(57)【要約】【課題】グリーンシートの厚みの測定精度を向上させ、さらに積層体形成に利用するグリーンシートの歩留まりを高める方法を提供する。【解決手段】複数のセラミックグリーンシートについてそれぞれの厚みを測定し、得られた厚みの測定値の平均およびバラツキと、あらかじめ定められたランク分け基準とを照合することにより、複数のセラミックグリーンシートをそれぞれ、ランク分け基準において設定されている複数のランクのいずれかに分類するランク分けを行い、積層体を形成する際には、積層体のそれぞれの層を構成するセラミックグリーンシートに、複数のランクのうち使用することがあらかじめ許容されているランクに属するセラミックグリーンシートのみを用いるようにする。【選択図】図３
2011095119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスグリーンシートの厚みを測定する装置であって、
前記セラミックスグリーンシートを載置するステージと、
セラミックグリーンシートの厚みを測定する際の基準位置となる測定ベースと、
前記セラミックスグリーンシートの厚みを測定する測定手段と、
を備え、
前記ステージには開口部が設けられており、
前記測定ベースは前記開口部において前記ステージと独立に固設され、前記測定ベースの上面の高さと前記ステージの高さとは略同一であり、
前記測定手段は、前記開口部において前記測定ベースの位置を基準として前記測定手段と前記開口部の間に位置する前記グリーンシートの部分の厚みを測定する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記ステージが駆動機構によって所定の移動方向に沿って移動可能に設けられてなり、
前記開口部が前記移動方向に沿う形状を有しており、
前記ステージを断続的あるいは連続的に移動させつつ、前記測定手段による測定を繰り返し行うことにより、前記セラミックスグリーンシートの複数個所において厚みを測定可能である、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
複数のセラミックグリーンシートを積層して積層体を形成する工程であって、
請求項２に記載の測定装置によって複数の前記セラミックグリーンシートについてそれぞれの厚みを測定する測定工程と、
前記測定工程によって得られた厚みの測定値の平均およびバラツキと、あらかじめ定められたランク分け基準とを照合することにより、前記複数の前記セラミックグリーンシートをそれぞれ、前記ランク分け基準において設定されている複数のランクのいずれかに分類するランク分け工程と、
積層体を形成する積層体形成工程と、
を備え、
前記積層体形成工程においては、前記積層体のそれぞれの層を構成するセラミックグリーンシートに、前記複数のランクのうち使用することがあらかじめ許容されているランクに属する前記セラミックグリーンシートのみを用いることにより、前記積層体を構成する、
ことを特徴とする積層体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックグリーンシートによる積層体の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサなどのセンサ素子を初めとする種々のデバイスなどの作製手法として、セラミックス粉末と有機物との混合物であるスラリーを所定のフィルム上に塗布・乾燥させることによって作製した複数枚のセラミックグリーンシート（以下、単にグリーンシートとも称する）を、必要に応じてそれぞれにスクリーン印刷等によって所定の回路パターンを形成したりあるいはキャビティを形成したうえで積層し、これによって得られる積層体を焼結させる手法（グリーンシートプロセス）が広く知られている。
【０００３】
グリーンシートプロセスにおいては、焼結の際にグリーンシートが（より具体的にはその積層体が）収縮することによる寸法変化を見越して製品設計等がなされる。それゆえ、製品歩留まり向上のためには、グリーンシートの寸法管理が重要となる。特に、グリーンシートは、その製法上厚みのばらつきが生じやすいことから、厚みの管理による歩留まりの向上が求められている。そのためには、厚みを高精度に測定する必要がある。
【０００４】
グリーンシートの重量を測定することによってグリーンシートの厚みを管理し、結果として、該グリーンシートを複数枚用いて得られる焼結体中のセラミック層の厚みを高精度に制御する方法がすでに公知である（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−０８８８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された方法では、重量と厚みの関数関係（あるいは検量線）をグリーンシートの組成や厚みに応じて逐一特定する必要があり、また、グリーンシートの素材や作製工程に変更がある度に該関数関係を見直す必要があって煩雑である。
【０００７】
一方、グリーンシートの厚みを直接に測定する、工程管理上ある程度効率的な手法として、所定のステージの上にグリーンシートを載置した状態で、ステージ上方から該グリーンシートに対し、マイクロゲージなどを用いた接触式の、またはレーザー光などを用いた非接触式のプローブによって、測定を行う手法がある。その際、ステージを移動させつつ間欠的もしくは連続的に測定を行うことで、グリーンシートの複数個所の測定を行うことも可能である。
【０００８】
図６は、係る態様で測定を行う測定装置１００の部分上面図である。また、図７は、種々の態様における測定装置１００の部分側面図である。
【０００９】
測定装置１００は、上面視平板状のステージ１０１が、その下部にステッピングモーター１０２で回転するボールネジ１０３と螺合する軸受け１０４を備えるとともに、同じく下部の四方端部に、ガイドレール１０５にて案内されるリニアガイド１０６を備えている。そして、図７（ａ）に示すように、ステージ１０１にグリーンシート１０７が載置された状態で、グリーンシート１０７の上方からデジタルマイクロゲージ１０８のプローブ１０８ｐをグリーンシート１０７に対して接触させることで、グリーンシート１０７の厚みが測定できるようになっている。そして、ステージ１０１を間欠的に移動させつつ測定を繰り返すことで、グリーンシート１０７の複数個所について厚みを測定することができるようになっている。
【００１０】
しかしながら、係る手法の場合、ステージを移動させる移動機構の機械精度やステージの平面度などの複数の誤差要因があり、グリーンシート自体の厚みばらつきにそれらの誤差要因が重畳するため、得られた測定値の信頼性が必ずしも十分ではないという問題がある。例えば図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、ガイドレール１０５の取り付けの水平精度が十分でなかったり、図７（ｄ）、（ｅ）に示すように、リニアガイドにがたつきがありステージ１０１がきっちりと水平に移動しなかったりすると、厚みの測定に誤差が生じる。具体的には、それぞれに２〜３μｍの誤差は容易に生じうることから、グリーンシート自体の厚みバラツキが１０μｍ以下であったとしても、これを正しく測定することはできないことになる。
【００１１】
その一方で、積層体を形成する複数のグリーンシートが積層される位置によってそれぞれに異なる回路配置や機能を有する場合、厚みに要求される精度は、積層位置によって必ずしも同じではない。例えば、ある層に用いるグリーンシートについてはシート内の厚み誤差が１％以内であることが求められるのに対して、他の層に用いるグリーンシートについては５％の誤差まで許容される、といった場合があり得る。こうした場合、全てのグリーンシートに１％以内の誤差を要求すると、シート作製歩留まりが低下してしまうという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、グリーンシートの厚みを高精度に測定する測定装置、および、これにより得られた正確な測定値を利用することによって、積層体形成に利用するグリーンシートの歩留まりを高める方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、セラミックスグリーンシートの厚みを測定する装置であって、前記セラミックスグリーンシートを載置するステージと、セラミックグリーンシートの厚みを測定する際の基準位置となる測定ベースと、前記セラミックスグリーンシートの厚みを測定する測定手段と、を備え、前記ステージには開口部が設けられており、前記測定ベースは前記開口部において前記ステージと独立に固設され、前記測定ベースの上面の高さと前記ステージの高さとは略同一であり、前記測定手段は、前記開口部において前記測定ベースの位置を基準として前記測定手段と前記開口部の間に位置する前記グリーンシートの部分の厚みを測定する、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の測定装置であって、前記ステージが駆動機構によって所定の移動方向に沿って移動可能に設けられてなり、前記開口部が前記移動方向に沿う形状を有しており、前記ステージを断続的あるいは連続的に移動させつつ、前記測定手段による測定を繰り返し行うことにより、前記セラミックスグリーンシートの複数個所において厚みを測定可能である、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、複数のセラミックグリーンシートを積層して積層体を形成する工程であって、請求項２に記載の測定装置によって複数の前記セラミックグリーンシートについてそれぞれの厚みを測定する測定工程と、前記測定工程によって得られた厚みの測定値の平均およびバラツキと、あらかじめ定められたランク分け基準とを照合することにより、前記複数の前記セラミックグリーンシートをそれぞれ、前記ランク分け基準において設定されている複数のランクのいずれかに分類するランク分け工程と、積層体を形成する積層体形成工程と、を備え、前記積層体形成工程においては、前記積層体のそれぞれの層を構成するセラミックグリーンシートに、前記複数のランクのうち使用することがあらかじめ許容されているランクに属する前記セラミックグリーンシートのみを用いることにより、前記積層体を構成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１および請求項２の発明によれば、グリーンシートの厚み測定の精度を従来よりも向上させることができる。
【００１７】
また、請求項３の発明によれば、積層体の全ての層を構成するグリーンシートについて同じ精度を要求する場合ほどシビアな工程管理を行わずとも、高い歩留まり率でグリーンシートを積層体の形成に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る測定装置１０の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面における測定装置１０におけるデジタルマイクロゲージ２での測定の様子を示す図である。
【図３】本実施の形態における積層体形成のためのグリーンシートＳの処理の流れを概略的に示す図である。
【図４】ランク分けに用いる各ランクの基準を例示する図である。
【図５】積層体の第１層〜第６層の各層に使用が許容されるグリーンシートＳのランクと、用いたグリーンシートＳが取り得る厚みの範囲とを例示する図である。
【図６】測定装置１００の部分上面図である。
【図７】種々の態様における測定装置１００の部分側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜測定装置＞
図１は、本発明の実施の形態に係る測定装置１０の構成を模式的に示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面における測定装置１０におけるデジタルマイクロゲージ（以下、デジタルゲージとも称する）２での測定の様子を示す図である。測定装置１０は、グリーシートプロセスによるデバイス作製に用いるセラミックグリーンシート（グリーンシート）Ｓの厚みを測定する装置である。
【００２０】
測定装置１０は、グリーンシートＳが載置されるステージ１と、接触式にてグリーンシートの厚みを測定する複数のデジタルゲージ２と、デジタルゲージ２に対応させて複数設けられ、デジタルゲージ２による測定の際にグリーンシートＳの被測定部を支持する測定ベース３と、ステージ１の移動動作およびデジタルゲージ２による測定処理を制御するとともに、測定結果に基づくグリーンシートＳの管理を行うコンピュータ５とを、主として備える。なお、図１においてはデジタルゲージ２を５つ備える態様が示されているが、これはあくまで例示であって、デジタルゲージ２の数はこれに限定されるものではない。
【００２１】
ステージ１は、コンピュータ５によって制御される駆動機構Ｍ１によって矢印ＡＲ１の方向に移動可能に設けられてなる。また、ステージ１には、矢印ＡＲ１に示した移動方向に沿った長尺状の（スリット状の）開口部４がデジタルゲージ２に対応させて複数設けられている。さらに、それぞれの開口部４には、測定ベース３がステージ１と独立に固設されている。測定ベース３の上面は、ステージ１の上面と略同一の高さに位置する。ただし、より厳密には、測定ベース３は、グリーンシートＳを載置した状態でステージ１が移動する際に、グリーンシートＳおよびステージ１と干渉しない態様にて、設けられてなる。
【００２２】
デジタルゲージ２は、コンピュータ５と信号線ＣＬで接続されており、そのプローブ２ｐがコンピュータ５によって制御される駆動機構Ｍ２によって矢印ＡＲ２の方向に進退可能に設けられてなる。また、デジタルゲージ２のプローブ２ｐは、ステージ１の開口部４の位置において、測定ベース３の鉛直上方に設けられている。なお、プローブ２ｐは、測定ベース３と接触する状態０点としてセットされる。
【００２３】
グリーンシートＳの厚みの測定に際しては、まず、図２（ａ）に示すように、測定ベース３が開口部４の一方端部近傍に位置するようにステージ１が配置された状態で、グリーンシートＳが載置される。グリーンシートＳが載置されると、コンピュータ５からの制御信号に応答して、図２（ｂ）に示すように、デジタルゲージ２がプローブ２ｐを矢印ＡＲ３に示すように上下させる。その際、開口部４にて、ステージ１に載置されたグリーンシートＳが、直下にある測定ベース３とデジタルゲージ２との間で瞬間的に挟持される。これにより、デジタルゲージ２によってグリーンシートＳの被挟持位置における厚みが測定される。測定は、全てのデジタルゲージ２について同時に行われる。測定結果はコンピュータ５に格納される。
【００２４】
当該位置での測定が終了すると、グリーンシートＳが載置されているステージ１が、駆動機構Ｍ１によって、図２（ｃ）に示すように、矢印ＡＲ４の方向に所定距離移動する。係る移動の後、図２（ｄ）に示すように、上述と同様の態様にて、再び測定が行われる。グリーンシートＳを載置したステージ１のみが移動してデジタルゲージ２および測定ベース３は固定されたままであるので、結果として、グリーンシートＳの従前とは異なる位置において、厚みが測定がされることになる。
【００２５】
以上の動作を、複数本のデジタルゲージ２において、ステージ１の移動方向について複数回繰り返すことで、グリーンシートＳの面内の複数の位置において、グリーンシートＳの厚みを測定することができる。例えば、図１に示すようにデジタルゲージ２が５本備わっている場合に、それぞれのデジタルゲージ２によって５箇所ずつの測定を行えば、計２５箇所の測定が行えることになる。なお、開口部４はステージ１の移動方向に沿って設けられているので、開口部４の範囲内であれば、任意の位置において測定を行うことが可能である。
【００２６】
しかも、測定装置１０にて測定を行う場合、グリーンシートＳにおける測定箇所が異なっても、測定に用いるデジタルゲージ２と測定ベース３の組合せは同じであり、しかもそれらは同じ位置に固定されたままである。従って、個々のデジタルゲージ２における測定精度は常に一定に保たれている。よって、従来よりも信頼性の高い測定値を得ることができる。
【００２７】
すなわち、本実施の形態に係る測定装置を用いることで、グリーンシートの厚み測定の精度を従来よりも向上させることができる。例えば、サブミクロンオーダー程度の測定精度が実現されるので、１μｍ程度の厚みばらつきであれば、正確に評価することが可能となる。
【００２８】
＜グリーンシートの積層＞
次に、上述のような測定装置１０を用いた高精度の厚み測定が行えることによって初めて実効的に行うことが可能な、積層体形成のための効率的なグリーンシートの積層方法について説明する。ここでは、ガスセンサ用のセンサ素子を固体電解質セラミックスのグリーンシートＳを用いて作製する場合を例として説明する。なお、測定装置１０においては０．１ミクロン単位まで測定が可能であるとする。
【００２９】
また、説明の単純化のため、積層体の各層の形成に用いるグリーンシートの狙いの厚み（目標厚み）は全て同じで２５５．０μｍであるとし、また、積層数は６層とする。
【００３０】
図３は、本実施の形態における積層体形成のためのグリーンシートＳの処理の流れを概略的に示す図である。
【００３１】
まず、上述の測定装置１０を用い、多数のグリーンシートＳについて順次、複数個所における厚みの測定を行う（ステップＳ１）。
【００３２】
測定装置１０は、個々のグリーンシートＳの測定結果をコンピュータ５の記憶部に格納するとともに、それぞれのグリーンシートＳについて、厚みの平均値とバラツキとを算出する（ステップＳ２）。なお、本実施の形態において、グリーンシートＳの厚みのバラツキとは、最大値と最小値の差（レンジ）のことを意味する。
【００３３】
係る平均値とバラツキとの算出結果が得られると、その算出結果とあらかじめ定められた基準とを照合し、その結果に従ってグリーンシートＳを分類保管するランク分けを行う（ステップＳ３）。
【００３４】
図４は、係るランク分けに用いる各ランクの基準を例示する図である。図４に示す例においては、グリーンシートＳを平均値で２４５μｍ〜２５５μｍ、２５５．１μｍ〜２６５．０μｍ、および２６５．１μｍ〜２７５．０μｍの３水準に分類し、それぞれについてバラツキを５．０μｍ以下と５．１μｍ〜１０．０μｍの２水準に分類することにより、Ａランク〜Ｆランクの全６つのランクのいずれかに、グリーンシートＳを分類して保管する。係る場合においては、ランクＢに分類されるグリーンシートがもっとも厚みの誤差を包含しており、最大で４％程度の誤差があることになる。また、誤差が最も小さいのはランクＥのグリーンシートであるが、それでも最大で１％程度の誤差を含み得る。
【００３５】
なお、厚みの測定自体が数μｍ程度の誤差を含みうる場合には、測定値に基づいてこのような分類を行ったとしても、測定値自体の確からしさが不十分であるために、実際に分類されたグリーンシートが有する厚みの真値が、それぞれのランクにおいて本来想定している値と異なることが十分に起こりうる。それゆえ、係るランク分けは、上述した測定装置１０によって得られた測定結果に基づかない限り、実質的には行い得ないということができる。
【００３６】
グリーンシートＳの分類は、測定装置１０のオペレータが測定結果とランク分けの基準とを照らし合わせることによって行ってもよいし、あるいはコンピュータ５があらかじめ図４に示したランク分けの基準を記憶しており、測定結果に基づいて測定装置１０が当該グリーンシートＳについてのランクの特定までを行い、オペレータがその特定結果に従って分類を行う態様であってもよい。あるいはさらに、測定装置１０自体が、自動的にグリーンシートＳをそれぞれのランクに対応する保管場所にまで搬送する態様であってもよい。
【００３７】
多数のグリーンシートに対して以上のようにランク分けがなされたうえで、積層体の形成が行われる。具体的には、積層体の各層ごとに使用してもよいグリーンシートＳのランクを特定し、それぞれについて許容されたランクのグリーンシートＳのみを用いて積層をおこなうようにする（ステップＳ４）。ただし、あらかじめ回路パターンの印刷やキャビティ形成等が必要な場合には、それを行った上で積層に供される。
【００３８】
例えば、電極パターンなどが印刷形成されるグリーンシートＳの厚みのバラツキが大きいと、形成した電極パターンの膜厚のバラツキも大きくなり、デバイス特性に大きな影響を与えることから、そのような印刷に用いるグリーンシートＳには、厚みバラツキの許容範囲が小さく設定されたランクのものを用いるようにする、などの対応が想定される。
【００３９】
図５は、グリーンシートＳが図４に示したようにランク分けされる場合に、積層体の第１層〜第６層の各層に使用が許容されるグリーンシートＳのランクと、使用の結果各層に用いたグリーンシートＳがそのどこかの場所で取り得る厚みの範囲とを例示する図である。
【００４０】
図５に示す例の場合、第１層、第３層、第５層において、相対的にバラツキの小さいＡ、Ｃ、ＥランクのグリーンシートＳのみの使用が許容されている。これらはそれぞれ、センサ素子において補助電極印刷層、電極印刷層、発熱体印刷層を構成する層であり、積層に際して印刷処理が施されたグリーンシートＳが用いられる。これに対して、第２層、第４層、第６層においてはそれぞれ、Ｅ、Ｃ、Ａランクのグリーンシートのみならず、それらよりもバラツキが大きいＦ、Ｄ、Ｂランクのグリーンシートの使用も許容されている。なお、第２層、第４層、第６層を構成するにあたって、バラツキの多いランクのグリーンシートＳを優先的に用いるか、バラツキの小さいランクのグリーンシートＳを優先的に用いるかは、ランク分けの状況（どちらのランクに多くのシートが分類されるか、など）を鑑みて適宜に判断されればよい。
【００４１】
このような条件のもとで積層体を構成した場合、図５に示すように、積層体全体としての厚みは１４８５．４μｍ〜１６３５．０μｍの間の値となる。上述のように、それぞれのグリーンシートＳの狙いの厚みは２５５．０μｍであるので、積層体全体としては、１５６０μｍが狙いの厚みとなる。すると、積層体の厚みが上記の範囲内にあるということは、積層体の厚みが狙いの−５．０％〜４．８％の範囲に収まっていることになる。これはすなわち、１つのグリーンシートＳあたりについての誤差が±１％を下回っていることを意味している。
【００４２】
仮に、積層にあたって全てのグリーンシートＳに対して同じ厚みの精度を要求する場合、全てのグリーンシートＳの厚みが２５５μｍ±１．０％以内に収まっていることが必要となる。この場合、グリーンシート作製プロセスにおいて非常にシビアな工程管理が必要となり、また、誤差が１％を越えるとそのグリーンシートが使えなくなるため、歩留まり率の向上には限界がある。
【００４３】
これに対して、本実施の形態の場合、上述したように、個々のグリーンシートＳについては、ランクによっては４％程度のバラツキまでが許容される。後者の場合は、平均膜厚の許容範囲が広い上にさらに許容されるバラツキが大きいことから、そのようなシビアな工程管理を行わずとも、高い歩留まり率でグリーンシートを使用することができる。
【００４４】
なお、そもそも、厚みの測定精度自体に数μｍの誤差が含まれ得る場合に、このようにグリーンシートの厚みのばらつきが数μｍ以下に抑制されているかどうかを正確に把握することは不可能である。この点からも、本実施の形態に係る積層に際してのグリーンシートＳの処理は、上述した測定装置１０によって得られた測定結果に基づかない限り、実質的には行い得ないということができる。
【符号の説明】
【００４５】
１、１０１  ステージ
２、１０８  デジタルマイクロゲージ
２ｐ、１０８ｐ  （デジタルマイクロゲージの）プローブ
３  測定ベース
４  開口部
５  コンピュータ
１０、１００  測定装置
１０７、Ｓ  グリーンシート
Ｍ１  （ステージの）駆動機構
Ｍ２  （デジタルマイクロゲージの）駆動機構
【図１】
2011095119.tif 000003
【図２】
2011095119.tif 000004
【図３】
2011095119.tif 000005
【図４】
2011095119.tif 000006
【図５】
2011095119.tif 000007
【図６】
2011095119.tif 000008
【図７】
2011095119.tif 000009