特許 7380208 貫通孔とくり抜き部を有するガラス基板とその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】貫通孔とくり抜き部を有するガラス基板とその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20231108BHJP

   C03B 33/09 20060101ALI20231108BHJP

   C03C 15/00 20060101ALI20231108BHJP

   B23K 26/382 20140101ALI20231108BHJP

   H01L 23/15 20060101ALI20231108BHJP

   B23K 26/53 20140101ALN20231108BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 Z

C03B33/09

C03C15/00 Z

B23K26/382

H01L23/14 C

B23K26/53

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019237339

(22)【出願日】2019-12-26

(65)【公開番号】P2021106229

(43)【公開日】2021-07-26

【審査請求日】2022-08-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】礒部 衛

(72)【発明者】

【氏名】堀内 浩平

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０９２１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２０６８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９９６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６１３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９６４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２２６５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１１９７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８９０８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｃ０３Ｂ ３３／０９

Ｃ０３Ｃ １５／００

Ｂ２３Ｋ ２６／３８２

Ｈ０１Ｌ ２３／１５

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の主面および第２の主面を有し、少なくとも１つのくり抜き部と、前記くり抜き部の周囲に形成された少なくとも１つの貫通孔を有し、
前記くり抜き部の前記第１の主面に垂直な断面において、前記くり抜き部の内部の最小径は、前記第１の主面および前記第２の主面における開口径より小さく、
前記くり抜き部の内部の最小径と前記第１の主面の開口径の差は、１μｍ以上、３０μｍ以下である、半導体パッケージ用ガラス基板。

【請求項2】

前記くり抜き部の前記第１の主面に垂直な断面において、前記くり抜き部の第１の主面における開口部はすり鉢形状を有する、請求項１に記載の半導体パッケージ用ガラス基板。

【請求項3】

前記くり抜き部の内壁は、鋸歯形状を有し、前記鋸歯形状は、前記第１の主面における平面視において、円弧状の溝部と、相互に接続する前記円弧状の溝部の間に形成される突起部が、交互に繰り返す形状である、請求項１または２に記載の半導体パッケージ用ガラス基板。

【請求項4】

前記鋸歯形状の、前記第１の主面における前記突起部同士の間隔Ｐ１は、１５μｍ以上である、請求項３に記載の半導体パッケージ用ガラス基板。

【請求項5】

前記第１の主面における、前記突起部同士の間隔Ｐ１と、前記貫通孔の開口直径ｄ１の間に、下記関係式１が成り立つ、請求項３または４に記載の半導体パッケージ用ガラス基板。

Ｐ１＜０．８・ｄ１ （式１）

【請求項6】

前記鋸歯形状の、前記第１の主面における前記溝部の深さＷ１は、０．５μｍ以上、１０μｍ以下である、請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体パッケージ用ガラス基板。

【請求項7】

前記くり抜き部の前記第１の主面における開口中心の位置精度は、前記貫通孔から選ばれる任意の一つの貫通孔の前記第１の主面における開口中心を基準とした時、１０μｍ以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体パッケージ用ガラス基板。

【請求項8】

半導体パッケージ用ガラス基板の製造方法であって、
第１の主面および第２の主面を有するガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板の第１の主面における貫通孔形成予定位置およびくり抜き予定形状の輪郭にレーザを照射する工程と、
前記ガラス基板をエッチングし、貫通孔を形成およびくり抜き部を形成する工程と、
を備え、
前記レーザは波長４００ｎｍ以下のパルスレーザであり、
前記くり抜き予定形状の輪郭に沿ってレーザを照射することで、初期孔を形成し、前記初期孔同士の間隔が、１５μｍ以上である、半導体パッケージ用ガラス基板の製造方法。

【請求項9】

前記レーザのパルス幅は１ｎｓｅｃ以上、１０００ｎｓｅｃ未満である、請求項８に記載の半導体パッケージ用ガラス基板の製造方法。

【請求項10】

前記ガラス基板は、エッチング溶液に浸漬し、超音波エッチングされる、請求項８または９に記載の半導体パッケージ用ガラス基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、貫通孔とくり抜き部を有するガラス基板とその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、インターポーザと呼ばれる貫通電極を有する基板を用いて、複数の半導体チップを搭載し相互接続した、２．５Ｄデバイス、３Ｄデバイスと呼ばれる半導体の積層デバイスの開発が進んでいる。インターポーザの材料としては、シリコン、ガラス、有機材料、セラミックなどが検討されており、特にガラスは、平坦性や熱安定性、また電気的な絶縁性に優れている。

【0003】

また、これらのインターポーザ用ガラスに貫通電極用の貫通孔を形成する技術として、レーザ照射によるものが知られている（例えば特許文献１）。

【0004】

このようなガラスインターポーザでは、ガラス基板の主表面上に半導体チップを配置するデザインが主流であった。しかしながら、近年、半導体デバイスの更なる薄型化、高周波における誘電損失の更なる低減が求められている。そこで、非特許文献１のように、ガラス基板中に形成した凹部や貫通部（以下、合わせてくり抜き部と称する）に半導体チップを埋め込むことで、薄型化し、配線長さを短縮したインターポーザデザインが提案されている（非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１７－５１０５３１号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ Ｒａｖｉｃｈａｎｄｒａｎ ｅｔ ａｌ．２０１９， "Ｌｏｗ－Ｃｏｓｔ Ｎｏｎ－ＴＳＶ ｂａｓｅｄ ３Ｄ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ Ｇｌａｓｓ Ｐａｎｅｌ Ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ （ＧＰＥ） ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ， Ｈｉｇｈ－Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ", ＩＥＥＥ ６９ｔｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ１７９６－ｐ１８０２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このような半導体チップ埋め込み型のインターポーザでは、くり抜き部に半導体チップを埋め込む際に、くり抜き部内部に樹脂材料を充填することがある。そこで、充填する樹脂材料とガラス基板の結合を強め、半導体チップが抜け落ちないようにする必要がある。

【0008】

以上の背景を鑑みて、本願では、充填樹脂材料とガラス基板の結合を高められる半導体パッケージ用ガラス基板と、その製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、第１の主面および第２の主面を有し、少なくとも１つのくり抜き部と、前記くり抜き部の周囲に形成された少なくとも１つの貫通孔を有し、
前記くり抜き部の前記第１の主面に垂直な断面において、前記くり抜き部の内部の最小径は、前記第１の主面および前記第２の主面における開口径より小さい、半導体パッケージ用ガラス基板、を提供する。

【0010】

また、本発明は、第１の主面および第２の主面を有するガラス基板を準備する工程、前記ガラス基板の第１の主面における貫通孔形成予定位置および、くり抜き予定形状の輪郭にレーザを照射する工程と、前記ガラス基板をエッチングし、貫通孔およびくり抜き部を形成する工程と、を備えた半導体パッケージ用ガラス基板の製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0011】

本発明の半導体パッケージ用ガラス基板を用いれば、充填する樹脂材料がくり抜き部から抜け落ちることなく、半導体パッケージが製造できる。また、本発明の製造方法によれば、そのような半導体パッケージ用ガラス基板を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態における半導体パッケージ用ガラス基板の上面および断面の模式図である。

【図2】第１の実施形態におけるくり抜き部のガラス基板の第１の主面におけるすり鉢形状を示す断面の模式図である。

【図3】第１の実施形態におけるくり抜き部の内壁が鋸歯形状を有する半導体パッケージ用ガラス基板の上面の模式図である。

【図4】第１の実施形態における鋸歯形状の拡大図である。

【図5】第１の製造方法における製造フローである。

【図6】第１の製造方法のレーザ照射工程において初期孔が形成されたガラス基板の上面の模式図である。

【図7】第１の製造方法のレーザ照射工程で用いられるレーザ照射装置の模式図である。

【図8】第２の製造方法における製造フローである。

【図9】実施例における上面図である。

【図10】実施例における断面図である。

【図11】実施例における上面図である。

【図12】実施例における上面図である。

【図13】実施例における上面図である

【発明を実施するための形態】

【0013】

（半導体パッケージ用ガラス基板の第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における半導体パッケージ用ガラス基板は、第１の主面および第２の主面を有し、少なくとも１つのくり抜き部と、前記くり抜き部の周囲に形成された少なくとも１つの貫通孔を有し、前記くり抜き部の前記第１の主面に垂直な断面において、前記くり抜き部の内部の最小径は、前記第１の主面および前記第２の主面における開口径より小さいことを特徴とする。以下で、図１を用いて詳細の構成を説明する。

【0014】

図１には、半導体パッケージ用ガラス基板１００の第１の主面側の上面図、およびＡＡ'断面における断面図を示した。図１に示すように、半導体パッケージ用ガラス基板１００は、くり抜き部１０１と、貫通孔１０２を有する。

【0015】

半導体パッケージ用ガラス基板１００に用いられるガラスの材質は、特に限られないが、例えばソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、無アルカリガラス、石英、サファイアガラス、結晶化ガラス等が用いられる。また、ガラスはＴｉ、Ｃｕなどの着色成分を含んでいても、含んでいなくても良いが、好ましくは着色成分を含まない。

【0016】

半導体パッケージ用ガラス基板１００の厚さは特に限られないが、例えば０．０５ｍｍ～３ｍｍの範囲である。半導体パッケージの薄型化という観点から、半導体パッケージ用ガラス基板１００の厚さは好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．７ｍｍ以下のものが用いられる。一方、半導体パッケージの強度や誘電特性を保つために、半導体パッケージ用ガラス基板１００の厚さは好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．２ｍｍ以上のものが用いられる。

【0017】

半導体パッケージ用ガラス基板１００の熱膨張係数は、５～２００℃の測定範囲において、好ましくは５・１０^－６／Ｋ以下であると、後述する第１の製造方法において、ＵＶレーザ加工時に貫通孔の周囲にクラックが発生しにくい。一方、熱膨張係数は３～１５・１０^－６／Ｋであると、基板上や貫通孔に形成される配線に用いられる金属が剥離しにくいため、好ましい。

【0018】

半導体パッケージ用ガラス基板１００の誘電正接は、好ましくは１０ＧＨｚ付近の共振周波数において、０．００６以下である。誘電正接は、より好ましくは０．００３以下である。これにより、高周波用の半導体パッケージであっても、誘電損失を小さくできるため、好ましい。

【0019】

半導体パッケージ用ガラス基板１００は、少なくとも一つのくり抜き部１０１を有する。更に、半導体パッケージ用ガラス基板１００は、くり抜き部１０１の周囲に少なくとも一つの貫通孔１０２を有する。図１の上面図では、くり抜き部１０１が略矩形状の場合を示した。くり抜き部１０１の形状はこれに限られず、埋め込む半導体チップの形状に合わせて任意の形状が選択される。また、図１の上面図では、半導体パッケージ用ガラス基板１００が１つのくり抜き部１０１と、２つの貫通孔１０２を有する場合を示したが、くり抜き部１０１と貫通孔１０２の数はこれに限られず、複数のくり抜き部１０１と複数の貫通孔１０２を含んでいてもよい。

【0020】

ここで、図１の断面図を用い、くり抜き部１０１と貫通孔１０２の特徴について説明する。

【0021】

図１の断面図に示すように、くり抜き部１０１は狭窄部を有する形状をとり、第１の主面の開口径Ｄ１と、内部の最小径Ｄ２を有する。この時、第１の主面の開口径Ｄ１は、内部の最小径Ｄ２よりも大きい。このようにすることで、くり抜き部１０１内に半導体チップを入れ、樹脂で埋める際に、樹脂がくり抜き部１０１から抜け落ちにくくできる。好ましくは、第１の主面の開口径Ｄ１と内部の最小径Ｄ２の差は、１μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であると、樹脂の抜け落ちを有意に抑制できる。一方、第１の主面の開口径Ｄ１と内部の最小径Ｄ２の差は、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２５μｍ以下であり、更に好ましくは２０μｍ以下である。半導体パッケージを製造する際、くり抜き部１０１に配置する半導体チップの位置は狭窄部より制限され、Ｄ１とＤ２の差が、くり抜き部１０１の開口部の縁から半導体チップ本体までの距離になる。従って、Ｄ１とＤ２の差を上記範囲にすることで、くり抜き部１０１周囲に形成した貫通孔１０２と、半導体チップとの距離の増大を抑制し、配線長さを短くできるため、電気的損失を小さくできる。また、Ｄ１とＤ２の差が上記範囲であるガラス基板１００は後述する製造方法において、エッチング工程でくり抜き部１０１を短時間で分離できるため好ましい。

【0022】

ここで、くり抜き部１０１の第１の主面、第２の主面における開口部はすり鉢形状１０４を有することが好ましい。図２には、第１の主面におけるくり抜き部１０１の開口部の断面図を模式的に示した。すり鉢形状１０４とは、第１の主面の平面部１０３から、くり抜き部内壁１０５にかけて連続する曲面形状を指す。このような形状を有することで、半導体チップを埋め込む際に使用する樹脂がより抜け落ちにくくなるため、好ましい。

【0023】

更に、くり抜き部１０１の内壁は、鋸歯形状を有することが好ましい。図３には、くり抜き部１０１の内壁が鋸歯形状を有する際の、第１の主面の側からの上面図を示した。図４には、図３の鋸歯形状の拡大図を示した。鋸歯形状とは、図３、４ｑに示すように、第１の主面における平面視において、円弧状の溝部と、隣り合う円弧上の溝部同士が相互に接続し、その間に形成される突起部が、交互に繰り返す形状を指す。くり抜き部１０１の内壁が鋸歯形状を有することにより、くり抜き部１０１の内壁と半導体チップを埋め込む樹脂材料との接触面積が増加し、また、くり抜き部１０１の内壁のアンカー効果により樹脂材料が保持されるため、樹脂の抜け落ちを抑制でき、好ましい。なお、溝部の形状は略円弧状であり、完全な円弧でなくても同様の効果が得られる。

【0024】

ここで、図４に示すように、鋸歯形状の繰り返し間隔、すなわち突起部同士の間隔をＰ１、前記円弧上の溝部の底から突起部の頂点までの距離を溝部の深さＷ１と称する。この時、突起部同士の間隔Ｐ１は、好ましくは１５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上である。突起部同士の間隔が上記範囲であると、アンカー効果が生じやすく、樹脂を固定できる。

【0025】

一方、貫通孔１０２の第１の主面の開口直径をｄ１とすると、前記突起部同士の間隔Ｐ１と、貫通孔の開口直径ｄ１の間には、下記関係式（１）が成り立つことが好ましい。
Ｐ１＜０．８・ｄ１ ・・・（１）
Ｐ１が式（１）の範囲であると、以下で述べる製造時のエッチング工程において、くり抜き部を形成しやすい。

【0026】

溝部の深さＷ１は、好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上であると、樹脂の抜け落ちを抑制しやすい。溝部の深さＷ１は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下であると、くり抜き部１０１と貫通孔１０２の距離を短くでき、電気的損失を小さくできるため、好ましい。

【0027】

更に、溝部の円弧形状は、好ましくは曲率半径２０μｍ以上、１００μｍ以下である。

【0028】

また、図１の断面図に示すように、貫通孔１０２は狭窄部を有する形状であってもよく、第１の主面の開口径ｄ１と、内部の最小径ｄ２を有する 。この時、第１の主面の開口径ｄ１は、内部の最小径ｄ２よりも大きいことが好ましい。貫通孔１０２に導電材料を充填し、貫通電極を作成する際、まず内壁に蒸着法やディップ法などで薄膜をつけ、薄膜を核として電解めっきなどで成長させることができる。ｄ１＞ｄ２とすることで、貫通孔の内壁に核となる薄膜を形成しやすくなる。より好ましくは、第１の主面の開口径ｄ１と内部の最小径ｄ２の差は、１μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であると、上記効果が得られやすい。一方、第１の主面の開口径ｄ１と内部の最小径ｄ２の差は、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下であり、更に好ましくは１０μｍ以下である。ｄ１とｄ２の差が上記範囲であると、貫通電極において、狭窄部での電気抵抗の増加を抑制し、所望の電気的特性が得られる。

【0029】

また、半導体パッケージでは、くり抜き部１０１に半導体チップを埋め込み、その上に配線を有する樹脂層を形成し、貫通孔１０２に導電材料を充填することで貫通電極として用いられる。そのため、半導体チップを所定の位置に精度高く配置することが求められる。そこで、半導体パッケージ用ガラス基板１００の貫通孔１０２とくり抜き部１０１の相対的な位置精度を高くすることで、半導体パッケージの製造工程において、半導体チップの配置の位置精度を高くすることができる。本発明の半導体パッケージ用ガラス基板は、貫通孔１０２から選ばれる少なくとも一つの貫通孔の第１の主面における開口中心を基準にした時、くり抜き部１０１の、前記第１の主面における開口中心の位置精度が、１０μｍ以下であことが好ましい。なお、くり抜き部１０１の開口部が非対称形状の場合は、開口部の非対称形状における重心を開口中心の代わりに用いることとする。

【0030】

ここで、位置精度について説明する。くり抜き部１０1の周囲に形成された貫通孔１０２のうち、任意の１つの貫通孔１０２を選び、その開口中心を基準座標Ｖｉａ００（０，０）としたとき、くり抜き部の開口中心の座標が（Ｘ，Ｙ）となるように、くり抜き部を形成する。この時、実際に形成されたくり抜き部の座標が（Ｘ＋ΔＸ，Ｙ＋ΔＹ）であったとすると、位置精度は下記式（２）で定義される。
（位置精度）＝√（ΔＸ^２＋ΔＹ^２）・・・（２）
貫通孔１０２の開口中心を基準としたくり抜き部１０１の開口中心の位置精度は、１０μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以下であり、より好ましくは２μｍ以下であり、更に好ましくは１μｍ以下である。

【0031】

また、貫通孔１０２のうち、半数以上の貫通孔１０２の位置精度も、Ｖｉａ００を基準として１０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５μｍ以下であり、更に好ましくは２μｍ以下であり、更に好ましくは１μｍ以下である。

【0032】

更に、貫通孔１０２のうち、８割以上の貫通孔１０２の位置精度が、Ｖｉａ００を基準として、１０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５μｍ以下であり、更に好ましくは２μｍ以下であり、更に好ましくは１μｍ以下である。

【0033】

次に、本発明における半導体パッケージ用ガラス基板の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、第１の主面および第２の主面を有するガラス基板を準備する工程、前記ガラス基板の第１の主面における貫通孔形成予定位置および、くり抜き予定形状の輪郭にレーザを照射する工程と、前記ガラス基板をエッチングし、貫通孔およびくり抜き部を形成する工程とを備えることを特徴とする。第１の製造方法では、レーザ照射工程によって初期孔を形成し、続くエッチング工程で初期孔を拡大する場合について説明し、第２の製造方法では、レーザ照射工程によって初期孔の代わりに改質部を形成し、エッチング工程で改質部を除去して貫通させ、孔を拡大させる場合について説明する。

【0034】

（半導体パッケージ用ガラス基板の第１の製造方法）
本発明における半導体パッケージ用ガラス基板の第１の製造方法を説明する。ここでは、図３に示す半導体パッケージ用ガラス基板１００を例にとり製造方法を説明する。

【0035】

図５には、第１の製造方法における製造フローを示した。

【0036】

本発明における製造方法は、
（Ｓ１０１）第１の主面および第２の主面を有するガラス基板を準備する工程と（ガラス基板準備工程）、
（Ｓ１０２）ガラス基板の第１の主面における貫通孔形成予定位置および
くり抜き予定形状の輪郭にレーザを照射し、初期孔を形成する工程と（レーザ照射工程）、
（Ｓ１０３）前記ガラス基板をエッチングし、初期孔を拡張することで、貫通孔を形成し、くり抜き予定形状を分離しくり抜き部を形成する工程と（エッチング工程）、
を備えている。

【0037】

本発明の製造方法によると、貫通孔の形成とくり抜き部の形成を同時に行うことができ、貫通孔とくり抜き部の位置合わせを行う必要がない。このため、貫通孔に対するくり抜き部の位置精度が高い半導体パッケージ用ガラス基板を形成できる。また、以下で述べるレーザ照射とエッチング工程により、くり抜き部内部の径がくり抜き部の開口径よりも小さくなるため、くり抜き部に半導体チップを埋め込む際の樹脂が抜け落ちる現象を有意に抑制できる。
以下で、各工程の詳細について説明する。

【0038】

（工程Ｓ１０１）
まず、第１の主面および第２の主面を有するガラス基板を準備する。

【0039】

ガラス基板の材質は、特に限られないが、例えばソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、無アルカリガラス、石英、サファイアガラス、結晶化ガラス等が用いられる。また、ガラスは着色成分を含んでいても、含んでいなくても良いが、好ましくは着色成分を含まない。

【0040】

ガラス基板の厚さは特に限られないが、例えば０．０５ｍｍ～３ｍｍの範囲である。半導体パッケージの薄型化という観点から、ガラス基板の厚さは好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．７ｍｍ以下のものが用いられる。一方、半導体パッケージの強度や誘電特性を保つために、ガラス基板の厚さは好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．２ｍｍ以上のものが用いられる。

【0041】

ガラス基板の熱膨張係数は、好ましくは５以下であると、レーザ照射工程でＵＶレーザを用いる際に、貫通孔の周囲にクラックが発生しにくい。一方、熱膨張係数は３～１５であると、基板上や貫通孔に形成される配線に用いられる金属が剥離しにくいため、好ましい。

【0042】

ガラス基板の誘電正接は、好ましくは１０ＧＨｚ付近の共振周波数において、０．００６以下である。これにより、高周波用の半導体パッケージであっても、誘電損失を小さくできるため、好ましい。

【0043】

（工程Ｓ１０２）
図６は、工程Ｓ１０２で、レーザ照射によりガラス基板に初期孔１０４、１０６が形成された様子を模式的に示している。
工程Ｓ１０２では、ガラス基板の第１の主面の貫通孔形成予定位置にレーザを照射し初期孔１０４を形成する。続けて、ガラス基板の第１の主面のくり抜き予定形状１０３の輪郭に沿ってレーザを照射し、初期孔１０６を形成する。なお、初期孔１０４と１０６の形成順序はどちらが先でも構わない。これらの工程を一続きに行うことで、貫通孔に対するくり抜き部の位置精度を向上することができる。図６では、複数の貫通孔形成予定位置に形成された複数の初期孔１０４と、くり抜き予定形状１０３の輪郭線上に形成された複数の初期孔１０６を示している。

【0044】

ここで、工程Ｓ１０２および工程Ｓ１０３で用いるレーザ照射の詳細について説明する。図７には、工程Ｓ１０２およびＳ１０３で使用され得る装置の構成を概略的に示す。図７に示すように、レーザ照射装置７００は、ステージ７５０、レーザ発振器７６０と、ビーム調整光学系７７０と、集光レンズ７８０等を有する。

【0045】

まず、ステージ７５０に、ガラス基板１００が、第２の主面がステージの側になるように設置される。次に、レーザ発振器７６０からレーザビーム７６５が発振される。レーザビーム７６５は、ビーム調整光学系７７０に入射し、ビーム調整光学系でビーム径やビーム形状が調整されレーザビーム７７５となる。ビーム調整光学系７７０は、例えば凹レンズや凸レンズの組み合わせで形成される。ビーム調整光学系７７０は、アパーチャを有しても良い。レーザビーム７７５は、集光レンズ７８０に入射し、集光されてレーザビーム７８５となる。レーザビーム７８５は、ガラス基板１００の第１の主面に入射し、ガラス基板１００の内部に１つ目の初期孔１０４を形成する。

【0046】

ここで、１つ目の初期孔１０４の開口中心を基準座標（０，０）と設定し、この基準座標をもとに、他の初期孔１０４の位置座標を決定し、形成する。
更に、くり抜き予定形状１０３の中心座標が（Ｘ，Ｙ）となるように設定し、くり抜き予定形状１０３の輪郭線上に、初期孔１０６の開口中心が来るように設定し、初期孔１０６を形成していく。
なお、レーザ照射後、エッチング前に加熱工程を設ける場合は、ガラス基板の縮小を考慮して初期孔１０６の位置を設計することが好ましい。
このように貫通孔形成予定位置に形成される初期孔１０４と、くり抜き予定形状１０３の輪郭線上に形成される初期孔１０６を、一度の座標設定で連続して加工することにより、貫通孔１０２とくり抜き部１０１の相対位置精度の高い半導体パッケージ用ガラス基板１００を製造することが可能になる。

【0047】

なお、初期孔とは、レーザ照射により形成される微細な孔を指し、貫通していても良く、途中で閉塞していても構わない。

【0048】

本発明におけるレーザビーム７８５の波長は特に限られないが、例えば３０００ｎｍ以下であると、ガラス基板への熱影響を抑えられるため好ましい。レーザビーム７８５の波長は、レーザの持つエネルギーが十分大きくなり、初期孔を形成しやすいという観点から、好ましくは２０５０ｎｍ以下、より好ましくは１０９０ｎｍ以下である。第１の製造方法において、波長は好ましくは５００ｎｍ以下であり、より好ましくは４００ｎｍ以下のＵＶ領域であると、高いエネルギーにより初期孔として微細な貫通孔が形成されやすい。波長は一般的に、１５０ｎｍ以上である。
本発明の半導体パッケージ用ガラス基板の第１の製造方法では、レーザ７８５が波長４００ｎｍ以下のＵＶレーザである場合について説明する。

【0049】

この時、レーザビーム７８５は好ましくはパルス発振される。レーザビーム７８５のパルス幅は、好ましくは１０００ｎｓｅｃ以下であり、より好ましくは５００ｎｓｅｃ以下、更に好ましくは１００ｓｅｃ以下であると、１パルス当たりのレーザビームのピークパワーを大きくすることができ、初期孔を形成しやすくなる。ただし、ピークパワーを大きくしすぎると、孔内部にクラックを発生させるため、パルス幅は、好ましくは１ｎｓｅｃ以上が望ましい。

【0050】

パルスの繰り返し間隔は、蓄熱の観点から、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚが好ましく、より好ましくは、５ｋＨｚ～５０ｋＨｚである。

【0051】

出力を繰り返し周波数で除算したパルスエネルギーは、５μＪ～１５０μＪが好ましく、好ましくは、１０μＪ～８０μＪである。

【0052】

好ましくは、一つの初期孔１０４または１０６の形成に、１００～１００００パルス照射する。

【0053】

くり抜き予定形状１０３の輪郭線上に形成された初期孔１０６は、初期孔１０６同士の間隔が好ましくは１５μｍ以上になるように形成される。初期孔１０６の間隔を１５μｍ以上にすることで、半導体パッケージ用ガラス基板１００のくり抜き部１０１において、鋸歯形状が発生しやすい。また、鋸歯形状における突起部同士の間隔Ｐ１を１５μｍ以上にすることができ、溝部の深さＷ１が０．５μｍ以上、１０μｍ以下の範囲に入りやすくなる。
また、初期孔１０６の間隔が１５μｍ以上であると、先に形成された初期孔に、次の初期孔を形成するために照射したレーザが吸収され、次の初期孔が形成されない現象や、次の初期孔と先の初期孔が接合しいびつな形状になる現象が発生しない。これにより、後のエッチング工程でくり抜き予定形状１０３が分離されない現象を抑制できる。更に、くり抜き部１０１の形状ゆがみを抑制でき、くり抜き部１０１の内壁の鋸歯形状の突起部と溝部の繰り返しを、均一な形状にできる。

【0054】

一方、くり抜き予定形状１０３の輪郭線上に形成された初期孔１０６の間隔は、広い方が加工孔数を少なくできて生産性がよくなるが、広すぎると後のエッチング工程でくり抜き予定形状１０３が分離されない虞がある。そのため、初期孔１０６の間隔は、エッチング工程後の貫通孔の開口直径ｄ１に対して、０．８×ｄ１以下であることが好ましい。

【0055】

一方、貫通孔予定位置に形成された初期孔１０４は、貫通孔１０２を貫通電極として機能させるため、貫通孔１０２同士が接合しないように形成する必要がある。従って、初期孔１０４の間隔は、エッチング工程後の貫通孔の開口直径ｄ１に対して、２×ｄ１以上であることが望ましい。

【0056】

初期孔１０４および１０６の第１の主面における開口径は、好ましくは５μｍ以上２５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下である。のちのエッチング工程により、くり抜き部１０１の第１の主面における開口径Ｄ１と、内部の径Ｄ２に差が生じるが、上記範囲にすることで、Ｄ１とＤ２の差が１μｍ以上、３０μｍ以下になりやすい。

【0057】

以上の工程により、ガラス基板に初期孔１０４および１０６が形成される。

【0058】

ここで、工程Ｓ１０２と工程Ｓ１０３の間に、ガラス基板を加熱処理する工程を設けても良い。ガラス基板を加熱処理することで、工程Ｓ１０２のレーザ照射により初期孔１０６の周囲に生じた応力を緩和することができ、続く工程Ｓ１０３のエッチング時に孔の内壁が不均一に除去されることを抑制できるため、好ましい。

【0059】

（工程Ｓ１０３）
次に、初期孔１０４および１０６が形成されたガラス基板をエッチングする。エッチング工程は、ガラス基板をエッチング液に浸漬する、またはガラス基板の第１及び第２の主面に向けてエッチング液を噴霧する、などの方法で行われる。

【0060】

ガラス基板をエッチング液に浸漬する場合は、エッチング液に超音波を印加しても良い。エッチング液に超音波を印加することで、初期孔１０４、１０６の拡張速度を促進し、くり抜き予定形状１０３の分離を速めることができる。
超音波の周波数は、特に制限されないが、上記効果が得られやすいという観点から、好ましくは２００ｋＨｚ以下であり、より好ましくは１００ｋＨｚ以下で、更に好ましくは４０ｋＨｚ未満である。超音波は一般的に、２０ｋＨｚ以上のものが使用される。

【0061】

エッチング液は、特に限られないが、例えばフッ酸を含む溶液が選択される。エッチング液は、フッ酸だけでも良く、塩酸、硝酸水溶液などとの混酸を含んでいても良い。エッチング液は、エッチング時に発生した塩を溶解し、塩が初期孔の入り口を塞ぐ現象を抑制できるという観点から、好ましくは、塩酸、硝酸水溶液のいずれか一方を含むか、または両方を含む混酸を含んでいてよい。

【0062】

エッチング液中のフッ化水素の濃度は、エッチングが十分に進むという観点から、エッチング液全体に対して、好ましくは０．１ｗｔ％以上である。一方、フッ化水素の濃度は、初期孔の開口部と内部のエッチングの進行度をそろえ、くり抜き予定形状１０３を短時間で分離するために、エッチング液全体に対して、好ましくは５．０ｗｔ％以下、より好ましくは３．５ｗｔ％以下であることが好ましい。

【0063】

エッチング液が塩酸を含む場合、塩を溶解する効果が有意に発揮されるという観点から、塩化水素の濃度は、エッチング液全体に対して、好ましくは０．５ｗｔ％以上、より好ましくは１ｗｔ％以上である。一方、フッ酸による改質部の除去スピードを保ちやすいという観点から、エッチング液全体に対して、好ましくは２０ｗｔ％以下、より好ましくは１５ｗｔ％以下である。

【0064】

エッチング液が硝酸を含む場合、塩を溶解する効果が有意に発揮されるという観点から、硝酸の濃度は、エッチング液全体に対して、好ましくは０．５ｗｔ％以上、より好ましくは１ｗｔ％以上である。一方、硝酸の濃度は、フッ酸による改質部の除去スピードを保ちやすいという観点から、エッチング液全体に対して、好ましくは２０ｗｔ％以下、より好ましくは１５ｗｔ％以下である。

【0065】

以上のようなエッチング液の構成にすることで、初期孔１０４および１０６の開口径を真円度の高い状態で拡張できる。これにより、くり抜き部１０１の内壁の鋸歯形状が均一な繰り返し構造を有するようになり、鋸歯形状の突起部の頂点に曲率半径０．１μｍ以上、１μｍ以下の丸みを形成しやすい。また、貫通孔１０２のばらつきを小さくすることができ、好ましい。

【0066】

これにより、初期孔１０４が拡張し、貫通孔１０２となり。初期孔１０６が拡張し、隣り合う初期孔１０６同士が連結してくり抜き予定形状１０３が分離されることで、くり抜き部１０１が形成される。以上の工程により、半導体パッケージ用ガラス基板１００が製造される。

【0067】

（半導体パッケージ用ガラス基板の第２の製造方法）
図８には第２の製造方法における製造フローを示した。
第２の製造方法では、レーザ照射工程で初期孔の代わりに改質部が形成される場合について説明する。改質部とは、レーザ照射によりガラスの構造が変化している部分を指す。このような改質部を形成する方法では、貫通孔１０２の直径を小さくすることができる。また、くり抜き部１０１の内壁は比較的滑らかになる。くり抜き部１０１の内壁に鋸歯形状が生じないか、突起部同士の間隔が数μｍ以下と狭く、溝部の深さが小さい鋸歯形状が形成される。以下では、第１の製造方法と異なる部分について説明する。

【0068】

（工程Ｓ２０１）
まず、第１の製造方法と同様にガラス基板が準備される。

【0069】

（工程Ｓ２０２）
次に、レーザ照射工程が実施される。
第２の製造方法において、ガラス基板に対して透過率が高いレーザビーム７８５波長を選択することで、レーザ照射により初期孔の代わりに改質部が形成されやすい。レーザビーム７８５波長は、３００ｎｍ～１１００ｎｍが望ましい。

【0070】

第２の製造方法において、パルス幅は好ましくは１ｎｓｅｃ以下、より好ましくは５００ｐｓｅｃ以下、更に好ましくは１００ｐｓｅｃ以下であると、改質部を形成しやすい。一方、パルス幅は好ましくは１ｐｓｅｃ以上である。

【0071】

レーザビーム７８５は、好ましくはバーストパルスである。バーストパルスは、パルス間隔が、非常に短い複数のパルス群のため、短時間に大きなパルスエネルギーを加工対象に与えることができる。この時、バーストパルス内の各パルス幅は好ましくは１ｐｓｅｃ以上、１００ｐｓｅｃ以下であり、バーストパルス内のパルス間隔は好ましくは１ｎｓｅｃ以上、５０ｎｓｅｃ以下であり、バーストパルスの間隔は、好ましくは数μｓｅｃ設けられる。

【0072】

レーザビーム７８５は、集光レンズ７８０に集光されており、ガラス基板の第１の主面から内部、第２の主面にかけて、線状に集光された領域（焦線）を有することが好ましい。このような焦線を生じさせるビーム調整光学系７７０は、球面収差が存在するレンズや、アキシコンレンズを含むことが好ましい。

【0073】

くり抜き予定形状１０３の輪郭線上に形成される改質部の間隔は、好ましくは１０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下であると、くり抜き予定形状１０３を分離しやすい。一方、改質部の間隔は好ましくは１μｍ以上である。

【0074】

このような構成により、ガラス基板に改質部が形成される。改質部が形成されたガラス基板に、第１の製造方法と同様にエッチング工程Ｓ２０３を実施すると、半導体パッケージ用ガラス基板１００が製造できる。

【実施例】

【0075】

（実施例１）
前述の第１の製造方法を用いて、第１の実施形態における半導体パッケージ用ガラス基板を製造した。

【0076】

まず、厚さ０．６ｍｍ、無アルカリガラスからなるガラス基板を準備した。なお、ガラスは着色成分を含んでいなかった。

【0077】

次に、第２の主面がステージの側になるよう、ガラス基板をレーザ装置のステージに設置した。ガラス基板の第１の主面にレーザを照射し、貫通孔形成予定位置とくり抜き予定形状の輪郭線上に初期孔を形成した。レーザ波長３５５ｎｍ、パルス幅２０ｎｓのレーザを用いて、パルスエネルギー５０μＪで、初期孔１つを形成するのに、１５００パルス照射した。なお、１つ目の初期孔の基準座標を（０，０）としたとき、くり抜き予定部の中心の座標が（４．０ｍｍ，３，７５ｍｍ）となるように設定し、くり抜き予定部の輪郭線上の初期孔の間隔は１５μｍとした。

【0078】

次に、ガラス基板をエッチング液に浸漬してエッチングした。エッチング液は、フッ酸１ｗｔ％、塩酸２ｗｔ％を含む混酸溶液であった。浸漬時間は１３０分であった。浸漬後、ただちに純水に浸漬することで、エッチングを停止させた。エッチング工程により、ガラス基板の板厚が３２μｍ減少した。ここで、板厚の減少量を「エッチング量」と称することがある。

【0079】

以上の工程により、貫通孔とくり抜き部を有する半導体パッケージ用ガラス基板が製造された。下記表１には、加工条件と、加工後のくり抜き部における開口径Ｄ１と内部の最小径Ｄ２の差Ｄ１－Ｄ２、第１の主面における貫通孔の開口径ｄ１、第１の主面における、くり抜き部の開口中心の、基準となる貫通孔の開口中心に対する位置精度、第１の主面における鋸歯形状の突起部同士の間隔Ｐ１、溝部の深さＷ１をまとめた。また、図９には、加工後の第1の主面の側の上面からの撮影画像を、図１０には、くり抜き部内壁を内壁と垂直な方向から撮影した画像、およびくり抜き部の断面形状の測定結果を示した。図９および図１０の撮影画像により、くり抜き部の内壁が鋸歯形状を有することが分かる。また、断面形状の測定結果により、くり抜き部が狭窄していることが分かる。

【0080】

（実施例２～８）
実施例２～８では、輪郭線上の初期孔の間隔、エッチング量を変化させ、残りは実施例１と同様の条件で実験を行った。結果を表１および図９、図１０に示す。

【0081】

（実施例９～２４）
実施例９～２４では、初期孔の間隔、エッチング量に加え、更に、板厚を変化させて実験を行った。実験条件と結果を表１および図１１３、図１２に示す。

【0082】

【表1】

【0083】

（実施例２５）
実施例１と同様のガラスを使用し、レーザ波長５３２ｎｍ、パルス幅１０ｐｓ、出力３０Ｗのパルスレーザを照射して改質部を形成する。改質部１つを形成するのに、１つのパルスレーザを照射した。改質部の間隔は３μｍとする。その後、実施例１と同様の条件でエッチングした。以上の工程により、貫通孔とくり抜き部が形成できる。形成されたくり抜き部および貫通孔には狭窄部が形成され、くり抜き部内部の最小径Ｄ２とくり抜き部の第1の主面の開口径Ｄ１の差Ｄ１－Ｄ２は２０μｍになる。なお、くり抜き部内壁に鋸歯形状は形成されない。

【0084】

（比較例１）
実施例１と同様のガラスを使用し、同様のレーザを用いてくり抜き予定部の輪郭線の初期孔の間隔を１０μｍとして実験を行った。なお、その他の条件は実施例１と同様であった。実験の結果、くり抜き予定部が分離できなかった。これは、レーザ照射時に隣り合う初期孔が連結し、輪郭線上に均一に初期孔を形成できなかったことが原因であると考えられる。図１３には、実施例１と同様のレーザを照射し、ガラス基板に３点の初期孔を、間隔１０μｍ、１５μｍ、２０μｍとして形成した時の様子を示した。図１３によると、初期孔の間隔が１０μｍ以下では、３点の初期孔が連結し、１つの孔になっていることが分かる。

【0085】

（比較例２）
実施例１と同様のガラスを使用し、くり抜き予定部の輪郭線にレーザ波長５３２ｎｍのバーストパルスを照射して改質部を形成する。一バーストパルス内の各パルス幅は１０ｐｓであり、一つのバーストパルスは２つのパルスを含み、一つのバーストパルスのエネルギーは１８５μＪである。改質部の間隔は２μｍにする。次に、改質部が形成された輪郭線に、ＣＯ_２レーザを５０Ｗで連続発振し照射することで、くり抜き部を分離する。得られるサンプルには狭窄部および鋸歯形状が存在しない。

【0086】

（樹脂材料抜け落ち試験）
実施例１、実施例２５、比較例２と同条件で作成したサンプルを用いて、樹脂抜け落ち試験を実施する。試験のため、くり抜き部の形状は５０ｍｍ×５０ｍｍの略正方形とする。形成したくり抜き部に、樹脂材料を充填し硬化させる。樹脂はガラス基板の主面と同じ高さになるよう充填される。次に、ガラス基板を試験台に設置する。試験台にはくり抜き部と同形状の穴が設けてられており、該穴とくり抜き部が重なるようにガラス基板を設置する。次に、３５ｍｍ×３５ｍｍの略正方形の断面を持つ金属製の角棒を準備する。角棒の角はＲ面取りされている。角棒の面が樹脂の表面と平行になるようにして、角棒を樹脂に押し込む。押し込み圧力を徐々に大きくし、樹脂が抜け落ちる、またはガラスが破損した際の押し込み圧力を測定する。試験の結果を以下の表２に示す。

【0087】

【表2】

【符号の説明】

【0088】

１００ 半導体パッケージ用ガラス基板
１０１ くり抜き部
１０２ 貫通孔
１０３ 平面部
１０４ すり鉢形状
１０５ くり抜き部内壁
Ｄ１ くり抜き部の第１の主面における開口径
Ｄ２ くり抜き部の内部の最小径
ｄ１ 貫通孔の第１の主面における開口径
ｄ２ 貫通孔の内部の最小径
Ｐ１ 鋸歯形状の突起部同士の距離
Ｗ１ 鋸歯形状の溝部の深さ
７００ レーザ照射装置
７５０ ステージ
７６０ レーザ発振器
７６５ レーザビーム
７７０ ビーム調整光学系
７７５ レーザビーム
７８０ 集光光学系
７８５ レーザビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】