JP6819613B2 - ガラス基板、積層基板、積層体、および半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

ガラス基板、積層基板、積層体、および半導体パッケージの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ガラス基板、積層基板、積層体、および半導体パッケージの製造方法に関する。
半導体デバイスの分野では、デバイスの集積度が高くなる一方、デバイスの小型化が進んでいる。それに伴い、集積度の高いデバイスのパッケージ技術へ要望が高まっている。
近年、原寸のウェハ状態のガラス基板に半導体チップを貼り合わせるウェハレベルパッケージ技術が脚光を浴びている。このパッケージ技術に用いられるガラス基板として、ファンアウト型のウェハレベルパッケージ用のガラス基板が知られている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１５／０３７４７８号
特許文献１に記載のパッケージ技術では、半導体チップ２２は、接着層を間に介して、支持部材２０に貼り付けられる。次に、半導体チップ２２上に封止材２３が形成される。半導体チップ２２が封止材２３にモールドされた加工基板２４が、支持部材２０から分離される。加工基板２４は、接着層２５を介して、支持ガラス基板２６と貼り合わされる。
ファンアウト型のウェハレベルパッケージ技術では、樹脂が存在した状態で熱処理が行われる。特許文献１では、加工基板に配線や半田バンプを形成する加工処理時に、約２００℃の熱処理を伴うため、加工基板の寸法変化が起きる。そのため、寸法変化を抑制する支持ガラス基板として、２０℃〜２００℃の温度範囲における平均線熱膨張係数を５０×１０−７／℃以上、６６×１０−７／℃以下に規制した支持ガラス基板を提案している。
封止材（樹脂）により半導体チップが包埋された封止部の熱膨張係数は、封止材（樹脂）の占める割合で変化する。そのため、封止材の割合が増えれば、封止部の熱膨張係数はさらに高くなりやすい。しかしながら、支持部材として、満足する高い熱膨張係数を有するガラス基板は存在しなかった。
封止部と支持部材との熱膨張係数に大きな差があると、熱処理により、熱膨張係数の差に起因して、封止部および支持部材に大きな残留歪が発生する。現状では、封止部と支持部材との熱膨張係数のミスマッチにより、封止部と支持部材とが積層された積層基板が変形、破損するなどの不良を無くすことが難しかった。また、上述のようなパッケージ技術以外にも、ガラス基板を異種材料と積層する技術が知られている。異種材料の熱膨張係数が高い場合は、上述のように熱膨張係数のミスマッチによる不良が生じ得る。
したがって、本発明の一は、上述のような問題を鑑み、高い熱膨張係数を有するガラス基板、当該ガラス基板が積層された積層基板、当該ガラス基板が積層された積層体、および当該ガラス基板を用いた半導体パッケージの製造方法を提供する。または、本発明の一は、高い熱膨張係数を有し、且つ、半導体パッケージ用の支持基板に適したガラス基板、当該ガラス基板が積層された積層基板、当該ガラス基板が積層された積層体、および当該ガラス基板を用いた半導体パッケージの製造方法を提供する。
本発明の一に係るガラス基板は、
母組成として、酸化物基準のモル百分率表示で、
ＳｉＯ２ ：５５％〜７５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：２％〜１５％、
ＭｇＯ ：０％〜１０％、
ＣａＯ ：０％〜１０％、
ＳｒＯ ：０％〜１０％、
ＢａＯ ：０％〜１５％、
ＺｒＯ２ ：０％〜５％、
Ｎａ２Ｏ ：０％〜２０％、
Ｋ２Ｏ ：５％〜３０％、
Ｌｉ２Ｏ ：０％〜５．０％、
を含み、
アルカリ金属酸化物の合計含有量が酸化物基準のモル百分率表示で１０％〜３０％であり、
アルカリ金属酸化物の合計含有量を、ＳｉＯ２の含有量で除した値が０．５０以下であり、
Ｎａ２Ｏの含有量を、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏとの合計含有量からＡｌ２Ｏ３の含有量を引いた値で除した値が０．９０以下であり、
５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃であることを特徴とする。
また、本発明の他の一に係るガラス基板は、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２の含有量が５５％〜７５％、Ｋ２Ｏの含有量が５％〜３０％、Ｌｉ２Ｏの含有量が０％〜５．０％であり、Ｎａ２Ｏの含有量を、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計含有量からＡｌ２Ｏ３の含有量を引いた値で除した値が０．９０以下であり、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１２．０ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃であり、半導体パッケージ用の支持基板であることを特徴とする。
また、本発明の他の一に係るガラス基板は、ヌープ硬度が５００以下であり、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃であり、半導体パッケージ用の支持基板であることを特徴とする。
さらに、本発明の他の一に係るガラス基板は、光弾性定数Ｃが、１０〜２６ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａであり、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α１が１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃であり、半導体パッケージ用の支持基板であることを特徴とする。
本発明に係る積層基板は、本発明のガラス基板と、封止材により半導体チップが包埋された素子基板とが積層されたものである。
本発明に係る積層体は、本発明の積層基板を構成するガラス基板に、他のガラス基板が積層されたものである。
本発明に係る半導体パッケージの製造方法は、
第１の支持基板と、封止材により複数の半導体チップが埋め込まれた素子基板とを積層し、第１の積層基板を形成する工程と、
前記第１の積層基板を、前記第１の支持基板と前記素子基板とに分離する工程と、
前記第１の支持基板と分離された前記素子基板と、第２の支持基板とを積層し、第２の積層基板を形成する工程と、
前記素子基板の前記第２の支持基板と積層された面と反対側の面に、配線を形成する工程と、
前記第２の積層基板を、前記第２の支持基板と配線が形成された前記素子基板とに分離する工程と、
前記第２の支持基板と分離された前記素子基板を、該素子基板が有する複数の半導体チップごとに個片化する工程とを有し、
前記第１の支持基板および／または前記第２の支持基板が、前記ガラス基板であることを特徴とする。
なお、本明細書における数値範囲を示す「〜」とは、特段の定めがない限り、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
また、本明細書において、特に明記しない限りは、ガラス基板およびその製造方法における各成分の含有量の説明の％表示は、酸化物基準のモル百分率表示（モル％）を表す。
また、本明細書において、ある成分を「実質的に含まない」とは、当該成分を全く含まないこと、または当該成分を製造上不可避的に混入した不純物として含んでいてもよいことを意味する。すなわち、製造上不可避的に混入した不純物として含まれるものを除き、当該成分を含まないことを意味する。
本発明の一は、高い熱膨張係数を有するガラス基板、当該ガラス基板が積層された積層基板、当該ガラス基板が積層された積層体、または当該ガラス基板を用いた半導体パッケージの製造方法を提供できる。または、本発明の一は、高い熱膨張係数を有し、且つ、半導体パッケージ用の支持基板に適したガラス基板、当該ガラス基板が積層された積層基板、当該ガラス基板が積層された積層体、および当該ガラス基板を用いた半導体パッケージの製造方法を提供できる。
図１は、本発明の一実施形態に係るガラス基板と、素子基板とが積層された積層基板を表す断面図である。 図２（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係るガラス基板を用いたファンアウト型のウェハレベルパッケージの製造工程の一例を表す断面図である。
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
まず、図１、２を参照して、本発明の一実施形態のガラス基板を用いた積層基板の一例について説明する。なお、ここで説明する積層基板およびその製造工程は一例であり、これに限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態のガラス基板を用いた積層基板３０の断面図である。
図１に示す積層基板３０は、本発明の一実施形態のガラス基板Ｇ１と、素子基板１０とが積層されている。ガラス基板Ｇ１は、支持基板として用いられる。ガラス基板Ｇ１と素子基板１０との間には、接着層および／または剥離層を有していてもよい。例えば、接着層および剥離層の機能を備えた吸着層２０が形成される。素子基板１０は、樹脂等の封止材により包埋された半導体チップ（例えば、シリコンチップ）を有している。
例えば、本発明の一実施形態のガラス基板Ｇ１には、吸着層２０を間に介して、半導体チップが貼り合わされる。半導体チップ上に封止材が形成され、封止材により半導体チップが包埋された素子基板１０を得る。例えば、１００℃〜４００℃の温度で、半導体チップ上に樹脂を充填して封止材が形成される。このようにして、ガラス基板Ｇ１と素子基板１０とが積層された積層基板３０が得られる。
その後、積層基板３０は、素子基板１０とガラス基板Ｇ１とに分離される。分離された素子基板１０は、適宜他の支持基板と貼り合わされ、以降の工程に供されてもよい。また、分離されたガラス基板Ｇ１は、適宜再生処理が施され、支持基板またはその他の用途に利用できる。
図２は、本発明の一実施形態のガラス基板を、ファンアウト型のウェハレベルパッケージ用の支持基板として用いる製造工程の一例を示す断面図である。
支持基板（第１の支持基板）Ｇ１００に、吸着層１２０を間に介して複数の半導体チップ１０２を貼り合わせる（図２（Ａ）参照）。
吸着層１２０は、接着層でもよく、剥離層でもよく、接着層および剥離層を兼ねていてもよい。また、吸着層１２０は、単層でもよく、複数層でもよい。吸着層１２０は、例えばシリコーン樹脂で形成される。半導体チップ１０２は、例えばシリコンチップである。半導体チップ１０２は、アクティブな面が支持基板Ｇ１００側に配置される。
複数の半導体チップ１０２上に、複数の半導体チップ１０２を包埋するように封止材１０４を形成する。支持基板Ｇ１００と素子基板１１０とが積層された積層基板（第１の積層基板）１３０が得られる（図２（Ｂ）参照）。
封止材１０４は、例えば樹脂により形成される。複数の半導体チップ１０２上に樹脂を充填し、例えば１００℃〜４００℃の熱処理により、複数の半導体チップ１０２を包埋する封止材１０４を得る。
支持基板Ｇ１００として本発明の一実施形態のガラス基板を適用した場合、後述するように、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃、３０℃〜２２０℃での平均熱膨張係数α2が１０ｐｐｍ／℃〜１５ｐｐｍ／℃と比較的高い。ここで、素子基板１１０は、半導体チップ１０２が樹脂等の封止材により包埋された構造である。素子基板１１０の平均熱膨張係数は、樹脂の割合にもよるが、比較的高くなりやすい。例えば、封止材としてよく用いられるエポキシ樹脂やポリイミドは、１００℃〜２００℃での平均熱膨張係数αが３０ｐｐｍ／℃程度である。本発明の一実施形態のガラス基板は、平均熱膨張係数αがガラスとしては高いため、樹脂により封止材を形成するための熱処理工程で、積層基板１３０に発生する残留歪を抑制できる。支持基板Ｇ１００と素子基板１１０との間に配置された吸着層１２０による熱膨張係数への影響は、吸着層１２０が支持基板Ｇ１００および素子基板１１０と比べて十分に薄いため無視できる。
支持基板Ｇ１００と素子基板１１０とを分離する（図２（Ｃ）参照）。
例えば、紫外線を、支持基板Ｇ１００を通して吸着層１２０に照射することにより、支持基板Ｇ１００と素子基板１１０とが分離される。分離された支持基板Ｇ１００は、支持基板に再利用してもよく、その他の用途に利用してもよい。
分離された素子基板１１０は、吸着層１２２を間に介して支持基板（第２の支持基板）Ｇ１４０と貼り合わせられる。支持基板Ｇ１４０と素子基板１１０とが積層された積層基板（第２の積層基板）１５０が得られる（図２（Ｄ）参照）。
素子基板１１０は、半導体チップ１０２のアクティブな面が支持基板Ｇ１４０の反対側になるように配置される。吸着層１２２は、吸着層１２０と同様のものを用いればよい。
支持基板Ｇ１４０は、本発明の一実施形態のガラス基板を用いてもよく、その他のガラス基板を用いてもよく、ガラス以外の材料からなる基板（例えば、半導体基板、金属基板など）を用いてもよい。支持基板Ｇ１４０として本発明の一実施形態のガラス基板を用いた場合は、後述する配線を形成するための工程などで熱処理を行う際、積層基板１５０に発生する残留歪を抑制できる。なお、支持基板Ｇ１４０と素子基板１１０との間に配置された吸着層１２２による影響は、吸着層１２２が支持基板Ｇ１４０および素子基板１１０と比べて十分に薄いため無視できる。
素子基板１１０の半導体チップ１０２に電気的に接続される配線を形成した後、素子基板１１０と支持基板Ｇ１４０とを分離する。
配線は、素子基板１１０の支持基板Ｇ１４０が積層された面と反対側の面に、銅線等により形成されればよい。素子基板１１０と支持基板Ｇ１４０との分離は、図２（Ｃ）と同様に行えばよい。分離された支持基板Ｇ１４０は、適宜再生処理を施して、再利用できる。
分離された素子基板１１０は、半導体チップ１０２毎に個片化され、複数の半導体デバイスを得ることができる。
本発明の一実施形態のガラス基板は、支持基板Ｇ１００と支持基板Ｇ１４０との一方、または支持基板Ｇ１００と支持基板Ｇ１４０との両方に適用される。
［第１の実施形態］
次に、本発明の一実施形態のガラス基板について説明する。
本発明の一実施形態のガラス基板は、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１〜１６ｐｐｍ／℃である。α1は、１１．５ｐｐｍ／℃超が好ましく、１１．８ｐｐｍ／℃以上がより好ましく、１２．０ｐｐｍ／℃以上がさらに好ましく、１２．５ｐｐｍ／℃以上が特に好ましく、１３ｐｐｍ／℃以上が最も好ましい。また、α1は１５ｐｐｍ／℃以下が好ましく、１４．５ｐｐｍ／℃以下がより好ましく、１４．２ｐｐｍ／℃以下がさらに好ましく、１４ｐｐｍ／℃以下が特に好ましい。
また、本発明の一実施形態のガラス基板は、３０℃〜２２０℃での平均熱膨張係数α2が１０〜１５ｐｐｍ／℃であることが好ましい。α2は、１１．０ｐｐｍ／℃以上が好ましく、１１．５ｐｐｍ／℃以上がより好ましく、１２ｐｐｍ／℃以上が特に好ましい。また、α2は１４．５ｐｐｍ／℃以下が好ましく、１４ｐｐｍ／℃以下がより好ましい。
５０℃〜３５０℃のα1が上記範囲内であれば、ガラス基板と樹脂を含む部材（例えば半導体チップを有する素子基板）とが積層された状態における熱処理工程で、ガラス基板および樹脂を含む部材に発生する残留歪を抑制できる。また、得られる積層基板の反りを防止できる。さらに、３０℃〜２２０℃のα2が上記範囲内であれば、上記残留歪の抑制、並びに積層基板の反り防止の効果がよりいっそう得られる。
ここで、５０℃〜３５０℃および３０℃〜２２０℃での平均熱膨張係数α1、α2とは、ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）で規定されている方法で測定した、熱膨張係数を測定する温度範囲が５０℃〜３５０℃または３０℃〜２２０℃である平均熱膨張係数である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、母組成として、
ＳｉＯ２ ：５５％〜７５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：２％〜１５％、
ＭｇＯ ：０％〜１０％、
ＣａＯ ：０％〜１０％、
ＳｒＯ ：０％〜１０％、
ＢａＯ ：０％〜１５％、
ＺｒＯ２ ：０％〜５％、
Ｎａ２Ｏ ：０％〜２０％、
Ｋ２Ｏ ：５％〜３０％、
Ｌｉ２Ｏ ：０％〜５．０％、
を含み、
アルカリ金属酸化物の合計含有量が１０％〜３０％であり、
アルカリ金属酸化物の合計含有量を、ＳｉＯ２の含有量で除した値が０．５０以下であり、
Ｎａ２Ｏの含有量を、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏとの合計含有量からＡｌ２Ｏ３の含有量を引いた値で除した値が０．９０以下であり、
５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃である。
ＳｉＯ２はガラスの骨格を形成する成分である。したがって、上述したいずれの形態のガラス基板も以下の要件を満足することが好ましい。ＳｉＯ２の含有量が５５％以上であれば、ＨＣｌ、ＨＦなどの酸性溶液およびＮａＯＨなどのアルカリ性溶液に対する化学的耐久性が高くなる。また、耐熱性、耐候性が良好となる。ＳｉＯ２の含有量は、５７％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、６３％以上が特に好ましく、６５％以上が最も好ましい。一方、ＳｉＯ２の含有量が７５％以下であれば、ガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎず、溶融性が良好となる。溶融性が良好であれば、低い温度でガラスを溶融できるため、ガラス溶融時の燃料の使用量を抑えられ、溶融窯が損傷しにくい。ＳｉＯ２の含有量は、７４％以下が好ましく、７３％以下がより好ましく、７２％以下が特に好ましい。
Ａｌ２Ｏ３の含有量が２％以上であれば、ＨＣｌ、ＨＦなどの酸性溶液およびＮａＯＨなどのアルカリ性溶液に対する化学的耐久性が高くなる。また、耐候性、耐熱性が良好となり、ヤング率が高くなる。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、３．５％以上が好ましく、４％以上がより好ましく、４．５％以上がさらに好ましい。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１５％以下であれば、ガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となる。また、失透温度を低くでき、安定して成形できる。さらには、ヌープ硬度が高くなりすぎず、加工レートを良好に保つことができる。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、１４％以下が好ましく、１３％以下がより好ましく、１２％以下がさらに好ましく、１０％以下が特に好ましく、７％以下が最も好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の合計含有量が６０％以上であれば、酸性溶液およびアルカリ性溶液に対する化学的耐久性が高くなるため、好ましい。ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の合計含有量は６２％以上がより好ましく、６３％以上がさらに好ましく、６５％以上が特に好ましい。一方、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の合計含有量は８０％以下であれば、ガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となり、平均熱膨張係数が低くなり過ぎないため、好ましい。また、ヌープ硬度が高くなりすぎず、加工レートを高く保つことができる。ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の合計含有量は７９％以下がより好ましく、７８％以下がさらに好ましく、７７％以下が特に好ましく、７４％以下が最も好ましい。
ＭｇＯは必須成分ではないが、含有することによりガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となるため、含有することが好ましい。また、ＭｇＯを含有することにより、耐候性が向上し、ヤング率が高くなるため好ましい。ＭｇＯの含有量は０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上がいっそう好ましく、４％以上が特に好ましく、５％以上が最も好ましい。ＭｇＯの含有量は、耐失透性の観点からは１０％以下であり、８％以下が好ましく、７％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましい。
ＣａＯは必須成分ではないが、含有することによりガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となる。また、耐候性、ＨＣｌ、ＨＦなどの酸性溶液およびＮａＯＨなどのアルカリ性溶液に対する化学的耐久性が向上する。そのため、ＣａＯの含有量は０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上が特に好ましい。ＣａＯの含有量は、耐失透性の観点から１０％以下であり、９％以下が好ましく、７％以下がより好ましい。
ＳｒＯは、必須成分ではないが、含有することによりガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となる。また、耐候性が向上し、熱膨張係数を高くすることができる。光弾性定数を低下させる効果もある。そのため、ＳｒＯの含有量は０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上が特に好ましい。ＳｒＯの含有量は、耐失透性の観点から１０％以下であり、９％以下が好ましく、７％以下がより好ましい。
ＢａＯは、必須成分ではないが、含有することによりガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となる。さらに、熱膨張係数を高くすることができる。また、特に光弾性定数を低下させる効果がある。そのため、ＢａＯの含有量は０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上が特に好ましく、５％以上が最も好ましい。一方で、比重が高くなるため、ガラスが重くなる。そのため、ＢａＯの含有量は、１５％以下であり、１０％以下が好ましく、９％以下がより好ましく、７％以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板において、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量は０．１〜２０％が好ましい。上述の範囲であれば、ガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となり、耐候性が向上する。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量は、０．５％以上が好ましく、４％以上がより好ましく、５％以上がさらに好ましい。一方、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量が２０％以下であれば、ＨＣｌ、ＨＦなどの酸性溶液およびＮａＯＨなどのアルカリ性溶液に対する化学的耐久性が高くなる。また、失透温度を低くでき、安定して成形できる。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量は２０％以下が好ましく、１８％以下がより好ましく、１０％以下が特に好ましい。
ＺｒＯ２は、必須成分ではないが、含有することによりガラスの化学的耐久性が向上する。そのため、ＺｒＯ２の含有量は、０．２％以上が好ましく、０．５％以上がより好ましく、１％以上がさらに好ましい。一方で、多量に含有させすぎると、溶融時に溶け残りが発生する、失透温度が上がる等、製造特性を悪化させるおそれがある。そのため、ＺｒＯ２の含有量は５％以下であり、４％以下が好ましく、３％以下がより好ましく、２％以下がさらに好ましい。
Ｎａ２Ｏは、必須成分ではないが、含有することにより、溶融時のガラスの粘性を下げる。また、熱膨張係数を著しく高くすることができる。そのため、Ｎａ２Ｏの含有量は、３％以上が好ましく、４％以上がより好ましく、５％以上がさらに好ましく、６％以上がいっそう好ましく、７％以上が特に好ましく、９％以上が最も好ましい。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が２０％以下であれば、耐候性を下げることなく、熱膨張を高くすることができる。Ｎａ２Ｏの含有量は１８％以下が好ましく、１７％以下がより好ましく、１６％以下がさらに好ましく、１５％以下が特に好ましい。
Ｋ２Ｏは溶融時のガラスの粘性を下げる成分である。また、熱膨張係数を著しく高くすることができる。Ｋ２Ｏの含有量は、５％以上であり、６％以上が好ましく、７％以上がより好ましく、８％以上がさらに好ましく、９％以上が特に好ましく、１０％以上が最も好ましい。一方、Ｋ２Ｏの含有量が３０％以下であれば、耐候性や、耐酸性などの化学的耐久性を悪化させることなく熱膨張係数を高くすることができる。Ｋ２Ｏの含有量は、２８％以下が好ましく、２５％以下がより好ましく、２０％以下がさらに好ましく、１９％以下が特に好ましい。
Ｌｉ２Ｏは、必須成分ではないが、含有することにより熱膨張係数を高くすることができる。一方、Ｌｉ２Ｏの含有量が５．０％以下であれば、イオンマイグレーションにより信頼性を低下させることなく、熱膨張係数を高くすることができる。Ｌｉイオンは、イオン半径が小さく、各種熱処理を行った際に、ガラス基板から配線層やシリコンチップへのイオンマイグレーションの可能性が高くなる。そのため、Ｌｉ２Ｏの含有量は、４％以下が好ましく、２％以下がより好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、アルカリ金属酸化物の合計含有量（Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属であり、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋなどである））が１０％〜３０％である。アルカリ金属酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどであり、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏが好ましい。アルカリ金属酸化物の合計含有量は１５％以上が好ましく、１７％以上がより好ましく、２０％以上が特に好ましい。また、アルカリ金属酸化物の合計含有量は２６％以下が好ましく、２５％以下がより好ましく、２３％以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板において、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計含有量は１０％〜３０％が好ましい。上述の範囲であれば、熱膨張係数を高くすることができ、所望の熱膨張係数を得ることができる。さらに、３０％以下とすることで、化学的耐久性が高いガラス基板を提供することができる。Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計含有量は１５％以上が好ましく、１７％以上がより好ましく、２０％以上が特に好ましい。また、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計含有量は２６％以下が好ましく、２５％以下がより好ましく、２３％以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、アルカリ金属酸化物の合計含有量を、ＳｉＯ２の含有量で除した値（Ｒ２Ｏ／ＳｉＯ２）が０．５０以下であり、０．４以下が好ましく、０．３５以下がより好ましい。Ｒ２Ｏ／ＳｉＯ２を０．５以下とすることにより、ガラス基板の耐候性が良好となる。また、Ｒ２Ｏ／ＳｉＯ２は、熱膨張係数を高くするという観点で、０．０５以上が好ましく、０．１以上がより好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、Ｎａ２Ｏの含有量を、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏとの合計含有量からＡｌ２Ｏ３の含有量を引いた値で除した値（Ｎａ２Ｏ/（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３））が０．９０以下であり、０．８０以下が好ましく、０．７０以下がより好ましい。［Ｎａ２Ｏ/（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３）］が０．９０以下であれば、熱膨張係数を有意に高めることができる。
ガラス中にＡｌ２Ｏ３を含有させると、非架橋酸素を低減させて耐候性は向上させることができるが、熱膨張係数は低下させる傾向がある。したがって、非架橋酸素に対して結合するアルカリ種を最適化して、熱膨張係数を高めることが好ましい。アルカリ種としては、ＮａとＫとが挙げられる。ＮａとＫとを比較すると、Ｎａは、電場強度が大きいため熱膨張係数を向上させる力が小さい。非架橋酸素を生じさせる実効的なアルカリ酸化物量は、［Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３］に相当する量となるため、熱膨張係数を高くするためには、［Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３］に対するＮａ２Ｏの比率は小さい方が好ましい。また、[Ｎａ２Ｏ/（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３）]は、耐候性を悪化させないという観点で、０．１以上が好ましく、０．２以上がより好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、Ｂ２Ｏ３を含有してもよい。Ｂ２Ｏ３を含有すると、ガラス溶融時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となる。また、失透温度を低くでき、安定して成形できる。さらに、ヤング率が高くなり、ガラス基板を製造する際の徐冷工程において発生するガラス基板の反りや割れを抑制できる。Ｂ２Ｏ３の含有量は、１％以上が好ましく、２％以上がより好ましい。一方で、Ｂ２Ｏ３は熱膨張係数を下げる成分であるため、Ｂ２Ｏ３の含有量は、５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３％以下が特に好ましく、実質的に含有しないことが最も好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ＳｎＯ２、ＳＯ３、ＣｌおよびＦから選ばれる一種以上を含有してもよい。ＳｎＯ２、ＳＯ３、ＣｌおよびＦを含有すると、泡の発生を抑制してガラス基板を製造できるため、ガラス基板に含まれる泡が少なくなる。
本発明の一実施形態のガラス基板は、粘性や平均熱膨張係数を調整するためにＺｎＯを含有してもよい。ＺｎＯを含有させる場合は、２％以下が好ましく、１％以下がさらに好ましく、０．５％以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ガラス基板の化学的耐久性やヤング率を向上させるために、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３およびＴｉＯ２から選ばれる一種以上を含有させてもよい。しかし、その合計含有量は、２％以下が好ましく、１％以下がさらに好ましく、０．５％以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、紫外線透過率を高くするために、還元剤を含有させてもよい。還元剤としては、炭素、コークス等が挙げられる。還元剤を含有させる場合、その合計含有量は２％以下が好ましく、１％以下がさらに好ましく、０．５％以下が特に好ましく、０．２％以下が最も好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、脈理、着色等を考慮すると、Ｖ２Ｏ５、Ｐ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、およびＴｉＯ２を実質的に含有しないことが好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、環境負荷を考慮すると、Ａｓ２Ｏ３、およびＳｂ２Ｏ３を実質的に含有しないことが好ましい。また、安定してフロート成形することを考慮すると、ＺｎＯを実質的に含有しないことが好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板において、各酸化物の含有量の割合の関係を表した下記式（１）によって求められる値は、１１０〜１６０が好ましい。
０．５０７×（ＳｉＯ２の含有量）−１．１１２×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．７０９×（ＭｇＯの含有量）＋０．５３４×（ＣａＯの含有量）−０．１０８×（ＳｒＯの含有量）＋１．８３２×（ＢａＯの含有量）＋４．０８３×（Ｎａ２Ｏの含有量）＋４．４４９×（Ｋ２Ｏの含有量）−４．５３２×（ＺｒＯ２の含有量）…………（１）
式（１）は、ガラス組成と５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1との関係を表す回帰式である。この回帰式は、ＳｉＯ２の含有量、Ａｌ２Ｏ３の含有量、ＭｇＯの含有量、ＣａＯの含有量、ＳｒＯの含有量、ＢａＯの含有量、Ｎａ２Ｏの含有量、Ｋ２Ｏの含有量、およびＺｒＯ２の含有量がそれぞれ異なる約１００個のガラスにおいて、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1を測定することにより得た。式（１）の値が１１０〜１６０であれば、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1を１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃の範囲にしやすい。
式（１）の値は、１１５以上が好ましく、１１８以上がより好ましく、１２０以上がさらに好ましく、１２５以上が特に好ましい。一方、式（１）の値が１６０以下であれば、熱処理工程で積層基板に発生する残留歪を小さくしやすい。式（１）の値は１５０以下が好ましく、１４５以下がより好ましく、１４２以下がさらに好ましく、１４０以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板において、各酸化物の含有量の割合の関係を表した下記式（２）によって求められる値は、１００〜１５０が好ましい。
１．１３５×（ＳｉＯ２の含有量）−０．７４１×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋２．０８０×（ＭｇＯの含有量）＋０．２９３×（ＣａＯの含有量）−１．３０７×（ＳｒＯの含有量）＋１．２４２×（ＢａＯの含有量）＋２．０５６×（Ｎａ２Ｏの含有量）＋２．４６４×（Ｋ２Ｏの含有量）−２．９８２×（ＺｒＯ２の含有量）…………（２）
式（２）は、ガラス組成と３０℃〜２２０℃での平均熱膨張係数α2の関係を表す回帰式である。この回帰式は、上述のガラス組成と５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α2の関係を表す回帰式（１）と同様に得た。なお、平均熱膨張係数の測定温度は３０℃〜２２０℃とした。式（２）の値が１００〜１５０であれば、３０℃〜２２０℃での平均熱膨張係数α2を１０ｐｐｍ／℃〜１５ｐｐｍ／℃の範囲にしやすい。
式（２）の値は、１０２以上が好ましく、１１０以上がさらに好ましく、１１５以上がより好ましく、１２０以上がさらに好ましい。一方、式（２）の値が１５０以下であれば、熱処理工程で積層基板に発生する残留歪を小さくしやすい。式（２）の値は１４５以下が好ましく、１４０以下がより好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、素子基板との間に紫外線により分離される吸着層（剥離層）が配置される場合がある。その場合は、ガラス基板を通して紫外線を照射することにより、積層基板からガラス基板が分離される。
本発明の一実施形態のガラス基板の厚さ１ｍｍにおける波長３６０ｎｍの透過率は、１５％以上が好ましい。ガラス基板の波長３６０ｎｍの透過率が１５％以上であれば、紫外線を照射することにより、積層基板からガラス基板を容易に分離できる。ガラス基板における波長３６０ｎｍの透過率は、２０％以上がより好ましく、２５％以上がさらに好ましく、３０％以上が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板の失透温度は、１１５０℃未満が好ましい。失透温度が１１５０℃未満であれば、安定して成形できる。失透温度は、１１００℃以下がより好ましく、１０５０℃以下がさらに好ましく、１０３０℃以下がいっそう好ましく、１０００℃以下が特に好ましく、９８０℃以下が最も好ましい。ガラスを製造するにあたり、失透温度は低い方が製造特性がよく、ガラスとして安定であることが示唆される。失透温度とは、白金製の皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラス表面および内部に結晶が析出しない温度の最大値である。
本発明の一実施形態のガラス基板の失透粘性（ηＴＬ）は、１０３．８ｄ・Ｐａ・ｓ以上が好ましい。失透粘性が１０３．８ｄ・Ｐａ・ｓ以上であれば、安定して成形をすることができる。失透粘性は、１０４．０ｄ・Ｐａ・ｓ以上がより好ましく、１０４．２ｄ・Ｐａ・ｓ以上がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、熱伝導率を高くし、溶融性を良好とするためには、酸化物基準の質量百万分率表示で、Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、２００ｐｐｍを超えて１０００ｐｐｍ以下が好ましい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が２００ｐｐｍを超えていれば、ガラス基板の熱伝導率を高くし、溶融性を良好とすることができる。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が１０００ｐｐｍ以下であれば、可視光の吸収が小さく、着色しにくい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は３００ｐｐｍ以上がより好ましく、４００ｐｐｍ以上がさらに好ましく、５００ｐｐｍ以上が特に好ましい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、８００ｐｐｍ以下がより好ましく、７００ｐｐｍ以下がさらに好ましく、６００ｐｐｍ以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板における、Ｆｅ２Ｏ３に換算した全鉄中のＦｅ２Ｏ３に換算した２価の鉄の質量割合（％）（以下、Ｆｅ−Ｒｅｄｏｘという）は、２０％以上が好ましい。Ｆｅ−Ｒｅｄｏｘが２０％以上であれば、ガラス基板の波長４００ｎｍ以下の光の透過率が高くなる。その結果、ガラス基板を通して剥離層に照射される紫外線が多くなるため、積層基板からガラス基板を容易に分離することができる。Ｆｅ−ｒｅｄｏｘは２５％以上がより好ましく、３０％以上がさらに好ましく、４０％以上が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板のヤング率は、６０ＧＰａ以上が好ましい。ヤング率は、超音波パルス法により測定された値である。ヤング率が６０ＧＰａ以上であれば、ガラス基板を製造する際の徐冷工程において発生するガラス基板の反りや割れを抑制できる。また、半導体チップとの接触や、ガラス基板の運搬時の周辺部材との接触による破損を抑制できる。ヤング率は、６２ＧＰａ以上がより好ましく、６５ＧＰａ以上がさらに好ましい。ヤング率は、８０ＧＰａ以下が好ましい。ヤング率が８０ＧＰａ以下であれば、ガラスが脆くなることを抑制し、ガラス基板の切削時の欠けを抑制できる。ヤング率は、７５ＧＰａ以下がより好ましく、７２ＧＰａ以下がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板の厚さは、２．０ｍｍ以下が好ましい。厚さが２．０ｍｍ以下であれば、ガラス基板と半導体チップとを貼り合わせた積層基板を小型化できる。ガラス基板の厚さは、１．５ｍｍ以下がより好ましく、１．０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．８ｍｍ以下が特に好ましい。また、ガラス基板の厚さは、０．１ｍｍ以上が好ましい。厚さが０．１ｍｍ以上であれば、半導体チップとの接触や、ガラス基板の運搬時の周辺部材との接触による破損を抑制できる。また、ガラス基板の自重たわみを抑制できる。ガラス基板の厚さは、０．２ｍｍ以上がより好ましく、０．３ｍｍ以上がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板の一つの主表面の面積は、３０ｃｍ２〜４５００ｃｍ２が好ましい。ガラス基板の面積が３０ｃｍ２以上であれば、多数の半導体チップを配置でき、後に個片化して得られる半導体デバイスの取り数を多くできるため、生産性が向上する。ガラス基板の面積は、７０ｃｍ２以上がより好ましく、１７０ｃｍ２以上がさらに好ましく、３００ｃｍ２以上が特に好ましく、７００ｃｍ２以上が最も好ましい。ガラス基板の面積は、４５００ｃｍ２以下であれば、ガラス基板の取り扱いが容易になる。また、貼り合わせる半導体チップとの接触による破損や、ガラス基板の運搬時の周辺部材との接触による破損を抑制できる。ガラス基板の面積は、３５００ｃｍ２以下がより好ましく、２５００ｃｍ２以下がさらに好ましく、１７００ｃｍ２以下が特に好ましく、８００ｃｍ２以下が最も好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、形状は特に限定されず、円形であってもよく、矩形であってもよく、ガラス基板の端にノッチやオリフラがあってもよい。円形の場合、外周の一部が直線であってもよい。なお、円形とは真円に限らず、直径が同一の真円からの寸法差が５０μｍ以下である場合を含む。ガラス基板が円形の場合は、既存の半導体基板と形状が同一または類似であるため、半導体基板を取り扱う設備での流動性がよく好ましい。ガラス基板が矩形の場合は、半導体チップを無駄な隙間なく配置することができる。その結果、半導体デバイスの取り数を増やすことができるため好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板が円形である場合において、ガラス基板の直径は、７ｃｍ以上が好ましい。直径が７ｃｍ以上であれば、ガラス基板と素子基板との積層基板から、多くの半導体デバイスを得ることができ、生産性が向上する。直径は１０ｃｍ以上がより好ましく、１５ｃｍ以上がさらに好ましく、２０ｃｍ以上が特に好ましく、２５ｃｍ以上が最も好ましい。直径は５０ｃｍ以下であることが好ましい。直径が５０ｃｍ以下であれば、ガラス基板の取り扱いが容易である。直径は４５ｃｍ以下がより好ましく、４０ｃｍ以下がさらに好ましく、３５ｃｍ以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板が矩形である場合において、一辺は３０ｃｍ以上が好ましく、４０ｃｍ以上がより好ましく、５０ｃｍ以上がさらに好ましく、６０ｃｍ以上が特に好ましい。また、長方形が好ましい。長方形の場合、短辺は上述の数値が好ましく、長辺は４０ｃｍ以上が好ましく、５０ｃｍ以上がより好ましく、６０ｃｍ以上がさらに好ましく、７０ｃｍ以上が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板の密度は、３．００ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。密度が３．００ｇ／ｃｍ３以下であれば、ガラス基板が軽量となり、ガラス基板の取り扱いが容易になる。また、ガラス基板の自重によるたわみを低減できる。密度は、２．８０ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、２．７０ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。また、密度は、２．３０ｇ／ｃｍ３以上が好ましい。密度が２．３０ｇ／ｃｍ３以上であれば、ガラスの硬度（例えばヌープ硬度やビッカース硬度）が高くなり、ガラス表面に傷をつき難くすることができる。密度は、２．３５ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、２．４０ｇ／ｃｍ３以上が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板のβ−ＯＨは、０．０５ｍｍ−１〜０．６５ｍｍ−１であることが好ましい。β−ＯＨは、本発明の一実施形態のガラス基板中の水分含有量を示す指標である。β−ＯＨを０．０５ｍｍ−１以上にすることによって、ガラス基板を製造する際の泡の発生を抑制でき、得られたガラス基板の泡が少なくなる。β−ＯＨは、０．１ｍｍ−１以上がより好ましく、０．１５ｍｍ−１以上がさらに好ましく、０．１７ｍｍ−１以上が特に好ましい。一方、β−ＯＨを０．６５ｍｍ−１以下にすることによって、耐熱性を高めることができる。β−ＯＨは、０．５５ｍｍ−１以下がより好ましく、０．５ｍｍ−１以下がさらに好ましく、０．４５ｍｍ−１以下が特に好ましい。ここで、β−ＯＨは、以下の式により求められた値である。
β−ＯＨ（ｍｍ−１）＝−ｌｏｇ１０（Ｔ３５００ｃｍ−１／Ｔ４０００ｃｍ−１）／ｔ
上記式において、Ｔ３５００ｃｍ−１は、波数３５００ｃｍ−１の光の透過率（％）であり、Ｔ４０００ｃｍ−１は、波数４０００ｃｍ−１の光の透過率（％）であり、ｔは、ガラス基板の厚さ（ｍｍ）である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ガラス基板の表面に、厚さ０．１ｎｍ〜１０００ｎｍのＬｉ、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属成分に対してバリア性能を有する薄膜（以下、バリア膜ともいう）を有してもよい。バリア膜としては、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化チタン膜、酸化タンタル膜、フッ化マグネシウム膜から選ばれる単層膜、またはこれらの膜が２層以上からなる多層膜などが挙げられる。また、バリア膜の成膜方法としては、公知の方法を用いることができ、例えばスパッタ法やＣＶＤ法、蒸着法、ゾルゲル法、原子層堆積法（ＡＬＤ法）などが挙げられる。バリア膜を形成することで、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋといったアルカリ金属成分の溶出を防止し、基板表面の変質（ヤケ）を抑制することができる。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ガラス基板の少なくとも一つの主表面に遮光膜を有することが好ましい。ガラス基板の主表面に遮光膜が形成されることで、ガラス基板や積層基板の検査工程において、ガラス基板や積層基板の位置を検出しやすい。ガラス基板や積層基板の位置は、ガラス基板や積層基板に光を照射することによる反射光で特定され、検出される。ガラス基板は光を透過しやすいため、ガラス基板の主表面に遮光膜を形成することにより、反射光が強くなり、位置を検出しやすくなる。遮光膜は、Ｔｉを含むことが好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板のガラス転移点（Ｔｇとも記す）は、４２０℃以上が好ましい。Ｔｇが４２０℃以上であれば、熱処理工程でガラス基板の寸法変化を抑制できる。Ｔｇは、４４０℃以上がより好ましく、４６０℃以上がさらに好ましく、４８０℃以上が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板において、粘度が１０２ｄ・Ｐａ・ｓとなる温度（以下、Ｔ２とも記す）は、１５００℃以下が好ましい。Ｔ２が１５００℃以下であれば、溶融性が良好である。Ｔ２は、１４５０℃以下がより好ましく、１４００℃以下がさらに好ましく、１３８０℃以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板において、粘度が１０４ｄ・Ｐａ・ｓとなる温度（以下、Ｔ４とも記す）は、１１００℃以下が好ましい。Ｔ４が１１００℃以下であれば、成形性が良好である。Ｔ４は、１０５０℃以下がより好ましく、１０２５℃以下がさらに好ましく、１０００℃以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、化学強化されていてもよい。化学強化されたガラス基板であれば、ガラス基板の強度が向上し、接触などでガラス基板が破損するのを防ぐことができる。
本発明の一実施形態のガラス基板は、化学強化されていなくてもよい。化学強化されていないガラス基板であれば、ガラス基板が反るのを有意に防ぐことができる。
次に、本発明の一実施形態に係る積層体について説明する。
本発明の一実施形態の積層体は、上記積層基板を構成するガラス基板に他のガラス基板を貼り合わせることにより形成される。本発明の一実施形態の積層基板を、例えば、半導体バックグラインド用のサポートガラスとして用いる場合に、積層基板の厚さを薄くするために、ガラス基板とシリコン基板とを貼り合わせた後に、ガラス基板を研磨する。
本発明の一実施形態の積層体は、積層基板を構成するガラス基板に他のガラス基板を貼り合わせることにより形成されているため、ガラス基板を研磨する代わりに他のガラス基板を剥離することによって、積層体の厚さを薄くすることができる。例えば、任意の厚さのガラス基板を有する積層基板に対して、該ガラス基板の半分の厚さのガラス基板２枚を有する積層体は、ガラス基板の１枚を剥離することによって、研磨せずとも積層基板の厚さよりも薄くすることができる。また、任意の厚さのガラス基板を有する積層基板のたわみ量は、該ガラス基板の半分の厚さのガラス基板を２枚積層した積層体のたわみ量よりも大きい。所望の厚さのガラス基板を所望の枚数積層して積層体を形成することで、積層体のたわみ量を小さくすることができる。
次に、本発明の一実施形態のガラス基板の製造方法について説明する。
本発明の一実施形態のガラス基板を製造する場合、溶融、清澄、成形、徐冷、および切断の各工程を経る。
溶融工程では、所望のガラス組成となるように原料を調製し、原料を溶融炉に投入し、好ましくは１４５０℃〜１６５０℃程度に加熱して溶融ガラスを得る。
原料には酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物が使用され、塩化物のようなハロゲン化物なども使用できる。溶融工程や清澄工程で溶融ガラスが白金と接触する工程がある場合、微小な白金粒子が溶融ガラス中に溶出し、得られるガラス板中に異物として混入してしまう場合があるが、硝酸塩原料はこの白金異物の溶出を防止する効果があるため、使用することが好ましい。硝酸塩としては、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウムなどを使用できる。硝酸ストロンチウムを使用することがより好ましい。原料の粒度は、溶け残りが生じない程度の数百ミクロンの大きな粒径の原料から、原料搬送時の飛散が生じない、二次粒子として凝集しない程度の数ミクロン程度の小さな粒径の原料まで、適宜使用できる。造粒体の使用も可能である。原料の飛散を防ぐために、原料含水量も適宜調整可能である。また、β−ＯＨ、Ｆｅの酸化還元度またはレドックス［Ｆｅ２＋／（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）］などの溶融条件も適宜調整できる。
清澄工程として、減圧による脱泡法を適用してもよい。また、本発明の一実施形態のガラス基板は、清澄剤としてＳＯ３やＳｎＯ２を用いることができる。ＳＯ３源としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素の硫酸塩が好ましく、アルカリ土類金属の硫酸塩がより好ましく、中でも、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、ＳｒＳＯ４、およびＢａＳＯ４が、泡を大きくする作用が著しいため好ましい。減圧による脱泡法における清澄剤としては、ＣｌやＦなどのハロゲンを使用するのが好ましい。Ｃｌ源としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素の塩化物が好ましく、アルカリ土類金属の塩化物がより好ましく、中でも、ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、およびＢａＣｌ２・２Ｈ２Ｏが、泡を大きくする作用が著しく、かつ潮解性が小さいため、特に好ましい。Ｆ源としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれた少なくとも１種の元素のフッ化物が好ましく、アルカリ土類金属のフッ化物がより好ましく、中でも、ＣａＦ２が、ガラス原料の溶融性を大きくする作用が著しいため、より好ましい。
成形工程では、溶融ガラスを溶融金属上に流して板状にしてガラスリボンを得る、フロート法が適用される。
徐冷工程では、ガラスリボンを徐冷する。
切断工程では、徐冷後、ガラスリボンを所定の大きさに切断し、ガラス基板を得る。
本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良等は本発明に含まれる。
例えば、本発明の一実施形態のガラス基板を製造する場合、成形工程で、フュージョン法やプレス成形法などを適用して溶融ガラスを板状にしてもよい。
また、本発明の一実施形態のガラス基板を製造する場合、白金坩堝を用いてもよい。白金坩堝を用いた場合、溶融工程は、得られるガラス基板の組成となるように原料を調製し、原料を入れた白金坩堝を電気炉に投入し、好ましくは１４５０℃〜１６５０℃程度に加熱し、白金スターラーを挿入し１時間〜３時間撹拌して溶融ガラスを得る。
また、切断して得られたガラス基板を、例えばＴｇよりも５０℃程度高い温度となるように加熱した後、室温状態まで徐冷してもよい。このようにすることで、得られるガラス基板の残留歪を取り除くことができる。
また、本発明の一実施形態に係るガラス基板は、貫通孔を有するガラス基板（ガラスインターポーザ；ＧＩＰ）として用いてもよい。ＧＩＰを用いる貫通ガラスビア（ＴＧＶ）技術では、例えば、２００℃〜４００℃の温度でＧＩＰの一方の主表面にシリコン基板が貼り合わされ、ＧＩＰの他の一方の主表面に、ポリイミド樹脂に銅等により配線して構成される配線基板が貼り合わされ、シリコン基板と配線基板とはガラス基板の貫通孔を介して銅線等により接続される。なお、ガラス基板からのアルカリ成分の拡散を防ぐために、貫通孔を有するガラス基板の表面に絶縁層を形成してもよい。
本発明の一実施形態に係るガラス基板は、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１〜１６ｐｐｍ／℃であるので、ＧＩＰとして用いた場合に、熱処理工程でガラス基板、素子基板、配線基板、および配線に発生する残留歪を小さくできる。
また、本発明の一実施形態に係るガラス基板は、ＳＡＷやＦＢＡＲなどの高周波フィルタのキャップ材として用いてもよい。
例えば、本発明の一実施形態に係るガラス基板を、ＳＡＷフィルタのキャップ材に適用する場合を説明する。キャップ材は、内部に隙間を確保するように、圧電性基板（例えば、ＬｉＴａＯ３）と積層され、積層基板を構成する。圧電性基板の一方の主表面上には、櫛歯電極が設けられている。キャップ材は、櫛歯電極が隙間に位置するように、圧電性基板と積層される。キャップ材と圧電性基板の接合部には、適宜接合材を設けてもよい。ＳＡＷフィルタの製造においても、配線や半田バンプを形成する際などに熱処理が行われる。圧電性基板として代表的に用いられるＬｉＴａＯ３単結晶基板は、平均熱膨張係数（結晶ＺＸ方向の平均値）がおよそ１２ｐｐｍ／℃である。キャップ材に本発明の一実施形態のガラス基板を適用することで、熱膨張係数の差を小さくすることができるため、熱膨張係数のミスマッチによる変形・破損などを防ぐことができる。特に、ＳＡＷフィルタの場合は、積層基板の変形により櫛歯電極の配線ピッチが変化すると、周波数特性が悪くなるなどの不良が起こり得る。本発明の一実施形態のガラス基板を適用することで、製品としての不良を防止でき、信頼性を向上できる。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態のガラス基板は、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２の含有量が５５％〜７５％、Ｋ２Ｏの含有量が５％〜３０％、Ｌｉ２Ｏの含有量が０％〜５．０％であり、Ｎａ２Ｏの含有量を、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計含有量からＡｌ２Ｏ３の含有量を引いた値で除した値が０．９０以下であり、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１２．０ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃である、半導体パッケージ用の支持基板である。
上記のようなα１の範囲とすることで、貼り合わせる側の熱膨張係数がより高い場合でも、支持基板として好適に機能することができる。
第２の実施形態のガラス基板には、第１の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。なお、具体的な構成の説明は第１の実施形態の説明が準用できるため、省略する。
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態のガラス基板は、ヌープ硬度が５００以下であり、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃である、半導体パッケージ用の支持基板である。
ガラス基板を半導体パッケージ用の支持基板として使用する場合、対象物と良好に貼り合わせるために、最適な板厚偏差が求められることが多い。ガラス基板の板厚偏差の調整には、研削・研磨などの加工が行われる。研削・研磨などの加工を行う場合、ガラス基板の硬度は低いことが好ましい。ガラス基板の硬度が低い方が、加工レートが高くなり、板厚偏差の調整のスループットが向上するからである。特に、本発明の一実施形態のガラス基板のように、熱膨張係数が高い場合は硬度が低い方が好ましい。熱膨張係数が高いガラス基板は、加工レートを高めるために研削・研磨の負荷を高めると、温度が上昇し、局所的に熱応力が発生し、割れる恐れがある。したがって、熱膨張係数が高いガラス基板は、硬度（例えばヌープ硬度やビッカース硬度）がより低いことが好ましい。
ヌープ硬度を５００以下とすることで、ガラス基板の加工レートを十分高くすることができる。ヌープ硬度は、４８０以下がより好ましく、４６０以下がさらに好ましい。一方で、ヌープ硬度が低すぎるとガラス基板が傷つく、ガラス基板が欠けてプロセス中にガラスの破片が混入し、その後に流動されるガラス基板に傷がつくことにより強度の低下や外観不良を起こすなどの恐れがある。そのため、ヌープ硬度は、４００以上が好ましく、４２０以上がより好ましい。ヌープ硬度が４００以上であれば、ガラス基板表面に傷をつき難くすることができる。
第３の実施形態のガラス基板には、第１の実施形態および／または第２の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。例えば、第３の実施形態のガラス基板は、母組成として、
ＳｉＯ２ ：５５％〜７５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：２％〜１５％、
ＭｇＯ ：０％〜１０％、
ＣａＯ ：０％〜１０％、
ＳｒＯ ：０％〜１０％、
ＢａＯ ：０％〜１５％、
ＺｒＯ２ ：０％〜５％、
Ｎａ２Ｏ ：０％〜２０％、
Ｋ２Ｏ ：５％〜３０％、
Ｌｉ２Ｏ ：０％〜５．０％、
を含むことで、高い熱膨張係数を有し、ヌープ硬度が十分に低いガラス基板とすることができる。
なお、具体的な構成の説明は第１、２の実施形態の説明が準用できるため、省略する。
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態のガラス基板は、光弾性定数が１０〜２６ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａであり、５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃である、半導体パッケージ用の支持基板である。
光弾性定数Ｃは、１２ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以上が好ましく、１３ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以上がより好ましい。また、光弾性定数Ｃは、２５ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下が好ましく、２３ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下がより好ましく、２０ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下が特に好ましい。
光弾性定数Ｃを１０ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以上とすることで、ガラス基板の自重たわみを抑えることができる。その結果、ガラス基板を半導体パッケージ用の支持基板として用いた際に、たわみによる搬送工程の不良などを防ぐことができる。光弾性定数Ｃが１０ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以上であれば、ＳｒＯやＢａＯといった成分を多くしすぎる必要がないため、ガラスの比重が大きくなりすぎ、ガラス基板がたわむなどの不良を防ぐことができる。また、失透性が高くなるのを防ぐことができる。
光弾性定数Ｃを２６ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下とすることで、複屈折を十分小さくすることができる。具体的には、光弾性定数Ｃが２６ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下であれば、樹脂との熱膨張係数差によりガラス基板に応力が発生した場合やガラス基板に残留応力が存在した場合でも、ガラス基板の複屈折を十分小さくできる。特に熱膨張係数が１１ｐｐｍ／℃以上と高いガラス基板は、熱膨張係数が低いガラス基板と比べて、残留応力が大きくなる恐れや生成する熱応力が大きくなる恐れがある。したがって、熱膨張係数が１１ｐｐｍ／℃以上と高いガラス基板は、複屈折を十分小さくするため、熱膨張係数が低いガラス基板に比べて光弾性定数をより小さくすることが好ましい。複屈折を十分小さくすることで、コヒーレント光であるレーザ光を照射する工程（厚さの精密センシング、剥離工程）での不良を防ぐことができる。
第４の実施形態のガラス基板には、第１の実施形態、第２の実施形態および／または第３の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。例えば、第４の実施形態のガラス基板は、母組成として、
ＳｉＯ２ ：５５％〜７５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：２％〜１５％、
ＭｇＯ ：０％〜１０％、
ＣａＯ ：０％〜１０％、
ＳｒＯ ：０％〜１０％、
ＢａＯ ：０％〜１５％、
ＺｒＯ２ ：０％〜５％、
Ｎａ２Ｏ ：０％〜２０％、
Ｋ２Ｏ ：５％〜３０％、
Ｌｉ２Ｏ ：０％〜５．０％、
を含むことで、高い熱膨張係数を有し、好ましい範囲の光弾性定数を有するガラス基板とすることができる。
なお、具体的な構成の説明は第１、２および３の実施の形態の説明が準用できるため、省略する。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されない。例１〜１０、１２〜１７、１９〜２４は第１の実施形態の実施例であり、例１１、１８、２５は第１の実施形態の比較例である。例１〜１０、１２、１５〜１７、１９〜２４は第２の実施形態の実施例であり、例１１、１８、２５は第２の実施形態の比較例である。また、例１３〜１５、１７、２１〜２４は第３の実施形態の実施例であり、例２５は第３の実施形態の比較例である。また、例１４、１８、２２、２３は第４の実施形態の実施例であり、例２５は第４の実施形態の比較例である。
表１および表２に示すガラス組成となるように、珪砂等の各種のガラス原料を調合し、該目標組成の原料１００％に対し、酸化物基準の質量百分率表示で、硫酸塩をＳＯ３換算で０．１〜１％、Ｃｌを０．１〜１％添加し、白金坩堝を用いて１５５０〜１６５０℃の温度で３時間加熱し溶融した。
溶融にあたっては、白金スターラーを挿入して１時間撹拌し、ガラスの均質化を行った。次いで、溶融ガラスを流し出し、板状に成形後、板状のガラスをＴｇよりも５０℃程度高い温度の電気炉に入れ、１時間保持した後、冷却速度１℃／分で電気炉を降温させ、ガラスが室温になるまで冷却した。
得られたガラスの５０℃〜３５０℃の平均熱膨張係数（単位：ｐｐｍ／℃）、３０℃〜２２０℃の平均熱膨張係数（単位：ｐｐｍ／℃）、密度（単位：ｇ／ｃｍ３）、ヤング率（単位：ＧＰａ）、Ｔｇ（単位：℃）、Ｔ４（単位：℃）、Ｔ２（単位：℃）、および失透温度（単位：℃）を測定し、表１および表２に示した。以下に各物性の測定方法を示す。
（平均熱膨張係数）
ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）に規定されている方法に従い、示差熱膨張計（ＴＭＡ）を用いて測定した。測定温度範囲は、５０℃〜３５０℃および３０℃〜２２０℃とした。
（密度）
泡を含まない約２０ｇのガラス塊を用い、アルキメデス法により密度を測定した。
（ヤング率）
厚さ０．５〜１０ｍｍのガラスについて、超音波パルス法によりヤング率を測定した。
（Ｔｇ）
ＪＩＳ Ｒ３１０３−３（２００１年）に規定されている方法に従い、ＴＭＡを用いてＴｇを測定した。
（Ｔ４）、（Ｔ２）
回転粘度計を用いて粘度を測定し、粘度が１０４ｄ・Ｐａ・ｓとなるときの温度Ｔ４（℃）を測定した。また、粘度が、１０２ｄ・Ｐａ・ｓとなるときの温度Ｔ２（℃）を測定した。
（失透温度）
白金製皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行った。そして、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラス表面および内部に結晶が析出しない温度の最大値を失透温度とした。
（ヌープ硬度）
ヌープ硬度は、鏡面研磨した、ガラスを試料として用い、ＪＩＳＺ２２５１：２００９に従って、試験力１００ｇｆ（０．９８０７Ｎ）で試験を行った。
（光弾性定数）
窯業協会誌ｖｏｌ．８７Ｎｏ．１０（１９７９）ｐ５１９ に記載の円板圧縮法にて測定した。
Figure 0006819613
Figure 0006819613
例１〜１０、１２〜１７、１９〜２４は、十分に高い熱膨張係数を有することがわかった。また、例１〜１０、１２、１５〜１７、１９〜２４はより高い熱膨張係数を有し、半導体パッケージ用の支持基板により好適であることがわかった。例１３〜１５、１７、２１〜２４は、半導体パッケージ用の支持基板に好適であるヌープ硬度を有していることがわかった。例１４、１８、２２、２３は、半導体パッケージ用の支持基板に好適である光弾性定数を有していることがわかった。
本発明の一実施形態のガラス基板は、例えば、ファンアウト型のウェハレベルパッケージ用の支持ガラス基板、ウェハレベルパッケージによる素子の小型化が有効なＭＥＭＳ、ＣＭＯＳ、ＣＩＳ等のイメージセンサ用のガラス基板、貫通孔を有するガラス基板（ガラスインターポーザ；ＧＩＰ）、ＳＡＷおよびＦＢＡＲなどの高周波フィルタのキャップ材、および半導体バックグラインド用のサポートガラス等に使用される。特に、ファンアウト型のウェハレベルパッケージ用の支持ガラス基板として好適である。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１５年１２月２８日出願の日本特許出願（特願２０１５−２５５８８７）、２０１６年７月２８日出願の日本特許出願（特願２０１６−１４８６７７）および２０１６年９月１４日出願の日本特許出願（特願２０１６−１７９８１６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Ｇ１、Ｇ１００ …………ガラス基板
１０、１１０ …………素子基板
２０、１２０、１２２…………吸着層
３０、１３０、１５０…………積層基板
１０２ …………半導体チップ
１０４ …………封止材
Ｇ１４０ …………第２の支持基板

Claims (17)

  1. 母組成として、酸化物基準のモル百分率表示で、
    ＳｉＯ２：５５％〜７５％、
    Ａｌ２Ｏ３：２％〜１５％、
    ＭｇＯ：０％〜１０％、
    ＣａＯ：０％〜１０％、
    ＳｒＯ：０％〜１０％、
    ＢａＯ：０％〜１５％、
    ＺｒＯ２：０％〜５％、
    Ｎａ２Ｏ：０％〜２０％、
    Ｋ２Ｏ：５％〜３０％、
    Ｌｉ２Ｏ：０％〜５．０％、
    を含み、
    アルカリ金属酸化物の合計含有量が酸化物基準のモル百分率表示で１０％〜３０％であり、
    アルカリ金属酸化物の合計含有量を、ＳｉＯ２の含有量で除した値が０．５０以下であり、
    Ｎａ２Ｏの含有量を、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏとの合計含有量からＡｌ２Ｏ３の含有量を引いた値で除した値が０．９０以下であり、
    ５０℃〜３５０℃での平均熱膨張係数α1が１１ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃であり、
    ＺｎＯを実質的に含有しない
    ことを特徴とするガラス基板。
  2. 前記ガラス基板は、半導体パッケージ用の支持基板である請求項１に記載のガラス基板。
  3. ファンアウト型のウェハレベルパッケージ用の支持ガラス基板、貫通孔を有するガラス基板、高周波フィルタのキャップ材、および半導体バックグラインド用のサポートガラスから選ばれる１種である請求項１に記載のガラス基板。
  4. ヌープ硬度が５００以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス基板。
  5. 光弾性定数Ｃが、１０〜２６ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス基板。
  6. ３０℃〜２２０℃での平均熱膨張係数α2が１０ｐｐｍ／℃〜１５ｐｐｍ／℃である請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス基板。
  7. ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０．１％〜２０％である請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス基板。
  8. 酸化物基準のモル百分率表示で各酸化物の含有量の割合の関係を表した下記式（１）によって求められる値が、１１０〜１６０となる、請求項１〜７いずれか１項に記載のガラス基板。
    ０．５０７×（ＳｉＯ２の含有量）−１．１１２×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．７０９×（ＭｇＯの含有量）＋０．５３４×（ＣａＯの含有量）−０．１０８×（ＳｒＯの含有量）＋１．８３２×（ＢａＯの含有量）＋４．０８３×（Ｎａ２Ｏの含有量）＋４．４４９×（Ｋ２Ｏの含有量）−４．５３２×（ＺｒＯ２の含有量）…………（１）
  9. 酸化物基準のモル百分率表示で各酸化物の含有量の割合の関係を表した下記式（２）によって求められる値が、１００〜１５０となる、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス基板。
    １．１３５×（ＳｉＯ２の含有量）−０．７４１×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋２．０８０×（ＭｇＯの含有量）＋０．２９３×（ＣａＯの含有量）−１．３０７×（ＳｒＯの含有量）＋１．２４２×（ＢａＯの含有量）＋２．０５６×（Ｎａ２Ｏの含有量）＋２．４６４×（Ｋ２Ｏの含有量）−２．９８２×（ＺｒＯ２の含有量）…………（２）
  10. 失透温度が１１５０℃未満である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガラス基板。
  11. 酸化物基準の質量百万分率表示で、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が１０００ｐｐｍ以下である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガラス基板。
  12. ヤング率が６０ＧＰａ以上である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガラス基板。
  13. 前記ガラス基板のβ−ＯＨが０．０５ｍｍ−１〜０．６５ｍｍ−１である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガラス基板。
  14. 前記ガラス基板の主表面に遮光膜を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のガラス基板。
  15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のガラス基板と、封止材により半導体チップが包埋された素子基板とが積層されている積層基板。
  16. 請求項１５に記載の積層基板を構成するガラス基板に、他のガラス基板が積層された積層体。
  17. 第１の支持基板と、封止材により複数の半導体チップが埋め込まれた素子基板とを積層し、第１の積層基板を形成する工程と、
    前記第１の積層基板を、前記第１の支持基板と前記素子基板とに分離する工程と、
    前記第１の支持基板と分離された前記素子基板と、第２の支持基板とを積層し、第２の積層基板を形成する工程と、
    前記素子基板の前記第２の支持基板と積層された面と反対側の面に、配線を形成する工程と、
    前記第２の積層基板を、前記第２の支持基板と配線が形成された前記素子基板とに分離する工程と、
    前記第２の支持基板と分離された前記素子基板を、該素子基板が有する複数の半導体チップごとに個片化する工程
    とを有し、
    前記第１の支持基板および／または前記第２の支持基板が、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のガラス基板である半導体パッケージの製造方法。
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