JP2007118138A - セラミックス研磨基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】両面が研磨された厚み０．０５〜１ｍｍのセラミックス研磨基板を製造する方法において、厚み精度の高いセラミックス研磨基板を歩留り良く製造する方法を提供する。
【解決手段】両面が研磨された厚み０．０５〜１ｍｍのセラミックス研磨基板を製造するに際し、セラミックス原板を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を、他方の面より表面粗さ（Ｒａ）が小さくなるように研磨を行って該研磨面を凹とする反りを発生させ、該セラミック原板の凹面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面の研磨を行う。
【選択図】なし

Description

本発明は、セラミックス研磨基板の製造方法に関する。詳しくは、両面が研磨された厚み０．０５〜１ｍｍ程度の薄厚セラミックス研磨基板を製造するに際に、基板厚み精度の高いセラミックス研磨基板を製造することができる方法を提供するものである。

窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ほう素等に代表されるセラミック材料は電気特性、光学特性、熱特性等の優れた特徴を有することから、半導体実装用の高機能基板として急速に普及しつつある。このようなセラミックス基板は通常以下のような方法で製造される。

即ち、原料粉末と焼結助剤等の添加剤とを充分混合した後、各種成形法により成形した後、脱脂、焼成してセラミックス原板を形成する。その後、該セラミックス原板の表面を研削又は研磨により、一定の板厚および面粗さに仕上げたセラミックス研磨基板を得、当該面上に、金属薄膜層が形成された後に、必要に応じてパターニングされ、その金属薄膜層上に電子素子（例えばレーザーダイオード）が薄膜半田を用いてマウントされる。

ところが、近年の電子素子の小型化、高密度化の要請により、電子素子がマウントされるセラミックス研磨基板も著しい薄型化が求められてきた。薄型化した場合、セラミックス研磨基板の板厚に対して厚み精度の比が大きくなるため、個々のセラミックス研磨基板の板厚の違いが電気特性、熱特性等に影響を与え、電子素子マウント後の製品歩留りを低下させることが分かった。このため、セラミックス研磨基板には薄型化と同時に高い厚み精度が要求されてきた。

一般に、セラミックス研磨基板を得るための研磨・研削は、両側に研磨・研削面をもち両面を同時に加工する両面加工機、例えば両面ラップ盤、両面ポリッシュ盤を使用した研磨・研削方法が利用されてきた（特許文献１参照）。この方法は両面同時に加工することから、加工時間の短縮が可能であることや、セラミックス研磨基板の厚み精度を向上できる等の利点がある。

しかし、前記要求に対して、目標とするセラミックス研磨基板の板厚が薄い場合、特に１ｍｍ以下の場合は、両面加工機中でセラミックス研磨基板を保持するキャリアの剛性が足らずセラミックス研磨基板の保持が弱くなるため、加工が正常に進行しない等の問題があった。

これに対して、片面のみに研磨・研削面を持つ片面加工機を用いた場合、セラミックス基板の加工しない側の面を保持するため、目標とするセラミックス研磨基板の板厚が薄い場合でも問題なく加工できる。さらに、真空吸着等の接着層を持たないセラミックス研磨基板の保持方法を採用した場合はセラミックス研磨基板の厚み精度も向上するので、前記の薄型化と高い厚み精度の２つの要求を同時に満たすことができる。

しかし、実際に片面ずつ研磨を行った場合、目標とするセラミックス研磨基板の板厚が薄いほど、初めの片面研磨で発生する反りが大きくなり、反対面の片面研磨時に真空吸着による矯正では追いつかなくなるため吸着時にも多少の反りが残ることとなり、この状態で反対面を研磨すると反っている部分の板厚が他の部分より薄くなる。このため、高い厚み精度を維持することが困難となり、歩留りが低下するという問題が生じる。

特許第３３７９０９７号公報

従って、本発明の目的は、両面が研磨された薄厚のセラミックス研磨基板を製造するに際に、厚み精度の高いセラミックス研磨基板を歩留り良く製造することができる方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた。先ず、本発明者らは、前記反りの発生に対して、研磨前後での表面粗さの変化を小さくすることにより基板に反りを発生させないことを検討した。即ち、研磨を多数回に分け、一回の加工での表面粗さの変化を抑え、反りを発生させずに加工を進める方法を検討した。しかし、この方法によれば、目的の表面粗さに達するまでの研磨回数が極端に増加し、工業上好ましくないことが判明した。

そして、上記結果に基づいて更に検討を重ねた結果、片面研磨機の（加工台面上）に真空吸着にて固定する側の面より表面粗さ（Ｒａ）が小さくなるように研磨を行うことによって、セラミックス原板に研磨面を凹とする反りを再現性よく発生させることができること、また、該研磨面を凹とする特定の程度で反りを発生させることによって、他方の面を研磨する際の基板の反りが真空吸着にて矯正できる反りの範囲とすることができること、そして、該セラミック原板を反りの凹面を片面研磨機の加工台面上に真空吸着にて固定することによって、原板の全面を確実に加工台面上に密着せしめることができ、研磨の際に前記のように基板が部分的に薄くなる現象を防ぐことができるため、厚み精度の高いセラミックス研磨基板を歩留り良く製造することができること、また、目的の表面粗さに達するまでの研磨回数の増加も抑えることができ、効率よく研磨基板を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、セラミックス原板を片面研磨機の加工台面上に真空吸着にて固定し、片面ずつ研磨して両面が研磨された厚み０．０５〜１ｍｍのセラミックス研磨基板を製造するに際し、セラミックス原板の一方の面を、他方の面より表面粗さ（Ｒａ）が小さくなるように研磨を行うことにより、セラミックス原板の幅（Ｌ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が０．０００５〜０．００２５となるように該研磨面を凹とする反りを発生させ、次いで、該セラミック原板の凹面を片面研磨機の加工台面上に固定して他方の面の研磨を行う工程を含むことを特徴とするセラミックス研磨基板の製造方法である。

本発明のセラミックス研磨基板の製造方法によれば、両面が研磨された厚み０．０５〜１ｍｍのセラミックス研磨基板を、高い厚み精度で、歩留まりよく製造することが可能であり、また、目的の表面粗さに達するまでの研磨回数も少ないため、工業的に有利に薄厚セラミックス研磨基板を製造することができる。

本発明のセラミックス研磨基板の製造方法において、セラミックス原板の材質は、前記研磨基板として使用される公知のものが特に制限なく使用される。例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、窒化ほう素等が挙げられる。そのうち、本発明は、窒化アルミニウムを含有する焼結体に対して、好ましく適用することができる。

また、本発明のセラミックス原板の形状についても、特に制限されるものではないが、均一な厚みを有する板状の形状が一般的である。また、かかるセラミックス原版の厚さは、研磨量を可及的に抑えるため、目的とするセラミックス研磨基板の厚みより０．１〜１ｍｍ厚いことが望ましい。

本発明の製造方法の最大の特徴は、両面が研磨された厚み０．０５〜１ｍｍのセラミックス研磨基板を製造するに際し、セラミックス原板を片面研磨機の加工台面上に真空吸着にて固定し、その一方の面を、他方の面より表面粗さ（Ｒａ）が小さくなるように研磨を行って該研磨面を凹とする反りを発生させ、該セラミック原板の凹面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面の研磨を行う工程を含むことにある。

即ち、セラミックス原板を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を、他方の面より表面粗さ（Ｒａ）が小さくなるように研磨を行って反りを発生することによって、次いで研磨する他方の面を凹部とする反りが再現性良く発生する。

また、また、上記研磨による反りの程度を、セラミックス原板の幅（Ｌ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が０．０００５未満の場合は、加工前後の表面粗さの変化が小さいため、目的の表面粗さに達するまでの研磨回数の増加が発生し、また、０．００２５を超えた場合、真空吸着にて矯正できる反りの範囲を超えるため、真空吸着によって、セラミックス原板の全面を片面研磨機の加工台面上に密着させることができず、得られるセラミックス研磨基板の厚みの均一化を図ることができない。

尚、本発明の研磨方法において、上記他方の面の研磨を行う際には、凹面の表面粗さ（Ｒａ）とほぼ一致するように研磨を終了することが好ましく、これにより、得られる基板が反らず、再度の研磨を行う場合でも、問題なく研磨を行うことができる。後工程での取扱いが容易になる等の利点があるので好適である。

また、本発明の研磨方法は、セラミックス原板に対して１回行ってもよいし、２回以上行ってもよい。また、２回以上行うときは、セラミックス原板の一方の研磨面をＡ、他方をＢとした場合、Ａ→Ｂ→Ａ→Ｂ、Ａ→Ｂ→Ｂ→Ａ等本発明の条件を満足する範囲内で、その研磨方法を適宜実施してもよい。

また、本発明において、最終的に得られるセラミックス研磨基板の表面粗さ（Ｒａ）は特に制限されないが、０．０５μｍ以下とした場合は、電子素子をマウントする際や、該セラミックス研磨基板を他装置に組み込む際に有利となるので好適である。

本発明において用いられる研磨操作は公知の如何なる方法を採用しても良い。例えば、遊離砥粒による研磨方法、固定砥粒による研磨方法を単独或いは組み合わせて実施しても良い。

上記遊離砥粒による研磨方法においては、湿式法、乾式法のどちらを選択しても良いが、研磨によって発生する熱を効率良く逃がすという観点から湿式法であることが好ましい。また、固定砥粒による研磨方法においては砥粒が結合剤を用いて固着されたものであれば、公知のものが特に制限無く使用される。

本発明の研磨方法に用いられる加工形式は、研削加工、ホーニング、超仕上、バフ仕上、ラップ仕上げ、ポリッシング等、公知の方法が特に制限無く採用でき、また、切込み方式は、切込み量を機械的に与える強制切込み方式、および一定荷重を与える定圧方式のどちらでも好適に使用できる。研磨に使用する装置も片面を研磨する形式のものであればとくに制限なく利用できる。例えば、ラップ研磨装置、平面研削、ポリッシュ研磨装置、オスカー式研磨装置等である。

本発明の研磨方法に用いる砥粒としては、遊離砥粒、固定砥粒共に天然または合成工業用ダイヤモンド、ＣＢＮ、アルミナ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等公知のものが制限無く使用される。また、砥粒は単結晶、多結晶どちらでも好適に使用できる。

そのうち、合成工業用ダイヤモンドよりなる砥粒が、価格と硬度の面で優位性があることから最も好適である。

また、研磨に用いる砥粒の大きさは、特に制限されるものではなく、目的とする研磨後のセラッミクス基板の表面粗さ（Ｒａ）に応じて選択すれば良い。

また、固定砥粒で砥粒を固着させる結合剤は、レジンボンド、メタルレジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンド、電着ボンド、電鋳金属ボンド等のいずれの方法でも良い。

更に、固定砥粒は、固定砥粒全体が砥粒と結合剤で構成されていても良く、研磨にかかわらない部分を金属等の他材料で構成していても良い。

本発明に用いられる固定砥粒の形状は特に制限されず、研磨の対象となるセラミックス基板の形状および使用する加工形式に応じて適宜決定すればよい。

また、固定砥粒による研磨においては、研磨中は研磨面に、冷却および潤滑を目的とする加工液を供給することが好ましい。冷却目的に利用できること、および研磨装置を腐食させないことを満たす範囲で加工液の組成を適宜決定すればよいが、粘度は０．００５〜０．０５ｇ／（ｃｍ・ｓｅｃ）、ｐＨは６〜１１であることが好ましい。加工液の温度は研磨装置周囲温度に対して±５℃以内、特に±１℃で制御されていることが好ましい。加工液の供給量も限定されるものではないが、目的が冷却であるため供給量は多いほうが好ましい。

また、研磨中のセラミックス基板と砥粒との相対速度に制限はないが、１５ｍ／秒（ｓ）以下、特に、５〜１０ｍ／秒（ｓ）が好適である。

本発明の研磨方法を実施する前に、セラミックス基板が固定される研磨装置の真空吸着面を研磨すると、研磨面と真空吸着面の平坦度が向上し、結果としてセラミックス研磨基板の板厚精度をさらに向上できるので好適である。

本発明で用いる片面研磨機の真空吸着は、真空吸着により対象を固定するものであれば公知のものが特に制限無く使用される。例えば、多孔質材料を通して真空引きを行いセラミックス基板を吸着する多孔質真空吸着法や、金属やセラミックス等の材料に穴または溝を加工し、この穴または溝を通して真空引きを行い、セラミックス基板を吸着する方法等である。

上述した本発明のセラミックス研磨基板の研磨は、粗研磨時、仕上げ研磨時のどちらの研磨にも適応することが可能である。

本発明を更に具体的に説明するため、以下実施例及び比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
□５４ｍｍ、板厚１．０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した後、この焼結体を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を平均砥粒径１１．６μｍの固定砥粒にて板厚が０．２１０ｍｍになるまで研磨し、研磨後の基板の反りを測定し、セラミックス基板の幅（Ｌ）に対する反り高さ（Ｈ）の比をもとめた。

その後、該研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径６．８８μｍの固定砥粒にて板厚が０．２００ｍｍになるまで研磨した。研磨後の基板の一方の面および他方の面の表面粗さを測定した。また、基板の板厚を３６点測定し、平均値と標準偏差を得た。

結果を表１に示す。実施例１では板厚の標準偏差が小さい結果となっており、板厚精度の高い研磨基板が得られた。

実施例２
□５４ｍｍ、板厚１．０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した後、この焼結体を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を平均砥粒径６．８８μｍの固定砥粒にて板厚が０．２１０ｍｍになるまで研磨し、研磨後の基板の反りを測定し、セラミックス基板の幅（Ｌ）に対する反り高さ（Ｈ）の比をもとめた。

その後、該研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径６．８８μｍの固定砥粒にて板厚が０．２００ｍｍになるまで研磨した。研磨後の基板の一方の面および他方の面の表面粗さを測定した。また、基板の板厚を３６点測定し、平均値と標準偏差を得た。

結果を表１に示す。実施例２では板厚の標準偏差が小さい結果となっている。

実施例３
□５４ｍｍ、板厚１．０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した後、この焼結体を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を平均砥粒径６．８８μｍの固定砥粒にて板厚が０．２２０ｍｍになるまで研磨し、研磨後の基板の反りを測定し、セラミックス基板の幅（Ｌ）に対する反り高さ（Ｈ）の比をもとめた。

その後、該研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２１０ｍｍになるまで研磨した。さらに、２度目の研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２００ｍｍになるまで研磨した。研磨後の基板の一方の面および他方の面の表面粗さを測定した。また、基板の板厚を３６点測定し、平均値と標準偏差を得た。

結果を表１に示す。実施例３では一方の面の研磨後のＨ／Ｌを０．００１５とし、一方の面の研磨後に発生する凹面を片面研磨機の真空吸着に固定して行う上記他方の面の研磨を、凹面を研磨した砥粒より小さい平均砥粒径の砥粒で研磨しその研磨面を凹とする反りを発生させ、該凹面を片面研磨機の真空吸着に固定して他方の面の研磨を行い、凹面を研磨した砥粒と同じ平均砥粒径の砥粒で該他方の面を研磨し終了したため、基板の両面で表面粗さが同等であり、表面粗さが小さく、板厚の標準偏差が小さい研磨基板となった。

実施例４
□５４ｍｍ、板厚１．０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した後、この焼結体を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を平均砥粒径４．０６μｍの固定砥粒にて板厚が０．２２０ｍｍになるまで研磨し、研磨後の基板の反りを測定し、セラミックス基板の幅（Ｌ）に対する反り高さ（Ｈ）の比をもとめた。

その後、該研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２１０ｍｍになるまで研磨した。さらに、２度目の研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２００ｍｍになるまで研磨した。研磨後の基板の一方の面および他方の面の表面粗さを測定した。また、基板の板厚を３６点測定し、平均値と標準偏差を得た。

結果を表１に示す。実施例３では一方の面の研磨後のＨ／Ｌを０．００２２とし、一方の面の研磨後に発生する凹面を片面研磨機の真空吸着に固定して行う上記他方の面の研磨を、凹面を研磨した砥粒より小さい平均砥粒径の砥粒で研磨しその研磨面を凹とする反りを発生させ、該凹面を片面研磨機の真空吸着に固定して他方の面の研磨を行い、凹面を研磨した砥粒と同じ平均砥粒径の砥粒で該他方の面を研磨し終了したため、実施例３と同様に、基板の両面で表面粗さが同等であり、表面粗さが小さく、板厚の標準偏差が小さい研磨基板となった。

実施例５
□５４ｍｍ、板厚１．０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した後、この焼結体を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２１０ｍｍになるまで研磨し、研磨後の基板の反りを測定し、セラミックス基板の幅（Ｌ）に対する反り高さ（Ｈ）の比をもとめた。

その後、該研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２００ｍｍになるまで研磨した。研磨後の基板の一方の面および他方の面の表面粗さを測定した。また、基板の板厚を３６点測定し、平均値と標準偏差を得た。

結果を表１に示す。実施例５では研磨前の表面粗さが０．２０μｍの基板に対する研磨を行ったが、一方の面の研磨後のＨ／Ｌが０．００１０でああるため、基板の両面で表面粗さが同等であり、表面粗さが小さく、板厚の標準偏差が小さい研磨基板となった。

比較例１
□５４ｍｍ、板厚１．０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した後、この焼結体を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２１０ｍｍになるまで研磨し、研磨後の基板の反りを測定し、セラミックス基板の幅（Ｌ）に対する反り高さ（Ｈ）の比をもとめた。

その後、該研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２００ｍｍになるまで研磨した。研磨後の基板の一方の面および他方の面の表面粗さを測定した。また、基板の板厚を３６点測定し、平均値と標準偏差を得た。

結果を表１に示す。比較例１では基板の両面で表面粗さが同等であり、表面粗さが小さいが、一方の面の研磨後のＨ／Ｌが０．００３７であるため、板厚の標準偏差が大きい研磨基板となった。

比較例２
□５４ｍｍ、板厚１．０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した後、この焼結体を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を平均砥粒径１．７６μｍの固定砥粒にて板厚が０．２２０ｍｍになるまで研磨し、研磨後の基板の反りを測定し、セラミックス基板の幅（Ｌ）に対する反り高さ（Ｈ）の比をもとめた。

その後、該研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２１０ｍｍになるまで研磨した。さらに、２度目の研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２００ｍｍになるまで研磨した。研磨後の基板の一方の面および他方の面の表面粗さを測定した。また、基板の板厚を３６点測定し、平均値と標準偏差を得た。結果を表１に示す。比較例２では基板の両面で表面粗さが同等であり、表面粗さが小さいが、一方の面の研磨後のＨ／Ｌが０．００２８であるため、板厚の標準偏差が大きい研磨基板となった。

比較例３
５４ｍｍ、板厚１．０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した後、この焼結体を片面研磨機の真空吸着にて固定し、その一方の面を平均砥粒径６３μｍの固定砥粒にて板厚が０．２２０ｍｍになるまで研磨し、研磨後の基板の反りを測定し、セラミックス基板の幅（Ｌ）に対する反り高さ（Ｈ）の比をもとめた。

その後、該研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２１０ｍｍになるまで研磨した。さらに、２度目の研磨面を片面研磨機の真空吸着にて固定して他方の面を平均砥粒径０．５１μｍの固定砥粒にて板厚が０．２００ｍｍになるまで研磨した。研磨後の基板の一方の面および他方の面の表面粗さを測定した。また、基板の板厚を３６点測定し、平均値と標準偏差を得た。

結果を表１に示す。実施例４では研磨実施前の表面粗さが０．２０μｍであるのに対して一方の面の研磨後の表面粗さが０．６７μｍとなり、研磨前より表面粗さが悪化した。このため、一方の面の研磨後は実施例１〜５および比較例１・２とは逆側に基板が反り、板厚の標準偏差が大きい研磨基板となった。

Claims (1)

1. セラミックス原板を片面研磨機の加工台面上に真空吸着にて固定し、片面ずつ研磨して両面が研磨された厚み０．０５〜１ｍｍのセラミックス研磨基板を製造するに際し、セラミックス原板の一方の面を、他方の面より表面粗さ（Ｒａ）が小さくなるように研磨を行うことにより、セラミックス原板の幅（Ｌ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が０．０００５〜０．００２５となるように該研磨面を凹とする反りを発生させ、次いで、該セラミック原板の凹面を片面研磨機の加工台面上に固定して他方の面の研磨を行う工程を含むことを特徴とするセラミックス研磨基板の製造方法。