JPH1158227A - 平面研削装置及び平面研削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】保持テーブルや被加工物の研削負荷の変化に影
響されることなく、研削後の被加工物の形状と意図した
形状との誤差が最小限となるような高精度の平面研削方
法及び平面研削装置を提供する。 【解決手段】被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル
回転軸に取り付けられた回転可能な保持テーブルと、該
保持テーブルの上方に位置しかつ砥石軸に取り付けられ
た回転可能な砥石とを有し、該保持テーブルの上面に被
加工物を保持し、保持された被加工物表面に回転する砥
石を押し付けて被加工物を研削する平面研削装置であっ
て、研削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸と
の相対変位を検出する相対変位検出手段と、該保持テー
ブル回転軸との相対変位を調整する相対変位調整手段と
を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物表面を平
坦に研削加工する平面研削装置及び平面研削方法に関す
るものであり、特に半導体シリコンウェーハの平面研削
装置及び平面研削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工物表面を平坦に加工する技術とし
て、従来から平面研削装置を用いて研削加工を行う技術
が存在している。この技術において、被加工物の加工精
度に特に重大な影響を与える要素として、砥石と被加工
物保持部（以下保持テーブルと称す）及び両者の距離と
平行度がある。

【０００３】被加工物の精度を確保するためには、前述
の距離と平行度を適切に調整した上で研削加工を行わな
ければならない。特に半導体の業界においては被加工物
であるシリコンウェーハの高精度化が求められ、たとえ
ば直径２００mmクラスのウェーハにおいてＴＴＶ（tota
l thickness variation ）と呼ばれる厚さムラは２μｍ
以下がごく当たり前の状況であり、極めて高平坦度が要
求されている。

【０００４】このような高平坦度加工は従来はラップ加
工が用いられていたが、近年はインフィード型の平面研
削装置が用いられつつある。インフィード型の研削装置
でシリコンウェーハなどの薄板を高精度に研削するには
保持テーブルの平坦度及びその他の誤差をキャンセルす
る目的で研削装置に保持テーブルを取り付けた後で専用
の砥石によって保持テーブル表面を研削した後で実際の
使用を行う。

【０００５】この保持テーブルの上に被加工物を吸着す
ると砥石の回転による転写形状が平面でなくても、砥石
によって削られる保持テーブルの表面と被加工物の表面
に転写される形状が平行な関係となるため、被加工物の
絶対厚さのムラは少なくなるというものである。

【０００６】ところが、この方法には次の様な問題があ
る。一般に平面研削装置に用いられるシリコン用の保持
テーブルの材質には、ポーラス状のセラミック材料が用
いられている為、その研削にはメタルボンドなどの硬質
なボンドで固められた＃１００〜# ８００程度の比較的
に粗い砥石を用いる。一方被加工物を最終的に研削する
際には主に＃１０００〜＃１００００の微細な砥石を使
用するのが一般的でこの両者の研削条件は全く異なる。

【０００７】ここで問題となるのは両条件の切削抵抗の
違いであり、それによって発生する研削装置の砥石や砥
石軸及び砥石軸駆動モータ等からなる切り込み機構部の
微小変形量が異なるということである。つまり粗い研削
砥石で加工する保持テーブルの研削は、切削抵抗が小さ
いので砥石の負荷が軽く研削できるのに比べ、軟質のレ
ジンボンドで固められた砥石でなおかつ微細砥石を用い
るシリコンの研削は、切削抵抗が大きいので砥石の負荷
が高くなる。この事実は、たとえば砥石軸駆動のモータ
軸電流の電流値の大小から容易に確認できる。

【０００８】この結果、砥石を切り込んでいった際の、
切り込み機構部に加わる負荷は、保持テーブルを加工す
る場合とシリコンを加工する場合とでは、後者の方が大
きくなる。すなわち、切り込み機構部に生じる微小なた
わみの大きさが両者で異なり、そのたわみの違いによ
り、被加工物の形状を意図した形状に達成できなくなる
のである。すなわち、前述したように保持テーブル上面
と被加工物表面の平行状態が維持できなくなり被加工物
の絶対厚さムラが大きくなってしまう。

【０００９】従来は、研削盤の機械式調整機構によって
砥石軸と保持テーブル回転軸の相対変位を調整していた
が、調整機構の機械的バックラッシュの発生や経時変化
を生じ意図する調整が十分にできず、熟練作業者の経験
に頼らざるを得なかった。

【００１０】また、同一材料の被研削物を多数枚研削す
る場合においても、研削処理枚数が進行するに連れて切
削抵抗が変化し、仕上がり形状や厚さに差が生ずる。

【００１１】このような問題点を解消する手段として、
特開平9-85619 号公報の方法が提案されている。これは
被加工物の高さを非接触に多点監視しその情報に基づい
て被加工物または砥石の位置を制御するものである。

【００１２】しかしながらこの手段は、被加工物の位置
の検出手段とする非接触検出器の精度が制御の及ぶ範囲
であって被加工物の加工精度は、検出手段の精度に規制
されてしまう。

【００１３】たとえば最新の半導体ウェーハでは直径２
００ｍｍでＴＴＶ０．５μｍ以下の平坦度を要求されて
おり、この目的を達成するには０．１μｍ以下の精度を
検出する手段が必要になる。現時点でこの精度を満たせ
る検出手段はきわめて特殊なものに限定される。一方検
出器の精度は年々向上するが、それと同等の速度以上で
高平坦性を要求される半導体用途にあってはこの先の入
手も困難が予想される。さらに研削液、研削くずの飛散
が検出器の精度を阻害する。仮に外乱の影響を除去しよ
うと演算処理などを行った場合は応答性に問題が残る。
また接触式検出器を使用した場合には、被加工物に微少
な傷が付くのを免れない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に鑑みなされたもので、保持テーブルや被加工物の
研削負荷の変化に影響されることなく、研削後の被加工
物の形状と意図した形状との誤差が最小限となるような
高精度の平面研削方法及び平面研削装置を提供すること
を目的とする。

【００１５】本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意
研究を重ねた結果、切り込み機構部に生じる微小なたわ
みは、保持テーブルの上面に対する砥石軸と保持テーブ
ル回転軸の相対変位量に最も反映されるものと予測し、
砥石軸と保持テーブル回転軸の相対変位量を検出する検
出器を設置し、その変位量を検出しこれを一定値に制御
すれば、高精度の研削が可能になると発想し、下記の実
験によりこれを確認し、本発明を完成した。

【００１６】実験に用いた装置を図４及び図５を用いて
説明する。図４は実験に用いた平面研削装置の正面説明
図である。図５は同上の装置の研削中の変位を仮想線に
よって誇張して示す正面説明図で、（ａ）は装置全体を
示し、（ｂ）は（ａ）の丸Ａ部分の拡大部である。な
お、図４および５において図示される各部材は、 後述す
る発明の実施の形態を示す図１〜図３における各部材と
ほとんど共通であるので、同一又は類似部材については
図１〜図３と共通の符号を使用し、各部材の詳細な説明
は発明の実施の形態の説明に譲り、ここでの説明は省略
する。

【００１７】実験１ 本実験に用いた平面研削装置１２は図４に示すような形
態の装置である。この装置１２においては、構造上の特
性により砥石軸３４と保持テーブル回転軸２２の相対変
位量のほとんどすべてが軸傾斜調整部支点３８を支点と
して切り込み機構部３６ａの変位が図５に仮想線で示し
たように現れることが事前の調査にて判明している。そ
こで、図４に示すような配置で微小変位計４８を設置
し、保持テーブル１８を研削している最中に微小変位計
４８のゼロ点合わせを行った。この状態で、砥石３６を
シリコン面研削用に取り替え、被加工物としてシリコン
ウェーハ１６を研削すると、０．２μｍ程度の変位を微
小変位計４８にて検出した。この研削中の装置１２の変
位の状態を誇張して図５に示した。図５において、軸傾
斜調整部支点３８を支点として仮想線で示したように切
り込み機構部３６ａが変位する。この変位状態を図５で
は仮想線で誇張して示したが、現実には変位の程度はμ
ｍの桁であるので目視可能なレベルの変位ではない。こ
の状態で研削砥石軸のホルダ部を手によって加重を加え
ると容易にゼロ点に微小変位計の指示値は変化した。そ
こで指示値が常にゼロを示すように、手によって研削砥
石軸のホルダ部に加重を加え続け、その状態で研削した
ウェーハの平坦性は、荷重を加えない場合に比べ２０％
程度改善された。

【００１８】実験２ 上記の平面研削装置１２において、シリコンウェーハ１
６の研削中に０．２μｍの変位を示した状態ではシリコ
ンウェーハ１６は凸形状に研削されたのに対し、手によ
って砥石軸３４のホルダ部、例えば、研削室カバー４０
に加重を加え、−０．５μｍまで変位をさせ続けたとこ
ろ、ウェーハ形状は凹形状に研削された。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の平面
研削装置の第１の態様は、被加工物を上面に保持しかつ
保持テーブル回転軸に取り付けられた回転可能な保持テ
ーブルと、該保持テーブルの上方に位置しかつ砥石軸に
取り付けられた回転可能な砥石とを有し、該保持テーブ
ルの上面に被加工物を保持し、保持された被加工物表面
に回転する砥石を押し付けて被加工物を研削する平面研
削盤であって、研削中における該砥石軸と該保持テーブ
ル回転軸との相対変位を検出する相対変位検出手段と該
砥石軸と該保持テーブル回転軸との相対変位を調整する
相対変位調整手段とを有することを特徴とする。

【００２０】本発明によれば、研削中に砥石軸と保持テ
ーブル回転軸の相対変位量を検出することができるた
め、研削条件の違いによる研削負荷の違いを定量的に把
握でき、さらにこの値を調整機構の機械的バックラッシ
ュを無視できる方法で制御することにより、高精度な研
削を可能にする。なお、本発明における砥石軸と保持テ
ーブル回転軸の相対変位は平面研削装置のたわみに起因
するものである。

【００２１】また、本発明の平面研削装置の第２の態様
は、被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル回転軸に
取り付けられた回転可能な保持テーブルと、該保持テー
ブルの上方に位置しかつ砥石軸に取り付けられた回転可
能な砥石とを有し、該保持テーブルの上面を回転する砥
石を押し付けて研削した後、該保持テーブル上面に被加
工物を保持し、保持された被加工物表面に回転する砥石
を押し付けて被加工物を研削する平面研削装置であっ
て、研削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸と
の相対変位を検出する相対変位検出手段と該砥石軸と該
保持テーブル回転軸との相対変位を調整する相対変位調
整手段とを有することを特徴とする。

【００２２】さらに、本発明の平面研削装置の第３の態
様は、被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル回転軸
に取り付けられた回転可能な保持テーブルを具備した保
持テーブル機構部と、該保持テーブルの上方に位置しか
つ砥石軸に取り付けられた回転可能な砥石を具備した切
り込み機構部とを有し、該保持テーブル上面に被加工物
を保持し、保持された被加工物表面に回転する砥石を押
し付けて被加工物を研削する平面研削装置であって、研
削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸との相対
変位を検出する相対変位検出手段と、該砥石軸と該保持
テーブル回転軸との相対変位を調整する相対変位調整手
段とを有し、該切り込み機構部又は保持テーブル機構部
のいずれか一方又は両方に該相対変位調整手段を設ける
ことを特徴とする。

【００２３】本発明の平面研削装置の第４の態様は、被
加工物を上面に保持しかつ保持テーブル回転軸に取り付
けられた回転可能な保持テーブルを具備した保持テーブ
ル機構部と、該保持テーブルの上方に位置しかつ砥石軸
に取り付けられた回転可能な砥石を具備した切り込み機
構部とを有し、該保持テーブルの上面を回転する砥石を
押し付けて研削した後、該保持テーブル上面に被加工物
を保持し、保持された被加工物表面に回転する砥石を押
し付けて被加工物を研削する平面研削装置であって、研
削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸との相対
変位を検出する相対変位検出手段と、該砥石軸と該保持
テーブル回転軸との相対変位を調整する相対変位調整手
段とを有し、該切り込み機構部又は保持テーブル機構部
のいずれか一方又は両方に該相対変位調整手段を設ける
ことを特徴とする。

【００２４】前記保持テーブル機構部の構成は、装置の
種類によって適宜変更されるが、概ね、ベースプレート
と、該ベースプレートの軸孔に挿通された保持テーブル
回転軸と、該保持テーブル回転軸の上端部に取り付けら
れた保持テーブルと、該保持テーブル回転軸の下端部に
取り付けられたテーブル駆動モータとから構成される。

【００２５】前記切り込み機構部の構成は、装置の種類
によって適宜変更されるが、概ね、中心部上下方向に貫
通軸孔を穿設したスピンドルと、該スピンドルを支持す
るスピンドルホルダーと、該スピンドルの下方に位置し
中央部に貫通孔を穿設した研削室カバーと、該貫通軸孔
及び貫通孔に回転自在に挿通された砥石軸と、該砥石軸
の下端部に取り付けられた砥石と、該砥石軸の上端部に
取り付けられた砥石軸駆動モータとから構成される。

【００２６】また、砥石軸と保持テーブル回転軸の相対
変位を検出する手段は微小変位計であることが好まし
く、砥石軸と保持テーブル回転軸の相対変位を調整する
手段がエアーシリンダー又は圧電素子であることが好ま
しい。

【００２７】前記相対変位検出手段と相対変位調整手段
とを比較演算用コンピュータを介して電気的に接続し、
該相対変位検出手段からの相対変位情報に基づいて該相
対変位調整手段を制御し、該相対変位量を目標とする変
位量となるように自動調整することができるようにする
のが好適である。

【００２８】本発明の平面研削方法の第１の態様は、被
加工物を上面に保持しかつ保持テーブル回転軸に取り付
けられた回転可能な保持テーブルの上面に被加工物を保
持し、砥石軸に取り付けられかつ回転する砥石を当該保
持された被加工物表面に押し付けて該被加工物を研削す
る平面研削方法において、前記保持テーブルの表面の研
削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸との相対
変位を検出し、被加工物を研削する際の該砥石軸と該保
持テーブル回転軸との相対変位が該保持テーブルの表面
の研削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸との
相対変位と一致するように調整しながら研削を行うこと
を特徴とする。

【００２９】また、本発明の平面研削方法の第２の態様
は、被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル回転軸に
取り付けられた回転可能な保持テーブルの上面に砥石軸
に取り付けられかつ回転する砥石を押し付けて該保持テ
ーブルを研削した後、該保持テーブルの上面に被加工物
を保持し、砥石軸に取り付けられかつ回転する砥石を当
該保持された被加工物表面に押し付けて該被加工物を研
削する平面研削方法において、前記保持テーブルの表面
の研削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸との
相対変位を検出し、被加工物を研削する際の該砥石軸と
該保持テーブル回転軸との相対変位が該保持テーブルの
表面の研削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸
との相対変位と一致するように調整しながら研削を行う
ことを特徴とする。

【００３０】前記被加工物を研削する際に前記砥石軸と
保持テーブル回転軸との相対変位をモニタリングし研削
終了直前において、当該相対変位を前記保持テーブルの
上面を研削した際の研削終了直前における砥石軸と保持
テーブル回転軸との相対変位と一致するように調整する
のが好適である。なお、研削終了直前とは、砥石軸の最
後の１０回転の開始から最後の１回転の開始までを意味
する。

【００３１】このように砥石軸と保持テーブル回転軸の
相対変位を調整することにより、研削された被加工物保
持テーブルの表面と被加工物の研削表面の形状を一致さ
せることができるので、被加工物の厚さが均一になり、
実質的に平坦性の優れた被加工物が得られる。

【００３２】また、被加工物を研削する際に、砥石軸ま
たは砥石軸に連結した部材の少なくとも一部、或いは保
持テーブル回転軸または保持テーブル回転軸に連結した
部材の少なくとも一部、或いは両方に荷重することによ
り、被加工物を研削する際の砥石軸と保持テーブル回転
軸との相対変位が被加工物保持テーブルの表面の研削中
における砥石軸と保持テーブル回転軸との相対変位と一
致するように調整するのが好適である。このように外部
からの荷重を加えることで容易に変位を調整できる。

【００３３】さらに、本発明の平面研削方法の第３の態
様は、被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル回転軸
に取り付けられた回転可能な保持テーブルの上面に砥石
軸に取り付けられかつ回転する砥石を押し付けて該保持
テーブルを研削した後、該保持テーブルの上面に被加工
物を保持し、砥石軸に取り付けられかつ回転する砥石を
当該保持された被加工物表面に押し付けて該被加工物を
研削する平面研削方法において、砥石の種類、ドレッシ
ング条件、砥石回転数及び切り込み速度を調整し、被加
工物を研削する際の該砥石軸と該保持テーブル回転軸と
の相対変位が保持テーブルの上面の研削中における該砥
石軸と該保持テーブル回転軸との相対変位と一致するよ
うに調整することを特徴とする。

【００３４】また、上記の研削方法は、高度に平坦性を
要求される半導体シリコンウェーハに適用することが効
果的である。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下本発明の平面研削装置の実施
の形態を添付図面中、図１〜図３とともに説明する。図
１は本発明の平面研削装置の一つの実施の形態を示す正
面説明図である。図２は本発明の平面研削装置の他の実
施の形態を示す正面説明図である。図３は本発明の平面
研削装置の別の実施の形態を示す正面説明図である。

【００３６】図１において、１２は本発明に係る平面研
削装置で、ベースプレート１４を有している。ベースプ
レート１４の上面一端部には半導体シリコンウエーハ等
の被加工物１６を保持する保持テーブル１８が設けられ
ている。２０はベースプレート１４の一端部の下方に設
置されたテーブル駆動モータで、ベースプレート１４に
穿設された軸孔１４ａに挿通された保持テーブル回転軸
２２を介して保持テーブル１８に連結している。保持テ
ーブル１８はテーブル駆動モータ２０により被加工物１
６を保持した状態で回転することができる。

【００３７】ベースプレート１４の上面他端部にはベー
スブロック２４が設けられている。ベースブロック２４
の上面には装置本体２６が立設されている。装置本体２
６の内面側には中間部材であるコラム２８が垂直方向に
並設されている。

【００３８】上記コラム２８の内面側にはスピンドル３
０がスピンドルホルダー３２を介して取りつけられてい
る。スピンドル３０の中央部の上下方向には貫通軸孔３
０ａが穿設されており、砥石軸３４がその貫通軸孔３０
ａに回転自在に挿通されている。

【００３９】上記砥石軸３４の下端部には被加工物１６
の表面を研削する砥石３６が固着されている。４０は研
削室カバーで、この研削室カバー４０の中央部には貫通
孔４０ａが穿設されている。研削室カバー４０はスピン
ドル３０の下方でかつ砥石３６の上方に位置し、砥石軸
３４がその貫通孔４０ａを介して回転自在に挿通されて
いる。研削室カバー４０の側端部は上記コラム２８の下
端部に接続せしめられ、コラム２８の下端部は砥石軸３
４の軸傾斜調整部支点３８となる。３６ａは切り込み機
構部で、スピンドルホルダー３２、スピンドル３０、研
削室カバー４０、砥石軸３４、砥石軸駆動モータ４２及
び砥石３６から構成されている。

【００４０】４２は砥石軸３４の上端部に直結された砥
石軸駆動モータで、砥石３６を砥石軸３４を介して回転
させる。４４は装置本体２６の上部に設けられた砥石軸
昇降モータで、モータ軸４６を介してコラム２８と連結
されている。この砥石軸昇降モータ４４によって、コラ
ム２８及び切り込み機構部３６ａとからなる砥石アセン
ブリ３６Ａが一体的に上下動せしめられる。

【００４１】前記砥石軸駆動モータ４２の側壁には砥石
軸３４の変位を検出する変位検出手段、例えば微小変位
計４８が設置されている。この微小変位計４８は押込型
であり、その前面にはピン状の検知部分５０が装置本体
２６側のコラム２８に接触する様に配置されており、砥
石軸３４が変位すると、砥石軸駆動モータ４２とコラム
２８との間隔が変化するため、砥石軸３４の変位を検知
することができる。尚、微小変位計４８としては、この
ような接触型に限らず、レーザー光等を用いた非接触型
であってもよい。

【００４２】また、砥石軸３４は軸傾斜調整部支点３８
を支点として変位するので、支点３８から離れるほど変
位量が大きく測定される。従って、微小変位計４８の設
置位置は、軸傾斜調整部支点３８から離れている方が微
少な変位を検出可能となるが、軸傾斜調整部支点３８と
砥石３６の刃先との距離より離れた位置に設置すると、
変位が増幅されるので感度が高くなる。即ち、軸傾斜調
整部支点３８と砥石３６の刃先との距離をＬ１、軸傾斜
調整部支点３８と砥石軸３６の微小変位計４８との距離
をＬ２としたとき、Ｌ１＜Ｌ２の位置に設置するのが好
適である。

【００４３】５２は砥石軸３４の変位を調整する変位調
整手段、図示例では圧力制御用エアーシリンダで、スピ
ンドル３０に接続されている。エアーシリンダ５２は下
方に突出するピストンロッド５４を有しており、そのピ
ストンロッド５４の力点は研削室カバー４０上にあり、
これに荷重することにより、切り込み機構部３６ａや砥
石軸３４の変位を制御できる。

【００４４】尚、エアーシリンダ５２のピストンロッド
５４の圧力を加える力点としては、砥石軸３４の変位量
を変化することができる位置であれば、特に限定されな
いが、砥石３６により近い方が、研削に伴う軸の変形の
影響を受けにくく研削品質の制御用としては都合がよ
い。

【００４５】上記圧力制御用エアーシリンダ５２は比較
演算用コンピュータ５６を介して微小変位計４８と電気
的に接続されている。

【００４６】実際の研削においては、まず、砥粒をメタ
ルボンドなどの硬質なボンドで固めた＃１００〜# ８０
０程度の比較的に粗い砥石３６を砥石軸３４の下端に取
り付け、セラミック材料等からなる保持テーブル１８の
表面を、砥石３６の形状が転写される程度に研削する。
研削中に、微小変位計４８の変位量を読み取り、比較演
算用コンピュータ５６に記憶させる。その後、保持テー
ブル１８上に被加工物１６を真空吸着させ、砥粒を軟質
のレジンボンドで固めた＃１０００〜＃１００００の微
細な砥石３６に変更し、被加工物１６を研削する。

【００４７】被加工物１６の研削中に微小変位計４８で
検出された変位量を比較演算用コンピュータ５６に取り
込み、その入力情報と記憶した被加工物保持テーブル１
８の研削時の変位量を比較演算し、エアーシリンダ５２
に加える圧力を制御する。

【００４８】尚、基準となる保持テーブル１８の研削時
の変位量がわかれば、被加工物１６の研削時にエアーシ
リンダ５２に加える圧力の制御は、比較演算用コンピュ
ータ５６によらずにマニュアルでも可能である。即ち、
図４に示すように比較演算用コンピュータ５６を設置し
ない構成とすることも可能である。しかし、図１に示し
た実施の形態の様に比較演算用コンピュータ５６を適用
することで、より高精度な制御が可能である。

【００４９】砥石軸３４の変位を調整する変位調整手段
としては、好ましい例としてエアーシリンダ５２を用い
る場合について説明したが、その他公知の変位調整手
段、例えば、後述する圧電素子を用いることが出来る
他、作業者が手動で変位調整をすることもできる。

【００５０】図１に示した例では、微小変位針４８を砥
石軸駆動モータ４２に設け、砥石軸３４の変位を検知す
ることによって砥石軸３４と保持テーブル回転軸２２と
の相対変位を知り、その相対変位をエアーシリンダ５２
によって研削室カバー４０に荷重することにより調整す
る構成について説明した。

【００５１】図１の場合には、平面研削装置１２の構造
上の特性により、ベースプレート１４と保持テーブル回
転軸２２の剛性が極めて高く、反面、相対的に砥石軸３
４を含めた切り込み機構部３６ａの剛性が低い構成とさ
れている。この構成につき、砥石軸３４と保持テーブル
回転軸２２の相対変位量の検出を微小変位計４８を用い
て調べたところ、当該相対変位量のほとんどすべてがこ
の微小変位計４８によって検出可能であることを実験的
に確認した。従って、このような構成によって本発明の
目的を十分に達成することが出来る事が判明した。

【００５２】図１の例では、一つの微小変位計４８を砥
石軸駆動モータ４２に設置した構成を示したが、例えば
装置の設計が異なる場合には一か所の検出では不十分で
あったり、図１の微小変位計４８の設置位置では不適切
であることも考えられる。そのような場合には、図２や
図３の構成を採用して砥石軸３４と保持テーブル回転軸
２２の相対変位を知ることもできる。なお、図２及び図
３において、図１と同一又は類似部材は同一の符号を用
いて説明している。

【００５３】図２において、５８はベースプレート１４
の下面に垂設された測定基準板である。前記テーブル駆
動モータ２０の側壁には保持テーブル回転軸２２の変位
を検出する変位検出手段、例えば微小変位計６２が設置
されている。この微小変位計６２は押込型であり、その
前面にはピン状の検知部分６０が測定基準板５８に接触
する様に配置されている。保持テーブル回転軸２２が変
位すると、テーブル駆動モータ２０と測定基準板５８と
の間隔が変化するため、保持テーブル回転軸２２の変位
を検知することができる。この微小変位計６２として
も、この種の接触型の他にレーザー光等を用いた非接触
型を用いることができる。

【００５４】６４は保持テーブル回転軸２２の変位を調
整する変位調整手段で、図示例では、複数個の圧電素子
をベースプレート１４と保持テーブル１８との間に設置
する構成が示されている。変位調整手段としては、圧電
素子の他にエアーシリンダ等の公知手段を適用できるこ
とはいうまでもない。

【００５５】上記圧電素子６４は比較演算用コンピュー
タ５６を介して微小変位計６２と電気的に接続されてい
る。

【００５６】図２の場合には、平面研削装置１２の構造
上の特性により、砥石軸３４を含めた切り込み機構部３
６ａの剛性が極めて高く、反面、相対的にベースプレー
ト１４と保持テーブル回転軸２２の固定剛性が低い構成
となっている。この構成についても、砥石軸３４と保持
テーブル回転軸２２の相対変位量の検出を微小変位計６
２を用いて同様に調べたところ、当該相対変位量のほと
んどすべてがこの微小変位計６２によって検出可能であ
ることを実験的に確認した。従って、このような構成に
よっても本発明の目的を十分に達成することが出来るこ
とが判明した。

【００５７】図２の構成の場合、被加工物の研削中に微
小変位計６２で検出された変位量を比較演算用コンピュ
ータ５６に取り込み、その入力情報を演算し、圧力素子
６４に印加する電圧を制御することにより、砥石軸３４
と保持テーブル回転軸２２との相対変位を調整すること
ができる。

【００５８】図３は砥石軸３４の変位を検出する微小変
位計４８及び保持テーブル回転軸２２の変位を検出する
微小変位計６２を両方とも設置した構成例を示してい
る。図３の構成の場合、被加工物１６の研削中に微小変
位計４８及び６２で検出された変位量をそれぞれ比較演
算用コンピュータ５６に取り込み、その入力情報をそれ
ぞれ演算し、エアーシリンダ５２に加える圧力及び圧電
素子６４に印加する電圧をそれぞれ制御することによ
り、砥石軸３４と保持テーブル回転軸２２との相対変位
を調整することができる。

【００５９】また、後述する実施例２に示すように、保
持テーブル１８を研削する際に、被加工物を研削する際
の変位量になるべく近い変位量となる砥石をあらかじめ
選定し、その砥石の刃先をドレッシングにて切れ味を調
整し、被加工物を研削する際の変位量とほぼ一致する変
位量にてテーブル研削を行い、その後、砥石を被加工物
用に交換し、被加工物を研削しても、きわめて平坦性の
良好なウェーハが研削で得られる。実施例２において
は、図３に示す平面研削装置を用いた例を示したが、こ
の平面研削方法の実施に対しては、図１又は図２に示す
平面研削装置を適用することも可能である。

【００６０】図１〜図３に示した実施の形態において
は、いずれも砥石軸３４の変位や保持テーブル１８の変
位を紙面左右方向の変位として説明したが、同様の構成
又は手法を用いることにより紙面鉛直方向の変位につい
ても検出、調整が可能であることはいうまでもない。

【００６１】

【実施例】以下に本発明の実施例をあげて説明する。 実施例１ 図１に示す平面研削装置を用いて、まず、メタルボンド
で固められた＃２４０のダイヤモンド砥石で保持テーブ
ルの表面を研削した。その際、保持テーブル研削中の変
位量は約０．２μm であった。保持テーブルの表面を研
削後、砥石をレジンボンドで固めた＃１５００のダイヤ
モンド砥石に変更し、保持テーブル上にチョクラルスキ
ー法で作製されたシリコンインゴットから作製した直径
２００ｍｍのシリコンウェーハを吸着させ、約３０μm
の粗研削を行った。さらに、砥石をレジンボンドで固め
た＃８０００のダイヤモンド砥石に変更し、仕上げ研削
を約１０μm 行った。粗研削および仕上げ研削の最中の
微小変位計の変位量は、比較演算用コンピュータを介し
て制御されているエアシリンダーからの圧力により、約
０．２μm ±０．０５μm に制御されていた。この結
果、研削が終了したウェーハのＴＴＶは、０．４４μm
であった。

【００６２】実施例２ 図３に示す平面研削装置を用いて、保持テーブル研削と
ウエーハ研削における砥石軸と保持テーブル回転軸の相
対変位量が双方とも約０．３μｍで一致する条件とし
て、表１に示した条件を設定し、直径２００ｍｍのシリ
コンウェーハを研削した。研削終了後のウェーハのＴＴ
Ｖは、０．４９μｍであった。

【００６３】

【表１】

【００６４】＊ＧＣ砥粒：炭化珪素質砥粒

【００６５】比較例１ 微小変位計およびエアシリンダーを具備しない従来の構
造の平面研削装置を用い、実施例１と同様の条件でシリ
コンウェーハを研削した。この結果、研削が終了したウ
ェーハのＴＴＶは、０．５５μm であった。

【００６６】

【発明の効果】本発明の平面研削装置及び平面研削方法
によれば、被加工物保持テーブルや被加工物の研削負荷
の変化に影響されることなく、研削後の被加工物の形状
と意図した形状との誤差を最小限にすることができ、特
に、最新の半導体シリコンウェーハで要求される直径２
００ｍｍでＴＴＶ０．５μｍ以下の平坦度を実現できる
という著大な効果が達成される。

【００６７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面研削装置の一つの実施の形態を示
す正面説明図である。

【図２】本発明の平面研削装置の他の実施の形態を示す
正面説明図である。

【図３】本発明の平面研削装置の別の実施の形態を示す
正面説明図である。

【図４】実験に用いた平面研削装置の正面説明図であ
る。

【図５】図４に示した装置の研削中の変位を仮想線によ
って誇張して示す正面説明図で、（ａ）は装置全体を示
し、（ｂ）は（ａ）の丸Ａ部分の拡大図である。

【符号の説明】

１２ 平面研削装置、１４ ベースプレート、１４ａ
軸孔、１６ 被加工物、１８ 保持テーブル、２０ テ
ーブル駆動モータ、２２ 保持テーブル回転軸、２４
ベースブロック、２６ 装置本体、２８ コラム、３０
スピンドル、３０ａ 貫通軸孔、３２ スピンドルホ
ルダー、３４ 砥石軸、３６ 砥石、３６ａ 切り込み
機構部、３６Ａ 砥石アセンブリ、３８ 軸傾斜調整部
支点、４０研削室カバー、４０ａ 貫通孔、４２ 砥石
軸駆動モータ、４４ 砥石軸昇降モータ、４６ モータ
軸、４８，６２ 微小変位計、５０，６０ 検知部分、
５２ エアーシリンダ、５４ ピストンロッド、５６
比較演算用コンピュータ、５８ 測定基準板、６４ 圧
電素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大國 ▲禎▼之 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社半導体白河研究 所内 (72)発明者 大嶋 久 新潟県中頸城郡頸城村大字城野腰新田596 番地２ 直江津電子工業株式会社内 (72)発明者 岡部 啓一 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 (72)発明者 加藤 忠弘 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社半導体白河研究 所内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル
   回転軸に取り付けられた回転可能な保持テーブルと、該
   保持テーブルの上方に位置しかつ砥石軸に取り付けられ
   た回転可能な砥石とを有し、該保持テーブルの上面に被
   加工物を保持し、保持された被加工物表面に回転する砥
   石を押し付けて被加工物を研削する平面研削盤であっ
   て、研削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸と
   の相対変位を検出する相対変位検出手段と該砥石軸と該
   保持テーブル回転軸との相対変位を調整する相対変位調
   整手段とを有することを特徴とする平面研削装置。
2. 【請求項２】被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル
   回転軸に取り付けられた回転可能な保持テーブルと、該
   保持テーブルの上方に位置しかつ砥石軸に取り付けられ
   た回転可能な砥石とを有し、該保持テーブルの上面を回
   転する砥石を押し付けて研削した後、該保持テーブル上
   面に被加工物を保持し、保持された被加工物表面に回転
   する砥石を押し付けて被加工物を研削する平面研削装置
   であって、研削中における該砥石軸と該保持テーブル回
   転軸との相対変位を検出する相対変位検出手段と該砥石
   軸と該保持テーブル回転軸との相対変位を調整する相対
   変位調整手段とを有することを特徴とする平面研削装
   置。
3. 【請求項３】被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル
   回転軸に取り付けられた回転可能な保持テーブルを具備
   した保持テーブル機構部と、該保持テーブルの上方に位
   置しかつ砥石軸に取り付けられた回転可能な砥石を具備
   した切り込み機構部とを有し、該保持テーブル上面に被
   加工物を保持し、保持された被加工物表面に回転する砥
   石を押し付けて被加工物を研削する平面研削装置であっ
   て、研削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸と
   の相対変位を検出する相対変位検出手段と、該砥石軸と
   該保持テーブル回転軸との相対変位を調整する相対変位
   調整手段とを有し、該切り込み機構部又は保持テーブル
   機構部のいずれか一方又は両方に該相対変位調整手段を
   設けることを特徴とする平面研削装置。
4. 【請求項４】被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル
   回転軸に取り付けられた回転可能な保持テーブルを具備
   した保持テーブル機構部と、該保持テーブルの上方に位
   置しかつ砥石軸に取り付けられた回転可能な砥石を具備
   した切り込み機構部とを有し、該保持テーブルの上面を
   回転する砥石を押し付けて研削した後、該保持テーブル
   上面に被加工物を保持し、保持された被加工物表面に回
   転する砥石を押し付けて被加工物を研削する平面研削装
   置であって、研削中における該砥石軸と該保持テーブル
   回転軸との相対変位を検出する相対変位検出手段と、該
   砥石軸と該保持テーブル回転軸との相対変位を調整する
   相対変位調整手段とを有し、該切り込み機構部又は保持
   テーブル機構部のいずれか一方又は両方に該相対変位調
   整手段を設けることを特徴とする平面研削装置。
5. 【請求項５】前記相対変位調整手段がエアシリンダー又
   は圧電素子であることを特徴とする請求項１〜４のいず
   れか１項記載の平面研削装置。
6. 【請求項６】前記相対変位検出手段と相対変位調整手段
   とを比較演算用コンピュータを介して電気的に接続し、
   該相対変位検出手段からの相対変位情報に基づいて該相
   対変位調整手段を制御し、該相対変位量を目標とする変
   位量となるように自動調整することができるようにした
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の平
   面研削装置。
7. 【請求項７】被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル
   回転軸に取り付けられた回転可能な保持テーブルの上面
   に被加工物を保持し、砥石軸に取り付けられかつ回転す
   る砥石を当該保持された被加工物表面に押し付けて該被
   加工物を研削する平面研削方法において、前記保持テー
   ブルの表面の研削中における該砥石軸と該保持テーブル
   回転軸との相対変位を検出し、被加工物を研削する際の
   該砥石軸と該保持テーブル回転軸との相対変位が該保持
   テーブルの表面の研削中における該砥石軸と該保持テー
   ブル回転軸との相対変位と一致するように調整しながら
   研削を行うことを特徴とする平面研削方法。
8. 【請求項８】被加工物を上面に保持しかつ保持テーブル
   回転軸に取り付けられた回転可能な保持テーブルの上面
   に砥石軸に取り付けられかつ回転する砥石を押し付けて
   該保持テーブルを研削した後、該保持テーブルの上面に
   被加工物を保持し、砥石軸に取り付けられかつ回転する
   砥石を当該保持された被加工物表面に押し付けて該被加
   工物を研削する平面研削方法において、前記保持テーブ
   ルの表面の研削中における該砥石軸と該保持テーブル回
   転軸との相対変位を検出し、被加工物を研削する際の該
   砥石軸と該保持テーブル回転軸との相対変位が該保持テ
   ーブルの表面の研削中における該砥石軸と該保持テーブ
   ル回転軸との相対変位と一致するように調整しながら研
   削を行うことを特徴とする平面研削方法。
9. 【請求項９】前記被加工物を研削する際に、前記砥石軸
   または該砥石軸に連結した部材の少なくとも一部、或い
   は前記保持テーブル回転軸又は該保持テーブル回転軸に
   連結した部材の少なくとも一部、或いは両方に荷重する
   ことにより、該被加工物を研削する際の該砥石軸と該保
   持テーブル回転軸との相対変位が該保持テーブルの表面
   の研削中における該砥石軸と該保持テーブル回転軸との
   相対変位と一致するように調整することを特徴とする請
   求項７又は８記載の平面研削方法。
10. 【請求項１０】被加工物を上面に保持しかつ保持テーブ
    ル回転軸に取り付けられた回転可能な保持テーブルの上
    面に砥石軸に取り付けられかつ回転する砥石を押し付け
    て該保持テーブルを研削した後、該保持テーブルの上面
    に被加工物を保持し、砥石軸に取り付けられかつ回転す
    る砥石を当該保持された被加工物表面に押し付けて該被
    加工物を研削する平面研削方法において、砥石の種類、
    ドレッシング条件、砥石回転数及び切り込み速度を調整
    し、被加工物を研削する際の該砥石軸と該保持テーブル
    回転軸との相対変位が保持テーブルの上面の研削中にお
    ける該砥石軸と該保持テーブル回転軸との相対変位と一
    致するように調整することを特徴とする平面研削方法。
11. 【請求項１１】前記被加工物を研削する際に前記砥石軸
    と保持テーブル回転軸との相対変位をモニタリングし研
    削終了直前において、当該相対変位を前記保持テーブル
    の上面を研削した際の研削終了直前における砥石軸と保
    持テーブル回転軸との相対変位と一致するように調整す
    ることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項記載
    の平面研削方法。
12. 【請求項１２】前記被加工物が半導体シリコンウェーハ
    であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項
    記載の平面研削方法。