JP2008149386A - ウエハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い平坦度を有するウエハを得ることを目的とする。
【解決手段】仕上げ研摩工程（ステップ１４）において、水晶ウエハをキャリアに保持させ両面ラップ盤の上盤と下盤との間に配置する。そして、水晶ウエハの研磨代の約半分まで、両面をキャリアとともに研摩する（ステップ１６）。研磨代の約半分まで研摩したら、研摩を中断して水晶ウエハを洗浄する（ステップ１８）。キャリアを反転して水晶ウエハをキャリアに再配置したのち（ステップ２０）、水晶ウエハを目標厚みまでキャリアとともに研摩する（ステップ２２）。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶等のウエハの研磨方法に係り、特に水晶振動片を形成するための水晶ウエハを研磨するのに好適なウエハ方法に関する。

水晶板からなるＡＴ振動片などの水晶振動片は、共振周波数が振動片の厚み（水晶板の厚み）に依存する。したがって、所定の共振周波数を有する水晶振動片を形成する場合、水晶振動片を形成するための水晶基板（水晶ウエハ）を所望の共振周波数に対応した所定の厚みに調整している。水晶ウエハの厚みの調整は、
水晶ブロックから目標厚みより厚い水晶ウエハを切り出し、これを研磨機で研磨することにより行なっている。そして、１枚の水晶ウエハから同じ共振周波数を有する振動片を複数形成する場合、水晶ウエハの厚みが均一となるように研磨する必要がある。しかも、近年は、水晶振動片の高周波化が図られており、水晶ウエハをより薄く、高い精度の平坦度（厚みの均一性）を有するように研摩する必要がある。

ウエハの薄板化に対する要求は、水晶ウエハばかりだけでなく、半導体ウエハに対しても同様である。このため、特許文献１では、半導体ウエハの両面を交互に粗研磨工程と仕上げ磨工程とを行なって、残留ダメージのない極薄いウエハが得られるようにしている。しかし、特許文献１に記載のように、粗研磨と仕上げ研磨とをウエハの片面ずつ交互に研磨する方法は、研磨に多くの時間を必要とする。しかも、厚みのばらつきが小さい高い精度の平坦度を有するウエハを得ことが困難である。

そこで、研磨時間を短縮するために、両面ラップ盤を用いてウエハの両面を同時に研磨することが考えられる。そして、特許文献２には、研磨対象物をキャリアに保持させ、両面ラップ盤の上盤と下盤との間に配置し、研磨対称物の両面をキャリアとともに研磨する方法が開示してある。これにより、ウエハなどの研磨対称物を容易に薄く研磨することができる。
特開平８−１９７３９６号公報 特開平９−２３９６５８号公報

特許文献２のように、研磨対称物をキャリアに保持させて両面ラップ盤で両面を研磨する場合、研磨対称物とこれを保持させたキャリアの上下の両面を同じ種類の砥粒で研磨することになる。したがって、研磨対称物は、本来的に、上下の両面が同じようにように研磨され、均一の厚みに形成された高い平坦度を有するように研磨されるはずである。ところが、砥粒は、微小で軽量とはいえ、重力の影響を受けて沈降し、キャリアの上面と下面とで砥粒の量が微妙に異なってくる。しかも、キャリアは、主に下面が下盤に接触して研磨される。このため、ウエハなどの研磨対称物をキャリアに保持させてキャリアとともに上下の両面を研磨すると、上下面における砥粒の量の相違などにより、キャリアの研摩状態が上下面で異なり、高度な平坦度が得られずにキャリアが反ったりする。このため、キャリアに保持させた研摩対象物がキャリアの研摩状態の影響を受け、研磨対称物を高度な平坦度（均一な厚み）を有するように研摩することが困難である。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、高い平坦度が得られるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明係るウエハの研磨方法は、両面研磨機を用いたウエハの研摩方法において、キャリアに前記ウエハを保持させ、前記ウエハを前記キャリアとともに研磨し、研磨の途中において前記キャリアを反転させる、ことを特徴としている。

このようになっている本発明は、研摩途中においてキャリアを反転（上下をひっくり返す）することにより、上面と下面との研摩状態の相違を矯正することができる。このため、キャリアの平坦度が向上し、キャリアの反りなどを防ぐことができる。この結果、キャリアに保持させたウエハを高精度の平坦度を有するように研摩することができる。しかも、キャリアは、ウエハより薄いものを用いる必要がない。したがって、キャリアの剛性が大きくなって研磨中における破損を防げ、キャリアの破損によりウエハの研磨が停止するような事故を防ぐことができる。

また、本発明に係るウエハの研摩方法は、両面研磨機を用いたウエハの研摩方法において、両面研磨機の上盤と下盤との間に、ウエハを配置して前記ウエハを研磨する粗研磨工程と、粗研磨した前記ウエハをキャリアに保持させ、前記ウエハを前記キャリアとともに研磨する仕上げ研磨工程と、を有し、前記仕上げ研磨工程の研摩途中で、前記キャリアを反転させる、ことを特徴としている。

このようになっている本発明は、例えば、水晶ブロックから切断した水晶ウエハを、所望の厚みと高い平坦度とを有する水晶ウエハにすることができる。所望の厚みの水晶ウエハを得る場合、まず、目標厚みより充分厚い薄片（ウエハ）を水晶ブロックから切り出す。そして、水晶ブロックからの切断に伴う傷などがなくなるようにウエハを粗研磨し、厚みが目標厚みより若干厚いウエハにする。その後、傷などのない水晶ウエハをキャリアに保持させてキャリアとともに両面を仕上げ研磨し、所望の厚みを有する水晶ウエハに仕上げる。この仕上げ研磨の際、研磨の途中でキャリアを反転させることにより、キャリアに生じていた研磨に伴う反りなどを矯正することができ、水晶ウエハを高い精度の平坦度を有するものにすることができる。

キャリアの反転時に、ウエハを洗浄するとよい。洗浄は、水洗であってよい。ウエハに付着していた砥粒を洗い流すことにより、上下面に付着した砥粒を洗い流すことにより、上下面における砥粒の量の相違が是正され、研磨の均一化が図れる。

また、キャリアが複数のウエハ保持部を有している場合、複数のウエハのキャリアへの再配置は、ランダムに行なうとよい。一般に、キャリアは、被研磨物（ウエハ）の保持部を複数有し、キャリアの内側に配置したウエハと外側に配置したウエハとでは研摩量が若干異なる。そこで、ウエハを再配置する場合、ランダムに行なうと、ウエハの再配置された位置が元の位置と異なり、結果的に複数のウエハを全体として均一に研磨した効果を生ずる。しかも、再配置する際に、ウエハの表裏に留意する必要がないので作業を簡略化できる。

本発明に係るウエハの研摩方法の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る水晶振動片を形成するための水晶ウエハの研磨方法を説明するフローチャートである。図１において、まず、図示しない水晶のブロックを所定のカット角で、ワイヤソウなどにより予め定めた厚みの薄板（ウエハ）に切断する（図１ステップ１０）。この水晶ブロックから切り出したウエハの厚みは、目標厚みより充分厚くする。この厚みは、水晶ブロックをウエハに切断した時に、ウエハに生ずる切断時の傷の深さなどを考慮して定める。例えば、目標厚み０．０４ｍｍ（４０μｍ）の水晶ウエハを得ようとする場合、厚みが約１９０〜３４０μｍの板厚となるように水晶ブロックを切断する。

その後、ステップ１２に示したように、水晶ウエハを所定の厚みまで両面ラップ盤を用いてウエハの両面を粗研磨する粗研磨工程を行なう。この粗研磨は、水晶ウエハについている切断時の傷がなくなるまで行なう。例えば、０．０４ｍｍの水晶ウエハを得ようとする場合、厚みが１９０〜３４０μｍに切断した水晶ウエハを、厚みが約０．１ｍｍ（１００μｍ）程度になるまで粗研磨を行なう。また、粗研磨工程における粗研摩をする場合、後述するキャリアを用いてもよいし、キャリアを用いなくともよい。

水晶ウエハの粗研磨工程を終了したならば、次にステップ１４の仕上げ研磨工程を行なう。ステップ１４の仕上げ研磨工程は、図１に示したように、ステップ１６、１８、２０、２２の４つの工程からなっている。まず、粗研磨を終了した水晶ウエハを洗浄して粗研磨用の砥粒を洗い落とす。次に、洗浄した水晶ウエハを両面ラップ盤のキャリアに設けたウエハ保持部に配置し、キャリアに保持させる。そして、水晶ウエハを保持したキャリアを両面ラップ盤の上盤と下盤との間に配置する。なお、キャリアは、実施形態の場合、仕上げ研摩する水晶ウエハとほぼ同じ厚みに形成してある。

両面ラップ盤は、周知のように、例えば図２のように構成してある。すなわち、両面ラップ盤３０は、遊星歯車機構を構成しており、中央部に太陽歯車３２を備えている。太陽歯車３２は、下盤３４を貫通した駆動軸（図示せず）に取り付けてあり、駆動軸を介して回転駆動させられる。太陽歯車３２の周囲には、複数（例えば、４つ）のキャリア３６が配置される。キャリア３６は、太陽歯車３２と噛み合う歯車として形成してある。そして、キャリア３６は、太陽歯車３２が回転駆動されると、後述するように、太陽歯車３２の周囲を回転する遊星歯車となっている。キャリア３６の外側には、キャリア３６と噛み合っているリング歯車３８が配設してある。

各キャリア３６は、複数のウエハ保持部４０を有する。ウエハ保持部４０は、実施形態の場合、キャリア３６を厚み方向に貫通した矩形状の貫通穴として形成してある。キャリア３６に設けた複数のウエハ保持部４０は、キャリア３６の周方向に等間隔（例えば、中心に対して９０°間隔）で、かつ直径方向に複数（例えば、半径方向に４つ、直径方向に８つ）配設してある（図１では、直径方向に４つの場合が示してある）。なお、ウエハ保持部４０の数は、キャリア３６の大きさ、水晶ウエハの大きさにより、適宜に定められる。

水晶ウエハの仕上げ研磨工程においては、図３に示したように、水晶ウエハ４４をキャリア３６のウエハ保持部４０に配置して、キャリア３６に水晶ウエハ４４を保持させる。水晶ウエハ４４を保持したキャリア３６は、下盤３４と上盤４２との間に配置する。なお、上盤４２には、図示しない砥粒供給口が設けてあり、この砥粒供給口を介してスラリー状の砥粒が上盤４２と下盤３４との間に供給される。

両面ラップ盤３０は、太陽歯車３２が例えば図２の矢印４６のように、時計方向に回転駆動されたとする。太陽歯車３２が図２の時計方向に回転すると、これに噛み合っている各キャリア３６が矢印４８に示したように、反時計方向に回転（自転）するとともに、矢印５０に示したように、太陽歯車３２の周囲を時計方向に回転（公転）する。これにより、キャリア３６に保持させた水晶ウエハ４４は、上盤４２と下盤３４との間に供給された砥粒により、上下面がキャリア３６の上下面とともに研磨される。なお、キャリア３６は、仕上げ研摩する水晶ウエハ４４より、やや厚くともやや薄くともよい。

両面ラップ盤３０による実施形態の仕上げ研磨工程（ステップ１４）においては、まず、キャリア３６に保持させた水晶ウエハ４４の研磨代の約半分をキャリア３６とともに研磨する（ステップ１６）。例えば、０.１ｍｍのウエハを仕上げ研磨して０.０４ｍｍのウエハにする場合、まず、水晶ウエハ４４の研磨代０.０６ｍｍの約半分の０.０３ｍｍを研磨して、水晶ウエハ４４の厚みを約０.０７ｍｍ程度にする。水晶ウエハ４４の厚みは、実施形態の場合、周波数によって管理している。すなわち、実施形態においては、キャリア３６に保持させた水晶ウエハ４４が両面ラップ盤３０の周方向のある地点を通過したときに、水晶ウエハ４４の上下面に電圧が印加され、共振周波数を得ることができるようにしてある。前記したように、水晶ウエハ４４の共振周波数は、厚みに依存しており、周波数を測定することによって、厚みを求めることができる。したがって、実施形態においては、水晶ウエハ４４が両面ラップ盤３０の周方向の所定位置を通過したときに、水晶ウエハ４４の周波数を測定し、水晶ウエハ４４の厚みを測定した周波数から逆算して求めるようにしている。

０.１ｍｍ程度の厚みを有する水晶ウエハ４４を仕上げ研磨して０.０４ｍｍの水晶ウエハ４４にする場合、水晶ウエハ４４の厚みが０.０７ｍｍ程度になったならば、研磨を一度中断して水晶ウエハ４４をキャリア３６から取り出す。そして、水晶ウエハ４４を洗浄し、水晶ウエハ４４に付着している砥粒を洗い落とす（ステップ１８）。この洗浄は、水洗であってよい。

その後、キャリア３６を反転し（上下をひっくり返す）、洗浄した水晶ウエハ４４をキャリア３６に再配置する（ステップ２０）。なお、キャリア３６の反転は、水晶ウエハ４４の洗浄の前に行なってもよい。水晶ウエハ４４のキャリア３６への再配置は、ランダムに行なう。これにより、水晶ウエハ４４の裏表や水晶ウエハ４４の元の位置を気に掛ける必要がなく、水晶ウエハ４４の再配置をスムーズ、迅速に行なうことができる。水晶ウエハ４４をキャリア３６に再配置したならば、キャリア３６を再び上盤４２と下盤３４との間に配置する。そして、水晶ウエハ４４の両面を前記と同様にキャリア３６とともに目標の厚みまで研磨し（ステップ２２）、仕上げ研磨工程を終了する。

このように、仕上げ研磨の途中において（研磨代の約半分を研磨した段階で）、キャリア３６を反転させたことにより、厚みの均一性に優れた高い平坦度を有する薄い水晶ウエハ４４を容易に得ることができる。すなわち、キャリア３６を反転させることにより、キャリア３６の上下面における砥粒量の相違などに基づく、キャリア３６の反りなどが矯正される。このため、キャリア３６に保持させた水晶ウエハ４４の平坦度を向上することができる。しかも、キャリア３６の反転時に、複数の水晶ウエハ４４をランダムに再配置するため、キャリア３６の外周側に配置されていたものが、キャリア３６の内周側に配置されたり、裏表が逆にされたものなどが存在する。このため、複数の水晶ウエハ４４は、全体として均一な研磨が行なわれ、複数の水晶ウエハ４４全体としての品質を向上することができる。また、キャリア３６は、水晶ウエハ４４よりも薄いものを用いる必要がない。このため、キャリア３６の厚みを厚くすることができ、キャリア３６の剛性が大きくなって研磨中に破損し、水晶ウエハ４４の研磨ができないなどの事故を防ぐことができる。

仕上げ研磨工程を終了した水晶ウエハ４４は、キャリア３６から取り出して洗浄する（ステップ２４）。そして、水晶ウエハ４４は、傷の有無の検査や厚みを確認する検査などを経たのち、電極形成工程などの次工程に搬送される（ステップ２４）。

なお、前記実施形態は、本発明の一態様であって、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、仕上げ研磨工程の途中において、一度だけキャリア３６を反転させる場合について説明したが、キャリア３６の反転は複数回行なってもよい。ただし、キャリア３６の一側面が上のときの研摩量と、下のときの研摩量とをほぼ同じにすることが望ましい。また、前記実施形態においては、水晶ウエハ４４の再配置時の洗浄が水洗である場合について説明したが、有機溶媒による洗浄であってもよい。

また、前記実施形態では水晶ウエハの研磨方法について説明したが、本発明は水晶ウエハに限定されるものではなく、リチウムタンタレート、リチウムニオベート、四硼酸リチウム等の圧電ウエハや半導体ウエハ等にも適用できることは言うまでもない。

実施の形態に係る水晶ウエハの研摩方法を説明するフローチャートである。 両面ラップ盤の概略説明図である。 図２のＡ―Ａ線に沿ったキャリアの一部断面図であって、水晶ウエハを保持したキャリアの断面図である。

符号の説明

３０………両面ラップ盤、３２………太陽歯車、３４………下盤、３６………キャリア、４０………ウエハ保持部、４２………上盤、４４………水晶ウエハ。

Claims (3)

1. 両面研磨機を用いたウエハの研摩方法において、
   キャリアに前記ウエハを保持させ、
   前記ウエハを前記キャリアとともに研磨し、研磨の途中において前記キャリアを反転させる、
   ことを特徴とするウエハの研磨方法。
2. 両面研磨機を用いたウエハの研摩方法において、
   両面研磨機の上盤と下盤との間に、ウエハを配置して前記ウエハを研磨する粗研磨工程と、
   粗研磨した前記ウエハをキャリアに保持させ、前記ウエハを前記キャリアとともに研磨する仕上げ研磨工程と、を有し、
   前記仕上げ研磨工程の研摩途中で、前記キャリアを反転させる、
   ことを特徴とするウエハの研磨方法。
3. 請求項１または２に記載のウエハの研磨方法において、
   前記キャリアは、複数のウエハ保持部を有し、
   前記キャリアの反転時に、前記ウエハを洗浄して、前記キャリアに前記ウエハをランダムに再配置する、
   ことを特徴とするウエハの研磨方法。

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