(57)【要約】  本発明に係るガラス組成物は、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属の酸化物、及び別の金属酸化物を含有するガラス組成物である。温度０℃〜Ｔ℃の範囲における本発明に係るガラス組成物の平均熱膨張係数をＣＴＥ（Ｔ）と表すとき、温度０℃〜１００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たす。
2019082590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属の酸化物、及び別の金属酸化物を含有するガラス組成物であって、
温度５０℃〜Ｔ℃の範囲における当該ガラス組成物の平均熱膨張係数をＣＴＥ（Ｔ）と表すとき、
温度０℃〜１００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たす、
ガラス組成物。
【請求項２】
温度０℃〜２５０℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たす、請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項３】
温度−７０℃〜３００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たす、請求項２に記載のガラス組成物。
【請求項４】
温度０℃〜１００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２７．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋２９．４）×１０-7／℃の関係を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス組成物。
【請求項５】
温度０℃〜２５０℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２７．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋２９．４）×１０-7／℃の関係を満たす、請求項４に記載のガラス組成物。
【請求項６】
温度−７０℃〜３００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２７．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋２９．４）×１０-7／℃の関係を満たす、請求項５に記載のガラス組成物。
【請求項７】
前記ガラス組成物におけるアルカリ金属の酸化物の含有率がモル％で示して２.０モル％未満である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス組成物。
【請求項８】
モル％で示して、
ＳｉＯ2  ４５．０〜６８．０％、
Ｂ2Ｏ3  １．０〜２０．０％、
Ａｌ2Ｏ3  ３．０〜２０．０％、
ＴｉＯ2  ０．１〜１０.０％、
ＺｎＯ  ０〜９．０％、
ＭｇＯ  ２．０〜１５．０％、
ＣａＯ  ０〜１５．０％、
ＳｒＯ  ０〜１５．０％、
ＢａＯ  ０〜１５．０％、
Ｆｅ2Ｏ3  ０〜１．０％、及び
ＣｅＯ2  ０〜３．０％のガラス組成を有する、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス組成物。
【請求項９】
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯがモル％で示して５.０〜２５.０％の範囲にある、請求項８に記載のガラス組成物。
【請求項１０】
（ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）のモル比が０．１０〜３．００である、請求項８又は９に記載のガラス組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路は、パッケージに封入されたＩＣパッケージと呼ばれる状態で基板に実装されている。一方で、近年、集積回路（シリコンチップ）の基板への実装方法として、ベアチップ実装と呼ばれる方法が広まりつつある。ベアチップ実装は、集積回路をパッケージに封入せずにチップの状態のまま基板に実装する方法である。スマートフォン等の小型の電子機器の普及に伴い、信号処理のさらなる高速化及びさらなる低消費電力化が求められており、そのような要求に応えるための技術の一つとしてベアチップ実装が利用され始めている。ベアチップ実装において電極間を接続する方法として、ワイヤーボンディング法と、半田ボール又は銅ピラー等を用いたフリップチップ方式による方法とがある。【０００３】
ベアチップ実装においては集積回路が基板に重ねられる。集積回路は、熱膨張係数が比較的小さいシリコンチップに電子回路が形成されることによって作製されている。このため、基板の熱膨張係数が比較的大きいと、回路基板の製造工程における作業温度又は電子機器の実使用時の環境温度の変動により、重ねられたシリコンチップと基板との間の熱膨張係数の差に起因した反り又は歪みが発生しうる。加えて、半田ボール等の電極間の接続部分に熱応力が発生してこれらが破断し、電子部品の信頼性の低下及び電気的特性の悪化等の問題が発生しうる。そこで、集積回路のベアチップ実装に用いる基板の材料として、シリコンの熱膨張係数と近しい熱膨張係数を有するガラスが注目されている。【０００４】
加えて、ガラスインターポーザと呼ばれる配線基板の実用化に向けた開発の取り組みも行われている。ガラスインターポーザは、レーザ加工、放電加工、及びエッチング等の加工によってガラス基板に開けられた微細な貫通穴を有し、ガラス基板の表面の電極と裏面の電極とが微細な貫通穴を利用して電気的に接続されている。このような配線基板用のガラス材料は、低い熱膨張係数を有し、例えば特定の温度域でシリコンの熱膨張係数に一致又は近似している熱膨張係数を有する。これにより、熱膨張に起因する断線及び応力歪の発生がある程度低減される。なお、特許文献１〜７には、このようなガラスとそれらガラスの熱膨張係数に関する記載がある。【０００５】
このようなガラスは、ベアチップ実装に適した配線基板として利用されるだけでなく、配線のない支持基板又はキャップガラスとしてベアチップと接合する用途にも、反り低減又は接合部の信頼性向上の面から好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５６２００号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１８３１３号公報
【特許文献３】特開２０１６−１１７６４１号公報
【特許文献４】特開２０１６−１５５６９２号公報
【特許文献５】特開２０１６−１８８１４８号公報
【特許文献６】特開２０１７−７９４０号公報
【特許文献７】特開２０１７−１１４６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術によれば、広い温度範囲でガラスの熱膨張係数をシリコンなどの半導体の熱膨張係数により近づける余地がある。そこで、本発明は、広い温度範囲でシリコンなどの半導体の熱膨張係数により近い熱膨張係数を有するガラス組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属の酸化物、及び別の金属酸化物を含有するガラス組成物であって、
温度５０℃〜Ｔ℃の範囲における当該ガラス組成物の平均熱膨張係数をＣＴＥ（Ｔ）と表すとき、
温度０℃〜１００℃の範囲において、（１７.１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たす、
ガラス組成物を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のガラス組成物は、広い温度範囲でシリコンなどの半導体の熱膨張係数により近い熱膨張係数を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、ガラス片とシリコン片とを接合して作製された試料の反り量δを概念的に示す図である。
【図２】図２は、実施例１〜３に係るガラス組成物の平均熱膨張係数と温度との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、実施例４〜７に係るガラス組成物の平均熱膨張係数と温度との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例８〜１２に係るガラス組成物の平均熱膨張係数と温度との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例１３〜１５に係るガラス組成物の平均熱膨張係数と温度との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例１６〜１８に係るガラス組成物の平均熱膨張係数と温度との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例１９〜２２に係るガラス組成物の平均熱膨張係数と温度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例１〜３に係るガラス組成物に関する反り量δと温度との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例４〜７に係るガラス組成物に関する反り量δと温度との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例８〜１２に係るガラス組成物に関する反り量δと温度との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例１３〜１５に係るガラス組成物に関する反り量δと温度との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例１６〜１８に係るガラス組成物に関する反り量δと温度との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例１９〜２２に係るガラス組成物に関する反り量δと温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、下記の説明は例示的なものであり、本発明は下記の実施形態に限定されない。
【００１２】
本発明のガラス組成物は、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属の酸化物、及び別の金属酸化物を含有している。温度５０℃〜Ｔ℃の範囲におけるガラス組成物の平均熱膨張係数をＣＴＥ（Ｔ）と表す。本発明に係るガラス組成物は、温度０℃〜１００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たす。温度０℃〜Ｔ℃の範囲における単結晶シリコンの方位（１００）の平均熱膨張係数は（１７．１×１０-3×Ｔ＋２８．４）×１０-7／℃と近似できる。このため、本発明に係るガラス組成物が上記の関係を満たすことにより、温度０℃〜１００℃の範囲において、ガラス組成物の平均熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）と単結晶シリコンの方位（１００）の平均熱膨張係数との差が±３×１０-7／℃の範囲に収まる。このように、本発明に係るガラス組成物の平均熱膨張係数は広い温度範囲で単結晶シリコンの平均熱膨張係数に近い。これにより、例えば、このガラス組成物でできた基板とシリコンチップとを重ねて作製された回路基板が電子機器の実使用時に安定した特性を有する。また、これにより、今後想定される半導体素子の配線のさらなる微細化が進んでも、電子部品に高い信頼性をもたらすことができ、高速な信号処理と低消費電力とが両立された実装基板を実現するのに役立つ。
【００１３】
ＣＴＥ（Ｔ）は、温度５０℃及び温度Ｔ℃における試料の特定方向の長さをそれぞれＬ（５０）及びＬ（Ｔ）と表すとき、下記の式（１）より決定される。なお、ＣＴＥ（５０）は、５０℃〜２５℃（２５℃〜５０℃）の範囲における平均熱膨張係数であるＣＴＥ（２５）と、５０℃〜７５℃の範囲における平均熱膨張係数であるＣＴＥ（７５）とを算術平均することによって決定できる。本明細書において、温度Ｔ℃における熱膨張係数は、特に説明する場合を除き、式（１）によって求まるＣＴＥ（Ｔ）を意味する。
ＣＴＥ（Ｔ）＝（Ｌ（Ｔ）―Ｌ（５０））／｛（Ｔ−５０）・Ｌ（５０）｝    （１）
【００１４】
本発明のガラス組成物は、望ましくは、温度０℃〜２５０℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7の関係を満たす。これにより、このガラス組成物でできた基板に集積回路を実装する工程において、基板と集積回路とを接合したときに反りが発生することを抑制できる。
【００１５】
本発明のガラス組成物は、より望ましくは、温度−７０℃〜３００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たす。これにより、このガラス組成物でできた基板に集積回路を実装して作製された回路基板の長期の信頼性を高めることができる。
【００１６】
本発明のガラス組成物は、望ましくは、温度０℃〜１００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２７．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋２９．４）×１０-7／℃の関係を満たす。この場合、温度０℃〜１００℃の範囲において、ガラス組成物の平均熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差が±１×１０-7／℃の範囲に収まる。このため、このガラス組成物でできた基板は、より高い集積度を有する集積回路を実装するのに有利である。
【００１７】
本発明のガラス組成物は、より望ましくは、温度０℃〜２５０℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２７．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋２９．４）×１０-7／℃の関係を満たす。これにより、このガラス組成物でできた基板に集積回路を実装する工程において、基板と集積回路とを接合したときに反りが発生することをより確実に抑制でき、このガラス組成物でできた基板はより高い集積度を有する集積回路を実装するのに有利である。
【００１８】
本発明のガラス組成物は、さらに望ましくは、温度−７０℃〜３００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２７．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋２９．４）×１０-7／℃の関係を満たす。これにより、このガラス組成物でできた基板に集積回路を実装して作製された回路基板の長期の信頼性をより高めることができるとともに、このガラス組成物でできた基板はより高い集積度を有する集積回路を実装するのに有利である。
【００１９】
本発明のガラス組成物において、例えば、以下の式（２）によって決定される反り量δが温度０℃〜１００℃の範囲において−５μｍ≦δ≦５μｍの関係を満たす。式（２）において、Ｌ0は１０ｍｍであり、Ｔは温度［℃］を示し、ＣＴＥG（Ｔ）は温度Ｔ℃におけるガラス組成物の平均熱膨張係数［／℃］であり、ＣＴＥS（Ｔ）は温度Ｔ℃における単結晶シリコンの平均熱膨張係数［／℃］であり、ｈは０．４ｍｍであり、Ｅ1はガラス組成物のヤング率であり、Ｅ2は単結晶シリコンの方位（１００）のヤング率である。
δ＝｛Ｌ02(ＣＴＥG（Ｔ）−ＣＴＥS（Ｔ）)Ｔ／ｈ｝・［６Ｅ1Ｅ2／｛（Ｅ1＋Ｅ2）2＋１２Ｅ1Ｅ2｝］      （２）
【００２０】
図１に示す通り、反り量δは、ガラス組成物でできた板状のガラス片Ａと、単結晶シリコンでできた板状のシリコン片Ｂとを接合して作製された試料Ｓを片持ち梁の状態に固定したときの熱膨張に伴う温度Ｔ℃における反り量に相当する。ガラス片Ａ及びシリコン片Ｂのそれぞれは、０．４ｍｍの厚みを有するとともに、温度０℃において１０ｍｍの長さを有する。温度Ｔ＝０℃の場合、反り量δ＝０である。なお、ガラス片Ａとシリコン片Ｂとは、ダイボンディング材による接合、半田バンプ又は銅ピラーを使用したフリップチップ接合等の公知の接合方法によって接合できる。
【００２１】
反り量δが上記の関係を満たせば、本発明に係るガラス組成物でできた基板にシリコンチップを重ねて回路基板を作製しても、反りが発生しにくい。
【００２２】
本発明のガラス組成物において、望ましくは、反り量δが温度０℃〜２５０℃の範囲において−５μｍ≦δ≦１０μｍを満たす。本発明のガラス組成物において、より望ましくは、反り量δが温度−７０℃〜３００℃の範囲において−５μｍ≦δ≦１０μｍを満たす。本発明のガラス組成物において、さらに望ましくは、反り量δが温度−７０℃〜４００℃の範囲において−５μｍ≦δ≦２０μｍを満たす。
【００２３】
本発明のガラス組成物は、例えば、モル％で示して、以下のガラス組成を有する。
ＳｉＯ2  ４５．０〜６８．０％、
Ｂ2Ｏ3  １．０〜２０．０％、
Ａｌ2Ｏ3  ３．０〜２０．０％、
ＴｉＯ2  ０．１〜１０.０％、
ＺｎＯ  ０〜９．０％、
ＭｇＯ  ２．０〜１５．０％、
ＣａＯ  ０〜１５．０％、
ＳｒＯ  ０〜１５．０％、
ＢａＯ  ０〜１５．０％、
Ｆｅ2Ｏ3  ０〜１．０％、及び
ＣｅＯ2  ０〜３．０％
【００２４】
上記のガラス組成に関し、含有されうる各成分について説明する。
【００２５】
（１）ＳｉＯ2
ＳｉＯ2は、ガラスの主たるネットワークを構成する網目形成酸化物である。ガラス組成物におけるＳｉＯ2の含有は、ガラス組成物の化学的耐久性の向上に寄与するとともに、ガラス組成物における温度と粘度との関係を調整でき、かつ、ガラス組成物の失透温度を調整できる。ガラス組成物においてＳｉＯ2の含有量が所定の値以下であれば、実用的な１７００℃未満の温度でガラス組成物を溶融させることができる。一方、ガラス組成物においてＳｉＯ2の含有量が所定の値以上であれば、失透が発生する液相温度が低下することを防止できる。本発明のガラス組成物におけるＳｉＯ2の含有量は、望ましくは４５．０モル％以上であり、より望ましくは５０．０モル％以上である。また、本発明のガラス組成物におけるＳｉＯ2の含有量は、望ましくは６８．０モル％以下であり、より望ましくは６６．０モル％以下であり、さらに望ましくは６５．０モル％以下であり、特に望ましくは６３．０モル％以下である。
【００２６】
（２）Ｂ2Ｏ3
Ｂ2Ｏ3は、ＳｉＯ2と同じく、ガラスの主たるネットワークを構成する網目形成酸化物である。ガラス組成物におけるＢ2Ｏ3の含有は、ガラスの液相温度を低下させて、ガラス組成物の溶融温度を実用的な温度に調整できる。ＳｉＯ2の含有量が比較的多い無アルカリガラス又は微アルカリガラスにおいては、実用的な１７００℃未満の温度でガラス組成物を溶融させることができるように、Ｂ2Ｏ3の含有量が所定の値以上であることが望ましい。また、Ｂ2Ｏ3の含有量が所定の値以下であれば、ガラス組成物を高温で溶融する場合に揮発する成分の量が低減され、ガラス組成物の組成比が安定的に保たれる。Ｂ2Ｏ3の含有量は、望ましくは１．０モル％以上であり、より望ましくは２．０モル％以上である。また、本発明のガラス組成物におけるＢ2Ｏ3の含有量は、望ましくは２０．０モル％以下であり、より望ましくは１５．０モル％以下であり、さらに望ましくは１２．０モル％以下である。
【００２７】
（３）Ａｌ2Ｏ3
Ａｌ2Ｏ3は、いわゆる中間酸化物であり、上述の網目形成酸化物であるＳｉＯ2及びＢ2Ｏ3と、修飾酸化物である後述のアルカリ土類金属の酸化物との含有量とのバランスに応じて、網目形成酸化物又は修飾酸化物として機能しうる。一方で、Ａｌ2Ｏ3は４配位をとって、ガラスを安定化させ、ホウケイ酸ガラスの分相を防止し、ガラス組成物の化学的耐久性を高める成分である。ＳｉＯ2の含有量が比較的多い無アルカリガラス又は微アルカリガラスにおいては、実用的な１７００℃未満の温度でガラス組成物を溶融させることができるように、Ａｌ2Ｏ3の含有量が所定の値以上であることが望ましい。一方、ガラスの溶融温度の上昇を抑制し、安定的にガラスを形成するために、Ａｌ2Ｏ3の含有量は所定の値以下であることが望ましい。Ａｌ2Ｏ3の含有量は、望ましくは３．０〜２０．０モル％である。Ａｌ2Ｏ3の含有量が６．０モル％以上であれば、ガラス組成物の歪点が低くなることを抑制できる。また、Ａｌ2Ｏ3の含有量が１７．０モル％以下であれば、ガラスの表面が白濁することを防止しやすい。このため、Ａｌ2Ｏ3の含有量は、より望ましくは６．０モル％以上であり、さらに望ましくは６．５モル％以上であり、特に望ましくは７．０モル％以上であり、とりわけ望ましくは７．５モル％以上である。Ａｌ2Ｏ3の含有量は、より望ましくは１９．０モル％以下であり、さらに望ましくは１８．０モル％以下である。
【００２８】
（４）ＴｉＯ2
ＴｉＯ2は、中間酸化物である。レーザアブレーションによるガラスの加工方法において、被加工ガラスにＴｉＯ2が含有されていると、レーザによる加工閾値を低下させることができることが知られている（特許第４４９５６７５号参照）。一方、レーザ照射とエッチングとを併用して孔付きガラスを製造する方法においては、特定の組成を有する無アルカリガラス又は微アルカリガラスにＴｉＯ2を適度に含有させることにより、比較的弱いレーザ等のエネルギー照射によっても変質部を形成することが可能である。さらにその変質部は後工程のエッチングにより容易に除去されうる。また、ＴｉＯ2と他の着色剤との相互作用を利用してガラス組成物の着色を調節することもできる。このため、ガラス組成物におけるＴｉＯ2の含有量の調整により、所定の光を適切に吸収できるガラスを製造できる。このように、ガラスが適切な吸収係数を有することによって、エッチング工程において除去されて孔に変化する変質部の形成が容易になる。このため、ガラス組成物は、望ましくは適度にＴｉＯ2を含有する。本発明に係るガラス組成物において、Ｃｅ、Ｆｅ、及びＣｕ等の金属の酸化物から選択される他の着色成分とＴｉＯ2とを併用する前提で、ＴｉＯ2の含有量は、望ましくは０．１モル％以上であり、より望ましくは１．０％以上であり、さらに望ましくは３．０モル％以上である。また、本発明のガラス組成物におけるＴｉＯ2の含有量は、望ましくは１０．０モル％以下であり、より望ましくは７．０モル％以下である。
【００２９】
（５）ＺｎＯ
ＺｎＯは、ＴｉＯ2と同じく中間酸化物になり得る。また、ＺｎＯは、ＴｉＯ2と同様に紫外光の領域に吸収を示す成分である。このため、ガラス組成物にＺｎＯが含まれていればＺｎＯが有用な作用を発揮するが、本発明に係るガラス組成物は、実質的にＺｎＯを含有していなくてもよい。本発明に係るガラス組成物において、Ｃｅ、Ｆｅ、及びＣｕ等の酸化物から選択される他の着色成分とＺｎＯとを併用する前提で、ＺｎＯの含有量は、望ましくは０モル％以上であり、より望ましくは１．０モル％以上であり、さらに望ましくは３．０モル％以上である。また、本発明のガラス組成物におけるＺｎＯの含有量は、望ましくは９．０モル％以下であり、より望ましくは８．０モル％以下であり、さらに望ましくは７．０モル％以下である。
【００３０】
（６）ＭｇＯ
ＭｇＯは、アルカリ土類金属の酸化物の中でも、ガラス組成物の熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ、ガラス組成物の歪点を過大には低下させないという特徴を有し、ガラス組成物の溶解性も向上させる。このため、本発明に係るガラス組成物は、望ましくはＭｇＯを含有している。なお、ガラス組成物におけるＭｇＯの含有量が所定の値以下であれば、ガラスの分相を抑制でき、耐失透特性の低下及び耐酸性の低下を抑制できる。本発明のガラス組成物におけるＭｇＯの含有量は、望ましくは２．０モル％以上であり、より望ましくは３．０モル％以上であり、さらに望ましくは４．０モル％以上である。また、本発明のガラス組成物におけるＭｇＯの含有量は、望ましくは１５．０モル％以下であり、より望ましくは１２．０モル％以下である。
【００３１】
（７）ＣａＯ
ＣａＯは、ＭｇＯと同様に、ガラス組成物の熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ、ガラス組成物の歪点を過大には低下させないという特徴を有し、ガラス組成物の溶解性も向上させる。このため、本発明に係るガラス組成物はＣａＯを含有していてもよい。なお、ガラス組成物におけるＣａＯの含有量が所定の値以下であれば、耐失透特性の低下、熱膨張係数の増大、及び耐酸性の低下を抑制できる。本発明に係るガラス組成物におけるＣａＯの含有量は、望ましくは１．０モル％以上であり、より望ましくは２．０モル％以上である。また、本発明に係るガラス組成物におけるＣａＯの含有量は、望ましくは１５．０モル％以下であり、より望ましくは１２．０モル％以下であり、さらに望ましくは１０．０モル％以下であり、特に望ましくは９．０モル％以下である。なお、本発明に係るガラス組成物において、ＣａＯは実質的に含まれなくてもよい。この場合、「実質的に含まれない」とは、ガラスにおけるＣａＯの含有量が、０．０１モル％未満であることを意味する。
【００３２】
（８）ＳｒＯ
ＳｒＯは、ＭｇＯ及びＣａＯと同様に、ガラス組成物の熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ、ガラス組成物の歪点を過大には低下させないという特徴を有し、ガラス組成物の溶解性も向上させる。このため、本発明に係るガラス組成物は、失透特性及び耐酸性の改善のために、ＳｒＯを含有していてもよい。なお、ガラス組成物におけるＳｒＯの含有量が所定の値以下であると、耐失透特性の低下、熱膨張係数の増大、並びに耐酸性及び耐久性の低下を抑制できる。本発明に係るガラス組成物におけるＳｒＯの含有量は、望ましくは０．１モル％以上であり、より望ましくは０．２モル％以上であり、さらに望ましくは１．０モル％以上である。また、本発明に係るガラス組成物におけるＳｒＯの含有量は、望ましくは１５．０モル％以下であり、より望ましくは１２．０モル％以下であり、さらに望ましくは１０．０モル％以下であり、特に望ましくは９．０モル％以下である。また、本発明に係るガラス組成物において、ＳｒＯは実質的に含まれていなくてもよい。
【００３３】
（９）ＢａＯ
ＢａＯはガラスのエッチング性を調整し、ガラスの分相特性及び失透特性の向上、並びに、化学的耐久性の向上に効果がある。このため、本発明に係るガラス組成物は、適量のＢａＯを含有してもよい。本発明に係るガラス組成物におけるＢａＯの含有量は、望ましくは０．１モル％以上であり、より望ましくは０．２モル％以上であり、さらに望ましくは０．５モル％以上である。また、本発明に係るガラス組成物におけるＢａＯの含有量は、望ましくは１５．０モル％以下であり、より望ましくは１２．０モル％以下であり、さらに望ましくは１０．０モル％以下であり、特に望ましくは５．０モル％以下である。また、本発明に係るガラス組成物において、ＢａＯは実質的に含まれていなくてもよい。
【００３４】
（１０）Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、及びＫ2Ｏ
アルカリ金属酸化物（Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、及びＫ2Ｏ）は、ガラスの特性を大きく変化させることが可能な成分である。ガラス組成物におけるアルカリ金属酸化物の含有により、ガラスの溶解性が著しく向上する。このため、本発明に係るガラス組成物はアルカリ金属の酸化物を含有していてもよいが、ガラス組成物の熱膨張係数への影響は大きく、用途に応じてアルカリ金属酸化物の含有量を調整する必要がある。特に、電子工学分野で使用されるガラスにアルカリ金属が含まれていると、熱処理工程中にガラスに近接している半導体にアルカリ成分が拡散したり、電気絶縁性が著しく低下して、誘電率（ε）及び誘電正接（ｔａｎδ）等の特性に影響が現れたり、高周波特性が低下する可能性がある。このため、本発明に係るガラス組成物がアルカリ金属酸化物を含む場合には、ガラス組成物によって形成されたガラス基板の表面を別の誘電体物質によってコーティングすることにより、ガラス基板に近接する部材にアルカリ成分が拡散することを防止できる。これにより、上記の問題点のいくつかを解消できる。ガラス基板の表面をコーティングする方法として、ＳｉＯ2等の誘電体をスパッタリング及び蒸着等の物理的方法又はゾルゲル法による液相の原料を用いて成膜する方法等の公知の方法を利用できる。一方、本発明に係るガラス組成物は、アルカリ金属酸化物を含まない、すなわち、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、及びＫ2Ｏの含有量の和（Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ）が０モル％である、無アルカリガラスであってもよい。さらに、本発明に係るガラス組成物は、若干のアルカリ金属酸化物を含有している微アルカリガラスであってもよい。この場合、微アルカリガラスにおけるアルカリ金属酸化物の含有量は、０．０００１モル％以上であってもよく、０．０００５モル％以上であってもよく、０．００１モル％以上であってもよい。また、微アルカリガラスに含まれるアルカリ金属酸化物の含有量は、望ましくは２.０モル％未満であり、より望ましくは１．０モル％未満であり、さらに望ましくは０．１モル％未満であり、特に望ましくは０．０５モル％未満であり、とりわけ望ましくは０．０１モル％未満である。
【００３５】
（１１）Ｆｅ2Ｏ3
Ｆｅ2Ｏ3も着色成分として有効であり、本発明に係るガラス組成物はＦｅ2Ｏ3を含有していてもよい。特に、ガラス組成物において、ＴｉＯ2とＦｅ2Ｏ3とを併用すること、又は、ＴｉＯ2と、ＣｅＯ2と、Ｆｅ2Ｏ3とを併用することにより、レーザによってガラスに変質部を形成することが容易になる。一方で、本発明に係るガラス組成物がＣｅＯ2を含有する場合に、本発明に係るガラス組成物はＦｅ2Ｏ3を実質的に含有しないものであってもよい。この場合、本発明に係るガラス組成物におけるＦｅ2Ｏ3の含有量は、例えば０．００７モル％以下であり、望ましくは０．００５モル％以下であり、より望ましくは０．００１モル％以下である。本発明に係るガラス組成物におけるＦｅ2Ｏ3の適切な含有量は、例えば０〜１．０モル％であり、望ましくは０．００８〜０．７モル％であり、より望ましくは０．０１〜０．４モル％であり、さらに望ましくは０．０２〜０．３モル％である。
【００３６】
（１２）ＣｅＯ2
本発明に係るガラス組成物はＣｅＯ2を着色成分として含有していてもよい。特に、ＣｅＯ2とＴｉＯ2とを併用することによって、レーザによってガラスに変質部を形成することが容易になり、品質のばらつきが少ないガラス基板を作製できる。一方、本発明に係るガラス組成物がＦｅ2Ｏ3を含有している場合、ＣｅＯ2を実質的に含有しないものであってもよい。この場合、本発明に係るガラス組成物におけるＣｅＯ2の含有量は、例えば０．０４モル％以下であり、望ましくは０．０１モル％以下であり、より望ましくは０．００５モル％以下である。ガラス組成物におけるＣｅＯ2の含有量が所定の値以下であると、ガラスの着色が増大することを抑制でき、ガラスに深い変質部が形成されなくなることを防止できる。本発明に係るガラス組成物におけるＣｅＯ2の含有量は、例えば０〜３．０モル％であり、望ましくは０．０５〜２．５モル％であり、より望ましくは０．１〜２．０モル％であり、さらに望ましくは０．２〜０．９モル％である。また、ＣｅＯ2は清澄剤としても有効であるので、必要に応じてその量を調節できる。
【００３７】
例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯは、ガラス組成物の熱膨張係数に大きな影響を与える成分であり、ガラス組成物においてこれらの成分の含有量が多いとガラス組成物の熱膨張係数（ＣＴＥ）が大きくなりやすい。このため、本発明に係るガラス組成物において、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯのそれぞれを、上記のメリットを生じさせる含有量との兼ね合いを鑑みて含ませることができる。このような観点から、本発明に係るガラス組成物は、望ましくは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの含有量の和（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）は、望ましくは５．０モル％以上であり、より望ましくは７．０モル％以上であり、さらに望ましくは９．０モル％以上である。また、本発明に係るガラス組成物におけるＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの含有量の和（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）は、望ましくは２５．０モル％以下であり、より望ましくは２２．０モル％以下であり、特に望ましくは２０．０モル％以下である。一方で、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、及びＺｎＯは、ガラス組成物の熱膨張係数（ＣＴＥ）に与える影響は小さい。
【００３８】
ガラス組成物においてＭｇＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの含有量が大きいと、温度変化に伴うガラス組成物のＣＴＥの変動が大きくなりやすい。このため、本発明に係るガラス組成物において、ＭｇＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯのそれぞれを、上記のメリットを生じさせる含有量との兼ね合いを鑑みて含ませることができる。逆に、ガラス組成物においてＢ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3及びＣａＯの含有量が大きいと、温度変化に伴うガラス組成物のＣＴＥの変動が小さくなりやすい。このため、本発明に係るガラス組成物において、望ましくは、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3及びＣａＯの含有量に対するＭｇＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの含有量のモル比（ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）は、望ましくは０．１０以上であり、より望ましくは０．２０以上であり、さらに望ましくは０．２５以上である。また、本発明に係るガラス組成物におけるＢ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3及びＣａＯの含有量に対するＭｇＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの含有量のモル比（ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）は、望ましくは３．００以下であり、より望ましくは２．００以下であり、さらに望ましくは１．５０以下である。これにより、温度変化に伴うガラス組成物のＣＴＥの変動を小さくでき、温度変化に伴う単結晶シリコンのＣＴＥの変動に近づけることができる。なお、温度変化に伴うガラス組成物のＣＴＥの変動にＺｎＯが与える影響は小さい。
【００３９】
（１３）別の成分
本発明に係るガラス組成物は、温度０℃〜１００℃の範囲において、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たす限り、別の成分を含んでいてもよい。本発明に係るガラス組成物は、場合によっては、ＳｎＯ2、Ｌａ2Ｏ3、又はＮｂ2Ｏ5等の成分を含有していてもよい。
【００４０】
本発明に係るガラス組成物は、フロート法、キャスト法、及びダウンドロー法などの方法によってガラス基板に成形できる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。【００４２】
＜ガラスサンプルの作製＞
電子天秤（エー・アンド・デー社製、製品名：ＦＸ−５００ｉ）を用いてガラスの組成が表１及び表２に示す通りになるように、各原料の粉体を秤量して混合し、約２００ｇの混合粉体を得た。混合粉体を高温溶融炉（モトヤマ社製、型式：ＮＥ１−２０２５Ｄ）にて、溶融、撹拌、及び脱泡の処理を行った後、キャスト法によって５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの寸法を有するガラスブロックを作製した。その後、ガラスブロックを徐冷炉において徐冷してガラスの残留応力を除去した。その後、ガラスブロックを汎用切削装置によって４ｍｍ×４ｍｍ×２０ｍｍの寸法を有するように小片に加工し、各実施例に係るガラスサンプルを得た。また、４ｍｍ×４ｍｍ×２０ｍｍの寸法を有するように小片に加工した単結晶シリコンのサンプルを準備した。【００４３】
＜平均熱膨張係数の測定＞
熱機械分析装置（NETZSCH社製、製品名：TMA 402F1 Hyperion）を用いて、−１００℃〜５００℃の測定温度範囲及び５℃／分の昇温速度の条件で、大気圧下で、日本工業規格ＪＩＳ  Ｒ  ３１０２−１９９５（ガラスの平均線膨張係数の試験方法）に準拠して、各実施例に係るガラスサンプル及び単結晶シリコンのサンプルの所定の温度における長さを測定した。各実施例に係るガラスサンプル及び単結晶シリコンのサンプルについて、温度５０℃におけるサンプルの長さと温度Ｔ℃におけるサンプルの長さとに基づいて、５０℃〜Ｔ℃の温度範囲における平均熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）を上記の式（１）によって求めた。各実施例に係るガラスサンプル及び単結晶シリコンのサンプルの平均熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）は、−７５℃〜４２５℃の範囲において、２５℃間隔で求めた。各実施例に係るガラスサンプルついての結果を表３及び表４並びに図２〜図７に示し、単結晶シリコンのサンプルについての方位（１００）の結果を表５に示す。なお、各実施例に係るガラスサンプル及び単結晶シリコンのサンプルに関するＣＴＥ（５０）は、ＣＴＥ（２５）とＣＴＥ（７５）とを算術平均することによって求めた。【００４４】
表５における「ＣＴＥ（Ｔ）−（３×１０-7／℃）」、「ＣＴＥ（Ｔ）−（１×１０-7／℃）」、「ＣＴＥ（Ｔ）＋（１×１０-7／℃）」、及び「ＣＴＥ（Ｔ）＋（３×１０-7／℃）」は、それぞれ、ＣＴＥ（Ｔ）から（３×１０-7／℃）を差し引いた値、ＣＴＥ（Ｔ）から（１×１０-7／℃）を差し引いた値、ＣＴＥ（Ｔ）に（１×１０-7／℃）を加えた値、及びＣＴＥ（Ｔ）に（３×１０-7／℃）を加えた値である。図２〜４において２本の白抜きの破線によって定められた領域は、単結晶シリコンのサンプルのＣＴＥ（Ｔ）±３×１０-7／℃の範囲を示す。図２〜図４における２本の白抜きの破線のうち下方の破線は、ＣＴＥ（Ｔ）＝（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃と表すことができ、上方の破線は、ＣＴＥ（Ｔ）＝（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃と表すことができる。図５〜７において２本の白抜きの破線によって定められた領域は、単結晶シリコンのサンプルのＣＴＥ（Ｔ）±１×１０-7／℃の範囲を示す。図５〜図７における２本の白抜きの破線のうち下方の破線は、ＣＴＥ（Ｔ）＝（１７．１×１０-3×Ｔ＋２７．４）×１０-7／℃と表すことができ、上方の破線は、ＣＴＥ（Ｔ）＝（１７．１×１０-3×Ｔ＋２９．４）×１０-7／℃と表すことができる。【００４５】
＜反り量δの算出＞
各実施例に係るガラスサンプル及び単結晶シリコンのサンプルの平均熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）の結果に基づいて、各実施例に係るガラスサンプルに関し、上記の式（２）に基づいて反り量δを算出した。結果を表６及び図８〜図１３に示す。Ｅ1は、各実施例に係るガラスサンプルのヤング率であり、ＪＩＳ  Ｒ  １６０２−１９９５に従って測定したものを反り量δの算出に用いた。Ｅ2は単結晶シリコンのヤング率であり、ここでは方位（１００）の値であるＥ2＝１３０ＧＰａを用いた。【００４６】
表３、表４、及び図２〜図４に示す通り、温度範囲０℃〜１００℃における実施例１〜３に係るガラスサンプルの熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）、温度範囲０℃〜２５０℃における実施例４〜７に係るガラスサンプルの熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）、温度範囲−７０℃〜３００℃における実施例８〜１２に係るガラスサンプルの熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）、及び温度範囲−７５℃〜４２５℃における実施例９及び１１に係るガラスサンプルの熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）のそれぞれは、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２５．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋３１．４）×１０-7／℃の関係を満たしていた。【００４７】
表４及び図５〜図７に示す通り、温度範囲０℃〜１００℃における実施例１３〜１５、２２に係るガラスサンプルの熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）、温度範囲０℃〜２５０℃における実施例１６〜１８に係るガラスサンプルの熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）、温度範囲−７０℃〜３００℃における実施例１９〜２１に係るガラスサンプルの熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）、及び温度範囲−７５℃〜４２５℃における実施例１９〜２１における熱膨張係数ＣＴＥ（Ｔ）のそれぞれは、（１７．１×１０-3×Ｔ＋２７．４）×１０-7／℃≦ＣＴＥ（Ｔ）≦（１７．１×１０-3×Ｔ＋２９．４）×１０-7／℃の関係を満たしていた。【００４８】
表６及び図８〜１３に示す通り、実施例１〜２２に係るガラスサンプルについて求めた、温度０℃〜１００℃の範囲における反り量δは、−５μｍ≦δ≦５μｍの関係を満たしていた。表６及び図９〜図１３に示す通り、実施例４〜２２に係るガラスサンプルについて求めた、温度−７０℃〜３００℃の範囲における反り量δは、−５μｍ≦δ≦１０μｍの関係を満たしていた。実施例４〜２２に係るガラスサンプルについて求めた、温度−７０℃〜４００℃の範囲における反り量δは、−５μｍ≦δ≦２０μｍの関係を満たしていた。【００４９】
【表１】
2019082590.tif 000003
【００５０】
【表２】
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【００５１】
【表３】
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【００５２】
【表４】
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【００５３】
【表５】
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【００５４】
【表６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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