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JP7139886B2 - 孔を有するガラス基板の製造方法、およびアニール用ガラス積層体 - Google Patents

孔を有するガラス基板の製造方法、およびアニール用ガラス積層体 Download PDF

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Description

本発明は、孔を有するガラス基板の製造方法、およびアニール用ガラス積層体に関する。
ガラス基板に微細孔を形成する方法として、従来、レーザを用いる方法が知られている。例えば、特許文献１には、ＣＯ２レーザを用いる方法や、短パルスレーザを用いる方法が記載されている。
ＣＯ２レーザを照射してガラス基板に孔を形成する方法では、ガラス基板がＣＯ２レーザを吸収し、熱溶融することにより孔が形成されるため、孔周辺の領域に熱溶融により残留応力が発生する。残留応力を緩和する方法として、孔を形成したガラス基板をアニールすることが知られている。（例えば、特許文献１）
特開２０１５－１０７５１０号公報
しかし、ガラス基板をアニールする際に、ガラス基板を設置している支持基板と、ガラス基板の間に摩擦が生じることにより、ガラス基板の表面に傷が発生してしまうという課題があった。特に、アニール時にガラス基板が膨張、収縮することで、支持基板とこすれるため、放射状の傷が顕著であった。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、孔を有するガラス基板の製造方法において、ガラス基板表面に傷が発生しにくいアニール方法を提供する。
本発明は、
相互に対向する第１の表面と第２の表面を有するガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板にレーザを用いて孔を形成する工程と、
前記ガラス基板を、前記ガラス基板との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である熱膨張係数を備えた第１の支持基板の上に設置し、前記第１の支持基板を、熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下である、第２の支持基板の上に設置し、前記ガラス基板をアニールする工程と、
を備え、
前記第１の支持基板は、前記第２の支持基板の平面の上に設置され、
前記第２の支持基板の前記平面は、前記第１の支持基板の下面よりも大きく、前記第１の支持基板の下面全体に接する、
孔を有するガラス基板の製造方法を提供する。
本発明の製造方法によれば、ガラス基板表面への傷発生を抑制しつつ、アニールを行う事で、孔周辺の残留応力を緩和することができる。
本発明のアニール時のガラス基板の設置形態を模式的に示した側面図である。 本発明のアニール時のガラス基板の熱収縮方向を示した上面図である。 本発明の第１の実施形態による孔を有するガラス基板の製造フローを模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態におけるレーザ照射装置を概略的に示した図である。 本発明の第２の実施形態による孔を有するガラス基板の製造フローを模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態におけるレーザ照射装置を概略的に示した図である。 本発明の第２の実施形態においてガラス基板に改質部、孔が形成される様子を模式的に示した側面図である。 本発明の実施例１におけるガラス基板表面全体の傷の図である。 本発明の実施例１におけるガラス基板表面の傷の拡大図である。 本発明の比較例１におけるガラス基板表面全体の傷の図である。
はじめに、本発明の製造方法におけるアニールする工程について図１、図２を用いて説明する。
図１はアニールする工程におけるガラス基板２０の設置形態を示した側面図である。図１に示すように、ガラス基板２０は、ガラス基板２０と熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である熱膨張係数を備えた第１の支持基板１１０の上に設置され、第１の支持基板１１０は、熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下である第２の支持基板１２０の上に設置される。本明細書において、ガラスの熱膨張係数としては、５０℃から２００℃までの温度範囲における平均値を採用する。５０℃から２００℃までの温度範囲は、ガラスの熱膨張係数を測定するときの温度範囲として一般的なものである。また、ガラスの温度が２００℃を超えると、ガラスの熱膨張が抑制される傾向にある。第１の支持基板１１０は、第１の表面１１０ｂと第２の表面１１０ｃを有し、第２の支持基板１２０は、第１の表面１２０ｂと第２の表面１２０ｃを有する。第１の支持基板１１０の第１の表面１１０ｂは、ガラス基板２０の第２の表面２０ｃと変位可能に接し、第１の支持基板１１０の第２の表面１１０ｃは、第２の支持基板１２０の第１の表面１２０ｂと変位可能に接している。
第１の支持基板１１０は、ガラス基板２０との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である熱膨張係数を備えたものが選択される。熱膨張係数の差がこの範囲にあることで、室温からアニール温度まで昇温する過程において、ガラス基板２０の第２の表面２０ｃと第１の支持基板１１０の第１の表面１１０ｂとの摩擦を抑制できる。また、アニール温度から室温に向けて降温する過程において、ガラス基板２０の第２の表面２０ｃと第１の支持基板１１０の第１の表面１１０ｂとの摩擦を抑制できる。その結果、摩擦によるキズの発生を有意に抑制できる。熱膨張係数の差は、好ましくは０．１ｐｐｍ／Ｋ以下、より好ましくは０．０５ｐｐｍ／Ｋ以下であると、より一層傷の発生を抑制できる。
第１の支持基板１１０が上記の条件を満たすことで、特に放射状傷の抑制に効果を奏する。ガラス基板２０は、アニール時に熱膨張を起こす。図２は、ガラス基板２０の熱膨張方向を模式的に示した上面図である。ガラス基板２０は、室温からアニール温度まで昇温される過程で、図２の矢印の方向に熱膨張する。従って、ガラス基板２０の第２の表面２０ｃと第１の支持基板１１０の第１の表面１１０ｂの間の摩擦が、特に図２中の矢印の方向に発生するため、ガラス基板２０の第２の表面２０ｃに放射状の傷が発生する。ガラス基板２０と熱膨張係数の差が小さい第１の支持基板１１０を用いることで、この傷を有意に抑制できる。
第１の支持基板１１０の材質は、アニール温度において形状が保たれるものであれば、特に限られない。例えば金属、セラミックス、ガラスなどであってよい。好ましくはガラスが選択されると、ガラス基板２０と組成や物性が近く、傷の発生を抑制しやすいだけでなく、高温下でガラス基板と支持基板との化学反応による表面の変質を抑制しやすい。より好ましくはガラス基板２０と同組成のガラスが選択される。ガラス基板２０と同組成のガラスを用いることで、熱膨張係数の差をほとんど無くすことができる。
第１の支持基板１１０の第１の表面１１０ｂには、粗面化処理が施されても良い。好ましくは、表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．１μｍ以上であると、ガラス基板２０の第２の表面２０ｃと密着し、剥離が困難になる現象を抑制できるため、好ましい。より好ましくは、Ｒａが０．２μｍ以上、更に好ましくはＲａが０．３μｍ以上であると、効果的である。一方、Ｒａが２．０μｍ以下であると、ガラス基板２０の第２の表面２０ｃに傷が発生することを抑制できるため、好ましい。より好ましくはＲａが１．５μｍ以下、更に好ましくはＲａが１．０μｍ以下であると、効果的である。
前記粗面化処理の方法は、特に限られない。例えばサンドブラストによる処理やヘアライン形成などによる機械的な方法であっても良く、薬液処理などの化学的な方法であっても良い。また、機械的な方法と化学的な方法を組み合わせてもよい。
また、第１の支持基板１１０とガラス基板２０の密着防止のためには、上記粗面化処理以外の方法を用いても良い。例えば、第１の支持基板１１０の第１の表面１１０ｂには、粗面化処理の代わりにコーティングが施されても良く、第１の支持基板１１０とガラス基板２０の間に保護膜が設置されても良い。
第１の支持基板１１０は、ガラス基板２０よりも大きなものが選定されることが好ましい。このようにすることで、支持基板により支持されていないガラス基板２０の外周部が、加熱により軟化し、自重により垂れ下がり歪むことを回避できる。
第１の支持基板１１０の第１の表面１１０ｂの辺は、面取りされていても良い。面取りすることで、第１の支持基板の角や辺と衝突することによりガラス基板２０の表面に傷が生じることや、第１の支持基板の角や辺が欠け、破片によりガラス基板２０の表面に傷が生じることを抑制できる。
第２の支持基板１２０は熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下のものが選択される。熱膨張がこの範囲にある支持基板を選択することで、第２の支持基板は室温からアニール温度まで昇温される過程およびアニール温度から室温に向けて降温される過程においてほとんど変形しない。繰り返しの使用（つまり加熱と冷却の繰り返し）による第２の支持基板１２０の変形を抑制できるので、第１の支持基板１１０、及びガラス基板２０をサポートし、これらの形状が歪むことを抑制できる。第２の支持基板１２０の熱膨張係数は、好ましくは５ｐｐｍ／Ｋ以下、より好ましくは１ｐｐｍ／Ｋ以下であると、より変形が少なく、効果的である。
第２の支持基板１２０の、第１の支持基板１１０と接する第１の表面１２０ｂの、平面度は、６００μｍ以下であることが好ましい。第２の支持基板１２０の平面度が上記範囲にあることで、第２の支持基板１２０上に設置された第１の支持基板１１０及びガラス基板２０の平面度を保つことができるため、孔を有するガラス基板を歪みなく製造できる。
第２の支持基板１２０は、第１の支持基板１１０より大きなものが選択される。このようにすることで、第１の支持基板１１０、ガラス基板２０の外周部が、第２の支持基板からはみ出し、加熱により軟化し垂れ下がることを防ぎ、平面確保できる。
第２の支持基板１２０の材質は、アニール温度において変形が小さいものあれば、特に限られない。例えば、石英ガラスや、セラミックスなどは、アニール温度における変形が小さく、好ましい。
第２の支持基板が石英ガラスなどのガラス体の場合、その歪点がアニール温度以上のものが選択されることが好ましい。
以上のような構成で、ガラス基板２０をアニールする。ガラス基板２０は、歪点以上、軟化点以下の温度で、１００分以上保持されることが好ましい。より好ましくは、保持時間は３００分以上であると良い。更に、４０℃まで２００分以上の時間で降温されることが好ましく、４００分以上の時間で降温されることがより好ましい。このようにすることで、ガラス基板２０の孔２２周辺の残留応力を十分に取り除くことができる。
アニールする工程を以上のように行う事で、傷の発生を抑制し、孔を有するガラス基板を製造できる。
加えて、以上のようなアニールする工程を行う事で、後の工程で熱収縮が発生しにくくなる効果を奏する。本発明により製造される孔を有するガラス基板を、インターポーザにする場合、後の工程で孔２２に導電材料を充填し、熱処理する工程が設けられる。しかし、この熱処理時に、ガラス基板２０が熱収縮を起こし歪んでしまうという課題があった。これは、ガラス基板の製造後に再加熱することにより、ガラスの微小な構造変化が発生することが原因であった。しかし、本発明のようなアニールする工程を設けることで、アニール時に前記構造変化が発生するため、後の工程で熱処理を行った場合には構造変化を起こさず、ガラス基板が熱収縮しにくくなる。
次に、本発明の製造方法における各工程についての詳細を説明する。第１の実施形態は、どのような種類のレーザを用いて孔を形成する場合にも適用可能な方法である。特に、第１の実施形態は、ガラス基板への熱的影響が大きなレーザを用いて孔を形成する場合に有効である。一方、第２の実施形態は、ガラス基板への熱的影響が小さなレーザを用いて孔または改質部を形成した場合に有効であり、第１の実施形態より更に傷の影響を小さくできる。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態による孔を有するガラス基板の製造方法について、図３～図４を参照にしながら説明する。第１の実施形態におけるレーザ照射では、使用するレーザは特に限られないが、以下では、ガラス基板の熱的影響が比較的大きなＣＯ２レーザを使用する場合について説明する。
図３には、本発明の第１の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模式的に示す。
図３に示すように、本発明の第１の実施形態における、孔を有するガラス基板の製造方法では、
（工程Ｓ３１０）相互に対向する第１および第２の表面を有するガラス基板を準備する工程（ガラス基板準備工程と）、
（工程Ｓ３２０）前記ガラス基板の第１の表面に、ＣＯ２レーザを照射することにより、孔を形成する工程（孔形成工程）と、
（工程Ｓ３３０）前記ガラス基板を、前記ガラス基板との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である熱膨張係数を備えた第１の支持基板の上に設置し、前記第１の支持基板を、熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下である、第２の支持基板上に設置し、前記ガラス基板をアニールする工程（アニール工程）と、
（工程Ｓ３４０）前記ガラス基板をエッチングする工程（エッチング工程）と、
を有する。
なお、工程Ｓ３４０（エッチング工程）は任意の工程であり、実施されなくても良い。
以下、図４を参照して、各工程について説明する。
（工程Ｓ３１０）
まず、被加工用のガラス基板２０が準備される。ガラス基板は相互に対向する第１の表面２０ｂおよび第２の表面２０ｃを有する。
（工程Ｓ３２０）
次に、レーザを用いてガラス基板に孔を形成する。孔形成工程には、例えば図４に示すレーザ照射装置を使用できる。図４に示すように、レーザ照射装置４００は、ステージ４１０、レーザ発振器４３０、集光レンズ４４０を有する。ガラス基板２０は、第２の表面２０ｃをステージの側にして設置される。ガラス基板は、ステージに固定されても良い。固定方法は特に限られないが、冶具などで抑えられても良く、吸着固定または接着固定されても良い。吸着は、例えば真空吸着、または静電吸着等である。
次に、レーザ発振器４３０からレーザビーム４３５が発振される。レーザは連続発振されても良く、パルス発振されても良い。
レーザビーム４３５は、集光レンズ４４０に入射し、集光されてレーザビーム４４５となる。なお、レーザ照射装置４００の構成は、これに限られず、例えばレーザ発振器４３０と集光レンズ４４０の間にビーム調整光学系を有しても良い。
レーザビーム４４５は、ガラス基板２０の第１の表面２０ｂに入射し、孔２２を形成する。
ここで、第１の実施形態におけるレーザ発振器４３０には例えばＣＯ２レーザが選択される。なお、上述のように、レーザ発振器４３０は、これに限られない。レーザ発振器４３０は、例えばＨｅ－Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ、エキシマＸｅＦレーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高周波、第３高周波、ルビーレーザ、ファイバーレーザなどであって良い。
ＣＯ２レーザ等、赤外領域の波長を有するレーザは、ガラス基板に吸収されるという特徴がある。このようなレーザを用いて加工を行う場合、レーザビーム４４５の入射により、ガラス基板２０が熱溶融することで孔２２が形成される。また熱溶融したことにより、加工後のガラス基板２０の孔２２の周辺には残留応力が発生する。形成後の孔２２の周辺の残留応力は、例えば５０ＭＰａ以上である。
（工程Ｓ３３０）
そこで、前記ガラス基板を、前記ガラス基板との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である熱膨張係数を備えた第１の支持基板の上に設置し、前記第１の支持基板を、熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下である、第２の支持基板上に設置し、前記ガラス基板をアニールする。
ガラス基板２０をアニールすることで、孔２２周辺の残留応力を取り除くことができる。孔２２周辺の残留応力を取り除くことで、開口部周辺の割れ欠け、クラック発生を抑制することができる。
加えて、アニール工程にはガラス基板２０が後の工程で熱収縮することを抑制する効果を奏する。本発明により製造される孔を有するガラス基板を、インターポーザにする場合、後の工程で孔２２に導電材料を充填し、熱処理する工程が設けられる。しかし、この熱処理時に、ガラス基板２０が熱収縮を起こし歪んでしまうという課題があった。これは、ガラス基板を再加熱することにより、ガラスの微小な構造変化が発生することが原因であった。しかし、本発明におけるアニール工程を実施することで、アニール時に上記構造変化が発生するため、後の工程で熱処理を行った場合には構造変化を起こさず、ガラス基板が熱収縮しにくくなる。
また、孔内壁を平滑化する目的や、孔径を拡大する目的で、レーザによる孔形成工程に続いてエッチング工程を設ける場合、アニール工程はエッチング工程の前に行われることが好ましい。
このようにすることで、孔周辺の残留応力によりエッチングの進行がばらつき、孔内壁が凹凸になることを防ぐことができる。
本発明におけるアニール工程では、上述のように、ガラス基板の孔周辺の残留応力を緩和し、後の工程でガラス基板が熱収縮することを防止しつつも、傷の発生を抑制することができる。
（工程Ｓ３４０）
アニール工程後、ガラス基板２０をエッチングしても良い。なお、この工程は必要が無ければ省略されても良い。エッチングすることにより、孔２２の内壁を平滑化し、デブリを除去することができる。エッチング時間を調整することで、必要に応じて孔径を拡大することもできる。アニール工程をエッチング工程の前に実施したことにより、エッチングの進行が不均一になることを抑制できる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による孔を有するガラス基板の製造方法について、図５～図７を用いて説明する。第２の実施形態は、ガラス基板に与える熱影響が比較的小さなレーザ照射工程を有する場合に有効である。特に、第２の実施形態ではエッチング工程を実施するが、第１の実施形態の工程Ｓ３４０でエッチングする場合に比べ、更に傷を抑制することができる。
図５には、本発明の第２の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模式的に示す。図７は、ガラス基板にレーザ照射工程で改質部が形成され（ｂ）、エッチング工程で孔が形成される（ｃ）様子を模式的に示したガラス基板の断面図である。
図５に示すように、本発明の第２の実施形態における、孔を有するガラス基板の製造方法では、
（工程Ｓ５１０）相互に対向する第１および第２の表面を有するガラス基板を準備する工程（ガラス基板準備工程と）、
（工程Ｓ５２０）前記ガラス基板の第１の表面に、１１００ｎｍ以下の波長を有するパルスレーザを照射し、ガラス基板に改質部を形成する工程（レーザ照射工程）と、
（工程Ｓ５３０）前記改質部をエッチングにより除去することで、前記ガラス基板に孔を形成する工程（エッチング工程）と、
（工程Ｓ５４０）前記ガラス基板を、前記ガラス基板との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である熱膨張係数を備えた第１の支持基板の上に設置し、前記第１の支持基板を、熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下である、第２の支持基板上に設置し、前記ガラス基板をアニールする工程（アニール工程）と、
を有する。
（工程Ｓ５１０）
まず、ガラス基板２０が準備される。ガラス基板２０は相互に対向する第１の表面２０ｂおよび第２の表面２０ｃを有する。
（工程Ｓ５２０）
次に、ガラス基板に１１００ｎｍ以下の波長を有するパルスレーザを照射することにより、ガラス基板２０に改質部２１を形成する。例えば、パルスレーザの照射には、例えば、図６に示すようなレーザ照射装置を使用できる。図６に示すように、レーザ照射装置６００は、ステージ６１０、ファンクションジェネレータ６２０、レーザ発振器６３０、集光レンズ６４０を有する。ガラス基板２０は、第２の表面２０ｃをステージの側にして設置される。ガラス基板は、ステージに固定されても良い。固定方法は特に限られないが、冶具などで抑えられても良く、吸着固定または接着固定されても良い。吸着は、例えば真空吸着、または静電吸着等である。
まず、ファンクションジェネレータ６２０にゲート信号が入力される。ファンクションジェネレータ６２０は、入力されたゲート信号に対して、所定の矩形波信号を出力する。矩形波信号は、レーザ発振器６３０に入力され、レーザ発振器６３０は矩形波信号に基づきパルスレーザビーム６３５を発振する。
パルスレーザビーム６３５は、集光レンズ６４０に入射し、集光されてパルスレーザビーム６４５となる。なお、レーザ照射装置６００の構成は、これに限られず、例えばレーザ発振器６３０と集光レンズ６４０の間にビーム調整光学系を有しても良い。
パルスレーザビーム６４５は、ガラス基板２０の第１の表面２０ｂに入射し、改質部２１を形成する。図７（ｂ）は、パルスレーザビーム６４５の照射により、ガラス基板２０に改質部２１が形成される様子を模式的に示している。
なお、レーザの照射条件によっては、改質部の代わりに孔が形成されても良く、改質部の中心付近に微細な孔が形成されてもよい。孔はガラス基板２０を貫通していても、不連続な空洞部が形成されたボイド状であってもよい。改質部を伴う加工であると、熱影響が特に少なく、好ましい。
ここで、レーザは、ガラス基板２０への吸収率が低い波長を有するものを、パルス発振して使用することで、上記改質部や孔を形成できる。
パルスレーザビーム６４５の波長は、好ましくは１１００ｎｍ以下であり、より好ましくは８５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは３６０ｎｍ以下である。ガラスへの吸収率が低い波長域のレーザを用いて加工を行う事により、孔形成時のガラス基板の熱溶融を抑制できるため、孔周辺の応力を小さくでき、好ましい。また、紫外光をはじめとした短波長レーザは高いエネルギーを有するため、ガラスでの多光子吸収現象が発生しやすく、ガラス基板への孔や改質部形成に好適である。従って、パルスレーザビーム６４５の波長が上記のような範囲であると、熱影響が少なく、改質部や孔を形成できる。
１１００ｎｍ以下の波長を有するレーザとして、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長約１０６４ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高周波（波長約５３２ｎｍ）、第３高周波（波長約３５５ｎｍ）、第４高周波（波長約２６６ｎｍ）、エキシマＸｅＦレーザ（波長約３５１ｎｍ）、エキシマＸｅＣｌレーザ（波長約３０８ｎｍ）、エキシマＫｒＦレーザ（波長約２４８ｎｍ）、エキシマＡｒＦレーザ（波長約１９３ｎｍ）、ファイバーレーザ（波長約１０６０ｎｍ）などがあげられる。なお、これらのレーザは一例であって、その他の種類のレーザを用いても良い。
パルスレーザビーム６４５のパルス幅は、好ましくは１ｎｓｅｃ未満であり、より好ましくは１００ｐｓｅｃ以下であり、更に好ましくは１０ｐｓｅｃ以下である。パルス幅が上記範囲であると、１パルス内のレーザビームのピークが、ガラス内に多光子吸収現象を発生させるのに十分な強度であるため、改質部や孔が形成しやすく、熱影響が小さい。また、パルス幅は、一般的に１００ｆｓｅｃ以上のものが用いられる。これは汎用レーザ技術の下限値である。
（工程Ｓ５３０）
次に、改質部２１をエッチングにより除去することで、ガラス基板２０に孔２２を形成、拡大する。
第２の実施形態では、ガラス基板への熱影響が小さい方法でレーザ照射を行っているため、エッチング工程の前にアニール工程を行う必要がない。レーザ照射後の、改質部または孔周辺の残留応力は、例えば３０ＭＰａ以下であり、より好ましくは２０ＭＰａ以下である。残留応力がこの範囲であると、アニール工程を設けずにエッチング工程を行った場合にもエッチングが均一に進む。
図７（ｃ）には、エッチングにより改質部２１が除去され、孔２２が形成された様子を模式的に示す。図７（ｃ）中の点線は、エッチング前のガラス基板２０と、改質部２１の境界を示しており、実線は、エッチング後のガラス基板２０と、改質部２１が除去され形成された孔２２の境界を示している。
ガラス基板２０が改質部２１を有する場合、改質部２１のエッチングレートが非改質部よりも高いため、改質部２１が選択的に除去されガラス基板に孔２２が形成される。また、ガラス基板に孔２２が形成された後、エッチングを継続することで孔２２の直径が拡大する。
エッチング液は、ガラスに対するエッチングレートよりも改質部に対するエッチングレートが早いものが選択される。例えば、フッ酸、硫酸、硝酸、塩酸などの化合物、前記化合物の水溶液、または前記化合物のうち２種類以上を混合した溶液であってもよい。
エッチング時間は、改質部の大きさや、目的とする孔径に応じて選択される。エッチング時間を調節することで、孔径を制御できる。
（工程Ｓ５４０）
次に、孔２２が形成されたガラス基板２０をアニールする。従来、短波長のパルスレーザ用いて改質部２１を形成する方法では、上述のように熱溶融による孔周辺の残留応力が発生しにくいため、アニールが不要なプロセスとして知られていた。しかし、このプロセスであっても、上述のように、インターポーザ製造過程において導電性材料を孔に充填し熱処理を行う工程で、ガラス基板が熱収縮し、歪むという問題が生じる。そのため、短波長のパルスレーザを用いる方法であっても、ガラス基板をアニールする工程を設けることにより、後の熱処理工程で熱収縮を抑制できる。
更に、第２の実施形態では、エッチング工程の後にアニール工程を行うことで、ガラス基板表面への深い傷の発生を抑制できる。このことについて、以下で説明する。
第１の実施形態のように、ＣＯ２レーザなどの熱加工を利用してガラス基板に孔を形成する方法では、レーザ照射によって孔周辺に生じた残留応力を、アニール工程により緩和することで、エッチング工程において孔内壁に対するエッチング進行のばらつきを抑制する必要があった。一方、第２の実施形態では、短波長のパルスレーザを用いて、熱影響の小さい方法により改質部を形成するため、残留応力が小さく、アニール工程をエッチング工程の後に行う事が出来る。
エッチング工程の後にアニール工程を行うので、アニール工程の後にエッチング工程を行う場合とは異なり、アニール工程においてハンドリングや支持基板との摩擦によってできた傷がエッチング工程により深化・拡大することを防止できる。これにより、（１）アニール工程後には浅く、問題にならない程度であった傷が、その後のエッチング工程により顕在化することを防げるため、傷の数を減らすことができる。エッチング工程の後にアニール工程を行うからである。
更に、（２）アニール工程後に顕在化している傷が、その後のエッチング工程により深化、拡大することも防止できる。エッチング工程の後にアニール工程を行うからである。ガラス基板をインターポーザとして使用する場合、ガラス基板上の傷は、ガラス基板上に形成される配線に断線などの不具合が生じさせる虞があるため望ましくない。特に、大きな傷や深い傷では不具合を生じさせる可能性が高い。従って、傷の数を減らすだけではなく、傷の深化、拡大を抑制することは、インターポーザ生産において製品品質を向上させる、または一定の品質を満たす製品の歩留りを向上させる上で重要である。
このように、第２の実施形態ではアニール工程をエッチング工程の後に行う事により、顕在化する傷の数を減らし、更に傷の深化、拡大を防ぐことができるため、より傷影響の少ないガラス基板を製造できる。
（アニール用ガラス積層体）
本発明体のアニール用ガラス積層体は、図１に示した構成のガラス積層体であり、第１、第２の実施形態におけるアニール工程で用いられる。図１に示すように、孔を有するガラス基板２０と、前記ガラス基板の下に設置された第１の支持基板１１０と、前記第１の支持基板１１０の下に設置された第２の支持基板１２０を備え、前記第１の支持基板１１０は、前記ガラス基板２０との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張係数を備え、前記第２の支持基板１２０の熱膨張係数は１０ｐｐｍ／Ｋ以下である。
（実施例１）
前述の第１の実施形態に記載の方法を用いて、以下の手順で孔を有するガラス基板を製造した。
まず、対向する表面を有するガラス基板を準備した。ガラス基板には、４００ｍｍ×３００ｍｍ×厚さ０．４ｍｍの矩形状の無アルカリガラスを用いた。ガラス基板の熱膨張係数は３．８ｐｐｍ／Ｋであった。歪点は、６７０℃、軟化点は、９５０℃であった。
次に、図４に示す構成のレーザ照射装置を使用し、ガラス基板にレーザを照射して、複数の貫通孔を形成した。レーザ発振器には、波長１０．６μｍのＣＯ２レーザ用い、レーザは連続発振させた。
次に、アニール工程を行った。アニール工程は徐冷炉を使用して行われた。ガラス基板は、図１に示したような構成で設置し、アニールを行った。すなわち、ガラス基板は第１の支持基板上に設置され、第１の支持基板は、第２の支持基板上に設置された。ガラス基板は、第２の表面を第１の支持基板の側にして設置され、第１の支持基板は、第２の表面を第２の支持基板の側にして設置された。
第１の支持基板には、孔を形成したガラス基板と同一組成のガラスを用いた。そのため、ガラス基板と第１の支持基板の熱膨張係数に差はなかった。第１の支持基板の寸法は、８３０ｍｍ×７００ｍｍ×厚さ０．６ｍｍであった。第１の支持基板の、ガラス基板と接する第１の表面は、エッチングにより粗面化されており、表面粗さはＲａが０．４５μｍであった。
第２の支持基板には、熱膨張係数が０．５５ｐｐｍ／Ｋである石英ガラスを用いた。また、第２の支持基板の寸法は、９４０ｍｍ×７５０ｍｍ×厚さ３ｍｍであった。
ガラス基板は、徐冷炉内に、７１１℃で２時間保持された後、１２℃／ｈで６５０℃まで降温され、その後自然放冷された。
以上の工程により、孔を有するガラス基板を製造した。アニール工程後のガラス基板の第２の表面の写真を図８に示した。図９には、傷の拡大写真を示した。
（実施例２）
実施例１において得られた孔を有するガラス基板について、エッチング工程を実施する。孔が形成されガラス基板を、フッ酸溶液に浸漬し、エッチングを行う。アニール工程の後にエッチング工程を実施することにより、孔内壁が凸凹になるのを防ぎつつ、孔内壁を平滑化し、孔径を拡大できる。
（実施例３）
次に、第２の実施形態に記載の製造方法で、孔を有するガラス基板を製造する方法について説明する。
ガラス基板は、実施例１と同様のものを準備する。
次に、図６に示すレーザ照射装置を用いて、ガラス基板にレーザを照射し、複数の改質部を形成した。レーザには、波長５３２ｎｍのパルスレーザを使用し、パルス幅は１０ｐｓとする。
次に、エッチング工程を行う。改質部が形成されたガラス基板を、５パーセント濃度のフッ酸溶液に浸漬し、エッチングを行う。これにより、改質部が除去され、ガラス基板に孔が形成される。
次に、アニール工程を行う。アニール工程は、実施例１と同様の条件下で行う。
これにより、孔を有するガラス基板が製造される。
（実施例４）
実施例４では、実施例３と同様にレーザ照射工程により改質部を形成した後、実施例３とは異なりエッチング工程の前にアニール工程を行う。アニール工程は、実施例１と同様の条件下で行う。
アニール工程の後、エッチング工程を行う。エッチング工程は実施例２と同様の条件下で行う。
これにより、孔を有するガラス基板が製造される。
（比較例１）
次に、比較例について説明する。まず、実施例１と同様のガラス基板を準備し同様のレーザ照射工程を実施することで、ガラス基板に複数の貫通孔を形成した。
次に、アニール工程を行った。ガラス基板は第２の支持基板の上に直接設置された。ガラス基板は、第２の表面を第２の支持基板の側にして設置された。
第２の支持基板には、実施例１と同じものを用いた。すなわち、熱膨張係数が０．５５ｐｐｍ／Ｋ、寸法９４０ｍｍ×７５０ｍｍ×厚さ３ｍｍの石英ガラス基板であった。従って、ガラス基板と第２の支持基板の熱膨張係数の差は、３．２５ｐｐｍ／Ｋであった。
ガラス基板は、徐冷炉内で７１１℃で２時間保持された後、１２℃／ｈで６５０℃降温され、その後自然放冷された。
アニール工程後の孔を有するガラス基板の第２の表面の写真を、図１０に示した。
実施例１の結果（図８）、比較例１の結果（図１０）を比較すると、実施例１では、比較例１に比べ、ガラス基板の第２の表面の傷の数が減少したことが分かる。特に、放射状の傷が顕著に抑制されたことが分かる。このように、本発明による製造方法では、ガラス基板の表面の傷を有意に抑制できた。
実施例２～４で製造されるガラス基板の第２の表面を比較例１で製造されるガラス基板の第２の表面と比較すると、実施例２～４で製造されるガラス基板の第２の表面では、傷が大幅に減少する。
また、実施例３で製造されるガラス基板の第２の表面と、実施例２、実施例４で製造されるガラス基板の第２の表面を比較すると、実施例３の方が、実施例２、実施例４に比べて傷の数が少なく、また深く大きな傷が少ない。実施例３の方が、実施例２、４に比べて傷の数が少なく、また深く大きな傷が少ない理由は、実施例３と実施例２、４とではエッチング工程とアニール工程との順番が異なるからである。実施例３ではエッチング工程の後にアニール工程が行われ、実施例２、４ではアニール工程の後にエッチング工程が行われる。
このように、本発明に記載の製造方法によると、ガラス基板表面への傷の発生を抑制しつつ、アニールにより孔周辺やガラス基板全面の残留応力を緩和し、後の工程で熱収縮や歪みが起きにくいガラス基板を製造することができる。
更に、アニール工程をエッチング工程の後に行う事で、傷の深化、拡大を抑制し、より顕在化した傷の数を減らすことができる。
２０ ガラス基板
２０ｂ ガラス基板の第１の表面
２０ｃ ガラス基板の第２の表面
２１ 改質部
２２ 孔
１１０ 第１の支持基板
１１０ｂ 第１の支持基板の第１の表面
１１０ｃ 第１の支持基板の第２の表面
１２０ｂ 第１の支持基板の第１の表面
１２０ｃ 第１の支持基板の第２の表面
４００ レーザ照射装置
４１０ ステージ
４３０ レーザ発振器
４３５ レーザビーム
４４０ 集光レンズ
４４５ レーザビーム
６００ レーザ照射装置
６１０ ステージ
６２０ ファンクションジェネレータ
６３０ レーザ発振器
６３５ レーザビーム
６４０ 集光レンズ
６４５ レーザビーム

Claims (11)

  1. 相互に対向する第１の表面と第２の表面を有するガラス基板を準備する工程と、
    前記ガラス基板にレーザを用いて孔を形成する工程と、
    前記ガラス基板を、前記ガラス基板との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である熱膨張係数を備えた第１の支持基板の上に設置し、前記第１の支持基板を、熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下である、第２の支持基板の上に設置し、前記ガラス基板をアニールする工程と、
    を備え、
    前記第１の支持基板は、前記第２の支持基板の平面の上に設置され、
    前記第２の支持基板の前記平面は、前記第１の支持基板の下面よりも大きく、前記第１の支持基板の下面全体に接する、
    孔を有するガラス基板の製造方法。
  2. 前記ガラス基板にレーザを用いて孔を形成する工程は、
    前記ガラス基板の前記第１の表面に、レーザを照射することにより、前記ガラス基板に孔を形成する、請求項１に記載の孔を有するガラス基板の製造方法。
  3. 前記アニールする工程の後、前記ガラス基板をエッチングする工程を有する、請求項２に記載の孔を有するガラス基板の製造方法。
  4. 前記孔を形成する工程の後、前記アニールする工程の前において、前記ガラス基板の、前記孔の周辺の残留応力が、５０ＭＰａ以上である、請求項２又は３に記載の孔を有するガラス基板の製造方法。
  5. 前記ガラス基板にレーザを用いて孔を形成する工程は、
    前記ガラス基板の前記第１の表面に、１１００ｎｍ以下の波長を有するパルスレーザを照射し、前記ガラス基板に改質部を形成する工程と、
    前記改質部をエッチングにより除去することで、前記ガラス基板に孔を形成する工程を含む、請求項１に記載の孔を有するガラス基板の製造方法。
  6. 前記孔を形成する工程の後、前記アニールする工程の前において、前記ガラス基板の、前記孔の周辺の残留応力が、３０ＭＰａ以下である、請求項５に記載の孔を有するガラス基板の製造方法。
  7. 前記第１の支持基板の、前記ガラス基板と接する第１の表面の、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上、２．０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一つに記載の製造方法。
  8. 前記第１の支持基板は、前記ガラス基板より大きいことを特徴とする、請求項１～７のいずれか一つに記載の製造方法。
  9. 前記第２の支持基板の前記平面の平面度が６００μｍ以下である、請求項１～８のいずれか一つに記載の製造方法。
  10. 前記第１の支持基板は、前記ガラス基板と同組成のガラスである、請求項１～９のいずれか一つに記載の製造方法。
  11. 孔を有するガラス基板と、
    前記ガラス基板の下に設置された第１の支持基板と、
    前記第１の支持基板の下に設置された第２の支持基板を備え、
    前記第１の支持基板は、前記ガラス基板との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張係数を備え、
    前記第２の支持基板の熱膨張係数は１０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、
    前記第１の支持基板は、前記第２の支持基板の平面の上に設置され、
    前記第２の支持基板の前記平面は、前記第１の支持基板の下面よりも大きく、前記第１の支持基板の下面全体に接する、
    アニール用ガラス積層体。
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