JP6707831B2 - 研削装置および研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削装置および研削方法に関する。

両頭研削装置を用いたシリコンウェーハの両面研削は、一般的に以下のように行われる。
まず、キャリアリングの支持孔でシリコンウェーハを支持する。この支持の際、キャリアリングと同じようにシリコンウェーハを回転させるために、支持孔内部に突出する突起部に、シリコンウェーハのノッチを係合させる。また、シリコンウェーハの中心がキャリアリングの中心と一致するように、シリコンウェーハを支持する。その後、２個の研削ホイールを回転させながら、シリコンウェーハの両面にそれぞれ押し当てると同時に、研削ホイール内に研削液を供給し、キャリアリングを当該キャリアリングの中心を回転軸にして回転させることで、シリコンウェーハの研削を行う。

ところで、両面研削が行われたシリコンウェーハでは、ナノトポグラフィ（Nanotopography）と呼ばれる表面のうねりが問題となることが多い。そこで、このナノトポグラフィ悪化を低減することで、シリコンウェーハの平坦度を向上させるための技術が検討されている（例えば、特許文献１参照）。なお、ナノトポグラフィとは、「シリコンウェーハを非吸着、あるいは弱吸着で置いた時のミリメートル周期に存在するナノメートルレンジのうねり」と定義されている。

特許文献１には、ナノトポグラフィ悪化の発生メカニズムとして、以下のことが記載されている。上述のような両面研削では、シリコンウェーハのノッチとキャリアリングの突起部とがそれぞれ１個ずつであるため、ノッチと突起部とにキャリアリングの回転に伴う応力が集中し、シリコンウェーハのノッチ周辺が変形し易くなる。このノッチ周辺が変形した状態で両面研削を行うと、シリコンウェーハのナノトポグラフィが悪化する。

このようなナノトポグラフィ悪化を低減するために、特許文献１には、キャリアリングに従来の突起部とは別の突起部を設けるとともに、シリコンウェーハに従来のノッチとは別に支持用のノッチを設け、各突起部に各ノッチを係合させて両面研削を行うことで、キャリアリングの回転に伴う応力を分散させる技術が開示されている。

一方、本発明者は、シリコンウェーハの両面研削を行うと、キャリアリングの使用開始当初はナノトポグラフィの悪化が発生しないが、使用期間が長くなるとナノトポグラフィの悪化が発生し易くなることを知見し、このような現象が発生する理由を以下のように推測した。
シリコンウェーハを研削するときに突起部も研削されてしまう。突起部の研削量が多くなると、突起部がシリコンウェーハの被研削面に対して直交する方向に反ってしまい、シリコンウェーハのノッチ周辺も突起部と同じ方向に反ってしまう。この反った状態で両面研削を行うと、シリコンウェーハにナノトポグラフィの悪化が発生する。
そこで、本発明者は、このようなナノトポグラフィの悪化を低減するために、キャリアリングの使用期間に制限を設けて、当該使用期間を経過したキャリアリングを交換する対策を取っていた。

特開２００９−２７９７０４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような方法では、シリコンウェーハに設けた支持用のノッチを後工程で除去する必要があり、工程が複雑になってしまう。
また、キャリアリングの使用期間に制限を設ける方法では、多数のキャリアリングが必要になりコストが上昇してしまう。

本発明の目的は、工程の複雑化およびコストの上昇を招くことなく被研削物の研削品質を向上可能な研削装置および研削方法を提供することにある。

本発明のキャリアリングは、ノッチを有する外形円形状のウェーハの研削に用いられる円板状のキャリアリングであって、回転リングと、前記回転リングにより外周部が保持された支持リングとを備え、前記回転リングは、本体リングと、押えリングとを備え、前記本体リングの一面における内縁側には、前記支持リングの外周部および前記押えリングが嵌め込まれる嵌合溝が設けられ、前記押えリングの内周面には、前記キャリアリングを回転させるための駆動ギアに噛み合う内歯が設けられ、前記支持リングは、前記ウェーハを支持可能な支持孔を有し、前記支持孔は、当該支持孔の中心が前記キャリアリングの中心に対して偏心した円形状に形成されていることを特徴とする。
本発明の研削装置は、ノッチを有する外形円形状のウェーハを研削する研削装置であって、前記ウェーハを支持可能な支持孔を有し、当該支持孔の中心が当該キャリアリングの中心に対して偏心した円形状に形成されているキャリアリングと、前記キャリアリングの中心を回転軸にして当該キャリアリングを回転させる回転機構と、中央に両面を貫通する研削液供給孔が設けられた円板状のホイールベースと、前記ウェーハを研削する複数の砥石とを備え、前記複数の砥石は、前記ホイールベースの一面の外縁に沿って所定間隔で設けられ、前記複数の砥石で形成される円環の直径が、前記ウェーハ直径よりも小さいことを特徴とする。
本発明の研削方法は、ノッチを有する外形円形状のウェーハを研削する研削方法であって、円板状のキャリアリングに円形状に形成され、当該キャリアリングの中心に対して当該支持孔の中心が偏心している支持孔で当該ウェーハを支持する工程と、前記キャリアリングの中心を回転軸にして当該キャリアリングを回転させる工程と、複数の砥石を有し、前記キャリアリングで保持された前記ウェーハの両面に対向するようにそれぞれ配置された２個の研削ホイールを互いに逆方向に回転させつつ、前記ウェハーの両面に押し当てて前記ウェーハを研削する工程とを備えていることを特徴とする。

ここで、従来のように、ウェーハの中心をキャリアリングの中心と一致させ、キャリアリングを回転させて研削を行う場合、被研削面側から見たときに、支持孔がウェーハに対して移動しないため、理論上、ウェーハの外周面に支持孔の内周面が接触せず、キャリアリングの回転駆動力がウェーハに伝達されない。このため、キャリアリングの回転駆動力をウェーハに伝達するために、ウェーハのノッチに係合する突起部をキャリアリングに設ける必要があった。
これに対し、本発明によれば、ウェーハの中心がキャリアリングの中心に対して偏心するように、キャリアリングでウェーハを支持し、キャリアリングの中心を回転軸にして当該キャリアリングを回転させる。このような構成により、キャリアリングを回転させたときに、支持孔がウェーハに対して移動するため、ウェーハと支持孔とが接触し、この接触箇所がウェーハの端面を押すことになるが、その際、ウェーハの中心とキャリアリングの中心をずらしているがためにウェーハには回転モーメントが発生する。この回転モーメントにより、支持孔に突起部を設けることなく、ウェーハをキャリアリングと一緒に回転させて研削することが可能となり、ノッチと突起部との係合に起因するナノトポグラフィ悪化の発生を抑制することができる。よって、従来のような工程の複雑化およびコストの上昇を招くことなくウェーハの研削品質を向上させることができる。

本発明のキャリアリングでは、前記キャリアリングの中心に対する前記支持孔の中心の偏心量は、前記被研削物の直径の１．７％以下であることが好ましい。

ここで、偏心量がウェーハの直径の１．７％を超えると、従来の研削装置では、ウェーハにおける偏心方向の端部が砥石に接触せず、研削されないという不都合がある。
これに対し、本発明では、偏心量を上述の範囲に設定することで、上述の不具合の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る両頭研削装置の要部を示す断面図。 前記一実施形態および本発明の実施例１，２におけるキャリアリングを示す正面図。 本発明の比較例におけるキャリアリングを示す正面図。 本発明の実施例１，２および比較例におけるシリコンウェーハ研削後の断面プロファイルを示すグラフ。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
［両頭研削装置の構成］
研削装置としての両頭研削装置１は、図１に示すように、内部で被研削物としてのシリコンウェーハＷを保持する円板状のキャリアリング２と、キャリアリング２の中心Ｃ１を回転軸にして当該キャリアリング２を回転させる回転機構３と、シリコンウェーハＷを研削する複数の砥石４２を有し、キャリアリング２で保持されたシリコンウェーハＷの両面に対向するようにそれぞれ配置された２個の研削ホイール４とを備えている。

キャリアリング２は、図２にも示すように、円環板状の回転リング２１と、回転リング２１により外周部が保持された円環板状の支持リング２４とを備えている。
回転リング２１は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）等の材料によりそれぞれ形成された本体リング２２と、押えリング２３とを備えている。本体リング２２の一面における内縁側には、支持リング２４の外周部および押えリング２３が嵌め込まれる嵌合溝２２１が設けられている。押えリング２３の内周面には、回転機構３の後述する駆動ギア３１に噛み合う内歯２３１が設けられている。
支持リング２４は、例えばガラスエポキシ樹脂等によりシリコンウェーハＷよりも薄く形成されている。支持リング２４は、シリコンウェーハＷを支持可能な支持孔２４１を有している。支持孔２４１は、当該支持孔２４１の中心Ｃ２がキャリアリング２の中心Ｃ１に対して偏心した円形状に形成されている。キャリアリング２の中心Ｃ１に対する支持孔２４１の中心Ｃ２の偏心量Ｄは、特に制限はないが、キャリアリング２の直径の１．７％以下であることが好ましい。支持孔２４１の内径は、シリコンウェーハＷの直径よりも大きければ特に制限はないが、シリコンウェーハＷの直径との差が１ｍｍ以内であることが好ましい。
なお、支持リング２４には、支持孔２４１内部に突出し、シリコンウェーハＷのノッチＮに係合する突起部が設けられていない。

回転機構３は、キャリアリング２の内歯２３１に噛み合う駆動ギア３１と、駆動ギア３１を回転させる駆動モータ３２とを備えている。

研削ホイール４は、略円板状のホイールベース４１と、このホイールベース４１の一面の外縁に沿って所定間隔で設けられた複数の砥石４２とを備えている。ホイールベース４１の中央には、当該ホイールベース４１の両面を貫通する研削液供給孔４３が設けられている。この研削液供給孔４３を介して、研削ホイール４内に、研削液が供給される。

［両頭研削方法］
次に、上述の両頭研削装置１を用いた両頭研削方法について説明する。
図１に示すように、垂直に立てられたシリコンウェーハＷの両面に研削ホイール４をそれぞれ押し当てるとともに、研削ホイール４内に研削液を供給し、キャリアリング２および研削ホイール４を回転させることで、シリコンウェーハＷを研削する。
この研削開始直後において、図２に示すように、例えばキャリアリング２が反時計回り方向に回転すると、支持孔２４１の中心Ｃ２がキャリアリング２の中心Ｃ１に対して偏心しているため、支持孔２４１がシリコンウェーハＷに対して移動し、支持孔２４１とシリコンウェーハＷとが接触箇所Ｐで接触する。そして、この接触箇所ＰがシリコンウェーハＷの端面を押すことになるが、その際、シリコンウェーハＷの中心とキャリアリング２の中心Ｃ１をずらしているがためにシリコンウェーハＷには回転モーメントが発生する。この回転モーメントにより、ノッチＮに係合する突起部をキャリアリング２に設けなくても、シリコンウェーハＷを回転させて研削することができる。

［実施形態の作用効果］
上述したような本実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
キャリアリング２の支持孔２４１を、当該支持孔２４１の中心Ｃ２がキャリアリング２の中心Ｃ１に対して偏心するように形成している。
このため、上述したように、ノッチＮに係合する突起部をキャリアリング２に設けなくても、シリコンウェーハＷを回転させて研削することができる。したがって、ノッチＮと突起部との係合に起因するナノトポグラフィ悪化の発生を抑制することができ、従来のような工程の複雑化およびコストの上昇を招くことなくシリコンウェーハＷの研削品質を向上させることができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良および設計の変更などが可能である。
例えば、キャリアリング２の中心Ｃ１に対する支持孔２４１の中心Ｃ２の偏心量Ｄは、キャリアリング２の直径の１．７％を超えていてもよい。
回転リング２１と支持リング２４とを別材料で別部品として形成したが、同じ材料で形成してもよく、同じ材料で形成する場合、別部品として形成してもよいし、１つの部品（キャリアリング）として形成してもよい。
被研削物としては、セラミックスや石材など、シリコンウェーハＷ以外の外径円形状のものを対象としてもよい。

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

〔実施例１〕
上記実施形態に用いた両頭研削装置１と同様の構成を有する両頭研削装置（光洋機械工業株式会社製、ＤＸＳＧ３２０）を準備した。また、図２に示すようなキャリアリング２を準備した。この実施例１では、支持孔２４１を以下の条件で設けた。なお、研削対象のシリコンウェーハＷの直径は、３００ｍｍである。
・内径：３０１ｍｍ以下
・偏心量Ｄ：２ｍｍ（シリコンウェーハＷの直径の０．６７％）
そして、以下の条件でシリコンウェーハＷの両面を研削し、Nanotopography測定装置（ＡＤＥ社製 製品名：NanoMapper）を用いてシリコンウェーハＷの中心およびノッチＮの配置位置を含む断面のプロファイルを測定した。その結果を図４に示す。
図４に示すように、Single Gaussian Filter Heightのプロファイルデータにおいて、シリコンウェーハＷのノッチＮ近傍やその他箇所に特異なパターンは発生せず、シリコンウェーハ品質評価の指標となるＰＶ値は小さくなり、シリコンウェーハ品質は良好であることが確認できた。なお、Single Gaussian Filter Heightは、研削などのシリコンウェーハの機械加工に起因する、大きな周期のうねりを表す指標として用いられるものである。
＜研削条件＞
・砥石の番手：＃２０００
・研削ホイールの直径：１６０ｍｍ
・研削ホイールの回転数：４０００ｒｐｍ
・キャリアリングの回転数：４０ｒｐｍ

〔実施例２〕
支持孔２４１の偏心量Ｄを５ｍｍ（シリコンウェーハＷの直径の１．６７％）にしたこと以外は、実施例１と同じ構成を有するキャリアリング２を準備した。そして、実施例１と同じ条件で３００ｍｍのシリコンウェーハＷの両面を研削し、断面プロファイルを測定した。その結果を図４に示す。
図４に示すように、実施例１と同様に、シリコンウェーハＷのノッチＮ近傍やその他箇所に特異なパターンは発生せず、シリコンウェーハ品質は良好であることが確認できた。

〔比較例〕
図３に示すようなキャリアリング９を準備した。
このキャリアリング９は、回転リング２１と、支持リング９４とを備えている。支持リング９４の支持孔９４１は、当該支持孔９４１の中心Ｃ３がキャリアリング２の中心Ｃ１と一致し、かつ、内径が実施例１，２の支持孔２４１の内径と同じ円形状に形成されている。つまり、支持孔９４１の偏心量Ｄは０ｍｍである。また、支持リング９４には、支持孔９４１内部に突出し、シリコンウェーハＷのノッチＮに係合する突起部９４２が設けられている。
そして、ノッチＮが突起部９４２に係合するように３００ｍｍのシリコンウェーハＷをキャリアリング９に支持させ、実施例１と同じ条件で当該シリコンウェーハＷの両面を研削し、断面プロファイルを測定した。その結果を図４に示す。
図４に示すように、ノッチＮ側の端部で特異なパターンが発生しており、この特異パターンにより品質評価指標のＰＶ値は大きくなり、シリコンウェーハ品質は実施例１，２と比べて低下することがわかった。このような結果は、ノッチＮと突起部９４２との間に過大な押し付け力が発生し、加工中のシリコンウェーハＷが歪み、研削異常が発生したことを示唆すると考えられる。

以上のことから、キャリアリングの支持孔を、当該支持孔の中心がキャリアリングの中心に対して偏心するように形成することで、従来のような工程の複雑化およびコストの上昇を招くことなくシリコンウェーハの研削品質を向上させることができることが確認できた。

１…両頭研削装置（研削装置）、２…キャリアリング、２４１…支持孔、３…回転機構、４２…砥石、Ｗ…シリコンウェーハ（被研削物）。

Claims (2)

1. ノッチを有する外形円形状のウェーハを研削する研削装置であって、
   前記ウェーハを支持可能な支持孔を有し、前記支持孔の中心が当該キャリアリングの中心に対して偏心した円形状に形成されているキャリアリングと、
   前記キャリアリングの中心を回転軸にして当該キャリアリングを回転させる駆動ギアを有する回転機構と、
   中央に両面を貫通する研削液供給孔が設けられ、前記キャリアリングで保持された前記ウェーハの両面に対向するようにそれぞれ配置された円板状の２個のホイールベースと、
   前記ウェーハを研削する複数の砥石とを備え、
   前記キャリアリングは、回転リングと、前記回転リングにより外周部が保持された支持リングとを備え、前記回転リングは、本体リングと、押えリングとを備え、前記本体リングの一面における内縁側には、前記支持リングの外周部および前記押えリングが嵌め込まれる嵌合溝が設けられ、前記押えリングの内周面には、前記回転機構の前記駆動ギアに噛み合う内歯が設けられ、
   前記キャリアリングの中心に対する前記支持孔の中心の偏心量は、前記ウェーハの直径の１．７％以下であり、
   前記支持孔の内径は、前記ウェーハの直径よりも大きく、前記支持孔の内径と前記ウェーハの直径との差は１ｍｍ以内であり、
   前記複数の砥石は、前記ホイールベースの一面の外縁に沿って所定間隔で設けられ、
   前記複数の砥石で形成される円環の直径が、前記ウェーハ直径よりも小さい
   ことを特徴とする研削装置。
2. ノッチを有する外形円形状のウェーハを研削する研削方法であって、
   円板状のキャリアリングに円形状に形成され、前記キャリアリングの中心に対して当該支持孔の中心が偏心している支持孔で前記ウェーハを支持する工程と、
   前記キャリアリングの中心を回転軸にして当該キャリアリングを回転させる工程と、
   複数の砥石を有し、前記キャリアリングで保持された前記ウェーハの両面に対向するようにそれぞれ配置された２個の研削ホイールを互いに逆方向に回転させつつ、前記ウェーハの両面に押し当てて前記ウェーハを研削する工程と
   を備え、
   前記キャリアリングの中心に対する前記支持孔の中心の偏心量は、前記ウェーハの直径の１．７％以下であり、
   前記支持孔の内径は、前記ウェーハの直径よりも大きく、前記支持孔の内径と前記ウェーハの直径との差は１ｍｍ以内である
   ことを特徴とする研削方法。

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