JP2005126320A - 固体撮像素子パッケージ用窓ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラスからのα線放出量が非常に少なく、しかも研磨に伴う品質問題を解消でき、また安価に大量生産することが可能な固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを提供することを技術的課題とする。
【解決手段】 質量％で、ＳｉＯ₂ ５８〜７２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １．１〜１２％、Ｂ₂Ｏ₃ ９〜１８％、Ｎａ₂Ｏ ０．１〜１１．５％、Ｋ₂Ｏ ０．１〜８％、Ｌｉ₂Ｏ ０〜５％、アルカリ土類金属酸化物 ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜９％を含有し、実質的にＡｓ₂Ｏ₃を含有せず、（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）／Ｎａ₂Ｏの比が１．１〜１０であり、ガラスからのα線放出量が０．００５ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、固体撮像素子を収納する半導体パッケージの前面に取り付けられ、固体撮像素子を保護すると共に透光窓として使用される固体撮像素子パッケージ用窓ガラスに関するものである。

固体撮像素子の前面には、半導体素子の保護のため、平板状の透光面を有する窓ガラスが配設される。この窓ガラスは、アルミナ等のセラミック材料や金属材料、或いは樹脂材料で形成されたパッケージに、各種の有機樹脂や低融点ガラスからなる接着材を用いて封着され、パッケージの内部に収納された固体撮像素子を保護すると共に可視光線等の透光窓として機能する。

固体撮像素子として、現在最も多く用いられている光半導体は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）である。ＣＣＤは、高精細な画像を取り込むため、主にビデオカメラに搭載されていたが、近年、画像のデータ処理の利用が加速する中で、急激に利用範囲が拡大している。特にデジタルスチルカメラや携帯電話に搭載され、高精細な画像を電子情報データに変換するために多く用いられるようになってきている。

ＣＣＤは、画像を正確に電子情報に変換する必要性があるため、それに使用される窓ガラスは、その表面に汚れや傷、異物の付着等に関して厳しい基準が設けられ、高品位の清浄度が要求されている。また表面の清浄度に加え、ガラス内部に泡、脈理、結晶等が存在せず、白金等の異物の混入を防止することも要求されている。さらに各種材料からなるパッケージと良好に封着するため、パッケージ材料と近似した線熱膨張係数を有することも要求されている。また、この種のガラスは、長期に亘って表面品位が低下しないように耐候性に優れ、また軽量化できるように密度の低いことも要求される。さらに、ガラス中に放射性同位元素であるＵ（ウラン）やＴｈ（トリウム）が含まれると、ガラスからα線が放出されやすく、その放出量が多いと、ソフトエラーを引き起こすため、Ｕ、Ｔｈをできるだけ含有しないことが要求されている。そのためガラスの製造に際しては、高純度原料を採用したり、原料を溶解する溶融槽の内壁を放射性同位元素の少ない耐火物（例えばアルミナ電鋳耐火物、石英系耐火物、白金）から形成する等の対策が採られている。例えば、特許文献１〜３には、放射性同位元素を減少し、α線放出量を低減した固体撮像素子パッケージ用窓ガラスが提案されている。
特許第２６６０８９１号公報 特開平６−２１１５３９号公報 特開平７−２１５７３３号公報

上記したように固体撮像素子パッケージ用窓ガラスの使用量は、用途の広がりや、画像データ利用の展開によって、急激に増加している。

ところが従来の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、次のような方法で作製されるため、表面品位が悪く、また大量生産には不向きである。すなわち固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを作製する場合、まずガラス原料を溶融槽で溶融し、脱泡・脈離除去を行って均質化した後、ガラス融液を型に入れて鋳込み成形したり、或いはガラス融液を延板上に連続的に引き出し、所定の形状に成形する。次いで、得られたガラス成形体（ガラスインゴット）を徐冷し、これを一定の厚みに切り出した後、その表面に研磨加工を施すことによって所定の厚みの大板ガラスを形成し、これを所定寸法に細断加工する。

このように固体撮像素子パッケージ用窓ガラスの透光面は、両面とも研磨加工が施されるが、研磨されることによって、表面に無数の微細な凹凸（微小傷）が形成される。

ところで近年、固体撮像素子は、ますます高画素化、小型化が図られており、これに伴って１素子当たりの受光量が減少する傾向にあるが、窓ガラスの透光面を研磨することによって形成される微細な凹凸によって入射光が散乱しやすくなり、一部の素子への受光量が不足し、その結果、素子に誤作動が発生することが懸念されている。

また固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、ガラス中に異物や泡が混入したり、表面に塵等が付着すると、良好な表示画像が得られず、これは窓ガラスとして致命的な欠陥となるため、窓ガラスを出荷する前には必ず画像検査が行われる。しかしながら、上記したように窓ガラスの透光面には無数の微細な凹凸が形成されるため、画像検査の際、窓ガラスの透光面の凹凸に起因して照射光が屈折し、明るく見える部分と暗く見える部分が混在することになり、異物や塵等の有無を正確に検知できないことがある。

また窓ガラスの透光面に対し、非常に精密で、長時間に亘る研磨加工を施すことによって、凹凸をより小さくすることは可能であるが、このような精密研磨は大量生産には不向きであり、急激な需要増に応えるためには、大幅な設備の増設が必要となる。さらに、この精密研磨加工は、人工皮革を備えた回転研磨加工機によって、酸化セリウム等の遊離砥粒を水等に分散させたスラリーを自動供給しながら行うが、研磨によって発生したガラス粉が人工皮革の中に入り込み、人工皮革の一部に突起部が形成されることがある。このガラス粉によって形成された人工皮革の突起部は、研磨時に窓ガラスの表面を削り取り、部分的に溝を形成する原因となる。そして、この種の溝は、比較的広く、浅い形状を有しているため、電子機器による画像検査工程で見落とされることがあり、そのような窓ガラスが、固体撮像装置に搭載されると、表示画像に黒スジとなって現れる。しかも遊離砥粒として使用する酸化セリウムには、不純物としてＴｈが含まれており、研磨した後、窓ガラスに付着した酸化セリウムを完全に除去しなければ、これがα線源となる可能性もある。

このような生産性を損なう精密な研磨や、研磨をすることで発生する固体撮像素子特性への悪影響は、研磨を施している限り、ある程度は避けられない問題である。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ガラスからのα線放出量が非常に少なく、しかも研磨に伴う品質問題を解消でき、また安価に大量生産することが可能な固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを提供することを技術的課題とする。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、質量％で、ＳｉＯ₂ ５８〜７２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １．１〜１２％、Ｂ₂Ｏ₃ ９〜１８％、Ｎａ₂Ｏ ０．１〜１１．５％、Ｋ₂Ｏ ０．１〜８％、Ｌｉ₂Ｏ ０〜５％、ＲＯ ０〜２０％を含有し、実質的にＡｓ₂Ｏ₃を含有せず、（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）／Ｎａ₂Ｏの比が１．１〜１０であり、ガラスからのα線放出量が、０．００５ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下であることを特徴とする。

本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、上記組成を有するため、ガラス原料から混入するＵ、Ｔｈを低減しやすく、例えばガラス中のＵ含有量を５ｐｐｂ以下、Ｔｈ含有量を１０ｐｐｂ以下にすることによって、ガラスからのα線放出量を０．００５ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下にすることができ、α線に起因する固体撮像素子のソフトエラーを低減することができる。さらにＵ含有量を４ｐｐｂ以下、Ｔｈ含有量を８ｐｐｂ以下にすることによって、ガラスからのα線放出量を０．００３ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下にすることも可能である。

また本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、ダウンドロー法によって成形することが可能であり、これによって研磨を施すことなく、所定の厚みが得られ、しかも表面平滑性に優れた透光面が得られる。よって入射光の散乱に起因する素子の誤動作を抑え、また画像検査で異物や塵等の有無を正確に検知することができ、黒スジのような表示不良を防止することが可能である。しかも精密研磨加工工程を省力できるため、安価に大量生産することができ、さらに研磨が不要で遊離砥粒を使用しないため、酸化セリウムに起因するα線の放出を防止することができる。

本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、質量％で、ＳｉＯ₂ ５８〜７２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １．１〜１２％、Ｂ₂Ｏ₃ ９〜１８％、Ｎａ₂Ｏ ０．１〜１１．５％、Ｋ₂Ｏ ０．１〜８％、Ｌｉ₂Ｏ ０〜５％、アルカリ土類金属酸化物 ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜９％を含有し、実質的にＡｓ₂Ｏ₃を含有せず、（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）／Ｎａ₂Ｏの比が１．１〜１０であり、ガラスからのα線放出量が０．００５ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下であるため、高画素（例えば１００万画素以上）で小型の固体撮像装置に搭載しても、α線に起因するソフトエラーの低減を図ることができる。このようにα線放出量を０．００５ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下にするためには、原料や溶融槽からの不純物の混入を防止し、ガラス中のＵ量を５ｐｐｂ以下、Ｔｈ量を１０ｐｐｂ以下に抑えることが望ましい。近年、固体撮像素子は、ますます画素数が大きくなっており、それに伴ってα線に起因するソフトエラーが発生しやすくなっているため、窓ガラスのα線放出量は、０．００３ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下にすることが好ましい。またＵ量は４ｐｐｂ以下、Ｔｈ量は８ｐｐｂ以下にすることが好ましい。尚、Ｕは、Ｔｈに比べて、α線を放出しやすいため、Ｕの許容量は、Ｔｈの許容量に比べて少なくなる。

また本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、上記組成を有するため、液相温度におけるガラスの粘度（液相粘度）を１０^5.4ｄＰａ・ｓ以上に調整することができる。これによってガラス中に失透物が発生し難く、ダウンドロー法による成形が容易となる。すなわちＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−Ｒ₂Ｏ系ガラス基板を、ダウンドロー法で成形する場合、成形部分におけるガラスの粘度は、およそ１０^5.0ｄＰａ・ｓに相当する。そのためガラスの液相温度が１０^5.0ｄＰａ・ｓ付近、或いはそれ以下であると、成形されたガラスに失透物が発生しやすい。ガラス中に失透物が発生すると、透光性が損なわれるため、固体撮像素子パッケージ用窓ガラスとしては使用できなくなる。よってダウンドロー法でガラスを成形する場合、ガラスの液相温度におけるガラスの粘度は、できるだけ高いことが望ましく、固体撮像素子パッケージ用窓ガラスとしては、液相粘度が１０^5.4ｄＰａ・ｓ以上であると成形が容易となり、生産性を大幅に向上することができる。さらに１０^5.8ｄＰａ・ｓ以上であると成形がより容易となるため好ましい。

ダウンドロー法としては、オーバーフローダウンドロー法やスロットダウンドロー法が適しているが、特にオーバーフローダウンドロー法の場合は、ガラス表面が自由表面であり、他の部材と接触することがなく、溶融条件や成形条件を制御することによって、所望の肉厚（固体撮像素子パッケージ用窓ガラスの場合は、０．０５〜０．７ｍｍ）を有し、表面平滑性に優れた板ガラスを得ることができるため好ましい。つまりオーバーフローダウンドロー法を採用すると、表面（透光面）を研磨加工することがないため、研磨による微小傷が形成されず、しかも表面粗さ（Ｒａ）が１．０ｎｍ以下、０．５ｎｍ以下、さらには０．３ｎｍ以下の窓ガラスを作製することが可能である。このように窓ガラスの透光面の表面粗さ（Ｒａ）が小さくなるほど、固体撮像素子パッケージ用窓ガラスの透光面の散乱光に起因する素子の誤動作の発生率が低下し、また異物等を検知する画像検査の精度が向上する。尚、表面粗さ（Ｒａ）は、表面平滑性の品位を表すものであり、ＪＩＳ Ｂ０６０に基づく試験方法を適用することによって測定することができる。

また本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、３０〜３８０℃の温度範囲における平均熱膨張係数を３０〜８５×１０^-7／℃に調整することができる。そのため有機樹脂や低融点ガラスからなる接着材を用いてアルミナパッケージ（約７０×１０^-7／℃）や各種樹脂パッケージと封着しても、内部に歪みが発生せず、長期間に亘って良好な封着状態を保つことが可能である。窓ガラスの好ましい熱膨張係数は、３５〜８０×１０^-7／℃、より好ましい熱膨張係数は５０〜７５×１０^-7／℃である。

また本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、ガラスの密度が２．４５ｇ／ｃｍ³以下、アルカリ溶出量が１．０ｍｇ以下であると、特に屋外で使用する携帯用電子機器に搭載される用途に好適である。すなわちビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の機器は、屋外で使用されることがあるため、軽量で持ち運びに適し、高い耐候性を有することが要求される。従って、これらの用途に使用される固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、軽量であるという特性に加え、安定した耐候性を有し、屋外で過酷な環境下で使用されても表面品位が低下しないといった特性を併せ持つものでなければならない。そのため特にこの用途に使用される窓ガラスには、ガラスの密度を低下することによって軽量化したり、アルカリ溶出量を少なくすることによって耐候性を向上することが望まれる。

また本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、肉厚が０．０５〜１．０ｍｍであることが好ましい。肉厚が大きくなるほど、透過率が低下し、軽量化、薄型化が困難となる。また肉厚が小さくなるほど、実用強度が不足したり、大板ガラスのたわみが大きくなって取り扱いが困難となる。より好ましい肉厚は、０．１〜０．７ｍｍ、さらに好ましい肉厚は、０．１〜０．５ｍｍである。

本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを構成する各成分の含有量を上記のように限定した理由を次に説明する。

ＳｉＯ₂は、ガラスを構成する骨格となる主成分であり、ガラスの耐候性を向上するのに効果があるが、多くなりすぎると、ガラスの高温粘度が上昇し、溶融性が悪化すると共に、液相粘度が高くなる傾向がある。よってＳｉＯ₂は、５８〜７２％、好ましくは、６０〜７０．５％、より好ましくは６２〜６８．５％である。

Ａｌ₂Ｏ₃は、液相粘度を高めるために必須の成分であるが、多くなりすぎると、ガラスの高温粘度が上昇し、溶融性が悪化する傾向がある。よってＡｌ₂Ｏ₃は、１．１〜１２％、好ましくは、３．５〜１２％、より好ましくは６〜１１％である。

Ｂ₂Ｏ₃は、融剤として働き、ガラスの粘性を下げ、溶融性を改善する成分である。さらに液相粘度を高めるための成分である。しかしＢ₂Ｏ₃が多くなりすぎると、ガラスの耐候性が低下する傾向がある。よってＢ₂Ｏ₃は、９〜１８％、好ましくは１１〜１８％、より好ましくは１２〜１８％である。

アルカリ金属酸化物であるＮａ₂ＯとＫ₂Ｏは、いずれもガラスの粘性を下げ、溶融性を改善する成分である。またＮａ₂Ｏは、熱膨張係数を調整する効果が大きく、またＫ₂Ｏは、液相粘度を向上する効果が大きい。そのため両成分を併用することによって、熱膨張係数と液相粘度を効果的に調整することができる。しかしながら、これらの成分を多量に含有すると、熱膨張係数が大きくなる傾向があり、またガラスの耐候性が著しく低下する。よってＮａ₂Ｏは、０．１〜１１．５％（好ましくは１〜１１％、より好ましくは３〜１０％、さらに好ましくは４．５〜９％）、Ｋ₂Ｏは、０．１〜８％（好ましくは０．５〜７．５％、より好ましくは１〜７％、さらに好ましくは１．５〜６％）である。特にＮａ₂ＯとＫ₂Ｏを合量で、３〜１８％、さらには７．６〜１５％含有することが好ましい。

また本発明においては、（Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏ）／Ｎａ₂Ｏの比が１．１〜１０となるように規制することによって、液相粘度のさらなる向上を図っている。この（Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏ）／Ｎａ₂Ｏの比は、１．１〜５であることが好ましく、１．２〜３であることがより好ましい。

また本発明においては、ＳｉＯ₂を低減し、Ａｌ₂Ｏ₃とＫ₂Ｏを増加する程、液相粘度が上昇する傾向にあり、ＳｉＯ₂／（Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｋ₂Ｏ）の比を、３〜１２、好ましくは４〜１０となるように規制すると、ガラスの耐候性と溶融性を維持しながら、高い液相粘度を得ることが可能である。

Ｌｉ₂Ｏも、ガラスの粘性を下げ、溶融性を改善すると共に、熱膨張係数を効果的に調整する成分であるが、原料に放射性同位元素を含みやすいため、０〜５％、好ましくは０〜３％、より好ましくは０〜１％、最も好ましくは０〜０．５％に規制すべきである。

アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）は、ガラスの耐候性を向上すると共に、ガラスの粘性を下げ、溶融性を改善する成分であるが、多くなりすぎると、ガラスが失透しやすくなると共に密度が上昇する傾向がある。よってアルカリ土類金属酸化物は、０〜２０％、好ましくは、０．５〜１８％、より好ましくは、１．０〜１８％である。

特にＣａＯは、比較的容易に高純度原料を入手でき、しかも耐候性を向上する効果に優れているため、０．５〜１０％、さらには１〜８％含有させることが好ましい。ただしＢａＯとＳｒＯは、密度を上昇させやすく、また原料中に放射性同位元素を含みやすいため、各々３％以下、さらには１．４％以下に規制することが好ましい。

ＺｎＯは、耐候性を向上する効果に優れ、またガラスの溶融性を改善し、溶融ガラスからＢ₂Ｏ₃やアルカリ金属酸化物が揮発するのを抑制するのに効果がある。特にＡｌ₂Ｏ₃の含有量が３％以下の場合は、耐候性が著しく低下する傾向にあるため、ＺｎＯを２％以上、さらには４．５％以上含有させることが好ましい。ただしＺｎＯを多量に含有すると、ガラスが失透しやすくなり、また密度が上昇するため、９％以下、好ましくは６％以下に抑えるべきである。

また本発明においては、上記成分以外にも、ガラスの特性を損なわない範囲で、Ｐ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃，Ｌａ₂Ｏ₃等の成分を５％以下含有させたり、各種清澄剤を３％まで含有させることができる。清澄剤としては、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₅、Ｆ₂、Ｃｌ₂、Ｃ、ＳＯ₃、ＳｎＯ₂、或いはＡｌ、Ｓｉ等の金属粉末の１種又は２種以上が使用できる。

Ａｓ₂Ｏ₃は、幅広い温度域（１３００〜１７００℃程度）で清澄ガスを発生させることができるため、従来よりこの種のガラスの清澄剤として広く用いられているが、原料中に放射性同位元素を含みやすい。よってＡｓ₂Ｏ₃は実質的に含有しないようにすべきである。尚、本発明において、実質的に含有しないとは、その成分の含有量を不純物として混入する量に抑えるという意味であり、具体的には１０００ｐｐｍ未満であることを意味している。またＰｂＯ、ＣｄＯは環境負荷物質であるいため、使用を避けるべきである。さらに、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₅も、Ａｓ₂Ｏ₃と同様、清澄効果に優れた成分であるが、環境負荷物質であるため、できるだけ含有しないことが望ましい。

よって本発明においては、清澄剤として、Ｓｂ₂Ｏ₃とＳｂ₂Ｏ₅が合量で０．２％以下、Ｆ₂、Ｃｌ₂、ＳＯ₃、Ｃ、ＳｎＯ₂が合量で０．１〜３．０％となるように含有させることが好ましい。

またＦｅ₂Ｏ₃も、清澄剤として使用できるが、ガラスを着色するため、その含有量は５００ｐｐｍ以下、好ましくは３００ｐｐｍ以下、より好ましくは２００ｐｐｍ以下に規制すべきである。ＣｅＯ₂も清澄剤として使用できるが、ガラスを着色するため、その含有量は２％以下、好ましくは１％以下、より好ましくは０．７％以下に規制すべきである。

ＴｉＯ₂は、ガラスの耐候性を改善し、高温粘度を低下させる効果を有するが、Ｆｅ₂Ｏ₃による着色を助長するため、多量に含有することは好ましくない。ただし、Ｆｅ₂Ｏ₃が２００ｐｐｍ以下であれば、５％まで含有させることができる。ＺｒＯ₂は、耐候性を向上する成分であるが、原料に放射性同位元素を含みやすいため、０〜２％、好ましくは０〜０．５％、より好ましくは０〜０．２％、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下に規制すべきである。

本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、上記の組成を有しつつ、高純度原料と、不純物が混入し難いように整備された溶融環境を採用することによって、Ｕ、Ｔｈ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ₂、ＺｒＯ₂等の含有量を精密に制御することが可能であり、特に紫外線近傍の透過率に影響を及ぼすＦｅ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ₂については、各々１〜１００ｐｐｍオーダーで管理することが可能であり、α線によるＣＣＤ素子のソフトエラーの原因となるＵ、Ｔｈについては、各々０．１〜１０ｐｐｂのオーダーで管理することが可能である。

次に本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを製造する方法を述べる。

まず所望の組成を有するガラスとなるようにガラス原料調合物を準備する。ガラス原料は、Ｕ、Ｔｈ等の不純物が少ない高純度原料を使用する。具体的には、ＵとＴｈの含有量が各々５ｐｐｂ以下の高純度原料を使用する。次いで調合したガラス原料を溶融槽に投入して溶融する。溶融槽は、白金容器を使用しても良いが、ガラス中に白金ブツが混入しやすくなるため、少なくとも溶融槽の内壁（側面、底面等）は、Ｕ、Ｔｈの少ない耐火物から作製することが好ましい。具体的には、アルミナ耐火物（例えばアルミナ質電鋳レンガ）や石英系耐火物（例えばシリカブロック）が侵食しにくく、しかもＵ、Ｔｈの含有量を各々１ｐｐｍ以下にすることができ、Ｕ、Ｔｈのガラスへの溶出が少ないため好ましい。次いで溶融ガラスの均質化（脱泡・脈理除去）を清澄槽で行う。この清澄槽は、耐火物や白金から作製すれば良い。尚、ジルコニア耐火物は、放射性同位元素を多く含むため、使用を避けるべきである。

その後、均質化された溶融ガラスをダウンドロー法で板状に成形し、所望の厚みを有する板ガラスを得る。ダウンドロー法としては、オーバーフローダウンドロー法やスロットダウンドロー法が使用できる。こうして得られた板ガラスを所定の寸法に細断加工し、必要に応じて面取り加工することによって固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを作製する。

以下、実施例に基づいて本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを説明する。

図１は、本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス１０を示す斜視図である。この窓ガラス１０は、板厚方向に相対向する第１透光面１０ａ及び第２透光面１０ｂと、周縁を構成する側面１０ｃとを備えた板状ガラスである。この窓ガラス１０の寸法は、１４×１６×０．５ｍｍであり、第１透光面１０ａ及び第２透光面１０ｂは無研磨面であり、その表面粗さ（Ｒａ）は、いずれも０．５ｎｍ以下である。また図示は省略するが、側面１０ｃは、面取り形状を有している。

次に、上記の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスの製造方法とその性能の評価試験の結果について説明する。

板状ガラスの最初の製造工程は、一辺が５００ｍｍ以上の大板ガラスを作製する工程である。上記したように表面品位に優れた板状ガラスを成形するには、オーバーフローダウンドロー法が最も好適である。オーバーフローダウンドロー法とは、図２に示すように、耐火物からなる樋１１に溶融ガラス１２を流し、樋１１の両側から溢れ出した溶融ガラス１２を樋１１の底部で融合させ、板状にして下方に移動させる方法である。この方法によると、溶融ガラスの自由表面が板状ガラスの表裏面を形成するため、平滑性に優れた大板ガラス１３が得られる。また溶融条件と成形条件を制御することによって、肉厚０．０５〜０．７ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が１．０ｎｍ以下の大板ガラスを容易に成形することができる。そのため大板ガラス１３の表面を研磨することなく、所定の大きさに細断加工するだけで固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを作製することが可能である。

この大板ガラス１３を細断する方法としては、メカニカルスクライブやレーザースクライブが利用できる。レーザースクライブとは、まず熱加工レーザー切断装置を使用して、板厚方向の約２０％の厚みまで大板ガラスの一方の面上に、レーザービーム移動速度１８０±５ｍｍ／ｓｅｃ、あるいは２２０±５ｍｍ／ｓｅｃ、レーザー出力１２０±５Ｗ、あるいは１６０±５Ｗの条件で碁盤目状の加工を施す。次いで、図３に概念的に示すように、大板ガラス１３の加工面１３ａに対して、その反対側より金属製のライン状ヘッド１４を作動方向Ｍに移動させ、同時に大板ガラス１３の加工面１３ａ側を治具（図示省略）で押さえることによって、大板ガラス１３の加工面１３ａに応力を加えて押し割りを行う。こうして割断を行うことによって、碁盤目状に形成された予定線に沿って分割された短冊状の板状ガラスが得られる。このようにして押し割り加工された短冊状の板状ガラスは、それぞれ真空ピンセット（図示省力）を利用して次工程に搬送される。そして短冊状の板状ガラスを再度押し割り加工することによって、所定の縦横寸法を有する窓ガラスが得られる。

表１、２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１２）を示すものである。

表中の各試料は、次のようにして作製した。

まず表の組成となるように調製した高純度ガラス原料を、白金ロジウム、アルミナ、石英のいずれかから作製されたルツボに投入し、攪拌機能を有する電気溶融炉中で１５５０℃、６時間の条件で溶融し、その溶融ガラスをカーボン板上に流し出した。さらに、この板ガラスを徐冷してガラス試料とした。

表から明らかなように、各ガラス試料は、熱膨張係数が５５．８〜６４．９×１０^-7／℃、密度が２．４２以下、１０^2.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度が１５００℃以下、液相温度が８８４℃以下、液相温度における粘度が１０^5.8ｄＰａ・ｓ以上、α線放出量が０．００３０ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下であり、いずれも固体撮像素子パッケージ用窓ガラスとして好適なものであった。

尚、表１、２におけるＵ、Ｔｈの含有量は、ＩＣＰ−ＭＡＳＳにより測定した。熱膨張係数は、ディラトメーターで３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した。密度は周知のアルキメデス法で求めた。

また歪点、及び徐冷点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１の方法に準じて測定し、軟化点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３８−９３の方法に準じて測定した。１０⁴Ｐａ・ｓ温度、１０³Ｐａ・ｓ温度、及び１０^2.5Ｐａ・ｓ温度は、周知の白金球引き上げ法によって求めた。１０^2.5Ｐａ・ｓ温度は、高温粘度である１０^2.5ポイズに相当する温度を測定したものであり、この値が低いほど溶融性に優れていることになる。液相温度は、各ガラス試料を３００〜５００μｍの粒径に破砕し、これを白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持してから、顕微鏡観察により、ガラス試料内部に失透（結晶異物）の見られた最高温度を測定し、その温度を液相温度とした。また液相温度におけるガラスの粘度を液相粘度とした。Ｎｏ．６、７のガラス試料は、失透が見られず、特に耐失透性に優れていた。α線放出量は、超低レベルα線測定装置（住友化学社製ＬＡＣＳ−４０００Ｍ）を用いて測定した。

次に表１、２の試料Ｎｏ．１、６、９及び１０のガラスを、試験溶融炉（アルミナ耐火物製）で溶融し、オーバーフローダウンドロー法で厚み０．５ｍｍの板状に成形し、その表面を研磨することなく、レーザースクライブによって細断加工を施すことによって、縦寸法１４ｍｍ、横寸法１６ｍｍの窓ガラスを作製した。

また比較のため、試料Ｎｏ．１のガラスとなるようにガラス原料を上記の試験溶融槽で溶融した後、８００×３００×３００ｍｍの寸法に鋳込み成形し、ワイヤーソーを使用することによって切断することによって、板厚１．５ｍｍの板状に加工した。その後、この板状ガラスの両面に回転研磨機を用いて精密研磨加工を施すことによって大板ガラス（肉厚０．５ｍｍ）を形成し、レーザースクライブによる細断加工を施して縦寸法１４ｍｍ、横寸法１６ｍｍの窓ガラスを作製した。

こうして作製した各窓ガラスの透光面（第１透光面と第２透光面）の表面粗さ（Ｒａ）を、触針式表面粗さ測定機タリステップ（Ｔａｙｌｅｒ−Ｈｏｂｓｏｎ社製）を用いて測定した。その結果を表３に示す。

表３から明らかなように、実施例の窓ガラスは、いずれも第１透光面と第２透光面の表面粗さ（Ｒａ）が０．２３ｎｍ以下であり、極めて良好な平滑面を有していたが、比較例の窓ガラスは、長時間に亘る精密研磨加工を施したにも拘わらず、表面粗さ（Ｒａ）が０．５６ｎｍ以上であった。また各窓ガラスの透光面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察したところ、実施例の窓ガラスには、研磨傷は認められなかったが、比較例の窓ガラスには、全面に亘って無数の研磨傷が形成されていた。

本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスは、α線放出量が０．００５ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下と非常に少なく、またダウンドロー法によって成形でき、研磨加工工程を省略できるため、特にＣＣＤパッケージ用窓ガラスとして好適である。

本発明の固体撮像素子パッケージ用窓ガラスを示す斜視図である。 オーバーフローダウンドロー法によって板状ガラスを成形する方法を示す説明図である。 レーザースクライブによって大板ガラスを細断加工する方法を示す説明図である。

符号の説明

１０ 固体撮像素子パッケージ用窓ガラス
１０ａ 第１透光面
１０ｂ 第２透光面
１０ｃ 側面
１１ 樋
１２ 溶融ガラス
１３ 大板ガラス
１３ａ 加工面
１４ ライン状ヘッド

Claims (10)

1. 質量％で、ＳｉＯ₂ ５８〜７２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １．１〜１２％、Ｂ₂Ｏ₃ ９〜１８％、Ｎａ₂Ｏ ０．１〜１１．５％、Ｋ₂Ｏ ０．１〜８％、Ｌｉ₂Ｏ ０〜５％、アルカリ土類金属酸化物 ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜９％を含有し、実質的にＡｓ₂Ｏ₃を含有せず、（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）／Ｎａ₂Ｏの比が１．１〜１０であり、ガラスからのα線放出量が０．００５ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下であることを特徴とする固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
2. （Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）／Ｎａ₂Ｏの比が、１．２〜５であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
3. ＳｉＯ₂／（Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｋ₂Ｏ）の比が、３〜１２であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
4. ガラス中のＵ含有量が５ｐｐｂ以下、Ｔｈ含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
5. ガラス中のＵ含有量が４ｐｐｂ以下、Ｔｈ含有量が８ｐｐｂ以下であり、ガラスからのα線放出量が０．００３ｃ／ｃｍ²・ｈｒ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
6. 液相温度におけるガラス粘度が１０^5.4ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
7. 密度が２．４５ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
8. ダウンドロー法で成形されてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
9. ダウンドロー法が、オーバーフローダウンドロー法であることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
10. 固体撮像素子を収納するパッケージに使用されることを特徴とする請求項１〜９に記載の固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。