JP4404671B2

JP4404671B2 - ダイヤモンド電子回路基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP4404671B2
Application number: JP2004105041A
Authority: JP
Inventors: 一之平尾; 秀俊武田; 博昭戸嶋; 隆幸中谷; 大輔柴田; 敏郎古滝
Original assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd; Adamant Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd; Adamant Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005294413A

Description

本発明は、ダイヤモンド内部に形成した電子回路基板及びその製造方法に関し、特に、パルスレーザのダイヤモンドの内部への集光照射により、ダイヤモンドの内部を局所的に相変化させて形成した立体的な三次元電気配線を有するダイヤモンド電子回路基板及びその製造方法に関する。

ダイヤモンドは物質中で最も硬い物質であり、熱伝導率も１０００〜２０００Ｗ／ｍＫと、他の物質に比べて格段に優れた特性を有している。こうしたダイヤモンドの特性を用い、放熱性に特に優れた電子回路基板への応用が期待されている。

通常ダイヤモンドは絶縁体であるが、同素体として導体のグラファイトが存在している。そしてダイヤモンドにエネルギーを与えることで、グラファイトに相転移を起こす性質があることが知られている。この性質を利用して、ダイヤモンドにレーザビームを集光照射し、相変化したグラファイトを導体とした電子回路基板を形成する方法として、例えば特許文献１および特許文献２に挙げる技術が、従来知られている。

この方法は、図１に示すように、まずＳｉ基板１１の上に気相成長法（ＣＶＤ法）で第１のダイヤモンド膜１２を形成し、続いてＡｒレーザビーム（図示せず）を照射して局所的に相変化させ、グラファイト配線１４を形成する。さらにその上に第２のダイヤモンド膜１３を形成し、同様の工程でグラファイトのバイアホール及びグラファイト配線部１４′を形成する。最上層のグラファイト部には、低抵抗化を図るために選択的に金属膜１５を蒸着して、最終的に多層配線基板を得る。すなわちこの方法は、ダイヤモンド膜１２，１３を形成する工程と、表面にレーザビームでグラファイト配線１４及びバイアホール１４′を形成する工程とに分けられ、これらを繰返し行うことで多層配線を得るものである。（例えば、特許文献２参照）

特開平３−２６８４７７号公報（第１−３頁、第１図）

特開平５−３６８４７号公報（第２−３頁、図１−２）

従来技術で用いているＡｒレーザは、ＣＶＤダイヤモンドの吸収端よりも波長が短いために、線形吸収（１光子吸収）により活性化エネルギーが与えられ、ダイヤモンドからグラファイトへの相変化が起こっていると考えられる。そのため、Ａｒレーザはダイヤモンド表面から直接吸収されてしまうので、三次元的に電気配線を形成しようとすると、ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜の形成工程、レーザビーム照射によるグラファイト部の形成工程、上下の配線部を繋ぐバイアホール部の形成工程を含んだサイクルを、複数回繰り返して行わなければならず、配線基板の製造には多大な労力とコストがかかるという問題点があった。

また、従来技術で用いているＡｒレーザは、レーザ発振が連続的なＣＷレーザであるため、熱拡散によってグラファイト部がレーザ集光照射部よりも広範にわたりやすい。結果的に、ダイヤモンド上に形成された電気配線は太いものとなり、配線密度の向上を妨げるという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、第１には、ダイヤモンドへの立体的な三次元配線構造の形成にかかる工程数を抑えることである。第２には、ダイヤモンド電子回路基板における配線をより細いものとし、かつ配線相互の間隔をより短くすることである。

請求項１記載の発明は、ダイヤモンドの一部が相変化して形成する電気配線を有する電子回路基板において、前記ダイヤモンドにパルスレーザを集光照射して、前記ダイヤモンドを局所的に相変化させることにより、前記電気配線が前記ダイヤモンドの内部に形成され、前記パルスレーザの焦点を前記ダイヤモンド内部で立体的に走査させることにより、前記ダイヤモンドの内部に立体的な三次元配線構造が形成されていることを特徴とする電子回路基板である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記パルスレーザのパルス幅が、１ｐｓ以下であることを特徴とする、ダイヤモンド電子回路基板である。

本発明に用いるパルス幅の短いレーザ、特に１ｐｓ以下のパルス幅を持つパルスレーザでは、ピークパワー密度は１０ＴＷ／ｃｍ²以上を容易に実現できる。したがってこの場合にはダイヤモンドに対し、非線形光学効果である多光子吸収が生じ、グラファイトへの相変化に必要な活性化エネルギーが与えられると考えられる。またパルス幅が短く相互作用を起こす時間が短いために、熱拡散をほとんど起こすことなく、レーザ集光照射部近傍のみをグラファイトへと相変化させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１〜２のいずれかに記載の構成に加えて、前記パルスレーザの波長が、ダイヤモンドを透過する波長を有することを特徴とする、ダイヤモンド電子回路基板である。

ダイヤモンドにパルスレーザを照射する際に、使用するパルスレーザの波長がダイヤモンドの固有吸収内であると、ダイヤモンドの表面から直接レーザの吸収が起こり、相変化が行われてしまう。したがって、ダイヤモンド内部での相変化を空間選択的に起こすためには、パルスレーザの波長がダイヤモンドを透過する波長であることがより好ましい。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加えて、前記電気配線の相互の間隔が、１μｍ以上３５μｍ未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンド電子回路基板である。

請求項５記載の発明は、ダイヤモンドにパルスレーザを集光照射して、前記ダイヤモンドを局所的に相変化させ、電気配線を形成する工程を有する電子回路基板の製造方法において、前記パルスレーザの焦点を前記ダイヤモンド内部で立体的に走査させて、前記ダイヤモンドの内部に立体的な三次元配線構造を形成する工程を有することを特徴とする、電子回路基板の製造方法である。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の構成に加えて、前記パルスレーザのパルス幅が、１ｐｓ以下であることを特徴とする、電子回路基板の製造方法である。

請求項７記載の発明は、請求項５〜６のいずれかに記載の構成に加えて、前記パルスレーザの波長が、ダイヤモンドを透過する波長を有することを特徴とする、ダイヤモンド電子回路基板の製造方法である。

請求項８記載の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載の構成に加えて、前記電気配線の相互の間隔が、１μｍ以上３５μｍ未満であることを特徴とする、ダイヤモンド電子回路基板の製造方法である。

本発明の電子回路基板及びその製造方法によれば、厚みを有するダイヤモンドの内部に立体的な三次元配線構造を形成することが出来るため、ダイヤモンド成膜やレーザ照射など複数工程の繰り返しを行うことなく、単一工程でダイヤモンドに立体的な三次元配線構造を形成することが出来る。これにより、ダイヤモンドの電子回路基板の形成にかかる工程数を、大幅に削減できるという効果を奏する。

また本発明によれば、ダイヤモンドの内部に形成する電気配線の線幅を細線化することができるため、ダイヤモンドへのより高密度な配線が実現できるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本実施形態は、ダイヤモンド基板１と載置台２、パルスレーザ３を用いた、ダイヤモンド電子回路基板及びその製造方法である。

本実施形態に用いるパルスレーザ３としては、ダイヤモンド基板１を透過する波長を持ち、内部加工が可能な高いピークパワー密度を有するものが好ましい。具体的には、波長８００ｎｍ、パルス幅は１５０ｆｓ〜１ｐｓ、繰返し周期１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚ、平均出力１Ｗ前後のものが好ましい。特に、配線を細線化する場合には、多光子吸収を引き起こすのに充分なピークパワー密度の範囲内で、より低いエネルギー密度で加工を行うのが好ましい。上記条件に適合したパルスレーザ３を選択し、ダイヤモンド内部の任意の箇所でグラファイト化と、パルスレーザの三次元的な走査による立体的な三次元配線構造の形成を行う。

図２に示すように、ＸＹＺステージの付いた載置台２上にダイヤモンド基板１を設置し、パルスレーザ３をレンズ３ｂで集光し、ＸＹＺステージを操作してダイヤモンド基板１を移動させることにより、パルスレーザ３の焦点３ｃの近傍のみをグラファイト化させる。ダイヤモンド基板１の内部をグラファイト化する際に、まずダイヤモンド基板１の裏面１ａに焦点３ｃを合わせ、ダイヤモンド基板１を上方向に移動させながらパルスレーザを集光照射することにより、グラファイトの配線４を形成する。続けて、ダイヤモンド基板１を水平方向に動かしながらパルスレーザ３を集光照射し、図３及び図４に示すようなＬ字型の配線４を形成する。

ここで、ダイヤモンド基板１の内部を最初にグラファイト化させると、その相変化にはより大きなエネルギー密度を要する。大きなエネルギー密度での加工は、加工部分すなわちパルスレーザ３の焦点３ｃの周囲に、相変化を及ぼし、形成される配線が太くなる原因となる。そのため、ダイヤモンド基板１の裏側１ａを起点として、内部に向かってグラファイト化を進めていくことで、より小さなエネルギー密度で加工を行うことができ、配線を細線化する上で好ましい。

また、ダイヤモンド基板１の内部に形成するグラファイトの配線４の密度は、パルスレーザ３のエネルギー密度に依存するが、本実施形態では、配線４の線幅が２〜３μｍで形成可能であり、ピッチ５μｍでの高密度な配線を行うことができる。ここで、パルスレーザのエネルギー密度をより小さくすることで、ピッチ１μｍでの配線も可能である。また別の配線方法としては、図３及び図５に示すように、先に形成しておいた鉛直方向の配線４ｂに対して電気的に干渉しないように、水平面内で鉛直方向の配線４ｂを迂回させるような、配線４の形成も可能である。

尚、上述した配線４の形状は、図３及び図４又は図５に示した形状に限定されず、立体的な三次元電気配線であれば、図示例以外の形状であっても良い。

従来技術に係る、ダイヤモンドの電子回路基板の形成方法を説明する図である。本実施形態に係る、ダイヤモンドの電子回路基板の形成方法を説明する図である。本実施形態に係る、ダイヤモンドの電子回路基板の試作結果を説明する模式図である。本実施形態に係る、ダイヤモンドの電子回路基板の試作結果を表す顕微鏡写真であり、水平方向に複数の配線を形成したものである。本実施形態に係る、ダイヤモンドの電子回路基板の試作結果を表す顕微鏡写真であり、水平方向の電気配線を、鉛直方向の電気配線から迂回させたものである。

符号の説明

１ダイヤモンド基板
１ａダイヤモンド基板の裏面
２載置台
３パルスレーザ
３ａパルスレーザ光源
３ｂレンズ
３ｃ焦点
４配線
１１シリコン基板
１２第１のダイヤモンド薄膜
１３第２のダイヤモンド薄膜
１４第１のダイヤモンド薄膜上のグラファイト配線
１４′ 第１のダイヤモンド薄膜上のグラファイト配線
１５金属膜

Claims

ダイヤモンドの一部が相変化して形成する電気配線を有する電子回路基板において、
前記ダイヤモンドにパルスレーザを集光照射して、
前記ダイヤモンドを局所的に相変化させることにより、
前記電気配線が前記ダイヤモンドの内部に形成され、
前記パルスレーザの焦点を前記ダイヤモンド内部で立体的に走査させることにより、
前記ダイヤモンドの内部に立体的な三次元配線構造が形成されていることを特徴とするダイヤモンド電子回路基板。
前記パルスレーザのパルス幅が、１ｐｓ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のダイヤモンド電子回路基板。
前記パルスレーザの波長が、ダイヤモンドを透過する波長を有することを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載のダイヤモンド電子回路基板。
前記電気配線の相互の間隔が、１μｍ以上３５μｍ未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンド電子回路基板。
ダイヤモンドにパルスレーザを集光照射して、
前記ダイヤモンドを局所的に相変化させ、
電気配線を形成する工程を有する電子回路基板の製造方法において、
前記パルスレーザの焦点を前記ダイヤモンド内部で立体的に走査させて、
前記ダイヤモンドの内部に立体的な三次元配線構造を形成する工程を有することを特徴とする、
ダイヤモンド電子回路基板の製造方法。
前記パルスレーザのパルス幅が、１ｐｓ以下であることを特徴とする、請求項５記載のダイヤモンド電子回路基板の製造方法。
前記パルスレーザの波長が、ダイヤモンドを透過する波長を有することを特徴とする、請求項５〜６のいずれかに記載のダイヤモンド電子回路基板の製造方法。
前記電気配線の相互の間隔が、１μｍ以上３５μｍ未満であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載のダイヤモンド電子回路基板の製造方法。