JP2009190125A - ワークの両頭研削装置およびワークの両頭研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの両頭研削において、ワークのナノトポグラフィーを悪化させる要因となる、ワークを外周側から支持するワークホルダーの自転の軸方向に沿った位置を安定化させることが可能なワークの両頭研削装置および両頭研削方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、薄板状の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ワークホルダーと、該ワークホルダーの両側に位置し、ワークホルダーを自転の軸方向に沿って両側から、流体の静圧により非接触支持する一対の静圧支持部材と、ワークホルダーにより支持されたワークの両面を同時に研削する一対の砥石を具備するワークの両頭研削装置であって、ワークホルダーと静圧支持部材の間隔が５０μｍ以下であり、かつ、静圧支持部材がワークホルダーを０．３ＭＰａ以上の流体の静圧で支持するものであるワークの両頭研削装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、シリコンウエーハ等の薄板状のワークの両面を同時に研削するためのワークの両頭研削装置およびワークの両頭研削方法に関し、特には、ワークを支持するワークホルダーを非接触で支持してワークの両面を研削するワークの両頭研削装置およびワークの両頭研削方法に関する。

例えば直径３００ｍｍに代表される大口径シリコンウエーハを採用する先端デバイスでは、近年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問題となっている。ナノトポグラフィーは、ウエーハの表面形状の一種で、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の波長成分の凹凸を示すものであり、ＰＶ値は０．１〜０．２μｍ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 Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程の歩留まりに影響すると言われ、デバイス基板となるシリコンウエーハに対し、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。

ナノトポグラフィーは、シリコンウエーハの加工工程で作り込まれるものである。特に基準面を持たない加工方法、例えばワイヤーソー切断や両頭研削で悪化しやすく、ワイヤーソー切断における相対的なワイヤーの蛇行や、両頭研削におけるウエーハのユガミの改善や管理が重要である。

シリコンウエーハの鏡面研磨後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、Ｎａｎｏｍａｐｐｅｒ（ＡＤＥ Ｃｏｒｐ．製）やＤｙｎａｓｅａｒｃｈ（株式会社レイテックス製）によって測定される。
図９に示すものはＮａｎｏｍａｐｐｅｒにより測定したナノトポグラフィーマップであり、ナノトポグラフィーの強度を濃淡で示したものである。図９（ａ）はナノトポグラフィーの強度のレベルが特に問題のないマップの例であり、図９（ｂ）は両頭研削工程で作り込まれたレベルの悪い例である。

スライス工程や両頭研削工程等の工程中のワークが非鏡面ウエーハの場合、特許文献１に開示されているように、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となっている。
図１０（ａ）は、静電容量方式の測定機により測定された、両頭研削されたウエーハのソリ形状に、５０ｍｍ−１ｍｍのバンドパスフィルター処理をして得られた疑似ナノトポグラフィーの例である。なお、図１０（ｂ）は、Ｎａｎｏｍａｐｐｅｒにより測定した場合のナノトポグラフィーを示すグラフである。

最近要求として主流となりつつある、最終製品時に波長が１０ｍｍサイズのナノトポグラフィーレベルが１５ｎｍ以下となる条件を満足するためには、中間工程における擬似ナノトポグラフィーは０．２μｍ以下であることが必要とされる。
図１２に、両頭研削工程後における疑似ナノトポグラフィーの値と、最終工程後におけるナノトポグラフィーの値との関係を示す。両者の間には良い相関があることが分かる。

ここで、従来の両頭研削方法について説明する。
まず、両頭研削するときに用いられる従来のワークの両頭研削装置の一例を図８に示す。図８に示すように、両頭研削装置１０１は、薄板状のワークＷを径方向に沿って外周側から支持する自転可能なワークホルダー１０２と、ワークホルダー１０２の両側に位置し、ワークホルダー１０２を自転の軸方向に沿って両側から、流体の静圧により非接触支持する一対の静圧支持部材１０３と、ワークホルダー１０２により支持されたワークＷの両面を同時に研削する一対の砥石１０４を備えている。砥石１０４はモータ１０５に取り付けられており、高速回転できるようになっている。

このような両頭研削装置１０１を用い、ワークＷの両面を研削するときは、まず、ワークＷをワークホルダー１０２により支持する。なお、ワークホルダー１０２を自転させることにより、ワークＷを自転させることができる。また、両側の各々の静圧支持部材１０３から流体をワークホルダー１０２と静圧支持部材１０３の間に供給し、ワークホルダー１０２を自転の軸方向に沿って流体の静圧によって支持する。そして、このようにしてワークホルダー１０２および静圧支持部材１０３で支持され、自転するワークＷの両面を、モータ１０５により高速回転する砥石１０４を用いて研削する。

従来より、ワークを回転軸方向に支持する手段については、研削中のワークのゆがみが加工面の精度、ナノトポグラフィーに影響するため、さまざまな改良が検討されてきた。
例えば、特許文献２では、ワークの厚さの中心および／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事が提案されている。
また、図８のような流体による静圧支持を採用した装置、例えば特許文献３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出来る静圧支持部材を採用する事により、従来装置の持つ調整機能、即ち砥石軸のチルト調整やシフト調整では改善し切れないナノトポグラフィー成分が改善される事を示している。

以上のように、従来の技術では、ワークを研削中に極力変形させないようにする事がナノトポグラフィーの観点から重要であり、砥石軸のチルト制御やシフト制御、ワークを回転軸方向に適正位置に支持する静圧の制御に力を注いできた。

しかしながら、このような従来の両頭研削装置、両頭研削方法を用いて両頭研削されたウエーハについて疑似ナノトポグラフィーを測定すると、ばらつきが多く、波長が１０ｍｍサイズのナノトポグラフィーレベルが、特には０．２μｍを超える場合があった。このように、両頭研削工程での疑似ナノトポグラフィーが０．２μｍを超えると、最終製品時にナノトポグラフィーレベルが１５ｎｍを超えてしまい、近年要求されつつあるレベルにナノトポグラフィーを抑制することが困難であった（図１２）。

国際公開第２００６／０１８９６１ 国際公開第２０００／６７９５０ 特開２００７−９６０１５号公報

従来では、両頭研削装置において、ワークを径方向に沿って外周側から支持して回転させるワークホルダーについては、ナノトポグラフィー等のウエーハ品質に影響を与えるものではないと考えられてきた。しかし、本発明者らが、このような両頭研削における問題について調査を行ったところ、ナノトポグラフィーの制御に関し、上記砥石軸のチルト制御やシフト制御、ワークを自転の軸方向に適正位置に支持する静圧の制御よりむしろ、ワークの径方向に沿っての支持手段であるワークホルダーの自転の軸方向の位置の制御が重要な事が分かってきた。

そこで、本発明は、ワークの両頭研削において、ワークのナノトポグラフィーを悪化させる要因となる、ワークを外周側から支持するワークホルダーの自転の軸方向に沿った位置を安定化させることが可能なワークの両頭研削装置および両頭研削方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、薄板状の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ワークホルダーと、該ワークホルダーの両側に位置し、ワークホルダーを自転の軸方向に沿って両側から、流体の静圧により非接触支持する一対の静圧支持部材と、前記ワークホルダーにより支持されたワークの両面を同時に研削する一対の砥石を具備するワークの両頭研削装置であって、
前記ワークホルダーと前記静圧支持部材の間隔が５０μｍ以下であり、かつ、前記静圧支持部材が前記ワークホルダーを０．３ＭＰａ以上の前記流体の静圧で支持するものであることを特徴とするワークの両頭研削装置を提供する（請求項１）。

従来では、ワークホルダーの自転の軸方向に沿った位置がワークのナノトポグラフィーの悪化に与える影響は見出されておらず、例えばワークホルダーと静圧支持部材の間隔は２００〜５００μｍが一般的であった。
しかしながら、本発明のように、ワークホルダーと静圧支持部材の間隔、すなわち、ワークホルダーにおいて非接触支持される面と、静圧支持部材においてワークホルダーを非接触支持する面の間隔が５０μｍ以下であり、かつ、静圧支持部材がワークホルダーを０．３ＭＰａ以上の流体の静圧で支持する両頭研削装置であれば、両頭研削を行うときに、ワークを支持するワークホルダーの位置を安定化させることができ、それによってワークのナノトポグラフィーが悪化するのを著しく抑制することが可能なものとなる。

このとき、前記ワークホルダーは、平行度が５μｍ以下、かつ、平面度が５μｍ以下のものであるのが好ましい（請求項２）。
本発明のように、ワークホルダーと静圧支持部材の間隔が５０μｍ以下に狭めたものの場合、ワークホルダーおよびワークホルダーに支持されたワークを自転させる際に負荷がかかりやすくなる。しかし、ワークホルダーの形状精度が、平行度が５μｍ以下、かつ、平面度が５μｍ以下のものであれば、上記負荷を十分に抑制することが可能になり、よりスムーズに両頭研削を行うことが可能である。

なお、ここでいうワークホルダーの平行度とは、表裏面の平面が平行であるべき位置からのひらき量を指し、平面度とは、その面におけるうねりのＰＶ値を指す。

この場合、前記ワークホルダーにおいて、少なくとも非接触支持される面がアルミナセラミクスからなるものであるのが好ましい（請求項３）。
アルミナセラミクスであれば、加工性がよく、加工時の発熱により熱膨張し難く、ワークホルダーの非接触支持される面の形状精度がより高精度なものとなる。

また、前記静圧支持部材において、前記ワークホルダーを非接触支持する面は、平面度が２０μｍ以下であるのが好ましい（請求項４）。
このようなものであれば、本発明のように、ワークホルダーと静圧支持部材の間隔が５０μｍ以下に狭めたものであっても、ワークホルダーを自転させる際に負荷がかかりにくく、よりスムーズに両頭研削を行うことができるものとなる。

そして、前記砥石は、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンド材からなるものとすることができる（請求項５）。
近年、顧客の要求により、ワークの品質のみに止まらず、製造コストの削減が望まれているが、製造コストの削減には、各工程の加工量低減による原料原単位の削減や加工装置の生産性の向上が必須である。両頭研削工程においては、研削砥石のダイヤモンド砥粒を微細化することにより、後工程である両面研磨工程の研磨量を低減する事が大きな技術課題となる。従来は番手＃３０００、平均砥粒径４μｍの砥石が使われてきたが、更に面粗さやダメージ深さを改善すべく、番手＃６０００〜８０００のような平均砥粒径１μｍ以下の微細砥粒砥石も開発が進められている。

砥石が、例えばこのような平均砥粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンド材からなるものである場合、研削負荷が高くなり、従来の装置では、研削中にワークにかかる応力が大きくなり、流体の静圧による支持効果は得られずにワークホルダーが傾きやすく、ワークホルダーの位置制御は困難であった。しかしながら、本発明であれば、このような研削負荷が高くなる高番手の砥石を備えたものであっても、ワークホルダーの位置の制御が可能なものとなり、つまりはワークのナノトポグラフィーが悪化するのを十分に抑制することが可能である。

また、本発明は、少なくとも、ワークホルダーによって、薄板状のワークを径方向に沿って外周側から支持して自転させるとともに、前記ワークホルダーの両側に位置する一対の静圧支持部材によって、前記ワークホルダーを自転の軸方向に沿って両側から、流体の静圧により非接触支持し、一対の砥石によって、前記ワークホルダーにより支持したワークの両面を同時に研削するワークの両頭研削方法であって、
前記ワークホルダーと前記静圧支持部材の間隔を５０μｍ以下とし、かつ、前記流体の静圧を０．３ＭＰａ以上に調節して、前記ワークの両面を研削することを特徴とするワークの両頭研削方法を提供する（請求項６）。

このように、ワークホルダーと静圧支持部材の間隔を５０μｍ以下とし、かつ、流体の静圧を０．３ＭＰａ以上に調節して、ワークの両面を研削すれば、ワークを支持するワークホルダーの位置を安定化させながらワークの両頭研削を行うことができ、ワークのナノトポグラフィーの悪化を著しく抑制することができる。また、従来に比べてナノトポグラフィーレベルのばらつきは小さく、高レベルに改善することができる。

このとき、前記ワークホルダーを、平行度が５μｍ以下、かつ、平面度が５μｍ以下のものとするのが好ましい（請求項７）。
このようにすれば、ワークホルダーおよびワークホルダーに支持されたワークを自転させる際の負荷を十分に抑制することができ、よりスムーズに両頭研削を行うことができる。

そして、前記ワークホルダーにおいて、少なくとも非接触支持される面を、アルミナセラミクスからなるものとするのが好ましい（請求項８）。
アルミナセラミクスであれば、ワークホルダー成型時の加工性がよく、ワークホルダーが加工時の発熱により熱膨張し難く、ワークホルダーの非接触支持される面の形状精度をより高精度にすることができ、両頭研削時にかかる負荷をより低減することができる。

また、前記静圧支持部材において、前記ワークホルダーを非接触支持する面を、平面度が２０μｍ以下のものとするのが好ましい（請求項９）。
このようにすれば、ワークホルダーを自転させる際に負荷がかかりにくく、よりスムーズに両頭研削を行うことができる。

そして、前記砥石を、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンド材からなるものとすることができる（請求項１０）。
砥石をこのような研削負荷が高くなるものにしても、ワークホルダーの位置の制御が可能であり、ワークのナノトポグラフィーが悪化するのを十分に抑制することが可能である。

本発明のワークの両頭研削装置およびワークの両頭研削方法であれば、両頭研削後のワークにおいて、ばらつきも小さくナノトポグラフィーを格段に抑制することができる。特には、平均粒径１μｍ以下の微細砥粒からなる高番手砥石を用い、後工程での加工量低減による製造コストの削減かつ高精度なナノトポグラフィーを得る事が可能となる。

以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明者らは、両頭研削装置および両頭研削方法と研削後のワークのナノトポグラフィーとの関係について鋭意研究を行った結果、ワークの径方向に沿った支持手段であるワークホルダーの自転の軸方向の位置制御が重要であることを見出した。従来では、これはナノトポグラフィー等のウエーハ品質には影響のないものとして考えられていた。

そして、さらに研究をすすめたところ、ワークホルダーと静圧支持部材の間隔（つまりはワークホルダーにおいて非接触支持される面と、静圧支持部材においてワークホルダーを非接触支持する面の間隔）は、２００〜５００μｍが従来では一般的であったが、この寸法では、流体の静圧による支持効果は得られないことが分かった。すなわち、ワークホルダーの自転の軸方向に沿ったワークホルダーの位置の制御が出来ない事が判明した。従って、図１１に示すように、姿勢が倒れやすく、ワークホルダーの自転の軸方向での位置が固定されていない事が分かった。ワークホルダーの研削中の倒れは、挿入されるワークの自転の軸方向の位置ズレを生じさせ、ナノトポグラフィーの悪化を招く。
また、特に、上記のワークホルダーの倒れは、研削負荷の高い微細砥粒（例えば１μｍ以下）の高番手砥石の場合に顕著となることも本発明者らは発見した。

そして、本発明者らは、特にこのような高番手の砥石を用い、両頭研削後の工程である両面研磨工程の研磨量等を低減することによるコスト改善や、面粗さやダメージ深さの改善を考慮しつつ、研削後のワークのナノトポグラフィーの改善を図るには、ワークホルダーと静圧支持部材の間隔を５０μｍ以下とし、かつ、ワークホルダーを静圧支持するための流体の静圧を０．３ＭＰａ以上に調節して、ワークホルダーにより支持されたワークの両面を研削すれば良いことを見出した。このような条件であれば、研削中にワークホルダーは安定して支持され、位置制御も適切に行われることを見出し、本発明を完成させた。

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。両頭研削装置１は、主に、ワークＷを支持するワークホルダー２と、ワークホルダー２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３と、ワークＷの両面を同時に研削する一対の砥石４を備えている。

ここで、まず、ワークホルダー２について述べる。図２にワークホルダー２の概要を示す。図２（ａ）の全体図、（ｂ）の断面図に示すように、ワークホルダー２は、主として、リング状で断面がＬ字のリング部６、ワークＷと接触してワークＷの径方向に沿って外周側から支持する支持部７、ワークホルダー２を自転させるために用いられる内歯車部８を有し、リング部６のＬ字の内側に支持部７を介して内歯車部８がねじで留められている。

また、ワークホルダー２を自転させるために、モータ９に接続された駆動歯車１０が配設されており、これは内歯車部８と噛合っており、駆動歯車１０をモータ９により回転させることによって、内歯車部８を通じてワークホルダー２を自転させることが可能である。そして、図２（ａ）に示すように、支持部７の縁部の一部に、内側に向かって突出した突起が形成されており、ワークＷの周縁部に形成されたノッチと呼ばれる切り欠きの形状に適合し、ワークホルダー２の回転動作をワークＷに伝達することができるようになっている。
また、ワークホルダー２は、回転する軸回りに自由に回転する３個以上のローラ１１により回転可能に支持されている。図２（ａ）に示す例では、このローラ１１が４個配置されているが、これに限定されない。

静圧支持部材３によって非接触支持される面を有するリング部６は例えば、アルミナセラミクスからできている。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、非接触支持される面を所望形状に高精度に加工されたものとすることができる。
また、例えば、支持部７の材質は樹脂、内歯車部８および駆動歯車１０の材質はＳＵＳとすることができるが、これらに限定されるものではない。

次に、静圧支持部材３について説明する。
図３に静圧支持部材３の概要を示す。まず、図３（ａ）は静圧支持部材３の全体を示している。外周側がワークホルダー２を非接触支持するワークホルダー静圧部であり、内周側がワークＷを非接触支持するワーク静圧部となっている。また、静圧支持部材３には、ワークホルダー２を自転させるのに用いられる駆動歯車１０を挿入するための穴や、砥石４を挿入するための穴が形成されている。

図３（ｂ）に、ワークホルダー静圧部の一部を拡大したものを示す。また、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ’における断面図である。
図３（ｂ）（ｃ）に示すように、表面には土手１２と、土手１２に囲まれた凹部であるポケット１３を有しており、各ポケット１３には、流体供給口からポケット１３へ流体（例えば水）を供給するための供給孔１４が形成されている。
また、図３（ｄ）は、流体を各供給孔１４へと供給するためのラインを示したものであり、各ラインにはバルブ１５および圧力計１６が備えられている。これらによって、供給孔１４を通してポケット１３へと供給される流体の静圧を調整することができる。実際に両頭研削を行う場合には、０．３ＭＰａ以上の静圧に調整され、その静圧でワークホルダー２を非接触支持する。

そして、図１に示すように静圧支持部材３はワークホルダー２の両側に配設されている。また、各静圧支持部材３は、その位置を調整する手段（不図示）に取り付けられており、両頭研削時には、ワークホルダー２と各静圧支持部材３との間隔、すなわち、図３（ｃ）に示すようにワークホルダー２において非接触支持される面と、静圧支持部材３においてワークホルダーを非接触支持する面の間隔Ｄが５０μｍ以下に設定される。

なお、ワーク静圧部の構成は特に限定されず、流体を供給する機構を備えていないものとすることもできるし、あるいは、特許文献３と同様に、土手やポケット、供給孔を備え、流体をワークＷと静圧支持部材３間に供給可能なものとすることもできる。

また、砥石４は特に限定されず、例えば従来と同様に、平均砥粒径が４μｍの番手＃３０００のものを用いることができる。さらには、番手＃６０００〜８０００の高番手のものとすることも可能である。この例としては、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンド材からなるものが挙げられる。なお、砥石４はモータ５に接続されており、高速回転できるようになっている。

従来装置では、ワークホルダーにおいて非接触支持される面と、静圧支持部材においてワークホルダーを非接触支持する面の間隔は２００〜５００μｍであったが、特に上記のような高番手の砥石を用いる場合、研削負荷が高く、ワークホルダーを自転の軸方向に沿った位置を安定化させることが困難である。

しかしながら、本発明の両頭研削装置１では、このような高番手の砥石４であっても、間隔Ｄが５０μｍ以下、かつ０．３ＭＰａ以上の流体の静圧でワークホルダー２を支持するものであるので、ワークホルダー２の自転の軸方向に沿った位置を十分に安定化させることができる。そのため、高負荷がかかる高番手の砥石を用いた研削が可能になり、ナノトポグラフィーの悪化を従来に比べて格段に抑制することができ、高品質にワークを研削することが可能である。
加えて、このような高番手の砥石４を採用したものであれば、両頭研削後の両面研磨工程での研磨量の低減化を図ることができ、生産性の向上、コストの削減を達成することができるとともに、両頭研削での面粗さやダメージ深さを改善することができる。

以上のように、本発明の両頭研削装置１のワークホルダー２、静圧支持部材３、砥石４等の各構成について説明してきたが、ここで、ワークホルダー２および静圧支持部材３に関して、さらにより好ましい実施形態について説明する。
まず、本発明者らは、本発明の両頭研削装置１におけるワークホルダー２および静圧支持部材３の形状精度についての調査を行った。
具体的には、ワークホルダー２と静圧支持部材３との間隔Ｄを５０μｍ以下に設定するために、ワークホルダー２の平面度と平行度、静圧支持部材３のワークホルダー２を非接触支持する面の平面度を変更して組み合わせた装置を用い、水の静圧によりワークホルダー２を非接触支持し、ワークホルダー２を自転させて、その回転状況を調べる実験を行った。砥石には高番手の＃８０００のものを用いた。

まず、複数の静圧支持部材３と複数のワークホルダー２を準備し、三次元測定機ＺＹＺＡＸＲＶＡ−Ａ（株式会社東京精密製）を用いて、静圧支持部材３については２水準（平面度が１５μｍ、２０μｍ）、ワークホルダー２については３水準（平面度が５０μｍで平行度が１０μｍ、平面度が１５μｍで平行度が１０μｍ、平面度が５μｍで平行度が５μｍ）を選別した。静圧支持部材の形状測定の結果の一例を図４に示す。
これらを組み合わせて、ワークホルダー２と静圧支持部材３との間隔Ｄを５０μｍに設定した後に、ワークホルダー２の自転の回転状況を調査した。なお、供給する水の静圧は０．３ＭＰａとした。
表１に、ワークホルダー２や静圧支持部材３の平面度、平行度の組み合わせや、回転状態について示す。

表１に示すように、平面度と平行度の大きいものの組み合わせでは、ワークホルダー２が回転しても駆動歯車１０を回転させるモータの負荷が通常より高い現象が確認され、ワークホルダー２と静圧支持部材３が接触していることが分かった。

ワークホルダー２と静圧支持部材３の間隔Ｄと各々の形状との関係は、図５に示す通り、ｅを静圧支持部材３の平面度、ｆをワークホルダー２の平行度、ｈ−ｇをワークホルダー２の平面度、更に静圧水膜の厚さをαとすると、ワークホルダー２と静圧支持部材３との間隔Ｄは、Ｄ＝ｅ＋ｆ＋（ｈ−ｇ）／２＋αと表される。ここで、静圧水膜厚さαが測定困難なため、他の寸法を規定する事は出来ないが、表１の回転状態の結果より、ｅ＋ｆ＋（ｈ−ｇ）／２の数値が３０μｍ以下である事が必要条件となる。

但し、静圧支持部材３とワークホルダー２の加工時の形状精度は、その形状が単純であるワークホルダー２の方が出しやすく、複雑な形状を持つ静圧支持部材３ではその形状精度には限界がある。そこで、ｅ＋ｆ＋（ｈ−ｇ）／２の数値が３０μｍ以下である事を満たし、かつ現実的な形状精度としては、静圧支持部材３の平面度が２０μｍ以下、ワークホルダー２の平面度が５μｍ以下、平行度が５μｍ以下であるのが好ましい。

特に、ワークホルダー２の平面度が５μｍ以下、平行度が５μｍ以下の精度は、従来用いられてきた熱膨張係数が約１７×１０^−６／℃のＳＵＳ３０４では、加工時の発熱のために得る事が出来ない。ワークホルダー２のリング部６を熱膨張係数が６×１０^−６／℃のアルミナセラミクスとする事で容易に達成出来る精度である。
尚、ｅ＋ｆ＋（ｈ−ｇ）／２の数値が３０μｍ以下である２水準の組み合わせ（ワークホルダー２の平行度が５μｍかつ平面度が５μｍであり、静圧支持部材３のワークホルダーを非接触支持する面の平面度が２０μｍまたは１５μｍ）については、ワーク研削後に測定した擬似ナノトポグラフィーは、０．２μｍを下回り、極めて良好なレベルである事を確認している。

以上のような調査から、ワークホルダー２は、平行度が５μｍ以下、かつ、平面度が５μｍ以下のものであり、静圧支持部材３は、ワークホルダー２を非接触支持する面の平面度が２０μｍ以下のものが好ましいことが判った。なお、両側の静圧支持部材３の平行度は、組み付け時に平行調整を行っておけば良い。
そして、このような条件を満たす両頭研削装置であれば、ワークホルダー２と静圧支持部材３の間隔Ｄが５０μｍ以下という小さい値であっても、駆動歯車１０のモータ９の負荷が上昇して、内歯車部８と駆動歯車１０の間で磨耗による発塵が生じ、発塵した異物がワークホルダー２と静圧支持部材３との隙間に混入するのを効果的に防ぐことができることを本発明者らは見出した。そして、これにより、ワークホルダー２の回転を妨げる現象等が発生するのを予防することが可能である。

次に、本発明のワークの両頭研削方法について述べる。
ここでは、図１に示す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が、これに限定されず、ワークホルダー２と静圧支持部材３の間隔Ｄを５０μｍ以下とし、かつ、流体の静圧を０．３ＭＰａ以上に調節して、ワークＷの両面を研削する方法であれば良い。

ワークＷ（例えばシリコンウエーハ）をワークホルダー２の支持部７によって、ワークＷの径方向に沿って外周側から保持することにより支持する。
ワークＷを支持するワークホルダー２を、一対の静圧支持部材３の間に、静圧支持部材３とワークホルダー２が隙間を有するように支持する。このとき、静圧支持部材３の各ポケット１３の供給孔１４から流体である水を供給し、各ポケット１３ごとに静圧を０．３ＭＰａ以上に調節する。また、静圧支持部材３とワークホルダー２との間隔Ｄを５０μｍ以下に調節する。

このようにして、ワークＷを外周側から支持するワークホルダー２を、静圧支持部材３を用いて水の静圧により非接触で支持し、また、駆動歯車１０によりワークホルダー２を自転させつつ、モータ５により砥石４を回転させ、ワークＷの両面を同時に研削する。

ワークＷのナノトポグラフィーの悪化を防ぐにあたっては、ワークＷを支持するワークホルダー２の自転の軸方向に沿った位置の制御は重要な要素である。上記のような本発明の両頭研削方法によって、ワークホルダー２を自転の軸方向に沿って適正な位置に制御しつつ、ワークＷの両頭研削を行うことが可能なため、従来に比べてばらつきも少なく高レベルのナノトポグラフィーに改善することができる。例えば、両頭研削時に疑似ナノトポグラフィーを０．２μｍ以下にすることができ、これによって、最終製品時にナノトポグラフィーを１５ｎｍ以下に抑制できる。これは近年の顧客からの要望を十分に満たすことのできるレベルである。

なお、ワークホルダー２において、非接触支持される面を有するリング部６をアルミナセラミクスからなるものとすれば、その非接触支持される面を形状精度高く加工することが可能であり、特には、平行度が５μｍ以下、かつ平面度が５μｍ以下のワークホルダー２とすることができる。
また、静圧支持部材３において、平面度が２０μｍ以下のものとするのが好ましい。
このような形状のワークホルダー２や静圧支持部材３を用いて両頭研削を行えば、研削中、ワークホルダー２と静圧支持部材３の間隔Ｄが５０μｍ以下と狭くても、互いに接触せず、ワークホルダー２の回転への影響をなくすことが可能である。

また、砥石４として、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンド材からなるような高番手のものを用いることができる。従来では、このような高番手のものを用いた場合、研削時の負荷によりワークホルダーの位置制御ができず、ワークＷにおけるナノトポグラフィーを悪化させてしまっていた。しかしながら、本発明であれば、高番手のものを用いても、ワークホルダーの位置制御が可能であり、ワークのナノトポグラフィーの悪化を十分に抑制することができる。しかも、高番手のものを用いることにより、後の両面研磨工程での研磨量を減少させることができ、コスト削減や、面粗さやダメージ深さの改善を図ることができる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
（実施例１）
図１に示す本発明のワークの両頭研削装置１を用い、本発明の両頭研削方法により、ワーク（直径３００ｍｍ）の両頭研削を行った。
ワークホルダーとしてはリング部がアルミナセラミクスからなるものを用いた。ワークホルダーの平面度は５μｍ、平行度は５μｍ、静圧支持部材の平面度は１５μｍである。
ワークホルダーと静圧支持部材との間隔は３０μｍに設定した。また、静圧支持部材の供給孔から水を供給し、０．６ＭＰａの静圧により、ワークホルダーを非接触支持した。さらに、砥石としては、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンドからなるＳＤ＃３０００砥石とＳＤ＃８０００砥石（株式会社アライドマテリアル製 ビトリファイドボンド砥石）を用いた。
研削量は３０μｍである。

ワークホルダーと静圧支持部材の間隔と研削されたワークの擬似ナノトポグラフィーの結果を図６に示す。
図６に示すように、どちらの砥石を用いた場合であっても、後述する比較例に比べてばらつきば小さく、かつ、疑似ナノトポグラフィーを０．２μｍ以下という良好なレベルに抑制することができた。特に、高番手のＳＤ＃８０００砥石を用いた場合であっても優れた結果を示していることが分かる。

（比較例１）
ワークホルダーと静圧支持部材との間隔を１００μｍまたは２００μｍに設定する以外は実施例１と同様にしてワークの両頭研削を行った。

図６に示すように、実施例１に比べて疑似ナノトポグラフィーのばらつきは大きく、かつ０．２μｍを超える場合がある。確実に０．２μｍ以下に抑制するには、本発明のように、静圧支持部材とワークホルダーの間隔を５０μｍ以下にする必要があることが分かる。
なお、静圧支持部材とワークホルダーの間隔が狭くなるほど疑似ナノトポグラフィーの値が低減していることがわかる。さらには、ＳＤ＃８０００砥石を使用した場合にはこの傾向が更に顕著となり、ワークホルダーと静圧支持部材との間隔が広いほど急激に擬似ナノトポグラフィーは悪化する。

（実施例２、比較例２）
砥石にＳＤ＃８０００砥石を用い、水による静圧値を変えて設定した以外は実施例１と同様にしてワークの両頭研削を行った。
水による静圧は、０．３ＭＰａ、０．８ＭＰａ、１．０ＭＰａ（以上実施例２）、０．２ＭＰａ（比較例２）とした。

水による静圧値と研削されたワークの擬似ナノトポグラフィーの結果を図７に示す。なお、実施例１のときの疑似ナノトポグラフィーの値を参考に載せておく（静水圧０．６ＭＰａにおける値）。
比較例２では疑似ナノトポグラフィーが０．８μｍと大きく、実施例２ではいずれも０．２μｍ以下に抑えられた。
このように、静圧値が０．３ＭＰａより小さいと疑似ナノトポグラフィーが著しく大きくなってしまい、高品質の研削後のワークを得ることができない。静圧値を０．３ＭＰａ以上とすることによって優れたレベルの疑似ナノトポグラフィーに抑制できていることが分かる。

また、実施例１、２、比較例１、２より、高レベルの疑似ナノトポグラフィーの研削後のワークを得るには、本発明のように、ワークホルダーと静圧支持部材の間隔を５０μｍ以下とするとともに、０．３ＭＰａ以上の静圧により、静圧支持部材でワークホルダーを非接触支持することが必須であることが分かる。

（比較例３）
従来の両頭研削装置を用いてワーク（直径３００ｍｍ）の両頭研削を行った。
用いた両頭研削装置ＸＳＧ−３２０（光洋機械工業株式会社製）は、従来の標準的なものであり、三次元形状測定機ＺＹＺＡＸＲＶＡ−Ａ（株式会社東京精密製）による実測で、ワークホルダーは平行度が１０μｍ、平面度が５０μｍのＳＵＳ製のもので、静圧支持部材の平面度は２０μｍであった。
ワークホルダーと静圧支持部材との間隔は標準的な２００μｍで、静水圧は０．６ＭＰａに設定した。そして、砥石にはビトリファイドボンドのＳＤ＃３０００の直径１６０ｍｍ砥石（株式会社アライドマテリアル製ビトリファイドボンド砥石）を用いた。
研削量は３０μｍである。

研削後のワークについて擬似ナノトポグラフィーを計測した結果、非常にばらつきが大きく、平均で０．６μｍ、最大で１．２μｍとばらつく結果となった。疑似ナノトポグラフィー目標値０．２μｍを満足する事は出来なかった。この原因は、２００μｍの隙間の中でワークホルダーが倒れやすく、ワークホルダーが倒れる事により、ワークの中心位置がずれ、ワークの変形を生じさせていると考えられる。

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。

本発明の両頭研削装置の一例を示す概略図である。 ワークホルダーの一例を示す概略図である。（ａ）全体図、（ｂ）断面図。 静圧支持部材の一例を示す概略図である。（ａ）全体図、（ｂ）ワークホルダー静圧部の拡大図、（ｃ）Ａ−Ａ’における断面図、（ｄ）流体の供給ライン。 静圧支持部材の形状測定結果の一例を示す測定図である。 ワークホルダーと静圧支持部材の形状および位置関係を示す説明図である。 実施例１、比較例１の疑似ナノトポグラフィーの測定結果である。 実施例２、比較例２の疑似ナノトポグラフィーの測定結果である。 従来の両頭研削装置の一例を示す概略図である。 Ｎａｎｏｍａｐｐｅｒにより測定したナノトポグラフィーマップの例を示す測定図である。（ａ）ナノトポグラフィーレベルが良い場合。（ｂ）ナノトポグラフィーレベルが悪い場合。 （ａ）静電容量方式の測定機で測定されたソリ形状にバンドパスフィルター処理を施して得られた疑似ナノトポグラフィーの一例を示すグラフである。（ｂ）Ｎａｎｏｍａｐｐｅｒで測定されたナノトポグラフィーの一例を示すグラフである。 従来の両頭研削方法において、ワークホルダーが、位置が固定されず、倒れている様子を示す説明図である。 両頭研削工程後における疑似ナノトポグラフィーの値と、最終工程後におけるナノトポグラフィーの値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…本発明の両頭研削装置、 ２…ワークホルダー、 ３…静圧支持部材、
４…砥石、 ５…モータ（砥石用）、 ６…リング部、 ７…支持部、
８…内歯車部、 ９…モータ（ワークホルダー用）、 １０…駆動歯車、
１１…ローラ、 １２…土手、 １３…ポケット、 １４…供給孔、
１５…バルブ、 １６…圧力計、 Ｗ…ワーク。

Claims (10)

1. 少なくとも、薄板状の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ワークホルダーと、該ワークホルダーの両側に位置し、ワークホルダーを自転の軸方向に沿って両側から、流体の静圧により非接触支持する一対の静圧支持部材と、前記ワークホルダーにより支持されたワークの両面を同時に研削する一対の砥石を具備するワークの両頭研削装置であって、
   前記ワークホルダーと前記静圧支持部材の間隔が５０μｍ以下であり、かつ、前記静圧支持部材が前記ワークホルダーを０．３ＭＰａ以上の前記流体の静圧で支持するものであることを特徴とするワークの両頭研削装置。
2. 前記ワークホルダーは、平行度が５μｍ以下、かつ、平面度が５μｍ以下のものであることを特徴とする請求項１に記載のワークの両頭研削装置。
3. 前記ワークホルダーにおいて、少なくとも非接触支持される面がアルミナセラミクスからなるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワークの両頭研削装置。
4. 前記静圧支持部材において、前記ワークホルダーを非接触支持する面は、平面度が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のワークの両頭研削装置。
5. 前記砥石は、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンド材からなるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のワークの両頭研削装置。
6. 少なくとも、ワークホルダーによって、薄板状のワークを径方向に沿って外周側から支持して自転させるとともに、前記ワークホルダーの両側に位置する一対の静圧支持部材によって、前記ワークホルダーを自転の軸方向に沿って両側から、流体の静圧により非接触支持し、一対の砥石によって、前記ワークホルダーにより支持したワークの両面を同時に研削するワークの両頭研削方法であって、
   前記ワークホルダーと前記静圧支持部材の間隔を５０μｍ以下とし、かつ、前記流体の静圧を０．３ＭＰａ以上に調節して、前記ワークの両面を研削することを特徴とするワークの両頭研削方法。
7. 前記ワークホルダーを、平行度が５μｍ以下、かつ、平面度が５μｍ以下のものとすることを特徴とする請求項６に記載のワークの両頭研削方法。
8. 前記ワークホルダーにおいて、少なくとも非接触支持される面を、アルミナセラミクスからなるものとすることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のワークの両頭研削方法。
9. 前記静圧支持部材において、前記ワークホルダーを非接触支持する面を、平面度が２０μｍ以下のものとすることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のワークの両頭研削方法。
10. 前記砥石を、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンド材からなるものとすることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のワークの両頭研削方法。

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