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発明の名称 積層体及びそのレーザ加工方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−152565(P2007−152565A)
公開日 平成19年6月21日(2007.6.21)
出願番号 特願2005−346568(P2005−346568)
出願日 平成17年11月30日(2005.11.30)
代理人 【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
発明者 渋江 明 / 及川 泰伸 / 小室 栄樹
要約 課題
レーザ加工に際して、膜の剥離や分離を防止することができる積層体及びそのレーザ加工方法を提供すること。

解決手段
本発明は、基板2と、基板2上に設けられる膜3と、基板2と膜3との間に設けられる熱伝導層4とを備え、熱伝導層4が、膜3よりも高い熱伝導率を有する積層体1である。この積層体1によれば、基板2に対し膜3と反対側から熱伝導層4を通るようにレーザビームを照射すると、積層体1に貫通孔5が形成される。このとき、レーザビームLによる熱が熱伝導層4で吸収され、膜3への熱の伝達が十分に防止される。これにより、膜3の剥離や損傷を十分に防止することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
基板と、
前記基板上に設けられる膜と、
前記基板と前記膜との間に設けられる熱伝導層とを備え、
前記熱伝導層が、前記膜よりも高い熱伝導率を有する積層体。
【請求項2】
前記熱伝導層が貫通孔を有する、請求項1に記載の積層体。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の積層体のレーザ加工方法であって、
前記積層体に対して、前記基板の前記膜と反対側から前記熱伝導層を通るようにレーザビームを照射し、前記積層体に貫通孔を形成する、積層体のレーザ加工方法。
【請求項4】
前記基板の前記膜と反対側の面におけるレーザビームの照射スポットを前記熱伝導層の外周によって囲まれる領域の面積よりも小さくする、請求項3に記載の積層体のレーザ加工方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、積層体及びそのレーザ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
電子デバイスの製造では、基板を加工して微細な貫通孔を開ける工程がしばしば行われる。例えば、コンデンサにおいては、基板に微細な貫通孔を形成する工程が行われる場合がある。
【0003】
そして、このような微細な貫通孔の形成には高い精度が要求されるため、レーザ加工によって貫通孔の形成が行われることが多い。レーザ穿孔法の例としては、パンチング法、トレパニング法、スパイラル法などが挙げられる。いずれの方法も、レーザビームを繰り返し基板に照射することで一つの貫通孔を形成するものである。下記特許文献1及び2には、レーザビームを基板に照射することによって基板に貫通孔を形成する方法が開示されている。
【特許文献1】特開2003−1444号
【特許文献2】特開2000−237886号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記コンデンサは一般に、基板と、その表面上に形成される下部電極層と、上部電極層と、上下電極層の間の誘電体層とで構成される。
【0005】
このようなコンデンサの製造過程においては、基板のみならず、基板の表面上に形成した下部電極層や、下部電極層の上に形成した誘電体層などにも貫通孔が形成されるが、孔の形成は通常、基板についてはレーザ加工により、下部電極層や上部電極層についてはフォトリソグラフィーとエッチングにより行われる。すなわち、下部電極層、誘電体層、基体への貫通孔の形成は別々に行われる。その結果、基板に形成した貫通孔と、下部電極層や誘電体層に形成した貫通孔との間で位置ずれが起こるという問題が生じている。従って、このような位置ずれの問題を防止するためには、基板、下部電極層及び誘電体層からなる積層体を貫通する孔を一工程で形成することが望ましく、このような積層体を貫通する孔を形成するためには、レーザ加工法を用いることが望ましい。
【0006】
しかしながら、本発明者らは、レーザ加工法を用いて積層体に孔を形成する場合、以下の問題が生じることを見出した。
【0007】
すなわち、一般に、上記のようなコンデンサの製造に際して、レーザビームは基板の裏面側から照射される。ところが、このようにレーザビームを基板の裏面側から照射すると、誘電体層が基板表面から剥離したり、損傷を受けたりするという問題が生じていた。このため、コンデンサが設計通りの性能を発揮できなくなるおそれがあるという問題があった。
【0008】
またコンデンサ以外の電子デバイスの製造過程においても、積層体に貫通孔を形成することが必要とされる場合があり、レーザ加工に際して、膜の剥離や損傷を十分に抑制することができる技術の開発が望まれていた。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ加工に際して、膜の剥離や損傷を十分に抑制することができる積層体及びそのレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するため、本発明は、基板と、基板上に設けられる膜と、基板と膜との間に設けられる熱伝導層とを備え、熱伝導層が、膜よりも高い熱伝導率を有する積層体である。
【0011】
この積層体によれば、基板に対し膜と反対側から、熱伝導層を通るようにレーザビームを照射すると、積層体に貫通孔が形成される。このとき、レーザビームによる熱が熱伝導層で吸収され、膜への熱の伝達が十分に抑制される。このため、膜の剥離や損傷を十分に抑制しながら、積層体に貫通孔を形成することができる。
【0012】
上記積層体において、熱伝導層が貫通孔を有することが好ましい。この場合、レーザビームの照射による熱伝導層の構成材料の飛散が十分に防止される。このため、積層体に対し膜の上に更に膜を形成する場合などの後工程を行う場合、熱伝導層の上に飛散物が付着することによる後工程への悪影響が十分に防止されることになる。
【0013】
また本発明は、上記積層体のレーザ加工方法であって、積層体に対して、基板の膜と反対側から、熱伝導層を通るようにレーザビームを照射し、積層体に貫通孔を形成する、積層体のレーザ加工方法である。
【0014】
この積層体のレーザ加工方法によれば、基板に対し膜と反対側から、熱伝導層を通るようにレーザビームを照射すると、積層体に貫通孔が形成される。このとき、レーザビームによる熱が熱伝導層で吸収され、膜への熱の伝達が十分に抑制される。このため、膜の剥離や損傷を十分に抑制しながら、積層体に貫通孔を形成することができる。
【0015】
上記レーザ加工方法において、基板に対し膜と反対側の面におけるレーザビームの照射スポットを熱伝導層の外周によって囲まれる領域の面積よりも小さくすることが好ましい。
【0016】
レーザビームを用いて積層体に貫通孔を形成する場合、通常は、積層体の内部にレーザビームが集光される。このため、レーザビームの照射スポットは、基板に対し膜と反対側の面の位置よりも熱伝導層の位置の方が小さくなる。従って、レーザビームが熱伝導層を貫通した後、レーザビームの周囲に熱伝導層の一部が残ることになる。そして、この残った熱伝導層の一部によって熱が吸収され、膜への熱の伝達が十分に抑制されることになる。
【0017】
なお、本発明の積層体のレーザ加工方法は、積層体を構成する基板の熱伝導率が20W/mK以下である場合に特に有効である。基板の熱伝導率が20W/mK以下である場合には、熱伝導層が存在しないと、特に膜の剥離が起こりやすい傾向にあるためである。なお、本発明において「熱伝導率」とは、300K(26.85℃)における数値をいう。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、レーザ加工に際して、膜の剥離や損傷を十分に抑制することができる積層体及びそのレーザ加工方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0020】
まず本発明に係る積層体の好適な実施形態について図1を用いて詳細に説明する。図1は、本発明に係る積層体の一実施形態を示す概略断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る積層体1は、セラミック材料からなる基板2と、基板2上に設けられる膜3と、基板2と膜3との間に設けられる平板状の熱伝導層4とを備えている。言い換えると、熱伝導層4は膜3によって覆われている。
【0021】
ここで、熱伝導層4は、膜3及び基板2を構成するセラミック材料よりも高い熱伝導率を有している。したがって、熱伝導層4は、膜3及び基板2に比べて熱を吸収しやすくなっている。膜4を構成する材料は、熱伝導層4より低い熱伝導率を有するものであれば特に限定されないが、誘電体膜、金属膜等で構成される。誘電体膜は、無機材料でも有機材料でもよい。
【0022】
図2は、図1の熱伝導層4を示す平面図である。図2に示すように、熱伝導層4は例えば円環状となっている。言い換えると、熱伝導層4は、中央部に貫通孔4aを有している。熱伝導層4の形状を円環状としている理由は、レーザビームのスポット形状が通常は円形であるためであり、また、中央部に貫通孔4aを有することで、レーザビームが通過したときの熱伝導層4の構成材料の飛散量を十分に低減するためでもある。
【0023】
熱伝導層4は通常は、金属で構成される。このような金属としては、例えばNi、Cr、Ti、Cu、Pt、Ag、Al、W又はこれらの合金などが用いられる。中でも、基板2との間で高い密着強度が得られることから、Crが好ましい。なお、熱伝導層4を構成する材料は、膜3よりも高い熱伝導率を有するのであれば、上記金属に限定されず、ダイヤモンド状炭素(Diamond Like Carbon:DLC)や酸化マグネシウムなどで構成してもよい。
【0024】
熱伝導層4の厚さは、レーザビーム照射時の熱を吸収するものであれば特に限定されないが、0.5〜5μmであることが好ましい。熱伝導層4の厚さが0.5μm未満では、0.5μm以上の場合に比べて、基板2からの膜3の剥離が若干ながら生じる傾向がある。これに対し、熱伝導層4の厚さが5μmを超えると、5μm以下の場合に比べて、膜3の平坦化が困難となる傾向がある。
【0025】
熱伝導層4の内径と外径との差、即ち熱伝導層4の幅は、20μm以上であることが好ましい。20μm未満では、膜3の剥離は十分に抑制できるものの、20μm以上である場合に比べて、膜4の剥離が起こりやすくなる傾向がある。但し、熱伝導層4の幅が大きすぎると、積層体1に形成する貫通孔を密に形成できなくなるため、熱伝導層4の幅は500μm以下であることが好ましい。
【0026】
次に、上記積層体1の製造方法について説明する。
【0027】
まず基板2を用意する。基板2としては、セラミック材料で構成されるものが用いられる。具体的には、基板2は、セラミック材料、樹脂を用意し、これらを混練して成形して成形体を得て、この成形体を焼成することによって用意することができる。
【0028】
次に、基板の上に熱伝導層4を形成する。熱伝導層4は、公知の薄膜形成方法で適宜製造可能であり、このような薄膜形成方法として、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、メッキ法、塗布法(コーティング法)、スクリーン印刷法等を選択することが可能である。特にスクリーン印刷法等により熱伝導層4の構成材料を含むペーストを塗布し、焼成させる方法は、比較的簡便に熱伝導層4を得ることができるため好ましい。
【0029】
次に、熱伝導層4を覆うように基板2上に膜3を形成する。膜3は、その材料に応じた手法により形成することができる。以上のようにして積層体1の製造が完了する。
【0030】
次に、積層体1のレーザ加工方法について図3を用いて説明する。図3は、本実施形態に係る積層体に対しレーザ加工方法を用いて貫通孔を形成している工程を示す図である。
【0031】
図3に示すように、上記積層体1に対し基板2側から、熱伝導層4を通るようにレーザビームLを照射する。このとき、基板2における膜3と反対側の面におけるレーザビームの照射スポットが熱伝導層4の表面の面積よりも小さくなるようにレーザビームを照射する。また、レーザビームLは、積層体1の内部に焦点を合わせて集光させる。これにより、レーザビームLが積層体1を貫通して、積層体1に貫通孔5が形成される。具体的には、基板2、熱伝導層4、膜3を貫通する孔5が積層体1に形成される。このとき、レーザビームによる熱が熱伝導層4で吸収され、膜3への熱の伝達が十分に抑制される。このため、膜3の剥離や損傷を十分に抑制しながら、積層体1に貫通孔5を形成することができる。
【0032】
また、熱伝導層4は貫通孔4aを有しているため、レーザビームLの照射による熱伝導層4の構成材料の飛散が十分に防止される。このため、積層体1に対し膜3の上に更に膜を形成する場合などの後工程を行う場合、熱伝導層4の上に飛散物が付着することによる後工程への悪影響が十分に防止されることになる。
【0033】
更に、基板2にレーザビームLを照射するに際して、基板2に対し膜3と反対側の面2aにおけるレーザビームLの照射スポットSを熱伝導層4の表面の面積よりも小さくしている。このため、レーザビームLの照射スポットSは、基板2に対し膜3と反対側の面2aの位置よりも熱伝導層4の位置の方が小さくなる。従って、レーザビームLが熱伝導層4を貫通した後、レーザビームLの周囲に熱伝導層4の一部が残ることになる。そして、この残った熱伝導層4の一部によって熱が吸収され、膜3への熱の伝達が十分に抑制されることになる。
【0034】
更にまた、熱伝導層4が円環状となっているため、レーザビームLの照射スポットの形状が円形であると、熱伝導層4の中央部を貫通するようにレーザビームLが照射されるため、レーザビームLの周囲で熱が均等に吸収される。
【0035】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、熱伝導層4の形状が円環状となっているが、熱伝導層4の形状は円環状に限定されず、図4に示すように円板状であってもよい。この場合、レーザビームLが熱伝導層4を貫通するときに熱を十分に吸収するという利点がある。また熱伝導層4の形状は円板状に限らず、四角形状であっても構わない。
【0036】
また上記実施形態では、基板2がセラミック材料で構成されているが、基板2は、セラミック材料に限定されるものではなく、ガラスエポキシ基板やテフロン基板などの樹脂材料で構成されてもよい。この場合、これらの材料は、熱伝導層4の構成材料よりも低い熱伝導率を有することが必要である。
【0037】
更に、上記実施形態では、膜3が単層となっているが、膜3は、複数種類の層を積層したものであってもよい。例えば金属層と、誘電体層とを積層したものであってもよい。但し、本発明は、上記金属層が十分に薄い、即ち100〜500nmの厚さを有する場合に特に有効である。これは、金属層が厚くなると、この金属層が熱伝導層として機能し、膜の剥離や損傷が起こりにくくなる傾向にあるからである。
【実施例】
【0038】
以下、本発明の内容を、実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【0039】
(実施例1)
基板としてアルミナ基板(ニッコー社製96%品、5cm角)を用意した。この基板の上に、スクリーン印刷により下記条件で、各金属膜を形成し、これらにパターニング加工及びエッチング加工を行うことにより厚さ0.1μm、内径70μm、外径120μmの円環状の熱伝導層を得た。
【0040】
こうして得た熱伝導層を覆うように基板上に厚さ20μmの膜を形成した。膜は、ポリイミド樹脂(東レ社製、PW−1800)を塗布後、窒素雰囲気中で350℃、1時間の加熱処理を行うことにより形成した。以上のようにして積層体を得た。なお、基板、熱伝導層及び膜の熱伝導率は平板法により測定した。結果を表1に示す。
【0041】
(実施例2〜6)
ペースト中の熱伝導層の構成材料を下記表1に示すものとしたこと以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
【表1】


【0042】
(実施例7〜13)
円環状の熱伝導層の外径及び内径をそれぞれ表1に示す値としたこと以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
【0043】
(実施例14〜17)
熱伝導層の厚さを表1に示す値としたこと以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
【0044】
(比較例1)
基板の表面上に熱伝導層を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
【0045】
上記のようにして得られた積層体に対し、レーザ加工法を用い、以下のようにして貫通孔を形成した。即ち、基板に対し膜と反対側から、熱伝導層を通るようにレーザビームを照射し、積層体に貫通孔を形成した。具体的には、レーザ加工装置として、ESI社製UV LASER μ VIA DRILL model:5320を用いた。またレーザビームとしては、YAGロッドから出射されたレーザビーム(波長1.064μm)を波長変換素子としての非線形光学結晶に通して得られるレーザビーム(波長0.355μm)を用いた。このレーザビームの強度は3.57Wとし、繰返し周波数は15kHzとした。またレーザビームは、積層体内部に焦点が合うように集光し、基板表面におけるレーザビーム照射スポットの径を20μmとした。
【0046】
以上のようにして各実施例及び比較例ごとに作製した100個の積層体に対して貫通孔を形成した後、膜の表面を電子顕微鏡で観察し、目視にて膜が基板表面から剥離しているかどうか確認し、剥離が起こっている積層体の数を測定した。その結果を表1に示す。
【0047】
表1に示すように、実施例1〜17及び比較例1の結果から、熱伝導層を有する実施例1〜17の積層体では、熱伝導層を有しない比較例1の積層体に比べて、膜の剥離が生じている積層体の数が大幅に減少することが分かった。
【0048】
特に、実施例1〜6の結果より、熱伝導層の種類に関係なく膜の剥離が生じないことが分かった。
【0049】
更に実施例1、実施例7〜12及び比較例1の結果より、熱伝導層の内径及び外径の大きさが異なると、若干膜の剥離が生じた積層体の数に差が生じたが、その差は小さいことが分かった。
【0050】
また、実施例1、実施例13〜17及び比較例1の結果より、熱伝導層の厚さが異なると、膜の剥離が生じた積層体の数に僅かの差が生じたが、その差は極めて小さいことが分かった。
【0051】
以上より、本発明の積層体及びそのレーザ加工方法によれば、レーザ加工に際して、膜の剥離や損傷を十分に抑制することができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】図1は、本発明に係る積層体の一実施形態を示す部分断面図である。
【図2】図2は、図1の熱伝導層を示す平面図である。
【図3】図3は、図1の積層体に対してレーザ加工により貫通孔を形成する工程を示す図である。
【図4】図4は、熱伝導層の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【0053】
1…積層体、2…基板、2a…面、3…膜、4…熱伝導層、4a…貫通孔、5…貫通孔、L…レーザビーム、S…レーザビーム照射スポット。




 

 


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