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特表2022-531500ガラス貫通ビアの効率的な製造に有用なケイ酸塩ガラス組成物
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-06
(54)【発明の名称】ガラス貫通ビアの効率的な製造に有用なケイ酸塩ガラス組成物
(51)【国際特許分類】
C03C 3/091 20060101AFI20220629BHJP
C03C 23/00 20060101ALI20220629BHJP
C03C 15/00 20060101ALI20220629BHJP
C03C 3/097 20060101ALI20220629BHJP
B23K 26/064 20140101ALI20220629BHJP
【ＦＩ】
C03C3/091
C03C23/00 D
C03C15/00 B
C03C3/097
B23K26/064 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021566204
(86)(22)【出願日】2020-05-01
(85)【翻訳文提出日】2021-12-28
(86)【国際出願番号】 US2020030901
(87)【国際公開番号】W WO2020231643
(87)【国際公開日】2020-11-19
(31)【優先権主張番号】62/846,059
(32)【優先日】2019-05-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100123652
【弁理士】
【氏名又は名称】坂野 博行
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】ツァイ，リン
(72)【発明者】
【氏名】ホアン，ティエン
(72)【発明者】
【氏名】ジン，ユィホイ
(72)【発明者】
【氏名】ウー，ジンシー
【テーマコード（参考）】
4E168
4G059
4G062
【Ｆターム（参考）】
4E168AE01
4E168DA02
4E168DA03
4E168DA04
4E168DA39
4E168DA45
4E168DA46
4E168EA13
4E168JA14
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4G062KK07
4G062KK10
4G062MM27
4G062NN33
4G062NN34
(57)【要約】
ＲＦ、インターポーザ、および類似の用途のための再分配層に現在使用されているガラスおよび他の材料を上回るいくつかの利点を示すガラス組成物が、ここに開示されている。ここに開示されたガラスは、ガラス貫通ビア（ＴＧＶ）を作るために使用されるレーザ損傷およびエッチング過程に関して高い生産性を有する低コストの平板ガラスである。ここに記載されたケイ酸塩ガラスおよび過程を使用して作製されるＴＧＶは、大きい腰部直径（Ｄｗ）を有し、これは、インターポーザなどのガラス物品の製造に関して望ましい特徴である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つ以上のガラス貫通ビアを含むケイ酸塩ガラス物品において、（ａ）前記ガラス貫通ビアは、第１の表面直径（ＤＳ１）、第２の表面直径（ＤＳ２）、および腰部直径（Ｄｗ）を有し、ＤＳ１／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、ＤＳ２／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、
（ｂ）前記ケイ酸塩ガラスは、
（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、および
（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の総量のＲＯ、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである、
の内の一方を含む、
ケイ酸塩ガラス物品。
【請求項2】
前記ケイ酸塩ガラスが少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３を含み、該ケイ酸塩ガラス中のＢ２Ｏ３の量が、５モル％から３０モル％である、請求項１記載の物品。
【請求項3】
前記ケイ酸塩ガラスが、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の総量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せであり、
該ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、１モル％から５モル％である、請求項１記載の物品。
【請求項4】
前記ケイ酸塩ガラスが、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の総量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せであり、
該ケイ酸塩ガラス中のＲＯの総量が、１モル％から５モル％である、請求項１または３記載の物品。
【請求項5】
前記ケイ酸塩ガラスが、少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３を含み、該ケイ酸塩ガラスが、
５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、
４モル％から２０モル％の量のＡｌ２Ｏ３、
０モル％から２０モル％の量のＭｇＯ、
０モル％から２０モル％の量のＣａＯ、
０モル％から１５モル％の量のＳｒＯ、
０モル％から１５モル％の量のＢａＯ、および
０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５
を含む、請求項１または２記載の物品。
【請求項6】
前記ケイ酸塩ガラスが、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の総量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せであり、該ケイ酸塩ガラスが、０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５をさらに含む、請求項１および３から４いずれか１項記載の物品。
【請求項7】
前記第１の表面直径（Ｄｓ１）が、１０μｍから１００μｍであり、前記第２の表面直径（Ｄｓ２）が、１０μｍから１００μｍである、請求項１から６いずれか１項記載の物品。
【請求項8】
ケイ酸塩ガラス物品にガラス貫通ビアを製造する方法であって、（１）前記ケイ酸塩ガラス物品に非回折レーザビームを照射して、レーザビーム焦線を形成し、該レーザビーム焦線内に誘発吸収が生じて、損傷跡を形成する工程であって、該ガラス物品は、
（ａ）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、および
（ｂ）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の総量のＲＯ、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである、
の内の一方を含む、工程、および
（２）前記ケイ酸塩ガラス物品を、酸を含むエッチング液でエッチングして、前記ガラス貫通ビアを製造する工程、
を有してなる方法。
【請求項9】
前記エッチング液が、塩化水素酸、硫酸、硝酸、酢酸、またはその任意の組合せと組み合わされたフッ化水素酸を含む、請求項８記載の方法。
【請求項10】
前記非回折レーザビームが、ベッセルビームまたはガウスベッセルビームである、請求項８または９記載の方法。
【請求項11】
前記エッチングする工程が、エッチングの副生成物を生じ、該エッチングの副生成物は、前記エッチング液中の０．５ｇ／Ｌ以上のエッチングの副生成物の溶解度を有する、請求項８から１０いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【0001】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１９年５月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／８４６０５９号に優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【0002】
本開示は、ガラス貫通ビアの効率的な製造に有用なケイ酸塩ガラス組成物に関する。
【背景技術】
【0003】
今日、エレクトロニクス用途のための精密に形成された孔を有する薄いガラスに強い関心が持たれている。この孔は、導電性材料が充填され、電気信号をある部品から別の部品に伝導させて、中央処理装置、メモリチップ、図形処理装置、または他の電子部品の精密接続を与えるために使用される。そのような用途にとって、その中に金属化された孔を有する基板は、一般に、「インターポーザ」と呼ばれる。繊維強化高分子またはシリコンなどの現在使用されているインターポーザ材料と比べて、ガラスは、数多くの有利な性質を有する。ガラスは、研磨の必要なく、大型シートで薄く滑らかに成形することができ、有機代替物よりも高い剛性および卓越した寸法安定性を有し、シリコンよりもずっと良好な電気絶縁体であり、有機の選択肢よりも良好な寸法（熱的および剛性の）安定性を有し、集積化回路における積層体の撓みを制御するように異なる熱膨張係数に調整することができる。ガラスは絶縁体であるので、ガラス要素に関する電気損失は低い一方で、抵抗率は高い。
【0004】
ガラスの表面での孔（エッチング過程が完了したときに、「ガラス貫通ビア」またはＴＧＶとも称される）の直径は幅広いが、ガラスの中心または最も狭い部分（「腰部(waist)」）での直径は、多くの場合、ずっと小さい。ＴＧＶの金属化の改善、それゆえ、電気性能の改善は、腰部の直径がより幅の広いＴＧＶからもたらされるであろう。特に、より幅の広い腰部直径は、熱としての電磁エネルギーの消散（例えば、誘電損失、ジュール加熱）を減少させるのに役立つであろう；このことは、インターポーザ材料が低損失角または損失正接を有する場合に、達成できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
必要とされているものは、生産性の高いガラス製造を可能にし、腰部直径の大きいガラス貫通ビアの製造を可能にする新たなガラス組成物である。理想的には、そのガラス組成物は、積層集積回路および他のエレクトロニクス技術に使用するのに望ましい電気的性質も有するであろう。本開示の主題は、これらの必要性に対処するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
ＲＦ、インターポーザ、および類似の用途のための再分配層に現在使用されているガラスおよび他の材料を上回るいくつかの利点を示すガラス組成物が、ここに開示されている。ここに開示されたガラスは、ガラス貫通ビア（ＴＧＶ）を作るために使用されるレーザ損傷およびエッチング過程に関して高い生産性を有する低コストの平板ガラスである。ここに記載されたケイ酸塩ガラスおよび過程を使用して作製されるＴＧＶは、大きい腰部直径を有し、これは、インターポーザなどのガラス物品の製造に関して望ましい特徴である。
【0007】
第１の態様において、ケイ酸塩ガラス物品は、１つ以上のガラス貫通ビアを含み、
（ａ）そのガラス貫通ビアは、第１の表面直径（ＤＳ１）、第２の表面直径（ＤＳ２）、および腰部直径（Ｄｗ）を有し、ＤＳ１／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、ＤＳ２／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、
（ｂ）そのケイ酸塩ガラスは、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の総量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである。
（ａ）そのガラス貫通ビアは、第１の表面直径（ＤＳ１）、第２の表面直径（ＤＳ２）、および腰部直径（Ｄｗ）を有し、ＤＳ１／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、ＤＳ２／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、
（ｂ）そのケイ酸塩ガラスは、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の総量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである。
【0008】
第２の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、少なくとも１０モル％の量のＢ２Ｏ３を有する。
【0009】
第３の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、５モル％から３０モル％の量のＢ２Ｏ３を有する。
【0010】
第４の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、５モル％から２０モル％の量のＢ２Ｏ３を有する。
【0011】
第５の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、７．５モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３を有する。
【0012】
第６の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、５モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３を有する。
【0013】
第７の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、１モル％から５モル％の量のＡｌ２Ｏ３を有する。
【0014】
第８の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、７．５モル％未満の量のＲＯを有する。
【0015】
第９の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、５モル％未満の量のＲＯを有する。
【0016】
第１０の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、１モル％から５モル％の量のＲＯを有する。
【0017】
第１１の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、１モル％から５モル％の量のＡｌ２Ｏ３および１モル％から５モル％の量のＲＯを有する。
【0018】
第１２の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、４モル％から２０モル％の量のＡｌ２Ｏ３、０モル％から２０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から２０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１５モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１５モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む。
【0019】
第１３の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、Ｐ２Ｏ５をさらに含み、そのケイ酸塩ガラス物品は、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、０モル％から１０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から１０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１０モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１０モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含み、ＲＯの合計は１０モル％未満の量である。
【0020】
第１４の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、１０μｍから１００μｍの表面直径を有する。
【0021】
第１５の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、５μｍから９０μｍの腰部直径を有する。
【0022】
第１６の態様において、第１の態様のケイ酸塩ガラス物品は、５０μｍから５００μｍの厚さを有する。
【0023】
第１７の態様において、ケイ酸塩ガラス物品にガラス貫通ビアを製造する方法であって、
（１）そのケイ酸塩ガラス物品に非回折レーザビームを照射して、レーザビーム焦線を形成し、このレーザビーム焦線内に誘発吸収が生じて、損傷跡を形成する工程であって、そのガラス物品は、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである、工程、および
（２）そのケイ酸塩ガラス物品を、酸を含むエッチング液でエッチングして、ガラス貫通ビアを製造する工程、
を有してなる方法。
（１）そのケイ酸塩ガラス物品に非回折レーザビームを照射して、レーザビーム焦線を形成し、このレーザビーム焦線内に誘発吸収が生じて、損傷跡を形成する工程であって、そのガラス物品は、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである、工程、および
（２）そのケイ酸塩ガラス物品を、酸を含むエッチング液でエッチングして、ガラス貫通ビアを製造する工程、
を有してなる方法。
【0024】
第１８の態様において、第１７の態様のレーザビームは、ピコ秒レーザにより形成される。
【0025】
第１９の態様において、第１７の態様のレーザビームは、５００ｎｍ超の波長を有する。
【0026】
第２０の態様において、第１７の態様のレーザビームは、５３５ｎｍ超の波長を有する。
【0027】
第２１の態様において、第１７の態様のレーザビームは、５００ｎｍ超から１，１００ｎｍの波長および４０μＪから１２０μＪの出力を有する。
【0028】
第２２の態様において、第１７の態様のレーザビームは、レーザバーストである。
【0029】
第２３の態様において、第１７の態様のエッチング液は、フッ化水素酸を含む。
【0030】
第２４の態様において、第２３の態様のフッ化水素酸は、１質量％から５０質量％のフッ化水素酸濃度を有するフッ化水素酸水溶液である。
【0031】
第２５の態様において、第２３の態様のエッチング液は、塩化水素酸、硫酸、硝酸、酢酸、またはその任意の組合せと組み合わされたフッ化水素酸を含む。
【0032】
第２６の態様において、第１７の態様のケイ酸塩ガラス物品は、０℃から５０℃の温度でエッチングされる。
【0033】
第２７の態様において、第１７の態様の非回折レーザビームは、ベッセルビームまたはガウスベッセルビームである。
【0034】
第２８の態様において、第２７の態様の照射する工程は、ケイ酸塩ガラス物品内にベッセルビームまたはガウスベッセルビームでレーザビーム焦線を形成する工程を含む。
【0035】
第２９の態様において、第１７の態様のエッチングする工程は、エッチングの副生成物を生じ、そのエッチングの副生成物は、エッチング液中の０．５ｇ／Ｌ以上のエッチングの副生成物の溶解度を有する。
【0036】
第３０の態様において、第２９の態様のガラスの溶解度は、２０℃で、１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３を含むエッチング液を使用して決定される。
【0037】
第３１の態様において、第１７から第３０の態様のいずれか１つの方法において、損傷跡のエッチング速度（Ｅ１）は、レーザにより損傷を受けていないケイ酸塩ガラス物品のエッチング速度（Ｅ２）より大きい。
【0038】
第３２の態様において、第３１の態様のＥ１／Ｅ２の比は、１から５０である。
【0039】
第３３の態様において、酸はフッ化水素酸であり、第３１の態様のエッチング速度Ｅ２は、０．２５μｍ／分から０．９μｍ／分である。
【0040】
第３４の態様において、ガラス物品が、第１７から第３３の態様のいずれか１つの方法により製造される。
【0041】
第３５の態様において、ケイ酸塩ガラスは、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の総量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである。
【0042】
第３６の態様において、第３５の態様のケイ酸塩ガラスは、少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、４モル％から２０モル％の量のＡｌ２Ｏ３、０モル％から２０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から２０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１５モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１５モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む。
【0043】
第３７の態様において、第３５の態様のケイ酸塩ガラスは、Ｐ２Ｏ５をさらに含み、そのケイ酸塩ガラスは、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、０モル％から１０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から１０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１０モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１０モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含み、ＲＯの合計は１０モル％未満の量である。
【0044】
ここに記載された材料、方法、およびデバイスの利点は、一部は、以下の説明において述べられているか、または下記に記載された態様の実施により分かるであろう。下記に記載された利点は、付随の特許請求の範囲に具体的に指摘された要素およびその組合せの手段によって実現され、達成されるであろう。先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、例示と説明に過ぎず、制限するものではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0045】
本明細書に含まれ、その一部を構成する添付図面は、下記に記載されたいくつかの態様を示す。
【図1】レーザ損傷およびエッチング戦略を使用してガラス貫通ビアを製造する過程の説明図
【図2】２Ａ～２Ｅは、ここに記載された方法により製造された２種類のガラス組成物の腰部直径の比較を示す図である
【図3】３Ａ～３Ｃは、エッチング液中のガラス副生成物の溶解度が、ガラス貫通ビアをエッチングするためのエッチング速度比（Ｅ１／Ｅ２）に影響することを示す図である
【図4】上部ビア直径（Ｄ１）が約９０μｍであり、最終ガラス厚が約３００μｍである場合のビアの腰部直径（Ｄｗ）の等高線図
【図5】エッチング液中のガラス副生成物の溶解度は、ガラス組成物中の酸化アルミニウムおよび全アルカリ土類金属のモルパーセントを減少させることによって、増加させられることを示す図
【図6】アルカリ金属を含まないホウケイ酸ガラスのＢ２Ｏ３濃度に対する電子特性（損失正接）の相関関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【0046】
本発明の材料、物品および／または方法を開示し、説明する前に、下記に記載される態様は、もちろん、様々であってよいので、特定の化合物、合成方法、または使用に限定されないことを理解すべきである。ここに使用される用語法は、特定の態様を説明する目的のためだけであり、限定することを意図していないことも理解すべきである。
【0047】
本明細書およびそれに続く特許請求の範囲において、以下の意味を有するように定義されるものとする多数の用語に言及しておく。
【0048】
本明細書および付随の特許請求の範囲に使用されているように、名詞は、文脈上明白に他の意味で解釈すべき場合を除いて、複数の対象を含むことに留意しなければならない。それゆえ、例えば、ガラス組成物中の「アルカリ土類金属酸化物」への言及は、２種類以上のアルカリ土類金属酸化物等の混合物を含む。
【0049】
「随意的な」または「必要に応じて」は、続いて記載された事象または環境が起こり得るまたは起こりえないこと、およびその記載は、その事象または環境が起こる例と、起こらない例を含むことを意味する。例えば、ここに記載されたガラス組成物は、必要に応じて、アルカリ土類金属酸化物を含有することがあり、ここで、このアルカリ土類金属酸化物は存在しても、存在しなくてもよい。
【0050】
ここに用いられているように、「約」という用語は、所定の数値が、所望の結果に影響せずに、端点より「わずかに上回る」または「わずかに下回る」ことがあることを前提とすることによって、数値の範囲の端点に柔軟性を与えるために使用される。本開示の目的について、「約」は、その数値より１０％低い値からその数値より１０％高い値までに及ぶ範囲を指す。例えば、数値が１０である場合、「約１０」は、端点の９および１１を含む、９と１１の間を意味する。
【0051】
本明細書を通じて、文脈上他の意味で解釈すべき場合を除いて、「含む」という単語または「含んでいる」などの変種は、規定された要素、整数、工程、もしくは要素、整数、または工程の群の包含の意味を含み、どの他の要素、整数、工程、もしくは要素、整数、または工程の群の除外の意味も含まないと理解されよう。
【0052】
ここに用いられているように、「ガラス貫通ビア（ＴＧＶ）」は、ガラス物品を通る微視的孔である。１つの態様において、ＴＧＶは、銅などの導電性材料で充填または金属化されている。ＴＧＶは、単一のガラス貫通ビアを称する。
【0053】
ＴＧＶは、表面開口を有し、ガラス物品を端から端まで延在する。ここに用いられている「表面直径」は、ガラスのいずれかの表面でのＴＧＶの直径（通常は、μｍで測定される）を称し、ここでは、第１の表面直径（ＤＳ１）および第２の表面直径（ＤＳ２）と称される。ＴＧＶは「腰部」も有する。ここに用いられている「腰部直径」は、腰部でのＴＧＶの直径（これも、典型的に、μｍで測定される）を称し、その腰部は、ＴＧＶの最も狭い地点であり、第一面と第二面との間のガラスの内部に位置している。特に明記のない限り、ＴＧＶの長さは、ガラス物品の厚さ方向のＴＧＶの線寸法を称し、ＴＧＶの直径は、ガラス物品の厚さ寸法を横断する方向のＴＧＶの線寸法を称する。「直径」という用語は、ＴＧＶの断面形状が純粋な円形から外れる場合でさえ、ＴＧＶに関して使用される。そのような場合、直径は、ＴＧＶの断面形状の最長の線寸法（例えば、ＴＧＶが楕円断面形状を有する場合、長軸）を称する。ここに用いられているように、ガラス物品の厚さ方向は、ガラス物品の長さ、高さ、および幅寸法の最小のものである。ＴＧＶが、レーザで損傷跡を形成する工程を含む過程により形成される（下記参照）場合、ガラス物品の厚さ方向は、レーザビームの伝搬方向に対応する。
【0054】
「ＲＯ」という用語は、個別でまたは総称でアルカリ土類金属酸化物を称し、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯのいずれか、または２つ以上のいずれかの組合せを含む。組成物中に存在するＲＯの「量」は、その組成物中に存在するＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯのモル％の合計を称する。
【0055】
組成物または物品中の特定の元素の原子パーセントに対する明細書および特許請求の範囲における言及は、その元素または成分と、原子パーセントが表される、組成物または物品中の任意の他の元素または成分との間のモル濃度の関係を意味する。それゆえ、２原子パーセントの成分Ｘおよび５原子パーセントの成分Ｙを含有する組成物において、ＸおよびＹは、２：５のモル比で存在し、追加の成分がその組成物中に使用されるか否かにかかわらず、そのような比で存在する。
【0056】
ここに用いられているように、複数の項目、構造要素、組成元素、および／または材料は、便宜上、共通リストで示されることがある。しかしながら、これらのリストは、そのリストの各構成要素が、別個の固有の構成要素として個別に特定されるかのように解釈されるべきである。それゆえ、いずれのそのようなリストの個々の構成要素も、それとは反対であると示されていない限り、共通群での提示のみに基づく同じリストのどの他の構成要素の事実上の等価物と解釈されるべきではない。
【0057】
濃度、量、および他の数値データは、ここでは、範囲の形式で表現される、または示されることがある。そのような範囲の形式は、便宜と簡潔さのためだけで使用されており、それゆえ、その範囲の限度として明白に挙げられた数値を含むだけでなく、各数値および部分的範囲が明白に挙げられているかのように、その範囲内に包含される全ての個々の数値または部分的範囲を含むように柔軟に解釈されるべきであることを理解すべきである。一例として、「約１」から「約５」の数値範囲は、約１から約５の明白に挙げられた値を含むだけでなく、その示された範囲内の個々の値および部分的範囲も含むと解釈されるべきである。それゆえ、この数値範囲に、２、３、および４などの個々の値、１～３、２～４、３～５、約１～約３、約１から３などの部分的範囲、並びに、１、２、３、４、および５が個別に含まれる。同じ原理が、最小値または最大値として１つだけ数値を挙げる範囲にも適用される。さらに、そのような解釈は、記載されている文字の幅または範囲にかかわらず、適用されるべきである。
【0058】
開示された組成物および方法に使用できる、それとともに使用できる、その調製に使用できる、またはその生成物である材料および成分が開示されている。これらと他の材料が、ここに開示されており、これらの材料の組合せ、部分集合、相互作用、群などが開示されている場合、これらの化合物の様々な個々の組合せおよび順序の各々に関する具体的な言及が明白に開示されていなくとも、各々が具体的に考えられ、ここに記載されていることを理解すべきである。例えば、アルカリ金属酸化物の添加剤が開示され、考えられ、多数の異なるアルカリ土類金属酸化物の添加剤が考えられる場合、そうではないと具体的に述べられていない限り、可能である、アルカリ金属酸化物の添加剤およびアルカリ土類金属酸化物の添加剤の各々と全ての組合せが具体的に考えられる。例えば、アルカリ金属酸化物のＡ、Ｂ、およびＣの群、並びにアルカリ土類金属酸化物の添加剤のＤ、Ｅ、およびＦの群が開示され、Ａ＋Ｄの例示の組合せが開示されている場合、ひいては、各々が個別に列挙されていない場合でさえも、各々が、個別的と集合的に考えられる。それゆえ、この例において、Ａ＋Ｅ、Ａ＋Ｆ、Ｂ＋Ｄ、Ｂ＋Ｅ、Ｂ＋Ｆ、Ｃ＋Ｄ、Ｃ＋Ｅ、およびＣ＋Ｆの組合せの各々が、具体的に考えられ、Ａ、Ｂ、およびＣ；Ｄ、Ｅ、およびＦ；並びにＡ＋Ｄの例示の組合せの開示から検討されるべきである。同様に、これらの任意の部分集合または組合せも、具体的に考えられ、開示されている。それゆえ、例えば、Ａ＋Ｅ、Ｂ＋Ｆ、およびＣ＋Ｅの部分群が、具体的に考えられ、Ａ、Ｂ、およびＣ；Ｄ、Ｅ、およびＦ；並びにＡ＋Ｄの例示の組合せの開示から認められるべきである。この概念は、以下に限られないが、開示された組成物を製造する方法および使用する方法の工程を含む、本開示の全て態様に適応される。それゆえ、開示された方法の任意の特定の実施の形態または実施の形態の組合せに行うことのできる様々な追加の工程がある場合、そのような組成物の各々が、具体的に考えられ、開示されていると認められるべきである。
【0059】
Ｉ．ガラス組成物
１つ、いくつか、または複数のＴＧＶを有するガラス物品を作るために、ここに記載されたレーザ損傷およびエッチング過程により加工できるケイ酸塩ガラス組成物が、ここに開示されている。そのガラス組成物は、形成されたＴＧＶが、ガラスの各表面直径に近づく腰部直径を有するように配合されている。理論で束縛する意図はないが、特定の成分および量を選択してそのガラス組成物を製造することによって、エッチング過程中に形成される副生成物の溶解度を増加させることができる。そして、これにより、ＴＧＶ中に不溶性の固体として副生成物が蓄積する可能性が減少する。ＴＧＶ中の副生成物の蓄積は、腰部直径の減少をもたらすので、望ましくない。溶解度が増加した副生成物をエッチング中に生じるようにガラス組成物を設計することによって、ＴＧＶ中に不溶性の固体が蓄積するのが少なくなり、腰部直径がより大きくなる。このことは、下記により詳しく述べられている。
１つ、いくつか、または複数のＴＧＶを有するガラス物品を作るために、ここに記載されたレーザ損傷およびエッチング過程により加工できるケイ酸塩ガラス組成物が、ここに開示されている。そのガラス組成物は、形成されたＴＧＶが、ガラスの各表面直径に近づく腰部直径を有するように配合されている。理論で束縛する意図はないが、特定の成分および量を選択してそのガラス組成物を製造することによって、エッチング過程中に形成される副生成物の溶解度を増加させることができる。そして、これにより、ＴＧＶ中に不溶性の固体として副生成物が蓄積する可能性が減少する。ＴＧＶ中の副生成物の蓄積は、腰部直径の減少をもたらすので、望ましくない。溶解度が増加した副生成物をエッチング中に生じるようにガラス組成物を設計することによって、ＴＧＶ中に不溶性の固体が蓄積するのが少なくなり、腰部直径がより大きくなる。このことは、下記により詳しく述べられている。
【0060】
ここに開示されたガラスは、ケイ酸塩ガラスである。ここに用いられているように、ケイ酸塩ガラスは、５０モル％以上の量でＳｉＯ２を含むガラスである。１つの態様において、そのガラス組成物は、約５０モル％から約７５モル％の量でＳｉＯ２を含む。別の態様において、ＳｉＯ２は、約５０、５５、６０、６５、７０、または７５モル％で存在し、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、５５から７０モル％）であり得る。
【0061】
１つの態様において、ここに開示されたガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３を含む。別の態様において、そのガラス組成物は、少なくとも５モル％、または少なくとも１０モル％の量でＢ２Ｏ３を含む。別の態様において、そのガラス組成物は、約５モル％から約３０モル％の量でＢ２Ｏ３を含む。さらなる態様において、Ｂ２Ｏ３は、約５、１０、１５、２０、２５、または約３０モル％で存在し、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、５から２０モル％）であり得る。
【0062】
別の態様において、前記ガラス組成物は、少量のＡｌ２Ｏ３を含み得る。１つの態様において、そのガラス組成物は、１０モル％未満、７．５モル％未満、または５モル％未満の量でＡｌ２Ｏ３を含む。別の態様において、そのガラス組成物は、約５モル％から約３０モル％の量、または約１０モル％から約２０モル％の量でＡｌ２Ｏ３を含む。別の態様において、このケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量は、少なくとも１モル％、または少なくとも５モル％、または少なくとも１０モル％である。さらなる態様において、Ａｌ２Ｏ３は、約０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または約１０モル％で存在し、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１から５モル％）であり得る。別の態様において、そのガラスはＡｌ２Ｏ３を含まない。
【0063】
別の態様において、前記ガラス組成物は、１種類以上のアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を含み、ここで、ＲＯ（ＭｇＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、およびＳｒＯの合計）の量は、約１０モル％以下、約７．５モル％以下、または約５モル％以下である。別の態様において、アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）は、約０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％で存在し、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１から５モル％）であり得る。
【0064】
１つの態様において、前記ガラス組成物は、０から１０モル％のＭｇＯ、もしくは約０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％のＭｇＯを含み、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１から５モル％）であり得る。別の態様において、そのガラス組成物は、０から１０モル％のＣａＯ、もしくは約０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％のＣａＯを含み、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１から５モル％）であり得る。さらに別の態様において、そのガラス組成物は、０から１０モル％のＳｒＯ、もしくは約０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％のＳｒＯを含み、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１から５モル％）であり得る。別の態様において、そのガラス組成物は、０から１０モル％のＢａＯ、もしくは約０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％のＢａＯを含み、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１から５モル％）であり得る。
【0065】
別の態様において、前記ガラス組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、またはその任意の組合せを含み、ここで、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの合計は、０から１０モル％、もしくは約０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％であり、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１から５モル％）であり得る。
【0066】
別の態様において、前記ガラス組成物は、少量のＡｌ２Ｏ３およびＲＯを含む。１つの態様において、そのガラス組成物は、（１）１０モル％未満、７．５モル％未満、または５モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３、および（２）１０モル％未満、７．５モル％未満、または５モル％未満の量のＲＯを含む。別の態様において、そのガラス組成物は、Ａｌ２Ｏ３を含まず、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％の量のＲＯを含み、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、５から１０モル％）であり得る。
【0067】
さらに別の態様において、前記ガラス組成物は、０から１０モル％のＰ２Ｏ５、または０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％のＰ２Ｏ５を含有し、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１から５モル％）であり得る。
【0068】
別の態様において、前記ガラス組成物は、少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、４モル％から２０モル％の量のＡｌ２Ｏ３、０モル％から２０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から２０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１５モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１５モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む。
【0069】
別の態様において、前記ガラス組成物は、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、０モル％から１０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から１０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１０モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１０モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含み、ＲＯの量は１０モル％未満である。
【0070】
１つの態様において、前記ガラス組成物は、生産性の高い過程を使用して、ガラスシートおよび／または他のガラス物品に製造することができる。さらなる態様において、そのガラス組成物は、フュージョンドロー法、フロート法、または圧延過程によって加工することができる。
【0071】
「フュージョンドロー」法は、高性能の平板ガラスを成形する方法である。このフュージョンドロー法において、原材料が、１，０００℃より高い温度で溶融槽に導入される。溶融されたガラスは、完全に混合され、次いで、均一な流れで、空中に放出され、ここで、そのガラスは、延伸設備に供給されながら、長くされ、冷却し始める。１つの態様において、この過程により成形されるガラスは、表面研磨を必要としない。別の態様において、この過程により形成されるガラスは、均一な厚さを有し、多量の熱に耐えることができる。１つの態様において、ここに開示されたガラスは、フュージョンドロー法を使用してシートに成形することができる。
【0072】
ガラスを成形する「フロート」法は、平板ガラスを成形する別の方法である。原材料が溶融され、混合された後、溶融ガラスは、高温のスズの浴上に流れる。フロート成形されたガラスは、表面研磨および／または他の製造後加工がおそらく必要である。１つの態様において、ここに開示されたガラスは、フロート法を使用してシートに成形することができる。
【0073】
ここに用いられているように、ガラスを成形する「圧延」過程は、延伸過程に似ているが、ローラ上で水平に行われる。圧延過程を使用して製造されたガラスシートは、研削および研磨が必要である。１つの態様において、ここに開示されたガラスは、圧延過程を使用してシートに成形することができる。
【0074】
ＩＩ．ガラス貫通ビアを製造するための過程
ケイ酸塩ガラス物品にガラス貫通ビアを製造する過程は、（１）ケイ酸塩ガラス物品にレーザビームを照射して、損傷跡を製造する工程、および（２）そのガラス物品を酸でエッチングして、そのガラス貫通ビアを製造する工程を有してなる。各工程が、下記に詳しく記載されている。
ケイ酸塩ガラス物品にガラス貫通ビアを製造する過程は、（１）ケイ酸塩ガラス物品にレーザビームを照射して、損傷跡を製造する工程、および（２）そのガラス物品を酸でエッチングして、そのガラス貫通ビアを製造する工程を有してなる。各工程が、下記に詳しく記載されている。
【0075】
ａ．損傷跡の形成
ここに記載された過程の第１の工程は、ケイ酸塩ガラス物品に１つ以上の損傷跡を生成する工程を含む。ここに用いられているように、「損傷跡」は、レーザの照射により構造的に変えられたガラスの区域である。その損傷跡は、レーザの損傷を受けたガラス１を通る点線として図１に示されている。いくつかの態様において、損傷跡は、周りの損傷を受けていないガラスよりも低い屈折率を有する。１つの態様において、そのより低い屈折率は、レーザが照射された区域におけるガラスの体積膨張のためであることがある。さらなる態様において、損傷跡におけるガラスは、周りの損傷を受けていないガラスよりも低い密度を有する。１つの態様において、その損傷跡は、ガラスの表面にある小さな窪みである。別の態様において、損傷跡は、形状が円筒または円柱であり、ガラスを部分的にまたは完全に延在する。いくつかの態様において、損傷跡は、気泡、空所、または間隙を含む。損傷跡は、「パイロット穴」と称されることもある。
ここに記載された過程の第１の工程は、ケイ酸塩ガラス物品に１つ以上の損傷跡を生成する工程を含む。ここに用いられているように、「損傷跡」は、レーザの照射により構造的に変えられたガラスの区域である。その損傷跡は、レーザの損傷を受けたガラス１を通る点線として図１に示されている。いくつかの態様において、損傷跡は、周りの損傷を受けていないガラスよりも低い屈折率を有する。１つの態様において、そのより低い屈折率は、レーザが照射された区域におけるガラスの体積膨張のためであることがある。さらなる態様において、損傷跡におけるガラスは、周りの損傷を受けていないガラスよりも低い密度を有する。１つの態様において、その損傷跡は、ガラスの表面にある小さな窪みである。別の態様において、損傷跡は、形状が円筒または円柱であり、ガラスを部分的にまたは完全に延在する。いくつかの態様において、損傷跡は、気泡、空所、または間隙を含む。損傷跡は、「パイロット穴」と称されることもある。
【0076】
前記損傷跡は、いくつかの異なる技術を使用して生成することができる。１つの態様において、パルスレーザビームが、ビームの伝搬方向に沿って配向されたレーザビーム焦線に集束させられ、ガラス物品に向けられ、そこで、レーザビーム焦線が、ガラス内に誘発吸収を生じる。この誘発吸収は、ガラス内でレーザビーム焦線に沿って損傷跡を生成する。ここに用いられているように、「誘発吸収」は、レーザビームの多光子吸収または非線形吸収を意味する。別の態様において、ガラス物品は、レーザビームの波長に対して透明である。ここに用いられているように、透明とは、ガラス物品による、厚さ１ｍｍ当たりのレーザ波長の１０％未満の線形吸収を意味する。ここに用いられているように、レーザビーム焦線は、損傷跡の方向に延在する中心軸および０．１ｍｍ超の長さを持つガラス物品中のほぼ円筒形の照射領域に対応する。レーザ光の強度は、レーザビーム焦線を通じてほぼ均一であり、誘発吸収を生じるのにレーザビーム焦線を通じて十分に高い。
【0077】
別の態様において、専用光学送達システムおよびピコ秒パルスレーザをうまく利用することによって、損傷跡は、各損傷跡を形成するのに必要な程度の少ない単一レーザパルス（または単一のパルスバースト）で、ガラス物品中に形成することができる。さらなる態様において、この過程により、切除的ナノ秒レーザ過程により達成できるであろうよりも、１００倍以上速い損傷跡形成速度が可能である。
【0078】
１つの態様において、レーザビーム焦線は、ベッセルビーム、ガウスベッセルビーム、または他の非回折ビームを使用することによって作ることができる。ここに用いられているように、非回折レーザビームは、同じ波長で、同じパルス持続時間を有するガウスビームのレイリー範囲よりも２倍以上大きいレイリー範囲を有するレーザビームである。ベッセルビーム、ガウスベッセルビーム、ビーム広がりおよびレイリー範囲に関するさらなる情報は、過去の論文に見つけられる：「High Aspect Ratio Nanochannel Machining Using Single Shot Femtosecond Bessel Beams」、M.K.Bhuyanら、Appl.Phys.Lett.、97、081102（２０１０年）；「M2 Factor of Bessel-Gauss Beams」、R.BorghiおよびM.Santasiero、Opt.Lett.、22、262（１９９７年）；および「Application of Femtosecond Bessel-Gauss Beam in Microstructuring of Transparent Materials」、A.Marcinkeviciusら、in Optical Pulse and Beam Propagation III、Y.B.Band,ed.、Proc.SPIE 4271巻、150-15（２００１年）。
【0079】
さらに、１つの態様において、レーザビーム焦線は、アキシコンまたは球面収差を有する光学素子を使用して生成できる。いくつかの態様において、レーザビーム焦線は、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、または約９ｍｍなど、約０．１ｍｍと約１０ｍｍの間の範囲内の長さ、もしくは約０．１ｍｍと約１ｍｍの間の範囲内の長さ、および約０．１μｍと約５μｍの間の範囲の平均直径を有し得る。
【0080】
いくつかの態様において、前記パルス持続時間は、約５ピコ秒超かつ約２０ピコ秒未満など、約１ピコ秒超と約１００ピコ秒未満の間の範囲内にあり得、繰り返し率は、約１０ｋＨｚと６５０ｋＨｚの間の範囲内など、約１ｋＨｚと４ＭＨｚの間の範囲内にあり得る。
【0081】
上述した繰り返し率での単一パルスに加え、１つの態様において、そのパルスは、バースト当たり少なくとも４０μＪのエネルギーで、約１ナノ秒と約５０ナノ秒の間の範囲の期間、例えば、約２０ナノ秒±２ナノ秒などの１０ナノ秒から３０ナノ秒の期間だけ隔てられた２パルス以上（３パルス、４パルス、５パルスまたはそれより多いなど）のバーストで生じることができ、バースト繰り返し周波数は、約１ｋＨｚと約２００ｋＨｚの間の範囲内であり得る。別の態様において、そのバースト内の個々のパルスのエネルギーは、より小さくて差し支えなく、正確な個々のレーザパルスエネルギーは、バースト内のパルスの数および時間によるレーザパルスの減衰率（例えば、指数関数的減衰率）に依存する。例えば、一定エネルギー／バーストに関して、バーストが１０の個々のレーザパルスを含有する場合、ひいては、各個々のレーザパルスは、同じバーストが個々のレーザパルスを２つしか有さない場合よりも小さいエネルギーを含有する。
【0082】
１つの態様において、前記損傷跡は、パルスの単一バーストがガラス物品上の実質的に同じ位置に衝突したときに、ガラス内に形成される。すなわち、単一バースト内の多数のレーザパルスが、ガラス内の単一の損傷跡に対応する。さらに、この態様において、ガラスは平行移動される（例えば、一定に動くステージにより）またはビームはガラスに対して動かされるので、バースト内の個々のパルスは、ガラス上の正確に同じ空間的位置にあり得ない。しかしながら、それらのパルスは、実質的に同じ位置でガラスと衝突するように十分、互いに１μｍ以内にある。例えば、それらのパルスは、互いに０＜ｓｐ≦５００ｎｍの間隔（ｓｐ）で、ガラスと衝突することがある。例えば、ガラス上のある位置に２０パルスのバーストが当てられる場合、そのバースト内の個々のパルスは、互いに２５０ｎｍ内でガラスと衝突する。それゆえ、いくつかの態様において、間隔ｓｐは、約１ｎｍから約２５０ｎｍまたは約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲内にある。
【0083】
レーザにより作られる損傷跡は、一般に、約０．１μｍから２μｍ、例えば、０．１～１．５μｍの範囲内の内部寸法（例えば、レーザビームの伝搬方向に対して横方向に最長の寸法（直径など））を有する構造的に変えられた区域（ことによると、レーザビーム集線内のガラスの損傷から生じた破片を含有する）の形態をとる。さらなる態様において、レーザにより形成された損傷跡は、寸法が小さい（一桁μｍ以下）。いくつかの実施の形態において、損傷跡は、直径が０．２μｍから０．７μｍである。いくつかの態様において、損傷跡は、連続した孔または通路ではない。さらに、これらの態様において、損傷跡の直径は、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、または１μｍ以下であり得、ここで、直径は、レーザビームの伝搬方向に対して横方向にある線寸法を称する。いくつかの態様において、損傷跡の直径は、１００ｎｍ超から２μｍ未満、または１００ｎｍ超から０．５μｍ未満の範囲内にあり得る。さらなる態様において、この段階で、これらの損傷跡は、エッチングされていない（すなわち、それらはまだ、エッチングにより広げられていない）。
【0084】
１つの態様において、前記損傷跡は、ガラス物品の全厚を穿孔し得、ガラスの深さの端から端まで連続した開口または通路を形成してもしなくてもよい。代わりの態様において、損傷跡は、ガラスの全厚を通じて延在しない。これらの態様のいずれにおいても、多くの場合、損傷跡を塞ぐまたは占めるガラスの破片の領域があるが、それらは、一般に、サイズが小さい、例えば、μｍ程度である。
【0085】
別の態様において、前記ガラスは複数の損傷跡を有し、その損傷跡の各々は、５μｍ未満の直径、少なくとも２０μｍの隣接する損傷跡の間の間隔、および２０：１以上のアスペクト比を有する。その損傷跡の直径は、１μｍ未満であり得る。
【0086】
さらに別の態様において、ガラス物品は、ガラス基板の積層体を含み、その積層体を通じて、複数の損傷跡が形成されており、その損傷跡は、ガラス基板の各々を通じて延在し、損傷跡は、直径が約１μｍと約１００μｍの間であり、隣接する損傷跡の間の約２５μｍから約１０００μｍの間隔を有する。１つの態様において、そのガラス物品は、１０μｍを超える空気（または気体）間隙だけ隔てられた少なくとも二枚のガラス基板を含み得る。さらに、この態様において、この場合、焦線長さは、積層体の高さより長い必要がある。別の態様において、基板の積層体は、その積層体の全体を通じて異なるガラス組成の基板を含有することがある。
【0087】
別の態様において、レーザビームの下にガラス物品を平行移動させることに加え、以下に限られないが、レーザビームを送達する光学ヘッドを移動させること、検流計およびｆ－θレンズ、音響光学偏向器、空間光変調器などを使用することなど、複数の損傷跡を形成するために、ガラス物品の表面を横切ってレーザを高速移動させるための他の方法を使用することも可能である。
【0088】
いくつかの態様において、損傷跡の所望のパターンに応じて、その跡は、約５０損傷跡／秒超、約１００損傷跡／秒超、約５００損傷跡／秒超、約１，０００損傷跡／秒超、約２，０００損傷跡／秒超、約３，０００損傷跡／秒超、約４，０００損傷跡／秒超、約５，０００損傷跡／秒超、約６，０００損傷跡／秒超、約７，０００損傷跡／秒超、約８，０００損傷跡／秒超、約９，０００損傷跡／秒超、約１０，０００損傷跡／秒超、約２５，０００損傷跡／秒超、約５０，０００損傷跡／秒超、約７５，０００損傷跡／秒超、または約１００，０００損傷跡／秒超の速度で作ることができる。
【0089】
１つの態様において、前記ガラス物品にピコ秒（ｐｓ）レーザが照射される。別の態様において、照射線の波長は、５００ｎｍ以上、または５３５ｎｍ以上であり、もしくは５００ｎｍから１１００ｎｍであり、もしくは５００ｎｍ、５３５ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ、１０００ｎｍ、１０５０ｎｍ、または１１００ｎｍであり、ここで、任意の値は、ある範囲の下限および上限端点である。
【0090】
さらなる態様において、ガラス物品を照射するために、単一のレーザバーストが使用される。１つの態様において、この照射では、４０μＪから１２０μＪのバースト当たりの出力を使用し、もしくは４０μＪ、５０μＪ、６０μＪ、７０μＪ、８０μＪ、９０μＪ、１００μＪ、１１０μＪ、または１２０μＪを使用し、ここで、任意の値は、ある範囲の下限および上限端点である。別の態様において、単一のレーザバーストは、約２０、または１０～３０の範囲内のバースト数を有する。１つの態様において、ガラス物品に、４０μＪから１２０μＪの出力で、５００ｎｍから１１００ｎｍの波長を照射することができる。１つの態様において、ガラス物品に、４０μＪから１２０μＪの出力で、５００ｎｍから５５０ｎｍの波長を照射することができる。
【0091】
ここに記載されたガラス組成物に損傷跡を生成するための例示の設定およびパラメータが、実施例に与えられている。
【0092】
ｂ．エッチング
ガラス物品に損傷跡を形成した後、そのガラス物品に酸でエッチングして、損傷跡からガラス貫通ビアを生成する。酸エッチングにより、金属化または他の化学コーティングに有用である寸法を有するガラス貫通ビアを形成することができる。ここで、全ての損傷跡は、並行過程で標的直径に平行に拡大されており、この並行過程は、損傷跡を拡大して、大きい直径を有するビアを形成するために、レーザパルスの繰り返し施用を使用するよりもずっと速い。さらなる態様において、酸エッチングにより、レーザによってＴＧＶの側壁に典型的に生じる微小亀裂または他の損傷の形成を避けることによって、ＴＧＶを形成するためにレーザだけを使用するのと比べて、より強力な部品が作られる。
ガラス物品に損傷跡を形成した後、そのガラス物品に酸でエッチングして、損傷跡からガラス貫通ビアを生成する。酸エッチングにより、金属化または他の化学コーティングに有用である寸法を有するガラス貫通ビアを形成することができる。ここで、全ての損傷跡は、並行過程で標的直径に平行に拡大されており、この並行過程は、損傷跡を拡大して、大きい直径を有するビアを形成するために、レーザパルスの繰り返し施用を使用するよりもずっと速い。さらなる態様において、酸エッチングにより、レーザによってＴＧＶの側壁に典型的に生じる微小亀裂または他の損傷の形成を避けることによって、ＴＧＶを形成するためにレーザだけを使用するのと比べて、より強力な部品が作られる。
【0093】
前記ガラス物品との酸の反応による生成物は、ここで、「エッチングの副生成物」と称される。このエッチングの副生成物は、可溶性および／または不溶性化合物を含み得る。ここに用いられているように、ガラス溶解度は、エッチング液中のエッチングの副生成物の溶解度を称する。１つの態様において、「エッチング液中のガラス溶解度」は、１Ｌのエッチング液中に溶けたガラスの量である。
【0094】
１つの態様において、損傷跡を有するガラス物品が、フッ化水素酸（ＨＦ）でエッチングされる。別の態様において、そのＨＦは、ＨＦ水溶液であり、このＨＦは、水中で１質量％から５０質量％の濃度を有し、または水中で、約１質量％、５質量％、１０質量％、１５質量％、２０質量％、２５質量％、３０質量％、３５質量％、４０質量％、４５質量％、または５０質量％の濃度を有し、ここで、任意の値が、ある範囲の下限および上限端点（例えば、５質量％から２０質量％）であり得る。別の態様において、前記エッチング液は、１．０Ｍ、１．１Ｍ、１．２Ｍ、１．３Ｍ、１．４Ｍ、１．５Ｍ、１．６Ｍ、１．７Ｍ、１．８Ｍ、１．９Ｍ、または２Ｍの濃度を有するＨＦ水溶液を含み、ここで、任意の値が、ある範囲の下限および上限端点（例えば、１．３Ｍから１．５Ｍ）であり得、「Ｍ」は、モル濃度（モル／リットル）の単位の濃度を称する。
【0095】
別の態様において、前記ガラス物品は、以下に限られないが、塩化水素酸、硫酸、硝酸、酢酸、またはその任意の組合せまたは水溶液のバリエーションを含む、１種類以上の追加の酸と組み合わされたＨＦでエッチングされる。別の態様において、前記エッチング液は、０．２Ｍ、０．４Ｍ、０．６Ｍ、０．８Ｍ、１．０Ｍ、１．２Ｍ、１．４Ｍ、１．６Ｍ、１．８Ｍ、または２．０Ｍの濃度（ここで、任意の値が、ある範囲の下限および上限端点（例えば、０．６Ｍから１．０Ｍ）であり得）を有するＨＮＯ３と組み合わされた、１．０Ｍ、１．１Ｍ、１．２Ｍ、１．３Ｍ、１．４Ｍ、１．５Ｍ、１．６Ｍ、１．７Ｍ、１．８Ｍ、１．９Ｍ、または２Ｍの濃度（ここで、任意の値が、ある範囲の下限および上限端点（例えば、１．３Ｍから１．５Ｍ）であり得る）を有するＨＦ水溶液を含む。別の態様において、そのエッチング液は、約１．４５Ｍの濃度を有するＨＦおよび約０．８Ｍの濃度を有するＨＮＯ３の水溶液を含む。
【0096】
さらなる態様において、前記ガラス物品は、０℃から５０℃の温度でエッチングすることができ、または０℃、５℃、１０℃、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、または５０℃でエッチングすることができ、ここで、任意の値が、ある範囲の下限および上限端点（例えば、１０℃から３０℃）であり得る。別の態様において、そのガラス物品は、室温でエッチングすることができる。
【0097】
別の態様において、使用される酸は、１０体積％のＨＦ／１５体積％のＨＮＯ３である。さらに、別の態様において、前記ガラス物品は、ガラス物品の厚さ方向から約１００μｍの材料を除去するのに十分な時間に亘り、約２５℃でエッチングすることができる。さらなる態様において、そのガラス物品は、３０分から２時間、または４０分から１．５時間、または５０分から１時間に亘りエッチングされる。
【0098】
１つの態様において、エッチングすべきガラス物品は、酸の槽に加えられ、物理的に撹拌され得る。さらなる態様において、その撹拌は、機械的撹拌、超音波撹拌、槽内の泡立てなどの形態を取ることができる。１つの態様において、そのガラス物品は、酸浴中に浸漬することができ、４０ｋＨｚおよび８０ｋＨｚの周波数の組合せでの超音波撹拌を使用して、流体（例えば、エッチング液）の浸透および損傷跡中の流体交換を促進することができる。それに加え、超音波音場内のガラス物品の手動撹拌（例えば、機械的撹拌）を行って、超音波音場からの定常波パターンが、ガラス物品上に「ホットスポット」またはキャビテーション関連損傷を生じるのを防ぎ、またガラス物品に亘り巨視的流体流を提供することができる。
【0099】
ここに記載されたガラス組成物および他の工程条件を使用することにより、ガラス物品中のガラス貫通ビア内に集まる、エッチングの副生成物の蓄積を最小にすることが可能になる。ガラス貫通ビア内に集まる、エッチングの副生成物の蓄積により、ガラス貫通ビアの表面直径Ｄｓ（図１の３に示されるように、Ｄｓ１またはＤｓ２の小さい方である）に対して腰部直径Ｄｗが減少してしまう。ここに用いられているように、腰部直径Ｄｗは、上部直径Ｄｓ１および底部直径Ｄｓ２の間に位置するビアの最も狭い部分を称する。ガラス貫通ビア内のエッチングの副生成物の蓄積により、腰部直径Ｄｗが減少し、このことは望ましくない。
【0100】
エッチングの副生成物が不溶性化合物（すなわち、エッチング液中に不溶性である、エッチングの副生成物の部分）を含む場合に、エッチングの副生成物の蓄積が生じる。この不溶性化合物は、ＴＧＶ中に捕捉されるようになり、ＴＧＶの腰部直径Ｄｗを減少させる働きをする。このエッチングの副生成物は、典型的に、ガラス組成物中に存在する金属とエッチング液の対イオン（酸）の塩を含む。例えば、エッチング液がＨＦである場合、ガラス組成物中に存在する金属のフッ化物塩が、エッチングの副生成物として形成される。一般的なガラス組成物のエッチングの副生成物として生じるフッ化物塩として、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、フッ化アルミニウム、金属フルオロケイ酸塩、金属フルオロアルミン酸塩、および金属フルオロホウ酸塩が挙げられる。
【0101】
本開示は、エッチングの副生成物中に存在し得る異なる見込まれるフッ化物化合物のエッチング液中のガラス溶解度が様々であること、およびエッチングの副生成物中に存在する不溶性フッ化物化合物の比率は、ガラス組成物の選択により制御できることを認識している。詳しくは、不溶性化合物の比率は、低い溶解度を有するフッ化物化合物を形成するガラス組成物中の成分の濃度を最小にすることによって、減少させることができる。例えば、アルカリ土類金属のフッ化物およびフルオロアルミン酸塩化合物は、酸エッチング液中に低い溶解度を有することが知られている。１つの態様において、ここに記載されたガラス組成物は、低濃度のアルカリ土類金属（またはアルカリ土類金属酸化物ＲＯ）および／または低濃度のアルミニウム（またはＡｌ２Ｏ３）を含む。アルカリ土類金属酸化物および酸化アルミニウムの好ましい量は、先に開示されたガラス組成物において記載されている。フルオロケイ酸塩化合物は、対照的に、比較的高い溶解度を有し、１つの態様において、ここに開示されたガラス組成物は、高いシリカ（ＳｉＯ２）濃度（例えば、５０モル％超）を有する。
【0102】
いくつかの態様において、エッチングの副生成物は、ここに記載された過程および方法により生じる。いくつかの態様において、エッチングの副生成物は、エッチング液中に可溶性またはわずかに可溶性であり、このエッチングの副生成物は、所定の濃度のエッチングの副生成物が、ここに記載された過程および方法により生じるまで、エッチング液中に沈殿しない。いくつかの態様において、エッチングの副生成物は、エッチング液中の０．５ｇ／Ｌ以上のエッチングの副生成物の溶解度を有する。いくつかの態様において、エッチングの副生成物は、エッチング液の０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、または５ｇ／Ｌのエッチングの副生成物の溶解度を有し、ここで、任意の値が、範囲の下限および上限端点（例えば、１から５ｇ／Ｌ、２から４ｇ／Ｌ）であり得る。
【0103】
いくつかの態様において、エッチングの副生成物の溶解度を決定するために使用されるエッチング液は、水、ＨＦ、およびＨＮＯ３を含む。いくつかの態様において、エッチングの副生成物の溶解度を決定するために使用されるエッチング液は、水、０．１Ｍから３Ｍ、０．５Ｍから１．８Ｍ、１Ｍから１．６Ｍ、または１．３Ｍから１．５Ｍの濃度のＨＦ、および０．１Ｍから３Ｍ、０．２Ｍから１．５Ｍ、０．５Ｍから１Ｍ、または０．６Ｍから０．９Ｍの濃度のＨＮＯ３からなる。いくつかの態様において、エッチングの副生成物の溶解度を決定するために使用されるエッチング液は、水、０．１Ｍから２Ｍ、０．５Ｍから１．８Ｍ、１Ｍから１．６Ｍ、または１．３Ｍから１．５Ｍの濃度のＨＦ、および０．１Ｍから２Ｍ、０．２Ｍから１．５Ｍ、０．５Ｍから１Ｍ、または０．６Ｍから０．９Ｍの濃度のＨＮＯ３からなり、エッチングの副生成物の溶解度は、２０℃で決定される。いくつかの態様において、エッチングの副生成物の溶解度を決定するために使用されるエッチング液は、水、１．４５Ｍの濃度のＨＦ、および０．８Ｍの濃度のＨＮＯ３からなり、エッチングの副生成物の溶解度は、２０℃で決定される。特に明記のない限り、エッチングの副生成物の溶解度は、特定の過程について、その過程中にエッチングが行われる最低温度を使用して決定される。
【0104】
１つの態様において、前記ガラス物品のエッチング速度は、ガラス貫通ビアの腰部直径に影響を与え得る。図１を参照すると、ガラス物品は、損傷を受けていないガラス（レーザ処理が行われていないガラスの部分）により取り囲まれた損傷跡（点線により示され、レーザ処理が行われたガラスの部分に対応する）を含む。図１の２に示されるように、その損傷跡は、エッチング速度Ｅ１を有し、損傷を受けていないガラスは、エッチング速度Ｅ２を有する。損傷を受けていないガラスに対する損傷跡の物理的または化学的状態の差のために、エッチング速度Ｅ１およびＥ２は異なる（例えば、図１の３を参照のこと）。典型的に、損傷跡は、エッチング液（例えば、酸溶液）の反応性を向上させる構造欠陥を高濃度で含むので、Ｅ１＞Ｅ２である。エッチングの副生成物が損傷跡内に蓄積すると、エッチング速度Ｅ１が減少する。エッチング速度Ｅ１をエッチング速度Ｅ２に対して変えることによって、ビアの腰部直径Ｄｗを調節する（すなわち、増減させる）ことができる。
【0105】
１つの態様において、エッチング速度比Ｅ１：Ｅ２を使用して、ＴＧＶの腰部直径Ｄｗを調節することができる。１つの態様において、エッチング速度比Ｅ１：Ｅ２は、１から５０であり、または約１０、２０、３０、４０、または５０であり、ここで、任意の値が、範囲の下限および上限端点（例えば、５から５０、１０から４０、または１５から３０）であり得る。別の態様において、エッチング速度比Ｅ１：Ｅ２は、１０超、２０超、３０超、または４０超である。
【0106】
別の態様において、例えば、約２μｍ／分未満のエッチング速度Ｅ２により、特に、未使用のエッチング液と交換し、溶けた材料（例えば、エッチングの副生成物の可溶性化合物）を、レーザにより最初に形成されたときに典型的に非常に狭い、損傷跡から除去するために撹拌と組み合わされた場合、エッチング液（例えば、酸溶液）が、損傷跡に十分に浸透することができる。この態様において、損傷跡は、ガラス物品の厚さの端から端まで（すなわち、深さ方向または損傷跡の長さの端から端まで）、ほぼ同じ速度でエッチング中に広がる。いくつかの態様において、エッチング速度Ｅ２は、約５μｍ／分未満の速度、または約２μｍ／分未満の速度など、約１０μｍ／分未満の速度であり得る。
【0107】
１つの態様において、エッチング速度Ｅ１およびＥ２は、エッチング液中の酸濃度を調節することによって、制御できる。他の態様において、エッチング槽中のガラス物品の向き、機械的撹拌、および／またはエッチング液への界面活性剤の添加を変更して、エッチング速度Ｅ１およびＥ２並びに損傷跡を拡大することによって形成されるＴＧＶの属性を調節することができる。いくつかの態様において、エッチング液は超音波撹拌され、ガラス物品は、損傷跡の均一なエッチングを促進するために、損傷跡の上部と底部の開口が、超音波に実質的に均一に曝露されるように、エッチング槽内で方向付けられ、エッチング液中に位置付けられる。例えば、超音波振動子がエッチング槽の底部に配置されている場合、ガラス物品は、損傷跡を有するガラス物品の表面が、エッチング槽の底部と平行でいるよりも、エッチング槽の底部と垂直であるように、エッチング槽内に方向付けることができる。いくつかの態様において、エッチング槽は、損傷跡のエッチングの均一性を改善するために、ｘ、ｙ、およびｚ方向に機械的に撹拌することができる。いくつかの態様において、ｘ、ｙ、およびｚ方向の機械的撹拌は、連続的であり得る。
【0108】
ここに記載されたガラス組成物および加工条件を使用すると、腰部直径Ｄｗが表面直径Ｄｓに近づき、図１に示されるように、ＤｓがＤｓ１およびＤｓ２の小さい方に対応する、ＴＧＶをガラス物品中に生じることができる。１つの態様において、Ｄｓ１とＤｓ２の比は、０．９：１、０．９５：１、０．９９：１、または１：１である。別の態様において、表面直径（Ｄｓ）と腰部直径（Ｄｗ）の比は、１：１から２：１、または１：１、１．１：１、１．２：１、１．３：１、１．４：１、１．５：１、１．６：１、１．７：１、１．８：１、１．９：１、または２：１であり、ここで、任意の値が、範囲の下限および上限端点（例えば、１．２：１から１．８：１）であり得る。
【0109】
別の態様において、腰部直径Ｄｗは、ビアの表面直径Ｄｓの約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、約６５％以上、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上、または約１００％であり、ここで、ＤｓはＤｓ１およびＤｓ２の小さい方に対応する。別の態様において、孔の腰部直径Ｄｗは、ビアの表面直径Ｄｓの５０％から１００％、５０％から９５％、５０％から９０％、５０％から８５％、５０％から８０％、５０％から７５％、５０％から７０％、５５％から１００％、５５％から９５％、５５％から９０％、５５％から８５％、５５％から８０％、５５％から７５％、５５％から７０％、６０％から１００％、６０％から９５％、６０％から６０％、６０％から８５％、６０％から８０％、６０％から７５％、６０％から７０％、６５％から１００％、６５％から９５％、６５％から９０％、６５％から８５％、６５％から８０％、６５％から７５％、６５％から７０％、７０％から１００％、７０％から９５％、７０％から９０％、７０％から８５％、７０％から８０％、７０％から７５％、７５％から１００％、７５％から９５％、７５％から９０％、７５％から８５％、７５％から８０％、８０％から１００％、８０％から９５％、８０％から９０％、８０％から８５％、８５％から１００％、８５％から９５％、８５％から９０％、９０％から１００％、９０％から９５％、または９５％から１００％であり、ここで、任意の値が、範囲の下限および上限端点であり得、ＤｓがＤｓ１およびＤｓ２の小さい方に対応する。
【0110】
いくつかの態様において、損傷跡の湿潤性を高めるために、エッチング液に界面活性剤を添加することができる。理論で束縛する意図はないが、界面活性剤により湿潤性を高めると、損傷跡中へのエッチング液の拡散時間が減少し、ＴＧＶの表面直径Ｄｓに対するＴＧＶの腰部直径Ｄｗの比を増加させることができる。いくつかの態様において、界面活性剤は、エッチング液中に溶け込み、エッチング液中の酸と反応しない、どの適切な界面活性剤であっても差し支えない。いくつかの実施の形態において、界面活性剤は、Ｃａｐｓｔｏｎｅ（登録商標）ＦＳ－５０または「Ｃａｐｓｔｏｎｅ」ＦＳ－５４である。いくつかの態様において、界面活性剤のｍＬ／エッチング液のＬを単位とする界面活性剤の濃度は、約１、約１．１、約１．２、約１．３、約１．４、約１．５、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２、またはそれより大きい。
【0111】
ガラス貫通ビアの各表面直径Ｄｓ（すなわち、Ｄｓ１およびＤｓ２）は、加工条件に応じて、異なり得る。１つの態様において、ＴＧＶの各表面直径Ｄｓは、１０μｍから１００μｍである。別の態様において、ＴＧＶの各表面直径Ｄｓは、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍ、６５μｍ、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ、８５μｍ、９０μｍ、９５μｍ、または１００μｍであり、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、２０μｍから８０μｍ）であり得る。別の態様において、ＴＧＶの表面直径Ｄｓは、１０μｍから１００μｍである。別の態様において、ＴＧＶの腰部直径Ｄｗは、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍ、６５μｍ、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ、８５μｍ、または９０μｍであり、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１０μｍから９０μｍ、または２０から８０μｍまたは３μｍから７０μｍ）であり得る。
【0112】
前記ガラス物品は、複数のガラス貫通ビアを有し得る。１つの態様において、隣接するビアの間の間隔（中心間距離）は、約１０μｍ以上、または約２０μｍ以上、または約３０μｍ以上、または約４０μｍ以上、または約５０μｍ以上、または１０μｍから１００μｍの範囲、または２０μｍから９０μｍの範囲にある。
【0113】
またさらなる態様において、前記ガラス物品は、ここに開示されたガラス組成物からなる単一ガラスシートである。１つの態様において、このガラスシートは、５０μｍから５００μｍの厚さを有し、または約５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、または５００μｍの厚さを有し、ここで、任意の値が、下限および上限端点（例えば、１００μｍから３００μｍ）であり得る。他の態様において、そのガラス物品は、二枚以上のガラスシートからなり得、そのシートの内の１つ以上は、ここに開示された厚さを有する、ここに開示されたガラス組成物からなる。
【0114】
１つの態様において、前記ガラス貫通ビアは、約１：１以上、約２：１以上、約３：１以上、約４：１以上、約５：１以上、約６：１以上、約７：１以上、約８：１以上、約９：１以上、約１０：１以上、約１１：１以上、約１２：１以上、約１３：１以上、約１４：１以上、約１５：１以上、約１６：１以上、約１７：１以上、約１８：１以上、約１９：１以上、約２０：１以上、約２５：１以上、約３０：１以上、または約３５：１以上のアスペクト比（長さ対直径の比）を有する。別の態様において、このガラス貫通ビアのアスペクト比は、約５：１から約１０：１、約５：１から約２０：１、約５：１から約３０：１、または約１０：１から２０：１、または約１０：１から３０：１の範囲にあり得る。
【0115】
損傷跡を拡大して、直径ＤｗおよびＤｓを有するＴＧＶを形成する、ガラス物品の酸エッチングには、多数の利益があり得る：１）酸エッチングは、ＴＧＶを、実用的に金属化し、インターポーザに使用するのには小さすぎるサイズ（例えば、初期損傷跡について、約１μｍ）から、より都合よいサイズ（例えば、５μｍ以上）に変える；２）エッチングは、ガラスを通る不連続な損傷跡として始まることのある形態をとり、それをエッチングして、連続ガラス貫通ビアを形成することができる；３）エッチングは、部品内の損傷跡の全てが同時に拡大されて、ＴＧＶを形成する高度に並行な過程であり、これは、より多くの材料を連続的に除去して、損傷跡を拡大するために、レーザが損傷跡を何回も再訪しなければならない場合にかかるであろうよりもずっと速い；および４）エッチングは、特に、繰り返しのまたは長期のレーザ施用により生じるであろうＴＧＶの側壁における、ガラス物品内のどのエッジまたは小さい割れ目も丸くするのに役立ち、材料の全体的な強度および信頼性を増す。
【0116】
ＩＩＩ．ＴＧＶを有するガラス物品の用途
１つの態様において、ＴＧＶを有するガラス物品は、一旦形成されたら、次に、ガラス物品から製造されたインターポーザを作るために、例えば、金属化により、導電性材料で被覆および／または導電性材料が充填されることがある。ここに用いられているように、「金属化」は、物体の表面上に金属または他の導電性材料を被覆する、もしくはＴＧＶに金属または導電性材料を充填する技術を称する。金属化およびＴＧＶを通るその後の導電性は、表面直径：腰部直径の比（Ｄｓ：Ｄｗ）が１に近づき、ＴＧＶの形状がより円筒になり、ＴＧＶ内の金属または導電性材料の断面積が均一になる場合に改善される。
１つの態様において、ＴＧＶを有するガラス物品は、一旦形成されたら、次に、ガラス物品から製造されたインターポーザを作るために、例えば、金属化により、導電性材料で被覆および／または導電性材料が充填されることがある。ここに用いられているように、「金属化」は、物体の表面上に金属または他の導電性材料を被覆する、もしくはＴＧＶに金属または導電性材料を充填する技術を称する。金属化およびＴＧＶを通るその後の導電性は、表面直径：腰部直径の比（Ｄｓ：Ｄｗ）が１に近づき、ＴＧＶの形状がより円筒になり、ＴＧＶ内の金属または導電性材料の断面積が均一になる場合に改善される。
【0117】
１つの態様において、金属または導電性材料の例としては、銅、アルミニウム、金、銀、鉛、スズ、インジウムスズ酸化物、もしくはその組合せまたは合金が挙げられる。別の態様において、ＴＧＶの内部を金属化するのに使用される過程は、例えば、電気メッキ、化学メッキ、物理的気相成長法、化学的気相成長法、または蒸発被覆が挙げられる。代わりの態様において、ＴＧＶは、白金、パラジウム、二酸化チタンなどの触媒材料、またはＴＧＶ内の化学反応を促進させて、金属化を促進させる他の材料で被覆される、または裏打ちされることもある。さらに別の態様において、ＴＧＶは、表面湿潤特性を変えるように、もしくは生体分子の付着および生化学分析への使用を可能にするように、化学的官能化で被覆または裏打ちされることがある。さらに、この態様において、そのような化学的官能化は、ＴＧＶのガラス表面のシラン化、および／または所望の用途のためにＴＧＶの表面への生体分子の付着を促進するように設計された、特定のタンパク質、抗体、または他の生物学的に特異的な分子の追加の付着であり得る。
【0118】
別の態様において、前記ガラス組成物は、損失正接を減少させるために、変更できる。低い損失正接は、回路の要素（例えば、インターポーザ）が少量の誘発吸収を示すことを意味する。１つの態様において、ガラス組成物中のＢ２Ｏ３の量を増加させると、ガラスの損失正接が減少する。この態様は、実施例においてさらに述べられている。
【実施例】
【0119】
以下の実施例は、ここに記載され、請求項に挙げられた化合物、組成物、および方法がどのように作られ、評価されるかの完全な開示および記載を当業者に与えるように述べられており、純粋に例示であることが意図され、ここに開示された発見の範囲を限定する意図はない。数（例えば、量、温度など）に関する精度を確実にする努力を行ってきたが、ある程度の誤差および偏差を考慮すべきである。特に明記のない限り、部は、質量部であり、温度は、℃で表されるか、周囲温度であり、圧力は、大気圧または大気圧に近い。反応条件（例えば、成分の濃度、所望の溶媒、溶媒混合物、温度、圧力、および他の反応範囲と条件）の多数のバリエーションおよび組合せを使用して、記載された過程から得られる生成物の純度および収量を最大にすることができる。そのような工程条件を最適化するために、妥当な所定の実験しか必要ないであろう。
【0120】
実施例１：ガラス組成物
ここに評価されたＡｌ２Ｏ３およびＲＯ（ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯの総量）を有するケイ酸塩ガラスが、表１および２に与えられている。表１に列挙されていない２つのガラス試料も評価した。試料４および５は、それぞれ、Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）ガラスおよびＩＲＩＳ（商標）ガラス（両方とも、ニューヨーク州、コーニング所在のＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄより入手できる）の試料であった。
ここに評価されたＡｌ２Ｏ３およびＲＯ（ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯの総量）を有するケイ酸塩ガラスが、表１および２に与えられている。表１に列挙されていない２つのガラス試料も評価した。試料４および５は、それぞれ、Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）ガラスおよびＩＲＩＳ（商標）ガラス（両方とも、ニューヨーク州、コーニング所在のＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄより入手できる）の試料であった。
【0121】
【表1】
【0122】
【表2】
【0123】
実施例２：レーザ損傷試験
エッチング前に、表１および２のケイ酸塩ガラスにレーザ処理過程を行って、損傷跡を形成した。レーザ処理のパラメータが、表３に与えられている。異なるバーストエネルギーが、異なるＴＧＶのＤｗ値をもたらした（下記の実施例３および４を参照のこと）。５３２ｎｍの波長で作動するＣｏｈｅｒｅｎｔ Ｈｙｐｅｒ－Ｒａｐｉｄ－５０ピコ秒レーザを備えたシステムを使用して、ガラス試料にレーザ処理を施して、損傷跡を形成した。ビーム送達光学素子は、ガウスベッセルレーザビーム焦線を作るように構成した。ビーム伝搬軸に沿った光学強度分布は、０．７４ｍｍの半値全幅であり、スポットサイズは、ガウスベッセルレーザビームの断面プロファイルにおける最初のヌルまたは最小強度の直径により測定して、１．２μｍの直径であった。各損傷跡は、基板を、２０のレーザパルスを含む単一レーザバースト（バースト数＝２０）に曝露することによって形成し、ここで、各バーストは、７．２ピコ秒の持続時間を有し、各バースト内のパルス間の時間間隔は２０ナノ秒であった。１６μＪから１０８μＪに及ぶ、様々なバーストエネルギーを有するレーザバーストを各実験に使用した。この試験に使用したバーストエネルギーが、表３に示されている。各損傷跡の間の間隔は１５０μｍであった。
エッチング前に、表１および２のケイ酸塩ガラスにレーザ処理過程を行って、損傷跡を形成した。レーザ処理のパラメータが、表３に与えられている。異なるバーストエネルギーが、異なるＴＧＶのＤｗ値をもたらした（下記の実施例３および４を参照のこと）。５３２ｎｍの波長で作動するＣｏｈｅｒｅｎｔ Ｈｙｐｅｒ－Ｒａｐｉｄ－５０ピコ秒レーザを備えたシステムを使用して、ガラス試料にレーザ処理を施して、損傷跡を形成した。ビーム送達光学素子は、ガウスベッセルレーザビーム焦線を作るように構成した。ビーム伝搬軸に沿った光学強度分布は、０．７４ｍｍの半値全幅であり、スポットサイズは、ガウスベッセルレーザビームの断面プロファイルにおける最初のヌルまたは最小強度の直径により測定して、１．２μｍの直径であった。各損傷跡は、基板を、２０のレーザパルスを含む単一レーザバースト（バースト数＝２０）に曝露することによって形成し、ここで、各バーストは、７．２ピコ秒の持続時間を有し、各バースト内のパルス間の時間間隔は２０ナノ秒であった。１６μＪから１０８μＪに及ぶ、様々なバーストエネルギーを有するレーザバーストを各実験に使用した。この試験に使用したバーストエネルギーが、表３に示されている。各損傷跡の間の間隔は１５０μｍであった。
【0124】
【表3】
【0125】
実施例３：ガラスエッチング特性
レーザ処理後、ガラス試料を、以下のようにエッチングした。各ガラス試料の４００μｍ厚の試験片を、実施例５の手順を使用して、厚さが３００μｍに減少するまで、１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３中において室温で静的にエッチングした。ガラス溶解度を測定するためにも、実施例５の手順を使用した。エッチング時間を記録した。ほとんどの場合、最終的な上部直径（Ｄ１）は８０μｍに近かった。光学顕微鏡を使用して、腰部直径および最終厚さを測定した。
レーザ処理後、ガラス試料を、以下のようにエッチングした。各ガラス試料の４００μｍ厚の試験片を、実施例５の手順を使用して、厚さが３００μｍに減少するまで、１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３中において室温で静的にエッチングした。ガラス溶解度を測定するためにも、実施例５の手順を使用した。エッチング時間を記録した。ほとんどの場合、最終的な上部直径（Ｄ１）は８０μｍに近かった。光学顕微鏡を使用して、腰部直径および最終厚さを測定した。
【0126】
以下の手順を使用して、スラッジ／ガラス転換率を計算した。「スラッジ」という用語は、エッチングの副生成物の不溶性部分を称するために使用される。スラッジ濃度（グラム／エッチング液のＬ）を、異なる入力ガラス濃度（グラム／Ｌ）で測定した。スラッジ／ガラス転換率は、エッチング液中のガラスの飽和溶液を形成するために溶解度限界に対応する量でエッチング液にガラスを添加することによって決定した。次に、追加の質量のガラスを飽和エッチング液に加え、形成されたスラッジの質量を決定した。スラッジ／ガラス転換率は、これらの条件下で、添加された追加のガラスの質量に対する、形成されたスラッジの質量の比である。例えば、飽和エッチング液に４グラム／Ｌのガラスが添加された後に、１グラム／Ｌのスラッジが生成された場合、スラッジ／ガラス転換率は、０．２５である。スラッジ濃度および入力ガラス濃度で異なる、少なくとも２から３のデータ点を得た。スラッジ濃度（Ｙ軸）を、入力ガラス濃度（Ｘ軸）に対してプロットした。そのプロットの勾配がスラッジ／ガラス転換率であり、Ｘ軸での切片が、エッチング液中のガラス溶解度である。
【0127】
【表4】
【0128】
実施例４：異なるレーザ損傷条件での異なるガラス組成物の比較
ガラス組成物４および８に、異なるエネルギーのバーストを使用して、レーザ処理を行い、実施例２および５に記載されたようにエッチングした。６８μＪおよび７９μＪのバーストエネルギーでのレーザ処理およびエッチング後に、２つのガラス組成物について、Ｄｗ値を決定した（図２Ａ～２Ｅ）。ガラス組成物４および８のエッチングしたガラスの溶解度は、実施例５の手順を使用して決定して、それぞれ、３．４ｇ／Ｌおよび１３ｇ／Ｌ超であった。各ガラス試料は、エッチング前に、４００μｍの厚さを有した。このエッチング過程により、試料から約１００μｍの厚さが除去された。ＴＧＶの最終的な上部直径Ｄｓ１は、両方のガラス組成物において約８０μｍであった。ガラス組成物８（図２Ａに示された正方形）は、ガラス組成物４（図２Ａの菱形）と比べて、ある範囲のレーザ損傷条件に亘り一貫して高いＤｗ値を示した。それぞれ、６８μＪおよび７９μＪのエネルギーを有するレーザバーストで損傷を受けたガラス組成物４の側面プロファイルが、図２Ｂおよび２Ｃから分かるのに対し、それぞれ、６８μＪおよび７９μＪのレーザバーストで損傷を受けたガラス組成物８の側面プロファイルが、図２Ｄおよび２Ｅから分かる。図２Ｂ～２Ｅにおいて、明るい領域が、損傷を受けていないガラスに対応し、ビアが、明るい領域の間の暗い領域に対応する。図２Ｂ～２Ｅの透視図において、ガラス試料は、ガラス試料の厚さが、明るいスポットの水平長さに対応するように方向付けられている。ＴＧＶのほぼ砂時計の形状が明白であり、ＴＧＶの上部直径Ｄｓ１（ＴＧＶの左側）および底部直径Ｄｓ２（ＴＧＶの右側）は、ほぼ等しい。
ガラス組成物４および８に、異なるエネルギーのバーストを使用して、レーザ処理を行い、実施例２および５に記載されたようにエッチングした。６８μＪおよび７９μＪのバーストエネルギーでのレーザ処理およびエッチング後に、２つのガラス組成物について、Ｄｗ値を決定した（図２Ａ～２Ｅ）。ガラス組成物４および８のエッチングしたガラスの溶解度は、実施例５の手順を使用して決定して、それぞれ、３．４ｇ／Ｌおよび１３ｇ／Ｌ超であった。各ガラス試料は、エッチング前に、４００μｍの厚さを有した。このエッチング過程により、試料から約１００μｍの厚さが除去された。ＴＧＶの最終的な上部直径Ｄｓ１は、両方のガラス組成物において約８０μｍであった。ガラス組成物８（図２Ａに示された正方形）は、ガラス組成物４（図２Ａの菱形）と比べて、ある範囲のレーザ損傷条件に亘り一貫して高いＤｗ値を示した。それぞれ、６８μＪおよび７９μＪのエネルギーを有するレーザバーストで損傷を受けたガラス組成物４の側面プロファイルが、図２Ｂおよび２Ｃから分かるのに対し、それぞれ、６８μＪおよび７９μＪのレーザバーストで損傷を受けたガラス組成物８の側面プロファイルが、図２Ｄおよび２Ｅから分かる。図２Ｂ～２Ｅにおいて、明るい領域が、損傷を受けていないガラスに対応し、ビアが、明るい領域の間の暗い領域に対応する。図２Ｂ～２Ｅの透視図において、ガラス試料は、ガラス試料の厚さが、明るいスポットの水平長さに対応するように方向付けられている。ＴＧＶのほぼ砂時計の形状が明白であり、ＴＧＶの上部直径Ｄｓ１（ＴＧＶの左側）および底部直径Ｄｓ２（ＴＧＶの右側）は、ほぼ等しい。
【0129】
実施例５：エッチング液中のガラス溶解度の決定
エッチング液（１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３）中のガラス溶解度を評価した。エッチング液は、損傷跡をエッチングして、ＴＧＶを形成するためのエッチング速度比Ｅ１／Ｅ２に影響を与える。エッチング速度Ｅ２が比較的遅い場合、エッチング液は、損傷跡中に深く拡散して、ＴＧＶの深さに沿って半径方向（すなわち、ＴＧＶの深さ方向に垂直な方向）に損傷跡（またはそれから形成されたＴＧＶ）をより均一に拡大させ得る。エッチング速度Ｅ２が速い場合、エッチング液の比例して大きい割合が、ＴＧＶの入口（上部直径Ｄｓ１または底部直径Ｄｓ２の近傍）で消費され、ＴＧＶの深さ方向に浸透するエッチング液が少なくなり、表面直径Ｄｓに対してＤｗが小さくなる。
エッチング液（１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３）中のガラス溶解度を評価した。エッチング液は、損傷跡をエッチングして、ＴＧＶを形成するためのエッチング速度比Ｅ１／Ｅ２に影響を与える。エッチング速度Ｅ２が比較的遅い場合、エッチング液は、損傷跡中に深く拡散して、ＴＧＶの深さに沿って半径方向（すなわち、ＴＧＶの深さ方向に垂直な方向）に損傷跡（またはそれから形成されたＴＧＶ）をより均一に拡大させ得る。エッチング速度Ｅ２が速い場合、エッチング液の比例して大きい割合が、ＴＧＶの入口（上部直径Ｄｓ１または底部直径Ｄｓ２の近傍）で消費され、ＴＧＶの深さ方向に浸透するエッチング液が少なくなり、表面直径Ｄｓに対してＤｗが小さくなる。
【0130】
所望のＤｗ値および／またはより高いＤｗ／Ｄｓ比を有するＴＧＶの形成をどれが最も示しそうかを決定するために、様々なガラス組成物について、溶解度の研究を行った。特定のエッチング液中（例えば、１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３中）でのガラス溶解度は、下記にように定義される：固体沈殿物を示さない（固体沈殿物は０．１ｇ／Ｌ未満である）規定の温度（室温、約２０℃）での１リットルのエッチング液に加えられるガラスの最大量。ここに使用されるガラス溶解度の単位は、エッチング液１リットル当たりのガラスのグラム数、すなわち、ｇ／Ｌである。
【0131】
エッチング液中のガラス溶解度を測定するために、以下の手順を使用した。
【0132】
４ｇ／Ｌ、７ｇ／Ｌ、１０ｇ／Ｌ、および（必要であれば）１３ｇ／Ｌの濃度でガラス粉末（１００メッシュ）／エッチング液混合物を調製した。ガラスの溶解中のＨＦの損失を補うために、追加のＨＦを添加した。一般に、１０グラムのガラス粉末を溶かす毎に、０．８モル～１モルの追加のＨＦを添加する。例えば、１０ｇ／Ｌのガラスとエッチング液の混合物に１モルの追加のＨＦを添加して、ガラスの溶解中に生じたＨＦの消費を補った。
【0133】
この混合物を５日間に亘り撹拌して、ガラス粉末とエッチング液との間の完全な反応を確実にした。沈殿物（すなわち、不溶性のエッチングの副生成物）を１日間に亘り沈降により容器の底に層化させた。この不溶性のエッチングの副生成物を遠心分離によって分離し、空気中で乾燥させ、質量を測定した。ガラス／エッチング液濃度（Ｘ軸）および不溶性のエッチングの副生成物の質量（Ｙ軸）のプロットを作成した。Ｘ軸の切片が、沈殿物を示さずにエッチング液に添加できるガラスの最大量（ｇ／Ｌ）である。この値が、報告されたエッチング液中のガラス溶解度である。異なるガラス試料について、溶解度の研究結果および追加の実験パラメータが、それぞれ、表４および表５に与えられている。
【0134】
【表5】
【0135】
図３Ａおよび３Ｂは、異なるエッチング速度で形成されたＴＧＶの側面プロファイル（垂直に向けられた）を示し、ここで、エッチング速度は、エッチングの前後のガラスの厚さの変化を測定することによって決定される。図３Ａ（表１のガラス組成物４）は、エッチング速度が０．９μｍ／分未満である場合のガラス貫通ビアの側面プロファイルを示す。エッチング速度Ｅ２が比較的遅い場合、エッチング液は、先に記載したように、ビア中深くに拡散し、ＴＧＶ（または損傷跡）の腰部直径Ｄｗを拡大させ得る。図３Ｂ（表１のガラス組成物２）は、エッチング速度が０．９μｍ／分より速い場合のガラス貫通ビアの側面プロファイルを示す。エッチング速度Ｅ２が速い場合、エッチング液は、エッチング液がＴＧＶ中に入る地点に隣接するＴＧＶ（または損傷跡）の部分で著しく消費される。上面および底面に近い半径方向の効率的なエッチングは、エッチング速度を消費し、ビアの深さ（長さ）方向におけるエッチング液の浸透を阻害する。その結果、ビアの腰部直径Ｄｗは、表面直径Ｄｓと比べて減少している。この効果が、図３Ｂのガラスの腰部直径Ｄｗを図３Ａのガラスの腰部直径Ｄｗと比較した場合、明白である。
【0136】
図３Ｃは、エッチング液（１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３）中のガラス溶解度と、エッチング速度比との間の相関関係のグラフである。エッチング速度比は、エッチング速度Ｅ２を減少させることによって（正方形（Ｅ２＜０．２５μｍ／分）、菱形（０．２５μｍ／分＜Ｅ２＜０．９μｍ／分）、および三角形（Ｅ２＞０．９μｍ／分）の記号を比較する）、著しく改善することができる。エッチング速度Ｅ２が速すぎると（三角形）、ガラス溶解度の変化は、エッチング速度比に著しく影響しない。エッチング速度Ｅ２が０．２５μｍ／分と０．２９μｍ／分の間である場合、ガラス溶解度が増加すると、エッチング速度比も増加する。
【0137】
さらに、エッチング速度Ｅ２およびＴＧＶ（表面直径Ｄｓ＝９０μｍおよび厚さ３００μｍのガラスシート試料）のエッチング液中のガラス溶解度に関係する、Ｄｗの等高線プロットである、図４から分かるように、腰部直径Ｄｗは、エッチング速度Ｅ２を低下させるか、またはエッチング液（１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３）中のガラス溶解度を増加させることによって、より効果的に増加させることができる。μｍの単位で表された腰部直径Ｄｗに対応して、２５．０、３０．０、３５．０、４０．０、および４５．０の数が付された等高線を使用して、等値面が示されている。黒の点は、測定値を表す。
【0138】
実施例６：エッチング液中のガラス溶解度に対するガラス組成の影響
ガラス組成は、エッチング液中のガラス溶解度にも影響を与え得る。図５は、室温での１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３中のガラス溶解度に対するＡｌ２Ｏ３のモルパーセント（左の軸）およびアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）のモルパーセント（横軸）の影響を示し、一番左よりの等高線（等高線ラベル１２）は、エッチング液中の最適ガラス溶解度を示す。黒の点は、ｇ／Ｌの単位で表された１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３のエッチング液中のガラス溶解度の測定値を表す。等高線ラベルは、ｇ／Ｌの単一で表された同じエッチング液中のガラス溶解度にも対応する。Ａｌ２Ｏ３およびＲＯのモルパーセントが減少した組成が、エッチング液中の最高のガラス溶解度を示した。
ガラス組成は、エッチング液中のガラス溶解度にも影響を与え得る。図５は、室温での１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３中のガラス溶解度に対するＡｌ２Ｏ３のモルパーセント（左の軸）およびアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）のモルパーセント（横軸）の影響を示し、一番左よりの等高線（等高線ラベル１２）は、エッチング液中の最適ガラス溶解度を示す。黒の点は、ｇ／Ｌの単位で表された１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３のエッチング液中のガラス溶解度の測定値を表す。等高線ラベルは、ｇ／Ｌの単一で表された同じエッチング液中のガラス溶解度にも対応する。Ａｌ２Ｏ３およびＲＯのモルパーセントが減少した組成が、エッチング液中の最高のガラス溶解度を示した。
【0139】
実施例７：アルカリ金属を含まないホウケイ酸ガラスに関する、Ｂ２Ｏ３の濃度による電子特性の相関関係
Ａｌ２Ｏ３およびＲＯのモルパーセントが減少した組成が、ＴＧＶに好ましく大きい比Ｄｗ：Ｄｓを与える。しかしながら、ＲＯを減少させたり、なくしたりすると、ガラス組成物の電子特性に悪影響が及ぶかもしれない。例えば、アルカリ土類金属酸化物がガラス組成から除去されると、損失正接が悪影響を受ける。本開示の過程において、アルカリ金属を含まないガラス組成物の損失正接は、ホウ酸塩（Ｂ２Ｏ３）濃度を増加させることによって、減少させられることが発見された。図６は、モル％で表されたＢ２Ｏ３に対する損失正接のプロットを示す。一般に、低い損失正接の性能は、ホウ酸塩濃度を増加させることによって達成することができる。１つの態様において、ホウ酸塩濃度は、５モル％より高い、または１０モル％より高い。
Ａｌ２Ｏ３およびＲＯのモルパーセントが減少した組成が、ＴＧＶに好ましく大きい比Ｄｗ：Ｄｓを与える。しかしながら、ＲＯを減少させたり、なくしたりすると、ガラス組成物の電子特性に悪影響が及ぶかもしれない。例えば、アルカリ土類金属酸化物がガラス組成から除去されると、損失正接が悪影響を受ける。本開示の過程において、アルカリ金属を含まないガラス組成物の損失正接は、ホウ酸塩（Ｂ２Ｏ３）濃度を増加させることによって、減少させられることが発見された。図６は、モル％で表されたＢ２Ｏ３に対する損失正接のプロットを示す。一般に、低い損失正接の性能は、ホウ酸塩濃度を増加させることによって達成することができる。１つの態様において、ホウ酸塩濃度は、５モル％より高い、または１０モル％より高い。
【0140】
この公報を通じて、様々な刊行物が引用されている。これらの刊行物の全体としての開示は、ここでの方法、組成物、および化合物をより十分に記載するために、本明細書により引用により含まれる。
【0141】
ここに記載された材料、方法、および物品に様々な改変および変更を行うことができる。ここに記載された材料、方法、および物品の他の態様が、明細書の検討、並びにここに開示された材料、方法、および物品の実施から明白であろう。明細書および実施例は、例示であると考えることが意図されている。
【0142】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0143】
実施形態１
１つ以上のガラス貫通ビアを含むケイ酸塩ガラス物品において、
（ａ）前記ガラス貫通ビアは、第１の表面直径（ＤＳ１）、第２の表面直径（ＤＳ２）、および腰部直径（Ｄｗ）を有し、ＤＳ１／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、ＤＳ２／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、
（ｂ）前記ケイ酸塩ガラスは、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せであり、
（ｃ）前記ケイ酸塩ガラスは、５０モル％以上の量のＳｉＯ２を含む、
ケイ酸塩ガラス物品。
１つ以上のガラス貫通ビアを含むケイ酸塩ガラス物品において、
（ａ）前記ガラス貫通ビアは、第１の表面直径（ＤＳ１）、第２の表面直径（ＤＳ２）、および腰部直径（Ｄｗ）を有し、ＤＳ１／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、ＤＳ２／Ｄｗの比は１：１から２：１であり、
（ｂ）前記ケイ酸塩ガラスは、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せであり、
（ｃ）前記ケイ酸塩ガラスは、５０モル％以上の量のＳｉＯ２を含む、
ケイ酸塩ガラス物品。
【0144】
実施形態２
前記ケイ酸塩ガラス中のＢ２Ｏ３の量が、少なくとも１０モル％である、実施形態１に記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＢ２Ｏ３の量が、少なくとも１０モル％である、実施形態１に記載の物品。
【0145】
実施形態３
前記ケイ酸塩ガラス中のＢ２Ｏ３の量が、５モル％から３０モル％である、実施形態１に記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＢ２Ｏ３の量が、５モル％から３０モル％である、実施形態１に記載の物品。
【0146】
実施形態４
前記ケイ酸塩ガラス中のＢ２Ｏ３の量が、５モル％から２０モル％である、実施形態１に記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＢ２Ｏ３の量が、５モル％から２０モル％である、実施形態１に記載の物品。
【0147】
実施形態５
前記ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、７．５モル％未満である、実施形態１から４のいずれか１つに記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、７．５モル％未満である、実施形態１から４のいずれか１つに記載の物品。
【0148】
実施形態６
前記ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、５モル％未満である、実施形態１から４のいずれか１つに記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、５モル％未満である、実施形態１から４のいずれか１つに記載の物品。
【0149】
実施形態７
前記ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、１モル％から５モル％である、実施形態１から４のいずれか１つに記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、１モル％から５モル％である、実施形態１から４のいずれか１つに記載の物品。
【0150】
実施形態８
前記ケイ酸塩ガラス中のＲＯの量が、７．５モル％未満である、実施形態１から７のいずれか１つに記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＲＯの量が、７．５モル％未満である、実施形態１から７のいずれか１つに記載の物品。
【0151】
実施形態９
前記ケイ酸塩ガラス中のＲＯの量が、５モル％未満である、実施形態１から７のいずれか１つに記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＲＯの量が、５モル％未満である、実施形態１から７のいずれか１つに記載の物品。
【0152】
実施形態１０
前記ケイ酸塩ガラス中のＲＯの量が、１モル％から５モル％である、実施形態１から７のいずれか１つに記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＲＯの量が、１モル％から５モル％である、実施形態１から７のいずれか１つに記載の物品。
【0153】
実施形態１１
前記ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、１モル％から５モル％であり、該ケイ酸塩ガラス中のＲＯの量が、１モル％から５モル％である、実施形態１に記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラス中のＡｌ２Ｏ３の量が、１モル％から５モル％であり、該ケイ酸塩ガラス中のＲＯの量が、１モル％から５モル％である、実施形態１に記載の物品。
【0154】
実施形態１２
前記ケイ酸塩ガラスが、少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、４モル％から２０モル％の量のＡｌ２Ｏ３、０モル％から２０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から２０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１５モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１５モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む、実施形態１に記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラスが、少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、４モル％から２０モル％の量のＡｌ２Ｏ３、０モル％から２０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から２０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１５モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１５モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む、実施形態１に記載の物品。
【0155】
実施形態１３
前記ケイ酸塩ガラスがＰ２Ｏ５をさらに含み、該ケイ酸塩ガラス物品は、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、０モル％から１０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から１０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１０モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１０モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む、実施形態１に記載の物品。
前記ケイ酸塩ガラスがＰ２Ｏ５をさらに含み、該ケイ酸塩ガラス物品は、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、０モル％から１０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から１０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１０モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１０モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む、実施形態１に記載の物品。
【0156】
実施形態１４
前記第１の表面直径および前記第２の表面直径の各々が、１０μｍから１００μｍである、実施形態１から１３のいずれか１つに記載の物品。
前記第１の表面直径および前記第２の表面直径の各々が、１０μｍから１００μｍである、実施形態１から１３のいずれか１つに記載の物品。
【0157】
実施形態１５
前記腰部直径が、５μｍから９０μｍである、実施形態１から１４のいずれか１つに記載の物品。
前記腰部直径が、５μｍから９０μｍである、実施形態１から１４のいずれか１つに記載の物品。
【0158】
実施形態１６
前記物品が、５０μｍから５００μｍの厚さを有する、実施形態１から１５のいずれか１つに記載の物品。
前記物品が、５０μｍから５００μｍの厚さを有する、実施形態１から１５のいずれか１つに記載の物品。
【0159】
実施形態１７
ケイ酸塩ガラス物品にガラス貫通ビアを製造する方法であって、
（１）前記ケイ酸塩ガラス物品に非回折レーザビームを照射して、レーザビーム焦線を形成し、該レーザビーム焦線内に誘発吸収が生じて、損傷跡を形成する工程であって、該ガラス物品は、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである、工程、および
（２）前記ケイ酸塩ガラス物品を、酸を含むエッチング液でエッチングして、前記ガラス貫通ビアを製造する工程、
を有してなる方法。
ケイ酸塩ガラス物品にガラス貫通ビアを製造する方法であって、
（１）前記ケイ酸塩ガラス物品に非回折レーザビームを照射して、レーザビーム焦線を形成し、該レーザビーム焦線内に誘発吸収が生じて、損傷跡を形成する工程であって、該ガラス物品は、（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の量のＲＯを含み、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである、工程、および
（２）前記ケイ酸塩ガラス物品を、酸を含むエッチング液でエッチングして、前記ガラス貫通ビアを製造する工程、
を有してなる方法。
【0160】
実施形態１８
前記レーザビームが、ピコ秒レーザにより形成される、実施形態１７に記載の方法。
前記レーザビームが、ピコ秒レーザにより形成される、実施形態１７に記載の方法。
【0161】
実施形態１９
前記レーザビームが、５００ｎｍ超の波長を有する、実施形態１７または１８に記載の方法。
前記レーザビームが、５００ｎｍ超の波長を有する、実施形態１７または１８に記載の方法。
【0162】
実施形態２０
前記レーザビームが、５３５ｎｍ超の波長を有する、実施形態１７または１８に記載の方法。
前記レーザビームが、５３５ｎｍ超の波長を有する、実施形態１７または１８に記載の方法。
【0163】
実施形態２１
前記レーザビームが、５００ｎｍから１，１００ｎｍの波長および４０μＪから１２０μＪの出力を有する、実施形態１７または１８に記載の方法。
前記レーザビームが、５００ｎｍから１，１００ｎｍの波長および４０μＪから１２０μＪの出力を有する、実施形態１７または１８に記載の方法。
【0164】
実施形態２２
前記レーザビームが、レーザバーストからなる、実施形態１７から２１のいずれか１つに記載の方法。
前記レーザビームが、レーザバーストからなる、実施形態１７から２１のいずれか１つに記載の方法。
【0165】
実施形態２３
前記エッチング液が、フッ化水素酸を含む、実施形態１７から２２のいずれか１つに記載の方法。
前記エッチング液が、フッ化水素酸を含む、実施形態１７から２２のいずれか１つに記載の方法。
【0166】
実施形態２４
前記フッ化水素酸が、１質量％から５０質量％のフッ化水素酸濃度を有するフッ化水素酸水溶液である、実施形態２３に記載の方法。
前記フッ化水素酸が、１質量％から５０質量％のフッ化水素酸濃度を有するフッ化水素酸水溶液である、実施形態２３に記載の方法。
【0167】
実施形態２５
前記エッチング液が、塩化水素酸、硫酸、硝酸、酢酸、またはその任意の組合せと組み合わされたフッ化水素酸を含む、実施形態２３または２４に記載の方法。
前記エッチング液が、塩化水素酸、硫酸、硝酸、酢酸、またはその任意の組合せと組み合わされたフッ化水素酸を含む、実施形態２３または２４に記載の方法。
【0168】
実施形態２６
前記ケイ酸塩ガラス物品が、０℃から５０℃の温度でエッチングされる、実施形態１７から２５のいずれか１つに記載の方法。
前記ケイ酸塩ガラス物品が、０℃から５０℃の温度でエッチングされる、実施形態１７から２５のいずれか１つに記載の方法。
【0169】
実施形態２７
前記非回折レーザビームが、ベッセルビームまたはガウスベッセルビームである、実施形態１７から２６のいずれか１つに記載の方法。
前記非回折レーザビームが、ベッセルビームまたはガウスベッセルビームである、実施形態１７から２６のいずれか１つに記載の方法。
【0170】
実施形態２８
前記照射する工程が、前記ケイ酸塩ガラス物品内に前記ベッセルビームまたはガウスベッセルビームでレーザビーム焦線を形成する工程を含む、実施形態２７に記載の方法。
前記照射する工程が、前記ケイ酸塩ガラス物品内に前記ベッセルビームまたはガウスベッセルビームでレーザビーム焦線を形成する工程を含む、実施形態２７に記載の方法。
【0171】
実施形態２９
前記エッチングする工程が、エッチングの副生成物を生じ、該エッチングの副生成物は、前記エッチング液中の０．５ｇ／Ｌ以上のエッチングの副生成物の溶解度を有する、実施形態１７から２８のいずれか１つに記載の方法。
前記エッチングする工程が、エッチングの副生成物を生じ、該エッチングの副生成物は、前記エッチング液中の０．５ｇ／Ｌ以上のエッチングの副生成物の溶解度を有する、実施形態１７から２８のいずれか１つに記載の方法。
【0172】
実施形態３０
前記ガラスの溶解度が、２０℃で、１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３を含むエッチング液を使用して決定される、実施形態２９に記載の方法。
前記ガラスの溶解度が、２０℃で、１．４５ＭのＨＦおよび０．８ＭのＨＮＯ３を含むエッチング液を使用して決定される、実施形態２９に記載の方法。
【0173】
実施形態３１
前記損傷跡のエッチング速度（Ｅ１）が、レーザにより損傷を受けていないケイ酸塩ガラス物品のエッチング速度（Ｅ２）より大きい、実施形態１７から３０のいずれか１つに記載の方法。
前記損傷跡のエッチング速度（Ｅ１）が、レーザにより損傷を受けていないケイ酸塩ガラス物品のエッチング速度（Ｅ２）より大きい、実施形態１７から３０のいずれか１つに記載の方法。
【0174】
実施形態３２
Ｅ１／Ｅ２の比が、１から５０である、実施形態３１に記載の方法。
Ｅ１／Ｅ２の比が、１から５０である、実施形態３１に記載の方法。
【0175】
実施形態３３
前記酸がフッ化水素酸であり、前記エッチング速度Ｅ２は、０．２５μｍ／分から０．９μｍ／分である、実施形態３１に記載の方法。
前記酸がフッ化水素酸であり、前記エッチング速度Ｅ２は、０．２５μｍ／分から０．９μｍ／分である、実施形態３１に記載の方法。
【0176】
実施形態３４
実施形態１７から３３のいずれか１つに記載の方法により製造されるガラス物品。
実施形態１７から３３のいずれか１つに記載の方法により製造されるガラス物品。
【0177】
実施形態３５
ケイ酸塩ガラスにおいて、
（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の量のＲＯ、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである、および
（２）５０モル％以上の量のＳｉＯ２、
を含むケイ酸塩ガラス。
ケイ酸塩ガラスにおいて、
（１）少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、または（２）１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３および１０モル％未満の量のＲＯ、ここで、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、またはその任意の組合せである、および
（２）５０モル％以上の量のＳｉＯ２、
を含むケイ酸塩ガラス。
【0178】
実施形態３６
少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、４モル％から２０モル％の量のＡｌ２Ｏ３、０モル％から２０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から２０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１５モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１５モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む、実施形態３５に記載のケイ酸塩ガラス。
少なくとも５モル％の量のＢ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、４モル％から２０モル％の量のＡｌ２Ｏ３、０モル％から２０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から２０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１５モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１５モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む、実施形態３５に記載のケイ酸塩ガラス。
【0179】
実施形態３７
Ｐ２Ｏ５をさらに含み、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、０モル％から１０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から１０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１０モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１０モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む、実施形態３５に記載のケイ酸塩ガラス。
Ｐ２Ｏ５をさらに含み、１０モル％未満の量のＡｌ２Ｏ３、５０モル％から７５モル％の量のＳｉＯ２、０モル％から１０モル％の量のＭｇＯ、０モル％から１０モル％の量のＣａＯ、０モル％から１０モル％の量のＳｒＯ、０モル％から１０モル％の量のＢａＯ、および０モル％から１０モル％の量のＰ２Ｏ５を含む、実施形態３５に記載のケイ酸塩ガラス。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】