研磨装置
【課題】ウエハへの研磨の際、安定したウエハの研磨を行うだけではなく、ウエハの研磨精度も高める。
【解決手段】研磨装置１は、対向配置された上定盤１３と下定盤１１の定盤間にウエハ５を配して上定盤１３と下定盤１１とでウエハ５を挟持し、上定盤１３によってウエハ５に荷重をかけ、下定盤１１を回転させることによりウエハ５を回転させてウエハ５を研磨する。この研磨装置１では、ウエハ５への研磨時間あるいはウエハの累積回転をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御する制御部４が設けられる。
【解決手段】研磨装置１は、対向配置された上定盤１３と下定盤１１の定盤間にウエハ５を配して上定盤１３と下定盤１１とでウエハ５を挟持し、上定盤１３によってウエハ５に荷重をかけ、下定盤１１を回転させることによりウエハ５を回転させてウエハ５を研磨する。この研磨装置１では、ウエハ５への研磨時間あるいはウエハの累積回転をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御する制御部４が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハを研磨する研磨装置に関し、特に、ウエハを研磨する際の制御部に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子機器には、周波数などの電気的特性に優れている水晶振動子が多用されている。この水晶振動子の電気的な特性は、その内部に備えられた水晶振動片の電気的特性に左右される。
【０００３】
ここでいう水晶振動片は、大面積の矩形状のウエハから多数個分割形成される。このウエハの表面は平坦に成形されず、微小な凹凸が成形されている。この微量な表面の凹凸が電気的特性に大きく影響するために、ウエハの両主面を研磨加工することにより、ウエハの両主面が平坦に成形される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
下記する特許文献１に記載の研磨装置では、上面が水平に配された下定盤と、この下定盤の上方に位置し、下定盤の上面と対向配置された下面を有する上定盤とが設けられ、これら下定盤の上面と上定盤の下面とでウエハを挟持してウエハの両主面を研磨加工する。
【０００５】
下定盤では、上面の中心点を中心軸として上面が時計回りに回転する。また、上定盤では、下面の中心点を中心軸として下面が反時計回りに回転する。
【０００６】
また、この研磨装置には、ウエハの研磨の間、経時的に変化する上定盤の荷重に基づき上定盤の荷重を加減制御する圧力制御部が設けられ、ウエハに一定の上定盤の荷重をかけて研磨を行なっている。
【０００７】
上記した構成からなる特許文献１に記載の研磨装置によれば、ウエハの研磨の間、上定盤の荷重が変化した場合であっても、常に安定した荷重状態でウエハの研磨を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１３８４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記した特許文献１に記載の研磨装置では、上定盤の荷重が一定になるよう制御した状態でウエハへの研磨を行なっているので、常に一定の荷重によるウエハの研磨を行うことができる。そのため、上定盤の荷重が一定となる安定したウエハの研磨を行うことができるが、ウエハの研磨精度を高めることを目的とした発明ではなく、ウエハの研磨精度が高いものとはいえない。
【００１０】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、ウエハへの研磨の際、安定したウエハの研磨を行うだけではなく、ウエハの研磨精度も高めた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】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる研磨装置は、対向配置された一方の定盤と他方の定盤との定盤間にウエハを配して前記一方の定盤と前記他方の定盤とでウエハを挟持し、前記一方の定盤によってウエハに荷重をかけ、前記他方の定盤を回転させることによりウエハを回転させてウエハを研磨する研磨装置において、ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御する制御部が設けられたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御する制御部が設けられているので、ウエハへの研磨を行うにつれてウエハへの研磨状態が変化した場合であっても、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数とが関係付けられ、研磨精度が高く、安定した滑らかなウエハの研磨を行うことが可能となり、その結果、ウエハへの研磨の際、安定したウエハの研磨を行うだけではなく、ウエハの研磨精度も高めることが可能となる。
【００１３】
ところで、前記他方の定盤によりウエハを回転させるウエハの研磨初期段階では、例えば既にウエハを回転させている研磨途中段階と比べて、ウエハにかかる外力の割合のうち、前記一方の定盤によるウエハへの荷重の比率が高くなる。そのため、ウエハの研磨時に前記一方の定盤により常に一定の荷重をウエハにかけた場合、ウエハの研磨初期段階において、ウエハが割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハの外形を損傷させるおそれがある。
【００１４】
これに対して、本発明によれば、ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御する制御部が設けられるので、ウエハの研磨初期段階においても、ウエハにかかる外力の割合のうち、前記一方の定盤によるウエハへの荷重の比率が高くなるのを抑制することが可能となり、ウエハの研磨時に、ウエハが割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハの外形を損傷させることを抑制することが可能となる。その結果、ウエハへの研磨の際、研磨精度が高く、安定したウエハの研磨を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記制御部が、ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御するので、ウエハの研磨初期段階だけでなく、ウエハを回転させている研磨途中段階や、ウエハの研磨最終段階においても、前記一方の定盤によるウエハへの荷重や、前記他方の定盤の回転によってかかるウエハへの外力のそれぞれの割合を常に安定させてウエハの研磨を行うことが可能となる。
【００１６】
前記構成において、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数を段階的に可変させてもよい。
【００１７】
この場合、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数を段階的に可変させるので、ウエハへの研磨時間毎に、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数とを設定することが可能となり、ウエハの研磨加工の精度を高めることが可能となる。
【００１８】
前記構成において、前記他方の定盤の回転数を制御する前に、前記一方の定盤のウエハへの荷重を制御してもよい。
【００１９】
この場合、前記他方の定盤の回転数を制御する前に、前記一方の定盤のウエハへの荷重を制御するので、前記ウエハの研磨開始時における前記他方の定盤によるウエハの回転がし易くなり、前記ウエハの研磨開始時における前記他方の定盤の回転によってウエハが割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハの外形を損傷させることを抑制することが可能となる。
【００２０】
前記構成において、前記一方の定盤のウエハへの荷重には、エアシリンダが用いられてもよい。
【００２１】
この場合、前記一方の定盤のウエハへの荷重には、エアシリンダが用いられるので、前記一方の定盤の荷重の可変制御を容易にすることが可能となる。
【００２２】
前記構成において、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重を、予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理してもよい。
【００２３】
この場合、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重を予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理するので、前記一方の定盤のウエハへの荷重制御の分解能を上げることが可能となり、前記一方の定盤のウエハへの荷重の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００２４】
前記構成において、前記制御部は、前記他方の定盤の回転数を、予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理してもよい。
【００２５】
この場合、前記制御部は、前記他方の定盤の回転数を予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理するので、前記他方の定盤の回転数制御の分解能を上げることが可能となり、前記他方の定盤の回転数の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００２６】
前記構成において、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重を、ＰＩＤ制御してもよい。
【００２７】
この場合、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重をＰＩＤ制御するので、前記一方の定盤のウエハへの荷重の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかる研磨装置によれば、ウエハへの研磨の際、安定したウエハの研磨を行うだけではなく、ウエハの研磨精度も高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本実施形態にかかる研磨装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本実施形態にかかるエアシリンダの概略構成図である。
【図３】図３は、本実施形態にかかる下定盤の回転数と研磨時間との関係を示したグラフ図である。
【図４】図４は、本実施形態にかかる上定盤のウエハへの荷重と研磨時間との関係を示したグラフ図である。
【図５】図５は、本実施形態の他の形態にかかる研磨装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態では、ウエハとして厚みで周波数が決定されるＡＴカット水晶ウエハに本発明を適用した場合を示す。
【００３１】
本実施形態にかかる研磨装置１では、図１に示すように、水平に配された上面１２を有する下定盤１１（本発明でいう他方の定盤）と、この下定盤１１の上方に位置し、水平に配された下面１４を有する上定盤１３（本発明でいう一方の定盤）とが設けられている。なお、上定盤１３と下定盤１１とから一対の定盤が構成され、上定盤１３と下定盤１１とが垂直方向に対向配置され、これら上定盤１３の下面１４と下定盤１１の上面１２とは対面する。
【００３２】
上定盤１３は、厚肉の円盤状に形成され、その下面１４は、一対の定盤（上定盤１３と下定盤１１）によりウエハ５を挟持した際にウエハ５と直に接する平坦な研磨面として形成されている。また、上定盤１３は、回転機構（図示省略）によりその下面１４の径の中心点を中心軸にして下面１４が面方向（反時計回り）に回転するよう自転する。
【００３３】
下定盤１１は、厚肉の円盤状に形成され、その上面１２は、一対の定盤によりウエハ５を挟持した際にウエハ５と直に接する平坦な研磨面として形成されている。また、下定盤１１は、モータ３１を含む回転機構（図示省略）によりその上面１２の径の中心点を中心軸にして上面１２が面方向（反時計回り）に回転するよう自転する。
【００３４】
また、下定盤１１の厚さ（高さ）は上定盤１３の厚さより厚く、下定盤１１の径は上定盤１３の径より長く設定されている。さらに、下定盤１１の研磨面である上面１２には、ウエハ５を保持する複数のキャリア１５が設けられ、この上面１２の外周上部にキャリア１５を自転させるためのギア部（図示省略）が設けられている。ギア部は、下定盤１１の研磨面である上面１２の外周端に形成されたインターナルギア（図示省略）と、下定盤１１の径の中心点領域に設けられた中心ギアとから構成されている。中心ギアは、インターナルギアと中心ギアとは異なる方向（時計回りと反時計回り）に回転する。
【００３５】
また、研磨装置１には、図１に示すように、上定盤１３に荷重をかける圧力機構２と、下定盤１１を回転させる回転機構３と、これら圧力機構２および回転機構３を同期制御する制御部４と、が設けられている。
【００３６】
圧力機構２には、上定盤１３に荷重をかけるエアシリンダ２１１と、エアシリンダ２１１の圧力を検出する圧力センサ２１５と、圧力センサ２１５で検出した空気圧力を電気信号にＡ／Ｄ変換して制御部４に出力するＡ／Ｄ変換部２１６と、制御部４からの圧力に関する電気信号にＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部２１９と、Ｄ／Ａ変換部２１９によってＤ／Ａ変換した電気信号を空気圧力に変換する電空レギュレータ２１７とが設けられている。なお、エアー源から空気が、電空レギュレータ２１７の制御弁２１８を介して圧力調整されて圧力機構２に供給される。圧力の制御に関して、圧力センサ２１５から得られる電気信号をフィードバックして、圧力センサ２１５の電気信号が、予め測定された実際の圧力値になるように電空レギュレータ２１７の制御圧力をＰＩＤ制御する。このＰＩＤ制御により、上定盤１３のウエハ５への荷重を制御する。
【００３７】
エアシリンダ２１１には、図１，２に示すように、他端が上定盤１３に係合され、一端にピストン２１３が設けられたロッド２１２が設けられ、エアー源から供給される空気によりピストンが垂直方向に変位移動する。
【００３８】
ところで、研磨装置１では、ウエハ５の研磨前に、上定盤１３の自重を測定する。この測定では、図２に示すように、ピストン２１３をエアシリンダ２１１の筐体２１４の上限位置に配置し、この上限位置からエアシリンダ２１１内の空気圧を下げて（空気を抜いて）筐体２１４の下限位置までピストン２１３を下ろす。その後、エアシリンダ２１１へ空気を供給して、空気圧を上げ、ピストン２１３を徐々に上げていく。そして、ピストン２１３を筐体２１４の中間位置を越えたぐらいまで上げて、その後、エアシリンダ２１１内の空気圧を下げて筐体２１４の中間位置を越えたぐらいまで下げる。このピストン２１３が筐体２１４の中間位置を越える移動（変位）をした時、図示しない中間位置センサーをＯＮ／ＯＦＦし、このＯＮ／ＯＦＦによりピストン２１３の位置を検出する。そして、このピストン２１３を筐体２１４の中間位置を跨って往復する工程を複数回行うことで、この筐体２１４の中間位置における上定盤１３の荷重に対する圧力を計測し、この計測した上定盤１３の荷重を上定盤１３の自重とする。
【００３９】
なお、この上定盤１３の自重のデータを計測するために、予め圧力センサ２１５の圧力に対する電圧値と、上定盤１３の荷重のデータを計測および算出し保存する。具体的に、この圧力センサ２１５の電圧値のデータをｎ次曲線で近似し、この近似したデータから逆算して荷重のデータを得て、これらデータをデータテーブルに保存する。
【００４０】
回転機構３には、下定盤１１を回転させるモータ３１と、制御部４からの回転に関する電気信号を回転信号に自動制御し、モータ３１に回転信号を出力するインバータ３２とが、設けられている。
【００４１】
制御部４は、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御する。具体的に、制御部４は、圧力センサ２１５が検出してＡ／Ｄ変換部２１６を介して入力する電気信号に基づいて、電空レギュレータ２１７への圧力に関する電気信号と、インバータ３２に出力する回転に関する電気信号とを決定（可変制御）し、これら電気信号を同期させた状態で電空レギュレータ２１７とインバータ３２に出力（同期制御）する。なお、本実施形態における制御部４での同期制御により、図３，４に示すように、ウエハ５への研磨工程において、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数を段階的に可変させる。
【００４２】
また、圧力機構２および制御部４は、上定盤１３のウエハ５への荷重（エアシリンダ２１１にかける圧力）を、予め設定したスケールに基づいて構築された一次関数（ｙ1＝ａ1ｘ1＋ｂ1）に従ってスケーリング処理（スケールアップまたはスケールダウン）している。具体的に、圧力センサ２１５で検出した圧力に対する電圧値をスケールアップ（増幅）させて（例えば、０〜２Ｖのレンジを０〜１０Ｖ）、圧力センサ２１５のセンシングの精度の向上を図る。電圧値をスケールアップした電圧値を制御部４を介して電空レギュレータ２１７で空気圧力に変換する際、圧力が高くなり、その結果、荷重がかかりすぎるといった問題がある。そこで、制御弁２１８における最大電圧をスケールダウンさせて電圧値のボリュームを絞り（例えば、０〜１０Ｖのレンジを０〜５Ｖ）、制御部４において０〜１０Ｖで４０９６ステップになるのを、電空レギュレータ２１７において０〜５Ｖで４０９６ステップにし、上定盤１３のウエハ５への実際の荷重の制御分解能を上げる。
【００４３】
また、回転機構３および制御部４は、下定盤１１の回転数を予め設定したスケールに基づいて構築された一次関数（ｙ2＝ｃｘ2＋ｄ）に従ってスケーリング処理（スケールアップまたはスケールダウン）している（モータ３１の回転数）。具体的に、圧力センサ２１５で検出した圧力に対する電圧値をスケールアップ（増幅）させて（例えば、０〜２Ｖのレンジを０〜１０Ｖ）、圧力センサ２１５のセンシングの精度の向上を図る。電圧値をスケールアップした電圧値を制御部４を介してインバータ３２で回転信号に自動制御する際、回転数が大きくなりすぎるといった問題がある。そこで、インバータ３２における最大電圧をスケールダウンさせて電圧値のボリュームを絞り（例えば、０〜１０Ｖのレンジを０〜５Ｖ）、制御部４において０〜１０Ｖで４０９６ステップになるのを、インバータ３２において０〜５Ｖで４０９６ステップにし、下定盤１１を回転させるモータ３１へ出力する回転信号の実際の回転数（回転速度）の制御分解能を上げる。
【００４４】
上記した構成の研磨装置１では、下定盤１１の上面１２と上定盤１３の下面１４との定盤間でキャリア１５に保持されたウエハ５を挟持し、研磨材である砥粒をその定盤間に注入する。そして、図１に示すように、制御部４により圧力機構２と回転機構３とを可変制御し、かつ、同期制御して、上定盤１３によってウエハ５に荷重をかけながら、下定盤１１を回転させることによりウエハ５を回転させて、ウエハ５の両主面５１を研磨する。
【００４５】
なお、本実施形態では、図３，４に示すように、ウエハ５への研磨工程において、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数を４段階に分けて可変させている。
【００４６】
詳説すると、下定盤１１の上面１２と上定盤１３の下面１４との間でウエハ５を挟持した後、上定盤１３の予め設定した初期加重（本実施形態では自重の３ｋｇ）をウエハ５にかけた状態で、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転を加速させて回転数を上げていき２回転で１０ｒｐｍに回転数を上げる。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、３ｋｇから２０ｋｇに加重する。
【００４７】
約１２０ｓｅｃ後、２０ｋｇになった上定盤１３のウエハ５への荷重と、１０ｒｐｍになった下定盤１１の回転数とを一定にして、下定盤１１を１０回転させる。なお、この工程を第１工程とする。
【００４８】
第１工程後、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転数を１０ｒｐｍから１５ｒｐｍに上げる。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、２０ｋｇから２５ｋｇに加重する。
【００４９】
約１２０ｓｅｃ後、２５ｋｇになった上定盤１３のウエハ５への荷重と、１５ｐｒｍになった下定盤１１の回転数とを一定にして、下定盤１１を２０回転させる。なお、この工程を第２工程とする。
【００５０】
第２工程後、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転数を１５ｒｐｍから２０ｒｐｍに上げる。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、２５ｋｇから３０ｋｇに加重する。
【００５１】
約１２０ｓｅｃ後、３０ｋｇになった上定盤１３のウエハ５への荷重と、２０ｐｒｍになった下定盤１１の回転数とを一定にして、下定盤１１を５００回転させる。なお、この工程を第３工程とする。
【００５２】
第３工程後、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転数を２０ｒｐｍから１０ｒｐｍに下げる。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、３０ｋｇから２０ｋｇに減らす。
【００５３】
約１２０ｓｅｃ後、２０ｋｇになった上定盤１３のウエハ５への荷重と、１０ｒｐｍになった下定盤１１の回転数とを一定にして、下定盤１１を１０回転させる。なお、この工程を第４工程とする。
【００５４】
第４工程後、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転数を１０ｒｐｍから０ｒｐｍに下げる。つまり、下定盤１１の回転を止める。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、２０ｋｇから、上定盤１３の自重である３ｋｇに減らす。
【００５５】
約１２０ｓｅｃ後、下定盤１１の回転が止まり、上定盤１３と下定盤１１によるウエハ５の挟持を止めて、ウエハ５の研磨を終了する。
【００５６】
なお、研磨工程における研磨時間（下記参照）や、上定盤１３の自重の値や、上定盤１３のウエハ５への荷重や、下定盤１１の回転数などの各数値に関して、これら数値は好適な一例であり、これに限定されるものではないことはいうまでもない。
【００５７】
上記したように、本実施形態にかかる研磨装置１によれば、ウエハ５がキャリア１５に保持され、ウエハ５の両主面が上定盤１３と下定盤１１とによって挟持される。ウエハ５の両主面が上定盤１３と下定盤１１とによって挟持された状態で砥粒が上定盤１３と下定盤１１との間に注入される。そして、下定盤１１が回転し、この回転にともなってキャリア１５を回転させることで、ウエハ５の両主面５１に一対の定盤の研磨面（上定盤１３の下面１４と、下定盤１１の上面１２）が砥粒を介在させてすりあわされ、ウエハ５の両主面５１が研磨される。そして、図３，４に示す第１工程〜第４工程、およびその間の工程に示すように、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤の回転数とを同期制御する。その結果、ウエハ５への研磨の際、安定したウエハ５の研磨を行うだけではなく、ウエハ５の研磨精度も高めることができる。
【００５８】
すなわち、本実施形態にかかる研磨装置１によれば、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハへの荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハへの荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御する制御部４が設けられているので、ウエハ５への研磨を行うにつれてウエハ５への研磨状態が変化した場合であっても、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数とが関係付けられ、研磨精度が高く、安定したウエハ５の研磨を行うことができ、その結果、滑らかなウエハ５の研磨を行うことができる。
【００５９】
また、下定盤１１によりウエハ５を回転させるウエハ５の研磨初期段階（図３，４に示す第１工程前）では、例えば既にウエハ５を回転させている研磨途中段階と比べて、ウエハ５にかかる外力の割合のうち、上定盤１３によるウエハ５への荷重の比率が高くなる。そのため、ウエハ５の研磨時に上定盤１３により常に一定の荷重をウエハ５にかけた場合、ウエハ５の研磨初期段階において、ウエハ５が割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハ５の外形を損傷させるおそれがある。
【００６０】
これに対して、本実施形態にかかる研磨装置１によれば、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御する制御部４が設けられるので、ウエハ５の研磨初期段階においても、ウエハ５にかかる外力の割合のうち、上定盤１３によるウエハ５への荷重の比率が高くなるのを抑制することができ、ウエハ５の研磨時に、ウエハ５が割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハ５の外形を損傷させることを抑制することができる。その結果、ウエハ５への研磨の際、研磨精度が高く、安定したウエハ５の研磨を行うことができる。
【００６１】
また、本実施形態にかかる研磨装置１によれば、制御部４により、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御するので、ウエハ５の研磨初期段階だけでなく、ウエハ５を回転させている研磨途中段階や、ウエハ５の研磨最終段階においても、上定盤１３によるウエハ５への荷重や、下定盤１１の回転によってかかるウエハ５への外力を安定させてウエハ５の研磨を行うことができる。
【００６２】
また、制御部４は、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数を段階的に（本実施形態では第１工程〜第４工程）可変させるので、ウエハ５への研磨時間毎に、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数とを設定することができ、ウエハ５の研磨加工の精度を高めることができる。
【００６３】
また、上定盤１３のウエハ５への荷重には、エアシリンダ２１１が用いられるので、上定盤１３の荷重の可変制御を容易にすることができる。
【００６４】
また、制御部４は、上定盤１３のウエハ５への荷重を予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理するので、上定盤１３のウエハ５への荷重制御の分解能を上げることができ、上定盤１３のウエハ５への荷重の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００６５】
また、制御部４は、下定盤１１の回転数を予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理するので、下定盤１１の回転数制御の分解能を上げることができ、下定盤１１の回転数の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００６６】
また、制御部４は、上定盤１３のウエハ５への荷重をＰＩＤ制御するので、上定盤１３のウエハ５への荷重の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態では、ウエハ５にＡＴカット水晶ウエハを用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧電単結晶や圧電セラミック等の圧電材料や、半導体材料等の他の電子部品材料であってもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、ウエハ５の両主面の研磨を行っているが、これに限定されるものではなく、ウエハ５の任意の部位の研磨を行うことが可能である。
【００６９】
また、本実施形態では、制御部４は、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御しているが、パラメータはウエハ５への研磨時間に限定されるものではなく、制御対象となっている定盤（本実施形態では下定盤１３）の累積回転数であってもよい。
【００７０】
また、本実施形態では、ウエハ５に荷重をかける上定盤１３を上定盤１３とし、ウエハ５を回転させる下定盤１１を下定盤１１とし、これら上定盤１３と下定盤１１とを垂直方向に対向配置された上定盤１３と下定盤１１としているが、これは好適な形態であり、これに限定されるものではなく、これら上定盤１３と下定盤１１とが対向配置されていれば、他の形態であってもよい。例えば、水平方向に対向配置された例えば右定盤と左定盤であってもよい。
【００７１】
また、本実施形態では、上定盤１３と下定盤１１とを回転させる構成としているが、これに限定されるものではなく、下定盤１１のみを回転させる構成としてもよい。
【００７２】
また、本実施例では、制御部４により、ウエハ５への研磨初期段階において（図３，４に示す第１工程参照）、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転とを同時に開始しているが、これに限定されるものではなく、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御していれば、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転とを同時に開始しなくてもよく、下定盤１１の回転を開始する前に、上定盤１３のウエハ５への荷重を制御してもよい。この場合、下定盤１１の回転数を制御する前に、上定盤１３のウエハ５への荷重を制御するので、ウエハ５の研磨初期段階における下定盤１１によるウエハ５の回転がし易くなり、ウエハ５の研磨開始時における下定盤１１の回転によってウエハ５が割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハ５の外形を損傷させることを抑制することができる。
【００７３】
また、本実施例では、圧力機構２としてエアシリンダを用いた構成としているが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、モータ２２２を用いた圧力機構２であってもよい。
【００７４】
図５に示す圧力機構２は、上定盤１３を支える支持部２２１と、上定盤１３を昇降させるモータ２２２と、モータ２２２の昇降機能を制御するためのストッパ部２２３と、上定盤１３の加重を制御する圧力制御部２２４とから構成されている。支持部２２１とモータ２２２と圧力制御部２２４とが、ワイヤやチェーンなどの連結部２２５により連結されている。
【００７５】
ストッパ部２２３は、支持部２２１を挿通可能な形状に形成され、ストッパ部２２３を挿通する支持部２２１の挿通量、すなわち支持部２２１の昇降移動量によりモータ２２２による上定盤１３の昇降を制御する。詳しくは、ストッパ部２２３には、支持部２２１の昇降移動量の上限及び下限のリミットスイッチがあり、これら上限および下限のリミットスイッチのＯＮ／ＯＦＦによりストッパ部２２３による上定盤１３の昇降移動量が制限される。
【００７６】
また、圧力制御部２２４には、上定盤１３のウエハ５への荷重を測定する測定部２２６と、上定盤側の荷重が付勢力に対する抗力となる弾性部２２７と、が設けられている。この圧力制御部２２４では、測定部２２６による上定盤１３の自重の測定値に基づいて、ウエハ５の研磨の間の上定盤１３側の荷重が算出され、制御部４による圧力制御により荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重が上定盤１３側の荷重に加減される。なお、測定部２２６には、デジタルフォースゲージが用いられ、弾性部２２７には、スプリングが用いられている。
【００７７】
また、圧力制御部２２４には、弾性部２２７における調整機能を制御するロック部２２８が設けられている。このロック部２２８には、エアシリンダが用いられている。ロック部２２８により、弾性部２２７の付勢力に対する抗力が無い状態の位置において弾性部２２７の付勢力に対する抗力が遮断される。なお、ここでいう弾性部２２７の付勢力に対する抗力が無い状態の位置とは、上定盤１３の荷重を測定部２２６により図ることができない位置のことをいう。本実施形態では、上定盤１３を下定盤１１上に配した最下位の位置を、弾性部２２７の付勢力に対する抗力が無い状態の位置とする。
【００７８】
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、ウエハを研磨する研磨装置に適用できる。特に、電子部品で用いられるウエハに有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 研磨装置
１１ 下定盤（他方の定盤）
１３ 上定盤（一方の定盤）
１５ キャリア
２ 圧力機構
２１１ エアシリンダ
２１２ ロッド
２１３ ピストン
２１４ エアシリンダの筐体
２１５ 圧力センサ
２１６ Ａ／Ｄ変換部
２１７ 電空レギュレータ
２１８ 制御弁
２１９ Ｄ／Ａ変換部
２２１ 支持部
２２２ モータ
２２３ ストッパ部
２２４ 圧力制御部
２２５ 連結部
２２６ 測定部
２２７ 弾性部
２２８ ロック部
３ 回転機構
３１ モータ
３２ インバータ
４ 制御部
５ ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハを研磨する研磨装置に関し、特に、ウエハを研磨する際の制御部に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子機器には、周波数などの電気的特性に優れている水晶振動子が多用されている。この水晶振動子の電気的な特性は、その内部に備えられた水晶振動片の電気的特性に左右される。
【０００３】
ここでいう水晶振動片は、大面積の矩形状のウエハから多数個分割形成される。このウエハの表面は平坦に成形されず、微小な凹凸が成形されている。この微量な表面の凹凸が電気的特性に大きく影響するために、ウエハの両主面を研磨加工することにより、ウエハの両主面が平坦に成形される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
下記する特許文献１に記載の研磨装置では、上面が水平に配された下定盤と、この下定盤の上方に位置し、下定盤の上面と対向配置された下面を有する上定盤とが設けられ、これら下定盤の上面と上定盤の下面とでウエハを挟持してウエハの両主面を研磨加工する。
【０００５】
下定盤では、上面の中心点を中心軸として上面が時計回りに回転する。また、上定盤では、下面の中心点を中心軸として下面が反時計回りに回転する。
【０００６】
また、この研磨装置には、ウエハの研磨の間、経時的に変化する上定盤の荷重に基づき上定盤の荷重を加減制御する圧力制御部が設けられ、ウエハに一定の上定盤の荷重をかけて研磨を行なっている。
【０００７】
上記した構成からなる特許文献１に記載の研磨装置によれば、ウエハの研磨の間、上定盤の荷重が変化した場合であっても、常に安定した荷重状態でウエハの研磨を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１３８４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記した特許文献１に記載の研磨装置では、上定盤の荷重が一定になるよう制御した状態でウエハへの研磨を行なっているので、常に一定の荷重によるウエハの研磨を行うことができる。そのため、上定盤の荷重が一定となる安定したウエハの研磨を行うことができるが、ウエハの研磨精度を高めることを目的とした発明ではなく、ウエハの研磨精度が高いものとはいえない。
【００１０】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、ウエハへの研磨の際、安定したウエハの研磨を行うだけではなく、ウエハの研磨精度も高めた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】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる研磨装置は、対向配置された一方の定盤と他方の定盤との定盤間にウエハを配して前記一方の定盤と前記他方の定盤とでウエハを挟持し、前記一方の定盤によってウエハに荷重をかけ、前記他方の定盤を回転させることによりウエハを回転させてウエハを研磨する研磨装置において、ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御する制御部が設けられたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御する制御部が設けられているので、ウエハへの研磨を行うにつれてウエハへの研磨状態が変化した場合であっても、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数とが関係付けられ、研磨精度が高く、安定した滑らかなウエハの研磨を行うことが可能となり、その結果、ウエハへの研磨の際、安定したウエハの研磨を行うだけではなく、ウエハの研磨精度も高めることが可能となる。
【００１３】
ところで、前記他方の定盤によりウエハを回転させるウエハの研磨初期段階では、例えば既にウエハを回転させている研磨途中段階と比べて、ウエハにかかる外力の割合のうち、前記一方の定盤によるウエハへの荷重の比率が高くなる。そのため、ウエハの研磨時に前記一方の定盤により常に一定の荷重をウエハにかけた場合、ウエハの研磨初期段階において、ウエハが割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハの外形を損傷させるおそれがある。
【００１４】
これに対して、本発明によれば、ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御する制御部が設けられるので、ウエハの研磨初期段階においても、ウエハにかかる外力の割合のうち、前記一方の定盤によるウエハへの荷重の比率が高くなるのを抑制することが可能となり、ウエハの研磨時に、ウエハが割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハの外形を損傷させることを抑制することが可能となる。その結果、ウエハへの研磨の際、研磨精度が高く、安定したウエハの研磨を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記制御部が、ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御するので、ウエハの研磨初期段階だけでなく、ウエハを回転させている研磨途中段階や、ウエハの研磨最終段階においても、前記一方の定盤によるウエハへの荷重や、前記他方の定盤の回転によってかかるウエハへの外力のそれぞれの割合を常に安定させてウエハの研磨を行うことが可能となる。
【００１６】
前記構成において、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数を段階的に可変させてもよい。
【００１７】
この場合、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数を段階的に可変させるので、ウエハへの研磨時間毎に、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数とを設定することが可能となり、ウエハの研磨加工の精度を高めることが可能となる。
【００１８】
前記構成において、前記他方の定盤の回転数を制御する前に、前記一方の定盤のウエハへの荷重を制御してもよい。
【００１９】
この場合、前記他方の定盤の回転数を制御する前に、前記一方の定盤のウエハへの荷重を制御するので、前記ウエハの研磨開始時における前記他方の定盤によるウエハの回転がし易くなり、前記ウエハの研磨開始時における前記他方の定盤の回転によってウエハが割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハの外形を損傷させることを抑制することが可能となる。
【００２０】
前記構成において、前記一方の定盤のウエハへの荷重には、エアシリンダが用いられてもよい。
【００２１】
この場合、前記一方の定盤のウエハへの荷重には、エアシリンダが用いられるので、前記一方の定盤の荷重の可変制御を容易にすることが可能となる。
【００２２】
前記構成において、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重を、予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理してもよい。
【００２３】
この場合、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重を予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理するので、前記一方の定盤のウエハへの荷重制御の分解能を上げることが可能となり、前記一方の定盤のウエハへの荷重の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００２４】
前記構成において、前記制御部は、前記他方の定盤の回転数を、予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理してもよい。
【００２５】
この場合、前記制御部は、前記他方の定盤の回転数を予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理するので、前記他方の定盤の回転数制御の分解能を上げることが可能となり、前記他方の定盤の回転数の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００２６】
前記構成において、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重を、ＰＩＤ制御してもよい。
【００２７】
この場合、前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重をＰＩＤ制御するので、前記一方の定盤のウエハへの荷重の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかる研磨装置によれば、ウエハへの研磨の際、安定したウエハの研磨を行うだけではなく、ウエハの研磨精度も高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本実施形態にかかる研磨装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本実施形態にかかるエアシリンダの概略構成図である。
【図３】図３は、本実施形態にかかる下定盤の回転数と研磨時間との関係を示したグラフ図である。
【図４】図４は、本実施形態にかかる上定盤のウエハへの荷重と研磨時間との関係を示したグラフ図である。
【図５】図５は、本実施形態の他の形態にかかる研磨装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態では、ウエハとして厚みで周波数が決定されるＡＴカット水晶ウエハに本発明を適用した場合を示す。
【００３１】
本実施形態にかかる研磨装置１では、図１に示すように、水平に配された上面１２を有する下定盤１１（本発明でいう他方の定盤）と、この下定盤１１の上方に位置し、水平に配された下面１４を有する上定盤１３（本発明でいう一方の定盤）とが設けられている。なお、上定盤１３と下定盤１１とから一対の定盤が構成され、上定盤１３と下定盤１１とが垂直方向に対向配置され、これら上定盤１３の下面１４と下定盤１１の上面１２とは対面する。
【００３２】
上定盤１３は、厚肉の円盤状に形成され、その下面１４は、一対の定盤（上定盤１３と下定盤１１）によりウエハ５を挟持した際にウエハ５と直に接する平坦な研磨面として形成されている。また、上定盤１３は、回転機構（図示省略）によりその下面１４の径の中心点を中心軸にして下面１４が面方向（反時計回り）に回転するよう自転する。
【００３３】
下定盤１１は、厚肉の円盤状に形成され、その上面１２は、一対の定盤によりウエハ５を挟持した際にウエハ５と直に接する平坦な研磨面として形成されている。また、下定盤１１は、モータ３１を含む回転機構（図示省略）によりその上面１２の径の中心点を中心軸にして上面１２が面方向（反時計回り）に回転するよう自転する。
【００３４】
また、下定盤１１の厚さ（高さ）は上定盤１３の厚さより厚く、下定盤１１の径は上定盤１３の径より長く設定されている。さらに、下定盤１１の研磨面である上面１２には、ウエハ５を保持する複数のキャリア１５が設けられ、この上面１２の外周上部にキャリア１５を自転させるためのギア部（図示省略）が設けられている。ギア部は、下定盤１１の研磨面である上面１２の外周端に形成されたインターナルギア（図示省略）と、下定盤１１の径の中心点領域に設けられた中心ギアとから構成されている。中心ギアは、インターナルギアと中心ギアとは異なる方向（時計回りと反時計回り）に回転する。
【００３５】
また、研磨装置１には、図１に示すように、上定盤１３に荷重をかける圧力機構２と、下定盤１１を回転させる回転機構３と、これら圧力機構２および回転機構３を同期制御する制御部４と、が設けられている。
【００３６】
圧力機構２には、上定盤１３に荷重をかけるエアシリンダ２１１と、エアシリンダ２１１の圧力を検出する圧力センサ２１５と、圧力センサ２１５で検出した空気圧力を電気信号にＡ／Ｄ変換して制御部４に出力するＡ／Ｄ変換部２１６と、制御部４からの圧力に関する電気信号にＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部２１９と、Ｄ／Ａ変換部２１９によってＤ／Ａ変換した電気信号を空気圧力に変換する電空レギュレータ２１７とが設けられている。なお、エアー源から空気が、電空レギュレータ２１７の制御弁２１８を介して圧力調整されて圧力機構２に供給される。圧力の制御に関して、圧力センサ２１５から得られる電気信号をフィードバックして、圧力センサ２１５の電気信号が、予め測定された実際の圧力値になるように電空レギュレータ２１７の制御圧力をＰＩＤ制御する。このＰＩＤ制御により、上定盤１３のウエハ５への荷重を制御する。
【００３７】
エアシリンダ２１１には、図１，２に示すように、他端が上定盤１３に係合され、一端にピストン２１３が設けられたロッド２１２が設けられ、エアー源から供給される空気によりピストンが垂直方向に変位移動する。
【００３８】
ところで、研磨装置１では、ウエハ５の研磨前に、上定盤１３の自重を測定する。この測定では、図２に示すように、ピストン２１３をエアシリンダ２１１の筐体２１４の上限位置に配置し、この上限位置からエアシリンダ２１１内の空気圧を下げて（空気を抜いて）筐体２１４の下限位置までピストン２１３を下ろす。その後、エアシリンダ２１１へ空気を供給して、空気圧を上げ、ピストン２１３を徐々に上げていく。そして、ピストン２１３を筐体２１４の中間位置を越えたぐらいまで上げて、その後、エアシリンダ２１１内の空気圧を下げて筐体２１４の中間位置を越えたぐらいまで下げる。このピストン２１３が筐体２１４の中間位置を越える移動（変位）をした時、図示しない中間位置センサーをＯＮ／ＯＦＦし、このＯＮ／ＯＦＦによりピストン２１３の位置を検出する。そして、このピストン２１３を筐体２１４の中間位置を跨って往復する工程を複数回行うことで、この筐体２１４の中間位置における上定盤１３の荷重に対する圧力を計測し、この計測した上定盤１３の荷重を上定盤１３の自重とする。
【００３９】
なお、この上定盤１３の自重のデータを計測するために、予め圧力センサ２１５の圧力に対する電圧値と、上定盤１３の荷重のデータを計測および算出し保存する。具体的に、この圧力センサ２１５の電圧値のデータをｎ次曲線で近似し、この近似したデータから逆算して荷重のデータを得て、これらデータをデータテーブルに保存する。
【００４０】
回転機構３には、下定盤１１を回転させるモータ３１と、制御部４からの回転に関する電気信号を回転信号に自動制御し、モータ３１に回転信号を出力するインバータ３２とが、設けられている。
【００４１】
制御部４は、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御する。具体的に、制御部４は、圧力センサ２１５が検出してＡ／Ｄ変換部２１６を介して入力する電気信号に基づいて、電空レギュレータ２１７への圧力に関する電気信号と、インバータ３２に出力する回転に関する電気信号とを決定（可変制御）し、これら電気信号を同期させた状態で電空レギュレータ２１７とインバータ３２に出力（同期制御）する。なお、本実施形態における制御部４での同期制御により、図３，４に示すように、ウエハ５への研磨工程において、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数を段階的に可変させる。
【００４２】
また、圧力機構２および制御部４は、上定盤１３のウエハ５への荷重（エアシリンダ２１１にかける圧力）を、予め設定したスケールに基づいて構築された一次関数（ｙ1＝ａ1ｘ1＋ｂ1）に従ってスケーリング処理（スケールアップまたはスケールダウン）している。具体的に、圧力センサ２１５で検出した圧力に対する電圧値をスケールアップ（増幅）させて（例えば、０〜２Ｖのレンジを０〜１０Ｖ）、圧力センサ２１５のセンシングの精度の向上を図る。電圧値をスケールアップした電圧値を制御部４を介して電空レギュレータ２１７で空気圧力に変換する際、圧力が高くなり、その結果、荷重がかかりすぎるといった問題がある。そこで、制御弁２１８における最大電圧をスケールダウンさせて電圧値のボリュームを絞り（例えば、０〜１０Ｖのレンジを０〜５Ｖ）、制御部４において０〜１０Ｖで４０９６ステップになるのを、電空レギュレータ２１７において０〜５Ｖで４０９６ステップにし、上定盤１３のウエハ５への実際の荷重の制御分解能を上げる。
【００４３】
また、回転機構３および制御部４は、下定盤１１の回転数を予め設定したスケールに基づいて構築された一次関数（ｙ2＝ｃｘ2＋ｄ）に従ってスケーリング処理（スケールアップまたはスケールダウン）している（モータ３１の回転数）。具体的に、圧力センサ２１５で検出した圧力に対する電圧値をスケールアップ（増幅）させて（例えば、０〜２Ｖのレンジを０〜１０Ｖ）、圧力センサ２１５のセンシングの精度の向上を図る。電圧値をスケールアップした電圧値を制御部４を介してインバータ３２で回転信号に自動制御する際、回転数が大きくなりすぎるといった問題がある。そこで、インバータ３２における最大電圧をスケールダウンさせて電圧値のボリュームを絞り（例えば、０〜１０Ｖのレンジを０〜５Ｖ）、制御部４において０〜１０Ｖで４０９６ステップになるのを、インバータ３２において０〜５Ｖで４０９６ステップにし、下定盤１１を回転させるモータ３１へ出力する回転信号の実際の回転数（回転速度）の制御分解能を上げる。
【００４４】
上記した構成の研磨装置１では、下定盤１１の上面１２と上定盤１３の下面１４との定盤間でキャリア１５に保持されたウエハ５を挟持し、研磨材である砥粒をその定盤間に注入する。そして、図１に示すように、制御部４により圧力機構２と回転機構３とを可変制御し、かつ、同期制御して、上定盤１３によってウエハ５に荷重をかけながら、下定盤１１を回転させることによりウエハ５を回転させて、ウエハ５の両主面５１を研磨する。
【００４５】
なお、本実施形態では、図３，４に示すように、ウエハ５への研磨工程において、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数を４段階に分けて可変させている。
【００４６】
詳説すると、下定盤１１の上面１２と上定盤１３の下面１４との間でウエハ５を挟持した後、上定盤１３の予め設定した初期加重（本実施形態では自重の３ｋｇ）をウエハ５にかけた状態で、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転を加速させて回転数を上げていき２回転で１０ｒｐｍに回転数を上げる。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、３ｋｇから２０ｋｇに加重する。
【００４７】
約１２０ｓｅｃ後、２０ｋｇになった上定盤１３のウエハ５への荷重と、１０ｒｐｍになった下定盤１１の回転数とを一定にして、下定盤１１を１０回転させる。なお、この工程を第１工程とする。
【００４８】
第１工程後、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転数を１０ｒｐｍから１５ｒｐｍに上げる。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、２０ｋｇから２５ｋｇに加重する。
【００４９】
約１２０ｓｅｃ後、２５ｋｇになった上定盤１３のウエハ５への荷重と、１５ｐｒｍになった下定盤１１の回転数とを一定にして、下定盤１１を２０回転させる。なお、この工程を第２工程とする。
【００５０】
第２工程後、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転数を１５ｒｐｍから２０ｒｐｍに上げる。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、２５ｋｇから３０ｋｇに加重する。
【００５１】
約１２０ｓｅｃ後、３０ｋｇになった上定盤１３のウエハ５への荷重と、２０ｐｒｍになった下定盤１１の回転数とを一定にして、下定盤１１を５００回転させる。なお、この工程を第３工程とする。
【００５２】
第３工程後、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転数を２０ｒｐｍから１０ｒｐｍに下げる。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、３０ｋｇから２０ｋｇに減らす。
【００５３】
約１２０ｓｅｃ後、２０ｋｇになった上定盤１３のウエハ５への荷重と、１０ｒｐｍになった下定盤１１の回転数とを一定にして、下定盤１１を１０回転させる。なお、この工程を第４工程とする。
【００５４】
第４工程後、予め設定した時間（本実施形態では約１２０ｓｅｃ）で、下定盤１１の回転数を１０ｒｐｍから０ｒｐｍに下げる。つまり、下定盤１１の回転を止める。その際、上定盤１３のウエハ５への荷重を、２０ｋｇから、上定盤１３の自重である３ｋｇに減らす。
【００５５】
約１２０ｓｅｃ後、下定盤１１の回転が止まり、上定盤１３と下定盤１１によるウエハ５の挟持を止めて、ウエハ５の研磨を終了する。
【００５６】
なお、研磨工程における研磨時間（下記参照）や、上定盤１３の自重の値や、上定盤１３のウエハ５への荷重や、下定盤１１の回転数などの各数値に関して、これら数値は好適な一例であり、これに限定されるものではないことはいうまでもない。
【００５７】
上記したように、本実施形態にかかる研磨装置１によれば、ウエハ５がキャリア１５に保持され、ウエハ５の両主面が上定盤１３と下定盤１１とによって挟持される。ウエハ５の両主面が上定盤１３と下定盤１１とによって挟持された状態で砥粒が上定盤１３と下定盤１１との間に注入される。そして、下定盤１１が回転し、この回転にともなってキャリア１５を回転させることで、ウエハ５の両主面５１に一対の定盤の研磨面（上定盤１３の下面１４と、下定盤１１の上面１２）が砥粒を介在させてすりあわされ、ウエハ５の両主面５１が研磨される。そして、図３，４に示す第１工程〜第４工程、およびその間の工程に示すように、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤の回転数とを同期制御する。その結果、ウエハ５への研磨の際、安定したウエハ５の研磨を行うだけではなく、ウエハ５の研磨精度も高めることができる。
【００５８】
すなわち、本実施形態にかかる研磨装置１によれば、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハへの荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハへの荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御する制御部４が設けられているので、ウエハ５への研磨を行うにつれてウエハ５への研磨状態が変化した場合であっても、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数とが関係付けられ、研磨精度が高く、安定したウエハ５の研磨を行うことができ、その結果、滑らかなウエハ５の研磨を行うことができる。
【００５９】
また、下定盤１１によりウエハ５を回転させるウエハ５の研磨初期段階（図３，４に示す第１工程前）では、例えば既にウエハ５を回転させている研磨途中段階と比べて、ウエハ５にかかる外力の割合のうち、上定盤１３によるウエハ５への荷重の比率が高くなる。そのため、ウエハ５の研磨時に上定盤１３により常に一定の荷重をウエハ５にかけた場合、ウエハ５の研磨初期段階において、ウエハ５が割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハ５の外形を損傷させるおそれがある。
【００６０】
これに対して、本実施形態にかかる研磨装置１によれば、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御する制御部４が設けられるので、ウエハ５の研磨初期段階においても、ウエハ５にかかる外力の割合のうち、上定盤１３によるウエハ５への荷重の比率が高くなるのを抑制することができ、ウエハ５の研磨時に、ウエハ５が割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハ５の外形を損傷させることを抑制することができる。その結果、ウエハ５への研磨の際、研磨精度が高く、安定したウエハ５の研磨を行うことができる。
【００６１】
また、本実施形態にかかる研磨装置１によれば、制御部４により、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御するので、ウエハ５の研磨初期段階だけでなく、ウエハ５を回転させている研磨途中段階や、ウエハ５の研磨最終段階においても、上定盤１３によるウエハ５への荷重や、下定盤１１の回転によってかかるウエハ５への外力を安定させてウエハ５の研磨を行うことができる。
【００６２】
また、制御部４は、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数を段階的に（本実施形態では第１工程〜第４工程）可変させるので、ウエハ５への研磨時間毎に、上定盤１３のウエハ５への荷重と、下定盤１１の回転数とを設定することができ、ウエハ５の研磨加工の精度を高めることができる。
【００６３】
また、上定盤１３のウエハ５への荷重には、エアシリンダ２１１が用いられるので、上定盤１３の荷重の可変制御を容易にすることができる。
【００６４】
また、制御部４は、上定盤１３のウエハ５への荷重を予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理するので、上定盤１３のウエハ５への荷重制御の分解能を上げることができ、上定盤１３のウエハ５への荷重の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００６５】
また、制御部４は、下定盤１１の回転数を予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理するので、下定盤１１の回転数制御の分解能を上げることができ、下定盤１１の回転数の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００６６】
また、制御部４は、上定盤１３のウエハ５への荷重をＰＩＤ制御するので、上定盤１３のウエハ５への荷重の可変制御の精度を向上させることが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態では、ウエハ５にＡＴカット水晶ウエハを用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧電単結晶や圧電セラミック等の圧電材料や、半導体材料等の他の電子部品材料であってもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、ウエハ５の両主面の研磨を行っているが、これに限定されるものではなく、ウエハ５の任意の部位の研磨を行うことが可能である。
【００６９】
また、本実施形態では、制御部４は、ウエハ５への研磨時間をパラメータとして、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを可変制御し、かつ、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御しているが、パラメータはウエハ５への研磨時間に限定されるものではなく、制御対象となっている定盤（本実施形態では下定盤１３）の累積回転数であってもよい。
【００７０】
また、本実施形態では、ウエハ５に荷重をかける上定盤１３を上定盤１３とし、ウエハ５を回転させる下定盤１１を下定盤１１とし、これら上定盤１３と下定盤１１とを垂直方向に対向配置された上定盤１３と下定盤１１としているが、これは好適な形態であり、これに限定されるものではなく、これら上定盤１３と下定盤１１とが対向配置されていれば、他の形態であってもよい。例えば、水平方向に対向配置された例えば右定盤と左定盤であってもよい。
【００７１】
また、本実施形態では、上定盤１３と下定盤１１とを回転させる構成としているが、これに限定されるものではなく、下定盤１１のみを回転させる構成としてもよい。
【００７２】
また、本実施例では、制御部４により、ウエハ５への研磨初期段階において（図３，４に示す第１工程参照）、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転とを同時に開始しているが、これに限定されるものではなく、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転数とを同期制御していれば、上定盤１３のウエハ５への荷重と下定盤１１の回転とを同時に開始しなくてもよく、下定盤１１の回転を開始する前に、上定盤１３のウエハ５への荷重を制御してもよい。この場合、下定盤１１の回転数を制御する前に、上定盤１３のウエハ５への荷重を制御するので、ウエハ５の研磨初期段階における下定盤１１によるウエハ５の回転がし易くなり、ウエハ５の研磨開始時における下定盤１１の回転によってウエハ５が割れたり、欠けたり、クラックが生じたりするなど、ウエハ５の外形を損傷させることを抑制することができる。
【００７３】
また、本実施例では、圧力機構２としてエアシリンダを用いた構成としているが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、モータ２２２を用いた圧力機構２であってもよい。
【００７４】
図５に示す圧力機構２は、上定盤１３を支える支持部２２１と、上定盤１３を昇降させるモータ２２２と、モータ２２２の昇降機能を制御するためのストッパ部２２３と、上定盤１３の加重を制御する圧力制御部２２４とから構成されている。支持部２２１とモータ２２２と圧力制御部２２４とが、ワイヤやチェーンなどの連結部２２５により連結されている。
【００７５】
ストッパ部２２３は、支持部２２１を挿通可能な形状に形成され、ストッパ部２２３を挿通する支持部２２１の挿通量、すなわち支持部２２１の昇降移動量によりモータ２２２による上定盤１３の昇降を制御する。詳しくは、ストッパ部２２３には、支持部２２１の昇降移動量の上限及び下限のリミットスイッチがあり、これら上限および下限のリミットスイッチのＯＮ／ＯＦＦによりストッパ部２２３による上定盤１３の昇降移動量が制限される。
【００７６】
また、圧力制御部２２４には、上定盤１３のウエハ５への荷重を測定する測定部２２６と、上定盤側の荷重が付勢力に対する抗力となる弾性部２２７と、が設けられている。この圧力制御部２２４では、測定部２２６による上定盤１３の自重の測定値に基づいて、ウエハ５の研磨の間の上定盤１３側の荷重が算出され、制御部４による圧力制御により荷重に変動があった場合にその過不足分の荷重が上定盤１３側の荷重に加減される。なお、測定部２２６には、デジタルフォースゲージが用いられ、弾性部２２７には、スプリングが用いられている。
【００７７】
また、圧力制御部２２４には、弾性部２２７における調整機能を制御するロック部２２８が設けられている。このロック部２２８には、エアシリンダが用いられている。ロック部２２８により、弾性部２２７の付勢力に対する抗力が無い状態の位置において弾性部２２７の付勢力に対する抗力が遮断される。なお、ここでいう弾性部２２７の付勢力に対する抗力が無い状態の位置とは、上定盤１３の荷重を測定部２２６により図ることができない位置のことをいう。本実施形態では、上定盤１３を下定盤１１上に配した最下位の位置を、弾性部２２７の付勢力に対する抗力が無い状態の位置とする。
【００７８】
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、ウエハを研磨する研磨装置に適用できる。特に、電子部品で用いられるウエハに有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 研磨装置
１１ 下定盤（他方の定盤）
１３ 上定盤（一方の定盤）
１５ キャリア
２ 圧力機構
２１１ エアシリンダ
２１２ ロッド
２１３ ピストン
２１４ エアシリンダの筐体
２１５ 圧力センサ
２１６ Ａ／Ｄ変換部
２１７ 電空レギュレータ
２１８ 制御弁
２１９ Ｄ／Ａ変換部
２２１ 支持部
２２２ モータ
２２３ ストッパ部
２２４ 圧力制御部
２２５ 連結部
２２６ 測定部
２２７ 弾性部
２２８ ロック部
３ 回転機構
３１ モータ
３２ インバータ
４ 制御部
５ ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一方の定盤と他方の定盤との定盤間にウエハを配して前記一方の定盤と前記他方の定盤とでウエハを挟持し、前記一方の定盤によってウエハに荷重をかけ、前記他方の定盤を回転させることによりウエハを回転させてウエハを研磨する研磨装置において、
ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御する制御部が設けられたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置において、
前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数を段階的に可変させることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の研磨装置において、
前記他方の定盤の回転数を制御する前に、前記一方の定盤のウエハへの荷重を制御することを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の研磨装置において、
前記一方の定盤のウエハへの荷重には、エアシリンダが用いられたことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の研磨装置において、
前記一方の定盤のウエハへの荷重を、予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理することを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の研磨装置において、
前記他方の定盤の回転数を、予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理することを特徴とする研磨装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の研磨装置において、
前記一方の定盤のウエハへの荷重を、ＰＩＤ制御することを特徴とする研磨装置。
【請求項１】
対向配置された一方の定盤と他方の定盤との定盤間にウエハを配して前記一方の定盤と前記他方の定盤とでウエハを挟持し、前記一方の定盤によってウエハに荷重をかけ、前記他方の定盤を回転させることによりウエハを回転させてウエハを研磨する研磨装置において、
ウエハへの研磨時間あるいはウエハの累積回転数をパラメータとして、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを可変制御し、かつ、前記一方の定盤のウエハへの荷重と前記他方の定盤の回転数とを同期制御する制御部が設けられたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置において、
前記制御部は、前記一方の定盤のウエハへの荷重と、前記他方の定盤の回転数を段階的に可変させることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の研磨装置において、
前記他方の定盤の回転数を制御する前に、前記一方の定盤のウエハへの荷重を制御することを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の研磨装置において、
前記一方の定盤のウエハへの荷重には、エアシリンダが用いられたことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の研磨装置において、
前記一方の定盤のウエハへの荷重を、予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理することを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の研磨装置において、
前記他方の定盤の回転数を、予め設定したスケールに基づいてスケーリング処理することを特徴とする研磨装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の研磨装置において、
前記一方の定盤のウエハへの荷重を、ＰＩＤ制御することを特徴とする研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−４１９９６（Ｐ２０１１−４１９９６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９０３５０（Ｐ２００９−１９０３５０）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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