JP2009184054A - 研磨パッド研削用リング及びウエハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨パッドの表層部を研削加工する際の研削効率を高めることのできる研磨パッド研削用リングを提供する。
【解決手段】 ウエハ研磨装置に用いられて、研磨パッドの表層部を研削加工する研磨パッド研削用リング１６０である。円環状のリング本体１６１と、リング本体１６１の外周縁部に設けられて遊星歯車機構に歯合するギア部１６２と、リング本体１６１の内部に形成された研削用の内部孔１６３と、内部孔１６３からギア部１６２にかけて形成された研削溝１６４とを有している。内部孔１６３は、リング本体１６１の外周円Ｒの中心Ｏ４とは異なる位置に中心Ｏ３を有する、円形の開口を有している。
【選択図】 図４

Description

本発明は、研磨パッド研削用リング及びウエハを研磨加工に関するものである。

近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られており、例えば音叉型の圧電振動片を有するものや、厚み滑り振動する圧電振動片を有するもの等が知られている。
ところで、この圧電振動片は、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の各種の圧電体から形成されている。具体的には、圧電体の原石を切断してウエハにした後、該ウエハを所定の厚みまで研磨加工する。そして、研磨加工されたウエハを洗浄、乾燥させた後、フォトリソ技術によりエッチング加工して圧電振動片の外形を形成すると共に、所定の金属膜をパターニングして電極を形成する。これにより、１枚のウエハから一度に複数の圧電振動片を作製することができる。

このように作製される圧電振動片は、自身の厚みがウエハの厚みに依存するため、上述した研磨加工が品質等を決定付けるための特に重要な工程とされている。通常、研磨加工は、原石から切断されたウエハをある程度の厚みまで粗く研磨するラッピング工程と、該ラッピング工程後、ウエハを鏡面研磨して所定の厚みまで高精度に仕上げるポリッシング工程と、を行っている。
この研磨加工は、一般的に研磨装置を利用して行われている（特許文献１参照）。ここで、従来の研磨装置について簡単に説明する。

研磨装置２００は、図６及び図７に示すように、サンギア２０１と、インターナルギア２０２と、キャリア２０３とを有している。また、キャリア２０３の上下には、上定盤２０４及び下定盤２０５が配置されている。サンギア２０１及びインターナルギア２０２は、共に反時計方向に回転するようになっており、キャリア２０３を遊星運動させている。すなわち、キャリア２０３を時計方向に自転させながら、反時計方向に公転させている。キャリア２０３は、例えば直径数インチの円板であり、上定盤２０４と下定盤２０５との間に所定角度毎に複数個配置されている。また、１つのキャリア２０３に対して、複数枚（例えば５枚）のウエハＳを保持することができるようになっている。よって、１バッチの研磨で複数枚のウエハＳを一度に研磨することが可能になっている。

上定盤２０４及び下定盤２０５には、図７に示すようにそれぞれの内面（対向面）に研磨パッドＰが貼設されている。したがって、キャリア２０３に保持されたウエハＳを両定盤２０４、２０５で上下から挟み込んだ際、ウエハＳの表裏両面を前記研磨パッドＰで挟持するようになっている。ここで、研磨パッドＰは、図８（ａ）に示すように接着層Ｐ１とナップ層Ｐ２とからなる２層のパッドである。ナップ層Ｐ２は、厚みが例えば４００μｍから１０００μｍ程度のスエード等の繊維状の層であり、表面に無数の微小開口Ｐ３が形成されている。つまり、ナップ層Ｐ２はその表面が襞状となっており、これによって研磨中にこの微小開口Ｐ３に後述する研磨液Ｗを一時的に保持したり、ウエハＳの研磨加工粉を一時的に溜め込むようになっている。また、接着層Ｐ１は、厚みが例えば４００μｍから１０００μｍ程度の層であり、格子状の溝部Ｐ４が形成されている。そして、この溝部Ｐ４を通じて研磨液ＷやウエハＳの研磨加工粉が外部に排出するようになっている。

また、前記上定盤２０４は、キャリア２０３に保持されたウエハＳを両定盤２０４、２０５で上下から挟み込んだ際、所定の荷重をウエハＳに加えるようになっている。前記下定盤２０５は、キャリア２０３が公転する方向とは逆方向である反時計方向に回転するようになっている。
また、上定盤２０４には、図７及び図９に示すように、両定盤２０４、２０５の間に研磨液Ｗを供給するための供給路２０４ａが複数（数十個）形成されている。具体的には、半径Ｒ１の内側円、半径Ｒ２の中間円、半径Ｒ３の外側円に沿って所定間隔毎に形成されている。そして、図示しない供給ホースを介して研磨液Ｗが供給路２０４ａに供給されるようになっている。これにより、両定盤２０４、２０５の間に各供給路２０４ａを介して研磨液Ｗを供給することができ、研磨液Ｗを利用してウエハＳを研磨することができるようになっている。

なお、上定盤２０４に形成された研磨パッドＰには、供給路２０４ａを塞がないように開口が形成されている。また、研磨液Ｗとしては、微小な粒径の研磨剤が混入されたものが使用される。また、ラッピング工程あるいはポリッシング工程を行う場合には、通常、同一の構成ではあるが異なる研磨装置２００を使用している。但し、ラッピングを行う場合には、通常、研磨パッドＰは使用しない。研磨剤（遊離砥粒）によるウエハ表面の微細な破壊でラッピングが進行するためである。

このような研磨装置２００によってポリッシング工程を行い、ウエハＳを鏡面研磨するには、まず、上定盤２０４と下定盤２０５とを離間させた状態で、各キャリア２０３に複数枚のウエハＳをセットする。セット後、上定盤２０４を所定の荷重でウエハＳに押し付けて該ウエハＳを両定盤２０４、２０５で挟み込み、一対の研磨パッドＰ間にウエハＳを挟持する。そして、供給路２０４ａを介して一対の研磨パッドＰ間に研磨液Ｗを供給しながら、サンギア２０１、インターナルギア２０２を駆動させてキャリア２０３を自転及び公転させる。また、これと同時に下定盤２０５を回転させる。これにより、キャリア２０３に保持されたウエハＳの両面を研磨パッドＰで鏡面研磨することができ、ウエハＳの厚みを所定の厚みに仕上げることができる。

ところで、前記の研磨パッドＰは長期に亘って使用すると、微小開口Ｐ３を形成するナップ層Ｐ２が摩耗しすり減ってしまってしまうため、定期的に新しい研磨パッドＰに貼り替えている。ところが、新品の研磨パッドＰは図８（ｂ）に示すようにそのナップ層Ｐ２の微小開口Ｐ３が十分に開いておらず、入り口側が塞がっていることがある。また、新品でなくても、一旦使用した後長期に亘って使用しない状態でいると、微小開口Ｐ３内に残った研磨剤が固まってしまい、微小開口Ｐ３の入り口側が塞がってしまうこともある。

そこで、従来では、このように新品の研磨パッドＰに貼り替えたときや、しばらく使用しなかったものを再使用するときなどに、前記したウエハＳのポリッシング工程に先立ち、図１０に示すような研削用リング１５０を用いて研磨パッドＰのナップ層Ｐ２の表層部を研削加工し、塞がった入り口側を十分に開くようにしている。

この研削用リング１５０は、円環状のリング本体１５１と、該リング本体１５１の外周縁部に設けられて前記研磨装置２００のサンギア２０１及びインターナルギア２０２に歯合するギア部１５２と、前記リング本体１５１の内部に形成された研削用の内部孔１５３と、前記内部孔１５３から前記ギア部１５２にかけて形成された複数（４つ）の研削溝１５４とを有してなるものである。前記内部孔１５３は、前記リング本体１５１の外周円Ｒと同心円状に形成された円形の開口を有している。すなわち、この内部孔１５３は、その中心Ｏ１がリング本体１５１の外周円Ｒの中心Ｏ２と同じ位置に形成されたものである。

このような構成の研削用リング１５０によって前記したように研磨パッドＰの表層部を研削加工するには、まず、この研削用リング１５０を前記したキャリア２０３と同様にして上定盤２０４の研磨パッドＰと下定盤２０５の研磨パッドＰとの間にセットする。そして、サンギア２０１、インターナルギア２０２を駆動させることにより、研削用リング１５０を前記キャリア２０３と同様に自転及び公転させる。これにより、その研削用の内部孔１５３や研削溝１５４によって研磨パッドＰの表層部を研削加工することができる。すなわち、研削用リング１５０の自転及び公転によってその内部孔１５３の周端縁や研削溝１５４の端縁を研磨パッドＰ上に摺動させることにより、研磨パッドＰの表層部を研削加工し、ナップ層Ｐ２の微小開口Ｐ３の入り口側を十分に開いた状態にすることができる。
特開平４−３３１０６８号公報

しかしながら、前記の研削用リング１５０では、研磨パッドＰの表層部を研削加工する際の研削効率が低く、したがって研削加工に要する時間が長くなってしまうといった課題がある。すなわち、このように研削加工時間が長くなると、ウエハＳの研磨工程全体の生産性が低下し、このウエハＳを原材料とする圧電振動子の生産性まで損なうことになってしまうからである。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、研磨パッドの表層部を研削加工する際の研削効率を高めることのできる研磨パッド研削用リングを提供するとともに、該研磨パッド研削用リングを有するウエハ研磨装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る研磨パッド研削用リングは、ウエハを自転させながら軸線回りに公転させる遊星歯車機構と、前記ウエハの上下に配置されて、該ウエハの両面を挟み込む上定盤及び下定盤と、前記上定盤及び前記下定盤のそれぞれの内面に設けられて、前記ウエハを研磨する研磨パッドと、前記上定盤に設けらた研磨パッドと前記下定盤に設けらた研磨パッドとの間に研磨液を供給する研磨液供給手段とを備え、前記研磨液供給手段によって研磨液を供給しつつウエハの両面を研磨パッドで研磨して、該ウエハの厚みを所定の厚みに調整するウエハ研磨装置に用いられて、前記研磨パッドの表層部を研削加工する研磨パッド研削用リングであって、
円環状のリング本体と、該リング本体の外周縁部に設けられて前記遊星歯車機構に歯合するギア部と、前記リング本体の内部に形成された研削用の内部孔と、前記内部孔から前記ギア部にかけて形成された研削溝と、を有し、
前記内部孔が、前記リング本体の外周円の中心とは異なる位置に中心を有する、円形の開口を有していることを特徴としている。

この研磨パッド研削用リングによれば、その研削用の内部孔が、リング本体の外周円の中心とは異なる位置に中心を有する円形の開口を有しており、すなわち、偏心した内部孔を有しているので、この研削用リングを一対の研磨パッド間で自転及び公転させて研削加工した際、特に内部孔の周端縁が研磨パッドに対してより効率的に摺動するので、研磨パッドの表層部を効率良く研削加工することができる。
すなわち、従来の研磨パッド研削用リングでは、公転を考えずに自転だけを考えた場合、その内部孔がリング本体に対して同心円状に形成されているので、内部孔の周端縁は研磨パッドに対してその面方向に摺動せず、同じ円周の線上を回転するだけであり、したがって研磨パッドの表層部の研削に実質的に寄与しないことになる。もちろん、この研削用リングは自転だけでなく公転もさせられるので、内部孔の周端縁はこの公転によって研磨パッドに対してその面方向に摺動し、研磨パッドの表層部の研削に寄与するようになる。しかし、内部孔の周端縁は前述したように自転による研削力が働かないため、結果的に従来の研削用リングでは研削効率が低くなっている。

これに対して本発明の研磨パッド研削用リングでは、その内部孔を偏心させているので、該研削用リングをその外周縁部に設けられたギア部によって自転させた際、内部孔の周端縁はその円周の軌道に沿って回転することなく、リング本体の外周円の回転軌道に沿って回転し、これによって研磨パッドに対してその面方向に摺動するようになる。したがって、この内部孔の周端縁は公転によってはもちろん、自転によっても研磨パッドに対してその面方向に摺動し、研磨パッドの表層部の研削に寄与することから、この研磨パッド研削用リングは研磨パッドの表層部を効率良く研削加工することができるようになる。

また、本発明に係る研磨パッド研削用リングは、前記の研磨パッド研削用リングにおいて、前記研削溝が複数の溝からなり、該溝がそれぞれ前記リング本体の外周円の半径方向に沿って形成されているのが好ましい。
このように構成すれば、研削溝は研削用リングの自転を考えた場合に、その端縁がその長さ方向と直交する方向に摺動する。しかし、これに公転が加わることにより、研削溝の端縁はその長さ方向に対して斜めの方向に摺動することになる。したがって、研磨パッドに対する研削溝の研削効果が高くなる。

また、本発明に係る研磨パッド研削用リングは、前記の研磨パッド研削用リングにおいて、前記研削溝が、前記ギア部においてその谷部に開口しているのが好ましい。
このように構成すれば、ギア部の山部に研削溝が形成されることで該山部が研削溝により二分され、その歯先が細くなることなどによって強度が著しく低下してしまうのを防止することができる。

また、本発明に係る研磨パッド研削用リングは、前記の研磨パッド研削用リングにおいて、前記研削溝が前記リング本体の表裏両面に形成されており、該リング本体の表面側の研削溝と裏面側の研削溝とは、互いに前記リング本体上の異なる位置に配設されているのが好ましい。
このように構成すれば、リング本体の表面側の研削溝と裏面側の研削溝とがリング本体上の同じ位置に配設されることで、この研削溝形成箇所におけるリング本体の厚さが極端に薄くなり、結果的にこの研磨パッド研削用リングの強度が著しく低下してしまうのを防止することができる。

本発明に係るウエハ研磨装置は、研磨液を供給しつつウエハの両面を研磨して、該ウエハの厚みを所定の厚みに調整するウエハ研磨装置であって、
外周縁がギア部とされ、前記ウエハが収納される保持孔が形成された円板状のキャリアと、
前記ギア部を介して前記キャリアに歯合され、該キャリアを自転させながら軸線回りに公転させる遊星歯車機構と、
中心が刳り貫かれた円板状に形成され、前記キャリアの上下に配置されて、前記保持孔に収納された前記ウエハに所定の荷重を加えつつ、該ウエハの両面を挟み込む上定盤及び下定盤と、
前記上定盤及び前記下定盤のそれぞれの内面に設けられて、前記ウエハを研磨する研磨パッドと、
前記上定盤に設けらた研磨パッドと前記下定盤に設けらた研磨パッドとの間に研磨液を供給する研磨液供給手段と、を備えるとともに、
前記研磨パッドの表層部を研削加工する研磨パッド研削用リングとして、前記の研磨パッド研削用リングを有することを特徴としている。

このウエハ研磨装置によれば、前述したように研磨パッドの表層部を効率良く研削加工することができる研磨パッド研削用リングを有しているので、ウエハのポリッシング工程に先立ってこの研磨パッド研削用リングで研磨パッドの表層部を研削加工することにより、研磨パッドを短時間で研削加工し、その表層部を所望の状態に調整することができる。

本発明に係る研磨パッド研削用リングによれば、研磨パッドの表層部を効率良く研削加工することができるので、この研削加工時間を短くすることにより、ウエハの研磨工程全体の生産性を向上することができる。
本発明に係るウエハ研磨装置によれば、前記研磨パッド研削用リングを有していることにより、研磨パッドの研削加工時間を短くしてウエハの研磨工程全体の生産性を向上することができるので、このウエハを原材料とする圧電振動子の生産性まで向上することができる。

以下、本発明に係るウエハ研磨装置の一実施形態を、図１から図４を参照して説明する。
図１、図２に示すようにウエハ研磨装置４０は、図６〜図９に示したウエハ研磨装置２００と基本的に同じ構成を有するもので、研磨液Ｗを供給しながらウエハＳの両面を研磨して、該ウエハＳの厚みを所定の厚みに調整する装置である。すなわち、このウエハ研磨装置４０は、キャリア４１と、遊星歯車機構４２と、上定盤４３と、下定盤４４と、研磨パッドＰと、研磨液供給手段４５と、を備え、さらに図４（ａ）（ｂ）に示す本発明に係る研磨パッド研削用リング１６０を有したものである。

キャリア４１は、図１〜図３に示すように外周縁部がギア部４１ａとされ、ウエハＳが収納される保持孔４１ｂが複数形成された円板状のものである。このキャリア４１は、その厚さが研磨対象となるウエハＳより十分に薄く形成されたものである。なお、本実施形態では、図３に示すようにキャリア４１が５枚備えられている場合を例に挙げて説明するが、キャリア４１の枚数やキャリア４１に形成された保持孔４１ｂの数については、それぞれ上定盤４３及び下定盤４４の寸法、ウエハＳの寸法などによって適宜変更可能である。また、本実施形態では、前記の５枚のキャリア４１は、軸線Ｌを中心として等角度毎に配置されている。

また、前記軸線Ｌに沿ってシャフト５０が配置されており、該シャフト５０にはサンギア５１が固定されている。また、５枚のキャリア４１の周囲を取り囲むように、リング状に形成されたインターナルギア５２が配置されている。そして、５枚のキャリア４１は、サンギア５１及びインターナルギア５２に対してギア部４１ａが歯合した状態で配置されている。
これらサンギア５１及びインターナルギア５２は、図示しない駆動源により共に反時計方向に回転するようになっている。この際、サンギア５１及びインターナルギア５２の回転速度は、それぞれ別個の速度で回転するように調整されている。これにより、各キャリア４１は、時計方向に自転しながら、軸線Ｌを中心に反時計方向に公転するようになっている。つまり、サンギア５１及びインターナルギア５２は、ギア部４１ａを介してキャリア４１に歯合し、該キャリア４１を自転させながら軸線Ｌ回りに公転させる前記遊星歯車機構４２として機能する。

上定盤４３及び下定盤４４は、共に中心が刳り貫かれた円板状（リング状）に形成されており、キャリア４１の上下に配置されている。下定盤４４は、回転テーブル５３上に固定されており、回転テーブル５３と共に軸線Ｌを中心としてキャリア４１の公転方向とは反対方向（時計方向）に回転するようになっている。また、上定盤４３は、ポール５４に沿って上下に移動可能とされており、下定盤４４との距離を自在に調整できるようになっている。これにより、キャリア４１に形成された保持孔４１ｂにウエハＳを収納あるいは取り出したり、保持孔４１ｂに収納されたウエハＳに所定の荷重を加えながら該ウエハＳを両定盤で挟み込んだりすることができるようになっている。

また、これら両定盤４３、４４には、それぞれの内面に図８（ａ）に示した研磨パッドＰが貼設されている。この研磨パッドＰは、両定盤４３、４４にそれぞれ貼り替えられたばかりの新品のときや、しばらく使用されておらずに再使用されるときなどには、図８（ｂ）に示したような状態になっている。したがって、その場合にはウエハＳのポリッシング工程に先立ち、図４（ａ）（ｂ）に示す研削用リング１６０によってその表層部、すなわちナップ層Ｐ２の表層部が研削加工されるようになっている。

また、両定盤４３、４４は、キャリア４１の一部を両定盤４３、４４の内周面及び外周面から外側に飛び出させ、露出させるサイズに形成されている。そのため、自転及び公転するキャリア４１は、図３に示すように、サンギア５１側の一部及びインターナルギア５２側の一部が常に露出するようになっている。なお、図３では下定盤４４だけ図示しているが、上定盤４３も下定盤４４と同じサイズになっている。

また、上定盤４３の上方には、図１に示すように、パウダーリング５５が固定されたリングプレート５６が配置されており、該リングプレート５６の下面に前記ポール５４が固定されている。パウダーリング５５には、環状の溝部５５ａが形成されており、パウダーリング５５の上方に配置された供給バルブ５７から吐出された研磨液Ｗを内部に貯留できるようになっている。
また、リングプレート５６には、複数のパウダーホース（供給ホース）５８の基端側が固定されている。この際、各パウダーホース５８は、溝部５５ａ内に連通した状態で固定されている。これにより、溝部５５ａ内に一旦貯留された研磨液Ｗは、溝部５５ａからパウダーホース５８内に流れ、パウダーホース５８の先端に向かって流れるようになっている。

これらパウダーホース５８は、その先端が、上定盤４３を貫通して形成された供給路（図示せず）に接続固定されている。供給路は、図９に示したように、半径Ｒ１の内側円、半径Ｒ２の中間円、半径Ｒ３の外側円に沿って所定間隔毎に形成された貫通孔からなっている。これにより、パウダーホース５８から供給された研磨液Ｗは、各供給路を介して両定盤４３、４４のそれぞれの研磨パッドＰ、Ｐ間に供給されるようになっている。

また、図１に示すように下定盤４４の下方には、研磨後に流れてきた研磨液Ｗを受け取る回収パン６１と、回収パン６１で受け取られて集められた研磨液Ｗを貯める研磨液槽６２とが配置されている。研磨液槽６２には、内部に溜まった研磨液Ｗを撹拌すると共に、研磨液Ｗを汲み上げて循環ホース６３に循環させるポンプ６４が設けられている。そして、循環ホース６３は、供給バルブ５７に接続された分配器６５に接続されている。これにより、回収した研磨液Ｗを再度供給バルブ５７に戻し、パウダーリング５５の溝部５５ａ内に供給できるようになっている。

なお、前述したパウダーリング５５、リングプレート５６、供給バルブ５７、パウダーホース５８、回収パン６１、研磨液槽６２、循環ホース６３、ポンプ６４及び分配器６５は、上定盤４３の供給路を介してこの上定盤４３と下定盤４４との間に研磨液Ｗを供給する、前記研磨液供給手段４５として機能する。また、このうち、回収パン６１、研磨液槽６２、循環ホース６３、ポンプ６４及び分配器６５は、供給した研磨液Ｗを回収すると共に、回収した研磨液Ｗを循環させて再度両定盤４３、４４の間に供給する研磨液回収手段６６として機能する。

また、回収パン６１には、フィルタ６７が設けられており、回収した研磨液Ｗに含まれるウエハＳの研磨加工粉を除去している。これにより、常に清浄な研磨液Ｗを両定盤４３、４４の間に供給し続けることができるようになっている。
なお、前述した研磨液Ｗは、研磨剤（砥粒）が含有された液である。研磨剤（砥粒）としては、このラッピングの際には炭化珪素（ＳｉＣ）が慣用され、平均砥粒が６μｍから９μｍ程度のより粒径の細かいものが使用される。

また、本発明に係る研磨パッド研削用リング（以下、研削用リングと記す）１６０は、図４（ａ）に示すように、円環状のリング本体１６１と、該リング本体１６１の外周縁部に設けられたギア部１６２と、前記リング本体１６１の内部に形成された研削用の内部孔１６３と、前記内部孔１６３から前記ギア部１６２にかけて形成された研削溝１６４とを有してなるものである。前記ギア部１６２は、前記キャリア４１のギア部４１ａと同じに形成されており、これによって前記サンギア５１及びインターナルギア５２からなる遊星歯車機構４２に歯合するようになっている。

この研削用リング１６０が図１０に示した研削用リング１５０と主に異なるところは、本発明に係る研削用リング１６０の内部孔１６３は、その開口が、リング本体１６１の外周円Ｒと同心円状に形成されておらず、偏心した円形状に形成されている点である。すなわち、この研削用リング１６０の内部孔１６３は、その開口形状である円の中心Ｏ３が、リング本体１６１の外周円Ｒの中心Ｏ４と異なる位置に形成されている。したがって、この内部孔１６３の周端縁（内縁）は、後述するように研削用リング１６０のギア部１６２が遊星歯車機構４２によって自転させられた際、その回転中心が内部孔１６３の中心Ｏ３でなく、リング本体１６１の外周円Ｒの中心Ｏ４となることから、リング本体１６１の外周円Ｒの回転軌道に沿って回転するようになる。

すると、この内部孔１６３の周端縁（内縁）は、研削用リング１６０の自転だけを考えた場合に、リング本体１６１の外周円Ｒの中心Ｏ４から最も遠い位置にある点Ｌ１が回転することによって形成される円Ｑ１と、最も近い位置にある点Ｌ２が回転することによって形成される円Ｑ２との間の範囲１６３Ａを、摺動するようになる。したがって、内部孔１６３の周端縁（内縁）は、公転を考えずに自転だけを考えた場合、この範囲１６３Ａにある研磨パッドＰを良好に研削するようになるのである。
一方、図１０に示した従来の研削用リング１５０では、その内部孔１５３がリング本体１５１に対して同心円状に形成されているので、公転を考えずに自転だけを考えた場合、内部孔１５３の周端縁は同じ円周の線上を回転するだけとなる。したがって、この内部孔１５３の周端縁は、研磨パッドＰに対してその面方向に摺動せず、研磨パッドＰの表層部の研削に実質的に寄与しないものとなっている。

なお、これら研削用リング１６０、１５０は、自転だけでなく公転もさせられるので、それぞれの内部孔１６３（１５３）の周端縁はこの公転によって研磨パッドＰに対してその面方向に摺動し、研磨パッドＰの表層部の研削に寄与するようになっている。
また、図４（ａ）に示した本実施形態の研削用リング１６０では、内部孔１６３の内径を大きくしてその周端縁を長くし、前記範囲１６３Ａの面積を十分に確保していることにより、自転による研削効率を一層高めている。

また、この研削用リング１６０には、研削溝１６４が六つ形成されている。これら研削溝１６４は、それぞれ前記リング本体１６１の外周円Ｒの半径方向に沿ってほぼ等間隔（等角度間隔）に形成されている。また、これら研削溝１６４は、図４（ｂ）に示すようにギア部１６２においてその谷部１６２ａに、すなわち隣り合う山部１６２ｂ、１６２ｂ間にまで延びてここで開口している。このような構成によってギア部１６２は、その山部１６２ｂに研削溝１６４が形成されることで該山部１６２ｂが二分されることなどにより、該山部１６２ｂの歯先が細くなってしまうことが防止されている。したがって、山部１６２ｂの歯先が細くなることでその強度が著しく低下し、稼働中などに山部１６２ｂの歯先が破損してしまうのが防止されている。

また、図４（ａ）では、研削用リング１６０（リング本体１６１）の一方の面（表面）しか示していないが、この研削リング１６０はその上下に位置する一対の研磨パッドＰを同時に研削加工処理することから、リング本体１６１の他方の面（裏面）にも研削溝１６４が形成されている。すなわち、リング本体１６１（研削用リング１６０）にはその表面側と同様に裏面側にも、六つの研削溝１６４が形成されている。ただし、これら裏面側の研削溝１６４は、図示しないものの、表面側の研削溝１６４とは、互いにリング本体１６１上において異なる位置に配設されている。これにより、表面側の研削溝６４と裏面側の研削溝１６４とがリング本体１６１上の同じ位置に配設されることで、この研削溝形成箇所におけるリング本体１６１の厚さが極端に薄くなり、結果的にこの研磨パッド研削用リングの強度が著しく低下してしまうのが防止されている。

このような研削溝１６４は、研削用リング１６０が研磨パッドＰ上で自転及び公転した際、その端縁が研磨パッドＰ上を摺動することにより、その表層部を研削するようになっている。その際、特に研削溝１６４をリング本体１６１の外周円Ｒの半径方向に沿って形成しているので、研磨パッドＰに対する研削効果が高くなっている。すなわち、研削溝１６４は研削用リング１６０の自転を考えた場合に、その端縁がその長さ方向と直交する方向に摺動する。しかし、これに公転が加わることにより、研削溝１６４の端縁はその長さ方向に対して斜めの方向に摺動することになる。したがって、研磨パッドＰに対する研削溝１６４の研削効果が高くなっているのである。

次に、このような研削用リング１６０を有するウエハ研磨装置４０を利用した、ウエハＳの製造方法について、図５に示すフローチャートを参照して以下に説明する。なお、製造するウエハＳは、圧電振動子に用いられる圧電振動片の原材料になるものとする。
まず、原石を用意すると共に、Ｘ線回析法等により原石の切断角度（カット角）の測定を行う（Ｓ１）。詳細には、原石のＺ面のＸ軸回りの角度が指定の角度になるようにＸ線を用いて測定する。測定後、ベースとなるガラス上に接着剤を用いて原石を固定する。

次いで、ガラス上に固定された原石を、ワイヤーソーのワークテーブルにセットする。そして、測定した前記切断角度に沿って、原石をワイヤーソー（例えば、線径が約１６０μｍの高張力線）を用いて所望の厚みに切断する（Ｓ２）。この切断の際、ワイヤーソーの送り速度は、毎分４０ｍｍから５０ｍｍに制御されている。また、切削液としては、砥粒にラッピングオイルを適量配合した液を使用する。この砥粒としては、平均粒径が約１２μｍ程度の炭化珪素（ＳｉＣ）が慣用される。なお、切削液は、常温を保つように温度管理されている。

次いで、切断されたウエハＳの両面を粗く研磨してラッピングを行い、ウエハＳを所望の厚みにする工程を行う。
まず、ラッピングを行う前に、ウエハＳの側面研磨を行う（Ｓ３）。すなわち、切断したウエハＳの１枚毎に外周面を研磨するか、あるいは、複数のウエハＳを重ね合わせて接着剤で張り合わせてブロックにした後に、図示しない研磨機で外周の研磨を行う。これにより、外周を滑らかに仕上げて、ウエハＳの割れや欠け等の発生を抑制することができる。また、角形のウエハＳの場合には、ウエハＳの外形の寸法精度を出すことができる。研磨後に、加熱等により接着剤を溶解させ、１枚毎のウエハＳに分離する。そして、分離したウエハＳを洗浄液中で超音波洗浄して、接着剤を完全に除去する。

続いて、図示しない両面ラップ装置によってウエハＳの両面をラッピング（粗加工）し、研磨する（Ｓ４）。このラッピングにより、例えば表裏両面をそれぞれ約３０μｍ程度研磨する。なお、このラッピングの際に用いる砥粒は、炭化珪素（ＳｉＣ）が同じく慣用され、平均砥粒が６μｍから９μｍ程度のより粒径の細かいものを使用する。
このラッピングが終了した後、ウエハＳを洗浄する（Ｓ５）。すなわち、ウエハＳを図示しないバスケットに収納すると共に、バスケットごと洗浄液に漬浸する。そして、超音波洗浄と純水洗浄とを繰り返し行う。また、同時に酸洗浄とアルカリ洗浄とを組み合わせて行う。そして、ウエハＳに付着している砥粒を除去した後、純水によるすすぎ洗浄を行う。その後、スピン乾燥機により脱水及び乾燥を行う。

次いで、ラッピングによってウエハＳの表面に生じた加工変質層を除去する第１のエッチングを行う（Ｓ６）。この工程は、ラッピングを行った際に用いた砥粒が加工変質層に食い込んでいるので、ウエハＳの両面を約１０μｍ程度フッ酸系の溶液によりエッチングして加工変質層を除去する工程である。詳細には、ウエハＳをバスケットに収納した後、所定の時間の間、バスケットごとフッ酸系の溶液であるエッチング液に漬浸する。なおこの間、バスケットをゆっくり上下に揺動させて、ウエハＳの厚みにムラが生じてしまうことを防止することが好ましい。そして、所定の時間が経過した後、バスケットをエッチング液から取り出すと共に、純水に漬浸させて十分にエッチング液を取り去る。

次いで、ウエハＳを乾燥させた後、前記のウエハ研磨装置４０を用いてウエハＳの両面を鏡面研磨し、最終的な厚みを所定の厚みに仕上げるポリッシングを行う（Ｓ７）。ただし、本例では、ウエハ研磨装置４０の研磨パッドＰが、貼り替えられたばかりの新品であったり、しばらく使用されておらずに再使用される状態にあるものとする。したがって、このようなウエハＳのポリッシング工程に先立ち、ポリッシング工程の前処理として、図４（ａ）（ｂ）に示した研削用リング１６０を用い、図８（ｂ）に示したようにナップ層Ｐ２の微小開口Ｐ３の入り口側が塞がっている状態から、図８（ａ）に示したように塞がった入り口側が十分に開くように、研磨パッドＰの表層部を研削加工する。

具体的には、図３に示したキャリア４１及びこれに収容されたウエハＳに代えて、所望の数の研削用リング１６０を上定盤２０４の研磨パッドＰと下定盤２０５の研磨パッドＰとの間にセットする。そして、サンギア５１及びインターナルギア５２からなる遊星歯車機構４２を駆動させることにより、研削用リング１６０を従来の研削用リング１５０と同様に自転及び公転させる。これにより、その研削用の内部孔１６３や研削溝１６４によって研磨パッドＰの表層部を研削加工することができる。すなわち、研削用リング１６０の自転及び公転によってその内部孔１６３の周端縁や研削溝１６４の端縁を研磨パッドＰ上に摺動させることにより、研磨パッドＰの表層部を研削加工し、ナップ層Ｐ２の微小開口Ｐ３の入り口側を十分に開いた状態にすることができる。

そして、特に本発明に係る研削用リング１６０を用いて研削加工していることにより、研磨パッドＰの表層部を効率良く研削加工することができ、したがってこの研削加工時間を短くすることができる。
なお、必要に応じて、この研削加工時に適宜な研削剤を用い、これを研磨パッドＰと研削用リング１６０との間に供給するようにしてもよい。

このようにして研磨パッドＰの研削加工を行ったら、上定盤４３を上昇させて下定盤４４上から研削用リング１６０を取り外し、この研削用リング１６０に代えて図３に示したようにキャリア４１及びウエハＳをセットする。そして、従来と同様にして研磨液Ｗを供給しつつ、両定盤４３、４４に貼設した前記研磨パッドＰでウエハＳの両面を研磨加工し、ウエハＳを所定の厚みに調整する。

具体的には、研磨液供給手段４５によって上定盤４３の研磨パッドＰと下定盤４４の研磨パッドＰとの間に研磨液Ｗを供給すると同時に、遊星歯車機構４２を駆動させてキャリア４１を自転公転させながら両定盤４３、４４の中心を貫く軸線Ｌ回りに公転させる。ただし、研磨液Ｗの供給と遊星歯車機構４２の作動が同時ではなく、研磨液Ｗの供給を行った後に遊星歯車機構４２を駆動させても構わない。また、遊星歯車機構４２の駆動と同時に、下定盤４４をキャリア４１の公転方向とは反対方向に回転させる。
なお、研磨液Ｗについては、研磨剤が含有された液が用いられ、研磨剤としては、一般的に酸化セリウム（ＣｅＯ₂）が慣用される。したがって、研磨液Ｗとしては、例えば酸化セリウムと防錆材と水とからなるスラリーが用いられる。

以上によりポリッシングが終了し、所定の厚さに高精度に仕上げされたウエハＳを得ることができる。
次いで、再び洗浄を行う（Ｓ８）。すなわち、ウエハＳをバスケットに収納した後、超音波洗浄と純水洗浄とを繰り返し行って洗浄を行う。なお、ポリッシングが終了したウエハＳは、次工程に移行するまでの間、純水等に漬浸した状態で保管することが好ましい。

次いで、ポリッシングによってウエハＳの表面に生じたダメージ層や何らかの付着物等を除去する第２のエッチングを行う（Ｓ９）。詳細には、ウエハＳをバスケットに収納した後、所定の時間の間、バスケットごとフッ酸系の溶液であるエッチング液に漬浸してエッチングを行う。
その後、ウエハＳをバスケットに収納した後、純水や６０℃程度の温度に加熱した温純水や超純水にバスケットを漬浸して、ウエハＳの洗浄を行う（Ｓ１０）。洗浄した後、ウエハＳをスピン乾燥機等で脱水する。脱水後、真空中でウエハＳを加熱して、吸着した水分を脱利させて乾燥させる。なお、乾燥後は、窒素を封入したデシケータ中にウエハＳを保管するのが好ましい。
そして、保管後、このウエハＳは前述したように圧電振動子に用いられる圧電振動片の原材料として、その製造に供される。

このようなウエハＳの研磨に用いられる研磨パッド研削用リング１６０にあっては、ポリッシング工程の前処理として、研磨パッドＰの表層部を効率良く研削加工することができるので、この研削加工時間を短くすることにより、ウエハＳの研磨工程全体の生産性を向上することができる。
また、この研磨パッド研削用リング１６０を有したウエハ研磨装置４０にあっては、研磨パッドＰの研削加工時間を短くしてウエハの研磨工程全体の生産性を向上することができるので、例えばこのウエハＳを原材料とする圧電振動子の生産性まで向上することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図４（ａ）に示した研磨パッド研削用リング１６０では、研削溝１６４が六つ形成されている例を示したが、研削溝１６４の数については特に限定されることなく、任意の数とすることができる。ただし、研削効率を考慮すると、表裏各面毎に四つ以上ずつ形成するのが好ましく、また、リング本体１６１の強度、つまり耐久性などを考慮すると、表裏各面毎に八つ以下ずつ形成するのが好ましい。

本発明に係るウエハ研磨装置の構成図である。 図１に示すウエハ研磨装置を構成するキャリア周辺の拡大図である。 図２のＢ−Ｂ線矢視図である。 （ａ）は本発明に係る研磨パッド研削用リングの概略構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。 ウエハを作製する際の流れを示すフローチャートである。 従来の研磨装置の一例を示す構成図である。 図６のＥ−Ｅ線矢視断面図である。 （ａ）、（ｂ）は上定盤及び下定盤に貼設された研磨用パッドの拡大断面図である。 図６に示す研磨装置を構成する上定盤の上面図である。 従来の研磨パッド研削用リングの概略構成を示す平面図である。

符号の説明

Ｌ…軸線、Ｏ３、Ｏ４…中心、Ｒ…外周円、Ｓ…ウエハ、４０…ウエハ研磨装置、４１…キャリア、４１ａ…キャリアのギア部、４１ｂ…キャリアの保持孔、４２…遊星歯車機構、４３…上定盤、４４…下定盤、４５…研磨液供給手段、１６０…研削用リング、１６１…リング本体、１６２…ギア部、１６２ａ…谷部、１６２ｂ…山部、１６３…内部孔、１６４…研削溝

Claims (5)

1. ウエハを自転させながら軸線回りに公転させる遊星歯車機構と、前記ウエハの上下に配置されて、該ウエハの両面を挟み込む上定盤及び下定盤と、前記上定盤及び前記下定盤のそれぞれの内面に設けられて、前記ウエハを研磨する研磨パッドと、前記上定盤に設けらた研磨パッドと前記下定盤に設けらた研磨パッドとの間に研磨液を供給する研磨液供給手段とを備え、前記研磨液供給手段によって研磨液を供給しつつウエハの両面を研磨パッドで研磨して、該ウエハの厚みを所定の厚みに調整するウエハ研磨装置に用いられて、前記研磨パッドの表層部を研削加工する研磨パッド研削用リングであって、
   円環状のリング本体と、該リング本体の外周縁部に設けられて前記遊星歯車機構に歯合するギア部と、前記リング本体の内部に形成された研削用の内部孔と、前記内部孔から前記ギア部にかけて形成された研削溝と、を有し、
   前記内部孔が、前記リング本体の外周円の中心とは異なる位置に中心を有する、円形の開口を有していることを特徴とする研磨パッド研削用リング。
2. 前記研削溝は複数の溝からなり、該溝はそれぞれ前記リング本体の外周円の半径方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド研削用リング。
3. 前記研削溝は、前記ギア部においてその谷部に開口していることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨パッド研削用リング。
4. 前記研削溝が前記リング本体の表裏両面に形成されており、該リング本体の表面側の研削溝と裏面側の研削溝とは、互いに前記リング本体上の異なる位置に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨パッド研削用リング。
5. 研磨液を供給しつつウエハの両面を研磨して、該ウエハの厚みを所定の厚みに調整するウエハ研磨装置であって、
   外周縁がギア部とされ、前記ウエハが収納される保持孔が形成された円板状のキャリアと、
   前記ギア部を介して前記キャリアに歯合され、該キャリアを自転させながら軸線回りに公転させる遊星歯車機構と、
   中心が刳り貫かれた円板状に形成され、前記キャリアの上下に配置されて、前記保持孔に収納された前記ウエハに所定の荷重を加えつつ、該ウエハの両面を挟み込む上定盤及び下定盤と、
   前記上定盤及び前記下定盤のそれぞれの内面に設けられて、前記ウエハを研磨する研磨パッドと、
   前記上定盤に設けらた研磨パッドと前記下定盤に設けらた研磨パッドとの間に研磨液を供給する研磨液供給手段と、を備えるとともに、
   前記研磨パッドの表層部を研削加工する研磨パッド研削用リングとして、請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨パッド研削用リングを有することを特徴とするウエハ研磨装置。

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