a conductive metal having a higher melting point than the brazing alloy constituting the brazing adhesive layer (20).
  • an electrode layer (30) can be formed on the surface of the brazing adhesive layer (20) with a second thickness (t2) that is thicker than the first thickness (t1) described above.
  • a conductive metal can be deposited on the surface of the brazing adhesive layer (20) with a second thickness (t2) through electroplating or sputtering, which is a type of vacuum deposition, to form the electrode layer (30).
  • the conductive metal constituting the electrode layer (30) may be copper (Cu), but is not limited thereto.
  • the thickness of the electrode layer (30) formed by depositing a conductive metal, for example, copper (Cu), on the surface of the brazing adhesive layer (20) in the step of forming an electrode layer (S300), i.e., the second thickness (t2), may preferably be 100 to 1000 nm.
  • a mask layer having a desired electrode pattern may be first formed on a brazing adhesive layer (20) and then the electrode layer (30) may be formed by performing electroplating or sputtering.
  • a photolithography technique including, for example, a process of applying a photosensitive agent ⁇ heat treatment ⁇ exposure ⁇ development may be applied to the mask layer having the electrode pattern.
  • the heat treatment step (S400) the heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point of the aforementioned brazing alloy and lower than the melting point of the glass core ((10), thereby allowing the brazing adhesive layer (20) to mediate a strong interlayer bond between the glass core (10) and the electrode layer (30).
  • the heat treatment may be performed in a reducing atmosphere or nitrogen atmosphere maintained at a first temperature range that is higher than the eutectic point of the brazing alloy and lower than the melting point of the glass core (10).
  • the first temperature range is preferably 577°C or more and less than 600°C, considering that the eutectic temperature of an aluminum-silicon alloy having a silicon (Si) content of 12.5% is 577°C.
  • the phase change (solid -> liquid) of the brazing adhesive layer (20) occurs by the above heat treatment performed above the eutectic point of the brazing alloy, and a fusion brazing interface that mediates a strong bond between the glass core (10) and the electrode layer (30) is formed according to the phase change of the brazing adhesive layer (20), so that the electrode layer (30) and the glass core (10) can form a strong interlayer bond.
  • a process for removing unnecessary deposits may be added after the heat treatment described above.
  • a process for removing brazing alloy deposited in areas other than the area where the electrode layer is formed may be added.
  • etching which selectively corrodes and removes only the brazing alloy exposed to the outside, may be used in this step.
  • a brazing bonding layer is formed on the surface of a glass substrate using a brazing alloy, an electrode layer is formed thereon using a conductive metal, and then heat treatment is performed under specific conditions. During this heat treatment, the phase change (solid to liquid) of the brazing bonding layer creates a fusion brazing interface, which mediates a strong interlayer bond between the glass core and the electrode layer.
  • the adhesion and bonding properties of the electrode layer to the glass substrate can be significantly improved or enhanced, and the problem of the prior art in which the electrode layer peels off from the organic substrate, adversely affecting performance or quality, can be clearly resolved.
  • the adhesion and bonding properties of the electrode layer to the glass substrate can be improved, thereby providing a high-performance, high-quality semiconductor glass substrate.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor glass substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor glass substrate having the aforementioned brazing adhesive layer
  • FIG. 4 is an enlarged view of the main part of the semiconductor glass substrate shown in FIG. 3, and is an enlarged view of the main part of the present invention showing part 'A' of FIG. 3.
  • a semiconductor glass substrate (1) includes a glass core (10), an electrode layer (30), and a brazing adhesive layer (20) between the glass core (10) and the electrode layer (30).
  • the glass core (10) has a first surface (upper surface in the drawing, 12) that is even and a second surface (lower surface in the drawing, 14) that is parallel to the first surface, and the brazing adhesive layer (20) can be formed with a specific thickness on at least one of the first surface (12) and the second surface (14).
  • the drawing illustrates an example of a configuration in which a brazing adhesive layer (20) is formed on the first surface (12) of the glass core (10) and the inner wall surface of the micro-through hole (102), but is not limited thereto.
  • the brazing adhesive layer (20) may be formed only on the second surface (14) and the inner wall surface of the micro-through hole (102), or the brazing adhesive layer (20) may be formed on all of the first surface (12), the second surface (14), and the inner wall surface of the micro-through hole (102).
  • the glass core (10) may be tempered glass having a thickness of 20 to 30 ⁇ m.
  • the glass core (10) may be tempered glass whose main component is oxide, having high strength, corrosion resistance, transparency, and hardness at room temperature.
  • the glass core (10) may be borosilicate tempered glass. Depending on the embodiment, it may also be aluminosilicate tempered glass.
  • Borosilicate tempered glass is a glass that uses boric acid as its main ingredient instead of silica, and contains at least 5% boric acid. It has a low coefficient of expansion, chemical resistance to acid and weather resistance, and excellent thermal shock resistance, making it suitable for semiconductor glass substrates.
  • Aluminum silicate tempered glass is made of alumina and boron oxide, and has similar properties to borosilicate glass, but has superior heat resistance and high chemical resistance compared to borosilicate glass, making it suitable for semiconductor glass substrates.
  • One or more micro-through holes (102) may be formed in the thickness direction of the glass core (10).
  • An electrode layer (30) may be formed on the inner wall surface of the micro-through hole (102).
  • the electrode layer formed in the micro-through hole (102) may serve as an electrical connection path that electrically connects two glass substrates arranged in a laminated structure or a semiconductor chip mounted on a glass substrate and the glass substrate.
  • the micro-through hole (102) can be formed using the LIDE (Laser induced Deep Etching) method.
  • the LIDE method is a technology for forming micro-through holes in glass through a pre-processing process that generates micro-holes by irradiating a laser to the location where the through hole is to be formed, inducing a chemical phase change in the glass in the corresponding area, and a post-processing process that selectively etches only the glass that has been transformed by the laser through a chemical etching process.
  • a femtosecond or picosecond laser in the form of a Bessel beam is irradiated to the location where the laser penetration hole is to be formed, thereby locally deforming the interior of the glass core.
  • wet etching can be used to selectively etch only the deformed area.
  • the brazing adhesive layer (20) may be formed with a specific thickness on at least one of the first side (12) and the second side (14) of the glass core (10), including the inner wall surface of the micro-through hole (102).
  • the brazing adhesive layer (20) is a portion that mediates a strong interlayer bond between the glass core (10) and the electrode layer (30), and may be formed by depositing a brazing alloy with a specific thickness on the surface of the glass core (10).
  • the brazing alloy constituting the brazing bonding layer (20) may be an alloy having a lower melting point than the glass core (10).
  • the brazing alloy constituting the brazing bonding layer (20) may preferably be an aluminum-silicon (Al-Si) alloy having a silicon (Si) content of 12.5 to 12.6 parts by weight (%) based on 100 parts by weight (%) of the total alloy and the remainder being aluminum (Al).
  • Aluminum-silicon (Al-Si) alloys are characterized by their light weight, high ductility, and high malleability. They also possess a low melting point and shrinkage, excellent corrosion resistance, and good fluidity in a molten state. Therefore, they readily melt at relatively low temperatures, forming a fusion brazing interface between glass and metal, mediating a strong bond between them.
  • the fusion brazing interface can be formed by performing a heat treatment in a reducing atmosphere or nitrogen atmosphere maintained at a first temperature range that is higher than the eutectic point of the brazing alloy and lower than the melting point of the glass core (10).
  • the first temperature range may be 577°C or more and less than 600°C, considering that the eutectic temperature of an aluminum-silicon alloy having a silicon (Si) content of 12.5% is 577°C.
  • the brazing adhesive layer (20) can be formed with a first thickness (t1) on the surface (at least one of the first side and the second side) of the glass core (10) or on the surface and the inner wall surface of the micro-through hole (102) (if the micro-through hole is formed in the glass core) through a sputtering process, which is a type of vacuum deposition method.
  • the thickness of the brazing adhesive layer (20) formed on the glass core (10), i.e., the first thickness (t1), may be 25 to 100 nm. If the thickness of the brazing adhesive layer (22) is too thin, less than 25 nm, it may be difficult to properly perform its function as an adhesive, and if it exceeds 100 nm, an increase in cost may occur due to the input of excessive materials.
  • the electrode layer (30) may be formed of a conductive metal.
  • the electrode layer (30) may be formed on the brazing adhesive layer (20) to a second thickness (t2) that is thicker than the first thickness (t1).
  • the electrode layer (30) may be formed by depositing a conductive metal on the surface of the brazing adhesive layer (20) to a second thickness (t2) through electroplating or sputtering, which is a type of vacuum deposition.
  • the conductive metal constituting the electrode layer (30) may be a conductive material having a higher melting point than the brazing alloy constituting the brazing adhesive layer (20).
  • the conductive metal constituting the electrode layer (30) may preferably be copper (Cu), but is not limited thereto.
  • the thickness of the electrode layer (30) formed by depositing a conductive metal, for example, copper (Cu), on the surface of the brazing adhesive layer (20), i.e., the second thickness (t2), may be 100 to 1000 nm.
  • a semiconductor glass substrate having such a configuration forms a brazing bonding layer using a brazing alloy between a glass core and an electrode layer.
  • the brazing bonding interface formed by the phase change (solid to liquid) of the brazing bonding layer which is formed by heat treatment under specific temperature conditions, mediates a strong interlayer bonding between the glass core and the electrode layer. Accordingly, the adhesive strength and adhesive properties of the electrode layer can be significantly enhanced or improved.

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Abstract

브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법 및 반도체용 유리기판이 개시된다. 개시된 반도체용 유리기판 제조 방법은, 글라스 코어(Glass core)를 준비하는 단계와, 글라스 코어보다 녹는점이 낮은 브레이징 합금으로 글라스 코어의 표면에 브레이징 접착층을 형성시키는 단계, 브레이징 합금보다 녹는점이 높은 전도성 메탈로 브레이징 접착층 위에 전극층을 형성시키는 단계 및 브레이징 접착층이 글라스 코어와 전극층 사이에서 이들의 강력한 층간 결합을 매개하도록 브레이징 합금의 공융점(Eutectic point) 이상의 온도에서 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법 및 반도체용 유리기판
본 발명은 유리기판의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전극의 부착력을 높일 수 있는 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법 및 반도체용 유리기판(Method of manufacturing glass substrate for semiconductors with brazing adhesive layers and Glass substrate for semiconductors)에 관한 것이다.
전자부품을 제작하는데 있어 반도체 웨이퍼에 회로를 구현하는 것을 전 공정 (FE: Front-End)이라 한다. 그리고 웨이퍼를 실제 제품에서 사용할 수 있는 상태로 조립하는 것을 후 공정(BE: Back-End)이라 한다. 이러한 후 공정(BE) 중에 웨이퍼 형태로 생산된 여러 개의 반도체를 기기 탑재에 유리한 묶음 형태로 조립하는 패키징(Multi Chip Package) 공정이 포함된다.
반도체 기술은 마이크로 이하 나노 단위의 선폭, 천만 개 이상의 셀(Cell), 고속 동작, 많은 열 방출 등 다양한 형태로 발전하고 있으나, 상대적으로 이를 완벽하게 패키징하는 기술이 뒷받침되지 못한 실정이다. 때문에 반도체의 전기적 성능이 반도체 기술 자체의 성능보다는 패키징 기술 및 그에 따른 전기적 접속에 의해 결정되기도 한다.
패키징 기판의 소재로서 세라믹 또는 수지가 일반적으로 사용되고 있다. 그런데 세라믹 기판의 경우, 저항값이 높거나 유전율이 높아 고성능 고주파의 반도체 소자 탑재가 쉽지 않고, 수지 기판의 경우 상대적으로 고성능 고주파의 반도체 소자 탑재가 용이한 장점은 있으나, 배선의 피치 축소에 한계가 있고, 특히 고르지 못한 표면 때문에 미세화를 거듭하는 고성능 반도체 패키징용으로는 한계가 있다.
대체 패키징 기판으로서 표면이 매끈한 실리콘을 패키징 기판으로 사용하는 방식이 개발되었으나, 이 방식은 원가가 비싸고, 대면적 제조가 어렵다는 단점이 있다. 특히 실리콘 패키징 기판은 고대역폭 메모리(HBM, High Bandwidth Memory)와 같이 마이크로 사이즈의 범프(Bump)가 고밀도로 형성된 다이 패키징용으로 사용하기에는 CTE(Coefficient of Thermal Expansion)가 높다는 단점이 있다.
실리콘 기판을 대체할 수 있는 기술로서 최근 각광받고 있는 기술이 유리기판이다. 유리기판은 실리콘 기판보다 비용 측면에서 효율적이며, 더 큰 면적으로 설계 및 제조가 가능하므로 다수의 칩을 생산할 수 있다는 장점이 있다. 또한 유리의 특성상 표면이 매우 매끄럽고 평평하여 미세회로 설계가 가능하기 때문에 고성능, 고밀도 회로 구현에 있어 유리하다는 장점이 있다.
다만, 전기적 연결 매체로서 기능하는 전도성 메탈을 이용하여 유리기판에 전기 배선(또는 전극)을 형성함에 있어서, 유리기판의 매끈한 표면 때문에 전도성 메탈의 부착력이 저하되는 문제가 있으며, 이로 인해 전도성 메탈이 유리기판으로부터 필 오프(Peel Off)되기 쉽다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전도성 메탈로 유리기판에 전극층(전기 배선)을 형성함에 있어 전극층의 부착력을 크게 향상시킬 수 있는 반도체용 유리기판의 제조 방법 및 반도체용 유리기판을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
(a) 글라스 코어(Glass core)를 준비하는 단계; 및
(b) 상기 글라스 코어보다 녹는점이 낮은 브레이징 합금으로 상기 글라스 코어의 표면에 브레이징 접착층을 형성시키는 단계;
(c) 상기 브레이징 합금보다 녹는점이 높은 전도성 메탈로 상기 브레이징 접착층 위에 전극층을 형성시키는 단계; 및
(d) 상기 브레이징 접착층이 글라스 코어와 전극층 사이에서 층간 결합을 매개하도록 특정 조건에서 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체용 유리기판 제조 방법의 상기 (a) 단계에서 글라스 코어는, 두께 20 ~ 30㎛ 이며, 상온에서 높은 강도와 내식성, 투명성, 경도를 갖는 산화물 강화유리일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체용 유리기판 제조 방법의 상기 (a) 단계에서 글라스 코어는, 붕규산 강화유리(Borosilicate glass) 또는 규산 알루미늄 강화유리(Aluminosilicate glass)일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체용 유리기판 제조 방법의 상기 (b) 단계에서는, 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해 상기 글라스 코어의 표면 또는 상기 글라스 코어의 표면과 글라스 코어에 형성된 미세 관통홀의 내벽면에 브레이징 합금을 제1 두께로 증착하여 상기 브레이징 접착층을 형성시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체용 유리기판 제조 방법의 상기 (c) 단계에서는, 전해 도금 또는 스퍼터링 공정을 통해 상기 브레이징 접착층 위에 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 구리를 증착하여 상기 전극층을 형성시킬 수 있다.
여기서, 상기 제1 두께는 25 ~ 100㎚ 일 수 있으며, 상기 제2 두께는 100 ~ 1000㎚ 일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체용 유리기판 제조 방법의 상기 (d) 단계에서는, 상기 브레이징 합금의 공융점(Eutectic point)보다 높고 상기 글라스 코어의 녹는점보다는 낮은 제1 온도범위로 유지되는 환원 분위기 또는 질소 분위기에서 열처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체용 유리기판 제조 방법에서 상기 브레이징 합금은, 합금 전체 100 중량부(%)를 기준으로, 규소(Si) 함량이 12.5 ~ 12.6 중량부(%)이고 나머지가 알루미늄으로 이루어진 알루미늄-규소(Al-Si) 합금일 수 있다.
이 경우, 상기 제1 온도범위는 577℃ 이상 600℃ 미만일 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
면이 고른 제1 면 및 상기 제1 면과 평행한 제2 면을 갖는 글라스 코어(Glass core);
상기 글라스 코어의 제1 면과 제2 면 중 적어도 한 면에 전도성 메탈에 의해 제2 두께로 형성되는 전극층; 및
브레이징 합금에 의하여 상기 글라스 코어와 전극층 사이에 상기 제2 두께보다 얇은 제1 두께로 형성되며, 열처리 시 상기 글라스 코어와 전극층 사이에서 층간 결합을 매개하는 융착 브레이징 계면을 형성하는 브레이징 접착층;을 포함하며,
상기 브레이징 합금의 녹는점이 상기 글라스 코어의 녹는점 및 상기 전도성 메탈의 녹는점보다 낮은, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체용 유리기판에서 상기 글라스 코어는, 두께 20 ~ 30㎛ 이며, 상온에서 높은 강도와 내식성, 투명성, 경도를 갖는 강화유리일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체용 유리기판에서 상기 글라스 코어는 바람직하게, 붕규산 강화유리(Borosilicate glass) 또는 규산 알루미늄 강화유리(Aluminosilicate glass)일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체용 유리기판에서 상기 제1 두께는 25 ~ 100㎚ 일 수 있으며, 상기 제2 두께는 100 ~ 1000㎚ 일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체용 유리기판에서 상기 브레이징 합금은, 금 전체 100 중량부(%)를 기준으로, 규소(Si) 함량이 12.5 ~ 12.6 중량부(%)이고 나머지가 알루미늄인 알루미늄-규소(Al-Si) 합금일 수 있으며, 상기 전도성 메탈은 구리(Cu)일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체용 유리기판에서 상기 융착 브레이징 계면은, 상기 브레이징 합금의 공융점(Eutectic point)보다 높고 상기 글라스 코어의 녹는점보다는 낮은 제1 온도범위로 유지되는 환원 분위기 또는 질소 분위기에서 열처리를 수행함으로써 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 온도범위는 577℃ 이상 600℃ 미만일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체용 유리기판은, 상기 글라스 코어에 형성되는 하나 이상의 미세 관통홀을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 미세 관통홀의 내벽면에도 상기 브레이징 접착층과 전극층이 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유리기판의 표면에 브레이징 합금으로 브레이징 접착층을 형성하고 그 위에 전도성 메탈로 전극층을 형성한 다음, 특정 조건에서 열처리를 수행한다. 이때 열처리 과정에서 일어나는 브레이징 접착층의 상변화(고체->액체)에 의한 융착 브레이징 계면이 글라스 코어와 전극층 사이에서 이들의 강력한 층간 결합을 매개한다.
그 결과, 유리기판에 대한 전극층의 부착력 및 부착 특성이 크게 향상 혹은 개선될 수 있으며, 전극층이 유기판으로부터 필 오프(Peel Off)되어 성능이나 품질에 악영향을 미치는 종래 기술의 문제점이 명확하게 해소될 수 있다. 다시 말해, 유리기판에 대한 전극층의 부착력 및 부착 특성이 개선되어 고성능, 고품질의 반도체 유리기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체용 유리기판의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체용 유리기판의 제조 공정을 개략적으로 도시한 공정 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체용 유리기판의 제조 방법에 의해 제조된 반도체용 유리기판의 단면 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 반도체용 유리기판의 주요부를 확대 도시한 도면으로서, 도 3의 'A'부분을 확대 도시한 본 발명의 요부 확대도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 또한, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에도 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이 해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것임을 밝혀 둔다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어 사용되는 "포함하다", "구비하다", "가지다" 등의 용어는 발명의 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면은 본 발명의 사상을 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 도면에 의해서 본 발명의 범위가 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한 도면에서 상대적인 두께, 길이나 상대적인 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장되어 표현될 수 있음을 밝힌다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체용 유리기판의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체용 유리기판의 제조 공정을 개략적으로 도시한 공정 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 제조 방법은, 전극층의 부착력을 크게 향상시킬 수 있는 반도체용 유리기판을 제조하는 방법으로서, 글라스 코어(10)를 준비하는 단계(S100), 글라스 코어(10)의 표면에 브레이징 접착층(20)을 형성시키는 단계(S200), 브레이징 접착층(20) 위에 전극층(30)을 형성시키는 단계(S300) 및 특정 조건에서 열처리를 수행하는 단계(S400)를 포함한다.
글라스 코어(Glass core)를 준비하는 단계(S100)에서는 소정의 두께를 갖는 글라스 코어(10)를 준비한다. 글라스 코어를 준비하는 단계(S100)에서는, 두께가 20 ~ 30㎛ 인 박막형 유리기판을 준비한다. 글라스 코어를 준비하는 단계(S100)에서 상기 유리기판은 상온에서 높은 강도와 내식성, 투명성, 경도를 갖는 주성분이 산화물인 강화유리일 수 있다.
글라스 코어를 준비하는 단계(S100)에서 상기 유리기판은 바람직하게, 규산(Silicic acid) 대신에 붕산(Boric acid)을 주체로 하는 유리로서, 붕산을 적어도 5% 이상 함유하며, 낮은 팽창계수로 화학적 내산성, 내후성을 지니며, 내열충격성이 우수한 붕규산 강화유리(Borosilicate glass)일 수 있다.
글라스 코어를 준비하는 단계(S100)에서 상기 유리기판은 다른 예로서, 알루미나(Alumina)와 산화 붕소(Boron Oxide)로 이루어져 붕규산 유리와 비슷한 특성을 지니면서도, 붕규산 유리에 비해 우수한 내열성과 높은 화학적 저항성을 갖는 규산 알루미늄 강화유리(Aluminosilicate glass)일 수도 있다.
실시 예에 따라서는 글라스 코어를 준비하는 단계(S100)에서, 두께 방향으로 적어도 하나 이상의 미세 관통홀(102)을 갖는 유리기판이 준비될 수 있다. 여기서, 유리기판에 미세 관통홀을 형성함에 있어서는 레이저로 선 가공하고, 이후 화학적 에칭을 통한 후 가공을 통해 미세 관통홀을 완성하는 LIDE(Laser induced Deep Etching) 방식이 적용될 수 있다.
LIDE 방식은 관통홀이 형성될 위치에 레이저를 조사함으로써 미세 홀을 생성하고 해당 부위 유리의 화학적 상변화를 유도하는 전처리 단계와, 화학적 에칭(Chemical etching) 공정을 통해 레이저로 변형된 유리만 선택적으로 에칭하는 후처리 단계를 통해 유리에 미세 관통홀을 형성시키는 기술이다.
LIDE 방식의 전처리 단계에서는 레이저 관통홀을 형성할 위치에 펨토초(Femto second) 혹은 피코초(Pico second) 레이저를 베셀 빔(Bessel beam)의 형태로 조사하여 글라스 코어의 내부를 국부적으로 변형시키고, 후처리 단계는 습식 식각을 통해 변형된 부분만 선택적으로 에칭하는 방식이 적용될 수 있다.
이는 글라스 코어가 식각액과 반응함에 있어, 레이저 처리된 내부 변형영역의 식각 속도가 다른 부분의 식각 속도보다 월등히 빠르게 진행되면서 등방성이 아닌 이방성 식각이 진행되는 원리를 이용한 것인데, 식각 액에 의해 관통홀만 식각이 되는 것이 아니라 동시에 글라스 코어의 표면도 식각될 수 있다.
이로 인해 식각 과정에서 글라스 코어의 박화도 일어나면서 최초 기판의 두께보다 얇아질 수 있다. 따라서 습식 식각을 진행하기에 앞서 레이저 처리된 부분을 제외한 글라스 코어의 나머지 표면을 마스킹 필름 등으로 보호하여 글라스 코어의 표면 식각을 방지하는 사전 처리 과정이 더 포함될 수 있다.
브레이징 접착층을 형성시키는 단계(S200)는 전술한 S100 단계에서 준비된 글라스 코어(10)의 표면 또는 글라스 코어(10)의 표면과 글라스 코어(10)에 형성된 미세 관통홀(102)의 내벽면에 브레이징 접착층(20)을 형성시키는 단계이다.
브레이징 접착층을 형성시키는 단계(S200)에서 브레이징 접착층(20)은 글라스 코어(10)와 후술하게 될 전극층(30) 간 강력한 결합을 매개하는 부분으로서, 글라스 코어(10)의 표면 또는 글라스 코어(10)의 표면과 상기 미세 관통홀(102)의 내벽면에 브레이징 합금을 특정 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다.
브레이징 접착층을 형성시키는 단계(S200)에서 브레이징 접착층(20)을 구성하는 브레이징 합금은 글라스 코어(10)보다 녹는점이 낮은 합금일 수 있다. 브레이징 접착층(20)을 구성하는 브레이징 합금은 바람직하게, 합금 전체 100 중량부(%)를 기준으로, 규소(Si) 함량이 12.5 ~ 12.6 중량부(%)이고 나머지가 알루미늄으로 이루어진 알루미늄-규소(Al-Si) 합금일 수 있다.
알루미늄-규소(Al-Si) 합금의 특징은 가볍고, 연성과 전성이 모두 크다. 알루미늄-규소(Al-Si) 합금은 또한, 녹는점 및 수축율이 낮고, 내부식성이 강하며, 용융 상태에서 유동성이 좋은 특징을 지닌다. 때문에 비교적 낮은 온도에서 쉽게 용융 상태가 되어 유리와 금속 중간에서 이들의 강력한 결합을 매개하는 융착 브레이징 계면을 형성할 수 있다.
브레이징 접착층을 형성시키는 단계(S200)에서 브레이징 접착층(20)은 진공 증착을 통해 글라스 코어(10)의 표면에 특정 두께로 형성될 수 있다. 브레이징 접착층을 형성시키는 단계(S200)에서 브레이징 접착층(20)은 진공 증착법의 일종인 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해 글라스 코어(10)에 제1 두께(t1)로 형성될 수 있다.
브레이징 접착층을 형성시키는 단계(S200)에서 글라스 코어(10)에 형성되는 브레이징 접착층(20)의 두께, 즉 앞서 언급한 제1 두께(t1)는 25 ~ 100㎚ 일 수 있다. 브레이징 접착층(22)의 두께가 25㎚ 미만으로 너무 얇으면 접착제로서의 기능을 제대로 수행하기 어렵고, 100㎚를 초과하면 필요 이상의 소재 투입으로 원가 상승이 초래될 수 있기 때문이다.
전극층을 형성시키는 단계(S300)는 전술한 S200 단계를 거쳐 글라스 코어(10)에 형성된 브레이징 접착층(20) 위로 전극층(30)을 형성시키는 단계이다. 전극층을 형성시키는 단계(S300)에서는 상기 브레이징 접착층(20)을 구성하는 브레이징 합금보다 녹는점이 높은 전도성 메탈을 이용하여 브레이징 접착층(20) 위에 전극층(30)을 형성시킬 수 있다.
전극층을 형성시키는 단계(S300)에서는 브레이징 접착층(20)의 표면에 전술한 제1 두께(t1)보다 두꺼운 제2 두께(t2)로 전극층(30)을 형성시킬 수 있다. 전극층을 형성시키는 단계(S300)에서는 전해 도금(Electroplating) 또는 진공 증착의 일종인 스퍼터링을 통해 브레이징 접착층(20)의 표면에 전도성 메탈을 제2 두께(t2)로 증착하여 전극층(30)을 형성시킬 수 있다.
전극층을 형성시키는 단계(S300)에서 상기 전극층(30)을 구성하는 전도성 메탈은 구리(Cu)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전극층을 형성시키는 단계(S300)에서 브레이징 접착층(20)의 표면에 전도성 메탈, 예컨대 상기 구리(Cu)를 증착시킴으로써 형성되는 전극층(30)의 두께, 즉 상기 제2 두께(t2)는 바람직하게, 100 ~ 1000㎚ 일 수 있다.
전해 도금이나 스퍼터링으로 전극층(30)을 형성함에 있어서는, 브레이징 접착층(20) 위에 원하는 전극 패턴을 갖는 마스크층을 먼저 형성한 후 전해 도금이나 스퍼터링을 수행함으로써 전극층(30)을 형성할 수 있다. 이 경우, 전극 패턴을 갖는 마스크층에는 예를 들어, 감광제 도포 → 열처리 → 노광(Exposure) → 현상(Develop) 과정을 포함하는 포토리소그래피 기술이 적용될 수 있다.
브레이징 접착층(20)의 표면에 특정 두께(제2 두께, t2)로 전극층(30)이 형성되면, 마지막 단계로서 열처리를 수행한다. 마지막 단계인 열처리 단계(S400)에서는 전술한 브레이징 합금의 녹는점보다는 높고 글라스 코어((10)의 녹는점보다는 낮은 온도조건에서 열처리를 수행함으로써, 브레이징 접착층(20)이 글라스 코어(10)와 전극층(30) 사이에서 이들의 강력한 층간 결합을 매개하도록 한다.
열처리 단계(S400)에서는 브레이징 합금의 공융점(Eutectic point)보다는 높고 상기 글라스 코어(10)의 녹는점보다는 낮은 제1 온도범위로 유지되는 환원 분위기 또는 질소 분위기에서 열처리가 행해질 수 있다. 실시 예에서 제1 온도범위는 규소(Si) 함량이 12.5%인 알루미늄-규소 합금의 공융온도가 577℃인 점을 고려했을 때, 577℃ 이상 600℃ 미만이 바람직하다.
브레이징 합금의 공융점 이상에서 행해지는 위와 같은 열처리에 의해 브레이징 접착층(20)의 상변화(고체->액체)가 일어나고, 브레이징 접착층(20)의 상변화에 따라 글라스 코어(10)와 전극층(30) 사이에 이들의 강력한 결합을 매개하는 융착 브레이징 계면이 형성됨으로써, 전극층(30)과 글라스 코어(10)는 강력한 층간 결합을 이룰 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 위와 같은 열처리 이후 불필요한 증착물을 제거하는 공정이 추가될 수 있다. 예를 들어, 전극층이 형성된 부분을 제외한 다른 부분에 증착된 브레이징 합금을 제거하는 공정이 추가될 수 있다. 불필요한 증착물을 제거하는 단계에서는 예를 들어, 외부로 노출된 브레이징 합금만을 선택적으로 부식시켜 제거하는 식각(Etching)이 이용될 수 있다.
이상에서 살펴본 제조 방법에 따르면, 유리기판의 표면에 브레이징 합금으로 브레이징 접착층을 형성하고 그 위에 전도성 메탈로 전극층을 형성한 다음, 특정 조건에서 열처리를 수행한다. 이때 열처리 과정에서 일어나는 브레이징 접착층의 상변화(고체->액체)에 의한 융착 브레이징 계면이 글라스 코어와 전극층 사이에서 이들의 강력한 층간 결합을 매개한다.
그 결과, 유리기판에 대한 전극층의 부착력 및 부착 특성이 크게 향상 혹은 개선될 수 있으며, 전극층이 유기판으로부터 필 오프(Peel Off)되어 성능이나 품질에 악영향을 미치는 종래 기술의 문제점이 명확하게 해소될 수 있다. 다시 말해, 유리기판에 대한 전극층의 부착력 및 부착 특성이 개선되어 고성능, 고품질의 반도체 유리기판을 제공할 수 있다.
도 3은 전술한 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법에 의해 제조된 반도체용 유리기판의 단면 구성도이며, 도 4는 도 3에 도시된 반도체용 유리기판의 주요부를 확대 도시한 도면으로서, 도 3의 'A'부분을 확대 도시한 본 발명의 요부 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 반도체용 유리기판(1)은, 글라스 코어(10)와 전극층(30), 그리고 상기 글라스 코어(10)와 전극층(30) 사이의 브레이징 접착층(20)을 포함한다. 글라스 코어(10)는 면이 고른 제1 면(도면상 상면, 12) 및 상기 제1 면과 평행한 제2 면(도면상 하면, 14)을 가지며, 브레이징 접착층(20)은 상기 제1 면(12)과 제2 면(14) 중 적어도 한 면에 특정 두께로 형성될 수 있다.
참고로, 도면(도 3)에는 글라스 코어(10)의 제1 면(12)과 미세 관통홀(102)의 내벽면에 브레이징 접착층(20)이 형성된 구성을 예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시 예에 따라서는 제2 면(14)과 미세 관통홀(102)의 내벽면에만 브레이징 접착층(20)이 형성되거나, 제1 면(12)과 제2 면(14), 그리고 미세 관통홀(102)의 내벽면 모두에 브레이징 접착층(20)이 형성될 수 있다.
글라스 코어(10)는 20 ~ 30㎛ 두께의 강화유리일 수 있다. 실시 예에서 글라스 코어(10)는 상온에서 높은 강도와 내식성, 투명성 및 경도를 갖는 주성분이 산화물인 강화유리일 수 있다. 바람직한 예로서, 글라스 코어(10)는 붕규산 강화유리(Borosilicate glass)일 수 있다. 실시 예에 따라서는 규산 알루미늄 강화유리(Aluminosilicate glass)일 수도 있다.
붕규산 강화유리는 규산 대신에 붕산을 주체로 하는 유리로서, 붕산을 적어도 5% 이상 함유하며, 낮은 팽창계수로 화학적 내산성, 내후성을 지니며, 내열충격성이 우수하여 반도체 유리기판으로 적합하며, 규산 알루미늄 강화유리는 알루미나와 산화 붕소로 이루어져 붕규산 유리와 비슷한 특성을 지니면서도, 붕규산 유리에 비하여 우수한 내열성과 높은 화학적 저항성을 가져 반도체 유리기판에 적합하다.
글라스 코어(10)에는 두께 방향으로 하나 이상의 미세 관통홀(102)이 형성될 수 있다. 미세 관통홀(102)의 내벽면에는 전극층(30)이 형성될 수 있다. 이 경우 멧 관통홀(102)에 형성되는 전극층은 적층 구조로 배열되는 두 유리기판 또는 유리기판 상에 실장되는 반도체 칩과 상기 유리기판 사이를 전기적으로 연결하는 전기적 연결통로 역할을 할 수 있다.
미세 관통홀(102)은 LIDE(Laser induced Deep Etching) 방식으로 형성될 수 있다. LIDE 방식은 관통홀이 형성될 위치에 레이저를 조사함으로써 미세 홀을 생성하고 해당 부위 유리의 화학적 상변화를 유도하는 전처리 및 화학적 에칭(Chemical etching) 공정을 통해 레이저로 변형된 유리만 선택적으로 에칭하는 후처리를 통해 유리에 미세 관통홀을 형성시키는 기술이다.
LIDE 방식의 전처리 단계에서는 레이저 관통홀을 형성할 위치에 펨토초(Femto second) 혹은 피코초(Pico second) 레이저를 베셀 빔(Bessel beam)의 형태로 조사하여 글라스 코어의 내부를 국부적으로 변형시킬 수 있다. 후처리 단계는 습식 식각을 통해 변형된 부분에 대해서만 선택적인 에칭을 수행할 수 있다.
이는 글라스 코어가 식각 액과 반응함에 있어, 레이저 처리된 내부 변형영역의 식각 속도가 다른 부분의 식각 속도보다 월등히 빠르게 진행되면서 등방성이 아닌 이방성 식각이 진행되는 원리를 이용한 것인데, 식각 액에 의해 관통홀만 식각이 되는 것이 아니라 동시에 글라스 코어의 표면도 식각될 수 있다.
이로 인해 식각 과정에서 글라스 코어의 박화도 일어나면서 최초 기판의 두께보다 얇아질 수 있다. 때문에 습식 식각을 진행하기에 앞서 레이저 처리된 부분을 제외한 글라스 코어의 나머지 표면을 마스킹 필름 등으로 덮어 글라스 코어의 표면 식각을 방지하는 사전 처리를 하는 것이 바람직하다.
브레이징 접착층(20)은 미세 관통홀(102)의 내벽면을 포함하여 글라스 코어(10)의 제1 면(12)과 제2 면(14) 중 적어도 한 면에 특정 두께로 형성될 수 있다. 브레이징 접착층(20)은 글라스 코어(10)와 전극층(30) 사이에서 이들의 강력한 층간 결합을 매개하는 부분으로서, 글라스 코어(10)의 표면에 브레이징 합금을 특정 두께로 증착시킴으로써 형성될 수 있다.
브레이징 접착층(20)을 구성하는 상기 브레이징 합금은 글라스 코어(10)보다 녹는점이 낮은 합금일 수 있다. 브레이징 접착층(20)을 구성하는 상기 브레이징 합금은 바람직하게, 합금 전체 100 중량부(%)를 기준으로, 규소(Si) 함량이 12.5 ~ 12.6 중량부(%)이고 나머지가 알루미늄(Al)으로 이루어진 알루미늄-규소(Al-Si) 합금일 수 있다.
알루미늄-규소(Al-Si) 합금의 특징은 가볍고, 연성과 전성이 모두 크다. 알루미늄-규소(Al-Si) 합금은 또한, 녹는점 및 수축율이 낮고, 내부식성이 강하며, 용융 상태에서 유동성이 좋은 특징을 지닌다. 때문에 비교적 낮은 온도에서 쉽게 용융 상태가 되어 유리와 금속 중간에서 이들의 강력한 결합을 매개하는 융착 브레이징 계면을 형성할 수 있다.
융착 브레이징 계면은 브레이징 합금의 공융점(Eutectic point)보다 높고 상기 글라스 코어(10)의 녹는점보다는 낮은 제1 온도범위로 유지되는 환원 분위기 또는 질소 분위기에서 열처리를 수행함으로써 형성될 수 있다. 실시 예에서 제1 온도범위는 규소(Si) 함량이 12.5%인 알루미늄-규소 합금의 공융온도가 577℃인 점을 고려했을 때, 577℃ 이상 600℃ 미만일 수 있다.
브레이징 접착층(20)은 진공 증착법의 일종인 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해 글라스 코어(10)의 표면(제1 면과 제2 면 중 적어도 한 면) 또는 상기 표면과 미세 관통홀(102)의 내벽면(글라스 코어에 미세 관통홀이 형성된 경우)에 제1 두께(t1)로 형성될 수 있다.
글라스 코어(10)에 형성되는 브레이징 접착층(20)의 두께, 즉 상기 제1 두께(t1)는 25 ~ 100㎚ 일 수 있다. 브레이징 접착층(22)의 두께가 25㎚ 미만으로 너무 얇으면 접착제로서의 기능을 제대로 수행하기 어렵고, 100㎚를 초과하면 필요 이상의 소재 투입으로 원가 상승이 초래될 수 있다.
전극층(30)은 전도성 메탈로 이루어질 수 있다. 전극층(30)은 브레이징 접착층(20)의 위에 상기 제1 두께(t1)보다 두꺼운 제2 두께(t2)로 형성될 수 있다. 전극층(30)은 전해 도금(Electroplating) 또는 진공 증착의 일종인 스퍼터링을 통해 브레이징 접착층(20)의 표면에 전도성 메탈을 제2 두께(t2)로 증착함으로써 형성될 수 있다.
전극층(30)을 구성하는 전도성 메탈은 브레이징 접착층(20)을 구성하는 브레이징 합금보다 녹는점이 높은 전도성 소재일 수 있다. 전극층(30)을 구성하는 전도성 메탈은 바람직하게, 구리(Cu)일 수 있으나, 이네 한정되는 것은 아니다. 브레이징 접착층(20)의 표면에 전도성 메탈, 예컨대 상기 구리(Cu)를 증착시킴으로써 형성되는 전극층(30)의 두께, 즉 상기 제2 두께(t2)는 100 ~ 1000㎚ 일 수 있다.
이와 같은 구성의 반도체용 유리기판은, 글라스 코어와 전극층 사이에 브레이징 합금으로 브레이징 접착층이 형성되되, 특정 온도 조건에서 열처리를 수행함으로써 형성되는 브레이징 접착층의 상변화(고체->액체)에 의한 융착 브레이징 계면이 글라스 코어와 전극층 사이에서 이들의 강력한 층간 결합을 매개한다. 이에 따라, 전극층의 부착력 및 부착 특성이 크게 향상 또는 개선될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. (a) 글라스 코어(Glass core)를 준비하는 단계;
    (b) 상기 글라스 코어보다 녹는점이 낮은 브레이징 합금으로 상기 글라스 코어의 표면에 브레이징 접착층을 형성시키는 단계;
    (c) 상기 브레이징 합금보다 녹는점이 높은 전도성 메탈로 상기 브레이징 접착층 위에 전극층을 형성시키는 단계; 및
    (d) 상기 브레이징 접착층이 글라스 코어와 전극층 사이에서 층간 결합을 매개하도록 특정 조건에서 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 글라스 코어는,
    두께 20 ~ 30㎛ 이며, 상온에서 높은 강도와 내식성, 투명성, 경도를 갖는 산화물 강화유리인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 글라스 코어는,
    붕규산 강화유리(Borosilicate glass) 또는 규산 알루미늄 강화유리(Aluminosilicate glass)인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서는 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해 상기 글라스 코어의 표면 또는 상기 글라스 코어의 표면과 글라스 코어에 형성된 미세 관통홀의 내벽면에 브레이징 합금을 제1 두께로 증착하여 상기 브레이징 접착층을 형성시키고,
    상기 (c) 단계에서는 전해 도금 또는 스퍼터링 공정을 통해 상기 브레이징 접착층 위에 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 구리를 증착하여 상기 전극층을 형성시키는, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 두께는 25 ~ 100㎚ 이며,
    상기 제2 두께는 100 ~ 1000㎚ 인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서는,
    상기 브레이징 합금의 공융점(Eutectic point)보다 높고 상기 글라스 코어의 녹는점보다는 낮은 제1 온도범위로 유지되는 환원 분위기 또는 질소 분위기에서 열처리를 수행하는, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 온도범위는 577℃ 이상 600℃ 미만인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 브레이징 합금은 알루미늄-규소(Al-Si) 합금이며,
    상기 알루미늄-규소 합금은 합금 전체 100 중량부(%)를 기준으로, 규소(Si) 함량이 12.5 ~ 12.6 중량부(%)이고 나머지가 알루미늄으로 이루어진, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판의 제조 방법.
  9. 면이 고른 제1 면 및 상기 제1 면과 평행한 제2 면을 갖는 글라스 코어(Glass core);
    상기 글라스 코어의 제1 면과 제2 면 중 적어도 한 면에 전도성 메탈에 의해 제2 두께로 형성되는 전극층; 및
    브레이징 합금에 의하여 상기 글라스 코어와 전극층 사이에 상기 제2 두께보다 얇은 제1 두께로 형성되며, 열처리 시 상기 글라스 코어와 전극층 사이에서 층간 결합을 매개하는 융착 브레이징 계면을 형성하는 브레이징 접착층;을 포함하며,
    상기 브레이징 합금의 녹는점이 상기 글라스 코어의 녹는점 및 상기 전도성 메탈의 녹는점보다 낮은, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 글라스 코어는,
    두께 20 ~ 30㎛ 이며, 상온에서 높은 강도와 내식성, 투명성, 경도를 갖는 산화물 강화유리인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 글라스 코어는,
    붕규산 강화유리(Borosilicate glass) 또는 알루미노 규산염 강화유리(Aluminosilicate glass)인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 두께는 25 ~ 100㎚ 이며,
    상기 제2 두께는 100 ~ 1000㎚ 인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 브레이징 합금은 합금 전체 100 중량부(%)를 기준으로, 규소(Si) 함량이 12.5 ~ 12.6 중량부(%)이고 나머지가 알루미늄인 알루미늄-규소(Al-Si) 합금이고,
    상기 전도성 메탈은 구리(Cu)인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 브레이징 합금의 공융점(Eutectic point)보다 높고 상기 글라스 코어의 녹는점보다는 낮은 제1 온도범위로 유지되는 환원 분위기 또는 질소 분위기에서 열처리를 수행함으로써 상기 융착 브레이징 계면이 형성되는, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 온도범위는 577℃ 이상 600℃ 미만인, 브레이징 접착층을 갖는 반도체용 유리기판.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 글라스 코어에 형성되는 하나 이상의 미세 관통홀을 더 포함하며,
    상기 미세 관통홀의 내벽면에 상기 브레이징 접착층과 전극층이 형성되는, 반동체용 유리기판.
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