TWI779163B - 環狀的磨石、以及環狀的磨石之製造方法 - Google Patents

環狀的磨石、以及環狀的磨石之製造方法 Download PDF

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Abstract

於抑制環狀的磨石之側面的磨耗與強度的降低。

一種環狀的磨石，具備以含鎳之結合材固定住磨粒之磨石部，並在中央具有貫通孔，該磨石部包含共計3層以上的積層構造，該積層構造是第1層與具有多孔質構造之第2層沿著該貫通孔之貫通方向交互地積層，且露出於外部之兩最外層為該第1層。該環狀的磨石可以藉由下述方法來製造：以基台為陰極，且以鎳電極為陽極，並於鍍敷液流入直流電流，藉此來使含該磨粒之鍍敷層堆積於該基台的表面，以形成磨石部，然後除去該基台之全部或一部分，使該磨石部之以該基台覆蓋的區域之全部或一部分露出。使鍍敷層堆積時，是將直流電流的電流密度交互地變更為預定值以下的電流密度、與該預定值以上的電流密度，藉此來使前述第1層與前述第2層交互地積層。

Description

環狀的磨石、以及環狀的磨石之製造方法
發明領域
本發明是有關於一種裝設於切割裝置之環狀的磨石、以及該環狀的磨石之製造方法。
發明背景
元件晶片是例如，藉由切斷含半導體之圓板狀的晶圓所形成。例如，在晶圓的正面設定交叉之複數條分割預定線，並在以分割預定線所劃分的各區域中形成含該半導體之IC(Integrated Circuit)等的元件。然後，沿著該分割預定線分割晶圓，便可形成一個個的元件晶片。
近年來，隨著電子設備的小型化、薄型化，對於搭載在該電子設備上的元件晶片也提高了對小型化、薄型化的要求。為了形成薄型的元件晶片，例如在晶圓的正面形成複數個元件之後，磨削晶圓的背面而將該晶圓薄化至預定的厚度，然後沿著分割預定線分割晶圓。
晶圓的分割是使用具備環狀的磨石(切割刀片)之切割裝置。切割裝置中，是在與晶圓等之被加工物垂直的面內，使環狀的磨石一邊旋轉一邊切入該被加工物。該環狀的磨石具有：磨粒、與分散有該磨粒的結合材，並且藉由自結合材適度露出之磨粒接觸被加工物而切割被加 工物(參照專利文獻1)。
被加工物之切割加工進展後，磨粒會自結合材脫落，但刀鋒會消耗而接連地自該結合材露出新的磨粒。該作用被稱為自銳(self-sharpening)，該環狀的磨石之切割能力可以藉由該自銳的作用而保持在一定以上。
又，LED(Light Emitting Diode)等之光元件中，使用機械特性、熱特性優異，且在化學方面也穩定的藍寶石基板。在藍寶石基板上形成複數個光元件，且按照每個該光元件分割藍寶石基板後，便可形成光元件晶片。然而，藍寶石基板是硬度非常高而被稱為難切割材的素材。
難切割材的切割是使用例如，以電解鍍敷等方法在環狀基台的外周緣電沉積有磨石部而被稱為輪轂式的環狀的磨石。更具體而言，該環狀的磨石是例如，將已使鑽石粒等磨粒分散之鎳層等結合材電沉積於鋁基台而形成之環狀的磨石。又，以電解鍍敷所形成之環狀的磨石亦被稱為電沉積磨石。
以鎳層為結合材之電沉積磨石中，由於磨粒牢固地固定於結合材，因此該電沉積磨石難以產生自銳，而有無法充分維持磨石之切割能力的問題。因此，為了使自銳的作用容易顯現，而開發了具備多孔質構造之結合材的環狀的磨石(參照專利文獻2)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2000-87282號公報
專利文獻2：日本專利特開2016-168655號公報
發明概要
以結合材為多孔質構造之環狀的磨石切割被加工物後，結合材會消耗並適度地發生自銳，而使該環狀的磨石之切割能力保持在一定以上。然而，由於該環狀的磨石的側面也容易磨耗，因此該環狀的磨石的強度低。
本發明是有鑑於此問題而作成者，其目的在於提供一種可以抑制含多孔質構造且容易發生自銳之環狀的磨石之側面的磨耗，從而抑制強度降低之環狀的磨石、以及該環狀的磨石之製造方法。
根據本發明之一樣態，提供一種環狀的磨石，具備以含鎳之結合材固定住磨粒之磨石部，並在中央具有貫通孔，其特徵在於：該磨石部包含共計3層以上的積層構造，前述積層構造是第1層與具有多孔質構造之第2層沿著該貫通孔之貫通方向交互地積層，且露出於外部之兩最外層為該第1層。
該環狀的磨石較佳的是，前述第1層具有多孔質構造，前述多孔質構造包含直徑比前述第2層具有之多孔質構造所包含的孔之直徑還小的孔。或者，前述第1 層不具有多孔質構造。
又，該環狀的磨石較佳的是，僅由前述磨石部所構成。或者，更具備環狀基台，且，該磨石部配設於該環狀基台之外周緣。
根據本發明之另一樣態，提供一種環狀的磨石之製造方法，是前述環狀的磨石之製造方法，其特徵在於：具備：鍍敷浴槽準備步驟，準備鍍敷浴槽，前述鍍敷浴槽容置了混入有前述磨粒之鎳鍍敷液、與有助於形成多孔質構造之添加劑；浸漬步驟，將基台與鎳電極浸漬於該鍍敷浴槽；磨石部形成步驟，以該基台為陰極，且以該鎳電極為陽極，於該鍍敷液流入直流電流，藉此來使含有該磨粒之鍍敷層堆積於該基台的表面，以形成前述磨石部；及基台除去步驟，除去該基台之全部或一部分，使前述磨石部之以該基台覆蓋的區域之全部或一部分露出，又，該磨石部形成步驟中，將該直流電流的電流密度交互地變更為預定值以下的電流密度、與該預定值以上的電流密度，藉此來使前述第1層與前述第2層交互地積層，以形成該磨石部。
本發明之一樣態之環狀的磨石具備磨石部，前述磨石部包含共計3層以上的積層構造，前述積層構造是第1層與具有多孔質構造之第2層在貫通孔之貫通方向上交互地排列之積層構造。並且，露出於外部之該積層構造的兩最外層為第1層。
由於該環狀的磨石包含具有多孔質構造之第2層，因此相較於完全不包含具有該多孔質構造之第2層的環狀的磨石，其磨石部較容易消耗，從而容易發生因消耗所造成的自銳。另一方面，由於也包含第1層，因此相較於僅以具有多孔質構造之第2層形成磨石部之環狀的磨石，其強度較高。而且，由於積層構造之最外層為第1層，因此該環狀的磨石之側面不易磨耗。
因此，根據本發明之一樣態，提供一種可以抑制含多孔質構造且容易發生自銳之環狀的磨石之側面的磨耗，從而抑制強度降低之環狀的磨石、以及該環狀的磨石之製造方法。
1a、1b:環狀的磨石
2:鍍敷浴槽
3a、3b:磨石部
5:環狀基台
5a:把持部
6:鎳電極
7:第1層
8:開關
9:第2層
10:直流電源
11:磨粒
12:旋轉驅動源
14:葉片
16:鎳鍍敷液
18:添加劑
20a、20b:基台
22a、22b:遮罩
24a、24b:鍍敷層
圖1(A)是示意地顯示由磨石部所構成之環狀的磨石的立體圖，圖1(B)是示意地顯示具備環狀基台及磨石部之環狀的磨石的立體圖。
圖2(A)是示意地顯示磨石部的截面圖，圖2(B)是磨石部之一例的截面照片。
圖3是示意地顯示由磨石部所構成之環狀的磨石之製造步驟的截面圖。
圖4(A)是示意地顯示磨石部形成步驟的截面圖，圖4(B)是示意地顯示基台除去步驟的截面圖。
圖5是示意地顯示具備磨石部及環狀基台之環狀的磨石之製造步驟的截面圖。
圖6(A)是示意地顯示磨石部形成步驟的截面圖，圖 6(B)是示意地顯示基台除去步驟的截面圖。
用以實施發明之形態
針對本發明之實施形態進行說明。圖1(A)是作為本實施形態之環狀的磨石(切割刀片)的一例，示意地顯示由磨石部所構成之環狀的磨石的立體圖。圖1(A)所示之環狀的磨石1a是被稱為墊圈式的環狀的磨石。
該環狀的磨石1a是由中央具有貫通孔之圓環狀的磨石部3a所構成。該環狀的磨石1a裝設於切割裝置的切割單元。該貫通孔有轉軸通過，且藉由該轉軸旋轉，該環狀的磨石1a會在與該貫通孔之伸長方向垂直的面內旋轉。然後，一旦使旋轉之環狀的磨石1a之磨石部3a接觸到被加工物，被加工物便會被切割。
此外，本實施形態之環狀的磨石並不限定於此。圖1(B)是示意地顯示具備環狀基台及磨石部之環狀的磨石的立體圖。圖1(B)所示之環狀的磨石1b是在環狀基台5之外周緣配設有磨石部3b而被稱為輪轂式的磨石。該環狀基台5具有在將該環狀的磨石1b裝卸於切割裝置的切割單元時，供切割裝置之使用者(作業人員)所握的把持部5a。
該磨石部3a、3b是例如，將已使鑽石磨粒等磨粒分散之鎳層等結合材電沉積於基台而形成。又，以電解鍍敷等方法所形成之環狀的磨石1a、1b也被稱為電沉積磨石。
環狀的磨石1a、1b之該磨石部3a、3b包含： 結合材、與分散並固定於該結合材中之磨粒。藉由自結合材適度露出之磨粒接觸被加工物而切割被加工物。被加工物之切割進展後，磨粒會自結合材脫落，但刀鋒會消耗而接連地自該結合材露出新的磨粒。該作用被稱為自銳，該環狀的磨石1a、1b之切割能力可以藉由該自銳的作用而保持在一定以上。
該被加工物是例如由矽、SiC(碳化矽)、或者是其他之半導體等的材料、又或者是藍寶石、玻璃、石英等的材料所構成之大致圓板狀的基板等。例如，被加工物之表面藉由配置排列為格子狀之複數條分割預定線而劃分，並在所劃分之各區域中形成有IC(Integrated Circuit)或LED(Light Emitting Diode)等的元件。最終，藉由沿著分割預定線分割被加工物，而形成一個個的元件晶片。
又，以鎳層為結合材之電沉積磨石中，由於磨粒牢固地固定於結合材，因此該電沉積磨石難以產生自銳，而無法充分維持磨石之切割能力。相對於此，當以自銳作用容易顯現之具備多孔質構造之結合材的磨石來切割被加工物時，該磨石的側面會容易磨耗而造成該磨石的強度降低。
因此，使用具備磨石部3a、3b的本實施形態之環狀的磨石1a、1b，前述磨石部3a、3b是彼此構造相異之第1層、與第2層交互地積層之磨石部。以下，針對磨石部的構造，以墊圈式的環狀的磨石1a為例進行說明。
圖2(A)是示意地顯示磨石部3a的截面圖。圖 2(B)是實際製作之環狀的磨石1a之磨石部3a的截面照片。又，該截面照片是以掃描型電子顯微鏡(SEM；Scanning Electron Microscope)所拍攝的照片。如圖2(A)及圖2(B)所示，磨石部3a之結合材中，包含第1層7與第2層9交互地排列之共計3層以上的積層構造，且露出於外部之該積層構造的兩最外層為第1層7。
此處，第1層7具有多孔質構造，前述多孔質構造包含直徑比第2層9具有之多孔質構造所包含的孔之直徑還小的孔。或者，第1層7不具有多孔質構造。具有如此之構造的第1層7相較於第2層9，成為強度較高且難以消耗的層。
此外，當第1層7具有多孔質構造時，第1層7具有之多孔質構造所包含的孔、與第2層9具有之多孔質構造所包含的孔之直徑的大小關係，可以藉由比較各個多孔質構造所包含的複數個孔之平均直徑來進行評價。或者，可以由SEM所拍攝之照片導出。此外，以其他的方法來評價亦可。
由於該環狀的磨石1a包含多孔質構造之第2層9，因此相較於完全不包含具有該多孔質構造之第2層9的環狀的磨石，較容易發生因消耗所造成的自銳。構成磨石部3a之結合材中，分散有磨粒11。即便是在以環狀的磨石1a切割難切割材的情況下，由於該磨石部3a會適度地消耗並接連地露出新的磨粒11，因此仍可充分地維持該環狀的磨石1a之切割能力。
另一方面，由於該環狀的磨石1a包含第1層7，因此相較於具備僅由第2層9所構成之磨石部的環狀的磨石，其強度會變得比較高。而且，由於磨石部3a之最外層為強度高的第1層7，因此該環狀的磨石1a之側面不易磨耗。
接著，針對圖1(A)所示之墊圈式的環狀的磨石1a之製造方法進行說明。圖3是示意地顯示僅由磨石部所構成之環狀的磨石1a之製造步驟的截面圖。環狀的磨石1a是以例如電解鍍敷等方法所形成。該製造方法中，首先，實施準備鍍敷浴槽2的鍍敷浴槽準備步驟，前述鍍敷浴槽2容置了混入有磨粒之鎳鍍敷液16、與有助於形成鍍敷層之添加劑18，前述鍍敷層包含具有多孔質構造之層。
鎳鍍敷液16是包含硫酸鎳或硝酸鎳等之鎳(離子)的電解液，並混入有鑽石等磨粒。又，本實施形態中，是使用含硫酸鎳270g/L、氯化鎳45g/L、硼酸40g/L之鎳鍍敷液16(瓦特浴)6L。惟，鎳鍍敷液16之構成或使用量可任意設定。
如圖3所示，該鎳鍍敷液16中，還添加有用於促進多孔質化的添加劑18。作為添加劑18，宜使用包含具有烷基、芳基、芳烷基等疏水性基之水溶性銨化合物的添加劑。
作為烷基可列舉出例如，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基、三級丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一基、十二基、 十三基、十四基、十五基、十六基、十七基、十八基等之具有直鏈或分枝之碳數為1~20的烷基。
作為芳基可列舉出例如，苯基、萘基等。又，芳基亦可結合有氟原子、氯原子等之鹵原子、甲基、乙基等之烷基、三氟甲基等之鹵烷基、甲氧基、乙氧基等之烷氧基、苯等之芳基等的取代基。
作為芳烷基可列舉出例如，2-苯乙基、芐基、1-苯乙基、3-苯丙基、4-苯丁基等之碳數為7~10的芳烷基等。芳烷基亦可結合有與芳基同樣的取代基。
作為銨化合物可列舉出：十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、苯基三甲基氯化銨、芐基三甲基氯化銨、芐基三乙基氯化銨、芐基三丁基氯化銨、二癸基二甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基二甲基苄基氯化銨、十八烷基二甲基苄基氯化銨、三辛基甲基氯化銨、十二烷基吡啶氯化物、芐基吡啶氯化物、及該等之溴化物、硫酸鹽等。此外，該等之銨化合物可單獨使用，亦可混合2種以上使用。
本實施形態中，作為添加劑18是使用奧野製藥工業股份有限公司製的「多孔鎳(top porous nickel)RSN」，並以相對於鎳鍍敷液16會成為1mL/L以上且10mL/L以下的方式來添加。
實施鍍敷浴槽準備步驟之後，實施浸漬步驟，將藉由電沉積而形成有磨石部3a之基台20a、與鎳電 極6浸漬於鍍敷浴槽2內之鎳鍍敷液16。基台20a例如是以不鏽鋼或鋁等之金屬材料形成為圓盤狀，並在其表面形成有對應所期望之磨石部3a的形狀之遮罩22a。又，本實施形態中，形成有可形成圓環狀的磨石1a之遮罩22a。
基台20a經由開關8而連接於直流電源10的負端子(負極)。另一方面，鎳電極6連接於直流電源10的正端子(正極)。惟，開關8亦可配置於鎳電極6與直流電源10之間。
實施浸漬步驟之後，實施磨石部形成步驟，以基台20a為陰極，且以鎳電極6為陽極，並於鎳鍍敷液16流入直流電流，來使磨粒及鍍敷層堆積於未以遮罩22a覆蓋之基台20a的表面，以形成磨石部3a。圖4(A)是示意地顯示磨石部形成步驟的截面圖。
具體而言，如圖3所示，一邊以馬達等之旋轉驅動源12使葉片14旋轉而攪拌鎳鍍敷液16，一邊使配置於基台20a與直流電源10之間的開關8短路。藉此，如圖4(A)所示，可以形成磨粒已大致均等分散在含鎳之鍍敷層中的磨石部3a。當獲得所期望之厚度的磨石部3a時，磨石部形成步驟便結束。
此外，該磨石部形成步驟中，會將直流電源10的電流密度交互地變更為預定值以下的電流密度、與該預定值以上的電流密度。此處，所謂電流密度意指每單位面積之電流值，更詳細而言，是相對於形成鍍敷層之面積(因遮罩22a而露出之基台20a的面積)的該直流電流之電 流值。
在形成含鎳之鍍敷層時，若以較高的電流密度流入直流電流，就會容易形成具有多孔質構造且孔之直徑較大的層。並且，所形成之鍍敷層中之多孔質構造的孔之直徑具有電流密度越低就會變得越小的傾向，若以更低的電流密度流入直流電流，就會成為不被認為是多孔質構造的構造。
因此，磨石部形成步驟中，會藉由交互地變更為預定值以下的電流密度、與該預定值以上的電流密度來流入直流電流，而交互地積層強度高的第1層7、與具有多孔質構造之第2層9。此處，所謂電流密度的該預定值是根據鎳鍍敷液16之各成分的混合比例、或是預定形成之磨石部3a的構造等而適當設定的值。
此外，為了要將露出於環狀的磨石1a之外側的積層構造之兩最外層作成為強度高的第1層7，會在開始將直流電流流入鍍敷浴槽2時以及流入結束時，以該直流電流會成為未達該預定值的電流密度的方式來控制直流電源10。
接著，實施基台除去步驟，除去該基台20a之全部或一部分，使該磨石部3a之以該基台20a覆蓋的區域之全部或一部分露出。圖4(B)是示意地顯示基台除去步驟的截面圖。圖4(B)所示之例中，是藉由自基台20a使磨石部3a剝離，而將基台20a之全部自磨石部3a除去。藉此，墊圈式的環狀的磨石1a便完成。圖2(B)所示之截面照片是 拍攝以本製造方法所製造之環狀的磨石1a之磨石部3a的截面的SEM像。
再者，本發明並不限定於上述實施形態之記載，可作各種變更而實施。例如，上述實施形態中，針對墊圈式的環狀的磨石1a之製造方法進行了說明，但本發明並不限定於此。根據該製造方法，例如亦可製造圖1(B)所示之輪轂式的環狀的磨石1b。
此處，針對輪轂式的環狀的磨石1b之製造方法進行說明。圖5是示意地顯示具備磨石部及環狀基台之環狀的磨石1b之製造步驟的截面圖。環狀的磨石1b與環狀的磨石1a同樣地，例如是以鍍敷浴槽2中之電解鍍敷等方法所形成。該製造方法中，與環狀的磨石1a之製造方法同樣地，實施鍍敷浴槽準備步驟。
鍍敷浴槽2、鎳鍍敷液16、及添加劑18的構成，由於與上述之環狀的磨石1a之製造方法同樣，因此省略其說明。惟，連接於直流電源10之負極的基台20b之一部分會成為支撐環狀的磨石1b之磨石部3b的環狀基台5，因此基台20b的形狀要作成為對應該環狀基台5的形狀。又，在基台20b之表面形成形狀對應磨石部3b的形狀之遮罩22b。並且，與上述之環狀的磨石1a之製造方法同樣地，實施浸漬步驟、與磨石部形成步驟。
接著，實施基台除去步驟，除去該基台20b之一部分，使該磨石部3b之以該基台20b覆蓋的區域之一部分露出。又，如圖6(A)所示，在實施基台除去步驟之前， 事先自基台20b除去遮罩22b。
並且，如圖6(B)所示，對基台20b中未形成有磨石部3b之側的外周區域局部地蝕刻，使被基台20b覆蓋之磨石部3b的一部分露出。藉此，磨石部3b固定於環狀基台5之外周區域的輪轂式的環狀的磨石1b便完成。另，把持部5a可藉由該蝕刻而形成於環狀基台5，亦可事先形成於基台20b。
又，上述實施形態中，針對將該直流電流的電流密度設為預定值以下而形成強度高的第1層7，並將電流密度設為預定值以上而形成具有多孔質構造之第2層9的情況進行了說明，但本發明之一樣態並不限定於此。亦可根據鎳鍍敷液16之各成分的混合比例、或是預定形成之磨石部3a的構造等，將該直流電流的電流密度設為預定值以上而形成強度高的第1層7，並將電流密度設為預定值以上而形成具有多孔質構造之第2層9。
另外，上述實施形態之構造、方法等，只要在不脫離本發明的目的之範圍內，均可適當變更而實施。
3a:磨石部
7:第1層
9:第2層
11:磨粒

Claims (2)

  1. 一種環狀的磨石，具備以含鎳之結合材固定住磨粒之磨石部，並在中央具有貫通孔，其特徵在於：該磨石部包含共計3層以上的積層構造，前述積層構造是第1層與具有多孔質構造之第2層沿著該貫通孔之貫通方向交互地積層，且露出於外部之兩最外層為該第1層，前述第1層具有多孔質構造，前述多孔質構造包含直徑比前述第2層具有之多孔質構造所包含的孔之直徑還小的孔。
  2. 一種環狀的磨石之製造方法，前述環狀的磨石具備以含鎳之結合材固定住磨粒之磨石部，並在中央具有貫通孔，該磨石部包含共計3層以上的積層構造，前述積層構造是第1層與具有多孔質構造之第2層沿著該貫通孔之貫通方向交互地積層，且露出於外部之兩最外層為該第1層，前述環狀的磨石之製造方法之特徵在於：具備：鍍敷浴槽準備步驟，準備鍍敷浴槽，前述鍍敷浴槽容置了混入有前述磨粒之鎳鍍敷液、與有助於形成多孔質構造之添加劑；浸漬步驟，將基台與鎳電極浸漬於該鍍敷浴槽；磨石部形成步驟，以該基台為陰極，且以該鎳電極為陽極，於該鍍敷液流入直流電流，藉此來使含有該磨粒之鍍敷層堆積於該基台的表面，以形成前述磨石部；及基台除去步驟，除去該基台之全部或一部分，使前述 磨石部之以該基台覆蓋的區域之全部或一部分露出，又，該磨石部形成步驟中，將該直流電流的電流密度交互地變更為預定值以下的電流密度、與該預定值以上的電流密度，藉此來使前述第1層與前述第2層交互地積層，以形成該磨石部。
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