JP2018024571A - 孔を有するガラス基板の製造方法 - Google Patents

孔を有するガラス基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】所望の寸法の孔を有する所望の厚さのガラス基板を、高い歩留まりで製造する。【解決手段】直径φfの孔を有する厚さθfのガラス基板の製造方法であって、(1)被処理ガラス板の厚さθ1を定める工程と、(2)相互に対向する第1および第2の表面を有し、厚さθ1を有するガラス板を準備する工程と、(3)前記ガラス板の前記第1の表面の側からレーザ光を照射することにより、前記ガラス板に1または2以上の初期特徴物を形成する工程であって、前記初期特徴物は、前記第1の表面に直径φ1の寸法を有する、工程と、(4)前記初期特徴物を有するガラス板を湿式エッチングする工程であって、これにより、前記初期特徴物から、前記第1の表面に直径φfを有する孔が形成されるとともに、前記ガラス板の厚さがθ1から、目標値θfに調整される工程と、を有する製造方法。【選択図】図2

Description

本発明は、例えば、貫通孔または非貫通孔などの孔を有するガラス基板の製造方法に関する。
従来より、レーザ光照射技術を利用して、貫通孔または非貫通孔などの孔を有するガラス基板を製造する技術が知られている。
例えば、貫通孔を有するガラス基板を製造する場合、通常、
(A)第1および第2の表面を有し、第1の厚さを有するガラス板を準備する工程と、
(B)ガラス板の第1の表面の側からレーザ光を照射して、ガラス板に貫通孔を形成する工程と、
(C)ガラス板を湿式エッチングすることにより、前記貫通孔を所定の寸法に拡張する工程と、
が実施される。
ここで、(C)の工程を実施した場合、最終的に得られる貫通孔を所望の範囲の寸法に拡張することはできるものの、同時にガラス基板の厚さも減少してしまう。このため、ガラス基板の最終厚さが所定の範囲から逸脱してしまうという問題が生じ得る。
また、このような問題を回避するため、(B)の工程で、予め所定の寸法に近い貫通孔を形成しようとすると、ガラス板にクラックが生じる可能性が高くなり、生産の歩留まりが低下してしまう。
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、所望の寸法の孔を有する所望の厚さのガラス基板を、高い歩留まりで製造することが可能な方法を提供することを目的とする。
本発明では、直径φの孔を有する厚さθのガラス基板の製造方法であって、
(1)被処理ガラス板の厚さθを定める工程と、
(2)相互に対向する第1および第2の表面を有し、前記厚さθを有するガラス板を準備する工程と、
(3)前記ガラス板の前記第1の表面の側からレーザ光を照射することにより、前記ガラス板に1または2以上の初期特徴物を形成する工程であって、前記初期特徴物は、前記第1の表面に直径φの寸法を有する、工程と、
(4)前記初期特徴物を有するガラス板を湿式エッチングする工程であって、これにより、前記初期特徴物から、前記第1の表面に直径φを有する孔が形成されるとともに、前記ガラス板の厚さがθから、目標値θに調整される工程と、
を有する製造方法が提供される。
本発明では、所望の寸法の孔を有する所望の厚さのガラス基板を、高い歩留まりで製造することが可能な方法を提供することができる。
従来の貫通孔を有するガラス基板の製造方法における各工程の態様を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による、孔を有するガラス基板の製造方法のフローを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による、被処理ガラス板の厚さを定める方法のフローを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による、ダミーガラス板の一態様を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による、初期ダミー特徴物を有するダミーガラス板の一態様を模式的に示した図である。 エッチング量Eと貫通孔の直径φとの間の関係の一例を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による、被処理ガラス板の一態様を模式的に示した図である。 多数の初期特徴物が形成されたガラス板を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による、孔を有するガラス基板の別の製造方法のフローを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板の別の製造方法における一工程の態様を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板の別の製造方法における一工程の態様を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による、孔を有するガラス基板のさらに別の製造方法のフローを概略的に示した図である。 実施例1において得られたE−φ関係のグラフを示した図である。 実施例2において得られたE−φ関係のグラフを示した図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
(従来の貫通孔を有するガラス基板の製造方法)
まず、本発明の特徴をより良く理解するため、図1を参照して、従来の貫通孔を有するガラス基板の製造方法について簡単に説明する。
図1には、従来の貫通孔を有するガラス基板の製造方法における各工程の態様を模式的に示す。
従来の貫通孔を有するガラス基板の製造方法(以下、「従来方法」という)は、通常、
(A)第1および第2の表面を有し、第1の厚さを有するガラス板を準備する工程(第1の工程)と、
(B)ガラス板の第1の表面の側から、レーザ光を照射して、貫通孔を形成する工程(第2の工程)と、
(C)貫通孔を有するガラス板を湿式エッチングして、貫通孔の寸法を広げる工程(第3の工程)と、
を有する。
まず、第1の工程では、図1の(a)に示すように、第1の表面12および第2の表面14を有するガラス板10が準備される。ガラス板10は、厚さθを有する。ガラス板10の厚さθは、貫通孔を有するガラス基板の最終的な厚さ目標値θに設定される(従ってθ=θ)。
次に、第2の工程では、図1の(b)に示すように、ガラス板10に1または2以上の貫通孔(以降、「初期貫通孔」という)25が形成される。初期貫通孔25は、ガラス板10の第1の表面12の側からレーザ光を照射することにより形成される。初期貫通孔25は、ガラス板10の第1の表面12の側に第1の開口26aを有し、ガラス板10の第2の表面14の側に第2の開口26bを有する。
なお、通常の場合、初期貫通孔25は、ガラス板10の第1の表面12から第2の表面14に向かって径が細くなるような、テーパ形状で形成される。すなわち、第1の開口26aの直径>第2の開口26bの直径となる。
ただし、ここでは、簡単のため、初期貫通孔25の断面直径は、該初期貫通孔25の延伸方向に沿って一定(φ)であると仮定する。すなわち、初期貫通孔25の第1の開口26aの直径および第2の開口26bの直径は、いずれもφであると仮定する。
ここで、通常、レーザ光による加工のみでは、初期貫通孔25の直径φが所定の寸法に満たない場合がしばしば生じる。そこで、通常の場合、第3の工程(湿式エッチング工程)が引き続き実施される。
第3の工程により、ガラス板10が湿式エッチングされ、これにより、初期貫通孔25が所定の寸法にまで広げられる。例えば、図1の(c)に示した例では、ガラス板10の湿式エッチングにより、初期貫通孔25は、貫通孔35に変化する。すなわち、初期貫通孔25の第1の開口26aの寸法は、φからφに拡張される。
これにより、所望の寸法を有する貫通孔35を有するガラス基板30を製造することができる。
なお、このような従来方法において、第3の工程を省略するため、第2の工程において、レーザ加工により、予め所定の寸法を有する貫通孔(貫通孔35)を直接形成することが考えられる。しかしながら、レーザ光照射により、そのような大きな寸法の貫通孔を直接形成した場合、ガラス板10にクラックが生じる可能性が高くなり、生産の歩留まりが低下してしまう。従って、第3の工程を省略することは、生産性の観点から、現実的ではない。このため、従来方法において、第3の工程が省略されることはあまり想定されない。
ここで、従来方法では、図1(c)に示すように、第3の工程により、ガラス板10自身もエッチングされ、厚さがθからθに減少する。このため、製造後のガラス基板30の厚さθは、目標値であるθに満たなくなってしまうという問題が生じる。
なお、これまで、湿式エッチングによるガラス板10の厚さの変化量自体は、あまり大きくはなく、例えば数十μmオーダーであった。このため、これまではこのようなガラス板10の厚さ変化の問題が顕在することは少なかった。
しかしながら、貫通孔を有するガラス基板は、例えば半導体素子のガラスインターポーザ等に使用される。この分野では、近年、ガラス基板および貫通孔に対して、高い寸法精度が要求されるようになってきており、要求寸法精度は、しばしば数μmのオーダーとなる。従って、数十μmオーダーのレベルの厚さのずれに対しても、対策を講じることが必要になってきている。
また、上記問題は、貫通孔を有するガラス基板の製造方法に特有のものではなく、このような問題は、非貫通孔を有するガラス基板の製造方法においても同様に生じ得る。
これに対して、本発明の一実施形態では、
直径φの孔を有する厚さθのガラス基板の製造方法であって、
(1)被処理ガラス板の厚さθを定める工程と、
(2)相互に対向する第1および第2の表面を有し、前記厚さθを有するガラス板を準備する工程と、
(3)前記ガラス板の前記第1の表面の側からレーザ光を照射することにより、前記ガラス板に1または2以上の初期特徴物を形成する工程であって、前記初期特徴物は、前記第1の表面に直径φの寸法を有する、工程と、
(4)前記初期特徴物を有するガラス板を湿式エッチングする工程であって、これにより、前記初期特徴物から、前記第1の表面に直径φを有する孔が形成されるとともに、前記ガラス板の厚さがθから、目標値θに調整される工程と、
を有する製造方法が提供される。
このような製造方法では、工程(1)において、工程(4)におけるガラス板の湿式エッチング後に、ガラス基板の厚さが目標値θとなり、第1の表面の孔の直径がφとなるように、ガラス板の厚さθが定められる。
従って、本発明の一実施形態では、従来のような、湿式エッチング後にガラス基板の最終厚さが所定の範囲から逸脱してしまうという問題を、有意に解消することが可能になる。また、これにより、所望の寸法の孔を有する所望の厚さのガラス基板を、高い歩留まりで製造することが可能となる。
なお、本願において、「ガラス板」と「ガラス基板」とは、用語として使い分けられていることに留意する必要がある。(ただし、このことは、両用語が必ずしも異なる部材を表すことを意味するものではない。)
具体的には、「ガラス板」は、ガラス基板の製造のために供される原料(開始)部材、およびガラス基板の製造のためのいくつかの工程が実施された中間部材を表す。
一方、「ガラス基板」は、想定された一連の工程を完了した後に得られる、いわば完成されたガラス部材を意味する。例えば、本願において、最終目的の孔が形成されたガラス板は、ガラス基板と称される。ただし、この部材がそのまま「ガラス板」と称されることもある。よって、「ガラス板」は、「ガラス基板」を包含する用語である。
(本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板の製造方法)
次に、図2〜図8を参照して、本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板の製造方法の一例について説明する。
図2には、本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板の製造方法のフローを概略的に示す。
図2に示すように、本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板の製造方法(以下、「第1の製造方法」という)は、
(1)被処理ガラス板の厚さθを定める工程(工程S110)と、
(2)相互に対向する第1および第2の表面を有し、厚さθを有するガラス板を準備する工程(工程S120)と、
(3)前記ガラス板の前記第1の表面の側からレーザ光を照射することにより、前記ガラス板に1または2以上の初期特徴物を形成する工程であって、前記初期特徴物は、前記第1の表面に直径φの寸法を有する、工程(工程S130)と、
(4)前記初期特徴物を有するガラス板を湿式エッチングする工程であって、これにより、前記初期特徴物から、前記第1の表面に直径φを有する孔が形成されるとともに、前記ガラス板の厚さがθから、前記目標値θに調整される工程(工程S140)と、
を有する。
以下、図3〜図8を参照して、各工程について詳しく説明する。なお、ここでは、一例として、工程S140で形成される孔が貫通孔である例を説明する。従って、第1の製造方法が貫通孔を有するガラス基板を製造する方法である場合を想定して、各工程について説明する。ただし、以下の記載が、非貫通孔を有するガラス基板の製造方法にも同様に適用できることは、当業者には明らかである。
(工程S110)
まず、被処理ガラス板の厚さが定められる。
被処理ガラス板の厚さを定める方法としては、各種考えられる。以下、図3〜図6を参照して、その一例について説明する。
図3には、本発明の一実施形態による、被処理ガラス板の厚さを定める方法のフローを模式的に示す。また、図4〜図6には、図3に示した厚さを定める方法における一工程を説明するための模式図を概略的に示す。
図3に示すように、この被処理ガラス板の厚さを定める方法(以下、「厚さ算定方法」という)は、
(i)相互に対向する第1および第2のダミー表面を有するダミーガラス板に、前記第1のダミー表面の側からレーザ光を照射することにより、前記ダミーガラス板に、初期ダミー特徴物を形成する工程であって、前記初期ダミー特徴物は、前記第1のダミー表面に直径φの寸法を有する、工程(工程S111)と、
(ii)前記ダミーガラス板を湿式エッチングして、前記ダミーガラス板のエッチング量と、前記初期ダミー特徴物がエッチングされることにより形成される孔の、前記第1のダミー表面における直径との関係を把握する工程(工程S113)と、
(iii)前記関係から、前記第1のダミー表面に直径φの前記孔を得るためのエッチング量Eを定める工程(工程S115)と、
(iv)以下の式

θ=θ+E (1)式

から、被処理ガラス板の厚さθを定める工程(工程S117)と、
を有する。
以下、各工程について説明する。
(工程S111)
まず、ダミーガラス板が準備される。
ダミーガラス板の形状は、特に限られず、ダミーガラス板は、例えば矩形状であっても良く、円形状であっても良い。ただし、ダミーガラス板は、後述する被処理ガラス板と同じ組成を有する。
図4には、ダミーガラス板の一態様を模式的に示す。
図4に示すように、ダミーガラス板110は、相互に対向する第1の表面112および第2の表面114を有する。なお、以降の説明では、後述するガラス板との混同を避けるため、ダミーガラス板110に関する各用語を表す際に、「ダミー」と言う用語を付加して示す。従って、第1の表面112および第2の表面114は、それぞれ、第1のダミー表面112および第2のダミー表面114と表記される。
ダミーガラス板110は、厚さθを有する。厚さθは、後述する湿式エッチング処理によって完全に消失するような厚さでなければ、その値は、特に限られない。
次に、ダミーガラス板110の第1のダミー表面112の側から、レーザ光が照射される。これにより、ダミーガラス板110に初期ダミー特徴物が形成される。
ここで、「初期ダミー特徴物」とは、レーザ光照射によりダミーガラス板110に生じ得る、任意の構造を意味する。
例えば、「初期ダミー特徴物」は、貫通孔または非貫通孔のような「孔」であっても良い。
あるいは、「初期ダミー特徴物」は、ダミーガラス板110の第1のダミー表面112から第2のダミー表面114に向かって配列された、複数のボイドで構成されたボイド列であっても良い。
また、「初期ダミー特徴物」は、ダミーガラス板110の第1の表面112から第2の表面114に向かってライン状に形成された、改質層(「改質ライン」とも称される)であっても良い。
なお、初期ダミー特徴物130についての詳細は、後述する「初期特徴物」に関する説明を参照することにより、より良く理解することができる。
レーザ光は、ダミーガラス板110に、そのような初期ダミー特徴物を形成することができる限り、その種類および照射条件は限られない。例えば、初期ダミー特徴物が貫通孔または非貫通孔のような「孔」の場合、レーザ光は、例えばCOレーザまたはUVレーザ等であっても良い。また、例えば、初期ダミー特徴物がボイド列の場合、レーザ光は、例えばフェムト秒レーザ等であっても良い。さらに、初期ダミー特徴物が改質ラインの場合、レーザ光は、例えばピコ秒レーザ等であっても良い。
図5には、レーザ光照射により、ダミーガラス板110に初期ダミー特徴物130が形成された様子を示す。
なお、初期ダミー特徴物130の数は特に限られず、初期ダミー特徴物130は、2つ以上であっても良い。
初期ダミー特徴物130は、ダミーガラス板110の第1のダミー表面112に、特徴部分132を有する。
特徴部分132の形態は、初期ダミー特徴物130の種類によって変化する。例えば、特徴部分132は、孔の開口、ボイド、または改質領域である。
ここで、特徴部分132の直径をφとする。直径φは、特徴部分132の形態によっても変化するが、例えば、1μm〜100μmの範囲であっても良い。ただし、初期ダミー特徴物130が改質ラインの場合、特徴部分132の直径φは、1μm未満であっても良い。
(工程S113)
次に、初期ダミー特徴物130を有するダミーガラス板110が湿式エッチングされる。これにより、ダミーガラス板110の厚さが減少する。また、初期ダミー特徴物130が貫通孔に変化する。
この工程S113では、ダミーガラス板110が様々な厚さ減少量となるように、ダミーガラス板110を湿式エッチングすることにより、ダミーガラス板110のエッチング量E(厚さの減少量)と、孔の第1のダミー表面112における直径(換言すれば、湿式エッチング後の特徴部分132の直径)φとの間の関係が把握される。
図6には、エッチング量Eと、孔の第1のダミー表面112における直径φとの間の関係(以下、「E−φ関係」という)の一例を、模式的に示す。
図6に示した例では、エッチング量Eと孔の第1のダミー表面112における直径φの間には、一次、すなわち直線Aの相関がある。しかしながら、これは単なる一例であって、E−φ関係は、2次関数または指数関数など、より複雑な関係であっても良い。
なお、この工程では、ダミーガラス板110は、全体が湿式エッチングされても、第2のダミー表面114がマスキング(マスク処理)された状態で、湿式エッチングされても良い。マスキングは、例えばフィルムを貼る、レジストなどでコーティングするなどの処理を行えばよい。湿式エッチング後には、フィルムやコーティング層は除去すればよい。
(工程S115〜工程S117)
次に、図6に示すように、得られたE−φ関係から、貫通孔の第1のダミー表面112における直径(すなわち特徴部分132の直径)を、φからφにするためのエッチング量Eが算定される。
また、算定結果から、以下の(1)式に基づいて、

θ=θ+E (1)式

被処理ガラス板の厚さθが定められる。
以上のステップにより、被処理ガラス板の厚さθを算定することができる。
(工程S120)
次に、実際の処理に供されるガラス板が準備される。被処理用のガラス板(被処理ガラス板)は、前述の工程S110で定められた厚さθを有する。
なお、通常の場合、厚さθは、例えば、50μm〜1000μmの範囲である。
図7には、被処理ガラス板210の一態様を模式的に示す。ガラス板210は、相互に対向する第1の表面212および第2の表面214を有する。
図7に示した例では、ガラス板210は、略矩形状(例えば、パネル形状)の形態を有する。ただし、これは単なる一例であって、ガラス板210の形状は、特に限られず、例えば略円形状(例えば、ウェハ形状)であっても良い。
また、ガラス板210は、前述のダミーガラス板110と同じ組成を有する限り、その製造方法は特に限られない。例えば、ガラス板210は、フロート法、フュージョン法、およびダウンドロー法など、いかなる従来の方法で製造されても良い。
この中では、特に、ガラス板210の厚さの制御が容易に行えるという特徴を有するため、フュージョン法が好ましい。
例えば、フュージョン法では、単位時間当たりのフュージョンパイプから流出するガラスの体積をM(mm/sec)とし、鉛直方向における引張速度をv(mm/sec)とし、ガラス板の幅をW(mm)としたとき、ガラス板の厚さt(mm)は、

t=M/(W×v) (2)式

で表される。幅W、厚さtは、フュージョンパイプの流出口側のものとする。
従って、体積M、引張速度v、および幅Wを制御することにより、厚さtの制御を比較的容易に行うことができる。このように、フュージョン法では、厚さθのガラス板210を比較的容易に製造することができる。
(工程S130)
次に、ガラス板210の第1の表面212の側からレーザ光を照射することにより、ガラス板210に1または2以上の「初期特徴物」が形成される。
前述のように、「初期特徴物」とは、レーザ光照射によりガラス板210に生じ得る、任意の構造を意味する。
例えば、「初期特徴物」は、貫通孔または非貫通孔のような「孔」であっても良い。なお、そのような「孔」は、後の工程S140で形成される「孔」と区別するため、特に「初期孔」と称される。また、同様の理由から、この工程で形成される貫通孔および非貫通孔は、それぞれ、「初期貫通孔」および「初期非貫通孔」と称される。
あるいは、「初期特徴物」は、ガラス板210の第1の表面212から第2の表面214に向かって配列された、複数のボイドで構成されたボイド列であっても良い。
また、「初期特徴物」は、ガラス板210の第1の表面212から第2の表面214に向かってライン状に形成された、改質層であっても良い。そのような改質層は、「改質ライン」とも称される。
さらに、「初期特徴物」は、初期貫通孔、初期非貫通孔、ボイド列、および改質ラインから選択された、2以上を含んでも良い。
なお、この工程S130で使用されるレーザ光の種類および照射条件は、前述の工程S110においてダミーガラス板110に照射されたレーザ光の種類および照射条件と同じである。
例えば、初期特徴物が初期貫通孔または初期非貫通孔の場合、レーザ光は、例えばCOレーザまたはUVレーザ等であっても良い。また、例えば、初期特徴物がボイド列の場合、レーザ光は、例えばフェムト秒レーザ等であっても良い。さらに、初期特徴物が改質ラインの場合、レーザ光は、例えばピコ秒レーザ等であっても良い。
図8には、ガラス板210に多数の初期特徴物230が形成された状態を模式的に示す。
図8に示すように、各初期特徴物230は、ガラス板210の第1の表面212に、直径φの寸法を有するように形成される。換言すれば、各初期特徴物230は、ガラス板210の第1の表面212に、直径φの特徴部分232を有する。
例えば、初期特徴物230が貫通孔または非貫通孔の場合、特徴部分232は、第1の表面212に存在する直径φの開口となる。また、初期特徴物230が改質ラインの場合、特徴部分232は、第1の表面212に存在する直径φの改質領域となる。一方、初期特徴物230がボイド列の場合、特徴部分232は、第1の表面212に存在する直径φの開口または改質領域となる。
特徴部分232の直径φは、初期特徴物230の種類によっても変化するが、例えば、1μm〜100μmの範囲であっても良い。ただし、初期特徴物230が改質ラインの場合、特徴部分232の直径φは、1μm未満であっても良い。
なお、図8に示した例では、ガラス板210の第1の表面212には、等間隔に配置された7行×7列の初期特徴物230が形成されている。しかしながら、これは単なる一例であって、初期特徴物230の数、および配置の態様は特に限られないことに留意する必要がある。
(工程S140)
次に、初期特徴物230を有するガラス板210が湿式エッチングされる。これにより、初期特徴物230から貫通孔が形成される。
例えば、初期特徴物230が初期貫通孔の場合、湿式エッチングによって、初期特徴物230の断面が拡張され、より大きな貫通孔に変化する。また、初期特徴物230が初期非貫通孔の場合、湿式エッチングによって、非貫通孔は、第1の表面212から第2の表面214まで貫通する貫通孔に変化する。また、初期特徴物230がボイド列の場合、湿式エッチングによって、ボイド列を構成する各ボイドが接続され、第1の表面から第2の表面まで貫通する貫通孔が形成される。さらに、初期特徴物230が改質ラインの場合、湿式エッチングによって、改質部分が除去され、第1の表面212から第2の表面214まで貫通する貫通孔が形成される。
いずれの場合も、初期特徴物230の第1の表面212における直径は、特徴部分232の段階でのφからφに拡張される。
ここで、湿式エッチングの条件は、ガラス板210のエッチング量Eが前述のEとなるように選定される。(1)式から明らかなように、この場合、湿式エッチング処理により、ガラス板210の厚さθは、θに変化する。
また、湿式エッチング処理後に得られる貫通孔の第1の表面212における直径φは、前述のE−φ関係から、φと等しくなる。
その結果、湿式エッチング後には、第1の表面212において所望の貫通孔の直径(φ)を有する、所望の厚さ(θ)のガラス基板を得ることができる。
このように、第1の製造方法では、従来方法のような問題、すなわち孔の寸法を調整するための湿式エッチング工程の実施後に、ガラス基板の厚さが目標厚さθから逸脱してしまうという問題を、有意に解消または抑制することが可能となる。
なお、ガラス板(ガラス基板)の厚さは、マイクロメーターやレーザ変位計など一般的な寸法測定装置を用いて測定することができる。
初期特徴物の直径φや形成された孔の直径φは、レーザ顕微鏡や画像測定システム(例えば、ニコン社製のNEXIV)を用いて測定することができる。ここで、初期特徴物の上面から見た形状が正円でない場合は、最大径を直径φとする。
(本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板の別の製造方法)
前述のような第1の製造方法では、工程S120で準備されるガラス板210は、厚さを除き、工程S140後に得られるガラス基板と実質的に同等の寸法(以下、「縦横寸法」と称する)を有する(ただし、より正確には、厚さの減少分と相応の寸法減少が生じる)。換言すれば、ガラス板210の第1および第2の表面212、214の見かけの面積は、(湿式エッチングによる僅かの低下はあるものの、)ガラス基板に加工された後も、あまり変化しない。
一方、通常の場合、ガラス板の縦横寸法とガラス基板の縦横寸法とは、一致しない場合が多い。すなわち、通常は、工程の途中に、ガラス板を所定の寸法に切断して、ガラス板から1または2以上のガラスピースを採取する工程(切断工程)が実施される。
そこで、次に、図9〜図11を参照して、切断工程を含む本発明の一実施形態について説明する。
図9には、本発明の一実施形態による、孔を有するガラス基板の別の製造方法のフローを概略的に示す。また、図10〜図11には、本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板の別の製造方法における各工程の態様を模式的に示す。
図9に示すように、本発明の一実施形態による貫通孔を有するガラス基板の別の製造方法(以下、「第2の製造方法」という)は、
(1)被処理ガラス板の厚さθを定める工程(工程S210)と、
(2)相互に対向する第1および第2の表面を有し、厚さθを有するガラス板を準備する工程(工程S220)と、
(3)前記ガラス板の前記第1の表面の側からレーザ光を照射することにより、前記ガラス板に1または2以上の初期特徴物を形成する工程であって、前記初期特徴物は、前記第1の表面に直径φの寸法を有する、工程(工程S230)と、
(4)前記ガラス板を切断して、前記初期特徴物を含むガラスピースを得る工程(工程S240)と、
(5)前記初期特徴物を有するガラスピースを湿式エッチングする工程であって、これにより、前記初期特徴物から、前記第1の表面に直径φを有する孔が形成されるとともに、前記ガラスピースの厚さがθから、前記目標値θに調整される工程(工程S250)と、
を有する。
以下、図10〜図11を参照して、各工程について詳しく説明する。なお、ここでは、一例として、工程S250で形成される孔が貫通孔であり、従って、第2の製造方法が貫通孔を有するガラス基板を製造する方法である場合を想定して、各工程について説明する。ただし、以下の記載が、非貫通孔を有するガラス基板の製造方法にも同様に適用できることは、当業者には明らかである。
また、第2の製造方法において、工程S210〜工程230は、それぞれ、第1の製造方法における工程S110〜工程130と同様であり、前述の記載が参照できる。
そこで、ここでは、工程S240以降について説明する。
(工程S240)
第2の製造方法では、工程S230までの実施により、ガラス板に初期特徴物が形成される。
図10には、初期特徴物を有するガラス板の一態様を模式的に示す。
図10に示すように、ガラス板310は、相互に対向する第1の表面312および第2の表面314を有し、厚さはθである。
ガラス板310には、多数の初期特徴物330が形成されている。
ここで、ガラス板310の第1の表面312において、破線で囲まれた、複数の初期特徴物330を含む仮想領域を「被切断領域」と称する。「被切断領域」は、後に製造されるガラス基板の区画を定める目安となる。換言すれば、「被切断領域」は、最終的に製造されるガラス基板の寸法に合わせて配置される。
図10の例では、第1の表面312に、第1の被切断領域340a〜第4の被切断領域340dの4つの被切断領域が配置されている。
第1の被切断領域340aには、初期特徴物330が縦5列×横5行のマトリクス状に配置されており、第2の被切断領域340bには、初期特徴物330が縦15列×横5行のマトリクス状に配置されている。また、第3の被切断領域340cには、初期特徴物330が縦5列×横5行のマトリクス状に配置されており、第4の被切断領域340dには、初期特徴物330が縦15列×横5行のマトリクス状に配置されている。
しかしながら、これは、単なる一例に過ぎず、各被切断領域に含まれる初期特徴物330の数および配列方式は、特に限られない。典型的な例では、各被切断領域に、10,000個〜1,000,000個の範囲の初期特徴物330が存在する場合がある。
なお、各被切断領域に存在する初期特徴物330の数は、相互に異なっていても良い。
次に、ガラス板310が切断される。この際には、各被切断領域340a〜340dが相互に分離されるようにして、ガラス板310が切断される。換言すれば、ガラス板310は、切断後のガラスピースが、それぞれの被切断領域340a〜340dを有するように切断される。
切断方法は、ガラス板310が切断できれば特に限定されない。例えば、ガラス板310は、ダイアモンドホイールにより切断されても良い。
図11には、ガラス板310の切断後の状態を模式的に示す。
図11に示すように、ガラス板310の切断により、ガラスピース350a〜350dが採取される。より具体的には、ガラス板310を第1の被切断領域340aを含むように、またはこれと一致する位置で切断することにより、第1のガラスピース350aが採取される。同様に、ガラス板310を第2の被切断領域340bを含むように、またはこれと一致する位置で切断することにより、第2のガラスピース350bが採取され、ガラス板310を第3の被切断領域340cを含むように、またはこれと一致する位置で切断することにより、第3のガラスピース350cが採取され、ガラス板310を第4の被切断領域340dを含むように、またはこれと一致する位置で切断することにより、第4のガラスピース350dが採取される。なお、図11では略矩形状(例えば、パネル形状)のガラスピースを採取する例を示したが、採取される形状は特に限定されず、略円形状(例えば、ウェハ形状)であってもよい。
(工程S250)
その後は、各ガラスピース350a〜350dに対して、前述の工程S140において説明したような、湿式エッチング工程が実施される。
採取された各ガラスピース350a〜350dを湿式エッチングすることにより、切断面が面取りされるとともに、ガラス基板の強度が向上する。
以上の工程により、第1の表面312において所望の貫通孔の直径(φ)を有し、所望の厚さ(θ)のガラス基板を製造することができる。
このような第2の製造方法においても、従来方法のような問題、すなわち孔の寸法を調整するための湿式エッチング工程の実施後に、ガラス基板の厚さが目標厚さθから逸脱してしまうという問題を、有意に解消または抑制することができる。
ここで、ガラス板にレーザ光を照射して、初期特徴物を形成する場合、レーザ加工中のガラス板の移動を抑制するため、しばしば吸着テーブルが利用される。吸着テーブルは、上部にガラス板を吸引固定する機能を有する。このため、吸着テーブル上でガラス板のレーザ加工を実施することにより、ガラス板の加工中の移動が抑制され、所定の位置に初期特徴物を形成することができる。
しかしながら、一般に、孔を有するガラス基板の寸法は、用途によって様々であり、そのため、従来の一般的な方法で孔を有するガラス基板を製造する場合、ガラス基板の寸法に適応した各種寸法の吸着テーブルが必要となる。そのような吸着テーブルの製造には、相応の時間およびコストが必要となり、その結果、ガラス基板の製造効率および製造コストが上昇してしまうという問題がある。
これに対して、第2の製造方法では、最終的に必要なガラス基板の寸法に関わらず、工程S230においてレーザ加工されるガラス板として、常に同じ寸法のガラス板を使用することができる。ガラス板は、工程S240において、ガラス基板の寸法に対応するガラスピースとして分離されるためである。
従って、第2の製造方法では、従来のように、様々な吸着テーブルを準備する必要がなくなる。すなわち、第2の製造方法では、ガラス板に適合する寸法を有する一つの吸着テーブルを準備しておけば、この吸着テーブルにより、いかなる寸法のガラス基板も製造することができる。
その結果、第2の製造方法では、ガラス基板の製造効率および製造コストを有意に抑制することが可能となる。
(本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板のさらに別の製造方法)
次に、図12を参照して、本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板のさらに別の製造方法の一例について説明する。
図12には、本発明の一実施形態による孔を有するガラス基板のさらに別の製造方法のフローを概略的に示す。
図12に示すように、本発明の一実施形態による貫通孔を有するガラス基板のさらに別の製造方法(以下、「第3の製造方法」という)は、
(1)被処理ガラス板の厚さθを定める工程(工程S310)と、
(2)相互に対向する第1および第2の表面を有し、厚さθを有するガラス板を準備する工程(工程S320)と、
(3)前記ガラス板の前記第1の表面の側からレーザ光を照射することにより、前記ガラス板に1または2以上の初期特徴物を形成する工程であって、前記初期特徴物は、前記第1の表面に直径φの寸法を有する、工程(工程S330)と、
(4)前記初期特徴物を有するガラス板を湿式エッチングする工程であって、これにより、前記初期特徴物から、所望の開口寸法を有する孔が形成されるとともに、前記ガラス板の厚さがθから、目標値θに調整される工程(工程S340)と、
(5)前記ガラス板を切断して、前記孔を含むガラス基板を得る工程(工程S350)と、
を有する。
この第3の製造方法は、前述の図9〜図11を参照して示した第2の製造方法とほぼ同様の工程を有する。ただし、第3の製造方法では、ガラス板を切断してガラス基板を得る工程(工程S350)が、湿式エッチング(工程S340)後に実施される点で、前述の第2の製造方法とは異なっている。
第3の製造方法における各工程S310〜S350は、前述の第2の製造方法における各工程から明らかである。そのため、第3の製造方法における各工程の詳細な説明は、省略する。
第3の製造方法においても、従来方法のような問題、すなわち孔の寸法を調整するための湿式エッチング工程の実施後に、ガラス基板の厚さが目標厚さθから逸脱してしまうという問題を、有意に解消または抑制することができる。
また、第3の製造方法においても、第2の製造方法の場合と同様の効果、すなわち従来のように、様々な吸着テーブルを準備する必要がなくなり、ガラス基板の製造効率および製造コストを有意に抑制することができるという効果を得ることができる。
なお、第3の製造方法において、(4)の工程と(5)の工程の間に、孔内に充填材を設置する工程を実施しても良い。
充填材は、導電性材料を有する。導電性材料は、例えば、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、ネオジム、モリブデン、および/またはタングステン、あるいはこれらを含む合金で構成されても良い。例えば、導電性材料は、アルミニウム−ネオジム合金またはモリブデン−タングステン合金で構成されても良い。
孔に充填材を充填する方法は、特に限られない。例えば、充填材は、無電解めっき法により、孔に充填されても良い。あるいは、充填材は、導電性ペーストや導電性微粒子のスクリーン印刷法により、孔に充填されても良い。
この段階で、孔内に充填材を設置する工程を実施することにより、(5)の工程後に採取された各ガラス基板毎に充填材の充填工程を実施する必要がなくなるため、効率的な充填処理が可能となる。また、これにより、製造効率および製造コストをよりいっそう抑制することが可能となる。
以上、第1の製造方法〜第3の製造方法を参照して、本発明の一実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、これらの形態に限られるものではない。
例えば、上記の説明例では、最終的に、貫通孔を有するガラス基板が製造される。
しかしながら、これとは別に、最終的に、非貫通孔を有するガラス基板が製造されても良い。この場合、初期特徴物は、初期非貫通孔、ボイド列、または改質ラインであっても良い。
例えば、初期特徴物が初期非貫通孔の場合、湿式エッチングによって、初期非貫通孔は、第1の表面により大きな開口を有する非貫通孔に変化しても良い。また、初期特徴物がボイド列の場合、湿式エッチングによって、ボイド列を構成する各ボイドが接続され、非貫通孔が形成されても良い。さらに、初期特徴物が改質ラインの場合、湿式エッチングによって、改質部分が除去され、非貫通孔が形成されても良い。
この他にも、各種変更が可能である。
次に、本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
以下の方法により、非貫通孔を有するガラス基板を製造した。非貫通孔の第1の表面における直径(大きい方の開口の直径)は、40μmを目標とした(φ=40μm)。また、ガラス基板の厚さは、200μmを目標とした(θ=200μm)。
まず、縦50mm×横50mm×厚さ0.3mmのダミーガラス板(無アルカリガラス)を準備した。
このダミーガラス板に、第1の表面の側からレーザ光を照射し、初期非貫通孔を形成した。レーザ光の照射条件は、以下の通りである:
レーザ種:YAGレーザ(波長355μm)
レーザ出力10W。
初期非貫通孔の第1の主表面の開口の直径(φ)は、約12μmであった。
次に、各種条件でダミーガラス板を湿式エッチング処理し、エッチング量(厚さの減少量)Eと非貫通孔の開口直径φとの関係、すなわちE−φ関係を求めた。
なお、ダミーガラス板は、第2の主表面をマスク処理した状態で、湿式エッチング処理に供した。従って、ガラス板の第2の主表面は、エッチングされていない。
図13には、得られたE−φ関係のグラフを示す。
このグラフから、エッチング量Eと非貫通孔の開口の直径φとの間には、一次の関係が成立することがわかった。また、この結果から、直径φ=40μmのガラス基板を得るためには、約16μmのエッチング量(E)が必要であることがわかった。
この結果に基づき、(1)式

θ=θ+E (1)式

に従って準備するガラス板の厚さ(θ)を求めると、θ=216μmとなった。
そこで、次に、縦300mm×横300mm×厚さ(θ)216μmのガラス板(無アルカリガラス)を準備した。
また、このガラス板に対して、第1の表面の側からレーザ光を照射して、初期非貫通孔を形成した。レーザ光の照射条件は、ダミーガラス板において使用したものと同じとした。
初期非貫通孔の第1の表面における開口は、直径約12μmであった。
次に、このガラス板の第2の表面をマスキングした状態で、ガラス板を湿式エッチング処理した。湿式エッチングの条件は、エッチング量EがE(=16μm)となる条件とした。
湿式エッチング処理の後に、得られたガラス基板の厚さを測定したところ、厚さは、200μmであった。また、非貫通孔の第1の表面における開口の直径は、約40μmであった。
このように、所望の厚さθを有し、所望の直径φの非貫通孔を有するガラス基板が製造された。
(実施例2)
貫通孔を有するガラス基板を製造した。貫通孔の第1の表面における直径(大きい方の開口の直径)は、40μmを目標とした(φ=40μm)。また、ガラス基板の厚さは、200μmを目標とした(θ=200μm)。
まず、縦50mm×横50mm×厚さ0.3mmのダミーガラス板(無アルカリガラス)を準備した。
このダミーガラス板に、第1の表面の側からレーザ光を照射し、初期貫通孔を形成した。レーザ光の照射条件は、以下の通りである:
レーザ種:YAGレーザ(波長355μm)
レーザ出力10W。
初期貫通孔の第1の主表面の開口の直径(φ)は、約12μmであった。
次に、各種条件でダミーガラス板を湿式エッチング処理し、エッチング量(厚さの減少量)Eと貫通孔の開口直径φとの関係、すなわちE−φ関係を求めた。
なお、ダミーガラス板は、第2の主表面をマスク処理せず、全体を湿式エッチング処理した。
図14には、得られたE−φ関係のグラフを示す。
このグラフから、エッチング量Eと貫通孔の開口の直径φとの間には、一次の関係が成立することがわかった。また、この結果から、直径φ=40μmのガラス基板を得るためには、約32μmのエッチング量(E)が必要であることがわかった。
この結果に基づき、(1)式

θ=θ+E (1)式

に従って準備するガラス板の厚さ(θ)を求めると、θ=232μmとなった。
そこで、次に、縦300mm×横300mm×厚さ(θ)232μmのガラス板(無アルカリガラス)を準備した。
また、このガラス板に対して、第1の表面の側からレーザ光を照射して、初期貫通孔を形成した。レーザ光の照射条件は、ダミーガラス板において使用したものと同じとした。
初期貫通孔の第1の表面における開口は、約12μmの直径を有した。
次に、このガラス板全体を湿式エッチング処理した。湿式エッチングの条件は、エッチング量EがE(=32μm)となる条件とした。
湿式エッチング処理の後に、得られたガラス基板の厚さを測定したところ、厚さは、200μmであった。また、貫通孔の第1の表面における開口の直径は、約40μmであった。
このように、所望の厚さθを有し、所望の直径φの貫通孔を有するガラス基板が製造された。
本発明は、例えば、ガラス基板に孔を形成する技術に利用することができる。また、本発明は、例えば、貫通電極を備えるガラス基板用のガラス基板の製造方法やインターポーザ(ガラスインターポーザ)用のガラス基板の製造方法に利用することができる。例えば、ガラス基板に形成する孔が貫通孔の場合、そのようなガラス基板の貫通孔に貫通電極を形成することにより、貫通電極付きガラス基板、およびインターポーザ(ガラスインターポーザ)を製造することができる。例えば、ガラス基板に形成する孔が非貫通孔の場合、そのようなガラス基板の孔内に貫通電極となる充填材を設置する前または設置した後に、研磨や研削などによりガラス基板を薄型化して、貫通電極付きガラス基板、およびインターポーザを製造することができる。
10 ガラス板
12 第1の表面
14 第2の表面
25 初期貫通孔
26a 第1の開口
26b 第2の開口
30 ガラス基板
35 貫通孔
110 ダミーガラス板
112 第1のダミー表面
114 第2のダミー表面
130 初期ダミー特徴物
132 特徴部分
210 ガラス板
212 第1の表面
214 第2の表面
230 初期特徴物
232 特徴部分
310 ガラス板
312 第1の表面
314 第2の表面
330 初期特徴物
340a 第1の被切断領域
340b 第2の被切断領域
340c 第3の被切断領域
340d 第4の被切断領域
350a〜350d ガラスピース

Claims (10)

  1. 直径φの孔を有する厚さθのガラス基板の製造方法であって、
    (1)被処理ガラス板の厚さθを定める工程と、
    (2)相互に対向する第1および第2の表面を有し、前記厚さθを有するガラス板を準備する工程と、
    (3)前記ガラス板の前記第1の表面の側からレーザ光を照射することにより、前記ガラス板に1または2以上の初期特徴物を形成する工程であって、前記初期特徴物は、前記第1の表面に直径φの寸法を有する、工程と、
    (4)前記初期特徴物を有するガラス板を湿式エッチングする工程であって、これにより、前記初期特徴物から、前記第1の表面に直径φを有する孔が形成されるとともに、前記ガラス板の厚さがθから、目標値θに調整される工程と、
    を有する製造方法。
  2. 前記(1)の工程は、
    (i)前記ガラス板と同じ組成を有し、相互に対向する第1および第2のダミー表面を有するダミーガラス板に、前記第1のダミー表面の側から、前記(3)の工程と同じ条件で、前記レーザ光を照射することにより、前記ダミーガラス板に、初期ダミー特徴物を形成する工程であって、前記初期ダミー特徴物は、前記第1のダミー表面に直径φの寸法を有する、工程と、
    (ii)前記ダミーガラス板を湿式エッチングして、前記ダミーガラス板のエッチング量と、前記初期ダミー特徴物がエッチングされることにより形成される孔の、前記第1のダミー表面における直径との関係を把握する工程と、
    (iii)前記関係から、前記第1のダミー表面に直径φの前記孔を得るためのエッチング量Eを定める工程と、
    (iv)以下の式

    θ=θ+E

    から、前記被処理ガラス板の厚さθを定める工程と、
    を有し、
    前記(4)の工程では、前記エッチング量Eで前記ガラス板がエッチングされる、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記初期特徴物は、初期貫通孔、初期非貫通孔、ボイド列、および改質ラインからなる群から選定された少なくとも一つである、請求項1に記載の製造方法。
  4. 前記孔は、貫通孔または非貫通孔である、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の製造方法。
  5. 前記(2)の工程における前記ガラス板の寸法は、前記ガラス基板の寸法よりも大きく、
    さらに、前記(3)の工程と(4)の工程の間に、
    (5−1)前記ガラス板を切断して、前記初期特徴物を含むガラスピースを得る工程
    を有し、
    前記(4)の工程では、前記(5−1)で得られた前記ガラスピースが湿式エッチングされる、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の製造方法。
  6. 前記(2)の工程における前記ガラス板の寸法は、前記ガラス基板の寸法よりも大きく、
    さらに、前記(4)の工程の後に、
    (5−2)前記ガラス板を切断して、前記孔を含むガラス基板を得る工程
    を有する、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の製造方法。
  7. 前記(2)の工程では、フュージョン法により、前記ガラス板が製造される、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の製造方法。
  8. 単位時間当たりのフュージョンパイプから流出するガラスの体積をM(mm/sec)とし、鉛直方向における引張速度をv(mm/sec)とし、ガラス板の幅をW(mm)としたとき、ガラス板の厚さt(mm)は、

    t=M/(W×v) (2)式

    で表され、前記体積M、引張速度v、および幅Wの少なくとも一以上を制御することにより、前記厚さθを調整する、請求項7に記載の製造方法。
  9. 前記ガラス基板が貫通電極付きガラス基板用のガラス基板である、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の製造方法。
  10. 前記ガラス基板がガラスインターポーザ用のガラス基板である、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の製造方法。
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