(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金の外周部に１条または複数条の溝を形成した砥粒層が固着されたシリコンウエハ外周部加工用ベベリングホイールであって、前記砥粒層の結合材がビトリファイドボンドであり、このビトリファイドボンドに銅とニッケルと亜鉛のいずれをも含まない金属粉末を添加して導電性を付与しており、前記ビトリファイドボンドに添加された金属粉末が、錫または銀のいずれか一方または両方と、コバルトまたは鉄のいずれか一方または両方とからなるシリコンウエハ外周部加工用ベベリングホイール。
【請求項２】
ビトリファイドボンドの抗折強度が４００〜６００ＭＰａである請求項１記載のシリコンウエハ外周部加工用ベベリングホイール。
【請求項３】
前記ビトリファイドボンドに添加された金属粉末の平均粒径が１０μｍ以下で、ビトリファイドボンドと金属粉末の配合割合が、錫または銀のいずれか一方または両方が３０質量％以下、コバルトまたは鉄のいずれか一方または両方が３０〜６０質量％である請求項２記載のシリコンウエハ外周部加工用ベベリングホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハの外周部を加工するためのベベリングホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハ（以下、ウエハという）の加工工程は、シリコンインゴットを外周刃ブレードやカップ型ホイールなどで所定寸法の円柱状のインゴットに成形し、この円柱状インゴットを内周刃ブレードで所定の厚さにスライスしてウエハとし、このウエハの外周部をベベリングホイールで面取り研削し、その後にウエハ面をラッピング、エッチング、ポリッシングして集積回路のサブスレートを完成させる、というのが基本的な工程である。
【０００３】
上記の加工工程のなかで、ウエハの外周部をベベリングホイールで面取り研削する加工は、図２および図３に示すようなベベリングホイールを使用し、図４に示すようにして研削加工が行われる。
【０００４】
図２の（ａ）はベベリングホイールの外観の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は外周部の部分拡大図である。ホイール１００には、台金１０１の外周部に１条または複数条の溝を形成した砥粒層１０２が固着されている（図２（ｂ）は複数条の溝の例を示す）。台金１０１は鉄製またはアルミニウム製の円盤状台金であり、砥粒層１０２はダイヤモンド砥粒とメタルボンドからなる砥粒層である。
【０００５】
図３はベベリングホイールの砥粒層の溝形状の例を示す図で、（ａ）は１条の溝１０３ａを形成した例、（ｂ）は粗加工用の溝１０３ｂと仕上げ加工用の溝１０３ｃをそれぞれ複数条形成した例、（ｃ）は同じ溝１０３ｄを複数条形成した例を示す。
【０００６】
図４の（ａ）はウエハ外周部の研削加工方法の一例を示す図で、（ｂ）は加工後のウエハの外周部形状を示す図である。ウエハの加工工程において、ウエハが切断されたままの状態では外周部端面のエッジ部が尖っており、各加工工程での取り扱い作業時に欠けが発生しやすく、この欠けたチップによりウエハ面が汚れたり傷やクラックなどが発生したりして、半導体装置の歩留まり低下を招くことになる。このため、ウエハの外周部端面のエッジ部を削り取るベベリング加工が施される。このベベリング加工は、図４の（ａ）に示すように、ウエハ２００を真空チャック３００により保持し、ウエハ２００とホイール１００を回転させて、同図（ｂ）に示すような形状に外周部を研削加工する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなウエハ外周部加工用のベベリングホイールにおいて、砥粒層を形成するための結合材として、銅、錫、ニッケル、亜鉛、鉄、コバルト、タングステン、銀などの金属粉末と、その他の添加物とからなるメタルボンドが用いられている。これらの金属粉末と添加物および砥粒の混合物を金型などに充填した後、７００〜９００℃で焼結することにより、台金に砥粒層を固着させる。
【０００８】
一方、半導体の分野においては、集積回路の高集積化、小型化、高速化が進むにつれて、素材となるウエハに対する要求も一層厳しくなり、加工表面の微細化、鏡面化が進められている。このような状況のなかで、ウエハの製造工程における重要な問題としてウエハへの金属汚染の問題がある。
【０００９】
近年のウエハに対する要求項目は厳密かつ厳格になってきており、金属汚染に関しては、重金属の汚染は１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であることとされている。ウエハの製造工程において金属汚染のおそれがある工程としては、シリコンインゴットの外周研削、方位加工工程における研削ホイールからの金属汚染、スライシング工程における切断工具からの金属汚染、ポリッシング工程におけるポリッシャー、治工具類からの金属汚染などが考えられるが、これらの汚染に加えて本発明者らは、ウエハのベベリング加工におけるベベリングホイールからの金属汚染の問題があることを突き止めた。
【００１０】
金属汚染防止の観点からは、ベベリングホイールの砥粒層の結合材としてビトリファイドボンドを用いたビトリファイドボンドホイールを使用することが考えられる。従来のビトリファイドボンドホイールは金属分を含まないので、ウエハのベベリング加工における金属汚染の問題は生じない。しかしながら、ビトリファイドボンドホイールはメタルボンドホイールに比して砥粒層の１０倍以上摩耗が速く、ホイール寿命が短いという問題がある。
【００１１】
また、砥粒層の複雑な溝形状を高精度に形成するために、メタルボンドホイールの場合は放電加工により溝の成形を行っているが、従来のビトリファイドボンドホイールの場合は砥粒層に導電性がないので放電加工を適用することができない。ダイヤモンドホイールなどによる研削加工では高精度に溝を成形することは極めて困難である。
【００１２】
本発明が解決すべき課題は、ウエハのベベリング加工におけるベベリングホイールからの金属汚染の実体を明らかにし、汚染の原因を排除してウエハの高品質なベベリング加工を可能とすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
ベベリングホイールからの金属汚染とは、ベベリングホイールの砥粒層中のある種の金属粉末が、ベベリング加工中に砥粒層からウエハに拡散してウエハを汚染することである。本発明者らは、メタルボンド用の金属粉末として従来用いられていた銅、錫、ニッケル、亜鉛、鉄、コバルト、タングステン、銀などのうち、いずれの金属がウエハに拡散しやすいのかについて研究調査した結果、銅、ニッケル、亜鉛が砥粒層からウエハに拡散しやすいことを確認した。本発明はこの知見に基づくものであり、ビトリファイドボンドに金属粉末を添加して砥粒層に導電性を付与することにより砥粒層の放電加工を可能にするとともに、添加する金属粉末として前記の拡散しやすい金属を含まないようにすることで金属汚染を防止することを可能としたものである。
【００１４】
すなわち本発明は、台金の外周部に１条または複数条の溝を形成した砥粒層が固着されたシリコンウエハ外周部加工用ベベリングホイールであって、前記砥粒層の結合材がビトリファイドボンドであり、このビトリファイドボンドに銅とニッケルと亜鉛のいずれをも含まない金属粉末を添加して導電性を付与したシリコンウエハ外周部加工用ベベリングホイールである。
【００１５】
ウエハのベベリング加工中に砥粒層中の銅、ニッケル、亜鉛がウエハに拡散するメカニズムの解明は今後の研究に待たねばならないが、これらの金属がウエハに拡散しやすい理由としては、これらの金属元素は電子配列的にＳｉと共有結合しやすく、さらに研削時の発熱により内部拡散が促進されることによるものと考えられる。
【００１６】
銅、ニッケル、亜鉛以外の金属については、本発明者らの研究結果ではベベリング加工中のウエハへの拡散はほとんど認められず、砥粒層に導電性を付与するためにビトリファイドボンドに添加する金属粉末として銅、ニッケル、亜鉛のいずれをも含まない金属粉末を用いることにより、ウエハのベベリング加工中に砥粒層からウエハに金属が拡散することを防止することができる。
【００１７】
ここで、ビトリファイドボンドに添加する金属粉末を、錫または銀のいずれか一方または両方と、コバルトまたは鉄のいずれか一方または両方とからなる金属粉末とし、ビトリファイドボンドの抗折強度が４００〜６００ＭＰａとなるビトリファイドボンドとするのが望ましい。ビトリファイドボンド中における錫粉末および銀粉末は切れ味を向上させる添加物としての機能を有し、コバルト粉末および鉄粉末は耐摩耗性を高める添加物としての機能を有する。とくに高い形状保持性を要求される場合は、コバルトまたは鉄のいずれか一方または両方とからなる金属粉末のみを添加することが望ましい。これらの金属粉末を平均粒径１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下とすることにより、砥粒が均一に分散した微細組織を得ることができる。また、金属粒子間の間隔が狭くなり、互いに接触して良好な導電性が得られる。
【００１８】
ビトリファイドボンドの抗折強度は、４００ＭＰａ未満だと研削時の砥粒層磨耗が増加し、早期に砥粒層の形状崩れが生じて加工精度が低下する。抗折強度が８００ＭＰａを超えると、とくに微粒砥粒（たとえばＳＤ２０００より微粒の砥粒）を用いた砥粒層の場合に切れ味が低下し、被加工物に焼け、チッピングが発生する。
【００１９】
ビトリファイドボンドへの金属粉末の添加量は、放電加工に必要な導電性を確保するために、配合割合として１０質量％以上とする必要がある。金属粉末の配合割合が１０質量％より少ないと、砥粒層の電気抵抗（比抵抗）が１×１０３Ω・ｃｍ以上となり、放電加工時に発熱して加工トラブルが発生し、高精度な砥粒層成形ができなくなる。放電加工のための砥粒層の電気抵抗は低い方がよく、１×１０２Ω・ｃｍ以下であることが望ましく、そのためには、金属粉末の配合割合は１０質量％以上が必要である。
【００２０】
ビトリファイドボンドに添加する金属粉末の配合割合は、錫または銀のいずれか一方または両方が３０質量％以下、コバルトまたは鉄のいずれか一方または両方が３０〜６０質量％の割合とするのが望ましい。錫または銀の割合が３０質量％を超えると錫または銀の流出が発生して正常な組織が得られなくなり、ビトリファイドボンドの抗折強度が４００ＭＰａ未満となる。コバルトまたは鉄のいずれか一方または両方の配合割合が３０質量％より少ないと適正な砥粒保持力が得られず、６０質量％を超えると基本的なビトリファイドボンド量が不足し、正常な組織が得られなくなる。
【００２１】
上記のベベリングホイールは、従来と同様な製造方法、すなわち、金型またはカーボン型を用いてビトリファイドボンドを結合材とした環状の砥粒層を形成し、この環状の砥粒層を接着剤を介して台金に固着し、放電加工により砥粒層に１条または複数条の溝を形成する製造方法によって製造することができる。ここで、砥粒層の形成に使用するビトリファイドと同じ材質の材料をもって台金を作製することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態におけるベベリングホイールを示す部分断面図である。ベベリングホイール１０は、円盤状の台金１と、この台金１の外周部に溝付き砥粒層２を固着したものである。台金１はアルミニウム製で、外径約２０２ｍｍ、外周部の厚さ約２０ｍｍである。砥粒層２は、粒度＃１０００で集中度１００のダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンドからなり、放電加工により１条の溝３を形成したものである。本実施形態では図１に示す形状の溝３を形成しているが、砥粒層および溝の形状は前述の図３に示した形状を含め各種の形状とすることができるのはいうまでもない。
【００２３】
〔試験例１〕
ビトリファイドボンドの添加金属をコバルト−錫系とし、コバルトと錫の割合を変えて図１に示したベベリングホイール１０の砥粒層２に相当する環状の砥粒層を作成し、組織観察および抗折強度試験を行った。表１に金属組成と試験結果を示す。
【００２４】
【表１】
0003942394.tif 000002
【００２５】
〔試験例２〕
ビトリファイドボンドの添加金属をコバルト−銀系とし、コバルトと銀の割合を変えて試験例１と同様の環状の砥粒層を作成し、組織観察および抗折強度試験を行った。表２に金属組成と試験結果を示す。
【００２６】
【表２】
0003942394.tif 000003
【００２７】
表１および表２からわかるように、コバルトの割合が６０質量％を超えるとビトリファイドボンド量が不足して緻密度不良が発生し、錫または銀の割合が３０質量％を超えると錫または銀の流出が発生して正常な組織が得られなくなることが確認された。
【００２８】
〔試験例３〕
試験例１および試験例２で作成した砥粒層のうちの一部の砥粒層を用いてベベリングホイールを作成し、ウエハの端面加工試験を行った。発明品１〜３はビトリファイドボンドの添加金属の量が本発明の範囲内にあるものであり、比較品１，２は本発明の範囲外のものである。従来品は金属組成が銅−錫系のメタルボンドホイールで、結合材以外の条件は発明品と同じである。
【００２９】
加工条件
ホイール周速：１８００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：０．４ｍｍ
被加工物：シリコンウエハ  外径１２５ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ
被加工物回転速度：１ｍｉｎ-1
研削液：純水
【００３０】
試験結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
0003942394.tif 000004
表３に示すように、発明品１〜３は従来品のメタルボンドホイールと同程度以上の加工枚数が得られ、しかも金属汚染の発生は見られなかった。比較品１，２は砥粒層の組織不良のため形状崩れが大きく、加工枚数も少なかった。従来品は加工中にメタルボンド中のＣｕがウエハに拡散してウエハが汚染されることが確認された。
【００３２】
【発明の効果】
ベベリング加工用のビトリファイドボンドホイールのビトリファイドボンドに銅とニッケルと亜鉛のいずれをも含まない金属粉末を添加して導電性を付与することにより、シリコンウエハの外周部加工時のベベリングホイールからの金属汚染を実質的になくすことができ、かつ、砥粒層の放電加工も可能となる。
【００３３】
ビトリファイドボンドの添加金属を、錫または銀のいずれか一方または両方と、コバルトまたは鉄のいずれか一方または両方とからなり、ビトリファイドボンドの抗折強度が４００〜６００ＭＰａとなるように特定の配合割合とすることにより、正常な砥粒層組織が得られるとともに、加工時に砥粒層の形状崩れが生じることなく、また被加工物に焼け、チッピングが発生することなく、良好な切れ味と加工精度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態におけるベベリングホイールを示す部分断面図である。
【図２】  ベベリングホイールの全体形状の例を示す図である。
【図３】  ベベリングホイールの砥粒層の溝の形態の例を示す図である。
【図４】  ベベリングホイールによる研削加工の例を示す図である。
【符号の説明】
１  台金
２  砥粒層
３  溝
１０  ベベリングホイール
【図１】
0003942394.tif 000005
【図２】
0003942394.tif 000006
【図３】
0003942394.tif 000007
【図４】
0003942394.tif 000008