JPWO2016129255A1 - レーザ加工用ガラス及びそれを用いた孔付きガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、紫外線レーザ照射による変質部形成とエッチングとを組合せた微細孔一括加工技術において、円形の輪郭と平滑な内壁を有する孔を作製可能にし、実用的な連続生産が可能なガラス組成を提供する。本発明は、ガラスの組成が、モル％で表示して、４５．０％≦ＳｉＯ2≦７０．０％、２．０％≦Ｂ2Ｏ3≦２０．０％、３．０％≦Ａｌ2Ｏ3≦２０．０％、０．１％≦ＣｕＯ≦２．０％、０％≦ＴｉＯ2≦１５．０％、及び０％≦ＺｎＯ≦９．０％を含み、かつ、０≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ＜２．０％であるレーザ加工用ガラスに関する。

Description

本発明は、レーザ加工用ガラス及びそれを用いた孔付きガラスの製造方法に関する。

ＭＥＭＳあるいは電子デバイスに用いられる微小素子として微細な貫通孔を多数配列した素材が使用されている。この素材には、温度変化による膨張収縮が小さく破損の発生しにくいシリコンウェハが一般的に用いられている（ＣＴＥ＝３５×１０^-7／℃程度）。また、熱膨張係数（ＣＴＥ）が小さいため、温度変化による特性の変動も小さい等の特徴もある。一方でシリコンウェハの母材であるシリコン単結晶の製造は非常に高コストであり、従ってシリコンウェハも非常に高価である。さらに、実用化されているシリコンウェハへの孔開け加工方法であるアブレーションを利用したレーザ加工では、１つの孔に複数のパルスを照射する必要があり、高速加工が難しく、タクトタイムが長くなるために加工コストも高額になる。

一方、紫外線レーザパルスの照射とウェットエッチングを組み合わせて、理論上は毎秒１０００個以上の高速な孔開け加工を可能にする技術（特許文献１）が知られている。本加工方法によれば、５３５ｎｍ以下の波長のパルスレーザを、所定のレンズで集光してから、孔を形成したい基板状のガラスに照射して、変質部を形成する。さらに、形成された変質部の部分は、他の部分よりエッチング速度が大きくなることを利用して、変質部の形成されたガラスをフッ酸溶液に浸し、変質部の部分に貫通孔又は有底孔を形成させるものである。

当該特許文献１によれば、実施例１や１２等に記載されているチタン含有シリケートガラスにおいて、円柱状や円錐台状の貫通孔の一括同時製作を実現している。しかしながら、実施例に開示されているガラス組成は、アルカリ金属を酸化物の形態で多く含んでいるため、熱膨張係数がシリコンウェハより大きく、ＭＥＭＳや電子デバイス用途には不向きであったり、失透の核形成剤として失透の発生を促進する成分として知られるチタンを高濃度に含有するため、ガラスが失透し易く連続生産に適さなかったり、組成に含まれるアルカリ成分がデバイスの製造工程を汚染する等の問題がある。

特許第４６７２６８９号公報

本発明は、紫外線レーザ照射による変質部形成とエッチングとを組み合せた微細孔一括加工技術において、円形の輪郭と平滑な内壁を有する孔を作製可能にし、実用的な連続生産が可能なガラスを提供することを目的とする。

本発明者らは、単にガラスがＡｌを含むだけでは十分な孔品質を得られない場合でもＣｕイオンを組み合わせて用いることで良好な孔品質の得られることを初めて見出した。

本発明は、ガラスの組成が、モル％で表示して、
４５．０％≦ＳｉＯ₂≦７０．０％、
２．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦２０．０％、
３．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦２０．０％、
０．１％≦ＣｕＯ≦２．０％、
０％≦ＴｉＯ₂≦１５．０％、及び
０％≦ＺｎＯ≦９．０％、
を含み、かつ
０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％
であるレーザ加工用ガラスを提供する。

また、本発明は、上記のレーザ加工用ガラスに対して、所定のレーザパルスをレンズで集光して照射することによって、照射部に変質部を形成する工程〔ｉ〕と、エッチング液を用いて少なくともその変質部をエッチングする工程〔ｉｉ〕によって、孔付きガラスを製造する方法を提供する。

本発明のレーザ加工用ガラスを用いることにより、紫外線レーザ照射による変質部形成とエッチングとを組合せた微細孔一括加工技術において、円形の輪郭と平滑な内壁を有する孔を有するガラスを製造することができる。また、本発明に係るガラスは、所定の穿孔方法によって、加工部分周辺のクラック等のガラスの変形を抑制することができ、面内でばらつきの少ない孔を備えるガラスを得ることができる。さらに、本発明に用いるレーザはＮｄ：ＹＶＯレーザの高調波を発生するものでナノ秒レーザを用いることができるため、一般的に高価なフェムト秒レーザを用いる必要がなく、工業的に有利である。さらに、本発明のガラスは、穿孔等の加工に及ばなくても、必要とされる透過率特性等の光学特性を満たす場合には無アルカリガラス基板としてディスプレイやタッチパネル等の表示装置用部品としての適用を妨げるものではない。

本発明の製造方法の模式図である。 本発明の円形度又は輪郭の評価方法に関する説明図である。 本発明の孔内壁の平滑性の評価方法に関する説明図である。 本発明のガラスの孔の深さの評価方法に関する説明図である。 本発明のレーザ加工用ガラスを用いた応用例（インターポーザ用ガラス基板）に関する説明図である。

本発明のレーザ加工用ガラスは、ガラスの組成が、モル％で表示して、
４５．０％≦ＳｉＯ₂≦７０．０％、
２．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦２０．０％、
３．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦２０．０％、
０．１％≦ＣｕＯ≦２．０％、
０％≦ＴｉＯ₂≦１５．０％、及び
０％≦ＺｎＯ≦９．０％、
を含み、かつ
０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％
であることを特徴とする。

本発明のレーザ加工用ガラスの５０〜３５０℃の平均熱膨張係数（本明細書において、単に「熱膨張係数」という）は、７０×１０^-7／℃以下であることが好ましく、６０×１０^-7／℃以下であることがより好ましく、５０×１０^-7／℃以下であることがさらに好ましく、４５×１０^-7／℃以下が特に好ましい。また、熱膨張係数の下限は特に限定されないが、例えば、１０×１０^-7／℃以上であってもよく、２０×１０^-7／℃以上であってもよい。熱膨張係数は以下のように測定する。まず、直径５ｍｍ、高さ１８ｍｍの円柱形状のガラス試料を作製する。これを２５℃からガラス試料の降伏点まで加温し、各温度におけるガラス試料の伸びを測定することにより、熱膨張係数を算出する。５０〜３５０℃の範囲の熱膨張係数の平均値を計算し、平均熱膨張係数を得ることができる。実際の熱膨張係数の測定はＮＥＴＺＳＣＨ社の熱機械分析装置ＴＭＡ４０００ＳＡを用い、５℃／分の昇温速度条件で測定した。

本発明に係るガラスについては、その照射されるレーザの波長域における吸収係数αが重要である。本発明のレーザ加工用ガラスの吸収係数αは、照射するレーザ光の主波長において、１〜５０／ｃｍが好ましく、２〜４０／ｃｍがより好ましく、２〜３５／ｃｍがさらに好ましいが、厚みの全幅方向で、変質部を形成するために必要な吸収係数に調整してもよい。吸収係数αが小さすぎると、レーザ光がガラスを素通りしてガラスがレーザのエネルギーを吸収できずに変質部を形成することができない。逆に大きすぎると、ガラス表面近傍でレーザのエネルギーを吸収されつくされてしまい、一発のレーザパルスで、変質部がガラスの厚み方向に深く形成させることができず、結果、孔の形成が容易ではなくなってしまう。

吸収係数αは、厚さｔ（ｃｍ）のガラス基板の透過率及び反射率を測定することによって算出できる。厚さｔ（ｃｍ）のガラス基板について、所定の波長（波長５３５ｎｍ以下）における透過率Ｔ（％）と入射角１２°における反射率Ｒ（％）とを分光光度計（例えば、日本分光株式会社製 紫外可視近赤分光光度計Ｖ−６７０）を用いて測定する。得られた測定値から以下の式を用いて吸収係数αを算出する。
α＝（１／ｔ）＊ｌｎ｛（１−Ｒ）／Ｔ｝

本発明のレーザ加工用ガラスに含まれ得る各成分について、以下に説明する。なお、本明細書において、数値範囲（各成分の含有量、各成分から算出される値及び各物性等）の上限値及び下限値は適宜組み合わせ可能である。なお、本発明において、ある成分を「実質的に含有しない」とは、ガラスにおける当該成分の含有量が、０．１モル％未満、好ましくは０．０５モル％未満、より好ましくは０．０１モル％以下であることを意味する。

（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。ＳｉＯ₂を含めることによって、化学的耐久性向上に寄与するとともに、温度と粘度との関係を調整でき、また、失透温度を調整できる。ＳｉＯ₂の含有量が多すぎると実用的な１７００℃未満の温度で溶融することが難しくなり、ＳｉＯ₂の含有量が少なすぎると失透の発生する液相温度が低下する。本発明のガラスにおいて、ＳｉＯ₂の含有量は、４５．０モル％以上であり、５０．０モル％以上が好ましく、５２．０モル％以上がより好ましく、５５．０モル％以上がさらに好ましい。また、ＳｉＯ₂の含有量は、７０．０モル％以下であり、６８．０モル％以下が好ましく、６７．０モル％以下がより好ましく、６６．０モル％以下がさらに好ましい。

（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。Ｂ₂Ｏ₃を含めることによって、ガラスの液相温度を低下させて、実用的な溶融温度に調整できる。ＳｉＯ₂含有量の比較的多い無アルカリあるいは微アルカリガラスにおいては、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が少なすぎる場合には実用的な１７００℃未満の温度で溶融することが難しくなる。Ｂ₂Ｏ₃の含有量が多すぎる場合にも高温の溶融において揮発量が増大し、組成比の安定的な維持が難しくなる。Ｂ₂Ｏ₃の含有量としては、２．０〜２０．０モル％である。さらに６．０モル％未満の場合には、粘性が大きくなりガラスの溶解の難易度が上がり、１８．０モル％を超える場合には歪点が小さくなることから、Ｂ₂Ｏ₃の含有量は、６．０モル％以上が好ましく、６．５モル％以上がより好ましく、７．０モル％以上がさらに好ましい。Ｂ₂Ｏ₃の含有量は、１８．０モル％以下が好ましく、１７．０モル％以下がより好ましく、１６．５モル％以下がさらに好ましい。

（３）ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃
これらの網目形成成分の和（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）については、８０．０モル％を超えるとガラスの溶融が著しく困難となるため、これらの網目形成成分の和は８０．０モル％以下が好ましく、７８．０モル％以下がより好ましく、７６．０モル％以下がさらに好ましく、７４．０モル％以下が特に好ましい。これらの網目形成成分の和は５５．０モル％以上が好ましく、５８．０モル％以上がより好ましく、５９．０モル％以上がさらに好ましく、６２．０モル％以上が特に好ましい。

（４）Ａｌ₂Ｏ₃
本発明は、レーザアブレーションによる直接的な物理的加工、即ち完全に結合を切断する必要はないが、レーザの照射エネルギーによって変質部を形成可能な適度に弱い結合強度を持たせる点が特徴である。

Ａｌ₂Ｏ₃は、いわゆる中間酸化物であり、上述の網目形成成分ＳｉＯ₂とＢ₂Ｏ₃と修飾酸化物である後述のアルカリ土類金属酸化物の含有量とのバランスに応じて、前者あるいは後者の酸化物として機能し得る。一方で、Ａｌ₂Ｏ₃は４配位をとって、ガラスを安定化し、ホウケイ酸ガラスの分相を防止し、化学的耐久性を増大させる成分である。ＳｉＯ₂含有量の比較的多い無アルカリあるいは微アルカリガラスにおいては、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が少なすぎる場合には実用的な１７００℃未満の温度で溶融することが難しくなる。Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が多すぎる場合にも、ガラスの溶融温度は上昇し、また安定的にガラスを形成することが困難になる。Ａｌ₂Ｏ₃の含有量としては３．０〜２０．０モル％である。さらに６．０モル％未満では歪点が低くなる虞があり、１８．０モル％を超える場合には表面が白濁しやすくなることから、６．０モル％以上が好ましく、６．５モル％以上がより好ましく、７．０モル％以上がさらに好ましく、７．５モル％以上が特に好ましい。また、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量としては、１８．０モル％以下が好ましく、１７．５モル％以下がより好ましく、１６．０モル％以下がさらに好ましく、１３．５モル％以下が特に好ましい。

（５）ＴｉＯ₂
ＴｉＯ₂は、いわゆる中間酸化物であり、一般的に溶融温度、失透性調整に使用される。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も、ＴｉＯ₂を被加工ガラスに含有させることにより、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）。特許第４４９５６７５号では、レーザ加工において割れることなく比較的容易に加工できるガラス組成において、網目修飾酸化物（アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、遷移金属酸化物等）によって構成される、例えばＮａ−Ｏ結合等の弱い結合はレーザ加工性に寄与せず、当該レーザ加工性は、Ｎａ−Ｏ等の網目修飾酸化物による弱い結合を除く網目形成酸化物と中間酸化物による結合強度で特徴づけられるとされている。この場合、照射したレーザのエネルギーによって結合を完全に切断するのに十分な量の中間酸化物がガラスの組成に導入されていると解される。Ｋｕａｎ−Ｈａｎ Ｓｕｎによる単結合強度によるガラス形成能の分類（Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．ｖｏｌ.３０，９，Ｓｅｐ １９４７，ｐｐ２７７−２８１）によると、ＴｉＯ₂は中間的な結合強度を持つ中間酸化物に属する。レーザ照射とエッチングとを併用する孔付きガラスの製造方法においては、ＣｕＯを含む等の特定の組成を有する無アルカリガラスもしくは微アルカリガラスにＴｉＯ₂を含ませることにより、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となり、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得るという作用をもたらす。要するにＴｉＯ₂は、ガラスのレーザ加工性を調整できる作用を期待できる。

また、ＴｉＯ₂をガラスに適量含有させることにより、同時に含まれるＦｅ、Ｃｕ等の着色成分の着色の効果に影響を与えることもよく知られている。これはすなわち、所定のレーザの波長領域の吸収係数αを調整できる働きも備えているといえる。従って、本発明においては、レーザ照射及びエッチングの併用する製造方法のエッチング工程によって孔が形成される変質部の形成を容易にすることを目的として、ガラスが適切な吸収係数αを有するように、ＴｉＯ₂を含有させてもよい。一方で、ＴｉＯ₂の含有量が多すぎると耐薬品性、特に耐フッ酸性が過度に増大し、レーザ照射後のエッチング工程において、孔が適切に形成されない等の不具合を生じる場合がある。そのため、本発明のガラスは、実質的にＴｉＯ₂を含有しないものであってもよい。また、過度なＴｉＯ₂の含有により着色濃度が大きくなり、ディスプレイ用途のガラスの成型には適さなくなる場合もある。本発明のガラスにおいては、ＴｉＯ₂の含有量は０〜１５．０モル％であり、レーザ照射によって得られる孔内壁面の平滑性に優れる点から、０〜１０．０モル％が好ましく、１．０〜１０．０モル％がより好ましく、１．０〜９．０モル％がさらに好ましく、１．０〜５．０モル％が特に好ましい。

本発明のガラスが、ＴｉＯ₂を含有する（ＴｉＯ₂の含有量が０モル％を除く）場合、ＴｉＯ₂の含有量（モル％）をＣｕＯの含有量（モル％）で除した値（「ＴｉＯ₂／ＣｕＯ」）は、他の成分との組み合わせにもよるが、レーザ照射によって得られる孔内壁面の平滑性に優れる点から、１．０以上であることが好ましく、１．５以上がより好ましく、２．０以上がさらに好ましい。また、ＴｉＯ₂／ＣｕＯは、２０．０以下が好ましく、１５．０以下がより好ましく、１２．０以下がさらに好ましい。

（６）ＺｎＯ
ＺｎＯは、溶融温度、失透性調整に使用される。ＺｎＯは、組成によっては、中間酸化物並の単結合強度を持つ場合のある成分である。ＺｎＯの含有量が多すぎるとガラスが失透し易くなる。そのため、本発明のガラスは、実質的にＺｎＯを含有しないもの（ＺｎＯの含有量が０．１モル％未満、好ましくは０．０５モル％未満、より好ましくは０．０１モル％以下であることを意味する）であってもよい。このような特徴から鑑みて、本発明のガラスにおいては、ＺｎＯの含有量は０〜１０．０モル％であり、１．０〜１０．０モル％が好ましく、１．０〜９．０モル％がより好ましく、１．０〜７．０モル％がさらに好ましい。

（７）ＭｇＯ
ＭｇＯはアルカリ土類金属酸化物の中でも、熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させるため含有させてもよい。但し、ＭｇＯの含有量が多すぎるとガラスが分相したり、失透特性、耐酸性が劣化し好ましくない。本発明のガラスにおいて、ＭｇＯの含有量は１５．０モル％以下が好ましく、１２．０モル％以下がより好ましく、１０．０モル％以下がさらに好ましく、８．５モル％以下が特に好ましい。また、ＭｇＯの含有量は２．０モル％以上が好ましく、２．５モル％以上がより好ましく、３．０モル％以上がさらに好ましく、３．５モル％以上が特に好ましい。

（８）ＣａＯ
ＣａＯは、ＭｇＯと同様に、熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させるため含有させてもよい。但し、ＣａＯの含有量が多すぎると失透特性の劣化や熱膨張係数の増大、耐酸性の低下を招くため好ましくない。本発明のガラスにおいて、ＣａＯの含有量は１５．０モル％以下が好ましく、１０．０モル％以下がより好ましく、６．５モル％以下がさらに好ましく、６．０モル％以下が特に好ましい。また、ＣａＯの含有量は１．０モル％以上が好ましく、１．５モル％以上がより好ましく、２．０モル％以上がさらに好ましく、２．５モル％以上が特に好ましい。

（９）ＳｒＯ
ＳｒＯはＭｇＯ及びＣａＯと同様に、熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させるため、失透特性と耐酸性の改善のためには含有させてもよい。但し、ＳｒＯを多く含有しすぎると失透特性の劣化や熱膨張係数の増大、耐酸性や耐久性の低下を招くため好ましくない。本発明のガラスにおいて、ＳｒＯの含有量は１５．０モル％以下が好ましく、１０．０モル％以下がより好ましく、６．５モル％以下がさらに好ましく、６．０モル％以下が特に好ましい。また、ＳｒＯの含有量は１．０モル％以上が好ましく、１．５モル％以上がより好ましく、２．０モル％以上がさらに好ましく、２．５モル％以上が特に好ましい。

（１０）ＢａＯ
ＢａＯはエッチング性を調整し、またガラスの分相及び失透特性の向上、ならびに化学的耐久性の向上に効果があるため適量含有してもよい。本発明のガラスにおいて、ＢａＯの含有量は１５．０モル％以下が好ましく、１２．０モル％以下がより好ましく、１０．０モル％以下がさらに好ましく、６．０モル％以下が特に好ましい。また、ＢａＯの含有量は１．０モル％以上が好ましく、２．０モル％以上がより好ましく、３．０モル％以上がさらに好ましく、３．５モル％以上が特に好ましい。但し、他のアルカリ土類金属酸化物との兼ね合いで、実質的に含有しなくてもよい。

（１１）ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ
アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯ）は、上述のような作用を備えており、総じて熱膨張係数の増大を抑制しつつ、ガラスの溶融温度を調整する成分である。粘性、溶融温度、失透性の調整に使用される。但し、アルカリ土類金属酸化物の含有量が多すぎると、ガラスが失透しやすくなったりするため、本発明のガラスにおいて、これらアルカリ土類金属酸化物の含有量の総和（以下、「ΣＲＯ」ともいう）は、２５．０モル％以下が好ましく、２３．０モル％以下がより好ましく、２０．０モル％以下がさらに好ましく、１８．０モル％以下が特に好ましい。ΣＲＯは、６．０モル％以上が好ましく、８．０モル％以上がより好ましく、１０．０モル％以上がさらに好ましく、１０．５モル％以上が特に好ましい。

（１２）Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、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の可能な成分である。ガラスの溶解性が著しく向上するため含有しても差し支えないが、特に熱膨張係数の増大に対する影響は大きいため、用途に応じて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おいては、後工程の熱処理中に近接の半導体に拡散したり、電気絶縁性を著しく低下させ、誘電率（ε）あるいは誘電正接（ｔａｎδ）を増大させ、高周波特性を劣化させる虞がある。もしガラス中にこれらのアルカリ金属酸化物を含む場合は、ガラスの成型後に他の誘電体物質によってガラス表面をコーティングすることにより、アルカリ成分の少なくとも表面への拡散等を防止できるため、上記の問題点を解消することができる。コーティングの方法は、ＳｉＯ₂等の誘電体をスパッタリング、蒸着等の物理的方法あるいはゾルゲル法による液相からの成膜方法等、周知の技術により効果を得られる。一方、本発明のガラスにおいては、アルカリ金属酸化物を含まない無アルカリ（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＝０モル％）ガラスであってもよく、若干のアルカリ成分を許容する微アルカリガラスであってもよい。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２．０モル％未満であることが好ましく、１．０モル％未満であってもよく、０．１モル％未満であることがより好ましく、０．０５モル％未満であることがさらに好ましく、０．０１モル％未満であることが特に好ましい。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、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。

（１３）ＣｕＯ
ＣｕＯは本発明における必須の成分であり、ＣｕＯを含有させることにより、ガラスに着色が生じ、所定レーザの波長における吸収係数αを適切な範囲にすることで、照射レーザのエネルギーを適切に吸収させることができ、孔形成の基礎となる変質部を容易に形成させることができる。

ＣｕＯの含有量は、上記した吸収係数αの数値範囲に収まるように、２．０モル％以下が好ましく、１．９モル％以下がより好ましく、１．８モル％以下がさらに好ましく、１．６モル％以下が特に好ましい。またＣｕＯの含有量は、０．１モル％以上が好ましく、０．１５モル％以上がより好ましく、０．１８モル％以上がさらに好ましく、０．２モル％以上が特に好ましい。

本発明において、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量（モル％）をＣｕＯの含有量（モル％）で除した値（「Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯ」）は、他の成分との組み合わせにもよるが、レーザ照射によって得られる孔内壁面の平滑性に優れる点から、４．０以上であることが好ましく、５．０以上がより好ましく、６．０以上がさらに好ましく、６．５以上が特に好ましい。また、Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯは、１２０．０以下が好ましく、８０．０以下がより好ましく、６０．０以下がさらに好ましく、５６．０以下が特に好ましい。

（１３）他の着色成分
本発明において「他の着色成分」とは、ＣｕＯ及びＴｉＯ₂以外のガラスに含有させた場合に着色の効果が大きい金属酸化物を意味するものである。具体的にはＦｅ、Ｃｅ、Ｂｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＶからなる群から選択される金属の酸化物であって、１又は複数（２種以上）の種類を含有させてもよい。これにより紫外線レーザ光のエネルギーをガラスの変質部形成に寄与させるため、直接的にあるいは間接的に吸収させる働きをもたらすものと考えられる。

（１４）その他の成分
ガラスの製造方法として、フロート法、ロールアウト法、フュージョン法、スロットダウン法、キャスティング法、プレス法等の方法を用いることができ、中でも基板両主面の高度な品位を得ることができることから、電子技術分野に用いられる基板用ガラスを製造するためにはフュージョン法が好適である。フュージョン法等でガラスを溶融及び成型する場合は、清澄剤を添加してもよい。

（１４−１）清澄剤
清澄剤としては、特に限定されないが、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｃｅ等の酸化物；Ｂａ、Ｃａ等の硫化物；Ｎａ、Ｋ等の塩化物；Ｆ、Ｆ₂、Ｃｌ、Ｃｌ₂、ＳＯ₃等が挙げられる。本発明のガラスは、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｃｅ等の酸化物、Ｂａ、Ｃａ等の硫化物、Ｎａ，Ｋ等の塩化物、Ｆ、Ｆ₂、Ｃｌ、Ｃｌ₂、及びＳＯ₃からなる群から選ばれる少なくとも１種の清澄剤を０〜３．０モル％含むことができる（０モル％を除いていてもよい）。また、Ｆｅ₂Ｏ₃も清澄剤として機能し得るが、本明細書においては、Ｆｅ₂Ｏ₃は着色成分を意味するものとする。

（１４−２）ガラス製造設備からの不純物
ガラスを製造する際に、ガラス製造設備からの不純物が混入する場合がある。本発明のガラスは、本発明の効果が得られる限り特に限定されず、このような不純物を含むガラスも包含する。ガラス製造設備から生じる不純物としては、Ｚｒ、Ｐｔ（いずれもガラス製造設備（溶融、成形工程等）の耐火材若しくは電極の主要素材、ＺｒはＺｒＯ₂として耐火材の主要素材として使用される場合がある）等が挙げられる。これに起因して本発明のガラスは、ＺｒＯ₂及びＰｔからなる群から選ばれる少なくとも１種を若干量（例えば、３．０モル％以下）含んでいてもよい。先述のようにＺｒＯ₂は中間酸化物としてガラスに含ませることができるが、ＺｒＯ₂を積極的にガラスに含ませない場合であっても、上記のようにガラス製造設備からの不純物として、若干量のＺｒ成分がガラスに含まれていてもよい。

（１４−３）水分
また、成型されたガラスはある程度の水分を含む場合もある。水分量を規定する指標としてはβ−ＯＨ値がある。β−ＯＨ値は、厚さｔ’（ｍｍ）のガラス基板の参照波数３８４６ｃｍ^-1における透過率Ｔ₁（％）と、水酸基吸収波数３６００ｃｍ^-1付近における最小透過率Ｔ₂（％）をＦＴ−ＩＲ法によって測定することにより、式（１／ｔ’）×ｌｏｇ（Ｔ₁／Ｔ₂）によって算出する。β−ＯＨ値は０．０１〜０．５／ｍｍ程度であってもよく、この値を小さくすると歪点を高めることに寄与するが、逆に小さすぎると溶解性が低下しやすくなる。

本発明の好適な実施態様（Ｘ−１）として、例えば、ガラス組成が、
モル％で表示して、
４５．０％≦ＳｉＯ₂≦６８．０％、
２．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦２０．０％、
３．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦２０．０％、及び
０．１％≦ＣｕＯ≦２．０％、を含み、
ＴｉＯ₂とＺｎＯとを実質的に含まず、かつ
５８．０％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≦８０．０％、
８．０％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０．０％、
０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％、
６．０≦Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯ≦６０．０
であるアルミノボロシリケートガラスが挙げられる。

本発明の他の好適な実施態様（Ｘ−２）として、例えば、ガラス組成が、
モル％で表示して、
５０．０％≦ＳｉＯ₂≦６８．０％、
６．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦１８．０％、
７．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦１８．０％、
０．１％≦ＣｕＯ≦１．８％、及び
１．０％≦ＴｉＯ₂≦１０．０％を含み、
ＺｎＯを実質的に含まず、かつ
５８．０％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≦８０．０％、
８．０％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０．０％、
０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％、
６．０≦Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯ≦６０．０、
０≦ＴｉＯ₂／ＣｕＯ≦２０．０
であるアルミノボロシリケートガラスが挙げられる。

本発明の他の好適な実施態様（Ｘ−３）として、例えば、ガラス組成が、
モル％で表示して、
５０．０％≦ＳｉＯ₂≦６８．０％、
６．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦１８．０％、
７．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦１８．０％、
０．１％≦ＣｕＯ≦１．８％、及び
１．０％≦ＺｎＯ≦９．０％を含み、
ＴｉＯ₂を実質的に含まず、かつ
５８．０％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≦８０．０％、
８．０％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０．０％、
０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％、
６．０≦Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯ≦６０．０
であるアルミノボロシリケートガラスが挙げられる。

前記実施態様（Ｘ−１）は、さらに、ガラスの組成が、モル％で表示して、
２．０％≦ＭｇＯ≦１０．０％、
１．０％≦ＣａＯ≦１０．０％、
１．０％≦ＳｒＯ≦１０．０％、及び
０％≦ＢａＯ≦６．０％を含むアルミノボロシリケートガラス（Ｘ−４）であってもよい。同様に、前記実施態様（Ｘ−２）及び（Ｘ−３）は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯのそれぞれの配合量が（Ｘ−４）と同一であるアルミノボロシリケートガラス（Ｘ−５）及び（Ｘ−６）であってもよい。

前記実施態様（Ｘ−１）は、さらに、ガラスの組成が、モル％で表示して、
３．０％≦ＭｇＯ≦８．５％、
２．０％≦ＣａＯ≦６．５％、
２．０％≦ＳｒＯ≦６．５％、及び
０％≦ＢａＯ≦６．０％を含むアルミノボロシリケートガラス（Ｘ−７）であってもよい。同様に、前記実施態様（Ｘ−２）及び（Ｘ−３）は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯのそれぞれの配合量が（Ｘ−７）と同一であるアルミノボロシリケートガラス（Ｘ−８）及び（Ｘ−９）であってもよい。

上記したいずれの実施態様においても、上述の説明に基づいて、各成分の量を適宜変更でき、任意の成分について、追加、削除等の変更をすることができる。また、上記したいずれの実施態様においても、各ガラスの組成と各特性（熱膨張係数、吸収係数α等）の値を適宜変更して組み合わせることもできる。例えば、実施態様（Ｘ−１）〜（Ｘ−９）のガラスにおいて、熱膨張係数が６０×１０^-7／℃以下であってもよい。また、実施態様（Ｘ−１）〜（Ｘ−９）のガラスにおいて、吸収係数αが２〜４０／ｃｍであってもよい。

本発明の他の実施態様としては、上記レーザ加工用ガラスを用いた孔付きガラスの製造方法が挙げられる。以下、当該製造方法について説明する。

孔付きガラスの製造方法は、上述したいずれかの本発明のレーザ加工用ガラスに、レーザパルスをレンズで集光して照射して、照射部に変質部を形成する工程〔ｉ〕と、エッチング液を用いて、少なくとも前記変質部をエッチングすることにより、前記レーザ加工用ガラスに孔を形成する工程〔ｉｉ〕とを有する。

変質部を形成する工程〔ｉ〕に用いるレーザ加工用ガラスは、例えば、下記のようにして製造することができる。

［ガラス溶融及び成型］
約３００ｇのガラスが得られるように、所定分量のガラス原料粉末を調合し、白金ルツボを用いて通常の溶融急冷法で、ある程度の体積をもつガラスブロックを作製する。途中、ガラスの均一性の向上あるいは清澄を目的に撹拌してもよい。

溶融温度及び時間については、各ガラスの溶融特性に適するように設定できる。溶融温度は、例えば、８００〜１８００℃程度であってもよく、１０００〜１７００℃程度であってもよい。溶融時間は、例えば、０．１〜２４時間程度であってもよい。ガラス内部の残留応力を緩和するため、所定の温度範囲（例えば、４００〜６００℃程度）を数時間かけて通過させたあと、室温まで自然放冷するのが好ましい。

このように成型することによって、厚さ０．１〜１．５ｍｍ程度の薄板状のレーザ加工用ガラス基板を得ることができる。

［変質部の形成］
工程〔ｉ〕において、上述したいずれかの本発明のレーザ加工用ガラスに、レーザパルスをレンズで集光して照射して、照射部に変質部を形成する。

工程〔ｉ〕では、１度のパルス照射で変質部を形成することが可能である。すなわち、工程〔ｉ〕では、照射位置が重ならないようにレーザパルスを照射することによって、変質部を形成できる。但し、照射パルスが重なるようにレーザパルスを照射してもよい。

工程〔ｉ〕では、通常、ガラスの内部にフォーカスされるようにレンズでレーザパルスを集光する。例えば、ガラス板に貫通孔を形成する場合には、通常、ガラス板の厚さ方向の中央付近にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。なお、ガラス板の上面側（レーザパルスの入射側）のみを加工する場合には、通常、ガラス板の上面側にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。逆に、ガラス板の下面側（レーザパルスの入射側とは反対側）のみを加工する場合には、通常、ガラス板の下面側にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。但し、ガラス変質部が形成できる限り、レーザパルスがガラスの外部にフォーカスされてもよい。例えば、ガラス板の上面あるいは下面から所定の距離（例えば１．０ｍｍ）だけガラスから離れた位置にレーザパルスがフォーカスされてもよい。換言すれば、ガラスに変質部が形成できる限り、レーザパルスは、ガラスの上面から手前方向（レーザパルスの進行方向とは逆の方向）に１．０ｍｍ以内にある位置（ガラスの上面含む）、またはガラスの下面から後方(ガラスを透過したレーザパルスが進行する方向)に１．０ｍｍ以内にある位置(ガラスの下面位置を含む)又は内部にフォーカスされてもよい。

レーザパルスのパルス幅は、１〜２００ｎｓ（ナノ秒）が好ましく、１〜１００ｎｓがより好ましく、５〜５０ｎｓがさらに好ましい。また、パルス幅が２００ｎｓより大きくなると、レーザパルスの尖頭値が低下してしまい、加工がうまくできない場合がある。５〜１００μＪ／パルスのエネルギーからなるレーザ光を上記レーザ加工用ガラスに照射する。レーザパルスのエネルギーを増加させることによって、それに比例するように変質部の長さを長くすることが可能である。レーザパルスのビーム品質Ｍ²値は、例えば２以下であってもよい。Ｍ²値が２以下であるレーザパルスを用いることによって、微小な細孔あるいは微小な溝の形成が容易になる。

本発明の製造方法では、レーザパルスが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高調波、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザの高調波、又はＮｄ：ＹＬＦレーザの高調波であってもよい。高調波は、例えば、第２高調波、第３高調波又は第４高調波である。これらレーザの第２高調波の波長は、５３２ｎｍ〜５３５ｎｍ近傍である。第３高調波の波長は、３５５ｎｍ〜３５７ｎｍ近傍である。第４高調波の波長は、２６６ｎｍ〜２６８ｎｍの近傍である。これらのレーザを用いることによって、ガラスを安価に加工できる。

レーザ加工に用いる装置としては、例えば、コヒレント社製の高繰返し固体パルスＵＶレーザ：ＡＶＩＡ３５５−４５００が挙げられる。当該装置では、第３高調波Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザであり、繰返し周波数が２５ｋＨｚの時に６Ｗ程度の最大のレーザパワーが得られる。第３高調波の波長は３５０ｎｍ〜３６０ｎｍである。

レーザパルスの波長は、５３５ｎｍ以下が好ましく、例えば、３５０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲であってもよい。一方、レーザパルスの波長が５３５ｎｍよりも大きくなると、照射スポットが大きくなり、微小孔の作製が困難になる上、熱の影響で照射スポットの周囲が割れやすくなる。

典型的な光学系として、発振されたレーザを、ビームエキスパンダで２〜４倍に広げ（この時点でφ７．０〜１４．０ｍｍ）、可変のアイリスでレーザの中心部分を切り取った後にガルバノミラーで光軸を調整し、１００ｍｍ程度のfθレンズで焦点位置を調整しつつガラスに集光する。

レンズの焦点距離Ｌ（ｍｍ）は、例えば５０〜５００ｍｍの範囲にあり、１００〜２００ｍｍの範囲から選択してもよい。

また、レーザパルスのビーム径Ｄ（ｍｍ）は、例えば１〜４０ｍｍの範囲にあり、３〜２０ｍｍの範囲から選択してもよい。ここで、ビーム径Ｄは、レンズに入射する際のレーザパルスのビーム径であり、ビームの中心の強度に対して強度が［１／ｅ²］倍となる範囲の直径を意味する。

本発明では、焦点距離Ｌをビーム径Ｄで除した値、すなわち［Ｌ／Ｄ］の値が、７以上であり、７以上４０以下が好ましく、１０以上２０以下であってもよい。この値は、ガラスに照射されるレーザの集光性に関係する値であり、この値が小さいほど、レーザが局所的に集光され、均一で長い変質部の作製が困難になることを示す。この値が７未満であると、ビームウェスト近傍でレーザパワーが強くなりすぎてしまい、ガラス内部でクラックが発生しやすくなるという問題が生じる。

本発明では、レーザパルスの照射前にガラスに対する前処理（例えば、レーザパルスの吸収を促進するような膜を形成すること）は不要である。但し、本発明の効果が得られる限り、そのような処理を行ってもよい。

アイリスの大きさを変えてレーザ径を変化させて開口数（ＮＡ）を０．０２０〜０．０７５まで変動させてもよい。ＮＡが大きくなりすぎると、レーザのエネルギーが焦点付近のみに集中し、ガラスの厚さ方向にわたって効果的に変質部が形成されない。

ＮＡの小さいパルスレーザを照射することにより、一度のパルス照射によって、厚み方向に比較的長い変質部が形成されるため、タクトタイムの向上に効果がある。

繰返し周波数は１０〜２５ｋＨｚとして、サンプルにレーザを照射するのが好ましい。また焦点位置をガラスの厚み方向で変えることで、ガラスに形成される変質部の位置(上面側又は下面側)を最適に調整できる。

さらに制御ＰＣからのコントロールにより、レーザ出力、ガルバノミラーの動作等を制御することができ、ＣＡＤソフト等で作成した２次元描画データに基づいて、レーザを所定の速度でガラス基板上に照射することができる。

レーザが照射された部分には、ガラスの他の部分とは異なる変質部が形成される。この変質部は、光学顕微鏡等により容易に見分けることが可能である。組成によってガラス毎に差異はあるものの、変質部はおおむね円柱状に形成される。変質部はガラスの上面近傍から下面近傍に達する。

この変質部は、レーザ照射により光化学的な反応が生じ、Ｅ’センタもしくは非架橋酸素等の欠陥が生じた部位あるいは、レーザ照射による急加熱もしくは急冷却によって生じた、高温度域における疎なガラス構造を保持した部位であると考えられる。この変質部は、ガラスの他の部分よりも所定のエッチング液に対して、エッチングのスピードが速いために、エッチング液に浸すことによって微小な孔や溝を形成することができる。

フェムト秒レーザ装置（これは一般的に高価でもある）を用いた従来の加工方法では、照射パルスが重なるようにレーザを深さ方向（ガラス基板の厚み方向）にスキャンしながら変質部を形成していたが、本発明に係るレーザ照射とウェットエッチングを併用する孔開け技術（孔付きガラスの製造方法）においては、一度のレーザパルスの照射で変質部を形成することができる。

工程〔ｉ〕において選択される条件としては、例えば、ガラスの吸収係数αが１〜２０／ｃｍであり、レーザパルス幅が１〜１００ｎｓであり、レーザパルスのエネルギーが５〜１００μＪ／パルスであり、波長が３５０ｎｍ〜３６０ｎｍであり、レーザパルスのビーム径Ｄが３〜２０ｍｍであり、かつレンズの焦点距離Ｌが１００〜２００ｍｍである組み合わせが挙げられる。

工程〔ｉｉ〕を行う前に、必要に応じて、変質部の直径のばらつきを減らすために、ガラス板を研磨してもよい。研磨しすぎると変質部に対するエッチングの効果が弱まるため、研磨の深さは、ガラス板の上面から１〜２０μｍの深さが好ましい。

工程〔ｉ〕で形成される変質部の大きさは、レンズに入射する際のレーザのビーム径Ｄ、レンズの焦点距離Ｌ、ガラスの吸収係数α、レーザパルスのパワー等によって変化する。得られる変質部は、例えば、直径が５〜２００μｍ程度であり、１０〜１５０μｍ程度であってもよい。また、変質部の深さは、上記のレーザ照射条件、ガラスの吸収係数α、ガラスの板厚によっても異なるが、例えば、５０〜３００μｍ程度であってもよい。

［エッチング］
工程〔ｉｉ〕では、エッチング液を用いて、少なくとも前記変質部をエッチングすることにより、前記レーザ加工用ガラスに孔を形成する。

工程〔ｉｉ〕におけるエッチング液は、前記レーザ加工用ガラスに対するエッチングレートよりも前記変質部に対するエッチングレートが大きいものが好ましい。エッチング液としては、例えば、フッ酸（フッ化水素（ＨＦ）の水溶液）を用いてもよい。また、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）もしくはその水溶液、硝酸（ＨＮＯ₃）もしくはその水溶液、又は塩酸（塩化水素（ＨＣｌ）の水溶液）を用いてもよい。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上の酸の混合物を用いてもよい。フッ酸を用いた場合、変質部のエッチングが進みやすく、短時間に孔を形成できる。硫酸を用いた場合、変質部以外のガラスがエッチングされにくく、テーパ角の小さいストレートな孔を作製できる。

エッチング工程において、片側のみからのエッチングを可能にするために、ガラス板の上面側又は下面側に表面保護皮膜剤を塗布して保護してもよい。このような表面保護皮膜剤として、市販品を使用でき、例えば、シリテクト−II（Trylaner International社製）等が挙げられる。

エッチング時間あるいはエッチング液の温度は、変質部の形状あるいは目的とする加工形状に応じて選択される。なお、エッチング時のエッチング液の温度を高くすることによって、エッチング速度を高めることができる。また、エッチング条件によって、孔の直径を制御することが可能である。

エッチング時間は板厚にもよるため、特に限定されないが、３０〜１８０分程度が好ましい。エッチング液の温度は、エッチングレートの調整のために変更することが可能であり、５℃〜４５℃程度が好ましく、１５〜４０℃程度がより好ましい。

４５℃以上の温度でも加工は可能であるが、エッチング液の揮発が早いため実用的ではない。５℃以下の温度でも加工は可能であるが、エッチングレートが極端に遅くなる温度の場合は実用的ではない。

また必要に応じてエッチング液に超音波を印加しながら、エッチングを行ってもよい。エッチングレートを大きくすることができるとともに、液の撹拌効果も期待できる。

変質部がガラス板の上面側（レーザパルスの入射側）にのみ露出するように形成された場合、エッチングによって、ガラス板の上面側のみに孔を形成できる。逆に、変質部がガラス板の下面側（レーザパルスの入射側と逆側）にのみ露出するように形成された場合、エッチングによって、ガラス板の下面側のみに孔を形成できる。また、変質部がガラス板の上面側及び下面側に露出するように形成された場合には、エッチングを行うことによって、貫通孔を形成できる。なお、ガラス板の上面側又は下面側にエッチングを防止するための膜を形成し、一方のみからエッチングが起こるようにしてもよい。また、ガラス板の表面に露出しない変質部を形成し、次に、変質部が露出するようにガラス板を研磨してからエッチングを行ってもよい。変質部の形成条件及びエッチング条件を変化させることによって、円柱状の貫通孔、鼓形（砂時計形）の貫通孔、円錐台状の貫通孔、円錐状の孔、円錐台状の孔、円柱状の孔といった様々な形状の孔を形成することが可能である。

また、複数の孔を、それらが連続するように形成することによって、溝を形成することも可能である。この場合、線状に並ぶように複数のレーザパルスを照射することによって、線状に配置された複数の変質部を形成する。その後、変質部をエッチングすることによって溝を形成する。複数のレーザパルスの照射位置は重なっていなくてもよく、エッチングによって形成された孔が、隣接する孔同士を結合すればよい。

本発明の製造方法の一実施態様について、図１に模式図を示す。図１Ａに示すように、レーザパルス１１の照射によって、ガラス板１２を貫通するように変質部１３を形成する。次に、ガラス板１２の両面からエッチングを行うことによって、貫通孔１４を形成する。図１Ｂでは、貫通孔１４は、２つの円錐台状の孔を連結したような形状を有する。

以上のように、本発明の方法によって形成される孔は、有底孔であっても貫通孔であってもよい。

また、工程〔ｉｉ〕において変質部をエッチングにて除去する際に、孔の一部分が連結したところで、エッチングを止めることにより、例えば、周期的に幅の変化する溝を得ることができる。この幅の変化は、周期的である必要はなく、変質部を形成する間隔によって、部分的に幅の狭い箇所が形成されていればよい。このように、本発明によれば、溝が部分的に幅の狭い箇所を有するガラス板を得ることができる。この溝は、エッチングされたガラス板の表面に垂直な方向から見て、幅が狭い部分（箇所）を有する。この相対的に幅が狭い部分は、相対的に幅が広い部分を連結する。相対的に幅が広い部分は、レーザパルスの照射による複数の変質部がエッチングされて生成した部分である。

本発明は、本発明の効果を奏する限り、本発明の技術的範囲内において、上記の構成を種々組み合わせた態様を含む。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

以下に孔開けに供したガラス基板の各種組成に基づく実施例を孔の品質評価とともに記載する。孔の品質評価は以下の基準によるものである。いずれの評価もレーザ照射後、エッチングによる穿孔の完成後に検査、評価したものである。「○」が実用的に合格レベルで「×」は不合格レベルである。

（１）円形度又は輪郭
ガラス基板上（表面上）に形成される略円形状の孔の開口部について、長辺と短辺との長さの比（長辺／短辺）が１．５以下であるものを○、そうでないものを×とした。いわゆる偏平な開口の孔をもつガラス基板を電子回路基板に供した際には、そのピッチのばらつきが生じるため好ましくないからである。一例を図２に示す。図２Ａが○レベルであり、図２Ｂが×レベルである。

（２）孔内壁の平滑性
ガラス基板の厚み方向に平行に切断したときに観察される孔の断面を１００倍以上の光学顕微鏡で検査したときに、孔の内壁に視認できる凹凸がないものを○、そうでないものを×とした。電子基板用インターポーザに使用したときに、凹凸がある場合は高周波特性が悪化するために必要な特性である。一例を図３に示す。図３Ａが○レベルであり、図３Ｂが×レベルである。
さらにガラス表面上に略円形状の輪郭らしきものが形成されるに留まるもの、孔の深さが０．０５ｍｍに達しないものについては評価不能＝「−」とした。

（３）貫通
貫通するか否かはガラス基板の厚みにも依存するため発明の必須な効果ではないが一応の評価は与えた。貫通した場合を「貫通孔」そうでない場合を「有底孔」とした。孔の開口径程度の深さの孔が形成されておれば「有底孔」とした。一例を図４に示す。図４Ａは「貫通」状態であり、図４Ｂは「有底」状態である。これら以外の場合は、評価不能＝「−」とした。

電子基板用ガラスとして使用できるものは、（１）及び（２）について「○」として評価され得るものである。

さらに、熱膨張係数及び吸収係数αは、下記の方法で評価した。

（４）熱膨張係数
５０〜３５０℃の平均熱膨張係数を以下のように測定する。まず、直径５ｍｍ、高さ１８ｍｍの円柱形状のガラス試料を作製する。これを２５℃からガラス試料の降伏点まで加温し、各温度におけるガラス試料の伸びを測定することにより、熱膨張係数を算出する。５０〜３５０℃の範囲の熱膨張係数の平均値を計算し、平均熱膨張係数を得ることができる。測定はＮＥＴＺＳＣＨ社の熱機械分析装置ＴＭＡ４０００ＳＡを用い、５℃／分の昇温速度条件で測定した。

（５）吸収係数α
吸収係数αは、厚さｔ（ｃｍ）のガラス基板の透過率及び反射率を測定することによって算出する。厚さｔ（ｃｍ）のガラス基板について、所定の波長（波長５３５ｎｍ以下）における透過率Ｔ（％）と入射角１２°における反射率Ｒ（％）とを分光光度計（日本分光株式会社製 紫外可視近赤分光光度計Ｖ−６７０）を用いて測定する。得られた測定値から以下の式を用いて吸収係数αを算出する。
α＝（１／ｔ）＊ｌｎ｛（１−Ｒ）／Ｔ｝

＜実施例１〜２２及び比較例１〜２＞
［ガラス溶融及び成型］
約３００ｇのガラスが下記表１〜３の組成で得られるように、所定分量のガラス原料粉末を調合し、白金ルツボを用いて通常の溶融急冷法で、ある程度の体積をもつガラスブロックを作製した。途中、ガラスの均一性の向上あるいは清澄を目的に撹拌した。

溶融温度及び時間については、各ガラスの溶融特性に適するように設定した。例えば実施例１の場合は約１６００℃で６時間溶融し、カーボン板の上に流し出して成形した。ガラス内部の残留応力を緩和するために、徐冷点付近の温度範囲である５５０℃〜７００℃を約４時間かけて通過させたあと、室温まで自然放冷した。

このように成型したガラスブロックから、厚さ０．１〜１．５ｍｍ程度の薄板状のガラス基板を切出して、変質部形成用サンプルとした。

［変質部の形成］
レーザ加工は、コヒレント社製の高繰返し固体パルスＵＶレーザ：ＡＶＩＡ３５５−４５００を用いた。第３高調波Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザであり、繰返し周波数が２５ｋＨｚの時に６Ｗ程度の最大のレーザパワーが得られる。第３高調波の主波長は３５５ｎｍである。

レーザ装置より出射されたレーザパルス（パルス幅９ｎｓ、パワー０．８Ｗ、ビーム径３．５ｍｍ）を、ビームエキスパンダで４倍に広げ、この拡大されたビームを、径５〜１５ｍｍの範囲で調整可能な可変のアイリスで切り取り、ガルバノミラーで光軸を調整し、焦点距離１００ｍｍのｆθレンズでガラス板の内部に集光させた。アイリスの大きさを変えることでレーザ径を変化させてＮＡを０．０２０〜０．０７５まで変動させた。このとき、ガラス板の上面から物理長で０．１５ｍｍだけ離れた位置にレーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光を、４００ｍｍ／ｓの速度でスキャンした。

レーザ光照射後、各実施例のガラスには、レーザ光が照射された部分において、他の部分とは異なる変質部が形成されていることが光学顕微鏡で確認された。ガラス毎に差異はあるものの、変質部はおおむね円柱状に形成されており、ガラスの上面近傍から下面近傍に達していた。

繰返し周波数は１０〜２５ｋＨｚとして、サンプルにレーザを照射した。また焦点位置をガラスの厚み方向で変えることで、ガラスに形成される変質部の位置(上面側又は下面側)を最適に調整した。

また組成が異なる複数のレーザ加工用ガラスに対して加工を試みるために、実施例のガラス毎にレーザの集光位置を調整し、最適と思われる条件によって加工を行った。またガラス間の差異を把握するために厚みは実施例１６〜２０を除いて０．３ｍｍに統一したガラス基板を用いた。その他、ガラスの厚み依存性を把握するために０．１〜１．５ｍｍ程度のガラス基板も用いて加工を試みた。

［エッチング］
レーザ照射後のサンプルを、２．１３ｗｔ％ＨＦ（元濃度４．５％）と３．２８ｗｔ％ＨＮＯ₃を混合したエッチング液を攪拌しながらエッチング液槽に浸漬し、エッチングを行った。エッチング時間は板厚にもよるが、９０〜１２０分、液温は３３℃とした。

得られた各ガラスについて、上記の方法で評価した。評価結果を表４〜６に示す。

本発明に係るガラスは、実施例１〜５に示すように、順に１１．２，５．６，２．１，２０．０，３４．１／ｃｍの吸収係数αを有しており、適度なＣｕＯの存在下で好ましい孔加工を実現することができた。表１〜３に示されるように、実施例２２を除き、実施例１〜２１のガラスは、いずれも無アルカリガラスである。

エッチング後のガラス基板は、その厚みがいずれの実施例においてもエッチング前に比べて数十ミクロン薄くなるとともに、直径が５０〜１００μｍ、深さが０．１５〜０．３ｍｍ程度の孔が形成されたことが確認できた。特に実施例５及び２０については、貫通していないが表面上きれいな孔が確認された。

上記結果から、本発明のレーザ加工用ガラスは、紫外線レーザ照射による変質部形成とエッチングとを組合せた微細孔一括加工技術において、円形の輪郭と平滑な内壁を有する孔を作製可能にすることが確認できた。

本発明のレーザ加工用ガラスは、孔開け加工後、インターポーザ用ガラス基板、電子部品搭載用ガラス基板、さらには光学素子搭載用ガラス基板として好適に使用できる。インターポーザとは配線のデザインルールの異なるＩＣとプリント基板等、端子間距離が異なる基板同士を中継する基板のことである。

本発明のレーザ加工用ガラスから得られるインターポーザ用ガラス基板は、併用して用いられることもあるＳｉ製基板と熱膨張係数の点でマッチングもよく、さらにアルカリ金属成分を含まないか、非常に少ないために、電気的特性についても高周波の範囲で劣化しない等、非常に有効な特徴を備える。加えて本発明のレーザ加工用ガラスから得られるインターポーザ用ガラス基板は、Ｓｉ製基板とは異なり、可視光域から近赤外域にかけて光学的に透明であることも大きな特徴である。このため基板に搭載された光電変換素子から基板を通じて光を取り出したり、逆に基板を通じて光を入射させることができ、光素子と電気回路等との混合基板を容易に作製することが可能である。

図５に本発明のレーザ加工用ガラスから得られるインターポーザ用ガラス基板２３の概略的な実施例を示す。この図では、相互の配線ピッチ等のデザインルールが異なるＩＣ等の受発光素子２１とプリント配線基板との接合に用いるインターポーザの一例を示している。

孔開け加工された本発明のレーザ加工用ガラスの片面又は両面に、周知の技術、具体的には特に限られないが、無電解めっきと電解めっきとを組み合わせてパターニングされた回路パターン２２あるいは電極２４を形成する。回路や電極の材質は特に限られないが、低抵抗で高周波特性もよいという理由から、Ａｕ、Ｃｕ等が好適である。

これらの回路パターンの形成の際には、所定の位置の貫通孔内にＡｕあるいはＣｕをフィリングさせておいてもよい。表裏の導通性を確保することができる。これらはめっきの際に同時にフィルすることもできるが、めっき工程の前後に別途の周知の方法で作製することもできる。

あとは所望の電気部品あるいは受発光素子等を実装すればよく、所望の回路基板への実装も容易にできる。

本発明のレーザ加工用ガラスは、円形の輪郭と平滑な内壁を有する孔付きガラスの製造に有用である。

Claims (13)

1. ガラスの組成が、モル％で表示して、
   ４５．０％≦ＳｉＯ₂≦７０．０％、
   ２．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦２０．０％、
   ３．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦２０．０％、
   ０．１％≦ＣｕＯ≦２．０％、
   ０％≦ＴｉＯ₂≦１５．０％、及び
   ０％≦ＺｎＯ≦９．０％、
   を含み、かつ
   ０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％
   であるレーザ加工用ガラス。
2. ５５．０％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≦８０．０％である請求項１記載のレーザ加工用ガラス。
3. ６．０％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２５．０％である請求項１又は２に記載のレーザ加工用ガラス。
4. ５．０≦Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯ≦６０．０である請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
5. さらに、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｂｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＶからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物を着色成分として含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
6. ガラス組成が、モル％で表示して、
   ４５．０％≦ＳｉＯ₂≦６８．０％、
   ２．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦２０．０％、
   ３．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦２０．０％、及び
   ０．１％≦ＣｕＯ≦２．０％を含み、
   ＴｉＯ₂とＺｎＯとを実質的に含まず、かつ
   ５８．０％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≦８０．０％、
   ８．０％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０．０％、
   ０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％、
   ６．０≦Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯ≦６０．０
   である請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
7. ガラス組成が、モル％で表示して、
   ５０．０％≦ＳｉＯ₂≦６８．０％、
   ６．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦１８．０％、
   ７．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦１８．０％、
   ０．１％≦ＣｕＯ≦１．８％、及び
   １．０％≦ＴｉＯ₂≦１０．０％を含み、
   ＺｎＯを実質的に含まず、かつ
   ５８．０％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≦８０．０％、
   ８．０％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０．０％、
   ０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％、
   ６．０≦Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯ≦６０．０、
   ０≦ＴｉＯ₂／ＣｕＯ≦２０．０
   である請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
8. ガラス組成が、モル％で表示して、
   ５０．０％≦ＳｉＯ₂≦６８．０％、
   ６．０％≦Ｂ₂Ｏ₃≦１８．０％、
   ７．０％≦Ａｌ₂Ｏ₃≦１８．０％、
   ０．１％≦ＣｕＯ≦１．８％、及び
   １．０％≦ＺｎＯ≦９．０％を含み、
   ＴｉＯ₂を実質的に含まず、かつ
   ５８．０％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≦８０．０％、
   ８．０％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０．０％、
   ０≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＜２．０％、
   ６．０≦Ａｌ₂Ｏ₃／ＣｕＯ≦６０．０
   である請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
9. さらに、ガラスの組成が、モル％で表示して、
   ２．０％≦ＭｇＯ≦１０．０％、
   １．０％≦ＣａＯ≦１０．０％、
   １．０％≦ＳｒＯ≦１０．０％及び
   ０≦ＢａＯ≦６．０％を含む請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
10. さらに、ガラスの組成が、モル％で表示して、
    ３．０％≦ＭｇＯ≦８．５％、
    ２．０％≦ＣａＯ≦６．５％、
    ２．０％≦ＳｒＯ≦６．５％、及び
    ０≦ＢａＯ≦６．０％を含む請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
11. 熱膨張係数が、６０×１０^-7／℃以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
12. 吸収係数αが、２〜４０／ｃｍである請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラス。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のレーザ加工用ガラスに、レーザパルスをレンズで集光して照射して、照射部に変質部を形成する工程〔ｉ〕と、
    エッチング液を用いて、少なくとも前記変質部をエッチングすることにより、前記レーザ加工用ガラスに孔を形成する工程〔ｉｉ〕とを有することを特徴とする孔付きガラスの製造方法。

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