特許 6040947 ワークの両頭研削方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6040947

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】ワークの両頭研削方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 7/17 20060101AFI20161128BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   B24B7/17 Z

   H01L21/304 621A

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-31004(P2014-31004)

(22)【出願日】2014年2月20日

(65)【公開番号】特開2015-155129(P2015-155129A)

(43)【公開日】2015年8月27日

【審査請求日】2016年1月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】宇佐美 佳宏

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２３８４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／００６８１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−０５２２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０９６０１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ７／１７

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リング状ホルダーによって、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、一対の砥石によって、前記リング状ホルダーにより支持した前記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、
前記ワークの研削取り代１μｍあたりの前記砥石の摩耗量が、０．１０μｍ以上０．３３μｍ以下となるように設定して、前記ワークの両面を同時に研削することを特徴とするワークの両頭研削方法。

【請求項2】

前記砥石として、円環状台金の外周にビトリファイドボンド砥石を配置したものを用い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方法。

【請求項3】

前記ワークの研削取り代１μｍあたりの前記砥石の摩耗量は、研削時の砥石の前進位置の変位から求めた砥石の摩耗量を、研削開始前と研削終了後のワークの厚さの差である研削取り代で割った値として算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワークの研削方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特にスライス工程で発生したナノトポグラフィを低減することができるワークの両頭研削方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハにおいては、「ナノトポグラフィ」と呼ばれる表面うねり成分の大小が問題となっている。このナノトポグラフィは、半導体ウェーハの表面形状の中から、「そり」や「Ｗａｒｐ」より波長が短く、「表面粗さ」より波長が長い、λ＝０．２〜２．０ｍｍの波長成分を取り出したものであり、ＰＶ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）値は０．１μｍ以上０．２μｍ以下の極めて浅いうねりである。

【0003】

半導体ウェーハの加工工程における最終工程である両面研磨工程を経て、鏡面を持つ半導体ウェーハのナノトポグラフィは、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加工途中で鏡面研磨が未実施の半導体ウェーハはその主面は非鏡面であるため、上記反射干渉式の測定機によるナノトポグラフィの計測ができない。

【0004】

そこで、特許文献１には、鏡面を持たない半導体ウェーハのナノトポグラフィを算出する方法として、静電容量方式の測定機を使用して、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の測定を可能とする方法が記載されている。尚、この簡昜的なナノトポグラフィの定量値として断面形状のＰＶ値（変位の最大値と最小値の差）を採用し、以下この値を「疑似ナノトポグラフィ」と呼ぶ。

【0005】

また、ナノトポグラフィと同様にシリコンウェーハの平坦度の改善要求も強く、従来では平坦度（ＳＦＱＲ）が０．１３μｍ以下のシリコンウェーハが要求されていたが、近時では平坦度（ＳＦＱＲ）が０．０７μｍ以下、更には０．０４μｍ以下のシリコンウェーハが要求されるようになっている。

【0006】

ナノトポグラフィはウェーハの加工工程（スライス工程〜研磨工程）中で作り込まれるものであり、スライス工程で形成されたナノトポグラフィは、両頭研削工程で低減させない限り、最終工程後まで残存する。そして、このナノトポグラフィはデバイス製造におけるＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程の歩留まりに影響するといわれている。

【0007】

また、研削工程中で作り込まれるナノトポグラフィを抑制するために、特許文献２には、両頭研削装置における、ウェーハを非接触支持するための静圧パッドに供給する静圧水の流量を調整して、両頭研削工程にて作り込まれるナノトポグラフィを抑制する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４４２００２３号明細書

【特許文献2】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】

【0009】

しかしながら、特許文献２に記載の両頭研削方法のように、両頭研削工程で作り込まれるナノトポグラフィを抑制する方法の検討はされてきたが、両頭研削工程によりスライス工程等で作り込まれたナノトポグラフィを低減させる方法の検討はほとんどされておらず、スライス工程等で形成されたナノトポグラフィを低減させる有効な両頭研削方法は見出されていなかった。

【0010】

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、両頭研削工程において、平坦度を悪化させることなく、スライス工程等の前工程で形成されたナノトポグラフィを低減させることができるワークの両頭研削方法を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明によれば、リング状ホルダーによって、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、一対の砥石によって、前記リング状ホルダーにより支持した前記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、前記ワークの研削取り代１μｍあたりの前記砥石の摩耗量が、０．１０μｍ以上０．３３μｍ以下となるように設定して、前記ワークの両面を同時に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。

【0012】

ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を０．１０μｍ以上とすることで、スライス工程等で発生したナノトポグラフィを効果的に低減することができる。また、ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を０．３３μｍ以下とすることで、摩耗量が過剰とならず、対になっている砥石同士を平行に保つことができ、平坦度の悪化を防止することができる。その結果、平坦度の悪化を防止しつつ、スライス工程等で発生したナノトポグラフィを効果的に低減することができる。

【0013】

このとき、前記砥石として、円環状台金の外周にビトリファイドボンド砥石を配置したものを用いることができる。
このようなものを用いることで、砥石の自生発刃作用を効果的に促進できるため、安定した連続研削をより確実に行うことができる。

【0014】

またこのとき、前記ワークの研削取り代１μｍあたりの前記砥石の摩耗量は、研削時の砥石の前進位置の変位から求めた砥石の摩耗量を、研削開始前と研削終了後のワークの厚さの差である研削取り代で割った値として算出することができる。
このようにすれば、簡単にワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を算出することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明のワークの両頭研削方法であれば、研削後のワークの平坦度の悪化を防止し、スライス工程等で形成されたナノトポグラフィを低減させることができる。このように、研削工程でナノトポグラフィを低減すれば、ワークの加工工程がすべて終了した後に得られる鏡面ウェーハの表面のナノトポグラフィを効果的に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の両頭研削方法で使用する両頭研削装置の一例を示す概略図である。

【図2】実施例、比較例における疑似ナノトポグラフィの低減能力を示すグラフである。

【図3】実施例、比較例における両面研磨工程後のナノトポグラフィを示すグラフである。

【図4】実施例、比較例における両面研磨工程後の平坦度（ＳＦＱＲ）を示すグラフである。

【図5】両面研磨工程後のナノトポグラフィと両頭研削工程後の疑似ナノトポグラフィとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。
上記説明したように、ウェーハの加工工程で形成されたナノトポグラフィを、両頭研削工程において低減させる有効な両頭研削方法は見出されていなかった。そして、スライス工程等で形成されたナノトポグラフィは、両頭研削工程で低減されない限り、最終工程（両面研磨工程）まで残存してしまっていた。そこで、本発明者は、両頭研削に使用する砥石に着目し、両頭研削用の砥石の摩耗量が多くなるほど、ワークに食いつき、砥石が空転しにくい傾向があることを見出した。そして、両頭研削用の砥石の摩耗量を増やすことで、ワークの偏極点に、砥石が食いつきやすくなり、偏極点を効果的に研削して、ナノトポグラフィの低減が可能であると考えた。その一方で、本発明者は砥石の摩耗量を増やし過ぎると、対になっている砥石同士を平行に保つことができなくなり、平坦度の悪化を招くことを見出した。

【0018】

そこで、本発明者は、更に実験を重ね、両頭研削の際に、ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量が、０．１０μｍ以上０．３３μｍ以下となるように設定すれば、ワークの平坦度の悪化を防止しつつ、スライス工程等で形成されたナノトポグラフィを低減できることを発見し、本発明を完成させた。

【0019】

まず、両頭研削後のウェーハのナノトポグラフィと加工工程が終了した鏡面ウェーハのナノトポグラフィの関係について説明する。
図５は、両頭研削工程後のウェーハの表面の疑似ナノトポグラフィと、両頭研削工程後、エッチング工程、両面研磨工程の順に加工処理されたウェーハの表面のナノトポグラフィとの関係を示すグラフである。尚、このウェーハは直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハとした。疑似ナノトポグラフィは、ＳＢＷ−３３０（コベルコ科研製）、ナノトポグラフィは、Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ ＩＩ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製）を用いて測定した。

【0020】

図５に示すように、両頭研削後の擬似ナノトポグラフィが大きいと最終工程後のナノトポグラフィも増加しており、両者に相関があることがわかる。従って、本発明のように、スライス工程等で作り込まれたナノトポグラフィを両頭研削工程で低減することが、両面研磨工程後のウェーハ表面に見られるナノトポグラフィを改善することに非常に有効であることがわかる。

【0021】

次に、本発明の両頭研削方法で使用する両頭研削装置の一例について図を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の両頭研削方法で使用する両頭研削装置１は、主に、ワークＷの両面を同時に研削する一対の砥石２、ワークＷを支持するリング状ホルダー３、リング状ホルダー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４を備えている。

【0022】

砥石２は砥石用モータ５に接続されており、高速回転できるようになっている。ここで、砥石２は特に限定されないが、円環状台金の外周にビトリファイドボンド砥石を配置したものなどにすることができる。

【0023】

また、リング状ホルダー３は、ワークＷ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。両頭研削装置１には、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リング状ホルダー３を自転させることができるようになっている。

【0024】

リング状ホルダー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Ｗに形成された切欠き部であるノッチと係合するようになっている。このワークＷのノッチとリング状ホルダー３に形成された突起部との係合により、ワークＷを回転保持することができるようになっている。

【0025】

ここで、リング状ホルダー３の材質は特に限定されないが、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。

【0026】

静圧支持部材４は、外周側にリング状ホルダー３を非接触支持するホルダー静圧部と、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４には、リング状ホルダー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。

【0027】

このような両頭研削装置１で本発明の両頭研削方法を実施するには、まず、リング状ホルダー３を用いて、ワークＷの径方向に沿って外周側から支持する。このとき、リング状ホルダー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４を具備している場合には、ワークを支持するリング状ホルダー３を、一対の静圧支持部材４の間に静圧支持部材４とリング状ホルダー３が隙間を有するようにして配置し、静圧支持部材４から例えば水などの流体を供給し、リング状ホルダー３を非接触支持する。

【0028】

このように、流体を静圧支持部材４とリング状ホルダー３間に供給しながらリング状ホルダー３を非接触支持することにより、両頭研削時にワークＷを支持するリング状ホルダー３の位置を安定化させることができる。そして、リング状ホルダー３によりワークＷを支持した状態でリング状ホルダー３を自転させることでワークＷを回転させる。次に、一対の砥石２をワークＷに対向して回転させながらワークＷ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２を送って前進させ、その間隔を徐々に小さくすることにより、ワークＷの両面を同時に研削する。

【0029】

ここで使用する砥石２は、円環状台金の外周にビトリファイドボンド砥石を配置したものを用いることができる。
このようなものを用いることで、砥石の自生発刃作用を効果的に促進できるため、安定した連続研削をより確実に行うことができる。

【0030】

この際、本発明では、ワークＷの研削取り代１μｍあたりの砥石２の摩耗量が、０．１０μｍ以上０．３３μｍ以下となるように設定する。これは、例えば、それぞれの砥石２に加える荷重、砥石２の回転速度、ワークＷの回転速度、砥石２の種類などを予め調節して、砥石２の摩耗量を設定することが可能である。

【0031】

また、ワークＷの研削取り代１μｍあたりの砥石２の摩耗量は、研削時の砥石２の前進位置の変位から求めた砥石２の摩耗量を、研削開始前と研削終了後のワークの厚さの差である研削取り代で割った値として算出することが可能である。

【0032】

このようにワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を０．１０μｍ以上とすることで、スライス工程等で発生したナノトポグラフィを効果的に低減することができる。また、ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を０．３３μｍ以下とすることで、対になっている砥石２を平行に保つことができ、平坦度の悪化を防止することができる。その結果、平坦度の悪化を防止しつつ、スライス工程等で発生したナノトポグラフィを研削工程において効果的に低減することができる。そして、研削工程においてナノトポグラフィを低減したワークＷは、両面研磨等のワークＷの加工最終工程が終了した後の、ナノトポグラフィが改善されており、顧客要求を満足する鏡面ウェーハを得ることができる。

【実施例】

【0033】

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。

【0034】

（実施例１）
図１に示すような、両頭研削装置１を用いて本発明の両頭研削方法で単結晶シリコンウェーハの研削を行った。この単結晶シリコンウェーハは、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で製造されたシリコン単結晶インゴットから、切り出された直径３００ｍｍのものとした。
そして、切り出された単結晶シリコンウェーハから、研削する単結晶シリコンウェーハを５枚選択した。これら、５枚の単結晶シリコンウェーハの疑似ナノトポグラフィを、ＳＢＷ−３３０（コベルコ科研製）で測定したところ１．０μｍであった。
実施例１において、ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量は、０．１０μｍとなるように設定して両頭研削を実施した。

【0035】

次に、両頭研削終了後の単結晶シリコンウェーハ５枚に対して、ＳＢＷ-３３０（コベルコ科研製）を用いて擬似ナノトポグラフィの測定を行った。このとき、それぞれの単結晶シリコンウェーハから得られたデータを用いて、擬似ナノトポグラフィ低減能力を下記式（１）より算出した。擬似ナノトポグラフィ低減能力の平均値を図２に示す。尚、擬似ナノトポグラフィ低減能力とは、下記式（１）で求められる擬似ナノトポグラフィの低減率であり、値が大きいほど簡昜的なナノトポグラフィの定量値である擬似ナノトポグラフィを低減する能力が高いことを示す。

（擬似ナノトポグラフィ低減能力）
＝（研削前の擬似ナノトポグラフィ−研削後の擬似ナノトポグラフィ）÷（研削前の擬似ナノトポグラフィ）×１００ ・・・式（１）

【0036】

また、擬似ナノトポグラフィ測定後、単結晶シリコンウェーハを後工程であるエッチング工程、両面研磨工程の順に加工処理し、鏡面ウェーハを得た。この５枚の鏡面ウェーハに対し、Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ ＩＩ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製）を用いて、ナノトポグラフィを測定した。その平均値を図３に示す。

【0037】

また、これらの鏡面ウェーハの平坦度（ＳＦＱＲ）の測定を行った。その平均値を図４に示す。

【0038】

図２に示すように、実施例１は後述する比較例１よりも擬似ナノトポグラフィ低減能力が９．２％高いことが確認できた。
また、図３に示すように鏡面ウェーハのナノトポグラフィは、後述する比較例１よりも３．１ｎｍ小さいことが確認できた。
また、図４に示すように鏡面ウェーハの平坦度（ＳＦＱＲ）も良好であることが分かった。

【0039】

（実施例２）
ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を、０．１４μｍとなるように設定したこと以外、実施例１と同様な条件で両頭研削を行い、その後、実施例１と同様な条件で単結晶シリコンウェーハを加工処理し鏡面ウェーハを得た。
また、実施例１と同様な方法で、擬似ナノトポグラフィ低減能力の平均値、ナノトポグラフィの平均値、平坦度（ＳＦＱＲ）の平均値を測定した。
その結果を図２、図３、図４に示す。

【0040】

図２に示すように、実施例２は後述する比較例１よりも擬似ナノトポグラフィ低減能力が９．９％高いことが確認できた。
また、図３に示すように鏡面ウェーハのナノトポグラフィは、後述する比較例１よりも３．０ｎｍ小さいことが確認できた。
また、図４に示すように鏡面ウェーハの平坦度（ＳＦＱＲ）も良好であることが分かった。

【0041】

（実施例３）
ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を、０．３３μｍとなるように設定したこと以外、実施例１と同様な条件で両頭研削を行い、その後、実施例１と同様な条件で単結晶シリコンウェーハを加工処理し鏡面ウェーハを得た。
また、実施例１と同様な方法で、擬似ナノトポグラフィ低減能力の平均値、ナノトポグラフィの平均値、平坦度（ＳＦＱＲ）の平均値を測定した。その結果を図２、図３、図４に示す。

【0042】

図２に示すように、実施例３は後述する比較例１よりも擬似ナノトポグラフィ低減能力が９．７％高いことが確認できた。
また、図３に示すように鏡面ウェーハのナノトポグラフィは、後述する比較例１よりも３．１ｎｍ小さいことが確認できた。
また、図４に示すように鏡面ウェーハの平坦度（ＳＦＱＲ）も良好であることが分かった。

【0043】

（比較例１）
ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を、０．０８μｍとなるように設定したこと以外、実施例１と同様な条件で両頭研削を行い、その後、実施例１と同様な条件で単結晶シリコンウェーハを加工処理し鏡面ウェーハを得た。
また、実施例１と同様な方法で、擬似ナノトポグラフィ低減能力の平均値、ナノトポグラフィの平均値、平坦度（ＳＦＱＲ）の平均値を測定した。その結果を図２、図３、図４に示す。
上述のように、実施例１〜３よりも擬似ナノトポグラフィ低減能力は劣り、鏡面ウェーハのナノトポグラフィは約３．０ｎｍも大きくなってしまうことが確認された。

【0044】

（比較例２）
ワークの研削取り代１μｍあたりの砥石の摩耗量を、０．４０μｍとなるように設定したこと以外、実施例１と同様な条件で両頭研削を行った。
このとき、砥石の摩耗量が大きすぎるため、両頭研削中に砥石同士を平行に保つことができず、図４に示すように鏡面ウェーハの平坦度（ＳＦＱＲ）が大幅に悪化してしまった。
また、図２、図３に示すように擬似ナノトポグラフィ低減能力及び鏡面ウェーハのナノトポグラフィは比較例１よりも更に悪化してしまい、実施例１〜３に大幅に劣ることが確認された。

【0045】

上記の実施例及び比較例から、本発明の両頭研削方法であれば、両頭研削において、平坦度の悪化を防止しながら、前工程で形成されたナノトポグラフィを低減することができ、その結果、全ての加工工程が終了した後にナノトポグラフィの小さい良好な鏡面ウェーハを得られることが分かった。

【0046】

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】

【0047】

１…両頭研削装置、 ２…砥石、 ３…リング状ホルダー、
４…静圧支持部材、 ５…砥石用モータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】