JPH07283536A - 厚膜／薄膜混成基板とその研磨加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 厚膜多層配線基板の表裏両面を、該基板の厚
さのばらつきに関係なく加工過不足の発生を防止し、研
磨加工中に発生する基板材加工面とスルーホール加工面
との段差を低減して高精度に研磨加工し、薄膜配線形成
時における断線の発生を防止することができる厚膜／薄
膜混成基板とその研磨加工方法の提供。 【構成】ポリッシング加工において、平均砥粒径80nm以
下のコロイダルシリカを用い、研磨圧力を所定の圧力に
制御することで、厚膜多層基板をポリッシング加工した
場合に生じる、基板材加工面とスルーホール加工面との
段差を-0.5≦d≦+0.5の範囲とした厚膜多層基板。両面
研磨加工において、ダミー材を複数個用い、被削材を単
数個加工することにより、厚膜多層基板加工時に生じる
加工過剰と加工不足を防止し、基板の表面粗さ，平面
度，平行度を向上する加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大形計算機に使用され
る厚膜／薄膜混成基板とその研磨加工技術に係り、特
に、厚膜／薄膜混成基板を構成する厚膜多層配線基板の
表裏両面を、該基板の厚さのばらつきに関係なく加工過
剰や加工不足の発生を防止し、しかも研磨加工中に発生
する基板材加工面とスルーホール加工面との段差を低減
して高精度に研磨加工し、薄膜配線形成時における断線
の発生を防止するのに好適な厚膜／薄膜混成基板とその
研磨加工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大形計算機の演算処理の高速化に
ともない実装密度が大幅に向上しているが、高速ＬＳＩ
を実装するモジュール基板には、日経エレクトロニクス
(1990.12.10)に記載されているように、セラミックスの
厚膜多層配線基板が用いられるようになった。しかし、
厚膜多層配線基板では微細な配線は困難であり、いきお
い配線長さも長くなり基板面積も大きくなって演算速度
の遅延を生じることになるため、さらに演算処理を高速
化するためには一部を薄膜化する必要があり、図６に示
すような厚膜／薄膜混成基板（以下、単に混成基板とい
う）が使用されるようになった。

【０００３】従来の混成基板ではない厚膜多層配線基板
では、基板上にＭＣＣ（Ｍicro Ｃarrier for ＬＳＩ
Ｃhip）と呼ばれる１０ｍｍ角程度の小さいセラミック
基板を乗せ、その上にＬＳＩを乗せるため、表面粗さ，
平面度，平行度等の精度はさほど要求されず、焼成した
ままの状態で用いられていた。これに対し、前記図６に
示す混成基板からなるセラミックモジュール基板は、金
属導体をパターニングされ多数のスルーホール９を上下
両面に形成したガラスセラミックス１０の厚膜を、多数
層重ねて焼成して厚膜多層配線基板を生成し、該生成さ
れた厚膜多層配線基板の上下両面に、絶縁膜１３と薄膜
配線１４からなる層を複数層重ねた薄膜層を形成し、該
薄膜層の上面側に複数個のＬＳＩをはんだもしくはＭＣ
Ｃ基板を介して搭載し、下面側には図示しないＩ／Ｏピ
ンを接続して形成される。混成基板に用いる厚膜多層配
線基板には、表面に薄膜回路を形成するため高い精度の
表面粗さ，平面度，平行度等が要求されており、このた
め、厚膜多層配線基板の上下両面を高精度に加工する技
術が必要になっている。

【０００４】従来、このようなセラミックスを平坦化す
るための具体的な加工方法としては、焼成後のセラミッ
ク基板の両面を研削し、該研削面上に配線を形成してセ
ラミック基板の厚さ精度を高める方法（例えば、特開昭
60-55697号公報）、セラミック基板の表裏両面の平面
度、平行度等の精度を、該両面の研磨層に調整代を設け
て研磨加工して高める方法（例えば、特開昭平成3-2684
82号公報）等が提案されている。しかし、これら従来の
加工方法では、厚膜多層配線基板加工時における該基板
の表面状態、すなわち、前記図６に示す薄膜層を形成す
るための加工面であるガラスセラミックス１０の加工面
２０とスルーホール９の加工面２１と間に生じる段差
や、該スルーホール９の加工面２１の加工状態等により
変化する加工面の凹凸、鏡面精度に関する配慮が不十分
であった。

【０００５】シリコンウエハ等のぜい性材料の両面の表
面粗さ，平面度，平行度等を、精度よく加工する好まし
い加工方法としては、粗加工工程としての両面ラッピン
グ加工と仕上げ加工工程としての両面ポリッシング加工
との組合せからなる両面研磨加工法が従来から行われて
いる。

【０００６】図７および図８を参照して従来の両面研磨
加工法について説明する。図７は両面研磨加工機の概略
構成説明図、図８はその動作説明図である。

【０００７】図において、１はワーク、２はワーク１を
嵌装して回転する外周に歯形が形成された円形状のキャ
リアで、嵌装したワーク１を平面内で回転させるための
治具、３は中心部を支持されて回転し該回転軸の周りに
自在に傾斜可能な上定盤、４は基台上に回転可能に設置
された下定盤で、該上下定盤３，４間にワーク１を挟
み、液状の研磨材を流し込み、かつ所定の圧力で加圧し
ながら研磨加工が行われる。５は太陽ギア、６はインタ
ーナルギアで、両者間に介装されたキャリア２を図８に
示す矢印方向に自転および公転させるようになってい
る。７は上定盤３の上下移動と、ワーク１及びキャリア
２のセッティング並びに取り外しを行うシリンダ、８は
前記研磨加工時の加圧力、すなわち研磨圧力を設定する
サブシリンダである。なお、図８は該図を簡単にするた
めキャリア２を１個のみ示しているが、実際は少なくと
も３個のキャリア２が等配されており、それら各キャリ
ア２にワーク１が１または複数枚嵌装されている。

【０００８】両面研磨加工は、上下定盤３，４間に挟ん
だワーク１を、液状の研磨材を介して上下定盤３，４と
相対摺動させて行われる。このとき、キャリア２は自転
しながら、かつ太陽ギア５のまわりを自転方向と反対方
向に公転する。また、上定盤３はキャリア２の自転方向
と同方向に回転し、下定盤４はキャリア２の公転方向と
同方向に回転する。そして、前記研磨圧力は、サブシリ
ンダ８によりコントロールされる。

【０００９】一般に、加工前のワーク１は、厚さが一定
ではなくばらつきが大きいが、このようなワーク１を複
数枚上下定盤３，４間に挟んだ場合、該複数のワーク１
の厚さのばらつきにより、上定盤３との接触部が多いワ
ーク１と少ないワーク１とが発生すると同時に、上定盤
３が中心部の周りに自在に傾斜可能になっていることか
ら、回転中に上定盤３が下定盤４に対して傾き、上下定
盤３，４間の平行を保てない状態が発生する。しかし、
研磨加工では、圧力の高い部分ほど加工能率が高くなる
ことから、上記両面研磨加工では同時加工中の複数のワ
ーク１の内、厚さの大きいワーク１ほど加工が促進され
る。このため加工が進むにつれてワーク間の厚さのばら
つきが小さくなり、その結果、下定盤４と上定盤３の間
の傾きも小さくなる。そして、次第に上定盤３と下定盤
４は許容値内の平行が保たれるようになり、各ワーク１
の平行度をミクロンオーダに精度よく加工することがで
きる。

【００１０】また、ワーク１の表裏両面の反り等のうね
りにより、該ワーク１内に厚さのばらつきがある場合に
おいても、両面研磨加工では上下定盤３，４により強く
接触する部分から先に加工されるため、反り量の大きい
部分から加工され、したがって、加工が進むにつれて反
りが矯正され平面度が向上する。研磨加工では、定盤の
平面度がワーク１に転写されるため、定盤の平面度をミ
クロンオーダにすれば、ワーク１の平面度もミクロンオ
ーダにすることができる。

【００１１】ここで、前記両面研磨加工法のうちのポリ
ッシング加工について、その加工概念を示す図９を参照
して説明する。ポリッシング加工は、定盤（図９
（ａ），図９（ｂ）では下定盤４）に研磨布１２を張
り、その研磨布１２上に砥粒１１を含む液状の研磨材を
流し、この状態で前記図７に示す研磨加工機によりワー
ク１を研磨布１２に加圧しながら相対摺動させることで
行われる。この相対摺動中、砥粒１１はワーク１と研磨
布１２間を転動し、該転動することによりワーク１の
面、すなわち、ガラスセラミックス１０の加工面２０と
スルーホール９の加工面２１とを切り込み、該面が微小
加工される。

【００１２】ポリッシング加工中、ワーク１に対する加
工量、すなわち砥粒１１の切り込み量は、i)砥粒１１の
平均径が大きいほど、ii)研磨圧力が大きいほど、iii)
研磨布１２が硬い（弾性変形量が小さい）ほど、iv)ワ
ーク１の加工面の硬度が小さいほど、大きくなる。

【００１３】金属とセラミックスの複合材からなる厚膜
多層基板をポリッシング加工した場合、上記砥粒１１の
切り込み条件により差異はあるものの、硬くて砥粒１１
が切り込みにくいガラスセラミックス１０部分より、軟
らかくて砥粒１１が切り込みやすいスルーホール９の金
属部分の方が、砥粒１個あたりの切り込み量が大きくな
る。その結果、ガラスセラミックス１０部分よりスルー
ホール９の金属部分の方がより多く加工され、両者間に
図９（ａ）に示すような段差ｄを発生させるが、従来は
段差ｄに対する考慮は十分にはされていないのが実情で
あった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記の如く厚膜多層配
線基板の仕上げ加工工程としての両面ポリッシング加工
では、図９（ａ）に示すようにガラスセラミックス１０
部分とスルーホール９の金属部分との加工能率の差か
ら、ガラスセラミックス１０の加工面２０よりスルーホ
ール９の加工面２１が窪んだ凹状態の段差ｄを発生させ
るが、この段差ｄが例えばミクロンオーダと大きく、ま
た該段差部の傾斜角度が垂直に近いような場合には、前
記図６に示す薄膜層を形成する過程において、ガラスセ
ラミックス１０とスルーホール９との接合部から薄膜配
線１４に粒界割れを発生させ、ついには断線に至る問題
点を有する。

【００１５】このような薄膜配線１４の断線を防止する
には、前記厚膜多層配線基板のポリッシング加工時に発
生する段差ｄを図９（ｂ）に示すように小さくすること
が有効で、具体的にはサブミクロンオーダないしはそれ
以下に低減することが望ましい。また、段差形状として
は、段差ｄが凸形状で、０≦ｄ≦０．５μｍの範囲が最
も良いことが実験から分かっている。しかし、前述の如
く従来は段差ｄに対する考慮は十分にはされてなく、段
差ｄを小さくするための具体的な方法は提案されていな
い。

【００１６】上記段差ｄを低減する目的で、スルーホー
ル９の表面にメッキをして段差ｄを変え、その上に薄膜
配線１４をスパッタリングした本願発明者等が行った実
験によれば、メッキにより段差ｄをコントロールするこ
とは可能であるが、メッキしたスルーホール９の表面粗
さが粗く、しかもメッキ成長高さのばらつきが大きいた
め、メッキによる段差ｄの低減の実用化は困難である。

【００１７】また、厚膜多層配線基板は、従来の両面研
磨加工法において前記の如く厚さのばらつきや反り等が
ある場合にも、加工が進むにつれて平行度や平面度を精
度よく加工することができるが、厚さのばらつきや反り
量が大きい場合に所望の平行度や平面度精度を得るため
には加工量が必然的に増加する。従来の両面研磨加工法
は、原理的に複数個のワーク１を同時加工する方法であ
るから、厚さの大きいワーク１はより多く、そして厚さ
の小さいワーク１はより少なく加工されることになり、
ワーク１ごとに加工量が相違する結果、加工過剰と加工
不足とが発生することになる。

【００１８】上記加工過不足の発生について図１０によ
り具体的に説明する。図１０はワーク１内に厚さのばら
つきＳを有する状態を模式的に示した厚膜多層配線基板
の断面図である。図中、１５は基板の上下両面にＴの厚
さに形成されている多数のスルーホール９からなるスル
ーホール層、１６は配線層である。ここで、両面研磨加
工は、配線層１６を露出させないように上下両面のスル
ーホール層１５のＴの厚さの範囲内で行われなければな
らないが、厚さのばらつきＳが大きい場合には、加工量
が増加するため厚さＴを超えて加工される恐れがあり、
それを防止するためには当初から厚さＴを大きくしなけ
ればならない。しかし、その場合には基板コストが高く
なるだけでなく、スルーホール９部の配線抵抗が増し基
板性能が劣化することになる不具合点があり、そのため
厚さＴはできるだけ薄くすることが望ましい。ところ
が、前述の如く従来の両面研磨加工法は、原理的に複数
個のワーク１を同時加工するため、ワーク間またはワー
ク内において厚さのばらつきＳが大きい場合には、どう
しても加工過剰と加工不足とが発生する問題点を有して
いる。

【００１９】本発明は前記従来技術の問題点に鑑み、厚
膜／薄膜混成基板を構成する厚膜多層配線基板の表裏両
面を、該基板の厚さのばらつきに関係なく加工過剰や加
工不足の発生を防止し、しかも研磨加工中に発生する基
板材加工面とスルーホール加工面との段差を低減して高
精度に研磨加工し、薄膜配線形成時における断線の発生
を防止することができる厚膜／薄膜混成基板とその研磨
加工方法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の厚膜／薄膜混成基板は、セラミックス等の
脆性材料からなる基板材を多数層重ねて焼成し、その上
下両面に多数のスルーホールを有するスルーホール層を
形成した厚膜多層配線基板と、該厚膜多層配線基板の表
面に形成した薄膜層とからなる厚膜／薄膜混成基板にお
いて、前記薄膜層が形成される厚膜多層配線基板面にお
けるスルーホールの表面が、該厚膜多層配線基板面にお
ける基板材の表面と同一ないし凸または凹の微小量の段
差に形成されてなる構成である。

【００２１】そして、前記厚膜多層配線基板面における
スルーホール表面の基板材表面からの凸または凹の微小
量の段差を、０≦ｄ≦０．５μｍの範囲にすることが望
ましい。

【００２２】また、前記薄膜層が形成される厚膜多層配
線基板面におけるスルーホールの表面および基板材の表
面の各表面粗さが、０．０５μｍＲａ以下の鏡面に研磨
加工され、かつ前記厚膜多層配線基板面におけるスルー
ホール表面の基板材表面からの凸または凹の微小量の段
差を、０≦ｄ≦０．５μｍの範囲にするとよく、さら
に、前記薄膜層が形成される厚膜多層配線基板面におけ
るスルーホールの表面および基板材の表面の各表面が、
表面粗さ０．０５μｍＲａ以下、平面度１０μｍ以下、
平行度１０μｍ以下の鏡面に研磨加工され、かつ前記厚
膜多層配線基板面におけるスルーホール表面の基板材表
面からの凸または凹の微小量の段差を、０≦ｄ≦０．５
μｍの範囲にすることが好ましい。

【００２３】一方、本発明の厚膜／薄膜混成基板の両面
研磨加工方法は、互いに反対方向に回転する上下定盤間
に少なくとも３個のキャリアを自転および公転可能に等
配し、該各キャリアに嵌装したワークを液状の研磨材を
介して加圧しながら相対摺動させて研磨加工する厚膜／
薄膜混成基板の両面研磨加工方法において、スルーホー
ルの段差を微小な凸形状にする場合、前記研磨材に平均
砥粒径１０ｎｍ以下のコロイダルシリカを使用し、かつ
研磨圧力を５０〜１５０ｇ／ｃｍ²とする条件でポリッ
シング加工する構成にしたものである。

【００２４】また、互いに反対方向に回転する上下定盤
間に少なくとも３個のキャリアを自転および公転可能に
等配し、該各キャリアに嵌装したワークを液状の研磨材
を介して加圧しながら相対摺動させて研磨加工する厚膜
／薄膜混成基板の両面研磨加工方法において、スルーホ
ールの段差を微小な凹形状にする場合、前記研磨材に平
均砥粒径８０ｎｍ以下のコロイダルシリカを使用し、か
つ研磨圧力を１００〜２００ｇ／ｃｍ²とする条件でポ
リッシング加工する構成にする。

【００２５】さらにまた、互いに反対方向に回転する上
下定盤間に少なくとも３個のキャリアを自転および公転
可能に等配し、該各キャリアに嵌装したワークを液状の
研磨材を介して加圧しながら相対摺動させて研磨加工す
る厚膜／薄膜混成基板の両面研磨加工方法において、前
記各キャリアに嵌装するワークに、1個の未加工厚膜多
層配線基板と、該未加工厚膜多層配線基板と同一寸法・
形状を有する複数個のダミーガラスとを使用し、該複数
個のダミーガラスを各キャリアまたは前記未加工厚膜多
層配線基板を嵌装しているキャリアを除く各キャリアに
嵌装し、該嵌装した未加工厚膜多層配線基板および各ダ
ミーガラスの表裏両面を、前記相対摺動によりラッピン
グ加工の後、ポリッシング加工する構成にしてもよい。

【００２６】そして、前記未加工厚膜多層配線基板およ
び各ダミーガラスの表裏両面のポリッシング加工を、前
記研磨材に平均砥粒径１０ｎｍ以下のコロイダルシリカ
を使用し、かつ研磨圧力を５０〜１５０ｇ／ｃｍ²とす
る条件で行うとよい。

【００２７】

【作用】上記構成としたことにより、ワーク、すなわち
厚膜多層配線基板のポリッシング加工は、平均砥粒径８
０ｎｍ以下の小さい砥粒のコロイダルシリカにより行わ
れ、砥粒の１個当たりの切り込み量が小さくなるが、こ
のような小さな砥粒によりワークをポリッシング加工す
ると、例えば、スルーホールの材質が銅のように軟延性
を有する場合は、砥粒の切り込みにより加工される量よ
り銅表面の弾性変形による加工されない割合の方が大き
くなり、前記砥粒の切り込み量と実際に銅表面の加工さ
れる量との差が大きくなる。このため、スルーホールの
表面は、砥粒１個当たりの切り込み量が小さくなること
による実際の加工量の低下に加えて、銅表面の弾性変形
量分だけ加工量がさらに低下することになる。

【００２８】一方、ガラスセラミックスの場合は、前記
砥粒１個当たりの切り込み量が小さくなっても、ガラス
セラミックスの表面はほとんど弾性変形しないため切り
込まれた分だけそのまま加工が行われる。そして、当然
のことながら加工量は、砥粒１個当たりの切り込み量が
小さくなるのに応じて低下する。

【００２９】このように、研磨材の平均砥粒径を小さく
すると、銅のような軟延性材は砥粒の切り込み量よりも
さらに加工量が低下し、一方、ガラスセラミックスは切
り込まれた分だけそのまま加工されるから、両者間の加
工能率の差は小さくなり、スルーホールの加工面とガラ
スセラミックスの加工面との加工による段差が減少し、
従来、スルーホールの方がガラスセラミックスより大き
く切り込まれて発生していた凹状態の段差が、ゼロない
しサブミクロンオーダの凸状態の好ましい段差に形成さ
れる。

【００３０】特に、平均砥粒径が１０ｎｍ以下のコロイ
ダルシリカの場合には、スルーホールの加工面の加工能
率よりもガラスセラミックスの加工面の加工能率の方が
高くなり、両者の加工能率が逆転して前記段差をサブミ
クロンオーダのプラスの凸状態に形成することができ
る。

【００３１】上記段差の減少は、研磨圧力を前記所定の
範囲に設定することにより一層効果的に行われるが、こ
の段差の減少によるワークの表裏両面の高精度の平滑面
により、薄膜配線形成時における断線の発生を防止する
ことが可能になる。

【００３２】さらに、ほぼ同厚の１枚のワークと複数枚
のダミー材とを同時加工することにより、従来のように
厚さのばらつきによる加工過剰や加工不足の発生を確実
に防止することができ、ワークの表面粗さ、平面度、平
行度を向上させることが可能になる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１ないし図
３を参照して説明する。図１は薄膜層が形成される厚膜
多層配線基板面の好ましい研磨加工結果の一例を示す
図、図２は研磨材の平均砥粒径を変えて研磨加工した場
合の段差との関係を示す図、図３は研磨圧力と段差との
関係を示す図である。図中、前記図６、図９と同符号の
ものは同じものを示す。

【００３４】混成基板を構成する厚膜多層基板は、前述
の如く平面度、平行度の形状精度のほか、鏡面状の表面
粗さを要求されるが、このため、前記図１０に示すスル
ーホール層１５を加工対象とし、その平面度、平行度の
形状精度をラッピング加工により粗加工して向上させた
後、表面粗さをポリッシング加工により仕上げ加工して
さらに向上させる。

【００３５】研磨加工は、前記図７，図８に示す従来の
両面研磨加工機を使用して行われる。そして、上下定盤
３，４に研磨布としてウレタンの含有率の高い不織布を
張り、複数の各キャリア２にワーク１として厚膜多層配
線基板をそれぞれ嵌装し、下定盤４の回転数４０ｒ／ｍ
ｉｎ、研磨圧力１２０ｇ／ｃｍ²で粗加工としてのラッ
ピング加工および仕上げ加工としてのポリッシング加工
を順に行ったものである。ここで、ラッピング加工時の
研磨材には平均砥粒径が８μｍのＧＣ砥粒（ＳｉＣ）を
使用し、ポリッシング加工時の研磨材には平均砥粒径が
１００ｎｍ以上のＧＣ砥粒（ＳｉＣ）と平均砥粒径が１
００ｎｍ以下のコロイダルシリカ（ＳｉＯ₂）を使用し
た。図２に上記ＧＣ砥粒およびコロイダルシリカの平均
砥粒径を変えて研磨加工した場合の段差との関係グラフ
を示す。

【００３６】図２において、白丸で段差がプラスの場合
は、図１に示すスルーホール９の加工面２１が実線で示
すようにガラスセラミックス１０の加工面２０より僅か
にｄだけ凸の状態を示し、反対に白丸で段差がマイナス
の場合は、図１に示すスルーホール９の加工面２１が２
点鎖線で示すようにガラスセラミックス１０の加工面２
０より僅かにｄ´だけ凹の状態を示す。図２から分かる
ように、平均砥粒径の大きいＧＣ砥粒（図に黒丸で示
す）によりポリッシングを行った場合には段差が２μｍ
を超え、平均砥粒径が８０ｎｍ以下のコロイダルシリカ
（図に白丸で示す）を使用してポリッシング加工した後
では段差は小さく、平均砥粒径が１０ｎｍ以下のコロイ
ダルシリカの場合には段差がプラス０．３μｍの凸状態
にすることができ、好ましい範囲±０．５μｍの値に加
工することができる。

【００３７】なお、上記平均砥粒径８０ｎｍ以下のコロ
イダルシリカを用いた場合は、ポリッシング終了時のガ
ラスセラミックス１０およびスルーホール９の両加工面
２０，２１とも表面粗さ０．０５μｍＲａ以下の鏡面が
形成された。

【００３８】前記段差をプラス０．３μｍの凸状態にす
ることができるのは、つぎのような作用による。すなわ
ち、前述したように砥粒１１の平均砥粒径が小さくなる
と、砥粒１１の１個当たりの切り込み量が小さくなる
が、かかる小さな砥粒１１により厚膜多層配線基板をポ
リッシング加工すると、例えば、スルーホール９の材質
が銅のように軟質で延性を有する場合、砥粒１１の切り
込みにより加工される量より銅表面の弾性変形による加
工されない割合の方が大きくなり、前記砥粒１１の切り
込み量と実際に銅表面の加工される量との差が大きくな
る。このため、スルーホール９の表面は、砥粒１１の１
個当たりの切り込み量が小さくなることによる実際の加
工量の低下に加えて、銅表面の弾性変形量分だけ加工量
が低下することになる。一方、ガラスセラミックス１０
の場合は、前記砥粒１１の１個当たりの切り込み量が小
さくなっても、ガラスセラミックス１０の表面はほとん
ど弾性変形しないため切り込まれた分だけそのまま加工
が行われる。そして、当然のことながら加工量は、砥粒
１１の１個当たりの切り込み量が小さくなるのに応じて
低下する。

【００３９】このように、研磨材の平均砥粒径を小さく
すると、銅のような軟延性材は砥粒１１の切り込み量よ
りもさらに加工量が低下し、一方、ガラスセラミックス
１０は切り込まれた分だけそのまま加工されるから、両
者間の加工能率の差は小さくなる。特に、図２において
平均砥粒径が１０ｎｍ以下のコロイダルシリカの場合
に、段差が凸状態になるのは、スルーホール９の加工面
２１の加工能率よりもガラスセラミックス１０の加工面
２０の加工能率の方が高くなり、両者の加工能率が逆転
した結果であり、従来、スルーホール９の方がガラスセ
ラミックス１０より大きく切り込まれて発生していた前
記図９（ａ）に示すような段差Ｄは、図１に示す小さな
段差ｄまたはｄ´となる。

【００４０】つぎに、ラッピング加工時の段差形状につ
いて説明する。ラッピングでは、平均砥粒径８μｍの大
きい砥粒を用いているため、砥粒１１の１個当たりの切
り込み量はミクロンオーダと大きくなるため、ガラスセ
ラミックス１０はクラックを生じながら加工される。こ
のクラックが生じるためにガラスセラミックス１０は砥
粒１１の実際の切り込み量よりも大きな加工量で加工さ
れ、高能率に加工される。一方、延性材の銅からなるス
ルーホール９は、砥粒径１１が大きくなり砥粒１個当た
りの切り込み量が大きくなっても、クラックを生じるこ
とがなく、従ってこの場合には、スルーホール９の加工
能率よりガラスセラミックス１０の加工能率の方が高く
なり、ガラスセラミックス１０の加工面２０よりスルー
ホール９の加工面２１の方が突き出す凸状態の段差を形
成する。

【００４１】上記平均８μｍのＧＣ砥粒径にて実際に加
工を行い、段差を測定した結果、ガラスセラミックス１
０の加工面２０よりスルーホール９の加工面２１が突き
出した凸状態の段差は、２〜２．５μｍとなった。

【００４２】このように大きい砥粒１１を用いたラッピ
ング加工においても、砥粒径や研磨圧力をコントロール
することで、ガラスセラミックス１０の加工面２０より
スルーホール９の加工面２１の方を凸状態に段差形成す
ることは可能であるが、この場合には、ガラスセラミッ
クス１０の加工面２０とスルーホール９の加工面２１と
も表面粗さが低下し、また、表面にクラックが残ってい
るため、該表面に薄膜層をスパッタリングしたときの密
着性が悪くなるほか、基板表面の強度が低く、信頼性が
低下する。このため、前記凸形状の段差を確実にサブミ
クロンオーダに形成するには、ラッピング加工の後工程
として仕上げ加工としてのポリッシング加工を行うこと
が必要である。

【００４３】つぎに、研磨圧力と段差との関係を図３を
参照して説明する。図３には、研磨圧力により変化する
スルーホール部の断面プロファイルの測定例を併せて示
す。断面プロファイルは、ポリッシング加工後のもので
あり、凸部分が材質銅のスルーホール９の加工面２１、
平らな部分がガラスセラミックス１０の加工面２０をそ
れぞれ示す。

【００４４】図３に示す各研磨圧力におけるポリッシン
グ加工は、前記図７，図８に示す従来の両面研磨加工機
を使用し、上下定盤３，４に研磨布としてウレタン含有
率の高い不織布を張り、平均砥粒径が１０ｎｍ以下のコ
ロイダルシリカ（ＳｉＯ₂）を使用して下定盤４の回転
数を４０ｒ／ｍｉｎとして行った。ここで、研磨圧力
は、８０，１２０，１５０ｇ／ｃｍ²の３種類である。

【００４５】図３に示すように、研磨圧力を変えること
で、ガラスセラミックス１０の加工面２０より凸状態に
形成されるスルーホール９の加工面２１の段差を変えら
れることがわかる。また、図３から分かるように平均砥
粒径１０ｎｍ以下のコロイダルシリカを用いた場合、前
記凸状態の段差をサブミクロンオーダで制御することが
できるが、この段差を０．５μｍ以下に抑制するために
は、図３より研磨圧力を１５０ｇ／ｃｍ²以下にする必
要がある。しかし、研磨圧力が低過ぎる場合には加工能
率が低下するため好ましくなく、このため研磨圧力の下
限は、５０ｇ／ｃｍ²とする。

【００４６】上記したように、ガラスセラミックス１０
の加工面２０およびスルーホール９の加工面２１は、凹
凸いずれの状態においても段差が０．５μｍ以下に抑制
され、しかもその表面を表面粗さ０．０５μｍＲａ以下
の鏡面に形成されるため、前記図６に示す薄膜配線１４
形成時の密着性や膜厚精度が向上し、粒界割れの発生や
断線の発生を防止することが可能になる。

【００４７】つぎに、前記第１の実施例とは異なる材質
の基板およびスルーホールを使用した第２の実施例を、
図４を参照して説明する。図４は図２と材質の異なる厚
膜多層配線基板、すなわち、ムライト・タングステン厚
膜多層基板をポリッシング加工し、加工段差を測定した
場合における平均砥粒径と段差との関係を示す図であ
る。

【００４８】第２の実施例は、基板材としてムライトを
用い、スルーホール材としてタングステンを用いた。使
用した両面研磨加工機、研磨材とその平均砥粒径、研磨
布としての不織布、定盤回転数、研磨圧力は前記第１の
実施例と同じである。図４にＧＣ砥粒およびコロイダル
シリカの平均砥粒径を変えて研磨加工した場合の段差と
の関係グラフを示す。

【００４９】図４において、白丸で段差がプラスの場合
は、図１に示すスルーホール９の加工面２１がムライト
の加工面より僅かにｄだけ凸の状態を示し、反対に白丸
で段差がマイナスの場合は、図１に示すスルーホール９
の加工面２１がムライトの加工面より僅かにｄ´だけ凹
の状態を示す。図４から分かるように、平均砥粒径の大
きいＧＣ砥粒（図に黒丸で示す）によるポリッシング加
工の場合には段差が１μｍを超え、平均砥粒径が８０ｎ
ｍ以下のコロイダルシリカ（図に白丸で示す）を使用し
てポリッシング加工した後では段差は小さく、平均砥粒
径が１０ｎｍ以下のコロイダルシリカの場合には段差が
プラス０．４μｍの凸状態にすることができ、前記第１
の実施例と同様に好ましい範囲±０．５μｍの値に加工
することができる。

【００５０】ムライト・タングステン基板とガラスセラ
ミックス・銅基板とを比較すると、タングステンは銅よ
り硬く、銅に比べて加工しにくいことから、基板材とス
ルーホール材の加工能率の差は、ガラスセラミックス・
銅基板よりムライト・タングステン基板の方が小さくな
る。これは図２と図４のグラフにも現われており、図２
と図４とを比較すると、図４の段差の測定結果は、図２
の結果よりも全体にグラフ上において上方にずれた値に
なっている。

【００５１】なお、前記第１の実施例と同様に、上記平
均砥粒径８０ｎｍ以下のコロイダルシリカを用いた場合
は、ポリッシング終了時のムライトおよびスルーホール
９の両加工面とも表面粗さ０．０５μｍＲａ以下の鏡面
に形成された。

【００５２】以上の結果より、ガラスセラミックス・銅
基板およびムライト・タングステン基板以外の材料、す
なわち、基板材に誘電率の低いガラスを使用し、スルー
ホール９に電気抵抗の低い金、銀等の金属材料を使った
厚膜多層基板の場合においても、段差ｄを低減すること
が可能である。

【００５３】つぎに、厚膜多層配線基板をダミーガラス
を使用して両面研磨加工する第３の実施例を、図５を参
照して説明する。図５はダミーガラスを使用して両面研
磨加工する場合のワーク配置を示す平面図である。

【００５４】ワーク１となる厚膜多層配線基板の基板材
はガラスとアルミナ系の複合材であるガラスセラミック
ス、金属導体は銅、サイズは１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×
５ｍｍで、前記図１０に示すスルーホール層１５の厚さ
Ｔは２００μｍである。また、このガラスセラミックス
の厚みと反り量を測定した結果の１部を表１に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】上記各基板を従来の両面研磨加工機により
加工すると、前述の如く厚さの大きい基板Ｎｏ．１は加
工過剰になり、厚さの小さい基板Ｎｏ．２は加工不足と
なる。そこで、この加工の過不足を防止するため、上記
基板と縦、横同一サイズで、かつ同一形状のダミーガラ
スを用いて研磨加工する。ただし、下記理由により厚さ
のみ０．５ｍｍだけ厚い寸法になっている。使用したダ
ミーガラスのサイズは、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×５．
５ｍｍである。

【００５７】前記ダミーガラスの材質としては、厚膜多
層配線基板の基板材と同じガラスセラミックスを用いる
ことが望ましいが、ここではコストを考慮し、安価で入
手しやすいソーダガラスをダミー材として使用する。こ
のソーダガラスは硬度が低く、そのため一般のセラミッ
クスと比較して加工能率が高いため、厚膜多層配線基板
よりも僅かに厚さの大きいものを用いる。

【００５８】研磨加工は、図５に示すように４個の等配
された各キャリア２に、それぞれ２枚のワークを嵌装
し、計８枚を同時に加工するが、図に示すように８枚中
１枚を厚膜多層配線基板のワーク１とし、他の７枚をダ
ミーガラス１７とする。そして、まず、ラッピング加工
用の両面研磨加工機にて粗加工としての両面ラッピング
加工を行い、ついでポリッシング加工用の両面研磨加工
機にて仕上げ加工としての両面ポリッシング加工を行
う。加工条件を表２に示す。

【００５９】

【表２】

【００６０】ここで、加工前のワーク１とダミーガラス
１７とでは、上記の如くダミーガラス１７のほうが厚
く、前記図７に示す両面研磨加工機の上下定盤３，４間
にこれらを挟んだ場合、厚さの大きいダミーガラス１７
は上下定盤３，４に接触して両面とも加工されるが、厚
さの小さいワーク１は加工初期には上定盤３と接触せ
ず、該ワーク１の自重により接触している下定盤４側の
み加工されることになり、加工終了時に表面と裏面との
加工量が不均一となって、場合によっては裏面だけ加工
過剰になる場合も生じるため、初期加工として、予めダ
ミーガラス７枚の厚さを、ワーク１より約１００μｍ程
度厚くなるように両面ラッピングにより加工した。

【００６１】前記ダミーガラス１７の初期加工終了後、
ワーク１を１枚加え、図５に示す合計８枚で両面ラッピ
ングの２次加工を行い、ワーク１を表面粗さ２μｍＲｍ
ａｘ、表面平面度４μｍ、裏面平面度２μｍ、平行度４
μｍに加工することができた。なお、この２次加工後の
ダミーガラス１７とワーク１との厚さの差は、１０μｍ
以下に加工されている。

【００６２】次に、表面粗さの向上と段差ｄとを低減す
るため、前記両面ラッピング加工後のダミーガラス１７
とワーク１とを、前記表２に示す条件にて両面ポリッシ
ング加工した。該ポリッシング加工後のワーク１は、表
面粗さ０．３μｍＲｍａｘ、表面平面度５μｍ、裏面平
面度４μｍ、平行度２μｍ、段差ｄを０．５μｍ以下の
精度で得られ、いずれの精度も好ましい加工精度である
表面粗さ０．０５μｍＲａ、表面および裏面の平面度１
０μｍ、平行度１０μｍ、段差ｄ±０．５μｍ以下の範
囲内にすることができた。

【００６３】上記ワーク１をダミーガラス１７を使用し
て両面研磨加工する第３の実施例においては、厚膜多層
配線基板としてのワーク１と該ワーク１と予めほぼ同厚
に加工された他の複数枚のダミーガラス１７とを同時加
工するから、厚さのばらつきや反り等による加工過剰ま
たは加工不足は発生せず、また、前記第１および第２の
各実施例と同様に、段差ｄを±０．５μｍ以下の精度に
加工することができ、ワーク１の表裏両面を滑らかな精
度のよい鏡面に加工することが可能であるため、薄膜層
のスパッタリング時における粒界割れを発生させること
なく密着性および膜厚精度を向上させられ、薄膜層の断
線を防止することが可能になる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、厚膜／薄
膜混成基板を構成する厚膜多層配線基板の表裏両面を、
該基板の厚さのばらつきに関係なく加工過剰や加工不足
の発生を防止し、しかも研磨加工中に発生する基板材加
工面とスルーホール加工面との段差を低減して高精度に
研磨加工し、薄膜配線形成時における断線の発生を防止
することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の厚膜多層配線基板面の好ましい研磨加
工結果の一例を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の研磨材の平均砥粒径を
変えて研磨加工した場合の段差との関係を示す図であ
る。

【図３】研磨圧力と段差との関係を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例で、図２と材質の異なる
厚膜多層配線基板における平均砥粒径と段差との関係を
示す図である。

【図５】本発明の第３の実施例で、ダミーガラスを使用
して両面研磨加工する場合のワーク配置を示す平面図で
ある。

【図６】厚膜／薄膜混成基板の構成を示す図である。

【図７】両面研磨加工機の概略構成説明断面図である。

【図８】図７の動作説明図である。

【図９】従来のポリッシング加工概念図である。

【図１０】厚膜多層配線基板の断面を模式的に示す図で
ある。

【符号の説明】

１…ワーク（被削材）、２…キャリア、３…上定盤、４
…下定盤、５…太陽ギア、６…インターナルギア、７…
シリンダ、８…サブシリンダ、９…スルーホール（金属
導体）、１０…ガラスセラミックス（基板材）、１１…
砥粒（研磨材）、１２…研磨布、１３…絶縁膜、１４…
薄膜配線、１５…スルーホール層、１６…配線層、１７
…ダミーガラス、２０…ガラスセラミックスの加工面、
２１…スルーホールの加工面。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス等の脆性材料からなる基板
   材を多数層重ねて焼成し、その上下両面に多数のスルー
   ホールを有するスルーホール層を形成した厚膜多層配線
   基板と、該厚膜多層配線基板の表面に形成した薄膜層と
   からなる厚膜／薄膜混成基板において、前記薄膜層が形
   成される厚膜多層配線基板面におけるスルーホールの表
   面が、該厚膜多層配線基板面における基板材の表面と同
   一ないし凸の微小量の段差に形成されてなることを特徴
   とする厚膜／薄膜混成基板。
2. 【請求項２】 前記厚膜多層配線基板面におけるスルー
   ホール表面の基板材表面からの凸の微小量の段差が、０
   ≦ｄ≦０．５μｍの範囲である請求項１記載の厚膜／薄
   膜混成基板。
3. 【請求項３】 前記薄膜層が形成される厚膜多層配線基
   板面におけるスルーホールの表面および基板材の表面の
   各表面粗さが、０．０５μｍＲａ以下の鏡面に研磨加工
   され、かつ前記厚膜多層配線基板面におけるスルーホー
   ル表面の基板材表面からの凸の微小量の段差が、０≦ｄ
   ≦０．５μｍの範囲である請求項１記載の厚膜／薄膜混
   成基板。
4. 【請求項４】 前記薄膜層が形成される厚膜多層配線基
   板面におけるスルーホールの表面および基板材の表面の
   各表面が、表面粗さ０．０５μｍＲａ以下、平面度１０
   μｍ以下、平行度１０μｍ以下の鏡面に研磨加工され、
   かつ前記厚膜多層配線基板面におけるスルーホール表面
   の基板材表面からの凸の微小量の段差が、０≦ｄ≦０．
   ５μｍの範囲である請求項１記載の厚膜／薄膜混成基
   板。
5. 【請求項５】 セラミックス等の脆性材料からなる基板
   材を多数層重ねて焼成し、その上下両面に多数のスルー
   ホールを有するスルーホール層を形成した厚膜多層配線
   基板と、該厚膜多層配線基板の表面に形成した薄膜層と
   からなる厚膜／薄膜混成基板において、前記薄膜層が形
   成される厚膜多層配線基板面におけるスルーホールの表
   面が、該厚膜多層配線基板面における基板材の表面と同
   一ないし凹の微小量の段差に形成されてなることを特徴
   とする厚膜／薄膜混成基板。
6. 【請求項６】 前記厚膜多層配線基板面におけるスルー
   ホール表面の基板材表面からの凹の微小量の段差が、０
   ≦ｄ≦０．５μｍの範囲である請求項１記載の厚膜／薄
   膜混成基板。
7. 【請求項７】 前記薄膜層が形成される厚膜多層配線基
   板面におけるスルーホールの表面および基板材の表面の
   各表面粗さが、０．０５μｍＲａ以下の鏡面に研磨加工
   され、かつ前記厚膜多層配線基板面におけるスルーホー
   ル表面の基板材表面からの凹の微小量の段差が、０≦ｄ
   ≦０．５μｍの範囲である請求項１記載の厚膜／薄膜混
   成基板。
8. 【請求項８】 前記薄膜層が形成される厚膜多層配線基
   板面におけるスルーホールの表面および基板材の表面の
   各表面が、表面粗さ０．０５μｍＲａ以下、平面度１０
   μｍ以下、平行度１０μｍ以下の鏡面に研磨加工され、
   かつ前記厚膜多層配線基板面におけるスルーホール表面
   の基板材表面からの凹の微小量の段差が、０≦ｄ≦０．
   ５μｍの範囲である請求項１記載の厚膜／薄膜混成基
   板。
9. 【請求項９】 互いに反対方向に回転する上下定盤間に
   少なくとも３個のキャリアを自転および公転可能に等配
   し、該各キャリアに嵌装したワークを液状の研磨材を介
   して加圧しながら相対摺動させて研磨加工する厚膜／薄
   膜混成基板の両面研磨加工方法において、前記研磨材に
   平均砥粒径１０ｎｍ以下のコロイダルシリカを使用し、
   かつ研磨圧力を５０〜１５０ｇ／ｃｍ²とする条件でポ
   リッシング加工することを特徴とする厚膜／薄膜混成基
   板の両面研磨加工方法。
10. 【請求項１０】 互いに反対方向に回転する上下定盤間
    に少なくとも３個のキャリアを自転および公転可能に等
    配し、該各キャリアに嵌装したワークを液状の研磨材を
    介して加圧しながら相対摺動させて研磨加工する厚膜／
    薄膜混成基板の両面研磨加工方法において、前記研磨材
    に平均砥粒径８０ｎｍ以下のコロイダルシリカを使用
    し、かつ研磨圧力を１００〜２００ｇ／ｃｍ²とする条
    件でポリッシング加工することを特徴とする厚膜／薄膜
    混成基板の両面研磨加工方法。
11. 【請求項１１】 互いに反対方向に回転する上下定盤間
    に少なくとも３個のキャリアを自転および公転可能に等
    配し、該各キャリアに嵌装したワークを液状の研磨材を
    介して加圧しながら相対摺動させて研磨加工する厚膜／
    薄膜混成基板の両面研磨加工方法において、前記各キャ
    リアに嵌装するワークに、1個の未加工厚膜多層配線基
    板と、該未加工厚膜多層配線基板と同一寸法・形状を有
    する複数個のダミーガラスとを使用し、該複数個のダミ
    ーガラスを各キャリアまたは前記未加工厚膜多層配線基
    板を嵌装しているキャリアを除く各キャリアに嵌装し、
    該嵌装した未加工厚膜多層配線基板および各ダミーガラ
    スの表裏両面を、前記相対摺動によりラッピング加工の
    後、ポリッシング加工することを特徴とする厚膜／薄膜
    混成基板の両面研磨加工方法。
12. 【請求項１２】 前記未加工厚膜多層配線基板および各
    ダミーガラスの表裏両面のポリッシング加工が、前記研
    磨材に平均砥粒径１０ｎｍ以下のコロイダルシリカを使
    用し、かつ研磨圧力を５０〜１５０ｇ／ｃｍ²とする条
    件で行われる請求項７記載の厚膜／薄膜混成基板の両面
    研磨加工方法。