JP2012086291A - 切削砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】 サファイアウエーハのような硬質脆性材料であっても欠けを生じさせること無く切削可能な切削砥石を提供することである。
【解決手段】 ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を含有した切削砥石。切削砥石は、電鋳砥石、レジンボンド砥石、メタルボンド砥石、ビトリファイドボンド砥石の何れかから構成される。
【選択図】図７

Description

本発明は、硬質脆性材料を切削するのに適した切削砥石に関する。

短波長の青色や紫外線を発光するレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光デバイスは、例えばサファイアウエーハ上に窒化ガリウム（ＧａＮ）のエピタキシャル層を成長させることにより製造されている。

サファイアウエーハは、モース硬度が比較的高く切削ブレードによる分割が困難であることから、レーザビームの照射によって個々の発光デバイスに分割され、分割された発光デバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

レーザビームを用いてサファイアウエーハを個々の発光デバイスに分割する方法として、以下に説明する第１及び第２の加工方法が知られている。第１の加工方法は、サファイアウエーハに対してアブレーション加工を施す波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザビームを分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により分割溝を形成し、その後外力を付与してサファイアウエーハを個々の発光デバイスに分割する方法である（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

第２の加工方法は、サファイアウエーハに対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビームの集光点を分割予定ラインに対応するウエーハの内部に位置づけて、レーザビームを分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に変質層を形成し、その後外力を付与してサファイアウエーハを個々の発光デバイスに分割する方法である（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。

特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報

しかし、上述した第１及び第２の加工方法を遂行するレーザ加工装置は切削装置に比べて非常に高額であり、経費を圧迫す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、サファイアウエーハのような硬質脆性材料であっても欠けを生じさせることなく切削可能な切削砥石を提供することである。

本発明によると、被加工物を切削する切削砥石であって、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒によって構成したことを特徴とする切削砥石が提供される。

好ましくは、切削砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をニッケルメッキで固定した電鋳砥石から構成される。或いは、切削砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をレジンボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンドの何れかに混錬して焼結した焼結砥石から構成される。

本発明は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒によって切削砥石を構成したので、サファイアウエーハ、炭化シリコンウエーハ、合成石英板等の硬質脆性材料を切削すると、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒の潤滑性と耐熱性によって衝撃力が緩和されるとともに、砥粒の磨耗が抑制され、切削溝の表面及び裏面に欠けを生じることなく良好に切削することができる。

本発明の切削砥石を採用可能な切削装置の外観斜視図である。 スピンドルの先端部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。 スピンドルの先端に固定されたブレードマウントとブレードマウント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。 スピンドルに固定されたブレードマウントとブレードマウント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。 切削ユニットの斜視図である。 図７（Ａ）は本発明第１実施形態の電鋳砥石で切削したサファイアウエーハの顕微鏡写真、図７（Ｂ）は従来の電鋳砥石で切削したサファイアウエーハの顕微鏡写真である。 図８（Ａ）は本発明第２実施形態のレジンボンド砥石で切削したサファイアウエーハの顕微鏡写真、図８（Ｂ）は従来のレジンボンド砥石で切削したサファイアウエーハの顕微鏡写真である。

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は本発明の切削砥石を装着してサファイアウエーハをダイシングして個々のチップ（発光デバイス）に分割することのできる切削装置２の外観を示している。

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。

ダイシング対象のサファイアウエーハの表面においては、よく知られているように複数の分割予定ラインが格子状に形成されており、分割予定ラインによって区画された領域にＬＥＤ、ＬＤ等の発光デバイスが形成されている。

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、複数のクランプ１９によりフレームＦがクランプ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の切削すべき分割予定ライン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分割予定ライン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ユニット２４が配設されている。切削ユニット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。

切削ユニット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２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３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３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ホウ素（Ｂ）をドープしたダイアモンド砥粒が分散された切削砥石（切刃）５０が電着されて構成されている。

ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒は、例えば特表２００６−５０２９５５号に開示されたような粉末セル方法により製造される。この粉末セル方法では、グラファイトと、触媒又は溶媒金属と、任意のダイアモンド種結晶と、ホウ素源とで十分高密度な混合物を形成する。この混合物をダイアモンドを製造するのに十分高温高圧な雰囲気中で所定時間保持し、ダイアモンド構造中の炭素原子をホウ素で置換してホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を製造することができる。

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４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５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はホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をレジンボンドに混錬して焼結した焼結砥石から構成されている。

レジンボンドは、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等から構成される。本実施形態では、レジンボンドとしてフェノール樹脂を使用し、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をフェノール樹脂に混錬してワッシャーブレード形状に成形し、焼結温度１８０℃〜２００℃で７乃至８時間焼結して全体が焼結砥石からなる切削ブレード５６を製造した。

焼結砥石はレジンボンド焼結砥石に限定されるものではなく、メタルボンド焼結砥石又はビトリファイドボンド焼結砥石も採用可能である。メタルボンド焼結砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をメタルボンドに混錬してワッシャーブレード形状に成形し、焼結温度６００℃〜７００℃で約１時間焼結して形成する。ここで、メタルボンドとしては、銅と錫合金であるブロンズを主成分とし、コバルト、ニッケル等を微量混入したものを採用するのが好ましい。

ビトリファイドボンド焼結砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をビトリファイドボンド中に混錬してワッシャーブレード形状に成形し、焼結温度７００℃〜８００℃で約１時間焼結して形成する。ここで、ビトリファイドボンドとしては、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を主成分とし、長石等を僅かに混入したものを採用するのが好ましい。

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６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を採用した切削ユニット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には発光部及び受光部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の切削砥石５０の状態を検出する。

ブレードセンサにより切削砥石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。

ホウ素をドープした平均粒径５μｍのダイアモンド砥粒を混入したニッケルメッキ液を作成した。このニッケルメッキ液中で図３に示したようなハブブレードの外周を電気鋳造し、平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を体積比で１５〜２０％含有した厚さ３０μｍの電鋳砥石を製造した。

この電鋳砥石を有するハブブレード２８をスピンドル２６に装着し、スピンドル回転数１００００ｒｐｍ、切り込み深さ３０μｍ、送り速度１０ｍｍ／秒で厚さ１００μｍのサファイアウエーハを切削した。

切削後の２本の切削溝が形成されたサファイアウエーハを表面側から見た状態の顕微鏡写真が図７（Ａ）に示されている。倍率は２００倍である。この図から明らかなように、切削溝の両側に欠けは殆ど発生しなかった。

また、電鋳砥石の磨耗量は２．５μｍ／（１ｍ当たり）であり、磨耗量が従来の電鋳砥石に比べて１／２に低減していることが判明した。更に、この電鋳砥石を有するハブブレード２８では、切削開始から約１５秒で負荷電流値が安定した。

（比較例１）
平均粒径５μｍのダイアモンド砥粒を混入してニッケルメッキ液を作成した。このニッケルメッキ液中でハブブレードの外周を電気鋳造し、平均粒径５μｍのダイアモンド砥粒を体積比で１５〜２０％含有した厚さ３０μｍの電鋳砥石を有するハブブレード２８を製造した。

このハブブレードをスピンドル２６の先端に装着し、実施例１と同一条件でサファイアウエーハの切削を行った。切削後の２本の切削溝が形成されたサファイアウエーハを表面側から見た状態の顕微鏡写真が図７（Ｂ）に示されている。倍率は２００倍である。

この図から明らかなように、切削溝の両側に比較的大きい欠けが数多く発生しており、この電鋳砥石を外周に有する切削ブレードはサファイアウエーハの切削に適していないことが判明した。

この電鋳砥石の磨耗量は５．５μｍ／（１ｍ当たり）であり、実施例１の電鋳砥石の磨耗に比べて約２倍の速さで磨耗することが判明した。また、この従来の電鋳砥石による切削においては、負荷電流値が中々安定せず、安定するまで長時間を要した。

フェノール樹脂からなるレジンボンドに平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を体積比で１０〜２０％と平均粒径１μｍのＳｉＣ粒子をフィラーとして体積比で３５〜２５％混入しワッシャー形状に成形した。この成形体を１８０℃の焼結温度で約８時間焼結して厚さ２００μｍのワッシャー状レジンボンド砥石を製造した。

このレジンボンド砥石をスピンドルに装着して、スピンドル回転数２００００ｒｐｍ、切り込み深さ１０８０μｍ、送り速度１５ｍｍ／秒で厚さ１０００μｍの合成石英基板を切削した。切削後の合成石英基板を裏面から撮影した状態の顕微鏡写真が図８（Ａ）に示されている。倍率は２００倍である。図８（Ａ）に示す裏面側のみならず表面側にも欠けが殆ど発生しないことが確認された。

このレジンボンド砥石の磨耗量は３μｍ／（１ｍ当たり）であり、従来のレジンボンド砥石に比べて磨耗量が約１／２に低減していることが判明した。また、このレジンボンド砥石を有する切削ブレードによると、切削開始から約１０秒で負荷電流値が安定した。

ブロンズを主成分とし、コバルト及びニッケルを僅かに混入したメタルボンドに平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を体積比で１０〜２０％と平均粒径１μｍのＳｉＣ粒子をフィラーとして体積比で３５〜２５％混入しワッシャー形状に成形した。

この成形体を７００℃の焼結温度で約１時間焼結して厚さ２００μｍのワッシャー形状のメタルボンド砥石を製造した。このメタルボンド砥石をスピンドルに装着して、実施例２と同一条件で合成石英基板を切削したところ、合成石英基板の表面側及び裏面側に欠けが殆ど発生しないことを確認した。

このメタルボンド砥石の磨耗量は２．５μｍ／（１ｍ当たり）であり、従来のメタルボンド砥石に比べて磨耗量が約１／２に低減していることが判明した。また、このメタルボンド砥石を有する切削ブレードによると、切削開始から約１０秒で負荷電流値が安定した。

二酸化珪素を主成分とし、長石を僅かに混入したビトリファイドボンドに平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を体積比で１０〜２０％と平均粒径１μｍのＳｉＣ粒子をフィラーとして体積比で３５〜２５％混入しワッシャー形状に成形した。

この成形体を７００℃の焼結温度で約１時間焼結して厚さ２００μｍのワッシャー形状のビトリファイドボンド砥石を製造した。このメタルボンド砥石をスピンドルに装着して、実施例２と同一条件で合成石英基板を切削したところ、合成石英基板の表面側及び裏面側に欠けが殆ど発生しないことを確認した。

このビトリファイドボンド砥石の磨耗量は３μｍ／（１ｍ当たり）であり、従来のビトリファイドボンド砥石に比べて磨耗量が約１／２に低減していることが判明した。また、このビトリファイドボンド砥石を有する切削ブレードによると、切削開始から約１０秒で負荷電流値が安定した。

（比較例２）
フェノール樹脂から形成されたレジンボンドに平均粒径５μｍのダイアモンド砥粒を体積比で１０〜２０％と平均粒径１μｍのＳｉＣ粒子をフィラーとして体積比で３５〜２５％混入しワッシャー形状に成形した。

この成形体を１８０℃の焼結温度で約８時間焼結して厚さ２００μｍのレジンボンド砥石を製造した。このレジンボンド砥石をスピンドルに装着して、実施例２と同一条件で合成石英基板を切削した。

切削後の合成石英基板の裏面側の顕微鏡斜視図が図８（Ｂ）に示されている。倍率は１００倍である。この図から明らかなように、合成石英基板の裏面側に比較的大きい欠けが数多く発生しており、従来のレジンボンド砥石が合成石英基板の切削に適していないことが判明した。

従来のレジンボンド砥石の磨耗量は６．５μｍ／（１ｍ当たり）であり、実施例２のレジンボンド砥石に比べてその磨耗が約２倍の速さで進行することが確認された。また、このレジンボンド砥石を有する切削ブレードによると、切削開始から負荷電流値が中々安定せず、安定するまで長時間を要した。

２ 切削装置
１８ チャックテーブル
２４ 切削ユニット
２６ スピンドル
２８ 切削ブレード
５０ 電鋳砥石
５６ ワッシャー状レジンボンド砥石

Claims (3)

1. 被加工物を切削する切削砥石であって、
   ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒によって構成したことを特徴とする切削砥石。
2. 切削砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をニッケルメッキで固定した電鋳砥石から構成される請求項１記載の切削砥石。
3. 切削砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をレジンボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンドの何れかに混錬して焼結した焼結砥石から構成される請求項１記載の切削砥石。

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