JPH09201772A - 内周型砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切断ロスを低減し内周部の真円出しが容易
で、高精度で高能率の加工を可能にする。 【解決手段】 刃先層３の先端部を除いた台金２全面に
渡って台金より強度が強い金属皮膜７-1が施され、さら
に金属被膜は中心部ほど多層７-1〜７-nに施され、台金
の圧延方向を長軸とする楕円形状をなす金属被膜を行な
うことによって台金の強度を向上させ、楕円形状の金属
被膜により台金の圧延による強度異方性を改善する。台
金及び刃先層の厚さを薄くでき、切断ロスを低減し内周
部の真円出しが容易となる。台金の強度及び強度異方性
が改善されたことにより高精度で高能率の加工が可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は刃先層を円環状基板
（台金）の内周部に形成してなる内周型砥石の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】インゴット状の高純度シリコンからウエ
ハ（薄板）を切り出す作業は、内周型砥石を用いた内周
型切断機が多用されており、この内周型砥石は薄いステ
ンレスの円環状基板（台金）内周部にニッケル等の電着
ボンド層にダイヤモンド砥粒を電着、固定して刃先層と
した構成となっている。この刃先層は、切断作業により
発生する切粉により摩減しダイヤモンド砥粒を固持する
機能が次第に失われてダイヤモンド砥粒が脱落していく
為、数十μｍ程度の大きさのダイヤモンド砥粒を幾重に
も重ねて１００μｍ前後の厚さになるよう台金内周部の
内面及び側面に電着し刃先層としている。従って、切断
ロスに関わる刃先層の厚さは台金の厚さに台金内周部ダ
イヤモンド砥粒層片側の厚さの二倍を加えた値となる。

【０００３】一方、半導体集積回路の基板に使用される
高純度シリコン単結晶においては大口径化が進み、直径
１５０ｍｍφや２００ｍｍφが主流となってきており、
３００ｍｍφも開発されている。この大口径化に伴い高
純度シリコン単結晶の製造コストも上昇してきた為加工
によるロスの低減が、又半導体集積回路の高集積化に伴
う高平坦度のウエハ加工が、共に強く求められている。
この高平坦度のウエハ加工の要求により、大口径のシリ
コンインゴットの切断に使われる内周型砥石の刃先層の
厚さは剛性を出すため台金の厚さを厚くした結果として
３５０μｍから４５０μｍとなり、切断ロスも増えてお
り、又切断抵抗も増大し切断速度低下による作業能率の
低下を生じている。

【０００４】又、内周型砥石はその薄い台金の外周部を
内周型切断機に取り付け、台金外周部に外向きの（半径
方向）の張力を加えることにより台金に内部応力を発生
させて台金に剛性を与えている。図２（ａ）、（ｂ）
は、この円環状基盤の台金１の外周部に張力Ｐを与えた
ときの台金内部に発生する円周方向の応力σθ、半径方
向の応力σr の状態を説明する図で、図２（ｂ）に示す
ように台金１の内周部に近ずくに従って円周方向の応力
σθが増大し内周部で最大となる。この内周部の増幅さ
れた応力が台金に剛性を付与して内周型砥石を安定させ
て切断抵抗による変形を押さえている。

【０００５】しかし、この張り上げ時に台金に付与され
た内周部の大きな円周方向応力に切断抵抗が加わると、
台金内周部には材質の弾性限界を越えた応力が作用する
為塑性変形を起こし剛性を低下させて安定性を損なう現
象が生じ、ソリなどの発生原因となり、これを修正する
為に切断作業を中断し再度張力を付与したりドレッシン
グを頻繁に繰り返し行なう必要がある。その結果、砥石
の寿命を短くしてしまうなどの不具合を生じていた。

【０００６】又、内周型砥石に使用されるステンレスの
薄板は強度向上の為強圧延されており、強度は向上する
一方、弾性係数に異方性を生じている。圧延方向と圧延
方向に直角の方向とでは弾性係数が同一とはならず、圧
延方向の弾性係数は圧延方向と直角の方向の弾性係数よ
り１０％から３０％大きくなっている。このため台金の
外周に均一な張力を加えて張り上げると、図２（ｂ）に
示すように内周部ほど円周方向の応力σθが大きいこと
から、台金は弾性係数の小さい方向に多く伸び、内周部
は圧延方向と直角の方向を長軸とする楕円形となる。こ
れを修正する為に半径方向の変位を顕微鏡で観察しなが
ら張力の掛けかたを加減して、圧延方向の台金内部応力
に比べ圧延方向と直角の内部応力が小さくなるよう調節
しながら内周部が真円に成るように張り上げている。し
かしこのような繁雑な作業で真円に張り上げても、切断
作業の進行と共に切断抵抗による内周部変形が均一とな
らず真円が崩れてきて切断に係る内周部が片当りとなっ
て切断能力の低下を生じ切断精度の低下を招いていた。
またこの台金の弾性係数の違いにより内部応力の不均一
は台金面にうねりを生じ加工部との干渉によって動的振
動源となり、切断精度、砥石寿命に悪影響を及ぼしてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した欠点を改良し、シリコンインゴットのウエハ加工等
において切断ロスを低減する円周型砥石を提供すること
にある。又、本発明の目的は、円周型砥石に張力を与え
て張り上げる際に、内周部の真円出しが容易で、高精度
で高能率の加工を可能にする円周型砥石を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、内周型砥石の
刃先層を除いて若しくは刃先層の先端部を除いて台金全
面に渡って金属皮膜を施すことによって、台金の強度を
補い、かつ台金の製造上における圧延による強度異方性
を改善した。また、刃先層を除いて若しくは刃先層の先
端部を除いて金属皮膜を中心部ほど多層に施す事によっ
て同一の効果を達成する。さらに、金属皮膜を中心部ほ
ど多層に施すと共にその一部を台金全面に渡って施すよ
うにした。

【０００９】又、圧延方向の弾性係数が圧延方向に直角
な方向の弾性係数より１０％〜３０％大きいため、外周
に均一な張力を加えると台金内部に発生する円周方向の
応力による伸びに差異が生じ、弾性係数が小さい圧延方
向に直角な方向は伸びが大きくなって内周部はこの方向
を長軸とする楕円となってしまう。そこで、弾性係数が
小さい圧延方向に直角な方向の応力が作用する台金強度
を補強して伸びの均一化を図るために、圧延方向の面を
断面とする金属被膜の幅を大きくして台金と金属被膜の
断面面積の合計が圧延方向に直角な方向の断面面積より
大きくなるように、刃先層を除いて若しくは刃先層の先
端部を除いて内周型砥石の中心を中心とし台金の圧延方
向を長軸とする楕円形状をなす金属被膜を施し、台金の
製造上における圧延による強度異方性を改善した。さら
に、上記楕円形状をなす金属皮膜は中心部ほど多層に施
され、その一部が台金全面に渡って施すことによって、
台金の強度を補い、かつ台金の製造上における圧延によ
る強度異方性を改善した。

【００１０】

【発明の実施の形態】内周型砥石の刃部は図３及び図４
に刃先層３の断面形状に示すように薄いステンレスの円
環状基盤の台金２の内周部にダイヤモンド砥粒４がニッ
ケル等の電着ボンドを結合剤５として使用し電着されて
いる。図３に示す例においては、刃先層３の先端部が厚
く外周部においては薄く（いわゆるマッチ棒形状に）形
成されている。又、図４に示す例では、刃先層３の断面
形状が略矩形に形成されているが先端部の厚さより外周
部は薄く形成されている。さらに、図４に示す例では、
刃先層３の先端部近傍に凹部切欠部６が設けられ、刃先
層３でワークを切断したとき生じる切粉を該凹部切欠部
６に導き、切粉による目詰まりを防止するようになって
いる。

【００１１】本発明の一実施形態として、図４に示した
刃先層を形成した内周砥石の例を説明する。図１（ａ）
は本一実施形態の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に
おける断面Ａ−Ａの拡大図である。円環状基盤の台金２
の内周部の両側面に、ニッケル等の電着ボンドを結合剤
５としてダイヤモンド砥粒４が電着され刃先層３が形成
されている。又、該刃先層３の両側面には、台金２の同
心円に沿って多数の凹部切欠部６が内縁からやや間隔を
あけて適宜間隔をおいて配設されている。さらに、刃先
層３の途中より外周部に向かって金属皮膜を施し第１層
７-1は台金２の外周まで全面に亙って施されている。さ
らに、第２層７-2、第３層７-3、…第ｎ層７-nの金属被
膜が施され、第１層７-1以外の金属被膜７-2〜７-nは、
その外周部は、台金２を製造するときの圧延方向を長軸
に、そしてその圧延方向と直角の方向を単軸とする楕円
形状としている。

【００１２】台金２の両側面全面に施した第１層７-1の
金属皮膜により台金の強度を増すとともに、第２層以後
の楕円形状の金属被膜によって圧延方向と直角な方向の
伸びを少なくして、張力を加えた際に内周部が圧延方向
と直角の方向を長軸とする楕円形になる欠点を矯正し
た。この結果、張力による円周方向応力や切断抵抗によ
る応力で台金２が塑性変形して剛性低下をおこすことを
防いで、切断作業を中断しての再調整や頻繁なドレッシ
ングが減少させたり張り上げ作業が簡単になるなど作業
効率が向上するとともに、砥石内周を真円状に保ち切断
精度を維持して砥石寿命を伸ばす。

【００１３】又、金属被膜は台金２の両側面に対して全
面に金属皮膜７-1を施すことにより強度が向上するの
で、台金２のステンレスの厚みを薄くすることを可能に
し、その分刃先層３の厚さも薄くでき切断ロスを低減さ
せることができる。この金属皮膜７-1〜７-nは、刃先先
端部を除き金属皮膜を施した後の厚さが、刃先先端部の
最も厚い厚さから切断による摩耗減少分及び切粉排出代
を除いた厚さより厚くならない範囲で、図３のタイプの
ものでは刃部の後部から施し、図４のタイプでは凹部切
欠部６の近傍以降の刃部から外周部に向かって金属皮膜
を施す。これにより、台金２から刃先層３が始まるネッ
ク部分に作用する切断抵抗による上下方向の曲げ応力に
対する補強をすることになり刃先層の変形を防ぐことが
可能となる。この金属皮膜を第一層から順次皮膜を重ね
内周部を厚く外周部にいくにしたがい薄くした外周を楕
円状の皮膜とすることにより、張力によって生じた台金
２の円周方向応力の大きさに応じた強度分布を持ち、且
つ台金２の強度の異方性を矯正した円環状基板を作成す
ることが可能となり、台金各部に作用する応力の均一化
を図って過度の応力集中による塑性変形を防ぎ内周型砥
石の形状を安定させて高精度、高効率の切断作業を行う
ことが出来る。

【００１４】この多層の金属皮膜の外周の楕円状形状は
各層必ずしも同一である必要はない。又、厳密な楕円で
ある必要はなく、楕円に近い形状でも効果を発揮する。
このような構造の台金では張力により作用する円周応力
の小さい外周部はうすくすることが可能で、従って薄い
ステンレス台金を使用して刃先層を形成して刃先層全体
の厚さを薄くすることが出来る。なお、最も外周部に位
置する台金全体を覆う金属皮膜７-1のみの被膜だけで
も、従来より薄くしたステンレスの台金の強度を補って
全体の厚さを薄くでき、かつ、切断ロスの低減と強度異
方性を補って、切断コストの低減に効果を発揮すること
ができる。

【００１５】上述した金属皮膜７-1〜７-nは、台金に刃
先層を電着で形成する前に刃先層となる台金先端部を除
いた円周部、又は全体に施し、しかる後刃先層を形成し
ても良い。この場合、刃先層厚みに係る刃先層先端部の
台金部分には金属皮膜が及ばないようにして刃先層先端
部分が直接台金に形成されることが刃先層全体の厚さを
薄くする上で必要となる。この金属皮膜をステンレスの
台金、及び刃先層の先端部を除いた一部に施工すること
は電気メッキでも可能であるが、無電解メッキでも可能
であり、金属の種類もニッケル・リン合金、ニッケル・
コバルト合金、ニッケル・鉄・リン合金、その他様々な
金属やそれらの合金の台金より強度の大きい皮膜形成が
可能である。又、台金に複数の金属皮膜を重ね合わせる
場合、それぞれの被覆方法や構成金属又は合金の種類は
同一でなくてもよく、強度や皮膜相互の密着性・経済性
などを考慮し組み合わせることが可能である。

【００１６】本発明を従来のステンレス台金の厚さ１５
０μｍより約１３％薄い１３０μｍの厚さで、従来の製
品と同等の外形６９０ｍｍ、内径２４０ｍｍの円環状基
板を作成して、ダイヤモンド電着層厚さ１００μｍ，刃
先層厚さ３３０μｍの内周型砥石を作成した。これに無
電解メッキでニッケル・リン合金の皮膜を施し、内周部
刃先近傍の厚さを５０μｍとなるように多層に重ね外周
部に向かって薄くなるよう被膜層の数を減らすととも
に、各層の外周は圧延方向を長軸に、圧延方向と直角の
方向を単軸とする楕円となるようにした内周型砥石を試
作した。この内周型砥石を内周型切断機にセットし張力
を加え張り上げたところその張り上げ作業の時間は約３
０％短くてすんだ。このセットした内周型砥石の刃先先
端より５ｍｍの位置に加重を加え、同じく隣接して刃先
先端より５ｍｍ、加重点より５ｍｍ離れた位置の変位量
が５０μｍになる加重の大きさと、張り上げ強さを変え
た結果変わる内径の伸びとを測定した。図５はその測定
結果を示す図で、が上記金属被膜をした試作の内周型
砥石の測定結果であり、は金属被膜を施さない台金の
厚さが１５０μｍで他の形状寸法は上記試作と同一であ
る従来の内周型砥石に対して同様な実験を行なって得ら
れた測定結果を示すものである。金属皮膜を施した内周
型砥石は台金の厚さを薄くしたにも係らず５０μｍにな
る変位が従来品に比べ大きな加重で小さな内径変位とな
り高い剛性を示した。

【００１７】この内周型砥石を用い１５０ｍｍφのシリ
コンインゴットを切断したところ、切断中ソリの規定値
から外れた際に修正の為に行う従来３０枚から５０枚切
断するごとにのドレッシングの頻度が従来の場合より約
５０％減少し、ドレッシングによる刃先磨耗が減り砥石
寿命が伸びた結果切断枚数が約２５％増え且つ切断作業
途中での張り上げ調整は必要なかった。

【００１８】上述した本発明の一実施形態では、刃先層
における先端部に対して金属被膜を施さない例を記載し
たが、刃先層全体に渡って金属被膜を施さず、刃先層が
とぎれた位置から台金に対して金属被膜を施すようにし
てもよい。刃先層を形成した部分では刃先層により強度
が補強されていることにより刃先層が立ち上がるネック
部分において、内周型砥石の強度に変化が生じ不連続と
なる。しかも、上述したように、台金の外周部に張力を
与えたとき、台金の内周部に近ずくに従って円周方向の
応力が増大することから、この刃先層が立ち上がるネッ
ク部分が強度的に弱い位置となる。そこで、このネック
部分位置より金属被膜を施すことによって、内周型砥石
の強度変化の不連続性をなくし、内周型砥石の強度を増
大させる。この場合でも、金属被膜をこのネック部分よ
り外周方向に台金全体に渡って施してもよく、中心部の
みに施してもよい。また中心部ほど多層に金属被膜を施
しても、さらにはこの金属被膜を上述したように、台金
の圧延方向を長軸とする楕円形状にしても、上述した本
発明の一実施形態とほぼ同等の作用効果を得ることがで
きる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、刃先層を除いて若しくは刃先
層の先端部を除いて台金全面に渡って金属皮膜が施され
ているから、台金の強度が増し、その分台金の厚さ及び
刃先層の厚さを小さくすることができ、その結果、シリ
コンイッゴット等のワークを切削する際に、切削ロスを
小さくすることができる。又、上記金属被膜によって台
金の強圧延による強度異方性を改善することができ、該
内周型砥石の張り上げ作業の時間を短くすることができ
る。又、中心部ほど金属皮膜を多層に施すことによっ
て、この内周型砥石を張り上げた際に中心部において応
力が増大することに対しする補強を行なって内周型砥石
の強度を増大させることにより切断作業の高効率化と切
断精度の向上を図ることができる。さらに、金属被膜の
形状を台金の圧延方向を長軸とする楕円形状とすること
によって、台金の強圧延による強度異方性が改善され、
該内周型砥石の張り上げ作業の時間を短くでき、かつ砥
石寿命を延ばす効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の内周型砥石の構成を示す
図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部拡大断面図であ
る。

【図２】内周型砥石を張り上げた際に生じる応力の説明
図である。

【図３】内周型砥石の刃先層のタイプの１例を示す図で
ある。

【図４】内周型砥石の刃先層のタイプの他の１例を示す
図である。

【図５】上記本発明の一実施形態の内周型砥石と従来の
内周型砥石の強度比較実験結果を表す図である。

【符号の説明】

１ 内周型砥石 ２ 台金 ３ 刃先層 ４ ダイヤモンド砥粒 ５ 結合剤 ６ 凹部切欠部 ７-1、７-n 金属被膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 刃先層を除いて若しくは刃先層の先端部
   を除いて台金全面に渡って金属皮膜が施されていること
   を特徴とする内周型砥石。
2. 【請求項２】 刃先層を除いて若しくは刃先層の先端部
   を除いて台金に金属皮膜が中心部ほど多層に施されてい
   ることを特徴とする内周型砥石。
3. 【請求項３】 刃先層を除いて若しくは刃先層の先端部
   を除いて台金に金属皮膜が中心部ほど多層に施されその
   一部が台金全面に渡って施されることを特徴とする内周
   型砥石。
4. 【請求項４】 刃先層を除いて若しくは刃先層の先端部
   を除いて内周型砥石の中心を中心とし台金の圧延方向を
   長軸とする楕円形状をなす金属皮膜が台金に施されてい
   ることを特徴とする内周型砥石。
5. 【請求項５】 刃先層を除いて若しくは刃先層の先端部
   を除いて内周型砥石の中心を中心とし台金の圧延方向を
   長軸とする楕円形状をなす金属皮膜が台金に中心部ほど
   多層に施され、その一部が台金全面に渡って施されるこ
   とを特徴とする内周型砥石。