JP7094622B2

JP7094622B2 - 環状の砥石

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Publication number: JP7094622B2
Application number: JP2018065229A
Authority: JP
Inventors: 弘樹相川
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2022-07-04
Anticipated expiration: 2038-03-29
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Description

本発明は、切削装置に装着される環状の砥石に関する。

デバイスチップは、例えば、半導体を含む円板状のウェーハが切断されることで形成される。例えば、交差する複数の分割予定ラインをウェーハの表面に設定し、分割予定ラインで区画された各領域に該半導体を含むＩＣ(Integrated Circuit)等のデバイスを形成する。そして、ウェーハを該分割予定ラインに沿って分割すると個々のデバイスチップが形成される。

ウェーハの分割には、環状の砥石（切削ブレード）を備えた切削装置が使用される。切削装置では、ウェーハ等の被加工物に垂直な面内に環状の砥石を回転させながら該被加工物に切り込ませる。該環状の砥石は、砥粒と、該砥粒が分散された結合材と、を含む砥石部を有し、結合材から適度に露出した砥粒が被加工物に接触することで被加工物が切削される（特許文献１参照）。さらに、環状基台を有し、該環状基台の外周側に該砥石部が形成されたハブタイプと呼ばれる環状の砥石が知られている。

ハブタイプの環状の砥石は、例えば、環状基台の外周縁に電解めっき等の方法で砥石部を電着することで形成される。より具体的には、該環状の砥石は、例えば、ダイヤモンド粒等の砥粒を分散させたニッケル層等の結合材をアルミニウム基台に電着することで形成される。なお、電解めっきで形成される環状の砥石は、電着砥石、または、電鋳砥石とも呼ばれる。

該環状の砥石でウェーハを切削すると、該環状の砥石と、ウェーハと、の摩擦により静電気が発生し、該静電気によりデバイスが静電破壊されるおそれがある。そこで、該静電気を除去するために、切削時に環状の砥石やウェーハに供給される切削水に二酸化炭素を混合する切削装置が知られている（特許文献２及び特許文献３参照）。

特開２０００－８７２８２号公報特開平８－１３０２０１号公報特開平１１－３００１８４号公報

二酸化炭素を切削水に混合して該環状の砥石に供給すると、該環状の砥石に含まれるニッケル層等の結合材が二酸化炭素を含む切削水により腐食する。そのため、該環状の砥石の強度が低下するとの問題が生じる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二酸化炭素を混合した切削水が供給されても、結合材の腐食が生じにくい環状の砥石を提供することである。

本発明の一態様によれば、結合材と、該結合材中に分散され固定された砥粒と、を含む砥石部を備え、該結合材は、ニッケル鉄合金を含むみ、前記ニッケル鉄合金における鉄の含有率は、５ｗｔ％以上６０ｗｔ％未満であることを特徴とする二酸化炭素を混合した切削水を用いた切削加工用の環状の砥石が提供される。

好ましくは、前記ニッケル鉄合金における鉄の含有率は、２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。

また、好ましくは、環状の砥石であって、前記砥石部のみからなる。また、好ましくは、把持部を有する環状基台をさらに備え、前記砥石部は、該環状基台の外周縁に露出する。

本発明の一態様に係る環状の砥石は、結合材と、該結合材中に分散され固定された砥石と、を含む砥石部を備える。そして、該結合材は、ニッケル鉄合金を含む。該環状の砥石を使用してウェーハを切削する際に、二酸化炭素を含む切削水が該環状の砥石やウェーハに供給されるが、ニッケル鉄合金を含む結合材は該二酸化炭素を含む切削水による腐食が生じにくい。

したがって、本発明の一態様により、二酸化炭素を混合した切削水が供給されても、結合材の腐食が生じにくい環状の砥石が提供される。

図１（Ａ）は、砥石部からなる環状の砥石を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、環状基台及び砥石部を備える環状の砥石を模式的に示す斜視図である。砥石部からなる環状の砥石の製造工程を模式的に示す断面図である。図３（Ａ）は、形成された砥石部を模式的に示す断面図であり、図３（Ｂ）は、基台の除去を模式的に示す断面図である。砥石部及び環状基台を備える環状の砥石の製造工程を模式的に示す断面図である。図５（Ａ）は、形成された砥石部を模式的に示す断面図であり、図５（Ｂ）は、部分的な基台の除去を模式的に示す断面図である。ニッケル鉄合金中の鉄の含有割合と、腐食率と、の関係を説明するチャートである。

本発明に係る実施形態について説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に係る環状の砥石（切削ブレード）の一例として、砥石部からなる環状の砥石を模式的に示す斜視図である。図１（Ａ）に示す環状の砥石１ａは、ワッシャータイプと呼ばれる環状の砥石である。

該環状の砥石１ａは、中央に貫通孔を有する円環状の砥石部３ａからなる。該環状の砥石１ａは切削装置の切削ユニットに装着される。該貫通孔にはスピンドルが通され、該スピンドルが回転することで該環状の砥石１ａが該貫通孔の伸長方向に垂直な面内に回転される。そして、回転する環状の砥石１ａの砥石部３ａを被加工物に接触させると、被加工物が切削される。

また、図１（Ｂ）は、環状基台及び砥石部を備える環状の砥石を模式的に示す斜視図である。図１（Ｂ）に示す環状の砥石１ｂは、環状基台５の外周縁に砥石部３ｂが配設されたハブタイプと呼ばれる砥石である。該環状基台５は、該環状の砥石１ｂを切削装置の切削ユニットに装着する際に切削装置の使用者（オペレータ）が持つ把持部となる。

該砥石部３ａ，３ｂは、例えば、ダイヤモンド砥粒等の砥粒を分散させた結合材をアルミニウム等の金属でなる基台に電着して形成される。なお、電解めっき等の方法で形成される環状の砥石１ａ，１ｂは、電着砥石または、電鋳砥石とも呼ばれる。

環状の砥石１ａ，１ｂの該砥石部３ａ，３ｂは、結合材と、該結合材中に分散され固定された砥粒と、を含む。結合材から適度に露出した砥粒が被加工物に接触することで被加工物が切削される。被加工物の切削を進めると砥粒が結合材から脱落するが、刃先が消耗して次々に該結合材から新たな砥粒が露出される。この作用は自生発刃と呼ばれており、該自生発刃の作用により該環状の砥石１ａ，１ｂの切削能力は一定以上に保たれる。

本実施形態に係る環状の砥石１ａ，１ｂにおいて、砥石部３ａ，３ｂに含まれる結合材はニッケル鉄合金を含む。該ニッケル鉄合金における鉄の含有割合（例えば、ニッケルと、鉄と、の総重量に占める鉄の重量）は、５ｗｔ％以上６０ｗｔ％未満であり、好ましくは、２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。

該被加工物は、例えば、シリコン、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、若しくは、その他の半導体等の材料、または、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる略円板状の基板等である。例えば、被加工物の表面は格子状に配列された複数の分割予定ラインで区画されており、区画された各領域にはＩＣ（Integrated Circuit）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等のデバイスが形成されている。最終的に、被加工物が分割予定ラインに沿って分割されることで、個々のデバイスチップが形成される。

次に、図１（Ａ）に示すワッシャータイプの環状の砥石１ａの製造方法について説明する。図２は、砥石部のみからなる環状の砥石の製造工程を模式的に示す断面図である。環状の砥石１ａは、例えば、電解めっき等の方法で形成される。該製造方法では、まず、砥粒が混入されたニッケルめっき液１６に２価の鉄イオンの供給源となる鉄の塩を溶解させ、該ニッケルめっき液１６が収容されためっき浴槽２を準備する。

ニッケルめっき液１６は、硫酸ニッケル、スルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、酢酸ニッケル、クエン酸ニッケル等のニッケル（イオン）を含む電解液であり、ダイヤモンド砥粒等の砥粒が混入されている。なお、形成される砥石部の結合材に含まれるニッケル鉄合金における鉄の含有割合が所望の値となるように、ニッケルめっき液１６の構成や各成分の含有量が適宜設定される。

２価の鉄イオンの供給源となる鉄の塩等は、例えば、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４）、スルファミン酸鉄（Ｆｅ（ＮＨ_２ＳＯ_３）_２）等である。ニッケルめっき液１６中の該鉄の塩の含有量を適切に調節することにより、結合材に含まれるニッケル鉄合金中の鉄の含有割合を所望の値にできる。

めっき浴槽２の準備が完了した後、電着により砥石部３ａが形成される基台２０ａと、ニッケル電極６と、をめっき浴槽２内のニッケルめっき液１６に浸漬する。基台２０ａは、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属材料で円盤状に形成されており、その表面には、所望の砥石部３ａの形状に対応したマスク２２ａが形成されている。なお、本実施形態では、円環状の砥石１ａを形成できるようなマスク２２ａが形成される。

基台２０ａは、スイッチ８を介して直流電源１０のマイナス端子（負極）に接続される。一方、ニッケル電極６は、直流電源１０のプラス端子（正極）に接続される。ただし、スイッチ８は、ニッケル電極６と直流電源１０との間に配置されても良い。

その後、基台２０ａを陰極、ニッケル電極６を陽極としてニッケルめっき液１６に直流電流を流し、マスク２２ａで覆われていない基台２０ａの表面に砥粒及びめっき層を堆積させる。図２に示すように、モータ等の回転駆動源１２でファン１４を回転させてニッケルめっき液１６を攪拌しながら、基台２０ａと直流電源１０との間に配置されたスイッチ８を短絡させる。

図３（Ａ）は、形成されためっき層２４ａを模式的に示す断面図である。めっき層２４ａが所望の厚さとなったとき、スイッチ８を切断してめっき層の堆積を停止させる。次に、該基台２０ａの全部を除去して該めっき層２４ａを剥離させる。図３（Ｂ）は、基台の除去を模式的に示す断面図である。これにより、ニッケルを含むめっき層２４ａ中に砥粒が概ね均等に分散された砥石部３ａを形成でき、ワッシャータイプの環状の砥石１ａが完成する。

次に、図１（Ｂ）に示すハブタイプの環状の砥石１ｂの製造方法について説明する。図４は、砥石部及び環状基台を備える環状の砥石１ｂの製造工程を模式的に示す断面図である。環状の砥石１ｂは、環状の砥石１ａと同様に、例えば、めっき浴槽２における電解めっき等の方法で形成される。該製造方法では、環状の砥石１ａの製造方法と同様のめっき浴槽を準備する。

めっき浴槽２、ニッケルめっき液１６、及び添加剤１８の構成は、上述の環状の砥石１ａの製造方法と同様であるため説明を省略する。ただし、直流電源１０の負極に接続される基台２０ｂの一部は環状の砥石１ｂの砥石部３ｂを支持する環状基台５となるため、基台２０ｂの形状は、該環状基台５に対応した形状とする。また、基台２０ｂの表面には砥石部３ｂの形状に対応した形状のマスク２２ｂを形成する。そして、上述の環状の砥石１ａの製造方法と同様に、基台の露出部分にめっき層を堆積させる。

図５（Ａ）は、形成された砥石部を模式的に示す断面図であり、該基台２０ｂの一部を除去してめっき層２４ｂの該基台２０ｂで覆われていた領域の一部を露出させる。なお、図５（Ａ）に示す通り、基台除去工程を実施する前に予めマスク２２ｂを基台２０ｂから除去しておく。

そして、図５（Ｂ）に示すように、基台２０ｂにおいて砥石部３ｂとなるめっき層２４ｂが形成されていない側の外周領域を部分的にエッチングして、基台２０ｂに覆われていた砥石部３ｂの一部を露出させる。これにより、環状基台５の外周領域に砥石部３ｂが固定されたハブタイプの環状の砥石１ｂが完成する。

ここで、環状の砥石の砥石部の結合材に含まれるニッケル鉄合金における鉄の含有率（ｗｔ％）と、環状の砥石の砥石部の腐食と、の関係について説明する。本実施形態では、該結合材中に含まれるニッケル鉄合金中の鉄の含有率の異なる複数の砥石を作製し、該砥石に対して腐食実験を実施して鉄の含有率と、腐食率と、の関係について調査した結果を示す。

該実験では、ニッケル鉄合金中の鉄の含有率が０ｗｔ％（比較例）、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、５０ｗｔ％、６０ｗｔ％となる環状の砥石を作製した。そして、該砥石を使用した切削工程を想定して、作製した環状の砥石を切削装置の切削ユニットに装着し、該砥石を回転数３０，０００ｒｐｍで回転させ、二酸化炭素を含有させた切削水を７２時間該砥石に供給し続けた。

なお、本実験では、比抵抗値が０．１ＭΩ・ｃｍとなる切削水と、比抵抗値が０．２ＭΩ・ｃｍとなる切削水と、の二酸化炭素の濃度の異なる２つの切削水を準備し、それぞれ、該砥石に供給した。そして、切削水を供給する前と、７２時間供給した後と、でそれぞれ砥石の重量を測定し、砥石の重量の減少量を求めた。そして、ニッケル鉄合金中の鉄の含有率が０ｗｔ％の砥石の重量の減少量を１００％としたときのそれぞれの砥石の該減少量の割合を腐食率（％）として算出した。

なお、本実験においては、環状の砥石の砥石部以外の重量変化を結果から排除するために、予め環状の砥石の環状基台に二酸化酸素を含有させた切削水を７２時間供給し、実験前の重量と、実験後の重量と、を測定した。

すなわち、まず、実験前後で各環状の砥石の重量を測定して各環状の砥石の重量変化量を算出し、各環状の砥石の重量変化量から環状基台の重量変化量を差し引いて砥石部の重量変化量を求める。そして、鉄の含有量が０ｗｔ％である比較例に係る砥石部の重量変化量で各砥石部の重量変化量を割ることで腐食率（％）を算出した。例えば、腐食率が１００％である場合、比較例に係る砥石部と同様に腐食することを意味し、腐食率が０％である場合、砥石部の重量変化が確認されず該砥石部は腐食していないことを意味する。

実験の結果を検討する。図６に示す通り、比抵抗値が０．２ＭΩ・ｃｍの切削水を供給したとき、結合材中に含まれるニッケル鉄合金中の鉄の含有率が５ｗｔ％である砥石部の腐食率は４．８％であり、同様に鉄の含有率が１０ｗｔ％である砥石部の腐食率は７．１％であった。鉄の含有量が２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、５０ｗｔ％である砥石部では実験前後の重量変化が確認されず、腐食率は０．０％となった。さらに、鉄の含有量が６０ｗｔ％である砥石部の腐食率は１３．３％であった。

また、図６に示す通り、比抵抗値が０．１ＭΩ・ｃｍのより腐食効果の高い切削水を供給したとき、結合材中に含まれるニッケル鉄合金中の鉄の含有率が５ｗｔ％である砥石部の腐食率は４７．９％であり、同様に鉄の含有率が１０ｗｔ％である砥石部の腐食率は６．４％であった。鉄の含有量が２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、５０ｗｔ％である砥石部では実験前後の重量変化が確認されず、腐食率は０．０％となった。さらに、鉄の含有量が６０ｗｔ％である砥石部の腐食率は７４．１％であった。

以上の実験結果により、結合材中に含まれるニッケル鉄合金中の鉄の含有率が５ｗｔ％以上である砥石部は、結合材中に鉄を含まない砥石部と比較して大幅に腐食が抑制されていることが確認された。特に、結合材中に含まれるニッケル鉄合金中の鉄の含有率を高め該含有率が２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である場合、該砥石部が腐食されないことが確認された。

また、ニッケル鉄合金中の鉄の含有率が６０ｗｔ％に達すると、砥石部が腐食することが確認された。これは、ニッケル鉄合金中の鉄の割合が高くなりすぎて、該砥石部中の鉄に錆が生じて砥石部が脆くなったためと考えられる。

以上の実験より、該ニッケル鉄合金における鉄の含有率は５ｗｔ％以上６０ｗｔ％未満であることが好ましく、２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であることがより好ましいと言える。

以上、説明した通り、本実施形態によると、二酸化炭素を混合した切削水が供給されても、結合材の腐食が生じにくい環状の砥石が提供される。そのため、切削加工の実施中の環状の砥石の性能の変化が小さくなり、また、過度な消耗が抑えられて環状の砥石の交換頻度を下げることができる。

なお、上記実施形態では、電解めっきによりニッケル鉄合金を含むめっき層を堆積させて砥石部を形成する場合について説明したが、本発明の一態様に係る環状の砥石はこれに限定されない。本発明の一態様に係る環状の砥石は、他の方法で形成されてもよい。例えば、砥粒を含むニッケル鉄合金の板を所定の形状の型で打ち抜いて形成してもよい。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ａ，１ｂ環状の砥石
３ａ，３ｂ砥石部
５環状の基台
１１砥粒
２めっき浴槽
６ニッケル電極
８スイッチ
１０直流電源
１２回転駆動源
１４ファン
１６ニッケルめっき液
１８添加剤
２０ａ，２０ｂ基台
２２ａ，２２ｂマスク
２４ａ，２４ｂめっき層

Claims

結合材と、該結合材中に分散され固定された砥粒と、を含む砥石部を備え、
該結合材は、ニッケル鉄合金を含み、
前記ニッケル鉄合金における鉄の含有率は、５ｗｔ％以上６０ｗｔ％未満であることを特徴とする二酸化炭素を混合した切削水を用いた切削加工用の環状の砥石。
前記ニッケル鉄合金における鉄の含有率は、２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素を混合した切削水を用いた切削加工用の環状の砥石。
請求項１または請求項２に記載の環状の砥石であって、
前記砥石部のみからなること特徴とする二酸化炭素を混合した切削水を用いた切削加工用の環状の砥石。
請求項１または請求項２に記載の環状の砥石であって、
把持部を有する環状基台をさらに備え、
前記砥石部は、該環状基台の外周縁に露出することを特徴とする二酸化炭素を混合した切削水を用いた切削加工用の環状の砥石。