JP5808201B2 - 砥粒埋め込み装置、ラッピング装置及びラッピング方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ、磁気ヘッド、電子部品、光学部品等の各種被加工物の研磨に使用される研磨定盤の上面に砥粒を埋め込む砥粒埋め込み装置、その砥粒埋め込み装置を備えたラッッピング装置、及びそのラッピング装置を使用して被加工物のラッピングを行うラッピング方法に関する。

半導体デバイス、磁気ヘッド、電子部品、光学部品等の製造工程においては、被加工物の表面がラッピング装置によって研磨される。そして、研磨された被加工物の表面にＬＳＩ等のデバイスが形成されたり、当該表面が光学面として使用されたりする。

被加工物の表面の研磨に用いられるラッピング装置は、回転可能に支持された研磨定盤と、定盤の表面に砥粒（遊離砥粒）を含む砥液を供給する砥液供給手段と、被加工物を保持し定盤の表面に接触させる被加工物保持部材とを備えている。そして、定盤を回転させるとともに、砥粒を含む砥液を定盤と被加工物との間に供給しながら、被加工物保持部材によって保持された被加工物を定盤に押しつけることにより、被加工物の研磨加工を実施する。また、特に研磨された面に高い品質が求められる場合には、仕上げ工程として、当該研磨加工の終了前の一定の時間に、砥粒を含まない砥液を供給しながら研磨を行い、遊離砥粒により被加工物にできた傷やダメージを低減させる。

しかし、被研磨面に硬度の異なる部分を有した被加工物では、砥粒を含有する砥液を用いて研磨加工を施すと、硬度の低い部分が硬度の高い部分よりも先に研磨されるために、砥液中の砥粒が硬度の低い部分に集中して局所的に過度に研磨が施されてしまうという問題がある。そこで、砥粒を定盤に埋め込み、埋め込まれた砥粒の一部が露出した状態の研磨定盤を用いて研磨を行う方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。かかる研磨方法は、被加工物に高い面性状が求められる場合に特に有用となる。

砥粒が埋め込まれた研磨定盤を形成するには、例えば錫からなる研磨定盤に砥粒を含む潤滑剤（砥液）を塗布するとともに、押圧部材で研磨定盤を潤滑剤とともに所定の力で押圧しながら押圧部材と研磨定盤とを摺動させることで、潤滑剤に含まれる砥粒を研磨定盤に埋め込んでいた（特許文献１参照）。

このように遊離砥粒を含まない砥液のみを使用して研磨加工を実施するためには，研磨加工に先んじて定盤に砥粒を埋め込んだり、定盤に埋め込まれた砥粒が徐々に磨耗して研磨機能が低下するのを回避するために定期的に定盤に砥粒を埋め込む作業を実施したりする必要がある。

ところが、研磨定盤の表面に十分な数の砥粒を埋め込むには非常に長い時間がかかるという問題がある。そこで、砥粒を定盤に埋め込む時間を短縮すべく、押圧部材に超音波振動を付与できる研磨定盤の製造装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平７−２９９７３７号公報 特開２００８−２３８３９８号公報

しかし、特許文献２に記載されたような従来の研磨定盤の製造装置では、押圧部材と研磨定盤との間に効率よく砥液を供給するために、押圧部材には溝が形成されている。このため、押圧部材に超音波振動を付与しながら砥粒の埋め込みを行うと、研磨定盤の表面に均一に砥粒が埋め込まれず、局所的に砥粒が過度に埋め込まれた領域や埋め込まれない領域が発生してしまうという問題が生じた。本出願人は、鋭意研究の結果、かかる砥粒の埋め込みばらつきが、押圧部材で押圧されている砥液の流体圧力ばらつきに起因することを見出した。すなわち、押圧部材には溝が形成されているため、摺動方向に対する各押圧面の長さが互いに異なる。そのため、くさび効果によって摺動方向に発生する流体圧力にばらつきが生じ、砥粒の埋め込みばらつきが生じる。

特に、超音波の強度を上げていくと、部分的にキャビテーションが発生し，定盤表面がダメージを受ける。これを避けるために、超音波強度を上げたいにもかかわらず、キャビテーションを生じる値よりも小さい強度の超音波強度を使用せざるをえない。したがって、砥粒の埋め込みの効率を上げることは困難である。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、砥粒の埋め込みばらつきを抑制しつつ、研磨定盤に効率よく砥粒を埋め込むことを目的とする。

第一の発明は、研磨定盤を押圧する押圧手段を少なくとも備え、研磨定盤の表面に砥粒を含む砥液を供給しつつ押圧手段で砥液を介して研磨定盤を押圧するとともに押圧手段と研磨定盤とを摺動させて砥液に含まれる砥粒を研磨定盤の表面に埋め込む砥粒埋め込み装置に関し、押圧手段は、複数の押圧部材と、複数の押圧部材の上方に配設され複数の押圧部材を研磨定盤に押しつける錘部材と、複数の押圧部材にそれぞれ超音波を付与する超音波振動子と、を有し、砥粒埋め込み装置は、超音波振動子に電力を供給する電力供給手段を備え、複数の押圧部材のそれぞれは、複数の円盤状の押圧チップが配設された押圧面を有することを特徴とする。

第一の発明においては、押圧部材を研磨定盤の使用領域から突出しない位置に配置することが望ましい。

第二の発明は、被加工物を研磨する研磨面を有し回転可能に支持された研磨定盤と、研磨定盤を回転させる回転駆動手段と、研磨定盤の研磨面に対面した被加工物を保持する保持面を有し、被加工物を研磨定盤に当接させた状態に保持する被加工物保持手段と、研磨定盤の表面に、砥粒を含む砥液と砥粒を含まない砥液とを選択的に供給する砥液供給手段と、砥液供給手段によって研磨定盤の表面に供給された砥粒を含む砥液を介して研磨定盤を押圧するとともに押圧手段と研磨定盤とを摺動させて砥液に含まれる砥粒を研磨定盤の表面に埋め込む砥粒埋め込み装置と、を備え、砥粒埋め込み装置は、複数の押圧部材と、複数の押圧部材の上方に配設され複数の押圧部材を研磨定盤に押しつける錘部材と、複数の押圧部材にそれぞれ超音波を付与する超音波振動子と、を有し研磨定盤を押圧する押圧手段と、超音波振動子に電力を供給する電力供給手段と、を備え、複数の押圧部材のそれぞれは、複数の円盤状の押圧チップが配設された押圧面を有するラッピング装置に関する。

第三の発明は、上記第二の発明のラッピング装置を用いて被加工物保持手段に保持された被加工物をラッピングするラッピング方法に関し、砥粒を含む砥液を研磨定盤の表面に供給しながら、押圧手段で砥粒を含む砥液を介して研磨定盤を押圧するとともに押圧手段と研磨定盤とを摺動させて砥液に含まれる砥粒を研磨定盤の表面に埋め込むとともに、被加工物保持手段に保持された被加工物と研磨定盤とを摺動させて被加工物の面をラッピングする第一のラッピング工程と、第一のラッピング工程の後に、砥粒を含まない砥液を研磨定盤の表面に供給しながら、被加工物保持手段に保持された被加工物と研磨定盤とを摺動させて被加工物の面をラッピングする第二のラッピング工程とからなる。

第三の発明においては、第一のラッピング工程と第二のラッピング工程との間に、研磨定盤を洗浄するクリーニング工程を遂行することができる。また、被加工物としては、例えば、サファイア、SiC、GaN、AlN等がある。

第一の発明の砥粒埋め込み装置では、押圧部材が、複数の円盤状の押圧チップが配設された押圧面を有するため、押圧手段と研磨定盤との相対摺動方向に対して各押圧面を互いに同じ長さとすることができる。したがって、超音波振動を使用して砥粒の埋め込みを促進しつつ、流体応力のばらつきを抑えることができ、研磨定盤に対する砥粒の埋め込みばらつきを抑制することができる。

また、押圧部材を研磨定盤の使用領域から突出しない位置に配置することにより、超音波振動によって生じる圧力の分布が均一となり、キャビテーションが生じないため、研磨定盤の表面がダメージを受けるのを回避することができる。

第二の発明のラッピング装置では、砥粒を含む砥液と砥粒を含まない砥液とを使用することができ、押圧手段と被加工物保持部材とを保持できるため、砥粒埋め込み装置としての機能とラッピング装置としての機能を併せ持つことができる。また、被加工物をラッピングする際には、砥粒を含む砥液と砥粒を含まない砥液とを選択して使用することができるため、ラッピングを行いながら研磨定盤に砥粒を埋め込むことができ、また、必要に応じて遊離砥粒を使用するラッピングと遊離砥粒を使用しないラッピングとを使い分けることができる。

第三の発明のラッピング方法では、砥粒を含む砥液を用いて被加工物の面をラッピングする第一のラッピング工程の後に、砥粒を含まない砥液を用いて被加工物の面をラッピングする第二のラッピング工程を遂行するため、第一のラッピング工程において研磨定盤に砥粒が埋め込まれる。そして、第二のラッピング工程では、埋め込まれた砥粒を含む研磨定盤によってラッピングが行われるため、研磨効率を向上させることができる。

また、第一のラッピング工程と第二のラッピング工程との間で研磨定盤を洗浄するクリーニング工程を遂行すると、遊離砥粒に起因して被加工物に生じる傷やダメージを低減することができる。

砥粒埋め込み装置の一例を示す斜視図である。 押圧手段の第一例を示す分解斜視図である。 押圧手段の第一例を示す断面図である。 押圧手段に備えた押圧チップの一例を示す底面図である。 砥粒埋め込み装置を構成するロータリー支持手段の一例を示す斜視図である。 押圧部材と研磨定盤との位置及び大きさの関係を示す説明図である。 砥粒埋め込み時における押圧手段と研磨定盤との相対摺動方向を示す説明図である。 従来の押圧手段と研磨定盤との位置及び大きさの関係を示す説明図である。 押圧チップの第二の例を示す底面図である。 押圧チップの第三の例を示す底面図である。 押圧チップの第四の例を示す底面図である。 押圧手段の第二例を示す分解斜視図である。 押圧手段の第二例を示す断面図である。 押圧手段の第二例を構成する押圧部材の例を示す底面図である。 押圧部材と研磨定盤との位置及び大きさの関係を示す説明図である。 ラッピング装置の一例を示す斜視図である。 ラッピング方法１の手順を示すフローチャートである。 ラッピング方法２の手順を示すフローチャートである。 ラッピング方法３の手順を示すフローチャートである。 ラッピング方法２及びラッピング方法３による加工能率を示すグラフである。

１ 砥粒埋め込み装置の構成
図１に示す砥粒埋め込み装置１においては、装置ハウジング２において、円盤上に形成された研磨定盤３が回転可能に支持されている。研磨定盤３は、錫等の金属材料によって形成されており、その下部には回転軸３１が連結されている。回転軸３１の下端には回転駆動手段としてのモータ３２が連結されており、モータ３２に駆動されて研磨定盤３が回転する構成となっている。研磨定盤３の中心部には中心穴３３が形成され、その周囲のリング上に形成された部分の表面（上面）３０が、実際に砥粒が埋め込まれ研磨が行われる領域である使用領域３４となっている。

装置ハウジング２の前部には、研磨定盤３の表面３０に対して砥液４０を供給する砥液供給手段４が配設されている。砥液４０には、砥粒４０ａを含ませることができ、また、砥粒４０ａを含ませないようにすることもできる。

砥液供給手段４は、例えば粒径が０．０２〜１μｍのダイヤモンド砥粒等の砥粒を含む砥液を収容する第一の砥液タンク４１と、第一の砥液タンク４１に収容された砥粒を含む砥液を研磨定盤３の上面３０に向けて噴出するノズル４３ａと、第一の砥液タンク４１の砥液をノズル４３ａに送給する第一のポンプ４２と、砥粒が含まれない砥液を収容する第二の砥液タンク４４と、第二の砥液タンク４４に収容された砥粒が含まれない砥液を研磨定盤３の上面３０に向けて噴出するノズル４３ｂと、第二の砥液タンク４４の砥液をノズル４３ｂに送給する第二のポンプ４４ａと、第一のポンプ４２と第二のポンプ４４ａの稼動を制御するコントローラ４５と、を備えている。したがって、砥液供給手段４は、研磨定盤３の表面３０に対し、砥粒を含む砥液と砥粒を含まない砥液とを選択的に供給することができる。

研磨定盤３の上方には、研磨定盤３に砥粒を埋め込むための押圧力を加える押圧手段６が配設されている。この押圧手段６は、図２に示すように、研磨定盤３に砥粒を埋め込むための複数（図示の例では３つ）の押圧部材６０と、押圧部材６０の上方に配設され押圧部材６０を研磨定盤に押しつける錘部材６３と、押圧部材６０に超音波を付与して振動させる超音波振動子６５とを備えている。超音波振動子６５には、図３に示すように、電極６５２ａ、６５２ｂが設けられている。

図２に示すように、押圧部材６０には、超音波振動子６５によって振動を与えられる振動体６２を備えている。振動体６２は、その下部に円盤状の支持部６２１を備え、その上方に、支持部６２１の上面から上方に延びる大径の下部振動体６２２と、下部振動体６２２の上端から上方に延びる支持軸６２２ｂとを備えている。支持部６２１の下面は、接着剤によって押圧作用部６１に接着されている。なお、押圧作用部６１をネジと締結ナットとで支持部６２１に取り付けることも可能である。

図２に示すように、下部振動体６２２には、リング状に形成されたウレタン製のゴムリング８が嵌合され、支持部６２１の上に載置される。一方、支持軸６２２ｂには超音波振動子６５が嵌合され、下部振動体６２２の上に載置される。また、超音波振動子６５の上には、支持軸６２２ｂに嵌合した状態で上部振動体６６が載置される。支持軸６２２ｂの上端部には雄ねじ６２２ｃが形成されており、雄ねじ６２２ｃに締結ナット６７を螺合させて締結することにより、超音波振動子６５が支持軸６２２ｂに固定される。このようにして、押圧作用部６１と下部振動体６２２と超音波振動子６５と上部振動体６６とが一体となって振動可能となる。

ゴムリング８は、振動体６２の振動が錘部材６３に伝わらないように絶縁を行う機能を有し、振動体６２の良好な振動を維持する。さらに，ゴムリング８は，図１に示した砥粒埋め込み装置１において砥粒を研磨定盤３に埋め込む作業を行う場合には、弾性変形によって、研磨定盤３の表面と押圧作用部６１の下面である押圧面６１１との間に形成される隙間が押圧面６１１の全面に渡って均一になるように、押圧手段６の姿勢を調整する。

図２に示すように、錘部６３には、押圧部材６０を収容するための収容穴６３３が、押圧部材６０の数と同数形成されている。また、錘部材６３の上面の中心部には、すべての押圧部材６０に共通の電極を連結するための電極端子取付部６３４が突出して設けられており、電極端子取付部６３４の外周面には２個のスリップリング６３５ａ、６３５ｂが配設されている。このように構成された電極端子取付部６３４には、図１に示した交流電力供給手段６９のロータリーコネクタ６９２が嵌合する。そして、電極端子取付部６３４に配設されたスリップリング６３５ａと６３５ｂと、３個の振動体６２にそれぞれ配設された各振動子６５を構成する電極６５２ａ、６５２ｂとを電気的に接続する。

図３に示すように、超音波振動子６５は、環状の圧電体６５１と、圧電体６５１の両側分極面にそれぞれ装着された環状の電極６５２ａ、６５２ｂとからなっている。圧電体６５１は、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PB(Zi,Ti)O3)、リチウムナイオベート(LiNbO3)、リチウムタンタレート(LiTaO3)等の圧電セラミックスによって形成されている。

図４に示すように、押圧手段６を構成する各押圧部材６０においては、各押圧作用部６１に、研磨定盤３に対して押圧力を加える複数の押圧チップ６００を備えている。押圧チップ６００は、それぞれがセラミックスによって円盤状に形成され、押圧面６１１から下方に突出した状態で固定されている。複数の押圧チップ６００は、同径に形成され、その中心が同一円弧上に位置するように等間隔に配置されている。

図１に示すように、研磨定盤３の後方側には、押圧手段６を回転可能に支持するロータリー支持手段５を具備している。ロータリー支持手段５は、押圧手段６を支持する支持手段であり、水平方向に移動可能であり研磨定盤３の上方に向けて水平方向に延びる支持レバー５１を備えている。

図１に示した砥粒埋め込み装置１から押圧手段６を除外して図示した図５に示すように、支持レバー５１の先端には、支持レバー５１から分岐し互いに所定の間隔を持って形成された第一のローラ支持部５１１と第二のローラ支持部５１２とが設けられている。第一のローラ支持部５１１には駆動ローラ５２が回転可能に支持されており、第二のローラ支持部５１２には従動ローラ５３が回転可能に支持されている。また、支持レバー５１には、駆動ローラ５２を回転するための回転駆動手段５４が配設されている。回転駆動手段５４は、電動モータ５４１と、電動モータ５４１の駆動軸と駆動ローラ５２の回転軸を伝動可能に連結する伝動ベルト等を含む伝導連結手段５４２とからなっている。

図１に戻って説明を続けると、砥粒埋め込み装置１は、図３に示した振動子６５の電極６５２ａ、６５２ｂに交流電力を供給する交流電力供給手段６９を具備している。交流電力供給手段６９は、例えば周波数が１６〜１００［kHz］で電圧が２０〜２００［V］の交流電力を出力する。この交流電力供給手段６９から出力される交流電力は、フレキシブルパイプ６９１内に配設された配線（図示せず）およびフレキシブルパイプ６９１の先端に配設されたロータリーコネクタ６９２を介して図３に示したスリップリング６３５ａ、６３５ｂから配線６８２ａ、６８２ｂを介して振動子６５に供給される。

図６に示すように、各押圧部材６０は、研磨定盤３の使用領域３４の上方に位置している。すなわち、使用領域３４の幅３４ａの範囲内に、すべての押圧作用部６１の押圧面６１１が収まった状態となっている。使用領域３４の幅３４ａが例えば１２０ｍｍであるとすると、押圧部材６０の直径は、例えば１１５ｍｍ程度である。また、各押圧部材６０の中心は、錘部材６３の外径と同心の円弧上に位置している。

２ 砥粒埋め込み装置の基本動作
砥粒を定盤３に埋め込むには、図１に示すように、押圧手段６を構成する押圧部材６０を研磨定盤３の表面３０に載置し、錘部材６３の外周面をロータリー支持手段５の駆動ローラ５２と従動ローラ５３とに接触させる。そして、必要に応じて支持レバー５１を矢印Ｘ方向に移動させ、押圧部材６０を使用領域３４の上方に位置させる。なお、押圧手段６の位置が固定されていて移動しない構成としてもよく、その場合は、押圧部材６０が使用領域３４からはみ出ないように押圧部材６０のサイズを適宜設定する。

また、図３に示した電極６５２ａ、６５２ｂに交流電力供給手段６９のロータリーコネクタ６９２を嵌合する。次に、電動モータ３２の駆動により研磨定盤３を矢印３ａで示す方向に例えば３０〜６０［ｒｐｍ］の回転速度で回転させるとともに、砥液供給手段４から砥粒４０ａを含む砥液４０を研磨定盤３の表面３０に供給する。

そして、ロータリー支持手段５を構成する電動モータ５４１の駆動により駆動ローラ５２を矢印５２ａで示す方向に回転させる。そうすると、駆動ローラ５２と錘部材６３の外周面とが接触しているため、押圧部材６０は、矢印６０ａで示す方向に例えば１５〜３０［ｒｐｍ］の回転速度で回転する。このように、研磨定盤３を回転させるとともに押圧部材６０を回転させることにより、研磨定盤３の表面３０に供給された砥粒４０aを含む砥液４０が、押圧作用部６１の押圧面６１１と研磨定盤３の表面３０との間に進入する。

また、交流電力供給手段６９から、超音波振動子６５を構成する電極６５２ａ、６５２ｂに交流電力を印加する。そうすると、圧電体６５１が超音波振動し、押圧作用部６１が上下方向に超音波振動する。

このようにして超音波振動する押圧部材６０の押圧面６１１と研磨定盤３の表面３０との間に上述したように砥粒４０aを含む砥液４０が進入している状態で、押圧手段６と研磨定盤３とを摺動させると、砥液に含まれる砥粒４０ａが押圧部材６０の押圧面６１１によって研磨定盤３の表面３０に押圧され、研磨定盤３の表面３０に砥粒が埋め込まれる。押圧部材６０は、円形の押圧面６１１の全面で砥粒４０ａを押圧するため、研磨定盤３の表面３０に砥粒４０aを効率よく埋め込むことができる。

図１において矢印３ａで示す研磨定盤３の回転方向と、矢印６０ａで示す押圧部材６０の回転方向とは同じ方向であり、研磨定盤３と押圧部材６０との相対的な摺動方向は、図７に示す矢印Ｘ’の方向となる。また、押圧面である押圧チップ６００の下面は、円形に形成されているため、摺動位置によらず、研磨定盤３の表面３０との相対摺動距離が一定となる。このため、研磨定盤３上の位置によらず、研磨定盤３と押圧面６１１との間の砥液４０に生じる圧力は一定となり、流体応力のばらつきを抑制することができる。したがって、研磨定盤３の表面３０全体に対して均一な超音波強度で砥粒４０ａを埋め込むことができ、砥粒の埋め込みばらつきを抑制することができる。また、超音波を使用することで、効率よく砥粒を表面３０に埋め込むことができる。

超音波を与えながら砥粒を研磨定盤３の表面３０に埋め込む際、仮に、図８に示すように、押圧作用部６１’の押圧面６１１’が研磨定盤３からはみ出ていると、超音波振動によって生じる圧力の分布が押圧面６１１’の全面に渡って均一にならず、一部で圧力が極端に高くなってキャビテーションが生じ、そのキャビテーションによって研磨定盤３の表面３０の一部がダメージを受けると考えられる。しかし、図６に示したように、押圧部材６０は、研磨定盤３の使用領域３４から外周側に突出しない位置に配置されているため、超音波振動によって生じる圧力の分布が均一となり、キャビテーションが生じないため、研磨定盤３の表面３０ａがダメージを受けるのを避けることができる。

３ 押圧チップの変更例
押圧部材６０においては、場所による摺動距離が一定となるようにすれば、図４及び図７に示した押圧作用部６１に代えて、例えば図９〜図１１に示す押圧作用部６１ａ〜６１ｃを使用することもできる。図９に示す押圧作用部６１ａは、図４及び図７に示した例よりも、押圧チップ６００を押圧面６１１ａの外周側に位置させ、押圧チップ６００の外周が押圧面６１１の外周と接するようにしている。また、図１０に示す押圧作用部６１ｂは、リング状の押圧チップ６００ｂが等間隔に円弧状に配置されて構成されている。各押圧チップ６００ｂの中心に円形の溝６０１が形成されていることにより、押圧チップ６００ｂの中心付近での最大圧力を低下させることができる。さらに、図１１に示す押圧作用部６１ｃは、各押圧チップ６００ｃが、複数の円形の小径の押圧面６０２を有し、その周囲に浅溝６０３が形成され、この押圧チップ６００ｃが等間隔に円弧状に配置されて構成されている。

４ 押圧手段の構成変更例
図２及び図３に示した押圧手段６に代えて、図１２及び図１３に示す押圧手段６ａを使用することもできる。この押圧手段６ａは、定盤３の表面３０に供給された砥液に含まれる砥粒を押圧するための押圧部材６１ａと、押圧部材６１ａを支持する支持部材７０とを具備している。押圧部材６１ａは、セラミックスによって円盤状に形成されており、その下面に押圧面６１１ａを有し、押圧面６１１ａと反対側の上面に取付面６１２ａを有している。

押圧面６１１ａには、例えば図１４に示すように、円盤状の押圧チップ６００ａが二重の円弧上に配置されている。押圧チップ６００ａは、押圧面６１１ａよりも下方に突出している。

図１２に示すように、支持部材７０は、押圧部材６１ａの取付面６１２ａが接着剤によって装着される支持部７１と、支持部７１から立設した支持軸部７２とを有している。支持部７１は、押圧部材６１ａより大きい外径を有する円盤状に形成されており、外周部には４個のボルト挿通孔７１０が円弧状に等間隔に設けられている。

支持軸部７２は、支持部７１の上面から上方に延びる大径の錘部材遊嵌部７２０と、錘部材遊嵌部７２０の上端から上方に延び錘部材遊嵌部７２０より小径の振動子取付部７２１と、振動子取付部７２１より小径に形成され振動子取付部７２１の上端から上方に延びる電極端子取付部７２２とを備えている。

錘部材遊嵌部７２０の外周側には、ステンレス鋼等の金属材によって環状状に形成された錘部材７３が遊嵌する。錘部材７３は、錘部材遊嵌部７２０に遊嵌する遊嵌孔７３０が中央部に形成され、その下面には支持部７１に設けられた４個のボルト挿通孔７１０と対応する位置に４個の雌ネジ穴７３１が形成されている。このように構成された錘部材７３は、遊嵌孔７３０を錘部材遊嵌部７２０に遊嵌して支持部７１の上面に載置し、支持部７１の下側からボルト挿通孔７１０に締結ボルト６４を挿通して雌ネジ穴７３１に螺合させることにより、支持部７１に装着される。

支持部材７１の振動子取付部７２１には、超音波振動子６５が挿入される。超音波振動子６５は、環状の圧電体６５１と、圧電体６５１の両側分極面にそれぞれ装着された環状の電極６５２ａ、６５２ｂとからなっている。圧電体６５１は、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PB(Zi,Ti)O3)、リチウムナイオベート(LiNbO3)、リチウムタンタレート(LiTaO3)等の圧電セラミックスによって形成されている。このように構成された超音波振動子６５は、支持軸部７２の振動子取付部７２１に嵌合され、錘部材遊嵌部７２０の上面に載置される。このようにして錘部材遊嵌部７２０の上面に載置された超音波振動子６５の上には振動子取付部７２１に嵌合された環状のスペーサー６６が載置される。そして、振動子取付部７２１の上端部に形成された雄ネジ部７２３に締結ナット６７を螺合させることにより、超音波振動子６５が振動子取付部７２１に装着される。

図１３に示すように、電極端子取付部７２２の外周には、２個のスリップリング６８１ａ、６８１ｂが配設されている。このスリップリング６８１ａ、６８１ｂは、超音波振動子６５を構成する電極６５２ａ、６５２ｂに配線６８２ａと６８２ｂを介して接続される。

図１２及び図１３に示した押圧手段６ａにおいても、図１４に示したように、押圧チップ６００ａの下面は円形に形成されているため、摺動位置によらず、研磨定盤３との摺動距離が一定となる。このため、研磨定盤３上の位置によらず、研磨定盤３と押圧部材６１ａとの間の砥液４０に生じる圧力は一定となり、研磨定盤３の表面３０全体に対して均一な超音波強度で砥粒４０ａを埋め込むことができる。

また、図１５に示すように、すべての押圧チップ６００ａが定盤３の使用領域３４の内側に位置しているため、超音波振動によって生じる圧力の分布が均一となり、キャビテーションが生じず、研磨定盤３の表面３０ａがダメージを受けるのを避けることができる。

５ 砥粒埋め込み装置を備えたラッピング装置
図１６に示すラッピング装置９は、図１に示した砥粒埋め込み装置１に被加工物保持手段９０を付加したもので、研磨定盤３に対する砥粒の埋め込みと、研磨定盤３による被加工物の研磨（ラッピング）とを行うことができる。なお、ラッピング装置９において図１に示した砥粒埋め込み装置１と同様に構成される部位には、図１と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略することとする。

被加工物保持手段９０は、円柱状に形成された保持部材９１を備えている。保持部材９１の下面には、被加工物を保持する保持面９１ａを有している。保持面９１ａは、研磨定盤３の研磨面である表面３０と対面しており、保持面９１ａに保持された被加工物を研磨定盤３の表面３０に当接させた状態で保持することができる。

被加工物保持手段９０は、水平方向に移動可能な支持レバー９２を備えている。支持レバー９２の先端には、支持レバー９２から分岐し互いに所定の間隔を持って形成された第一のローラ支持部９２１と第二のローラ支持部９２２とが設けられている。第一のローラ支持部９２１には駆動ローラ９３が回転可能に支持されており、第二のローラ支持部９２２には従動ローラ（図示せず）が回転可能に支持されている。また、支持レバー９２には、駆動ローラ９３を回転するための回転駆動手段９４が配設されている。回転駆動手段９４は、電動モータ９４１と、電動モータ９４１の駆動軸と駆動ローラ９３の回転軸を伝動可能に連結する伝動ベルト等を含む伝導連結手段９４２とからなっている。

６ 被加工物のラッピング
次に、図１６に示したラッピング装置９を用いて被加工物のラッピングをする際のラッピング装置９の動作について説明する。被加工物のラッピング時は、被加工物保持手段９０の保持面９１ａにおいて被加工物、例えばウェーハＷを保持する。このとき、ウェーハＷの被研磨面が研磨定盤３の表面３０と対面するようにする。そして、被加工物保持手段９０を構成する保持部材９１の外周面を、駆動ローラ９３と従動ローラとに接触させ、支持レバー９２を矢印Ｘで示す方向に移動させることにより、ウェーハＷを研磨定盤３の使用領域３４の上方に位置決めする。

こうして、ウェーハＷが位置決めされ、被加工物保持手段９０が駆動ローラ９３と従動ローラとに支持されると、砥液供給手段４から研磨定盤３の表面３０とウェーハＷとの間に砥液を供給しながら、電動モータ３２が定盤３を矢印３ａで示す方向に回転させるとともに、電動モータ９４１が駆動ローラ９３を回転させて保持部材９１を矢印９１ｂで示す方向に回転させる。そうすると、保持部材９１の下面に装着されたウェーハＷは、被研磨面である下面が定盤３の表面３０に埋め込まれた砥粒４０ａ及び砥液によって研磨される。

ラッピング装置９では、目的に応じて砥粒４０aを含んだ砥液と砥粒４０aを含まない砥液とを使い分けることができる。例えば、砥液供給手段４のコントローラ４５によって第一のポンプ４２か第二のポンプ４４ａの何れかを稼働させることで研磨定盤の上面３０に供給する砥液に砥粒４０ａを含ませるか否かを制御することができる。以下では、ラッピング装置９を用いてラッピングを行う手順の例について、図１７〜１９のフローチャートを参照して説明する。

（１）ラッピング方法１
図１７に示すように、最初に、研磨定盤３の表面３０に対して砥粒を埋め込む（ステップＳ１１）。ステップＳ１１においては、押圧部材６０を研磨定盤３の表面３０上に載置し、押圧手段６をロータリー支持手段５によって支持する。一方、被加工物保持手段９０においては、保持部材９１を取り外しておく。

そして、研磨定盤３を矢印３ａで示す方向に回転させるとともに、砥液供給手段４から砥粒４０ａ（遊離砥粒）を含む砥液４０を研磨定盤３の表面３０に供給し、また、駆動ローラ５２を矢印５２ａで示す方向に回転させ、押圧部材６０を矢印６０ａで示す方向に回転させる。また、交流電力供給手段６９から交流電力を印加し、押圧部材６１を超音波振動させる。そうすると、砥粒４０ａを含む砥液４０が、押圧部材６０の押圧面６１１と研磨定盤３の表面３０との間に進入し、砥粒４０ａが研磨定盤３の表面３０に埋め込まれる。なお、砥液４０としては、例えば炭化水素系油、エチレングリコール等を使用する。

前述のように、押圧面である押圧チップ６００の下面が円形に形成されていることにより、研磨定盤３と押圧作用部６１との間の砥液４０に生じる圧力は一定となるため、砥粒の埋め込みばらつきを抑制することができる。

次に、研磨定盤３の上に残存した砥液４０、砥粒４０ａ及び砥液４０に含まれるスラッジ（定盤３及び押圧チップ６００等の加工粉）を取り除くために、例えば研磨定盤３を回転させながら図示しないノズルから高圧の洗浄液を噴出することにより、研磨定盤３を洗浄する。そしてその後、研磨定盤３を回転させながら図示しないノズルから高圧エアを研磨定盤３に噴出して乾燥処理を行う（ステップＳ１２）。

このようにして、研磨定盤３の表面３０に砥粒が埋め込まれ、表面３０が洗浄された状態で、被加工物のラッピングを行う（ステップＳ１３）。ラッピング時は、図１６に示したように、保持部材９１の保持面９１ａにおいて被加工物、例えばウェーハＷを保持する。そして、保持部材９１を駆動ローラ９３と従動ローラとに接触させて支持させ、ウェーハＷを研磨定盤３の表面３０の上に載置し、必要に応じて支持レバー９２をＸ方向に移動させることにより、ウェーハＷを研磨定盤３の表面３０における使用領域３４に位置決めする。

このようにしてウェーハＷが研磨定盤３の使用領域３４に載置されると、砥粒を含まない砥液を砥液供給手段４から研磨定盤３の表面３０とウェーハＷとの間に供給してラッピングを行う。ステップＳ１２における洗浄により、ステップＳ１１で使用され研磨定盤３の表面３０上に残存していた砥粒（遊離砥粒）が除去されているため、研磨時は、遊離砥粒に起因するスクラッチ等の研磨痕がない良好な加工面を得ることができ、ウェーハＷの表面粗さを向上させることができる。

（２）ラッピング方法２
図１８に示すように、最初に、砥粒を含む砥液を使用してウェーハのラッピングを行う。まず、図１６に示したように、ロータリー支持手段５によって押圧手段６７を保持するとともに、被加工物保持手段９０においてウェーハＷを保持した保持部材９１を保持し、押圧手段６及びウェーハＷを研磨定盤３の使用領域３４に載置する。

そして、研磨定盤３を図１６に示した矢印３ａ方向に回転させるとともに、押圧手段６を矢印６０ａ方向に回転させ、保持部材９１を矢印９１ｂ方向に回転させ、研磨定盤３の表面３０と押圧手段６０の押圧面６１１とを摺動させるとともに、当該表面３０とウェーハＷとを摺動させる。このとき、交流電力供給手段６９から交流電力を印加して押圧部材６１を超音波振動させる。また、砥粒４０ａ（遊離砥粒）を含む砥液を砥液供給手段４から研磨定盤３の表面３０とウェーハＷとの間、及び、当該表面３０と押圧手段６の押圧面６１１との間に供給する。そうすると、ウェーハＷが研磨定盤３の表面３０に埋め込まれた砥粒及び砥液供給手段４から供給された砥粒（遊離砥粒）によってラッピングされるとともに、遊離砥粒が押圧手段６によって押圧されて研磨定盤３の表面３０に埋め込まれる（ステップＳ２１、第一のラッピング工程）。

次に、砥粒４０ａを含まない砥液を砥液供給手段４から研磨定盤３の表面３０とウェーハＷとの間に供給し、回転する研磨定盤３０と回転するウェーハＷとを摺動させてウェーハＷの研磨を行う。このときは、交流電力供給手段６９から交流電力を印加して押圧部材６１を超音波振動させてもよいし、超音波振動させなくてもよい。そうすると、ステップＳ２１で使用され研磨定盤３の表面３０上に残存した遊離砥粒と、研磨定盤３の表面３０に埋め込まれた砥粒（固定砥粒）とによって研磨が行われるため、洗浄により遊離砥粒を除去する上記ラッピング方法１と比べて、研磨効率が向上する（ステップＳ２２、第二のラッピング工程）。

この方法は、この後にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等によるさらなる仕上げ工程がある場合や、前記固定砥粒のみによるラッピングの方法を採用するほどウェーハに高い品質が要求されない場合に効果的な方法であり、ＣＭＰの加工時間を短縮することができ、小さな砥粒によるラッピング工程を追加しなくても遊離砥粒による研磨よりも高い品質の加工面を得ることができ、工程コストを低減することができるという利点がある。

（３）ラッピング方法３
上記ラッピング方法２では、ステップ２２において遊離砥粒による研磨を行うため、ウェーハＷの加工面に、遊離砥粒に起因する傷やダメージが生じうる。そこで、かかる傷やダメージを低減させたい場合は、図１９に示すように、砥粒を含む砥液によるラッピング（ステップＳ３１、第一のラッピング工程）と砥粒を含まない砥液によるラッピング（ステップＳ３３、第二のラッピング工程）との間に、研磨定盤３の表面３０を洗浄するクリーニングを行う（ステップＳ３２）。クリーニング工程は、砥粒を含まない液を研磨定盤３の表面３０に吹き付ける方法、ウェスや多孔質の研磨パッドを研磨定盤３の表面３０に押しつける方法、ゴム製のワイパーで残留物を研磨定盤３の外に排除する方法等があり、求められる品質に応じて選択すればよい。クリーニングを実施すると、遊離砥粒の排出が促進されるため、ステップＳ３３の研磨効率は、ステップＳ２２よりも低下するが、ウェーハＷの加工品質は向上する。なお、ステップＳ３１はステップＳ２１と同様の方法によって実行し、ステップＳ３３はステップＳ２２と同様の方法によって実行する。

以上のように、ラッピング方法２及びラッピング方法３では、砥粒を含まない砥液を供給しながら行うラッピングにおいて、加工効率の低下を抑制することができるため、遊離砥粒の影響を受けない加工によって除去できる部分の体積が増加する。すなわち、遊離砥粒を使用したラッピング時の研磨痕を除去することができる面積が増加する。したがって、ウェーハ形状の被加工物については、その直径を大きくすることができる。特に、サファイア、SiC（炭化ケイ素）、GaN(窒化ガリウム)、AlN（窒化アルミ）等の硬質基板のラッピングを行う場合に効果的である。

磁気ヘッドに使用されるAlTiC（アルミナチタンカーバイト）のブロックについて、本発明のラッピング装置９を使用して上記ラッピング方法２とラッピング方法３とによってラッピング加工した場合、及び、砥粒埋め込み機能のない通常のラッピング装置を使用して上記ラッピング方法２とラッピング方法３と同様に、砥粒を含む砥液によるラッピングの後に砥粒を含まない砥液によるラッピングを行った場合の研磨能率を図２０に示す。

ラッピング方法２、３とも、本発明のラッピング装置９を使用した場合の方が、通常のラッピング装置を使用した場合よりも、研磨能率が高いことがわかる。これは、砥粒埋め込み機能を有するラッピング装置９では、遊離砥粒を使用したラッピング中に研磨定盤３の表面３０に砥粒が埋め込まれ、砥粒を使用しないラッピングの効率が向上するためであると考えられる。

また、ラッピング方法２とラッピング方法３とを比較すると、いずれの装置を使用した場合も、ラッピング方法２の方が、ラッピング方法３よりも研磨能率が高いことがわかる。これは、ラッピング方法３では、クリーニングを行うことにより、遊離砥粒が除去される割合が大きいため、その分研磨能率が低下するためであると考えられる。

さらに、４つの方法の中では、本発明のラッピング装置９を使用してラッピング方法２によってラッピングを行った場合が、最も研磨能率が高いことも判明した。

１：砥粒埋め込み装置
２：装置ハウジング
３：研磨定盤 ３０：表面（上面） ３１：回転軸 ３２：モータ ３３：中心穴
３４：使用領域
４：砥液供給手段 ４０：砥液 ４０ａ：砥粒
４１：第一の砥液タンク ４２：第一のポンプ ４３ａ、４３ｂ：ノズル
４４：第二の砥液タンク ４４ａ：第二のポンプ ４５：コントローラ
５：ロータリー支持手段
５１：支持レバー ５２：駆動ローラ ５３：従動ローラ
５４：回転駆動手段 ５４１：電動モータ ５４２：伝導連結手段
６：押圧手段
６０、６１ａ：押圧部材 ６１：押圧作用部 ６１１、６１１ａ：押圧面
６００、６００ａ、６００ｂ、６００ｃ：押圧チップ
６２：振動体
６２１：支持部 ６２２：下部振動体 ６２２ｂ：支持軸 ６２２ｃ：雄ねじ
６３：錘部材 ６３３：収容穴 ６３４：電極端子取付部
６３５ａ、６３５ｂ：スリップリング
６５：超音波振動子 ６５１：圧電体 ６５２ａ、６５２ｂ：電極
６６：上部振動体 ６７：締結ナット
６９：交流電力供給手段 ６９１：フレキシブルパイプ ６９２：ロータリーコネクタ
７０：支持部材
７１：支持部 ７１０：ボルト挿通穴
７２：支持軸部
７２０：錘部材遊嵌部 ７２１：振動子取付部 ７２２：電極端子取付部
８：ゴムリング
９：ラッピング装置
９０：被加工物保持手段 ９１：保持部材 ９１ａ：保持面
９２：支持レバー ９２１：第一のローラ支持部 ９２２：第二のローラ支持部
９３：駆動ローラ
９４：回転駆動手段 ９４１：電動モータ ９４２：伝導連結手段

Claims (6)

1. 研磨定盤を押圧する押圧手段を少なくとも備え、該研磨定盤の表面に砥粒を含む砥液を供給しつつ該押圧手段で該砥液を介して該研磨定盤を押圧するとともに該押圧手段と該研磨定盤とを摺動させて該砥液に含まれる砥粒を該研磨定盤の表面に埋め込む砥粒埋め込み装置であって、
   該押圧手段は、複数の押圧部材と、該複数の押圧部材の上方に配設され該複数の押圧部材を該研磨定盤に押しつける錘部材と、該複数の押圧部材にそれぞれ超音波を付与する超音波振動子と、を有し、
   該砥粒埋め込み装置は、該超音波振動子に電力を供給する電力供給手段を備え、
   該複数の押圧部材のそれぞれは、複数の円盤状の押圧チップが配設された押圧面を有する、
   砥粒埋め込み装置。
2. 前記押圧部材は、前記研磨定盤の使用領域から突出しない位置に配置した
   請求項１に記載の砥粒埋め込み装置。
3. 被加工物を研磨する研磨面を有し回転可能に支持された研磨定盤と、
   該研磨定盤を回転させる回転駆動手段と、
   該研磨定盤の該研磨面に対面した被加工物を保持する保持面を有し、被加工物を該研磨定盤に当接させた状態に保持する被加工物保持手段と、
   該研磨定盤の表面に、砥粒を含む砥液と砥粒を含まない砥液とを選択的に供給する砥液供給手段と、
   該砥液供給手段によって該研磨定盤の表面に供給された砥粒を含む砥液を介して該研磨定盤を押圧するとともに該押圧手段と該研磨定盤とを摺動させて該砥液に含まれる砥粒を該研磨定盤の表面に埋め込む砥粒埋め込み装置と、を備え、
   該砥粒埋め込み装置は、
   複数の押圧部材と、該複数の押圧部材の上方に配設され該複数の押圧部材を該研磨定盤に押しつける錘部材と、該複数の押圧部材にそれぞれ超音波を付与する超音波振動子と、を有し研磨定盤を押圧する押圧手段と、
   該超音波振動子に電力を供給する電力供給手段と、を備え、
   該複数の押圧部材のそれぞれは、複数の円盤状の押圧チップが配設された押圧面を有する、
   ラッピング装置。
4. 請求項３に記載のラッピング装置を用いて前記被加工物保持手段に保持された被加工物をラッピングするラッピング方法であって、
   砥粒を含む砥液を前記研磨定盤の表面に供給しながら、前記押圧手段で該砥粒を含む砥液を介して該研磨定盤を押圧するとともに該押圧手段と該研磨定盤とを摺動させて該砥液に含まれる砥粒を該研磨定盤の表面に埋め込むとともに、該被加工物保持手段に保持された被加工物と該研磨定盤とを摺動させて該被加工物の面をラッピングする第一のラッピング工程と、
   該第一のラッピング工程の後に、砥粒を含まない砥液を前記研磨定盤の表面に供給しながら、該被加工物保持手段に保持された被加工物と該研磨定盤とを摺動させて該被加工物の面をラッピングする第二のラッピング工程と
   からなるラッピング方法。
5. 前記第一のラッピング工程と前記第二のラッピング工程との間に、前記研磨定盤を洗浄するクリーニング工程を遂行する
   請求項４に記載のラッピング方法。
6. 前記被加工物は、サファイア、SiC、GaN、AlNのいずれかである
   請求項４又は５に記載のラッピング方法。

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