JP5007527B2 - ウェーハ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの研磨加工を行う際に用いられるワークキャリア及び両面研磨機に関わり、特に研磨加工時のワークの平行度を高めるのに好適なものである。

従来から研磨面が互いに平行となるように配設された上定盤及び下定盤を備え、上定盤と下定盤との間に薄片状のワークを挟み込んだ状態で遊離砥粒（研磨剤）を含むスラリ（泥漿）を供給しつつ相対回転させることで、ワークの両面に研磨加工を施す両面研磨機が知られている。
このような両面研磨機では、上定盤と下定盤との間でワークを保持するために薄板状のワークキャリアが用いられている。ワークキャリアは、その一部に設けられた保持穴内にワークを納めた状態でワークと共に上定盤と下定盤との間に挟み込まれ、研磨加工時にワークの表面両面が常に上定盤及び下定盤の研磨面により同時に摺接されるように保持している。また前記したような両面研磨機は、ガラスや半導体の研磨加工だけでなく、水晶振動子などの各種水晶デバイスに用いられる水晶基板の研磨加工にも広く利用されている。

なお、先行文献としては、特許文献１にウェーハ毎のチップ全体の歩留まりを最大にするために、シリコンウェーハの面内でのチップ取得位置の検討、決定方法が開示されている。
特開平１１−１５００４５号公報

ところで、両面研磨機を使用してワークのラッピング或いはポリッシュを行う場合は、ワークの平行度及び平面度を高精度に保つ必要がある。特に、ワークが水晶振動子用の水晶チップに使用する水晶ウェーハの場合、平行度が悪いと、つまりウェーハの厚みにムラがあると、ウェーハを水晶チップに分割したときにチップの厚みが揃わないため、チップ毎の周波数のバラツキが大きくなり、周波数調整工程における周波数調整の負担が増すという欠点があった。このため、水晶振動子用の水晶ウェーハでは、平行度の規格として０．１５μｍ以下のものが求められているが、現状の両面研磨機では、かかる平行度の規格
を満足することが非常に困難であった。

そこで、本発明は上記した点を鑑みたものであり、研磨加工時のワークの平行度を高めることができるウェーハ製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のウェーハ製造方法は、両面研磨機と、円形状の３つの保持穴が形成された円盤状のキャリア本体を用意し、前記両面研磨機に前記キャリアを配置し、前記保持穴にはウェーハを収納して研磨を行なうウェーハ製造方法であって、前記キャリア本体の歯底円直径をＤｃ（ｍｍ）、前記保持穴の内径より僅かに小さい前記ワークの外径をＤｗ（ｍｍ）としたときに、前記キャリア本体の歯底円直径Ｄｃと前記ワークの外径Ｄｗとの関係が、Ｄｗ＜０．４２×Ｄｃ−８．７ｍｍ（但し、Ｄｗ＞０）を満たすようにした。
本発明のように構成すれば、ワークキャリアの各保持穴内に保持されているワークにかかる圧力と、各保持穴内のワーク全体の累積移動量をほぼ均等に保つことが可能になる。これにより、本発明のワークキャリアを用いてラッピングやポリッシングといった研磨加工を行えば、研磨加工時における各ワークの厚みムラを抑制できるので、各ワークの平行度を高めることができる。

また本発明のウェーハ製造方法において、使用するワークキャリアは、キャリア本体の外径Ｄｃとワークの外径Ｄｗとの関係が、０．３３×Ｄｃ−７．４ｍｍ＜Ｄｗ（但し、Ｄｗ＞０）を満たすようにした。このように構成すると、比較的柔らかい研磨パッドによりポリッシングを行った場合でも、研磨パッドがワークの間に沈み込まないので、ワークの面ダレを防止することができる。

また本発明のウェーハ製造方法において、使用するワークキャリアは、３つの保持穴の中心を円盤状のキャリア本体の中心から等距離の円周上に位置するようにした。このように構成すると各保持穴内のワーク全体の累積移動量をさらに均等に保つことができるので、各ワークの平行度をさらに高めることができる。

また本発明のウェーハ製造方法において、使用するワークキャリアは、３つの保持穴を、ワークキャリアの中心に対して等角度に配置するようにした。このように構成すると各保持穴内のワークに対して均等に荷重が加われるので各ワークの平行度をさらに高めることができる。

また、本発明のウェーハ製造方法では、ワークとして水晶ウェーハを用いるようにすれば、水晶振動子用の平行度の規格を満足した水晶ウェーハを容易に作製することができる。

また、本発明のワークキャリアでは、ワークキャリアの外径を汎用的に使用されている約１５０ｍｍとすることで、従来から使用している両面研磨機において利用することができる。

また、本発明のウェーハ製造方法において、使用する両面研磨機は、上定盤と、下定盤と、上定盤と下定盤との間に、ワークを保持したワークキャリアを挟んでワークの表裏両面を同時に研磨する両面研磨機であって、このようなウェーハ製造方法によりワークのラッピングやポリッシングといった研磨加工を行えば、研磨加工時における各ワークの厚みムラが抑制することができるので各ワークの平行度を高めることができる。

本発明の実施形態について説明する前に本発明に至った背景について説明しておく。
本発明者は、研磨加工時のワークの平行度を高めるにはどうしたらよいか鋭意検討を行った結果、プレストンの法則に着目した。プレストンの法則によれば、通常のラッピング、ポリッシングにおける研磨量は、ワークと工具の相対速度、圧力、時間に比例することが知られている。即ち、ワークの研磨量をΔＶ、圧力をｐ、相対速度ｖ、時間をｔとした場合、ワークの研磨量ΔＶは、ΔＶ＝ｋ・ｐ・ｖ・ｔ（ｋは係数）と表すことができることが知られている。
そこで、本発明者は、両面研磨機において水晶ウェーハを両面研磨する際に、両面研磨機を如何に構成すれば、プレストンの法則に満たす条件が実現できるか検討を行った結果、以下のようにワークと、そのワークを保持するワークキャリアを作製すれば、研磨加工時においてワークの平行度を高める、即ち平行度を維持できることを見出した。

ここで、先ず、水晶ウェーハの研磨する際に利用される一般的なワークキャリアの構成を図６により説明しておく。
この図６に示すワークキャリア５０は、極薄で円板状の金属からなるキャリア本体５１と、このキャリア本体５１の外周部に設けられた複数本の突起部５２と、キャリア本体５１の径方向中程に設けられて夫々矩形状を成す複数の保持穴５３と、中央部に設けられて円形状を成す中央穴５４とにより構成される。このように構成されるワークキャリア５０を用いて水晶ウェーハ等のワーク６０のラッピング或いはポリッシュを行う場合は、キャリア本体５１の保持穴５３にワーク６０を収納した状態で、この図には示していない上定盤及び下定盤の研磨面により研磨を行うようにしていた。

以下、このようなワークキャリアの一般的な構成を踏まえたうえで、本発明のワークキャリアの実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る両面研磨機用のワークキャリアの構成を示した平面図である。
この図１に示す本実施形態のワークキャリア１は、両面研磨機によってワークを研磨加工する際にワークを保持するワークキャリアであり、円盤状のキャリア本体２が極薄のスチール鋼により形成されている。なお、キャリア本体２の材質は、スチール鋼に限らず、ステンレス鋼、塩化ビニル樹脂、ガラスエポキシ樹脂などを用いて構成することも可能である。キャリア本体２の中央部には中央穴５が形成されている。またキャリア本体２の外周部には複数本の突起（歯）３が設けられている。

そして、本実施形態のワークキャリア１においては、キャリア本体２に円形状の３つの保持穴４を形成し、研磨加工時には、この保持穴４内に円形状のワーク２０を収納して両面研磨を行うようにした点に特徴がある。
通常、水晶振動子などに用いられる水晶ウェーハは、結晶軸に対してどれだけ正確に切り出せるかが重要になるため、その形状は矩形状とされる。このため、図６に示したワークキャリア５０では、水晶ウェーハなどのワーク６０を保持する保持穴５３の形状がワークの形状に合わせた矩形状のものが多い。しかし、図６に示すようにワーク６０及びワーク６０を保持する保持穴５３の形状を矩形にした場合は、研磨加工時にワーク６０が保持穴５３内において自由に回転することができないので、保持穴４内のワーク６０はキャリア本体５１の中心側の面と外周側の面の間で移動する累積移動量が異なることになる。この結果、ワーク６０に厚みムラが発生していた。
そこで、本実施形態では、図１に示すようにキャリア本体２に円形状の保持穴４を形成し、この保持穴４内に円形状のワーク２０を収納するようにした。このようにワーク２０及びワーク２０を保持する保持穴４の形状を円形にした場合は、保持穴４内においてワーク２０が自由に回転できるのでワーク２０の厚みムラを低減できることが分かった。

なお、ワークキャリア１の保持穴４を円形状にすれば、ワークの形状が矩形の場合でもワークは保持穴４内を自由に動くことができるが、この場合はワークの厚みが薄くなるとワークの角が欠けたり、或いはワークが薄くなくてもワークに大きな圧力が加わった場合、例えば比較的柔らかいパッドを押しつけて研磨を行うポリッシング加工を行った場合はワークに欠けが発生するため好ましいものではない。
また、本実施形態のワークキャリア１においては、キャリア本体２に形成する保持穴４の数を３個に限定したことで、各保持穴４内のワーク２０に対して均等に加重（圧力）がかかるようにした。キャリア本体２に保持されるワークの数が２つ以下であると、上定盤および／または下定盤がワークに対して傾いた状態で研磨加工されやすくなり、研磨加工後のワーク面内に厚みムラが生じやすくなる。また、キャリア本体２に保持されるワークの数が４つ以上であると、主に厚みの大きいワーク３つに研磨加工時の圧力が分散してしまい、それよりも薄いワークには研磨加工時の圧力が伝わりにくくなるので、研磨加工後のワークに厚み寸法の個体差が生じやすくなってしまう。キャリア本体２に保持されるワークの数が３つであれば、ワーク面内の厚みムラの原因となる研磨加工時の上定盤および
下定盤の傾きも防ぐことができ、個々のワークにかかる研磨加工時の圧力も一定に保ちやすくなる。
さらに、本実施形態のワークキャリア１においては、キャリア本体２の外径をＤｃ（ｍｍ）、保持穴４の内径より僅かに小さいワーク２０の外径をＤｗ（ｍｍ）としたときに、キャリア本体２の外径Ｄｃと、ワーク２０の外径Ｄｗとの関係が、０．３３×Ｄｃ−７．４ｍｍ＜Ｄｗ＜０．４２×Ｄｃ−８．７ｍｍ（但し、Ｄｗ＞０）を満たすようにした点に特徴がある。なお、キャリア本体２の外径Ｄｃは、図１に示すようにキャリア本体２の外周部の突起（歯）３を含まない寸法である。

このようなキャリア本体２の外径Ｄｃと、ワーク２０の外径Ｄｗとの関係は、図２に示すように、本発明者がシミュレーションによりキャリア本体２の外径に対するワーク２０の最大外径値を求め、この最大外径値から求めた最大外径近似式Ｄｗ＿ｍａｘ（Ｄｗ＿ｍａｘ＝０．４２×Ｄｃ−８．７ｍｍ）と、キャリア本体２の外径に対するワーク２０の最小外径値を求め、この最小外径値から求めた最小外径近似式Ｄｗ＿ｍｉｎ（Ｄｗ＿ｍｉｎ＝０．３３×Ｄｃ−７．４ｍｍ）とに基づいて決定されるものである。
この時、キャリア本体２の外径に対するワーク２０の最大外径値は、キャリア本体２の強度に基づいて決定される。一方、キャリア本体２に対するワーク２０の最小外径値は、ワーク２０の面ダレを防止する観点から決定される。

ここで、ワークの面ダレについて説明しておく。
両面研磨機では、研磨面の圧力がワーク２０に対してのみ加わるため、ポリッシュ加工を行うために研磨面に比較的柔らかい研磨パッド１３を取り付けた場合、図３（ａ）に示すようにワーク２０間の距離が適正に保たれている場合は問題ない。これに対して、図３（ｂ）に示すようにワーク２０間の距離が広がった場合は、研磨パッド１３がワーク２０間に沈み込んでしまい、ワーク２０の両側だけが必要以上にポリッシングされて面ダレが発生する。

そこで、本実施形態のワークキャリア１では、キャリア本体２の外径Ｄｃと、ワーク２０の外径Ｄｗとの関係が、０．３３×Ｄｃ−７．４ｍｍ＜Ｄｗ＜０．４２×Ｄｃ−８．７ｍｍ（但し、Ｄｗ＞０）を満たすようにしている。
従って、本実施形態のようにワークキャリア１を構成すれば、キャリア本体２の保持穴４にワーク２０を納めて両面研磨機によってワークの研磨加工を行った際に、各保持穴４のワーク２０にかかる圧力と、各保持穴４内のワーク２０全体の累積移動量をほぼ均等に保つことができる。これにより、本実施形態のワークキャリア１を用いてラッピングやポリッシングといった研磨加工を行えば、研磨加工時における各ワークの厚みムラを抑制できるので各ワークの平行度を高めることができる。

また、本実施の形態のワークキャリアを用いて、比較的柔らかい研磨パッド１３によりポリッシングを行った場合でも、研磨パッド１３がワーク２０の間に沈み込まないので、ワーク２０の面ダレを防止することができる。
さらに、本実施形態のワークキャリア１では、３つの保持穴４の中心を、キャリア本体２の中心から等距離の円周上に位置するようにした。つまり、キャリア本体２上に保持穴４に偏心配置しないようにした。このように構成すると、各保持穴４内のワーク２０全体の累積移動量をさらに均等に保つことができるので、各ワーク２０の平行度をさららに高めることができる。

ここで、本発明の実施例として、汎用的に使用されている外形が６インチ規格のワークキャリアに本発明を適用した場合、前記したキャリア本体２の外径Ｄｃとワーク２０の外径Ｄｗとの関係から、例えばワーク２０の外径は約４５．８ｍｍ、このワーク２０の外径より僅かに大きい保持穴４の直径は約４６．０ｍｍとなる。そして、このように構成したワークキャリア１を用いて厚さ６０μｍの水晶ウェーハのラッピング及びポリッシングを行った場合、水晶ウェーハの平行度を、水晶振動子用の水晶ウェーハの規格である０．１５μｍ以下に高めることができた。

図４は、本実施形態のワークキャリア１を両面研磨機による研磨加工に用いた様子を示した図である。なお、図４は、両面研磨機の上定盤及び下定盤を省略して示した図である。また、図５は、図４に示した両面研磨機の上定盤及び下定盤を加えたＸ−Ｘ断面を示した図である。なお、ワークキャリア１及びワーク２０は、上定盤１１及び下定盤１２に比べて無視できるほど薄いが、図５では説明を分かり易くするためにワークキャリア１を厚くして示している。
これらの図４、図５に示すように、上定盤１１及び下定盤１２は、夫々の研磨面に研磨パッド１３が貼り付けられた同程度の寸法を備えた円板状部材によって構成されており、それらの研磨面が互いに平行となるように同軸に配設されている。また、上定盤１１と下定盤１２との間には、例えば３枚のワークキャリア１とセンターギヤ１４及びリングギヤ１５とにより遊星歯車を構成している。

このように構成される両面研磨機１０による研磨加工に際して、各ワークキャリア１は複数の保持穴４の夫々にワーク２０を収納した状態で、センターギヤ１４及びリングギヤ１５の間に嵌め入れられて、上定盤１１と下定盤１２との間に挟み込まれる。そして、例えば研磨剤を供給しつつ上定盤１１及び下定盤１２をそれらの軸心まわりにワークキャリア１に対して相対回転させ、且つ、センターギヤ１４又はリングギヤ１５をその軸心まわりに回転させることで、ワーク２０の両面が上定盤１１及び下定盤１２夫々に備えられた
研磨パッド１３の表面に摺接させられてワーク２０の両面に研磨加工を施すようにしている。このとき、センターギヤ１４、リングギヤ１５、及び下定盤１２は、同じ方向に回転し、上定盤１１だけが反対方向に回転することになる。また下定盤１２をワークキャリア１より速く回転させると共に、上定盤１１をワークキャリア１より遅く回転させることで、ワーク２０に対する上定盤１１及び下定盤１２の相対速度を均一に保つようにしている。

このように構成される両面研磨機１０に対して本実施形態のワークキャリア１を適用し、水晶基板などのワーク２０に対してラッピングあるいはポリッシングを行うようにすれば、各ワークに厚みムラが生じるといったことなく、各ワークの平行度を高めることができる。

本発明の実施形態に係る両面研磨機用のワークキャリアの構成を示した平面図である。 キャリアの外径Ｄｃとワークの外径Ｄｗとの関係を示した図である。 ワークの面だれの説明図である。 本実施形態のワークキャリア１が両面研磨機による研磨加工に用いられる様子を示した図である。 図４に示した両面研磨機に上定盤及び下定盤を加えたＸ−Ｘ断面を示した図である。 従来の両面研磨機用のワークキャリアの平面図である。

１…ワークキャリア、２…キャリア本体、３…突起、４…保持穴、５…中央穴、１０…
両面研磨機、１１…上定盤、１２…下定盤、１３…研磨パッド、１４…センターギヤ、１
５…リングギヤ、２０…ワーク

Claims (5)

1. 両面研磨機と、円形状の３つの保持穴を有している円盤状のキャリア本体を用意し、
   前記両面研磨機に前記キャリア本体を配置し、
   前記保持穴にはウェーハを収納して研磨を行なうウェーハ製造方法であって、
   前記キャリア本体の歯底円直径をＤｃ（ｍｍ）、前記保持穴の内径よりも小さい前記ウェーハの外径をＤｗ（ｍｍ）としたときに、前記キャリア本体の歯底円直径Ｄｃと前記ウェーハの外径Ｄｗとの関係が、
   ０．３３×Ｄｃ−７．４ｍｍ＜Ｄｗ＜０．４２×Ｄｃ−８．７ｍｍ（但し、Ｄｗ＞０）
   を満たすことを特徴とするウェーハ製造方法。
2. 前記３つの保持穴の中心が、前記キャリア本体の中心から等距離の円周上に位置していることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ製造方法。
3. 前記３つの保持穴が、前記キャリア本体の中心に対して等角度に配置していることを特徴とする請求項１又は２に記載のウェーハ製造方法。
4. 前記ワークが水晶ウェーハであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のウェーハ製造方法。
5. 前記キャリア本体の外形が６インチ規格であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のウェーハ製造方法。

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