玻璃衬底的加工方法和高频电路的制作方法 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×作用电路地频率×(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。
采用使用形成氧化铝衬底的贯通孔等的CO2激光加工办法时，可以有比受激准分子激光宽的加工条件进行玻璃衬底的贯通加工。并且，CO2激光器系统的价格也比其他系统便宜运转费用也低，不言而喻是适合大量生产的衬底加工方法。
不过，要是使用CO2激光对玻璃衬底施行加工的话，就会发生以下所示的问题。
图2是表示使用脉冲宽度可变的CO2激光器对玻璃衬底施行加工时发生的问题图。图2中，201表示玻璃衬底的剖面图，202表示用CO2激光器在衬底上形成的贯通孔。203表示形成贯通孔202时发生的隆起，204表示玻璃衬底201的激光照射面一侧孔径(上孔径)，205表示与激光照射面相反面的孔径(下孔径)。如图2所示，使用脉冲宽度可变的CO2激光器对玻璃衬底201形成贯通孔时，贯通孔202变成如图2所示的圆锥形状的孔，上缘部分发生了隆起203。由于变更激光的脉冲宽度能改变给予玻璃衬底的脉冲能量，就能改变下孔径205对上孔径204之比和隆起203的量，但不能回避圆锥形状和隆起现象。
本发明鉴于上述现有的问题而作出发明，因此本发明第1目的是提供一种使用激光的玻璃衬底加工方法中可与大量生产对应的加工方法。
本发明的第2目的就是要通过采用本玻璃衬底加工方法，应用于将介电常数低、介质损耗小的玻璃衬底作为高频电路，特别是微波和毫米波段用的高频电路衬底。
本发明的第3目的就是通过用上述玻璃衬底加工方法实现的衬底，谋求提高无线终端装置等的性能之类。
本发明就是通过在玻璃衬底自身上想办法和对激光加工方法想办法，达到上述目的。具体地说，就是通过适当控制玻璃中的气泡量准备提高衬底自身加工性的玻璃衬底，在加工玻璃衬底之际通过多次照射脉冲激光，完成提高对玻璃衬底的加工形状。
为了实现上述这种技术，本发明的特征是通过控制玻璃衬底内的气泡量，提高玻璃衬底自身用激光的加工性。
本发明是在通过控制玻璃衬底内的气泡量提高玻璃衬底自身用激的加工性的玻璃衬底的加工方法中，是以玻璃表面上形成薄的绝缘体为特征。这时，玻璃表面上形成的薄绝缘物也可以是用涂布法形成的玻璃。或者，上述绝缘物也可以是有机绝缘膜。上述绝缘物是有机绝缘膜时，也可以用涂布法形成玻璃表面上形成的薄有机绝缘物。进而，上述玻璃表面上形成的薄绝缘物为层状，也可以用叠层法形成。
本发明在用玻璃衬底的激光加工中，是以通过控制玻璃衬底内的气泡量，仅在玻璃衬底的内部设置空孔为特征。
本发明是往玻璃衬底上的形成金属膜的方法，是以控制玻璃衬底内的气泡量，在对玻璃衬底进行激光加工后，因玻璃内的气泡而使加工面的表面积成为增大的状态，简单地进行无电解电镀为特征。
本发明是以控制玻璃衬底内的气泡量，在对玻璃衬底进行激光加工后，因玻璃内的气泡而使加工面的表面积成为增大的状态，并通过形成金属膜，提高形成金属膜部分的散热特性为特征。
本发明是以使用CO2激光作为激光加工为特征。
本发明是一种玻璃衬底的加工方法，并是以使用脉冲宽度可变的CO2激光作为加工手段，作为第1工序只要实施一次激光照射，作为第2工序进行多次激光照射为特征。
本发明是以在上述玻璃衬底加工方法中，第2工序的激光脉冲宽度比第1工序激光脉冲宽度大为特征。
本发明提供一种使用具有上述各特征的玻璃利底加工方法制作高频电路的方法。
本发明是以搭载使用具有上述各特征的玻璃衬底加工方法制作的高频电路实现无线终端装置为特征。
本发明是以搭载使用具有上述各特征的玻璃衬底加工方法制作的高频电路实现无线基站装置为特征。
本发明是以搭载使用具有上述各特征的玻璃利底加工方法制作的高频电路实现雷达装置为特征。
如以上的那样，倘若采用本发明，一般说来，加工难的玻璃衬底容易应用于制作高频电路，因此可能向广大社会提供高性能的电路和装置。
通过参照附图进行以下的说明，上述目的和本发明的优点将变得更清楚。
图1是表示使用现有的玻璃衬底时发生问题的示意图。
图2是表示对现有的玻璃衬底施行激光加工时发生问题的示意图。
图3是表示按照本发明一个实施例的玻璃衬底加工方法的说明图。
图4是表示玻璃衬底的激光加工方案的说明图。
图5是表示按照本发明一个实施例的玻璃衬底加工方法的说明图。
图6是表示按照本发明一个实施例的玻璃利底加工方法的说明图。
图7是表示按照本发明一个实施例的玻璃衬底加工方法的说明图。
图8是表示按照本发明一个实施例的玻璃衬底加工方法的说明图。
图9是表示按照本发明一个实施例的玻璃利底加工方法的说明图。
以下，按照附图说明有关本发明的实施例。图3表示玻璃衬底内含有气泡的衬底剖面图，(a)表示进行激光加工前的状态，(b)表示进行激光加工后的状态。图3中，1表示玻璃衬底，2表示玻璃衬底内的气泡，3表示用激光加工法形成的贯通孔。
如图3(a)所示，混入气泡的玻璃制作方法，例如象特开平10-29836所示的那样是公知的技术，指定玻璃气泡混入量的玻璃衬底可由依赖于衬底供给制造厂的制作来取得。若将控制这样的气泡混入量的玻璃衬底用作高频电路用衬底，变成利用比一般玻璃衬底还要低的介电常数作为衬底，结果带来降低信号传输时损耗的这种效果。使用激光贯通加工如图3(a)所示的玻璃中混入气泡的衬底时，如图3(b)所示的激光照射面一侧的孔径(上孔径)和与激光照射面相反面的孔径(下孔径)之比变成接近1的加工，也能大幅度抑制图2所示的隆起203。其理由是因为通过激光照射进行玻璃热加工的同时，对激光照射方向在玻璃内部的微小气泡间一个接一个地发生微小的龟裂，此龟裂从激光照射面连续地向与激光照射面的相反面传播发生加工现象的缘故，结果达到难以变成圆锥形的加工。
并且，这时用于形成玻璃衬底贯通孔的激光脉冲能量，与对一般玻璃衬底形成贯通孔的激光脉冲能量相比可以降低数十％以上，因此能够抑制发生图2中所示的隆起。进而，玻璃内的气泡有制止随激光照射发生的玻璃内部发热向玻璃衬底平面方向扩散的作用，因此发挥在激光照射方向有效进行激光热加工的效果。另外，激光加工的贯通孔面因激光热加工的影响，因为气泡痕的凹凸没有熔融而成为平滑面。作为这时使用的激光器类型，使用CO2激光方面对大量生产工序有利，但是在贯通加工中即使使用KrF等的受激准分子激光，也发生气泡的龟裂传播加工，因而一般玻璃衬底加工时发生的加工条件狭窄也能得到缓和，可用比一般玻璃衬底加工低的能量，很好进行玻璃自身加工。
作为进一步提高图3(b)中所示的贯通孔3的加工形状的办法，具有使用脉冲宽度可变的CO2激光，作为第1工序仅实施一次激光照射，作为第2工序进行多次激光照射的加工方法。该方法是在通常的玻璃加工之际，能够谋求抑制圆锥形状和抑制加工部分隆起的办法。图4表示在通常的玻璃加工之际使用能够抑制圆锥形状和加工部分隆起的脉冲宽度可变的CO2激光的玻璃衬底贯通加工方案。图4(a)、(b)全都表示玻璃衬底201上形成贯通孔202的玻璃衬底剖面图，图4(a)表示作为第1工序仅一次实施激光照射的玻璃衬底剖面形状，(b)表示作为第2工序实施多次激光照射的玻璃衬底剖面形状。通过对玻璃衬底实施作为第2工序的多次激光照射，获得如图4(b)所示形状的理由是因为通过照射多次激光可以扩大与激光照射面相反面的孔径(下孔径)的缘故。另外这时的激光束直径无论照射几次也不变，因而激光照射面一侧的孔径(上孔径)不变。
通过实施作为第2工序的多次激光照射减少隆起的理由是因为，向贯通孔周围退火效果造成分散隆起的缘故。作为该加工方法的应用，改变第1工序的激光照射的脉冲宽度和第2工序的激光照射的脉冲宽度，在第2工序的激光照射时，也有沿贯通孔深度方向移动激光焦点的方法，通过其组合，可以形成更为接近垂直的玻璃衬底的贯通孔。另外，采取第2工序的激光脉冲宽度比第1工序的激光脉冲宽度增大的办法，能够更有效地发挥抑制隆起的退火效果。用这些办法，对图3(a)所示的玻璃内含有气泡的衬底实施贯通孔形成时，用比一般玻璃加工少的能量，就可以形成良好形状的贯通孔。使用上述的加工方法，不仅形成贯通孔，而且也可以形成用一般的玻璃加工难以形成的沟加工或空孔。
图5表示实施沟加工的例子，图5的4表示形成后的玻璃内含有气泡的衬底剖面1上形成的沟。该沟是对玻璃内含有气泡的衬底，通过相对移动激光束而加工形成的。图6表示玻璃内含有气泡的衬底内部形成空孔的加工方法。图6中，1是玻璃内含有气泡的衬底，5表示玻璃内部形成的空孔，6表示缩小激光束的透镜，7表示激光束，用透镜6给激光束7聚光并表示焦点调合到玻璃内含有气泡的衬底1内5的部分的状态。在该状态下，通过相对移动激光束与衬底1，在玻璃衬底1内部的微小气泡间一个接一个实施微小龟裂和热加工，因此可以在玻璃衬底1的内部形成空孔5。
另外，作为这时使用的激光，使用输出峰值高的激光是理想的，如用低峰强度的激光，就不可能形成空孔，而变成图5所示的沟形状。
使用图3说明的加工方法、或使用图5说明的加工方法，通过增大玻璃衬底1中混入一粒粒的直径，变得可以发生其它效果。这时的气泡直径大致为50μm以上是理想的。图7表示对某种程度增大气泡2直径的衬底1用激光打出贯通孔时的剖面图。在该玻璃衬底加工方法中受激光热影响的贯通孔3的壁面因为气泡2具有一定大小，所以变成具有完全不平滑是凹凸面。持有该凹凸的贯通孔的表面状态对电路板制作工作有利。一般在电路板制作中，形成贯通孔的理由是为了进行表面的电路与背面的电路电连接并在贯通孔的侧壁上形成金属膜。例如，用无电解电镀法形成薄金属膜后，通过电解电镀法形成一定厚度(大致10μm以下)金属膜，成为形成用于电连接的金属膜。在该无电解电镀工序，若形成电镀面平滑，则为了取得有足够粘合强度，因此有故意地造成所谓粗化表面的工序。不过，象本发明这样作为具有凹凸的贯通孔的表面状态，就不需要该粗化工序，电路衬底大量生产时情况良好。
图8表示对一定程度加大气泡2直径的玻璃衬底1，用激光施行多个沟加工的例子。进行这种加工时，可以生成具有远比使用一般玻璃衬底时大的表面积的面。在具有这样的凹凸面上，形成象金属膜这样的热传导性高的薄膜，可作成散热效果高的面，应用于散热成为问题的电路衬底，就能够制作高性能的电路衬底。
用混入了气泡的玻璃衬底制作高频电路时，特别是利用图7和图8所述的大气泡之际，在处理微波和毫米波体的高频电路中，有时传输电路形成面的表面粗糙度成为问题。表面粗糙的衬底上若形成传输电路，则结果传输电路具有凹凸，又变成信号传输的损耗，是由于实际电路长度因表面积增加而增加的缘故。对这个问题，可以通过在混入的玻璃衬底表面形成绝缘膜的办法来回避。图9表示混入气泡的衬底1上形成绝缘物来解决上述问题的办法。
图9(a)是进行激光加工前的衬底剖面图，8表示绝缘物。作为绝缘物8的材料可以是用涂布法简单形成的自旋玻璃(SOG)等的绝缘物，对凹凸表面可以选择有平坦化作用的材料。并且，若形成聚酰亚胺、苯并环丁烯等有机绝缘膜，则膜厚可以形成比SOG等无机物的厚，达到提高对凹凸表面的平坦化作用。聚酰亚胺、苯并环丁烯，一般是用旋涂法和以后工序的效果来形成，但不限于象旋涂之类涂布的方法，而且也可以使用叠层法形成有机膜。图9(b)表示用激光形成贯通孔的状态。形成SOG等无机材料时变成有几μm的膜，形成涂布型的聚酰亚胺、苯并环丁烯时变成有10～50μm左右的膜，形成用叠层法形成的有机膜时变成有10～70μm左右的膜，这些物质与玻璃衬底相比对激光的加工性格外优良，所以不是形成贯通孔3时的障碍。如在绝缘物8的上边形成传输电路，就达成上述问题的解决。
倘若使用本发明的玻璃衬底加工方法制作高频电路，则可以制造高性能大量生产性优良的电路。并且本发明发高频电路可应用于无线移动终端、无线基站、雷达装置等，能够制造高性能而且可大量生产的装置。