[发明专利]玻璃衬底的加工方法和高频电路的制作方法

说明书

本发明涉及一种要求介质损耗小的高频电路衬底的制作方法和装置，而且特别是，涉及一种以微波和毫米波段高频带为目标的电路作成方法及使用该方法的装置。

微波、毫米波等的高频电路中所用的衬底，为了抑制电路的衬底自身发生的介质损耗，作为衬底保持材料特性而介质损耗小的材料是理想的。

图1是表示衬底自身固有存在介质损耗对传输线路流动的信号影响的说明图。而且，该图1为对传输线路上流动的信号垂直切断电路衬底的截面图，101是衬底，102是传输线路、103是接地电极，104表示传输线路102中流动电信号时发生的电力线。如图1所示，传输线路102中流过电信号时，电力线104通过衬底101内。这时电力线104受衬底固有介质损耗(给以称作介质正切值)的影响。

传输电路上的损耗可用下式表示：

损耗＝系数×作用电路的频率×(衬底具有的介电常数)^1/2

          ×衬底句眼的介质损耗(介质正切)这时产生的损耗变成热能，引起衬底发热的现象。

在高频电路的制作中因发生图1说明过的现象，作为使用的衬底，要选择具有低介电常数、低介质损耗特性的材料。另外，一般的有机材料衬底，在低频下呈现低介电常数、低介质损耗有特性，而在1GHz(一兆赫)以上的微波或毫米波段，因材料中的电位极化与频率响应的关系使介电常数极端恶化，因此作为高频(大致1GHz以上)用的衬底较少选用，高频下一般选用氧化铝(介电常数约9，介电正切约0.001)、氧化锆(介电常数约8，介电正切约0.001)、氮化铝(介电常数约8，介电正切约0.001)等无机材料。

石英等玻璃因介电常数比上述的无机材料低(介电常数约4)，介质损耗也小(介电正切约0.001以下)，所以作为材料自身有望作为微波、毫米波用的高频电路衬底。可是玻璃难以形成通孔(贯通孔)等作为电路衬底作成响应部分的加工，所以不怎么使用于现有的高频电路用衬底。

选择玻璃作为衬底材料，作为在玻璃衬底上形成贯通孔的手段，超声波加工是有效的。作为玻璃的加工，不用蚀刻等的化学加工方法的理由，是由于玻璃为稳定的材料，用氢氟酸、磷酸、碱性等溶液虽然可以蚀刻，但因其蚀刻速率极低(大致1μm/h左右)，并且在采用喷砂法加工时，一般喷砂法加工，深度方向上加工只能为掩模厚度的2倍，所以考虑形成例如直径100μm的通孔时，对有100μm开口部的掩模图形，在深度方向只能形成200μm左右的孔，这是因为玻璃衬底比200μm厚时形成不了贯通孔。

作为玻璃衬底的加工方法若采用超声波加工法，对具有500μm厚的衬底，实行100μm的孔加工时，能够以1秒以下的加工速度加工，通过对超声波加工所用工具(锥形件)形状想办法，可以实现一次加工多个孔。可是，超声波加工时工具受磨损，对玻璃衬底几次加工后，就需要更换新的工具，而且对工具大小上也有限制，因此大面积玻璃衬底的大量生产工序难以应用这种加工方法。

另一方面，激光加工法业已应用于高频电路用氧化铝衬底等的贯通孔形成等、大量生产工序，并且因为衬底的尺寸不受限制，对一般的衬底加工是适合的加工方法，而应用于玻璃衬底时，则有以下举出的问题。作为固体激光器代表的YAG激光器，由于激光波长(1.06μm)为能透过玻璃的波长，作为加工玻璃用就难以适用。采用激态复合物激光的加工法，本发明人采用KrF的受激准分子激光器(波长：0.248μm)对500μm厚的石英玻璃进行加工实验，虽然可以用能量密度约25J/cm²形成100μm左右直径的贯通孔，低于该能量密度完全不加工，相反高于该能量密度则玻璃衬底上发生所谓的大的龟裂，加工条件范围极其狭窄，作为玻璃衬底加工方法用适合大量生产的观点看，得到是不适合的实验结果。

若使用波长比KrF受激准分子激光短的F₂受激准分子激光(波长：0.157μm)，预料对玻璃衬底的加工条件范围的狭窄也有一定程度缓和，但是F₂气体对人体有毒，在大量生产工序中使用F₂激态复合物激光器是不现实的。

使用脉冲宽度10^-13秒以下称作所谓毫微微秒激光的超短脉冲激光加工玻璃衬底时，例如杂志“材料集成(material integration)Vol.13 No.3(2000)”文中的解释：“超短脉冲激光照射的光与玻璃相互作用-玻璃的非线性型光学晶体生长”(pp.67-73)中所示的那样，虽然可以对玻璃衬底进行加工，但是超短脉冲激光器价高，运转费用也高，因此大量生产工序上难以应用。