JP6871095B2

JP6871095B2 - ガラスインターポーザの製造方法

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Publication number: JP6871095B2
Application number: JP2017137823A
Authority: JP
Inventors: 翼小幡; 哲熊澤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2037-07-14
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Description

本発明は、ガラス基板を用いたガラスインターポーザの製造方法に関する。

近年、シリコンで形成されるインターポーザを介して複数の半導体チップを実装する実装技術がある。シリコンからなるインターポーザは、微細な配線を形成するときに半導体製造プロセス技術を活用することができ有用性が大きいし、熱伝導率が高く放熱性に優れている（例えば、下記の特許文献１を参照）。しかし、エポキシ樹脂で形成されるインターポーザと比較して高価である。

そこで、シリコンと同じく無機材料で低価格なガラス基板でインターポーザを形成する技術が提案されている（例えば、下記の特許文献２及び３を参照）。このインターポーザは、ガラス基板の表面と裏面とに絶縁層（樹脂層）と金属の配線層とからなる積層体と、ガラス基板を貫通する複数の貫通電極とを備えている。そして、ガラス基板を分割してインターポーザを得るためには、予め設定されている分割予定ラインに沿って例えば切削ブレードを切り込ませて積層体とガラス基板とを分割している。

特開２００４−１５８７７６号公報特開２０１５−１９８２１２号公報特開２０１５−１４６４０１号公報

ここで、絶縁層は、ガラス基板の表面と裏面とに形成される配線層に広げ冷却し硬化させ形成する。樹脂を冷却するときに収縮するので絶縁層には収縮する力の応力が残存している。その後、分割予定ラインに沿って切削して個々のインターポーザ分割すると、積層体がガラス基板から剥がれるという問題がある。これは、切削した切削断面(カーフ)に発生しているチッピング（凹部）が起点となって、積層体がガラス基板から剥がれていると考えられる。そのため、細かい砥粒で形成した高番手の切削ブレードで切削し側面のチッピングの凸凹を小さくすると積層体の剥がれを抑制できるが、剥がれを完全に阻止することはできず、加工時間が増加してしまう。また、積層体とガラス基板とを同時に切削すると、切削ブレードが積層体に引っ掛かって積層体をガラス基板から剥がしてしまうため、積層体とガラス基板とを別々に切削する必要があり、加工時間が増加するという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ガラス基板を分割するときにガラス基板から積層体が剥がれないようにすることを目的としている。

本発明は、表面及び裏面を貫通した複数の貫通電極と、表面及び裏面に配線層と樹脂層とを交互に形成した積層体と、格子状に設定された複数の分割予定ラインとを備えるガラス基板を該分割予定ラインに沿って分割し小片化したガラスインターポーザの製造方法であって、該ガラス基板の表面及び裏面に形成した積層体を該分割予定ラインに沿って加工して第１の幅で該ガラス基板に達しない深さの第１の溝を形成し、該第１の溝の底に樹脂残し部を残す第１の溝形成工程と、該樹脂層に対して吸収性を有する波長のレーザビームを該第１の溝形成工程で形成した該第１の溝の底に照射し該樹脂残し部をアブレーション加工して該ガラス基板の表面及び裏面を露出させ該第１の幅より狭い第２の幅を有する第２の溝を形成する第２の溝形成工程と、該ガラス基板に対して透過性を有する波長のレーザビームを該ガラス基板の表面または裏面の該第２の溝から該ガラス基板内部に集光して該分割予定ラインに沿って照射することにより該ガラス基板内部に改質層を形成する改質層形成工程と、該ガラス基板に外力を与えて該改質層を起点に該ガラス基板を分割する分割工程と、を備え、該ガラス基板が分割され小片化した該ガラスインターポーザは、表面及び裏面に該第１の溝形成工程で形成された該樹脂残し部が外周部分に形成され該積層体を備えることを特徴とする。

上記第１の溝形成工程は、切削ブレードを用いて上記第１の溝を形成することが望ましい。

本発明に係るガラスインターポーザの製造方法は、ガラス基板の表面及び裏面に形成した積層体を分割予定ラインに沿って加工して第１の幅でガラス基板に達しない深さの第１の溝を形成し、第１の溝の底に樹脂残し部を残す第１の溝形成工程と、樹脂層に対して吸収性を有する波長のレーザビームを第１の溝の底に照射し樹脂残し部をアブレーション加工してガラス基板の表面及び裏面を露出させ第１の幅より狭い第２の幅を有する第２の溝を形成する第２の溝形成工程と、ガラス基板に対して透過性を有する波長のレーザビームをガラス基板の表面または裏面の第２の溝からガラス基板内部に集光して分割予定ラインに沿って照射することによりガラス基板内部に改質層を形成する改質層形成工程と、ガラス基板に外力を与えて改質層を起点にガラス基板を分割する分割工程とを備え、ガラス基板が分割され小片化したガラスインターポーザは、表面及び裏面に第１の溝形成工程で形成された樹脂残し部が外周部分に形成された積層体を備えるため、ガラス基板を分割する際に、樹脂残し部に応力が作用することがなく、ガラス基板から積層体が剥がれるのを防止でき、所望のガラスインターポーザを効率よく取得することができる。

また、上記第１の溝形成工程は、切削ブレードを用いて第１の溝を形成するため、加工時間を短縮することができる。さらに、本発明によれば、切削ブレードで積層体とガラス基板とを同時に分割しないため、切削ブレードが積層体に引っ掛かってガラス基板から積層体が剥がれるおそれがなく、加工時間を増加させることがない。

ガラス基板の一部拡大断面図である。第１の溝形成工程を示す一部拡大断面図である。切削ブレードを用いて第１の溝を形成する状態を示す一部拡大断面図である。第２の溝形成工程を示す一部拡大断面図である。改質層形成工程を示す一部拡大断面図である。改質層形成工程を実施した後のガラス基板の一部拡大断面図である。分割工程を示す一部拡大断面図である。ガラスインターポーザを示す斜視図である。

１ガラス基板
図１に示すガラス基板１は、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどの材質で円板状に形成されている。ガラス基板１は、格子状に設定され複数の領域に区画した分割予定ライン２（点線で図示）と、ガラス基板１の表面１ａ及び裏面１ｂを貫通した複数の貫通電極３と、ガラス基板１の表面１ａ及び裏面１ｂに配線層５と樹脂層６とを交互に形成した積層体４とを備えている。

樹脂層６は絶縁層であり、配線層５は金属等の導体で構成されている。隣接する配線層５の間は、樹脂層６によって絶縁されている。本実施形態に示すガラス基板１では、ガラス基板１の表面１ａに積層された積層体４の露出面４ａが半導体チップの積層面となっている。一方、ガラス基板１の裏面１ｂに積層された積層体４の露出面４ｂは、基板実装面となっている。表面１ａ側の配線層５と裏面１ｂ側の配線層５とは、貫通電極３によって接続されている。

２ガラスインターポーザの製造方法
次に、上記のガラス基板１を複数のガラスインターポーザに小片化するガラスインターポーザの製造方法について詳述する。

（１）第１の溝形成工程
図２に示すように、分割予定ライン２に沿って表面１ａ及び裏面１ｂを加工することにより第１の幅Ｌ１でガラス基板１に達しない深さの第１の溝２０を形成する切削加工を行う。第１の溝形成工程では、図３に示すように、例えば切削ブレード１０を用いて第１の溝２０を形成することが望ましい。

切削ブレード１０は、例えばダイヤモンド砥粒やＣＢＮ（Cubic Boron Nitride）砥粒をボンド材で固めた切り刃によって構成されている。切削ブレード１０を構成する砥粒やボンド材の材質は、積層体４の材質等に応じて適宜設定されている。切削ブレード１０に含まれる砥粒の粒径は、特に限定されないが、例えば、２０μｍ〜４０μｍ程度、より好ましくは２５μｍ〜３５μｍ程度となっている。また、切削ブレード１０の幅についても、特に限定されず、例えば、１５０μｍ〜５００μｍ程度、より好ましくは２００μｍ〜３００μｍ程度に設定されている。切削ブレード１０は、図示していないが、水平方向に対して平行な軸心を有するスピンドルの先端に装着され、スピンドルが回転することにより切削ブレード１０も回転する構成となっている。

まず、ガラス基板１の表面１ａ側を上向きにして、裏面１ｂ側を図示しない保持テーブルで保持する。図３（ａ）に示すように、ガラス基板１を切削ブレード１０の下方側に移動させ、切削ブレード１０と切削すべき分割予定ライン２との位置合わせを行う。続いて、切削ブレード１０を回転させながら、積層体４の露出面４ａ側からガラス基板１に達しない深さまで切削ブレード１０の刃先１０ａを切り込ませ、ガラス基板１と切削ブレード１０とを相対的に水平移動させる。そして、回転する切削ブレード１０で分割予定ライン２に沿って図２に示す第１の幅Ｌ１でガラス基板１に達しない深さの第１の溝２０を形成し、第１の溝２０の底２０ａに厚みＴを有する樹脂残し部６０を残す。

第１の幅Ｌ１は、切削ブレード１０の幅に応じた大きさとなっている。第１の溝２０の底２０ａに残った樹脂残し部６０の厚みＴは、例えば２０μｍ程度の薄い厚みとなっている。全ての分割予定ライン２に沿ってガラス基板１の表面１ａ側の積層体４に第１の溝２０を形成したら、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板１の表裏を反転させ、上記同様に、切削ブレード１０を回転させながら、積層体４の露出面４ｂ側からガラス基板１に達しない深さまで切削ブレード１０の刃先１０ａを切り込ませ、ガラス基板１と切削ブレード１０とを相対的に水平移動させることで、第１の溝２０を形成し、図２に示した第１の溝２０の底２０ａに樹脂残し部６０を残す。そして、全ての分割予定ライン２に沿ってガラス基板１の裏面１ｂ側の積層体４に第１の溝２０を形成したら、第１の溝形成工程が完了する。

本実施形態では、切削ブレード１０を用いてガラス基板１の表面１ａに積層された積層体４に第１の溝２０を形成した後に、切削ブレード１０を用いてガラス基板１の裏面１ｂに積層された積層体４に第１の溝２０を形成した場合を説明したが、この場合に限定されない。したがって、ガラス基板１の裏面１ｂに積層された積層体４に第１の溝２０を形成してから、ガラス基板１の表面１ａに積層された積層体４に第１の溝２０を形成してもよい。

切削ブレード１０を用いて第１の溝形成工程を実施することにより、１本の分割予定ライン２を１パス（１回の加工送り）の切削動作で第１の溝２０を形成することができるため、加工時間の短縮化を図れる。なお、第１の溝形成工程は、レーザビームの照射によるアブレーション加工によって実施してもよいが、切削ブレード１０により第１の溝２０を形成する場合と比較してレーザビームの照射のパス数が多くなり、加工時間がかかるため、切削ブレード１０を用いて第１の溝形成工程を実施することがより好ましい。

（２）第２の溝形成工程
図４に示すように、レーザビーム照射手段３０を用いて第１の溝形成工程で形成した第１の溝２０の底２０ａにアブレーション加工を行う。レーザビーム照射手段３０は、樹脂層６に対して吸収性を有する波長のレーザビームＬＢ１を照射する図示しない加工ヘッドと、加工ヘッドに内蔵されレーザビームＬＢ１を集光するための集光レンズ３１と、レーザビームＬＢ１の集光点の位置を調節するための位置調整ユニット（図示せず）とを備えている。

アブレーション加工を行う際には、ガラス基板１の裏面１ｂ側を保持テーブルで保持し、ガラス基板１の表面１ａに積層された積層体４の露出面４ａを上向きに露出させる。次いで、第１の溝２０とレーザビーム照射手段３０の加工ヘッドとの位置合わせを行い、レーザビームＬＢ１の集光点をガラス基板１の表面１ａの高さ位置に調整する。

レーザビーム照射手段３０とガラス基板１とを相対的にガラス基板１に対して平行な方向に移動させつつ、加工ヘッドから第１の溝２０の底２０ａに対して吸収性の波長を有するレーザビームＬＢ１を照射することにより、樹脂残し部６０をアブレーション加工してガラス基板１の表面１ａを露出させ、図２に示した第１の幅Ｌ１より狭い第２の幅Ｌ２を有する第２の溝２１を形成する。第２の幅Ｌ２は、特に限定されるものではなく、例えば、５０μｍ〜１５０μｍに設定される。

全ての第１の溝２０に沿ってガラス基板１の表面１ａ側の積層体４に第２の溝２１を形成したら、ガラス基板１の表裏を反転させ、レーザビーム照射手段３０とガラス基板１とを相対的にガラス基板１に対して平行な方向に移動させつつ、上記同様に樹脂残し部６０にアブレーション加工を行い、ガラス基板１の裏面１ｂを露出させる第２の溝２１を形成する。そして、全ての第１の溝２０に沿ってガラス基板１の裏面１ｂ側の積層体４にも第２の溝２１を形成したら、第２の溝形成工程が完了する。なお、レーザビームＬＢ１の照射のパス数は特に限定されず、１本の第１の溝２０に沿って複数回に分けてレーザビームＬＢ１を照射することにより、第２の溝２１を形成してもよい。

本実施形態では、ガラス基板１の表面１ａ側の積層体４に第１の溝２０に沿った第２の溝２１を形成した後に、ガラス基板１の裏面１ｂ側の積層体４に第１の溝２０に沿った第２の溝２１を形成した場合を説明したが、この場合に限定されない。したがって、ガラス基板１の裏面１ｂ側の積層体４に第１の溝２０に沿った第２の溝２１を形成してから、ガラス基板１の表面１ａ側の積層体４に第１の溝２０に沿った第２の溝２１を形成してもよい。

（３）改質層形成工程
図５に示すように、レーザビーム照射手段３０Ａを用いて、ガラス基板１に対して透過性を有する波長のレーザビームＬＢ２をガラス基板１に向けて照射し、改質層４０を形成する。レーザビーム照射手段３０Ａは、ガラス基板１に対して吸収性を有する波長のレーザビームＬＢ２を照射する図示しない加工ヘッドと、加工ヘッドに内蔵されレーザビームＬＢ１を集光するための集光レンズ３２と、レーザビームＬＢ２の集光点の位置を調節するための位置調整ユニット（図示せず）とを備えている。

まず、粘着テープ７をガラス基板１の裏面１ｂに積層された積層体４の露出面４ｂに貼着してから、粘着テープ７を介してガラス基板１の裏面１ｂ側を保持テーブルで保持し、表面１ａに積層された積層体４の露出面４ａを上向きに露出させる。なお、粘着テープ７は、エキスパンド性を有していればよく、例えば、ポリオレフィンやポリ塩化ビニル等の基材層に粘着層が積層されたエキスパンドテープを用いることができる。

次いで、レーザビーム照射手段３０Ａは、集光レンズ３２をガラス基板１に接近する方向に下降させ、レーザビームＬＢ２の集光点をガラス基板１の内部に位置づける。レーザビームＬＢ２の集光点をガラス基板１の内部に位置づけた状態で、レーザビーム照射手段３０Ａとガラス基板１とを相対的にガラス基板１に対して平行な方向に移動させつつ、加工ヘッドは、レーザビームＬＢ２をガラス基板１の表面１ａの第２の溝２１から図１に示した分割予定ライン２に沿って照射することにより改質層４０を形成する。改質層４０は、レーザビームＬＢ２の照射によってガラス基板１の内部の強度や物理的な特性が変化した領域であり、分割起点となる。全ての分割予定ライン２に沿ってレーザビームＬＢ２を繰返し照射することにより、ガラス基板１の内部に改質層４０を形成する。

ここで、ガラス基板１の内部の厚み方向に形成される改質層４０の数は、１層でもよいし、２層以上でもよい。したがって、ガラス基板１の内部に複数の改質層４０を形成する場合は、レーザビーム照射手段３０Ａは、集光レンズ３２の位置をずらして、よりガラス基板１の裏面１ｂ側にレーザビームＬＢ２の集光点を位置づけてレーザビームＬＢ２を照射して改質層４０を形成する。次いで、レーザビーム照射手段３０Ａは、集光レンズ３２の位置を上方側にずらして、裏面１ｂ側から表面１ａ側へと均等な間隔をあけてレーザビームＬＢ２を照射することにより、複数の改質層４０を形成する。このようにして、レーザビームＬＢ２の照射による改質層４０の形成を繰り返し行い、例えば、図６に示すように、ガラス基板１の内部に３層の改質層４０を形成してもよい。

本実施形態では、ガラス基板１の表面１ａ側から改質層４０を形成したが、ガラス基板１の裏面１ｂ側からガラス基板１内部にレーザビームＬＢ２を分割予定ライン２に沿って照射することにより改質層４０を形成してもよい。

（５）分割工程
図７に示すように、ガラス基板１に外力を与えて改質層４０を起点にガラス基板１を分割する。例えば、粘着テープ７をガラス基板１の面方向に拡張することができる拡張装置を用いて、粘着テープ７の周縁側を外側に引っ張って拡張させる。粘着テープ７の拡張にともないガラス基板１に外力が付与されると、図６に示した改質層４０が分割起点となりガラス基板１が分割されて複数のガラスインターポーザ８に小片化される。

図８に示すように、ガラスインターポーザ８は、ガラス基板１の表面１ａ及び裏面１ｂに上記第１の溝形成工程で形成された樹脂残し部６０が外周部分に形成された積層体４を備えている。ここで、積層体４を構成する樹脂層６には、積層体４の形成時（冷却・硬化）において収縮して残留応力が存在しているが、図７に示す第１の溝２０の底２０ａに残った樹脂残し部６０は薄いことから、ガラス基板１に外力を付与して分割するときに樹脂残し部６０に応力が作用しない。したがって、ガラス基板１から積層体４が剥がれることなく、ガラス基板１から複数のガラスインターポーザ８を小片化できる。

ガラス基板１に外力を付与する装置としては、上記した拡張装置に限られず、例えば、ブレーキングブレードにより曲げ応力を加えながらガラス基板１を破断して個々のガラスインターポーザ８に分割することができるブレーキング装置を用いてもよい。

このように、本発明に係るガラスインターポーザの製造方法では、ガラス基板１の表面１ａ及び裏面１ｂに形成した積層体４を分割予定ライン２に沿って加工して第１の幅Ｌ１でガラス基板１に達しない深さの第１の溝２０を形成して第１の溝２０の底２０ａに樹脂残し部６０を残した後、樹脂残し部６０をアブレーション加工してガラス基板１の表面１ａ及び裏面１ｂを露出させ第１の幅Ｌ１より狭い第２の幅Ｌ２を有する第２の溝２１を形成し、第２の溝２１から分割予定ライン２に沿ってレーザビームＬＢ２を照射することによりガラス基板１内部に改質層４０を形成し、ガラス基板１に外力を与えて改質層４０を起点にガラス基板１を分割するように構成したため、ガラス基板１を分割する際に、第１の溝２０の底２０ａに残った樹脂残し部６０に応力が作用することがなく、ガラス基板１から積層体４が剥がれるのを防止でき、所望のガラスインターポーザ８を効率よく取得することができる。
また、本発明では、切削ブレード１０を用いて第１の溝形成工程を実施するため、加工時間を短縮することができる。さらに、本発明によれば、切削ブレード１０で積層体４とガラス基板１とを同時に分割しないため、切削ブレード１０が積層体４に引っ掛かってガラス基板１から積層体４が剥がれるおそれがなく、加工時間を増加させることがない。

１：ガラス基板１ａ：表面１ｂ：裏面２：分割予定ライン３：貫通電極
４：積層体５：配線層６：樹脂層６０：樹脂残し部７：粘着テープ
８：ガラスインターポーザ
１０：切削ブレード１０ａ：刃先２０：第１の溝２０ａ：底２１：第２の溝
３０，３０Ａ：レーザビーム照射手段３１，３２：集光レンズ４０：改質層

Claims

表面及び裏面を貫通した複数の貫通電極と、表面及び裏面に配線層と樹脂層とを交互に形成した積層体と、格子状に設定された複数の分割予定ラインとを備えるガラス基板を該分割予定ラインに沿って分割し小片化したガラスインターポーザの製造方法であって、
該ガラス基板の表面及び裏面に形成した積層体を該分割予定ラインに沿って加工して第１の幅で該ガラス基板に達しない深さの第１の溝を形成し、該第１の溝の底に樹脂残し部を残す第１の溝形成工程と、
該樹脂層に対して吸収性を有する波長のレーザビームを該第１の溝形成工程で形成した該第１の溝の底に照射し該樹脂残し部をアブレーション加工して該ガラス基板の表面及び裏面を露出させ該第１の幅より狭い第２の幅を有する第２の溝を形成する第２の溝形成工程と、
該ガラス基板に対して透過性を有する波長のレーザビームを該ガラス基板の表面または裏面の該第２の溝から該ガラス基板内部に集光して該分割予定ラインに沿って照射することにより該ガラス基板内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
該ガラス基板に外力を与えて該改質層を起点に該ガラス基板を分割する分割工程と、を備え、
該ガラス基板が分割され小片化した該ガラスインターポーザは、表面及び裏面に該第１の溝形成工程で形成された該樹脂残し部が外周部分に形成され該積層体を備えることを特徴とするガラスインターポーザの製造方法。
前記第１の溝形成工程は、切削ブレードを用いて前記第１の溝を形成する請求項１記載のガラスインターポーザの製造方法。