JPH07186046A - 内周式メタルボンド切断砥石の使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多数回切断した後の切断面の反りを低減する。 【構成】鉄を主成分とする結合剤で超砥粒を円環状金属
薄板の内周縁部に薄く固着した内周式メタルボンド切断
砥石で、シリコン半導体単結晶棒をその軸方向にほぼ直
角に切断してウエーハを得る際に、切断箇所へアルカリ
水溶液を噴射する。このアルカリ水溶液は、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
ルボンドを徐々に溶解し、超砥粒を露出させる。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
コンもアルカリ水溶液により溶解する。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、溶解反応が促進される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶棒を切断
してウエーハにするための内周式メタルボンド切断砥石
の使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】硬脆材料の加工、中でも半導体単結晶及
びセラミックスの精密加工は、最近特に注目を浴びてい
る。硬脆材料は、一般に、引張強度が圧縮強度に比べて
非常に小さい。従って、硬脆材料の加工に際しては、外
力が引張り強度を超えたところから始まる微少の破壊の
連続が行われなければならない。

【０００３】半導体産業が発達したその背景には、勿論
その半導体材料を供給する技術の進歩発展が必要であっ
たが、半導体単結晶棒を軸方向にほぼ直角に切断して円
状薄片（ウエーハ）を形成し、その表面層の加工歪を除
去し、片面に高精度、高品質の鏡面を形成する一連の工
程、特に、硬脆材料である半導体単結晶棒を切断する工
程において用いられる内周式メタルボンド切断砥石の発
達が重要な意義をもっていた。

【０００４】この内周式メタルボンド切断砥石は、図３
に示す如く、薄い円環状のステンレス鋼、例えばＳＵＳ
３０１或はＳＵＳ３０４からなる台金１０の内周部にダ
イヤモンド砥粒１２を電着法（電鋳法ともいう）によっ
て固定したものである。ダイヤモンド砥粒１２は一層乃
至２層であり、これが脱落すると切削能力を失う。電着
法は、不要部をプラスチックフィルム等で覆い、ダイヤ
モンド砥粒１２等を台金の内周端及び上下面に配置し、
台金１０にニッケル鍍金を行うことで行われる。

【０００５】内周式メタルボンド切断砥石は、半導体単
結晶棒の切断における切断代を最小にするために開発さ
れたもので、台金は勿論、砥石自身も肉薄である。この
砥石の厚さは通常２００〜３２０μｍであり、台金の厚
さは通常１００〜２００μｍである。ダイヤモンド砥粒
層は多くても２層に制限される。ダイヤモンド砥粒１２
は径４０〜７０μｍ程度のものが用いらており、この径
は砥粒のメタルボンドへの固着及び切削力の観点から経
験的に選択される。

【０００６】内周式メタルボンド切断砥石には、次のよ
うな欠点があった。 （１）半導体単結晶棒は切削時に細粉化しやすく、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、
半導体ウエーハに反りが発生し、ウエーハ不良の原因と
なった。

【０００７】（３）この異方性により、ウエーハ表面層
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
る鏡面半導体ウエーハの鏡面結晶質を劣化させ、あるい
は不必要にウエ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
うにすれば一時的な効果はあるものの、ドレッシングの
ために切断作業を中断したり、あるいはドレッシングの
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
先の進行方向は台金面からそれ、切断された薄片に反り
が生ずる。このように、ドレッシングによっても切断薄
片の反り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。

【０００８】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１０００ｍ／ｍｉｎで
も、１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。

【０００９】一方、鉄粉を主成分とする結合剤を用いた
砥石は目詰まりが生じ難く、その製造方法が提案されて
いる（特開昭６３−９９１７７号公報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この砥石は、
厚み１０ｍｍ程度のホイール型研削砥石であり、上記２
００〜３２０μｍ程度の薄い切断砥石では、鉄粉を主成
分とする結合剤を用いて焼結法で製造することが不可能
であった。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１ｍｍ程度が下限であると言われてい
た。

【００１１】本発明者は、鉄を主成分とする結合剤で超
砥粒が円環状金属薄板の内周縁部に薄く固着された内周
式メタルボンド切断砥石の製造方法を案出し、この問題
を解決した。この内周式メタルボンド切断砥石において
も、多数回切断した後の切断面の反りを低減することが
技術的課題となる。

【００１２】多数回の使用により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
れるウエーハが平板から偏倚し、変形する。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
括して反りと称されている。即寸法精度の高い鏡面半導
体単結晶ウエーハを得るためには、切断の段階で反りの
ないまたは反りの小さい同薄片を生産しなければならな
い。

【００１３】本発明の目的は、このような点に鑑み、鉄
を主成分とする結合剤で超砥粒が円環状金属薄板の内周
縁部に薄く固着された内周式メタルボンド切断砥石で、
多数回切断した後の切断面の反りを低減することが可能
な、内周式メタルボンド切断砥石の使用方法を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題点
を解決するために、鉄を主成分とする結合剤で超砥粒が
円環状金属薄板の内周縁部に薄く固着された内周式メタ
ルボンド切断砥石で、シリコン半導体単結晶棒をその軸
方向にほぼ直角に切断してウエーハを得る切断方法にお
いて、切断時に切断箇所へアルカリ水溶液を噴射する。

【００１５】

【作用】このアルカリ水溶液は、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、鉄を主成分とするメタルボンドを徐々に溶解
し、超砥粒を露出せしめるので、自動的に化学的なドレ
ッシングを行うことができ、これにより、多数回切断し
た後の切断面の反りを低減することができる。

【００１６】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水溶液により溶解す
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。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。概説すれ
ば、内周式メタルボンド切断砥石は、図１（Ａ）及び
（Ｂ）に示す如く、ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０１
またはＳＵＳ３０４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。

【００１８】詳説すれば、図１（Ａ）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１２と結合剤１６の混合粉末を充填し、こ
の上をゴム型２０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２０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、又はモービル油等の圧
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、図１（Ｂ）に示す如く、
既に成形した部分を収納する「凹部１８ａ」が『凹部』
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。

【００１９】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１０００℃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、適当な耐熱台の上に置いて焼結し
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。

【００２０】結合剤１６は鉄粉が母剤であるので、電解
液は例えばNaCｌ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。

【００２１】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１０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１
２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。

【００２２】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、本発明の試験例を説明する。

【００２３】（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、粒径約１μｍのシリコン粉とを、１：１
０：０．０５の重量比で均一に混合し、これを外径９０
ｍｍ、内径２４０ｍｍ、厚さ１５０μｍのＳＵＳ３０１
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１８００ｋｇ／ｃｍ²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１００ｍｍのシリコン単結晶棒を薄片に切断し
たところ、１０００枚連続切断した段階でもシリコン薄
片の反りは５μｍ以下であった。

【００２４】また、この１０００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、反りは３０μｍを越えた。また、最
大加工歪は１００枚毎の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。

【００２５】（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
片に切断し反りの発生状況を比較した。反りが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
用した場合約１２００枚であったのに対し、純水を使用
した場合は約３００枚であった。

【００２６】（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、反りの発生状況を調べたら、反りが
１０μｍ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１０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。

【００２７】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６
００枚切断した段階で反りは３０μｍを越えた。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る、鉄を
主成分とする結合剤で超砥粒が円環状金属薄板の内周縁
部に薄く固着された内周式メタルボンド切断砥石の使用
方法によれば、アルカリ水溶液が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を徐々に溶解し、超砥粒を露出せし
めるので、自動的に化学的なドレッシングを行うことが
でき、これにより、多数回切断した後の切断面の反りを
低減することができるという効果を奏し、高精度、高品
質な半導体ウエーハを能率的、低コストで生産するのに
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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である。

【図２】形状によるダイヤモンド砥粒の結合剤からの離
脱の難易を示す図である。

【図３】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。

【符号の説明】

１０ 台金 １２ ダイヤモンド砥粒 １４、１６ 結合剤 １８ 金型 ２０ ゴム型 ２２ 押板 ２４ 締具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２４Ｄ 3/00 ３４０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄を主成分とする結合剤で超砥粒が円環
   状金属薄板の内周縁部に薄く固着された内周式メタルボ
   ンド切断砥石で、シリコン半導体単結晶棒をその軸方向
   にほぼ直角に切断してウエーハを得る切断方法におい
   て、 切断時に切断箇所へアルカリ水溶液を噴射することを特
   徴とする内周式メタルボンド切断砥石の使用方法。