JP2018158855A - 有孔ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の配列パターンを有する複数の孔部を有するガラス基板を短時間で作製することが可能な方法を提供する。【解決手段】レーザー光をガラス基板２表面に照射することにより、ガラス基板２に所定の配列パターンとなるように複数の変質部４を形成する工程、及び、ガラス基板２をエッチング処理して変質部４を溶解することにより、前記配列パターンに対応する複数の孔部３を形成する工程、を備える有孔ガラス基板１の製造方法であって、空間光位相変調器１６を用いてレーザー光の空間位相分布を変調することにより、前記配列パターンに対応する光をガラス基板２表面に一括照射することを特徴とする有孔ガラス基板１の製造方法。【選択図】図２

Description

本発明は、インターポーザ用ガラス基板等として使用される有孔ガラス基板の製造方法に関する。

従来、ガラス基板に孔部を形成されてなるガラス基板は、当該孔部に貫通電極を形成することによりインターポーザとして使用されている。ガラス製のインターポーザは、樹脂製のインターポーザと比較して、高周波誘電特性や絶縁特性に優れ、また誘電損失が低いという利点がある。このような孔部を有するガラス基板は、一般にＣＯ_２レーザー等のレーザー光を用いて孔加工を施すことにより作製される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１６−０５６０４６号公報

インターポーザ用ガラス基板には通常、電極の配置に応じて複数の孔部が形成される。回路構成が複雑になるに従い、形成される孔部の数も多くなる。特許文献１に記載の方法は、レーザー光源、及び、ガラス基板載置用ステージのいずれか一方を水平方向に移動させることにより、１箇所ずつ順次孔部を形成するというものであるため、多数の孔部を形成するのに長時間を要するという問題がある。

以上に鑑み、本発明は、所定の配列パターンを有する複数の孔部を有するガラス基板を短時間で作製することが可能な方法を提供することを目的とする。

本発明の有孔ガラス基板の製造方法は、レーザー光をガラス基板表面に照射することにより、ガラス基板に所定の配列パターンとなるように複数の変質部を形成する工程、及び、ガラス基板をエッチング処理して変質部を溶解することにより、配列パターンに対応する複数の孔部を形成する工程、を備え、空間光位相変調器を用いてレーザー光の空間位相分布を変調することにより、配列パターンに対応する光をガラス基板表面に一括照射することを特徴とする。

空間光位相変調器は、入射光を所定の位相分布の波面を有する光に変調する装置である。これにより、入射光を所定の位相ホログラムに応じた配列パターンの光に変換することができる。本発明の方法では、空間光位相変調器を用いてレーザー光の空間位相分布を変調することにより、所定の配列パターンを有する光をガラス基板表面に一括照射することができる。これにより、ガラス基板における複数の箇所を一括して変質させることが可能となる。続いて、変質後のガラス基板をエッチング処理して変質部を溶解することにより、所定の配列パターンの孔部を有するガラス基板を製造することができる。以上のように、本発明の方法では、１回のレーザー照射で複数の孔部を形成することができるため、所定の配列パターンを有する複数の孔部を有するガラス基板を短時間で作製することが可能である。ここで、「変質させる」とは、例えばガラス中の元素間結合（Ｓｉ−ＯやＰ−Ｏ等のガラスネットワーク結合等）を切断することにより、化学的脆弱性を高めることを意味する。

本発明の有孔ガラス基板の製造方法において、レーザー光がフェムト秒レーザー光であることが好ましい。このようにすれば、ガラス基板を短時間で、エッチング溶解可能な程度まで変質させることができるため好ましい。

本発明の有孔ガラス基板の製造方法において、エッチング処理を、酸溶液またはアルカリ溶液を用いて行うことが好ましい。

本発明の有孔ガラス基板の製造方法において、有孔ガラス基板がインターポーザ用ガラス基板として使用されることが好ましい。

本発明の方法によれば、所定の配列パターンを有する複数の孔部を有するガラス基板を短時間で作製することができる。

（ａ）は、本発明の方法で製造される有孔ガラス基板の一例を示す模式的平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。 本発明の有孔ガラス基板の製造方法において、ガラス基板にレーザー光を照射する工程の一例を示す模式図である。 本発明の有孔ガラス基板の製造方法において、ガラス基板をエッチング処理する工程の一例を示す模式的断面図である。

以下、本発明の有孔ガラス基板の製造方法の好ましい実施形態について説明する。

図１の（ａ）は、本発明の方法で製造される有孔ガラス基板の一例を示す模式的平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。有孔ガラス基板１は、ガラス基板２において複数の孔部３が形成されてなるものである。複数の孔部３は所定の配列パターンとなるよう形成されている。孔部３の断面形状は通常、円形である。なお、図１では孔部３は貫通孔であるが、有底孔部であってもよい。

ガラス基板２としては、例えばボロシリケート系ガラス、無アルカリガラス、アルミノシリケート系ガラス、アルカリシリケート系ガラス、シリカガラス、リン酸系ガラスを使用することができる。ガラス基板２の平面形状は特に限定されず、矩形や円形等が挙げられる。

ガラス基板２の厚みは０．０５〜１ｍｍ、０．１〜０．７ｍｍ、特に０．２〜０．５ｍｍであることが好ましい。ガラス基板２の厚みが小さすぎると、機械的強度が低下しやすくなる。ガラス基板２の厚みが大きすぎると、レーザー光による変質が不十分となり、所望の孔部３が形成しにくくなる。

孔部３の内径は目的とする用途に応じて適宜選択すればよい。例えば有孔ガラス基板１をインターポーザ用ガラス基板として使用する場合は、孔部３の内径は１〜１００μｍ、２〜５０μｍ、さらには５〜２０μｍの範囲で設定することが好ましい。

図２は、本発明の有孔ガラス基板の製造方法において、ガラス基板にレーザー光を照射する工程の一例を示す模式図である。レーザー発振器１１から発せられたレーザー光Ｌは光学系１２により所定のパターンの光、具体的には、目的とする孔部の数及び位置に対応する配列パターンの光に変換された状態で、ガラス基板１に照射される。これにより、ガラス基板１に所定パターンの変質部４（図３参照）が形成される。変質部４の形状は孔部３の形状に対応しており、その断面形状は通常、円形である。また、孔部３として貫通孔を形成する場合は、変質部４もガラス基板２の厚み方向全体にわたって形成される。

レーザー光Ｌは例えばパルスレーザー光が使用される。パルスレーザー光のパルス幅は例えば１０〜１００００ｆｓ（フェムト秒）、波長は例えば４００〜２０００ｎｍの範囲のものを使用することができる。特にパルス幅が概ね１０〜１０００ｆｓであるいわゆるフェムト秒レーザーを使用することにより、ガラス基板２を短時間で、エッチング溶解可能な程度まで変質させることができるため好ましい。

光学系１２は、例えば、エキスパンダー１３、ホモジナイザー１４、ミラー１５、空間光位相変調器１６、集光レンズ１７等から構成される。レーザー発振器１１から発せられたレーザー光Ｌはエキスパンダー１３によりビーム径が拡大され、さらにホモジナイザー１４により強度分布が均一化される。次に、均一化されたレーザー光Ｌはミラー１５で反射されて空間光位相変調器１６に入射する。レーザー光Ｌは空間光位相変調器１６で空間位相分布が変調され、所望の配列パターンを有する光に変換される。空間光位相変調器１６から出射されたレーザー光Ｌは再びミラー１５で反射され、集光レンズ１７で所望の倍率に集光された状態でガラス基板２表面に照射される。これによりガラス基板２は所定の配列パターンで変質される。目的とする孔部３の内径にもよるが、本発明の方法によれば、例えば１０００〜１００００個／秒の速度でガラス基板２に変質部を形成することができる。

エキスパンダー１３は、レーザー光Ｌのビーム径を拡大する役割をする素子であり、例えば凹レンズと凸レンズを組み合わせたレンズ群や、フライアイレンズ等より構成される。

ホモジナイザー１４は、エキスパンダー１３から出射されたレーザー光の強度分布（エネルギー密度）を均一化する役割をする素子である。ホモジナイザー１４としては、公知の各種方式のビームホモジナイザーが適用可能であり、例えば、非球面レンズ方式、カライドスコープ方式、フライアイレンズ方式、導波路方式、ホログラフィック光学素子方式のホモジナイザーが適用可能である。

空間光位相変調器１６としては特に限定されず、例えば液晶型や光アドレス型等の空間光位相変調器を使用することができる。

なお、図２に示す光学系１２の構成はあくまでも一例であり、必要に応じて配置や構成を適宜変更してもよい。例えば、レーザー光Ｌの経路上にレンズ（集光レンズまたは拡大レンズ）やミラー等の光学素子を適宜追加しても構わない。

図３は、ガラス基板をエッチング処理する工程の一例を示す模式的断面図である。図３に示すように、レーザー光Ｌの照射により所定の配列パターンの変質部４が形成されたガラス基板２に対し、エッチング処理を施すことにより、変質部４が溶解して孔部３が形成される。これにより、有孔ガラス基板１を得る。

エッチング処理に使用する薬液は、例えばフッ酸、硝酸、硫酸等の無機酸、シュウ酸、酢酸、ギ酸等の有機酸、またはそれらのうち２種以上の混合物（混酸）等の酸溶液や、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液等を使用することができる。

薬液の濃度は目的とするエッチング能に応じて適宜調整すればよい。例えば、フッ酸等の酸溶液の場合は０．５〜５質量％、特に１〜３質量％であることが好ましい。また、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液の場合は１〜２０モル％、特に５〜１５モル％であることが好ましい。薬液の濃度が低すぎると、変質部４が溶解しにくく、所望の孔部３を形成しにくくなる。一方、薬液の濃度が高すぎると、ガラス基板２の変質部４以外の部分が溶解するおそれがある。

薬液の温度は、例えばフッ酸等の酸溶液の場合は０〜５０℃、特に２０〜４０℃であることが好ましい。酸溶液の温度が低すぎると、エッチング能が低下しやすくなる。一方、酸溶液の温度が高すぎると、溶液中の酸（例えばフッ化水素）が揮発してエッチング能が低下しやすくなる。また、安全上も好ましくない。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液の場合は０℃以上、２０℃以上、５０℃以上、特に７０℃以上であることが好ましい。アルカリ溶液の温度が低すぎると、エッチング能が低下しやすくなる。一方、アルカリ溶液の温度が高すぎると沸騰するおそれがあるため、安全上好ましくない。よって、９５℃以下、特に９０℃以下であることが好ましい。

エッチング時間は使用する薬液の種類や濃度等によって適宜選択すればよく、例えば１〜１００分程度、さらには５〜５０分程度であることが好ましい。

なお、上記のようにして得られた有孔ガラス基板１は、そのままインターポーザ等の所望の用途に使用してもよいし、必要に応じて所定の大きさに切断して使用してもよい。

２００ｍｍ×２００ｍｍ×０．３ｍｍのボロシリケート系ガラス基板に対し、図２に準ずる光学系を用いることにより、所定の配列パターンを有するフェムト秒レーザー光（波長１０３５ｎｍ、パルス幅４５０ｆｓ）を３秒間照射した。これにより、ガラス基板に対し、断面形状が直径１０μｍ程度の円形である９０００個の変質部を所定の配列パターンで形成した。

変質部形成後のガラス基板を、２５℃の２質量％フッ酸中に１０分間浸漬することによりエッチング処理を行った。これにより、断面形状が円形である内径１０μｍ程度の孔部が所定の配列パターンで９０００個形成された有孔ガラス基板を得た。

本発明の方法により製造される有孔ガラス基板は、インターポーザ用以外にも、光ファイバー等の光学部品を高精度に整列させて保持するためマイクロホールアレイとして使用することも可能である。

１ 有孔ガラス基板
２ ガラス基板
３ 孔部
４ 変質部
１１ レーザー発振器
１２ 光学系
１３ エキスパンダー
１４ ホモジナイザー
１５ ミラー
１６ 空間光位相変調器
１７ 集光レンズ

Claims (4)

1. レーザー光をガラス基板表面に照射することにより、前記ガラス基板に所定の配列パターンとなるように複数の変質部を形成する工程、及び、
   前記ガラス基板をエッチング処理して前記変質部を溶解することにより、前記配列パターンに対応する複数の孔部を形成する工程、
   を備える有孔ガラス基板の製造方法であって、
   空間光位相変調器を用いて前記レーザー光の空間位相分布を変調することにより、前記配列パターンに対応する光を前記ガラス基板表面に一括照射することを特徴とする有孔ガラス基板の製造方法。
2. 前記レーザー光がフェムト秒レーザー光であることを特徴とする請求項１に記載の有孔ガラス基板の製造方法。
3. 前記エッチング処理を、酸溶液またはアルカリ溶液を用いて行うことを特徴とする請求項１または２に記載の有孔ガラス基板の製造方法。
4. 前記有孔ガラス基板がインターポーザ用ガラス基板として使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有孔ガラス基板の製造方法。