TWI628150B - Glass processing method - Google Patents

Abstract

一種玻璃之加工方法，其包含：使用雷射光，在玻璃基板10形成貫通孔11的步驟；及使用蝕刻液34，將貫通孔11進行濕式蝕刻的步驟。蝕刻液34包含氫氟酸、及包含分子尺寸比氫氟酸大的酸的第1液體。氫氟酸的濃度為4重量%以下。第1液體的濃度比氫氟酸的濃度高。

Description

玻璃之加工方法

本發明係關於使用雷射光的玻璃之加工方法。

具有複數個微小貫通孔的玻璃基板，例如，可利用於噴墨方式的印刷頭用基板、或兩面配線基板等。貫通孔係通常使用雷射光形成(日本特開2000-61667號公報、日本專利第4672689號公報)。

玻璃與雷射光接觸的部分(變質層)，在加工中具有熱，會因由熱應力所產生的應變而產生龜裂(微龜裂)。藉此，玻璃基板的特性(功能)降低，或玻璃基板變得容易破裂。

本發明提供可以使具有貫通孔的玻璃基板的特性提升的玻璃之加工方法。

本發明的一態樣的玻璃之加工方法具備：使用雷射光，在玻璃基板形成貫通孔的步驟；及使用蝕刻液，將前述貫通孔進行濕式蝕刻的步驟。前述蝕刻液包 含氫氟酸、及包含分子尺寸比前述氫氟酸大的酸的第1液體。前述氫氟酸的濃度為4重量%以下。前述第1液體的濃度比前述氫氟酸的濃度高。

根據本發明的話，便能夠提供可以使具有貫通孔的玻璃基板的特性提升的玻璃之加工方法。

10‧‧‧玻璃基板

11‧‧‧貫通孔

12‧‧‧龜裂

20‧‧‧雷射加工裝置

21‧‧‧雷射振動器

22‧‧‧光學系統

23‧‧‧鏡子

24‧‧‧集光透鏡

25‧‧‧座台

26‧‧‧雷射光

30‧‧‧濕式蝕刻裝置

31‧‧‧蝕刻處理槽

32‧‧‧超音波產生裝置

33‧‧‧保持機構

34‧‧‧蝕刻液

S100、S101‧‧‧步驟

D1、D2‧‧‧直徑

圖1係說明實施形態的玻璃基板之加工方法的流程圖。

圖2係顯示雷射加工裝置的一例的概略圖。

圖3係說明形成了複數個貫通孔的玻璃基板的圖。

圖4係濕式蝕刻步驟中所使用的濕式蝕刻裝置的概略圖。

圖5係顯示濕式蝕刻後的貫通孔的一例的剖面圖。

圖6係顯示濕式蝕刻前的貫通孔的一例的照片。

圖7係顯示濕式蝕刻後的貫通孔的一例的照片。

圖8係說明實施形態的濕式蝕刻的原理的示意圖。

圖9係說明本實施形態的濕式蝕刻的蝕刻速率的曲線圖。

圖10係說明由超音波產生的氣泡的曲線圖。

圖11係說明比較例的濕式蝕刻的原理的示意圖。

圖12係顯示比較例的濕式蝕刻後的貫通孔的一例的照片。

[實施發明之形態]

以下，針對實施形態參照圖式進行說明。但是，圖式係示意或概念的圖式，各圖式的尺寸及比率等不必限於與實物相同。此外，即使是在在圖式彼此間表示相同部分的情況下，也有表示成彼此的尺寸關係、比率互異的情況。特別是，以下所示的數個實施形態係例示供將本發明的技術思想具體化用的裝置及方法，本發明的技術思想不受構成零件的形狀、構造、配置等所限定。又，在以下的說明中，對於具有相同功能及構成的要素賦予相同元件符號，僅在必要的情況下進行重複說明。

圖1係說明本實施形態的玻璃基板之加工方法的流程圖。首先，準備玻璃基板10。玻璃基板10的厚度係例如0.1~1.5mm左右。在本說明書中，表示數值範圍的「~」意指包含其前後數值的範圍。

接著，如圖1所示，使用雷射光在玻璃基板10形成一個或複數個貫通孔(步驟S100)。圖2係顯示雷射加工裝置20的一例的概略圖。雷射加工裝置20具備雷射振動器21、光學系統22(包含鏡子23及集光透鏡24)、及座台25等。

座台25保持玻璃基板10。座台25將玻璃基板10加以吸附固定或接著固定。作為吸附固定，例如，可使用真空吸附、或靜電吸附。座台25可以具有使玻璃基板10水平地移動的功能，例如，可以以X-Y座台構成。在此情況下，座台(X-Y座台)25可以利用使用馬達的二軸 移動機構(未圖示)而廣範圍地移動。

雷射振動器21射出雷射光26。作為雷射，可使用超短波脈衝(例如奈米秒脈衝)的UV(ultraviolet)雷射。作為UV雷射，可使用準分子雷射、或個體雷射等。作為個體雷射，例如，可舉出使用在釔-鋁-石榴石結晶掺雜Nd(釹)的介質的YAG雷射(Nd：YAG雷射)。

鏡子23將來自雷射振動器21的雷射光26反射至玻璃基板10側。集光透鏡24接受來自鏡子23的雷射光26。然後，集光透鏡24對保持在座台25的玻璃基板10集光照射雷射光26。集光透鏡24可以用複數個透鏡構成。雷射光26的集光位置係例如玻璃基板10的雷射光源側的主面或其附近。玻璃基板10被此雷射光26局部地加熱，加熱部分被除去，在玻璃基板10形成貫通孔11。貫通孔11也被稱為貫通玻璃通路(TGV：Through Glass Via)。

圖3係說明形成了複數個貫通孔11的玻璃基板10的圖。例如，如圖3所示，對玻璃基板10進行複數次的貫通孔形成步驟，在玻璃基板10形成複數個貫通孔11。貫通孔11的直徑D1係例如10~50μm左右。本說明書中所述的貫通孔的直徑係例如玻璃基板的上表面的尺寸。圖3的玻璃基板10係噴墨方式的印刷頭用基板、兩面配線基板、可用於將複數個IC晶片集結在一個封裝體的多晶片模組(MCM)、或能夠以單一封裝體實現系統層級的功能的系統級封裝(SiP)等的玻璃轉接板(中介基板)的例子。

此處，在使用雷射光的貫通孔的形成步驟中，在玻璃基板10的上表面側及底面側且貫通孔11附近產 生複數個龜裂(微龜裂)12。即，使用UV雷射光的貫通孔的形成步驟係熱加工，因此涵蓋加工部分的周邊的廣泛範圍地產生由熱應變所產生的龜裂。

然後，如圖1所示，一邊賦予超音波振動一邊進行濕式蝕刻(步驟S101)。濕式蝕刻步驟係例如進行20分鐘左右。圖4係濕式蝕刻步驟中所使用的濕式蝕刻裝置30的概略圖。

濕式蝕刻裝置30具備蝕刻處理槽31、超音波產生裝置32、及保持機構33。向蝕刻處理槽31內供給蝕刻液34。保持機構33為可動式，例如可以保持複數片玻璃基板10。保持機構33係配置在可以將玻璃基板10浸在蝕刻液34的位置。作為玻璃基板10的固定方法，例如，可以將玻璃基板10接著在保持機構33，保持機構33也可以具備挾持玻璃基板10的機構。

在蝕刻處理槽31內，以浸在蝕刻液34的方式設置超音波產生裝置32。超音波產生裝置32產生超音波，使蝕刻液34發生超音波振動。藉由此超音波振動，在蝕刻液34中產生複數個氣泡，在蝕刻液34中造成空穴(cavitation)。藉此，玻璃基板10的貫通孔11被蝕刻。

接著，針對濕式蝕刻步驟中使用的蝕刻液34進行說明。蝕刻液34包含氫氟酸(HF)、硫酸(H₂SO₄)、及水(H₂O)。氫氟酸(HF)的濃度大於0且為4重量%以下。更理想的是，氫氟酸的濃度為1.5重量%以下。硫酸的濃度比氫氟酸的濃度高而為10重量%以上90重量%以下。更理想的是，硫酸的濃度為40重量%以上60重量%以下。具體 而言，蝕刻液34包含0.5重量%左右的氫氟酸、60.0重量%左右的硫酸、及39.5重量%左右的水。

玻璃基板10，其主要成分為SiO₂(40~70%)，第二多的成分為Al₂O₃(5~20%)。

對玻璃基板10，蝕刻液34中所含的氫氟酸(HF)發生以下所示的3種(1)~(3)的反應。

SiO₂+4HF → SiF₄+2H₂O...(1)

SiO₂+6HF → H₂SiF₆+2H₂O...(2)

Al₂O₃+6HF → 2AlF₃+3H₂O...(3)

圖5係顯示濕式蝕刻後的貫通孔11的一例的剖面圖。藉由濕式蝕刻步驟，龜裂受到蝕刻，能夠形成幾乎沒有龜裂的貫通孔11。濕式蝕刻後的貫通孔11的直徑D2係例如50~150μm。

圖6係顯示濕式蝕刻前的貫通孔11的一例的照片。圖6的照片係使用掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy：SEM)拍攝。在圖6的貫通孔11的周圍形成有複數個龜裂。圖6的貫通孔11的直徑為100μm左右。

圖7係顯示濕式蝕刻後的貫通孔11的一例的照片。在圖7的貫通孔11的周圍幾乎沒有龜裂，即，可藉由進行本實施形態的濕式蝕刻來完全除去龜裂。

圖8係說明本實施形態的濕式蝕刻的原理的示意圖。圖8的左側係濕式蝕刻前的平面圖，圖8的右側係濕式蝕刻後的平面圖。

氫氟酸(HF)係黏度(黏性係數)小，表面張力 小，及分子尺寸小，因此容易侵入龜裂內。另一方面，與氫氟酸相比，硫酸(H₂SO₄)係黏度大，表面張力大，及分子尺寸大，因此很難侵入龜裂內。又，與氫氟酸混合的酸不限於硫酸，能夠使用具有與氫氟酸相比，黏度較大，表面張力較大，及/或分子尺寸較大的特性的酸。作為滿足這樣的條件的酸，可舉出乙酸、磷酸、或硝酸等。另外，也可以使用滿足上述條件且為酸以外的液體，例如甘油等。

本實施形態的蝕刻液34係硫酸的濃度比氫氟酸的濃度高，蝕刻液34的黏度高。因此，蝕刻液34變得很難侵入龜裂內，能夠抑制龜裂內的蝕刻進行。

作為蝕刻的原理，氫氟酸離子化，氟(F)離子成為溶解玻璃基板的主體。但是，就使玻璃基板的溶解進行而言，需要氫(H)離子的輔助。氫離子係藉由降低蝕刻液的pH(potential of hydrogen)來輔助玻璃基板的溶解。

本實施形態係降低氫氟酸的濃度(例如0.5重量%)。在此情況下，在僅有氫氟酸方面，由於輔助玻璃基板的溶解的氫離子少，因此玻璃基板的蝕刻很難進行。但是，本實施形態係蝕刻液包含有硫酸，藉由硫酸所含的氫離子來降低蝕刻液的pH，從而能夠輔助玻璃基板的溶解。

依照這樣的原理，如圖8所示，不會促進龜裂12內的蝕刻，貫通孔11整體被均勻地蝕刻。藉此，貫通孔11的蝕刻係在龜裂12不被擴大下進行，蝕刻係以貫通孔11整體擴大的方式進行。其結果，幾乎將濕式蝕刻前 的龜裂12除去。又，若氫氟酸的濃度成為4重量%以上，則即使是在向蝕刻液加入氫氟酸以外的成分的情況下，蝕刻也會在龜裂內進行。由此，本實施形態係將氫氟酸的濃度設定為4重量%以下。

此外，藉由超音波產生裝置32產生超音波，在蝕刻液34中造成空穴。由空穴所產生的氣泡的直徑，理想的是比貫通孔的直徑小且比龜裂的寬度大。藉此，由空穴所產生的氣泡侵入貫通孔11內，但變得很難侵入龜裂12內。由此，促進貫通孔11的蝕刻，同時能夠抑制龜裂12內的蝕刻。例如，在貫通孔11的直徑為100μm的情況下，氣泡的直徑，理想的是80μm以下。此時的超音波的頻率係設定在28kHz以上。

圖9係說明本實施形態的濕式蝕刻的蝕刻速率的曲線圖。圖9的橫軸表示處理時間(分鐘)，圖9的縱軸表示蝕刻量(μm)。圖9中使用的蝕刻液包含0.5重量%的氫氟酸、69.3重量%的硫酸、及30.2重量%的水。此蝕刻液的pH小於1。本實施形態的濕式蝕刻能夠實現高蝕刻速率。

圖10係說明由超音波產生的氣泡的曲線圖。圖10的橫軸表示超音波的頻率(kHz)，圖10的縱軸表示氣泡的直徑(μm)。如圖10所示，藉由將超音波的頻率設定在28kHz以上，能夠形成具有80μm以下的直徑的氣泡。藉此，促進貫通孔11的蝕刻，同時能夠抑制龜裂12內的蝕刻。

(比較例)

接著，針對比較例進行說明。圖11係說明比較例的濕式蝕刻的原理的示意圖。圖11的左側為濕式蝕刻前的平面圖，圖11的右側為濕式蝕刻後的平面圖。

比較例的蝕刻液，例如，包含4重量%左右的氫氟酸、及96重量%左右的水。即，比較例的蝕刻液不包含氫氟酸以外的酸。

比較例中，氫氟酸(HF)離子化，氟(F)離子溶解玻璃。氫(H)離子降低蝕刻液的pH，輔助由氟離子所產生的玻璃的溶解。比較例的蝕刻液，由於黏度及表面張力低，因此蝕刻液侵入龜裂內。藉此，貫通孔及龜裂被等向性地蝕刻，龜裂被擴大。即，比較例的濕式蝕刻步驟不能除去龜裂。

圖12係顯示比較例的濕式蝕刻後的貫通孔11的一例的照片。如圖12所示，比較例係龜裂會擴大，不能完全除去龜裂。

圖9中，也記載了比較例的曲線圖。圖9中使用的比較例的蝕刻液包含0.5重量%左右的氫氟酸、及99.5重量%左右的水。此蝕刻液的pH為3左右。與本實施形態相比，比較例係蝕刻速率變低。

(效果)

依以上詳述的方式，本實施形態中，首先，使用雷射光26在玻璃基板10形成貫通孔11。然後，使用蝕刻液34，將貫通孔11進行濕式蝕刻。蝕刻液34包含氫氟酸、分子尺寸比氫氟酸大的硫酸、和水。氫氟酸的濃度為4重量%以下。硫酸的濃度比氫氟酸的濃度高而為10 重量%以上90重量%以下。

由此，根據本發明的話，便能夠將在貫通孔11的周圍所形成的龜裂12除去或幾乎除去。藉此，能夠抑制具有複數個貫通孔11的玻璃基板10的特性(功能)降低。此外，能夠抑制因龜裂12所造成的玻璃基板10破裂。

此外，藉由使用本實施形態的蝕刻液34，能夠提高蝕刻速率。藉此，能夠縮短濕式蝕刻步驟，因此能夠減低製造成本。

此外，對蝕刻液34施加超音波，在蝕刻液34中造成空穴。另外，為了使由空穴產生的氣泡變得很難侵入龜裂12，將超音波的頻率設定在28kHz以上。藉此，促進貫通孔11的蝕刻，同時能夠抑制龜裂12內的蝕刻。其結果，便可以除去龜裂12。此外，借助空穴，能夠進一步提高蝕刻速率。

本發明不限於上述實施形態，在不脫離其要旨的範圍內，可以將構成要素變形並具體化。另外，上述實施形態中包含有各種階段的發明，能夠藉由1個實施形態中所公開的複數個構成要素的適宜組合、或者是不同實施形態中所公開的構成要素的適宜組合來構成各種發明。例如，即使從實施形態中所公開的全部構成要素削除數個構成要素，也能解決發明所欲解決的課題，在可得到發明的效果的情況下，削除了這些構成要素的實施形態能以發明的形式予以抽出。

Claims (6)

1. 一種玻璃之加工方法，其具備：使用雷射光，在玻璃基板形成貫通孔的步驟；及使用蝕刻液，將該貫通孔進行濕式蝕刻的步驟，該蝕刻液包含氫氟酸、及第1液體，該氫氟酸的濃度為1.5重量%以下，該第1液體為硫酸、乙酸、磷酸、硝酸、或甘油，該第1液體的濃度為10重量%以上90重量%以下。
2. 如請求項1之玻璃之加工方法，其中該第1液體為硫酸。
3. 如請求項1之玻璃之加工方法，其中該第1液體的濃度為40重量%以上60重量%以下。
4. 如請求項1之玻璃之加工方法，其中該蝕刻液的pH小於1。
5. 如請求項1之玻璃之加工方法，其還具備對該蝕刻液施加超音波的步驟。
6. 如請求項5之玻璃之加工方法，其中該超音波的頻率為28kHz以上。