(57)【要約】【課題】研磨加工時のワークの平行度を高めることができるワークキャリア及び両面研磨機を提供する。【解決手段】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１であって、ワーク２０を保持するために円形状の３つの保持穴４が形成された円盤状のキャリア本体２を備え、キャリア本体２の外径をＤｃ、保持穴４の内径より僅かに小さいワーク２０の外径をＤｗとしたときに、キャリア本体２０の外径Ｄｃとワーク２０の外径Ｄｗとの関係が、Ｄｗ＜０．４２×Ｄｃ−８．７（但し、Ｄｗ＞０）を満たすようにした。【選択図】図１
2007331034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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っ
て、前記ワークを保持するために円形状の３つの保持穴が形成された円盤状のキャリア本
体を備え、
前記キャリア本体の外径をＤｃ、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としたときに、前記キャリア本体の外径Ｄｃと前記ワークの外径Ｄｗとの関係が、
Ｄｗ＜０．４２×Ｄｃ−８．７（但し、Ｄｗ＞０）
を満たすことを特徴とするワークキャリア。
【請求項２】
前記キャリア本体の外径Ｄｃと前記ワークの外径Ｄｗとの関係が、
０．３３×Ｄｃ−７．４＜Ｄｗ（但し、Ｄｗ＞０）
を満たすことを特徴とする請求項１に記載のワークキャリア。
【請求項３】
前記３つの保持穴の中心が、前記円盤状のキャリア本体の中心から等距離の円周上に位
置することを特徴とする請求項１又は２に記載のワークキャリア。
【請求項４】
前記３つの保持穴を、前記３つの保持穴の中心に対して等角度に配置したことを特徴と
する請求項１乃至３の何れか１項に記載のワークキャリア。
【請求項５】
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４の何れか１項に記載
のワークキャリア。
【請求項６】
前記キャリア本体の外径が略６インチであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか
１項に記載のワークキャリア。
【請求項７】
上定盤と、下定盤と、前記上定盤と前記下定盤との間に、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、
前記ワークキャリアは、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のワークキャリアで
あることを特徴とする両面研磨機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開平１１−１５００４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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
ることができるワークキャリア及び両面研磨機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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のワークキャリアは、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って、ワークを保持するために円形
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備え、キャリア本体の外径をＤｃ
、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としたときに、前記キャリ
ア本体の外径Ｄｃと前記ワークの外径Ｄｗとの関係が、Ｄｗ＜０．４２×Ｄｃ−８．７（
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。
【０００７】
また本発明のワークキャリアは、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−７．４＜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。
【０００８】
また本発明のワークキャリアは、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。
【０００９】
また本発明のワークキャリアは、３つの保持穴を、３つの保持穴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。
【００１０】
また、本発明のワークキャリアは、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。
【００１１】
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
略６インチとすることで、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。
【００１２】
また、本発明の両面研磨機は、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、ワークキャリアを本発明のワークキャリアとした。
このような本発明の両面研磨機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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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５
１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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、保
持穴４の内径より僅かに小さいワーク２０の外径をＤｗ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−７．４＜Ｄｗ＜０．４
２×Ｄｃ−８．７（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。
【００１８】
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＿ｍ
ａｘ＝０．４２×Ｄｃ−８．７）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−７．４）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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２
０の外径Ｄｗとの関係が、０．３３×Ｄｃ−７．４＜Ｄｗ＜０．４２×Ｄｃ−８．７（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。
【００２１】
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。
【００２２】
ここで、本発明の実施例として、汎用的に使用されている略６インチサイズのワークキ
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０．１５
μｍ以下に高めることができた。
【００２３】
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。
【００２４】
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
。
【００２５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】ワークの面だれの説明図である。
【図４】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５】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。
【図６】従来の両面研磨機用のワークキャリアの平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
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
【図１】
2007331034.tif 000003
【図２】
2007331034.tif 000004
【図３】
2007331034.tif 000005
【図４】
2007331034.tif 000006
【図５】
2007331034.tif 000007
【図６】
2007331034.tif 000008