JP2016049605A - 水晶ウェハ用研磨キャリア及びこれを用いた水晶ウェハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に入手し得る通常の鋼板を用いて構成されながら十分な強度を有する水晶ウェハ用研磨キャリア、および該研磨キャリアを用いた水晶ウェハの研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨キャリア１０は、両面研磨機によって水晶ウェハ２０を研磨する際に用いられ、鋼板１１と鋼板１１に形成されるとともに水晶ウェハ２０を保持する収納孔１２とを有する。そして、鋼板１１の表面１１１及び裏面１１２が金属膜１３で被覆されている。金属膜１３の硬度は、鋼板１１の硬度以上かつ水晶ウェハ２０の硬度以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、両面研磨機で使用される水晶ウェハ用研磨キャリア（以下、単に「研磨キャリア」という。）、及びこれを用いた水晶ウェハの研磨方法に関する。

水晶振動子や光デバイスなどの水晶部品を製造するには、両面研磨機で水晶ウェハを研磨する工程が必要になる。この研磨中に水晶ウェハを保持するため、研磨キャリアが使用される。一般的な研磨キャリアは、例えば厚みが０．１ｍｍ以下で直径が２２８．６ｍｍ（９インチ）以上の円形である鋼板と、この鋼板に形成されるとともに水晶ウェハを保持する収納孔と、を有する。

近年の水晶ウェハは大きくかつ薄くなり、これに伴い研磨キャリアも大きくかつ薄くなることにより変形しやすくなっている。そのため、研磨キャリアに今までと同じ強度の鋼板を使っていると、研磨中に鋼板が変形することにより、水晶ウェハが破損しかねない。これを防ぐために、研磨キャリアの強度を上げる目的で焼き入れされた、ＨＶ５００〜６００程度の特殊な鋼板が使われている。

特許第４６９８１７８号公報 特開２０１０−２８００２６号公報（図３「緩衝リング５３」） 特開２０１１−２４０４６０号公報（図３「樹脂リング２」）

しかしながら、ＨＶ５００〜６００程度の鋼板は、主な用途がばね板やかみそり刃などに限られるため、あまり流通していない。特に、大きな鋼板は焼き入れの平坦度を保つことが困難になるため、ＨＶ５００〜６００程度の大きな鋼板は更に希少である。

ところで、水晶ウェハの厚みが０．１ｍｍ以下であるのに対して、半導体ウェハの厚みは０．５〜１ｍｍ以上もある。そのため、半導体ウェハ用の研磨キャリアは、十分な厚みがあるので、研磨中に変形することが問題にならないようである。例えば、半導体ウェハ用の研磨キャリアとして、キャリア基材よりも高い硬度の材料で表面及び裏面を被覆したものがあるが（特許文献１参照）、これは表面及び裏面の耐摩耗性の向上を目的としたものである。

そこで、本発明の主な目的は、汎用の鋼板を用いて、十分な強度を有する研磨キャリアを構成することにある。

また、両面研磨機にて水晶ウェハを研磨するときに、水晶ウェハに損傷が発生しやすい。これは、研磨キャリアのウェハ収納孔に水晶ウェハを入れて研磨する際に、水晶ウェハの端面とウェハ収納孔の内壁とが衝突するためである。

一方、半導体ウェハを両面研磨機で研磨する分野では、研磨時の半導体ウェハの損傷を低減するために、樹脂リングをウェハ収納孔の内壁に取り付けた研磨キャリアを使用することが知られている（特許文献２、３参照）。これは、樹脂リングを金属製のウェハ収納孔の内周に嵌め込む構造になっており、厚みが０．５〜１ｍｍ以上もある半導体ウェハを研磨することには適した技術である。なぜなら、ウェハ収納孔の内壁の厚み方向の長さは、半導体ウェハの厚みと同じ０．５〜１ｍｍ以上もあるので、内壁での樹脂リングの被着面積も十分に取れるからである。

しかしながら、水晶ウェハ用の研磨キャリアでは、水晶ウェハの厚みが０．１ｍｍ以下であるため、ウェハ収納孔の内壁の厚み方向の長さも０．１ｍｍ以下になる。そのため、内壁での樹脂リングの被着面積を十分に取れないので、ウェハ収納孔に樹脂リングを取り付けることが困難である。

そこで、本発明の他の目的は、両面研磨機で水晶ウェハを研磨する際の水晶ウェハの損傷を抑制する、研磨キャリアを提供することにある。

本発明に係る研磨キャリアは、
両面研磨機によって水晶ウェハを研磨する際に用いられ、鋼板とこの鋼板に形成されるとともに前記水晶ウェハを保持する収納孔とを有する研磨キャリアにおいて、
前記鋼板の表面及び裏面が前記鋼板の硬度以上かつ前記水晶ウェハの硬度以下の硬度を有する金属膜で被覆された、
ことを特徴とする。

本発明に係る水晶ウェハの研磨方法は、
本発明に係る研磨キャリアの前記収納孔に前記水晶ウェハを入れることにより、前記水晶ウェハを前記収納孔で保持し、
前記両面研磨機を用いて前記水晶ウェハを前記研磨キャリアごと研磨する、
水晶ウェハの研磨方法。

本発明によれば、鋼板の硬度以上かつ水晶ウェハの硬度以下の硬度を有する金属膜によって鋼板の表面及び裏面を被覆することにより、その鋼板の変形を抑えられるので、安価に入手し得る通常の鋼板を用いて、十分な強度を有する研磨キャリアを構成できる。

実施形態１の研磨キャリアを示し、図１［Ａ］は平面図、図１［Ｂ］は図１［Ａ］におけるＩｂ−Ｉｂ線断面図である。 実施形態１における両面研磨機の一部を示し、図２［Ａ］は平面図、図２［Ｂ］は図２［Ａ］におけるIIｂ部拡大図である。 実施形態２の研磨キャリアを示し、図３［Ａ］は平面図、図３［Ｂ］は図３［Ａ］におけるIIIｂ−IIIｂ線断面図である。 実施形態２における両面研磨機の一部を示し、図４［Ａ］は平面図、図４［Ｂ］は図４［Ａ］におけるIVｂ部拡大図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。

図１は実施形態１の研磨キャリアを示し、図１［Ａ］は平面図、図１［Ｂ］は図１［Ａ］におけるＩｂ−Ｉｂ線断面図である。図２は両面研磨機の一部を示し、図２［Ａ］は平面図、図２［Ｂ］は図２［Ａ］におけるIIｂ部拡大図である。ただし、図１［Ｂ］では、水晶ウェハを付加して示すとともに、平面方向に対して厚み方向を拡大して示している。以下、これらの図面に基づき説明する。

本実施形態１の研磨キャリア１０は、両面研磨機３０によって水晶ウェハ２０を研磨する際に用いられものであり、鋼板１１と、鋼板１１に形成されるとともに水晶ウェハ２０を保持する収納孔１２と、を有する。そして、鋼板１１の表面１１１及び裏面１１２が、金属膜１３で被覆されている。金属膜１３の硬度は、鋼板１１の硬度以上かつ水晶ウェハ２０の硬度以下である。

金属膜１３の硬度を鋼板１１の硬度以上とする理由は、研磨キャリア１０の強度を増すためである。金属膜１３の硬度を水晶ウェハ２０の硬度以下とする理由は、水晶ウェハ２０とともに研磨されることにより発生した金属膜１３や欠けた水晶ウェハ２０の微粉が水晶ウェハ２０を傷つけないようにするためである。

金属膜１３は、本実施形態１では無電解ニッケルめっき膜としている。無電解ニッケルめっき膜としては、所望の硬度が得られればニッケル-リンめっき膜でもニッケル-ボロンめっき膜でもよい。その無電解ニッケルめっき膜の厚さは、例えば、厚さが０．０７ｍｍ以下の鋼板１１に対して、０．００２〜０．０１ｍｍとすることが好ましい。なお、金属膜１３は、その硬度が鋼板１１の硬度以上かつ水晶ウェハ２０の硬度以下であればどのようなものでもよく、例えばクロムめっき膜などでもよい。また、無電解ニッケルめっき膜の場合においては、熱処理することで硬度を高めることができるので、鋼板１１の熱処理と合わせて硬度を高めることができる。

鋼板１１は、最低厚さが０．０７ｍｍ、直径が２２８．６ｍｍ（９インチ）の円形であり、硬度がＨＶ４００〜５００である。金属膜１３である無電解ニッケルめっき膜の硬度は、ＨＶ７００〜８００である。水晶ウェハ２０の硬度は、ＨＶ１１００である。ここで、ＨＶは、押し込み硬度の一種であるビッカース硬度を示す記号であり、単位が〔ｋｇ／ｍｍ²〕である。具体的には、対面角が１３６°の四角錐形のダイアモンドを、一定荷重かつ一定時間、測定試料に押し込むことにより、試料表面に圧痕を生じさせ、その対角線の長さから所定の式を用いてＨＶを算出する。

収納孔１２は水晶ウェハ２０を収容可能な大きさの貫通孔であり、その数は任意である。また、鋼板１１の外周にはギヤ部１４が形成され、鋼板１１の内側には研磨液の通過孔１５が形成されている。

両面研磨機３０は、太陽歯車３１及び内歯歯車３２の他に、図示しない上定盤、下定盤研磨布、駆動源などからなる。図２［Ａ］では各歯車のギヤ部の図示を省略している。太陽歯車３１及び内歯歯車３２は上定盤及び下定盤の間に位置し、太陽歯車３１と内歯歯車３２との間で研磨キャリア１０が遊星歯車として噛合している。研磨キャリア１０に水晶ウェハ２０をセットし、これらを上定盤及び下定盤で研磨布を介して挟持し、研磨液を供給しながら駆動源によって太陽歯車３１又は内歯歯車３２を回転させると、研磨キャリア１０は自転しながら公転することにより水晶ウェハ２０とともに研磨される。

次に、研磨キャリア１０の製造方法を説明する。まず、鋼板１１を用意する。鋼板１１は、通常の安価に入手可能なものでよく、例えばＳＵＳ３０１やＳＵＳ３０４などである。続いて、鋼板１１に金属膜１３として無電解ニッケルめっき膜を形成する。つまり、めっき液中に鋼板１１を浸漬することにより、鋼板１１上に無電解ニッケルめっき膜を析出させる。そして、金属膜１３が形成された鋼板１１に対して、プレスやエッチングによって収納孔１２、ギヤ部１４及び通過孔１５を形成することにより、研磨キャリア１０が得られる。

本実施形態１によれば、鋼板１１の硬度以上かつ水晶ウェハ２０の硬度以下の硬度を有する金属膜１３によって鋼板１１の表面１１１及び裏面１１２を被覆することにより、鋼板１１の変形を抑えられるので、安価に入手し得る通常の鋼板１１を用いて、十分な強度を有する研磨キャリア１０を構成できる。特に、厚みが０．１ｍｍ以下で直径が２２８．６ｍｍ以上の円形の鋼板１１は、たいへん変形しやすいので、金属膜１３の被覆による効果が顕著である。

次に、研磨キャリア１０を用いた水晶ウェハ２０の研磨方法を説明する。まず、研磨キャリア１０の収納孔１２に水晶ウェハ２０を入れることにより、水晶ウェハ２０を収納孔１２で保持する（図１）。続いて、両面研磨機３０を用いて水晶ウェハ２０を研磨キャリア１０ごと研磨する（図２）。

この研磨方法によれば、安価な鋼板１１からなる研磨キャリア１０を用いて水晶ウェハ２０を研磨することにより、水晶ウェハ２０の研磨に要する費用を削減できる。したがって、水晶ウェハ２０から得られる水晶振動子や光デバイスなどの水晶部品の製造コストを低減できる。

図３は実施形態２の研磨キャリアを示し、図３［Ａ］は平面図、図３［Ｂ］は図３［Ａ］におけるIIIｂ−IIIｂ線断面図である。図４は両面研磨機の一部を示し、図４［Ａ］は平面図、図４［Ｂ］は図４［Ａ］におけるIVｂ部拡大図である。ただし、図３［Ｂ］では、水晶ウェハを付加して示すとともに、平面方向に対して厚み方向を拡大して示している。以下、これらの図面に基づき説明する。

本実施形態２の研磨キャリア４０は、鋼板１１の表面１１１及び裏面１１２が金属膜１３で被覆されているだけではなく、収納孔１２の内壁１２１も金属膜１３で被覆されている。水晶ウェハ２０の端面２１は、内壁１２１の金属膜１３に当接する。水晶ウェハ２０の端面２１とは、水晶ウェハ２０の周縁のことである。

次に、研磨キャリア４０の製造方法を説明する。まず、実施形態１と同様に鋼板１１を用意する。続いて、鋼板１１に対して、プレスやエッチングによって収納孔１２、ギヤ部１４及び通過孔１５を形成する。続いて、収納孔１２にはバリなどの凹凸が出やすいので、内壁１２１にある凹凸をヤスリなどで除去しておく。最後に、収納孔１２等が形成された鋼板１１に金属膜１３として無電解ニッケルめっき膜を形成することにより、研磨キャリア４０が得られる。つまり、実施形態１では金属膜１３を形成した後に収納孔１２を形成するのに対して、本実施形態２では逆に収納孔１２を形成した後に金属膜１３を形成する。

次に、研磨キャリア４０を用いた水晶ウェハ２０の研磨方法を説明する。まず、研磨キャリア４０の収納孔１２に水晶ウェハ２０を入れることにより、金属膜１３で被覆された内壁１２１に水晶ウェハ２０の端面２１が接する状態で、水晶ウェハ２０を収納孔１２で保持する（図３）。続いて、両面研磨機３０を用いて水晶ウェハ２０を研磨キャリア４０ごと研磨する（図４）。

本実施形態２によれば、研磨キャリア４０の収納孔１２の内壁１２１を金属膜１３で被覆したことにより、両面研磨機３０で水晶ウェハ２０を研磨している時に、収納孔１２から水晶ウェハ２０が受ける力を金属膜１３で緩和できるので、水晶ウェハ２０の損傷を抑制できる。しかも、背景技術で述べたような樹脂リングを収納孔１２の内壁１２１に付着させるのではなく、内壁１２１すなわち鋼板１１と金属同士で金属膜１３を一体化することにより、被着面積の少ない内壁１２１にも強固に金属膜１３を被覆できる。換言すると、収納孔１２の内壁１２１に金属膜１３が形成されることにより、収納孔１２の加工時に生じた微細な突起部分に金属膜１３が乗って滑らかになるので、水晶ウェハ２０へのダメージが減り、水晶ウェハ２０の破損が減る。

更に、水晶ウェハ２０の硬度以下の硬度を有する金属膜１３を研磨キャリア４０の収納孔１２の内壁１２１に被覆したことにより、金属膜１３で被覆された内壁１２１に接した水晶ウェハ２０の端面２１の損傷を抑制することができ、端面２１を起点としたクラック不良を抑制することができる。

また、本実施形態２では、鋼板１１の外周に形成されたギヤ部１４も金属膜１３で被覆されていることにより、ギヤ部１４の硬度が増すので、太陽歯車３１及び内歯歯車３２との噛合による損耗を抑制できる。このことも、研磨キャリア４０の強度向上に寄与する。

本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

以上、本発明を上記各実施形態に即して説明したが、本発明は、上記各実施形態の構成や動作にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得ることが可能な各種変形及び修正を含むことはもちろんである。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

１０，４０ 研磨キャリア
１１ 鋼板
１１１ 表面
１１２ 裏面
１２ 収納孔
１２１ 内壁
１３ 金属膜
１４ ギヤ部
１５ 通過孔
２０ 水晶ウェハ
２１ 端面
３０ 両面研磨機
３１ 太陽歯車
３２ 内歯歯車

Claims (6)

1. 両面研磨機によって水晶ウェハを研磨する際に用いられ、鋼板とこの鋼板に形成されるとともに前記水晶ウェハを保持する収納孔とを有する水晶ウェハ用研磨キャリアにおいて、
   前記鋼板の表面及び裏面が当該鋼板の硬度以上かつ前記水晶ウェハの硬度以下の硬度を有する金属膜で被覆された、
   ことを特徴とする水晶ウェハ用研磨キャリア。
2. 前記収納孔の内壁が前記金属膜で被覆された、
   請求項１記載の水晶ウェハ用研磨キャリア。
3. 前記鋼板の外周に形成されたギヤ部が前記金属膜で被覆された、
   請求項１又は２記載の水晶ウェハ用研磨キャリア。
4. 前記金属膜が無電解ニッケルめっき膜である、
   請求項１乃至３のいずれか一つに記載の水晶ウェハ用研磨キャリア。
5. 前記鋼板は、厚みが０．１ｍｍ以下で直径が２２８．６ｍｍ以上の円形である、
   請求項１乃至４のいずれか一つに記載の水晶ウェハ用研磨キャリア。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の水晶ウェハ用研磨キャリアの前記収納孔に前記水晶ウェハを入れることにより、前記水晶ウェハを前記収納孔で保持し、
   前記両面研磨機を用いて前記水晶ウェハを前記水晶ウェハ用研磨キャリアごと研磨する、
   水晶ウェハの研磨方法。

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