JP7091846B2

JP7091846B2 - A method of manufacturing a glass substrate having holes using a laser

Info

Publication number: JP7091846B2
Application number: JP2018103434A
Authority: JP
Inventors: 浩平堀内
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: JP2019206460A

Description

本発明は、レーザを用いて孔を有するガラス基板を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a glass substrate having holes using a laser.

従来、ガラス基板にレーザ照射により孔を形成する方法として、ＣＯ_２レーザ等による方法が知られている（例えば特許文献１）。ＣＯ_２レーザはガラスに吸収される波長を有するため、ガラス基板がレーザを吸収し熱加工により孔が形成される。しかし、熱加工であることや、レーザの集光性が悪いことから、孔径６０μｍ以下の微細孔の形成ができないという問題があった。 Conventionally, as a method of forming holes in a glass substrate by laser irradiation, a method using a CO ₂ laser or the like is known (for example, Patent Document 1). Since the CO ₂ laser has a wavelength that is absorbed by the glass, the glass substrate absorbs the laser and holes are formed by thermal processing. However, there is a problem that fine pores having a pore diameter of 60 μm or less cannot be formed due to the heat processing and the poor light collecting property of the laser.

その他にも、可視光からＵＶ領域の波長を有するレーザを、パルス発振して用いる方法が知られている（例えば特許文献２、特許文献３）。これらの方法では、１孔の加工時間が数十ｍｓから百ｍｓと長いため、生産効率が悪いという問題があった。 In addition, a method of using a laser having a wavelength in the UV region from visible light by pulse oscillation is known (for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). In these methods, there is a problem that the production efficiency is poor because the processing time of one hole is as long as several tens of ms to 100 ms.

また、これらの孔形成工程に続けて、エッチング工程を設けることで、孔内壁の平滑化や孔径の拡大を図った例も知られている。（例えば、特許文献１、２） Further, there is also known an example in which an etching step is provided after these hole forming steps to smooth the inner wall of the hole and increase the hole diameter. (For example, Patent Documents 1 and 2)

特開２０１６－５６０４６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-56046 特表２０１４－５０１６８６号公報Japanese Patent Publication No. 2014-501686 特許第３７９７０６８号公報Japanese Patent No. 3797068

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ガラスへの吸収率が低い波長を有するレーザを、高出力で連続発振しガラス基板に照射することで、孔径・深さを制御し、所望の孔を短時間で形成することを可能にする、新しいレーザ加工方法を提供する。 The present invention has been made in view of such a background, and the pore diameter and depth are controlled by continuously oscillating a laser having a wavelength having a low absorption rate into glass at a high output and irradiating the glass substrate. And provides a new laser processing method that enables the formation of desired holes in a short time.

本発明では、
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と、
前記ガラス基板の前記第１、第２の表面のうち、少なくとも１つの表面に、レーザの少なくとも一部のエネルギーを吸収する機能を有する吸収層を設置する工程と、
平均出力が５０～５００Ｗの範囲であり、前記ガラス基板の吸収係数が０．５ｃｍ^－１以下である波長を備えたレーザを連続発振し、前記ガラス基板の、前記第１の表面の側に１ｍｓ以下の照射時間で照射することにより、前記ガラス基板に、直径２０μｍ～８０μｍ、深さ１０μｍ～７００μｍの範囲である孔を形成する工程と、
を有することを特徴とする、孔を有するガラス基板の製造方法が提供される。 In the present invention
A step of preparing a glass substrate having first and second surfaces facing each other, and
A step of installing an absorption layer having a function of absorbing energy of at least a part of a laser on at least one surface of the first and second surfaces of the glass substrate.
A laser having a wavelength in which the average output is in the range of 50 to 500 W and the absorption coefficient of the glass substrate is 0.5 cm ^-1 or less is continuously irradiated, and 1 ms on the side of the first surface of the glass substrate. A step of forming holes having a diameter of 20 μm to 80 μm and a depth of 10 μm to 700 μm on the glass substrate by irradiating with the following irradiation time.
A method for manufacturing a glass substrate having holes is provided.

本発明の製造方法は、ガラスへの吸収率が低い波長を有するレーザを、高出力で連続発振しガラス基板に照射することで、孔径・深さを制御し、所望の孔を短時間で形成することを可能にする。 In the manufacturing method of the present invention, a laser having a wavelength having a low absorption rate into glass is continuously oscillated at a high output to irradiate the glass substrate to control the hole diameter and depth and form a desired hole in a short time. Allows you to.

本発明の一実施形態により形成され得る孔の断面を模式的に示した図である。It is a figure which showed schematically the cross section of the hole which can be formed by one Embodiment of this invention. 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模式的に示した図である。It is a figure which schematically showed the flow of the manufacturing method of the glass substrate which has a hole by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態おける、レーザ照射工程で使用され得るレーザ照射装置を概略的に示した図である。It is a figure which showed schematically the laser irradiation apparatus which can be used in a laser irradiation process in one Embodiment of this invention. 本発明の他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模式的に示した図である。It is a figure which schematically showed the flow of the manufacturing method of the glass substrate which has a hole by another embodiment of this invention. 例１３において、レーザ照射工程後に形成された貫通孔の、ガラス基板の第１、第２の表面における開口部、および断面状態の写真である。In Example 13, it is a photograph of the through hole formed after the laser irradiation step, the opening on the first and second surfaces of the glass substrate, and the cross-sectional state. 例２８における、エッチング工程後の貫通孔の、ガラス基板の第１、第２の表面における開口部、および断面状態の写真である。It is a photograph of the through hole after the etching step in Example 28, the opening on the first and second surfaces of the glass substrate, and the cross-sectional state.

本発明における実施形態では、孔を有するガラス基板の製造方法であって、
（１）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、
（２）前記ガラス基板の前記第１の表面に、レーザの少なくとも一部のエネルギーを吸収する機能を有する吸収層を設置する工程（吸収層設置工程）と、
（３）平均出力が５０～５００Ｗの範囲であり、前記ガラス基板の吸収係数が０．５ｃｍ^－１以下である波長を備えたレーザを連続発振し、前記ガラス基板の、前記第１の表面の側に１ｍｓ以下の照射時間で照射することにより、前記ガラス基板に、直径２０μｍ～８０μｍ、深さ１０μｍ～７００μｍの範囲である孔を形成する工程（レーザ照射工程）と、
を有する方法が提供される。 In the embodiment of the present invention, it is a method for manufacturing a glass substrate having holes.
(1) A step of preparing a glass substrate having first and second surfaces facing each other (glass substrate preparation step) and
(2) A step of installing an absorption layer having a function of absorbing at least a part of the energy of the laser on the first surface of the glass substrate (absorption layer installation step).
(3) A laser having a wavelength in which the average output is in the range of 50 to 500 W and the absorption coefficient of the glass substrate is 0.5 cm ^-1 or less is continuously irradiated to continuously irradiate the first surface of the glass substrate. A step of forming holes in the glass substrate having a diameter of 20 μm to 80 μm and a depth of 10 μm to 700 μm by irradiating the glass substrate with an irradiation time of 1 ms or less (laser irradiation step).
Is provided.

本発明における実施形態では、吸収層設置工程でガラス基板表面に設置した吸収層に、レーザ照射工程において、特定の条件を満たすレーザを照射することにより、ガラス基板に、直径２０μｍ～８０μｍ、深さ１０μｍ～７００μｍの範囲である孔を形成することができる。以下、レーザ照射工程で孔が形成される条件や原理について、詳細を説明する。 In the embodiment of the present invention, the absorption layer installed on the surface of the glass substrate in the absorption layer installation step is irradiated with a laser satisfying a specific condition in the laser irradiation step, whereby the glass substrate has a diameter of 20 μm to 80 μm and a depth. It is possible to form holes in the range of 10 μm to 700 μm. Hereinafter, the conditions and principles for forming holes in the laser irradiation step will be described in detail.

まず、レーザ照射工程では、吸収層設置工程で設置された吸収層にレーザが照射される。吸収層はレーザのエネルギーを吸収し、プラズマを発生する（ステップ１）。発生したプラズマの熱によりガラス基板表面には凹部が形成される（ステップ２）。レーザは連続発振されるため、プラズマに連続的にエネルギーが供給される。その結果、レーザの照射時間の間、プラズマが持続し、ガラス基板の凹部を拡張する。これにより、ガラス基板に孔が形成される（ステップ３）。 First, in the laser irradiation step, the laser is irradiated to the absorption layer installed in the absorption layer installation step. The absorption layer absorbs the energy of the laser and generates plasma (step 1). A recess is formed on the surface of the glass substrate by the heat of the generated plasma (step 2). Since the laser oscillates continuously, energy is continuously supplied to the plasma. As a result, the plasma is sustained during the laser irradiation time, expanding the recesses of the glass substrate. As a result, holes are formed in the glass substrate (step 3).

（ステップ１について）
レーザは、ガラス基板への吸収が小さい波長を有する連続発振レーザが選択される。従って、ＣＯ_２レーザのようにガラス基板に熱的に孔は形成されず、また高パルスエネルギーを有する短パルスレーザのようにアブレーション現象も観測されない。従って、ガラス基板表面に吸収層を設置することにより、初めて孔形成が可能になる。 (About step 1)
As the laser, a continuously oscillating laser having a wavelength that is less absorbed by the glass substrate is selected. Therefore, unlike the CO ₂ laser, no holes are thermally formed in the glass substrate, and unlike the short pulse laser having high pulse energy, the ablation phenomenon is not observed. Therefore, it is possible to form holes for the first time by installing an absorption layer on the surface of the glass substrate.

（ステップ２について）
本発明に記載の製造方法では、発生したプラズマの熱によりガラス基板表面に凹部が形成される。従来のＣＯ_２レーザによる孔加工では、ガラス基板はレーザのエネルギーを直接吸収し、熱溶融するため、孔径６０μｍ以下の孔を形成できなかった。しかし、発生したプラズマの熱による加工する本発明の方法によれば、レーザ照射条件によって、孔径６０μｍ以下の孔加工も実現できる。 (About step 2)
In the manufacturing method described in the present invention, recesses are formed on the surface of the glass substrate by the heat of the generated plasma. In the conventional hole processing with a CO ₂ laser, the glass substrate directly absorbs the energy of the laser and heat-melts, so that a hole having a hole diameter of 60 μm or less cannot be formed. However, according to the method of the present invention for processing by the heat of the generated plasma, it is possible to realize hole processing with a hole diameter of 60 μm or less depending on the laser irradiation conditions.

（ステップ３について）
レーザの一部が孔内壁で反射され、孔の深さ方向に進行することで、プラズマが孔底部に到達し、深さ方向に加工が進行する。レーザ照射時間や、開口数を調節することで、プラズマの到達深度が変わり、任意の深さの孔を形成できる。特に、低い開口数を選択することで、レーザのガラス基板への入射角度が小さくなり、孔形成中においては、孔内壁に対するレーザの反射角度が大きくなるため、レーザがより深くまで到達でき、高いアスペクト比を有する孔が形成できる。 (About step 3)
A part of the laser is reflected by the inner wall of the hole and travels in the depth direction of the hole, so that the plasma reaches the bottom of the hole and the processing proceeds in the depth direction. By adjusting the laser irradiation time and the numerical aperture, the reach depth of the plasma changes, and holes of arbitrary depth can be formed. In particular, by selecting a low numerical aperture, the angle of incidence of the laser on the glass substrate is small, and during hole formation, the angle of reflection of the laser on the inner wall of the hole is large, so that the laser can reach deeper and is higher. A hole having an aspect ratio can be formed.

このように、本発明のレーザ照射工程では、ガラス基板への吸収が小さい波長を有するレーザであっても、上記メカニズムにより孔加工が実現できる。なお、上記メカニズムは現時点で考察したものであって、実際の孔の形成挙動は、その他のメカニズムで説明されても良い。 As described above, in the laser irradiation step of the present invention, hole processing can be realized by the above mechanism even if the laser has a wavelength that is absorbed into the glass substrate by a small amount. It should be noted that the above mechanism has been considered at this time, and the actual pore formation behavior may be explained by another mechanism.

また、プラズマを利用した孔形成法として、特許文献３には、ＹＡＧパルスレーザを用いる方法が記載されている。しかし、パルスレーザを用いるため、１孔の加工時間が４０ｍｓ～４００ｍｓと長くなり、生産効率が悪いという課題がある。また、特許文献３では、どのような寸法の孔が得られるかについて、具体的な記載がなく、更に、具体的な孔径、深さを有する孔を加工するための条件も開示されていなかった。そのため、例えばインターポーザ等で要求される寸法・精度の孔を特許文献３に記載の方法で得ることができるか不明である。本発明では、孔径を２０μｍ～８０μｍ、深さを１０μｍ～７００μｍの範囲で制御し、所望の寸法を持つ孔を、従来の方法と比較して、約１００分の１～８０００分の１の短時間で形成できる条件を提供する。 Further, as a pore forming method using plasma, Patent Document 3 describes a method using a YAG pulse laser. However, since a pulse laser is used, there is a problem that the processing time for one hole is as long as 40 ms to 400 ms, and the production efficiency is poor. Further, in Patent Document 3, there is no specific description as to what size of the hole can be obtained, and further, the conditions for processing a hole having a specific hole diameter and depth are not disclosed. .. Therefore, it is unclear whether a hole having the dimensions and accuracy required by an interposer or the like can be obtained by the method described in Patent Document 3. In the present invention, the hole diameter is controlled in the range of 20 μm to 80 μm and the depth is controlled in the range of 10 μm to 700 μm, and the hole having a desired size is shortened by about 1/100 to 1/8000 as compared with the conventional method. Provides conditions that can be formed in time.

次に、上記メカニズムにより、直径２０μｍ～８０μｍ、深さ１０μｍ～７００μｍの範囲である孔を形成するためのレーザ照射条件について説明する。 Next, laser irradiation conditions for forming a hole having a diameter of 20 μm to 80 μm and a depth of 10 μm to 700 μm by the above mechanism will be described.

（レーザの波長について）
本発明で使用されるレーザの波長は、レーザの波長に対する被加工ガラスの吸収係数が０．５ｃｍ^－１以下であれば、特に限られない。ガラスへの吸収係数が小さい波長を有するレーザで加工することにより、ガラス基板への熱影響を抑えられるため、孔径の拡大を防ぐことができる。従って、本発明では、目的とする孔径の孔を加工するために、被加工ガラスの吸収係数が０．５ｃｍ^－１であるようなレーザ波長を選択することを特徴とする。好ましくは０．３ｃｍ^－１以下、更に好ましくは０．１５ｃｍ^－１以下であると、熱影響を更に軽減できる。この条件を満たす波長の範囲は、例えば下限が３５０ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ以上、より好ましくは１０００ｎｍ以上であり、上限が３０００ｎｍ以下、好ましくは２０５０ｎｍ以下、より好ましくは１０９０ｎｍ以下である。 (About laser wavelength)
The wavelength of the laser used in the present invention is not particularly limited as long as the absorption coefficient of the processed glass with respect to the wavelength of the laser is 0.5 cm ^-1 or less. By processing with a laser having a wavelength having a small absorption coefficient to glass, the heat effect on the glass substrate can be suppressed, so that the expansion of the pore size can be prevented. Therefore, the present invention is characterized in that a laser wavelength having an absorption coefficient of 0.5 cm ^-1 is selected for processing a hole having a desired hole diameter. When it is preferably 0.3 cm ^-1 or less, more preferably 0.15 cm ^-1 or less, the heat effect can be further reduced. The range of wavelengths satisfying this condition is, for example, a lower limit of 350 nm or more, preferably 500 nm or more, more preferably 1000 nm or more, and an upper limit of 3000 nm or less, preferably 2050 nm or less, more preferably 1090 nm or less.

（レーザの平均出力について）
レーザの平均出力は、５０Ｗ～３００Ｗの範囲である。レーザの平均出力がこの範囲であれば、本発明に記載の、直径２０μｍ～８０μｍの孔が形成できる。レーザの出力の大きさは、特に形成する孔の孔径に与える影響が大きく、出力が大きなレーザをガラス基板に照射することにより、短時間で大きな孔径の孔が形成される傾向にある。更に、クラックの発生を抑制し、高品質の孔を形成するには、レーザの平均出力は２５０Ｗ以下であることが好ましく、１５０Ｗ以下であることがより好ましい。一方、安定的に孔を形成し、孔曲がりを抑制して、孔品質を向上するためには、レーザ平均出力は、７０Ｗ以上が好ましく、８０Ｗ以上がより好ましい。 (About the average output of the laser)
The average output of the laser is in the range of 50W to 300W. If the average output of the laser is in this range, the holes having a diameter of 20 μm to 80 μm as described in the present invention can be formed. The magnitude of the output of the laser has a particularly large effect on the pore diameter of the hole to be formed, and by irradiating the glass substrate with a laser having a large output, a hole having a large pore diameter tends to be formed in a short time. Further, in order to suppress the generation of cracks and form high-quality pores, the average output of the laser is preferably 250 W or less, more preferably 150 W or less. On the other hand, in order to stably form holes, suppress hole bending, and improve hole quality, the laser average output is preferably 70 W or more, and more preferably 80 W or more.

（レーザの照射時間について）
レーザのガラス基板への照射時間は、加工したい孔の孔径、深さに応じて適当な値に調節される。特に、照射時間は形成される孔の深さへの影響が大きい。同じ開口数、出力で、照射時間を長くすると、深く、アスペクト比の大きな孔を形成することができる。本発明に記載の方法では、連続発振されたレーザを使用することにより、１孔の加工時間を従来技術より短くすることが可能であり、生産性を大幅に改善できる。加工時間短縮の観点から言えば、照射時間は短いほど好ましく、例えば１ｍｓ以下であり、好ましくは５００μｓ以下であり、より好ましくは３００μｓ以下である。一方で、十分に孔形成を進めるために、照射時間は好ましくは１μｓ以上であり、より好ましくは１０μｓ以上であり、更に好ましくは５０μｓ以上である。 (About laser irradiation time)
The irradiation time of the laser on the glass substrate is adjusted to an appropriate value according to the hole diameter and depth of the hole to be machined. In particular, the irradiation time has a large effect on the depth of the formed pores. With the same numerical aperture and output, if the irradiation time is lengthened, deep holes with a large aspect ratio can be formed. In the method described in the present invention, by using a continuously oscillated laser, the processing time of one hole can be shortened as compared with the conventional technique, and the productivity can be significantly improved. From the viewpoint of shortening the processing time, the shorter the irradiation time is, the more preferable it is, for example, 1 ms or less, preferably 500 μs or less, and more preferably 300 μs or less. On the other hand, in order to sufficiently promote pore formation, the irradiation time is preferably 1 μs or more, more preferably 10 μs or more, and further preferably 50 μs or more.

（集光レンズの開口数について）
集光レンズの開口数は、レーザの集光半角の正弦値として与えられる値である。開口数は、加工したい孔の孔径、深さに応じて、適当な値に調節される。例えば、開口数は形成される孔の孔深さやアスペクト比に影響を与える。出力、照射時間が同じであっても、低い開口数ほど深く、アスペクト比が高い孔が形成される傾向にある。深孔を形成するためには、開口数は０．１５０以下が好ましく、０．１３０以下がより好ましい。一方、集光エネルギーを確保し、安定して孔を形成するためには、開口数は０．０１５以上が好ましく、０．０２０以上がより好ましい。 (About the numerical aperture of the condenser lens)
The numerical aperture of the condensing lens is a value given as a sine and cosine value of the condensing half angle of the laser. The numerical aperture is adjusted to an appropriate value according to the hole diameter and depth of the hole to be machined. For example, the numerical aperture affects the hole depth and aspect ratio of the holes to be formed. Even if the output and irradiation time are the same, the smaller the numerical aperture, the deeper the hole tends to be and the higher the aspect ratio is. In order to form deep holes, the numerical aperture is preferably 0.150 or less, more preferably 0.130 or less. On the other hand, the numerical aperture is preferably 0.015 or more, more preferably 0.020 or more, in order to secure the condensing energy and stably form holes.

（本発明で形成される孔について）
以上の条件でレーザを照射することにより、ガラス基板に直径２０μｍ～８０μｍ、深さ１０μｍ～７００μｍの範囲である孔を形成することが可能になる。孔は、ガラス基板を貫通していても良く、未貫通で合っても良い。以下で、形成される孔の形状の詳細について説明する。図１には、ガラス基板に形成され得る未貫通孔の模式図を示す。 (About the hole formed by the present invention)
By irradiating the laser under the above conditions, it becomes possible to form holes having a diameter of 20 μm to 80 μm and a depth of 10 μm to 700 μm on the glass substrate. The holes may penetrate the glass substrate or may not penetrate the holes. The details of the shape of the formed holes will be described below. FIG. 1 shows a schematic view of non-through holes that can be formed in a glass substrate.

本発明に記載の製造方法により、ガラス基板の表面に形成された孔の開口部の直径を孔径φとすると（図１のφ参照）、孔径φは２０μｍ以上であり、好ましくは２５μｍ以上であり、更に好ましくは３０μｍ以上の範囲である。また、孔径φは、８０μｍ以下であり、好ましくは７５μｍ以下であり、更に好ましくは６５μｍ以下の範囲である。本発明に記載の方法では、出力や照射時間、開口数などを適切に選択することで、従来レーザ照射のみで形成することが難しかった、孔径２０μｍ～６０μｍを含む、広い範囲の孔径を有する孔を、短時間で形成することが可能である。 Assuming that the diameter of the opening of the hole formed on the surface of the glass substrate by the manufacturing method described in the present invention is the hole diameter φ (see φ in FIG. 1), the hole diameter φ is 20 μm or more, preferably 25 μm or more. More preferably, it is in the range of 30 μm or more. The hole diameter φ is 80 μm or less, preferably 75 μm or less, and more preferably 65 μm or less. In the method described in the present invention, holes having a wide range of pore diameters, including pore diameters of 20 μm to 60 μm, which were difficult to form by conventional laser irradiation alone, by appropriately selecting the output, irradiation time, numerical aperture, etc. Can be formed in a short time.

図１に示す未貫通孔において、ガラス基板の開口部が形成された表面から、孔底部までの距離を孔深さｄとする（図１のｄ参照）。本発明に記載の製造方法により形成される孔では、孔深さｄは１０μｍ以上であり、好ましくは５０μｍ以上であり、更に好ましくは８０μｍ以上の範囲である。また、孔深さｄは、７００μｍ以下であり、好ましくは６００μｍ以下であり、更に好ましくは５００μｍ以下の範囲である。本発明では、出力や照射時間、開口数などを適切に選択することで、広い範囲の孔深さを有する孔を形成することが可能である。 In the non-penetrating hole shown in FIG. 1, the distance from the surface on which the opening of the glass substrate is formed to the hole bottom is defined as the hole depth d (see d in FIG. 1). In the holes formed by the production method described in the present invention, the hole depth d is 10 μm or more, preferably 50 μm or more, and more preferably 80 μm or more. The hole depth d is 700 μm or less, preferably 600 μm or less, and more preferably 500 μm or less. In the present invention, it is possible to form a hole having a wide range of hole depths by appropriately selecting the output, irradiation time, numerical aperture, and the like.

前記孔深さｄと、孔径φの比ｄ／φをアスペクト比とすると、孔のアスペクト比は、例えば１以上である。また、アスペクト比は１５以下であり、好ましくは１３以下であり、更に好ましくは１０以下である。 Assuming that the ratio d / φ of the hole depth d and the hole diameter φ is the aspect ratio, the aspect ratio of the hole is, for example, 1 or more. The aspect ratio is 15 or less, preferably 13 or less, and more preferably 10 or less.

ガラス基板をインターポーザとして用いる場合、用途に応じて様々な孔径、孔深さ、アスペクト比を有する孔の形成が求められる。本発明に記載の方法によれば、レーザ照射条件を調節することにより、孔径、孔深さ、アスペクト比を制御し様々な孔を形成できる。 When a glass substrate is used as an interposer, it is required to form holes having various hole diameters, hole depths, and aspect ratios depending on the application. According to the method described in the present invention, various holes can be formed by controlling the hole diameter, the hole depth, and the aspect ratio by adjusting the laser irradiation conditions.

なお、孔がガラス基板を貫通している場合、前記孔深さｄが計測できない。そこで、以下では、貫通孔を形成した条件と同様の条件でレーザ照射工程を行った場合、ガラス基板の厚さが充分であったならば、形成されたと推測される未貫通孔のアスペクト比を、「推定されるアスペクト比」と呼ぶ。この時、実際に形成された貫通孔の、ガラス基板の第１、第２の表面に形成された開口部のうち、大きい方の開口部の直径を孔径φとし、ガラス基板の厚さをｔとすると、（推定されるアスペクト比）＞ｔ／φである。 When the hole penetrates the glass substrate, the hole depth d cannot be measured. Therefore, in the following, when the laser irradiation step is performed under the same conditions as the conditions for forming the through holes, if the thickness of the glass substrate is sufficient, the aspect ratio of the non-through holes presumed to be formed is determined. , Called "estimated aspect ratio". At this time, the diameter of the larger opening of the through holes actually formed on the first and second surfaces of the glass substrate is the hole diameter φ, and the thickness of the glass substrate is t. Then, (estimated aspect ratio)> t / φ.

上述のレーザ照射条件、メカニズムにより、上述の形状を有する孔を形成できる。近年、半導体分野のインターポーザ用として、微細孔を有するガラス基板の需要が高まっており、用途に応じてガラス基板に様々な孔径、深さを有する微細孔を短時間で加工する技術が求められている。本発明が提供する方法を用いれば、従来技術では追加の工程なく加工出来なかった、２０μｍ～６０μｍの中程度の孔径を有する微細孔を、レーザ照射のみで形成できる。また、加工時間を従来に比べて１０分の１～１万分の１と大幅に短縮できるため、生産効率を改善できる。
以下では、本発明の具体的な実施の形態について、詳細を説明する。 A hole having the above-mentioned shape can be formed by the above-mentioned laser irradiation conditions and mechanism. In recent years, there has been an increasing demand for glass substrates having fine pores for interposers in the semiconductor field, and there is a demand for a technique for processing fine pores having various pore diameters and depths in a short time on a glass substrate depending on the application. There is. By using the method provided by the present invention, it is possible to form micropores having a medium pore size of 20 μm to 60 μm, which could not be processed by the prior art without additional steps, only by laser irradiation. In addition, the processing time can be significantly shortened to 1/10 to 1 / 10,000 as compared with the conventional case, so that the production efficiency can be improved.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

（第１の実施形態）
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２または図３を参照して説明する。 (First Embodiment)
A method for manufacturing a glass substrate having holes according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 or FIG.

図２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。 FIG. 2 schematically shows a flow of a method for manufacturing a glass substrate having holes according to the first embodiment of the present invention.

図２に示すように、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Ｓ１１０）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Ｓ１２０）前記ガラス基板の前記第１の表面に、レーザの少なくとも一部のエネルギーを吸収する機能を有する吸収層を設置する工程（吸収層設置工程）と、
（工程Ｓ１３０）平均出力が５０～５００Ｗの範囲であり、前記ガラス基板の吸収係数が０．５ｃｍ^－１以下である波長を備えたレーザを連続発振し、前記ガラス基板の、前記第１の表面の側に１ｍｓ以下の照射時間で照射することにより、前記ガラス基板に、直径２０μｍ～８０μｍ、深さ１０μｍ～７００μｍの範囲である孔を形成する工程（レーザ照射工程）と、
を有する。 As shown in FIG. 2, in the method for manufacturing a glass substrate having holes in the first embodiment,
(Step S110) A step of preparing a glass substrate having first and second surfaces facing each other (glass substrate preparation step) and
(Step S120) A step of installing an absorption layer having a function of absorbing at least a part of energy of a laser on the first surface of the glass substrate (absorption layer installation step).
(Step S130) A laser having a wavelength in which the average output is in the range of 50 to 500 W and the absorption coefficient of the glass substrate is 0.5 cm ^-1 or less is continuously irradiated to continuously irradiate the first surface of the glass substrate. A step of forming holes in the glass substrate having a diameter of 20 μm to 80 μm and a depth of 10 μm to 700 μm by irradiating the glass substrate with an irradiation time of 1 ms or less (laser irradiation step).
Have.

以下、図３を参照して、各工程について説明する。なお、図３には、第１の実施形態で使用され得る装置の構成を概略的に示す。 Hereinafter, each step will be described with reference to FIG. Note that FIG. 3 schematically shows the configuration of the device that can be used in the first embodiment.

（工程Ｓ１１０）
まず、被加工用のガラス基板１０が準備される。ガラス基板は相互に対向する第１の表面１０および第２の表面１０ｂを有する。 (Step S110)
First, the glass substrate 10 to be processed is prepared. The glass substrate has a first surface 10 and a second surface 10b facing each other.

（工程Ｓ１２０）
次に、ガラス基板の第１の表面１０ａに、レーザの少なくとも一部のエネルギーを吸収する機能を有する吸収層が設置される。 (Step S120)
Next, an absorption layer having a function of absorbing energy of at least a part of the laser is installed on the first surface 10a of the glass substrate.

吸収層は、レーザ照射工程で利用されるレーザの、少なくとも一部のエネルギーを吸収する機能を有する限り、特に限られない。吸収層は、例えば、前記レーザの少なくとも一部のエネルギーを吸収する材料のみによって構成されても良く、前記材料が有機材料中に分散されたもので構成されても良い。例えば、カーボンブラックやグラファイト、またはこれらを含む顔料や塗料、合成樹脂インク、レーザプリンターに使用されるトナーなどであって良い。 The absorption layer is not particularly limited as long as it has a function of absorbing at least a part of the energy of the laser used in the laser irradiation step. The absorption layer may be composed of, for example, only a material that absorbs at least a part of the energy of the laser, or may be composed of the material dispersed in an organic material. For example, carbon black or graphite, or a pigment or paint containing these, synthetic resin ink, toner used in a laser printer, or the like may be used.

なお、吸収層は、第２の表面に設置されても良く、第１及び第２の表面の両方に設置されても良い。特に、吸収層がガラス基板の第１の表面に設置されると、孔径や孔深さにばらつきの少ない、精度の高い孔加工が可能である。本発明の第１の実施形態では、第１の表面に吸収層が設置される場合について説明する。 The absorption layer may be installed on the second surface, or may be installed on both the first and second surfaces. In particular, when the absorption layer is installed on the first surface of the glass substrate, highly accurate hole processing with little variation in hole diameter and hole depth is possible. In the first embodiment of the present invention, the case where the absorption layer is installed on the first surface will be described.

吸収層の設置方法は、特に限られない。例えば蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スプレーコート法、インクジェット法、その他の塗布方法であってよい。蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法では、ガラス基板と吸収層の密着性を高め、発生プラズマの熱を効率的にガラス基板に伝えることができる。スプレーコート法やインクジェット法では、簡便な設備を用い、短時間で吸収層を設置できるため、生産効率の向上やコストの削減につながる。 The method of installing the absorption layer is not particularly limited. For example, it may be a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, a spray coating method, an inkjet method, or another coating method. In the thin-film deposition method, CVD method, and sputtering method, the adhesion between the glass substrate and the absorption layer can be improved, and the heat of the generated plasma can be efficiently transferred to the glass substrate. In the spray coating method and the inkjet method, the absorption layer can be installed in a short time by using simple equipment, which leads to improvement in production efficiency and cost reduction.

（工程Ｓ１３０）
次に、吸収層が設置されたガラス基板の第１の表面１０ａにレーザが照射される。図３には、工程Ｓ１３０で使用され得る装置の構成を概略的に示す。
図３に示すように、レーザ照射装置１４０は、ステージ１５０、レーザ発振器１６０と、ビーム調整光学系１７０と、集光レンズ１８０等を有する。 (Step S130)
Next, the laser is applied to the first surface 10a of the glass substrate on which the absorption layer is installed. FIG. 3 schematically shows a configuration of an apparatus that can be used in step S130.
As shown in FIG. 3, the laser irradiation device 140 includes a stage 150, a laser oscillator 160, a beam adjusting optical system 170, a condenser lens 180, and the like.

まず、ステージ１５０に、工程Ｓ１２０で第１の表面１０ａに吸収層を設置されたガラス基板１０が、第２の表面１０ｂ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。 First, the glass substrate 10 on which the absorption layer is installed on the first surface 10a in the step S120 is installed on the stage 150 with the second surface 10b facing the stage. The glass substrate may be fixed to the stage. The fixing method is not particularly limited, but it may be suppressed by a jig or the like, and may be adsorbed and fixed or adhesively fixed. The adsorption is, for example, vacuum adsorption, electrostatic adsorption, or the like.

次に、レーザ発振器１６０からレーザビーム１６５が発振される。
レーザビーム１６５の波長は、レーザビーム１６５の波長に対する被加工ガラスの吸収係数が０．５ｃｍ^－１以下であれば、特に限られない。 Next, the laser beam 165 is oscillated from the laser oscillator 160.
The wavelength of the laser beam 165 is not particularly limited as long as the absorption coefficient of the glass to be processed with respect to the wavelength of the laser beam 165 is 0.5 cm ^-1 or less.

レーザビーム１６５は、連続発振されることを特徴とする。連続発振レーザを用いる事により、パルスレーザに比べ短時間で孔を形成できる。 The laser beam 165 is characterized by being continuously oscillated. By using a continuous oscillation laser, holes can be formed in a shorter time than with a pulse laser.

レーザビーム１６５の発振モードは、特に限られない。好ましくは、シングルモードであると、集光特性が良く、真円度の高い孔の形成が可能である。 The oscillation mode of the laser beam 165 is not particularly limited. Preferably, in the single mode, the light collecting characteristics are good and it is possible to form holes with high roundness.

レーザ発振器１６０は、特に限られない。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。好ましくは、レーザ発振器１６０はファイバーレーザである。ファイバーレーザは、ビーム品質が高いため、高精度の微細孔加工が可能であり、また装置の設置やメンテナンスが容易で、安価なことや、消費電力、装置寿命という点でもすぐれた特性を有する。ファイバーレーザは、Ｙｂ．ファイバーレーザ、Ｎｄ．ファイバーレーザ、Ｔｍ．ファイバーレーザ等である。 The laser oscillator 160 is not particularly limited. For example, a He-Ne laser, an Ar ion laser, an Exima XeF laser, an Er: YAG laser, an Nd: YAG laser, an Nd: YAG laser, a second high frequency, a third high frequency, a ruby laser, a fiber laser, or the like may be used. Preferably, the laser oscillator 160 is a fiber laser. Since the fiber laser has high beam quality, it is possible to machine fine holes with high precision, and it is easy to install and maintain the device, it is inexpensive, and it has excellent characteristics in terms of power consumption and device life. The fiber laser is Yb. Fiber laser, Nd. Fiber laser, Tm. A fiber laser or the like.

レーザ発振器１６０から連続発振されたレーザビーム１６５は、ビーム調整光学系１７０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１７５となる。 The laser beam 165 continuously oscillated from the laser oscillator 160 is incident on the beam adjusting optical system 170, and the beam diameter and the beam shape are adjusted by the beam adjusting optical system to become the laser beam 175.

ビーム調整光学系１７０は、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１７０は、アパーチャを有しても良い。 The beam adjusting optical system 170 is formed by a combination of a concave lens and a convex lens. The beam adjusting optical system 170 may have an aperture.

レーザビーム１７５は、集光レンズ１８０に入射し、集光されてレーザビーム１８５となり、ガラス基板の第１の表面１０ａに入射する。 The laser beam 175 is incident on the condenser lens 180 and is condensed into the laser beam 185, which is incident on the first surface 10a of the glass substrate.

レーザビーム１７５の焦点は、例えばガラス基板１０の第１の表面１０ａ上に形成されても良く、ガラス基板１０の内部に形成されても良く、ガラス基板１０の第２の表面１０ｂ上に形成されても良い。好ましくは焦点を第１の表面１０ａに形成することで、孔径や孔深さのばらつきが少ない、高精度な孔加工が可能である。 The focal point of the laser beam 175 may be formed, for example, on the first surface 10a of the glass substrate 10, may be formed inside the glass substrate 10, or may be formed on the second surface 10b of the glass substrate 10. May be. Preferably, by forming the focal point on the first surface 10a, highly accurate hole processing with little variation in hole diameter and hole depth is possible.

ここで、集光レンズ１８０とガラス基板１０の間の媒質を空気、空気の屈折率をｎ、集光半角をθ（図３参照）とすると、開口数ＮＡは、下記式（１）から算出される。
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ・・・（１）
ここで、空気の屈折率ｎ＝１であるとすると、上式（１）は、下記式（２）のように表される。
ＮＡ＝ｓｉｎθ・・・（２）
ここで、集光半角θは、下記式（３）により算出される値である。
（ｒ／２）／ｆ＝ｔａｎθ・・・（３）
この時、上式（３）において、ｒは集光レンズ１８０に入射するレーザビーム１７５のビーム径、ｆは集光レンズ１８０の焦点距離（図３参照）である。なお、図３は、ガラス基板の第1の表面１０ａ上に焦点が設定された場合を示している。
今、θは充分に小さく、ｓｉｎθはｔａｎθで近似できるため、（２）、（３）より、開口数ＮＡは下記（４）式で計算できる。
ＮＡ＝（ｒ／２）／ｆ・・・（４）
本発明では、（４）式を用いて開口数ＮＡの計算を行った。 Here, assuming that the medium between the condensing lens 180 and the glass substrate 10 is air, the refractive index of air is n, and the condensing half angle is θ (see FIG. 3), the numerical aperture NA is calculated from the following equation (1). Will be done.
NA = n · sinθ ... (1)
Here, assuming that the refractive index of air is n = 1, the above equation (1) is expressed as the following equation (2).
NA = sinθ ... (2)
Here, the condensing half-width θ is a value calculated by the following equation (3).
(R / 2) / f = tanθ ... (3)
At this time, in the above equation (3), r is the beam diameter of the laser beam 175 incident on the condenser lens 180, and f is the focal length of the condenser lens 180 (see FIG. 3). Note that FIG. 3 shows a case where the focus is set on the first surface 10a of the glass substrate.
Now, since θ is sufficiently small and sin θ can be approximated by tan θ, the numerical aperture NA can be calculated by the following equation (4) from (2) and (3).
NA = (r / 2) / f ... (4)
In the present invention, the numerical aperture NA was calculated using the equation (4).

開口数は、加工したい孔の孔径、深さに応じて、前述の値の範囲で調節される。 The numerical aperture is adjusted within the range of the above-mentioned values according to the hole diameter and depth of the hole to be machined.

レーザビーム１８５のスポット径ｓは、加工したい孔の孔径に応じて、適当な値に調節される。例えば４μｍ～５０μｍの範囲である。 The spot diameter s of the laser beam 185 is adjusted to an appropriate value according to the hole diameter of the hole to be machined. For example, it is in the range of 4 μm to 50 μm.

レーザの平均出力は、レーザビーム１８５を用いて測定される。レーザの平均出力は、加工したい孔の孔径に応じて、前述の値の範囲で設定される。 The average output of the laser is measured using the laser beam 185. The average output of the laser is set in the range of the above-mentioned values according to the hole diameter of the hole to be machined.

レーザビーム１８５がガラス基板１０の第１の表面１０ａに設置された吸収層に入射すると、吸収層はレーザビーム１８５のエネルギーを吸収し、プラズマを発生する。発生したプラズマは、前述のメカニズムによりガラス基板に孔１１を形成する。 When the laser beam 185 is incident on the absorption layer installed on the first surface 10a of the glass substrate 10, the absorption layer absorbs the energy of the laser beam 185 and generates plasma. The generated plasma forms holes 11 in the glass substrate by the above-mentioned mechanism.

以上の工程により、ガラス基板に孔１１が形成される。孔１１はガラス基板の第１の表面に開口部を有し、第２の表面に向かって形成される。孔１１は前述の形状を有する。また、ガラス基板に孔は一つ、または複数形成される。 By the above steps, the holes 11 are formed in the glass substrate. The holes 11 have openings on the first surface of the glass substrate and are formed toward the second surface. The hole 11 has the above-mentioned shape. Further, one or a plurality of holes are formed in the glass substrate.

（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４を参照して説明する。 (Second embodiment)
Next, a method for manufacturing a glass substrate having holes according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図４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概略的に示す。 FIG. 4 schematically shows a flow of a method for manufacturing a glass substrate having holes according to the second embodiment of the present invention.

図４に示すように、第２の実施形態における、孔を有するガラス基板製造方法では、
（工程Ｓ２１０）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Ｓ２２０）前記ガラス基板の前記第１の表面に、レーザの少なくとも一部のエネルギーを吸収する機能を有する吸収層を設置する工程吸収層を設置する工程（吸収層設置工程）と、
（工程Ｓ２３０）平均出力が５０～５００Ｗの範囲であり、前記ガラス基板の吸収係数が０．５ｃｍ^－１以下である波長を備えたレーザを連続発振し、前記ガラス基板の、前記第１の表面の側に１ｍｓ以下の照射時間で照射することにより、前記ガラス基板に、直径２０μｍ～８０μｍ、深さ１０μｍ～７００μｍの範囲である孔を形成する工程（レーザ照射工程）と、
（工程Ｓ２４０）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Ｓ２５０）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。 As shown in FIG. 4, in the method for manufacturing a glass substrate having holes in the second embodiment,
(Step S210) A step of preparing a glass substrate having first and second surfaces facing each other (glass substrate preparation step) and
(Step S220) A step of installing an absorption layer having a function of absorbing at least a part of energy of a laser on the first surface of the glass substrate, and a step of installing an absorption layer (absorption layer installation step).
(Step S230) A laser having a wavelength in which the average output is in the range of 50 to 500 W and the absorption coefficient of the glass substrate is 0.5 cm ^-1 or less is continuously irradiated to continuously irradiate the first surface of the glass substrate. A step of forming holes in the glass substrate having a diameter of 20 μm to 80 μm and a depth of 10 μm to 700 μm by irradiating the glass substrate with an irradiation time of 1 ms or less (laser irradiation step).
(Step S240) A step of annealing the glass substrate (annealing step) and
(Step S250) A step of etching the glass substrate (etching step) and
Have.

以下、各工程について説明する。 Hereinafter, each step will be described.

（工程Ｓ２１０）
まず、被加工用のガラス基板が準備される。なお、この工程は前述の第１の実施形態における工程Ｓ１１０と同様であるため、ここではこれ以上詳しく説明しない。 (Step S210)
First, a glass substrate to be processed is prepared. Since this step is the same as the step S110 in the first embodiment described above, it will not be described in more detail here.

（工程Ｓ２２０）
次にガラス基板の表面に、吸収層が設置される。なお、この工程は前述の第１の実施形態における工程Ｓ１２０と同様である。 (Step S220)
Next, an absorption layer is installed on the surface of the glass substrate. This step is the same as the step S120 in the first embodiment described above.

（工程Ｓ２３０）
次に、吸収層が設置されたガラス基板の第１の表面にレーザが照射される。なお、この工程は前述の第１の実施形態における工程Ｓ１３０と同様である。 (Step S230)
Next, the laser is applied to the first surface of the glass substrate on which the absorption layer is installed. This step is the same as the step S130 in the first embodiment described above.

（工程Ｓ２４０）
次に、前記ガラス基板がアニールされる。アニールにより、レーザ照射工程によりガラス基板の孔周辺に生じた応力を緩和できる。これにより、この後のエッチング工程で、孔の内壁を等方的に、均一に除去することが可能になる。 (Step S240)
Next, the glass substrate is annealed. Annealing can alleviate the stress generated around the holes in the glass substrate by the laser irradiation process. This makes it possible to remove the inner wall of the hole isotropically and uniformly in the subsequent etching step.

（工程Ｓ２５０）
次に、前記ガラス基板がエッチングされる。エッチングにより、孔径の拡大、孔内部の平滑化、ガラス基板表面のデブリ除去等が可能である。本発明の製造方法によると、エッチングを行わずに、レーザ照射のみで孔径２０μｍ～８０μｍの孔径を有する孔を得られることが特徴であった。従って、第２の実施形態のように、レーザ照射後、エッチング工程を行う場合であっても、従来の、パルスレーザによりアブレーションを発生させ、１～１５μｍの微細孔をあけた後、エッチングで孔径を拡張する方法と比較しても、本発明の方法では、エッチング工程に有するエッチング液の量や、時間、エッチングされるガラス基板の量を少なくすることが可能である。 (Step S250)
Next, the glass substrate is etched. By etching, it is possible to enlarge the hole diameter, smooth the inside of the hole, remove debris on the surface of the glass substrate, and the like. According to the manufacturing method of the present invention, it is a feature that a hole having a hole diameter of 20 μm to 80 μm can be obtained only by laser irradiation without etching. Therefore, even when the etching step is performed after laser irradiation as in the second embodiment, ablation is generated by a conventional pulse laser, fine holes of 1 to 15 μm are formed, and then the hole diameter is etched. In the method of the present invention, it is possible to reduce the amount of the etching solution, the time, and the amount of the glass substrate to be etched, as compared with the method of expanding.

次に、本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.

（例１～例１４）
例１～１６では、厚さ５００μｍのガラス基板を用いて孔形成実験を行った。実験条件と結果を下記表１にまとめた。下記で、各例の条件について説明する。 (Examples 1 to 14)
In Examples 1 to 16, a hole forming experiment was performed using a glass substrate having a thickness of 500 μm. The experimental conditions and results are summarized in Table 1 below. The conditions of each example will be described below.

（例１）
まず、対向する第１、第２の表面を有するガラス基板を準備した。ガラス基板は無アルカリガラスであり、波長１０７０ｎｍのレーザに対する吸収係数は約０．１５ｃｍ^－１であった。ガラス基板の厚さは５００μｍであった。 (Example 1)
First, a glass substrate having the first and second surfaces facing each other was prepared. The glass substrate was non-alkali glass, and the absorption coefficient for a laser having a wavelength of 1070 nm was about 0.15 cm ^-1 . The thickness of the glass substrate was 500 μm.

次に、このガラス基板の第１の表面に、グラファイトを含む塗料を噴霧し吸収層とした。 Next, a paint containing graphite was sprayed onto the first surface of the glass substrate to form an absorbent layer.

続いて、ガラス基板に、前述の図２に示した装置１４０と同等の構成を有するレーザ照射装置を用いて孔を形成した。レーザ発振器１６０としてＹｂ．ファイバーレーザを用いた。装置１４０のステージ１５０に、第２の表面をステージの側にして設置し、前述の第１の実施形態におけるレーザ照射工程を実施した。レーザビーム１８５は連続発振し、レーザビーム１８５の焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。ガラス基板に入射させたレーザビーム１８５の波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径ｓは１６μｍ、出力は５０Ｗであった。照射時間は、５０μｓであった。 Subsequently, a hole was formed in the glass substrate by using a laser irradiation device having the same configuration as the device 140 shown in FIG. 2 described above. As a laser oscillator 160, Yb. A fiber laser was used. The second surface was placed on the stage 150 of the apparatus 140 with the second surface facing the stage, and the laser irradiation step according to the first embodiment described above was carried out. The laser beam 185 oscillated continuously, and the focal point of the laser beam 185 was set on the first surface of the glass substrate. The wavelength of the laser beam 185 incident on the glass substrate was 1070 nm, the numerical aperture NA was 0.047, the spot diameter s was 16 μm, and the output was 50 W. The irradiation time was 50 μs.

これにより、ガラス基板に孔が形成された。第１の表面における孔径φと第１の表面から計測した孔深さｄ、アスペクト比ｄ／φはそれぞれ、φ＝２５μｍ、ｄ＝２０μｍ、ｄ／φ＝０．８、であった。なお、１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。 As a result, holes were formed in the glass substrate. The hole diameter φ on the first surface, the hole depth d measured from the first surface, and the aspect ratio d / φ were φ = 25 μm, d = 20 μm, and d / φ = 0.8, respectively. When 10 holes were machined, no cracks were generated.

（例２～４）
例２～４では、例１と同様に、ガラス基板準備工程、吸収層設置工程を行い、同じ装置を用いてレーザ照射工程を行った。なお、各条件は例１と同様に、レーザビーム波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍ、出力は５０Ｗであり、レーザビームは連続発振し、レーザビームの焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。例２、３、４ではレーザの照射時間はそれぞれ、１００μｓ、２００μｓ、３００μｓであった。 (Examples 2 to 4)
In Examples 2 to 4, the glass substrate preparation step and the absorption layer installation step were performed in the same manner as in Example 1, and the laser irradiation step was performed using the same device. As in Example 1, the laser beam wavelength is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the output is 50 W, the laser beam oscillates continuously, and the focal point of the laser beam is a glass substrate. Set on the first surface of. In Examples 2, 3 and 4, the laser irradiation times were 100 μs, 200 μs, and 300 μs, respectively.

これにより、ガラス基板に孔が形成された。第１の表面における孔径φと第１の表面から計測した孔深さｄ、アスペクト比ｄ／φはそれぞれ、例２ではφ＝３０μｍ、ｄ＝４２μｍ、ｄ／φ＝１．４０、例３ではφ＝３５μｍ、ｄ＝７２μｍ、ｄ／φ＝２．０６、例４ではφ＝４１μｍ、ｄ＝７７μｍ、ｄ／φ＝１．８８であった。なお、各例で１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。 As a result, holes were formed in the glass substrate. The hole diameter φ on the first surface, the hole depth d measured from the first surface, and the aspect ratio d / φ are φ = 30 μm, d = 42 μm, d / φ = 1.40 in Example 2, and in Example 3, respectively. φ = 35 μm, d = 72 μm, d / φ = 2.06, and in Example 4, φ = 41 μm, d = 77 μm, and d / φ = 1.88. When 10 holes were machined in each example, no cracks were generated.

（例５～７）
例５～７では、例１と同様にガラス基板準備工程、吸収層設置工程を行い、同じ装置を用いてレーザ出力を８８Ｗに変更し、レーザ照射工程を行った。なお、各条件は例１と同様に、レーザビーム波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍであり、レーザビームは連続発振し、レーザビームの焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。例５、６、７ではレーザの照射時間をそれぞれ５０μｓ、１００μｓ、２００μｓに設定した。 (Examples 5 to 7)
In Examples 5 to 7, the glass substrate preparation step and the absorption layer installation step were performed in the same manner as in Example 1, the laser output was changed to 88 W using the same device, and the laser irradiation step was performed. As in Example 1, the laser beam wavelength is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the laser beam continuously oscillates, and the focal point of the laser beam is the first of the glass substrate. Set on the surface. In Examples 5, 6 and 7, the laser irradiation times were set to 50 μs, 100 μs and 200 μs, respectively.

これにより、ガラス基板に孔が形成された。第１の表面における孔径φと第１の表面から計測した孔深さｄ、アスペクト比ｄ／φはそれぞれ、例５ではφ＝２４μｍ、ｄ＝８５μｍ、ｄ／φ＝３．５４、例６ではφ＝３０μｍ、ｄ＝２３１μｍ、ｄ／φ＝７．７０、例７ではφ＝４３μｍ、ｄ＝４４０μｍ、ｄ／φ＝１０．２であった。なお、各例で１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。 As a result, holes were formed in the glass substrate. The hole diameter φ on the first surface, the hole depth d measured from the first surface, and the aspect ratio d / φ are φ = 24 μm, d = 85 μm, d / φ = 3.54 in Example 5, and in Example 6, respectively. φ = 30 μm, d = 231 μm, d / φ = 7.70, and in Example 7, φ = 43 μm, d = 440 μm, d / φ = 10.2. When 10 holes were machined in each example, no cracks were generated.

（例８～１０）
例１と同様にガラス基板準備工程、吸収層設置工程を行い、同じ装置を用いてレーザ出力を１００Ｗに変更し、レーザ照射工程を行った。レーザの照射時間は例８では５０μｓ、例９では１００μｓ、例１０では２００μｓに設定した。なお、その他の各条件は例１と同様に、レーザビーム波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍであり、レーザビームは連続発振し、レーザビームの焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。 (Examples 8 to 10)
The glass substrate preparation step and the absorption layer installation step were performed in the same manner as in Example 1, the laser output was changed to 100 W using the same device, and the laser irradiation step was performed. The laser irradiation time was set to 50 μs in Example 8, 100 μs in Example 9, and 200 μs in Example 10. The other conditions are the same as in Example 1, the laser beam wavelength is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the laser beam oscillates continuously, and the focal point of the laser beam is the first of the glass substrate. Set on the surface of 1.

これにより、ガラス基板に孔が形成された。第１の表面における孔径φと第１の表面から計測した孔深さｄ、アスペクト比ｄ／φはそれぞれ、例８ではφ＝３０μｍ、ｄ＝１０２μｍ、ｄ／φ＝３．４０、例９ではφ＝４０μｍ、ｄ＝２５５μｍ、ｄ／φ＝６．３８、であった。また、例１０では孔径φ＝４５μｍであり、孔は厚さ５００μｍのガラス基板を貫通していた。従って、ガラス基板厚さｔと、大きい方の開口部の直径φの比ｔ／φ＝１１．１であるため、ガラス基板が充分な厚さを有していた場合、形成されたと推定される未貫通孔のアスペクト比（すなわち、「推定されるアスペクト比」）、は、（推定されるアスペクト比）＞１１．１である。例１０で形成された貫通孔は、第１の表面における開口部径が、第２の表面における開口部径より大きい、テーパ形状をしていた。なお、各例で１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。 As a result, holes were formed in the glass substrate. The hole diameter φ on the first surface, the hole depth d measured from the first surface, and the aspect ratio d / φ are φ = 30 μm, d = 102 μm, d / φ = 3.40 in Example 8, and in Example 9, respectively. φ = 40 μm, d = 255 μm, and d / φ = 6.38. Further, in Example 10, the hole diameter was φ = 45 μm, and the hole penetrated a glass substrate having a thickness of 500 μm. Therefore, since the ratio of the glass substrate thickness t to the diameter φ of the larger opening is t / φ = 11.1, it is presumed that the glass substrate was formed when the glass substrate had a sufficient thickness. The aspect ratio of the non-penetrating hole (ie, the "estimated aspect ratio") is (estimated aspect ratio)> 11.1. The through hole formed in Example 10 had a tapered shape in which the opening diameter on the first surface was larger than the opening diameter on the second surface. When 10 holes were machined in each example, no cracks were generated.

（例１１～１３）
例１と同様にガラス基板準備工程、吸収層設置工程を行い、同じ装置を用いてレーザ出力を１５０Ｗに変更し、レーザ照射工程を行った。レーザの照射時間は、例１１では５０μｓ、例１２では１００μｓ、例１３では２００μｓに設定した。なお、各条件は例１と同様に、レーザビーム波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍであり、レーザビームは連続発振し、レーザビームの焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。 (Examples 11 to 13)
The glass substrate preparation step and the absorption layer installation step were performed in the same manner as in Example 1, the laser output was changed to 150 W using the same device, and the laser irradiation step was performed. The laser irradiation time was set to 50 μs in Example 11, 100 μs in Example 12, and 200 μs in Example 13. As in Example 1, the laser beam wavelength is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the laser beam continuously oscillates, and the focal point of the laser beam is the first of the glass substrate. Set on the surface.

これにより、ガラス基板に孔が形成された。第１の表面における孔径φと孔深さｄ、アスペクト比ｄ／φはそれぞれ、例１１はφ＝３６μｍ、ｄ＝１３４μｍ、ｄ／φ＝３．７２、例１２ではφ＝４７μｍ、ｄ＝２７４μｍ、ｄ／φ＝５．８３であった。また、例１３では孔径φ＝５６μｍであり、孔は厚さ５００μｍのガラス基板を貫通していた。従って、（推定されるアスペクト比）＞８．９３である。例１０で形成された貫通孔は、第１の表面における開口部径が、第２の表面における開口部径より大きい、テーパ形状をしていた。なお、各例で１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。図５には、例１３におけるレーザ照射工程で形成された貫通孔のガラス基板第１の表面における開口部（５０１）、第２の表面における開口部（５０３）と孔の断面写真（５０２）を示した。写真における第１の表面における開口部の直径は５６μｍ、第２の表面における開口部の直径は１１μｍであり、ガラス基板の厚さは５００μｍであった。 As a result, holes were formed in the glass substrate. The hole diameter φ, hole depth d, and aspect ratio d / φ on the first surface are φ = 36 μm, d = 134 μm, d / φ = 3.72 in Example 11, and φ = 47 μm, d = 274 μm in Example 12, respectively. , D / φ = 5.83. Further, in Example 13, the hole diameter was φ = 56 μm, and the hole penetrated a glass substrate having a thickness of 500 μm. Therefore, (estimated aspect ratio)> 8.93. The through hole formed in Example 10 had a tapered shape in which the opening diameter on the first surface was larger than the opening diameter on the second surface. When 10 holes were machined in each example, no cracks were generated. FIG. 5 shows a cross-sectional photograph (502) of the opening (501) on the first surface of the glass substrate, the opening (503) on the second surface, and the hole formed in the laser irradiation step of Example 13. Indicated. The diameter of the opening on the first surface in the photograph was 56 μm, the diameter of the opening on the second surface was 11 μm, and the thickness of the glass substrate was 500 μm.

（例１４）
例１と同様にガラス基板準備工程、吸収層設置工程を行い、同じ装置を用いてレーザ出力を２００Ｗに変更し、レーザ照射工程を行った。照射時間は３００μｓであった。なお、その他の各条件は例１と同様に、レーザビーム波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍであり、レーザビームは連続発振し、レーザビームの焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。 (Example 14)
The glass substrate preparation step and the absorption layer installation step were performed in the same manner as in Example 1, the laser output was changed to 200 W using the same device, and the laser irradiation step was performed. The irradiation time was 300 μs. The other conditions are the same as in Example 1, the laser beam wavelength is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the laser beam oscillates continuously, and the focal point of the laser beam is the first of the glass substrate. Set on the surface of 1.

これにより、ガラス基板に孔が形成された。例１４では孔径φ＝７３μｍであり、孔は厚さ５００μｍのガラス基板を貫通していた。従って、（推定されるアスペクト比）＞６．８５である。例１０で形成された貫通孔は、第１の表面における開口部径が、第２の表面における開口部径より大きい、テーパ形状をしていた。なお、１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。 As a result, holes were formed in the glass substrate. In Example 14, the hole diameter was φ = 73 μm, and the hole penetrated a glass substrate having a thickness of 500 μm. Therefore, (estimated aspect ratio)> 6.85. The through hole formed in Example 10 had a tapered shape in which the opening diameter on the first surface was larger than the opening diameter on the second surface. When 10 holes were machined, no cracks were generated.

このように、レーザ出力を大きくすることで、孔径φ、孔深さｄの値を大きくし、特に孔径φを拡大できた。一方、レーザの照射時間を大きくすることで、孔径φ、孔深さｄの値が大きくなり、特に孔深さｄを深くすることができた。また、レーザ出力と照射時間を調節することで、５００μｍの厚さを有するガラス基板に、テーパ形状の貫通孔を形成できた。 In this way, by increasing the laser output, the values of the hole diameter φ and the hole depth d can be increased, and in particular, the hole diameter φ can be expanded. On the other hand, by increasing the irradiation time of the laser, the values of the hole diameter φ and the hole depth d are increased, and the hole depth d can be particularly deepened. Further, by adjusting the laser output and the irradiation time, a tapered through hole could be formed in a glass substrate having a thickness of 500 μm.

（例１５～２０）
次に、ガラス基板の厚さを変更し、貫通孔を形成する実験を行った。ガラス基板は対向する第１の表面と第２の表面を有し、例１～１４と同様の組成、吸収係数を有するものを用いた。ガラス基板の厚さは例１５では１００μｍ、例１６では２００μｍ、例１７では３００μｍ、例１８～２０では７００μｍとした。下記表２に、例１５～２０の実験条件と結果をまとめた。 (Examples 15 to 20)
Next, an experiment was conducted in which the thickness of the glass substrate was changed to form a through hole. The glass substrate having a first surface and a second surface facing each other and having the same composition and absorption coefficient as in Examples 1 to 14 was used. The thickness of the glass substrate was 100 μm in Example 15, 200 μm in Example 16, 300 μm in Example 17, and 700 μm in Examples 18 to 20. Table 2 below summarizes the experimental conditions and results of Examples 15-20.

ガラス基板の第１の表面には、例１～１４と同様にグラファイトを塗布し吸収層とし、前述の第１の実施形態におけるレーザ照射工程を行った。ガラス基板に入射させたレーザビーム１８５の波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍとし、レーザビーム１８５は連続発振し、レーザビーム１８５の焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。下記で、各例の条件について説明する。 Graphite was applied to the first surface of the glass substrate to form an absorption layer in the same manner as in Examples 1 to 14, and the laser irradiation step in the above-mentioned first embodiment was performed. The wavelength of the laser beam 185 incident on the glass substrate is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the laser beam 185 oscillates continuously, and the focal point of the laser beam 185 is on the first surface of the glass substrate. Was set to. The conditions of each example will be described below.

（例１５～１７）
例１５では、出力は８８Ｗ、照射時間は７０μｓとした結果、厚さ１００μｍのガラス基板にテーパ形状の貫通孔が形成できた。この時、ガラス基板の第１の表面における開口部の径（以下、ＴＯＰ孔径と記載する）は３０μｍ、第２の表面における開口部の径（以下、ＢＴＭ孔径と記載する）は１３μｍであり、従ってアスペクト比は３．３３以上であった。例１６では、出力８８Ｗ、照射時間１００μｓとした結果、厚さ２００μｍのガラス基板にテーパ形状の貫通孔が形成できた。この時、ＴＯＰ孔径は３７μｍ、ＢＴＭ孔径は１１μｍであり、従って推定されるアスペクト比は５．４１以上である。例１７では出力１００Ｗ、照射時間１４０μｓとした結果、厚さ３００μｍのガラス基板にテーパ形状の貫通孔が形成できた。この時、ＴＯＰ孔径は４３μｍ、ＢＴＭ孔径は１０μｍであり、従って推定されるアスペクト比は６．９８以上であった。なお、各例で１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。 (Examples 15 to 17)
In Example 15, as a result of setting the output to 88 W and the irradiation time to 70 μs, a tapered through hole could be formed in a glass substrate having a thickness of 100 μm. At this time, the diameter of the opening on the first surface of the glass substrate (hereinafter referred to as TOP hole diameter) is 30 μm, and the diameter of the opening on the second surface (hereinafter referred to as BTM hole diameter) is 13 μm. Therefore, the aspect ratio was 3.33 or more. In Example 16, as a result of setting the output to 88 W and the irradiation time to 100 μs, a tapered through hole could be formed in a glass substrate having a thickness of 200 μm. At this time, the TOP hole diameter is 37 μm and the BTM hole diameter is 11 μm, so that the estimated aspect ratio is 5.41 or more. In Example 17, as a result of setting the output to 100 W and the irradiation time to 140 μs, a tapered through hole could be formed in a glass substrate having a thickness of 300 μm. At this time, the TOP hole diameter was 43 μm and the BTM hole diameter was 10 μm, so that the estimated aspect ratio was 6.98 or more. When 10 holes were machined in each example, no cracks were generated.

（例１８～２０）
例１８～２０では、厚さ７００μｍのガラス基板を用いて実験を行った。例１８では、出力１００Ｗ、照射時間２００μｓ、例１９では、出力１００Ｗ、照射時間３００μｓ、例２０では、出力１５０Ｗ、照射時間３００μｓとして加工を行った。 (Examples 18 to 20)
In Examples 18 to 20, an experiment was conducted using a glass substrate having a thickness of 700 μm. In Example 18, the output was 100 W and the irradiation time was 200 μs, in Example 19, the output was 100 W and the irradiation time was 300 μs, and in Example 20, the output was 150 W and the irradiation time was 300 μs.

これにより、ガラス基板に孔が形成された。例１８、１９では孔はガラス基板を貫通しなかったが、例２０ではガラス基板を貫通した。例１８におけるＴＯＰ孔径は５０μｍであり、第１の表面から計測した孔深さは５３８μｍであり、従ってアスペクト比は１０．８であった。例１９におけるＴＯＰ孔径は５３μｍであり、第１の表面から計測した孔深さは６３９μｍであり、従ってアスペクト比は１２．１であった。例２０では、貫通孔の形状はテーパであり、ＴＯＰ径は６４、ＢＴＭ径は１３であり、従って推定されるアスペクト比は１０．９以上である。なお、各例で１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。 As a result, holes were formed in the glass substrate. In Examples 18 and 19, the holes did not penetrate the glass substrate, but in Example 20, they penetrated the glass substrate. The TOP hole diameter in Example 18 was 50 μm, the hole depth measured from the first surface was 538 μm, and therefore the aspect ratio was 10.8. The TOP hole diameter in Example 19 was 53 μm, the hole depth measured from the first surface was 639 μm, and therefore the aspect ratio was 12.1. In Example 20, the shape of the through hole is tapered, the TOP diameter is 64, the BTM diameter is 13, and therefore the estimated aspect ratio is 10.9 or more. When 10 holes were machined in each example, no cracks were generated.

（例２１～２４）
次に、レーザ照射工程における、開口数ＮＡ、スポット径を例１～２０と異なる値になるよう調節し、実験を行った。下記の表３に、例２１～２４におけるレーザ照射条件と、レーザ照射工程によって形成された孔の孔径φ、孔深さｄ、アスペクト比ｄ／φをまとめた。 (Examples 21 to 24)
Next, in the laser irradiation step, the numerical aperture NA and the spot diameter were adjusted to be different from those of Examples 1 to 20, and an experiment was conducted. Table 3 below summarizes the laser irradiation conditions in Examples 21 to 24, the hole diameter φ, the hole depth d, and the aspect ratio d / φ of the holes formed by the laser irradiation step.

ガラス基板、吸収層は例１と同様のものを準備した。ガラス基板を前述の図２に示したような装置１４０のステージ１５０に、第２の表面をステージの側にして設置し、前述の第１の実施形態におけるレーザ照射工程を実施した。ガラス基板に入射させたレーザビーム１８５の波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．１２５、スポット径は７μｍ、出力は１５０Ｗとし、レーザビーム１８５は連続発振し、レーザビーム１８５の焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。照射時間は、例２１、２２、２３、２４でそれぞれ５０μｓ、１００μｓ、２００μｓ、３００μｓとした。 The same glass substrate and absorption layer as in Example 1 were prepared. The glass substrate was installed on the stage 150 of the apparatus 140 as shown in FIG. 2 with the second surface facing the stage, and the laser irradiation step according to the first embodiment described above was carried out. The wavelength of the laser beam 185 incident on the glass substrate is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.125, the spot diameter is 7 μm, the output is 150 W, the laser beam 185 continuously oscillates, and the focal point of the laser beam 185 is the first of the glass substrate. Set on the surface of 1. The irradiation times were 50 μs, 100 μs, 200 μs, and 300 μs, respectively, in Examples 21, 22, 23, and 24.

これにより、ガラス基板に孔が形成された。第１の表面における孔径φと孔深さｄ、アスペクト比ｄ／φはそれぞれ、例２１ではφ＝３９μｍ、ｄ＝９６μｍ、ｄ／φ＝２．４６、例２２ではφ＝４７μｍ、ｄ＝２１９μｍ、ｄ／φ＝４．６６、例２３ではφ＝５７μｍ、ｄ＝３４５μｍ、ｄ／φ＝６．０５、例２４ではφ＝６３μｍ、ｄ＝３６５μｍ、ｄ／φ＝５．７９、であった。なお、各例で１０孔を加工したところ、クラックは発生しなかった。 As a result, holes were formed in the glass substrate. The hole diameter φ, hole depth d, and aspect ratio d / φ on the first surface are φ = 39 μm, d = 96 μm, d / φ = 2.46 in Example 21, φ = 47 μm, d = 219 μm in Example 22, respectively. , D / φ = 4.66, φ = 57 μm, d = 345 μm, d / φ = 6.05 in Example 23, φ = 63 μm, d = 365 μm, d / φ = 5.79 in Example 24. .. When 10 holes were machined in each example, no cracks were generated.

ここで、開口数ＮＡ＝０．１２５、スポット径７μｍで実験を行った例２１～２３を、同じ出力で、開口数ＮＡ＝０．０４７、スポット径１６μｍで実験を行った例１１～１３と比較すると、同じ照射時間において形成された孔の孔深さが浅くなったことがわかる。 Here, Examples 21 to 23 in which the experiment was conducted with a numerical aperture NA = 0.125 and a spot diameter of 7 μm are compared with Examples 11 to 13 in which the experiment was conducted with the same output, numerical aperture NA = 0.047, and a spot diameter of 16 μm. By comparison, it can be seen that the hole depths of the holes formed at the same irradiation time became shallower.

このように、本発明に記載の方法によれば、開口数、出力、照射時間を調節することにより、広い範囲の孔径、孔深さ、アスペクト比を有する孔を形成できた。 As described above, according to the method described in the present invention, by adjusting the numerical aperture, output, and irradiation time, it was possible to form a hole having a wide range of hole diameter, hole depth, and aspect ratio.

（例２５～２８）
次に、レーザ照射工程により、ガラス基板に貫通孔を形成した後、上述の第２の実施形態で示したような、アニール工程とエッチング工程を行った実験結果を示す。図６には、例２８における、エッチング後の貫通孔のガラス基板第１の表面における開口部（６０１）、第２の表面における開口部（６０３）と孔の断面写真（６０２）を示した。写真における第１の表面における開口部の直径は５７μｍ、第２の表面における開口部の直径は２８μｍであり、ガラス基板の厚さは４８２μｍであった。下記の表４には、例２５、２６、２７、２８の、レーザ照射条件と、アニール、エッチング工程後の、ガラス基板の第１の表面における孔径（ＴＯＰ孔径）、第２の表面における孔径（ＢＴＭ孔径）、エッチングにより減少したガラス基板の厚み、をまとめた。 (Examples 25 to 28)
Next, the experimental results obtained by performing the annealing step and the etching step as shown in the second embodiment described above after forming a through hole in the glass substrate by the laser irradiation step are shown. FIG. 6 shows an opening (601) on the first surface of the glass substrate of the through hole after etching in Example 28, an opening (603) on the second surface, and a cross-sectional photograph (602) of the hole. The diameter of the opening on the first surface in the photograph was 57 μm, the diameter of the opening on the second surface was 28 μm, and the thickness of the glass substrate was 482 μm. Table 4 below shows the laser irradiation conditions of Examples 25, 26, 27, 28, the pore diameter (TOP pore diameter) on the first surface of the glass substrate after the annealing and etching steps, and the pore diameter (TOP pore diameter) on the second surface. BTM hole diameter) and the thickness of the glass substrate reduced by etching are summarized.

まず、例１と同様の手法でガラス基板を準備、吸収層を設置し、レーザ照射工程を行い貫通孔を形成した。ガラス基板に入射させたレーザビーム１８５の波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍとし、レーザビーム１８５は連続発振し、レーザビーム１８５の焦点はガラス基板の第１の表面上に設定した。例２５では、ガラス基板の厚さを２００μｍ、レーザ出力を８８Ｗ、照射時間を１００μｓ、例２６では、ガラス基板の厚さを３００μｍ、レーザ出力を１００Ｗ、照射時間を１５０μｓ、例２７では、ガラス基板の厚さを５００μｍ、レーザ出力を１００Ｗ、照射時間を２００μｓ、例２８では、ガラス基板の厚さを５００μｍ、レーザ出力を１５０Ｗ、照射時間を２００μｓとして加工を行い、貫通孔を形成した。 First, a glass substrate was prepared by the same method as in Example 1, an absorption layer was installed, and a laser irradiation step was performed to form a through hole. The wavelength of the laser beam 185 incident on the glass substrate is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the laser beam 185 oscillates continuously, and the focal point of the laser beam 185 is on the first surface of the glass substrate. Was set to. In Example 25, the thickness of the glass substrate is 200 μm, the laser output is 88 W, and the irradiation time is 100 μs. In Example 26, the thickness of the glass substrate is 300 μm, the laser output is 100 W, and the irradiation time is 150 μs. In Example 28, the thickness of the glass substrate was 500 μm, the laser output was 100 W, the irradiation time was 200 μs, and in Example 28, the thickness of the glass substrate was 500 μm, the laser output was 150 W, and the irradiation time was 200 μs.

次に、貫通孔が形成されたガラス基板をアニールした。 Next, the glass substrate on which the through holes were formed was annealed.

続けて、ガラス基板をエッチングした。エッチングには、濃度２質量％のフッ酸をエッチング液として使用した。 Subsequently, the glass substrate was etched. For etching, hydrofluoric acid having a concentration of 2% by mass was used as the etching solution.

これにより、例２５～２８におけるガラス基板の厚みはそれぞれ１８μｍ減少した。エッチング後のガラス基板の第１の表面における孔径（ＴＯＰ径）、第２の表面における孔径（ＢＴＭ径）は、それぞれ、例２５でのＴＯＰ孔径が４５μｍ、ＢＴＭ孔径が３０μｍ、例２６でのＴＯＰ孔径が５０μｍ、ＢＴＭ孔径が３０μｍ、例２７でのＴＯＰ孔径が４９μｍ、ＢＴＭ孔径が２１μｍ、例２８でのＴＯＰ孔径が５７μｍ、ＢＴＭ孔径が２８μｍであった。孔の断面形状はそれぞれ、ＴＯＰ径がＢＴＭ径より大きく、内部に狭窄部のないテーパ形状であった。 As a result, the thickness of the glass substrate in Examples 25 to 28 was reduced by 18 μm, respectively. The hole diameter (TOP diameter) on the first surface and the hole diameter (BTM diameter) on the second surface of the etched glass substrate are the TOP hole diameter in Example 25 of 45 μm, the BTM hole diameter of 30 μm, and the TOP in Example 26, respectively. The hole diameter was 50 μm, the BTM hole diameter was 30 μm, the TOP hole diameter in Example 27 was 49 μm, the BTM hole diameter was 21 μm, the TOP hole diameter in Example 28 was 57 μm, and the BTM hole diameter was 28 μm. The cross-sectional shape of each hole was a tapered shape with a TOP diameter larger than the BTM diameter and no internal constriction.

（例２９～３１）
次に、吸収層の設置位置、レーザ照射工程における、レーザ焦点の形成位置を変更して実験を行った。 (Examples 29 to 31)
Next, an experiment was conducted by changing the installation position of the absorption layer and the formation position of the laser focal point in the laser irradiation process.

ガラス基板は例１～１４と同じ物を使用した。ガラス基板は厚さ５００μｍであった。 The same glass substrate as in Examples 1 to 14 was used. The glass substrate had a thickness of 500 μm.

次に、吸収層としてグラファイトを設置した。例２９、３０では、ガラス基板の第２の表面に、例３１ではガラス基板の第１の表面と第２の表面の両方に、それぞれ吸収層を設置した。 Next, graphite was installed as an absorption layer. In Examples 29 and 30, absorption layers were provided on the second surface of the glass substrate, and in Example 31, absorption layers were provided on both the first surface and the second surface of the glass substrate.

次に、レーザ照射工程を行った。加工には例１～１４と同じ装置を用い、波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．１２５、スポット径７μｍ、出力は１５０Ｗ、照射時間は２００μｓとし、連続発振レーザを用いて加工を行った。レーザビーム１８５の焦点の形成位置は、例２９ではガラス基板の第２の表面（ＢＴＭ面）、例３０、３１ではガラス基板の内部、すなわち第１の表面と第２の表面の中間地点に設置した。 Next, a laser irradiation step was performed. The same equipment as in Examples 1 to 14 was used for processing, the wavelength was 1070 nm, the numerical aperture NA was 0.125, the spot diameter was 7 μm, the output was 150 W, the irradiation time was 200 μs, and the processing was performed using a continuous oscillation laser. The focal point of the laser beam 185 is formed at the second surface (BTM surface) of the glass substrate in Example 29, and inside the glass substrate in Examples 30 and 31, that is, at an intermediate point between the first surface and the second surface. did.

レーザ照射工程により、ガラス基板に孔が形成された。例２９では、ガラス基板の第２の表面に開口部を有する孔が形成され、孔径は６６μｍ、第２の表面から計測した孔深さは２０６μｍであった。例３０においても、ガラス基板の第２の表面から孔が形成されたが、開口部はふさがっていた。開口部における孔径を測定することはできなかったが、孔断面写真より推測される孔径は５０μｍ程度であり、第２の表面から計測した孔深さは４６２μｍであった。例３１では、ガラス基板の第２の表面に、孔径約６７μｍの開口部が形成され、第２の表面から計測した孔深さは約１００μｍ～３００μｍであった。 A hole was formed in the glass substrate by the laser irradiation step. In Example 29, a hole having an opening was formed on the second surface of the glass substrate, the hole diameter was 66 μm, and the hole depth measured from the second surface was 206 μm. Also in Example 30, a hole was formed from the second surface of the glass substrate, but the opening was closed. Although the hole diameter at the opening could not be measured, the hole diameter estimated from the hole cross-sectional photograph was about 50 μm, and the hole depth measured from the second surface was 462 μm. In Example 31, an opening having a hole diameter of about 67 μm was formed on the second surface of the glass substrate, and the hole depth measured from the second surface was about 100 μm to 300 μm.

このように、吸収層の設置位置や、レーザビームの焦点の形成位置を変更しても、孔が形成可能であることが分かった。 As described above, it was found that the pores can be formed even if the installation position of the absorption layer and the formation position of the focal point of the laser beam are changed.

（比較例１）
例１～１４と同じ、厚さ５００μｍのガラス基板を用いて、第１の実施形態におけるレーザ照射工程を行う。第１の表面に吸収層を設置し、例１～１４と同様の装置に、第２の表面をステージの側にしてガラス基板を設置する。ガラス基板に入射させたレーザビーム１４５の波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍ、出力１０Ｗ、照射時間５０μｓとし、レーザビーム１８５は連続発振し、レーザビーム１８５の焦点はガラス基板の第１の表面上に設定して加工を行う。 (Comparative Example 1)
The laser irradiation step in the first embodiment is performed using the same glass substrate having a thickness of 500 μm as in Examples 1 to 14. An absorption layer is installed on the first surface, and a glass substrate is installed in the same apparatus as in Examples 1 to 14 with the second surface facing the stage. The wavelength of the laser beam 145 incident on the glass substrate is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the output is 10 W, the irradiation time is 50 μs, the laser beam 185 oscillates continuously, and the focal point of the laser beam 185 is glass. It is set on the first surface of the substrate and processed.

ガラス基板に孔径２０μｍ以上、深さ１０μ以上の孔は形成されないと推測される。 It is presumed that holes having a hole diameter of 20 μm or more and a depth of 10 μm or more are not formed on the glass substrate.

（比較例２）
例１～１４と同じ、厚さ５００μｍのガラス基板を用いて、第１の実施形態におけるレーザ照射工程を行った。第１の表面に吸収層を設置し、例１～１４と同様の装置に、第２の表面をステージの側にしてガラス基板を設置した。ガラス基板に入射させたレーザビーム１８５の波長は１０７０ｎｍ、開口数ＮＡは０．０４７、スポット径は１６μｍ、出力３００Ｗ、照射時間３００μｓとし、レーザビーム１８５は連続発振し、レーザビーム１８５の焦点はガラス基板の第１の表面上に設定して加工を行った。 (Comparative Example 2)
The laser irradiation step in the first embodiment was performed using the same glass substrate having a thickness of 500 μm as in Examples 1 to 14. An absorption layer was installed on the first surface, and a glass substrate was installed in the same apparatus as in Examples 1 to 14 with the second surface facing the stage. The wavelength of the laser beam 185 incident on the glass substrate is 1070 nm, the numerical aperture NA is 0.047, the spot diameter is 16 μm, the output is 300 W, the irradiation time is 300 μs, the laser beam 185 oscillates continuously, and the focal point of the laser beam 185 is glass. Processing was performed by setting it on the first surface of the substrate.

これにより、ガラス基板に孔が形成され、孔はガラス基板を貫通していた。ＴＯＰ孔径は９０μｍ、ＢＴＭ孔径は１９μｍであり、従って推定されるアスペクト比は５．５６以上である。孔の周辺にはクラックが発生した。このように、出力３００Ｗ，照射時間３００μｓの条件では、ＴＯＰ径が８０μｍを超え、またクラックが１０孔のうち３孔で発生した。 As a result, holes were formed in the glass substrate, and the holes penetrated the glass substrate. The TOP hole diameter is 90 μm and the BTM hole diameter is 19 μm, so the estimated aspect ratio is 5.56 or more. A crack occurred around the hole. As described above, under the conditions of the output of 300 W and the irradiation time of 300 μs, the TOP diameter exceeded 80 μm, and cracks occurred in 3 out of 10 holes.

以上の実施例に記載したように、本発明の方法は、ガラスを透過する波長を有するレーザを照射し、発生プラズマを利用して孔を形成するものであって、目的とする孔径・深さを有する孔を形成できる詳細な条件について初めて開示したものである。特に、従来のレーザ加工方法が苦手とする２０μｍ～６０μｍの中程度の孔径を有する孔を、追加の工程なく、数十～数百μｓの短時間で形成できる特徴は、インターポーザを初めとする様々な用途において有用である。 As described in the above examples, the method of the present invention irradiates a laser having a wavelength transmitted through glass to form a hole using the generated plasma, and has a target hole diameter and depth. This is the first disclosure of the detailed conditions under which a hole having a laser can be formed. In particular, various features such as an interposer that can form a hole having a medium hole diameter of 20 μm to 60 μm, which the conventional laser processing method is not good at, in a short time of several tens to several hundreds μs without an additional step. It is useful in various applications.

１０ガラス基板
１０ａガラス基板の第１の表面
１０ｂガラス基板の第２の表面
１１ガラス基板に形成された、第１の表面に開口部を有する孔
１４０レーザ照射装置
１５０ステージ
１６０レーザ発振器
１６５レーザ発振器１２０から発振されたレーザビーム
１７０ビーム調整光学系
１７５ビーム調整光学系１３０により調製されたレーザビーム
１８０集光レンズ
１８５集光レンズ１４０により集光されたレーザビーム
ｄガラス基板に形成された、第１の表面に開口部を有する孔の孔深さ
φ ガラス基板に形成された孔の開口部径（孔径）
ｔガラス基板の厚さ
ｆ集光レンズ１８０の焦点距離
ｓレーザビーム１８５のスポット径
ｒレーザビーム１７５のビーム径
θ 集光半角 10 Glass substrate 10a First surface of glass substrate 10b Second surface of glass substrate 11 Hole formed in the glass substrate with an opening on the first surface 140 Laser irradiator 150 Stage 160 Laser oscillator 165 Laser oscillator 120 Laser beam 170 oscillated from the beam adjustment optical system 175 Laser beam 180 prepared by the beam adjustment optical system 130 Condensing lens 185 Laser beam condensed by the condensing lens 140 d First formed on a glass substrate. Hole depth of a hole having an opening on the surface φ Opening diameter (hole diameter) of a hole formed in a glass substrate
t Thickness of glass substrate f Focal length of condenser lens 180 s Spot diameter of laser beam 185 r Beam diameter of laser beam 175 θ Focusing half angle

Claims

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と、
前記ガラス基板の前記第１、第２の表面のうち、少なくとも１つの表面に、レーザの少なくとも一部のエネルギーを吸収する機能を有する吸収層を設置する工程と、平均出力が５０～２５０Ｗの範囲であり、前記ガラス基板の吸収係数が０．５ｃｍ^－１以下である波長を備えたレーザを連続発振し、前記ガラス基板の、前記第１の表面の側に１ｍｓ以下の照射時間で照射することにより、前記ガラス基板に、直径２０μｍ～８０μｍ、深さ１０μｍ～７００μｍの範囲である孔を形成する工程と、を有することを特徴とする、孔を有するガラス基板の製造方法。 A step of preparing a glass substrate having first and second surfaces facing each other, and
A step of installing an absorption layer having a function of absorbing at least a part of the energy of the laser on at least one surface of the first and second surfaces of the glass substrate, and an average output of 50 to 250 W. A laser having a wavelength within the range and having an absorption coefficient of 0.5 cm ^-1 or less of the glass substrate is continuously oscillated, and the side of the first surface of the glass substrate is irradiated with an irradiation time of 1 ms or less. A method for producing a glass substrate having holes, which comprises a step of forming holes in the glass substrate having a diameter in the range of 20 μm to 80 μm and a depth of 10 μm to 700 μm.

前記孔のアスペクト比が１～１５となるように、前記レーザを照射することを特徴とする、ガラス基板の製造方法、請求項１に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the laser is irradiated so that the aspect ratio of the holes is 1 to 15.

前記レーザは、開口数（ＮＡ）が０．０１５～０．１５０で照射されることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 and 2, wherein the laser is irradiated with a numerical aperture (NA) of 0.015 to 0.150.

前記レーザの波長は、３５０ｎｍ～３０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength of the laser is 350 nm to 3000 nm.

前記レーザは、ファイバーレーザである、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the laser is a fiber laser.

前記レーザのスポット径が、４μｍ～５０μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the spot diameter of the laser is in the range of 4 μm to 50 μm.

前記レーザの焦点がガラス基板の第１の表面、第２の表面、ガラス基板内部のいずれか一つに形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の製造方法。 The production according to any one of claims 1 to 6, wherein the focal point of the laser is formed on any one of a first surface, a second surface, and the inside of the glass substrate. Method.

前記レーザのビームはシングルモードであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, wherein the laser beam is in a single mode.

前記ガラス基板をアニールする工程を有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of annealing the glass substrate.

前記ガラス基板をエッチングする工程を有することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 9, further comprising a step of etching the glass substrate.

前記吸収層に、前記レーザが照射されることにより発生したプラズマが、前記ガラス基板に凹部を形成し、更に、前記プラズマが、連続して入射される前記レーザを吸収することにより存続し、前記凹部を拡大し、前記ガラス基板に孔を形成することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の製造方法。 The plasma generated by irradiating the absorption layer with the laser forms a recess in the glass substrate, and the plasma continues by absorbing the continuously incident laser. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 10, wherein the recess is enlarged to form a hole in the glass substrate.

前記吸収層を前記ガラス基板の前記第１の表面に設置することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 11, wherein the absorption layer is installed on the first surface of the glass substrate.