JP5441738B2 - Diamond blade manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ダイヤモンドブレード及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a diamond blade and a manufacturing method thereof.
硬質材料、脆性材料、延性材料、樹脂材料等の機械加工が難しい材料（難加工性材料）を切削あるいは切断するための加工工具として、セラミックス等の基材を用い、刃先部にダイヤモンドを設けたダイヤモンドブレードが利用されている。
このようなダイヤモンドブレードとしては、例えば、ダイヤモンド粒子をリング状の基材（支持体）の外周に樹脂によって接着固定したもの、ニッケル等で電着固定したもの、基材の外周にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ)を形成し、ＤＬＣにダイヤモンド粒子を埋設したものなどが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
As a processing tool for cutting or cutting hard-to-machine materials (hard-working materials) such as hard materials, brittle materials, ductile materials, resin materials, etc., a base material such as ceramics was used, and diamond was provided at the cutting edge. A diamond blade is used.
As such a diamond blade, for example, diamond particles are bonded and fixed to the outer periphery of a ring-shaped base material (support) with a resin, electrodeposited and fixed with nickel or the like, diamond-like carbon ( DLC) and diamond particles embedded in DLC have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
また、ＬＥＤを製造するためのサファイア基板に対し、レーザーによって溝入れ加工を行った後、溝入れによって厚みが薄くなった部分に沿って破断して個片化することが提案されている（非特許文献１）。 Further, it has been proposed that a sapphire substrate for manufacturing an LED is grooved by a laser and then ruptured along a portion where the thickness has been reduced by grooving to be separated into pieces (non-non-woven). Patent Document 1).
合成したダイヤモンドを粉砕してダイヤモンド粒子を作製した場合、特に硬さで比較すると、例えば、天然ダイヤモンドがビッカース硬度Ｈｖ１００００に対して、粉砕された合成ダイヤモンドはＨｖ４０００〜５０００と非常に低い。このような粉砕したダイヤモンド粒子を環状のセラミックス基材の外周部に樹脂や電着により固定してダイヤモンドブレードを作製し、例えば半導体ウエーハ用の炭化珪素（ＳｉＣ）基板の切断又は切削加工に用いた場合、加工速度が遅い、ダイヤモンド粒子が脱落し易くブレードの寿命が短い、切削溝の両側に欠け（チッピング）が生じ易い、切削溝の幅が大きくなり易い、といった問題がある。 When diamond particles are produced by pulverizing synthesized diamond, especially when compared in terms of hardness, for example, natural diamond is very low at Hv 4000 to 5000 compared to Vickers hardness Hv 10000. Such pulverized diamond particles are fixed to the outer periphery of an annular ceramic base material by resin or electrodeposition to produce a diamond blade, and used for cutting or cutting of a silicon carbide (SiC) substrate for a semiconductor wafer, for example. In this case, there are problems that the processing speed is slow, the diamond particles are likely to fall off, the blade life is short, chipping is likely to occur on both sides of the cutting groove, and the width of the cutting groove is likely to be large.
一方、基板をレーザーで加熱して切断する場合、装置コストが高くなるほか、特にＳｉＣやサファイアは特に伝熱性が高いため、レーザー照射された箇所の周囲は極めて高温となり、デバイス性能を悪化させるおそれがある。また、レーザーによって切断加工を行う場合、切断箇所に沿って数回にわたってレーザーを走らせる結果、ダイヤモンドブレードによって切断する場合に比べて溝幅が広くなり易い。 On the other hand, when the substrate is heated and cut with a laser, the cost of the apparatus becomes high, and especially SiC and sapphire have particularly high heat conductivity, so the area around the laser-irradiated portion becomes extremely hot and may deteriorate device performance. There is. Also, when cutting with a laser, the groove is likely to be wider than when cutting with a diamond blade as a result of running the laser several times along the cutting location.
本発明は、炭化珪素等の硬質材料の基板を切削又は切断する際に、チッピングの発生を抑制しつつ細い溝幅でも高精度に加工することができる長寿命のダイヤモンドブレード及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a long-life diamond blade capable of processing with high precision even with a narrow groove width while suppressing generation of chipping when cutting or cutting a substrate made of a hard material such as silicon carbide, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do.
本発明では、以下のダイヤモンドブレードの製造方法が提供される。
＜１＞ 環状又は円盤状の金属製の基材を両面から荷重を掛けた状態で支持して前記基材にアニールを施すことにより歪みを除去する工程と、前記アニールを施した基材の少なくとも外周部をダイヤモンド粉末によってスクラッチする工程と、前記ダイヤモンド粉末によってスクラッチした基材の外周部にダイヤモンド粒子を成長させる工程と、を含むダイヤモンドブレードの製造方法。
＜２＞ 前記基材が、モリブデン、タンタル、又はモリブデンもしくはタンタルを含む合金で構成されている＜１＞に記載のダイヤモンドブレードの製造方法。
＜３＞ 前記基材にアニールを施す工程を、水素プラズマ中で行う＜１＞又は＜２＞に記載のダイヤモンドブレードの製造方法。
＜４＞ 前記ダイヤモンド粒子を成長させる工程を、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって行う＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載のダイヤモンドブレードの製造方法。
＜５＞ 前記ダイヤモンド粉末によってスクラッチする工程を、前記基材を前記ダイヤモンド粉末を含む媒体中で超音波処理することによって行う＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載のダイヤモンドブレードの製造方法。
In the present invention, the following method for producing a diamond blade is provided.
< 1 > A step of removing distortion by supporting an annular or disk-shaped metal base material in a state in which a load is applied from both sides and annealing the base material, and at least of the base material subjected to the annealing A method for producing a diamond blade, comprising: a step of scratching the outer peripheral portion with diamond powder; and a step of growing diamond particles on the outer peripheral portion of the substrate scratched with the diamond powder.
< 2 > The method for producing a diamond blade according to < 1 >, wherein the base material is made of molybdenum, tantalum, or an alloy containing molybdenum or tantalum.
< 3 > The method for producing a diamond blade according to < 1 > or < 2 >, wherein the step of annealing the substrate is performed in hydrogen plasma.
< 4 > The method for producing a diamond blade according to any one of < 1 > to < 3 >, wherein the step of growing the diamond particles is performed by a microwave plasma CVD method.
< 5 > The method for producing a diamond blade according to any one of < 1 > to < 4 >, wherein the step of scratching with the diamond powder is performed by subjecting the base material to ultrasonic treatment in a medium containing the diamond powder.
本発明によれば、チッピングの発生を抑制しつつ細い溝幅で高精度に加工することができる長寿命のダイヤモンドブレード及びその製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the long-life diamond blade which can be processed with high precision by a thin groove width, suppressing generation | occurrence | production of chipping, and its manufacturing method are provided.
＜ダイヤモンドブレード＞
本発明に係るダイヤモンドブレードは、環状又は円盤状の金属製の基材と、前記基材の少なくとも外周部に成長させたダイヤモンド粒子群と、を含んで構成されている。
<Diamond blade>
The diamond blade according to the present invention includes an annular or disk-shaped metal base and a group of diamond particles grown on at least the outer periphery of the base.
図１は、本発明に係るダイヤモンドブレードの一例を示すレーザー顕微鏡像である。このダイヤモンドブレードは、環状のモリブデン基材（適宜、「Ｍｏリング」と記す。）の外周部に１μｍ〜１０μｍ程度の粒径を有する多結晶のダイヤモンド粒子群が成長して配置されている。このようにＭｏリングの外周部表面にダイヤモンド粒子群を成長させたダイヤモンドブレードであれば、ダイヤモンド粒子は粉砕に起因する亀裂が無く、硬度が非常に高いため、ＳｉＣ等の硬質材料の切削又は切断に用いても効率良く加工することができ、チッピングの発生を効果的に抑制することができる。また、ダイヤモンド粒子はＭｏリングとの密着性が高く、脱落し難いため長期間にわたって使用することができる。さらに、ダイヤモンド粒子群は樹脂等を介さずにＭｏリングの表面に直接形成されているため、細い溝幅で溝加工することができる。 FIG. 1 is a laser microscope image showing an example of a diamond blade according to the present invention. In this diamond blade, a group of polycrystalline diamond particles having a particle diameter of about 1 μm to 10 μm is grown and arranged on the outer peripheral portion of a cyclic molybdenum substrate (referred to as “Mo ring” as appropriate). In this way, if the diamond blade is a group of diamond particles grown on the outer peripheral surface of the Mo ring, the diamond particles have no cracks caused by crushing and have a very high hardness, so that cutting or cutting of a hard material such as SiC is performed. Even if it uses it, it can process efficiently and generation | occurrence | production of chipping can be suppressed effectively. Moreover, since diamond particles have high adhesion to the Mo ring and do not easily fall off, they can be used for a long period of time. Furthermore, since the diamond particle group is directly formed on the surface of the Mo ring without using a resin or the like, it can be grooved with a narrow groove width.
−基材−
本発明に係るダイヤモンドブレードを構成する基材は、外周が円形である円盤状又は環状のものを採用することができるが、材料コスト、既存のダイシング装置への取り付けなどの点から環状の基材であることが好ましい。
-Base material-
As the base material constituting the diamond blade according to the present invention, a disc-like or annular one having a circular outer periphery can be adopted. However, the annular base material is used in view of material cost, attachment to an existing dicing apparatus, and the like. It is preferable that
基材は、例えば、モリブデン又はタンタルから構成されている。基材がモリブデン又はタンタルから構成されていれば、ブレードの支持体としての機械的強度を有するとともに、基材の表面にダイヤモンド粒子を高い密着強度で成長させることができる。なお、基材はモリブデン又はタンタルを含む合金など、モリブデン又はタンタルの含有量が最も多ければ他の成分が含まれたものでもよいが、機械的強度及びダイヤモンド粒子の成長の観点からモリブデンの組成が１００％に近いほど好ましい。 The base material is made of, for example, molybdenum or tantalum. If the base material is made of molybdenum or tantalum, it has mechanical strength as a support for the blade and can grow diamond particles on the surface of the base material with high adhesion strength. The substrate may contain other components as long as the content of molybdenum or tantalum is the highest, such as molybdenum or an alloy containing tantalum, but the composition of molybdenum is from the viewpoint of mechanical strength and diamond particle growth. The closer to 100%, the better.
基材の厚みは特に限定されないが、ブレードとしての機械的強度を有するとともに、研削幅を狭くする観点から、外周部における厚みは２０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。 The thickness of the substrate is not particularly limited, but the thickness at the outer peripheral portion is more preferably 20 μm or more and 50 μm or less from the viewpoint of having mechanical strength as a blade and reducing the grinding width.
また、基材の外径は、ブレードとしての取扱性、製造コストの抑制、一般的なダイシング装置への適合性などの観点から、２ｃｍ以上２０ｃｍ以下であることが好ましく、２ｃｍ以上５．５ｃｍ以下であることがより好ましい。 Further, the outer diameter of the substrate is preferably 2 cm or more and 20 cm or less, preferably 2 cm or more and 5.5 cm or less from the viewpoints of handleability as a blade, suppression of manufacturing costs, compatibility with a general dicing apparatus, and the like. It is more preferable that
−ダイヤモンド粒子群−
ブレードの刃先部となる基材の外周部には、基材の外周部表面に成長させた多結晶のダイヤモンド粒子群が強固に密着して配置されている。
なお、本明細書において、成長したダイヤモンド粒子群が配置されている基材の外周部とは、外縁部（端面）と、外縁部に沿った両面の内側領域を意味する。被加工物を切断する際、ブレードの両側でチッピングの発生を抑制する観点から、好ましくは外縁（エッジ部）から１ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上の内側領域までダイヤモンド粒子群が配置されていることが望ましい。
-Diamond particle group-
A group of polycrystalline diamond particles grown on the surface of the outer peripheral portion of the base material is disposed in close contact with the outer peripheral portion of the base material that is the blade tip portion of the blade.
In addition, in this specification, the outer peripheral part of the base material in which the grown diamond particle group is arranged means an outer edge part (end face) and inner areas on both sides along the outer edge part. From the viewpoint of suppressing the occurrence of chipping on both sides of the blade when cutting the workpiece, the diamond particle group is preferably arranged from the outer edge (edge portion) to an inner region of 1 mm or more, more preferably 3 mm or more. Is desirable.
ダイヤモンド粒子群を構成するダイヤモンド粒子の粒径は、加工対象にもよるが、ＳｉＣウエーハの切断用のダイヤモンドブレードとする場合は、切削性能を確保するとともに効率的に切断し、かつ、チッピングの発生を効果的に抑制する観点から、平均粒径が好ましくは１μｍ以上２０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下である。
なお、ダイヤモンド粒子の粒径は、レーザー顕微鏡によって測定した値から求められる。具体的には、ダイヤモンド粒子を成長させた基材をレーザー顕微鏡（倍率：１０００倍）で観察したときに、各ダイヤモンド粒子を囲む最小の円の直径（すなわち、最大差し渡し径）がそのダイヤモンド粒子の粒径である。平均粒子径は、基材の外周部に成長したダイヤモンド粒子についてそれぞれの最大長を測定し、任意に抽出した１００個の値から算出される平均値である。
The particle size of the diamond particles constituting the diamond particle group depends on the object to be processed, but when using a diamond blade for cutting SiC wafers, it ensures cutting performance and efficiently cuts and generates chipping. From the viewpoint of effectively suppressing the average particle size, the average particle size is preferably 1 μm to 20 μm, more preferably 1 μm to 10 μm.
The particle size of the diamond particles can be obtained from the value measured with a laser microscope. Specifically, when a substrate on which diamond particles are grown is observed with a laser microscope (magnification: 1000 times), the diameter of the smallest circle surrounding each diamond particle (that is, the maximum passing diameter) is the diameter of the diamond particle. The particle size. The average particle diameter is an average value calculated from 100 values arbitrarily extracted by measuring the maximum length of each diamond particle grown on the outer peripheral portion of the substrate.
なお、ダイヤモンド粒子群の厚みは、高い切削能力を達成する観点から、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。 The thickness of the diamond particle group is preferably 1 μm or more and 20 μm or less, more preferably 1 μm or more and 10 μm or less from the viewpoint of achieving high cutting ability.
＜ダイヤモンドブレードの製造方法＞
次に、本発明に係るダイヤモンドブレードの製造方法について説明する。なお、以下の製造方法は一例であり、本発明に係るダイヤモンドブレードの製造は、以下の製造方法に限定されるものではない。
図２は、本発明に係るダイヤモンドブレードの製造方法の一例の工程を示している。
<Diamond blade manufacturing method>
Next, a method for manufacturing a diamond blade according to the present invention will be described. The following manufacturing method is an example, and the manufacturing of the diamond blade according to the present invention is not limited to the following manufacturing method.
FIG. 2 shows a process of an example of a method for manufacturing a diamond blade according to the present invention.
本発明に係るダイヤモンドブレードの製造方法は、環状又は円盤状の金属製の基材にアニールを施すことにより歪みを除去する工程と、前記アニールを施した基材の少なくとも外周部をダイヤモンド粉末によってスクラッチする工程と、前記ダイヤモンド粉末によってスクラッチした基材の外周部にダイヤモンド粒子を成長させる工程と、を含む。 The method for producing a diamond blade according to the present invention includes a step of removing distortion by annealing an annular or disk-shaped metal substrate, and scratching at least the outer periphery of the annealed substrate with diamond powder. And a step of growing diamond particles on the outer periphery of the substrate scratched by the diamond powder.
（Ａ）アニール工程
まず、金属製の基材にアニールを施すことにより歪みを除去する。
ダイヤモンドブレードの支持体となる基材は、前記したように、好ましくはモリブデンもしくはタンタル又はモリブデンもしくはタンタルを含む合金が使用され、特にモリブデンが好ましい。基材の形状、外径、厚みは前記した通りである。なお、基材の厚みが薄過ぎると、アニールによって基材が高温に曝されたときに反りが生じ易くなる観点からも、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
(A) Annealing process First, distortion is removed by annealing a metal substrate.
As described above, molybdenum or tantalum or an alloy containing molybdenum or tantalum is preferably used as the base material to be the support of the diamond blade, and molybdenum is particularly preferable. The shape, outer diameter, and thickness of the substrate are as described above. In addition, when the thickness of the substrate is too thin, the thickness is preferably 20 μm or more and 50 μm or less from the viewpoint that warpage is likely to occur when the substrate is exposed to a high temperature by annealing.
基材をアニールする条件は、基材の材質や厚みなどにより異なるが、例えば、水素プラズマ中、１０５５℃以上１２７０℃以下の温度で、５分間以上アニールを施す。アニール時間の上限は限定されないが、生産性の観点から１０分以下であることが好ましい。
このような条件下で基材にアニールを施すことによって、歪みが除去され、後のダイヤモンド粒子成長工程における基材の変形（反り、歪みなど）が抑制されることになる。また、アニール中の雰囲気は酸化膜や窒化膜などのダイヤモンド粒子の成長を阻害する薄膜の形成が抑制されれば特に限定されないが、水素プラズマ中であれば、酸化膜や窒化膜などのダイヤモンド粒子の成長を阻害する薄膜の形成を抑制して基材をアニールすることができる。なお、アニール処理を施す際にも基材の変形（反り、歪みなど）を抑制するため、基材の両面から荷重を掛けた状態で支持することが好ましい。
The conditions for annealing the substrate vary depending on the material and thickness of the substrate, but for example, annealing is performed in hydrogen plasma at a temperature of 1055 ° C. or more and 1270 ° C. or less for 5 minutes or more. The upper limit of the annealing time is not limited, but is preferably 10 minutes or less from the viewpoint of productivity.
By annealing the base material under such conditions, the strain is removed, and deformation (warping, strain, etc.) of the base material in the subsequent diamond particle growth step is suppressed. The atmosphere during annealing is not particularly limited as long as the formation of a thin film that inhibits the growth of diamond particles such as an oxide film and a nitride film is suppressed. However, diamond particles such as an oxide film and a nitride film are used in a hydrogen plasma. The substrate can be annealed while suppressing the formation of a thin film that inhibits the growth of the substrate. In order to suppress deformation (warp, distortion, etc.) of the substrate even when the annealing treatment is performed, it is preferable to support the substrate in a state where a load is applied from both sides of the substrate.
アニール工程では、基材の歪みを除去してダイヤモンド粒子の成長工程において基材の変形をより効果的に抑制すること、また、基材の融点未満の温度とすることなどの観点から、１０５５℃以上１２７０℃以下の温度で５分間以上１０分間以下のアニールを施すことが好ましい。 In the annealing step, the distortion of the base material is removed to suppress the deformation of the base material more effectively in the diamond particle growth step, and the temperature is lower than the melting point of the base material. It is preferable to perform annealing at a temperature of 1270 ° C. or lower for 5 minutes to 10 minutes.
（Ｂ）ダイヤモンド粉末によるスクラッチ工程
次に、アニールを施した基材の少なくとも外周部をダイヤモンド粉末（微粒子）によってスクラッチ（種付け）する。
スクラッチに使用するダイヤモンド粉末の粒径は、基材に付着したダイヤモンド粉末の成分を種として次の工程でダイヤモンド粒子を確実に成長させる観点から、好ましくは０．５μｍ以上１００μｍ以下である。
(B) Scratching step with diamond powder Next, at least the outer peripheral portion of the annealed substrate is scratched (seeded) with diamond powder (fine particles).
The particle diameter of the diamond powder used for scratching is preferably 0.5 μm or more and 100 μm or less from the viewpoint of reliably growing diamond particles in the next step using the diamond powder component adhering to the substrate as a seed.
ダイヤモンド粉末で基材の外周部をスクラッチする方法は特に限定されないが、基材をダイヤモンド粉末を含む媒体中で超音波処理することによって行うことが好ましい。このような方法であれば、基材の外周部をダイヤモンド粉末で容易に且つ確実にスクラッチすることができ、スクラッチに用いたダイヤモンド粉末の成分を起点として成長したダイヤモンド粒子は基材の外周部に強固に付着し、ＳｉＣ基板等の硬質材料の切削時に大きな負荷がかかっても脱落し難い。
ダイヤモンド粉末によるスクラッチ時の超音波処理に用いる溶媒としては、例えば、アルコール、アセトン等が挙げられる。
なお、基材の外周部をスクラッチする方法は上記のような超音波処理に限定されず、例えば、ダイヤモンド粉末を基材の外周部にこすりつけてスクラッチしてもよい。
The method of scratching the outer peripheral portion of the substrate with diamond powder is not particularly limited, but it is preferable to perform the ultrasonic treatment of the substrate in a medium containing diamond powder. With such a method, the outer peripheral portion of the base material can be easily and reliably scratched with the diamond powder, and the diamond particles grown starting from the components of the diamond powder used for scratching are formed on the outer peripheral portion of the base material. It adheres firmly and does not easily fall off even when a large load is applied when cutting a hard material such as a SiC substrate.
Examples of the solvent used for ultrasonic treatment at the time of scratching with diamond powder include alcohol, acetone and the like.
In addition, the method of scratching the outer peripheral part of a base material is not limited to the above ultrasonic treatment, For example, you may scratch a diamond powder by rubbing on the outer peripheral part of a base material.
（Ｃ）ダイヤモンド粒子成長工程
次に、ダイヤモンド粉末でスクラッチした基材の外周部にダイヤモンド粒子を成長させる。
ダイヤモンド粒子の成長は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって行うことが好ましい。
使用するマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、マイクロ波導波管と、プラズマ発生用ガス導入口を有し、マイクロ波励起によるプラズマ放電室とを備えていれば特に限定されず、例えば図３に示すような構成を有する装置１０を用いることができる。この装置１０は、チャンバー１２内に、支持台（ホルダ）１８と、支持台１８の上方に設けられたガス導入口１４と、支持台１８の下方に設けられた排気口１６を有している。
支持台１８は、複数のガス導入口１４からチャンバー１２内に導入された原料ガスが基材３０表面に均一に流れるようにチャンバー１２内の略中央に配置されている。また、支持台１８は基材３０を加熱するための加熱手段（ヒータ）を有し、支持台１８を支持する支柱２０は内部で水が循環して水冷する機能を備えている。
(C) Diamond particle growth process Next, a diamond particle is made to grow in the outer peripheral part of the base material scratched with the diamond powder.
The growth of diamond particles is preferably performed by a microwave plasma CVD method.
The microwave plasma CVD apparatus to be used is not particularly limited as long as it has a microwave waveguide, a gas introduction port for plasma generation, and a plasma discharge chamber by microwave excitation. For example, as shown in FIG. An apparatus 10 having a configuration can be used. The apparatus 10 has a support base (holder) 18, a gas introduction port 14 provided above the support base 18, and an exhaust port 16 provided below the support base 18 in the chamber 12. .
The support base 18 is disposed at a substantially central position in the chamber 12 so that the raw material gas introduced into the chamber 12 from the plurality of gas inlets 14 flows uniformly on the surface of the base material 30. Moreover, the support base 18 has a heating means (heater) for heating the base material 30, and the support column 20 that supports the support base 18 has a function of cooling water by circulating water therein.
また、チャンバー１２の上方にはマイクロ波発生手段２２が設けられている。マイクロ波出力はプラズマ領域に影響を与え、出力を大きくすることで、比較的大きな面積を有する基材３０を用いても基材３０の外周部全体に多結晶ダイヤモンド粒子を成長させることができる。 A microwave generating means 22 is provided above the chamber 12. The microwave output affects the plasma region. By increasing the output, polycrystalline diamond particles can be grown on the entire outer periphery of the substrate 30 even when the substrate 30 having a relatively large area is used.
このようなマイクロ波プラズマＣＶＤ装置１０を用いてダイヤモンド成長を行う際、基材の変形を抑制するため、ダイヤモンド粉末でスクラッチした基材の外周部を露出させるとともに両面から荷重を掛けた状態で支持することが好ましい。
例えば、図４Ａに示すように、円形状の収容部１９を有する支持台１８において、Ｍｏ製の上下の保持部材（敷き板３２、重し板３４）の間にＭｏリング３０を挟み込むように配置する。このとき、Ｍｏリング３０の上面の外周部は重し板３４から露出させる。
When performing diamond growth using such a microwave plasma CVD apparatus 10, in order to suppress deformation of the base material, the outer peripheral portion of the base material scratched with diamond powder is exposed and a load is applied from both sides. It is preferable to do.
For example, as shown in FIG. 4A, in the support base 18 having a circular accommodating portion 19, the Mo ring 30 is sandwiched between upper and lower holding members (laying plate 32, weight plate 34) made of Mo. To do. At this time, the outer peripheral portion of the upper surface of the Mo ring 30 is exposed from the weight plate 34.
また、図４Ａに示すように放射温度計３６を用い、重し板３４及び支持台１８の温度を測定することで、Ｍｏリング３０の温度を見積もることができる。
ダイヤモンド粒子を効率的に成長させる観点から、基材３０の表面温度は、好ましくは８５０℃以上９５０℃以下である。
図４Ｂは、基材の両面を支持するための治具の他の例を示している。この治具４０では、モリブデン製の敷き板（下板）４２と重し板（上板）４４の中央部付近にそれぞれネジ穴４２Ａ，４４Ａが対向して設けられている。Ｍｏリング３０の外周部が露出するように敷き板４２と重し板４４との間にＭｏリング３０を挟み込んだ状態でネジ部材４６により一体化することで、Ｍｏリング３０の両面が高い荷重が掛かった状態で強固に保持される。この状態でダイヤモンド粒子を成長させることで、Ｍｏリング３０の変形をより確実に抑制することができる。
また、重し板４４の上面からネジ部材４６が露出せず、重し板４４の上面を半円形又は半楕円形など滑らかな曲面とすることでプラズマの集中が抑制され、Ｍｏリング３０の外周部にダイヤモンド粒子を略均等に成長させることができる。
なお、このような構成の保持治具４０は、アニール工程で用いてもよい。Ｍｏリング３０を治具４０で強固に保持してアニールすることで基材３０の変形を効果的に抑制することができる。
4A, the temperature of the Mo ring 30 can be estimated by measuring the temperature of the weight plate 34 and the support base 18 using a radiation thermometer 36.
From the viewpoint of efficiently growing diamond particles, the surface temperature of the substrate 30 is preferably 850 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.
FIG. 4B shows another example of a jig for supporting both surfaces of the substrate. In this jig 40, screw holes 42 </ b> A and 44 </ b> A are respectively provided in the vicinity of the center portion of a molybdenum laying plate (lower plate) 42 and a weight plate (upper plate) 44. By integrating with the screw member 46 in a state where the Mo ring 30 is sandwiched between the laying plate 42 and the weight plate 44 so that the outer peripheral portion of the Mo ring 30 is exposed, a high load is applied to both sides of the Mo ring 30. Holds firmly in the hung state. By growing diamond particles in this state, deformation of the Mo ring 30 can be more reliably suppressed.
Further, the screw member 46 is not exposed from the upper surface of the weight plate 44, and the upper surface of the weight plate 44 is formed into a smooth curved surface such as a semicircular shape or a semi-elliptical shape, so that plasma concentration is suppressed and the outer periphery of the Mo ring 30 is Diamond particles can be grown substantially uniformly on the portion.
Note that the holding jig 40 having such a configuration may be used in the annealing step. By holding the Mo ring 30 firmly with the jig 40 and annealing, the deformation of the base material 30 can be effectively suppressed.
Ｍｏリング３０を支持台１８上に配置した後、ガス導入口１４から原料ガスを流してプラズマを発生させて温度を上昇させ、基材３０の温度が所定の温度（例えば９００℃）となるよう圧力、マイクロ波出力等を調整する。ここで、原料ガスとしては、メタン及び水素をそれぞれ一定の割合で含む混合ガスを用いる。 After the Mo ring 30 is disposed on the support base 18, a raw material gas is flowed from the gas inlet 14 to generate plasma to raise the temperature so that the temperature of the substrate 30 becomes a predetermined temperature (for example, 900 ° C.). Adjust pressure, microwave output, etc. Here, a mixed gas containing methane and hydrogen at a certain ratio is used as the source gas.
水素ガスは、キャリアーガス、基材のエッチング、成長粒子のエッチング、微細粒子の成長抑制、メタン分子のプラズマ化の促進などに寄与する。水素濃度が低過ぎると、極微細粒子の成長が顕著となって目詰まりが生じ易くなるとともに、ダイヤモンド粒子の先端の欠けが発生し易いなどの問題が生じる。一方、水素濃度が高過ぎると、成長したダイヤモンドに対するエッチング速度が速くなり、極微細粒子の成長が抑制される反面、切削に寄与し易い１μｍ以上２０μｍ以下の粒径を有するダイヤモンド粒子の成長も抑制されたり、ダイヤモンド粒子のエッジが平坦となって研削能力が低下するおそれがある。 Hydrogen gas contributes to carrier gas, substrate etching, growth particle etching, fine particle growth suppression, promotion of methane molecularization into plasma, and the like. If the hydrogen concentration is too low, the growth of ultrafine particles becomes prominent and clogging is likely to occur, and problems such as chipping of the tips of the diamond particles are likely to occur. On the other hand, if the hydrogen concentration is too high, the etching rate for the grown diamond is increased and the growth of ultrafine particles is suppressed. Or the edges of the diamond particles may become flat and the grinding ability may decrease.
本発明者は、原料ガス濃度について実験を繰り返して研究した結果、原料ガス中の各成分の濃度（流量比）は、好ましくはメタンを１％〜１０％、水素を９０％〜９９％、より好ましくはメタンを１％〜５％、水素を９５％〜９９％の範囲でそれぞれ含む原料ガスを用いてマイクロ波プラズマＣＶＤを行うことで、粒径のばらつきが小さいダイヤモンド粒子を効率的に成長させることができることを見出した。 As a result of repeating the experiment on the raw material gas concentration, the present inventor has found that the concentration (flow rate ratio) of each component in the raw material gas is preferably 1% to 10% for methane, 90% to 99% for hydrogen, and more. Preferably, by performing microwave plasma CVD using a source gas containing methane in a range of 1% to 5% and hydrogen in a range of 95% to 99%, diamond particles having a small variation in particle diameter are efficiently grown. I found that I can do it.
チャンバー１２内の圧力は、投入ガス量に影響し、目標とするダイヤモンド粒子の粒径及び数密度（占有率）にもよるが、例えば５０〜２００Ｔｏｒｒに設定する。 The pressure in the chamber 12 affects the input gas amount, and depends on the target diamond particle size and number density (occupancy), but is set to 50 to 200 Torr, for example.
マイクロ波出力は、チャンバー１２の大きさ等によって異なるが、例えば、３〜５ｋＷに設定する。 The microwave output varies depending on the size of the chamber 12, but is set to 3 to 5 kW, for example.
処理時間（成長時間）も目標とするダイヤモンド粒子の粒径及び数密度（占有率）にもよるが、例えば、片面につき０．５時間〜８時間、すなわち両面で１時間〜１６時間程ダイヤモンド成長を行うことで、粒径が１〜１０μｍ程度のダイヤモンド粒子群が密に形成される。
ダイヤモンド粒子の成長工程では、Ｍｏリング３０の片面の外周部にダイヤモンド粒子を成長させた後、Ｍｏリング３０を裏返した状態で再度治具４０で保持し、再度ダイヤモンド粒子を成長させればよい。これにより、図９に示すように、Ｍｏリング３０の外周部の両側にダイヤモンド粒子群５０が形成される。
The processing time (growth time) also depends on the target diamond particle size and number density (occupancy), but for example, diamond growth is 0.5 to 8 hours per side, that is, 1 to 16 hours on both sides. As a result, a group of diamond particles having a particle size of about 1 to 10 μm is densely formed.
In the diamond particle growth step, diamond particles are grown on the outer peripheral portion of one side of the Mo ring 30, and then the Mo ring 30 is turned upside down and held by the jig 40 again to grow the diamond particles again. Thereby, as shown in FIG. 9, diamond particle groups 50 are formed on both sides of the outer peripheral portion of the Mo ring 30.
上記のようにして基材３０の両面の外周部にダイヤモンドを成長させることで、図１に示したように、１μｍ以上１０μｍ以下の平均粒径を有するダイヤモンド粒子群が形成されたダイヤモンドブレード（ダイヤモンドカッター）を得ることができる。
得られたダイヤモンドブレードは、例えば回転軸に固定し、これをダイシング装置にセットしてＳｉＣ基板、サファイア基板などの切削や切断に好適に使用することができる。
By growing diamond on the outer peripheral portions of both surfaces of the substrate 30 as described above, as shown in FIG. 1, a diamond blade (diamond having a diamond particle group having an average particle diameter of 1 μm or more and 10 μm or less is formed. Cutter).
The obtained diamond blade can be suitably used for cutting and cutting of a SiC substrate, a sapphire substrate, etc., for example, by fixing to a rotating shaft and setting it on a dicing apparatus.
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
＜実施例１＞
−アニール−
モリブデン製のリング（外径５２ｍｍ、厚さ５０μｍ）を用意し、以下の条件でアニール処理を行った。
雰囲気：水素プラズマ
温度：１０５５〜１２７０℃（リング内で温度ムラ有り）
時間：５分間
<Example 1>
-Annealing-
A ring made of molybdenum (outer diameter 52 mm, thickness 50 μm) was prepared and annealed under the following conditions.
Atmosphere: Hydrogen plasma Temperature: 1055 to 1270 ° C. (There is temperature unevenness in the ring)
Time: 5 minutes
−スクラッチ−
アニール後、Ｍｏリングにダイヤモンド粉末でスクラッチを行った。イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）２０ｍｌにダイヤモンドパウダー（品名：「０−２」、粒径：０．９μｍ）を０．３ｇ加え、これにＭｏリングを浸して超音波洗浄（２０分間）を行った。
-Scratch-
After annealing, the Mo ring was scratched with diamond powder. 0.3 g of diamond powder (product name: “0-2”, particle size: 0.9 μm) was added to 20 ml of isopropyl alcohol (IPA), and a Mo ring was immersed in this to perform ultrasonic cleaning (20 minutes).
−ダイヤモンド成長−
試料ホルダへ直接Ｍｏリングを設置し（敷板・重し板無し）、以下の条件でダイヤモンド粒子を成長させた・
マイクロ波出力：５ｋＷ
チャンバー内圧力：６０Ｔｏｒｒ
原料ガス（ｓｃｃｍ）：Ｈ２：ＣＨ４＝５００：１０
基材温度：９００℃以下
合成時間：３０分間（片面）
合成平均速度：０．３μｍ／ｈｒ
-Diamond growth-
A Mo ring was installed directly on the sample holder (no laying plate / overlap plate), and diamond particles were grown under the following conditions:
Microwave output: 5kW
Chamber pressure: 60 Torr
Source gas (sccm): H 2 : CH 4 = 500: 10
Substrate temperature: 900 ° C. or less Synthesis time: 30 minutes (one side)
Synthesis average speed: 0.3 μm / hr
上記のようにＭｏリングの外周部に合成したダイヤモンド粒子をレーザー顕微鏡で観察すると、ダイヤモンド粒子が付着し、Ｍｏリングはダイヤモンド合成後も弾性を維持していた。また、ダイヤモンド粒子の平均粒径は、１０μｍであった。 When the diamond particles synthesized on the outer periphery of the Mo ring as described above were observed with a laser microscope, the diamond particles adhered, and the Mo ring maintained elasticity even after the diamond synthesis. Moreover, the average particle diameter of the diamond particles was 10 μm.
図５は、ダイヤモンド粒子を成長させたＭｏリングの外周部付近を撮影したレーザー顕微鏡像である。図６は、図５のＡで示す領域を拡大して示す図であり、図７は、ダイヤモンド粒子の成長を２回行った後、図５のＡで示す領域を拡大した図である。Ｍｏリングの外周部にダイヤモンド粒子群が密集して形成されていることがわかる。 FIG. 5 is a laser microscope image obtained by photographing the vicinity of the outer peripheral portion of the Mo ring on which diamond particles are grown. FIG. 6 is an enlarged view of the region indicated by A in FIG. 5, and FIG. 7 is an enlarged view of the region indicated by A in FIG. 5 after the diamond particles are grown twice. It can be seen that the diamond particles are densely formed on the outer periphery of the Mo ring.
−切削評価−
得られたダイヤモンドブレードをダイシング装置（東京精密社製、品名：オートマチックダイシングマシン ２５００Ａ／Ｔ型）にセットし、以下の条件によりＳｉＣ基板（直径：３インチ、厚さ：３５０μｍ）を切削した。
ブレード回転数：３万ｒｐｍ
送り速度：１ｍｍ／秒
カットモード：ダウンカット
切り込み深さ：１回当たり０．１ｍｍ
ＳｉＣウエーハを上記加工条件で長さ１０ｍｍの切削試験を合計５回行った（０．１ｍｍ×１を１回、０．１×２を２回、０．１ｍｍ×３を２回）。
-Cutting evaluation-
The obtained diamond blade was set in a dicing apparatus (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., product name: automatic dicing machine 2500A / T type), and a SiC substrate (diameter: 3 inches, thickness: 350 μm) was cut under the following conditions.
Blade rotation speed: 30,000 rpm
Feed rate: 1 mm / sec Cut mode: Down cut Depth of cut: 0.1 mm per stroke
The SiC wafer was subjected to a total of 5 cutting tests with a length of 10 mm under the above processing conditions (0.1 mm × 1 once, 0.1 × 2 twice, 0.1 mm × 3 twice).
切削溝を顕微鏡で観察したところ、図８に示すように切削回数が増えるにつれてチッピングの発生が大きく減った。約６０μｍ幅の切削溝が形成され、チッピングの発生はほとんど無かった。
実施例１のダイヤモンドブレードでは、Ｍｏ基材の外周部に比較的大きなダイヤモンド粒子も成長していたが、巨大な粒子は初期の研削で脱落し、切削に有効なダイヤモンド粒子が相対的に増えることでチッピングの発生が抑制されたと考えられる。
また、１００回切削を行っても、巨大なダイヤモンド粒子以外はほとんど脱落せず、切削能力はほとんど低下しなかった。
When the cutting groove was observed with a microscope, the occurrence of chipping was greatly reduced as the number of cuttings increased as shown in FIG. Cutting grooves with a width of about 60 μm were formed, and there was almost no occurrence of chipping.
In the diamond blade of Example 1, relatively large diamond particles were also grown on the outer periphery of the Mo base, but the huge particles dropped off during the initial grinding, and the diamond particles effective for cutting increased relatively. It is thought that the occurrence of chipping was suppressed.
Moreover, even if it cut 100 times, except for a huge diamond particle, it hardly dropped out and the cutting ability hardly decreased.
以上、実施形態及び実施例を説明したが、本発明に係るダイヤモンドブレード及びその製造方法は、上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。
例えば、本発明に係るダイヤモンドブレードを用いた被加工物はＳｉＣ基板に限定されず、例えばサファイア基板に対しても好適であり、他の難加工性材料の切削加工に用いてもよい。
As mentioned above, although embodiment and the Example were described, the diamond blade which concerns on this invention, and its manufacturing method are not limited to the said embodiment and Example.
For example, the workpiece using the diamond blade according to the present invention is not limited to a SiC substrate, but is suitable for a sapphire substrate, for example, and may be used for cutting other difficult-to-work materials.
１０ マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
１２ チャンバー
１４ ガス導入口
１６ 排気口
１８ 支持台（試料ホルダ）
２０ 支柱
２２ マイクロ波発生装置
３０ 基材（リング）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microwave plasma CVD apparatus 12 Chamber 14 Gas introduction port 16 Exhaust port 18 Support stand (sample holder)
20 Prop 22 Microwave generator 30 Base material (ring)
Claims (5)
前記アニールを施した基材の少なくとも外周部をダイヤモンド粉末によってスクラッチする工程と、
前記ダイヤモンド粉末によってスクラッチした基材の外周部にダイヤモンド粒子を成長させる工程と、
を含むダイヤモンドブレードの製造方法。 A step of removing the strain by supporting an annular or disk-shaped metal substrate in a state where a load is applied from both sides and annealing the substrate ; and
Scratching at least the outer periphery of the annealed substrate with diamond powder;
Growing diamond particles on the outer periphery of the substrate scratched by the diamond powder;
A method for producing a diamond blade comprising:
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