JP2009190159A - キャリア及びウエハ研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ウエハの両面を研磨加工する際に用いられるものであって、厚みが0.15mm以下の円板状に形成され、ギア部10aを介して両定盤の間で自転しながら軸線L1回りに公転させられるプレート10と、該プレートの中心G1から偏心した位置を中心G2として形成された平面視矩形状のウエハ保持孔11と、プレートの中心とウエハ保持孔の中心とを結ぶ中心線L2上に中心が位置し且つプレートの外縁とウエハ保持孔とからそれぞれ略等しい距離だけ間が空くように形成された直径15mm以上のメイン逃げ孔12と、プレートの外縁、ウエハ保持孔及びメイン逃げ孔からそれぞれ5mm以上間が空き且つ中心線を挟んで左右対称となるように複数形成された直径10mm以上のサブ逃げ孔13と、を備えているキャリア2を提供する。
【選択図】 図4
Description
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図23及び図24を参照して簡単に説明する。
また、上定盤204には、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。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。
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に押し付けた状態で、該ウエハSを両定盤204、205で挟み込む。そして、供給路204aを介して両定盤204、205の間に研磨液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。
始めに、近年の技術進歩により、ウエハSの大型化が年々進んでいる。また、電子機器の小型化に伴って、これら電子機器に搭載される圧電振動子のさらなる小型化が求められており、圧電振動片自体の小型化が要求されている。ここで、圧電振動片の厚みは、上述したようにウエハSの厚みに依存するため、ウエハS自身のさらなる薄型化が求められている。例えば、音叉型の圧電振動片の作製する場合には、ウエハSの厚みとして100μmから130μm程度の厚みが要求される。つまり、大型化したウエハSをできるだけ薄く、しかも高品質に仕上げることが今後要求される。
特に、従来のキャリア203は、ウエハSを保持する保持孔だけが形成されていたり、図25に示すように、保持孔203aに加え1つの逃げ孔(φ15mm程度)203bが形成されていたりするのが一般的である。そのため、面内におけるキャリア203の機械的強度バランスが悪かった。その結果、研磨加工中に、キャリア203が実際に変形や破損する場合があった。
よって、研磨負荷(抵抗)がどうしても高くなってしまい、研磨速度を上げることができなかった。そのため、ウエハSの平坦度が劣ってしまい、高品質なウエハSに仕上げることが難しかった。また、研磨加工に時間がかかってしまい、効率の良い作業を行うことができなかった。
本発明に係るキャリアは、間に研磨液が供給された上定盤と下定盤とでウエハの両面を研磨して、該ウエハを所定の厚みに研磨加工する際に用いられるキャリアであって、厚みが0.15mm以下の円板状で外縁がギア部となるように形成され、ギア部を介して前記上定盤と前記下定盤との間で自転しながら軸線回りに公転させられるプレートと、該プレートの中心から偏心した位置を中心として該プレートに形成され、前記ウエハを保持する平面視矩形状のウエハ保持孔と、前記プレートの中心と前記ウエハ保持孔の中心とを結ぶ中心線上に中心が位置し、且つ、プレートの外縁とウエハ保持孔とからそれぞれ略等しい距離だけ間が空くように前記プレートに形成された直径15mm以上のメイン逃げ孔と、前記プレートの外縁、前記ウエハ保持孔及び前記メイン逃げ孔からそれぞれ5mm以上間が空き、且つ、前記中心線を挟んで左右対称となるように前記プレートに複数形成された直径10mm以上のサブ逃げ孔と、を備えていることを特徴とする。
その結果、ウエハを所定の厚みに研磨することができる。特に、ウエハ保持孔は、プレートの中心から偏心した位置を中心に形成されているので、自転及び公転中、ウエハは両定盤の広い範囲に均等に接触する。そのため、ムラなく研磨加工することができる。しかも、キャリアは厚みが0.15mm以下であるので、非常に薄い厚みにウエハを研磨加工することができる。
そのため、ウエハ保持孔の形成によるプレートの面内強度の偏りを、メイン逃げ孔とサブ逃げ孔とで調整することができ、プレートの機械的強度バランスを向上することができる。従って、厚みが0.15mm以下のキャリアであっても、研磨加工中に変形や破損する可能性が低く、信頼性の高いキャリアとすることができる。
また、プレートの中心を基準とした場合には、プレートが自転及び公転しているときのサブ逃げ孔の移動軌跡を、偏心を考慮しない単純な移動軌跡とすることができ、両定盤からサブ逃げ孔が外側に露出してしまわないようにするための位置を正確に予測し易い。従って、サブ逃げ孔に入り込んだ研磨液を両定盤の外側に流れてしまうことを規制することが可能となり、研磨負荷のさらなる低減化に繋げることができる。
また、本発明に係るウエハ研磨装置によれば、上記キャリアを利用するので、同様に、より短時間で効率良く研磨作業を行うことができると共に、平坦度が高い高品質なウエハに仕上げることができる。
本実施形態のウエハ研磨装置1は、図1から図3に示すように、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って、キャリア2と、遊星歯車機構3と、上定盤4と、下定盤5と、研磨液供給手段6と、を備えている。
特に、プレート10の中心G1を中心とする仮想円Cであるので、プレート10の自転及び公転中のサブ逃げ孔13の移動軌跡を、偏心を考慮しない単純な移動軌跡とすることができる。よって、両定盤4、5からサブ逃げ孔13が外側に露出してしまわないようにするための位置を正確に予測し易い。従って、上述した位置調整を容易且つ確実に行うことができる。
これらサンギア21及びインターナルギア22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21及びインターナルギア22の回転速度は、それぞれ別々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2は、時計方向に自転しながら、軸線L1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21及びインターナルギア22は、ギア部10aを介してキャリア2に噛合され、該キャリア2を自転させながら軸線L1回りに公転させる上記遊星歯車機構3として機能する。
また、リングプレート26には、複数のパウダーホース28の基端側が固定されている。この際、各パウダーホース28は、溝部25a内に連通した状態で固定されている。これにより、溝部25a内に一旦貯留された研磨液Wは、溝部25aからパウダーホース28内に流れ、パウダーホース28の先端に向かって流れるようになっている。
一方、上定盤4に形成された貫通路4aの内径は、継手29の外径よりも若干大きいサイズとされている。これにより、継手29を貫通路4a内に嵌め込んで嵌合固定できるようになっている。この際、継手29に形成されたストップリング29aが上定盤4の上面に接触するので、継手29は安定に固定されるようになっている。
このように、継手29を介して上定盤4の貫通路4aに固定されたパウダーホース28によって、両定盤4、5の間に研磨液Wを供給することができるようになっている。なお、図1及び図2では、図を見易くするために継手29の図示を省略している。
研磨液槽31には、内部に溜まった研磨液Wを攪拌すると共に、研磨液Wを汲み上げて循環ホース32に循環させるポンプ33が設けられている。そして、循環ホース32は、供給バルブ27に接続された分配器34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27に戻し、パウダーリング25の溝部25a内に供給できるようになっている。
また、回収パン30には、フィルタ36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4、5の間に供給し続けることができるようになっている。
まず、上定盤4を下定盤5から離間するようにポール24に沿って上方に移動させた後、キャリア2のウエハ保持孔11内にウエハSを収納して保持させる。ウエハSを保持した後、ポール24に沿って上定盤4を下降させ、ウエハ保持孔11に保持されたウエハSの両面を上定盤4と下定盤5とで所定の荷重を加えながら挟み込む。これにより、ウエハSは、図1に示すように、両定盤4、5の表面に接着された研磨用パッドPに挟み込まれた状態となる。この際、キャリア2は、一部が両定盤4、5の内周面及び外周面から外側に飛び出して露出した状態となっている。
特に、ウエハ保持孔11は、プレート10の中心G1から偏心した位置を中心G2として形成されているので、自転及び公転中、ウエハSは両定盤4、5の広い範囲に均等に接触する。そのため、ムラなく研磨加工することができる。しかも、キャリア2は厚みが0.15mm以下であるので、非常に薄い厚みにウエハSを研磨加工することができる。
そのため、ウエハ保持孔11の形成によるプレート10の面内強度の偏りを、メイン逃げ孔12とサブ逃げ孔13とで調整することができ、プレート10の機械的強度バランスを向上することができる。従って、厚みが0.15mm以下のキャリア2であっても、研磨加工中に変形や破損する可能性が低く、信頼性の高いキャリア2とすることができる。
よって、ウエハ保持孔11に保持されているウエハSに研磨液Wが十分且つ均一に行き渡り易くなり、研磨負荷を低減させることができる。その結果、研磨速度を上げることができ、より短時間で効率よく研磨作業を行うことができるうえ、ウエハSの平坦度をより高い精度で仕上げて高品質化を図ることができる。
ところで、両定盤4、5の間に供給された研磨液Wは、上定盤4及び下定盤5に接着された研磨用パッドPのナップ層P2に形成された微小開口P3に一時的に保持された状態で研磨に貢献する。また、研磨によって生じたウエハSの微細な研磨加工粉も、微小開口P3に一時的に保持される。そして、これら研磨液W及び研磨加工粉は、研磨用パッドPの接着層P1に形成された溝部P4を通じて流れ、最終的には回収パン30によって回収される。そして、回収パン30によって回収された研磨液W及び研磨加工粉は、フィルタ36を通過した後、研磨液槽31に溜まる。
このように、一度供給した研磨液Wを廃棄して無駄にするのではなく、再度有効利用できるので、研磨液Wに費やすコストの低減化を図ることができる。しかも、フィルタ36を利用して研磨加工粉を除去できるので、常に清浄な研磨液Wだけを安定して供給し続けることができ、高精度な研磨を行うことができる。
圧電振動子40は、図8に示すように、圧電振動片41と、該圧電振動片41を内部に収納するケース42と、圧電振動片41をケース42内に密閉させる気密端子であるプラグ43と、を備えている。
この圧電振動片41は、平行に配置された一対の振動腕部45、46と、該一対の振動腕部45、46の基端側を一体的に固定する基部47と、一対の振動腕部45、46の外表面上に形成されて一対の振動腕部45、46を振動させる第1の励振電極48と第2の励振電極49とからなる励振電極50と、第1の励振電極48及び第2の励振電極49に電気的に接続されたマウント電極51、52とを有している。
なお、上述した励振電極50、引き出し電極54、55及びマウント電極51、52は、例えば、クロム(Cr)と金(Au)との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地として成膜した後に、表面に金の薄膜を施したものである。但し、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロム(NiCr)の積層膜の表面にさらに金の薄膜を積層しても構わないし、クロム、ニッケル、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の単層膜でも構わない。
ステム60は、金属材料で環状に形成されたものである。また、充填材62の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、リード端子61の表面及びステム60の外周には、それぞれ同材料の図示しないメッキが施されている。
まず、圧電振動片41の元となるウエハSを作製するウエハ作製工程について説明する。このウエハ作製工程は、原石を切断してウエハSにすると共に、該ウエハSを複数回研磨しながら最終的に所定の厚み、例えば150μmの厚みに調整する工程である。
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、測定した上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)を用いて約220μmの厚みに切断する(S2)。
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)。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。続いて、図示しない両面ラップ装置によりウエハSの両面をラッピング(粗加工)して研磨する(S4)。このラッピングによって、厚みを約220μmから約180μmまで薄くする。
そして、ポリッシングが終了した後、再び洗浄を行う(S8)。即ち、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、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、N2デシケータにウエハSを保管することが好ましい。
まず、研磨後のウエハSをフォトリソ技術によりエッチングして、複数の圧電振動片41の外形形状をパターニングする外形形成工程を行う(S20)。この工程について、具体的に説明する。
始めに、ポリッシングが終了したウエハSを準備(S20a)した後、図15に示すようにウエハSの両面にエッチング保護膜70をそれぞれ成膜する(S20b)。このエッチング保護膜70としては、例えば、クロム(Cr)を数μm成膜する。次いで、エッチング保護膜70上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、圧電振動片41の周囲を囲むようにパターニングする。そして、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜70を選択的に除去する。そして、エッチング加工後にフォトレジスト膜を除去する。これにより、図16及び図17に示すように、エッチング保護膜70を上述した形状にパターニングすることができる(S20c)。つまり、圧電振動片41の外形形状、即ち、一対の振動腕部45、46及び基部47の外形形状に沿ってパターニングすることができる。またこの際、複数の圧電振動片41の数だけパターニングを行う。なお、図17から図22は、図16に示す切断線C−C線に沿った断面を示す図である。
まず、図19に示すように、エッチング保護膜70上にフォトレジスト膜71をスプレー塗布等により成膜する(S21a)。そして、このフォトレジスト膜71を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、図20に示すように、溝部53の領域を空けた状態で圧電振動片41の外形形状に沿ってパターニングする(S21b)。そして、パターニングされたフォトレジスト膜71をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜70を選択的に除去する(S21c)。そして、エッチング加工後にフォトレジスト膜71を除去する。これにより、図21に示すように、既にパターニングされたエッチング保護膜70を、溝部53の領域を空けた状態でさらにパターニングすることができる。
次いで、ウエハSと圧電振動片41とを連結していた連結部を切断して、複数の圧電振動片41をウエハSから切り離して小片化する切断工程を行う(S24)。これにより、所定の厚みに調整されたウエハSから、励振電極50、引き出し電極54、55及びマウント電極51、52の各電極が形成された圧電振動片41を一度に複数製造することができる。
次いで、ステム60内に、リード端子61及び充填材62をそれぞれセットするセット工程を行う(S26b)。まず、作製したステム60を、図示しない専用の治具にセットした後、予めリング状に焼結された充填材62をステム60の内部にセットすると共に、充填材62を貫通するようにリード端子61をセットする。
このように、下地金属膜及び仕上金属膜からなる金属膜を被膜させることで、インナーリード61aと圧電振動片41との接続を可能にすることができる。また、圧電振動片41の接続だけでなく、ステム60の外周に被膜された金属膜が柔らかく弾性変形する特性を有しているので、ステム60とケース42との冷間圧接を可能にすることができ、気密接合を行うことができる。
なお、バンプ接続する際に、加熱・加圧を行ってマウントしたが、超音波を利用してバンプ接続を行っても構わない。
なお、この工程を行う前に、圧電振動片41、ケース42及びプラグ43を十分に加熱して、表面吸着水分等を脱離させておくことが好ましい。
いずれにしても、平坦度が高い高品質なウエハSを用いることができるので、該ウエハSから製造される製品の高品質化を図ることができる。
S…ウエハ
W…研磨液
G1…プレートの中心
G2…ウエハ保持孔の中心
L1…軸線
L2…プレートの中心とウエハ保持孔の中心とを結ぶ中心線
1…ウエハ研磨装置
3…遊星歯車機構
4…上定盤
5…下定盤
6…研磨液供給手段
2…キャリア
10…プレート
10a…プレートのギア部
11…ウエハ保持孔
12…メイン逃げ孔
13…サブ逃げ孔
Claims (3)
- 間に研磨液が供給された上定盤と下定盤とでウエハの両面を研磨して、該ウエハを所定の厚みに研磨加工する際に用いられるキャリアであって、
厚みが0.15mm以下の円板状で外縁がギア部となるように形成され、ギア部を介して前記上定盤と前記下定盤との間で自転しながら軸線回りに公転させられるプレートと、
該プレートの中心から偏心した位置を中心として該プレートに形成され、前記ウエハを保持する平面視矩形状のウエハ保持孔と、
前記プレートの中心と前記ウエハ保持孔の中心とを結ぶ中心線上に中心が位置し、且つ、プレートの外縁とウエハ保持孔とからそれぞれ略等しい距離だけ間が空くように前記プレートに形成された直径15mm以上のメイン逃げ孔と、
前記プレートの外縁、前記ウエハ保持孔及び前記メイン逃げ孔からそれぞれ5mm以上間が空き、且つ、前記中心線を挟んで左右対称となるように前記プレートに複数形成された直径10mm以上のサブ逃げ孔と、を備えていることを特徴とするキャリア。 - 請求項1に記載のキャリアにおいて、
前記サブ逃げ孔は、前記プレート又は前記ウエハ保持孔の中心を中心として描かれる仮想円上に中心が位置するように複数形成されていることを特徴とするキャリア。 - 請求項1又は2に記載のキャリアと、
前記ギア部を介して前記キャリアに噛合され、該キャリアを自転させながら前記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環状に形成され、前記キャリアの上下に配置されて、前記ウエハ保持孔に保持された前記ウエハに所定の荷重を加えながら該ウエハを両面から挟み込む上定盤及び下定盤と、
前記上定盤と前記下定盤との間に研磨液を供給する研磨液供給手段と、を備えていることを特徴とするウエハ研磨装置。
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