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技術 多層セラミック基板の製造方法

出願人 日本特殊陶業株式会社
発明者 高橋裕之加藤達哉馬場誠多賀茂
出願日 2013年8月5日 (7年6ヶ月経過) 出願番号 2013-162322
公開日 2013年11月14日 (7年3ヶ月経過) 公開番号 2013-232688
状態 特許登録済
技術分野 多層プリント配線板の製造
主要キーワード ポリッシング研磨 未焼結層 蛍光液 表面薄膜 UVライト 研磨加工性 ラッピング研磨 機械研磨加工
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

機械研磨の際に層間接続導体の周囲にクラックが発生することを防止できるとともに、機械研磨の加工以降に多くの工程を必要しない多層セラミック基板の製造方法を提供すること。

解決手段

まず、ラッピング加工によって、基板に反り等が無くなるまで焼結体本体37の表面を研磨して、基板の平坦性を確保した。次に、ラッピング加工後の焼結体本体37の両外側表面を、ポリッシング加工により研磨した。具体的には、平均粒径(D50)が9μmの多結晶ダイヤモンド砥粒41を使用して、ラッピング加工後の焼結体本体37の両外側表面を研磨した。詳しくは、凸量よりも平均粒径(D50)が大きな多結晶ダイヤモンド砥粒41を選択し、この多結晶ダイヤモンド砥粒41を固定したポリッシング定盤43を用いてポリッシング加工を行い、多層セラミック基板1を得た。

概要

背景

近年、各種用途のセラミック基板に対しては、寸法精度の向上並びに(小さい部品を多数個配置して工数を削減するための)大型化の要求が多くなっている。
更に、一部の用途においては、より高精度のパターン形成のために、焼成後の基板表面に対して薄膜又は厚膜導体表面導体)を形成することで、接続するIC等の部品との位置精度を確保しており、今後は、より高集積微細表面導体パターンの形成が要求されると予想される。

また、焼成後の多層セラミック基板には、通常、その表面に反りやうねりがあることから、従来より、基板表面に配置された表面導体に対して寸法精度が必要なものに関しては、基板表面を研磨することで平坦性平面性を確保し、その上に表面導体を形成することによって、表面導体の寸法精度を確保している(特許文献1参照)。

しかしながら、例えば低抵抗導体を有する低温焼成多層セラミック基板においては、導体材料であるAgやCu等とセラミック材料との収縮挙動の差や熱膨張挙動の差により、層間接続導体ビア)の周辺においては、欠陥が生じやすく、特に平坦性を確保する上で行われる機械研磨においては、より欠陥が助成される。

この欠陥に対しては、発生した欠陥に対して補修を行った上で、その上に表面導体を形成することで、表面導体と層間接続導体との接続信頼性を確保する技術が開示されている(特許文献2、3参照)。

また、機械研磨を施した場合には、層間接続導体のみならず、セラミック表面にも欠陥が発生することがあり、この欠陥が後に形成される表面導体の密着性の低下などを招き、信頼性を低下させるという問題がある。

このようなセラミックの欠陥に対しては、機械研磨を施した基板を再度加熱することで、多層セラミック基板中のガラスを移動させて欠陥を補修する技術が開示されている(特許文献4参照)。

なお、特許文献4には、温度を下げることで層間接続導体との間の応力緩和し、クラック等の発生を抑制できるとされているが、導体材料の組み合わせや表面導体の形成後の熱履歴等によって層間接続導体とセラミックとの間に発生した残留応力により、クラックが発生することがある。

また、これとは別に、低抵抗導体を有する多層セラミック基板の研磨の際には、低抵抗導体であるAgやCuとセラミック材料との間の硬度差により、機械研磨時の加工速度に差が出るため、層間接続導体部分が凹んでしまうという問題が知られている。

この問題に対しては、研磨砥粒硬度粒径を制御することで、硬度の低い導体部分
選択的に研磨されることを防止し、これによって、(層間接続導体が大きく凹んだ物に表面導体を形成することによる)接続信頼性の低下を防止する技術が開示されている(特許文献5、6参照)。

概要

機械研磨の際に層間接続導体の周囲にクラックが発生することを防止できるとともに、機械研磨の加工以降に多くの工程を必要しない多層セラミック基板の製造方法を提供すること。 まず、ラッピング加工によって、基板に反り等が無くなるまで焼結体本体37の表面を研磨して、基板の平坦性を確保した。次に、ラッピング加工後の焼結体本体37の両外側表面を、ポリッシング加工により研磨した。具体的には、平均粒径(D50)が9μmの多結晶ダイヤモンド砥粒41を使用して、ラッピング加工後の焼結体本体37の両外側表面を研磨した。詳しくは、凸量よりも平均粒径(D50)が大きな多結晶ダイヤモンド砥粒41を選択し、この多結晶ダイヤモンド砥粒41を固定したポリッシング定盤43を用いてポリッシング加工を行い、多層セラミック基板1を得た。

目的

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、機械研磨の際に層間接続導体の周囲にクラックが発生することを防止できるとともに、機械研磨の加工以降に多くの工程を必要しない多層セラミック基板の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

複数のセラミック層層間接続導体とを備えた多層セラミック基板焼成により作製した後に、前記多層セラミック基板の基板表面を研磨する多層セラミック基板の製造方法において、前記多層セラミック基板の基板表面に対して、ラッピング加工を行うラッピング工程と、前記ラッピング加工後の基板表面に対して、ポリッシング加工を行うポリッシング工程と、を有するとともに、前記ポリッシング工程では、前記ラッピング加工によって前記基板表面より突出した前記層間接続導体の凸状部の凸量よりも平均粒径(D50)が大きな砥粒を用いて、ポリッシング加工を行うことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。

請求項2

前記セラミック層と前記層間接続導体との硬度の差は、タングステンアルミナとの硬度の差より大であることを特徴とする請求項1に記載の多層セラミック基板の製造方法。

請求項3

前記ラッピング加工時の前記層間接続導体の凸状部の凸量が、該ラッピング加工に使用する砥粒の平均粒径(D50)の1/2以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の多層セラミック基板の製造方法。

請求項4

前記ラッピング加工に使用する砥粒の平均粒径(D50)が、20〜60μm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多層セラミック基板の製造方法。

請求項5

内部配線導体及び層間接続導体となる導体材料を配置した第1グリーンシート所定枚数積層してグリーンシート多層体を形成する工程と、前記グリーンシート多層体の1面又は両面に、前記グリーンシート多層体の焼成温度では焼結しない材料からなる第2グリーンシートを積層して、複合グリーンシート多層体を形成する工程と、前記複合グリーンシート多層体を加圧しながら焼成する工程と、前記焼成後の第2グリーンシートからなる未焼結層を除去し多層セラミック基板を形成する工程と、前記多層セラミック基板の表面を研磨する工程と、を有する多層セラミック基板の製造方法であって、前記多層セラミック基板の表面を研磨する工程として、前記ラッピング工程及び前記ポリシング工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。

請求項6

前記ポリッシング加工の際に用いる砥粒が、単結晶又は多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。

請求項7

前記ポリッシング加工時の研磨量が、前記層間接続導体の凸状部の凸量以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。

請求項8

複数のセラミック層と層間接続導体とを備えた多層セラミック基板を焼成によって作製した後に、前記多層セラミック基板の基板表面を研磨する多層セラミック基板の製造方法において、前記多層セラミック基板となる材料の上にダミーセラミック層となる材料を積層して焼成することにより、表面側にダミーセラミック層を備えた多層セラミック基板を作製する焼成工程と、前記ダミーセラミック層を備えた多層セラミック基板に対して、前記ダミーセラミック層の表面側の一部をラッピング加工により除去するラッピング工程と、前記ラッピング加工後の基板表面に対して、ポリッシング加工を行って、残余の前記ダミーセラミック層を除去するとともに、多層セラミック基板の表面を研磨するポリッシング工程と、を有することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。

請求項9

内部配線導体及び層間接続導体となる導体材料を配置した第1グリーンシートを所定枚数積層して積層体を形成するとともに、積層体の最表面にダミーセラミック層用のダミーグリーンシートを積層してグリーンシート多層体を形成する工程と、前記グリーンシート多層体の1面又は両面に、前記グリーンシート多層体の焼成温度では焼結しない材料からなる第2グリーンシートを積層して、複合グリーンシート多層体を形成する工程と、前記複合グリーンシート多層体を加圧しながら焼成する工程と、前記焼成後の第2グリーンシートからなる未焼結層を除去し、表面にダミーセラミック層を備えた多層セラミック基板を形成する工程と、前記ダミーセラミック層の表面側の一部を、ラッピング加工によって除去する工程と、前記ラッピング加工後の基板表面に対して、ポリッシング加工を行って、残余の前記ダミーセラミック層を除去するとともに、多層セラミック基板の表面を研磨するポリッシング工程と、を有することを特徴とする請求項8に記載の多層セラミック基板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、多層セラミック基板研磨加工することによって生じる層間接続導体周辺クラックを防止することができる多層セラミック基板の製造方法に関するものであり、この製造方法によって得られる多層セラミック基板は、電子部品並びにICパッケージシリコンウェハー上に形成されたICを検査するための検査用基板等に用いることができる。

背景技術

0002

近年、各種用途のセラミック基板に対しては、寸法精度の向上並びに(小さい部品を多数個配置して工数を削減するための)大型化の要求が多くなっている。
更に、一部の用途においては、より高精度のパターン形成のために、焼成後の基板表面に対して薄膜又は厚膜導体表面導体)を形成することで、接続するIC等の部品との位置精度を確保しており、今後は、より高集積微細表面導体パターンの形成が要求されると予想される。

0003

また、焼成後の多層セラミック基板には、通常、その表面に反りやうねりがあることから、従来より、基板表面に配置された表面導体に対して寸法精度が必要なものに関しては、基板表面を研磨することで平坦性平面性を確保し、その上に表面導体を形成することによって、表面導体の寸法精度を確保している(特許文献1参照)。

0004

しかしながら、例えば低抵抗導体を有する低温焼成多層セラミック基板においては、導体材料であるAgやCu等とセラミック材料との収縮挙動の差や熱膨張挙動の差により、層間接続導体(ビア)の周辺においては、欠陥が生じやすく、特に平坦性を確保する上で行われる機械研磨においては、より欠陥が助成される。

0005

この欠陥に対しては、発生した欠陥に対して補修を行った上で、その上に表面導体を形成することで、表面導体と層間接続導体との接続信頼性を確保する技術が開示されている(特許文献2、3参照)。

0006

また、機械研磨を施した場合には、層間接続導体のみならず、セラミック表面にも欠陥が発生することがあり、この欠陥が後に形成される表面導体の密着性の低下などを招き、信頼性を低下させるという問題がある。

0007

このようなセラミックの欠陥に対しては、機械研磨を施した基板を再度加熱することで、多層セラミック基板中のガラスを移動させて欠陥を補修する技術が開示されている(特許文献4参照)。

0008

なお、特許文献4には、温度を下げることで層間接続導体との間の応力緩和し、クラック等の発生を抑制できるとされているが、導体材料の組み合わせや表面導体の形成後の熱履歴等によって層間接続導体とセラミックとの間に発生した残留応力により、クラックが発生することがある。

0009

また、これとは別に、低抵抗導体を有する多層セラミック基板の研磨の際には、低抵抗導体であるAgやCuとセラミック材料との間の硬度差により、機械研磨時の加工速度に差が出るため、層間接続導体部分が凹んでしまうという問題が知られている。

0010

この問題に対しては、研磨砥粒硬度粒径を制御することで、硬度の低い導体部分
選択的に研磨されることを防止し、これによって、(層間接続導体が大きく凹んだ物に表面導体を形成することによる)接続信頼性の低下を防止する技術が開示されている(特許文献5、6参照)。

先行技術

0011

特開昭60−55697号公報
特開平6−268376号公報
特開平9−8456号公報
特開平5−58762号公報
特開平7−283536号公報
特開平4−53669号公報

発明が解決しようとする課題

0012

しかしながら、上述した特許文献2〜4の様な従来技術の場合には、機械研磨の加工以降に、補修や加熱などの多くの工程を行う必要があるという問題がある。
また、これまでには、層間接続導体の周囲の欠陥、即ち機械研磨の際に層間接続導体の周囲に発生するクラックの対策については、特に検討がなされていない。

0013

つまり、前記特許文献5、6の様に、層間接続導体との接続信頼性の確保には、形状的な面で多くの検討がなされているが、機械研磨加工の際に発生する欠陥、特に層間接続導体周囲に発生するクラックを防止する手法に関しては、何等検討されていないのが現状である。

0014

ここで、図11に基づいて、機械研磨(特にラッピング研磨)の際に、層間接続導体の周辺にクラックが発生する原因について説明する。
通常では、焼成後の多層セラミック基板には、100μm程度の反りやうねりが存在しているので、その上に、露光などを行って表面導体を形成しようとする場合には、焦点距離が足りずに、露光されたパターンが不必要に広がってしまうため、精密な回路構成は困難である。よって、研磨加工を行うことで、平坦性を確保している。

0015

この研磨加工には、ラッピング法、ポリッシング法平面研削法などがあるが、より大面積を同時に加工する上で、ラッピング法やポリッシング法が有効である。
その中でも、ラッピング法は、図11(a)に示す様に、遊離砥粒を基板表面に押しつけることで、基板表面にマイクロクラックを発生させて破砕することで研磨が進行することから、より大きな研磨速度を得ることが可能となる。

0016

一方、ポリッシング法は、研磨布等により固定された砥粒において、引っかき加工により研磨が進行してゆくことから、ラッピングのような表面の破砕がないため、基板表面に欠陥を発生させること無く加工できるが、研削量が小さいため、大きな研磨速度を得ることができない。よって、反りやうねりが大きな基板に対しては、平坦性を確保することが難しい。

0017

そこで、ある程度の平坦性を得るために、ラッピング法により研磨を行うが、例えば低抵抗導体を有する多層セラミック基板等においては、材料硬度の差により機械研磨時の加工速度に差が生じる。

0018

つまり、低抵抗導体であるAgやCuなどは、ラッピングによる砥粒の押しつけを行っても、金属の延性によって破砕が進行しないことから、研磨速度が著しく小さくなる。よ
って、その状態で研磨すると、図11(b)に示す様に、セラミック部分のみが大きく削られ、層間接続導体が基板表面より突出する形となる。

0019

この状態を長く続けると、層間接続導体の凸状部の先端が研磨のために使用する定盤ラッピング定盤)と接触した場合、層間接続導体に大きなせん断応力が加わり、その結果、層間接続導体周辺にクラックが発生してしまう。

0020

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、機械研磨の際に層間接続導体の周囲にクラックが発生することを防止できるとともに、機械研磨の加工以降に多くの工程を必要しない多層セラミック基板の製造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

0021

(1)請求項1の発明は、複数のセラミック層と層間接続導体とを備えた多層セラミック基板を焼成により作製した後に、前記多層セラミック基板の基板表面を研磨する多層セラミック基板の製造方法において、前記多層セラミック基板の基板表面に対して、ラッピング加工を行うラッピング工程と、前記ラッピング加工後の基板表面に対して、ポリッシング加工を行うポリッシング工程と、を有するとともに、前記ポリッシング工程では、前記ラッピング加工によって前記基板表面より突出した前記層間接続導体の凸状部の凸量よりも平均粒径(D50)が大きな砥粒を用いて、ポリッシング加工を行うことを特徴とする。

0022

本発明では、まず、多層セラミック基板の基板表面をラッピング加工(ラッピング研磨)する。このとき、基板表面が研磨されるとともに、基板表面より層間接続導体の先端側が突出する。つまり、ラッピング加工によって、基板表面より所定量(凸量)だけ突出した層間接続導体の凸状部が形成される。次に、この凸状部を有する基板表面に対して、凸量よりも平均粒径(D50)が大きな砥粒を用いて、ポリッシング加工(ポリッシング研磨)を行うことにより、層間接続導体の周囲にクラックを発生させることなく、凸状部とともに基板表面を好適に研磨することができる。

0023

詳しくは、前記図11に示した様に、例えば低抵抗導体は、ラッピング加工による砥粒の押しつけを行っても、金属の延性によって破砕が進行しないことから、研磨速度が著しく小さくなるので、その状態で研磨すると、セラミック部分のみが大きく削られ、層間接続導体が基板表面より突出する形となる。この状態を長く続けると、凸状部の先端と定盤(研磨定盤)が接触した場合、層間接続導体に大きなせん断応力が加わり、層間接続導体周辺にクラックが発生する。

0024

そこで、本発明では、まず、後述する図5(a)に示す様に、基板表面をラッピング加工することにより、ある程度の平坦性を確保し、次に、図5(b)に示す様に、凸量よりも平均粒径(D50)が大きな砥粒を用いてポリッシング加工を行うことにより、ラッピング加工の際に生じた層間接続導体の凸状部と基板表面とを研磨する。

0025

つまり、ラッピング加工によって、基板表面より凸量だけ突出した層間接続導体の凸状部が形成されるが、この凸状部を有する基板表面に対して、凸量よりも平均粒径(D50)が大きな砥粒を用いて、ポリッシング加工を行う。これは、凸量よりも平均粒径(D50)が小さな砥粒を用いると、ラッピング加工時と同様に、層間接続導体と定盤との間で接触が生じ易くなって、クラックが発生し易くなるからである。

0026

従って、本発明では、ラッピング加工後に、上述した砥粒を用いてポリッシング加工を行うことにより、凸状部の先端が定盤と接触し難い状態にて、凸状部及び基板表面を徐々に研磨することができる。これにより、層間接続導体の周囲にクラックを発生させること
なく、凸状部とともに基板表面を好適に研磨することができる。

0027

よって、本発明によれば、多層セラミック基板上に、精度が高く且つ接続信頼性の良い表面導体を形成することができる。また、この製造方法によって得られる高精度、高信頼性を有する多層セラミック基板は、電子部品並びにICパッケージ、シリコンウェハー上に形成されたICを検査するための検査用基板等に用いることができる。

0028

しかも、本発明によれば、従来の様に、研磨後に、クラックを消去するための多くの工程(補修や加熱の工程など)を必要としないという利点がある。
なお、ラッピング加工によってどの程度の凸量を有する凸状部が形成できるかは、層間接続導体やセラミック層、更には加工条件(例えば加工速度や加工時間等)によって異なるが、予め実験等により予測することができる。

0029

ここで、前記層間接続導体とは、セラミック層の厚み方向に伸びるように形成された導体であり、この層間接続導体によりセラミック層の両表面間の導通(例えば内部配線層間の導通や内部配線層と表面導体との間の導通)を確保することができる。

0030

また、前記ラッピング加工(ラッピング研磨)とは、遊離砥粒により研磨を行う加工方法であり、前記ポリッシング加工(ポリッシング研磨)とは、布や定盤等に固定された砥粒を用いて研磨を行う加工方法である。

0031

更に、前記平均粒径(D50)とは、砥粒の粒子個数の50%に当たる粒子の粒子径を示している(JIS R1629参照)。
(2)請求項2の発明は、前記セラミック層と前記層間接続導体との硬度の差は、タングステンアルミナとの硬度の差より大であることを特徴とする。

0032

上述した様に、層間接続導体とセラミック層との間に大きな硬度差があると、ラッピング加工の際に、層間接続導体の凸状部が形成され易く、よって、(そのままラッピング加工を継続すると)クラックが発生し易い。それに対して、本発明では、この様な大きな硬度差がある場合でも、ラッピング加工の後に上述したポリッシング加工を行うので、層間接続導体の周囲にクラックが発生することを防止できる。

0033

なお、前記層間接続導体としては、例えば金、銀、銅、銀−白金合金、銀−パラジウム合金の少なくとも1種を採用できる。また、前記セラミック層としては、例えば1050℃以下の温度で焼結可能な低温焼成セラミックを採用できる。具体的には、例えばホウケイ酸ガラス及びアルミナという組成の低温焼成セラミックを採用できる。(以下同様)
(3)請求項3の発明は、前記ラッピング加工時の前記層間接続導体の凸状部の凸量が、該ラッピング加工に使用する砥粒の平均粒径(D50)の1/2以下であることを特徴とする。

0034

本発明では、ラッピング加工を行って平坦性を確保する際に、層間接続導体の凸状部の凸量が砥粒の平均粒径(D50)の1/2以下(即ち、砥粒の平均粒径(D50)が凸量の2倍以上)である。よって、突出した層間接続導体の先端と定盤との接触を防止できるので、クラックの発生を抑制できる。これは、凸量が砥粒の平均粒子径(D50)の1/2を超えると、定盤との接触の可能性が高くなるからである。

0035

(4)請求項4の発明は、前記ラッピング加工に使用する砥粒の平均粒径(D50)が、20〜60μmであることを特徴とする。
ラッピング加工時に使用する砥粒の平均粒径(D50)が20μmを下回ると、必要な研磨量を得るために研磨加工を行うために加工時間が長くなることで、層間接続導体とセ
ラミックとの硬度差による層間接続導体の凸量が助長され、その分、層間接続導体の凸状部と定盤との間隔が近くなり、接触する可能性が高くなる。一方、砥粒の平均粒径(D50)が60μmを上回ると、加工時のダメージが基板に多く残るため、ポリッシング加工によってもダメージの除去が難しくなり、また、所望の平滑度を得ることが難しくなる。よって、本発明の範囲が好適である。

0036

(5)請求項5の発明は、内部配線導体及び層間接続導体となる導体材料を配置した第1グリーンシート所定枚数積層してグリーンシート多層体を形成する工程と、前記グリーンシート多層体の1面又は両面に、前記グリーンシート多層体の焼成温度では焼結しない材料からなる第2グリーンシートを積層して、複合グリーンシート多層体を形成する工程と、前記複合グリーンシート多層体を加圧しながら焼成する工程と、前記焼成後の第2グリーンシートからなる未焼結層を除去し多層セラミック基板を形成する工程と、前記多層セラミック基板の表面を研磨する工程と、を有する多層セラミック基板の製造方法であって、前記多層セラミック基板の表面を研磨する工程として、前記ラッピング工程及び前記ポリシング工程を有することを特徴とする。

0037

本発明では、上述した工程により、無収縮焼成技術を利用して多層セラミック基板を製造するとともに、多層セラミック基板の表面研磨を行う場合には、層間接続導体の周囲にクラックを発生させることなく、好適に基板表面の研磨を行うことができる。

0038

ここで、内部配線導体とは、セラミック層間に配置される導体である。また、前記グリーンシートとは、焼成後のセラミック層となる焼成前のセラミックグリシシートである。(以下同様)
(6)請求項6の発明は、前記ポリッシング加工の際に用いる砥粒が、単結晶又は多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする。

0039

本発明は、好ましい砥粒を例示したものである。
ポリッシング加工では、砥粒が定盤に固定されていることが好ましく、そのためには、ダイヤモンドの様に硬度のより高い材質を使用することが望ましい(例えば金属製の定盤にダイヤモンド砥粒押圧して埋め込んで固定)。

0040

特に、研磨加工の面から、ダイヤモンドを使用してポリッシング加工を行った場合には、層間接続導体及びセラミック部分(セラミック基板)ともよく研磨されることから、研磨速度の差が生じ難く、研磨を進行した場合でも、ラッピング加工の様な層間接続導体の凸状部が発生しない。よって、層間接続導体の周囲のクラックを発生させることなく、所定の厚み及び平坦度で研磨加工を行うことができる。

0041

(7)請求項7の発明は、前記ポリッシング加工時の研磨量が、前記層間接続導体の凸状部の凸量以上であることを特徴とする。
本発明により、層間接続導体の凸状部を完全に除去することができ、極めて平坦な基板表面を得ることができる。

0042

(8)請求項8の発明は、複数のセラミック層と層間接続導体とを備えた多層セラミック基板を焼成によって作製した後に、前記多層セラミック基板の基板表面を研磨する多層セラミック基板の製造方法において、前記多層セラミック基板となる材料の上にダミーセラミック層となる材料を積層して焼成することにより、表面側にダミーセラミック層を備えた多層セラミック基板を作製する焼成工程と、前記ダミーセラミック層を備えた多層セラミック基板に対して、前記ダミーセラミック層の表面側の一部をラッピング加工により除去するラッピング工程と、前記ラッピング加工後の基板表面に対して、ポリッシング加工を行って、残余の前記ダミーセラミック層を除去するとともに、多層セラミック基板の
表面を研磨するポリッシング工程と、を有することを特徴とする。

0043

本発明では、製品となる多層セラミック基板上(従って層間接続導体上)にダミーセラミック層を形成するので、ラッピング加工の際には、そのダミーセラミック層の途中でラッピング加工を中止し、層間接続導体の研磨を行わない。従って、ラッピング加工によって層間接続導体の凸状部は生じないので、この状態でポリッシング加工を行って、残余のダミーセラミック層を除去するとともに、多層セラミック基板の表面を研磨することにより、層間接続導体の周囲にクラックが発生することを防止できる。

0044

なお、ダミーセラミック層としては、多層セラミック基板を構成するセラミック層と同様な材料を使用できる。
(9)請求項9の発明は、内部配線導体及び層間接続導体となる導体材料を配置した第1グリーンシートを所定枚数積層して積層体を形成するとともに、積層体の最表面にダミーセラミック層用のダミーグリーンシートを積層してグリーンシート多層体を形成する工程と、前記グリーンシート多層体の1面又は両面に、前記グリーンシート多層体の焼成温度では焼結しない材料からなる第2グリーンシートを積層して、複合グリーンシート多層体を形成する工程と、前記複合グリーンシート多層体を加圧しながら焼成する工程と、前記焼成後の第2グリーンシートからなる未焼結層を除去し、表面にダミーセラミック層を備えた多層セラミック基板を形成する工程と、前記ダミーセラミック層の表面側の一部を、ラッピング加工によって除去する工程と、前記ラッピング加工後の基板表面に対して、ポリッシング加工を行って、残余の前記ダミーセラミック層を除去するとともに、多層セラミック基板の表面を研磨するポリッシング工程と、を有することを特徴とする。

0045

本発明では、無収縮焼成技術によって、多層セラミック基板を製造できる。また、前記請求項8の発明と同様に、ラッピング加工の際には、ダミーセラミック層の途中でラッピング加工を中止し、層間接続導体の研磨を行わない。次に、この状態でポリッシング加工を行って、残余のダミーセラミック層を除去するとともに、多層セラミック基板の表面を研磨することにより、層間接続導体の周囲にクラックが発生することを防止できる。

図面の簡単な説明

0046

実施例1の多層セラミック基板を模式的に示す断面図である。
IC検査用基板の使用方法を示す説明図である。
実施例1の多層セラミック基板の製造方法の一部を示す説明図である。
実施例1の多層セラミック基板の製造方法の一部を示す説明図である。
(a)は実施例1におけるラッピング加工の説明図、(b)はそのポリッシング加工の説明図である。
ラッピング加工における層間接続導体の凸状部を示す説明図である。
ポリッシング加工を示す説明図である。
実施例2の多層セラミック基板の製造方法の一部を示す説明図である。
実施例2の多層セラミック基板の製造方法の一部を示す説明図である。
(a)は実施例2におけるラッピング加工の説明図、(b)はそのポリッシング加工の説明図である。
従来技術を示す説明図である。

0047

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。

0048

ここでは、例えばシリコンウェハー検査用治具の基板(電気検査用基板)などに用いることができる多層セラミック基板の製造方法について説明する。
a)まず、多層セラミック基板の構成について、図1に基づいて説明する。

0049

図1に示す様に、多層セラミック基板1は、主として、ガラスセラミック層3が板厚方向に複数積層された焼結体(例えば厚さ5mm×縦300mm×横300mmの直方体の焼結体)から構成されている。

0050

前記ガラスセラミック層3は、例えばガラス成分とセラミック成分との混合物を、例えば800〜1050℃程度の低温にて焼成した低温焼成ガラスセラミックで構成されている。詳しくは、各ガラスセラミック層3は、ムライト及びホウケイ酸系ガラスをセラミックの主成分とするガラスセラミックからなり、ホウケイ酸系ガラス中にアルカリ金属酸化物(Na2O及び/又はK2O)を少量(例えば0.5〜1.5質量%)含んでいる。

0051

前記多層セラミック基板1の表裏面には、電極(表面導体)5が形成されており、この電極5は、Ti/Cu/Ni/Au層を順に積み重ねた構造を有している。なお、表面に電極5が形成された多層セラミック基板1を、電気検査用基板7と称する。

0052

また、多層セラミック基板1の内部(詳しくは各ガラスセラミック層3の境界部分)には、内部配線層(内部配線導体)9が形成されている。
更に、多層セラミック基板1の表面の電極5と裏面の電極5とを、内部配線層9を介して電気的に接続するように、基板の厚み方向に伸びる層間接続導体(ビア)11が形成されている。

0053

なお、電極5を構成する導体としては、Ti、Cr、Mo、Cu、Ni、Au、及びそれらを組み合わせたものを採用でき、内部配線層9や層間接続導体11を構成する導体としては、ガラスセラミックの焼成の際に低温で同時焼成可能な、Au、Ag、Cu、Ag/Pt合金(又は混合物)、Ag/Pd合金(又は混合物)などの導体が使用できる。

0054

また、図2に示す様に、上述した構成の多層セラミック基板1上の電極5には、導電性プローブ接続端子)13が接続されてシリコンウェハー上のIC15を検査するIC検査用治具(シリコンウェハーの電気検査用治具)17が構成される。

0055

b)次に、本実施例の多層セラミック基板1の製造方法を、図3図7に基づいて詳細に説明する。
(1)まず、セラミック原料粉末として、平均粒径:3μm、比表面積:2.0m2/gのSiO2、Al2O3、B2O3を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末と、平均粒径:2μ
m、比表面積:3.0m2/gのムライト粉末とを用意した。

0056

更に、シート成形時のバインダー成分及び可塑剤成分として、アクリル系バインダー及びDOP(ジ・オクチル・フタレート)を用意した。
そして、アルミナ製のポットに、ホウケイ酸ガラス粉末とムライト粉末とを、質量比で50:50、総量1000g投入するとともに、アクリル樹脂を120g投入した。更に、適当なスラリー粘度とシート強度を持たせるのに必要な量の溶剤(MEK:メチルエチルケトン)と可塑剤(DOP)を上記ポットに入れ、5時間混合することにより、セラミックスラリーを得た。

0057

得られたセラミックスラリーを用いて、ドクターブレード法により、図3(a)に示す様に、厚み0.15mmの(各ガラスセラミック層3用の)第1グリーンシート21を作製した。

0058

(2)また、前記第1グリーンシート21を作製する工程とは別に、拘束シート(第2グ
リーンシート)23を作製するために、セラミック原料粉末として、平均粒径:2μm、比表面積:1m2/gのアルミナ粉末を用意した。

0059

更に、シート形成時のバインダー成分としてアクリル系バインダー、可塑剤成分としてDOP、溶剤としてMEKを用意した。
そして、前記第1グリーンシート21と同様に、アルミナ製のポットに、アルミナ粉末を1000g、アクリル樹脂を120g投入し、更に、スラリー粘度とシート強度を持たせるために、必要な量の溶剤(MEK)と可塑剤(DOP)を投入し、5時間混合してスラリーを得た。

0060

このスラリーを用いて、ドクターブレード法により、図3(b)に示す様に、厚み0.30mmの第2グリーンシート23を作製した。
(3)次に、図3(c)に示す様に、前記第1グリーンシート21に、パンチによって、
直径0.12mmのビアホール25を形成した。

0061

(4)次に、図3(d)に示す様に、ビアホール25に、層間接続導体ペースト充填
、(層間接続導体11となる)充填部27を形成した。
なお、層間接続導体ペーストは、平均粒径3.5μmの銀粉末100重量部に対して、軟化点が800℃のホウケイ酸ガラスを2重量部添加し、この粉末対して、樹脂としてエチルセルロース樹脂を、溶剤としてターピネオールを加え、3本ロールミルにて混練して作製した。

0062

(5)また、図3(e)に示す様に、第1グリーンシート21の表面の必要な箇所に、内
配線導体ペーストを用いて、印刷によって(内部配線層9となる)導電パターン29を形成した。

0063

なお、内部配線導体ペーストは、平均粒径0.9μmの銀粉末100重量部に対して、軟化点が800℃のホウケイ酸ガラスを5重量部添加し、この粉末対して、樹脂としてエチルセルロース樹脂を、溶剤としてターピネオールを加え、3本ロールミルにて混練して作製した。

0064

(6)次に、図3(f)に示す様に、上述した様にして製造した複数の第1グリーンシー
ト21を、順次積層してグリーンシート多層体31を形成するとともに、グリーンシート多層体31の両側に第2グリーンシート23を積層して、複合グリーンシート多層体33を形成した。

0065

(7)次に、図4(a)に示す様に、プレス機(図示せず)にて、複合グリーンシート
層体33の積層方向の両側から0.2MPaの押圧力を加えながら、850℃にて30分間焼成(脱脂焼成)し、複合積層焼結体35を得た。

0066

(8)次に、図4(b)に示す様に、複合積層焼結体35の両主面に残っている(未焼結
の)第2グリーンシート23を、水を媒体として超音波洗浄機により除去し、焼結体本体37を得た。

0067

(9)次に、図4(c)に示す様に、下記の手順で、焼結体本体37の両外側表面を、ア
ルミナ砥粒40(図6参照)を用いて研磨して、多層セラミック基板1を得た。
以下に、多層セラミック基板1の研磨工程について説明する。

0068

まず、平均粒径(D50)が20〜60μmの範囲内のアルミナ砥粒40、例えば、#400(平均粒径(D50)が34μm)のアルミナ砥粒40を用いて、ラッピング加工
を行い、焼結体本体37の表面を50μm研磨した。

0069

つまり、図5(a)に示す様に、通常、焼結体本体37には、反りやうねりがあり製品として十分な平坦性が無いので、ラッピング加工によって、反り等が無くなるまで(同図の点線で示す位置まで)焼結体本体37の表面を研磨して、基板の平坦性を確保した。

0070

詳しくは、ラッピング加工の際には、図6に示す様に、基板表面から突出するように層間接続導体11の凸状部39が形成されるが、本実施例では、凸量(基板表面からの高さH)よりも平均粒径(D50)が2倍以上の砥粒40を使用する(従って、凸状部39の凸量は、砥粒40の平均粒径(D50)の1/2以下)。

0071

ここで、ラッピング加工によってどの程度の凸量を有する凸状部39が形成できるかは、層間接続導体11やセラミック層3の種類、更には加工条件(例えば加工速度や加工時間等)によって異なるが、予め実験等により予測することができる。従って、形成される凸状部39の凸量に応じて、最適な平均粒径(D50)の砥粒40を選択して使用する。

0072

なお、ここでは、ラッピング加工の条件として、アルミナ砥粒40を界面活性剤を含む水の中に分散したものを用い、15分間、回転速度20rpmにより加工する条件を採用できる。

0073

次に、ラッピング加工後の焼結体本体37の両外側表面を、ダイヤモンド砥粒を用いたポリッシング加工により研磨した。
具体的には、平均粒径(D50)が9μmの多結晶ダイヤモンド砥粒を使用して、図5(b)に示す様に、ラッピング加工後の焼結体本体37の両外側表面を更に所定量研磨して、所望の厚みの多層セラミック基板1を得た。なお、この所定量とは、層間接続導体11の凸状部39の凸量以上である。

0074

詳しくは、図7に示す様に、凸量よりも平均粒径(D50)が大きな砥粒(多結晶ダイヤモンド砥粒)41を選択し、この多結晶ダイヤモンド砥粒41を押圧して固定した研磨定盤(ポリッシング定盤)43を用いてポリッシング加工を行い、表面粗さRaが0.03μmの多層セラミック基板1を得た。

0075

なお、ここでは、ポリッシング加工の条件として、多結晶ダイヤモンド砥粒41を分散材を添加した水に分散したものを用い、回転速度2rpmにより加工する条件を採用できる。

0076

なお、前記図3(d)に示す様に、研磨した多層セラミック基板1の表面の層間接続導体11に対応する位置に、例えばTi薄膜をスパッタ法により形成した後に、順次、CuメッキNiメッキ、Auメッキを施して、電極5を形成することにより、電気検査用基板7を得ることができる。

0077

c)この様に、本実施例では、まず、多層セラミック基板1となる焼結体本体37の基板表面をラッピング加工(ラッピング研磨)する。このとき、基板表面が研磨されるとともに、基板表面より層間接続導体11の先端側(凸状部39)が突出する。次に、この凸状部39を有する基板表面に対して、凸量よりも平均粒径(D50)が大きな砥粒41を用いて、ポリッシング加工(ポリッシング研磨)を行うことにより、層間接続導体11の周囲にクラックを発生させることなく、凸状部39とともに基板表面を好適に研磨することができる。

0078

しかも、上述した製造方法では、従来の様に、研磨後に、クラックを消去するための多
くの工程(補修や加熱の工程など)を必要しないという利点がある。
また、本実施例では、ラッピング加工を行って平坦性を確保する際には、層間接続導体11の凸状部39の凸量が砥粒40の平均粒径(D50)の1/2以下(即ち、砥粒40の平均粒径(D50)が凸量の2倍以上)である。よって、凸状部39と定盤との接触を効果的に防止できるので、クラックの発生を抑制できる。

0079

更に、本実施例では、ラッピング加工に使用する砥粒40の平均粒径(D50)が、20〜60μmである。よって、凸状部39と定盤との間隔が十分にあるので、定盤と接触する可能性が低い、また、ラッピング加工時の基板のダメージが少なく、所望の平滑度を得ることができる。

0080

その上、ここでは、層間接続導体11とセラミック層3との硬度の差は、タングステンとアルミナとの硬度の差より大であるが、本実施例では、この様な大きな硬度差がある場合でも、ラッピング加工の後にポリッシング加工を行うので、層間接続導体11の周囲にクラックが発生することを防止できる。
<実験例>
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。

0081

本実験例では、下記表1に示す材料を使用して、下記の条件にて、a)層間接続導体の凸状部の凸量、b)研磨加工性、c)層間接続導体の周囲の欠陥、d)多層セラミック基板の表面に形成した表面薄膜導体の信頼性、e)基板表面粗さを調べた。その結果を、同表1に記す。

0082

a)層間接続導体の凸状部の凸量(ビア周り凸量)
下記表1の材料を用い、前記実施例と同様な製造方法で、多数の層間接続導体を有する多層セラミック基板の試料を作製した(研磨前まで)。

0083

そして、各試料に対してラッピング加工及び/又はポリッシング加工を施し、各研磨後の試料の表面に露出する層間接続導体100個に対して、200倍の光学顕微鏡焦点を基板表面及び層間接続導体頂点に合わせ、その際の高さの差を読み取り、その平均値を凸量とした。

0084

即ち、ラッピング加工後の凸量及びポリッシング加工後の凸量を調べた。
b)研磨加工性
下記表1の材料を用い、前記実施例と同様な製造方法で、多層セラミック基板の試料を作製した(研磨前まで)。

0085

そして、作製した試料を研磨(ラッピング加工及び/又はポリッシング加工)する際に、所定厚み(具体的には50μm)を研磨可能かどうか調べた。ここでは、研磨偏り(2層目のセラミック層まで研磨した場合)や研磨不足が無い場合を○とし、そうでない場合は×とした。

0086

c)層間接続導体の周囲の欠陥(ビア周り欠陥発生率
下記表1の材料を用い、前記実施例と同様な製造方法で、多層セラミック基板の試料を作製した(研磨前まで)。

0087

そして、各試料に対してラッピング加工及び/又はポリッシング加工を施し、研磨後の試料の表面に蛍光液を塗布し、30分放置してから、蛍光液を拭き取った。次に、この試料に対して、UVライトのもとで、層間接続導体の周囲の欠陥の有無を確認した。なお、欠陥が存在した場合には、蛍光液が欠陥に浸透するので、UVライトによって欠陥部分
発光する。

0088

具体的には、100個の層間接続導体に対して欠陥のある層間接続導体の割合(ビア周り欠陥発生率)を調べた。
d)表面薄膜導体の信頼性(薄膜導体フクレ発生率
下記表1の材料を用い、前記実施例と同様な製造方法で、多層セラミック基板の試料を作製した(研磨前まで)。

0089

そして、各試料に対してラッピング加工及び/又はポリッシング加工を施し、更に各試料を鏡面研磨(Ra<0.1μm)した。その後、基板表面に、Ti/Cuの薄膜(0.3μm/0.6μm)をスパッタ法により形成した後、メッキにて、Cu/Ni/Au膜(4μm/2μm/1μm)を形成した。その後、加熱処理(350℃−30分)を実施し、層間接続導体上及びその周囲に薄膜導体のフクレの発生状況を確認した。

0090

具体的には、100個の層間接続導体に対してフクレのある層間接続導体の割合(薄膜導体フクレ発生率)を調べた。
e)基板表面粗さ
下記表1の材料を用い、前記実施例と同様な製造方法で、多層セラミック基板の試料を作製した(研磨前まで)。

0091

そして、各試料に対してラッピング加工及び/又はポリッシング加工を施した後に、基板表面粗さを評価した。狙いは表面粗さRaが0.3μm以下である。

0092

この表1から明かな様に、請求項1の発明の発明例4、5、9、12〜14、16〜18では、ラッピング加工の後に、凸状部の凸量よりも平均粒径(D50)が大きな砥粒を用いて、ポリッシング加工を行うので、研磨加工性、ビア周り欠陥発生率、薄膜導体フクレ発生率、基板表面粗さとも、好適であった。

0093

特に、本発明例4、5、9、13では、ラッピング加工に用いる砥粒の平均粒径が20〜60μmの範囲であるので、ビア周り欠陥発生率及び薄膜導体フクレ発生率が共に0%であり、一層好適である。

0094

なお、本発明例12、14、18については、請求項1の発明の要件を備えているが、ラッピング加工時の砥粒の平均粒径が、20〜60μmの範囲外であるので、範囲内である本発明例4、5、9、13に比べて、ビア周り欠陥発生率及び薄膜導体フクレ発生率が共にやや大きくなっている。

0095

一方、比較例1、3、6、10は、ラッピング加工の後に、凸状部の凸量よりも平均粒径(D50)が小さな砥粒を用いて、ポリッシング加工を行うので、ビア周り欠陥発生率、薄膜導体フクレ発生率が高く、好ましくない。なお、比較例6については、ポリッシング加工において、硬度低い砥粒を使用しているので、十分な研削量が得られず、加工性の低下並びに欠陥が発生しており、好ましくない。

0096

また、比較例2、8、11は、ラッピング加工のみで研磨を行っているため、ビア周り欠陥発生率及び薄膜導体フクレ発生率が高く、基板表面粗さも大きく好ましくない。
更に、比較例15は、ラッピング加工を行っていないので、基板の平面度が確保されておらず、よって、ポリッシング加工の際に偏りが発生ており、好ましくない。

0097

次に、実施例2について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例は、多層セラミック基板の製造工程が、前記実施例1と異なるので、異なる製造工程を中心に説明する。

0098

(1)まず、図8(a)に示す様に、実施例1と同様にして、第1グリーンシート51を
作製した。
(2)また、図8(b)に示す様に、第2グリーンシート53を作製した。

0099

(3)次に、図8(c)に示す様に、第1グリーンシート51に、ビアホール55を形成
した。
(4)次に、図8(d)に示す様に、ビアホール55に、層間接続導体ペーストを充填し
、充填部57を形成した。

0100

(5)また、図8(e)に示す様に、第1グリーンシート51の表面の必要な箇所に、内
部配線導体ペーストを用いて、導電パターン59を形成した。
(6)次に、図8(f)に示す様に、各第1グリーンシート51を、順次積層してグリー
ンシート多層体61を形成した。

0101

詳しくは、製品となる多層セラミック基板に対応した分の複数の第1グリーンシート51を積層して積層体63を形成するとともに、その積層体63の両側に、(焼成後に研磨によって削除するダミーセラミック層を形成するために)第1グリーンシート51と同じ材料からなるダミーグリーンシート65を積層してグリーンシート多層体61を形成した。

0102

(7)次に、図9(a)に示す様に、グリーンシート多層体61の両側に第2グリーンシ
ート53を積層して、複合グリーンシート多層体69を形成した。
(8)次に、図9(b)に示す様に、複合グリーンシート多層体69の積層方向の両側か
ら押圧力を加えながら脱脂焼成し、複合積層焼結体71を得た。

0103

(9)次に、図9(c)に示す様に、複合積層焼結体71の両主面に残っている(未焼結
の)第2グリーンシート53を除去し、焼結体本体73を得た。
この焼結体本体73とは、製品となる多層セラミック基板の両側にダミーセラミック層75が積層されたものである。

0104

(10)次に、図9(d)に示す様に、下記の手順で、焼結体本体73の両外側を研磨し、多層セラミック基板77を得た。
以下に、多層セラミック基板77の研磨工程について説明する。

0105

まず、図10(a)に示す様に、焼結体本体73の両外側のダミーセラミック層75の表面を、アルミナ砥粒を用いたラッピング加工により研磨した。
具体的には、#400(D50 34μm)のアルミナ砥粒を用いて、ダミーセラミック層75の厚みの約50%(同図の点線部分まで)を除去した。

0106

その後、図10(b)に示す様に、ラッピング加工後の焼結体本体75の両外側表面を、ダイヤモンド砥粒を用いたポリッシング加工により研磨した。
具体的には、D50 9μmの多結晶ダイヤモンド砥粒を使用して、残余のダミーセラミック層75を除去するとともに、多層セラミック基板77の表面層(最表面のガラスセラミック層79)の一部(ガラスセラミック層79の約50%:同図の点線部分まで)を除去し、多層セラミック基板77を得た。

実施例

0107

本実施例においても、前記実施例1と同様な効果を奏する。
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

0108

1、77…多層セラミック基板
3、79…ガラスセラミック層
5…電極
7…電気検査用基板
9…内部配線層
11…層間接続導体(ビア)
21、51…第1グリーンシート
23、53…第2グリーンシート(拘束シート)
31、61…グリーンシート多層体
33、69…複合グリーンシート多層体
35、71…複合積層焼結体
39…凸状部
65…ダミーグリーンシート
75…ダミーセラミック層

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