JP5885369B2 - ダイシングブレード - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置や電子部品が形成されたウェーハ等のワークに対して切断や溝入れなどの切断加工を施すダイシングブレードに関する。

半導体装置や電子部品が形成されたウェーハ等のワークを個々のチップに分割するダイシング装置には、少なくともスピンドルによって高速に回転されるダイシングブレードと、ワークを載置するワークテーブルと、ワークテーブルとブレードとの相対的位置を変化させるＸ、Ｙ、Ｚ、θの各移動軸が設けられており、これらの各移動軸の動作によってワークに対して切断や溝入れなどの切断加工を施す。

このようなダイシング装置で用いられるダイシングブレードとしては、これまでに各種提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、ダイヤモンド砥粒をニッケルや銅等の軟質の金属との合金を結合材として、電気メッキ技術を用いた電鋳法で金属母材（アルミフランジ）の端面に固着させた電鋳ブレードが記載されている。

特許文献２には、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって硬度が互いに異なるダイヤモンド層を順次積層することにより、複数のダイヤモンド層からなる基材により構成されるダイヤモンドブレードが記載されている。

特開２００５−１２９７４１号公報 特開２０１０−２３４５９７号公報

ところで、近年、半導体パッケージの小型化、高集積化への要求が高まっており、半導体チップの薄片化が進んでいる。これに伴って、例えば厚さ１００μm以下の極薄のワークが要求されるようになってきている。このような極薄のワークは非常に割れやすいので、極薄のワークをダイシングする場合には、ダイシングブレードによって形成される切断溝の溝幅をできるだけ細くする必要がある。例えば、厚さ１００μm程度のワークを切断加工する際は、ダイシングブレードの刃厚として、ワークの厚みよりも薄くする必要があり、少なくとも１００μm以下の厚みとする必要がある。仮にワークの厚みよりも厚い刃厚のダイシングブレードで切断加工を行った場合、ワークが切断される以前に割れてしまうことがある。このため、例えば、厚さ５０μm程度のワークに深さ３０μm程度の溝入れ加工を行う場合には、当然のことながら、溝の幅も３０μm以下にしなくてはならないため、ダイシングブレードの刃厚を３０μm以下に抑える必要がある。

しかしながら、従来のダイシングブレードには以下に示す技術的な問題があり、極薄のワークに対して安定して精度良く切断加工を行うことができない。

また、脆性材料については、割れの原因となるクラックを回避することが難しい。銅やアルミニウムおよび有機フィルムや樹脂などの延性を有する材料については、割れない一方、バリが出やすい性質を有し、バリの発生を回避することが難しい。

(突き出し調整不可によるクラックの問題)
まず、特許文献１に記載される電鋳ブレードは、図１９に示すように、ダイヤモンド砥粒９２が結合材（メタルボンド）９４内に散在しており、表面には鋭利な先端部を有するダイヤモンド砥粒９２が突出した状態となっている。このとき、ダイヤモンド砥粒９２の突出位置や突出量はばらばらであり、原理的に砥粒突き出しを精度良く制御することは困難である。このため、１つの加工単位における切り込み深さを高精度に制御することはできない。特に厚さが１００μm以下の極薄のワークに対して切断加工が行われる場合、ある一定以上の切り込みでクラックが発生し、ダイヤモンド砥粒の先端部がワークに対して致命的な切り込みを与えてしまうことがある。その結果、クラック同士が結びつくことで、多かれ少なかれチッピングや欠けが発生してしまう問題がある。

このような問題が生じる原因としては、電鋳ブレードの表面形態にある。すなわち、図１９に示したように、電鋳ブレードにおいてはダイヤモンド砥粒９２が結合材９４によって結合されているが、その表面形態は結合材９４の中にダイヤモンド砥粒９２が散りばめられた形で存在している。そのため、電鋳ブレードにおいては、全体的な平均高さ位置となる基準平面９８は結合材９４の表面近くに存在し、その基準平面９８からダイヤモンド砥粒９２が突出する状態となっている。そして、この状態でダイシング加工を進めていくと、ダイヤモンド砥粒９２ではなく、それを結びつける結合材９４の表面部分が目減りし、ダイヤモンド砥粒９２の突出量がさらに大きくなる。このようなことから、上述のように、ダイヤモンド砥粒９２の突出位置や突出量を精度良く制御することは困難である。

特に電鋳ブレードの場合は、自生発刃なる用語があるように、切断途中で摩耗したダイヤモンド砥粒９２はそのまま脱落し、次にその下にある新しいダイヤモンド砥粒９２が作用する形態となる。しかし、こうしたダイヤモンド砥粒９２の脱落を容認すると、脱落したダイヤモンド砥粒９２がブレードとワークの間に入り込み、結果的にクラックを助長することになる。

(鋭利化が困難な問題)
また、電鋳ブレードの場合、機械加工によってブレード先端部を薄く鋭利に加工しようとしても、ダイヤモンド砥粒がまばらに存在するため、一様に薄く加工したり、テーパをつけるように加工しようとしても、その加工に伴って表面からダイヤモンド砥粒が脱落してしまうので、ブレード先端部を鋭利化することには限界がある。

すなわち、薄いブレードを製作するためには、電着のメッキをする際に、一様に薄くメッキしたものを製作し、それを基材から取り外してブレードにするが、ブレードにしたものを後から加工によって成形し、薄くすることは困難である。

(熱伝導性の悪さからくる熱蓄積の問題)
また、電鋳ブレードは、熱伝導性が悪く、切断加工時に溝側面との摩擦抵抗による発熱によってブレード内に熱が蓄積されやすく、ブレードの反りを招く恐れもある。

電鋳ブレードがニッケルを結合材として製作された場合、表１に示すように、ニッケルの熱伝導率はせいぜい92W/m・K程度である。また、銅を結合材とした場合でも398W/m・K程度の熱伝導率しかない。このようにブレードの熱伝導性が悪いと、熱が蓄積されやすくブレードが反ることや、加工中の発熱でダイヤモンドがグラファイト化することもあるため、純水をかけながら冷却して加工を行う場合が多い。なお、ダイヤモンドの熱伝導率は2100W/m・Kであり、ニッケルや銅とは桁違いの熱伝導率を有する。

(恣意的な等間隔の切れ刃が形成できない問題)
一方、特許文献２に記載されるダイヤモンドブレードには、以下に示すような問題がある。

まず、上記のダイヤモンドブレードはＣＶＤ法で形成されているため、非常に緻密な膜で形成されたブレードとなるが、その結果、ダイヤモンドブレードの表面はほとんど平面状になり、恣意的に切り込みを与えるための凹み形状や切り屑除去のためのポケットを形成することができない。また、結果的に微小な凹凸が形成されたとしても、成膜前に恣意的に粒界の大きさを設定できない。したがって、凹凸のピッチなどを恣意的に設計できるものではない。

(積層の場合のバイメタル効果の問題)
また、異なる組成のダイヤモンド層を積層して形成する場合、その組成によって熱膨張が変化しやすくなる。このため、ダイシング加工中に発熱してくると各ダイヤモンド層間で熱応力が発生し、ブレードの真円度や平面度を維持できなくなる可能性がある。このとき、場合によっては反りが発生することもある。特にブレードが薄くなると、その影響はより顕著となる。

（CVD成膜によるブレード製作における振れ精度の問題）
また、ＣＶＤ法でダイヤモンドブレードを製作する場合、成膜分布によってブレードの刃厚分布が決定される。特に成膜分布にうねりがある場合に、そのうねりを除去することはできない。すなわち、機械加工でうねりを除去しようとしても、クラックが入るなどしてしまい、薄いブレードを成形することは困難である。したがって、高精度な振れのないスピンドルフランジに基準面同士を合わせて取り付け、振れ精度を向上させることは原理的に難しい。

(異種材料を接合することによる平面度確保)
また、ブレードによる切断溝の溝幅を細くするためにはブレードの外周部（先端部）はできるだけ細い方が好ましいが、フランジに当接させる部分は高精度な基準となる平面を維持するため反りが発生しない程度の厚みを必要とする。しかし、ブレードを一体物として製作する上で、こうした厚みの異なる部分を有するブレードとする場合、成膜による方法では、一体物で製作することはできず実質不可能である。なお、そのために異種の材料を接合するのでは、熱応力の関係から変形し、真円度、平面度を乱してしまうため、後述する本発明のような延性モードの加工を実現することはできない。ここで、研削や切削加工を行う際に、螺旋形や流線形の切り屑が出るような状態でワークの加工を行う場合を延性モードの加工という。

また、ブレード外周に高硬度のダイヤモンドチップを埋め込む構成は、ダイヤモンド部分と基材の部分で熱膨張や熱伝導率が異なるため、バイメタル効果でブレード全体の平面度を確保しにくい他、チップを円周状に配列すると、温度分布が軸対称のきれいな温度分布にならないため、やはり熱応力によって平面度が悪化することになってしまう。

また、クラックフリーの延性モードダイシングにするためには、0.1mm以下の薄いブレードで極局所的な領域に溝入れないしは切断幅を限定する必要があるが、ダイヤモンドチップと母材を張り合わせた構成ではこのような薄いブレードを形成することはできない。ダイヤモンドチップ部とその他の母材部分の連続的な平面度を確保することが難しい。

さらには、ダイヤモンドチップ部分は極めて硬度が高いが、母材の金属の部分の弾性効果で、ダイヤモンドチップが受ける衝撃を母材部分が吸収してしまうことがある。延性モードで加工を行う場合は、極微小な切込みを継続的に入れる必要があるが、こうした衝撃を母材が吸収してしまうと、極微量な切込みの下で延性モードの加工を行うことはできない。

以上から、熱伝導の点、形状的な平面度や平面の連続性の点、加工による衝撃を吸収せず局所的に効果的なせん断力を与える点などに照らすと、ダイヤモンドチップを埋め込むブレードは、問題となる。

(成膜方法では、膜堆積方向により応力分布が異なりブレード反りが発生)
また、上記のダイヤモンドブレードでは、ＣＶＤ法によって成膜されたダイヤモンド層からなる膜内に圧縮応力が形成されるので、膜が堆積するにしたがって、応力の入り方が異なる。このため、最終的に膜を剥してブレードにする際に、左右の両面において圧縮応力の入り方に違いがあり、結果的にブレードが大きく反ることになる。こうしたブレードの反りを修正するにしても、修正する手段はなく、膜の応力によって歩留りが悪くなることが懸念される。

(スクライビングの問題)
また、他の問題として、ブレード自体の問題ではないが、たとえ、ブレードを精度よく製作し、先端部が鋭利でかつ、切断加工時の熱においても平面状態が変化することのない理想的なブレードを製作できたとしても、そのブレードの使用方法も重要となる。特に、ブレード自体をワークに対して鉛直方向に押圧してクラックを与えて切り進めるスクライビングなどの場合は、明らかに脆性破壊を利用した加工となるため、後述する本発明のような延性モードの加工を行うことはできない。

スクライビングでは、ワークとブレードは滑らないように相対速度は０にする。ブレード構成として、スクライビングの場合、材料に垂直応力を与えるためブレードはフリーで回転することが必要となり、ブレード内の軸受ないしは軸部分を鉛直下方に押圧する形式となる。

ブレードをワークに沿ってスライドさせるためのブレード保持部分と、ワークと接して回転するブレード部分は、完全固定していてはならない。ブレードに対してまったく遊びが存在せず、モータに直結していることはない。

こうしたことから、従来のスクライビングのブレード構成では、軸と軸受け部分の間の摺動部分が重要となる。

ちなみに、本願はスクライビングではないため、モータとブレードは直結した構造となっており、軸と軸受けという関係は存在せず、嵌め合いで精度よく同軸構成で組み込んでいる。

そのためには、ブレード端面とモータ直結のフランジ端面との面合わせが重要になる。すなわち、ダイシングのブレードにはフランジ端面と合わせるための基準平面が必要となる。

(ワークに対して一定切込み深さを維持してカッティングすること)
また、切断するに従って除去体積が大きく変化して、１つの切れ刃が除去する体積自体が変化し、その結果、1つの切れ刃が除去する上での所定の臨界切り込み深さを制御できず、結果的に、切断加工中に切断抵抗が大きく変化して、そのアンバランスさからワーク材料内にクラックを及ぼす場合もある。こうした場合も、脆性破壊を誘発する原因となり、延性モードの加工を実現することはできない。すなわち、ワークに対して微視的に一つの切れ刃が一定の切込み深さを維持するために、ワークに対しても一定の切込みを与えて加工中は定常状態を確保する必要がある。

また、ワークが平板状試料ではない場合は、ワークを固定することがうまくできない場合がある。例えば、円柱状のワークをそのまま切断する場合、ワークが動いてしまい、切込みが一定でないばかりか、ワークが切断により振動することもある。

次に一方で、最近はＣｕ/Low-k材料（銅材と低誘電率の材料が混在した材料）のように延性材料と脆性材料が混在した材料もある。Low-k材料のように脆性材料においては、脆性破壊を起こさないように材料の変形域内でワークを加工しなければならない。その一方で、Ｃｕは、延性材料であるために割れることはない。しかし、こうした材料は、割れない一方で非常に延びる傾向にある。こうした延性の高い材料は、ブレードにまとわりつくと共に、ブレードが抜ける部分で大きなバリを発生させる。また、円形ブレードでは上部にひげのようなバリを形成する場合も多い。

また、延性の高い材料では、カットしても材料がブレードに引きずられる場合、ブレードにまとわりつく問題がある。ブレードにまとわりつくと、ブレードの目詰まりを早くしてしまい、ブレードの切れ刃部分がワーク材料で覆われてしまい、研削能力が著しく低下する問題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、脆性材料から構成されるワークに対しても、クラックや割れを発生させることなく、延性モードで安定して精度良く切断加工を行うことができ、一方、延性材料に対してはバリを発生させることがなく、ブレードに対する目詰まりの進行を抑えるダイシングブレードを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一形態に係るダイシングブレードは、平板状のワークを一定の切込み深さで相対的にスライドさせて切断ないしは溝入れ加工するためにスピンドルに取り付ける回転ダイシングブレードであって、前記ダイシングブレードは、ダイヤモンド砥粒を焼結して形成されたダイヤモンド焼結体によって円盤状に一体的に構成され、前記ダイヤモンド焼結体は前記ダイヤモンド砥粒の含有量が８０ｖｏｌ％以上である。

本発明において、前記ダイシングブレードの外周部には、前記ダイヤモンド焼結体の表面に形成された凹部からなる微小切刃が周方向に沿って連続して設けられていることが好ましい。

ダイヤモンド焼結体で構成されているために、従来のダイヤモンドより軟らかい結合材で電着されたダイヤモンド電着による材料とは全く異なる。

従来の電着ダイヤモンドの場合、ダイヤモンドに比べて結合材が後退するためにダイヤモンドが突出し、結果的に平均的な水準線に対してダイヤモンド砥粒の突き出しが大きくなっていた。その結果、突き出し量が大きい砥粒部分で過大な切込み深さとなり、材料固有の臨界切込み深さを越えてクラックを及ぼしてしまう。

それに対して本願の場合は、ほとんどダイヤモンドで構成されており、ダイヤモンドで囲まれた凹みの部分が切れ刃となる。そのため、回りが後退して突出した砥粒が形成されることはない。その結果、過大な切込み深さとなることはなく、凹部が切れ刃として作用する。平面の基準面がダイヤモンド面であって、そのところどころに凹み部分が存在するので、基本的には凹み部分が切れ刃として加工を行うことになる。

このように、ダイヤモンド砥粒が全体の中で支配的に存在し、その間に拡散して残された焼結助剤が存在することで、形成される切れ刃は、ダイヤモンド砥粒の中に形成された凹みの切れ刃になる。また、この際のダイヤモンド砥粒の含有率については、後に述べるが８０％以上のダイヤモンド砥粒の含有量を有して初めて、その空き部分が切れ刃として作用する。含有率が減少すると、ダイヤモンド砥粒で形成される外縁に凹みの部分が形成されるという形式ではなく、凹凸部分がほとんど同じになるか、凸部が支配的になり、相対的に突出する部分が生まれ、ワークに致命的なクラックを及ぼさない一定以下の安定した切込み深さを与える切れ刃とならない。

また、本願ブレードは焼結ダイヤモンドで構成されていることが大きい特徴となる。焼結ダイヤモンドは、あらかじめ粒径が揃えられたダイヤモンドを敷き詰め、微量の焼結助剤を添加して、高温高圧化で製作される。焼結助剤は、ダイヤモンド砥粒内に拡散して、結果的にダイヤモンド同士を強固に結びつけることになる。

電着ブレードや電鋳ブレードでは、ダイヤモンド同士が結びつくのではない。ダイヤモンドがちりばめられたものを周りの金属で固めることでダイヤモンド砥粒を固める方式である。

焼結の場合は、焼結助剤がダイヤモンド内に拡散することでダイヤモンド粒子同士が強固に結びつく。ダイヤモンド粒子同士を結合することによってダイヤモンドの特性を生かすことができる。ダイヤモンドの剛性、硬度、熱伝導などにおいて、ダイヤモンド含有量が多ければ、ほぼダイヤモンドに近い物理物性を生かすことが可能になる。これはダイヤモンド同士を結合させることによる。

電鋳ブレードなどの他の製法と比較して、高温高圧化で焼成されて製作されることで、ダイヤモンド同士が結びつく。こうした焼結ダイヤモンドは、例えばＧＥ社のコンパックスダイヤモンド(商標)などがこれに相当する。コンパックスダイヤモンドは、単結晶で構成される微粒子同士を焼結助剤で結合させている。

ダイヤモンドの含有量でいえば、天然ダイヤモンドや人工ダイヤモンドなども当然ながらダイヤモンド含有量は多く、強固なダイヤモンドとして存在する。こうした単結晶ダイヤモンドは、脱落する際にはへきかい面に沿って割れを起こしやすい。たとえば、すべてのブレードを単結晶ダイヤモンドにした場合、円盤状に成形したとしても、ある方向にへきかい面があるとへきかい面から二つに割れてしまうこともある。加工の進行によってダイヤモンドが摩耗する場合にも、へきかい面に沿った面方位に依存して摩耗が起こるという問題もある。

単結晶ダイヤモンドの場合、ダイヤモンドが摩耗する過程で、どのような単位で摩耗させていくのか、材料内での摩耗過程を厳密に制御することはできない。

一方、同様にＤＬＣ(ダイヤモンドライクカーボン)のようにＣＶＤで気相成長して製作された部材も多結晶体とされるが、結晶粒界の大きさを精度よく制御することができない。そのため、粒界から摩耗する際にも、どの程度均一に摩耗させるか設定することはできず、加工によって摩耗し脱落する結晶単位や粒界の単位を厳密に制御することはできない。よって、時として大きく欠損したり、一部の欠陥に過剰な応力が入って大きく割れたりといったことが起こりうる。

それに対して、ダイヤモンド微粒子同士を高温高圧化で焼成したＰＣＤ（Polycrystalline Diamond）においては、ＤＬＣなどと同様に多結晶ダイヤモンドとされるが、その結晶構成は全く異なる。微粒子同士を焼成したＰＣＤは、ダイヤモンド微粒子自体は単結晶体であり、非常に硬度の高い完全な結晶体である。ＰＣＤは、その単結晶体同士を結合させるために、焼結助剤を混ぜて単結晶同士を結びつけている。その際、結合部分は完全に方位は揃わないため、全体としては単結晶ではなく多結晶体として結合する形になる。そのため、摩耗過程でも結晶方位依存性は存在せず、どの方向であっても一定の大きい強度を有する。

以上から、ＰＣＤの場合は、すべての構成は、完全な単結晶ではないため多結晶ではあるが、大きさが揃った微小な単結晶が密に集合した状態での多結晶体である。

こうした構成により加工における摩耗過程において、外周の切れ刃の状態および外周切れ刃のピッチ単位の制御の点で、精度よく初期の状態を維持することができる。ダイシングによって摩耗していく過程で、単結晶そのものが割れることよりも、単結晶と単結晶とをつなぐ部分が硬度や強度的にも相対的に弱いので、その粒界部分から結合がきれて脱落していく。

ＰＣＤにおいては、切れ刃を形成する上で、単結晶の間にある結晶粒界に沿って摩耗していくので、自然に等間隔な切れ刃が設定されることになる。こうしてできた凹凸はすべて切れ刃になる。また、等間隔に存在する自然な凹凸の切れ刃の間にも、粒子の粒界による凹凸の切れ刃も存在し、これらすべてがダイヤモンドで構成されるため切れ刃として存在する。

こうした本願ブレードがＰＣＤによる構成であることと、円盤形状であることとも相まって、特に効果を発揮する。円盤状の外周に切れ刃が存在し、それが加工点に順次作用する形で加工点に到達する。切れ刃は、加工中に絶えず加工点にあるわけではなく、回転しながら極部分円弧だけで加工に寄与するため、加工と冷却が繰り返されるため先端部が過剰に過熱されることは無く、その結果、ダイヤモンドが熱化学的に反応することなくなり安定して加工に寄与することになる。

次に、等間隔な切れ刃の形成は、後に述べる本願の課題である延性モードダイシングには不可欠な要素なる。すなわち、延性モードダイシングでは、後にも述べるように一つの切れ刃が材料に与える切込み深さが重要となり、また一つの切れ刃がワークに与える切込み深さは、「ブレード外周部の切れ刃間隔」が、必要要素にかかわってくる。この点の一つの刃がワークに与える臨界切込み深さと切れ刃間隔の関係は後に記すが、一つの刃の臨界切込み深さを規定するためには、安定した切れ刃間隔の設定が必須となる。この切れ刃間隔を制度よく設定する上で、粒径が揃った単結晶砥粒同士を焼結させて結合したＰＣＤが好適となるのである。

尚、補足的として、本願の「等間隔な切れ刃の形成」において、本願におけるＰＣＤ素材におけるダイヤモンド砥粒配置と、一般的な他の事例におけるダイヤモンド砥粒の配置を行なった従来ブレードとの違いを述べる。

電鋳ブレードにおいては、砥粒の含有率は少ない。特開2010-005778号公報などにおいても、砥粒層の中に占めるダイヤモンド砥粒の含有率は１０％程度である。よって、砥粒含有率が７０％を超えるような設定はまずない。そのため、各砥粒は疎らに存在する。ある程度均一に配置するが、一つの砥粒の十分な突き出しを確保するためには砥粒間隔も大きい。

特許3308246号では、希土類磁石切断用のダイシングブレードが記載され、ダイヤモンド及び／又はＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）の複合焼結体によって形成されるとしている。ダイヤモンドまたはＣＢＮの含有量は、１〜７０VOL％としており、より好ましくは５〜５０％としている。ダイヤモンド含有量が７０％を超えると、反り・曲がりの点で問題ないが、衝撃に対して弱くなり破損しやすいとしている。

特許4714453号においても、セラミックス、金属、ガラスなどの複合材料に対して切断、溝入れ加工する工具を開示している。ダイヤモンドを焼成して作製する工具において、砥粒は焼成対中に３．５〜６０ＶＯＬ％含有すると記載されている。ここでの技術課題はボンド材が高弾性率、高硬度であっても砥粒の保持力が高いことであり、記載の構成とすれば常に十分な砥粒の突き出しが維持できるとしている。「砥粒の突き出し」を十分に保つことで自生発刃を効果的に維持して高速度加工を可能とすることが記載されている。

このように従来事例を考慮すると、電鋳ブレードにおいても、ダイヤモンド焼結体のブレードにおいても、砥粒の隙間を敷き詰めるということはしていない。また、敷き詰められた砥粒の隙間を切れ刃にするという考え方も存在しない。本願において、延性モードで加工するためには、後に数式でも述べるが、一つの切れ刃が与える臨界切込み深さが重要となり、その切込み深さを一定以下に保つためには、切れ刃の間隔が重要になる。また、切れ刃も大きく孤立して突き出す砥粒を作るのではなく、ダイヤモンドを敷き詰めて、敷き詰めた凹みの部分を利用して等間隔の切れ刃を形成する。

図２０Ａ及び２０Ｂにダイヤモンド砥粒含有率に応じた砥粒間隔の様子を模式的に示す。一定した砥粒間隔で過剰な切込みを与えない切れ刃を形成するためには、ダイヤモンドを密接に敷き詰めた上、一部の砥粒が連続的に除去されて荒らされていくことが必要となる。そのためには、敷き詰めるために少なくとも７０％以上のダイヤモンド砥粒含有率は最低でも必要となる。その上で一部のダイヤモンドを除去していかなければならない。８０％以上のダイヤモンド砥粒の含有量で焼結すれば、図２０Ａのように少なくとも空間的に隙間なくダイヤモンドが敷き詰められた状態を形成でき、そこから、砥粒自体を除去しながら荒らすことで、自然に等間隔の切れ刃を有するブレードを形成できるようになる。また、そうしてできた凹凸はすべて切れ刃として作用する。

以上から、等間隔の切れ刃を形成するためには、高密度に砥粒を敷き詰めた上で高温高圧化で焼成された材料で構成する必要がある。

尚、図２０Ｂのようにダイヤモンド砥粒の含有率が７０％以下の場合、等間隔の切れ刃を恣意的に形成することは難しくなる。これは、含有率が７０％以下では、ダイヤモンド砥粒がリッチな部分とそうでない部分がどうしても生まれてしまい、ダイヤモンド砥粒がまばらな部分には、その中に孤立した砥粒の存在によって、切れ刃の間隔が大きくなってしまう可能性があるからである。切れ刃の間隔が大きい場合、または、まばらな部分があって、例えばダイヤモンド砥粒が一つだけ大きく突き出している場合は、厳密な突き出し量を設定できず、ワークに対して致命的なクラックを及ぼす切込み深さを与えることになる。

先に示された特許4714453号では、十分な砥粒の突き出しの下で、高速度加工を行う課題を解決するため、ダイヤモンド砥粒の含有率が７０％以下とすることが好ましい。しかし、本願では、延性モードでクラックフリーのダイシングを行うことが課題である。そのため、砥粒の間の凹みの部分を切れ刃として作用させるとともに、切れ刃の間隔を一定間隔に保つために、ダイヤモンド含有率は最低でも７０％以上ある方がよく、理想的には８０％以上あることが望ましい。

また、この場合のブレードは単にカッターのように鋭い刃で切断するものではない。すなわち先端を鋭利な刃で製作し、挟みの様な原理でカットするものではない。削りながらワークを除去して溝を入れていく必要がある。継続的に切り屑を排出しながら次の刃を材料内に切込み、それを連続的に行う必要がある。よって、単に先端は鋭利であればよいのではなく、微小な切れ刃が必要となる。

こうした密にダイヤモンドが詰まった構成の場合、切れ刃部分は粒界部分のみならず、外周部分の自然な粗さによっても一定の切れ刃間隔が形成される。こうした切れ刃間隔は後に具体的な間隔を持つ事例を示すが、ダイヤモンド粒径と切れ刃間隔とは、全く異なるサイズになることもある。

こうしたダイヤモンド粒径と異なる切れ刃間隔を持つ場合では、通常の電鋳式のブレードとは切れ刃の考え方が異なってくる。すなわち、従来ブレードではダイヤモンドは結合材に埋め込まれて存在しているため、個々のダイヤモンド同士は独立して存在することになり、従って、切れ刃の大きさは、ダイヤモンド粒径と同一になる。すなわち、一つのダイヤモンドが一つの切れ刃を形成する。こうした構成では自生発刃の単位は、一つ一つのダイヤモンドであり、すなわち一つ一つの切れ刃に相当する。切れ刃の単位と自生発刃の単位は変わらない。例えば、ある程度ワークへの引っ掛かりを必要とする場合、切込みが必要となるため切れ刃も大きくする必要があるが、その分自生発刃は砥粒そのものが脱落するため自生発刃する単位も大きくなってしまい、その分寿命が極めて短くなる。

以上から、従来の電鋳ブレードなどにおいては砥粒の大きさと切れ刃の大きさが同じになることが切れ刃の状態を保つための制約になってしまう。

それに対して、本願の焼結ダイヤモンドを利用したブレードの場合、小さいダイヤモンド同士が結合している。ダイヤモンド同士を結合して構成される焼結ダイヤモンドのブレードの外周部にはダイヤモンド粒子よりも大きい切れ刃が形成される。切れ刃の単位と比較して、焼結体を構成する一つ一つの砥粒であるダイヤモンドの粒径は1μ程度と非常に小さい。

本発明に係るブレードを使用する場合、加工に伴って一つ一つのダイヤモンドが脱落するが、切れ刃全体が脱落することはない。また、脱落する際も電鋳ブレードのように一つの切れ刃を構成する砥粒が抜け落ちるのではなく、ダイヤモンド同士が結合している部分の中で、一部のダイヤモンドが欠落して落ちることになる。

その結果、自生発刃する過程において、本願の場合、切れ刃の大きさよりも小さい領域でダイヤモンドが摩滅によって剥がれ落ち、切れ刃自体の大きさは大きく変化することはない。一つの切れ刃内で、極微小に部分的に剥がれ落ちながらダイシングが進行する形となる。その結果、切れ刃の大きさ自体が変化することはなく、その一方で、切れ刃全体が摩滅で切れ味が悪くなっていくこともない。小さく部分的に自生しながら、一つの切れ刃あたりの最大切込み深さは一定以内に保たれる。結果として、延性モード加工を持続させることができ、安定した切れ味を両立することが可能となるのである。

また、別の捉え方をするならば、従来の結合材、例えばニッケルなどで電着して砥粒を固めたドレッサーの場合、一つの砥粒が脱落すると、その脱落した部分は穴になるため、切れ刃はなくなり、その部分に相当する加工性はなくなってしまう。そのため、加工性を維持するためには、次の切れ刃を突き出しやすくするために、結合材を速く摩耗させて次の砥粒が突き出すように設計しないといけない。

それに対して、本願の構成では、ダイヤモンドが欠落した部分は、小さい凹みとなり、その凹み部分も別のダイヤモンド砥粒に囲まれた領域として大きい切れ刃内に存在する微小切れ刃として存在し、ワークに食い込むきっかけとなる微小粗さを構成する。すなわち、ダイヤモンド欠落部分がそのまま次の切れ刃になるという点で全く従来構成とは自生発刃の考え方が異なるのである。

また、本発明において、前記ダイヤモンド焼結体は、軟質金属の焼結助剤を用いて前記ダイヤモンド砥粒を焼結したものであることが好ましい。

軟質金属を焼結助剤にすることで、ブレードが導電性になる。ブレードが導電性ではない場合、ブレード外周端部の外径を正確に見積もることは難しく、さらにスピンドルに取り付けることによる取り付け誤差などを考慮すると、ワークに対するブレード先端位置を正確に見積もることは難しい。

そこで、ブレードは導電性のブレードを使用すると共に、導電性のブレードと基準となる平面状基板をチャックするチャック板を導通を取っておき、導電性ブレードがチャック板に接触した時点で導通することでブレードとチャック板の相対高さを見つけることができる。

また、本発明において、前記凹部は、前記ダイヤモンド焼結体を摩耗ないしはドレッシング処理することによって形成された凹部によって構成されることが好ましい。

また、本発明において、前記ダイヤモンド砥粒の平均粒子径は２５μｍ以下であることが好ましい。ここで従来引例として特許3308246号の焼結ダイヤモンドブレードに関する希土類磁石切断用ダイヤモンドブレードの引用文献では、ダイヤモンド含有率は１〜７０VOL％で、ダイヤモンドの平均粒径は１〜１００μｍであることが望ましいとしている。また、実施例１においては、ダイヤモンドの平均粒径は１５０μmとしている。これは、曲がり反りが少なくて芯金の耐摩耗性を向上させることを目的としている。

また、同じく特許3892204号のブレードでは、ダイヤモンドの粒子径は、平均粒径が１０〜１００μｍで有効であるが、より望ましくは４０〜１００μｍの平均粒径としている。

特開２００３−３２６４６６では、セラミックスやガラス、樹脂や金属をダイシングするブレードであるが、平均粒径が０．１μｍ〜３００μｍがよいとしている。

このように、従来のブレードでは、比較的大きいサイズのダイヤモンド粒径が適当としている。

本発明においては、ダイヤモンド砥粒の平均粒径は、ダイヤモンド含有量とも相まって、25μm以下であることが望ましい。

25μm以上の場合、ダイヤモンド同士が接触する面積割合は格段に減り、その分一部は焼結することで結びつくものの大多数部分は焼結助剤がなく、空間となってしまう。

ブレードの厚み方向は、最低でも厚み方向に微粒子が２個から３個分の存在する幅がないと、各砥粒同士を相互に結び付けた強固なブレード自体を形成することはできない。２５μm以上の微粒子で構成することになると、厚み方向は最低でも５０μｍ以上は必要となる。しかし、厚み方向で５０μｍより分厚いブレードは、存在する切れ刃の直線性から、一つの刃が切り込む最大切込み深さは、例えばSiCなどにおいては0.1μmのDc値より大きくなってしまう。よって、微小に延性モードにならない可能性があり、理想的な延性モードの加工は難しくなり、原理的に脆性破壊を起こしてしまう確率が非常に大きくなる。この点は後ほど詳細に説明する。

よって、ダイヤモンドの粒径は２５μm以下とすることが望ましい。ただし、最小粒径については、現状0.3〜0.5μｍ程度までの微粒ダイヤモンドについて試しているが、それ以下の超微粒ダイヤモンドについては不明である。

また、本発明において、前記ダイシングブレードの外周部は、前記外周部の内側部分よりも薄く構成されていることが好ましく、前記ダイシングブレードの外周部の厚さは50μm以下であることがより好ましい。

具体的には、ダイシングブレードの外周部とは、ワーク内に入り込む部分の幅をいう。ワークに入り込む部分は、延性モードダイシングの場合、ワーク厚みより、ブレード幅が大きいとワークを割ってしまうことがある。これについては後ほど詳述する。

また、本発明において、前記ダイシングブレードの片側面に基準となる平面を有することが好ましい。

本発明の一態様に係るダイシングブレードよれば、ブレードは微小なダイヤモンド粒子を焼結することによって形成されている。そのダイヤモンド焼結体を使用して一体で構成されたブレードを略円盤状に成形し、外周部に切れ刃を形成している。

まず、ダイヤモンドの焼結体であるPCDは、熱伝導率はNiなどと異なり、きわめてよい熱伝導率を有する。ブレードはワークに対して高速に回転して加工するため、加工点はブレード外周部で移り変わる。ブレード外周部が全周にわたって加工に寄与するが、多少ブレードが偏芯していて一部完全に加工に寄与していない場合でも、ダイヤモンドの大きい熱伝導によってすぐさま外周部分が均一な温度分布になる。

また、それと同時にブレード全周に熱が行き渡り、ブレード内で大きい温度勾配が生じることはない。さらに、ブレードは一体のPCDで構成され、円板形状であるため温度は周方向ですぐさま一様になり、全体が同一温度になる。

また、円板形状である場合、全体が同一温度下で熱膨張により熱応力が作用した際であっても、円対称の温度分布である場合はポアソン比の影響によるせん断的な応力は、円板形状の断面内で発生しないため、安定して平面形状を保つことが可能となる。

さらに、PCDブレードはフランジに同軸状に当接させて支えられる。その支えられているフランジは、PCDブレードと同軸であるとともに、PCDブレードと同軸で、円状ないしはリング状の当接面に接触させて取り付けられている。フランジは、あらかじめスピンドル回転軸方向と垂直になるように調整されており、そのフランジにPCDブレードの基準面を密着させることで、PCDブレードがスピンドル回転方向に対して垂直に回転し、振れをなくすることができる。

また、接触したフランジ面からは、少なからず熱が逃げる。しかし、その熱が逃げるフランジエリアも、PCDブレード外周と同軸で、円状ないしはリング状の設置面を有することで、外周の加工部とリング状の設置面との間の温度分布は、円対称であることに変わらない。

したがって、円対称の温度分布であれば、ポアソン比の影響によって、面内での半径方向におけるせん断的な応力は発生せず、外周の切れ刃は依然同一平面内に維持される。よって、切れ刃は先と同様にワークに対して一直線上に作用することになる。

このように、素材がPCDのように熱伝導性の良好な素材で製作されていることと、その上でブレードが円板形状をしていること、さらには、そのブレードを支えているフランジの当接面は、ブレード外周と同軸の円状ないしはリング状であること、の要素が統合された結果、加工中の外周が高温状態になった際でも、円板形状の平面性は保たれ、結果として、ブレード外周に形成した切れ刃は、ブレードが回転することに伴ってワークに対して一直線状に作用する。一直線上に切れ刃が作用することは、切れ刃間隔の連続性から延性モードダイシングを可能とすることになる。

さらに、同一切れ刃が絶えずワークに接するのではなく、ブレード円板が回転することによって、切れ刃が順次入れ替わることによって、絶えず高熱環境にあるわけではなく、加工寄与と冷却とを交互に繰り返すため、ダイヤモンドが熱化学的に反応して摩耗することはない。

また、本発明に係るダイシングブレードよれば、ダイヤモンド砥粒の含有量が80％以上からなるダイヤモンド焼結体によって円盤状に一体的に構成されるので、従来の電鋳ブレードに比べて、ワークに対するダイシングブレードの切り込み量を高精度に制御することが可能となる。その結果、脆性材料から構成されるワークに対しても、ダイシングブレードの切り込み量をワークの臨界切り込み量以下に設定した状態で切り込みを行うことにより、クラックや割れを発生させることなく、延性モードで安定して精度良く切断加工を行うことができる。

ダイシング装置の外観を示す斜視図 ダイシングブレードの正面図 図２のＡ−Ａ断面を示す側断面図 切刃部の構成の一例を示した拡大断面図 切刃部の構成の他の一例を示した拡大断面図 切刃部の構成の更なる他の一例を示した拡大断面図 ダイヤモンド焼結体の表面付近の様子を模式的に示した概略図 ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が50μmのブレードにより溝入れ加工を行った場合のワーク表面の様子を示し、クラックが発生している事例を示した図 ダイシングブレードがスピンドルに取り付けられた状態を示した断面図 比較実験１（シリコン溝入れ加工）の結果を示した図（本実施形態） 比較実験１（シリコン溝入れ加工）の結果を示した図（従来技術） 比較実験２（サファイア溝入れ加工）の結果を示した図（本実施形態） 比較実験２（サファイア溝入れ加工）の結果を示した図（従来技術） 比較実験３の結果を示した図（ブレード厚２０μｍの場合） 比較実験３の結果を示した図（ブレード厚５０μｍの場合） 比較実験３の結果を示した図（ブレード厚７０μｍの場合） 比較実験４の結果を示した図（ワーク表面） 比較実験４の結果を示した図（ワーク断面） 比較実験５の結果を示した図（ワーク表面） 比較実験５の結果を示した図（ワーク断面） 比較実験６の結果を示した図（本実施形態） 比較実験６の結果を示した図（従来技術） ブレードを平行移動させて加工する際の最大切込み深さを幾何学的に計算する場合の説明図 ブレード外周端を粗さ計で測定した結果を示した図 ブレード外周端を粗さ計で測定した結果を示した図 ブレード該周端の表面状態を示した図（ブレード先端側面） ブレード該周端の表面状態を示した図（ブレード先端） ブレード先端がワーク材料に対して切り込む様子を示した模式図 ブレードの厚みに関する説明に使用した説明図 ブレードの厚みに関する説明に使用した説明図（ブレードの厚みがワークの厚みよりも大きい場合） ブレードの厚みに関する説明に使用した説明図（ブレードの厚みがワークの厚みよりも小さい場合） 電鋳ブレードの表面の様子を示した概略図 ダイヤモンド砥粒含有率に応じた砥粒間隔の様子を示した模式図（砥粒含有率が８０％以上の場合） ダイヤモンド砥粒含有率に応じた砥粒間隔の様子を示した模式図（砥粒含有率が７０％以下の場合） ファイバーレーザで切れ刃を形成した場合のブレード外周端の断面図(１００μｍ間隔で５０μｍ孔)

以下、添付図面に従って本発明に係るダイシングブレードの好ましい実施の形態について説明する。

図１は、ダイシング装置の外観を示す斜視図である。図１に示すように、ダイシング装置１０は、複数のワークＷが収納されたカセットを外部装置との間で受渡すロードポート１２と、吸着部１４を有しワークＷを装置各部に搬送する搬送手段１６と、ワークＷの表面を撮像する撮像手段１８と、加工部２０と、加工後のワークＷを洗浄し、乾燥させるスピンナ２２、及び装置各部の動作を制御するコントローラ２４等とから構成されている。

加工部２０には、２本対向して配置され、先端にダイシングブレード２６が取り付けられた高周波モータ内臓型のエアーベアリング式スピンドル２８が設けられており、所定の回転速度で高速回転するとともに、互いに独立して図のＹ方向のインデックス送りとＺ方向の切り込み送りとがなされる。また、ワークＷを吸着載置するワークテーブル３０がＺ方向の軸心を中心に回転可能に構成されているとともに、Ｘテーブル３２の移動によって図のＸ方向に研削送りされるように構成されている。

ワークテーブル３０は、負圧を利用してワークＷを真空吸着するポーラスチャック（多孔質体）を備えて構成される。ワークテーブル３０に載置されたワークＷは、ポーラスチャック（不図示）に真空吸着された状態で保持固定される。これにより、平板状試料であるワークＷは、ポーラスチャックに平面矯正された状態で全面一様に吸着される。このため、ダイシング加工時にワークＷに対してせん断応力が作用しても、ワークＷに位置ずれが生じることがない。

こうした、ワーク全体を真空吸着するワーク保持方式は、ブレードがワークに対して絶えず一定の切込み深さを与えることにつながる。

例えば、ワークが平板状に矯正されないような試料である場合などでは、ワーク表面の基準面を定義することが難しく、そのため、その基準面からどの程度のブレードの切込み深さを設定するかが難しくなる。ワークに対する一定のブレードの切込み深さが設定できない場合、一つの切れ刃が絶えず安定した切込みを与える臨界切込み深さも設定できなくなり、安定した延性モードダイシングは難しい。

ワークが平板状に矯正されておればワーク表面の基準面を定義でき、基準面からのブレード切込み深さを設定することができるため、一つの切れ刃あたりの臨界切込み深さが設定でき、安定した延性モードダイシングが可能となる。

尚、真空吸着ではなくても、硬質基板上に全面接着する形であっても構わない。全面強固に接着された面を基準として、薄い基板であっても表面を規定することができれば、安定した延性モードダイシングは可能となる。

図２は、ダイシングブレードの正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す側断面図である。

図２及び図３に示すように、本実施形態のダイシングブレード（以下、単に「ブレード」という。）２６はリング型のブレードであり、その中央部にはダイシング装置１０のスピンドル２８に装着するための装着孔３８が穿設されている。

なお、ブレード２６は、焼結ダイヤモンドで構成され、円盤状かリング状であって、同心円状の構成であれば、温度分布は軸対称となる。同一素材で軸対称の温度分布であれば、半径方向においてポアソン比に伴うせん断応力は作用することはない。そのため、外周端部は理想的な円形を保ち、また、外周端は同一面上を維持することになるため、回転によってワークに一直線上に作用する。

ブレード２６は、ダイヤモンド砥粒を焼結して形成されたダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）によって円盤状に一体的に構成される。このダイヤモンド焼結体はダイヤモンド砥粒の含有量（ダイヤモンド含有量）が80％以上であり、各ダイヤモンド砥粒は焼結助剤（例えばコバルト等）により互いに結合されている。

ブレード２６の外周部は、ワークＷに対して切り込みされる部分であり、その内側部分よりも薄刃状に形成された切刃部４０が設けられている。この切刃部４０には、ダイヤモンド焼結体の表面に形成された微小な凹みからなる切れ刃（微小切刃）がブレード外周端部（外周縁部）２６ａの周方向に沿って微小ピッチ（例えば10μm）で連続的に形成されている。

本実施形態において、切刃部４０の厚さ（刃厚）は少なくともワークＷの厚さより薄く構成される。例えば100μmのワークＷに対して切断加工を行う場合には、切刃部４０の厚さは50μm以下が好ましく、より好ましくは30μm以下、さらに好ましくは10μm以下に構成される。

切刃部４０の断面形状としては、外側（先端側）に向って厚みが徐々に薄くなるテーパ状に形成されていてもよいし、均一な厚みを有するストレート状に形成されていてもよい。

図４Ａから４Ｃは、切刃部４０の構成例を示した拡大断面図である。なお、図４Ａから４Ｃは、図３のＢ部を拡大した部分に相当する。

図４Ａに示した切刃部４０Ａは、片側の側面部のみがテーパ状に斜めに加工された片側テーパタイプ（片Ｖタイプ）のものである。この切刃部４０Ａは、例えば、最も薄く形成される外周端部の厚みＴ₁が10μm、片側の側面部がテーパ状に加工された部分のテーパ角θ₁は20度となっている。なお、ブレード２６の内側部分（後述する当接領域３６を除く）の厚みは1mmである（図４Ｂ及び４Ｃにおいても同様である。）。

図４Ｂに示した切刃部４０Ｂは、両側の側面部がテーパ状に斜めに加工された両側テーパタイプ（両Ｖタイプ）のものである。この切刃部４０Ｂは、例えば、最も薄く形成される外周端部の厚みＴ₂が10μmであり、両側の側面部がテーパ状に加工された部分のテーパ角θ₂は15度となっている。

図４Ｃに示した切刃部４０Ｃは、両側の側面部がストレート状に平行に加工されたストレートタイプ（平行タイプ）のものである。この切刃部４０Ｃは、例えば、最も薄くストレート状に加工された先端部の厚みＴ₃が50μmとなっている。なお、ストレート状の先端部の内側部分（中央側部分）は片側の側面部がテーパ状に加工されており、そのテーパ角θ₃は20度となっている。

図５は、ダイヤモンド焼結体の表面付近の様子を模式的に示した概略図である。図５に示すように、焼結助剤８６によりダイヤモンド焼結体８０は高密度にダイヤモンド砥粒（ダイヤモンド粒子）８２同士が相互に結合した状態となっている。このダイヤモンド焼結体８０の表面には微小な凹み（凹部）からなる切れ刃（微小切刃）８４が形成される。この凹みは、ダイヤモンド焼結体８０を機械的に加工することによってコバルトなどの焼結助剤８６が選択的に摩耗することによって形成されるものである。ダイヤモンド焼結体８０は砥粒密度が高いため、焼結助剤８６が摩耗したところに形成される凹みは微小なポケット状になり、電鋳ブレードのように鋭利なダイヤモンド砥粒の突き出しはない（図１９参照）。このため、ダイヤモンド焼結体８０の表面に形成される凹みは、ワークＷを切断加工する際に生じる切り屑を搬送するポケットとして機能するとともに、ワークＷに対して切り込みを与える切れ刃８４として機能する。これにより、切り屑の排出性が向上するとともに、ワークＷに対するブレード２６の切り込み深さを高精度に制御することが可能となる。

ここで、本実施形態のブレード２６について更に詳しく説明する。

本実施形態のブレード２６は、図５に示したように、焼結助剤８６を用いてダイヤモンド砥粒８２を焼結して形成されたダイヤモンド焼結体８０により一体的に構成される。このため、ダイヤモンド焼結体８０の隙間にはごくわずかに焼結助剤８６が存在するが、焼結助剤はダイヤモンド砥粒自体の中にも拡散しており、実際はダイヤモンド同士が強固に結合する形態となる。この焼結助剤８６はコバルトやニッケル等が使用され、ダイヤモンドと比較すると硬度的に低く、ダイヤモンド同士が結合するとはいえ、焼結助剤がリッチな部分は単結晶ダイヤモンドと比較すると少し強度的に弱くなる。こうした部分がワークＷを加工する際に摩耗して目減りし、ダイヤモンド焼結体８０の表面（基準平面）に対して適度な凹みとなる。また、ダイヤモンド焼結体８０を摩耗処理加工することで、ダイヤモンド焼結体８０の表面には焼結助剤が除去された凹みが形成される。また、ＧＣ(グリーンカーボランダム)の目立て用砥石で目立てを行うか、場合によっては硬い脆性材料である超硬合金を切断することで、焼結助剤のほかに一部のダイヤモンドが欠落して、ダイヤモンド焼結体の外周部に適度な粗さが形成される。この外周部の粗さを、ダイヤモンド粒径よりも大きくすることで、一つの切れ刃内で微小なダイヤモンド砥粒の欠落が起こり、切れ刃の摩滅が起こりにくくなる。

ダイヤモンド焼結体８０の表面に形成された凹みは延性モードでの加工にとって有利に作用する。すなわち、この凹みは、前述したように、ワークＷを切断加工する際に生じる切り屑を排出するためのポケットとして機能するとともに、ワークＷに対して切り込みを与える切れ刃８４として機能する。このため、ワークＷへの切り込み量は自ずと所定範囲に制限され、致命的な切り込みを与えることはない。

また、本実施形態のブレード２６によれば、ダイヤモンド焼結体８０で一体的に構成されるので、ダイヤモンド焼結体８０の表面に形成される凹みの数やピッチ、その幅についても恣意的に調整することが可能となる。

すなわち、本実施形態のブレード２６を構成するダイヤモンド焼結体８０は焼結助剤８６を用いてダイヤモンド砥粒８２が相互に結合されたものである。このため、相互に結合しているダイヤモンド砥粒８２の間には焼結助剤８６があり粒界が存在する。この粒界部分が凹みに相当するため、ダイヤモンド砥粒８２の粒径（平均粒子径）を設定することで、自ずと凹みのピッチ、個数が定まることになる。また、軟質金属を使用した焼結助剤８６を使用することで選択的な凹み加工ができるようになり、焼結助剤８６を選択的に摩耗させることも可能となる。また、その粗さについても、ブレード２６を回転させながら、摩耗処理やドレッシング処理を設定することにより、その粗さを調整することが可能となる。すなわち、ダイヤモンド砥粒８２の粒径の選択に伴って形成される粒界のピッチによって、ダイヤモンド焼結体８０の表面に形成される凹みからなる切れ刃８４のピッチや幅、深さ、個数を調整することが可能となる。こうした切れ刃８４のピッチや幅、深さ、個数は延性モードの加工を行う上で重要な役割を果たす。

このように本実施形態によれば、ダイヤモンド砥粒８２の粒径の選択と摩耗処理、ドレッシング処理という制御性の良いパラメータを適宜調整することによって、精度よく結晶の粒界に沿って所望の切れ刃８４の間隔を達成できる。また、ブレード２６の外周部には、ダイヤモンド焼結体８０の表面に形成された凹みからなる切れ刃８４が周方向に沿って一直線状に並べることが可能となる。

ここで、比較として、ダイヤモンド砥粒を焼結したホイールに関し、類似するものとしてスクライビングに使用されるホイールがあるが、スクライビングホイールとの混同を避けるため、あえて違いに触れておく。

スクライビングに使用されるホイールは、例えば、特開２０１２−０３０９９２号公報などに示される。上記文献には、焼結ダイヤモンドで形成され、円環状の刃が外周部に刃先を有したホイールが開示されている。スクライビングと本願のダイシングは、両者とも材料を分断する技術で同じ部類にあると捉えられがちだが、その加工原理や、その加工原理に伴って具体構成は全く異なる。

まず、上記文献と本願との決定的な違いとして、上記文献のスクライビングとは、上記文献段落［００２０］に記載されるように、脆性材料で形成された基板の表面にスクライビングライン(縦割れ)を入れる装置であり、スクライビングにより垂直方向に伸びる垂直クラックが発生する（上記文献段落［００２２］参照）。このクラックを利用して割断する。

それに対して、本願は、クラックやチッピングを発生させずに材料をせん断的に除去する加工方法として原理が全く異なる。具体的には、ブレード自体が高速回転し、ワーク面に対してほとんど水平方向に作用してワークを除去していくため、ワークの垂直方向へは応力はかからない。また、その切込み深さは材料の変形域内にとどめ、クラックが発生しない切込み深さで加工するため、結果として加工後はクラックのない面が得られる。以上から、加工原理が全く異なる。

以上の加工原理の違いに照らして、ブレードの仕様における具体的な違いを以下に列挙する。

・(刃先頂角の点)
スクライビングは、材料内部にクラックを発生させるだけであるため、材料内にほとんど入り込まない。刃先の稜線のみを作用させるため、刃先角は鈍角（上記文献段落［００７０］参照）であることが普通である。鋭角ましてや２０度以下とすることは、捩りによる欠損などを考慮すると到底考えられない。

それに対して、ダイシングは材料内部に入り込んで入り込んだ部分を除去していくため、刃先はストレートか、せいぜい刃の頂角は、ブレード進行方向におけるダイシング抵抗による座屈を考慮した程度にV字である程度である。最大でも頂角は20度以下である。

また、20度以上の頂角とすると、切断後の断面が斜めになってしまって断面積が増大するほか、加工のメカニズム的にも、ブレード先端が切り進める要素よりも、ブレードの側面で研削する体積が増えることになる。その結果、加工の効率性が低下し、時として加工が進行しない。ダイシングの場合、ブレード外周に切れ刃を形成し、先端の切れ刃で効率よく切り進めていく一方で、ブレード側面はワークとの潤滑性を向上させて、研削する量を低下させながら鏡面化することが求められる。ブレードの側面で研削する量が多くなると、側面での研削量が必然的に多くなり、切断後の断面が鏡面化できなくなる。よって、ダイシングではストレート形状が最も望ましいが、最低でもブレードが座屈しない程度に極小さくＶ字であるのがよく、せいぜい２０度以下である。

・(材料組成の点)
スクライビングは、ホイールがワークに当接させられた状態(食い込んだ状態)で進行方向が変化すると捩りの応力によって刃先が欠損することがある。そのため、同じダイヤモンドの焼結体であったとしてもダイヤモンドの重量％を６５％〜７５％としている。その結果、耐摩耗性、耐衝撃性だけでなく耐捩り強度特性を向上させている。ダイヤモンドの重量％を７５％以上とすると、ホイールの硬度自体は上昇するが、耐捩り強度が低下する。よって比較的ダイヤモンド含有量は少なく設定される。

それに対して、ダイシングはブレードが高速回転して材料を一定量除去しながら直線的に進む。そのため、捩りの応力はかからない。その代わり、ダイヤモンド含有量が少ない場合、切り込んだ際に、みかけの硬度が低下してしまうため、ワークからの反力や、ブレードの切れ刃が切込む時間内にワークが弾性回復してしまい、所定の切込み深さを維持できない場合がある。そのため、ダイシングの場合、ブレードの硬度はワークの高度と比べて、跳ね返りが起こらず所定の切込みのまま切り進めることができるよう、十分大きい硬度を有する。延性モードで材料の変形域内で、加工時の切れ刃作用時間内における弾性回復を許さず加工を進行させる上では、単結晶ダイヤモンド(ヌープ硬度で１００００程度)と同等の表面硬度が必要となり、ヌープ硬度で約８０００程度は必要となる。結果としてダイヤモンド含有量は８０％以上は必要となる。ただし、ダイヤモンド含有量が９８％以上になると、焼結助剤の割合が極端に減るためダイヤモンド同士の結合力が弱くなり、ブレードそのものの靭性が低下して脆くて欠けやすくなる。よって、ダイヤモンド含有量は８０％以上が必要であり、実用的な点を加味すると、９８％以下とする方が望ましい。

以上から、スクライビングホイールに使用されるＰＣＤと本願のダイシングブレードに使用するＰＣＤは、材料としては同種であったとしても、その加工原理が全く異なるため、求められるＰＣＤの組成、具体的にはダイヤモンド含有量は全く異なるものとなる。

・(ホイール構造と基準面の点)
さらにホイールの構造が異なる。スクライビングホイールはホルダを有しており、ホルダはスクライビングホイールを回転自在に保持する要素である。ホルダは、主としてピンと支持枠体を有するので、ピンの部分(軸の部分)は回転しない。ホイールの内径部が軸受になり、軸であるピンの部分と、相対的に擦れることによって回転し、材料表面に垂直方向のスクライビングライン(縦割れ)を形成する。

それに対して、本発明に係るブレードは、回転するスピンドルにブレードは同軸で取り付ける。スピンドルとブレードは一体的に高速回転させる。ブレードはスピンドル軸に対して垂直に取り付ける必要があり、回転による振れをなくする必要がある。

そのため、ブレードには基準平面が存在する。ブレードに存在する基準面は、スピンドルに予め垂直に取り付けたフランジの基準端面と当接させて固定する。これにより、ブレードのスピンドル回転軸に対する垂直度が確保される。この垂直度が確保されて初めて、ブレードが回転することによって外周部に形成される切れ刃がワークに対して一直線状に作用することになる。

また、スクライビングの場合の基準面は、円板ブレードの軸と平行な円筒面で、ブレードを垂直に押圧することを前提にして規定している。しかしながら、本願ブレードにおけるブレードの基準面は、先に述べたように、スピンドルのフランジに対向するブレードの側部端面(円板面)である。ブレードの基準面を、ブレードの側面(円板面)とすることで、ブレードは、ブレード中心に対してバランスが取れた状態で精度よく回転し、ブレード先端に形成された切れ刃は、ブレードが高速回転していても、ブレード中心を基準にして一定半径位置で定義される所定の高さ位置で精度よく切れ刃が作用し、所定高さのワークに対しても垂直な応力を与えることなく、ワーク面に対して水平に切れ刃が作用して除去していくだけである。そのため、ワークが脆性材料であっても、ワーク面に対して垂直応力によってクラックを及ぼすことは一切ない。

・(加工原理の点)
この垂直方向にクラックを与えて加工するか、それとも一切クラックを発生させることなく加工するかが、スクライビングと本願ダイシングとの決定的に異なる原理の違いである。

・(外周刃の溝の役割)
また、スクライビングは表面だけにスクライバーの垂直応力によって押圧してスクライビングラインをつける。スクライビングの場合の外周刃の溝の役割は、ホイールの刃先の突起部が脆性材料基板に当接しつつ(食い込みつつ)、材料に垂直なクラックを発生させるためのものである（上記文献段落［０１１４］参照）。すなわち、溝以外の部分が、材料に食い込んで垂直クラックを及ぼす程度のスクライビングラインをつけることができるような溝である。よって、溝というよりも、溝と溝の間の山部分が材料にどのように食い込むかが重要になる。

それに対して、ダイシングの場合は、外周端部に設けられる凹部は、切れ刃の役割を果たす。凹部と凹部の間の部分は、外周の輪郭を形成し、その間に設けられる切れ刃がワーク表面に対してクラックを及ぼさない程度の臨界切込み深さとするように設定される。よって、ダイシングの場合は切れ刃を形成する必要がある。

また、スクライビングの場合の溝深さは、スクライビングラインをつけるための食い込み量を与える程度に溝深さを形成するが、ダイシングの場合は、ワーク内に入り込んで、一つ一つの切れ刃でワークを研削除去していかなければならない。そのため、ブレード先端は完全にワーク内に入り込みつつ、ブレードの振れは許されず、材料の奥深くまでワーク面に対して垂直に切れ刃を作用させなければならない。

本発明に係るブレードの場合は、外周端部に一定間隔の凹部の切れ刃を有する。その切れ刃間隔は後に示すとおり、一つの切れ刃が与える臨界切込み深さが、クラックを及ぼさない程度であればよい。そのためには、切れ刃間隔を適正に保つ必要がある。

また、スクライビングホイールは、スクライビングホールが脆性材料と当接したままスクライビングホイールの刃先の向きが90度変更させられ、これをキャスター効果と呼ぶ。

ダイシングブレードでは、刃は材料内に入り込んでいるため、刃先の向きを90度変更することはできない。例えば、ストレート形状や頂角が20度以下のダイシングブレードで当接させながら刃先を変更させれば刃は折れてしまう。

なお、軟質金属からなる焼結助剤８６を用いて焼結されたダイヤモンド焼結体８０の場合、その表面に凹みを形成する方法としては摩耗処理やドレッシング処理などが最も適しているが、これに限らない。例えば、コバルトやニッケルのような焼結助剤が用いられる場合、酸系のエッチングにより化学的に部分溶解することで、ダイヤモンド焼結体８０の表面に凹みを形成することも可能である。

これに対して、従来の電鋳ブレードでは、ダイヤモンド砥粒自体が切れ刃の役割を果たすが、その切れ刃のピッチや幅などを調整するためには、初期にダイヤモンド砥粒を分散させる分散度合いに頼らざるを得ないため技術的に困難である。すなわち、ダイヤモンド砥粒の分散という曖昧さを多く含み、実質的には制御することができない。また、ダイヤモンド砥粒の分散が不十分で凝集している部分が存在したり、分散しすぎて疎らな部分があったりしても、これを恣意的に調整することは困難である。このように従来の電鋳ブレードでは、切れ刃の配列を制御することは不可能である。

また、従来の電鋳ブレードにおいて、ミクロンオーダのダイヤモンド砥粒を一つ一つ人為的に配列することは現状の技術にはなく、効率よく切れ刃を一直線状に整列させて配列することはほとんど不可能である。また、切れ刃の密な部分と疎な部分が混在し切れ刃の配列を実質的に制御できない従来の電鋳ブレードでは、ワークＷに対する切り込み量を制御することは困難であり、原理的に延性モードの加工を行うことはできない。

本実施形態のブレード２６において、ダイヤモンド焼結体に含有されるダイヤモンド砥粒の平均粒子径は25μm以下（より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下）であることが好ましい。

本発明者が行った実験結果によれば、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が50μmの場合、ウェーハ材料がＳｉＣでは0.1mmの切り込み量でダイシングした場合にクラックが生じた。おそらくダイヤモンドが脱落したことが要因である。50μm以上のダイヤモンド平均粒子径で焼結した場合、ダイヤモンド粒子同士が密着する面積が小さくなり、局所的な面積で大きい粒子同士を結合させることになる。そのため、材料の組成的な点で耐衝撃性に非常に弱くなり欠けやすいという欠点を持つ。局所的な衝撃で50μm以上の単位でダイヤモンドが脱落してしまうと、その脱落をきっかけに非常に大きい切れ刃が形成される。その場合、孤立した切れ刃として所定の臨界切込み以上の切込み深さを与えることになり、結果的にチッピングやクラックを発生させてしまうことが確率的に極めて高くなる。また、50μm程度のダイヤモンドが脱落すると、残された部分の切れ刃が大きくなることのみならず、その脱落したダイヤモンド砥粒そのものが、ワークとブレードの間に絡まって、さらにクラックを及ぼすこともある。25μm以下の微粒子であればそうしたクラックが定常的に起こる結果は得られていない。

図６は、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が50μmのブレードにより溝入れ加工を行った場合のワーク表面の様子を示し、クラックが発生している事例を示す。

また、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径を50μm、25μm、10μm、5μm、1μm、0.5μm の各々としたブレードにより溝入れ加工を行った場合のクラック又はチッピングの発生率を評価した結果を表２に示す。評価結果は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順にクラック又はチッピングの発生率が高くなることを示す。その他の条件については以下の通りである。

・ 標準評価条件：SiC基板(４Ｈ)（六方晶）
・ スピンドル回転数：20000rpm
・ 送り速度：1mm/s
・ 切込み深さ：100μm
・ 評価指針：10μm以上のチッピングがあるかないかで評価。(理想的には完全にチッピングがないこと。)

また、サファイアでは0.2μmの切り込みでクラックが生じた。石英、シリコンでも同様な切り込みでクラックが発生した。

さらに、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が50μmの場合、ブレードの刃厚（ブレード外周端部の厚み）を50μm以下にすることも難しく、ブレード２６を製作する際にブレード２６の外周部で刃欠けが多い。また、100μm（0.1mm）の刃厚でブレードを製作しようとしても、大きな空隙がある部分もあり、さらに、少しの衝撃で割れてしまうこともあり、現実的にブレードを安定して製作することは困難であった。

一方、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が25μm、5μm、1μm、0.5μmの場合には、ＳｉＣ、サファイア、石英、及びシリコンの各脆性材料でも、平均粒子径が50μmの場合と同様の切り込みを行ってもクラックは発生しなかった。すなわち、これらの脆性材料では、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が50μmではサブミクロンオーダの切り込みでクラックが発生し、それ以上の平均粒子径のダイヤモンド砥粒が用いられる場合には、必然的に切り込みが大きくなり、致命的なクラックを招くことになる。これに対し、平均粒子径が25μm以下（より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下）のダイヤモンド砥粒が用いられる場合には、切り込みを小さく抑えることができ、高精度な切り込み深さの制御が可能となる。

なお、本実験の一般的な加工条件としては、ブレード外径50.8mm、ウェーハサイズ2インチ、切り込み10μm溝入れ、スピンドル回転数20,000rpm、テーブル送り速度5mm/sである。

このように構成されるブレード２６の製造方法としては、タングステンカーバイドを主成分とする基台の上にダイヤモンド微粉末を置いて型に入れる。次いで、この型の中に焼結助剤としてコバルト等の溶媒金属(焼結助剤)を添加する。次いで、5GPa以上の高圧、且つ、1300℃以上の高温雰囲気下で焼成・焼結する。これにより、ダイヤモンド砥粒同士が直接相互に結合し、非常に強固なダイヤモンドのインゴットが形成される。このようにして、例えば、直径60mmmサイズで焼結ダイヤモンド層（ダイヤモンド焼結体）が0.5mm、タングステンカーバイド層が3mmの円柱インゴットを得ることができる。タングステンカーバイド上に形成されたダイヤモンド焼結体としては、住友電工ハードメタル社製DA200等がある。ダイヤモンド焼結体だけを取り出し、ブレード基材を所定形状に外周摩耗処理ないしはドレッシング処理加工を施すことにより、本実施形態のブレード２６を得ることができる。なお、円柱インゴットのダイヤモンド表面（切刃部４０を除く）は、回転時を振れをなくすための基準面形成としてスカイフ研磨（scaif、研磨用円盤）を行うことによ
り、表面粗さ（算術平均粗さＲａ）0.1μm程度の鏡面に加工しておくことが好ましい。

ここで、上記製造方法における摩耗処理・ドレッシング処理は、次のような条件とすることができる。

摩耗処理としては、次の条件などがある。

・ ブレード回転数：10000rpm
・ 送り速度：5mm/s
・ ワーク加工対象：石英ガラス(ガラス材料)
・ 加工処理時間：３０分間
・ 上記処理により、わずかに1〜2μm程度のコバルト焼結助剤が除去されて凹みが形成された。さらに、非常に薄いエッチング液(弱酸系)を薄く塗って純水供給なしにドライ環境で処理することでさらに凹みが深くなった。

ドレッシング処理(摩耗処理)として次の条件であってもよい。

・ ブレード回転数：10000rpm
・ 送り速度：5mm/s
・ ワーク加工対象：GC600ドレッシング砥石(70mm□)
（GC600とは、炭化ケイ素質研削材の粒度６００番手(#600)を意味する。粒度は日本工業規格（JIS：Japan Industrial Standards）R6001に基づく）
・ 加工処理時間：15分間
・ この処理でもわずかにコバルト焼結助剤が除去されて凹みが形成された。

なお、ブレード外周部のうち、ブレード外周端部とブレード側面部は、粗さを変えた方が望ましい。具体的には、ブレード外周端部は切れ刃に相当し、摩耗処理によって結晶粒界に沿って切れ刃間隔を調整することになる。特にブレード外周端部は、ワーク材料に切り込みを入れつつ、ある程度は大きく加工除去していくことから、少し粗く加工する。

一方、ブレード側面部は、積極的に除去加工をするわけではなく、ワーク材料の溝側面部との接触時に溝側面部を削り出す程度に粗くなっていればよい。また、ブレード側面部に突起があると、溝側面部に割れを誘発してしまうので、突起部を形成することなく加工する一方で、溝側面部との接触面積を低下して、少しでも摩擦による熱の発生を軽減する必要がある。そのため、側面部は細かく粗す方が望ましい。

従来の電鋳ブレードなどでは、砥粒を鍍金にて固めて製作するため、面全体が同じような砥粒分布となり、その結果、ブレード外周端とブレード側面との砥粒のつき方の形態を大きく分けることができなかった。すなわち、ワークを切り進めるためのブレード外周端部と、ワークと擦れながら微小に削る程度とする側面部とで、明らかに粗さの状況を変化させることはできなかった。

本発明に係るブレードの場合は、ほとんどがダイヤモンドで構成され、その状態から成形加工することができる。たとえば、本発明に係るブレードの場合、側面部を荒らすためには、ダイヤモンドラッピングなどを行なっても構わない。微小なダイヤモンド(粒径1μm〜150μm)で表面を荒らすことにより、例えばRaが０．１μm〜２０μm程度の粗さを形成することが可能となる。

一方、ブレード外周部は、ブレード側面部と異なり、ワークを加工しながら切り進めいく必要があるため、側面部と異なり切れ刃としての粗さをつけた方がよい。こうした粗さは、例えば、パルスレーザなどで外周部に切れ刃を形成することができる。

パルスレーザで切れ刃を形成する場合は、次に示す条件などが好適に使用される。

レーザ発振気器：米国ＩＰＧ社製ファイバーレーザ:ＹＬＲ−１５０−１５００−ＱＣＷ
送りテーブル：ＪＫ７０２
波長：1060nm
出力：２５０W
パルス幅：0.2msec
焦点位置0.1mm
ワーク回転数2.8rpm
ガス：高純度窒素ガス0.1L/min
穴径50μm
ワークブレード材料：住友電工製DA150(ダイヤモンド粒径5μm)
外径50.8mm
このようなパルス式ファイバレーザによって、図２１に示すように、0.1mmピッチでブレード外周端上に直径0.05mmの一定間隔で連続した半円状のシャープな切れ刃を形成することができる。こうした切れ刃形成ではダイヤモンド粒径は5μmの大きさであるが、一つの切れ刃自体は50μm切れ刃とすることができる。またこれを等間隔に形成すれば、回転数を高速回転させることによって、見かけの間隔が小さくなり、延性モードのダイシングを可能とする(例：スピンドル回転数10000rpm以上の場合など)。

ファイバーレーザでは一つの切れ刃の大きさは5μm程度の大きさから大きいものでは1mmまで、様々な孔径で切れ刃の大きさを形成することができるが、通常はレーザのビーム径から、5μmから200μm程度までをあけることが可能である。

電鋳法など、鍍金でダイヤモンドを固めた材料で切り欠きを形成するのではなく、焼結ダイヤモンドの材料で構成し、その円盤にした外周端に微小な切り欠きを連続して構成することで、一つ一つの切り欠きが切れ刃として作用する。

特開2005-129741号公報は、電鋳法で製造したブレードにおいて、外周部に切り欠きを形成する方法が記載されるが、この場合の切り欠きは、切り屑の排出機能や目詰まりを防ぐ機能として切り欠きが設けられており、切れ刃として設けていない。電鋳法で製造された場合、切り欠きのエッジ部分に必ずしもダイヤモンドが存在するものでもなく、結合材と共に存在するので、結合材が加工と共に摩耗していくことから、材料として切れ刃として作用するものではない。

それに対して、ブレードがダイヤモンド焼結体から構成される場合、外周部に空けた切れ刃の先端はそのまま切れ刃として作用する。また、切れ刃の大きさ50μmと比べてダイヤモンド砥粒径は5μｍと小さいため、一つの切れ刃の中で、一つのダイヤモンド砥粒が欠け落ちることで切れ刃内で小さく自生することも可能となる。従来の電鋳法における砥石は、ダイヤモンド砥粒がそのまま切れ刃として作用するため、切れ刃の大きさと自生単位は同じ大きさであるが、本発明の場合、恣意的な切れ刃を形成することで、切れ刃の大きさとその中でダイヤモンドが自生する単位を変えることができ、その結果、長い間切れ味を確保することができる。

さらに、ブレードの側面部の粗さに対して、ブレードの外周端部の粗さを大きくすることで、ブレード外周端で切り進めながらもブレード側面は細かい粗い面でワークを削りながら鏡面化することができる。従来は電鋳法によるブレードでは、外周端部の粗さと側面部の粗さを独立して変化させることが難しく、実質できなかったが、本発明のように焼結ダイヤモンドを使用することで恣意的に外周端部に等間隔の切れ刃を形成するとともに、ブレード側面は細かく荒らした面とすることが可能となる。それにより外周の切れ味を確保して効率よく切り進めながらも、ワーク側面では全く独立して鏡面仕上げ加工を独立して行なうことが可能となる。

尚、ブレード外周のみに高硬度のダイヤモンドチップを一つ一つ埋め込む構成(例えば特開平7-276137号公報など)は、切れ刃は等間隔で形成されるかもしれないが、一体の円盤状のPCDで形成されていないため、先述の通り、熱伝導の点、形状的な平面度や平面の連続性の点、加工による衝撃を吸収することなく局所的に効果的なせん断力をワークに与える点、さらには延性モードで加工を行う点などで、本願ブレードとは全く異なることは明白である。

こうした切れ刃の間隔や側面部の表面の粗さは、加工対象材料に応じて適宜調整するものである。

図７は、ブレード２６がスピンドル２８に取り付けられた状態を示した断面図である。図７に示すように、スピンドル２８は、不図示のモータ（高周波モータ）を内蔵したスピンドル本体４４と、スピンドル本体４４で回動可能に軸支され、その先端部がスピンドル本体４４から突出した状態に配設されたスピンドル軸４６とから主に構成される。

ハブフランジ４８は、スピンドル軸４６とブレード２６との間に介装される部材であり、テーパ状に形成された取付孔４８ａが設けられるとともに、円筒状の突起部４８ｂが設けられる。このハブフランジ４８には、ブレード２６のスピンドル軸４６（回転軸）に対する垂直度を決定するための基準面となるフランジ面４８ｃが設けられている。このフランジ面４８ｃには、後述するようにブレード２６のブレード基準面２６ａが当接される。

ブレード２６には、片側の端面に切刃部４０よりも内側部分に厚肉に形成された環状部（当接領域）３６が設けられている（図２及び図３参照）。この環状部３６には、ハブフランジ４８のフランジ面４８ｃが当接するブレード基準面３６aが形成されている。ブレード基準面３６ａは、環状部３６が形成される端面において他の位置よりも高い位置に設けられていることが好ましく、これにより平面度を出しやすくなっている。また、ブレード基準面３６ａを構成する環状部３６の厚みは、ブレード外周部に設けられる切刃部４０と比べて十分に厚くする必要がある。

ブレード外周部は、切断時に材料表面において脆性破壊を起こさないため切断幅も細くする必要があり、その厚みとしては50μm以下としなくてはならない。

しかしながら、そのブレード外周部の厚みのままでブレード基準面部分を含めて、すべてを50μm以下の厚みで製作する場合、ブレードの平面を出す過程で加工した際の加工歪が大きな問題になる。特に、ブレード全面を50μm程度の厚みで製作すると、ブレード両側面同士の歪のバランスで一方の側にブレードが反ることになる。ブレードが少しでも反っている場合、外周端部は非常に薄いので、非常に小さい応力で元々反っている側にブレードが座屈変形してしまい、結果的に使用できない。

このため、ブレード基準面を形成する部分は、ブレードの面に加工歪が残っていたとしても、その歪で反りが発生するほどの厚みであってはならない。直径にして50mm程度の円板で加工歪による反りが発生しない程度のブレードの基準面部分の厚みは、最低でも0.25mm以上、好ましくは0.5mm以上ある方がよい。この程度のブレード基準面部分の厚みがないと、ブレード基準面として平面を維持できない。平面が維持できなければブレード外周端部を一直線状にワークに作用させることが困難になる。

以上のことから、本実施形態のブレード２６では次の条件を満たすことが必要となる。

すなわち、ブレード基準面３６ａは、ブレード２６の両側面の加工歪のバランスが崩れていたとしても平面を維持しなくてはいけないことから、最低でも基準面部の厚みは0.3mm以上は必要である。

一方、ブレード外周端部は、材料にクラックを誘発させないためにも極微小領域で加工しなくてはいけない。そのためには、ブレード外周部に設けられる切刃部４０の厚みは50μm以下とする必要がある。

つまり、例えば直径50mmのブレード全体で見ると、平面度維持のためすべてを一体で製作する必要があり、ブレード内周部は平面度維持のため分厚くしなくてはならない一方で、ブレード外周部は薄くしなくてはならない。

なお、平面度を出す方法としては、スカイフ研磨などによる鏡面加工を使用することができる。

ブレード２６の取付方法としては、まず、ハブフランジ４８の取付孔４８ａにテーパ状に形成されたスピンドル軸４６を嵌合させて、不図示の固定手段でハブフランジ４８をスピンドル軸４６に位置決め固定する。次いで、ハブフランジ４８の突起部４８ｂにブレード２６の装着孔３８を嵌合させた状態で、ブレードナット５２を突起部４８ｂの先端に形成されたネジ部にねじ込むことにより、ブレード２６をハブフランジ４８に位置決め固定する。

このようにブレード２６がハブフランジ４８を介してスピンドル軸４６に取り付けられたとき、ブレード２６のスピンドル軸４６に対する垂直度はハブフランジ４８のフランジ面４８ｃの平面度とブレード２６のブレード基準面２６ａの平面度およびその両者を重ね合わせる取り付け精度で決定される。このため、ハブフランジ４８のフランジ面（回転軸に対して垂直な面）４８ｃと、このフランジ面４８ｃに接触するブレード２６のブレード基準面２６ａは、例えば鏡面加工によって平坦化され、スピンドル軸４６に対する垂直度が高精度になるように形成されていることが好ましい。これにより、ハブフランジ４８を介してブレード２６をスピンドル軸４６に装着する際、フランジ面４８ｃとブレード基準面２６ａを接触させた状態で位置決め固定することにより、ブレード２６をスピンドル軸４６に対して高精度に垂直にすることができる。

また、ブレード２６の中心位置の精度は、ブレード２６の装着孔３８とハブフランジ４８の突起部４８ｂとの嵌め合い精度で決定されることから、装着孔３８の内周面及び突起
部４８ｂの外周面の加工精度を高めることで、これらの同軸度を確保することができ、良好な取付精度を実現することができる。

その結果、ブレード単体精度に加えて、高精度なスピンドル軸２８に対する取付精度も確保することで高精度な切断加工が実現できる。

すなわち、延性モードで加工するためには、ブレード２６の切刃部４０の厚みを薄く構成するだけでなく、その切刃部４０をブレード２６の回転軸（スピンドル軸２８）に対して垂直な方向に略一直線上に作用させることができるように高精度な取り付けが必要となるが、その要求精度を十分に満たすことができる。

本実施形態では、ブレード２６を軸支するハブフランジ４８及びスピンドル軸４６はステンレス（例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４は日本工業規格(JIS: Japan Industrial Standards)に基づくステンレス鋼、以下、本実施形態におけるステンレス鋼は日本工業規格に基づく）等の金属材料で構成されている。一方、ブレード２６は、上述のとおり、ダイヤモンド焼結体８０により一体的に構成されている。すなわち、ブレード基準面３６ａは金属基準面で支えられる構成となっている。このような構成によれば、切断加工によってブレード外周部の切刃部４０が熱をもち、或いは、スピンドル軸４６側に熱があったとしても、まずはブレード２６の内部に均一に熱が伝わる。すなわち、ブレード２６は熱伝導率の非常に高いダイヤモンド焼結体８０で構成されるのに対し、ブレード２６を軸支するハブフランジ４８及びスピンドル軸４６はダイヤモンド焼結体８０と比較すると格段に熱伝導率が低いステンレスで構成される。このため、これらに生じた熱は、ブレード２６に沿って周方向に伝わり、ブレード２６の周方向にすぐに均一化され、放射状の温度分布となる。ダイヤモンド部分だけが熱がすぐに伝わり、ステンレスのスピンドル軸４６やハブフランジ４８には断面積などの点で、熱が伝わりにくく接触部も少ないため、結果的にダイヤモンド部分がさらに熱の均一化が促進され、その均一な状態で、熱的平衡が確保されるようになる。

また、ブレード外周部において、熱膨張を阻害する部材もなく、またバイメタル効果もないため、ブレード２６の外周部は真円度及び平面度を良好に保つことができる。その結果、ブレード外周端部に設けられる切れ刃８４はワークＷに対して一直線上に作用するようになる。

なお、本実施形態では、ブレード２６がハブフランジ４８を介してスピンドル軸４６に装着される構成を示したが、ブレード２６がスピンドル軸４６に直接装着される構成としてもよく、同様の効果を得ることができる。

次に、本実施形態のブレード２６を用いたダイシング方法について説明する。このダイシング方法は、シリコン、サファイア、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ガラスなどの脆性材料に対してクラックやチッピングなどの脆性破壊を伴うことなく塑性変形させながら安定して精度良く切断加工を行うことができる方法である。

まず、ロードポート１２に載置されたカセットからワークＷが取り出され、搬送手段１６によりワークテーブル３０上に載置される。ワークテーブル３０上に載置されたワークＷは、撮像手段１８により表面が撮像され、ワークＷ上のダイシングされるラインの位置とブレード２６との位置が、不図示のＸ，Ｙ、θの各移動軸によりワークテーブル３０を調整して合わせられる。位置合わせが終了し、ダイシングが開始されると、スピンドル２８が回転を始め、ブレード２６がワークＷを切断するないしは溝入れする量だけスピンドル２８が所定の高さまでZ方向へ下がりブレード２６が高速に回転する。この状態でワークＷは、ブレード位置に対してワークテーブル３０とともに不図示の移動軸によって、図１に示すＸ方向へ加工送りされるとともに、所定の高さまで下げられたスピンドル先端につけられたブレード２６でダイシングが行われる。

このとき、ブレード２６のワークＷに対する切り込み深さ（切り込み量）が設定される。外周に多数の切れ刃を要するブレード２６を高速回転させることで、１つの切れ刃（微小切刃）８４が臨界切り込み深さ（Ｄｃ値）以下になるように設定されなければならない。この臨界切り込み深さは、脆性材料の脆性破壊を起こすことなく、塑性変形による延性モードでの切断加工が可能な最大切り込み深さである。

ここで、ワーク材料とクラックを及ぼさない一つの刃あたりの臨界切り込み深さとの関係を表３に示す。

表３から分かるように、例えばワーク材料がシリコンの場合には、その臨界切り込み深さは0.15μmであることから、ブレード２６のワークＷに対する切り込み深さは0.15μm以下に設定される。仮に切り込み深さが0.15μmを超える場合にはワーク材料へのクラック発生は避けられない。

また、表３に示したワーク材料の中ではシリコンの臨界切り込み深さ（0.15μm）が最も小さく、他の材料と比べて割れやすいことが分かる。このことから、大抵の材料では、0.15μm以下の切り込み深さであれば、原理上クラックを発生することなく材料の変形範囲で加工を進行させることのできる延性モード加工が可能となる。

また、ブレード２６のワークＷに対する周速度（ブレード周速度）は、ブレード２６のワークＷに対する相対送り速度（加工送り速度）に比べて十分に大きく設定される。例えば、ブレード２６の回転数20,000rpm、ブレード２６の外径50.8mmの時、ブレード２６の回転速度53.17m/sに対し、ブレード２６の相対送り速度は10mm/sに設定される。

なお、ブレード２６の切り込み深さや回転速度、ブレード２６のワークＷに対する相対送り速度の制御は、図１に示したコントローラ２４によって行われる。

このような延性モードでのダイシング加工は、切断ラインの溝深さが最終切り込み深さとなるまで、１回あたりの切り込み深さが臨界切り込み深さ以下に設定された状態で繰り返し行われる。

そして、ワークＷに対する１つの切断ラインに沿うダイシング加工が終了すると、ブレード２６は、次に加工する隣の切断ラインにインデックス送りされて位置決めされ、前記と同様の加工手順により、当該切断ラインに沿うダイシング加工が実施される。

そして、前記ダイシング加工が繰り返されることにより、所定数の切断ラインに沿うダイシング加工が全て終了すると、ワークテーブル３０とともにワークＷを９０度回転させて、前記と同様の加工手順により、前述した切断ラインと直交する方向の切断ラインに沿ってダイシング加工が行われる。

このようにして、全ての切断ラインに沿うダイシング加工が全て完了すると、ワークＷは多数のチップに切断分割される。

ここで、本発明の効果を検証するために、上記ダイシング加工方法において、本実施形態のブレード２６と従来の電鋳ブレードとを用いてワークに対して溝入れ加工を行った結果について説明する。

［比較実験１］(シリコンウェーハ)
本実施形態のブレード２６としては、両側テーパタイプ（両Ｖタイプ）のものを使用した。一方、従来の電鋳ブレードとしては、ブレード厚みが50μm（粒度＃600）を使用した。その他の条件については以下のとおりである。

・装置：ブレードダイシング装置AD20T（東京精密製）
・ブレード回転数：20000rpm
・ワーク送り速度（加工送り速度）：10mm/ｓ
・切り込み深さ：30μm
・ワーク：シリコンウェハ（厚み780μm）
比較実験１の結果を図８Ａ及び８Ｂに示す。なお、図８Ａ及び８Ｂは、それぞれ、本実施形態及び従来技術による溝入れ加工後のワーク表面の様子を示したものである。

図８Ａに示すように、本実施形態のブレード２６を用いた場合には、ワークに対してクラックが発生させることなく切断溝を形成することができた。

一方、図８Ｂに示すように、従来の電鋳ブレードを用いた場合には、ワーク表面に微小なクラックが発生した。また、切断溝の底面にもクラックが生じていた。

このように本実施形態のブレード２６を用いた場合には、従来の電鋳ブレードを用いた場合に比べて、クラックを発生させることなく、延性モードで安定して精度良い切断加工を行うことができることを確認した。

［比較実験２］（サファイアウェーハ）
次に、比較実験１と同様のブレードを用いて、以下の条件で比較実験を行った。

・装置：ブレードダイシング装置AD20T（東京精密製）
・ブレード回転数：20000rpm
・ワーク送り速度（加工送り速度）：10mm/ｓ
・切り込み深さ：50μm
・ワーク：サファイアウェハ（厚み200μm）
比較実験２の結果を図９Ａ及び９Ｂに示す。なお、図９Ａ及び９Ｂは、溝入れ加工後のワーク表面の様子を示したものであり、図９Ａは本実施形態のブレード２６を用いた場合、図９Ｂは従来の電鋳ブレードを用いた場合である。

図９Ａ及び９Ｂから明らかなように、ワークをサファイアウェハに変更した場合においても、シリコンウェハを対象とした比較実験１と同様の結果が得られることを確認した。

［比較実験３］(SiCウェーハ)
次に、ストレート形状のブレードを用いて、以下の条件で比較実験を行った。
ブレード厚みは、20μm、50μm、70μm厚で行なった。

・装置：ブレードダイシング装置AD20T（東京精密製）
・ブレード回転数：20000rpm
・ワーク送り速度（加工送り速度）：2mm/ｓ
・切り込み深さ：200μm
・ワーク：4H-SiCウェハ Si面（厚み330μm）
図１０Ａから１０Ｃは本実施形態のブレード２６による溝入れ加工後のワーク表面の様子を示したものであり、図１０Ａは、ブレード厚みが20μmの場合、図１０Ｂは、ブレード厚みが50μmの場合、図１０Ｃは、ブレード厚みが70μmの場合を示す。

ブレード厚みは50μm以下とすることが理想的ではあるが、SiCの場合70μ刃厚では、小さいクラックはあるが、顕著なクラックはなかった。

［比較実験４］(超硬合金)
次に、先と同様にストレート形状のブレードを用いて、以下の条件で比較実験を行った。ブレード厚みは、20μm厚で行なった。

・装置：ブレードダイシング装置AD20T（東京精密製、AD20Tは装置の型番）
・ブレード回転数：10000rpm
・ワーク送り速度（加工送り速度）：1mm/ｓ
・切り込み深さ：40μm
・ワーク：超硬ＷＣ（ＷＣ：タングステンカーバイド）
図１１Ａ及び１１Ｂは、本実施形態のブレード２６による溝入れ加工後のワーク表面（図１１Ａ）及び断面（図１１Ｂ）を示している。同図のように、超硬のような硬質材料でも理想的な延性モード加工を行うことができることを示している。

［比較実験５］(ポリカーボネード)
次に、先と同様にストレート形状のブレードを用いて、以下の条件で比較実験を行った。ブレード厚みは、50μm厚で行なった。

・装置：ブレードダイシング装置AD20T（東京精密製）
・ブレード回転数：20000rpm
・ワーク送り速度（加工送り速度）：1mm/ｓ
・切り込み深さ：500μm(フルカット)
・ワーク：ポリカーボネード
図１２Ａ及び１２Ｂは、それぞれ、本実施形態のブレード２６による溝入れ加工後のワーク表面、及びワーク断面を示している。図１２Ａに示すように、ワーク表面から見るとシャープな切断ラインが観察される。図１２Ｂに示すように、従来の電鋳ブレードと比較しても鏡面の切断面を得たことが分かる。

［比較実験６］(CFRP：carbon-fiber-reinforced plastic)
次に、先と同様にストレート形状のブレードを用いて、以下の条件で比較実験を行った。 ブレード厚みは、50μm厚で行なった。

・装置：ブレードダイシング装置AD20T（東京精密製）
・ブレード回転数：20000rpm
・ワーク送り速度（加工送り速度）：1mm/ｓ
・ 切り込み深さ：500μm(フルカット)
・ ワーク：CFRP
比較実験６の結果を図１３Ａ及び１３Ｂに示す。なお、図１３Ａ及び１３Ｂは、溝入れ加工後のワーク断面の様子を示したものであり、図１３Ａは本実施形態のブレード２６を用いた場合、図１３Ｂは従来の電鋳ブレードを用いた場合である。

従来の電鋳ブレードと比較すると、電鋳ブレードは一つ一つの繊維を引きちぎるため、繊維のきれいな断面を観察できないが、本願ブレードでは一つ一つの繊維が絡まって引きちぎれることなくシャープな繊維端面持つ切断面を得ることができる。

この結果は、本願ブレードの場合、連続した切れ刃が形成され、それぞれの凹み部分が切れ刃になると共にダイヤモンド同士が結合している。そのため、電鋳ブレードでは切れ刃が繊維一本を切断するのに軟らかい結合材で衝撃を吸収してしまい、鋭利に切れ刃が作用しないが、本願ブレードは、ダイヤモンドのせん断応力によって、瞬時の衝撃を吸収することなく鋭利に刃先が作用するためである。

次に、ブレード２６のワークＷに対する切り込み深さを臨界切り込み深さ（Ｄｃ値）以下として延性加工モードでの切断加工が行われる場合であっても実用的なダイシング加工が可能である理由について説明する。

例えば、外径50mmのブレード２６を用いてシリコンウェーハからなるワークＷを切断加工する場合を考える。なお、ブレード外周端部には結晶粒界に沿った切れ刃（微小切刃）が約10μmピッチで周方向に沿って設けられているものとする。この場合、ブレードの外周長は157mm（157000μm）であることから、約15700個の切れ刃が外周部に形成されていることになる。

まず、１つの切れ刃がワークＷにクラックを与えない程度の切り込みとして、0.15μmの切り込みを入れたものとし、その切り込みにより一度の除去量が0.02μm（20nm）であるとする。なお、通常、ＳｉＣやＳｉ、サファイア、ＳｉＯ_２などクラックが発生しない臨界切り込み深さはサブミクロンオーダ（例えば約0.15μm）である。そうすると、ブレード外周端部には15700個の切れ刃が存在するため、ブレード一回転あたり原理的には0.314mm（314μm）ほど、加工を進めることができる。ダイシングのスピンドルとして10,000rpmとすると、１秒当たり166回転する。よって、１秒当たりのブレード外周端部での切断除去排除距離は52.124mmとなる。例えば、ブレードの送り速度を20mm/sとした場合、ワーク材料内を押しながら進む速度よりも、ワーク材料をせん断方向に加工して除去する速度の方が速い。すなわち、ワーク材料を切断する上では、ワーク材料の破壊が起きない程度に微小切り込みを入れて、ワーク材料をブレードの進行方向とは直交する水平方向に加工して払いのけ、その払いのけ除去された部分を、ブレードが進行していく形態となる。そのため、クラックが発生する程度の0.1μm以上の切り込みが入る余地がないため脆性破壊を起こすことなく、塑性変形に基づく延性加工領域での切断加工が可能となる。すなわち、高速にブレードを回転させながらブレード回転によるブレード外周端部（先端部）の加工対象材料に対する周速度を、ブレードの加工対象材料に対する送り速度に比べて大きくとることで、延性加工を行うことが可能となる。

なお、実際的には、多少のブレードの偏芯も考慮し少し余裕を持たせて実施し、φ50.8mmのブレード径では、20,000rpmで回転させながら、10mm/s程度の送り速度で加工すれば、材料のクラックは発生しない。

次に、本実施形態のブレード２６を用いて延性モードでの加工を実現するために各種検討した結果について説明する。

［ダイヤモンド砥粒の粒径と含有量の関係について］
本実施形態において、延性モードで加工するためにはブレード２６の周方向における砥粒配列について考慮する必要がある。その理由としては以下のとおりである。

まず、仮に0.15μmの切り込みを入れるためには、その切り込みを入れるための切れ刃（微小切刃）の大きさとしては、１桁程度の大きい砥粒径や切れ刃間隔である方が望ましい。３桁以上大きい切れ刃間隔となる場合、切れ刃間隔のばらつきも考慮すると、微小な切り込みを入れることは難しい。

一般的に、平板状試料に対して、略等間隔に切れ刃が設定されたブレードを平行移動させて加工する際の最大切込み深さを幾何学的に計算する。以下図１４を基にすると、ハッチングした部分を一刃あたりの切り屑部分とすれば、ブレード中心Ｏと切り屑上の一点Ａとを結ぶ線によって決まるＡＣなる長さが一刃あたりの最大切込み深さｇ_maxとなる。

なお、Dはブレード直径、Zはブレード切れ刃数、Nはブレードの毎分回転数、Vsはブレードの円周速度(πDN)、Vwはワークの送り速度、Szはブレード一刃あたりの送り量、aは切込み深さとする。

そこで、

とおき、切込み深さｇ_maxはブレード直径Dに比べて十分小さいとすれば、

したがって、

ここで、ブレードの刃数Zの代わりに、切れ刃間隔λを使用して、Ｚ＝πＤ／λとして、(1)式に代入すると、一刃あたりの最大切込み深さが求まる。

ここで、πＤＮは明らかにブレード周速度Ｖ_Ｓに等しい。すなわち、ブレードによる平板加工において、切れ刃間隔λと一刃あたりの最大切り込み深さの関係は次式で与えられる。

但し、ｇ_max：単位切れ刃あたりの切り込み深さ、λ：切れ刃間隔、Ｖ_ω：ワーク送り速度、Ｖ_ｓ：ブレード速度、ａ：ブレード切り込み深さ、Ｄ：ブレード径とする。

これからも、単位切れ刃あたりの切込み深さを一定以下にするためには、切れ刃の間隔が重要になることが分かる。また、ブレードの回転速度も重要になる。

式（１）に示した関係によれば、Ｖ_ω：40mm/s、Ｖ_ｓ：26166mm/s、ａ：１mm、Ｄ：50mm、λ：25μmとしても、0.027μm程度の切り込み量だけとなり、0.1μm以下の切り込み量となる。この範囲であれば、臨界切り込み深さ以下であるから、延性モード加工の範囲である。

延性モード加工を行うためには、必ず上記の条件を満たさなければならない。

さらには、実用的な条件として、2インチ径のブレード(直径50mm)を10000rpmで回転させて加工する条件で、ワーク厚みが0.5mm、ワークの送り速度を10mm/sとし、ブレード外周部分の切れ刃間隔を1mmピッチで形成したとする(Ｖ_ω：10mm/s、Ｖ_ｓ：１５７ｘ１０^４mm/s、ａ：0.5mm、Ｄ：50mm、λ：1mm)。

その条件であっても、上の式に代入すると、一つの刃が切込む臨界切込み深さは0.08μmとなり、依然0.1μm以下の切込み深さとなる。よって、ブレードが偏芯せず理想的にすべての切れ刃がワークの除去加工に作用するとした場合、臨界的にはブレード外周部に形成できる切れ刃間隔は1mm以下までであれば、致命的なクラックを生じる過剰な切込みを
与えることなく、加工を進行させることが可能となる。

尚、SiCでは、クラックを生じさせない臨界切込み深さは0.1μm程度であるが、他のサファイア、ガラス、シリコンなどにおいては、同クラックを及ぼさない臨界切込み深さは、０．２〜０．５μ程度であるため、臨界切込み深さを０．１μm以下と設定しておれば、ほとんどの脆性材料はクラックを及ぼすことなく、材料の塑性変形域内で加工を行うことができる。よって、ブレード周囲につける切れ刃間隔は1mm以下である方が望ましい。

一方、ブレード周囲の切れ刃間隔は1μｍ以上である方がよい。仮に、平均的な切れ刃間隔が1μｍ以下の場合、すなわちサブミクロンオーダの切れ刃間隔を有する場合、臨界切込み深さ量と材料除去の深さ単位がほぼ同程度になってくる。すなわち、両者ともサブミクロンオーダとなるが、このような条件では実際に一つの切れ刃が期待する除去量に達することは難しく、逆に目詰まりモードによって加工速度は急激に低下する。

こうした状況下では、一つの切れ刃の臨界切込み深さは別として一つの切れ刃が除去できる深さ自体に無理があると考えられる。

尚、上記の考えは、ワークを切断する断面積が一定である場合に成り立つ。すなわち、試料は略平板状試料において、ブレードを高速回転させて、ブレードを、平板状ワークに対して一定の切込み深さに設定し、ワークをスライドさせながら切断加工するブレードに関する内容において合致する。

また、上記の式は、一つの切れ刃が与える臨界切込み深さは、切れ刃間隔によることも重要なことである。一つの切れ刃が切り込む量は、次の切れ刃との間隔に影響し、ある部分で切れ刃間隔が大きい部分があると、所望の臨界切込み深さより深く切込みクラックを及ぼす可能性を示している。よって、切れ刃間隔は重要な要素であり、安定した切れ刃間隔を得るために、その切れ刃間隔を材料組成から自然に設定されるように、単結晶ダイヤモンドを焼結したＰＣＤ材料が好適に使用されるのである。

但し、ダイヤモンド砥粒の粒径（平均粒子径）が大きくても、その隙間が密に敷き詰められており、実質的な砥粒間隔がその粒径よりも小さいオーダであれば、さらに砥粒の切り込みを抑制し、制御することが可能となる。実際には、理想的な粒径として1μmから5μm程度のダイヤモンド砥粒が望ましい。

尚、粒径が必ずしも切れ刃間隔になるとは限らない。正確にツルーイングされている場合は、切れ刃の間隔は粒径に相当するかもしれないが、通常切り出してドレッシングされた状態では、切れ刃間隔は砥粒径よりも大きくなる。

すなわち、粒界で厳密に規定されれば、一つの砥粒の両脇に存在する隙間が、切れ刃に相当すると解釈されるが、実際はいくつかの砥粒が固まりで抜け落ちて、自然に一定周期の切れ刃を形成するようになる。これは、ブレードを平均的に荒らすことで切れ刃ピッチを形成することができる。

図１５Ａ及び１５Ｂには、ブレード外周端を粗さ計で測定した結果を示す。さらに図１６Ａ及び１６Ｂには、表面状態の写真を示す。焼結体であるため、基本的には表面に見える部分はすべて砥粒であるダイヤモンドで構成される。

また、表面の凹凸はダイヤモンド粒界から形成されており、自然な略等間隔の凹凸形状が構成される。この一つ一つの凹部が材料に切込むための切れ刃として作用する。この切れ刃ピッチは、図から明らかなように、4mmレンジで260個、263個の山数があるため、約15μmピッチの切れ刃間隔となっていることが分かる。尚、本材料は、住友電工ハードメタル社製のＤＡ２００で構成されており、構成されるダイヤモンド粒子の粒径は公称1μｍである。このように、粒径は小さくても、切れ刃間隔はそれよりも大きく形成されており、図からわかるように略等間隔に形成されている。

こうした等間隔な切れ刃は、単結晶の微粒子を焼結させて作られたダイヤモンド焼結体によって、ブレードそのものを形成していることによるものである。

このように、ブレード先端部分は、ワークを切り進めるために大きく凹凸をつけるようにしているが、それに対して、ブレード先端部分に比べてブレード側面部分は除去後のワーク切断後の端面を鏡面になるように研削する。そのため、ブレード先端部は切り進めるために粗く成形しており、ブレード側面部はそれに対して細かく成形している。

なお、従来の電鋳ブレードでは、通常ダイヤモンド砥粒の間隔は、その粒径と比べて格段に大きい。これは、まばらに振りまいたダイヤモンド砥粒を単にメッキしているためであり、メッキする時点で全く異なる。

これに対して、本実施形態のブレード２６では、ダイヤモンド焼結体は焼結助剤が焼結によりダイヤモンド内に溶融してダイヤモンド同士が強固に結合するため、非常に硬質かつ高強度に構成される。また、ダイヤモンド焼結体は電鋳ブレードと比較して相対的にダイヤモンド含有量が多く(例えば、特開昭61-104045号公報を参照)、電鋳ブレードと比較すると相対的に強度が大きい。

また、ブレード材料内部の多くがダイヤモンドで占められているために、ダイヤモンド体積よりも、それ以外の部分(焼結助剤含む)の方を小さくすることが可能となり、ダイヤモンド焼結体の場合、仮に粒径が大きくてもダイヤモンド粒径の隙間を実質的にミクロンオーダにすることが可能になる。

また、ダイヤモンド砥粒の間の凹み部分が本発明では極めて重要な役割を果たす。ダイヤモンド砥粒は非常に硬質であるが、焼結助剤として入れたコバルトは一部はダイヤモンド内に浸透するが、一部はダイヤモンド砥粒間に残っている。この部分はダイヤモンドと比べると硬度的に少し柔らかいので、切断加工において摩耗しやすく少し凹む形になる。すなわち、ダイヤモンド同士に挟まれた部分があって、その間の凹みを微小な切れ刃にすることで、過剰な切り込みを与えることなく、安定した切り込みを得ようとしているものである。また、微小な切れ刃は、ダイヤモンド同士に挟まれた凹みのみならず、ダイヤモンド粒子自体が欠落してできた凹み部分も切れ刃として作用させることもある。この切れ刃間隔は、先の式に示した一つの刃あたりの臨界切込み深さを超えない程度の間隔に設定しておけばよい。

例えば、25μm粒径のダイヤモンド砥粒を焼結で固める場合を考える。ここでは分かりやすくするために、ダイヤモンド砥粒は25μm四方の立方体であるものと仮定する。ダイヤモンド砥粒同士を結合するために、25μmの外側で両側1μmの部分を別の粒子と結合するための結合部分として利用するものとする。すると、27μm四方の立方体となる。その場合に、ダイヤモンド砥粒部分が締める体積％は78.6％程度になる。よって、80体積％(vol％)以上程度のダイヤモンド含有量があれば、たとえ、25μm粒径のダイヤモンド砥粒であっても、そのダイヤモンド砥粒間の隙間、すなわち粒子間隔は実質せいぜい1〜2μm程度となり、その凹み部分が切り込みを与えるための切れ刃（微小切刃）となる。また、2μm程度の粒子間隔であれば、その粒子間隔においてそのピッチの粒子がワーク材料に押し込まれたとしても、そのワーク材料の変位はダイヤモンド砥粒の間隔と比べて１桁以上小さくなる。

すなわち、0.15μmかそれ以下となる。また、25μmピッチで切れ刃（微小切刃）が形成されているとして、50mmのブレード径の場合、全周約157mmあたり6280個の切れ刃が形成されている。仮にブレードを20000rpmで回転させるとして、１秒当たりに切れ刃は、2093333個作用させることができる。

この1つの切れ刃が0.15μm以下の切り込みを入れて、仮にその１／５である0.03μmほど、１秒あたりに除去するとする。そうすれば、2093333個の微小切刃であれば１秒当たり、62799μmほど除去可能となり、理論上、一秒当たり6cm程度切り進めることが可能となる。

こうした点からも、理論上、25μm粒径のダイヤモンド砥粒であっても、80％以上のダイヤモンド含有量を有しておれば、ダイヤモンド砥粒同士が結合している隙間の部分は1〜2μｍ程度となり、その結果、過剰な切り込み量を与えることなく、安定した切り込み量として0.15μmとすることが可能となる。

また、ダイヤモンド砥粒の粒径が25μmではなく、それ以下であっても、ダイヤモンド含有量を80％以上とすれば切り込みや材料除去量の点において、臨界切り込み深さを越えることがないため問題はなく、クラックを発生することなく延性モードでの加工を行うことが可能となる。

以上のように、ダイヤモンド焼結体の場合、ダイヤモンド砥粒（ダイヤモンド粒子）間が密に詰まっているため、ダイヤモンド含有量が非常に高く、個々のダイヤモンド砥粒がそのダイヤモンド砥粒のサイズの切れ刃として作用する。

また、ダイヤモンド砥粒の粒径と比較して、ダイヤモンド砥粒間の距離が格段に小さくなり、切り込み量として正確に制御することが可能となる。その結果、切り込み深さが所定の当初目論んだ切り込み深さ以上に大きくなることはなく、加工中絶えず安定した切り込み深さを保証する。その結果、ミス無く、延性モードの切断加工を行うことが可能となる。

なお、25μm程度の大きい粒径では、ダイヤモンド砥粒の含有率をさらに多くすることができ、通常市販されているものであれば93％程度の含有率（ダイヤモンド含有量）のものがある。そうであれば、なおさら、焼結助剤の割合が減少し、すなわち、ダイヤモンド砥粒同士の隙間は、実際微小になる。

ただし、25μm以上の大きい粒径のダイヤモンドを使用する場合、先に述べたように切れ刃間隔としては、延性モード加工を行う上で十分なのであるが、一方でブレードの刃厚を50μm以下とする場合には、そうした大きい砥粒では製作することはできない。

なぜならば、たとえば、40μmの刃厚で製作する場合は、少なくともブレード断面に二つ以上のダイヤモンド砥粒を要していないとならないが、理論上二つ入らず、1.6個となるからである。

［ワーク材料の変形を考慮したブレードの刃厚について］
延性モードの加工を安定して行うためには、前述したように、深さ方向においては切り込みを0.15μm程度以下にする必要がある。この切り込みを安定的に行うためには、切り込み幅から考慮されるワーク材料の厚み方向変位（縦方向変位）も考慮しなくてはならない。

すなわち、広い範囲でブレード面（ブレード２６の回転軸に垂直な面）に平行な方向に切り込みを入れて除去する場合、それに伴うワーク材料の変形は縦方向(切り込み深さ方向)にも広がる。すなわち、ワーク材料のポアソン比を考慮して、ある程度有限の切り込み幅とする必要がある。なぜなら、極端に切り込み幅を大きくすると、ポアソン比の影響による材料変形で縦方向にもその変形余波が及んでしまう。これにより、所定の設定した臨界切り込み深さ以上の切り込み量が入ってしまい、結果的にワークＷの割れを誘起することがあるためである。

ここで、ポアソン比の影響を考慮した場合に安定的に切り込みを与えることができるブレードの刃厚（ブレード幅）について検討する。表４は、脆性材料のヤング率とポアソン比との関係を示したものである。

ここでは、１つの切れ刃がワーク材料に切り込むものとする。また、細いストレートなブレード先端は、特段恣意的に鋭利化するものではなく常に加工すると、断面形状は略半円形になるものとする。

そうした場合、例えば0.15μmの切り込みを直方体状のもので与えるとすれば、略1μm程度の幅で平行に切り込みを与えると、ポアソン比によれば、付随的に縦方向に単純に0.17μｍ程度変位することになり、これは実際の切り込み量近くになる。実際は、ポアソン比の影響は縦変位のみならず、水平方向にも及ぶため、概算で1μm程度の幅であれば切り込み量として与えることができる。

しかし、図１７に示すように、略半円状のブレード先端（ブレード外周端部）をワーク材料に対して0.15μm切り込む場合は、その幅として平行に一様に変位させているわけではないので、外周の立ち上がりを考慮すると、約5μmの円弧状の幅であればポアソン比の影響を受けずに切り込むことが可能となる。すなわち、Rsinθ＝2.5となり、R(1-cosθ)=0.15となる。

これを逆算すると、先端部分のブレード半径は約25μm程度となり、上記5μm幅の切り込みを与える頂角は12度程度になる。

よって、材料に切り込むブレードの幅としては、約50μm以内には抑えておく必要がある。それ以上となると、各点平面的に同時に材料に作用することになり、時として微小なクラックを誘発することにつながる。

なお、それ以上の曲率、すなわち、30μm程度のブレード厚みであれば、基本的に上記の状態よりも局所的に切れ刃が作用するため、基本的に切れ刃の横幅が切り込み深さに影響を及ぼすことはなく安定的に切り込むことができる。

なお、ブレードの幅については、延性モードの加工を行う上での観点もあるが、ブレード単体の座屈強度とも大きく関係する。

上記ブレードの幅は、ワーク厚みからも制限を受ける。

ここで、ブレードの幅とワーク厚みの関係を示す。

ワークは、一般的にはダイシングテープに支えられている。ダイシングテープは弾性体であるため、ワークのような硬い材料とは異なり、少しの応力で多少なりとも縦方向(Z方向)に変位しやすい。ここで、ワークをブレードで切断する際には、ワーク内の切断される部分の断面形状、図１８Ａに示される斜線部分が重要になる。

ブレード接触領域ｌがワーク厚みｈよりも大きいｌ＞ｈの場合、図１８Ｂに示すようにブレードが接する部分(加工除去される部分)は横長の長方形になる。こうした除去対象の断面部分が横長の長方形になる場合においては、上部から分布荷重が作用すると、撓みによって弓なりに曲がる状態が発生し、その撓みの最大変位は以下となる。(実際は板の撓みではあるが、単純に梁の問題と考え分布荷重が作用と仮定)

断面が奥行きｂで高さｈの長方形梁の場合、

であるため、上式は以下となる。

最大撓みは、梁の中央部分で、ワーク厚みｈの3乗に反比例し、ブレード接触領域ｌの4乗に比例する。

特に、（ｌ／ｈ）^３において、ｌ／ｈが１を境にして、ｌ／ｈが１より小さくなれば撓みは格段に小さくなり、逆にｌ／ｈが１より大きくなれば撓みは格段に大きくなる。これより、ブレード厚み(ブレード接触領域)ｌとワーク厚みｈの相対的な厚みの形状で撓みが発生する場合と、発生しない場合が分かれる。

このブレード接触領域がワーク厚みよりも大きい場合(ｌ>ｈ)、ワークは接触領域内で撓みが発生するが、ワークが撓む場合、断続的に面内で上下に撓みによるワークの振れの振動が発生し、所定の切込みを達成できなくなる。結果的にワークの縦方向の振動でブレードから致命的な切込みが与えられ、ワーク表面に割れが発生する。

よって、特に本願のPCDブレードによる加工では、クラックフリーの加工を行うため、所定の切込み深さを安定して忠実に守る必要がある。そのためには、切れ刃間隔制御による切込み深さを設定する他にも、ワークそのものの加工時おける縦振動を抑えることで、所定の切込みを精度よく確保しなればならない。

そのためにも、ブレード厚みは、図１８Ｃに示すように対象ワークの厚みよりも薄くしなければならない。

例えば、ワーク厚みが50μm以下の場合は、ブレードの幅は当然50μm以下にする必要がある。

この場合には、ワークは接触領域内で撓むことはない。一方、接触領域内で屈曲ないしは圧縮させる応力が働くが、ワークは横方向には密な連続体でポアソン比により変形が拘束される。そのため、局所的にはワークから反力としてブレードから与えられた応力に作用し、結果的に、割れを発生することなく所定切込みでの加工が可能となる。

［従来のブレードとの比較］
特許文献１にあるような電鋳ブレードの場合、ダイヤモンドを分散させ、その上からメッキを行うため、ダイヤモンドはまばらに存在し、しかもそれらは突き出した構成となる。その結果、突き出した部分は、当然のように過剰な切り込みを与えてしまうこともあり、脆性破壊を誘発する。なお、溝の底部や側面部も連続している部分は、ワーク材料も互いに密に構成されているため、すぐさまクラックは入りにくいが、ブレードが抜ける部分が最もクラックや割れが入りやすい。それは、ブレードが抜ける際に、バリがでることと同じであり、ワーク材料は連続ではなく支えがないからである。

また、特許文献２のブレードの場合は、ＣＶＤ法で成膜されているために、突出したクラックはない。ただし、ブレード端部の切れ刃の配列、ブレード側面部の平面状態やうねりなど、制御することは不可能である。特に、ブレード側面部に限れば、成膜時の膜厚むらはそのままブレードの厚みむらに相当する。また、成膜の表面そのものは無垢な面であるため、材料側面と完全に接触して摩擦熱を誘発することや、微妙なうねりがあり、そのうねりで材料を叩き割ることもある。

それに対して、本実施形態のブレード２６では、軟質金属の焼結助剤を用いて焼結されたダイヤモンド焼結体で一体的に構成されるため、ブレード外周端部とブレード側面部を摩耗処理で成形することが可能となる。特にブレード外周端部は切れ刃となるため、前述のように、所定の切れ刃とするためにさらに摩耗処理条件を変更することも可能である。一方、ブレード側面部の役割としては、切り屑を排除することがまず第一にあるが、ワーク側面との接触を加味すると、ある程度の接触しつつも、過度に接触せず、安定してワーク側面を微小に削る程度にブレード側面部が荒らされていることが望ましい。

このようにブレードの外周端部と、ブレード側面部をそれぞれその状態に応じて所望の表面状態を設計し、そのような表面に製作できることについていずれの引用文献の技術も不可能である。

なお、スクライビングで使用されるブレードの場合、以下のような理由から延性モードでの加工には適さない。

すなわち、スクライビングでは、ブレード自体を回転させるわけではないので、等間隔に揃った微小な切れ刃自体が必要になるものではない。また、たとえ、切れ刃があったとしても、ミクロンオーダの結晶粒界に沿った微小切刃でなく、大きい切れ刃とする場合、高速回転のダイシングでは材料にクラックを与えてしまい到底使用することはできない。

また、結晶粒界に沿った微小な切れ刃をもつブレードをスクライビングで使用しても、その微小な切れ刃はスクライビングのクラックを与える切れ刃として機能するものではない。

また、スクライビングは、ブレードを鉛直方向に押圧する。そのため、ブレード内を通す軸に垂直下方向に応力を与え、ブレードを軸に対して滑るように構成する。軸とブレードを固定して使用するものではないため、軸に対するブレードのクリアランスは低く、また、ブレード自体が高速回転しないので、ブレードの片側面に基準面を設ける必要もない。

また、50μm以下、とりわけ30μm以下の細い刃先のスクライビング用のブレードを製作しても、ブレードは薄い軸受けで受け、またブレードの片側面に広い面で受ける基準面が存在しないため、ワークに対する精度良い真直度を確保できない。その結果、細い刃先のブレードは座屈変形してしまうことになり使用できない。

［ブレードの強度について］
次に、ブレード材料の強度(弾性率)とワーク材料の強度(弾性率)の関係について述べる。

ブレードがワークに一定量切り込んでそのまま切り進めるためには、ブレード材料はワーク材料に対して大きい強度が必要となる。仮に、単純にブレード材料がワーク材料に対して軟らかい材料、すなわちヤング率の小さい材料で構成されていた場合、極細いブレード先端部分をワーク表面に作用させ、ブレードを進めようとしても、ワーク材料が高弾性率の部材であればワーク表面を微小に変形させることができず、それを無理に変形させようとすると、ブレード自体が座屈変形する。そのため、結果的に加工が進行しない。ここで、両端支持の長柱の座屈荷重Ｐは次式で与えられる。

なお、Ｅ:ヤング率、Ｉ：断面二次モーメント、ｌ：長柱の長さ(ブレード径に対応)とする。

仮に、ワーク材料より低い弾性率を有するブレードの場合、ブレードの座屈変形を抑えながら加工を進展させるのであれば、座屈変形しない程度の断面二次モーメントが必要となり、具体的にはブレード厚みを分厚くせざるを得ない。しかし、特に脆性材料を加工する場合でブレード厚みがワーク厚みより厚い場合、ワーク材料表面を変形させ押し割ってしまう。よって、ブレード厚みはワーク厚みよりも薄くしなくてはならない。

そうすれば、結果的には、ブレード材料はワーク材料よりも高弾性率のものを使用しなくてはならないことになる。

こうした関係は、従来の電鋳ブレードと本実施形態のブレード２６との差に相当する。すなわち、電鋳ブレードは、ニッケル等の結合材で結合しており素材的にはニッケルベースとなる。ニッケルのヤング率は219GPaであるが、例えばＳｉＣは450GPaである。ニッケルに電着されているダイヤモンド砥粒自体は970GPaであるが、それらは個別に独立に存在するため、結果的にニッケルのヤング率に支配される。そうすれば、原理上、ワーク材料が高弾性であるため、付随的にブレード厚みを増して対応しなくてはならない。その結果、電鋳ブレードの厚みを太くして接触面積を大きくすることを余儀なくされ、クラックや割れを誘発することになる。

これに対して、本実施形態のブレード２６の場合、ダイヤモンド焼結体のヤング率はダイヤモンド同士が結合しているため、700〜800GPa相当である。これは、ほとんどダイヤモンドのヤング率に匹敵する。

ここで、ブレード２６の弾性率がワークＷの弾性率に比べて大きい場合、ブレード２６は切り込みを与えた際に、ブレード２６ではなくワークＷ側の表面が変形することになる。ワークＷ側が変形したまま、そのまま切り込みを入れて加工除去していくことが可能となる。しかも、その過程でブレード２６が座屈変形することはない。よって、非常に鋭利なブレード２６であっても、座屈することなく加工を進めることが可能となる。

表５に各材料のヤング率を示す。表５から明らかなように、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）は、サファイアやＳｉＣなどの大抵の材料と比較しても格段にヤング率が高い。このため、ワーク材料厚みより細いブレードであっても加工することが可能となる。

次に、ワーク材料とブレード材料の硬度の関係を述べるが、高度の関係も先の弾性率と同様である。

ブレード材料の硬度がワーク材料の硬度に比べて低い場合、例えば電鋳ブレードの場合は、ダイヤモンドを軟質の銅やニッケルが支えている。表面のダイヤモンド砥粒は非常に硬度が高いが、その下でダイヤモンド砥粒を支えているニッケルの硬度は、ダイヤモンドと比較すると極めて低い。よって、ダイヤモンド砥粒に衝撃が与えられると、その下のニッケルが衝撃を吸収することになる。結果的に、電鋳ブレードの場合はニッケルの硬度が支配的になるため、結果、硬質のダイヤモンド砥粒がワーク材料に衝突し、ワークに切り込みを与えようとしても、結合材がその衝撃を吸収するため、結果的に所定の切り込みを与えることが難しい。よって、加工を進行させるためには、ある一定以上のブレード回転数をダイヤモンドに衝撃的に与えないことには加工が進まない。また、この際にニッケルに一瞬衝撃が吸収され、その反力がダイヤモンド砥粒にのって大きな力でワーク材料を押圧するため、ワーク材料を脆性破壊させてしまう。

それに対して、本実施形態のブレード２６の場合、ダイヤモンド焼結体はダイヤモンド単結晶に匹敵する硬度を有し、サファイア、ＳｉＣなどの硬脆性材料と比較しても格段に高い硬度である。その結果、ダイヤモンド焼結体の表面に形成される凹部からなる切れ刃（微小切刃）がワーク材料に作用しても、その衝撃はそのまま微小な切れ刃部分に局所的に作用し、鋭利な先端部分と相まって、極微小部分を精度よく除去加工することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態のブレード２６によれば、ダイヤモンド砥粒８２の含有量が８０％以上からなるダイヤモンド焼結体８０によって円盤状に一体的に構成され、このブレード２６の外周部にはダイヤモンド焼結体の表面に形成された凹部からなる切れ刃（微小切刃）が周方向に沿って連続的に配列された切刃部４０が設けられる。このため、従来の電鋳ブレードに比べて、ワークに対するブレード２６の切り込み量を高精度に制することが可能となる。その結果、脆性材料から構成されるワークに対しても、ブレード２６の切り込み量をワークの臨界切り込み量以下に設定した状態で切り込みを行うことにより、クラックや割れを発生させることなく、延性モードで安定して精度良い切断加工を行うことができる。

また、ダイヤモンド焼結体８０の表面に形成された凹部は、ワークＷを加工する際に生じる切り屑を搬送するポケットとして機能する。これにより、切り屑の排出性が向上するとともに、加工時に生じる熱を切り屑とともに排出することが可能となる。また、ダイヤモンド焼結体８０は熱伝導率が高いので、切断加工時に発生する熱がブレード２６に蓄積されることがなく、切断抵抗の上昇やブレード２６の反りを防ぐ効果もある。

以上、本発明のダイシングブレードについて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…ダイシング装置、２０…加工部、２６…ブレード、２８…スピンドル、３０…ワークテーブル、３６…ハブ、３８…装着孔、４０…切刃部、４２…ダイヤモンド砥粒、４４…スピンドル本体、４６…スピンドル軸、４８…ハブフランジ、８０…ダイヤモンド焼結体、８２…ダイヤモンド砥粒、８４…切れ刃（微小切刃）、８６…焼結助剤

Claims (5)

1. ワークを延性モードで切断ないしは溝入れ加工するダイシングブレードにおいて、
   ダイヤモンド砥粒同士の焼結結合体である多結晶ダイヤモンドにより、円盤状に一体的に構成した回転駆動用のダイシングブレード。
2. 前記ダイシングブレードの外周部には、切れ刃が周方向に連続して存在する、請求項１に記載のダイシングブレード。
3. 前記多結晶ダイヤモンドは、前記ダイヤモンド砥粒の含有量が７０ｖｏｌ％以上である、請求項１または２に記載のダイシングブレード。
4. 前記ダイヤモンド砥粒の平均粒子径は２５μｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載のダイシングブレード。
5. 前記ダイシングブレードの外周部の厚さは５０μｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載のダイシングブレード。