JPH02224976A - 内周式メタルボンド切断砥石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体単結晶棒等を切断してウェーハ等にす
るための内周式メタルボンド切断砥石、その使用方法及
びその製造方法に関する。

［従来の技術］　　　　　　　　　　　　　　　ヤモン
ド砥粒１２を電着法（電鋳法ともいう）に硬脆材料の加
工、中でも半導体単結晶及びセラ　よって固定したもの
である。ダイヤモンド砥粒１ミツクスの精密加工は、最
近特に注目を浴びてい　２は一層乃至２層であり、これ
が脱落すると切削る。硬脆材料は、一般に、引張強度が
圧縮強度に　能力を失う。

比べて非常に小さい。従って、硬脆材料の加工に　　電
着法は、不要部をプラスデックフィルム等で際しては、
外力が引張り強度を超えたところから　覆い、ダイヤモ
ンド砥粒１２等を合金の内周端及始まる微少の破壊の連
続が行われなければならな　び上下面に配置し、台金１
０にニッケル鍍金を行い。　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　うことで行われる。

半導体産業が発達したその背景には、勿論その　　内周
式メタルボンド切断砥石は、半導体単結晶半導体材料を
供給する技術の進歩発展が必要であっ棒の切断における
切断代を最小にするために開発だが、半導体単結晶棒を
軸方向にほぼ直角に切断　されたもので、合金は勿論、
砥石自身も肉薄であして円状薄片（ウェーハ）を形成し
、その表面層　る。この砥石の厚さは通常２００〜３２
０μｍであす、台の加工歪を除去し、片面に高精度、高
品質の鏡面　金の厚さは通常１００〜２００μｍである
。ダイヤモンを形成する一連の工程、特に、硬脆材料で
ある半　ド砥粒層は多くても２層に制限される。ダイヤ
モ導体単結晶棒を切断する工程において用いられる　ン
ド砥粒１２は径４０〜７０μｍ程度のものが用いら内周
式メタルボンド切断砥石の発達が重要な意義　でおり、
この径は砥粒のメタルボンドへの固着及をもっていた。

　　　　　　　　　　　　　　　　　び切削力の観点か
ら経験的に選択される。

この内周式メタルボンド切断砥石は、第３図に　　内周
式メタルボンド切断砥石には、次のような示す如く、薄
い円環状のステンレス鋼、例えばＳＵ　　欠点があった
。

５３０１或は５ＵＳ３０４からなる台金１０の内周部に
グイ　（１）半導体単結晶棒は切削時に細粉化じやすく
、さらに、ダイヤモンド砥粒１２の脱落等が重なって、
目詰まりが起きやすいため、切断能力の低下が著しかっ
た。

（２）ダイヤモンド砥粒１２の数が少ないために、これ
が脱落すると切断能力に異方性が出やすく、このため、
半導体ウェーハにソリが発生し、ウェーハネ良の原因と
なった。

（３）この異方性により、ウェーハ表面層に、場合によ
って数１０μｍに達する深い加工歪みが発生することが
ある。かかる加工歪みは、最終加工品である鏡面半導体
ウェーハの鏡面結晶質を劣化させ、あるいは不必要にウ
ェーハ表面を除去しなければならないという不経済を招
来していた。

従来、内周式メタルボンド切断砥石で半導体単結晶棒を
切断するに際しては、上述の目詰まりを防止するために
、機械的なドレッシング法が多用されていた。この方法
は、硬脆材料を切断することによって砥石部表面に付着
した半導体単結晶の切り粉を機械的に除去したり、ある
いは電着層の金属部分を機械的に削りとって新しいダイ
ヤモンド砥粒を露出させるという方法である。このよう
にすれば−時的ム゛効果はあるものの、ドレ・ソシング
のために切断作業を中断したり、あるいはドレ・ソシン
グの際に刃先の砥石部が台金１０に対して、対称的に除
去されず刃先が非対称形になったりして、スライスに際
し刃先の進行方向は合金面からそれ、切断された薄片に
ソリが生ずる。このように、ドレッシングによっても切
断薄片のソリを充分に防止するのは難しく、また切断作
業中断のため生産性が低下してコストアップの要因にな
っていた。

かかるドレッシングの問題点を解決するため、薄型内周
切断刃の回転面に平行に並んだ複数個の切断液吐出孔と
空気噴出小孔を有するノズルブロックを設け、該切断刃
に向かって研削液の吐出と空気の噴出を同時に行い、目
詰まりを防止する方法が提案されている（特開昭６０−
９７０９号公報）。

しかしながら、この方法では、単に研削液及び空気を刃
先近傍に噴出し、その噴出エネルギーのみで付着した目
詰まりの原因となっている硬脆材料の微粉層を破壊離脱
させるものであるので、その効果は限られる。切断刃は
高速回転し、刃先は１０００〜３５００ｍ／ｍｉｎの周
速度をもっており、内周直径が２４０ｍｍの場合は１０
００ｍ／ｍｉｎでも、回転に要する時間はわずかに０．
０５ｓｅｃである。したがって、刃先付近の多数の位置
より多量の切削液を吐出しても、通常の切削液では付着
している微細な切り粉を除去することは困難である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、半導体中結晶棒
等の切断による内周刃の目詰まり及び変形摩損を防止し
、かつ、内周刃による切断後のつ工−ハ等の表面層の異
常加工歪層或は平均的な加工歪層の深さを減少して、高
精度、高品質な鏡面半導体単結晶基板を得るための内周
式メタルボンド切断砥石、その使用方法及びその製造方
法を提供するこ七にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、」二記問題点を解決するために、（１）円環
状金属基板の内周端面及びその近傍両面に、超砥粒を混
合した結合剤が固着されて内周刃が形成された内周式メ
タルボンド切断砥石において、該結合剤の主成分を鉄粉
上する。

超砥粒の材料としては、ダイヤモンドが好ましいが、立
方晶形窒化ホウ素等であってもよい。砥粒の粒度は、５
〜６０μｍの範囲内が好ましい。

結合剤としては、好ましくは、少なくとも一種の粒度が
該超砥粒の約１／１ｏである鉄粉を用い、これにシリコ
ン粉末を混合したものを用いる。

（２）この内周式メタルボンド切断砥石は、例えば、超
砥粒と結合剤の混合物を円環状金属基板とともにアイソ
・スタヂックプレス成形し、不活性又は還元性雰囲気中
で焼結し、更に電解作用で刃先を所定寸法に仕上げるこ
とにより製造される。

（３）また、この内周式メタルボンド切断砥石を用い、
半導体単結晶棒をその軸方向にほぼ直角に切断してウェ
ーハを得る際には、好ましくは、切断時に少なくとも該
砥石の切り込み始点に向けて［作用］ ダイヤモンド砥粒としては、最大７０〜８０μｍの径の
ものを用いることが出来るが、３０μｍ以下であるのが
好ましい。しかしながら、径７０μｍのダイヤモンド砥
粒を用いた場合でも、本発明の場合には、ダイヤモンド
砥粒が結合剤と化学的な結合力を発揮するので、ダイヤ
モンド砥粒が従来のニッケル電着法に比較してより強く
焼結金属層に固着支持される。したがって、ダイヤモン
ド砥粒が摩損したり破損することによって切削力を失う
まで、はぼ永続的に砥粒が切削力を有し、優れた切削力
を長時間に亙って示す。この点から、従来法の内周式メ
タルボンド切断砥石よりも充分改良されたといえる。従
来ではダイヤモンド砥粒がニッケルの電着層の中に埋め
込まれていただけなので、比較的容易にダイヤモンド砥
粒の脱落が起こる。

半導体単結晶棒、例えばシリコン単結晶棒を切断した場
合、切断の切粉がシリコンであるため微粉化しやすく、
これが内周刃表面に付着固化して目詰まりを起こし、切
削能力の低下をきたすが、本発明の砥石のダイヤモンド
砥粒は切削力を長く保持するので、これを通常の方法で
他の硬脆材料、例えばアルミナ磁器を切断することによ
って、簡単にドレッシングすることが可能になる。

本発明の内周式メタルボンド切断砥石は、ダイヤモンド
砥粒が脱落し難いので、新しいダイヤモンド砥粒を露出
するためのメタルボンド層のドレッシングによる裏面部
除去は原理的に不要である。

しかし、ダイヤモンド砥粒は先端が多少摩損するので、
メタルボンド層の表面部を僅かに除去し、ダイヤモンド
砥粒の露出先端を増加させることが必要となる。これは
硬脆材料のミクロ破壊及び引っ掻きの加工理論から当然
のことである。

もし仮に、砥石の切削能力が低下すると、半導体材料の
切断の際に刃先が曲がり、切断されるつ工−ハが平板か
ら偏倚し、変形′４゛る。この変形は、くら型、皿型等
多様な形状を呈するが、これらは総括してソリと称され
ている。即寸法精度の高い鏡面半導体単結晶ウェーハを
得るためには、切断の段階でソリのないまたはソリの小
さい同薄片を生産しなければならない。

ダイヤモンド砥粒が大きいと、切断された半導体単結晶
基板面には、異常に深い例えば７０〜８０μｍに達する
加工歪が部分的に発生する。−船釣に加工歪が多く、そ
の深さの平均は使用するダイヤモンドの砥粒径の１７２
に及ぶ。かかる加工歪の程度は、砥石刃先のダイヤモン
ド砥粒の配置、露出、先端形状、刃先の機械的振動等に
よる。

本発明者は、種々の実験の結果、ダイヤモンド砥粒を３
０μｍ乃至５０μｍとすることによって、さらに改良さ
れた結果の得られることを知った。ダイヤモンド砥粒の
径が小さくなると、切削力が小さくて実用的でなくなる
。これは、刃先が目詰まりを起こしている状態に近く、
この状態で半導体単結晶棒の直径方向の切断速度を大き
くすると、切断薄片にソリが発生する。径５μｍのダイ
ヤモンド砥粒、厚さ１５０μｍの合金を用いた砥石によ
り、通常の作業条件で毎分１０ｍｍ程度の切断が可能で
ある。

ダイヤモンド砥粒の径が３０μｍ程度の場合には目詰ま
りを起こさず、また、切断後の半導体基板の表面加工歪
も１０〜１５μｍとなり、特に大きな改善点は、異常な
加工歪の発生が皆無となることである。この理由は、半
導体単結晶棒の切り込み速度が毎分５０ｍｍ１ｍ１ｎと
いう高速でも切断片にソリがない程の切断能力があるこ
とと、ダイヤモンド砥石の内周刃先の表面の露出砥粒が
栄位面積当たり大きくなり、半導体単結晶棒の切断して
いる部分において、突出した単独ダイヤモンド砥粒によ
る異常な押圧が発生しないためと考えられる。

本発明においては、ダイヤモンド砥粒と金属結合剤との
混合割合は、実験の結果、重量比で０．８〜２：１０程
度が最も好ましいことが分かった。ダイヤモンド砥粒が
多くなるとダイヤモンド砥粒の脱落が目立ち、逆に少な
くなると切断能力が低下する。しかし、上記比率の範囲
内では切断能力に顕著な差は見られない。

結合剤は、本発明では鉄粉を用いるが、この鉄粉は通常
、鋳鉄の切削または研削加工で発生した粉状鋳鉄及び還
元鉄粉が用いられる。還元鉄は、例えば、酸化鉄を還元
したり、また、−酸化炭素中で加熱して得られた鉄カル
ボニルを低温で熱分解したものを用いる。後者の場合に
は、粒径１μｍ以下の鉄粉を容易に得ることができる。

鉄粉の粒径は、ダイヤモンド砥粒の粒径の約１７１０と
するのが好ましい。これは、同じ粒径の場合には最密充
填しても空隙率が５０％近くになるので、この空隙率を
低下させるために、粒径がダイヤモンド砥粒の粒径の１
／１０程度の鉄粉を充填用として加えると、９０％以」
二の最密充填が可能であるという理由による。ミクロに
考えるならば、ダイヤモンド砥粒は鉄粉によって緻密に
囲まれており、少なくともダイヤモンド砥粒に近い寸法
の空隙は全くないことである。鉄粉は、粒度分布を持っ
ていてよく、小径粒子は、大径粒子間の隙間を充填する
ことになる。

このような結合剤とダイヤモンド砥粒の混合物が、例え
ば第１Ａ、１８図に示す状態で加圧成形され、更に加熱
焼結されると、鉄粉どうしは互いに焼結し、またダイヤ
モンド砥粒は鉄の接触で化合的な結合をする。すなわち
、従来のニッケル電着の場合のように焼結金属層にダイ
ヤモンド砥粒が単に埋め込まれているのと異なり、従来
なら当然脱落すような状態でも本家の場合には脱落すこ
とがない。従来のニッケル電着の場合には、例えば、第
２Ａ図の場合には脱落しないが、第２Ｂ図の場合には脱
落の度合いが大きくなる。しかし、本発明の場合には、
結合剤は化学的な作用でダイヤモンド砥粒を固着してい
るので、第２Ｂ図のような場合でもダイヤモンド砥粒は
脱落しない。単位体積あたりの表面積が大きい小粒子は
、高い表面自由エネルギーを持っているので、焼結は比
較的低温で行われる。本発明では、１　、０００　℃以
下で焼結は充分進行する。

結合剤は、鉄粉にシリコン粉末を加えると更にダイヤモ
ンド砥粒の固着力が高まる。これは、シリコン粉末が鉄
粉及びダイヤモンド砥粒と金属化合物を形成するためで
ある。シリコンは、ダイヤモンドとはＳｉＣを形成し、
鉄との間では５ｉ４ｅ化合物を形成する。ＳｌとＰｅと
の化合物の融点はそれぞれの融点よりも下がるので、こ
のことが金属焼結層及びダイヤモンド砥粒の固着力を高
めると考えられる。

従来では、焼結法は薄層の砥石を作るのに不適であり、
厚さＩ　ｍｍ程度が一ト限であると言われていた。しか
しながら、特殊型を用いてアイソスタティク・プレス成
形をし、不活性ガスまたは水素気流中で例えば１，００
０℃で１時間程度加熱すれば、薄層であってもほぼ鉄自
身の強度を有する焼結層ができる。しかし、この方法で
は砥石部分を精密に成形できないので、焼結が終了した
後、更に電解研磨法で任意の形状に加工する。

アイソスタティク・プレス成形は、均一に成形物を加圧
でき、圧縮ムラのないことに特徴がある。

ゴム膜を介して２，０００ｋｇ／ｃｍ２程度の流体圧力
を伝達し成形する。ゴム膜は、成形物の形状に従って変
形する。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

概説すれば、内周式メタルボンド切断砥石は、第１Ａ、
１８図に示す如く、ステンレス鋼、例えば５ｔｌＳ３０
１または５ＩＩＳ３０４の円環状台金１０の内周端及び
その近傍の上下面の限られた部分例えば幅３〜５ｍｍの
内周部分に、ダイヤモンド砥粒１２と鋳鉄粉及び／また
は純鉄粉からなる結合剤１６とを混合したものを加圧成
形し、これを焼結した後、適当な方法例えば電解研磨で
不要な鉄粉焼結層を除去し、希望する寸法精度に仕上げ
ることによって製造される。

詳説すれば、第１Ａ図に示す如く、金型１８に台金１０
を固定し、台金１０の内周端付近にダイヤモンド砥粒１
２と結合剤１６の混合粉末を充填し、この上をゴム型２
０で覆い、その周縁部に押板２２を当て、締具２４で押
板２２を介しゴム型２０を金型１８に押圧して加圧液体
がゴム型２゜の内側に侵入しないように密封する。そし
て、超音波振動を金型に加えつつ、全体を例えばグリセ
リン、潤滑油、又はモーピル油等の圧縮液体の中で静圧
をかける。台金１０の内周側両面の各面についてプレス
成形するため、プレス成形は２工程で行う。第２工程で
使う金型は、第１Ｂ図に示す如く、既に成形した部分を
収納する凹部１８ａが形成された金型を用いる。他の点
は第１工程と同一である。

このようにして成形すると、余程強い衝撃を与えない限
り、成形体を破損させることなく、そのまま焼結炉内で
焼結することができる。例えば、焼成温度が１，０００
℃であると、台金１０自身も保持の仕方によっては変形
するので、適当な耐熱台の」二に置いて焼結したほうが
よい。焼結後は、形状が不整であるので、次に電解研磨
を行う。

結合剤１６は鉄粉が母剤であるので、電解液は例えば１
ｌａｃＩ２水溶液を用い、砥石部分を陽極にして直流電
圧を印加する。これにより、Ｆｅは水酸化鉄となり溶解
する。メタルボンドの鉄が溶解すれば、不要なダイヤモ
ンド砥石も脱落する。電解研磨では、電極の形状を調整
することにより、刃先を任意の形状に加工することがで
きる。台金１０が同時に電解研磨されるのを防止するた
めに、台金１０の露出部をワックス等非導電性の膜でコ
ーティングする。

焼結に際しては、炉から取り出した後徐冷すると焼なま
しがおこるので、再焼入れを行うことが重要である。メ
タルボンド中の炭素含有量は台金１０の機械的性質に影
響するので、炭素濃度は台金ＩＯのそれに近く調整する
のがよい。

本発明の砥石を用いて、半導体単結晶棒特にシリコン単
結晶棒を切断する場合、切削液としてアルカリ水溶液例
えば苛性ソーダの１０％液を用いる。

この切削液は、内周式メタルボンド切断砥石の刃先に付
着したシリコン切粉を溶解除去すると同時に、メタルボ
ンドの鉄粉を徐々に溶解し、ダイヤモンド砥粒１２を露
出せしめて自動的に化学的なドレッシングも行うことが
できる。

メタルボンド中にシリコンが含まれている場合には、こ
のシリコンもアルカリにより溶解するので、自動的な化
学的ドレッシングが助長される。

砥石の先端は、シリコン単結晶の切削により適当の発熱
があるので、この熱エネルギーにより、以上の化学反応
が促進される。

次に、本発明の詳細な説明する。

（１）試験例１ 粒径１０〜１５μｍのダイヤモンド砥粒１２と、粒径１
μｍの鉄粉と、粒径的１　ｐｍのシリコン粉とを、１　
：　１０　：　０．０５の重量比で均一に混合し、これ
を外径６９０ｍｍ、内径２４０ｍｍ、厚さ１５０μｍの
５ＩＩ３３０１製台金１０の内周部に置き、アイソスタ
チック・プレス成形により１　、８００に９／ｃ＋ｎ’
で加圧して予備成形し、水素気流で１０００℃１時間焼
結し、電解研磨加工を行った。

かかる内周式メタルボンド切断砥石を用いて直径１００
ｍｍのシリコン単結晶棒を薄片に切断したところ、１，
０００枚連続切断した段階でもシリコン薄片のソリは５
μｍ以下であった。

また、この１，０００枚の中から１００枚毎に１枚サン
プリングして加工歪を測定したところ、各薄片の最大加
工歪は５μｍ以下であった。

これを従来技術と比較するため、市販の内周式ニッケル
ボンド切断砥石の同仕様品を用いて同様な試験を行った
ところ、５００枚切断した段階で、ソリは３０μｍを越
えた。また、最大加工歪は５枚のサンプル内の最初から
４枚目の薄片の一部に５０μｍに及ぶ異常な深い加工溝
を発見した。

（２）試験例２ 上記試験例１の内周式メタルボンド切断砥石を用い、切
削液として苛性ソーダを含む弱アルカリ性水溶液を用い
た場合と、純水を用いた場合とでシリコン単結晶棒を薄
片に切断しソリの発生状況を比較した。ソリが１０μｍ
を超える連続切断枚数は、この弱アルカリ性水溶液を使
用した場合的１゜２００枚であったのに対し、純水を使
用した場合は約ａＯＯ枚であった。

（３）試験例３ 上記試験例１の内周式メタルボンド切断砥石を用い、切
削液として微弱アルカリ性の界面活性剤水溶液を用い、
砥石とシリコン単結晶棒との間に電界をかけながら、シ
リコン単結晶を薄片に切断したところ、切断時の抵抗が
小さくなり、また、ソリの発生状況を調べたら、ソリが
１０ｔｔ　ｍを越える連続的切断枚数は約５００枚であ
った。なお、電界作用が台金１０におよぶのを防ぐため
に、切断前に、砥粒層１２の外端から台金ｌＯの外端に
わたり台金１０の表面を絶縁材としてのテフロン（登録
商標）系樹脂でコーティングしておいた。

これに対し、市販の内周式ニッケルボンド切断砥石の同
仕様品を用いて試験を行ったところ、約６００枚切断し
た段階でソリは３０μｍを越えた。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明に係る内周式メタルボンド切
断砥石を用いれば、半導体単結晶棒等の切断による内周
刃の目詰まり及び変形摩損を低減でき、かつ、内周刃に
よる切断後のウェーハ等の表面層の異常加工歪層或は平
均的な加工歪層の深さを減少して、高精度、高品質な鏡
面半導体単結晶基板等を能率的にしたがって低コストで
生産することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図は本発明の実施例に係る内周式メ
タルボンド切断砥石の製造方法を示す要部断面図、 第２Ａ図及び第２Ｂ図は形状によるダイヤモンド砥粒の
結合剤からの離脱の難易を示す図、第３図は従来の内周
式メタルボンド切断砥石の構成を示す要部断面図である
。 図中、 １０は合金 １２はダイヤモンド砥粒 １４．１６は結合剤 １８は金型 ２０はゴム型 ２２は押板 ２４は締具

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、円環状金属基板の内周端面及びその近傍両面に、
   超砥粒を混合した結合剤が固着されて内周刃が形成され
   た内周式メタルボンド切断砥石において、該結合剤は鉄
   粉を主成分とすることを特徴とする内周式メタルボンド
   切断砥石。 ２）、前記超砥粒は、粒度が５〜６０μｍの範囲内のダ
   イヤモンド砥粒又は立方晶窒化ホウ素砥粒であることを
   特徴とする請求項１記載の内周式メタルボンド切断砥石
   。 ３）、前記鉄粉の粒度は、前記超砥粒の粒度の約１／１
   ０以下であることを特徴とする請求項１または２記載の
   内周式メタルボンド切断砥石。 ４）、前記結合剤は、前記鉄粉にシリコン粉を加えたも
   のであることを特徴とする請求項１、２または３記載の
   内周式メタルボンド切断砥石。 ５）、超砥粒と結合剤の混合物を円環状金属基板ととも
   にアイソ・スタチックプレス成形し、不活性又は還元性
   雰囲気中で焼結し、更に電解作用で刃先を所定寸法に仕
   上げることを特徴とする、請求項１記載の内周式メタル
   ボンド切断砥石の製造方法。 ６）、内周式メタルボンド切断砥石で半導体単結晶棒を
   その軸方向にほぼ直角に切断して半導体単結晶薄片を得
   る切断方法において、請求項１記載の内周式メタルボン
   ド切断砥石を用い、切断時に少なくとも該砥石の切断始
   点に向けてアルカリ性研削液を加圧噴出することを特徴
   とする切断方法。