JPH0811061A - 内周刃スライシングマシン用砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな外径を有するウェハを、切断加工中に
おける内周刃砥石の変形を強制的に抑制するための特別
な装置を用いることなく、反りを許容範囲内に抑え、か
つ高い歩留りで切断可能な内周刃砥石を提供する。 【構成】 同心の内周および外周を有する環状の平板か
らなる台金（２）と、台金の外周を全周にわたって表裏
両面から挟み、かつ台金に中心から外周方向へ向く張力
を与えて固定する環状のテンションヘッド（４）と、台
金（２）の内周にその外周にわたって形成された砥粒層
を含む内周刃（３）とを備える。台金（２）の厚さはそ
の外径の５０００分の１以下であり、かつテンションヘ
ッド（４）の内径に対する内周刃（３）の内径の比が
０．２５以上かつ０．３３以下に設定されている。この
構成により、作業性および切断ストロークを充分確保す
るとともに、切削抵抗に対する内周刃砥石の剛性が高め
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単結晶インゴットなど
を薄く切断してウェハを得るために用いられる、内周刃
スライシングマシン用砥石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリコンやガリウム砒素など
のインゴットから薄肉状のウェハを得るための切断工程
において、図１（ａ）（ｂ）に示すような内周刃砥石１
を適用したスライシングマシンが用いられている。内周
刃砥石１は、同心の内周と外周を有する、ステンレスな
どからなる薄肉の台金２と、この台金２の内周にダイヤ
モンドなどからの砥粒などを散りばめてニッケルめっき
などを施した内周刃３を有し、台金２の外周は、チャッ
クボディ５の端面とテンションヘッド４との端面とで挟
まれて、六角穴付ボルト６で締結することにより固定さ
れている。テンションヘッド４の端面のチャックボディ
５側に形成された穴には押し付部材８が嵌合されてお
り、六角孔付止めねじ７を回転させて、押し付部材を台
金２の外周近傍をチャックボディ５の端面に形成された
凹部に押し付けることにより、台金２に対して中心から
外周方向に作用する張力を付与している。テンションヘ
ッド４による台金２への張力付与の機構は、図３にわか
りやすく示されている。

【０００３】この内周刃砥石１を用いることにより、図
２に示すインゴット９から薄板状のウェハが切断され
る。切断加工時においては、内周刃３近傍に固定された
ノズル１０から内周刃３に対して切削水が噴射されてい
る。

【０００４】ウェハ径が大型化するに伴って、大きな径
のインゴットを高い精度で切断することの必要性が高く
なっている。内周刃３の内径はインゴット９の外径より
も大きいことが必要であり、またインゴット９からウェ
ハを切出すためには、台金の内周端からテンションヘッ
ド４の内周端までの距離が、少なくともインゴット９の
外径よりも大きくなくてはならない。その上に、歩留り
を向上させるため、インゴットの切断しろを極力小さく
することが望ましい。そこで、台金２の公称外径に対す
る台金２の厚みは、５０００分の１よりも小さくするこ
とが要求されている。

【０００５】このような薄い台金２を用いた内周刃砥石
でインゴット９を切断しようとすると、図４（ａ）に示
すように、台金２が回転軸方向に変形した状態で切断が
進行することになり、切り落とされたウェハ９ａには反
りが生じる。切断加工中において台金２が回転軸方向に
変形するのは、台金２が薄くなると、図４（ｂ）に示す
ように、インゴットから受ける切削抵抗Ｒのために座屈
を生じ、内周刃３の位置において回転軸方向の変位δ₁
が生じるためである。

【０００６】ウェハ９ａの反りの大きさは、図４（ｃ）
に示すようにウェハ９ａの外周端がなす平面からウェハ
９ａの中央部までの距離（図４（ｃ）中のｘ）で表わさ
れる。ウェハ９ａが図４（ｃ）に示すような形状になる
のは、切削抵抗Ｒの大きさが、切断長、すなわち各瞬間
において内周刃３がインゴット９の切断部分と接する長
さが大きいほど大きくなり、その切断長は、インゴット
９の中央部近傍を切断する時点において最大になるから
である。

【０００７】このようにして生じたウェハ９ａの反り
は、その後のラッピング工程においても解消することは
不可能である。それは、上下ラップ盤間で加圧され、そ
れが矯正された状態で加工されてしまい、その反りが、
加工後矯正圧力が解除されると再びもとに戻ってしまう
ためである。

【０００８】ウェハに対する平坦度の要求は益々厳しく
なっており、薄い台金を用いた内周刃砥石による歩留り
の高い切断を行なうことは、従来極めて困難であった。

【０００９】上述したような切断工程に経緯するウェハ
の反りを解消するための従来の技術として、まず、特開
平５−３１８４６０号公報に示された方法がある。この
方法に用いられるシステムは、図９に示すように、スピ
ンドル１０の上端部にチャックボディ１２が固着され、
さらにスピンドル１０の下端部にはモータ（図示せず）
が連結され、これによってスピンドル１０およびチャッ
クボディ１２が回転するようになっている。チャックボ
ディ１２にはドーナツ状のブレードの内周縁が張り上げ
られ、このブレード１４の内周縁には内周刃１６が形成
されるとともに、その外周縁がチャックボディ１２のテ
ンション付与機構によってその張力が調整可能になって
いる。

【００１０】半導体インゴット１８の上端はワーク支持
台２１に固着され、切断送り機構２２によって図中に示
すＸ−Ｘ方向に移動可能になっており、さらにワーク支
持台２１はワークワ割出し機構２４によってＺ−Ｚ方向
に移動可能になっている。これらの切断送り機構２２お
よびワーク割出し機構２４は制御装置２６からの指令信
号によって駆動されるようになっている。

【００１１】ブレード１４の上面には非接触式の１対の
エアパッド３０，３０、ブレードセンサ３２，３２が配
置され、ブレードセンサ３２，３２によってブレード１
４の偏位を検出し、エアパッド３０，３０によってブレ
ード１４の偏位を修正することができる。さらにブレー
ドセンサ３２，３２は制御装置２６と接続され、制御装
置２６はエア圧力調整装置３６をコントロールして、エ
アパッド３０，３０を作動するようになっている。

【００１２】また、切断加工工程に起因するウェハの反
りを解消するための他の従来の技術として、実開平１−
１３８５６５号公報に示されるものがある。同公報に記
載の技術においては、半導体ウェハのスライシングマシ
ンに用いられる内周刃砥石に関して、台金の肉厚を外径
の５０００分の１以下に薄くして切断しろを小さくする
ために、大きな抗張力を有する合金を台金の材質として
用いた技術が開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】切断工程に起因するウ
ェハの反りを解消するための上記各従来技術において
は、それぞれ以下に述べるような問題点があった。

【００１４】特願平５−３１８４６０号公報に開示され
た方法では、ウェハの反りを解消するためにブレードセ
ンサ３２，３２、エアパッド３０，３０、エア圧力調整
装置３６および制御装置２６という極めて大かがりなシ
ステムを必要とし、ウェハの切断加工用設備のコストが
上昇するという問題があった。

【００１５】また実開平１−１３８５６５号公報に開示
された技術においては、内周刃砥石の台金の公称外径に
対する内径の比率が比較的大きいものを用いているた
め、切断対象のインゴットの外径が大きくなるに従い、
台金の座屈による変形等に起因するウェハの反りの問題
が十分に解消できないという問題があった。

【００１６】本発明は上記の従来の問題点を解消するた
め、内周刃砥石の台金の外径に対する内径の比率が切断
時の内周刃砥石の剛性に大きな影響を及ぼすことに初め
て着目し、特別なシステムを用いることなく、内周刃砥
石の台金の内外径比率を最適化することにより、切断加
工工程に起因するウェハの反りを抑制することが可能な
内周刃スライシングマシン用砥石を提供することを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の内周刃スライシングマシン用砥石は、同心上の内周
および外周を有する環状の平板からなる台金と、この台
金の内周にその全周にわたって形成された砥粒層を含む
内周刃とを備えている。台金の外周はその全周にわたっ
て表裏両面から、環状のテンションヘッドによって挟ん
で固定され、回転中心から外周方向へ向く張力が付与さ
れている。

【００１８】この内周刃スライシングマシン用砥石の特
徴は、台金の厚さがその外径の５０００分の１以下であ
って、テンションヘッドの内径に対する内周刃の内径の
比が０．２５以上かつ０．３３以下であることにある。

【００１９】

【作用】本発明の内周刃スライシングマシン用砥石によ
れば、テンションヘッドの内径に対する内周刃の内径の
比が０．３３以下であることにより、台金の厚さがその
外径の５０００分の１以下という薄肉の内周刃砥石を用
いた場合でも、切断加工中に内周刃に作用する切断抵抗
によって生じる台金の座屈変形が抑制される。その結
果、切断加工中の内周刃砥石の変形に起因するウェハの
反りが所望の許容範囲内に抑制される。

【００２０】また、テンションヘッドの内径に対する内
周刃の内径の比が０．２５以上であることにより、被切
断物を切断可能状態にセットするための作業性が良好に
保たれ、かつ十分な切断ストロークが確保される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００２２】本実施例においては、内周刃砥石として、
上記従来の技術において説明した図１に示すものと同様
の形状のものが用いられる。また、この内周刃砥石１に
よってインゴット９を切断する様子および台金２にテン
ションヘッド４によって張力を付与する機構は、図２お
よび図３に示す従来のものと同様である。

【００２３】本実施例の切削法に用いられる切断装置
は、図８に示した従来のものと同様の装置が用いられる
が、本実施例においては、切断加工中の内周刃砥石の偏
位量は比較的小さく抑制されるため、エアパッド３０，
３０、ブレードセンサ３２，３２、エア圧力装置３６に
ついては、特に必要ではない。

【００２４】下記の表１に示すように、本実施例におい
ては、被切断材料として、ウエハ外径３インチ用のガリ
ウム砒素インゴットが用いられ、切出されるウェハの厚
さは０．７ｍｍである。また内周刃砥石１の台金２の材
質と寸法、テンションヘッド３の寸法、および内周刃
（砥粒層）の厚さは、それぞれ表１に示すとおりであ
る。

【００２５】

【表１】

【００２６】上記表１に示すように、台金２の材質とし
て超抗張力特性を有するステンレス綱合金が用いられ、
その厚さＴの外径Ｄに対する比率は、５０００分の１以
下のものが用いられている。

【００２７】切断加工条件としては、切断速度が５〜３
０ｍｍ／分、内周刃砥石の回転数として１０００〜１８
００ｒｐｍの範囲を用いることが可能であるが、本実施
例においては、下記の表２に示すように、切断速度が２
０ｍｍ／分、砥石回転数が１５００ｒｐｍの場合を示し
た。また切削水として純水を用いた。

【００２８】

【表２】

【００２９】本実施例においては、内周刃砥石１の剛
性、すなわち切削抵抗による座屈などに起因する変形し
にくさの度合を表わす指標として、台金２を、破断しな
い範囲の最大の張力、すなわち弾性領域の上限の張力が
生じるまで張り上げた状態で、図５（ａ）に示すＰ点に
回転軸方向に平行な３００ｇの力を加えた場合の、接触
式変位センサ５１によって測定したＱ点の回転軸方向の
変位量δ_p を用いた。台金ＡないしＣのそれぞれについ
て内周刃内径Ｄ₁ ／テンションヘッド内径Ｄ₂ の比率を
変化させた場合の台金変位量δ_p を測定したところ、図
７に示すような結果が得られた。図７に示すウェハか
ら、同一の厚さの台金を用いた場合には、比率Ｄ₁ ／Ｄ
₂ が小さいほど台金変位量δ_p が小さく、より大きな剛
性を得ることができることがわかる。

【００３０】本実施例においては、厚さの異なる３種類
の台金ＡないしＣのそれぞれについて、比率Ｄ₁ ／Ｄ₂
を０．４０，０．３３，０．３０および０．２５の４種
類に変えて、それぞれについて２０個ずつのウェハを切
断した場合の、ウェハの反りｘを測定し、その平均値お
よびその標準偏差σを求めた。その結果を、下記の表３
および図８のグラフに示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】比率Ｄ₁ ／Ｄ₂ の下限値としては、次の理
由により、０．２５以上であることが必要である。

【００３３】まず、内周刃の内径Ｄ₁ は、その内側に被
切断物が入ることになるため、被切断物の外径よりも大
きくなくてはならない。また、テンションヘッド内半径
Ｄ₂／２と内周刃内半径Ｄ₁ ／２との差は、切断ストロ
ークよりも大きくなくてはならない。したがって、切断
ストロークを最も長く確保するという観点からは、比率
Ｄ₁ ／Ｄ₂ は１／３程度であることが好ましい。

【００３４】しかしながら、上述の考察から、内周刃砥
石の剛性を高めるためには、内周刃内径Ｄ₁ は小さいほ
どよい。また、実際の内周刃砥石および被切断物のサイ
ズを考慮すると、たとえば公称外径２１．５インチ（テ
ンションヘッド内径Ｄ₂ ＝４６４ｍｍ）の内周刃砥石で
ウエハ外径３インチ用のインゴット（カーボンベースを
含めた切断ストローク８３ｍｍ、被切断物サイズ９４ｍ
ｍ）の切断を行なうとき、被切断物の内周刃の内側にセ
ットするときの作業性を考慮すると、内周刃内径Ｄ₁ は
１１０ｍｍ程度以上必要である。

【００３５】以上のことを総合すると、比率Ｄ₁ ／Ｄ₂
の下限値としては０．２５以上確保することが必要であ
り、その結果、比率Ｄ₁ ／Ｄ₂ は０．２５以上かつ０．
３３以下に設定することによって、本発明の目的が達成
されることになる。

【００３６】なお、上記従来の技術の説明において述べ
た実開平１−１３８５６５号公報の内周刃砥石では、台
金の外径として２３．５インチ（５９７ｍｍ）、内径
（Ｄ₁）として１８４ｍｍが用いられており、その場合
テンションヘッド内径Ｄ₂ はテンションヘッドの径方向
の幅を考慮して５３７ｍｍ程度以下となるため、比率Ｄ
₁ ／Ｄ₂ は０．３４を越える。したがって、同公報の内
周刃砥石では本発明の目的を達成することはできない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
周刃砥石の内周刃内径とテンションヘッド内径との比率
を０．２５以上かつ０．３３以下とすることにより、作
業性および切断ストロークを充分確保するとともに、台
金の厚さが外径の５０００分の１以下という薄い台金を
用いた場合において、高い剛性を有する内周刃砥石を提
供することができる。その結果、外径の大きなウェハ
を、比較的小さな切断しろで切断し、かつ反りの大きさ
およびそのばらつきを許容範囲内に抑制することが可能
となる。したがって、強制的に内周刃砥石の変形を抑制
するための特別な装置を必要とすることなく、外径の大
きなウェハを高い歩留りでかつ比較的低いコストで生産
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、従来のスライシングマシンおよび本
発明の一実施例において共通に用いられる内周刃砥石の
形状を示す正面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面を示す図で
ある。

【図２】従来のスライシングマシンおよび本発明の一実
施例における内周刃砥石によるインゴットの切断加工中
の状態を示す斜視図である。

【図３】図１に示した内周刃砥石における、テンション
ヘッド４によって台金２にテンションを付与する機構を
説明するための、部分断面拡大斜視図である。

【図４】（ａ）は、内周刃砥石の台金２の変形とウェハ
の反りとの関係を説明するための部分断面図、（ｂ）は
台金２に作用する切削抵抗Ｒと内周刃３の偏位量δ₁ と
の関係を説明するための部分断面図、（ｃ）はウェハの
反りｘの定義を説明するための断面図である。

【図５】（ａ）は、本発明の一実施例において内周刃砥
石の剛性の度合を測定する方法を説明するための部分斜
視図、（ｂ）は同部分断面図である。

【図６】（ａ）は、台金２における円周方向の応力σ_t
の意味を説明するための図、（ｂ）は、台金２における
回転中心からの位置ｒと、円周方向の応力σ_t との関係
を示す図である。

【図７】本発明の実施例において測定された、台金Ａな
いしＣのそれぞれについての、内周刃内径Ｄ₁ ／テンシ
ョンヘッド内径Ｄ₂ と台金偏位量δ_p との関係を示す図
である。

【図８】本発明の実施例において測定された、台金Ａな
いしＣのそれぞれについて比率Ｄ₁ ／Ｄ₂ を４種類に変
えた場合の、ウェハのそれぞれの平均値ｘ−およびウェ
ハのそれぞれの標準偏差σとの関係を示す図である。

【図９】本発明の従来技術としての特開平５−３１８４
６０号公報に開示されたスライシングマシンのシステム
を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ 内周刃砥石 ２ 台金 ３ 内周刃 ４ テンションヘッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同心の内周および外周を有する環状の平
   板からなる台金と、 前記台金の前記外周を全周にわたって表裏両面から挟
   み、かつ前記台金に中心から外周方向へ向く張力を持た
   せて固定する、環状のテンションヘッドと、 前記台金の前記内周に、その全周にわたって形成された
   砥粒層を含む内周刃とを備え、 前記台金の厚さが、その外径の５０００分の１以下であ
   り、さらに、前記テンションヘッドの内径に対する前記
   内周刃の内径の比が０．２５以上かつ０．３３以下であ
   る、内周刃スライシングマシン用砥石。