TW202112497A - 環狀砥石 - Google Patents

Abstract

[課題] 高品質地切削硬質材料。 [解決手段] 本發明係一種環狀砥石，其具備：砥石部，其係包含：結合材、及分散在該結合材中且被固定的砥粒，該結合材係包含錫鎳合金。較佳為前述錫鎳合金中的錫的含有率係57wt%以上、未達75wt%。此外，較佳為該環狀砥石係由前述砥石部所成。或者，該環狀砥石係另外具備：具有把持部的環狀基台，前述砥石部係露出於該環狀基台的外周緣。具備使用包含錫鎳合金的結合材的砥石部的環狀砥石係在切削硬質材料時，積極發生自行刃磨的作用，因此維持切削能力。

Description

環狀砥石

本發明係關於被裝設在切削裝置的環狀砥石。

裝載在電子機器等的元件晶片係例如藉由切斷包含半導體的圓板狀的晶圓而形成。在晶圓表面設定交叉的複數分割預定線，在以分割預定線所區劃的各區域形成包含該半導體的IC(Integrated Circuit，積體電路)等元件。接著，若將晶圓沿著該分割預定線進行分割，形成各個的元件晶片。

在晶圓的分割係使用具備裝設有環狀砥石(切削刀)的切削單元的切削裝置。當以切削裝置切削晶圓等被加工物進行分割時，一邊使環狀砥石在與被加工物的上面呈垂直的面內旋轉，一邊切入至該被加工物。該環狀砥石係具有包含：砥粒、及分散該砥粒且固定的結合材的砥石部，藉由適度由結合材露出的砥粒接觸被加工物來切削被加工物。

若進展被加工物的切削，砥粒會消耗，但是結合材亦消耗而新的砥粒接連由結合材露出，因此維持該環狀砥石的切削能力。環狀砥石之如上所示之作用係被稱為自行刃磨。

近年來，以與由矽晶圓所形成的元件相比較為高耐壓且可控制大電流的電訊號的半導體元件而言，功率元件備受矚目。功率元件係被使用在例如電動汽車、混合動力車、空調機的電源電路等。製造功率元件時，係使用電特性比矽晶圓更為良好的矽碳化物(SiC)晶圓。

SiC晶圓由於為硬質材料，因此當將SiC晶圓切削而進行分割時，係使用例如以鎳(Ni)形成結合材的環狀砥石。但是，以鎳所形成的結合材不易消耗，因此有自行刃磨的作用未以充分的水準呈現的情形。因此，若以該環狀砥石切削SiC晶圓，該環狀砥石的切削能力會逐漸降低，在所形成的元件晶片的側面容易發生被稱為碎屑的碎片等。

因此，以可以高加工品質來分割SiC晶圓的方法而言，已知一種沿著分割預定線，對SiC晶圓照射雷射射束而在SiC晶圓形成包含非晶質的潛盾隧道的方法(參照專利文獻1)。此外，已知一種一邊對環狀砥石賦予超音波一邊切削SiC晶圓的方法(參照專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2014-221483號公報 [專利文獻2] 日本特開2014-13812號公報

(發明所欲解決之問題)

由於雷射加工裝置或可對環狀砥石賦予超音波的切削裝置昂貴，因此使用該等裝置的加工係成本增高。因此，迫切期望開發可高品質切削SiC晶圓等硬質材料的環狀砥石。若在既有的切削裝置裝設該環狀砥石而可高品質切削硬質材料，即不需要在切削裝置組入特別的構成，因此抑制加工成本。此外，由於對既有的切削裝置提供新用途，因此既有的切削裝置的價值提高。

本發明係鑑於該問題而完成者，其目的在提供可高品質地切削SiC晶圓等硬質材料的環狀砥石。 (解決問題之技術手段)

藉由本發明之一態樣，提供一種環狀砥石，其特徵為：具備：砥石部，其係包含：結合材、及分散在該結合材中且被固定的砥粒，該結合材係包含錫鎳合金。較佳為前述錫鎳合金中的錫的含有率係57wt%以上、未達75wt%。

此外，較佳為該環狀砥石係由前述砥石部所成。或者，較佳為另外具備：具有把持部的環狀基台，前述砥石部係露出於該環狀基台的外周緣。 (發明之效果)

本發明之一態樣之環狀砥石係具備：砥石部，其係包含：結合材、及分散在該結合材中且被固定的砥石。接著，該結合材係包含錫鎳合金。該環狀砥石係在切削SiC晶圓等硬質材料時，結合材大幅消耗，因此適當呈現自行刃磨的作用而維持該環狀砥石的切削能力。因此，切削硬質材料的期間，加工品質不會降低。此外，該環狀砥石係可裝設在既有的切削裝置，因此抑制加工成本。

因此，藉由本發明之一態樣，提供可高品質地切削SiC晶圓等硬質材料的環狀砥石。

以下說明本發明之實施形態。圖1(A)係模式顯示由砥石部所成的環狀砥石，作為本實施形態之環狀砥石(切削刀)之一例的斜視圖。圖1(A)所示之環狀砥石1a係被稱為墊圈類型的環狀砥石。

環狀砥石1a係由在中央具有貫穿孔的圓環狀砥石部3a所成。環狀砥石1a係被裝設在切削裝置的切削單元。此時，在該貫穿孔係通過切削單元所具備的心軸。切削被加工物時，因該心軸旋轉，環狀砥石1a在與該貫穿孔的伸長方向呈垂直的面內旋轉。接著，若使旋轉的環狀砥石1a的砥石部3a接觸被加工物，被加工物即被切削。

此外，圖1(B)係模式顯示具備環狀基台及砥石部的環狀砥石的斜視圖。圖1(B)所示之環狀砥石1b係在環狀基台5的外周緣配設有砥石部3b之被稱為輪轂類型的砥石。環狀基台5係成為將環狀砥石1b裝設在切削裝置的切削單元時，切削裝置的使用者(操作員)所持有的把持部。環狀砥石1b被裝設在切削裝置的切削單元時，在形成在環狀基台5的貫穿孔通過該切削單元的心軸。

砥石部3a、3b係藉由例如以電解鍍敷等方法，在由鋁等金屬所成的基台上形成包含鑽石砥粒等砥粒的結合材來製作。其中，以電解鍍敷等方法所形成的環狀砥石1a、1b亦被稱為電著砥石或電鑄砥石。環狀砥石1a、1b的砥石部3a、3b係包含：結合材、及分散在該結合材中且被固定的砥粒。因由結合材適度露出的砥粒接觸被加工物，被加工物即被切削。

若進展被加工物的切削，由於砥粒會由結合材脫落或磨損，因此環狀砥石1a、1b的切削能力會逐漸降低。但是，若進展被加工物的切削，結合材亦會消耗，因此接連地由該結合材露出新的砥粒。因此，環狀砥石1a、1b的切削能力係被保持為一定以上。該作用係被稱為自行刃磨。

近年來，以與由矽晶圓所形成的元件相比較為高耐壓且可控制大電流的電訊號的半導體元件而言，功率元件備受矚目。功率元件係被使用在例如電動汽車、混合動力車、空調機的電源電路等。在功率元件的製造係使用SiC(矽碳化物)晶圓。

以往，在切削屬於硬質材料的SiC晶圓時，係使用例如以鎳形成結合材的環狀砥石。但是，以鎳所形成的結合材不易消耗，因此在該環狀砥石中，係有自行刃磨的作用未以充分水準呈現的情形。因此，若以該環狀砥石切削SiC晶圓，該環狀砥石的切削能力會逐漸降低，因此在元件晶片的側面容易發生被稱為碎屑的碎片等。

相對於此，本實施形態之環狀砥石1a、1b係具備在結合材使用錫鎳(Sn-Ni)合金的砥石部3a、3b。較佳為結合材係由錫鎳合金所成。若在結合材使用錫鎳合金，以該環狀砥石切削硬質材料時，該結合材會激烈消耗，因此適當呈現自行刃磨的作用。因此，該環狀砥石係不會使加工品質降低，即可切削硬質材料。

其中，在環狀砥石1a、1b中，較佳為將使用在結合材的錫鎳合金中的錫的含有率(例如，錫佔錫與鎳的總重量的重量)設為57wt%以上、未達75wt%。更佳為將錫鎳合金中的錫的含有率設為64wt%以上、70wt%以下。

錫鎳合金係若錫與鎳的原子數比為1：1時，尤其安定。此時的該錫鎳合金中的錫的含有率為約67wt%。因此，若將以錫的含有率為67wt%左右的錫鎳合金為主成分的結合材使用在環狀砥石1a、1b的砥石部3a、3b，環狀砥石1a、1b的性能安定。此時，可以極為安定的品質切削被加工物，且加工品質的不均變得極小。

一般而言，決定被加工物的切削條件時，考慮切削品質的不均而選擇有一定程度餘裕的切削條件。亦即，必須選擇比被認為用以獲得預定的加工結果為充分的切削條件更為嚴謹的切削條件，俾以取得即使切削品質發生一定程度的不均亦被容許的加工結果。因此，若所假想的加工不均大，有可選擇的加工條件範圍較窄的情形。

相對於此，由於本實施形態之環狀砥石的性能的不均小，因此使用該環狀砥石來切削被加工物時，切削品質的不均亦變小。因此，當決定用以使用該環狀砥石來切削被加工物的切削條件時，切削條件的限制相對較小，切削條件的選擇範圍較大。

此外，若如後所述藉由電解鍍敷法來形成以錫鎳合金為主成分的結合材，錫與鎳的原子數比容易成為1：1，因此錫的含有率成為約67wt%的該結合材係容易安定地製造，且生產性佳。例如，製造該環狀砥石時，即使在實施電解鍍敷的鍍敷槽所包含的鍍敷液的組成發生變化，所形成的結合材的組成並不會大幅變化。因此，本實施形態之環狀砥石係亦容易管理其製造工程。

本實施形態之環狀砥石1a、1b尤其適於切削由以SiC(矽碳化物)為代表的硬質材料所形成的被加工物的用途。但是，可以環狀砥石1a、1b進行切削的被加工物並非限定於此，例如亦可以矽等半導體等材料、或藍寶石、玻璃、石英等材料，來切削所形成的被加工物。

例如，被加工物的表面係以被配列成格子狀的複數分割預定線予以區劃，在經區劃的各區域係形成有IC(Integrated Circuit，積體電路)或LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等元件。最終藉由沿著分割預定線分割被加工物，而形成各個元件晶片。

接著，說明圖1(A)所示之墊圈類型的環狀砥石1a的製造方法。圖2係模式顯示由砥石部所成之環狀砥石1a的製造工程的剖面圖。環狀砥石1a係以電解鍍敷等方法所形成。在該製造方法中，首先，準備收容有已混入砥粒的鍍敷液16的鍍敷浴槽2。

鍍敷液16係含有鎳的鹽、及含有錫的鹽溶解後的電解液。各個的鹽係例如硫酸鹽、氨基磺酸鹽、氯化物、溴化物、乙酸鹽、檸檬酸鹽、或焦磷酸鹽的任一者。各個的鹽係以鎳與錫的原子數比成為大概1：1的方式被投入至鍍敷液16。但是，即使在鍍敷液16所含有之各個的離子的原子數比未成為1：1的情形下，所形成的鍍敷層的組成亦不易受到影響。亦即，鍍敷液16的管理容易。

此外，在鍍敷液16若添加二氟化銨、或氟化鈉等氟化物即可。或者，在鍍敷液16若添加甘胺酸等α-胺基酸即可。若在鍍敷液16導入如上所示之添加劑，Sn²⁺ 或Ni²⁺ 的析出電位彼此接近。此外，在鍍敷液16係另外混入有鑽石砥粒等砥粒。

鍍敷浴槽2的準備完成後，藉由電著，使形成砥石部3a的基台20a、及鎳電極6浸漬在鍍敷浴槽2內的鍍敷液16。基台20a係例如以不銹鋼或鋁等金屬材料形成為圓盤狀，在其表面係形成有對應所希望的砥石部3a的形狀的形狀的開口的遮罩22a。其中，在本實施形態中，係形成如可形成圓環狀的砥石1a般的遮罩22a。

基台20a係透過開關8而連接於直流電源10的負端子(負極)。另一方面，鎳電極6係連接於直流電源10的正端子(正極)。但是，開關8亦可配置在鎳電極6與直流電源10之間。

之後，將基台20a作為陰極、且將鎳電極6作為陽極，對鍍敷液16流通直流電流，使鍍敷層堆積在未以遮罩22a覆蓋的基台20a的表面。如圖2所示，一邊以馬達等旋轉驅動源12使風扇14旋轉來攪拌鍍敷液16，一邊使配置在基台20a與直流電源10之間的開關8短路。

圖3(A)係模式顯示所形成的鍍敷層24a的剖面圖。鍍敷層24a成為所希望的厚度時，切斷開關8而使鍍敷層24a的堆積停止。鍍敷層24a係成為鑽石砥粒均等分散的錫鎳合金。

之後，將該基台20a的全部去除而使該鍍敷層24a剝離。圖3(B)係模式顯示去除基台20a的剖面圖。藉此，可形成具備：包含錫鎳合金的結合材、及分散固定在該結合材中的砥粒的砥石部3a，墊圈類型的環狀砥石1a即完成。

接著，說明圖1(B)所示之輪轂類型的環狀砥石1b的製造方法。圖4係模式顯示具備砥石部及環狀基台的環狀砥石1b的製造工程的剖面圖。環狀砥石1b係與環狀砥石1a同樣地，例如，以鍍敷浴槽2中的電解鍍敷等方法所形成。在該製造方法中，準備與環狀砥石1a的製造方法相同的鍍敷浴槽。

鍍敷浴槽2、及鍍敷液16的構成係與上述環狀砥石1a的製造方法相同，故省略說明。但是，連接於直流電源10的負極的基台20b的一部分係成為支持環狀砥石1b的砥石部3b的環狀基台5，因此，基台20b的形狀係形成為對應該環狀基台5的形狀。此外，在基台20b的表面係形成具有對應砥石部3b的形狀的開口的遮罩22b。接著，與上述環狀砥石1a的製造方法同樣地，使鍍敷層堆積在基台20b的露出部分。

圖5(A)係模式顯示形成在基台20b的表面的鍍敷層24b的剖面圖。以預定的厚度形成鍍敷層24之後，如圖5(A)所示，將該基台20b的一部分去除而使鍍敷層24b之原以該基台20b所覆蓋的區域的一部分露出。此外，實施基台去除工程前預先將遮罩22b由基台20b去除。

接著，如圖5(B)所示，將基台20b中未形成有鍍敷層24b之側的外周區域局部蝕刻，使鍍敷層24b之原以基台20b所覆蓋的區域的一部分露出。藉此，砥石部3b被固定在環狀基台5的外周區域的輪轂類型的環狀砥石1b即完成。 [實施例]

在本實施例中，係製作具備砥石部3a的環狀砥石1a，該砥石部3a係包含：包含錫鎳合金的結合材、及分散在該結合材中且被固定的砥粒。所製作的環狀砥石係設為稱做實施例刀。接著，使用該實施例刀，切削SiC單晶基板作為被加工物，觀察切削後的被加工物，來測定在被加工物所發生的碎屑等損傷的大小。此外，測定切削後的實施例刀的直徑，與切削前的實施例刀的直徑相比較，算出消耗量。

此外，在本實施例中，為供比較，製作具備砥石部的環狀砥石，該砥石部係包含：由鎳所成的結合材、及分散在該結合材中且被固定的砥粒。所製作的環狀砥石係設為稱做比較例刀。接著，同樣地使用該比較例刀來切削SiC單晶基板，且測定在被加工物所產生的碎屑等損傷的大小，而且算出消耗量。

首先，說明所製作的各個環狀砥石1a。實施例刀的厚度係設為切削被加工物時被形成在被加工物的切削溝的寬幅成為25μm～30μm的厚度。接著，在砥石部，係在結合材使用錫鎳合金，在砥粒使用鑽石砥粒。在此，將錫鎳合金中的錫的含有率設為67wt%。

此外，在鑽石砥粒係使用粒度為#2000的砥粒。其中，關於粒度，請參考由日本工業標準調查會(JISC：Japanese Industrial Standards Committee)所制定的JIS R6001-2：2017(研削砥石用研削材的粒度-第2部：微粉)。此外，將砥粒的集中度設為50。

其中，比較例刀除了在結合材使用鎳(100 wt%)取代錫鎳合金之外，與實施例刀同樣地製作。

備妥厚度為130μm且4吋直徑的圓板狀的SiC單晶基板，作為以實施例刀及比較例刀進行切削的被加工物。在本實施例中，係在該SiC單晶基板的背面側貼著黏著膠帶，透過該黏著膠帶而將SiC單晶基板載置於切削裝置的保持平台上，使該SiC單晶基板保持在保持平台。此外，在該切削裝置的切削單元裝設實施例刀或比較例刀。

使被裝設在切削單元的實施例刀或比較例刀，以每分鐘50,000旋轉的速度旋轉，將切削單元定位在預定的高度位置，使保持平台及切削單元以與該保持平台的保持面呈平行的方向作相對移動。如此一來，旋轉的實施例刀或比較例刀切削SiC單晶基板，SiC單晶基板即被分斷。

此時，切削單元係設為實施例刀或比較例刀的下端被定位在離被貼著在SiC單晶基板的背面的黏著膠帶的上面為約30μm下方的高度位置的高度。亦即，以切削單元連同一部分黏著膠帶一起切削SiC單晶基板，且將SiC單晶基板分斷。此外，將保持平台與切削單元的相對速度設為5mm/sec。

切削SiC單晶基板後，以光學顯微鏡觀察SiC單晶基板的背面側，來檢測碎屑等損傷。具體而言，將SiC單晶基板的一端至另一端進行15線切削，沿著各線，觀察SiC單晶基板。接著，測定在各線所發生的碎屑之中為最大者的碎屑的大小。

在以下表1中顯示在使用實施例刀時及使用比較例刀時之經切削的SiC單晶基板的各線所確認出的碎屑之中為最大者的大小。此外，在圖6中係顯示在各線被確認出的最大碎屑的大小的分布狀況。

其中，使用實施例刀時，在SiC單晶基板被確認到的碎屑之中為最大者的大小為13.3μm，各線的最大碎屑的大小的平均值為8.4μm。此外，關於15線的最大碎屑的大小的分布，在平均值加上3σ的值成為15.4μm。亦即，若使用實施例刀來進行SiC單晶基板切削，理解極為不易發生超過15.4μm的碎屑。

相對於此，使用比較例刀時，在SiC單晶基板被確認到的碎屑之中為最大者的大小為37.7μm，各線的最大碎屑的大小的平均值為26.6μm。此外，關於15線的最大碎屑的大小的分布，在平均值加上3σ的值係成為53.8μm。亦即，若使用比較例刀來進行SiC單晶基板切削，理解可能發生53.8μm以下的碎屑。

因此，由本實施例確認出在砥石部具備包含錫鎳合金的結合材的環狀砥石係即使在被加工物為硬質材料的情形下，亦可極高品質地實施切削。

此外，使用實施例刀或比較例刀，以將SiC單晶基板切削至切削長度成為5m為止時的消耗量而言，測定出各個的直徑的變化。結果，在實施例刀中，消耗量為14.7μm，相對於此，在比較例刀中，消耗量為2.5μm。

藉由本結果，理解與比較例刀相比較，實施例刀係藉由被加工物的切削而容易消耗，積極發生自行刃磨的作用。亦即，在砥石部具備包含錫鎳合金的結合材的環狀砥石係即使切削被加工物，亦藉由自行刃磨的作用而維持切削能力。因此，以該環狀砥石可高品質地切削被加工物係示意起因於充分發生自行刃磨的作用之故。

如以上說明所示，藉由本實施形態，提供可高品質地切削SiC晶圓等硬質材料的環狀砥石。本實施形態之環狀砥石由於與既有的環狀砥石的形狀相同，因此可輕易裝設在既有的切削裝置。可以既有的切削裝置進行硬質材料的高品質切削，抑制被加工物的加工成本。此外，由於對既有的切削裝置供予新用途，因此既有的切削裝置的價值提高。

其中，在上述實施形態中，係說明以環狀砥石切削被加工物而進行分斷的情形，但是本發明之一態樣之環狀砥石亦可在其他目的下使用。例如，亦可以未達背面側的深度使環狀砥石切入至被加工物，在被加工物形成底面未達至該背面的切削溝。在該情形下，本發明之一態樣之環狀砥石亦可高品質地切削被加工物。

此外，上述實施形態之構造、方法等只要未脫離本發明之目的的範圍，均可適當變更來實施。

1a,1b:環狀砥石 2:鍍敷浴槽 3a,3b:砥石部 5:環狀基台 6:鎳電極 8:開關 10:直流電源 12:旋轉驅動源 14:風扇 16:鍍敷液 20a,20b:基台 22a,22b:遮罩 24a,24b:鍍敷層

[圖1(A)]係模式顯示由砥石部所成的環狀砥石的斜視圖，[圖1(B)]係模式顯示具備環狀基台及砥石部的環狀砥石的斜視圖。 [圖2]係模式顯示由砥石部所成的環狀砥石的製造工程的剖面圖。 [圖3(A)]係模式顯示所形成的鍍敷層的剖面圖，[圖3(B)]係模式顯示去除基台的剖面圖。 [圖4]係模式顯示具備砥石部及環狀基台的環狀砥石的製造工程的剖面圖。 [圖5(A)]係模式顯示所形成的鍍敷層的剖面圖，[圖5(B)]係模式顯示去除部分基台的剖面圖。 [圖6]係顯示使用以鎳形成結合材的環狀砥石、及以錫鎳合金形成結合材的環狀砥石，切削SiC晶圓時的碎屑的發生狀況的圖表。

1a,1b:環狀砥石

3a,3b:砥石部

5:環狀基台

Claims (4)

1. 一種環狀砥石，其特徵為： 具備： 砥石部，其係包含：結合材、及分散在該結合材中且被固定的砥粒， 該結合材係包含錫鎳合金。
2. 如請求項1之環狀砥石，其中，前述錫鎳合金中的錫的含有率係57wt%以上、未達75wt%。
3. 如請求項1或請求項2之環狀砥石，其中，由前述砥石部所成。
4. 如請求項1或請求項2之環狀砥石，其中，另外具備：具有把持部的環狀基台， 前述砥石部係露出於該環狀基台的外周緣。

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