(57)【要約】【課題】  研削中の板状加工物の冷却効果を向上させて、研削レートの変動を抑制し、研削後の平面度を安定化させることができるカップ型砥石およびこれを備えた両頭研削装置ならびにこれを用いる両頭研削方法を提供する。【解決手段】  インフィード型両頭研削装置で使用するカップ型砥石１であって、このカップ型砥石１の台金２が、砥粒層セグメント３間に板状加工物研削中に、研削液を排出する経路を確保するための溝１７を有することを特徴とするカップ型砥石１および両頭研削装置ならびに両頭研削方法。【選択図】        図１
2007210054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両頭研削装置で使用するカップ型砥石であって、
前記カップ型砥石の台金は砥粒層セグメント間に溝を有することを特徴とするカップ型砥石。
【請求項２】
前記溝は凹形状であることを特徴とする請求項１記載のカップ型砥石。
【請求項３】
前記台金外周にリング型部材を有し、前記リング型部材は前記台金に対し砥石の高さ方向に相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１または２記載のカップ型砥石。
【請求項４】
前記リング型部材は砥粒層セグメントの減少に同期して前記台金に対し砥石の高さ方向に相対的に移動することを特徴とする請求項３記載のカップ型砥石。  
【請求項５】
請求項１ないし請求項４いずれか１項に記載のカップ型砥石を備えることを特徴とする両頭研削装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４いずれか１項に記載のカップ型砥石を用いることを特徴とする両頭研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ、露光原版用石英基板等の板状加工物の両頭研削に使用されるカップ型砥石およびこれを備えた両頭研削装置ならびにこれを用いる両頭研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から半導体ウェーハ（以下単にウェーハともいう）や露光原版用石英基板等の板状加工物の精密加工において平面研削が用いられている。平面研削では、片面研削または両面研削が行われる。両面研削でも、片面を研削し、反転させもう一方の面を研削する方法や、同時に両面を研削する両頭研削または両面同時研削といわれる研磨方法がある。
【０００３】
例えばウェーハの表面を同時に研削する両頭研削方式にも幾つかの方式があるが、２つの対になる円筒砥石の間にウェーハを通すことによって研削するクリープフィード研削や、一対のカップ型砥石を用い、砥石がウェーハ中心を通過するようにカップ型砥石とウェーハが共に回転しながら研削するインフィード研削方式が主流である。
【０００４】
図８は、従来の例えば半導体ウェーハ表面を同時に研削するインフォード型両頭研削装置の作用説明図である。
図８（ａ）は、カップ型砥石と研磨されるウェーハを側面から見た概念図である。図に示すように、カップ型砥石１の台金２の一端面には、湾曲した直方体型の砥粒層セグメント３が円周上に多数配置されている。このカップ型砥石１が、ウェーハ４の中心部を砥粒層セグメント３が通過するように配置され回転する。この時、ウェーハ４もカップ型砥石と逆方向に回転する。
図８（ｂ）は、砥粒層セグメント３とウェーハ４の接触部の一部の拡大を示す。図に示されるように、半導体ウェーハ４は、台金２に両面から挟み込まれる形になっており、ウェーハ４の両面が台金２に配置された砥粒層セグメント３によって同時に研削される。
【０００５】
図９は従来のカップ型砥石を用いた場合の問題点を示す図である。従来のカップ型砥石を用いて、例えばウェーハを両頭研削する場合、研削が進むに連れて砥粒層セグメント３は削られて短くなる。このため、図９（ａ）に示す砥石使用開始時と比較して、図９（ｂ）に示す砥石ライフ（砥石寿命）間際には砥粒層セグメント３、台金２およびウェーハ４で作られる隙間５が狭くなってしまう。したがって、台金２の中心部から供給された研削液が前記隙間５から排出され難くなる。
ここで、研削液を供給する目的は、砥粒層セグメント３とウェーハ４間の摩擦熱を研削液によって吸収し排出することにより、温度上昇による研削レートの変化を抑え、よって研削後のウェーハ平面度を安定させることにある。すなわち、温度が上昇すると、その部分でウェーハが熱膨張した状態で研削されることになるため、研削レートが速くなり、結果的にウェーハの平面度が悪化する。この研削レートの変化による平面度の悪化を研削液による冷却効果により抑制しているのである。特に、図８（ａ）に示すように、ウェーハ４中心においては、ウェーハ４と砥粒層セグメント３が常に接触するため、研削レートが上がりやすく、結果的に中心部が窪んでしまう恐れがあった。そして、この恐れは、砥粒層セグメント３が削られることによって砥粒層セグメント３間の隙間５が狭くなると、さらに大きくなる。なぜなら、隙間５が狭くなり研削液が滞留し、排出され難くなることにより、冷却効果が十分得られなくなるためである。
【０００６】
この問題に対し、例えば、特許文献１においては、研削部における研削液の滞留を防止するため、台金内の研削液経路に傾斜を設けている。そして、この傾斜を設けることにより、重力および遠心力で研削液を加圧して、研削液の滞留を防止し、冷却効果が十分に得られるようにするとしている。
【特許文献１】特開平１１−１８８６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術では、上述のように、研削液の滞留に起因するウェーハ平面度の悪化が問題であった。
供給する研削液の加圧という上記特許文献１の方法によっても、ある程度のウェーハ平面度の安定化は可能である。しかし、砥石ライフ間際で極端に砥粒層セグメント間の隙間が小さくなった状態では、いくら供給される研削液を加圧しても、その排出が不十分になり、十分な冷却効果に伴う平面度の安定化は達成できなかった。そこで、研削液を効率よく排出できる手段が必要となっていた。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、加工枚数の増加に伴い研削セグメントが削られ短くなっても、研削後の平面度を安定化させることができるカップ型砥石およびこれを備えた両頭研削装置ならびにこれを用いる両頭研削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様のカップ型砥石は、
両頭研削装置で使用するカップ型砥石であって、
前記カップ型砥石の台金は砥粒層セグメント間に溝を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様の両頭研削装置は、
両頭研削装置で使用するカップ型砥石であって、
前記カップ型砥石の台金は砥粒層セグメント間に溝を有することを特徴とするカップ型砥石を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様の両頭研削方法は、
両頭研削装置で使用するカップ型砥石であって、
前記カップ型砥石の台金は砥粒層セグメント間に溝を有することを特徴とするカップ型砥石を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、研削後の平面度を安定化させることのできるカップ型砥石およびこれを備えた両頭研削装置ならびにこれを用いる両頭研削方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係わるカップ型砥石およびこれを備えた両頭研削装置ならびにこれを用いる両頭研削方法についての実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。
【００１３】
[実施の形態１]
（カップ型砥石・両頭研削装置）
図２は、本発明に係る実施の形態１のインフィード型両頭研削装置の構成概要を示すための概略説明図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、平面図、正面図および側面図である。
本実施の形態のインフィード型両頭研削装置は、板状加工物例えば半導体ウェーハ４の両面を同時に研削する装置として構成され、図２に示すように、両頭研削装置６は、同方向に回転する一対のカップ型砥石１とウェーハ４を両面から支持する二対のウェーハ押さえローラ７、ウェーハ４の円周を支持する４個のウェーハガイドローラ９とウェーハ４をカップ型砥石１と反対方向に回転駆動する一対のウェーハ駆動ローラ１１から構成されている。
【００１４】
カップ型砥石１は台金２と砥石部１３と砥石回転軸１５からなり、砥石部１３の研削面には砥石が接合されている。本実施の形態においては、図２（ｃ）に示すように台金２に湾曲した直方体型の砥粒層セグメント３が円周上に多数接合されている。そして、これらの砥粒層セグメント３がウェーハ４の中心を通るようにウェーハ４のセット位置を調整している。研削液は、通常、砥石回転軸１５の中心孔（図示せず）から供給するようにしている。  
【００１５】
図１は、本実施の形態のカップ型砥石１の砥粒層セグメント３とウェーハ４の接触部の一部の拡大を示す概略図である。図１に示すように、カップ型砥石１の台金２は砥粒層セグメント３間に凹形状の溝１７を有する。
なお、この溝１７は必ずしも凹形状でなくとも、研削液を排出する隙間５が確保できるのであれば、その他の形状、例えば半円形状や多角形状であってもかまわない。
【００１６】
（研削方法）
次に、本実施の形態のカップ型砥石およびインフィード型両頭研削装置の研削方法について図２を参照しつつ説明する。
ウェーハ４を両頭研削装置６にセットし、二対のウェーハ押さえローラ７で両面を支持し、４個のウェーハガイドローラ９でウェーハの円周を支持し、ウェーハ駆動ローラ１１でウェーハ４を回転させる。次に、一対のカップ型砥石１を回転させながら、ウェーハ４の両面から挟み込むようにして近づけ、砥石部１３の外周をウェーハに接触させ、ウェーハ４とカップ型砥石１を互いに反対方向に回転させて研削する。
そして、研削中は研削液を砥石回転軸１５の中心孔（図示せず）から供給するようにしている。
【００１７】
（作用・効果）
従来技術においては、砥石ライフ間際で極端に砥粒層セグメント間の隙間が小さくなった状態では、研削液の排出が不十分になり、十分な冷却効果に伴う平面度の安定化は達成できないという問題があった。
図３は、本実施の形態のカップ型砥石の作用説明図である。
本実施の形態においては、図３に示すように、カップ型砥石１の台金２の砥粒層セグメント３間に凹形状の溝１７を有するため、砥石使用開始時（図３（ａ））は、言うに及ばず、砥石ライフ間際（図３（ｂ））においても、研削液の排出経路が隙間５として十分に確保される。したがって、砥石ライフ間際まで、十分な冷却効果を保証することが出来、研削後のウェーハ平面度の安定化が達成できる。また、これを砥石ライフの観点から見れば、従来技術においては砥粒層セグメント３が削れて研削液の排出経路である隙間５が縮小することによる冷却効果の低下が砥石ライフを制限していた。しかしながら、本実施の形態においては、排出経路の縮小が砥石ライフを制限することはなく、砥粒層セグメント３が研削によって削れて消失する直前まで砥粒層セグメント３を利用することが出来るため、実質的な砥石ライフの延長が実現できることにもなる。
【００１８】
[実施の形態２]
（カップ型砥石・両頭研削装置）
本実施の形態におけるインフィード型両頭研削装置の構成については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００１９】
図４は、本実施の形態を説明する概略図であり、図４（ａ）は、カップ型砥石およびウェーハの側面概念図、図４（ｂ）はカップ型砥石の砥粒層セグメントとウェーハの接触部の一部の拡大を示す概略図である。
カップ型砥石１の台金２は砥粒層セグメント３間に凹形状の溝１７を有する点に関しては、実施の形態１と同様である。これに加えて、図４（ａ）に示すように台金２外周には、例えば、アルミニウム合金からなるリング型部材２１が備えられている。そして、このリング型部材２１は、例えば、台金２に対して相対的に砥石の高さ方向に、内側に螺旋状の溝（ネジ溝）を有したリング型部材２１が、外周に螺旋状の溝を有する台金２と互いの溝同士で合わさり、回転するという機構により移動可能となっている。
【００２０】
（研削方法）
次に、本実施の形態のカップ型砥石およびインフィード型両頭研削装置の研削方法について説明する。
図４に示すリング型部材２１を、ウェーハ４の研削の進行に応じて、図４（ｂ）の矢印で示す砥石の高さ方向に移動させる以外は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
ここで、リング型部材２１の移動タイミングは、研削液の排出効率を向上させる方法であれば特に指定はされない。例えば、砥粒層セグメント３を新しいものに交換して所定の時間経過後、所定の量だけ移動しても構わないし、あるいは、交換して所定の枚数を研磨した後、所定の量を動かしても構わない。
常に、砥粒層セグメント３間の隙間５の大きさを一定に保つという観点からは、砥粒層セグメント３の減少を常にモニタして、この減少に同期してリング型部材２１を台金に対して相対的に砥石の高さ方向に移動することが望ましい。すなわち、砥石セグメント３が減少した量だけ、リング型部材２１を台金２に対して相対的に移動することが望ましい。砥石セグメント３の減少に同期して、リング型部材２１を相対的に移動させる方法としては、例えば、ウェーハ加工後の砥粒層セグメント３の刃先位置をモニタし、１枚前のウェーハ加工終了後の刃先位置と比較し、砥粒層セグメント３の減少量を算出する。その後、砥粒層セグメント３の減少分リング型部材２１が移動するようにリング型部材２１を砥石の円周方向に回転させる。このリング型部材２１の移動時には、両頭研削装置内に付属のアームによりリング型部材２１は固定され、台金２が回転しながら送り方向に移動することにより、リング型部材２１と台金２の相対位置が変化するといった方法がある。
【００２１】
（作用・効果）
図５は、本実施の形態のカップ型砥石の作用説明図である。
本実施の形態によれば、砥粒層セグメント３の研削による減少に応じて、リング型部材を砥石の高さ方向に移動させることが可能となる。したがって、常に、砥粒層セグメント３間の隙間５を一定の範囲の大きさに保つことが可能となる。すなわち、例えば、図５（ｂ）の砥石ライフ間際であっても、砥粒層セグメント３の減少分だけ、リング型部材２１を矢印で示される砥石の高さ方向に移動することにより、台金２に設けられた凹形状の溝１７を露出させ、図５（ａ）に示す砥石使用開始時と同様の隙間５の大きさを確保できる。これにより、ウェーハ４研削中、十分な研削液排出経路が存在するため、十分な冷却効果が得られ、研削後のウェーハ平面度が安定する。
さらに、砥粒層セグメント３の減少と同期して、リング型部材２１を台金２に対して相対的に移動させれば、ウェーハ４の研削中常に隙間５の大きさを一定に保つことができる。したがって、研削の進行に伴う冷却効果の変動が全くなくなるため、ウェーハ４の熱膨張による研削レートの変化がなくなり、より一層のウェーハ平面度の安定を実現することが可能となる。
【００２２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、カップ型砥石、両頭研削装置および両頭研削方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるカップ型砥石、両頭研削装置および両頭研削方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００２３】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのカップ型砥石、両頭研削装置および両頭研削方法は、本発明の範囲に包含される。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施例および比較例について、図面を参照しつつ説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施例１）
図２に示した両頭研削装置に、図１に示したカップ型砥石を取り付けて、半導体ウェーハの研削を行った。
ウェーハ４は、インゴットよりワイヤーソーを用いてスライスされた厚さ８００μｍ、直径２００ｍｍ（８インチ）のものを使用した。カップ型砥石１は直径２００ｍｍ、砥粒層セグメント３は幅３ｍｍで、砥粒層セグメント３間の間隔は１ｍｍで溝１７は凹形状をしており、深さ７ｍｍである。砥石粒度は＃２０００のものを用いた。
また、砥石の送り速度は４０μｍ／ｍｉｎ、砥石回転数を３３．３３Ｓ−１（２０００ｒｐｍ）、ウェーハ回転数を０．６６７Ｓ−１（４０ｒｐｍ）で行った。研削液としては水を用い、砥石の中心位置より両面で５Ｌ／ｍｉｎ掛けている。また、ウェーハの削り量（取り代）は両面で５０μｍとした。
上記条件で、５０００枚のウェーハを研削し、研削後に各ウェーハの平面度を静電容量方式平坦度測定器により測定した。測定結果は図６、図７に示す。
【００２６】
（実施例２）
図２に示した両頭研削装置に、図４に示したカップ型砥石を取り付けて、半導体ウェーハの研削を行った。
リング型部材２１を砥粒層セグメント３の減少に同期して砥石の高さ方向に移動させること以外は、実施例１と同様の条件で行った。
また、５０００枚のウェーハを研削し、研削後に各ウェーハの平面度を測定したことも実施例１と同様である。測定結果は図６、図７に示す。
【００２７】
（比較例）
図２に示した両頭研削装置に、図８に示した従来技術のカップ型砥石を取り付けて、半導体ウェーハの研削を行った。
カップ型砥石が異なる以外は、実施例１、２と同様の条件での研削およびウェーハの平面度を測定した。測定結果は図６、図７に示す。
【００２８】
（結果）
図６に実施例１，２および比較例の加工枚数に伴う平面度の推移をしめす。横軸は加工枚数、縦軸は平面度である。ここで平面度とは、ある基準線からウェーハ表面までの距離の最大値と最小値の差であり、実際の測定値の単位はμｍであるが、図６には相対値で示している。図６から明らかなように、比較例の従来技術のカップ型砥石に比べ、実施例１のカップ型砥石の使用により、加工枚数を重ねた場合のウェーハ平面度悪化が抑制されることがわかった。また、その抑制効果は、実施例２のカップ型砥石でより顕著になった。
図７には、実施例１，２および比較例の加工後のウェーハ平面度のばらつきを示す。
図７から明らかなように、比較例の従来技術のカップ型砥石に比べ、実施例１のカップ型砥石の使用により、加工後のウェーハ平面度のばらつきが抑制されることがわかった。また、その抑制効果は、実施例２のカップ型砥石でより顕著になった。
このように、実施例１、２において、本発明により冷却効果が向上し、研削後のウェーハ平面度が安定化することが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態１のカップ型砥石１の砥粒層セグメント３とウェーハ４の接触部の一部の拡大を示す概略図である。
【図２】実施の形態１のインフィード型両頭研削装置の構成概要を示すための概略説明図である。
【図３】実施の形態１のカップ型砥石の作用説明図である。
【図４】実施の形態２を説明する概略図である。
【図５】実施の形態２のカップ型砥石の作用説明図である。
【図６】実施例１，２および比較例の加工枚数に伴うウェーハ平面度の推移を示す図である。
【図７】実施例１，２および比較例の加工後のウェーハ平面度のばらつきを示す図である。
【図８】従来の両頭研削装置の作用説明図である。
【図９】従来のカップ型砥石を用いた場合の問題点を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      カップ型砥石
２      台金
３      砥粒層セグメント
４      ウェーハ                   
５      隙間           
６      両頭研削装置
７      ウェーハ押さえローラ
９      ウェーハガイドローラ
１１    ウェーハ駆動ローラ
１３    砥石部
１５    砥石回転軸
１７    溝
２１    リング型部材
【図１】
2007210054.tif 000003
【図２】
2007210054.tif 000004
【図３】
2007210054.tif 000005
【図４】
2007210054.tif 000006
【図５】
2007210054.tif 000007
【図６】
2007210054.tif 000008
【図７】
2007210054.tif 000009
【図８】
2007210054.tif 000010
【図９】
2007210054.tif 000011