JP2005302781A - ダイヤモンドスクライバ及びそのポイント部作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高硬度、長寿命のダイヤモンドスクライバを確実に実現する。
【解決手段】正八面体結晶から角錐部分を具備する形状に加工されたダイヤモンド結晶の角錐頂点の近傍に１又は複数のカッティングポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成したポイント部を棒状のシャンク部の先端に具備するダイヤモンドスクライバにおいて、角錐頂点から角錐底面への垂線上にて角錐頂点から無窒素層の厚さに相当する距離までの間において、角錐底面に対して平行な多角形テーブル面Ｔを形成するとともに多角形テーブル面Ｔの多角形頂点にカッティングポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成した。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体ウェハやサファイア基板の分割に用いられるダイヤモンドスクライバに関し、特に、その先端に取り付けられた、ダイヤモンド結晶に１又は複数のカッティングポイントを形成してなるポイント部及びその作製方法に関する。

半導体ウェハ等をチップ状に分割すべく対象とするウェハ上に罫書き線をけがくスクライビング装置が知られている。スクライビング装置においては、例えば、対象ウェハをステージに吸着固定する一方、ダイヤモンドチップを先端に具備するダイヤモンドスクライバを所定の位置に固定した後、ステージをＸ軸及びＹ軸に沿って移動させることにより、ダイヤモンドスクライバの先端でウェハをけがき、罫書き線（スクライブ溝）を形成する。

図３は、一般的なダイヤモンドスクライバ１００の一例の外観図である。ダイヤモンドスクライバ１００は、通常、柱状のシャンク部１０１と、シャンク部１０１の一方の端部に設けたポイント部１０とから構成される。シャンク部１０１は、スクライビングツールをスクライビング装置に固定するために把持される部分であり、ポイント部１０は、ダイヤモンド結晶を切削及び／又は研磨することにより１又は複数のカッティングポイントを形成した部分である。

本発明の特徴を理解するために図４Ａ〜図９を参照しつつ本発明の背景技術をやや詳細に説明することとする。
ダイヤモンドスクライバのポイント部に用いるダイヤモンド結晶には、ダイヤモンド原石を正八面体に加工したチップがよく用いられる。図４Ａ〜図５Ｂは、ポイント部にカッティングポイントを４ポイント具備する場合のポイント部作製工程を示す図である。図４Ａは、ダイヤモンド結晶１の正八面体チップの片半分である四角錐部分を示す平面図であり、角錐頂点近傍を、角錐底面に平行に切断して第一切削面１１を形成した状態を示している。符号３は角錐側面を、符号４は角錐側辺を示す。図４Ｂは、図４Ａのダイヤモンド結晶１を斜め前方から見た斜視図である。点線は、加工前の角錐の形状を示しており、符号２は角錐頂点を示す。符号５は角錐底面を示す（以下の図でも同様）。

図４Ａ及び図４Ｂに示す第一切削面１１を形成した後、第一切削面１１の各頂点と底辺５の各頂点を結ぶ各側辺４に沿って研磨することにより、また、第一切削面１１もまたさらに研磨することにより、図５Ａの平面図に示すような４ポイントスクライバ用のポイント部を作製する。図５Ｂは、図５Ａを斜め前方から見た斜視図である。図５Ａの研磨面Ｓ１〜Ｓ４は、図４Ａの各側辺４に沿って研磨することにより形成された傾斜面である。図５Ａのテーブル面Ｔは、図４Ａの第一切削面１１をさらに研磨して形成された角錐底面に平行な面である。テーブル面Ｔの各頂点Ｐ１〜Ｐ４にカッティングポイントが形成されている。例えば、カッティングポイントＰ１は、テーブル面Ｔと研磨面Ｓ１とＳ４とが交わる点に形成される。各カッティングポイントＰ１〜Ｐ４からは、一対の研磨面が交差して形成される稜線Ｌ１〜Ｌ４が形成されている。
ビー・ハルテら著、「南アフリカ、カープバール州産出ダイヤモンドのカソードルミネセンス特性に関係する炭素同位体比及び窒素含有量」、ミネラロジカル・マガジン、英国鉱物学会刊行、１９９９年１２月、６３巻、６号、ｐ.８２９−８５６(B. Harte et al., "Carbon isotope ratio and nitrogen abundances in ralation to cathodoluminescence characteristecs for some diamonds from the Kaapvaal Province, S. Africa", Mineralogical Magazine, December 1999, Vol. 63(6), pp829-856)、（Fig.2, Fig.5) エイチ・スミヤら著、「合成IIa型ダイヤモンド結晶の機械的特性」、ダイヤモンド及び関連材料、エルスビア・サイエンス・エス・エー刊行、１９９７年、６巻、ｐ．１８４１−１８４６(H. Sumiya et al., "Mechanical properties of synthetic type IIa diamond crystal", Diamond and Related Materials 6, Elsevier Science S. A., 1997, 1841-1846) 、(1842頁右欄)

以上のように、従来、ポイント部に複数の所定数のカッティングポイントを形成する際には、先ず、ダイヤモンド結晶を、正八面体や正四面体等の角錐部分（少なくとも１つの頂点を含む）をもつ形状に加工した後、その１つの頂点近傍を切削及び／又は研磨することにより複数のカッティングポイントを形成することが行われている。また、１つのカッティングポイントを形成する際には、ダイヤモンド結晶を円錐部分（頂点を含む）をもつ形状に加工した後、その頂点に適宜のＲ（丸み）設けるよう研磨することにより１つのカッティングポイントを形成することが行われている。

ここで、図５Ｂを参照すると、完成したポイント部１０のテーブル面Ｔは、当初のダイヤモンド結晶の頂点２から距離Ｄ１の位置に形成されることとなる。すなわち、当初のダイヤモンド結晶の表面が頂点２の位置であるとすると、テーブル面Ｔは、ダイヤモンド結晶表面から距離Ｄ１の深さの位置に形成されている。すなわち、テーブル面Ｔの各頂点に位置する各カッティングポイントは、当初のダイヤモンド結晶表面からほぼ距離Ｄ１の深さにあたる位置に形成されている。この当初の（角錐部分又は円錐部分をもつよう加工した後）のダイヤモンド結晶頂点からカッティングポイントを含むテーブル面までの距離を「カッティングポイント形成距離」と称することとする。

さらに、図６は、従来のポイント部を取り付けたダイヤモンドスクライバを、再研磨して新たなテーブル面Ｔとその各頂点のカッティングポイントを形成した状態を示す前方斜視図である。図５Ａ及び図５Ｂのポイント部を取り付けたダイヤモンドスクライバを使用し続けると、カッティングポイントが摩耗、損傷する等して機能を果たさなくなる。その場合に再研磨を行い、新たなカッティングポイントを形成する。再研磨すると、カッティングポイント形成距離Ｄ２は、図５Ｂの距離Ｄ１よりさらに大きくなる。すなわち、当初のダイヤモンド結晶表面からさらに深い位置にカッティングポイントが形成されることとなる。

図６のように再研磨したダイヤモンドスクライバのポイント部１０は、当初のポイント部と同じ寿命と性能をもつことが期待されるが、実際には当初のポイント部よりも寿命が短く、スクライビング性能も劣るということがしばしば発生するという問題点があった。

ここで、図７は、正八面体に加工されたダイヤモンド結晶の断面を模式的に示した断面図である。ダイヤモンド結晶は、正八面体結晶形が最も多く存在するが、正十二面体結晶及び正六面体結晶も存在する。また、ダイヤモンド原石は、窒素の量によってＩ型とII型に大別され、Ｉ型は六面体結晶を多く含み窒素含有量が大きい、II型は八面体結晶を多く含みほとんど窒素を含まない。実際のダイヤモンド原石は、種結晶からの結晶成長過程の途中の条件変化によりＩ型とII型が複雑に組み合わさったものがほとんどである。ダイヤモンド原石は、正八面体の結晶面に沿った劈開性をもっており、これを利用して正八面体ダイヤモンド結晶に分割する。ここで、図７に模式的に示すように、ほとんどの正八面体のダイヤモンド結晶には、表面層である窒素をほとんど含まない無窒素層２１と、その内部の窒素含有量の多い窒素含有層２２とが存在するという知見が得られている。図８及び図９を参照し、この知見について説明する。

図８及び図９は、非特許文献１からの引用である。図８（ａ）は、ダイヤモンド結晶の中心を含む断面の顕微鏡写真であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の窒素（Ｎ）量測定点ラインに沿った各測定点の窒素含有量測定結果である。図８（ａ）では、中心の種結晶Ａからの結晶成長過程の様子が分かり、六面体結晶と八面体結晶とがほぼ交互に縞状に形成されたことを示している。図８（ｂ）は六面体結晶（Ｃ１、Ｄ１等）の部分が窒素を多く含み、八面体結晶（Ｄ１、Ｅ１等）の部分はほとんど窒素を含まない。

図９も図８と同様であり、図９（ａ）は、ダイヤモンド結晶の中心を含む断面の顕微鏡写真であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の窒素（Ｎ）量測定点ラインに沿った各測定点の窒素含有量測定結果である。中心部の種結晶（Ｂ１等）部分では窒素含有量が多く、外側（Ｃ）部分では窒素をほとんど含まない。つまり非特許文献１からは、正八面体のダイヤモンド結晶の表面層は、窒素をほとんど含まない無窒素層であるが、その内部には窒素を多く含む窒素含有層が存在する可能性が高いという知見が得られる。

また、非特許文献２からは、窒素をほとんど含まないIIａ型ダイヤモンド結晶が極めて高い硬度（ヌープ硬度約10000〜13000kg/mm2）を呈し、窒素含有量の多いＩｂ型は硬度が低い（同9000kg/mm2前後）という知見が得られる。

本発明は、図６に示す再研磨したダイヤモンドスクライバのポイント部が、当初のポイント部よりも寿命が短く、スクライビング性能も劣ることがしばしば発生するという問題点を解決すべく、上記の非特許文献１及び２に記載されたダイヤモンド結晶の構造と機械的性質との関係に着目して検討を行った結果、図７に示すように、カッティングポイント形成距離Ｄ１、Ｄ２が無窒素層２１の厚さよりも大きいために、窒素含有層２２にカッティングポイントが形成されているのではないかとの結論を得た。

本発明は、上記の問題点を解決すると共に従来よりも高硬度、長寿命のダイヤモンドスクライバを確実に得ることを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係るダイヤモンドスクライバは、正八面体結晶から円錐部分又は角錐部分を具備する形状に加工されたダイヤモンド結晶の該円錐頂点又は該角錐頂点の近傍に１又は複数のカッティングポイントを形成したポイント部を棒状のシャンク部の先端に具備するダイヤモンドスクライバにおいて、
前記ダイヤモンド結晶の表面層である無窒素層内に前記カッティングポイントを形成したことを特徴とする。

（２）請求項２に係るダイヤモンドスクライバは、請求項１において、前記ダイヤモンド結晶が角錐部分を具備する場合に、該角錐頂点から角錐底面への垂線上にて該角錐頂点から前記無窒素層の厚さに相当する距離までの間において、該角錐底面に対して平行な多角形テーブル面を形成するとともに該多角形テーブル面の多角形頂点に前記カッティングポイントを形成したことを特徴とする。

（３）請求項３に係るダイヤモンドスクライバは、請求項１又は２において、前記無窒素層の厚さが１００μmであることを特徴とする。

（４）請求項４に係るダイヤモンドスクライバのポイント部の作製方法は、ダイヤモンド結晶に１又は複数のカッティングポイントを形成したポイント部を棒状のシャンク部の先端に具備するダイヤモンドスクライバの該ポイント部の作製方法であって、
正八面体のダイヤモンド結晶を円錐部分または角錐部分を具備する形状に加工する第一工程と、
該円錐頂点又は該角錐頂点の近傍に１又は複数のカッティングポイントを形成する第二工程とを有し、
前記第二工程にて、前記ダイヤモンド結晶の表面層である無窒素層内に前記カッティングポイントを形成することを特徴とする。

（５）請求項５に係るダイヤモンドスクライバのポイント部の作製方法は、ダイヤモンド結晶に１又は複数のカッティングポイントを形成したポイント部を棒状のシャンク部の先端に具備するダイヤモンドスクライバの該ポイント部の作製方法であって、
正八面体のダイヤモンド結晶を角錐部分を具備する形状に加工する第一工程と、
前記角錐頂点近傍に複数のカッティングポイントを形成する第二工程とを有し、
前記第二工程にて、前記角錐頂点から角錐底面への垂線上にて該角錐頂点から前記無窒素層の厚さに相当する距離までの間において、該角錐底面に対して平行な多角形テーブル面を形成するとともに該多角形テーブル面の多角形頂点に前記カッティングポイントを形成することを特徴とする。

（６）請求項６に係るダイヤモンドスクライバのポイント部の作製方法は、請求項４又は５に記載の方法において、前記無窒素層の厚さが１００μmであることを特徴とする。

本発明のダイヤモンドスクライバ及びそのポイント部の作製方法は、正八面体ダイヤモンド結晶の表面層である無窒素層内にカッティングポイントを形成したものである。無窒素層は極めて硬度が高いため、カッティングポイントの消耗が極めて少ない。従って、ポイント部の高性能を実現すると共に、従来に比べてポイント部の寿命を確実に延ばすことができる。

これに対し従来は、無窒素層の厚さを意識することなくカッティングポイントを形成していたため、偶々無窒素層内にカッティングポイントが形成されることもあるが、窒素含有層内にカッティングポイントが形成されることもある。その結果、製品性能と寿命にむらが生じていた。本発明では、無窒素層の厚さ範囲内にカッティングポイントを形成するようにポイント部を作製するので、従来よりも格段に高い確率で高硬度、長寿命のダイヤモンドスクライバが得られる。

試験的、経験的に得られたデータからすれば無窒素層の厚さを薄くとも１００μmとみなすことが好適である。正八面体結晶の頂点から１００μm以内の範囲にカッティングポイントを形成すれば、ほぼ確実にカッティングポイントを無窒素層内に形成できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、本発明によるダイヤモンドスクライバのポイント部１０を示す平面図及び前方斜視図である。ここでは図示しないが、前述の図４Ａ及び図４Ｂと同様に正八面体のダイヤモンド結晶１の四角錐部分の頂点近傍を四角錐底面に平行に切削して第一切削面を得る。その後、各四角錐側辺に沿って研磨することにより、図１Ａの傾斜した研磨面Ｓ１〜Ｓ４を形成する。図１Ａのテーブル面Ｔは、図４Ａの第一切削面をさらに研磨して形成された四角錐底面に平行な面である。テーブル面Ｔは四角形であり、その各頂点Ｐ１〜Ｐ４にカッティングポイントが形成されている。例えば、カッティングポイントＰ１は、テーブル面Ｔと研磨面Ｓ１とＳ４とが交わる点に形成される。各カッティングポイントＰ１〜Ｐ４からは、一対の研磨面が交差して形成される稜線Ｌ１〜Ｌ４が形成されている。カッティングポイントを形成したポイント部１０を棒状のシャンク部の先端に金属溶着等により取り付けてダイヤモンドスクライバを完成する。

このように本発明によるダイヤモンドスクライバのポイント部１０の作製工程は、作業自体は従来とほぼ同様であるが、図１Ｂに示す当初の四角錐頂点２からカッティングポイントを形成したテーブル面Ｔまでの距離、すなわちカッティングポイント形成距離Ｄ０が、従来とは異なる。本発明では、カッティングポイント形成距離Ｄ０は、この正八面体ダイヤモンド結晶１の表面層である無窒素層の厚さより短く設定される。これにより、カッティングポイントは、無窒素層内に形成される。

図２は、本発明における正八面体に加工されたダイヤモンド結晶の模式的な断面構造とカッティングポイント形成距離との関係を示した図である。表面層である窒素をほとんど含まない無窒素層２１と、その内部の窒素含有量の多い窒素含有層２２とが存在している。頂点２の近傍にカッティングポイントを形成する場合は、カッティングポイント形成距離Ｄ０を無窒素層２１の厚さよりも小さくする。無窒素層２１は、窒素含有量が例えば３ppm未満であり、好適には０．５ppm未満である。これに対し、窒素含有層２２は、窒素含有量が数十〜数百ppm又はそれ以上である。尚、窒素含有層２２内に部分的に無窒素層が存在することもある（非特許文献１参照）。

無窒素層２１の厚さは、個々のダイヤモンド結晶により異なり、また１個のダイヤモンド結晶においても場所によって全く同じではない。従って、正確にはそのダイヤモンド結晶を切断しなければ計測できない。しかしながら、次の方法により無窒素層２１の厚さを推定することができる。例えば、ダイヤモンドスクライバ製造に用いる多数のダイヤモンド結晶の一部を試料として抽出し切断検査を行って無窒素層の厚さを判断したり、カッティングポイント形成距離を漸次変化させて複数のポイント部を作製しそれらの性能試験（硬度試験等）／寿命試験により無窒素層の厚さを判断したりすることが可能である。

これらの試験結果並びに非特許文献１の知見を併せ考慮すると、無窒素層の厚さを薄くとも１００μmと見積もり、カッティングポイントを頂点から１００μmの距離の範囲内に形成すれば、ほぼ確実に実際の無窒素層内にカッティングポイントを形成できることが判明した。従って、無窒素層の厚さを１００μmと考えて、この厚さ範囲内にカッティングポイントを形成することが好適である。

尚、図１の例では、正八面体のダイヤモンド結晶の四角錐部分の頂点近傍に４ポイントのカッティングポイントを形成する場合を例として説明した。しかしながら、四角錐部分ではなく三角錐部分をもつように加工された正八面体ダイヤモンド結晶、角錐部分ではなく円錐部分をもつように加工された正八面体ダイヤモンド結晶に、カッティングポイントを形成する場合も同様である。ダイヤモンドスクライバのカッティングポイントの数及び配置方法には幾つかの種類があるが、本発明はカッティングポイントの数及び配置方法に関わらず、有効である。いずれにおいても、カッティングポイントを無窒素層に形成することにより、高硬度かつ長寿命のダイヤモンドスクライバを得ることができる。

例えば、３ポイントのカッティングポイントを形成する場合は、正八面体のダイヤモンド結晶を三角錐部分をもつように加工しその頂点近傍に３つのカッティングポイントを形成する。この場合も、カッティングポイント形成距離を無窒素層厚さより短くすることにより、カッティングポイントを無窒素層内に形成することができる。まとめると、角錐部分をもつように加工された正八面体ダイヤモンド結晶については、角錐頂点から角錐底面への垂線上にて、角錐頂点から無窒素層の厚さに相当する距離までの間において、角錐底面に対して平行な多角形テーブル面を形成するとともに、その多角形テーブル面の多角形頂点にカッティングポイントを形成することになる。

また、例えば、１ポイントのカッティングポイントを形成する場合は、八面体のダイヤモンド結晶を円錐部分をもつように加工しその頂点近傍にＲ取りをしてカッティングポイントを形成する。この場合も、当初の円錐頂点からカッティングポイントまでの距離を無窒素層厚さより小さくすることにより、カッティングポイントを無窒素層内に形成することができる。

本発明によるダイヤモンドスクライバのポイント部を示す平面図である。 本発明によるダイヤモンドスクライバのポイント部を示す前方斜視図である。 本発明における正八面体に加工されたダイヤモンド結晶の模式的な断面構造とカッティングポイント形成距離との関係を示した図である。 一般的なダイヤモンドスクライバの一例の外観図である。 正八面体のダイヤモンド結晶の片半分である四角錐部分を示す平面図である。 図４Ａのダイヤモンド結晶を斜め前方から見た斜視図である。 従来のダイヤモンドスクライバのポイント部を示す平面図である。 従来のダイヤモンドスクライバのポイント部を示す前方斜視図である。 従来のポイント部を取り付けたダイヤモンドスクライバを再研磨して新たなテーブル面Ｔとその各頂点のカッティングポイントを形成した状態を示す前方斜視図である。 本発明における正八面体に加工されたダイヤモンド結晶の模式的な断面構造とカッティングポイント形成距離との関係を示した図である。 非特許文献１からの引用であり、（ａ）は、ダイヤモンド結晶の中心を含む断面の顕微鏡写真であり、（ｂ）は、（ａ）の窒素（Ｎ）量測定点ラインに沿った各測定点の窒素含有量測定結果である。 非特許文献１からの引用であり、（ａ）は、ダイヤモンド結晶の中心を含む断面の顕微鏡写真であり、（ｂ）は、（ａ）の窒素（Ｎ）量測定点ラインに沿った各測定点の窒素含有量測定結果である。

符号の説明

１ 正八面体ダイヤモンド結晶
２ 角錐頂点
３ 角錐側面
４ 角錐側辺
５ 角錐底面
１０ ポイント部
１１ 第一切削面
Ｔ テーブル面
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ カッティングポイント
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 研磨面
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 稜線
Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２ カッティングポイント形成距離
２１ 無窒素層
２２ 窒素含有層

Claims (6)

1. 正八面体結晶から円錐部分又は角錐部分を具備する形状に加工されたダイヤモンド結晶の該円錐頂点又は該角錐頂点の近傍に１又は複数のカッティングポイントを形成したポイント部を棒状のシャンク部の先端に具備するダイヤモンドスクライバにおいて、
   前記ダイヤモンド結晶の表面層である無窒素層内に前記カッティングポイントを形成したことを特徴とする
   ダイヤモンドスクライバ。
2. 前記ダイヤモンド結晶が角錐部分を具備する場合に、該角錐頂点から角錐底面への垂線上にて該角錐頂点から前記無窒素層の厚さに相当する距離までの間において、該角錐底面に対して平行な多角形テーブル面を形成するとともに該多角形テーブル面の多角形頂点に前記カッティングポイントを形成したことを特徴とする
   請求項１に記載のダイヤモンドスクライバ。
3. 前記無窒素層の厚さが１００μmであることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンドスクライバ。
4. ダイヤモンド結晶に１又は複数のカッティングポイントを形成したポイント部を棒状のシャンク部の先端に具備するダイヤモンドスクライバの該ポイント部の作製方法であって、
   正八面体のダイヤモンド結晶を円錐部分または角錐部分を具備する形状に加工する第一工程と、
   該円錐頂点又は該角錐頂点の近傍に１又は複数のカッティングポイントを形成する第二工程とを有し、
   前記第二工程にて、前記ダイヤモンド結晶の表面層である無窒素層内に前記カッティングポイントを形成することを特徴とする
   ダイヤモンドスクライバのポイント部の作製方法。
5. ダイヤモンド結晶に１又は複数のカッティングポイントを形成したポイント部を棒状のシャンク部の先端に具備するダイヤモンドスクライバの該ポイント部の作製方法であって、
   正八面体のダイヤモンド結晶を角錐部分を具備する形状に加工する第一工程と、
   前記角錐頂点近傍に複数のカッティングポイントを形成する第二工程とを有し、
   前記第二工程にて、前記角錐頂点から角錐底面への垂線上にて該角錐頂点から前記無窒素層の厚さに相当する距離までの間において、該角錐底面に対して平行な多角形テーブル面を形成するとともに該多角形テーブル面の多角形頂点に前記カッティングポイントを形成することを特徴とする
   ダイヤモンドスクライバのポイント部の作製方法。
6. 前記無窒素層の厚さが１００μmであることを特徴とする請求項４又は５に記載のダイヤモンドスクライバのポイント部の作製方法。