修正キャリア及び研磨装置

【課題】定盤の研磨面を高精度に平坦にすることが可能な修正キャリア及び研磨装置を提供する。
【解決手段】両面研磨装置２２の定盤２５，２７の研磨面２５ａ，２７ａを平坦に研磨するために用いられる、厚さ方向の貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備えている修正キャリア１であって、前記貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは主面の中心を避けた位置にあることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置が備えた定盤の研磨面の修正に用いられる修正キャリア及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体や水晶振動子を製造する過程において、素板となるウェーハの表面の傷や歪みを除去するために、ウェーハ表面の研磨が行われている。
ウェーハ表面の研磨には研磨装置が使用される。研磨装置には、ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置と、ウェーハの片面を研磨する片面研磨装置とが存在する。両面研磨装置は、片面研磨装置に比較して厚み精度に優れており、水晶振動子を製造する際の素板となる水晶ウェーハの研磨に用いられる。
【０００３】
図１３は、従来における両面研磨装置２２の斜視図である。両面研磨装置２２は、回転中心に配置された駆動軸２３と、駆動軸２３によって回転駆動されるサンギア２４と、このサンギア２４の周囲にサンギア２４と同心状に設けられた環状の下定盤２５と、下定盤２５の周囲に配置されサンギア２４と同心に形成されて回転駆動されるインターナルギア２６と、下定盤２５の上方に配置される環状の上定盤２７とを備えている。サンギア２４とインターナルギア２６の間には、水晶ウェーハ等のワークＷを保持したキャリア２１が配置される。
【０００４】
ワークＷの研磨を行うには、キャリア２１の保持孔２１ｐにワークＷを収納し、キャリア２１の外周面に設けられた歯車２１ｇがサンギア２４とインターナルギア２６に同時に噛合するようにキャリア２１を組み込む。さらに、上定盤２７と下定盤２５とでキャリア２１を挟み込んで荷重をかける。そして、研磨面に研磨材（スラリー）を供給しつつ、駆動機構（不図示）を駆動させて、サンギア２４と、インターナルギア２６と、上定盤２７と、下定盤２５とを回転させる。これにより、図１４に示すように、サンギア２４とインターナルギア２６に噛合しているキャリア２１は、サンギア２４の回りを自転公転しながら回転するいわゆる遊星運動を行う。上下定盤２５，２７は各々反対方向又は同一方向に回転させることによって、ワークＷの研磨を行う。
【０００５】
上下の定盤の材料として鉄を用いた場合は、装置はラップ盤と呼ばれ、定盤でワークＷのラッピングを行うことができる。一方、定盤に樹脂等のパッドを貼り付けた場合は、装置はポリッシュ盤と呼ばれ、定盤でワークＷのポリッシュを行うことができる。研磨材としては、ラップ盤の場合は粒径数μ〜数十μｍのカーボン系やアルミナ系の研磨材が使用され、ポリッシュ盤の場合は粒径１μｍほどの酸化セリウムや最近ではジルコニアが使用される。
【０００６】
このような研磨装置で、ワークとして、精密部品である水晶振動子の素板となる水晶ウェーハを研磨する場合、高い精度でワークを平坦に研磨することが要求される。定盤によってワークを研磨すると、ワークには定盤の研磨面が転写されることとなるため、年々要求が高くなるワークの高精度化に対応するためには、定盤の研磨面の平坦度を高精度に維持・管理することが必要となる。
【０００７】
しかしながら、ワークの研磨加工を繰り返すうちに、定盤の研磨面は削れたり変形してしまう。したがって、ある程度の回数や時間だけ研磨加工を行った後には、定盤の研磨面を平坦に修正する作業が必要となる。この作業は「定盤修正」と呼ばれる。
【０００８】
定盤修正を行う際には、キャリアを研磨装置から取り出し、その代わりに修正用のキャリア（以下「修正キャリア」という）をセットする。そして、ワークの研磨加工の場合と同じように、定盤に荷重を掛け、研磨面に研磨材を供給しつつ、修正キャリア及び定盤を回転させる。この回転を数十分から数時間行う。
【０００９】
修正キャリアは、剛性を持たせるため、また、定盤修正により摩耗することから、厚みが２０〜３０ｍｍと、研磨用のキャリアよりも厚い。また、修正キャリアの主面中央部には、研磨材を研磨面に満遍なく行き渡らせるための貫通孔が設けられている。
【００１０】
従来の修正キャリアとして、例えば、特許文献１には、修正キャリアの中央部に設ける孔の面積を両主面で異ならせて、上下定盤の修正量を調整することにより、上下定盤の共摺りを不要にし、効率的で経済的に定盤を修正することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２１８５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
現在要求されているウェーハの精度を満足させるためには、定盤の径が約６５０ｍｍの場合、平坦度は１μｍ以下であることが必要である。しかしながら、特許文献１のように修正キャリアの中心に孔が設けられていると、現実的には定盤面は理想的な平面ではないために、修正キャリアは、図１５に示すカーブジェネレータのカップホイールで凸レンズを研磨加工する場合と同様の原理により、定盤面に対して僅かに傾いた状態で定盤を研磨することとなる。このため、定盤の幅方向の中心部はわずかに凸形状となってしまい、平坦度が得られない。また、修正キャリアの中心に孔があると、定盤幅の中心部が修正キャリアと接する時間（すなわち、相対的に移動した距離）が小さくなるので、定盤幅の中心部の加工量が少なくなる。この点も定盤に凸形状が生じる一因となる。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、定盤の研磨面を高精度に平坦にすることが可能な修正キャリア及び研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］研磨装置の定盤の研磨面を平坦に研磨するために用いられる、厚さ方向の貫通孔を備えている修正キャリアであって、前記貫通孔は主面の中心を避けた位置にあることを特徴とする修正キャリア。
本発明によれば、修正キャリアの主面の中心を避けた位置に厚さ方向に貫通する貫通孔を設けたため、定盤幅の中心部が凸形状になることを防止することができ、定盤の研磨面を高い精度で平坦にすることができる。
【００１４】
［適用例２］前記貫通孔は、平面視で回転対称に複数設けられていることを特徴とする適用例１に記載の修正キャリア。
本発明によれば、貫通孔は平面視で回転対称に複数設けられているため、研磨装置の定盤の研磨面を均一に研磨して、平坦に修正することができる。
【００１５】
［適用例３］適用例１又は２に記載の修正キャリアを備えている研磨装置。
本発明によれば、研磨装置は、修正キャリアで研磨装置の定盤の研磨面を均一に研磨し、研磨面を平坦に修正することができる。
【００１６】
［適用例４］前記貫通孔の少なくとも一部が、遊星運動中に平面視で前記定盤の内周端部を通過することを特徴とする適用例３に記載の研磨装置。
本発明によれば、前記貫通孔の少なくとも一部が遊星運動中に平面視で前記定盤の内周端部を通過するため、内周端部付近の研磨量を少なくすることができる。したがって、内周端部付近にダレが生じている定盤を修正キャリアで修正する場合に、研磨面を精度高く平坦に修正することができる。
【００１７】
［適用例５］前記貫通孔の少なくとも一部が、遊星運動中に平面視で前記定盤の外周端部を通過することを特徴とする適用例３に記載の研磨装置。
本発明によれば、前記貫通孔の少なくとも一部が遊星運動中に平面視で前記定盤の外周端部を通過するため、外周端部付近の研磨量を少なくすることができる。したがって、外周端部付近にダレが生じている定盤を修正キャリアで修正する場合に、研磨面を精度高く平坦に修正することができる。
【００１８】
［適用例６］前記貫通孔の全てが、遊星運動中は常に平面視で前記研磨面に重なっていることを特徴とする適用例３に記載の研磨装置。
本発明によれば、前記貫通孔の全てが遊星運動中は常に平面視で前記研磨面に重なっているため、定盤の内周端部及び外周端部付近の研磨量を多くすることができる。したがって、内周端部及び外周端部付近が他の部分よりも厚い定盤を修正キャリアで修正する場合に、研磨面を精度高く平坦に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る修正キャリアの平面図である。
【図２】図１に示す修正キャリアのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】同実施形態に係る修正キャリアがセットされた両面研磨装置の斜視図である。
【図４】変形例に係る修正キャリアの平面図である。
【図５】従来の修正キャリアの平面図とそのＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明に係る修正キャリアの平面図とそのＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】定盤修正に用いた定盤の寸法を示す図である。
【図８】（ａ）は図７に示す定盤の修正前のＤ−Ｄ線断面図であり、（ｂ）は従来の修正キャリアを用いて定盤修正した後の図７に示す定盤のＤ−Ｄ線断面図であり、（ｃ）は本発明に係る修正キャリアを用いて定盤修正した後の図７に示す定盤のＤ−Ｄ線断面図である。
【図９】修正キャリアを両面研磨装置にセットした状態の下定盤部分の一部を示す模式的平面図である。
【図１０】図９に示すＥ−Ｅ線断面図である。
【図１１】修正キャリアを両面研磨装置にセットした状態の下定盤部分の一部を示す模式的平面図である。
【図１２】図１１に示すＥ−Ｅ線断面図である。
【図１３】従来における両面研磨装置の斜視図である。
【図１４】図１３に示す両面研磨装置の動作説明図である。
【図１５】カーブジェネレータの動作原理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る修正キャリア１の平面図であり、図２は図１に示す修正キャリア１のＡ−Ａ線断面図である。
【００２１】
図１に示すように、修正キャリア１は円板形状を有し、外周面に歯車１２が設けられている。修正キャリア１の主面には、厚さ方向に貫通する貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが設けられている。これらの貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、主面の中心を避けた位置に配置されるとともに、修正キャリア１の主面の中心に対して平面視で回転対称に配置されている。また、修正キャリア１の両主面には、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ同士、及び貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと修正キャリア１の外周端部と、を連通し、研磨材を研磨面に満遍なく行き渡らせるための溝１４が設けられている。この修正キャリア１は、図３に示すように、両面研磨装置２２の上下定盤２５，２７の研磨面２５ａ，２７ａを研磨して修正する際に、ワーク研磨用のキャリアの代わりにセットされる。
【００２２】
図３は、修正キャリア１を配置した両面研磨装置２２の斜視図である。両面研磨装置２２の中心部には、駆動軸２３が配置されるとともに、当該駆動軸２３によって回転駆動されるサンギア２４が配置されている。このサンギア２４の周囲には、サンギア２４と同心状に環状の下定盤２５が設けられている。サンギア２４の外周の外側であって、下定盤２５の周囲には、サンギア２４と同心に配置されて回転駆動されるインターナルギア２６が設けられている。下定盤２５の上方には環状の上定盤２７が設けられている。サンギア２４とインターナルギア２６の間には、ワーク研磨用のキャリアの代わりに、修正キャリア１が配置されている。
【００２３】
次に、上下定盤２５，２７の研磨面２５ａ，２７ａを、修正キャリア１を用いて修正する際の動作について説明する。まず、図３に示す両面研磨装置２２からワーク研磨用のキャリア（不図示）を外す。そして、その代わりに、修正キャリア１の歯車１２がサンギア２４とインターナルギア２６に同時に噛合するように修正キャリア１を組み込み、上定盤２７と下定盤２５とで修正キャリア１を挟み込こんで、修正キャリア１と上下定盤２５，２７とを接触させる。そして、上下定盤２５，２７に研磨材を供給しながら、サンギア２４、インターナルギア２６、上下定盤２５，２７を回転させ、修正キャリア１を遊星運動させる。
【００２４】
本実施形態では、主面の中心を避けた位置に貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを設けた修正キャリア１を用いて上下定盤２５，２７の研磨面２５ａ，２７ａを研磨しているため、修正キャリア１は上下定盤２５，２７に平行に接触する。また、定盤幅の中心部に修正キャリア１が接する時間（距離）が長くなる。このため、定盤幅の中心部が凸形状になることを防止することができ、上下定盤２５，２７の研磨面２５ａ，２７ａを高い精度で平坦にすることができる。また、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが平面視で回転対称に複数設けられているため、上下定盤２５，２７の研磨面２５ａ，２７ａを均一に研磨して平坦に修正することができる。
【００２５】
なお、修正キャリアに設ける貫通孔の形状や数は図１に示すものに限定されることはなく、主面の中心を避けた位置に平面視で回転対称に設けられていれば、どのような貫通孔であってもよい。例えば、図４に示すように、円周に沿って３つの貫通孔１０ｅ，１０ｆ，１０ｇを設けた修正キャリア１Ａであってもよい。
また、貫通孔の形状は、例えば平面視して楕円形状や多角形状であってもよい。
【００２６】
次に、図５から図８を参照して、従来の修正キャリアとの比較結果を説明する。図５は、外径が１４４ｍｍであって、中心部に径が９４ｍｍの貫通孔１１が設けられた従来の修正キャリア２１Ａの平面図とそのＢ−Ｂ線断面図である。また、図６は、外径が１４４ｍｍであって、主面の中心を避けた位置に３つの貫通孔１０ｅ，１０ｆ，１０ｇが設けられた、本発明に係る修正キャリア１Ａの平面図とそのＣ−Ｃ線断面図である。
【００２７】
これらの修正キャリア２１Ａ，１Ａを用いて、図７に示す外径６６０ｍｍ、内径４２４ｍｍの定盤を研磨修正した結果を図８に示す。図８（ａ）は、図７に示す定盤の修正前のＤ−Ｄ線断面図であり、図８（ｂ）は従来の修正キャリア２１Ａを用いて定盤修正した後の図７に示す定盤のＤ−Ｄ線断面図であり、図８（ｃ）は本発明に係る修正キャリア１Ａを用いて定盤修正した後の図７に示す定盤のＤ−Ｄ線断面図である。図８（ａ）に示すように、定盤修正前には５μｍの厚さの差があったものが、図８（ｂ）に示すように、従来の修正キャリア２１Ａを用いて修正した場合には厚さの差が２μｍとなっているのに対して、図８（ｃ）に示すように、本発明に係る修正キャリア１Ａを用いて修正した場合には、厚さの差が０．５μｍとなっている。このように、径が同一の従来の修正キャリア２１Ａ、１Ａを用いた場合に、本発明に係る修正キャリア１Ａの方が定盤の研磨面を平坦にすることができることが確認された。
【００２８】
なお、修正前の定盤の研磨面の外周端部や内周端部に凹凸がある場合には、凹部分の研磨量が少なくなるように貫通孔を配置した修正キャリアを用いて定盤修正することで、より研磨面の平坦度を高めることができる。
【００２９】
例えば、内周端部にダレが生じている上下定盤２５，２７を、図１に示す修正キャリア１を用いて修正する場合、修正キャリア１による定盤修正時の遊星運動中に、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの少なくとも一部が平面視で上下定盤２５，２７の内周端部を通過するように、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが配置されているとよい。
【００３０】
また、上下定盤２５，２７の外周端部にダレが生じている場合には、修正キャリア１の遊星運動中に、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの少なくとも一部が平面視で上下定盤２５，２７の外周端部を通過するように、修正キャリア１の貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが配置されているとよい。
【００３１】
図９は、上記のような、遊星運動中にその少なくとも一部が平面視で上下定盤２５，２７の外周端部及び内周端部を通過するように配置された貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有する修正キャリア１を、両面研磨装置２２にセットした状態の下定盤２５部分の一部を示す模式的平面図である。図１０は、図９に示すＥ−Ｅ線断面図である。これらの図では、上定盤２７の図示は省略している。
【００３２】
これらの図に示すように、上記のような貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有する修正キャリア１においては、以下の位置関係が成り立っている。
（サンギア２４と噛み合う噛合部１３と、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと、の間の遊星運動中における最短距離）ａ≦噛合部１３と下定盤２５の内周端部との間の距離）ｂ、かつ、
（噛合部１３と貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとの間の遊星運動中における最長距離）ｃ≧（噛合部１３と下定盤２５の外周端部との間の距離）ｄ
【００３３】
このように修正キャリア１に貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを配置することで、上下定盤２５，２７の内周端部近傍や外周端部近傍でダレが発生している場合に、内周端部や外周端部での研磨量を他の部分に比較して少なくすることができるため、効率よく研磨面２５ａを高精度に平坦に修正することができる。
【００３４】
一方、内周端部の厚みが他の部分よりも厚い上下定盤２５，２７を、図１に示す修正キャリア１で修正する場合、修正キャリア１による定盤修正時の遊星運動中に、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、上下定盤２５，２７の内周端部と平面視して重なり合う位置よりも上下定盤２５，２７の外周寄りを通過するように、配置されているとよい。
【００３５】
また、上下定盤２５，２７の外周端部の厚みが他の部分よりも厚い場合には、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、遊星運動中に上下定盤２５，２７の外周端部と平面視して重なり合う位置よりも上下定盤２５，２７の内周寄りを通過するように、配置されているとよい。
【００３６】
また、上下定盤２５，２７の外周端部と内周端部との両方の厚みが他の部分よりも厚い場合には、貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの全てが、遊星運動中は常に平面視で研磨面２５ａ，２７ｂに重なるように、配置されているとよい。
【００３７】
図１１は、上記のような、遊星運動中にその全てが常に平面視で研磨面２５ａ，２７ｂに重なるように配置された貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有する修正キャリア１を両面研磨装置２２にセットした状態の下定盤２５部分の一部を示す模式的平面図である。図１２は、図１１に示すＦ−Ｆ線断面図である。これらの図では、上定盤２７の図示は省略している。
【００３８】
これらの図に示すように、上記のような貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有する修正キャリア１においては、以下の位置関係が成り立っている。
（噛合部１３と貫通孔との間の遊星運動中における最短距離）ｅ＞（噛合部１３と下定盤２５の内周端部との間の距離）ｆ、かつ、
（噛合部１３と貫通孔との間の遊星運動中における最長距離）ｇ＜（噛合部１３と下定盤２５の外周端部との間の距離）ｈ
【００３９】
このように貫通孔１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを修正キャリア１に配置することで、上下定盤２５，２７の内周端部近傍や外周端部近傍に凸部が発生している場合に、内周端部や外周端部での研磨量を他の部分に比較して多くすることができるため、効率よく研磨面２５ａを高精度に平坦に修正することができる。
【００４０】
なお、上述した実施形態では、研磨対象となるワークとして水晶ウェーハについて説明したが、研磨対象となるものは水晶ウェーハに限定されない。例えば、シリコンウェーハであってもよい。
【００４１】
また、上述した実施形態では、研磨時に上定盤２７と下定盤２５を回転駆動するように構成したが、これに限定されることはなく、上定盤２７を停止しつつ下定盤２５のみを回転駆動させる構成であってもよい。
また、上述した実施形態では、修正キャリア１を両面研磨装置２２に用いる場合について説明したが、片面研磨装置に用いることもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１、１Ａ………修正キャリア、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ………貫通孔、１２………歯車、１３………噛合部、１４………溝、２２………両面研磨装置、２３………駆動軸、２４………サンギア、２５………下定盤、２６………インターナルギア、２７………上定盤、２５ａ，２７ａ………研磨面。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置の定盤の研磨面を平坦に研磨するために用いられる、厚さ方向の貫通孔を備えている修正キャリアであって、
前記貫通孔は主面の中心を避けた位置にあることを特徴とする修正キャリア。
【請求項２】
前記貫通孔は、平面視で回転対称に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の修正キャリア。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の修正キャリアを備えている研磨装置。
【請求項４】
前記貫通孔の少なくとも一部が、遊星運動中に平面視で前記定盤の内周端部を通過することを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記貫通孔の少なくとも一部が、遊星運動中に平面視で前記定盤の外周端部を通過することを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記貫通孔の全てが、遊星運動中は常に平面視で前記研磨面に重なっていることを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。

【図１】