WO2023085067A1 - セラミックス基板の加工方法、及びセラミックス基板 - Google Patents

セラミックス基板の加工方法、及びセラミックス基板 Download PDF

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ceramics
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光力 田鎖
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日本電気硝子株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide

Definitions

  • the present invention relates to a ceramic substrate processing method and a ceramic substrate.
  • Patent Document 1 ceramic substrates containing glass are known, for example, in applications such as ceramic wiring substrates. Further, as disclosed in Patent Document 2, the substrate may be provided with alignment marks for positioning.
  • JP 2015-092541 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-330192
  • the present invention was made by discovering a method for easily forming a colored portion on a ceramic substrate.
  • An object of the present invention is to provide a method for processing a ceramic substrate and a ceramic substrate that can easily form a colored portion on the ceramic substrate.
  • a method of processing a ceramic substrate for solving the above problems is a method of processing a ceramic substrate having a ceramic portion containing Al 2 O 3 , comprising an irradiation step of irradiating a part of the main surface of the ceramic portion with a laser beam. A colored portion is formed by the irradiation step.
  • the colored portion in the irradiation step, may be formed by coloring a portion of the main surface based on Al.
  • the ceramic portion may further contain TiO 2
  • the colored portion may contain Ti 3+ produced by the irradiation step.
  • the ceramic part is glass-ceramics containing glass, and the composition of the glass-ceramics is, in mass %, glass: 20 to 70%, Al 2 O 3 : 10 to 60%, and Zn 2 SiO 4 : 20 to 70% may be contained.
  • the ceramic part is glass-ceramics containing glass, and the composition of the glass-ceramics is 30 to 70% by mass of glass and 30 to 70% by mass of Al 2 O 3 . may contain.
  • the glass has a glass composition of 50 to 80% by mass of SiO 2 , 10 to 30% by mass of B 2 O 3 , 1 to 10% by mass of Li 2 O+Na 2 O+K 2 O, and MgO+CaO+SrO+BaO. : 5-30%, and TiO 2 : 0-10%.
  • the ceramic substrate further includes an alignment mark portion provided on the ceramic portion, and in the irradiation step, the ceramic portion adjacent to the alignment mark portion is irradiated with the laser beam. and the colored portion may be formed adjacent to the alignment mark portion.
  • the laser light may be UV laser light
  • the colored portion having unevenness may be formed in the irradiation step.
  • the ceramics substrate is a ceramics substrate containing Al 2 O 3 and includes a ceramics portion, an alignment mark portion provided in the ceramics portion, and a colored portion exhibiting a color different from that of the ceramics portion. A colored portion is formed in a region adjacent to the alignment mark portion.
  • the colored portion may have a color caused by Al.
  • the ceramic part is glass ceramics containing glass, and the composition of the glass ceramics is 20 to 70% by mass of glass, 10 to 60% by mass of Al 2 O 3 , and Zn 2 SiO 4 . : 20 to 70%.
  • the ceramic part is glass ceramics containing glass, and the composition of the glass ceramics may contain 30 to 70% by mass of glass and 30 to 70% by mass of Al 2 O 3 . good.
  • the glass has a glass composition of SiO 2 : 50 to 80%, B 2 O 3 : 10 to 30%, Li 2 O + Na 2 O + K 2 O: 1 to 10%, MgO + CaO + SrO + BaO: 5 to 5%. 30%, and TiO 2 : 0-10%.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the colored portion may be in the range of 0.5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the maximum height Sz of the surface roughness of the colored portion may be in the range of 5 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the ceramic portion where the colored portion is not formed may be in the range of 5 nm or more and 35 nm or less.
  • the ceramic substrate includes a ceramic portion containing Al 2 O 3 and a colored portion exhibiting a color different from that of the ceramic portion, and the colored portion is colored based on Al.
  • the colored portion can be easily formed on the ceramic substrate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1; It is sectional drawing explaining the processing method of a ceramic substrate. It is the ESR spectrum of the ceramic substrate before the irradiation process. It is the ESR spectrum of the ceramic substrate after the irradiation process.
  • a method of processing a ceramic substrate and embodiments of the ceramic substrate will be described below with reference to the drawings.
  • part of the configuration may be exaggerated or simplified.
  • the dimensional ratio of each part may differ from the actual one.
  • the ceramic substrate 11 includes a ceramic portion 12 containing Al 2 O 3 , an alignment mark portion 13 provided in the ceramic portion 12 , and a colored portion having a different color from that of the ceramic portion 12 . a portion 14; The colored portion 14 is formed in a region adjacent to the alignment mark portion 13 .
  • the ceramic part 12 of the ceramic substrate 11 is preferably made of glass ceramics or ceramics.
  • Glass-ceramics contain glass and ceramics. Examples of glass ceramics include low temperature co-fired ceramics (LTCC).
  • the glass preferably contains SiO 2 : 50 to 80%, B 2 O 3 : 10 to 30%, Li 2 O + Na 2 O + K 2 O: 1 to 10%, MgO + CaO + SrO + BaO: 5 to 30% in terms of mass% as the glass composition.
  • TiO 2 0 to 10%, more preferably SiO 2 : 60 to 80%, B 2 O 3 : 10 to 30%, Li 2 O + Na 2 O + K 2 O: 1 to 5%, MgO + CaO + SrO + BaO: 5-20%, and TiO 2 : 0.1-3%.
  • the composition of the glass may contain ZrO 2 : 0.1 to 3% by mass as other oxides.
  • Ceramics include Zn 2 SiO 4 (willemite), Al 2 O 3 (alumina), cordierite, AlN (aluminum nitride), zirconium phosphate compounds, ZrSiO 4 (zircon), ZrO 2 (zirconia), TiO 2 (titanium oxide), tin oxide (SnO 2 ), ⁇ -quartz solid solution, ⁇ -eucryptite, ⁇ -spodumene and the like.
  • Zn 2 SiO 4 willemite
  • Al 2 O 3 alumina
  • cordierite AlN (aluminum nitride)
  • AlN aluminum nitride
  • zirconium phosphate compounds zirconium phosphate compounds
  • ZrSiO 4 (zircon) zirO 2 (zirconia)
  • TiO 2 titanium oxide
  • SnO 2 tin oxide
  • ⁇ -quartz solid solution ⁇ -eucryptite
  • the composition of the glass-ceramics preferably contains 20 to 70% glass, 10 to 60% Al 2 O 3 , and 20 to 70% Zn 2 SiO 4 , more preferably glass: 30 to 60%, Al 2 O 3 : 15 to 45%, and Zn 2 SiO 4 : 25 to 55%, more preferably glass: 35 to 50%, Al 2 O 3 : 20 to 35%, and Zn 2 SiO 4 : 30-45%.
  • the composition of the glass-ceramics may be a composition that does not contain Zn2SiO4 .
  • the composition of the glass-ceramics, in mass %, preferably contains 30 to 70% glass and 30 to 70% Al 2 O 3 , more preferably 40 to 60% glass and Al 2 O 3 : 40 to 60%, more preferably glass: 45 to 55%, and Al 2 O 3 : 45 to 55%.
  • the ceramic part 12 can be obtained, for example, by a well-known method of forming a circuit pattern using a ceramic green sheet.
  • a main surface of the ceramic part 12 is preferably polished. More preferably, the main surface of the ceramics portion 12 is polished to a mirror surface.
  • a multi-layered film including a plating film, a polyimide film, etc. is provided on the ceramics portion 12, it is possible to prevent scratches, irregularities, etc. on the ceramics portion 12 from being transferred to the multi-layered film. If scratches, irregularities, etc. on the ceramic part are transferred to the multilayer film, the appearance of the multilayer film may be deteriorated.
  • Examples of methods for polishing the main surface of the ceramic part 12 include polishing using fixed abrasive grains or free abrasive grains.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the ceramics portion 12 on which the colored portion 14 is not formed is preferably in the range of 5 nm or more and 35 nm or less.
  • the alignment mark portion 13 of the ceramic substrate 11 can be made of metal, for example.
  • Metal materials for forming the alignment mark portion 13 include, for example, Au, Ag, Ni, and Cr.
  • the shape of the alignment mark portion 13 is not particularly limited. Examples of the shape of the alignment mark portion 13 include a circular shape, a quadrilateral shape, a cross shape, and the like.
  • the shape of the alignment mark portion 13 may be a circular or elliptical ring shape, a rectangular frame shape, or the like.
  • the alignment mark portion 13 may be a combination of multiple shapes.
  • the alignment mark portion 13 can be formed using, for example, a plating method, a printing method, or the like.
  • the colored portion 14 of the ceramic substrate 11 preferably has a color caused by Al.
  • the colored portion 14 has a gray color based on Al, for example.
  • the colored portion 14 may contain Ti 3+ .
  • the arithmetic mean roughness Ra of the colored portion 14 is preferably in the range of 0.5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the maximum height Sz of the surface roughness of the colored portion 14 is preferably in the range of 5 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • the colored portion 14 is formed on the surface of the ceramic portion 12 .
  • the thickness of the colored portion 14 is preferably, for example, within the range of 1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • a ceramic substrate 111 has a ceramic portion 112 containing Al 2 O 3 .
  • the method for processing the ceramic substrate 111 includes an irradiation step of irradiating a part of the main surface of the ceramic portion 112 of the ceramic substrate 111 with the laser beam LB.
  • the colored portion 14 shown in FIGS. 1 and 2 is formed by the irradiation process.
  • the colored portion 14 may be formed by coloring a portion of the main surface of the ceramic portion 112 based on Al. That is, the colored portion 14 is formed by partially altering the main surface of the ceramic portion 112 with the laser beam LB.
  • the ceramic portion 112 may further contain TiO 2 and the colored portion 14 may contain Ti 3+ produced by the irradiation process.
  • TiO 2 contained in the ceramic part 112 may be contained in the composition of the ceramics or may be contained in the composition of the glass.
  • the colored portion 14 adjacent to the alignment mark portion 13 is formed by irradiating the ceramic portion 112 adjacent to the alignment mark portion 13 with the laser beam LB.
  • Examples of the laser light LB used in the irradiation process include UV laser light and green laser light.
  • Laser light LB is preferably UV laser light.
  • Examples of UV laser light include YAG laser and excimer laser.
  • the average output of the laser light LB used in the irradiation step is preferably, for example, within the range of 0.5 W or more and 15 W or less. It is preferable that the frequency of the laser light LB is, for example, within the range of 40 kHz or more and 300 kHz or less. It is preferable that the focused diameter of the laser beam LB is, for example, within a range of 5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the scanning method of the laser beam LB is not particularly limited.
  • a scanning method of the laser beam LB for example, after scanning the laser beam LB along a linear first planned scanning line, a second linear planned scanning line extending parallel to the first planned scanning line is scanned.
  • a method of scanning the laser beam LB along the By repeating such scanning with the laser beam LB, it is possible to irradiate the laser beam LB within a predetermined range on the surface of the ceramic part 112 .
  • the pitch width which is the interval between adjacent scanning planned lines, is preferably within a range of, for example, 10% or more and 150% or less of the condensed diameter.
  • the scanning speed of the laser beam LB is preferably, for example, within the range of 25 mm/s or more and 500 mm/s or less.
  • UV laser light may be used to form the colored portion 14 having unevenness.
  • the uneven colored portion 14 has, for example, the arithmetic average roughness Ra or the maximum surface roughness height Sz described in the ⁇ Colored portion> section above.
  • LTCC substrate glass ceramic substrate
  • the composition of the glass-ceramics contains glass: 50%, Al 2 O 3 : 25%, and Zn 2 SiO 4 : 25% in mass %.
  • the composition of the glass is SiO2 : 60%, B2O3 : 20%, Na2O : 2%, K2O : 2%, MgO: 3%, CaO: 10 % , BaO: 1% in mass%. , TiO 2 : 1%, ZrO 2 : 1%.
  • the main surface of the ceramic substrate 111 is mirror-finished by polishing.
  • An alignment mark portion 13 (external dimension: 500 ⁇ m) was provided on the main surface of this ceramic substrate 111 .
  • the alignment mark portion 13 was formed by Au plating.
  • an irradiation step of irradiating the ceramic portion 112 of the ceramic substrate 111 with the laser beam LB was performed.
  • the laser beam LB was irradiated to the inner range of the alignment mark portion 13 and the range along the outer circumference of the alignment mark portion 13 shown in FIG. As a result, a colored portion 14 was formed in a region adjacent to the alignment mark portion 13 .
  • the irradiation conditions of the laser beam LB are as follows.
  • Type of laser light LB UV laser, wavelength 355 nm Average output: 2W Frequency: 90kHz Condensed light diameter: 20 ⁇ m
  • the laser beam LB is scanned along a second linear planned scanning line extending parallel to the first planned scanning line. scanned. Such scanning with the laser beam LB was repeated until a predetermined range of the surface of the ceramic part 112 was irradiated with the laser beam LB.
  • the pitch width which is the interval between adjacent scanning planned lines, was set to 10 ⁇ m.
  • the scanning speed of the laser beam LB was set to 100 mm/s.
  • the alignment mark portion 13 is easier to identify when the alignment mark portion 13 and the colored portion 14 are adjacent than when the alignment mark portion 13 and the ceramic portion 12 are adjacent. That is, by forming the colored portion 14 in the region adjacent to the alignment mark portion 13, the distinguishability of the alignment mark portion 13 can be enhanced.
  • there are six lines of signals centered at g 2.018 in the area A2 indicated by the dashed line.
  • the coloring of the colored portion 14 in the ceramic substrate 11 after the irradiation process is based on Al contained in the ceramic portion 112 of the ceramic substrate 111 before the irradiation process.
  • Such coloring of the colored portion 14 is based on a change in the structure containing Al.
  • Table 1 summarizes the observation results of the colored portion 14 based on the ESR spectrum.
  • ⁇ Measurement of surface condition> The arithmetic mean roughness Ra of the ceramic part 112 of the ceramic substrate 111 before the irradiation process and the maximum height Sz of the surface roughness were measured with a surface roughness measuring machine (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., trade name: Surfcom 1400D) and a laser microscope (Olympus Co., Ltd., trade name: OLS5000).
  • the surface of the alignment mark portion 13 is a relatively smooth surface.
  • a method for processing a ceramic substrate 111 having a ceramic portion 112 containing Al 2 O 3 includes an irradiation step of irradiating a portion of the main surface of the ceramic portion 112 with a laser beam LB.
  • the colored portion 14 is formed by the irradiation process. According to this method, it is possible to easily form the colored portion 14 using the ceramic portion 112 containing Al 2 O 3 by the irradiation step of irradiating the laser beam LB. Thereby, for example, the identification information using the colored portion 14 can be easily given to the ceramic substrate 111 .
  • the ceramic portion 112 may further contain TiO 2 and the colored portion 14 may contain Ti 3+ produced by the irradiation process. In this case, it is possible to change the color tone of the colored portion 14 .
  • the ceramic substrate 111 in the method for processing the ceramic substrate 111 further includes an alignment mark portion 13 provided on the ceramic portion 112 .
  • the colored portion 14 adjacent to the alignment mark portion 13 is formed by irradiating the ceramic portion 112 adjacent to the alignment mark portion 13 with the laser beam LB.
  • the identifiability of the alignment mark portion 13 can be improved by forming the colored portion 14 adjacent to the alignment mark portion 13 . can be easily increased.
  • the main surface of the ceramics portion 112 is a polished mirror surface and the alignment mark portion 13 is formed by metal plating, the main surface of the ceramics portion 112 and the main surface of the alignment mark portion 13 are likely to reflect light. As a result, the distinguishability of the alignment mark portion 13 from the ceramic portion 112 is particularly likely to deteriorate.
  • the colored portion 14 is particularly advantageous in terms of enhancing the distinguishability of the alignment mark portion 13 in such a case.
  • the laser light LB irradiated in the irradiation step is UV laser light, and the colored portion 14 having unevenness may be formed in the irradiation step. In this case, for example, it is possible to change the color tone of the colored portion 14 by scattering light based on unevenness of the colored portion 14 .
  • the ceramic substrate 11 can be used, for example, as a ceramic wiring substrate, particularly a substrate used in a semiconductor inspection device such as a probe card.
  • the ceramic substrate 11 can also be used as a mother substrate for simultaneously manufacturing a plurality of package products enclosing electronic components, a so-called mother substrate for multi-panel production, or the like.
  • highly accurate positioning is required, so for example, it is particularly effective to improve the identifiability of the alignment mark portion 13 as described above.
  • the processing method of the ceramic substrate 111 can be changed to a processing method of forming the colored portion 14 at a position not adjacent to the alignment mark portion 13 .
  • the processing method of the ceramic substrate 111 can be changed to a processing method of forming the colored portion 14 on the ceramic substrate that does not have the alignment mark portion 13 .
  • the coloring section 14 can be configured as a display section that displays identification information such as letters, numbers, and symbols. That is, according to the method for processing the ceramic substrate 111, the identification information using the colored portion 14 can be easily imparted to the ceramic substrate 111.
  • the ceramic substrate 11 thus obtained includes a ceramic portion 12 containing Al 2 O 3 and a colored portion 14 exhibiting a color different from that of the ceramic portion 12.
  • the colored portion 14 is colored based on Al. ing.
  • the alignment mark portion 13 of the ceramics substrate 111 may be provided at one location on the ceramics portion 112 or may be provided at a plurality of locations on the ceramics portion 112 .
  • the colored portion 14 of the ceramics substrate 11 can be formed in a region adjacent to at least one of the plurality of alignment mark portions 13 .

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Abstract

セラミックス基板１１１は、Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部１１２を有する。セラミックス基板１１１の加工方法は、セラミックス部１１２の主表面の一部にレーザー光ＬＢを照射する照射工程を備える。セラミックス基板１１１の加工方法では、照射工程により着色部を形成する。

Description

セラミックス基板の加工方法、及びセラミックス基板
　本発明は、セラミックス基板の加工方法、及びセラミックス基板に関する。
　従来、特許文献１に開示されるように、例えば、セラミックス配線基板等の用途において、ガラスを含有するセラミックス基板が知られている。また、特許文献２に開示されるように、基板には、位置決め用のアライメントマークが設けられる場合がある。
特開２０１５－０９２５４１号公報 特開２００６－３３０１９２号公報
　本発明は、セラミックス基板に着色部を容易に形成する方法を見出すことでなされたものである。本発明の目的は、セラミックス基板に着色部を容易に形成することのできるセラミックス基板の加工方法、及びセラミックス基板を提供することにある。
　上記課題を解決するセラミックス基板の加工方法は、Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部を有するセラミックス基板の加工方法であって、前記セラミックス部の主表面の一部にレーザー光を照射する照射工程を備え、前記照射工程により着色部を形成する。
　上記セラミックス基板の加工方法において、前記照射工程では、前記主表面の一部をＡｌに基づき着色させることで前記着色部を形成してもよい。
　上記セラミックス基板の加工方法において、前記セラミックス部は、ＴｉＯ２をさらに含有し、前記着色部は、前記照射工程により生成されたＴｉ３＋を含有してもよい。
　上記セラミックス基板の加工方法において、前記セラミックス部は、ガラスを含有するガラスセラミックスであり、前記ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：２０～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１０～６０％、及びＺｎ２ＳｉＯ４：２０～７０％を含有してもよい。
　上記セラミックス基板の加工方法において、前記セラミックス部は、ガラスを含有するガラスセラミックスであり、前記ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：３０～７０％、及びＡｌ２Ｏ３：３０～７０％を含有してもよい。
　上記セラミックス基板の加工方法において、前記ガラスは、ガラス組成として質量％でＳｉＯ２：５０～８０％、Ｂ２Ｏ３：１０～３０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：１～１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：５～３０％、及びＴｉＯ２：０～１０％を含有してもよい。
　上記セラミックス基板の加工方法において、前記セラミックス基板は、前記セラミックス部に設けられたアライメントマーク部をさらに備え、前記照射工程では、前記アライメントマーク部に隣接した前記セラミックス部に前記レーザー光を照射することで、前記アライメントマーク部に隣接した前記着色部を形成してもよい。
　上記セラミックス基板の加工方法において、前記レーザー光は、ＵＶレーザー光であり、前記照射工程では、凹凸を有する前記着色部を形成してもよい。
　セラミックス基板は、Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス基板であって、セラミックス部と、前記セラミックス部に設けられたアライメントマーク部と、前記セラミックス部とは異なる色を呈する着色部と、を備え、前記着色部は、前記アライメントマーク部に隣接する領域に形成される。
　上記セラミックス基板において、前記着色部は、Ａｌに起因する色を有してもよい。
　上記セラミックス基板において、前記セラミックス部は、ガラスを含むガラスセラミックスであり、前記ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：２０～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１０～６０％、及びＺｎ２ＳｉＯ４：２０～７０％を含有してもよい。
　上記セラミックス基板において、前記セラミックス部は、ガラスを含むガラスセラミックスであり、前記ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：３０～７０％、及びＡｌ２Ｏ３：３０～７０％を含有してもよい。
　上記セラミックス基板において、前記ガラスは、ガラス組成として質量％でＳｉＯ２：５０～８０％、Ｂ２Ｏ３：１０～３０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：１～１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：５～３０％、及びＴｉＯ２：０～１０％を含有してもよい。
　上記セラミックス基板において、前記着色部の算術平均粗さＲａは、０．５μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内であってもよい。
　上記セラミックス基板において、前記着色部の表面粗さの最大高さＳｚは、５μｍ以上、４０μｍ以下の範囲内であってもよい。
　上記セラミックス基板において、前記着色部が形成されていない前記セラミックス部の算術平均粗さＲａは、５ｎｍ以上、３５ｎｍ以下の範囲内であってもよい。
　セラミックス基板は、Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部と、前記セラミックス部とは異なる色を呈する着色部と、を備え、前記着色部は、Ａｌに基づき着色している。
　本発明によれば、セラミックス基板に着色部を容易に形成することができる。
実施形態におけるセラミックス基板を示す平面図である。 図１の２－２線に沿った断面図である。 セラミックス基板の加工方法を説明する断面図である。 照射工程前のセラミックス基板のＥＳＲスペクトルである。 照射工程後のセラミックス基板のＥＳＲスペクトルである。
　以下、セラミックス基板の加工方法、及びセラミックス基板の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。まず、セラミックス基板の加工方法で加工されたセラミックス基板について説明する。
　＜セラミックス基板＞
　図１及び図２に示すように、セラミックス基板１１は、Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部１２と、セラミックス部１２に設けられたアライメントマーク部１３と、セラミックス部１２とは異なる色を呈する着色部１４とを備えている。着色部１４は、アライメントマーク部１３に隣接する領域に形成されている。
　＜セラミックス部＞
　セラミックス基板１１のセラミックス部１２は、ガラスセラミックス又はセラミックスであることが好ましい。ガラスセラミックスは、ガラスとセラミックスとを含有する。ガラスセラミックスとしては、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）が例示される。
　ガラスは、ガラス組成として質量％で、好ましくは、ＳｉＯ２：５０～８０％、Ｂ２Ｏ３：１０～３０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：１～１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：５～３０％、及びＴｉＯ２：０～１０％を含有し、より好ましくは、ＳｉＯ２：６０～８０％、Ｂ２Ｏ３：１０～３０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：１～５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：５～２０％、及びＴｉＯ２：０．１～３％を含有する。ガラスの組成は、その他の酸化物として、質量％でＺｒＯ２：０．１～３％を含有してもよい。
　セラミックスとしては、例えば、Ｚｎ２ＳｉＯ４（ウィレマイト）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、コーディエライト、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、リン酸ジルコニウム系化合物、ＺｒＳｉＯ４（ジルコン）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、β－石英固溶体、β－ユークリプタイト、β－スポジュメン等が挙げられる。セラミックスは、一種又は二種以上を用いることができる。
　ガラスセラミックスの組成は、質量％で、好ましくは、ガラス：２０～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１０～６０％、及びＺｎ２ＳｉＯ４：２０～７０％を含有し、より好ましくは、ガラス：３０～６０％、Ａｌ２Ｏ３：１５～４５％、及びＺｎ２ＳｉＯ４：２５～５５％を含有し、さらに好ましくは、ガラス：３５～５０％、Ａｌ２Ｏ３：２０～３５％、及びＺｎ２ＳｉＯ４：３０～４５％を含有する。
　ガラスセラミックスの組成は、Ｚｎ２ＳｉＯ４を含有しない組成であってもよい。ガラスセラミックスの組成は、質量％で、好ましくは、ガラス：３０～７０％、及びＡｌ２Ｏ３：３０～７０％を含有し、より好ましくは、ガラス：４０～６０％、及びＡｌ２Ｏ３：４０～６０％を含有し、さらに好ましくは、ガラス：４５～５５％、及びＡｌ２Ｏ３：４５～５５％を含有する。
　セラミックス部１２は、例えば、セラミックスのグリーンシートを用いて回路パターンを形成する周知の方法によって得ることができる。セラミックス部１２の主表面は、研磨されていることが好ましい。セラミックス部１２の主表面は、研磨により鏡面とされていることがより好ましい。この場合、セラミックス部１２上にめっき膜、ポリイミド膜等を含む多層膜を設ける際に、セラミックス部１２上の傷、凹凸等が多層膜に転写することを抑えることができる。多層膜にセラミックス部上の傷、凹凸等が転写すると、多層膜の外観不良を招くおそれがある。
　セラミックス部１２の主表面の研磨方法としては、例えば、固定砥粒又は遊離砥粒を用いた研磨が挙げられる。着色部１４が形成されていないセラミックス部１２の算術平均粗さＲａは、５ｎｍ以上、３５ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。
　＜アライメントマーク部＞
　セラミックス基板１１のアライメントマーク部１３は、例えば、金属から形成することができる。アライメントマーク部１３を形成する金属材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃr等が挙げられる。アライメントマーク部１３の形状は、特に限定されない。アライメントマーク部１３の形状としては、例えば、円形状、四辺形状、十字形状等が挙げられる。アライメントマーク部１３の形状は、円形や楕円形の環状、矩形の枠状等であってもよい。アライメントマーク部１３は、複数の形状を組み合わせたものであってもよい。アライメントマーク部１３は、例えば、めっき法、印刷法等を用いて形成することができる。
　＜着色部＞
　セラミックス基板１１の着色部１４は、Ａｌに起因する色を有することが好ましい。着色部１４は、例えば、Ａｌに基づく灰色を呈している。着色部１４は、Ｔｉ３＋を含有していてもよい。着色部１４の算術平均粗さＲａは、０．５μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内であることが好ましい。着色部１４の表面粗さの最大高さＳｚは、５μｍ以上、４０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。着色部１４は、セラミックス部１２の表面に形成されている。着色部１４の厚さは、例えば、１μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
　＜セラミックス基板の加工方法＞
　次に、セラミックス基板の加工方法について説明する。
　図３には示すように、セラミックス基板１１１は、Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部１１２を有している。セラミックス基板１１１の加工方法は、セラミックス基板１１１のセラミックス部１１２の主表面の一部にレーザー光ＬＢを照射する照射工程を備えている。セラミックス基板１１１の加工方法では、照射工程によって図１及び図２に示す着色部１４を形成する。
　照射工程では、セラミックス部１１２の主表面の一部をＡｌに基づき着色させて着色部１４を形成してもよい。すなわち、レーザー光ＬＢによりセラミックス部１１２の主表面の一部を変質させることで着色部１４が形成される。セラミックス部１１２は、ＴｉＯ２をさらに含有し、着色部１４は、照射工程により生成されたＴｉ３＋を含有してもよい。セラミックス部１１２に含有させるＴｉＯ２は、セラミックスの組成に含有されてもよいし、ガラスの組成に含有されてもよい。
　本実施形態の照射工程では、アライメントマーク部１３に隣接したセラミックス部１１２にレーザー光ＬＢを照射することで、アライメントマーク部１３に隣接した着色部１４を形成している。
　照射工程で用いるレーザー光ＬＢとしては、例えば、ＵＶレーザー光、グリーンレーザー光等が挙げられる。レーザー光ＬＢは、ＵＶレーザー光であることが好ましい。ＵＶレーザー光としては、例えば、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー等が挙げられる。
　照射工程で用いるレーザー光ＬＢの平均出力は、例えば、０．５Ｗ以上、１５Ｗ以下の範囲内であることが好ましい。レーザー光ＬＢの周波数は、例えば、４０ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ以下の範囲内であることが好ましい。レーザー光ＬＢの集光径は、例えば、５μｍ以上、３０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
　レーザー光ＬＢの走査方法は、特に限定されない。レーザー光ＬＢの走査方法としては、例えば、直線状の第１の走査予定線に沿ってレーザー光ＬＢを走査した後、第１の走査予定線と平行に延びる直線状の第２の走査予定線に沿ってレーザー光ＬＢを走査する方法が挙げられる。このようなレーザー光ＬＢの走査を繰り返すことで、セラミックス部１１２の表面の所定の範囲内にレーザー光ＬＢを照射することができる。
　隣り合う走査予定線の間隔であるピッチ幅は、例えば、集光径の１０％以上、１５０％以下の範囲内であることが好ましい。レーザー光ＬＢの走査速度は、例えば、２５ｍｍ／ｓ以上、５００ｍｍ／ｓ以下の範囲内であることが好ましい。
　照射工程では、例えば、ＵＶレーザー光を用いることで、凹凸を有する着色部１４を形成してもよい。凹凸を有する着色部１４は、例えば、上記の＜着色部＞欄で説明した算術平均粗さＲａ、又は表面粗さの最大高さＳｚを有する。
　＜試作例＞
　次に、試作例について説明する。
　まず、セラミックス基板１１１（ＬＴＣＣ基板：ガラスセラミックス基板）を準備した。ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：５０％、Ａｌ２Ｏ３：２５％、及びＺｎ２ＳｉＯ４：２５％を含有する。
　ガラスの組成は、質量％でＳｉＯ２：６０％、Ｂ２Ｏ３：２０％、Ｎａ２Ｏ：２％、Ｋ２Ｏ：２％、ＭｇＯ：３％、ＣａＯ：１０％、ＢａＯ：１％、ＴｉＯ２：１％、ＺｒＯ２：１％を含有する。
　セラミックス基板１１１の主表面は、研磨により鏡面とされている。このセラミックス基板１１１の主表面にアライメントマーク部１３（外形寸法：５００μｍ）を設けた。アライメントマーク部１３は、Ａｕめっきにより形成した。
　次に、セラミックス基板１１１のセラミックス部１１２にレーザー光ＬＢを照射する照射工程を行った。本試作例の照射工程では、図３に示すアライメントマーク部１３の内側の範囲と、アライメントマーク部１３の外周に沿った範囲とにレーザー光ＬＢを照射した。これにより、アライメントマーク部１３に隣接する領域に着色部１４を形成した。
　レーザー光ＬＢの照射条件は、以下のとおりである。
　レーザー光ＬＢの種類：ＵＶレーザー、波長３５５ｎｍ
　平均出力：２Ｗ
　周波数：９０ｋＨｚ
　集光径：２０μｍ
　照射工程では、直線状の第１の走査予定線に沿ってレーザー光ＬＢを走査した後、第１の走査予定線と平行に延びる直線状の第２の走査予定線に沿ってレーザー光ＬＢを走査した。このようなレーザー光ＬＢの走査をセラミックス部１１２の表面の所定の範囲内にレーザー光ＬＢが照射されるまで繰り返した。隣り合う走査予定線の間隔であるピッチ幅は、１０μｍとした。レーザー光ＬＢの走査速度は、１００ｍｍ／ｓとした。
　＜サンプルの顕微鏡による観察結果＞
　上記試作例で得られたサンプルのアライメントマーク部１３、セラミックス部１２、及び着色部１４のそれぞれの表面を、白色落射光を照射した状態で顕微鏡により観察した。アライメントマーク部１３の色は、ほぼ白色であった。セラミックス部１２の色は、灰色であった。これに対して着色部１４の色は、黒色であった。
　この結果から、アライメントマーク部１３とセラミックス部１２とが隣接する場合よりも、アライメントマーク部１３と着色部１４とが隣接する場合の方がアライメントマーク部１３を識別し易いことが分かる。すなわち、アライメントマーク部１３に隣接する領域に着色部１４を形成することで、アライメントマーク部１３の識別性を高めることができる。
　＜電子スピン共鳴法（ＥＳＲ）による着色部の分析＞
　まず、上記試作例で用いた照射工程前のセラミックス基板１１１のセラミックス部１１２の主表面について、測定温度５０ＫでＥＳＲ測定を行い、ＥＳＲスペクトルを得た。その結果を図４に示す。
　次に、上記試作例で得られた照射工程後のセラミックス基板１１の着色部１４の主表面について、測定温度５０ＫでＥＳＲ測定を行い、ＥＳＲスペクトルを得た。その結果を図５に示す。
　図４及び図５に示す記号“◆”は、ｇ＝２．００２を中心とする６本線（分裂間隔：約８２Ｇ、Ｍｎ２＋）が出現した部分を示している。図５に示すＥＳＲスペクトルにおいて、破線で示す領域Ａ１内には、複数種の正孔に基づく信号（ｇ＝２．０５０，２．０１０，２．００２）が出現している。また、図５に示すＥＳＲスペクトルにおいて、破線で示す領域Ａ２内には、ｇ＝２．０１８を中心とする６本線の信号が存在する。このように、図５に示すＥＳＲスペクトルでは、図４に示すＥＳＲスペクトルでは存在しなかったｇ＝２．０１８を中心とする６本線の信号が出現していることが分かる。ｇ＝２．０１８を中心とする６本線の信号は、Ａｌに基づく共鳴信号であり、詳しくは、２７Ａｌの持つ核スピンによる信号と推測される。
　この結果から、照射工程後のセラミックス基板１１における着色部１４の着色は、照射工程前のセラミックス基板１１１のセラミックス部１１２に含有されるＡｌに基づくことが分かる。このような着色部１４の着色は、Ａｌを含む構造の変化に基づくものである。また、着色部１４において観測されるｇ＝２．０１８を中心とする信号は、自由電子の持つｇ＝２．００２３に比べて大きい位置での信号となっている。このことから、着色部１４において観測されるｇ＝２．０１８を中心とする信号は、Ａｌを有する正孔を起因とする信号と推定される。従って、照射工程により着色部１４を形成するためには、照射工程前のセラミックス基板１１１にＡｌ源、すなわちＡｌ２Ｏ３が含有されていることが必要であることが分かる。
　図５に示すＥＳＲスペクトルにおいて、信号Ｓは、ｇ＝１．９４６における共鳴信号であり、Ｔｉに起因している。ｇ＝１．９４６における共鳴信号のピークは、酸素空亡による格子欠陥が原因であるとされている。この結果から、Ｔｉ３＋も着色部１４の着色に寄与していることが分かる。
　表１には、ＥＳＲスペクトルによる着色部１４の観測結果をまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜表面状態の測定＞
　照射工程前のセラミックス基板１１１のセラミックス部１１２の算術平均粗さＲａ及び表面粗さの最大高さＳｚを表面粗さ測定機（株式会社東京精密製、商品名：サーフコム１４００Ｄ）及びレーザー顕微鏡（オリンパス株式会社、商品名：ＯＬＳ５０００）により測定した。
　照射工程後のセラミックス基板１１の着色部１４の算術平均粗さＲａ及び表面粗さの最大高さＳｚについても、上記と同様に測定した。その結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ここで、アライメントマーク部１３を、例えばめっきにより形成した場合、アライメントマーク部１３の表面は、比較的平滑な面となっている。このようなアライメントマーク部１３に、セラミックス部１１２よりも、上記Ｒａ，Ｓｚの値が大きい着色部１４が隣接することで、アライメントマーク部１３の識別性を高めることが可能となる。
　次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
　（１）Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部１１２を有するセラミックス基板１１１の加工方法は、セラミックス部１１２の主表面の一部にレーザー光ＬＢを照射する照射工程を備えている。セラミックス基板１１１の加工方法では、照射工程により着色部１４を形成している。この方法によれば、レーザー光ＬＢを照射する照射工程によりＡｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部１１２を利用して着色部１４を容易に形成することが可能である。これにより、例えば、セラミックス基板１１１に着色部１４を利用した識別情報を容易に付与することができる。
　（２）セラミックス基板１１１の加工方法において、セラミックス部１１２は、ＴｉＯ２をさらに含有し、着色部１４は、照射工程により生成されたＴｉ３＋を含有してもよい。この場合、着色部１４の色調を変化させることが可能となる。
　（３）セラミックス基板１１１の加工方法におけるセラミックス基板１１１は、セラミックス部１１２に設けられたアライメントマーク部１３をさらに備えている。上記照射工程では、アライメントマーク部１３に隣接したセラミックス部１１２にレーザー光ＬＢを照射することで、アライメントマーク部１３に隣接した着色部１４を形成している。この場合、例えば、セラミックス部１１２に隣接するアライメントマーク部１３の識別性が低い場合であっても、アライメントマーク部１３に隣接した着色部１４を形成することで、アライメントマーク部１３の識別性を容易に高めることができる。
　例えば、セラミックス部１１２の主表面が研磨された鏡面であり、アライメントマーク部１３を金属めっきから形成した場合、セラミックス部１１２の主表面及びアライメントマーク部１３の主表面では、光が反射し易い。これにより、セラミックス部１１２に対するアライメントマーク部１３の識別性が特に低下し易い。このような場合のアライメントマーク部１３の識別性を高める点で着色部１４は、特に有利となる。
　（４）照射工程で照射するレーザー光ＬＢは、ＵＶレーザー光であり、照射工程では、凹凸を有する着色部１４を形成してもよい。この場合、例えば、着色部１４の凹凸に基づく光の散乱により着色部１４の色調を変化させることが可能となる。
　（５）セラミックス基板１１は、例えば、セラミックス配線基板、特にはプローブカード等の半導体検査装置に用いられる基板等として用いることができる。また、セラミックス基板１１は、電子部品を封入するパッケージ製品を複数同時に製造するためのマザー基板、いわゆる多面取りするためのマザー基板等としても用いることができる。これらの用途では精度の高い位置決めが要求されるため、例えば、上記のようにアライメントマーク部１３の識別性を高めることが特に有効となる。
　＜変更例＞
　上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　・上記セラミックス基板１１１の加工方法は、アライメントマーク部１３に隣接しない位置に着色部１４を形成する加工方法に変更することもできる。また、上記セラミックス基板１１１の加工方法は、アライメントマーク部１３を有しないセラミックス基板に着色部１４を形成する加工方法に変更することもできる。この場合、着色部１４は、例えば、文字、数字、記号等の識別情報を表示する表示部として構成することができる。すなわち、セラミックス基板１１１の加工方法によれば、セラミックス基板１１１に着色部１４を利用した識別情報を容易に付与することができる。このようにして得られたセラミックス基板１１は、Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部１２と、セラミックス部１２とは異なる色を呈する着色部１４とを備え、着色部１４は、Ａｌに基づき着色している。
　・セラミックス基板１１１のアライメントマーク部１３は、セラミックス部１１２の一箇所に設けられてもよいし、セラミックス部１１２の複数箇所に設けられてもよい。アライメントマーク部１３がセラミックス部１１２の複数箇所に設けられている場合、セラミックス基板１１の着色部１４は、複数のアライメントマーク部１３の少なくとも一つに隣接する領域に形成することができる。
　１１…セラミックス基板（照射工程後）、１２…セラミックス部（照射工程後）、１３…アライメントマーク部、１４…着色部、１１１…セラミックス基板（照射工程前）、１１２…セラミックス部（照射工程前）、ＬＢ…レーザー光。

Claims (17)

  1. 　Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部を有するセラミックス基板の加工方法であって、
    　前記セラミックス部の主表面の一部にレーザー光を照射する照射工程を備え、
    　前記照射工程により着色部を形成する、セラミックス基板の加工方法。
  2. 　前記照射工程では、前記主表面の一部をＡｌに基づき着色させることで前記着色部を形成する、請求項１に記載のセラミックス基板の加工方法。
  3. 　前記セラミックス部は、ＴｉＯ２をさらに含有し、
    　前記着色部は、前記照射工程により生成されたＴｉ３＋を含有する、請求項１に記載のセラミックス基板の加工方法。
  4. 　前記セラミックス部は、ガラスを含有するガラスセラミックスであり、
    　前記ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：２０～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１０～６０％、及びＺｎ２ＳｉＯ４：２０～７０％を含有する、請求項１又は請求項２に記載のセラミックス基板の加工方法。
  5. 　前記セラミックス部は、ガラスを含有するガラスセラミックスであり、
    　前記ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：３０～７０％、及びＡｌ２Ｏ３：３０～７０％を含有する、請求項１又は請求項２に記載のセラミックス基板の加工方法。
  6. 　前記ガラスは、ガラス組成として質量％でＳｉＯ２：５０～８０％、Ｂ２Ｏ３：１０～３０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：１～１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：５～３０％、及びＴｉＯ２：０～１０％を含有する、請求項４又は請求項５に記載のセラミックス基板の加工方法。
  7. 　前記セラミックス基板は、前記セラミックス部に設けられたアライメントマーク部をさらに備え、
    　前記照射工程では、前記アライメントマーク部に隣接した前記セラミックス部に前記レーザー光を照射することで、前記アライメントマーク部に隣接した前記着色部を形成する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のセラミックス基板の加工方法。
  8. 　前記レーザー光は、ＵＶレーザー光であり、
    　前記照射工程では、凹凸を有する前記着色部を形成する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のセラミックス基板の加工方法。
  9. 　Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部と、
    　前記セラミックス部に設けられたアライメントマーク部と、
    　前記セラミックス部とは異なる色を呈する着色部と、を備え、
    　前記着色部は、前記アライメントマーク部に隣接する領域に形成される、セラミックス基板。
  10. 　前記着色部は、Ａｌに起因する色を有する、請求項９に記載のセラミックス基板。
  11. 　前記セラミックス部は、ガラスを含むガラスセラミックスであり、
    　前記ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：２０～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１０～６０％、及びＺｎ２ＳｉＯ４：２０～７０％を含有する、請求項９又は請求項１０に記載のセラミックス基板。
  12. 　前記セラミックス部は、ガラスを含むガラスセラミックスであり、
    　前記ガラスセラミックスの組成は、質量％でガラス：３０～７０％、及びＡｌ２Ｏ３：３０～７０％を含有する、請求項９又は請求項１０に記載のセラミックス基板。
  13. 　前記ガラスは、ガラス組成として質量％でＳｉＯ２：５０～８０％、Ｂ２Ｏ３：１０～３０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：１～１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：５～３０％、及びＴｉＯ２：０～１０％を含有する、請求項１１又は請求項１２に記載のセラミックス基板。
  14. 　前記着色部の算術平均粗さＲａは、０．５μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内である、請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載のセラミックス基板。
  15. 　前記着色部の表面粗さの最大高さＳｚは、５μｍ以上、４０μｍ以下の範囲内である、請求項９から請求項１４のいずれか一項に記載のセラミックス基板。
  16. 　前記着色部が形成されていない前記セラミックス部の算術平均粗さＲａは、５ｎｍ以上、３５ｎｍ以下の範囲内である、請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載のセラミックス基板。
  17. 　Ａｌ２Ｏ３を含有するセラミックス部と、
    　前記セラミックス部とは異なる色を呈する着色部と、を備え、
    　前記着色部は、Ａｌに基づき着色している、セラミックス基板。
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