(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の一対の砥石を前記ワークに対向して回転させるとともに、前記ワークを径方向に沿って外周側から支持して回転させて前記ワークの両面を同時に研削する両頭研削方法において、
回転する前記砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ前記外周部周速に対する前記外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるように、前記砥石の外径と内径及び前記砥石の回転速度を調整して前記ワークを研削することを特徴とする両頭研削方法。
【請求項２】
前記砥石として、熱硬化樹脂結合材或いは磁器質結合剤に平均粒径が２μｍから６μｍのダイヤモンド砥粒を混合させたレジノイド砥石或いはビトリファイド砥石を用いることを特徴とする請求項１に記載の両頭研削方法。
【請求項３】
前記ワークとして、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の両頭研削方法。
【請求項４】
少なくとも、ワークを径方向に沿って外周側から支持する自転可能なリング状のホルダと、前記ホルダにより支持された前記ワークに対向して回転することによって前記ワークの両面を同時に研削するリング状の一対の砥石とを具備する両頭研削装置であって、
回転する前記砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ前記外周部周速に対する前記外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるように、前記砥石の外径と内径及び前記砥石の回転速度が調整されたものであることを特徴とする両頭研削装置。
【請求項５】
前記砥石は、熱硬化樹脂結合材或いは磁器質結合剤に平均粒径が２μｍから６μｍのダイヤモンド砥粒を混合させたレジノイド砥石或いはビトリファイド砥石であることを特徴とする請求項４に記載の両頭研削装置。
【請求項６】
前記ワークは、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の両頭研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハ等の薄板状のワークの両面を同時に研削する両頭研削方法及び両頭研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、例えば直径３００ｍｍに代表される大直径のシリコンウェーハ等のワークの加工は、図６に示すように、主に以下の加工工程で実施される。但し、工程間の洗浄工程や検査工程は省略する。
まず、ワイヤソー切断工程では、インゴットが複数に分割されたブロックから薄板状のウェーハに切断する。この際、炭化ケイ素等の砥粒を懸濁させた遊離砥粒スラリを高速で往復走行する複数のワイヤ列に供給し、スラリが付着したワイヤ列にブロックを所定の速度で送りながら押し付けて薄板状に切断する。最近では、ワイヤ表面にダイヤモンド等の固定砥粒を電着等で固着させたワイヤを用いた切断方法も採用される。
【０００３】
面取り加工工程では、上記ワイヤソー切断工程で得られたウェーハのチッピングやワレを防止するために、総型溝を有する回転するダイヤモンド砥石等を用いてウェーハ外周の丸め加工が行われる。
ラップ加工工程では、アルミナやジルコニア等の砥粒を懸濁させたスラリを供給しながら、荷重が印加された鋳鉄製の上下定盤を回転させ、この上下定盤の間でキャリアで保持された複数の上記面取りされたウェーハを回転させながらラッピングする。
【０００４】
エッチング工程では、高温の水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液中に上記ラップされたウェーハを浸漬し、表裏面や面取り部分に導入された加工変質層（ダメージ層）を除去する。
エッジ研磨工程では、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリを用いて、ウレタン等の樹脂パッドを所定の圧力でウェーハの面取り部に押し付け、面取り部を鏡面化する。
両面研磨工程では、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリを用いて、ウレタン等の樹脂パッドを貼り付けた上下定盤を回転させ、この上下定盤の間でキャリアで保持された上記エッチング及びエッジ研磨されたウェーハを回転させながら研磨し、両面を同時に鏡面化する。
【０００５】
最後に、仕上げ研磨工程では、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリを用いて、ウレタン等の樹脂パッドを貼り付けた定盤に、上記両面研磨されたウェーハの裏面から圧力をかけてウェーハの表面のみを接触させ、微細な面粗さや面状態を整える。
ここで、上記のラップ加工は定盤に対するウェーハの占有面積が均一でないため、定盤が偏摩耗しやすく、ウェーハ形状が悪化しやすいため、高平坦度なウェーハの製造には限界がある。また砥粒を微細にする事が難しく、加工変質層深さの低減には不向きである。このような問題を解決するために、上記したラップ加工の代替方式として、枚葉式ラップ方式や両頭研削方式が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１に従来の複数枚を同時処理するラップ加工の問題点であるウェーハ形状の悪化を改善するための枚葉式ラップ方式が提案されている。この方式はウェーハの半径にほぼ等しい外径を持つ一対のリング状の定盤を対向させてウェーハ中心から周辺に至る部分に押圧し、ラップ面とウェーハとの間にスラリを供給しながら、一枚のウェーハの両面を同時にラップする。この方式では、定盤サイズがウェーハ直径より小さいため、ウェーハ直径より定盤外径が大きい従来のラップと比べて定盤の偏摩耗が生じず、ウェーハの平坦度が崩れにくいという利点がある反面、ウェーハ面積に対し定盤面積が小さいため定盤の摩耗量が大きく、定盤交換が頻繁となる欠点がある。また使用するスラリは、従来のラップと同じため、ウェーハ表面に導入される加工変質層の低減は望めない。更に、単数枚処理のため、複数枚処理の場合に比べて設備生産性は著しく劣る。
【０００７】
このような遊離砥粒スラリと定盤を用いたラップ方式の問題点を解決するために、ダイヤモンド等の砥粒を含有する砥石を採用した両頭研削方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法では、ウェーハより薄い樹脂製或いは金属製のリング状のホルダの孔にウェーハが挿入され、ウェーハのノッチ部とホルダに形成された突起部との係合により回転保持され、ウェーハの半径にほぼ等しい砥石を対向させて回転させ、ウェーハを両面から同時に研削する。固定砥粒を用いた研削加工であるため、遊離砥粒スラリを用いたラップ加工に比べて高速な加工が可能であり、砥粒径を微細化する事により、より浅い加工変質層を得る事ができ、後工程である両面研磨工程での研磨量削減、研磨時間の短縮が容易となる。
【０００８】
尚、枚葉式ラップ装置及び両頭研削装置において、加工するワークの半径にほぼ等しい外径の工具（上記した定盤及び砥石）が使われる理由は次の通りである。すなわち、ワークの半径に比べ工具の外径が大きい場合、図７（Ａ）に示すように、工具面内で不均一な荷重が加わるためワーク１０４の加工面に対する工具１０５の表面が傾きやすく、それが加工後のワーク形状を悪化させる原因となる。これを抑制するためにはその工具１０５を保持する装置全体の剛性を増大させる必要があり、また工具サイズの大型化は装置全体のサイズの大型化につながり、経済的に不利である。
【０００９】
一方、工具の外径がワークの半径より小さい場合は、図７(Ｂ)に示すように、ワーク１０４と工具１０５の未接触部分（図７(Ｂ)中の斜線部分）が生じるため加工が成立しない。従って、工具の外径はワークの半径より大きく、極力小さい方が良く、ワークの半径にほぼ等しいことが最良である。
以上のように、一般に大直径のシリコンウェーハ等のワークの加工において、高品質な、特により平坦なワークを低コストで製造するためには、従来の遊離砥粒スラリを用いたラップ加工から、固定砥粒砥石を用いた両頭研削加工への移行が有利である。
【００１０】
近年、例えば直径３００ｍｍに代表される大直径のシリコンウェーハを採用する先端デバイスの製造において、ナノトポグラフィーと呼ばれる表面うねり成分の大小がデバイス工程の歩留まりに大きく影響している。仕上げ研磨後の最終製品ウェーハのナノトポグラフィーは、ソリやＷａｒｐより波長が短く、表面粗さより波長の長い、０．２〜２０ｍｍ程度の波長成分の凹凸を示すものであり、そのＰＶ値は２〜２０ｎｍの極めて浅いうねり成分である。このナノトポグラフィーはデバイス工程におけるＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  ＩｓｏＩａｔｉｏｎ）工程の膜の平坦化研磨に影響し、デバイス基板となるシリコンウェーハに対し、デザインルールの微細化とともに厳しいレベルが要求されている。
【００１１】
最終工程を経たシリコンウェーハのナノトポグラフィーは、一般的には光学干渉式の測定機によって測定される。しかし、切断工程や両頭研削工程等の工程中のウェーハは非鏡面であるため、上記反射干渉式の測定機では計測ができない。そこで、特許文献３に提案されているように、静電容量方式の測定機から得られたソリ形状に算術的バンドパスフィルター処理を行うことにより、簡易的にナノトポグラフィーの測定が可能である。尚、前記簡昜的なナノトポグラフィーの定量値として断面形状のＰ−Ｖ値（変位最大値と最小値の差）を採用し、以下これを「疑似ナノトポグラフィー値」と呼ぶ。
【００１２】
上記の両頭研削において、ナノトポグラフィーを悪化させる要因として、砥石の表面とワークの研削面の乖離が考えられている。ホルダにより保持されて回転駆動されるワークの研削面と一対の砥石の表面に傾きが生じると、図８に示すように、研削中のワーク１０４の局所的な変形が発生する。この局所的な変形はワーク１０４と砥石１０２が接触するワーク中心部、及びワーク１０４とホルダ１０３が接触するワーク外周部で起きやすく、ワーク１０４の表裏で局所的に研削量に差が生じ、微小なゆがみ形状を生じる。
【００１３】
このような研削中のワークの微小なゆがみを抑制するため、従来よりさまざまな改良が検討されてきた。例えば、特許文献４では、ワークの厚さの中心及び／またはワークを支持する支持手段の中心と一対の研削砥石の砥石面間隔の中心との相対位置を制御して研削することが提案されている。また、特許文献５では、ワークを軸方向に支持する表裏面の静圧支持方法に関し、複数のポケットが各々流体の供給孔を具備し、ポケット毎に流体の静圧を調整できる静圧支持部材を採用することにより、うねり成分が改善されることを示している。更に、上述した特許文献２では、ホルダと静圧支持部材の隙間や静圧値を規定し、ホルダを精度よく回転させる手段が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−２５４２９７号公報
【特許文献２】特開２００９−１９０１２５号公報
【特許文献３】特許第４４２００２３号
【特許文献４】特開２００５−２３８４４４号公報
【特許文献５】特開２００７−９６０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、次世代デバイスのデザインルール、例えば、フラッシュメモリ１／２ピッチやＭＰＵゲート長が３２ｎｍから２０ｎｍ、さらに１６ｎｍへ移行するに伴い、上述した従来の改善では顧客の要求を満足することが難しくなってきている。最終製品に要求されるナノトポグラフィーレベルは１０ｍｍ波長で１０ｎｍ以下と予想され、この値は図２に示すように、両頭研削後の中間製品での疑似ナノポトグラフィー値０．１５μｍに相当し、ナノトポグラフィーの更なる改善が課題となっている。
【００１６】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ウェーハのナノトポグラフィーを悪化させる要因となる両頭研削中のウェーハの局所的な変形を抑制することによってナノトポグラフィーを改善し、かつ安定した連続研削を可能とする両頭研削方法及び両頭研削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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、リング状の一対の砥石を前記ワークに対向して回転させるとともに、前記ワークを径方向に沿って外周側から支持して回転させて前記ワークの両面を同時に研削する両頭研削方法において、回転する前記砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ前記外周部周速に対する前記外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるように、前記砥石の外径と内径及び前記砥石の回転速度を調整して前記ワークを研削することを特徴とする両頭研削方法が提供される。
【００１８】
このような方法であれば、研削中のウェーハの局所的な変形を抑制し、ナノトポグラフィーを改善することができる。また、砥石の自生発刃作用を促進でき、安定した連続研削が可能となる。
【００１９】
このとき、前記砥石として、熱硬化樹脂結合材或いは磁器質結合剤に平均粒径が２μｍから６μｍのダイヤモンド砥粒を混合させたレジノイド砥石或いはビトリファイド砥石を用いることが好ましい。
このようにすれば、砥石の自生発刃作用をより効果的に促進でき、安定した連続研削をより確実に行うことができる。
【００２０】
またこのとき、前記ワークとして、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハを用いることができる。
一般に、ウェーハの厚さ/面積の比率が小さくなるに伴い、研削中のワークの変形が顕著となるため、本発明の両頭研削方法は、特に直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハの両頭研削に有効である。
【００２１】
また、本発明によれば、少なくとも、ワークを径方向に沿って外周側から支持する自転可能なリング状のホルダと、前記ホルダにより支持された前記ワークに対向して回転することによって前記ワークの両面を同時に研削するリング状の一対の砥石とを具備する両頭研削装置であって、回転する前記砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ前記外周部周速に対する前記外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるように、前記砥石の外径と内径及び前記砥石の回転速度が調整されたものであることを特徴とする両頭研削装置が提供される。
【００２２】
このような両頭研削装置であれば、研削中のウェーハの局所的な変形を抑制し、ナノトポグラフィーを改善することができるものとなる。また、砥石の自生発刃作用を促進でき、安定した連続研削できるものとなる。
【００２３】
このとき、前記砥石は、熱硬化樹脂結合材或いは磁器質結合剤に平均粒径が２μｍから６μｍのダイヤモンド砥粒を混合させたレジノイド砥石或いはビトリファイド砥石であることが好ましい。
このようなものであれば、砥石の自生発刃作用をより効果的に促進でき、安定した連続研削をより確実に行うことができるものとなる。
【００２４】
またこのとき、前記ワークを、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハとすることができる。
一般に、ウェーハの厚さ/面積の比率が小さくなるに伴い、研削中のワークの変形が顕著となるため、本発明の両頭研削装置は、特に直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハの両頭研削に有効である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、両頭研削装置において、回転する砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ前記外周部周速に対する前記外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるように、前記砥石の外径と内径及び前記砥石の回転速度を調整して前記ワークを研削するので、研削中のウェーハの局所的な変形を抑制し、ナノトポグラフィーを改善することができる。また、砥石の自生発刃作用を促進でき、安定した連続研削が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の両頭研削装置の一例を示す概略図である。
【図２】最終工程後のナノトポグラフィーと両頭研削工程後の疑似ナノトポグラフィーとの関係を示す説明図である。
【図３】砥石の相対周速と砥石摩耗量との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の砥石の一例を示す概略図である。
【図５】実施例１、比較例１のナノトポグラフィーの結果を示す図である。（Ａ）比較例１の結果。（Ｂ）実施例１の結果。
【図６】一般的なワークの加工工程のフロー図である。
【図７】従来の枚葉式ラップ装置及び両頭研削装置における問題点を説明する説明図である。
【図８】従来の両頭研削における研削中のワークの局所的な変形を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
最終製品ウェーハのナノトポグラフィーを悪化させる要因となる、両頭研削中に発生するワークの微小なゆがみは、前述のように、ホルダに保持されて回転駆動されるワークの研削面と一対の砥石の表面との乖離に起因しており、特にワークと砥石が接触するワーク中心部、及びワークとホルダが接触するワーク外周部で起きやすい。これは研削中にワークを両面から挟み込む砥石とワークの接触面積が起因していると考えられる。
【００２８】
従来、例えば直径３００ｍｍのワークを研削する場合、外径１６０ｍｍ、セグメント幅３ｍｍの砥石が一般的に用いられるが、ワーク面積に対する砥石とワークとの接触面積は２％程度しかなく、研削中に一対の砥石で挟まれたワークは容易に変形し得る。
そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。そして、本発明者は砥石の外径を変えずに、セグメント幅を拡張することにより、研削中のワークの変形する自由度を抑制し、ワークのゆがみを低減することが可能であると考えた。
【００２９】
例えば、直径３００ｍｍのワークを研削する場合、外径１６０ｍｍで、セグメント幅１０ｍｍの砥石を用いれば、ワーク面積に対する砥石とワークとの接触面積を７％程度まで増加させる事ができる。従って、砥石のセグメント幅、即ち、砥石外周径と内周径の差が大きいほど、ウェーハの変形が抑制され、最終的にナノトポグラフィーを改善することができることに想到した。
【００３０】
一方、砥石のセグメント幅を拡張すると、回転する砥石の外周部と内周部の相対周速の差が大きくなり、砥石の外周部と内周部の摩耗量の差が大きくなり、研削自体が安定して行われないという問題が発生する。これは以下のような砥石の自生発刃による摩耗機構に起因するものである。即ち、図３に示すように、相対周速が大きい砥石外周部ほど砥石は摩耗しにくくなり、逆に相対周速が小さい砥石内周部ほど摩耗しやすくなる。このため、安定した連続研削を実現するためには、所定の摩耗量範囲に砥石送り速度や砥石回転速度、砥石のセグメント幅を調整する必要がある。
【００３１】
例えば、砥石摩耗量が最適領域より大きすぎる場合は（図３の領域Ｉ）、砥粒の脱落が頻繁に起こるためワークの研削が進みにくい。逆に、砥石摩耗が最適領域より小さすぎる場合（図３の領域ＩＩ）、砥粒の脱落頻度が低く、目詰まりしやすい状態にあると言える。従って、摩耗により自生発刃を伴う砥石による研削では、砥粒が適度に脱落し、次の砥粒切れ刃が現れる自生発刃作用が連続的に行われる状態で安定した連続研削が行われるのが好ましい。
即ち、回転する砥石の外周部の相対周速と内周部の相対周速を最適な自生発刃作用を促進する周速領域に収める必要がある。
【００３２】
本発明者はこのような砥石の外周径と内周径、及び回転速度に関してさらに実験及び検討を重ね、回転する砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ外周部周速に対する外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるように、砥石の外径と内径及び砥石の回転速度を調整することによって、両頭研削中のウェーハの局所的な変形を抑制してナノトポグラフィーを抑制でき、かつ、砥石の自生発刃作用を促進でき安定した連続研削が可能になることを見出し、本発明を完成させた。
【００３３】
図１は本発明の両頭研削装置の一例を示す概略図である。
図１に示すように、両頭研削装置１は、主に、ワーク４を支持するリング状のホルダ３と、ワーク４の両面を同時に研削する一対の砥石２を備えている。
【００３４】
ホルダ３は、図１に示すように、ワーク４を径方向に沿って外周側から支持するものであり、自転可能になっている。また、不図示のモータに接続された駆動歯車（不図示）が配設されており、この駆動歯車を通じてホルダ３を自転させることができるようになっている。
ホルダ３の内周部には内側に向かって突出した突起部が形成されており、ワーク４に形成されたノッチと係合するようになっている。このワーク４のノッチとホルダ３に形成された突起部との係合により、ワーク４を回転保持することができるようになっている。
ここで、ホルダ３の材質は特に限定されず、例えば、アルミナセラミクスとすることができる。このように材質がアルミナセラミクスのものであれば、加工性が良く、加工時にも熱膨張し難いため、高精度に加工されたものとすることができる。
【００３５】
また、図１に示すように、一対の砥石２がワークに対向して配置されている。図４に砥石２の一例の概略図を示す。図１、図４に示すように、この砥石２は主にワーク４の研削面に接してワーク４を研削するセグメント２ａと砥石本体２ｂから構成されており、セグメント２ａは所定のセグメント幅（図４のｗ）に形成されている。また、それぞれの砥石２は不図示のスピンドルモータに接続され、このスピンドルモータの駆動によって軸周りに所定の回転速度で回転可能になっている。また、砥石２の外径は研削するワークの半径にほぼ等しい大きさとすることができる。
【００３６】
ここで、研削中のワークに一方向の力が掛かることによってワークやホルダが破損しないように、一対の砥石２がお互いに反対方向に回転するように回転方向を制御することができるようになっている。また、砥石の中心に設けられた中空軸よりワークの研削に必要な研削水を所定の流量で供給することができるようになっている。
そして、一対の砥石２をワーク４に対向して回転させるとともに、ワーク４を径方向に沿って外周側から支持して回転させてワークの両面を同時に研削することができるものとなっている。
【００３７】
ここで、本発明の両頭研削装置によるワークの研削中における砥石の回転速度及び砥石の外周と内周の関係に関して以下に詳細に示す。
砥石の外周部半径（外周部外径／２）をＡ、砥石の内周部半径（内周部外径／２）をＢ、砥石の回転速度をｎとすると、砥石の外周部と内周部の周速は、各々式１、式２で表される。
２×π×ｎ×Ａ  （式１）
２×π×ｎ×Ｂ  （式２）
【００３８】
砥石の外周部と内周部の周速差は式１と式２の差であり、式３で表される。
２×π×ｎ×（Ａ―Ｂ）  （式３）
まず、安定した連続研削を行うためには、最適な自生発刃作用を促進する周速領域で研削する必要がある。そこで、式３の値は小さい方が良い。ここで、式３から外周部半径Ａと内周部半径Ｂの差が小さいほど、また砥石の回転速度ｎが低いほど、式３の値が小さくなることが分かる。
【００３９】
但し、前述のように、研削中のワークの変形を抑止するためには砥石のセグメント幅、即ち、砥石の外周部半径Ａと内周部半径Ｂの差（Ａ−Ｂ）は大きい方がよく、砥石の外周部と内周部の周速差（式３）には最適値が必要となる。
これは、最適な砥石のセグメント幅（Ａ−Ｂ）と、最適な砥石の回転速度ｎの積で与えられる。
また、外周部周速（式１）に対する、外周部周速（式１）と内周部周速（式２）の差の割合は、式４で表される。
１−（Ｂ÷Ａ）  （式４）
【００４０】
また、安定研削の観点から、砥石の外周部半径と内周部半径の比（Ｂ÷Ａ）の値は１（百分率表示で１００％）に近いほど、即ち、式４の値は小さいほど良い。反面、ワークの変形を抑えるという観点からすると、砥石の外周部半径と内周部半径の比（Ｂ÷Ａ）の値は小さい方がよく、式４が１（パーセント表示で１００％）に近い方が良い。従って、式４には許容最小値が存在する。
【００４１】
本発明者はこの式３の最適値を毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下の範囲内とし、また式４の許容最小値を１０％以上とすれば良いことを見出した。
即ち、本発明の両頭研削装置ではワークの研削中において、回転する砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ外周部周速に対する外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるように、砥石の外径と内径及び前記砥石の回転速度が調整されたものとなっている。
【００４２】
このような両頭研削装置であれば、研削中のウェーハの変形を抑制し、ナノトポグラフィーを改善することができるものとなる。また、砥石の自生発刃作用を促進でき、安定して連続研削できるものとなる。
尚、砥石の外周部と内周部の周速に対し、ワークの回転速度は２０〜５０ｒｐｍと非常に遅いため、砥石との相対周速にはほとんど影響せず、上述の安定した連続研削を行うためのパラメータとして考慮する必要はない。
【００４３】
このとき、砥石２は、熱硬化樹脂結合材或いは磁器質結合剤に平均粒径が２μｍから６μｍのダイヤモンド砥粒を混合させたレジノイド砥石或いはビトリファイド砥石であることが好ましい。
このようなものであれば、砥石の自生発刃作用をより効果的に促進でき、安定した連続研削をより確実に行うことができるものとなる。
【００４４】
またこのとき、ワークを、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハとすることができる。
一般に、ウェーハの厚さ/面積の比率が小さくなるに伴い、研削中のワークの変形が顕著となるため、本発明の両頭研削装置は、例えば直径３００ｍｍ、直径４５０ｍｍなどの直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハの両頭研削に特に有効である。
【００４５】
また、ホルダ３を流体の静圧により非接触支持する一対の静圧支持部材（不図示）を設けることができる。この静圧支持部材は、外周側にホルダ３を非接触支持するホルダ静圧部と、内周側にウェーハを非接触支持するウェーハ静圧部から構成される。また、静圧支持部材には、ホルダ３を自転させるのに用いられる駆動歯車を挿入するための穴や、砥石２を挿入するための穴が形成されている。
【００４６】
このような静圧支持部材をホルダの両側に配設し、両頭研削時に流体を静圧支持部材とホルダ間に供給しながらホルダを非接触支持することにより、ワークを支持するホルダの位置を安定化させることができ、ナノトポグラフィーが悪化するのを抑制することができる。但し、本発明の両頭研削装置では静圧支持部材の有無に特に限定されることはない。
【００４７】
次に本発明の両頭研削方法について説明する。
ここでは、図１に示すような本発明の両頭研削装置１を用いた場合について説明する。
【００４８】
まず、ホルダ３を用いて、ワーク４の径方向に沿って外周側から支持する。このとき、ホルダ３の突起部とワークのノッチとを係合して支持することができる。
ここで、両頭研削装置１が、上記した静圧支持部材を具備している場合には、ワークを支持するホルダを、一対の静圧支持部材の間に静圧支持部材とホルダが隙間を有するようにして配置し、静圧支持部材から例えば水などの流体を供給し、ホルダを非接触支持する。
【００４９】
このように、流体を静圧支持部材とホルダ間に供給しながらホルダを非接触支持することにより、両頭研削時にワークを支持するホルダの位置を安定化させることができ、ナノトポグラフィーが悪化するのを抑制することができるが、本発明のウェーハの製造方法においてはこの支持機構の有無に限定されることはない。
【００５０】
そして、ホルダ３によりワークを支持した状態でホルダ３を自転させることでワーク４を回転させ、リング状の一対の砥石２をワーク４に対向して回転させながらワーク４の両面にそれぞれ当接させ、研削水を所定の流量で供給しながら対向する砥石を送ってその間隔を徐々に小さくすることにより、ワーク４の両面を同時に研削する。
この際、上記した両頭研削装置での説明と同様に、回転する砥石２の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ外周部周速に対する外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるように、砥石２の外径と内径及び砥石２の回転速度を調整してワークを研削する。
【００５１】
このような方法であれば、研削中のウェーハの変形を抑制し、ナノトポグラフィーを改善することができる。また、砥石の自生発刃作用を促進でき、安定した連続研削が可能となる。
このように研削が進められ、不図示の定寸装置によってワークが所定の厚さに達したことが認識されたときに、一対の砥石の送りを停止し、砥石を左右に開くことで研削が完了する。
このとき、砥石として、熱硬化樹脂結合材或いは磁器質結合剤に平均粒径が２μｍから６μｍのダイヤモンド砥粒を混合させたレジノイド砥石或いはビトリファイド砥石を用いることが好ましい。
このようにすれば、砥石の自生発刃作用をより効果的に促進でき、安定した連続研削をより確実に行うことができる。
【００５２】
またこのとき、ワークとして、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハを用いることができる。
一般に、ウェーハの厚さ/面積の比率が小さくなるに伴い、研削中のワークの変形が顕著となるため、本発明の両頭研削方法は、例えば直径３００ｍｍ、直径４５０ｍｍなどの直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハの両頭研削に特に有効である。
また、研削中のワークに一方向の力が掛かることによってワークやホルダが破損しないように、一対の砥石２をお互いに反対方向に回転させることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５４】
（実施例１−３）
図１に示すような本発明の両頭研削装置を用いて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを両頭研削し、研削後のウェーハのナノトポグラフィー、及び研削の安定性を評価した。ここで、評価したナノトポグラフィーは疑似ナノトポグラフィー値とした。また、両頭研削装置は静圧支持部が設けられたものを用いた。また、シリコンウェーハは、ＧＣ＃２０００スラリを用いてワイヤソーで切断し、研削量を５０μｍとした。また、砥石の送り速度を片側当たり毎分２０μｍとした。
【００５５】
またここで、研削中の安定性を判断する手段として、砥石を回転駆動するスピンドルモータの負荷電流値を用いた。この負荷電流値が２０アンペアを超えた場合、或いは一対の砥石の負荷電流値の差が５アンペアを超えた場合に研削異常と判断するようにし、その場合には装置を自動停止させた。
【００５６】
また、図４に示すように、砥石のセグメント幅を変えられるように、セグメントの接着領域５を広く取った砥石本体２ｂを用いた。また、砥石固定用のボルト孔６の部分を砥石のセグメント接着領域５から逃がす形状とした。このようにして異なる幅のセグメントを同一の砥石本体に接着することによりセグメント幅を変更できるようにした。
また、砥石のセグメントはビトリファイド結合材とダイヤモンド（ＳＤ２０００）砥粒で構成されるものとし、図４に示すように、一定間隔でリング状に接着配置した。このセグメントの幅ｗを１０ｍｍ（実施例１）、１５ｍｍ（実施例２）、２０ｍｍ（実施例３）と変更させて研削を行った。
【００５７】
尚、セグメントが砥石取り付け用のボルト孔６に干渉しないようにするため、図４に示すように、ボルト孔付近の部分のみに短い幅のセグメントを配置した。また、研削水や切り粉の排出を促すため、セグメントの周方向の間隔を１〜４ｍｍとし、セグメントの厚みを３ｍｍとした。
そして、表１に示すように、各実施例で用いた砥石の外径と内径及び砥石の回転速度を調整し、砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下であり、かつ外周部周速に対する外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上となるようにして複数のワークを連続して研削した。
【００５８】
その結果、実施例１−３とも砥石を回転駆動するスピンドルモータの負荷電流値は１５アンペア以下であり、かつ一対の砥石のスピンドルモータの負荷電流値の差は２アンペア以下と正常であった。
また、表１に示すように、内周部半径Ｂの減少、即ち、砥石のセグメント幅の増加とともに、安定研削に必要な砥石の回転速度領域が減少し、またその安定回転速度領域（上限値と下限値の差）が縮小する傾向にあることが分かる。この結果は、砥石のセグメント幅は小さい方が安定した研削状態を得やすいという経験的な結果と一致し、従来の砥石セグメント幅３ｍｍが一般的に採用される所以であると言える。
【００５９】
このように、回転する砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下とすることによって、安定した連続研削が可能となることが分かる。
また、研削後のウェーハの疑似ナノトポグラフィー値を静電容量式測定機（ＳＢＷ−３３０  Ｂｏｗ／ｗａｒｐ、コベルコ科研社製）を用いて測定した。この疑似ナノトポグラフィー値は測定して得られるソリ断面形状データに短波長周期成分１ｍｍ以下、長波長成分５０ｍｍ以上の波長帯域をカットオフしてバンドパスフィルタリングすることで得られる。ここで４５°おきの断面ソリ形状にバンドパスフィルタリング処理した結果の最大値を疑似ナノトポグラフィー値とした。
【００６０】
測定した疑似ナノトポグラフィーの結果を表１に示す。表１に示すように、後述する比較例１−３と比べて砥石の外周部半径（Ａ＝８０ｍｍ）に対して砥石の内周部半径Ｂが小さくなる実施例１−３では、疑似ナノトポグラフィー値が改善し、即ち、砥石（セグメント）面積の増大による研削中のウェーハの変形が抑制される傾向があり、外周部周速に対する外周部周速と内周部周速の差の割合が１０％以上であれば、良好な疑似ナノトポグラフィーが得られることが分かる。
【００６１】
更に、実施例１における両頭研削後のウェーハを５５％苛性ソーダ水溶液で２０μｍエッチング後、１０μｍ程度の両面研磨処理を行い、Ｎａｎｏｍａｐｐｅｒ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いてナノトポグラフィーの測定を行った。
その結果を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）に示すように、ウェーハ面内に特に特徴ある形状はなく、非常に平滑である。このように、後工程である両面研磨処理後のこのナノトポグラフィーの結果は、上記した研削直後の疑似ナノトポグラフィー値の結果とよく一致していることが分かる。
【００６２】
（比較例１−３）
外周部周速に対する外周部周速と内周部周速の差の割合が３．８％（比較例１）、６．３％（比較例２）、８．８％（比較例３）と１０％未満となるように砥石の外径、内径を設定し、さらに砥石の回転速度を設定した以外、実施例１−３と同様な条件でシリコンウェーハをＧＣ＃２０００スラリを用いてワイヤソーで切断し、研削量を５０μｍ、砥石の送り速度を片側当たり毎分２０μｍとして研削し、実施例１−３と同様に評価した。
結果を表１に示す。表１に示すように、いずれの疑似ナノトポグラフィーの結果とも実施例１−３の結果と比べ悪化していることが分かる。
更に、比較例１のものについて、実施例１と同様にしてナノトポグラフィーの測定を行った結果を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）に示すように、中央部に強度の凸部形状が発生しており、後工程である両面研磨処理後のナノトポグラフィーが悪化していることが分かる。
【００６３】
（比較例４）
砥石の外周部の周速と内周部の周速の差が毎分３０ｍ以上、毎分４５ｍ以下の範囲内とならない回転速度で砥石を回転させた以外、実施例と同様な条件でシリコンウェーハの研削を行った。
その結果、スピンドルモータの負荷電流値が２０アンペアを超えてしまったり、一対の砥石の負荷電流値の差が５アンペアを超えてしまった。そのため、研削を途中で中断し、研削を完了させることができなかった。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６６】
１…両頭研削装置、  ２…砥石、  ２ａ…セグメント、  ２ｂ…砥石本体、
３…ホルダ、  ４…ワーク、  ５…セグメント接着領域、  ６…ボルト孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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