JP3006458B2 - 内周刃砥石 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体インゴット等を
スライスしてウェーハを製造する用途に使用される内周
刃砥石に関し、特に、切れ味の連続性を高めるための改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の内周刃砥石は、図５に示すよう
に、薄肉の円環板状をなす台金１の内周縁の全周に亙っ
て電着砥粒層２を形成するとともに、台金１の外周部に
多数の取付孔３を形成したものである。電着砥粒層２
は、図６に示すように、金属めっき相６によって、ダイ
ヤモンド等の超砥粒４を台金１の内周縁部の内周端面お
よび両側面に単層状または多層状に固着させたものであ
り、一般的なシリコンウェーハ用の内周刃砥石では、台
金１の肉厚が０．１〜０．２ｍｍ程度、超砥粒４の平均
粒径は３０〜１００μｍ程度、電着砥粒層２の両側面間
の厚さは０．２〜０．６ｍｍ程度とされているものが多
い。

【０００３】このような内周刃砥石を使用するには、台
金１の外周部を円環状の治具に固定して張り上げ、この
治具を高速回転させつつ、半導体インゴット等の被削材
を内周刃砥石の中心孔に通して電着砥粒層２を被削材に
切り込ませる。これにより、被削材を薄く切断してウェ
ーハを切り出すことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示す
ように台金１０の内周端面に超砥粒４を多層状に固着さ
せた場合には、超砥粒を単層状に固着させた場合よりも
砥石寿命の延長が期待できる。しかし、従来の内周刃砥
石では、この刃先の多層状領域内において、超砥粒４が
１層ごとに面Ｌ１，Ｌ２を境として分かれた層構造をな
して配置される傾向が強いため、インゴット切断により
電着砥粒層２が摩耗していくと、表層部の超砥粒４が一
層分ほぼ同時期に脱落し、次の層の超砥粒４が切刃とし
て十分に突出するまでに時間を要し、その間に切刃密度
が低下して内周刃砥石の切れ味が大幅に低下することが
避けられなかった。このため、切刃密度低下期間には、
被削材にソーマーク（筋状の傷）や欠けが生じたり、内
周刃砥石が暴れ（異常振動）を生じることが多いだけで
なく、目詰まりを生じ易く、バースト（砥石破断）の発
生率も上がる問題があった。

【０００５】そこで従来では、切刃密度が低下した場
合、砥石の切れ味を回復させるため、一般砥石を用いて
電着砥粒層２にドレッシング（目立て）を施すことが行
われているが、稼働率が低下して手間がかかるのみなら
ず、ドレッシングによって台金を変形または摩耗させ、
修復不能に陥る場合も少なくなかった。本発明は上記事
情に鑑みてなされたもので、良好な切れ味を長期間維持
できる内周刃砥石を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る内周刃砥石は、薄肉の円環板状をなす
台金と、この台金の内周縁部の全周に亙って形成された
電着砥粒層とを具備し、前記電着砥粒層は金属めっき相
中に超砥粒を分散させたものであり、前記電着砥粒層の
少なくとも台金内周端面と対向する領域では前記超砥粒
が多層状に分散され、この多層状領域内では、前記台金
内周端面の近傍に大径超砥粒が配置されるとともに、こ
れら大径超砥粒より上層には小径超砥粒が配置され、前
記大径超砥粒の平均粒径は、前記小径超砥粒の平均粒径
の１．１〜１．４倍であることを特徴とする。

【０００７】また、本発明の第２の内周刃砥石は、薄肉
の円環板状をなす台金と、この台金の内周縁部の全周に
亙って形成された電着砥粒層とを具備し、前記電着砥粒
層は金属めっき相中に超砥粒を分散させたものであり、
前記電着砥粒層の少なくとも台金内周端面と対向する領
域では前記超砥粒が多層状且つランダムに分散されてお
り、前記超砥粒の平均粒径は４０〜７０μｍであり、そ
の粒度分布は前記平均粒径から±２０μｍの範囲内に超
砥粒の９５％以上が含まれ、かつ前記平均粒径から±５
μｍの範囲内に超砥粒の３０〜６０％が含まれる分布で
あることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明に係る第１の内周刃砥石によれば、電着
砥粒層の台金内周端面に対向する多層状領域内において
台金内周端面の近傍に大径超砥粒を配置するとともに、
これら大径超砥粒より上層に小径超砥粒を配置している
ので、大径超砥粒同士の間隙に小径超砥粒の一部がはま
りこんだ状態となり、小径超砥粒の配置が乱れて層状に
揃うことはない。したがって、表層部の小径超砥粒が脱
落しても様々な位置に配置された他の小径超砥粒または
大径超砥粒が次々と露出して切刃となるため、切断経過
に伴う切刃密度の変動が少なく、切れ味の安定性および
連続性を高めることができる。

【０００９】また、本発明に係る第２の内周刃砥石によ
れば、電着砥粒層に含まれる超砥粒の平均粒径が４０〜
７０μｍ、その粒度分布は平均粒径から±２０μｍの範
囲内に超砥粒の９５％以上が含まれ、かつ平均粒径から
±５μｍの範囲内に超砥粒の３０〜６０％が含まれる分
布であるから、電着砥粒層中では大小さまざまな寸法の
超砥粒が入り乱れて乱雑に配置されている。このため台
金内周端面と対向する領域では、超砥粒の配置が乱れて
層状に揃うことはなく、表層部の超砥粒が脱落しても様
々な位置に配置された他の超砥粒が次々と露出して切刃
となるため、切断経過に伴う切刃密度の変動が少なく、
切れ味の安定性および連続性を高めることができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明に係る内周刃砥石の電着砥粒
層を示す断面拡大図である。この内周刃砥石は、薄肉の
円環板状をなす台金１０と、この台金１０の内周縁部の
全周に亙って形成された電着砥粒層１２とを具備してい
る。台金１０の形状等は従来と同じでよい。電着砥粒層
１２は、金属めっき相１８中に超砥粒１４，１６を分散
させたもので、電着砥粒層１２の少なくとも台金内周端
面と対向する領域（先端領域）では超砥粒１４，１６が
多層状に分散されている。この多層状領域内では、台金
１０の表面に沿って大径超砥粒１４がほぼ単層状に配置
されるとともに、これら単層状に配置された大径超砥粒
１４の上には、乱雑な配置状態で小径超砥粒１６が配置
されている。

【００１１】大径超砥粒１４の平均粒径は小径超砥粒１
６の平均粒径の１．１〜１．４倍、より好ましくは１．
１〜１．３倍とされている。大径超砥粒１４と小径超砥
粒１６との平均粒径差が大きい程、小径超砥粒１６の配
置が乱雑になって好ましいが、小径超砥粒１６の平均粒
径には一般的な下限があるため、その１．４倍以上にす
ると大径超砥粒１４が大きすぎて被削材にチッピング、
割れ等の加工損傷が生じやすくなる。なお、この実施例
では、大径超砥粒１４は小径超砥粒１６が脱落した時点
で徐々に突出してくるので、小径超砥粒１６の１．４倍
までに平均粒径を大きくした程度であれば、被削材に加
工損傷を生じることはない。

【００１２】また、小径超砥粒１６の粒径分布は、通常
の超砥粒の粒度分布（平均粒径±１０μｍに約９５％が
含まれる）よりも広い分布とされていることが好まし
い。具体的には、前記平均粒径から±２０μｍの範囲内
に小径超砥粒１６の総数の９５％以上が含まれ、かつ前
記平均粒径から±５μｍの範囲内に３０〜６０％が含ま
れる分布とされているとよい。このように小径超砥粒１
６の粒度分布を通常より広げた場合には、小径超砥粒１
６の配置の乱雑性をさらに向上でき、本発明の効果が一
層顕著になる。

【００１３】金属めっき相１８としては、Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｃｕまたはこれらの合金などが使用でき、大径超砥粒１
４および小径超砥粒１６としてはダイヤモンドまたはＣ
ＢＮ等が使用可能である。ただし、必要であればその他
の材質を使用してもよい。台金１０の厚さは限定されな
いが、一般的には０．０５〜０．２ｍｍ程度とされる。
超砥粒１４，１６の平均粒径は限定されないが、一般的
なシリコンウェーハ製造用では、大径超砥粒１４の平均
粒径は５０〜１００μｍ、より好ましくは５０〜７０μ
ｍ、小径超砥粒１６の平均粒径は４０〜７０μｍ、より
好ましくは４０〜６０μｍとされる。

【００１４】このような内周刃砥石を製造するには、ま
ず図２に示すように、台金１０と同程度の内径を有する
円環状のスペーサＳを、複数の台金１０と交互に同心状
に重ねたうえ、めっき装置（図示略）にセットし、台金
１０の内周側に気密的な空間を形成する。スペーサＳの
両側面の内周部には、全周に亙って切欠段部２０が形成
されており、台金１０の内周部の両側面と切欠段部２０
の側面２０Ａとの間には、一定幅の間隙が開くようにな
っている。

【００１５】次に、台金１０およびスペーサＳの内側に
形成された気密的な空間内に、大径超砥粒１４のみが添
加された電解めっき液を注入し、台金１０およびスペー
サＳ全体を低速で回転させながら、この空間の中央部に
配置された陽極（図示略）を電源陽極に接続するととも
に、各台金１０を電源陰極に接続し、台金１０の内周縁
部に第１金属めっき相１８Ａを析出させ、その中に大径
超砥粒１４をほぼ単層状に取り込ませる。

【００１６】図２に示すように大径超砥粒１４を単層状
に固着できたら、台金１０およびスペーサＳの内側に形
成された気密的な空間から、電解めっき液とともに大径
超砥粒１４を排出し、新たに小径超砥粒１６が添加され
た電解めっき液を注入する。そして、前記同様に台金１
０およびスペーサＳ全体を低速で回転させながら、この
空間の中央部に配置された陽極（図示略）を電源陽極に
接続するとともに、各台金１０を電源陰極に接続し、第
１金属めっき相１８Ａ上にさらに金属を析出させつつ小
径超砥粒１６と取り込ませ、金属めっき相１８を形成す
る。この場合、切欠段部２０の側面２０Ａと台金１０の
側面との離間量を小さくすると、金属めっき相１８の析
出量は間隙の奥へ行くほど小さくなる傾向を増すから、
前記離間量の調整により金属めっき相１８の断面形状を
コントロールすることが可能である。必要であれば、電
着砥粒層１２を形成した後に、トルーイングまたはドレ
ッシング（目立て）を行ってもよい。

【００１７】上記構成からなる内周刃砥石によれば、電
着砥粒層１２の多層状領域内において台金１０の近傍に
大径超砥粒１４を配置するとともに、これら大径超砥粒
１４より上層に小径超砥粒１６を配置しているので、下
層の大径超砥粒１４同士の間隙に小径超砥粒１６の一部
がはまりこんだ状態となり、小径超砥粒１６の配置状態
が乱れて層状に揃うことはない。したがって、表層部の
小径超砥粒１６が脱落しても様々な位置に配置された他
の小径超砥粒１６または大径超砥粒１４が次々とランダ
ムに露出して切刃となるため、切断経過に伴う切刃密度
の変動が少なく、切れ味の安定性および連続性を高める
ことができる。

【００１８】また、台金１０の表面に沿って配置された
大径超砥粒１４は金属めっき相１８により強く保持され
て脱落しにくいため、小径超砥粒１６が脱落して大径超
砥粒１４が切断に関与し始めると、その時点からは刃痩
せのスピードが遅くなり、インゴットと台金とのクリア
ランスの減少速度が鈍る。したがって、ある程度刃痩せ
が進行した状態でも目詰まりが生じにくく、切り粉排出
性が高く、インゴットとの接触も起こりにくいから、こ
の点からも切断安定および砥石寿命の増大が図れる。

【００１９】［第２実施例］図４は本発明の第２実施例
を示している。第１実施例では下層に大径超砥粒１４、
上層に小径超砥粒１６を分別して配置していたが、この
実施例では、使用する超砥粒２４，２６の粒度分布を極
めて広くすることにより、相対的に大きい超砥粒２４と
相対的に小さい超砥粒２６とを混在させ、超砥粒配置の
乱雑さを増大させたことを特徴としている。第１実施例
と同様の構成要素には同一符号を伏して説明を省略す
る。

【００２０】この実施例の電着砥粒層１２では、少なく
とも台金内周端面と対向する領域で超砥粒２４，２６が
多層状かつランダムに分散されている。超砥粒２４，２
６は相対的に大きい超砥粒２４と相対的に小さい超砥粒
２６との２種類を混合したものであっても良いが、これ
らの中間のさまざまな粒径を有する超砥粒を含むもので
あってもよい。

【００２１】超砥粒２４，２６を混合した状態での平均
粒径は４０〜７０μｍとされ、その粒度分布は、前記平
均粒径から±２０μｍの範囲内に超砥粒２４，２６の総
数の９５％以上が含まれ、かつ前記平均粒径から±５μ
ｍの範囲内に超砥粒２４，２６の３０〜６０％が含まれ
る分布とされている。平均粒径が４０μｍより小さいと
超砥粒が小さすぎて切断性能が低下し、７０μｍより大
きいと被削材にチッピングやソーマークが生じやすくな
る。平均粒径から±２０μｍの範囲内に超砥粒２４，２
６の総数の９５％以上が含まれていない場合には、極端
に小さい超砥粒や極端に大きい超砥粒が混在することに
なり、切断に関与しない極端に小さい超砥粒が増えて超
砥粒の活用度が低下したり、極端に大きい超砥粒によっ
て被削材にチッピングやソーマークが生じるなどの弊害
が起きる。平均粒径から±５μｍの範囲内に超砥粒２
４，２６の３０％未満しか含まれない場合にも、切断に
関与しない極端に小さい超砥粒が増えて超砥粒の活用度
が低下したり、極端に大きい超砥粒によって被削材にチ
ッピングやソーマークが生じるなどの弊害が起きる。さ
らに、平均粒径から±５μｍの範囲内に超砥粒２４，２
６の６０％より多くが含まれる場合には、超砥粒２４，
２６をランダムにする効果が得られ難くなる。

【００２２】このような内周刃砥石を製造するには、先
の図２に示した状態において、台金１０およびスペーサ
Ｓの内側に形成された気密的な空間内に、超砥粒２４，
２６が添加された電解めっき液を注入し、台金１０およ
びスペーサＳ全体を低速で回転させながら、この空間の
中央部に配置された陽極を電源陽極に接続するととも
に、各台金１０を電源陰極に接続し、台金１０の内周縁
部に金属めっき相１８を析出させ、その中に超砥粒２
４，２６をランダムに取り込ませればよい。この場合に
も、切欠段部２０の側面２０Ａと台金１０の側面との離
間量を小さくすると、金属めっき相１８の析出量は間隙
の奥へ行くほど小さくなる傾向を増すから、前記離間量
の調整により金属めっき相１８の断面形状をコントロー
ルすることが可能である。必要であれば、電着砥粒層１
２を形成した後に、トルーイングまたはドレッシングを
行ってもよい。

【００２３】上記構成からなる内周刃砥石によれば、電
着砥粒層１２に含まれる超砥粒２４，２６の平均粒径お
よび粒度分布が前記のように設定されているから、電着
砥粒層１２中では大小さまざまな寸法の超砥粒２４，２
６が入り乱れて乱雑に配置されている。このため、超砥
粒２４，２６が層状に揃うことはなく、表層部の超砥粒
２４，２６が脱落しても様々な位置に配置された他の超
砥粒２４，２６が次々と露出して切刃となるため、切断
経過に伴う切刃密度の変動が少なく、切れ味の安定性お
よび連続性を高めることができる。

【００２４】なお、本発明に係る内周刃砥石は、図示の
例のみに限定されるものではなく、電着砥粒層１２の断
面形状などは適宜変更して良い。また、必要に応じては
電着砥粒層１２内に他の潤滑性粒子や硬質粒子等のフィ
ラーを添加し、それに応じた効果を得るようにしても良
い。

【００２５】

【実験例】本発明の効果を実証するため、図１（実験例
１）、図４（実験例２）および図６（比較例）に示す構
造の内周刃砥石をそれぞれ１０枚づつ作製して、外径６
インチのシリコンインゴットの切断試験を行い、４００
〜６００枚切断時のソリ、ソーマーク、欠け、台金破断
の発生率を比較した。各砥石の寸法等および実験条件は
以下の通りである。

【００２６】 （共通寸法等） 台金外径：６９０ｍｍ 台金内径：２４０ｍｍ 砥粒層の台金半径方向の幅：３ｍｍ 台金厚さ：０．１３０ｍｍ 砥粒：ダイヤモンド（平均粒径：５８μｍ） 砥粒集中度：１６０ 金属めっき相材質：Ｎｉ 電着砥粒層の両側面間の最大厚さ（刃厚）：０．３００ｍｍ

【００２７】（比較例）前記台金の内周縁に、スルファ
ミン酸ニッケルめっき液（中濃度液）と、平均粒径（５
８μｍ）±１０μｍに９８％の砥粒が含まれる粒度分布
を有するダイヤモンド砥粒を用いて、電着砥粒層を形成
した。電着終了時点での砥粒層の側面厚さＴ１＝０．１
１０ｍｍとした。この電着砥粒層の両側面をＷＡ＃４０
０の砥石でツルーイングし、刃厚０．３００ｍｍ、砥粒
層の側面厚さＴ１＝０．０８５ｍｍとした。金属結合材
相の硬さはＨｖ２５０であった。

【００２８】（実験例１）前記台金の内周縁に、比較例
と同じめっき液を使用し、平均粒径が６５μｍで平均粒
径±１０μｍに９７％の砥粒が含まれる粒度分布を有す
るダイヤモンド砥粒を用いて、下層となる電着砥粒層を
単層状に形成した。次に、Ｎｉめっき液を交換し、平均
粒径５５μｍで、平均粒径±１０μｍに９７．５％の砥
粒が含まれる粒度分布を有するダイヤモンド砥粒を用い
て、前記下層電着層上に、上層となる電着砥粒層を形成
した。電着終了時点での砥粒層の側面厚さＴ１＝０．１
１２ｍｍとした。この砥石の両側面をＷＡ＃４００の砥
石でツルーイングし、刃厚０．３０１ｍｍ、側面での砥
粒層の厚さが０．０８６ｍｍとした。金属結合材相の硬
さはＨｖ２５０であり、砥粒層全体の平均粒径は５８μ
ｍである。

【００２９】（実験例２）前記台金の内周縁に、平均粒
径（５８μｍ）±２０μｍに９９％の砥粒が含まれ、か
つ平均粒径±５μｍに５０％の砥粒が含まれる粒度分布
を有するダイヤモンド砥粒層を用いた点以外は、比較例
と同じ工程で、比較例と同寸法の内周刃砥石を得た。

【００３０】 （切断条件） 周速：１１５０ｍ／ｍｉｎ 被削材：６インチ径シリコンインゴット 切り込み速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ 切断ピッチ：１１００μｍ 切削水：純水 初期張り上げ量：１４００μｍ 得られた結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から明らかなように、実施例１，２の
砥石では比較例の砥石に比して、反り発生率、ソーマー
ク発生率、シリコンウェハの欠け発生率、および砥石破
断率がいずれも低く、安定した切断が行えた。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る第１
の内周刃砥石においては、電着砥粒層の多層状領域内に
おいて台金内周端面の近傍に大径超砥粒を配置するとと
もに、これら大径超砥粒より上層に小径超砥粒を配置し
ているので、大径超砥粒同士の間隙に小径超砥粒の一部
がはまりこんだ状態となり、小径超砥粒の配置が乱れて
層状に揃うことはない。したがって、表層部の小径超砥
粒が脱落しても様々な位置に配置された他の小径超砥粒
または大径超砥粒が次々と露出して切刃となるため、切
断経過に伴う切刃密度の変動が少なく、切れ味の安定性
および連続性を高めることができる。

【００３４】また、本発明に係る第２の内周刃砥石にお
いては、電着砥粒層の台金内周端面と対向する領域では
多層状且つランダムに含まれる超砥粒の平均粒径が４０
〜７０μｍ、その粒度分布は平均粒径から±２０μｍの
範囲内に超砥粒の９５％以上が含まれ、かつ平均粒径か
ら±５μｍの範囲内に超砥粒の３０〜６０％が含まれる
分布であるから、電着砥粒層中では大小さまざまな寸法
の超砥粒が入り乱れて乱雑に配置されている。このた
め、超砥粒が層状に揃うことはなく、表層部の超砥粒が
脱落しても様々な位置に配置された他の超砥粒が次々と
露出して切刃となるため、切断経過に伴う切刃密度の変
動が少なく、切れ味の安定性および連続性を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内周刃砥石の第１実施例の断面拡
大図である。

【図２】第１実施例の内周刃砥石の製造方法を示す断面
拡大図である。

【図３】第１実施例の内周刃砥石の製造方法を示す断面
拡大図である。

【図４】本発明の第２実施例の断面拡大図である。

【図５】一般的な内周刃砥石の正面図である。

【図６】従来の内周刃砥石の断面拡大図である。

【符号の説明】

１０ 台金 １２ 電着砥粒層 １４ 大径超砥粒 １６ 小径超砥粒 １８ 金属めっき相 １８Ａ 第１金属めっき相 ２０ 切欠段部 ２０Ａ 側面 ２４，２６ 超砥粒 Ｓ スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−100390（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−267445（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−68468（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−133288（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−147264（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24D 5/12 B24B 9/00 B24D 3/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄肉の円環板状をなす台金と、この台金
   の内周縁部の全周に亙って形成された電着砥粒層とを具
   備し、前記電着砥粒層は金属めっき相中に超砥粒を分散
   させたものであり、前記電着砥粒層の少なくとも台金内
   周端面と対向する領域では前記超砥粒が多層状に分散さ
   れ、この多層状領域内では、前記台金内周端面の近傍に
   大径超砥粒が配置されるとともに、これら大径超砥粒よ
   り上層には小径超砥粒が配置され、前記大径超砥粒の平
   均粒径は、前記小径超砥粒の平均粒径の１．１〜１．４
   倍であることを特徴とする内周刃砥石。
2. 【請求項２】 前記小径超砥粒の粒径分布は、前記平均
   粒径から±２０μｍの範囲内に小径超砥粒の９５％以上
   が含まれ、かつ前記平均粒径から±５μｍの範囲内に小
   径超砥粒の３０〜６０％が含まれる分布であることを特
   徴とする請求項１記載の内周刃砥石。
3. 【請求項３】 薄肉の円環板状をなす台金と、この台金
   の内周縁部の全周に亙って形成された電着砥粒層とを具
   備し、前記電着砥粒層は金属めっき相中に超砥粒を分散
   させたものであり、前記電着砥粒層の少なくとも台金内
   周端面と対向する領域では前記超砥粒が多層状且つラン
   ダムに分散されており、前記超砥粒の平均粒径は４０〜
   ７０μｍであり、その粒度分布は前記平均粒径から±２
   ０μｍの範囲内に超砥粒の９５％以上が含まれ、かつ前
   記平均粒径から±５μｍの範囲内に超砥粒の３０〜６０
   ％が含まれる分布であることを特徴とする内周刃砥石。