JP2006035355A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの研磨の間、定盤の重量が変化した場合であっても、常に安定した荷重状態でウエハの研磨を行う研磨装置及び研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨装置１には、上定盤２１と下定盤２２とから構成された一対の定盤２と、上定盤２１を昇降させる昇降機構３とが、設けられている。昇降機構３は、上定盤２１を支える支持部４と、上定盤２１を昇降させるモータ５と、モータ５の昇降機能を制御するためのストッパー部６と、ウエハＷの研磨の間、経時的に変化する上定盤２１の重量に基づき上定盤側の荷重を加減する逆圧制御機構７と、から構成される。逆圧制御機構７では、測定部７１による上定盤２１の重量の測定値に基づいて、ウエハＷの研磨の間の上定盤側の荷重が算出され、この荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重が上定盤側の荷重に加減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハを研磨する研磨装置および研磨方法に関し、特に、ウエハを研磨する際の制御機構および制御方法に関する。

従来、電子機器では、周波数などの電気的特性に優れている水晶振動子が多用されている。この水晶振動子の電気的な特性は、その内部に備えられた水晶振動片の電気的特性に左右されている。

この水晶振動片は、大面積の矩形状のウエハから多数個形成される。ここでいうウエハは、その表面が平坦ではなく微小な凹凸が形成されている。この微量な凹凸が電気的特性に大きく影響するために、ウエハの両主面が研磨加工されて両主面が平坦に成形される（例えば、特許文献１ご参照）。

下記する特許文献１に記載の研磨装置では、上面が水平に配された下定盤と、この下定盤の上方であって下定盤の上面と対向配置された下面を備える上定盤と、ウエハを保持して下定盤の上面上を遊星運動するキャリアと、上定盤を昇降させる昇降機構と、が設けられている。そして、キャリアが下定盤の上面と上定盤の下面とによって挟持されるとともにキャリアに保持されたウエハが研磨される。

また、昇降機構には、サーボモータの回転動作により軸方向に昇降駆動され、スプリングを介して上定盤を昇降可能に懸吊支持する昇降ロッドと、昇降ロッドに作用する軸方向荷重を検出する荷重センサ（ロードセル）とが設けられている。

スプリングは、昇降ロッドにより上定盤を吊り上げたときに圧縮する定盤保持スプリングと、昇降ロッドにより上定盤を下定盤に押し付けたときに圧縮する定盤押圧スプリングとからなる。

この特許文献１に記載の研磨装置によれば、ロードセルの値を見ながらサーボモータを作動させて昇降ロッドを軸方向に移動させることにより、ウエハには必要な研磨の圧力が高精度かつ安定的に付加される。
特開平１１−１３８４１９号公報

ところで、下定盤と上定盤とが対向配置され、ウエハを保持するキャリアが下定盤と上定盤との間に配置され、キャリアが下定盤と上定盤とによって挟持された状態でキャリアに保持されたウエハが研磨される研磨装置において、ウエハの研磨を行う場合、キャリアと上下定盤とのいずれかが削れる。この削れは、例えば上序盤とキャリアと下定盤との強度が、上序盤、キャリア、下定盤の順で弱い場合、上定盤が削れる。ここで上定盤が削れると研磨の前後では研磨の圧力が異なる。

しかしながら、上記した特許文献１に記載の研磨装置では、一回の研磨において、研磨途中で変化する上定盤の重量が考慮されていない。すなわち、上定盤の重量の変動に関係なく一回の研磨においてロードセルで検出した軸方向荷重に基づいた圧力によって研磨を行っている。そのため、ウエハの研磨を行っている際の研磨の圧力が経時的に変化していき、安定した状態で研磨を行うことができない。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、ウエハの研磨の間、定盤の重量が変化した場合であっても、常に安定した荷重状態でウエハの研磨を行う研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る研磨装置は、一対の定盤が対向配置され、ウエハを保持するキャリアが前記一対の定盤間に配置され、前記キャリアに保持されたウエハを前記一対の定盤によって挟持した状態で研磨する研磨装置において、一対の定盤の少なくとも一方の一定盤では、当該一定盤の重量がウエハを挟持する際の荷重に関係付けられ、ウエハの研磨の間、前記一定盤の重量に基づき前記一定盤側の荷重を加減して、前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせる逆圧制御機構が設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、一対の定盤の少なくとも一方の一定盤では、当該一定盤の重量がウエハを挟持する際の荷重に関係付けられ、ウエハの研磨の間、前記一定盤の重量に基づき前記一定盤側の荷重を加減して、前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせる逆圧制御機構が設けられているので、ウエハの研磨の間、前記一定盤の重量が経時的に変化した場合であっても、常に安定した荷重状態でウエハの研磨を行うことが可能となる。例えば、前記一対の定盤によってウエハが挟持された状態で研磨された場合であって、このウエハの研磨によって前記一定盤の研磨側部位が削られて前記一定盤の重量が経時的に減る場合であっても、経時的に減少する前記一定盤の重量に基づき前記一定盤側の荷重を増加させて、前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせることが可能となる。

前記構成において、前記逆圧制御機構には、前記一定盤の重量を測定する測定部と、前記一定盤側のウエハへの荷重を制御する制御部と、前記一定盤側のウエハへの荷重の加減を微調整する微調整部と、が設けられ、前記測定部による前記一定盤の重量の測定値に基づいて、ウエハ研磨を行っている間、連続的に前記一定盤側の荷重が算出され、この荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重が前記一定盤側の荷重に加減されてもよい。

具体的に、前記逆圧制御機構には前記測定部と前記制御部と前記微調整部とが設けられているので、ウエハ研磨を行っている間、前記一定盤側の荷重に変動があった場合であっても、その過不足分の荷重を前記一定盤側の荷重に加減して前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせることが可能となる。

前記構成において、前記微調整部は、前記一定盤と接続された、前記一定盤側の荷重が付勢力に対する抗力となる弾性部と、前記一定盤を前記他定盤から接近及び離反させるモータとから構成され、かつ、前記弾性部における調整機能を制御するロック部が設けられてもよい。

この場合、前記微調整部が弾性部とモータとから構成され、かつ、前記ロック部が設けられているので、荷重の微調整を行わない時における荷重の変動を防止することが可能となる。また、前記測定部による前記一定盤側の荷重の測定を行わない時に前記ロック部により前記弾性部の付勢力に対する抗力を遮断することが可能となり、前記弾性部の弾性寿命を延ばすことが可能となる。また、一定盤の上昇の際、弾性部をロックしてないと一定盤の全重量で弾性部が引っ張られるが、ロック部により弾性部への力を遮断することが可能となる。そのため、ロック部が設けられていない場合と比較して弾性係数の劣化を遅らせることが可能となり、その結果、スプリングの交換の頻度を少なくすることが可能となる。

前記構成において、前記弾性部の付勢力に対する抗力が無い状態の位置において前記弾性部の付勢力に対する抗力が遮断されてもよい。

この場合、前記弾性部の付勢力に対する抗力が無い状態の位置において前記弾性部の付勢力に対する抗力が遮断されるので、前記弾性部の遮断時には前記弾性部は前記一定盤により引っ張られていない。このため前記測定部による前記一定盤の測定値を自動的にゼロに設定することが可能となり、前記弾性部の引っ張り強度から前記一定盤の重量を測定する前記測定部の基準を設定して測定の精度を高めることが容易になる。

前記構成において、前記モータには、パルスモータが用いられてもよい。

この場合、前記モータには、パルスモータが用いられるので、前記一定盤の昇降速度を低速に抑えることが可能となり、微小な荷重変化に対応させることが可能となる。また、パルスモータはステッピングモータであることが好ましく、この場合、高周波である場合の低速高トルク、低振動、位置保持、停止位置の再現性に優れ、また、これらの微調整に良好である。

上記の目的を達成するため、本発明に係る研磨方法は、一対の定盤を対向配置し、ウエハを保持するキャリアを前記一対の定盤間に配置して、前記キャリアに保持したウエハを前記一対の定盤によって挟持した状態で研磨する研磨方法において、一対の定盤の少なくとも一方の一定盤では、当該一定盤の重量をウエハを挟持する際の荷重に関係付け、ウエハの研磨の間、前記一定盤の重量に基づき荷重を前記一定盤に加減して、前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせる逆圧制御工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、一対の定盤の少なくとも一方の一定盤では、当該一定盤の重量をウエハを挟持する際の荷重に関係付け、前記逆圧制御工程を有するので、ウエハの研磨の間、前記一定盤の重量が経時的に変化した場合であっても、常に安定した荷重状態でウエハの研磨を行うことが可能となる。例えば、前記一対の定盤によってウエハが挟持された状態で研磨された場合であって、このウエハの研磨によって前記一定盤の研磨側部位が削られて前記一定盤の重量が経時的に減る場合であっても、経時的に減少する前記一定盤の重量に基づき前記一定盤側の荷重を増加させて、前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせることが可能となる。

前記方法において、前記逆圧制御工程には、前記一定盤の重量を測定する測定工程と、前記一定盤側のウエハへの荷重を制御する制御工程と、前記一定盤側のウエハへの荷重の加減を微調整する微調整工程と、が含まれ、前記測定工程における前記一定盤の重量の測定値に基づいて、ウエハの研磨の間の前記一定盤側の荷重を算出し、この荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重を前記一定盤側の荷重に加減してもよい。

具体的に、前記逆圧制御工程には前記測定工程と前記制御工程と前記微調整工程とが含まれているので、ウエハの研磨の間の前記一定盤側の荷重に変動があった場合であっても、その過不足分の荷重を前記一定盤側の荷重に加減して前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせることが可能となる。

前記方法において、前記微調整工程では、前記一定盤側の荷重が付勢力に対する抗力となる弾性部と、前記一定盤を前記他定盤から接近及び離反させるモータとを用いて前記一定盤側のウエハへの荷重の加減を微調整するとともに、前記微調整工程における前記弾性部の調整機能を制御するロック工程を有してもよい。

この場合、前記微調整工程では前記弾性部と前記モータとを用いて前記一定盤側のウエハへの荷重の加減を微調整するとともに、前記微調整工程における前記弾性部の調整機能を制御するロック工程を有するので、荷重の微調整を行わない時における荷重の変動を防止することが可能となる。また、前記測定工程における前記一定盤側の荷重の測定を行わない時に前記ロック工程において前記弾性部の付勢力に対する抗力を遮断することが可能となり、前記弾性部の弾性寿命を延ばすことが可能となる。すなわち、前記一定盤の上昇の際、前記弾性部をロックしてないと前記一定盤の全重量で弾性部が引っ張られるが、前記ロック工程における前記弾性部への力を遮断することが可能となる。そのため、前記ロック工程を有していない場合と比較して弾性係数の劣化を遅らせることが可能となり、その結果、弾性部の交換の頻度を少なくすることが可能となる。

前記方法において、前記モータによる前記一定盤の前記他定盤に対する接近及び離反速度が可変設定されてもよい。

この場合、モータによる前記一定盤の前記他定盤に対する接近及び離反速度が可変設定されるので、荷重変化に対応させることが可能となる。

前記方法において、ウエハとして振動モードが厚み系振動である水晶を用い、前記測定工程では、前記ロック工程において前記弾性部を制御して前記一定盤の重量を測定し、前記一定盤側の荷重から前記測定工程において測定した前記一定盤の重量を減算した値が設定重量になるように設定し、この設定重量に基づいて、前記モータによる前記一定盤の前記他定盤に対する接近及び離反速度を低速にしながら前記弾性部の付勢力に対する抗力を作用させた状態で前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にしてウエハに対して研磨を行ってもよい。

この場合、前記測定工程では、前記ロック工程において前記弾性部を制御して前記一定盤の重量を測定し、前記一定盤側の荷重から前記測定工程において測定した前記一定盤の重量を減算した値が設定重量になるように設定し、この設定重量に基づいて、前記モータによる前記一定盤の前記他定盤に対する接近及び離反速度を低速にしながら前記弾性部の付勢力に対する抗力を作用させた状態で前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にしてウエハに対して研磨を行っているので、微小な荷重変化に対応させることが可能となる。

なお、ウエハとして、例えば振動モードが厚み滑り振動をとるＡＴカット水晶ウエハを挙げることができるが、周知のとおりその周波数は厚さで決定される。そのため、上記方法によれば、ウエハへの過大荷重、過小荷重をなくすことができ、研磨面に歪みの少ないウエハを得ることができるとともに、厚み（すなわち周波数）バラツキを極小にすることができ、安定した品質のウエハを得ることができる。

本発明にかかる研磨装置および研磨方法によれば、ウエハの研磨の間、定盤の重量が変化した場合であっても、常に安定した荷重状態でウエハの研磨を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、ウエハとして厚みで周波数が決定されるＡＴカット水晶ウエハに本発明を適用した場合を示す。

本実施の形態にかかる研磨装置１には、図１に示すように、ウエハＷの研磨を行う一対の定盤２と、一対の定盤２の研磨面２３、２４の近接および離反を行うために上定盤２１（下記参照）を昇降させる昇降機構３とが、設けられている。

一対の定盤２は、図１に示すように、上定盤２１（本発明でいう一定盤）と下定盤２２（本発明でいう他定盤）とから構成され、その対向面（研磨面２３、２４）が水平方向に沿って配される。

上定盤２１は、円筒状に形成されている。上定盤２１は、回転機構（図示省略）によりその径の中心点を軸にして時計回りに自転する。

下定盤２２は、円筒状に形成されている。下定盤２２の厚さ（高さ）は上定盤２１より薄く、その径は上定盤２１より長く設定されている。また、下定盤２２は、別の回転機構（図示省略）によりその径の中心点を軸にして反時計回りに自転する。さらに、下定盤２２の研磨面２４の外周上部に、キャリア８（下記参照）を自転させるためのギア部（図示省略）が配されている。ギア部は、下定盤２２の研磨面２４の外周端に形成されたインターナルギア（図示省略）と、下定盤２２の径の中心点領域に設けられた中心ギアとから構成されている。中心ギアは、上定盤２１の動きに連動しており、インターナルギアと中心ギアとは異なる方向（時計回りと反時計回り）に回転される。

また、上定盤２１と下定盤２２との間には、ウエハＷを保持する複数個のキャリア８が配置されている。複数個のキャリア８は、それぞれその外周側面がギア形成されており、キャリア８を下定盤２２の研磨面２４に載置する際、キャリア８のギアと、下定盤２２に配されたインターナルギアおよび中心ギアとが、噛合わされている。そのため、キャリア８は、下定盤２２の径の中心点を軸にして下定盤２２の研磨面２４上を遊星運動しながら自転している。このキャリア８の遊星運動は、上述したように、下定盤２２の回転によるものである。また、キャリア８の自転は、上定盤２１の回転および下定盤２２の回転によるものである。

昇降機構３は、上定盤２１を支える支持部４と、上定盤２１を昇降させるモータ５と、モータ５の昇降機能を制御するためのストッパー部６と、ウエハＷの研磨の間、経時的に変化する上定盤２１の重量に基づき上定盤側の荷重を加減する逆圧制御機構７と、から構成され、図１に示すように、支持部４とモータ５と逆圧制御機構７（下記する測定部７１、弾性部７３）とが、ワイヤやチェーンなどの連結部９により連結されている。

モータ５には、パルスモータであるステッピングモータが用いられている。

ストッパー部６は、支持部４を挿通可能な形状に形成されており、ストッパー部６を挿通する支持部４の挿通量、すなわち支持部４の昇降移動量によりモータ５による上定盤２１の昇降を制御する。詳しくは、ストッパー部６には、支持部４の昇降移動量の上限及び下限のリミットスイッチがあり、これら上限および下限のリミットスイッチのＯＮ／ＯＦＦによりストッパー部６による上定盤２１の昇降移動量が制限される。

逆圧制御機構７には、上定盤２１の重量を測定する測定部７１と、上定盤側の荷重を制御する制御部７２と、上定盤側の荷重が付勢力に対する抗力となる弾性部７３と、が設けられている。この逆圧制御機構７では、測定部７１による上定盤２１の重量の測定値に基づいて、ウエハＷの研磨の間の上定盤側の荷重が算出され、この荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重が上定盤側の荷重に加減される。なお、測定部７１には、デジタルフォースゲージが用いられ、弾性部７３には、スプリングが用いられている。

制御部７２は、図２に示すように、測定部７１による上定盤２１の重量を表示する表示部７４と、上定盤側のウエハＷへの設定重量を入力する入力部７５と、上定盤２１の重量を表示部７４に表示させる表示入力部７６１と、上定盤２１を上昇させる上昇部７６２と、逆圧制御を行う制御開始部７７１と、逆圧制御を停止する制御停止部７７２と、上定盤２１の重量を記憶する記憶部７８とが設けられている。

表示部７４では、特に、図示しない記憶部７８に記憶された上定盤２１の記憶重量が表示される。この表示部７４では表示入力部７６１による入力が続いている間表示され続ける。また、この表示の間も上定盤２１の逆圧制御は行われている。

また、研磨中に上定盤２１の位置を手動で修正したい場合等に、制御停止部７７２により逆圧制御が一時中断され、上定盤２１がその位置で停止する。そして、この制御停止部７７２による上定盤２１の停止は、制御開始部７７１により解除され、その停止位置から上定盤２１の逆圧制御が開始される。

また、入力部７５において入力する上定盤側のウエハＷへの設定重量は、上定盤側の荷重から測定部７１により測定した上定盤２１の重量を減算した値と設定される。

また、上記したモータ５および弾性部７３により、上定盤側のウエハＷへの荷重の加減を微調整する微調整部７９が構成される。また、逆圧制御機構７には、弾性部７３における調整機能を制御するロック部７０が設けられている。このロック部７０には、エアーシリンダーが用いられている。

ロック部７０により、弾性部７３の付勢力に対する抗力が無い状態の位置において弾性部７３の付勢力に対する抗力が遮断される。なお、ここでいう弾性部７３の付勢力に対する抗力が無い状態の位置とは、上定盤２１の重量を測定部７１により図ることができない位置のことをいう。本実施の形態では、上定盤２１を下定盤２２上に配した最下位の位置を、弾性部７３の付勢力に対する抗力が無い状態の位置とする。

この研磨装置１によれば、ウエハＷがキャリア８に保持され、ウエハＷの両主面が上定盤２１と下定盤２２とによって挟持される。ウエハＷの両主面が上定盤２１と下定盤２２とによって挟持された状態で研磨剤（図示省略）が上定盤２１と下定盤２２との間に注入される。そして、上定盤２１と下定盤２２とが回転するとともに、この上定盤２１と下定盤２２との回転によりキャリア８が回転して、ウエハＷの両主面が一対の定盤２の研磨面２３、２４によって研磨される。

ところで、この研磨装置１によるウエハＷの研磨を行っている間、経時的に上定盤２１の研磨面２３が削れていき、上定盤側の荷重が変化（減少）する。そこで、次に、この変化に対応させた本研磨装置１の機構について説明する。

ウエハＷの研磨を行う前に、最初に逆圧制御機構７の電源を入れる。このとき、上定盤２１がどの位置にあろうとも上定盤２１を上昇させる（引き上げる）為の昇降機構３は、下限を検出する為に、上定盤２１を最下位の位置に配させる。この時、ストッパー部６では、下限のリミットスイッチがＯＮ状態となる。すなわち、ストッパー部６による下位のストッパー位置まで上定盤２１が下降する。また、弾性部７３はロック部７０により調整機能がロックされた状態である（本発明でいうロック工程）。

このロック工程では、下限のリミットスイッチがＯＮ状態となり、弾性部７３が最小に縮小した状態をセンサーにより確認して弾性部７３の付勢力に対する抗力が働かないようにロックエアシリンダーが動作して弾性部７３をロックする。そして、測定部７１による測定値を”ゼロ”にリセットする。

上定盤２１を最下位の位置に配した後に、制御部７２の上昇部７６２によりモータ５を用いて上定盤が上昇する。この時、ストッパー部６では、上限のリミットスイッチがＯＮ状態となる。すなわち、ストッパー部６による上位のストッパー位置まで上定盤２１が上昇する。

そして、上位のストッパー位置において測定部７１により上定盤２１のみの重量が測定され（本発明でいう測定工程）、この測定された重量の値が、制御部７２によって取り込まれて記憶部７８に記憶される。記憶部７８における重量の記憶が終了すると、上定盤２１のみの重量を記憶したことをランプ（図示省略）の点灯などにより明示する。

次に、キャリア８にウエハＷを載置する。そして、入力部７５により上定盤側のウエハＷへの設定重量を入力する（本発明でいう設定工程）。設定重量を設定した後に、制御開始部７７１により、ロック部７０による弾性部７３のロックが解除されて逆圧制御が開始される。

まず、上定盤２１が最下位の位置まで下降する。そして、ストッパー部６の下限のリミットスイッチがＯＮ状態となると、弾性部７３のロックエアシリンダーが解除されて弾性部７３の付勢力に対して抗力が作用する状態となる。

弾性部７３が解除された後に、上定盤２１は、モータ５により低速で上昇し、上定盤側の荷重が設定工程において設定した設定重量になるように引き上げられる。詳しくは、記憶部７８に記憶した上定盤２１の全重量から測定部７１で測定した測定値を減算した値（上定盤２１の全重量−測定値）が設定重量となるように引き上げられる。なお、この引き上げに関して、弾性部７３は徐々に伸びているが、外見上、上定盤２１は上昇していない。なお、当該測定間隔は、例えば５ｍｓｅｃ毎に行う。

そして、上定盤２１の全重量−測定値＝設定重量の関係が成立すると、パルスモータの１パルスで動作する角度を高速動作時の１／１０にすることにより、制御分解能を１０倍にして制御を保つ。その後、ウエハＷの研磨の間、設定重量を一定に保つために、測定部７１と制御部７２とを通信状態にして、フィードバック制御を行う。そして、測定部７１により上定盤２１の重量を連続的に測定して、パルスモータの動作を制御する。

ウエハＷの研磨を行っていくにつれて、上定盤２１の重量が減少していく。上定盤２１の重量の減少は、制御部７２によってモニターされ、測定部７１による上定盤２１の重量の測定値に基づいて上定盤側の荷重を算出し、過不足分の荷重を上定盤側の荷重に加減する命令信号をパルスモータのドライバー５１に出力して、このドライバー５１によりパルスモータの出力を制御して上定盤２１が所定量降下し、ウエハＷへの上定盤側の荷重が一定に保たれる（本発明でいう微調整工程）。

そして、ウエハＷの研磨が終了すると、制御停止部７７２により逆圧制御が停止され、上定盤２１が制御部７２の上昇部７６２によりモータ５を用いて上昇する。そして、研磨したウエハＷを取り出し、新たなウエハＷをキャリアに搭載して上記した研磨工程と同様の研磨を行う。

上記したように、本実施の形態にかかる研磨装置１によれば、上定盤２１の重量がウエハＷを挟持する際の荷重に関係付けられ、ウエハＷの研磨の間、上定盤２１の重量に基づき上定盤側の荷重を加減して、上定盤側のウエハＷへの荷重を一定にさせる逆圧制御機構７が設けられているので、ウエハＷの研磨の間、上定盤２１の重量が経時的に変化した場合であっても、常に安定した荷重状態でウエハＷの研磨を行うことができる。すなわち、一対の定盤２によってウエハＷが挟持された状態で研磨された場合であって、このウエハＷの研磨によって上定盤２１の研磨面２３が削られて上定盤２１の重量が経時的に減る場合であっても、経時的に減少する上定盤２１の重量に基づき上定盤側の荷重を増加させて、上定盤側のウエハＷへの荷重を一定にさせることができる。

具体的に、逆圧制御機構７には測定部７１と制御部７２と微調整部７９とが設けられているので、ウエハＷの研磨の間の上定盤側の荷重に変動があった場合であっても、その過不足分の荷重を上定盤側の荷重に加減して上定盤側のウエハＷへの荷重を一定にさせることができる。

また、微調整部７９が弾性部７３とモータ５とから構成され、かつ、ロック部７０が設けられているので、荷重の微調整を行わない時における荷重の変動を防止することができる。また、測定部７１による上定盤側の荷重の測定を行わない時にロック部７０により弾性部７３の付勢力に対する抗力を遮断することができ、弾性部７３の弾性寿命を延ばすことができる。すなわち、上定盤２１の上昇の際、弾性部（スプリング）７３をロックしてないと上定盤２１の全重量で弾性部７３が引っ張られるが、ロック部７０により弾性部７３への力を遮断することができる。そのため、ロック部７０が設けられていない場合と比較して弾性係数の劣化を遅らせることができ、その結果、弾性部７３の交換の頻度を少なくすることができる。

また、弾性部７３の付勢力に対する抗力が無い状態の位置において弾性部７３の付勢力に対する抗力が遮断されるので、弾性部７３の遮断時には弾性部７３は上定盤２１により引っ張られていない。このため、測定部７１による上定盤２１の測定値はゼロであり（自動的にゼロになり）、弾性部７３の引っ張り強度から上定盤２１の重量を測定する測定部７１の基準を設定して測定の精度を高めることが容易になる。

また、モータ５には、パルスモータが用いられるので、上定盤２１の昇降速度を低速に抑えることができ、微小な荷重変化に対応させることができる。また、パルスモータはステッピングモータであるので、高周波である場合の低速高トルク、低振動、位置保持、停止位置の再現性に優れ、また、これらの微調整に良好である。

また、本実施の形態にかかる研磨方法に関しても上記した研磨装置１と同様の作用効果を有している。

また、上記方法によれば、ウエハＷへの過大荷重、過小荷重をなくすことができ、研磨面に歪みの少ないウエハＷを得ることができるとともに、厚み（すなわち周波数）バラツキを極小にすることができ、安定した品質のウエハＷを得ることができる。

なお、本実施の形態では、ウエハにＡＴカット水晶ウエハＷを用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧電単結晶や圧電セラミック等の圧電材料や、半導体材料等の他の電子部品材料であってもよい。

また、本実施の形態では、昇降機構３と回転機構とを別機構として構成しているが、これに限定されるものではなく、昇降機構および回転機構を併せ持った機構であってもよい。

また、本実施の形態では、上定盤２１が時計回りに自転し、下定盤２２が反時計回りに自転しているが、これに限定されるものではなく、上定盤２１と下定盤２２との自転方向が逆方向であればよい。そのため、上定盤２１と下定盤２２とがそれぞれ径の中心点を軸に回動するように構成してもよい。

また、本実施の形態では、弾性部７３にスプリングを用いているが、これに限定されるものではなく、上定盤２１によるウエハＷへの荷重の加減を微調整するものであれば、例えば油圧のダンパーなどであってもよい。

また、本実施の形態では、上定盤２１が研磨により削られているが、これに限定されるものではなく、下定盤の重量がウエハを挟持する際の荷重に関係付けられていれば、下定盤に対しても逆圧制御機構が設けられてよい。例えば、下定盤が鉛直上方向に加圧された場合などに下定盤に対しても逆圧制御機構が設けられることが好ましい。この場合、上定盤と下定盤とのそれぞれに対応した逆圧制御機構が設けられることでより一対の定盤によるウエハへの荷重を一定にさせることができる。

また、本実施の形態では、測定部７１にデジタルフォースゲージを用いているが、これに限定されるものではなく、上定盤の重量を測定可能であれば他の測定部であってもよく、例えばアナログフォースゲージであってもよい。

また、本実施の形態では、ストッパー部６が支持部４を挿通可能な形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、支持部４の昇降移動量によりモータ５による上定盤２１の昇降を制御するものであれば、例えば、棒状のストッパー部を所定の最大昇降移動量の両端に設けた構成であってもよい。

また、本実施の形態では、経時的に上定盤２１の研磨面２３が削れていき、上定盤側の荷重が減少する場合の荷重変化を挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば、上定盤２１に塵などが付着した場合や他の部材を研磨中に付加した場合などの上定盤側の荷重が増加する場合の荷重変化にも対応可能である。

また、本実施の形態では、ウエハＷの両主面の研磨を行っているが、これに限定されるものではなく、ウエハＷの任意の部位の研磨を行うことが可能である。

また、本実施の形態では、上定盤２１の全重量−測定値＝設定重量の関係を設定したが、これに限定されるものではなく、測定部７１による上定盤２１の重量の測定値に基づいて、ウエハＷの研磨を行っている間、連続的に上定盤側の荷重が算出され、この荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重が上定盤側の荷重に加減されるよう設定重量を設定すればよい。そのため、例えば、上定盤２１の全重量−（上定盤２１の全重量−予め設定した上定盤側の荷重）＝測定値＝設定重量としてもよい。また、予め設定した上定盤側の荷重＝測定値＝設定重量としてもよく、この場合、逆圧制御機構７に記憶部７８を設けなくてもよい。

また、本実施の形態では、パルスモータの１パルスで動作する角度を高速動作時の１／１０にすることにより制御分解能を１０倍にし、逆圧制御を保っているが、制御分解能はこれに限定されることではない。例えば、ユーザが得たい逆圧制御の精度に応じて任意にパルスモータの１パルスで動作する角度を可変させること等により制御分解能を設定変更してもよい。また、本実施の形態に示すように、制御分解能を高く設定することが好ましい。すなわち、制御分解能が低い場合、弾性部７３の弾性の影響と制御のレスポンスの関係からヒステリシス的な現象が発生する。このヒステリシス的な現象により、上定盤側の荷重の値が設定した値に定まらない。そのため、制御分解能を高く設定することが好ましい。

また、本実施の形態では、モータ５と弾性部７３とから微調整部７９を構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように錘１００を構成に加えてもよい。

また、本実施の形態では、図１に示す上定盤２１を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば図４に示す上定盤１０１を用いてもよい。この図４に示す上定盤１０１は、図１に示すように一体の棒状体の支持部４を直接研磨面２３を有する上定盤２１に繋げるのではなく、一度複数の脚部１０２を有する第１の上定盤１０３に繋げ、複数の脚部１０２から研磨面を有する第２の上定盤１０４に繋げた構成からなる。そのため、上定盤の平衡バランスが良くなり、研磨面のどの位置であっても安定して一定の研磨を行うことができる。

また、本実施の形態では、図１に示すように、弾性部７３と測定部７１とが隣接した状態で配されているが、これに限定されるものではなく、離れて配されてもよい。また、モータ５から見て弾性部７３、測定部７１の順で連結部９によって繋がっているが、これに限定されるものではなく、測定部７１、弾性部７３の順で連結部９によって繋がっていてもよく、測定部７１及び弾性部７３の少なくとも一部材が支持部４の近傍に配されてもよい。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、ウエハを研磨する研磨装置および研磨方法に適用できる。特に、電子部品で用いられるウエハに有用である。

本実施の形態にかかる研磨装置の概略構成図である。 本実施の形態にかかる研磨装置の制御部の概略ブロック図である。 本実施の他の形態にかかる研磨装置の概略構成図である。 本実施の他の形態にかかる研磨装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 研磨装置
２ 一対の定盤
８ キャリア
５ モータ
７ 逆圧制御機構
７１ 測定部
７２ 制御部
７９ 微調整部
７３ 弾性部
７０ ロック部
Ｗ ウエハ

Claims (10)

1. 一対の定盤が対向配置され、ウエハを保持するキャリアが前記一対の定盤間に配置され、前記キャリアに保持されたウエハを前記一対の定盤によって挟持した状態で研磨する研磨装置において、
   一対の定盤の少なくとも一方の一定盤では、当該一定盤の重量がウエハを挟持する際の荷重に関係付けられ、
   ウエハの研磨の間、前記一定盤の重量に基づき前記一定盤側の荷重を加減して、前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせる逆圧制御機構が設けられたことを特徴とする研磨装置。
2. 前記逆圧制御機構には、
   前記一定盤の重量を測定する測定部と、
   前記一定盤側のウエハへの荷重を制御する制御部と、
   前記一定盤側のウエハへの荷重の加減を微調整する微調整部と、が設けられ、
   前記測定部による前記一定盤の重量の測定値に基づいて、ウエハ研磨を行っている間、連続的に前記一定盤側の荷重が算出され、この荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重が前記一定盤側の荷重に加減されることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記微調整部は、前記一定盤と接続された、前記一定盤側の荷重が付勢力に対する抗力となる弾性部と、前記一定盤を前記他定盤から接近及び離反させるモータとから構成され、かつ、
   前記弾性部における調整機能を制御するロック部が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記弾性部の付勢力に対する抗力が無い状態の位置において前記弾性部の付勢力に対する抗力が遮断されることを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
5. 前記モータには、パルスモータが用いられることを特徴とする請求項３または４に記載の研磨装置。
6. 一対の定盤を対向配置し、ウエハを保持するキャリアを前記一対の定盤間に配置して、前記キャリアに保持したウエハを前記一対の定盤によって挟持した状態で研磨する研磨方法において、
   一対の定盤の少なくとも一方の一定盤では、当該一定盤の重量をウエハを挟持する際の荷重に関係付け、
   ウエハの研磨の間、前記一定盤の重量に基づき荷重を前記一定盤に加減して、前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にさせる逆圧制御工程を有することを特徴とする研磨方法。
7. 前記逆圧制御工程には、
   前記一定盤の重量を測定する測定工程と、
   前記一定盤側のウエハへの荷重を制御する制御工程と、
   前記一定盤側のウエハへの荷重の加減を微調整する微調整工程と、が含まれ、
   前記測定工程における前記一定盤の重量の測定値に基づいて、ウエハの研磨の間の前記一定盤側の荷重を算出し、この荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重を前記一定盤側の荷重に加減することを特徴とする請求項６に記載の研磨方法。
8. 前記微調整工程では、前記一定盤側の荷重が付勢力に対する抗力となる弾性部と、前記一定盤を前記他定盤から接近及び離反させるモータとを用いて前記一定盤側のウエハへの荷重の加減を微調整するとともに、
   前記微調整工程における前記弾性部の調整機能を制御するロック工程を有することを特徴とする請求項７に記載の研磨方法。
9. 前記モータによる前記一定盤の前記他定盤に対する接近及び離反速度が可変設定されることを特徴とする請求項８に記載の研磨方法。
10. ウエハとして振動モードが厚み系振動である水晶を用い、
    前記測定工程では、前記ロック工程において前記弾性部を制御して前記一定盤の重量を測定し、
    前記一定盤側の荷重から前記測定工程において測定した前記一定盤の重量を減算した値が設定重量になるように設定し、この設定重量に基づいて、前記モータによる前記一定盤の前記他定盤に対する接近及び離反速度を低速にしながら前記弾性部の付勢力に対する抗力を作用させた状態で前記一定盤側のウエハへの荷重を一定にしてウエハに対して研磨を行うことを特徴とする請求項９に記載の研磨方法。
    

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