JP2009119559A

JP2009119559A - 切削ブレード

Info

Publication number: JP2009119559A
Application number: JP2007296227A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nitta; 祐士新田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-06-04
Also published as: CN101434107A; CN101434107B

Abstract

【課題】ガラス基板、セラミック基板等の難切削材を切削可能な切削ブレードを提供する。
【解決手段】被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段とを備えた切削装置で使用する切削ブレードであって、該切削ブレードは電着砥石からなる切刃を有しており、該切刃は、天然又は合成ダイヤモンド砥粒及び立方晶窒化硼素砥粒からなる群から選ばれた超砥粒８６と、フッ素系樹脂粒８８と、該超砥粒と該フッ素系樹脂粒を混在して固めたニッケル電着層９４とから構成されており、該フッ素系樹脂粒の粒径は０．２〜２０μｍの範囲内であり、該フッ素系樹脂粒の共析量は１０〜４５体積％の範囲内であり、該超砥粒の集中度は６０〜１５０の範囲内であることを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、ガラス、セラミックス等の難切削材の切削に適した切削ブレードに関する。

ダイシング装置（切削装置）は、スピンドルの先端にフランジを取り付け、このフランジに薄い切刃を有する切削ブレードを装着してナットで固定し、ＩＣ又はＬＳＩ等が形成されたシリコンウエーハや、光導波路等が形成されたニオブ酸リチウム（ＬＮ）等のセラミック基板、樹脂基板、ガラス板等を切断し、個々のＬＳＩチップや、電子デバイス、又は光デバイスに分割する分野で使用されている。

ダイシング装置で使用される切削ブレードには大別して２種類が存在する。その一つはハブブレードと呼ばれ、円形ハブを有する円形基台の外周にニッケル母材中にダイヤモンド砥粒が分散されてなる切刃を電着して構成されている。他の一つはリング状ブレード又はオールブレードと呼ばれ、円形基台の全面にニッケル母材中にダイヤモンド砥粒が分散されてなる切刃を電着して構成されている。

いずれのタイプの切削ブレードも、ＩＣ又はＬＳＩ等が形成されたシリコンウエーハの切削には非常に適しているが、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板等の硬い材料を切削すると、表面のダイヤモンド砥粒がすぐ磨耗するため、何らかの改良が必要である。

この問題を解決するため、特開平４−８４７７号公報では、ダイヤモンド砥粒を保持するメッキ層に樹脂粒子を分散させてなる電着砥石が開示されている。この公開公報に開示された電着砥石では、メッキ金属層中に分散された樹脂粒子が、メッキ金属層の強度を制御するとともに、切削によって所定以上の力が砥粒周辺のメッキ金属層にかかると、メッキ金属層が破壊し、古い砥粒を脱落させ、新たな砥粒を露出させる働きをしている。

このように、この電着砥石では、樹脂粒子がメッキ層が破壊するように作用して新たな砥粒を突出させるように作用するため、セラミック基板、ガラス基板、樹脂基板等の硬い材料の切削に適していると考えられる。
特開平４−８４７７号公報

特許文献１に開示された電着砥石は、ただ単にダイヤモンド砥粒を保持するメッキ層に樹脂粒子を分散させて構成されていると開示されているのみであり、樹脂粒子の最適粒径や最適配合量は不明であり、特許文献１の開示に基づいて、ダイシングに用いられるような薄い切刃で良好な切削結果が得られる切削ブレードを作成するのは困難であるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂基板、ガラス基板、セラミック基板等の難切削材の切削に適した切削ブレードを提供することである。

本発明によると、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段とを備えた切削装置で使用する切削ブレードであって、該切削ブレードは電着砥石からなる切刃を有しており、該切刃は、天然又は合成ダイヤモンド砥粒及び立方晶窒化硼素砥粒からなる群から選ばれた超砥粒と、フッ素系樹脂粒と、該超砥粒と該フッ素系樹脂粒を混在して固めたニッケル電着層とから構成されており、該フッ素系樹脂粒の粒径は０．２〜２０μｍの範囲内であり、該フッ素系樹脂粒の共析量は１０〜４５体積％の範囲内であり、該超砥粒の集中度は６０〜１５０の範囲内であることを特徴とする。

好ましくは、フッ素系樹脂粒の粒径は超砥粒の平均粒径の１／３以下であり、フッ素系樹脂粒の共析量は２０〜４５体積％の範囲内である。また、超砥粒の粒径は１〜４００μｍの範囲内である。

本発明の切削ブレードは、超砥粒を固定しているニッケル電着層中に最適粒径及び最適配合量のフッ素系樹脂が分散されて構成されているので、電着層の極端な強度低下がなく、安定した砥粒の脱落が得られる高品質な精密加工用切削ブレードを提供可能であり、ガラス、セラミックス等からなる硬い難切削材であっても良好な切削が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の切削ブレードが装着されるのに適したダイシング装置（切削装置）２の外観を示しており、このダイシング装置は、難切削材のセラミックウエーハ等をダイシングして個々のチップ（デバイス）に分割することができる。

切削装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示手段６が設けられている。

図２に示すように、ダイシング対象のウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２ストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画されて多数のデバイスＤがウエーハＷ上に形成されている。

ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周縁部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介してフレームＦに支持された状態となり、図１に示したウエーハカセット８中にウエーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウエーハカセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８から切削前のウエーハＷを搬出するとともに、切削後のウエーハをウエーハカセット８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。ウエーハカセット８と搬出入手段１０との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２には、ウエーハＷを一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段１４が配設されている。

仮置き領域１２の近傍には、ウエーハＷと一体となったフレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されたウエーハＷは、搬送手段１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引されるとともに、複数の固定手段１９によりフレームＦが固定されることでチャックテーブル１８上に保持される。

チャックテーブル１８は、回転可能且つＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハＷの切削すべきストリートを検出するアライメント手段２０が配設されている。

アライメント手段２０は、ウエーハＷの表面を撮像する撮像手段２２を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべきストリートを検出することができる。撮像手段２２によって取得された画像は、表示手段６に表示される。

アライメント手段２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハＷに対して切削加工を施す切削手段２４が配設されている。切削手段２４はアライメント手段２０と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

切削手段２４は、回転可能なスピンドル２６の先端に切削ブレード２８が装着されて構成され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード２８は撮像手段２２のＸ軸方向の延長線上に位置している。

図３を参照すると、スピンドルと、スピンドルに装着されるブレードマウントとの関係を示す分解斜視図が示されている。スピンドルユニット３０のスピンドルハウジング３２中には、図示しないサーボモータにより回転駆動されるスピンドル２６が回転可能に収容されている。スピンドル２６はテーパ部２６ａ及び先端小径部２６ｂを有しており、先端小径部２６ｂには雄ねじ３４が形成されている。

３６はボス部（凸部）３８と、ボス部３８と一体的に形成された固定フランジ４０とから構成されるブレードマウントであり、ボス部３８には雄ねじ４２が形成されている。さらに、ブレードマウント３６は装着穴４３を有している。

ブレードマウント３６は、装着穴４３をスピンドル２６の先端小径部２６ｂ及びテーパ部２６ａに挿入して、ナット４４を雄ねじ３４に螺合して締め付けることにより、図４に示すようにスピンドル２６の先端部に取り付けられる。

図４はブレードマウント３６が固定されたスピンドル２６と、切削ブレード２８との装着関係を示す分解斜視図である。切削ブレード２８はハブブレードと呼ばれ、円形ハブ４８を有する円形基台４６の外周にニッケル母材中にダイヤモンド砥粒及びフッ素系樹脂粒が分散された切刃５０が電着されて構成されている。

切削ブレード２８の装着穴５２をブレードマウント３６のボス部３８に挿入し、固定ナット５４をボス部３８の雄ねじ４２に螺合して締め付けることにより、図５に示すように切削ブレード２８がスピンドル２６に取り付けられる。

図６を参照すると、リング状またはワッシャー状の切削ブレード５６をスピンドル２６に装着する様子を示す分解斜視図が示されている。切削ブレード５６はその全体が電鋳された切刃（電鋳砥石）から構成されている。切削ブレード５６は、リング状基台の全面にニッケル母材中にダイヤモンド砥粒及びフッ素系樹脂粒が分散された電鋳砥石が形成されている。

ブレードマウント３６のボス部３８に切削ブレード５６を挿入し、さらに着脱フランジ５８をボス部３８に挿入して、固定ナット５４を雄ねじ４２に螺合して締め付けることにより、切削ブレード５６は固定フランジ４０と着脱フランジ５８により両側から挟まれてスピンドル２６に取り付けられる。

図７を参照すると、切削ブレードとして第１実施形態のハブブレード２８を採用した切削手段２４の拡大斜視図が示されている。６０は切削ブレード２８をカバーするブレードカバーであり、このブレードカバー６０には切削ブレード２８の側面に沿って伸長する図示しない切削水ノズルが取り付けられている。切削水が、パイプ７２を介して図示しない切削水ノズルに供給される。

６２は着脱カバーであり、ねじ６４によりブレードカバー６０に取り付けられる。着脱カバー６２は、ブレードカバー６０に取り付けられた際、切削ブレード２８の側面に沿って伸長する切削水ノズル７０を有している。切削水は、パイプ７４を介して切削水ノズル７０に供給される。

６６はブレード検出ブロックであり、ねじ６８によりブレードカバー６０に取り付けられる。ブレード検出ブロック６６には発光素子及び受光素子からなる図示しないブレードセンサが取り付けられており、このブレードセンサにより切削ブレード２８の切刃５０の状態を検出する。

ブレードセンサにより切刃５０の欠け等を検出した場合には、切削ブレード２８を新たな切削ブレードに交換する。７６はブレードセンサの位置を調整するための調整ねじである。

次に、ハブブレード２８の製造方法について図８を参照して説明する。ハブブレード２８は図８に示すような電着ブレード製造装置８０を使用して製造される。電着槽８２内には硫酸ニッケル又は硝酸ニッケル等の電解液８４が蓄えられており、この電解液８４中にダイヤモンド砥粒８６及びポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）等のフッ素系樹脂粒８８が混入されている。フッ素系樹脂としては、フッ化黒鉛、テトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン等も採用可能である。

電解液８４中には電着面４７を上にしてハブブレード２８の基台４６及びニッケル等の電解金属９０が浸漬されている。ここで、基台４６の電着面４７には、電着面４７の外周部のみが露出するようにマスキングを施して、基台４６を電着面４７を上にして電解液８４中に浸漬する。基台４６は電源９２の−端子に接続され、電解金属９０は電源９２の＋端子に接続されている。

このように構成される電着ブレード製造装置８０において、電源９２により基台４６と電解金属９０との間に所定の電圧を印加すると、電解液８４中に混入したダイヤモンド砥粒８６及びフッ素系樹脂粒８８が沈降して基台４６の電着面４７に堆積するとともに、電解金属によって電着面４７においてメッキされて電解金属中に固定されたダイヤモンド砥粒８６及びフッ素系樹脂８８を含んだ電着層（メッキ層）９４が成長していく。

そして、電着層９４が所望の厚さまで形成された後、基台４６を電解液８４から取り出すと、マスキングされていない電着面４７の外周部のみ所定量の電着層９４が形成される。

電解液８４中に混入するフッ素系樹脂粒８８の最適粒径及び最適配合量を決定するため、以下の実験を行った。

実験１
ダイヤモンド砥粒８６の粒径に対してフッ素系樹脂粒の粒径を異ならせた下記の６種類の電着槽と、フッ素系樹脂粒８８を混入しない１種類の電着槽を準備し、フッ素系樹脂粒を約２０体積％共析させた６種類の切削ブレードと、フッ素系樹脂粒を共析しない１種類の切削ブレードを作成した。

（１）平均粒径０．２μｍのフッ素系樹脂粒を混入し、且つ電着時に平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させるような電解液を含んだ第１のニッケル電着槽。

（２）平均粒径０．４μｍのフッ素系樹脂粒を混入し、且つ電着時に平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させるような電解液を含んだ第２のニッケル電着槽。

（３）平均粒径４μｍのフッ素系樹脂粒を混入し、且つ電着時に平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させるような電解液を含んだ第３のニッケル電着槽。

（４）平均粒径１０μｍのフッ素系樹脂粒を混入し、且つ電着時に平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させるような電解液を含んだ第４のニッケル電着槽。

（５）平均粒径２０μｍのフッ素系樹脂粒を混入し、且つ電着時に平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させるような電解液を含んだ第５のニッケル電着槽。

（６）平均粒径３０μｍのフッ素系樹脂粒を混入し、且つ電着時に平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させるような電解液を含んだ第６のニッケル電着槽。

（７）フッ素系樹脂粒は混入せずに、電着時に平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させるような電解液を含んだ第７のニッケル電着槽。

各電着槽に基台を浸漬して厚み１００μｍの電着層（メッキ層）を成長させ、直径５２ｍｍの切削ブレード２８を、第１の切削ブレードから第７の切削ブレードまで７種類作成した。

各切削ブレードで厚み０．５ｍｍのガラスを切削したところ、図９に示す如く第６の切削ブレード及び第７の切削ブレードにおいて、比較的大きいチッピングがガラスの裏面に発生した。図９において、横軸は第１〜第７の切削ブレードの番号、縦軸はチッピングの長さを示す。

第１の切削ブレード〜第５の切削ブレードは比較的良好な切削性能を示したが、特に第１の切削ブレード〜第３の切削ブレードはほとんどチッピングは発生せずに非常に良好な切削性能を示した。

この実験から、フッ素系樹脂粒の粒径は２０μｍ以下が好ましく、より好ましくは、０．２〜６．０μｍの範囲内である。

実験２
実験１で一番良好であった第１の切削ブレードについて、フッ素系樹脂の共析量を変化させた下記の７種類の切削ブレードを作成した。

（１）平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させ、フッ素系樹脂粒を共析しない第１のブレード。

（２）平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させ、且つ平均粒径０．２μｍのフッ素系樹脂粒を５体積％共析させた第２のブレード。

（３）平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させ、且つ平均粒径０．２μｍのフッ素系樹脂粒を１０体積％共析させた第３のブレード。

（４）平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させ、且つ平均粒径０．２μｍのフッ素系樹脂粒を２０体積％共析させた第４のブレード。

（５）平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させ、且つ平均粒径０．２μｍのフッ素系樹脂粒を３０体積％共析させた第５のブレード。

（６）平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させ、且つ平均粒径０．２μｍのフッ素系樹脂粒を４０体積％共析させた第６のブレード。

（７）平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１２５で電着させ、且つ平均粒径０．２μｍのフッ素系樹脂粒を４５体積％共析させた第７のブレード。

各ブレードは基台を電着槽に浸漬させて厚み１００μｍの電着層（メッキ層）を成長させることで、直径５２ｍｍの切削ブレードを第１の切削ブレードから第７の切削ブレードまで７種類作成した。平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒に対して、平均粒径０．２μｍのフッ素系樹脂粒は４５体積％以上共析されなかった。

各切削ブレードで厚み０．５ｍｍのガラスを切削したところ、図１０に示すような結果が得られた。図１０において、横軸は切削ブレードの番号、縦軸は発生したチッピングの長さを示す。

図１０を観察すると明らかなように、第１の切削ブレード及び第２の切削ブレードにおいて、比較的大きいチッピングがガラスの裏面に発生した。第３の切削ブレード〜第７の切削ブレードはあまりチッピングを発生させずに比較的良好であり、特に第４の切削ブレード〜第７の切削ブレードはほとんどチッピングを発生させず優れた切削性能を示した。

この結果から、フッ素系樹脂粒の共析量は１０〜４５体積％の範囲が好ましく、より好ましくは２０〜４５体積％の範囲内である。

実験３
ダイヤモンド砥粒の粒径を種々変化させ、実験１と実験２に準じた実験を行った結果、ダイヤモンド砥粒の粒径が１μｍ〜４００μｍの範囲内で好ましい結果が得られた。

実験４
ダイヤモンド砥粒の粒径に対して混入するフッ素系樹脂粒の粒径を種々変化させて実験１及び実験２に準じた実験を行ったところ、フッ素系樹脂粒の粒径はダイヤモンド砥粒の粒径の１／３以下であることが好ましいことが判明した。

実験５
ダイヤモンド砥粒の集中度を種々変化させて、実験１と実験２に準じた実験を行ったところ、ダイヤモンド砥粒の集中度は６０〜１５０の範囲内が好ましいことが判明した。換言すると、これは体積比で１５〜３７．５％に相当する。

本発明の切削ブレードは、金属層を有するような半導体ウエーハ基板、ガラス基板、樹脂基板、セラミック基板等の硬い難切削材の切削に特に適している。ここで、セラミック基板はサファイア基板、アルミナ基板、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板、タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板等を含んでいる。また、フッ素系樹脂はポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）、フッ化黒鉛、テトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン等を含んでいる。

また、ダイヤモンド砥粒８６としては天然又は合成ダイヤモンド砥粒を採用可能であり、ダイヤモンド砥粒に代えて立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）砥粒等の他の超砥粒も採用可能である。

本発明実施形態の切削ブレード２８，５６は、切削ブレード中のフッ素系樹脂粒が、電着層（メッキ層）９４中の強度を制御するとともに、切削によって所定以上の力がダイヤモンド砥粒８６周辺の電着層９４にかかると、電着層９４が破壊し、古いダイヤモンド砥粒８６を脱落させて新たなダイヤモンド砥粒８６を露出させる働きを有している。

よって、極端な電着層の強度低下を防止して、安定した砥粒の脱落が得られる高品質な精密加工用の切削ブレードが提供可能であり、硬い難切削材であっても良好な切削が可能となる。

本発明の切削ブレードを装着するのに適した切削装置の外観斜視図である。フレームと一体化されたウエーハを示す斜視図である。スピンドルユニットと、スピンドルに固定されるべきブレードマウントとの関係を示す分解斜視図である。スピンドルユニットと、スピンドルに装着されるべきハブブレードとの関係を示す分解斜視図である。ハブブレードがスピンドルに装着された状態の斜視図である。スピンドルユニットと、スピンドルに装着されるべきリング状切削ブレードとの関係を示す分解斜視図である。切削手段の拡大斜視図である。電着ブレード製造装置の概略断面図である。フッ素系樹脂粒の粒径とチッピングとの関係を示すグラフである。フッ素系樹脂粒の共析量とチッピングとの関係を示すグラフである。

符号の説明

２切削装置
１８チャックテーブル
２４切削手段
２６スピンドル
２８切削ブレード
３０スピンドルユニット
３６ブレードマウント
４０固定ブラケット
４４固定ナット
５６リング状切削ブレード
５８着脱フランジ
８０電着ブレード製造装置
８２電着槽
８４電解液
８６ダイヤモンド砥粒
８８フッ素系樹脂粒
９０電解金属
９２電源
９４電着層

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段とを備えた切削装置で使用する切削ブレードであって、
該切削ブレードは電着砥石からなる切刃を有しており、
該切刃は、天然又は合成ダイヤモンド砥粒及び立方晶窒化硼素砥粒からなる群から選ばれた超砥粒と、フッ素系樹脂粒と、該超砥粒と該フッ素系樹脂粒を混在して固めたニッケル電着層とから構成されており、
該フッ素系樹脂粒の粒径は０．２〜２０μｍの範囲内であり、
該フッ素系樹脂粒の共析量は１０〜４５体積％の範囲内であり、
該超砥粒の集中度は６０〜１５０の範囲内であることを特徴とする切削ブレード。
前記フッ素系樹脂粒の粒径は前記超砥粒の平均粒径の１／３以下であり、
前記フッ素系樹脂粒の共析量は２０〜４５体積％の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の切削ブレード。
前記超砥粒の粒径は１〜４００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２記載の切削ブレード。