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    • 专利摘要:
    本發明提供一種即使經過長時間的研磨，鑽石研磨粒等也不會脫落，而可實現長時間使用，且可抑制硬脆材料之倒角加工時所產生的碎片以及被研磨材之破裂之發生的倒角磨石。本發明之倒角磨石是對硬脆材料的外周緣部進行倒角加工的倒角磨石，其特徵為具有：在前述硬脆材料之外周緣部所抵接的外周面形成有凹槽部的心部；以及形成在前述凹槽部，並藉由銲接而固接有研磨粒的研磨粒層，前述研磨粒的平均粒徑為#4000至#270。
    公开号:TW201309425A
    申请号:TW100132441
    申请日:2011-09-08
    公开日:2013-03-01
    发明作者:Toshiya Kinoshita
    申请人:Nippon Steel Materials Co Ltd；
    IPC主号:B24D5-00
    专利说明:
    倒角磨石
    本發明是關於一種用來加工硬脆材料之外周部的倒角磨石。
    就矽晶圓或化合物半導體晶圓所形成的晶圓之製程而言，有一種是包含以下步驟：利用外周刃刀或是皿型砂輪等使矽鑄塊等形成既定尺寸之圓柱狀鑄塊的成形步驟；利用內周刃刀將該圓柱狀鑄塊切割成既定之厚度而形成晶圓的切割步驟；利用倒角磨石對該晶圓的外周部進行倒角研磨加工的倒角步驟；以及對在倒角步驟完成倒角加工的晶圓面進行研磨、蝕刻、拋光而完成積體電路基板的最後修飾步驟。
    第5(a)圖是習知倒角磨石的斜視圖。第5(b)圖是第5(a)圖的Y向視圖，是凹槽部的放大圖。倒角步驟是使第5(a)(b)圖所示的倒角磨石100抵接在晶圓(未圖示)的徑向端面(以下稱為外周面)，而對晶圓之外周面的角部進行研磨加工來進行。在成形步驟及切割步驟當中，將晶圓切斷成既定尺寸時，在晶圓之外周面的角部會形成邊緣。一旦在晶圓的角部形成邊緣，之後的加工處理當中，有時應力會集中在晶圓的角部，缺損的角部會從晶圓脫落(碎片)。一旦產生該碎片，之後的加工步驟(最後修飾步驟)當中，脫落的角部就會傷及晶圓的表裡面，並引起裂痕(破裂)，使半導體製造裝置的良品率降低。因此，在成形步驟及切割步驟之後設置對晶圓之角部進行倒角加工的倒角步驟就非常重要。
    該倒角步驟所使用的倒角磨石100是如第5(a)圖所示具備形成大致圓盤狀的心部200。在心部200的外周面是如第5(b)圖所示形成有複數個凹槽部，在這些凹槽部固接有研磨粒層300。該研磨粒層300是形成在心部200的外周面全周，是使用結合材將鑽石研磨粒或CBN(立方結晶化的氮化硼)研磨粒(以下稱為鑽石研磨粒等)的研磨粒材料固接在心部200上而形成。
    在此，使鑽石研磨粒等固接在心部200之外周面的固接方法已知有樹脂接合法、陶瓷黏結法、金屬黏結法(燒結法)及電鍍法等(參照專利文獻1至6)。
    又，為使鑽石研磨粒穩固地固接在心部200的外周面，已知有藉由銲接使鑽石研磨粒固接的方法(參照專利文獻7)。 [先行技術文獻] [專利文獻]
    [專利文獻1]日本特開2007-44817號公報
    [專利文獻2]日本特開2005-59194號公報
    [專利文獻3]日本特開2003-159655號公報
    [專利文獻4]日本特開2003-39328號公報
    [專利文獻5]日本特開2002-273662號公報
    [專利文獻6]日本特開平6-262505號公報
    [專利文獻7]日本特開2006-263890號公報
    [專利文獻8]日本特開2007-83352號公報
    近年來，由於縮小研磨粒的粒徑，而必需謀求磨石的長壽命化、端面形狀之崩裂的極小化、破裂之防止及碎片之防止。例如以電鍍法固接粒徑較小的研磨粒的情況，在硬脆材料之切削時會產生以下問題。第6(a)圖是利用電鍍法固接有粒徑較大之研磨粒的狀態模式圖。第6(b)圖是利用電鍍法固接有粒徑較小之研磨粒的狀態模式圖。
    參照這些圖面，使用粒徑較大的研磨粒，也就是使用第6(a)圖所示的研磨粒310的情況，從研磨粒310的上端部(與晶圓接觸之側的端部)到基準面(結合層320的上端面)的間隔T1會變得更大。另一方面，使用粒徑較小的研磨粒，也就是使用第6(b)圖所示的研磨粒310的情況，從研磨粒310的上端部到基準面的間隔T2會變得更小。因此，使用粒徑較大的研磨粒的情況，可充分確保從所要研磨的晶圓之端部到基準面的間隔，因此研磨時，可抑制晶圓抵接於結合層320的基準面以致結合層受到侵蝕。相對於此，使用粒徑較小的研磨粒的情況，由於無法充分確保從所要研磨的晶圓之端部到基準面的間隔，因此研磨時，晶圓的端部會抵接於基準面以致結合層320受到侵蝕。專利文獻1至6所記載之利用電鍍法等的習知結合方法當中，除了固接研磨粒的固接強度原本就不充分之外，還會因為結合層320的侵蝕導致強度降低，因此並無法充分作為用來固接小徑化之研磨粒的手段。
    再者，如專利文獻7所揭示的藉由銲接將鑽石研磨粒等固接在心部之外周面的方法當中，由於被研磨材為玻璃，因此鑽石研磨粒的平均粒徑是設定為較大的#200/230。因此，在專利文獻7當中，由於研磨粒小徑化所產生的課題並沒有被記載或暗示。利用如此使用粒徑較大的鑽石研磨粒的倒角磨石100，對如晶圓般又硬又脆的硬脆材料進行倒角加工時，晶圓會被過度研磨，並且容易發生碎片或破裂等。
    因此，本發明提供一種即使經過長時間的研磨，鑽石研磨粒等也不會脫落，而可實現長時間使用，且可抑制硬脆材料之倒角加工時所產生的碎片或是被研磨材之破裂之發生的倒角磨石。
    為了解決上述課題，本發明之倒角磨石是對硬脆材料的外周緣部進行倒角加工的倒角磨石，其特徵為具有：在前述硬脆材料之外周緣部所抵接的外周面形成有凹槽部的心部；以及形成在前述凹槽部，並藉由銲接而固接有研磨粒的研磨粒層，前述研磨粒的平均粒徑為#4000至#270。
    根據本發明，可提供一種藉由使較小粒徑的鑽石研磨粒等穩固地固接在倒角磨石的外周端部，而可長時間使用倒角磨石，且可抑制硬脆材料之倒角加工時所產生的碎片以及被研磨材之破裂之發生的技術。
    以下，一面參照圖面，一面針對本發明之實施形態加以說明。 (第1實施形態)
    第1圖是第1實施形態之倒角磨石的斜視圖，第2圖是將第1圖的倒角磨石在X-Z剖面切斷的剖面圖。參照這些圖面，倒角磨石1包含心部2。心部2是形成大致圓盤形狀，在徑向的中心部形成有朝上下方向延伸的貫穿孔21。在該貫穿孔21插通有後文所述的電動馬達4的旋轉軸41，旋轉軸41與心部2是彼此固定。當電動馬達4受到驅動時，旋轉軸41及心部2會一體旋轉。
    在此，心部2亦可為不鏽鋼。由於不鏽鋼的耐磨耗性及耐蝕性佳，因此可延長倒角磨石1的壽命。不銹鋼亦可為SUS304、SUS316、SUS430。
    而且，在心部2之徑向端部的外周面形成有凹凸部23。該凹凸部23具備與研磨對象的晶圓等之目標形狀相同的形狀。例如要對硬脆材料之外周面的角部進行倒角加工而形成45°的傾斜角度時，會使凹凸部23的傾斜磨石面部24相對於心部2的半徑方向傾斜45°。藉由在該傾斜磨石面部24形成後述研磨粒層3，使傾斜磨石面部24抵接於硬脆材料，可將硬脆材料倒角加工形成目標的形狀。
    研磨粒層3是藉由將研磨粒31以銲接方式固接在心部2之外周面的凹凸部23而形成。銲料32與金屬黏結法等不同，由於親和性高，因此能夠使研磨粒31與銲料32沒有間隙，且使銲料32與凹凸部23沒有間隙地固接。藉此，研磨粒31便會穩固地固接在凹凸部23，因此可抑制研磨粒31的脫落。
    而且，銲料32因為濕潤現象，即使塗布量少，也能夠以充分的強度固接研磨粒31。而且，接近研磨粒31的區域的厚度會變得相對較厚，從研磨粒31分離的區域的厚度會相對較薄，因而可一面維持充分的固接強度，一面在從研磨對象的晶圓分離的位置配設銲料32。藉此，研磨時，可抑制晶圓抵接於銲料32而侵蝕。第3(a)圖是藉由將銲料32塗布在凹凸部23而將研磨粒31固接之狀態的研磨粒層3的放大模式圖，第3(b)圖是利用電鍍法將研磨粒31固接在凹凸部23之狀態的研磨粒層3的放大模式圖。
    參照第3(a)圖，使用銲料32固接研磨粒31的情況，銲料32會沿著研磨粒31的外面向下方延伸，離研磨粒31越遠，銲料32的厚度就越薄。亦即，將從研磨粒31分離的第1位置之銲料32的厚度設定為S1，比前述第1位置更靠近研磨粒31的第2位置之銲接32的厚度設定為S2時，滿足S2>S1的條件式。
    因此，可抑制研磨對象的晶圓抵接於銲料32而受到侵蝕。參照第3(b)圖，利用電鍍法將研磨粒31固接在凹凸部23的情況，由於結合層是平坦的，因此研磨對象的晶圓很可能會抵接於銲料32而發生侵蝕。
    如此，本實施形態是著眼於銲料32的濕潤性來解決使研磨粒31小徑化所產生的課題，也就是研磨對象的晶圓抵接於結合層所導致的侵蝕。藉此，即使經過長時間的研磨，鑽石研磨粒等也不會脫落，而可實現長時間使用，且可抑制硬脆材料之倒角加工時所產生的碎片或被研磨材之破裂的發生。
    在此，研磨粒31的平均粒徑較佳為#4000(相當於4um)至#270(相當於61um)，更佳為#3000(相當於5um)至#270(相當於61um)。研磨粒31的平均粒徑大於#270時，硬脆材料會被過度研磨，在硬脆材料的表面會產生裂痕。研磨粒的平均粒徑小於#4000時，銲接32與研磨對象的晶圓的間隔會變小，可能會促進銲接32的侵蝕。研磨粒的平均粒徑小於#3000時，研磨粒31的突出量會變小以致研磨能力降低，因此作業效率會惡化。
    在此，平均粒徑是根據以D50表示的中心直徑來定義。上述研磨粒的平均粒徑(單位um)是使用貝克曼庫爾特公司製Coulter Multisizer 3的庫爾特顆粒計數儀來測定。
    如上述粒徑的研磨粒31亦可單層地排列在凹凸部23的表面。藉此，使研磨粒31的大小一致，可使研磨粒31的研磨面保持一定，而可防止硬脆材料依凹凸部23之場所的不同而過度被研磨。亦即，不會引起硬脆材料的形狀崩裂，而可對硬脆材料進行倒角加工。
    在此，研磨粒31可使用例如鑽石、立方結晶的氮化硼、碳化矽以及氧化鋁。
    又，銲料32可使用例如Ni-Cr-Fe-Si-B系、Ni-Si-B系、Ni-Cr-Si-B系等的銲料。藉由使Ni-Fe-Cr-Si-B系含有P，可改善研磨粒31與銲料32的濕潤性，使研磨粒31相對於心部2的接合性穩定，而有效防止研磨粒31從心部2脫落。在此，P的含量亦可為0.1%≦P≦8%。P的含量未滿0.1質量%的情況，銲料32的熔點會變得不穩定。P的含量在8質量%以上(含8%)的情況，銲料32的熔點雖然穩定，但是研磨粒31與銲料32的濕潤性會變得過大，以致研磨粒31被銲料32包覆，使研磨功能降低。
    接下來，針對倒角磨石1之製造方法之一實施形態加以說明。首先，將銲料32暫時固定在心部2的外周面，利用接著劑等將研磨粒31接合在該銲料32。該銲料32的暫時固定方法有使銲料32形成金屬箔的情況以及使銲料32形成粉末的情況。銲料32為金屬箔的情況是藉由點熔銲加以暫時固定。銲料32為粉末的情況是將使纖維系的黏著劑等與銲粉混合的物質塗布在心部2。並且，研磨粒31最好以單層均一排列在凹凸部23。將研磨粒31及銲料32暫時固定在心部2之後，以10-3Pa左右的壓力對心部2進行真空吸引。接下來，之後藉由使心部2升溫至銲料32的熔融溫度，使銲料32熔融而使研磨粒31固接在心部2。該銲料32的熔融溫度是銲料32的熔點以上，最好是液相線溫度+30℃以內。藉由如此將熔融溫度限制得較低，可抑制心部2因為熱而嚴重變形。
    接下來，針對使用以上述方式形成的倒角磨石1的硬脆材料之倒角動作加以說明。在此，硬脆材料亦可為例如矽晶圓、化合物半導體晶圓、平面顯示器用玻璃基板、硬碟用玻璃基板。
    倒角磨石1是如第4圖所示，可藉由在形成於電動馬達4之旋轉軸41之下端部的螺紋部42鎖上螺帽5而固定。研磨對象的硬脆材料是固定在工件保持具(未圖示)，並且使倒角磨石1及工件保持具形成相同高度地調節工件保持具的高度。完成這些設定之後驅動電動馬達4，使倒角磨石1經由旋轉軸41高速旋轉。將該高速旋轉的倒角磨石1藉由倒角磨石移動機構部(未圖示)，以既定的推壓力壓接在硬脆材料的外周面來研磨硬脆材料而形成倒角。當研磨作業完成時，驅動倒角磨石移動機構部，使倒角磨石1從硬脆材料離開。當倒角磨石1回到初期位置時，停止電動馬達4及倒角磨石移動機構部的驅動。
    由本發明之倒角磨石1研磨的研磨對象亦可為例如矽晶圓或硬碟基板。在該情況，使用純水作為研磨液的機械研磨法、或是使用化學機械研磨法(CMP法(Chemical-Mech Polishing Method))，對矽晶圓或硬碟基板進行倒角加工。化學機械研磨法具體而言是在使倒角磨石1抵接於矽晶圓或硬碟基板而研磨時，將液體中分散混入有研磨粒子的研磨液供應至矽晶圓或硬碟基板之研磨面的方法。藉由以此方式將研磨液供應至研磨面，可在使研磨液存在倒角磨石1與矽晶圓或硬碟基板之間的狀態進行倒角處理。根據上述方法，可藉由研磨粒子的機械研磨作用與研磨液的化學研磨作用的相乘效果來提高研磨效率。而且，可調節研磨液的pH濃度，因此可容易控制研磨效率。在此，研磨液的研磨粒子可使用例如粒徑10nm左右的氧化矽粉末。又，研磨液可使用氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)等的鹼性金屬及氫氧基(OH)所構成的物質的水溶液。
    舉出實施例並針對本發明加以具體說明。 (實施例1)
    本實施例是使構成倒角磨石1之研磨粒31的平均粒徑在#230至#5000之間變化而進行研磨試驗。具體而言，將發明例1至發明例6之研磨粒31的平均粒徑分別設為#270、#400、#800、#1500、#3000、#4000，將比較例1至2之研磨粒31的平均粒徑分別設為#230、#5000。倒角磨石1的旋轉速度是設定在2000m/分鐘。研磨對象是外徑200mm、厚度0.8mm的矽晶圓。矽晶圓的旋轉速度是設定在1rpm。加工液是使用純水。使發明例1至發明例6、比較例1至2的倒角磨石1依上述條件旋轉並使其抵接於矽晶圓，當切入量達到0.4mm時即停止研磨作業，並換成新的矽晶圓。反覆這些研磨作業直到倒角磨石1無法使用為止，並根據無法使用那時的總加工片數來評價倒角磨石1的研磨能力。在此，倒角磨石1無法使用是指研磨粒31從銲料32脫落的狀態。並且，也針對研磨時的碎片的程度進行評價。關於研磨能力，加工片數為4000片以上的情況評價為◎，1000至4000片的情況評價為○，1000片以下的情況評價為×。關於碎片的程度，以大、中、小三種等級來評價。綜合評價是，研磨能力的評價為×，或是碎片的程度是大的情況，以×評價為不良，研磨能力的評價為○，並且碎片的程度是小或中的情況則大致以○評價為良好，研磨能力的評價為◎，並且碎片的程度為小或中的情況則以◎評價為非常良好。將這些評價結果顯示於以下表1。
    參照表1，發明例1的研磨能力的評價為◎，碎片的程度為中，因此綜合評價為◎。發明例2至5的研磨能力的評價為◎，碎片的程度為小，因此綜合評價為◎。發明例6的研磨能力的評價為○，碎片的程度為小，因此綜合評價為○。比較例1的研磨能力的評價為◎，碎片的程度為大，因此綜合評價為×。比較例2的研磨能力的評價為×，碎片的程度為小，因此綜合評價為×。從這些評價結果可知，關於研磨能力，當倒角磨石1的研磨粒31小於#3000時，研磨粒31的突出量會變小，研磨能力會降低，使加工片數減少。當倒角磨石1的研磨粒31小於#4000時，銲料32與矽晶圓的間隔會變小，因而會促進銲料32的侵蝕，使研磨粒31脫落，以致倒角磨石1的研磨性能顯致降低，因此已知矽晶圓的加工片數會明顯減少。又，關於碎片，已知當倒角磨石1的研磨粒31大於#270時，矽晶圓會被過度切削，而產生許多的碎片。 (實施例2)
    本實施例是針對將研磨粒31固接在心部2的固接方法所使用的銲接來評價固接強度。具體而言是使用如下的發明例7、比較例1及比較例2，針對硬脆材料之加工片數及硬脆材料之研磨面的端面形狀之崩裂之有無進行評價。發明例7所使用的倒角磨石1是藉由利用銲接將粒徑為#1500的鑽石研磨粒固接在心部2而構成。比較例3所使用的倒角磨石1是藉由利用鎳電鍍法將與發明例7相同粒徑的研磨粒31固接在心部2而構成。比較例4所使用的倒角磨石1是藉由利用金屬黏結法(燒結法)將與發明例7相同粒徑的研磨粒31固接在心部2而構成。倒角磨石1的旋轉速度是設定在1500m/分鐘。研磨對象是外徑105mm、厚度0.5mm的玻璃製硬碟基板。硬碟基板的旋轉速度是設定在1rpm。加工液是使用氧化鈰研磨液。依上述條件使發明例7、比較例3至4的倒角磨石1旋轉並使其抵接於硬碟基板，當切入量達到0.4mm時即停止研磨作業，並換成新的硬碟基板。反覆這些研磨作業直到倒角磨石1無法使用為止。根據無法使用那時的總加工片數來評價倒角磨石1的研磨能力。在此，倒角磨石1無法使用是指研磨粒31從銲接32脫落的狀態。將這些的評價結果顯示於以下表2。
    如表2所示，已知發明例7的加工片數為17000片，壽命相當長，關於硬碟基板之研磨面的端面形狀也不會崩裂。相對於此，比較例3及比較例4當中，由於研磨粒31的固接力不足，因此研磨粒31會很快地從心部2脫落，以致倒角磨石1的研磨能力降低。因此，比較例3及比較例4與發明例7比較起來，已知硬碟基板的加工片數會降低至1/10至1/20，壽命非常短。再者，比較例3及比較例4當中，也已知研磨粒31會很快地從心部2脫落，因此在倒角磨石1會出現沒有研磨粒31的部分，硬脆材料之研磨面的端面形狀會崩裂。
    本發明是只要不脫離其精神或主要的特徵，則可以其他各樣形式實施。因此，前述實施形態在所有的點只不過單純的例示，並不會加以限定來解釋。本發明之範圍是如申請專利範圍所示，說明書本文不受任何的限制。此外，申請專利範圍的均等範圍所屬的所有變形、各種改良、替代及改質全部都在本發明之範圍內。
    1，100．．．倒角磨石
    2，200．．．心部
    21．．．貫穿孔
    22．．．凹槽部
    23．．．凹凸部
    24．．．傾斜磨石面部
    3，300．．．研磨粒層
    31．．．研磨粒
    32．．．銲料
    4．．．電動馬達
    41．．．旋轉軸
    42．．．螺紋部
    5．．．螺帽
    第1圖是本發明之倒角磨石的第1實施形態的斜視圖。
    第2圖是第1圖之X-Z剖面的放大剖面圖。
    第3(a)圖是本發明的A部放大圖。
    第3(b)圖是利用濕潤性低的固著劑的A部放大參考圖。
    第4圖是電動馬達安裝時的本發明之倒角磨石的概略圖。
    第5(a)圖是習知例的倒角磨石的斜視圖。
    第5(b)圖是將第5(a)圖之虛線所包圍的區域放大後顯示的Y向視圖。
    第6(a)圖是利用電鍍法固接有粒徑較大之研磨粒的狀態模式圖。
    第6(b)圖是利用電鍍法固接有粒徑較小之研磨粒的狀態模式圖。
    3．．．研磨粒層
    31．．．研磨粒
    32．．．銲料
    22．．．凹槽部
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] 一種倒角磨石，是對硬脆材料的外周緣部進行倒角加工的倒角磨石，其特徵為具有：在前述硬脆材料之外周緣部所抵接的外周面形成有凹槽部的心部；以及形成在前述凹槽部，並藉由銲接而固接有研磨粒的研磨粒層，前述研磨粒的平均粒徑為#4000至#270。
    [2] 如申請專利範圍第1項所記載的倒角磨石，其中，將從前述研磨粒分離的第1位置之前述銲接的厚度設定為S1，比前述第1位置更靠近前述研磨粒的第2位置之前述銲接的厚度設定為S2時，滿足以下的條件式S2>S1………(1)。
    [3] 如申請專利範圍第1或第2項所記載的倒角磨石，其中，前述磨石是鑽石。
    [4] 如申請專利範圍第1或第2項所記載的倒角磨石，其中，前述心部是不鏽鋼。
    [5] 如申請專利範圍第3項所記載的倒角磨石，其中，前述心部是不鏽鋼。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPWO2013027243A1|2015-03-05|
    US20140080394A1|2014-03-20|
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    WO2013027243A1|2013-02-28|
    TWI505913B|2015-11-01|
    JP5759005B2|2015-08-05|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    PCT/JP2011/004694|WO2013027243A1|2011-08-24|2011-08-24|ベベリング砥石|
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