JP5699005B2

JP5699005B2 - 多層膜コイルとその作製方法

Info

Publication number: JP5699005B2
Application number: JP2011041520A
Authority: JP
Inventors: 晃司渡邉
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP2012178509A

Description

この発明は、薄膜を積層して形成されるヘリカル（軸に垂直な平面への射影について同一のパターンを繰り返す螺旋）形状をなす多層膜コイルと、その作製方法に関する。

ヘリカル形状をなす多層膜コイルの先行技術としては、例えば特許文献１に開示された小型のチップ状コイルが知られている。図１７にそのチップ状コイルの斜視図を示す。導電性薄膜２ｅ，２ｆ，２ｇが、１層目、２層目、３層目と積層され、コイル端子５ａと、ワイヤーボンディング等で接続するパッド端子５ｂとの間でヘリカルコイルが形成されている。

図１８に図１７のチップ状コイルの断面図を示す。図１８（ａ）はＡ−Ａ断面図、図１８（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。１はコイル基板であり、１層目の導電性薄膜２ｅの上に下部絶縁層３ａが積層され、その上に２層目の導電性薄膜２ｆが積層され、その上に上部絶縁層３ｂが積層され、その上に３層目の導電性薄膜２ｇが積層されている。そして、最上層には、チップ状コイルの全体を覆うように保護膜７が形成されている。１層目の導電性薄膜２ｅと２層目の導電性薄膜２ｆとはスルーホール４ａで接続され、２層目と３層目はスルーホール４ｂで接続される。９ａ，９ｂ，９ｃは膜状磁心であり、それぞれの膜状磁心の間には下部絶縁層３ａと上部絶縁層３ｂが介在している。

特開平１０−２３３３１５号公報

従来のチップ状コイルは、導電性薄膜間を接続するのに絶縁層に設けたスルーホールを必要としていた。よって、コイルにはスルーホール分の絶縁層の厚みが余分に必要であり、コイルの巻き数を増やすとコイル全体の厚みが厚くなる課題がある。また、コイルの中心軸に設けられる磁心が、絶縁層によって分離された膜状磁心であり、作用の強いバルク（bulk）状の磁心を設けることが難しいという課題がある。また、チップ状コイルの作製には、一定の設備と工数を必要とするフォトリソグラフィ技術（以降、フォトリソ工程とも称する）を用いるのでコスト高になる課題がある。

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、スルーホールを用いる必要がなく、バルク状の磁心が使え、フォトリソ工程が不要な多層膜コイルとその作製方法を提供することを目的とする。

この発明の多層膜コイルは、基板上に導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとが交互に積層され、その導電膜のパターン同士が接続されたヘリカル形状である。そのヘリカル形状の軸回りの一周分の周長をＰとするとき、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとは周長Ｐよりも短い定まった周沿いの長さＬｃ，Ｌｉを有する。そして、基板上の最下層である場合を除き、ヘリカル形状の軸回りの同一向きについて、絶縁膜のパターンの開始の端点はその直下の導電膜のパターンの開始の端点よりも周沿いの長さＰ−Ｌｉだけ進んだ位置に整合され、導電膜のパターンの開始の端点はその直下の絶縁膜のパターンの開始の端点よりも周沿いの長さＰ−Ｌｃだけ進んだ位置に整合されてそれぞれ積層され、Ｌｉ＋Ｌｃ＞Ｐである。

この発明によれば、軸回りの定まった同一向きについて、「絶縁膜のパターンの開始の端点は、その直下の導電膜のパターンの開始の端点よりも周沿いの長さＰ−Ｌｉだけ進んだ位置に整合され」る要件によって、絶縁膜のパターンとその直下の導電膜のパターンとを合わせた長さが周長Ｐに等しくなるため、絶縁膜のパターンの終末の端点は、必ず直下の導電膜のパターンの開始の端点にちょうど突き当たって終端する構成となる。同じく「導電膜のパターンの開始の端点はその直下の絶縁膜のパターンの開始の端点よりも周沿いの長さＰ−Ｌｃだけ進んだ位置に整合され」る要件によって、導電膜のパターンとその直下の絶縁膜のパターンとを合わせた長さが周長Ｐに等しくなるため、導電膜のパターンの終末の端点は、必ず直下の絶縁膜のパターンの開始の端点にちょうど突き当たって終端する構成となる。

このように構成されることによって、この発明の多層膜コイルは、パターンどうしの無駄な重畳部分や間隙が形成されず、従って不要の凹凸もない、膜のパターンが最密に充填され最適にコンパクトで滑らかな交互積層が可能となる。そして、Ｌｃ，ＬｉがＰよりも短いこととＬｉ＋Ｌｃ＞Ｐであることとの要件によって、導電膜のパターンの直上の絶縁膜のパターンで覆われない露出部分の形成と、その露出部分における次の導電膜のパターンとの接続とが担保され、コイルが形成される。すなわち、絶縁膜を間に挟んだ導電膜はＰ−Ｌｉ＞０の長さ分絶縁膜を挟まずに直接重なり合う。この重なり部分で導電膜同士の導通が得られるので、従来技術のようにスルーホールを必要としない。また、それぞれ定まった形状の導電膜のパターンと絶縁膜のパターンを交互に積層する構造なので、フォトリソ工程を用いずに、メカマスクの利用によって、コイルの形態によってはたかだか２枚或いはたった１枚のメカマスクの利用によって、簡便な成膜工程で導電膜と絶縁膜とを交互積層してコイルを形成することが可能である。

この発明の多層膜コイル２００の構造の一例を示す斜視図。導電成膜マスク２０と絶縁成膜マスク２５の平面図と側面図の一例を示す図。薄膜を形成する蒸着装置の概略図を示す図。回転メカマスクを用いて薄膜を形成する蒸着装置の概略図を示す図。図４に示す矢印Ａの方向から見た回転メカマスク４５と基板ホルダー４８とを示す図。導電膜のパターン１４と絶縁膜のパターン１２を交互に成膜する工程を示す図。中心角α＝３０°とした場合の回転メカマスク７０の平面図を示す図。中心角α＝６０°とした場合の回転メカマスク８０の平面図を示す図。開口部の数ｋを奇数個とした場合の一例である回転メカマスク８０の平面図を示す図。導電膜のパターンと絶縁膜のパターンを、正Ｎ角形（四角）とした場合の一例である回転メカマスク１００の平面図を示す図。導電膜のパターンと絶縁膜のパターンを、正六角形、ｍ＝１とした場合の回転メカマスク１１０の平面図を示す図。導電膜のパターンと絶縁膜のパターンを、正六角形、ｍ＝２とした場合の回転メカマスク１２０の平面図を示す図。導電膜のパターンと絶縁膜のパターンを、正五角形、ｍ＝２とした場合の回転メカマスク１３０の平面図を示す図。回転メカマスク１３０を用いて、コイル形成をする様子を示す図。図３に示す矢印Ａの方向から見た基板ホルダー４８′と回転メカマスク４５′を示す図。多層膜コイルの軸に、一体の磁心を配置した多層膜コイル１７０の斜視図を示す図。従来のチップ状コイルの斜視図を示す図。図１７のチップ状コイルの断面を示す図。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。

図１にこの発明の多層膜コイル２００の構造例を斜視図で示す。非導電性の例えばガラス材で構成される高さの低い円柱状の基板１０の上に、周沿いの長さＰ−Ｌｃの円弧が切り欠かれた円環形状の周沿いの長さＬｃの導電膜のパターン１４ａが、切り欠かれたＰ−Ｌｃの部分を右向き（図１において）にして成膜されている。Ｐはヘリカル形状の円をなす軸回りの一周分の周長であり、ＬｃはＰより小とされる。この例では、絶縁膜のパターン１２ａは、導電膜のパターン１４ａよりもやや幅広である。絶縁膜のパターン１２ａは、導電膜のパターン１４ａの上（基板１０と反対側）に、図中の矢印の向きに見下ろして時計回りとなる向きに、端点Ｔ₂から周沿いの長さＬｉだけ成膜されている。開始の端点Ｔ₂は、基板１０の上側から見て、導電膜のパターン１４ａの開始の端点Ｔ₁よりも時計回りに周沿いの長さＰ−Ｌｉだけ進んだ位置である。ここで、ＬｉもＰより小とされ、またＬｉ＋Ｌｃ＞Ｐである。なお、図１においては、Ｐ、Ｌｃ、Ｌｉは円環形状の外周の長さを示している。しかし、これに限る必要はなく、あらかじめ定めておけば、円環形状のどの部分の長さでもかまわない。例えば、内周の長さや中心の長さでもかまわない。

このようにすれば、導電膜のパターン１４ａとその直上の絶縁膜のパターン１２ａとを合わせた周沿いの長さがちょうど周長Ｐに等しくなるので、絶縁膜のパターン１２ａの終端の端点Ｔ₃は、導電膜のパターン１４ａの開始の端点Ｔ₁にちょうど突き当たる。したがって、端点Ｔ₁と端点Ｔ₃の間に無駄な空隙や重畳が形成されず、この両端点の突き当たりの部分において導電膜のパターン１４ａと絶縁膜のパターン１２ａとは滑らかに接続する。そしてその両端点の突き当たりの部分の上に成膜されるパターン、この例では導電膜のパターン１４ｂを、その無駄な空隙や重畳による凹凸の無い下層の上に滑らかに形成することができる。なお、この例では、導電膜のパターン１４ａの終端の近傍に電極１６ａが成膜される例を示している。

そして次に、第３層目となる導電膜のパターン１４ｂが、その直下の絶縁膜のパターン１２ａの開始の端点Ｔ₂よりも時計回りに周沿いの長さＰ−Ｌｃ進んだ位置を開始の端点として成膜され、同様にその導電膜のパターン１４ｂの終端の端点が絶縁膜のパターン１２ａの開始の端点Ｔ₂に突き当たる。ここで第１層目の導電膜のパターン１４ａの露出していた長さＰ−Ｌｉの円弧部分の表面において、その第１層目の導電膜のパターン１４ａと第３層目の導電膜のパターン１４ｂとが直接に接続する。以降同様にして絶縁膜のパターンと導電膜のパターンとの交互積層を繰り返し、この例では第７層目の導電膜のパターン１４ｄに他方の電極１６ｂが形成され、その上には保護膜を兼ねた絶縁膜のパターン１２ｄが成膜されてヘリカル形状の多層膜コイル２００が、電極１６ａと１６ｂ間に形成されている。

このようにして、最適にコンパクトな多層膜コイルが構成される。なおこの実施例１において、ＬｃとＬｉとは互いに等しい長さである必要はない。またこの例では、導電膜間の短絡防止を強化するために、絶縁膜のパターン１２ａ〜１２ｄを導電膜のパターン１４ａ〜１４ｄよりもやや幅広としているが、これらを同一の幅で形成してもよい。

さらに、この例では導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとに円環形状を用いたが、本発明においてコイルのヘリカル形状は、軸に垂直な平面への射影が正円となる線形状を描くものに限らない。実施例１の変形例として、非正円や多角形を含む周長がＰの周回形状を繰り返すヘリカル形状のコイルが、実施例１と同様に構成され得る。
〔多層膜コイル２００の作製方法〕
次に、図１に示した多層膜コイル２００の作製方法を説明する。

図２に、導電膜のパターン１４を成膜する導電成膜マスク２０の一例と、絶縁膜のパターン１２を成膜する絶縁成膜マスク２５の一例を示す。図２（ａ）は導電膜のパターン１４を成膜する導電成膜マスク２０の一例、図２（ｂ）は絶縁膜のパターン１２を成膜する絶縁成膜マスク２５の一例である。この導電成膜マスク２０と絶縁成膜マスク２５は、例えばステンレス等の金属円板で構成されるメカマスクであり、成膜の工程において、図３に示すように基板１０の表面にほぼ接するように位置決めされる。

導電成膜マスク２０と絶縁成膜マスク２５とは、それぞれ、図１の多層膜コイル２００の導電膜のパターン１４、絶縁膜のパターン１２に各一致する導電膜のパターンの開口部２１、絶縁膜のパターンの開口部２６を有している。すなわち、導電膜のパターンの開口部２１は、図２（ａ）に示すように、周長Ｐの円環から周沿いの長さＰ−Ｌｃの円弧を切り欠いた周沿いの長さＬｃの円環形状を有している。また絶縁膜のパターンの開口部２６は、図２（ｂ）に示すように、周長Ｐの円環から周沿いの長さＰ−Ｌｉの円弧を切り欠いた周沿いの長さＬｉの円環形状を有している。そして絶縁膜のパターンの開口部２６は、導電膜のパターンの開口部２１よりもやや幅広とされている。

導電膜と絶縁膜のパターンは一般的な蒸着法若しくはスパッタ法によって成膜される。図３に真空蒸着法で用いる蒸着装置の概略図を示して薄膜形成方法を説明する。真空チャンバー４０内は、排気ポンプ４２によって例えば１０^−４Ｐａ以下の高真空に保たれる。熱源としての電子銃４１は、導電膜の蒸着源４３と絶縁膜の蒸着源４４を、それぞれの成膜時に蒸発させる。導電膜の蒸着源４３は例えばＣｕ、絶縁膜の蒸着源４４は例えばＳ_ｉＯ_２等が用いられる。

対向する位置に基板ホルダー４８と基板１０が配置され、その上に導電成膜マスク２０または絶縁成膜マスク２５が、基板１０の表面にほぼ接するように位置決めされる。ここで導電成膜マスク２０と絶縁成膜マスク２５とは、基板１０上に交互に取り換え設置され、導電成膜マスク２０が設置される時に導電膜の蒸着源４３が、絶縁成膜マスク２５が設置される時に絶縁膜の蒸着源４４が、それぞれ電子銃４１によって蒸着される。その取り換え設置の際、軸回りの同一の向きについて、絶縁成膜マスク２５のその向きに関する絶縁膜のパターンの開口部２６の始まりの端点は、その直前に設置された導電成膜マスク２０のその向きに関する導電膜のパターンの開口部２１の始まりの端点の位置よりも、その向きについて周沿いにＰ−Ｌｉだけ進んだ位置に来るように位置合わせされる。同じく、導電成膜マスク２０のその向きに関する導電膜のパターンの開口部２１の始まりの端点は、その直前に設置された絶縁成膜マスク２５のその向きに関する絶縁膜のパターンの開口部２６の始まりの端点の位置よりも、その向きについて周沿いにＰ−Ｌｃだけ進んだ位置に来るように位置合わせされる。

このようにして、２枚のメカマスクを交互に、軸回りに方位をずらしつつ設置して成膜してゆくことで、図１の多層膜コイル２００を積層してゆくことができる。

また変形例として、導電膜のパターン及び絶縁膜のパターンが正多角形からそれぞれ１辺ないし連続する複数の辺を切り欠いて得る形状を有するようなコイルであっても、全く同様に２枚のメカマスクを軸回りにずらしながら交互に設置して成膜してゆくことができる。或いは、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを長さ及び幅に関して全く同じ形状とし、たった１枚のメカマスクをその両方に共用して軸回りに方位をずらしながら交互に成膜を行い、コイルを作製することもできる。その他、垂直断面への射影が正円や正多角形でないようなヘリカル形状の多層膜コイルも、導電膜及び絶縁膜のパターンのためにそれぞれ必要な数だけのメカマスクを用意して、成膜し積層してゆくことができる。

以上は最も一般的な場合であるが、これに対して特に、コイルのヘリカル形状が断面正円（半径Ｒ）であり、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとが共に、ｋをｋ≧３の整数として

と書けるような中心角Φをもつ円弧状とすればさらに作製の容易がはかれる。すなわちこの場合には、実施例１の２枚のメカマスクに替えて、導電膜のパターンの開口部と絶縁膜のパターンの開口部との両方を形成した１枚の回転メカマスクを利用し、それを真空チャンバー内で回動させながら交互の成膜を行ってゆくことで、メカマスクの取り換え設置をせずに、しかも複数個の多層膜コイルを同時に並行して、効率的に作製できる。以下、この例について詳細に説明する。

図４に、回転メカマスクを用いる蒸着装置の概略図を示す。蒸着源４３、４４に対向する位置に基板ホルダー４８と複数の被膜基板（図示の例では、基板１０ａと１０ｂ）と回転メカマスク４５が配置される。被膜基板は上記した基板１０（図１）と同じものであり、蒸着源４３，４４側の面を被膜面として基板ホルダー４８に固定されている。その被膜基板の被膜面に近接して回転メカマスク４５が配置されている。

回転メカマスク４５が回転モーター４９によって回転されることで、それぞれの被膜基板の上に位置する導電膜のパターンの開口部と絶縁膜のパターンの開口部とが切り替わる。被膜基板（すべて）の被膜面の上に導電膜のパターンの開口部が配置された時は、蒸着源４３が電子銃４１によって蒸発され、被膜基板の被膜面に導電膜（例えばＣｕ）のパターンが成膜される。絶縁膜のパターンを成膜する時には、被膜基板の被膜面の上に絶縁膜のパターンの開口部が配置され蒸着源４４が蒸発されて、絶縁膜（例えばＳ_ｉＯ₂）のパターンが成膜される。

回転メカマスクには、その回転軸からの方位につき上記（１）式のαに等しい角度ごとの間隔をあけ、かつ、パターンの円環形状の中心が回転軸の周りの同一半径Ｒｍの周上となるように、全部でｋ個の導電膜または絶縁膜のパターンの開口部を設ける。

このような回転メカマスクを利用して作製できる多層膜コイルの例として、まず、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとがともに中心角Φ＝２７０°の円弧状である多層膜コイルについて説明する。この場合、上記（１）式のα＝９０°、整数ｋ＝４である。図５に、図４に示す矢印Ａ方向から見たこの例の多層膜コイルを作製するための回転メカマスク４５と基板ホルダー４８を示す。図５（ａ）が回転メカマスク４５の形状を示す図であり、図５（ｂ）が基板ホルダー４８と基板１０ａ、１０ｂの配置を示す図である。回転メカマスク４５には、回転軸（原点）４７を中心とした所定の半径Ｒｍの円周上に、中心角α＝９０°分の弧を切り欠いた円環形状の導電膜のパターンの開口部４５ａと４５ｂと、絶縁膜のパターンの開口部４６ａと４６ｂとが、２個ずつ合わせて計４個、全て同一の向きに、パターンの切り欠きの中心角と等しい角度すなわちα＝９０°ごとの間隔を空けた方位に、交互に設けられる。

２つの被膜基板である基板１０ａと基板１０ｂは、例えば図５（ａ）の導電膜のパターンの開口部４５ａ，４５ｂの位置に同時に整合することができるように配置される。つまり、回転メカマスク４５の導電膜のパターンの開口部４５ａ，４５ｂ又は絶縁膜のパターンの開口部４６ａ，４６ｂの何れか一方の種類の開口部に対応する位置に、基板ホルダー４８上に図５（ｂ）に例示するように配置される（配置する基板は、もちろん何れか一方のみでもよい。）。

図６に、導電膜のパターン１４と絶縁膜のパターン１２を交互に成膜する工程を示す。図６（ａ）は、図５（ｂ）に示した基板１０ａの上に電極１６ａ付きの導電膜のパターン１４ａが成膜された状態を示す。なお、説明は基板１０ａ上の薄膜形成について説明するが、回転メカマスク４５を用いて図５（ｂ）に示したように基板ホルダー４８の上に基板１０ｂも配置すると、基板１０ｂの上にも同じ薄膜が同時に成膜されることになる。

図６（ａ）の導電膜のパターン１４ａは、図５（ａ）に示した位置の回転メカマスク４５を反時計方向（矢印Ａの方向から見て）に９０°回転させて、導電膜のパターンの開口部４５ａを、基板１０ａの上に位置決めして成膜されたものである。電極１６ａは、予め図示しない電極形成用のマスクによって成膜される。

図６（ｂ）に示す絶縁膜のパターン１２ａは、図６（ａ）の導電膜のパターン１４ａを成膜した時の回転メカマスク４５を、時計方向に９０°回転させて導電膜のパターン１４ａの上に成膜された絶縁膜である。この時、絶縁膜のパターン１２ａは、導電膜のパターン１４ａの開始の端点よりも、時計方向に周沿いの長さＰ−Ｌｉの長さ進んだ位置から成膜される。なお、図６を用いた説明では、円環形状の中心部分の周沿いの長さを、単に周沿いの長さと言うことにする。

図６（ｃ）に示す導電膜のパターン１４ｂは、更に回転メカマスク４５を時計方向に９０°回転させ、基板１０ａの位置に導電膜のパターンの開口部４５ｂを位置決めして成膜された導電膜である。この時、導電膜のパターン１４ｂは、絶縁膜のパターン１２ａの開始の端点よりも、時計方向に周沿いの長さＰ−Ｌｃの長さ進んだ位置から成膜され、一層前の導電膜のパターン１４ａと斜線で示す部分で導通する。

図６（ｄ）に示す絶縁膜のパターン１２ｂは、更に回転メカマスク４５を時計方向に９０°回転させ、導電膜のパターン１４ｂの開始の端点よりも、時計方向に周沿いの長さＰ−Ｌｉ進んだ位置から成膜される。

図６（ｅ）に示す導電膜のパターン１４ｃは、更に回転メカマスク４５を時計方向に９０°回転させ、絶縁膜のパターン１２ｂの開始の端点よりも、時計方向に周沿いの長さＰ−Ｌｃ進んだ位置から成膜される。そして、図示しない電極形成用のマスクによって電極１６ｂが形成される。導電膜のパターン１４ｃは、一層前の導電膜のパターン１４ｂと斜線で示す部分で導通する。
［変形例１］
以上は整数ｋ＝４の場合の例を述べたが、一般に、ｋを偶数とすると、回転メカマスクに、回転軸からの方位につき角度α＝３６０°／ｋごとの間隔をあけて交互に、導電膜のパターンの開口部と絶縁膜のパターンの開口部とをｋ／２個ずつ設けることで、何れか一方の種類の開口部に対応する位置に１個以上ｋ/２個以下の数だけ被膜基板を配置して成膜することができる。よって、ｋが偶数の場合は、両者のパターンの形状を変えることが可能である。したがって、ｋが偶数の場合は、図５（ａ）に示すように導電膜のパターンの開口部４５ａ，４５ｂの幅を、絶縁膜のパターンの開口部４６ａ，４６ｂの幅よりも狭くすると好都合である。その方が、積層される導電膜のパターン同士の短絡を発生し難くすることができる。

絶縁膜のパターンと導電膜のパターンの周沿いの長さＬｉ，Ｌｃは、上記して説明した例に限定されない。その長さは任意の長さに設定することが可能である。図７に、弧の長さＰ−Ｌｉ若しくはＰ−Ｌｃを決める中心角αをα＝３０°とした場合の回転メカマスク７０の平面図を示す。

回転メカマスク７０には、回転軸（原点）７６を中心とした所定の半径Ｒｍの円周上に、中心角α＝３０°に対する弧の長さＰ−Ｌｃが切り欠かれた周沿いの長さがＬｃの円環形状の導電膜のパターンの開口部７０ａ〜７０ｆと、周沿いの長さがＬｉの絶縁膜のパターンの開口部７１ａ〜７１ｆとが６個ずつ合わせて計１２個（ｋ＝１２）、全て同一の向きに３０°の角度毎に交互に配置される。なお、図７では、導電膜のパターンの開口部７０ａ〜７０ｆを灰色、絶縁膜のパターンの開口部７１ａ〜７１ｆを白抜きで示している。

回転メカマスク７０の導電膜のパターンの開口部又は絶縁膜のパターンの開口部の何れか一方の種類の開口部に対応する位置に１個以上ｋ/２個以下の被膜基板を配置し、被膜基板の上に導電膜のパターン又は絶縁膜のパターンの一方を成膜し、回転メカマスクを回転軸７６を中心に同一の向きに中心角α分の角度を回転させて導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互に積層して多層膜コイルを作製する。

以上、ｋ＝４とｋ＝１２の例を示したが、ｋが偶数であれば同様にしてｋ/２個の多層膜コイルを同時に作製できる。
［変形例２]
実施例１、実施例２、実施例２変形例１では、絶縁膜のパターンは導電膜のパターンよりも幅広であった。しかし、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンは、同一形状にしても良い。図８に中心角Φ＝３００°、α＝６０°に対する弧の長さが切り欠かれた導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとが同一形状の回転メカマスク８０を示す。回転メカマスク８０は、開口部のパターンが同一なので、導電膜のパターンの開口部と絶縁膜のパターンの開口部とは共通であって区別はなく、それらの開口部に対応する位置に１個以上最大ｋ＝６個までの数の被膜基板を配置して、回転メカマスクをα＝６０°ずつ回転させ導電膜と絶縁膜とを交互に成膜してゆくことができる。

実施例２ではｋを偶数とした場合を示したが、ｋを奇数としてもよい。図９に、ｋ＝３（α＝１２０°）としたときの回転メカマスク９０の平面図を示す。

ｋが奇数の場合は、導電膜のパターンの開口部と絶縁膜のパターンの開口部を、回転メカマスク９０の全周に渡って交互に設けることができない。つまりｋが奇数の時は、導電膜のパターンの開口部と絶縁膜のパターンの開口部とは共通の形状とされ、（上述の実施例２変形例２と同じく）開口部は共通で利用される。例えばｋ＝３の場合、開口部９１，９２，９３は、回転軸（原点）９６を中心とした所定の半径Ｒｍの円周上にα＝１２０°毎に同一の向きに設けられる。ここで、被膜基板は、全ての開口部に対応する基板ホルダー４８上に配置することが可能である。つまり、回転メカマスク９０を用いる際の被膜基板は、何れかの開口部に対応する位置に１個以上ｋ個以下の数、配置される。図９の場合、被膜基板は最大３個配置することができる。

回転メカマスク９０を使用して絶縁膜のパターンと導電膜のパターンを成膜する工程は、各膜を成膜する度に回転メカマスク９０を回転させる角度が１２０度である点が異なるだけで、図６で説明した工程と全く同じである。なお、３以外の奇数５、７、９、１１でも同様である。

実施例２と実施例３とでは、絶縁膜のパターンと導電膜のパターンの形状が円環形状の場合について説明した。しかし、その形状はＮ≧３（Ｎは整数）の正Ｎ角形でもよい。その場合は、ｍを１≦ｍ＜Ｎ／２である整数として、その正Ｎ角形から連続したｍ個の辺を切り欠いた形状で導電膜及び絶縁膜のパターンを構成する。すなわち上述の導電膜及び絶縁膜のパターンの長さＬｃ及びＬｉは、ともに正Ｎ角形の連続したＮ−ｍ個の辺の長さ分に相当し、ここでｍ＜Ｎ／２とするのは、上述の実施例１に関して述べた一般的な条件Ｌｉ＋Ｌｃ＞Ｐを担保するためである。図１０に、Ｎ＝４、正四角形とした場合の回転メカマスク１００を示す。上記不等式の条件から、今の場合は必然的にｍ＝１である。従って、回転メカマスク１００には、回転軸（原点）１０６を中心とした所定の半径Ｒｍの円周上に、中心角α’＝３６０°／（Ｎ／ｍ）＝３６０°／ｋ’＝９０°毎に（ｋ’＝Ｎ／ｍについては後述する。）一辺が切り欠かれた正四角形（カタカナの「コ」を左右反対にした形）の導電膜のパターンの開口部１０１ａと１０１ｂと、絶縁膜のパターンの開口部１０２ａと１０２ｂとが２個ずつ合わせて計４個、全て同一の向きに９０度の角度毎に交互に設けられる。

切り欠かれた辺の数をｍとすると、図１０において、導電膜のパターンの開口部１０１ａ，１０１ｂと、絶縁膜のパターンの開口部１０２ａ，１０２ｂはＮ−ｍ＝４−１＝３個の辺の連続した形状であり、上記したＬｉとＬｃに相当する長さは３個の辺の連続した長さである。ここで一般に、ｍを、ｋ′＝Ｎ/ｍが偶数（今の場合はｋ’＝４／１＝４）となるＮの約数とすれば、導電膜のパターンの開口部と絶縁膜のパターンの開口部との形状を変えることが可能である。すなわち図１０の例においては、絶縁膜のパターンの開口部１０２ａ，１０２ｂと、導電膜のパターンの開口部１０１ａ，１０１ｂの形状を変えることが可能である。そして、絶縁膜のパターンの開口部１０２ａ，１０２ｂを、導電膜のパターンの開口部１０１ａ，１０１ｂよりも相対的に幅広の形状にすることが可能であり、それによって積層される導電膜のパターン同士の短絡を発生し難くすることができる。
［変形例］
これに対し、ｋ’＝Ｎ／ｍが奇数となる場合について次に述べる。図１１に、回転メカマスク１００の変形例として正六角形（Ｎ＝６）でｍ＝２とした回転メカマスク１１０の例を示す。この例では、ｋ’＝Ｎ／ｍ＝３である。回転メカマスク１１０には、回転軸１１６を中心とした所定の半径Ｒｍの円周上に、中心角α′＝１２０°毎に２辺が切り欠かれた正六角形の開口部１１１〜１１３が３個、全て同一の向きに１２０°の角度毎に設けられる。ｋ’が奇数の場合は、実施例３で説明した同じ理由で、絶縁膜のパターンの開口部と導電膜のパターンの開口部は、共通の形状とされる。

一般に、ｋ’が奇数の場合には、回転メカマスク（１１０）の開口部に対応する位置に１個以上Ｎ個以下の被膜基板を配置し、その被膜基板の上に導電膜のパターン又は絶縁膜のパターンの一方を成膜する。そして、回転メカマスク（１１０）を、回転軸（原点）（１１６）を中心に同一の向きに中心角α′分回転させて導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互に積層して多層膜コイルを作製する。

同じくｋ’が奇数となる場合のもう１つの例として、図１２に正五角形（Ｎ＝５）でｍ＝１とした回転メカマスク１２０の例を示す。回転メカマスク１２０には、回転軸１２６を中心とした所定の半径Ｒｍの円周上に、中心角α′＝７２°（３６０°/Ｎ）毎に１辺が切り欠かれた正五角形の開口部１２１〜１２５が５個、全て同一の向きに７２°の角度毎に設けられる。

絶縁膜のパターンの開口部と導電膜のパターンの開口部は共通の形状とされる点、及び、回転メカマスク１２０を、回転軸（原点）１２６を中心に同一の向きに中心角α′分の角度を回転させて、それぞれの膜を成膜する作製方法は実施例４変形例と同じである。

以上は、図１０〜図１２に示す例を参照して、ｋ’＝Ｎ／ｍが偶数または奇数となる、すなわちｍがＮの約数となるように選んだ場合について述べた。

しかし、ｍがＮの約数でない、すなわちｋ’＝Ｎ／ｍが（偶数または奇数の）整数とならないような整数の組Ｎとｍを選んでも、やはり回転メカマスクを利用して本発明を実施することは可能である。そのような場合には、回転メカマスクに回転軸からの方位につき角度３６０°／Ｎごとの間隔をあけて、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとに共通する開口部をＮ個、全て同一の向きに配置して設け、それらの開口部に対応する位置に１個以上Ｎ個以下の被膜基板を固定して、回転メカマスクを回転軸周りに３６０°・ｍ／Ｎに等しい角度ずつ回転しながら導電膜と絶縁膜とを交互に成膜してゆけばよい。

図１３に、Ｎ＝５、ｍ＝２とした回転メカマスク１３０の例を示す。回転メカマスク１３０には、回転軸１３６を中心とした所定の半径Ｒｍの円周上に、２辺が切り欠かれた正五角形の開口部１３１〜１３５が５個、全て同一の向きに３６０°／Ｎ＝３６０°／５＝７２°の角度毎に設けられる。そして、その７２°の２倍の角度すなわち１４４°に等しい角度ずつ回転させて導電膜と絶縁膜とを交互に成膜・積層することで左巻きに導電パターンがつながり、コイルが形成できる。

このコイル形成の様子を図１４に示す。図１４（ａ）は、図１３の開口部１３１に対応する位置に被膜基板を配置して導電膜のパターンｅ₁，ｄ₁，ｃ₁を形成した状態を示している。図１４（ｂ）は、回転メカマスク１３０を時計方向に３６０°・２/５＝１４４°回転させ開口部１３４が被膜基板の上になる状態で絶縁膜のパターンｂ₁，ａ_１，ｅ₂を成膜した状態を示す。導電膜のパターンｅ₁の上に絶縁膜のパターンｅ₂が成膜される。

図１４（ｃ）は、更に回転メカマスク１３０を時計方向に３６０°・２/５＝１４４°回転させ開口部１３２が被膜基板の上になる状態で導電膜のパターンｄ₂，ｃ₂，ｂ₂を成膜した状態を示す。１層目の導電膜のパターンｄ_１，ｃ₁と導通が取れた導電膜のパターンｂ₂が、絶縁膜のパターンｂ₁の上に成膜されてコイルの導線が左巻きの方向で延長されることが分かる。図１４（ｄ）は、次の絶縁膜のパターンの成膜工程で、絶縁膜のパターンｄ_３が導電膜のパターンｄ_２の上に延長された状態を示す。図１４（ｅ）は、その次の成膜工程で絶縁膜のパターンａ_２の上に導電膜のパターンａ_３が成膜された状態を示している。なお、この実施例５について説明したコイルの作成方法、すなわち回転メカマスクを３６０°・ｍ/Ｎに等しい角度ずつ回転させながら、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンを交互に成膜する方法は、上述のｍがＮの約数でない場合だけに限定されず、ｋ’＝Ｎ／ｍが偶数または奇数である場合にも、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとが同一の形状でさえあれば、より一般的にこれを利用してその正Ｎ角形状の多層膜コイルが作製できる。

以上説明した例は、図３に示す矢印Ａの方向から見て、回転メカマスクを時計方向に中心角α若しくはα′ずつ回転させるごとに、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互に成膜して多層膜コイルを作製する方法である。この作製方法では左巻きの多層膜コイルが作製される。つまり、回転メカマスクの回動方向とコイルの巻き線の方向は逆向きとなる。

右巻きの多層膜コイルの作製も同様な方法で作製することが可能である。図１５（ａ）に、右巻きの多層膜コイルを作製する場合の回転メカマスク４５′、図１５（ｂ）に基板ホルダー４８′上の基板１０ａ′，１０ｂ′を示す。図１５（ａ）と（ｂ）は、説明済みの図５をＹ軸（開口部４５ａと４５ｂの配列方向）対称とした図であり、各参照符号には「′」を付して区別をしているが、開口部の方向が異なるだけで同じ働きをするものである。

回転メカマスク４５′を反時計方向に中心角度αずつ回転させながら導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互に成膜することで、右巻きの多層膜コイルを作製することができる。その工程は、回転メカマスク４５′の回転方向が異なるだけで、図６と同じである。

図１６に、多層膜コイルのヘリカル形状の軸の位置に一体（バルク状）の磁性体を設けた多層膜コイル１７０の斜視図を示す。多層膜コイル１７０は、基板１７３の上に形成された多層膜コイル１７１のヘリカル形状の軸の位置に例えばフェライト材料の一体の磁性体１７４が設けられたものである。

この発明の多層膜コイルの作製方法によれば、絶縁膜のパターンと導電膜のパターンがフォトリソ工程に拠らずに選択的に成膜することが出来るので、図１６に示すように多層膜コイルの中心部に一体の磁性体を容易に配置することが可能である。作用の強い一体の磁性体を設けることで多層膜コイルの性能を向上させることができる。

また、図１６では、多層膜コイル１７１の上に、多層膜コイル１７２を積み重ねて１個の多層膜コイル１７０とする概念も示している。組み合わされる多層膜コイル１７２は、多層膜コイル１７１と同方向の巻き線のコイルで有っても良いし、逆方向の巻き線で有っても良い。多層膜コイル１７２は、極めて薄いドーナツ形状の基板の上にこの発明の方法で作製されたコイルである。図１６では、ドーナツ形状の基板の表記は省略している。

このように成膜済みの多層膜コイルを複数個組み合わせて１個の多層膜コイルを作製するようにしても良い。この方法によれば、磁性体１７４に対して後付けで色々な仕様の多層膜コイルを作製することも可能である。

以上述べたように、この発明による多層膜コイルは、絶縁層に設けた導体のスルーホール（しばしばビア、ビアホール等とも呼ばれる）を用いることなく、コイルを構成する導体の膜層同士が直接に接続され、しかも各層がコイルの小型化のために最適な仕方で配設される多層膜コイルの構造を提供する。また、多層膜コイルであってしかも中央にバルク状の磁心を簡単に設けることのできる構成を提供する。

また、この発明の多層膜コイル作製方法によれば、フォトリソグラフィの工程を必要としない。また、メカマスクの利用によって、またコイルの形態によってはたった１枚のメカマスクをチャンバー内で回動させることで、導電層と絶縁層の交互積層ができる。また、導電膜のパターンの終末の端点は、必ず直下の絶縁膜の開始の端点にちょうど突き当たって終端する構成となる。このように構成されることによって、この発明の多層膜コイルは、パターン同士の無駄な重畳部分や間隙が形成されず、不要な凹凸もない最適にコンパクトで滑らかな交互積層を可能にする。

導電性薄膜２ｅ，２ｆ，２ｇ
下部絶縁層３ａ上部絶縁層３ｂ
スルーホール４ａ，４ｂ
コイル端子５ａパッド端子５ｂ
保護膜７
膜状磁心９ａ，９ｂ，９ｃ
基板１０，１０ａ，１０ｂ，１７３
絶縁膜のパターン１２ａ〜１２ｄ導電膜のパターン１４ａ〜１４ｄ
電極１６ａ，１６ｂ
導電成膜マスク２０絶縁成膜マスク２５
真空チャンバー４０電子銃４１
排気ポンプ４２蒸着源４３，４４
基板ホルダー４８回転モーター４９
回転軸（原点）４７，７６，８６，９６，１０６，１１６，１２６，１３６
回転メカマスク４５，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０
開口部２１，２６，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，７０ａ〜７０ｆ，７１ａ〜７１ｆ，８０ａ〜８０ｆ，９１〜９３，１０１ａ，１０１ｂ，１０２ａ，１０２ｂ，１１１〜１１３，１２１〜１２５，１３１〜１３５
多層膜コイル１７０，１７１，１７２，２００
磁性体１７４

Claims

基板上に導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとが交互に積層されてなり、その導電膜のパターン同士が接続されてヘリカル形状のコイルを構成する多層膜コイルであって、
前記ヘリカル形状の軸回りの一周分の周長をＰとするとき、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとは前記Ｐよりも短い定まった周沿いの長さＬｃ，Ｌｉを有し、前記基板上の最下層である場合を除き、前記軸回りの同一向きについて、絶縁膜のパターンの開始の端点はその直下の導電膜のパターンの開始の端点よりも周沿いの長さＰ−Ｌｉだけ進んだ位置に整合され、導電膜のパターンの開始の端点はその直下の絶縁膜のパターンの開始の端点よりも周沿いの長さＰ−Ｌｃだけ進んだ位置に整合されてそれぞれ積層されており、Ｌｉ＋Ｌｃ＞Ｐである多層膜コイル。
請求項１に記載された多層膜コイルであって、
前記ヘリカル形状は、その軸に垂直な平面への射影が半径Ｒの正円であり、前記導電膜のパターンと前記絶縁膜のパターンとは、ｋをｋ≧３なる整数として、共に中心角φが、
φ＝３６０°・Ｌｃ/２πＲ＝３６０°・Ｌｉ/２πＲ＝３６０°−α
但しα＝３６０°/ｋ
の中心角φに対応する円弧状であり、前記周沿いの長さＰ−Ｌｉ及びＰ−Ｌｃは、共に前記中心角αの円弧の長さであることを特徴とする多層膜コイル。
請求項２に記載した多層膜コイルであって、
前記ｋは偶数であり、前記絶縁膜のパターンの幅は、前記導電膜のパターンの幅よりも太いことを特徴とする多層膜コイル。
請求項２に記載した多層膜コイルであって、
前記ｋは奇数であり、前記絶縁膜のパターンと前記導電膜のパターンは、同一形状であることを特徴とする多層膜コイル。
請求項１に記載した多層膜コイルであって、
前記ヘリカル形状は、その軸に垂直な平面への射影がＮ≧３（Ｎは整数）の正Ｎ角形であり、
前記導電膜のパターンと前記絶縁膜のパターンとは、ｍを１≦ｍ＜Ｎ/２なる整数として共に前記正Ｎ角形のＮ−ｍ個の辺の連続した形状であり、前記周沿いの長さＬｉとＬｃは共に前記Ｎ−ｍ個の辺の連続した長さであることを特徴とする多層膜コイル。
請求項５に記載した多層膜コイルであって、
前記絶縁膜のパターンと前記導電膜のパターンとは同一の形状であることを特徴とする多層膜コイル。
請求項５に記載した多層膜コイルであって、
前記ｍは、ｋ′＝Ｎ/ｍが偶数となるＮの約数であり、前記絶縁膜のパターンは、前記導電膜のパターンよりも相対的に幅広の形状を有することを特徴とする多層膜コイル。
請求項５に記載した多層膜コイルであって、
前記ｍは、ｋ′＝Ｎ/ｍが奇数となるＮの約数であることを特徴とする多層膜コイル。
請求項３に記載した多層膜コイルを成膜チャンバー内で作製する方法であって、
回転軸を中心とした所定の半径の円周上の前記中心角αと等しい角度毎に前記導電膜のパターンの開口部と前記絶縁膜のパターンの開口部とがｋ/２個ずつ合わせてｋ個、全て同一の向きに交互に配置された回転メカマスクを用い、
前記回転メカマスクの前記導電膜のパターンの開口部又は前記絶縁膜のパターンの開口部の何れか一方の種類の開口部に対応する位置に１個以上ｋ/２個以下の被膜基板を配置し、
前記被膜基板の上に前記導電膜のパターン又は前記絶縁膜のパターンの一方を成膜し、
前記回転メカマスクを、前記回転軸を中心に前記同一の向きに前記中心角α分の角度を回転させて、前記導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互に積層して多層膜コイルを作製する多層膜コイル作製方法。
請求項４に記載した多層膜コイルを成膜チャンバー内で作製する方法であって、
回転軸を中心とした所定の半径の円周上の前記中心角αと等しい角度毎に前記導電膜のパターンと前記絶縁膜のパターンに共通する開口部がｋ個、全て同一の向きに交互に配置された回転メカマスクを用い、
前記回転メカマスクの何れかの開口部に対応する位置に１個以上ｋ個以下の被膜基板を配置し、
前記被膜基板の上に前記導電膜のパターン又は前記絶縁膜のパターンの一方を成膜し、
前記回転メカマスクを、前記回転軸を中心に前記同一の向きに前記中心角α分の角度を回転させて前記導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互に積層して多層膜コイルを作製する多層膜コイル作製方法。
請求項６に記載した多層膜コイルを成膜チャンバー内で作製する方法であって、
回転軸の周りの同一径の周上にその回転軸からの方位につき３６０°/Ｎに等しい角度ごとの間隔をあけて前記導電膜のパターン及び前記絶縁膜のパターンに共通する開口部がＮ個、全て同一の向きに配置して設けられた回転メカマスクを用い、
前記成膜チャンバー内において、その回転メカマスクの、前記開口部の下方に同時に対応する位置に１個以上Ｎ個以下の基板を固定して、導電膜または絶縁膜の一方を成膜し、回転メカマスクを前記回転軸の周りに定まった向きに３６０°・ｍ/Ｎに等しい角度だけ回動し、導電膜または絶縁膜の他方を成膜することを繰り返すことで、導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互積層することを特徴とする多層膜コイル作製方法。
請求項７に記載した多層膜コイルを成膜チャンバー内で作製する方法であって、
回転軸を中心とした所定の半径の円周上に、中心角α′＝３６０°/ｋ′に等しい角度ごとに間隔を空けて前記導電膜のパターンの開口部と前記絶縁膜のパターンの開口部とがｋ′／２個ずつ合わせてｋ′個、全て同一の向きに交互に配置された回転メカマスクを用い、
前記回転メカマスクの前記導電膜のパターンの開口部又は前記絶縁膜のパターンの開口部の何れか一方の種類の開口部に対応する位置に１個以上ｋ′/２個以下の被膜基板を配置し、
前記被膜基板の上に前記導電膜のパターン又は前記絶縁膜のパターンの一方を成膜し、
前記回転メカマスクを、前記回転軸を中心に前記同一の向きに前記中心角α′分の角度を回転させて、前記導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互に積層して多層膜コイルを作製する多層膜コイル作製方法。
請求項８に記載した多層膜コイルを成膜チャンバー内で作製する方法であって、
回転軸を中心とした所定の半径の円周上に、中心角α′＝３６０°/ｋ′に等しい角度ごとに間隔を空けて前記導電膜のパターンと前記絶縁膜のパターンに共通する開口部がｋ′個、全て同一の向きに交互に配置された回転メカマスクを用い、
前記回転メカマスクの前記開口部に対応する位置に１個以上ｋ′個以下の被膜基板を配置し、
前記被膜基板の上に前記導電膜のパターン又は前記絶縁膜のパターンの一方を成膜し、
前記回転メカマスクを、前記回転軸を中心に前記同一の向きに前記中心角α′分の角度を回転させて前記導電膜のパターンと絶縁膜のパターンとを交互に積層して多層膜コイルを作製する多層膜コイル作製方法。
請求項１乃至８の何れかに記載した多層膜コイルであって、
前記基板上の前記ヘリカル形状の軸の位置に一体の磁性体の磁心が設けられたことを特徴とする多層膜コイル。