(57)【要約】【課題】  刃部を薄刃化しても加工精度の劣化を招くことのない剛性と割れを生じることのない靱性とを砥粒層に確保し、しかも適正な砥粒の脱落により切刃の自生を促すことができて、焼けや目詰まり、切れ味の鈍化による切断抵抗の増大などを防ぐ。【解決手段】  厚さ１０〜１００μｍの砥粒層よりなる極薄板状の刃部を有する極薄刃砥石であって、この砥粒層を、Ｗを１０〜４０wt％含有した平均結晶粒径１〜３０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相に、平均粒径１〜５０μｍの超砥粒を分散してなる砥粒層とする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ１０〜１００μｍの砥粒層よりなる極薄板状の刃部を有する極薄刃砥石であって、上記砥粒層は、Ｗを１０〜４０wt％含有した平均結晶粒径１〜３０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相に、平均粒径１〜５０μｍの超砥粒を分散してなる砥粒層であることを特徴とする極薄刃砥石。
【請求項２】
上記金属めっき相は、Ｗを２０〜３８wt％含有した平均結晶粒径２〜２０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなることを特徴とする請求項１に記載の極薄刃砥石。
【請求項３】
Ｎｉ塩と、Ｗ塩と、有機酸または有機酸塩と、アンモニアまたはアンモニア塩とを少なくとも含んだめっき液中に平均粒径１〜５０μｍの超砥粒を分散し、このめっき液中に基材を浸漬して、Ｗを１０〜４０wt％含有した平均結晶粒径１〜３０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相を電解析出させることにより、上記超砥粒を分散した砥粒層を上記基材表面に形成し、この砥粒層によって厚さ１０〜１００μｍの極薄板状の刃部を形成することを特徴とする極薄刃砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や電子部品等の超精密加工に用いられる極薄刃砥石およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような半導体素子や電子部品等の超精密加工に用いられる極薄刃砥石としては、例えば特許文献１に記載されているように、ＮｉやＣｏあるいはこれらの合金からなる金属めっき相中に、ダイヤモンドやＣＢＮ等の超砥粒を分散して形成された厚さ１５〜数百μｍの輪環薄板状の砥粒層よりなる刃部を有するものが提案されており、特にウェハからチップを切り出す切断分割用としては厚さ５０μｍ以下の極薄のものも提案されている。このような極薄刃砥石は、これが上述のような輪環薄状の砥粒層のみからなる場合には、その両側面が一対の取付用フランジ間によって挟まれた上で、加工装置の主軸にナットで固定されて使用に供される。なお、この特許文献１には、耐食性の向上を目的として上記金属めっき相を非晶質合金とすることが記載されている。
【特許文献１】特公平８−１８２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このような極薄刃砥石に対しては、電子部品の超精密化あるいは収率向上などの理由から、その刃部のさらなる薄刃化が求められている。ところが、このように刃部をさらに薄刃化すると、その剛性が損なわれてしまうことが避けられず、刃部の剛性不足によって切断面に蛇行が生じたり刃部自体に倒れが生じたりして加工精度の劣化を招き、却って加工の超精密化や収率の向上を阻害する結果となる。
【０００４】
また、刃部の剛性を確保しつつ薄刃化を図るため、例えばＷＣを主成分とする合金中に砥粒が分散された砥粒層を粉末冶金法により形成した超硬合金ボンドの薄刃砥石も提案されているが、このような薄刃砥石は剛性面では優れてはいるものの、砥粒層が脆いため割れが生じ易い。しかも、かかる砥粒層は高剛性である反面、ボンドが硬いために適正な砥粒の脱落による切刃の自生発刃が起こり難く、砥粒が摩滅するだけとなって焼けが発生したり、切粉の付着による目詰まりが発生したり、切れ味が損なわれて切断抵抗の増大を招いたりするといった問題もある。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、刃部を薄刃化しても加工精度の劣化を招くことのない剛性と割れを生じることのない靱性とを砥粒層に確保することができ、しかも適正な砥粒の脱落により切刃の自生を促すことができて、焼けや目詰まり、切れ味の鈍化による切断抵抗の増大などを防ぐことが可能な極薄刃砥石およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の極薄刃砥石は、厚さ１０〜１００μｍの砥粒層よりなる極薄板状の刃部を有する極薄刃砥石であって、上記砥粒層を、Ｗを１０〜４０wt％含有した平均結晶粒径１〜３０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相に、平均粒径１〜５０μｍの超砥粒を分散してなる砥粒層としたことを特徴とする。また、本発明の極薄刃砥石の製造方法は、Ｎｉ塩と、Ｗ塩と、有機酸または有機酸塩と、アンモニアまたはアンモニア塩とを少なくとも含んだめっき液中に平均粒径１〜５０μｍの超砥粒を分散し、このめっき液中に基材を浸漬して、Ｗを１０〜４０wt％含有した平均結晶粒径１〜３０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相を電解析出させることにより、上記超砥粒を分散した砥粒層を上記基材表面に形成し、この砥粒層によって厚さ１０〜１００μｍの極薄板状の刃部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このような製造方法により製造し得る本発明の極薄刃砥石においては、厚さ１０〜１００μｍの極薄板状の刃部を形成する砥粒層が、平均結晶粒径１〜３０ｎｍと極微細な結晶構造を有する１０〜４０wt％のＷを含有したＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相に超砥粒を分散したものであるので、特許文献１の非晶質合金よりなる金属めっき相や一般的な粒径の大きい結晶構造を有する金属めっき相よりなる砥粒層に対し、緻密な結晶構造により高い剛性を得ることができる。また、このような極微細な結晶構造を有する金属めっき相はその表面密着性が弱いために切屑の付着やこれに伴う目詰まりが生じ難く、しかも非晶質合金よりなる金属めっき相に匹敵する優れた耐食性を得ることもできる。
【０００８】
その一方で、ＷＣを主成分とする超硬合金ボンドに比べては、やはり極微細で緻密な結晶構造を有することとＷの含有量が４０wt％以下とされていることとに基づいて、割れなどを生じることのない靱性を得ることができる。そして、さらにこの金属めっき相は上述のように表面密着性が弱いため、かかる金属めっき相に分散された超砥粒は、粉末冶金法によってＷＣとともに焼結されて超硬合金ボンドに保持された超砥粒のように脱落し難くなることがなく、従って適正な切刃の自生発刃を促すことができて良好な切れ味を維持するとともにことができるとともに、砥粒が脱落した跡の窪みがチップポケットとして作用して切屑排出性の向上を図ることができるので、切屑付着を一層確実に防止することも可能となる。
【０００９】
このため、上記構成の極薄刃砥石によれば、刃部を薄刃化しても、切断面の蛇行や刃部の倒れ等を生じることがなく高い加工精度を得ることができるとともに、目詰まりや切れ味鈍化による切削抵抗増加を招くこともなく、さらには割れによる砥石寿命の短縮なども生じることがなくて、効率的な加工を図ることができ、従って電子部品の超精密化にも十分に対応することができるとともに、そのような場合でも収率の向上を図ることが可能となる。また、本発明の極薄刃砥石の製造方法によれば、このような優れた効果を奏する極薄刃砥石を確実に製造することが可能となる。
【００１０】
ここで、上記Ｎｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相の平均結晶粒径が１ｎｍよりも小さいと結晶構造が非晶質に極近いものとなって砥粒層に十分な剛性を確保することが困難となり、逆にこの平均結晶粒径が３０ｎｍよりも大きいと砥粒層の靱性が損なわれるとともに耐食性も悪くなる。また、このＮｉ−Ｗ合金におけるＷの含有量が１０wt％よりも少ないとやはり砥粒層の剛性が失われる一方、逆に４０wt％より多いと靱性が失われてしまう。なお、このような問題が生じるのをより確実に防いで、上述の作用効果を一層顕著に発揮するには、上記金属めっき相は、Ｗを２０〜３８wt％含有した平均結晶粒径２〜２０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなるものであるのが望ましい。さらに、この金属めっき相に分散されるダイヤモンドやＣＢＮ等の超砥粒の平均粒径が１μｍよりも小さいと超砥粒の脱落が促進されすぎて砥石の寿命が短くなり、逆に５０μｍより大きいとチッピングが大きくなって超精密加工には適さなくなってしまう。さらにまた、刃部を形成する砥粒層の厚さが１０μｍより薄いと、如何に極微細な結晶構造を有していても剛性が失われることが避けられず、その一方で１００μｍより厚いとやはり超精密加工には適さない。なお、超砥粒の平均粒径がこの砥粒層の厚さ以下であることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の極薄刃砥石およびその製造方法の実施形態について説明する。まず、本実施形態の製造方法では、Ｎｉ塩として硫酸ニッケルと、Ｗ塩としてタングステン酸ナトリウムと、有機酸または有機酸塩としてクエン酸（有機酸）と、アンモニアまたはアンモニア塩としてアンモニア水（アンモニア）とを含んだめっき液中に、平均粒径１〜５０μｍの超砥粒を分散する。ここで、めっき液のｐＨは、アンモニア水によってｐＨ６〜６．５に調整される。このようにアンモニア水によってめっき液のｐＨ調整を行うため、本実施形態ではめっき液を保持しためっき槽等から臭気が広範囲に拡がってしまうのを防ぐことができる。
【００１２】
次いで、このめっき液中にそれぞれ電源の陰極と陽極に接続したステンレス等の金属製の基板と陽極板とを浸漬して、めっき液を所定の温度に保ちながら必要に応じて撹拌しつつ通電することにより、Ｗを１０〜４０wt％含有した平均結晶粒径１〜３０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相、より好ましくはＷを２０〜３８wt％含有した平均結晶粒径２〜２０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相を上記基板上に電解析出させ、かつこの金属めっき相に上記超砥粒を分散させて取り込み、砥粒層を形成する。ここで、析出する金属めっき相のＮｉ−Ｗ合金の平均結晶粒径は、めっき液の組成、めっき液温、電流密度等に影響を受ける。そこで、本実施形態の製造方法では、有機酸をめっき液中のＮｉとＷとのトータルモル数以上含むようにし、まためっき液温度を５５〜７５℃とし、電流密度を５〜１５Ａ／ｄｍ２としている。そして、こうして所望の厚みの砥粒層が基板上に形成されたなら、これを基板ごとめっき槽から取り出して砥粒層を基板から剥離する。このとき、上記金属めっき相は上述のようにその表面密着性が弱いので、基板から砥粒層を剥離するのも容易である。さらに、こうして剥離した砥粒層表面の金属めっき相をエッチングにより溶出させて超砥粒の突き出し量を調整し、次いで内外径加工等によって所定の寸法に成形するとともにラップ等により刃厚調整を行うことにより、厚さ１０〜１００μｍの上記砥粒層よりなる極薄板状の刃部を形成する。
【００１３】
従って、このような製造方法によれば、Ｗを１０〜４０wt％含有した平均結晶粒径１〜３０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相（より好ましくは、Ｗを２０〜３８wt％含有した平均結晶粒径２〜２０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相）に、平均粒径１〜５０μｍの超砥粒を分散した、厚さ１０〜１００μｍの砥粒層よりなる極薄板状の刃部を有する実施形態の極薄刃砥石を製造することができる。なお、こうして製造される極薄刃砥石は、通常は円環板状で、一定の厚さの上述のような極薄の砥粒層のみにより、刃部を含めた砥石の全体が形成されたものとされるが、例えば上記基板として加工機の主軸に直接取り付け可能な金属製のハブをめっき液に浸漬して砥粒層を形成し、この砥粒層を剥離することなくハブ外周部を溶出させたりして極薄板状の刃部を形成することにより、砥粒層がこのハブと一体化された極薄刃砥石を製造するようにしてもよい。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の極薄刃砥石およびその製造方法について、より具体的な実施例により説明する。本実施例では、以下に示すめっき液それぞれにアンモニア水を加えてｐＨ６．５に調整し、これらに平均粒径１０μｍのダイヤモンド超砥粒を分散するとともにそれぞれＳＵＳ３０４製の円盤状基板を浸漬して、めっき浴温７０℃、電流密度７．０Ａ／ｄｍ２でめっきを施し、各基板表面に、平均結晶粒径１〜３０ｎｍ、Ｗ含有量１０〜４０wt％の範囲で、これら平均結晶粒径およびＷ含有量が互いに異なるＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相を析出させて上記超砥粒を分散した砥粒層を形成した。そして、この砥粒層を基板表面から剥離してエッチングにより砥粒突き出し量を調整し、さらに内外径加工とラップによる刃厚調整を行って、外径７５ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ５０μｍの円環板状の極薄刃砥石を製造した。これらを実施例１〜３とする。
【００１５】
また、これらに対する比較例として、やはり以下に示すめっき液をアンモニア水によりｐＨ６．５に調整して平均粒径１０μｍのダイヤモンド超砥粒を分散し、ＳＵＳ３０４製の円盤状基板にめっき浴温７０℃、電流密度７．０Ａ／ｄｍ２でめっきを施して、その表面に平均結晶粒径が１〜３０ｎｍの範囲外、Ｗ含有量も１０〜４０wt％の範囲外のＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相を析出させて超砥粒を分散した砥粒層を形成し、この砥粒層から実施例１〜３と同形同寸法の２種の極薄刃砥石を製造した。これらを比較例１、２とする。さらに比較のため、ｐＨ４．５とした以下のめっき液にやはり平均粒径１５μｍのダイヤモンド超砥粒を分散してＳＵＳ３０４製の円盤状基板にめっき浴温５０℃、電流密度７．０Ａ／ｄｍ２でめっきを施し、その表面に、Ｗを含まない従来の一般的なＮｉめっき相を析出させて砥粒層を形成し、実施例１〜３および比較例１、２と同形同寸法の極薄刃砥石を製造した。これを比較例３とする。
【００１６】
めっき液
（実施例１）
クエン酸：０．３５ｍｏｌ／Ｌ、
タングステン酸ナトリウム：０．２５ｍｏｌ／Ｌ、
硫酸ニッケル：０．１０ｍｏｌ／Ｌ、
（実施例２）
クエン酸：０．５０ｍｏｌ／Ｌ、
タングステン酸ナトリウム：０．３５ｍｏｌ／Ｌ、
硫酸ニッケル：０．１０ｍｏｌ／Ｌ、
（実施例３）
クエン酸：０．５５ｍｏｌ／Ｌ、
タングステン酸ナトリウム：０．４５ｍｏｌ／Ｌ、
硫酸ニッケル：０．１０ｍｏｌ／Ｌ、
（比較例１）
クエン酸：０．３０ｍｏｌ／Ｌ、
タングステン酸ナトリウム：０．１０ｍｏｌ／Ｌ、
硫酸ニッケル：０．２０ｍｏｌ／Ｌ、
（比較例２）
クエン酸：０．６０ｍｏｌ／Ｌ、
タングステン酸ナトリウム：０．５０ｍｏｌ／Ｌ、
硫酸ニッケル：０．１０ｍｏｌ／Ｌ、
（比較例３）
スルファミン酸ニッケル：４５０ｇ／Ｌ、
塩化ニッケル：１５ｇ／Ｌ、
硼酸：３０ｇ／Ｌ
【００１７】
こうして得られた実施例１〜３および比較例１〜３の極薄刃砥石の硬度、平均結晶粒径、Ｗ含有量、および砥粒含有量は、次表１の通りである。ただし、平均結晶粒径とＷ含有量は実施例１〜３および比較例１、２についてのみである。
【００１８】
【表１】
2005288614.tif 000002
【００１９】
この表１の結果より、砥粒の含有量にはそれほど相違がないにも拘わらず、Ｎｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相を有する実施例１〜３および比較例１、２の極薄刃砥石では、一般的なＮｉめっき相を有する比較例３の極薄刃砥石よりもその硬度が著しく高く、そして特に平均結晶粒径１〜３０ｎｍ、Ｗ含有量１０〜４０wt％のＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相を有する実施例１〜３の極薄刃砥石では、従来の極薄刃砥石である比較例３の２倍以上もの硬度が得られていて、極めて高剛性であることが分かる。そこで、次にこの剛性について具体的に、これら実施例１〜３および比較例１〜３の極薄刃砥石により、１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍのＡｌＴｉＣ板材をそれぞれ切断したときの直進度を測定した。この結果を、切断長さ１００ｍｍ当たりの蛇行幅でとして表２に示す。なお、このときの切断加工条件は、
加工機：東京精密製  Ａ−ＷＤ−１００Ａ、
ダイシングテープ：デンカ製  ＵＨＰ−１５２５Ｍ３、
クーラント：市水、
回転数：１５０００ｒｐｍ、
送り速度：２００ｍｍ／ｓｅｃ、
であった。
【００２０】
【表２】
2005288614.tif 000003
【００２１】
しかるに、この表２の結果より、やはり硬度の高い実施例１〜３の極薄刃砥石では、同じＮｉ−Ｗ合金めっき相を有する比較例１、２に対しても蛇行幅が１／３〜１／６以下、Ｎｉめっき相を有する比較例３に対しては１／１０以下に抑えられており、従って半導体素子等のより精密な切断加工が可能で収率も向上させることができることが分かる。また、これら表１、２の結果から、実施例１〜３のうちでも、金属めっき相が、Ｗを２０〜３８wt％含有した平均結晶粒径２〜２０ｎｍのＮｉ−Ｗ合金である実施例２、３の方が、そうでない実施例１に比べて硬度および直進度が高いことも分かる。
【００２２】
次に、これらの極薄刃砥石によって加工を行った場合の目詰まりの有無を調べるため、実施例１〜３および比較例１〜３の極薄刃砥石によってセラミックスのグリーンシートを切断し、切断後の刃部における砥粒層の表面状態を、めっき相表面への切粉の付着状態として検査した。この結果を表３に示す。
【００２３】
【表３】
2005288614.tif 000004
【００２４】
この表３の結果より、比較例３において従来のＮｉめっき相には切粉が付着して目詰まり状態となっていたのに対し、Ｎｉ−Ｗ合金めっき相を有する実施例１〜３および比較例１、２では、平均結晶粒径の大きな比較例１で微量の切屑付着が認められた他は、切粉の付着による目詰まりが確実に防がれている。これは、上述したように極微細な結晶構造を有するＮｉ−Ｗ合金めっき相の表面密着性が低いことによるものであると考えられる。
【００２５】
さらに、砥石として重要な切刃の自生発刃作用およびこれによる切れ味の変化を調べるため、これら実施例１〜３および比較例１〜３の極薄刃砥石により、直径８インチ、厚さ５００μｍのシリコンウェハをそれぞれ切断して深切り込み加工を行ったときの、無負荷時との加工装置主軸電流値の差を測定し、また切断後の砥粒層の表面状態を検査した。これらの結果を表４に合わせて示す。
【００２６】
【表４】
2005288614.tif 000005
【００２７】
この表４の結果より、実施例１〜３の極薄刃砥石では、深切り込みでも砥粒が摩滅する前に適正に脱落して新たな切刃が自生し、これによって切れ味が保たれて抵抗の増大が抑えられることにより、主軸電流値の差も小さくなっていることが分かる。また、これら実施例１〜３のうちでも平均結晶粒径が大きくてＷ含有量の少ない実施例１では、他の実施例２、３に比べても主軸電流値の差が小さくて一層良好な自生発刃が促されていることが分かる。これに対して比較例１〜３では、いずれも切刃の自生は認められるものの、比較例１では砥粒の脱落が遅くてやや摩滅傾向にあり、比較例３ではこれが一層顕著となって抵抗が増大し、主軸電流値の差が大きくなっているのが分かる。また、Ｗ含有量の多い比較例２では砥粒層の靱性が乏しくてブレード（極薄刃砥石）に割れが生じている。
【００２８】
最後に、各実施例１〜３および比較例１〜３の極薄刃砥石の砥粒層における金属めっき相の耐食性を調べるため、上記実施例１〜３および比較例１〜３と同じめっき液、めっき条件で、ただし超砥粒を分散せずに、厚さ０．５ｍｍ、縦横３０ｍｍの銅板にめっきを施して厚さ５０μｍの金属めっき相を形成し、実施例１〜３および比較例１〜３に対応したテストピースをそれぞれ作成した。そして、これらのテストピースを８０℃の熱濃硝酸に１時間浸漬した後の重量変化を測定した。この結果を表５に示す。
【００２９】
【表５】
2005288614.tif 000006
【００３０】
この結果より、微細な結晶構造を有するＮｉ−Ｗ合金よりなる金属めっき相を備えた実施例１〜３および比較例２のテストピースでは、上述のような熱濃硝酸に対しても高い耐食性を有していて、半導体素子や電子部品の加工の際に供給される各種クーラントに冒されることなく確実かつ安定した加工が可能であることが分かる。これに対して平均結晶粒径の大きな比較例１では耐食性が十分とは言えず、また単なるＮｉめっき相よりなる比較例３では、腐食作用の強いクーラントが供給されると砥石寿命が著しく短縮されてしまうことになる。