SiC基板的切削方法与流程

sic基板的切削方法
技术领域
1.本发明涉及sic基板的切削方法。


背景技术：

2.sic基板作为形成功率半导体的基板而被广泛使用，正在进行开发。sic基板在分割成芯片时，使用基于切削刀具的切割(例如，参照专利文献1)。
3.专利文献1：日本特开2009
‑
130315号公报
4.但是，由于sic基板是难切削材料，因此需要利用使用了比较容易消耗的结合剂的切削刀具进行切削，这种切削刀具的消耗剧烈，使用量增多。因此，希望延长切削刀具的刀尖伸出量，即使消耗也能够持久些，但担心在切削时产生蜿蜒。另外，当使用难以消耗的牢固的结合剂(例如电铸结合剂)进行切削时，切削速度难以提高，进而由于钝化而使切削中的加工负荷变大，切削刀具产生破损和较大的崩边。


技术实现要素：

5.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供能够抑制切削刀具的破损和崩边并且能够抑制对sic基板进行切削时的切削刀具的消耗的sic基板的切削方法。
6.为了解决上述课题并达成目的，本发明的sic基板的切削方法是利用切削刀具对sic基板进行切削的sic基板的切削方法，其特征在于，一边使该切削刀具在径向上进行超声波振动，一边对卡盘工作台所保持的sic基板进行切削，该切削刀具是利用对碳化钨和钴进行烧结而成的结合剂固定磨粒而得的。
7.在上述sic基板的切削方法中，也可以为，sic基板由露出硅的硅面和在该硅面的相反侧的面上露出碳的碳面形成正面和背面，将该切削刀具与sic基板的接触点处的该切削刀具的旋转方向设为从该碳面侧朝向该硅面侧的方向而对sic基板进行切削。
8.在上述sic基板的切削方法中，也可以为，该切削刀具的刀尖伸出量被设定为刃厚的20倍以上且30倍以下。
9.本发明起到如下的效果：能够抑制切削刀具的破损和崩边，并且能够抑制对sic基板进行切削时的切削刀具的消耗。
附图说明
10.图1是示出实施方式1的sic基板的切削方法的立体图。
11.图2是实施方式1的sic基板的切削方法的加工对象的sic基板的立体图。
12.图3是实施图1所示的sic基板的切削方法的切削装置的切削单元的剖视图。
13.图4是图3所示的切削单元的切削刀具的立体图。
14.图5是示出图1所示的sic基板的切削方法的侧视图。
15.标号说明
16.10：卡盘工作台；21：切削刀具；200：sic基板；202：硅面；203：碳面；204：正面；205：
背面；215：刀尖伸出量；216：刃厚；218：旋转方向。
具体实施方式
17.参照附图对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发明并不限定于以下的实施方式所记载的内容。另外，在以下所记载的结构要素中包含有本领域技术人员能够容易想到的、实质上相同的结构要素。此外，以下所记载的结构能够适当组合。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的各种省略、置换或者变更。
18.〔实施方式1〕
19.根据附图对本发明的实施方式1的sic基板的切削方法进行说明。图1是示出实施方式1的sic基板的切削方法的立体图。图2是实施方式1的sic基板的切削方法的加工对象的sic基板的立体图。图3是实施图1所示的sic基板的切削方法的切削装置的切削单元的剖视图。图4是图3所示的切削单元的切削刀具的立体图。图5是示出图1所示的sic基板的切削方法的侧视图。
20.如图1所示，实施方式1的sic基板的切削方法是切削装置1利用切削刀具21对sic基板200进行切削的方法。实施方式1的sic基板的切削方法的加工对象的sic基板200是以sic(碳化硅)为基板201的圆板状的半导体晶片。
21.如图2所示，sic基板200由露出si(硅)的硅面202和在硅面202的相反侧的面上露出c(碳)的碳面203形成正面204和背面205。sic基板200在由硅面202的格子状的分割预定线206划分出的区域中形成有器件207。另外，sic基板200在碳面203上未形成器件207。
22.在实施方式1中，器件207是进行电力控制和电力提供的功率器件，但在本发明中并不限定于功率器件。
23.在实施方式1中，sic基板200在外缘被切口而形成相互垂直的长边部208和短边部209。长边部208比短边部209长。另外，如果以长边部208位于近前侧的情况为基准，则如图2所示，在硅面202向上方露出的状态下，短边部209位于长边部208的左侧，在碳面203向上方露出的状态下，短边部209位于长边部208的右侧。
24.在实施方式1中，sic基板200沿着分割预定线206被分割成各个器件207，被单片化为进行电力控制和电力提供的所谓功率半导体。
25.另外，在实施方式1中，如图2所示，sic基板200的碳面203粘贴于直径比sic基板200大的划片带210的中央，在划片带210的外缘部粘贴有内径比sic基板200的外径大的环状框架221，从而使该sic基板200被支承在环状框架221的内侧的开口222内。
26.实施方式1的sic基板的切削方法通过在图1中示出主要部分的切削装置1来实施。切削装置1是如下的加工装置：利用卡盘工作台10保持sic基板200并利用切削刀具21沿着分割预定线206进行切削，将sic基板200分割成各个功率半导体。如图1所示，切削装置1具有：卡盘工作台10，其利用保持面11对sic基板200进行吸引保持；切削单元20，其利用切削刀具21对卡盘工作台10所保持的sic基板200进行切削；未图示的拍摄单元，其对卡盘工作台10所保持的sic基板200进行拍摄；以及未图示的控制单元。
27.另外，如图1所示，切削装置1具有使卡盘工作台10和切削单元20相对地移动的移动单元30。移动单元30具有：加工进给单元31，其使卡盘工作台10沿与水平方向平行的加工进给方向即x轴方向移动；分度进给单元32，其使切削单元20沿与水平方向平行且与x轴方
向垂直的分度进给方向即y轴方向移动；切入进给单元33，其使切削单元20沿与垂直于x轴方向和y轴方向这两个方向的铅垂方向平行的切入进给方向即z轴方向移动；以及旋转移动单元34，其使卡盘工作台10绕与z轴方向平行的轴心进行旋转。
28.卡盘工作台10呈圆盘形状，对sic基板200进行保持的保持面11由多孔陶瓷等形成。另外，卡盘工作台10设置成通过加工进给单元31沿x轴方向移动自如，并且设置成通过旋转移动单元34绕与z轴方向平行的轴心旋转自如。卡盘工作台10与未图示的真空吸引源连接，通过利用真空吸引源进行吸引，如图1所示，对载置于保持面11的sic基板200进行吸引、保持。在实施方式1中，卡盘工作台10隔着划片带210对sic基板200的碳面203侧进行吸引、保持。另外，在卡盘工作台10的周围设置有多个夹持环状框架221的未图示的夹具部。
29.切削单元20是具有主轴23的加工单元，该主轴23将对卡盘工作台10所保持的sic基板200进行切削的切削刀具21安装成装卸自如。切削单元20设置成通过分度进给单元32相对于卡盘工作台10所保持的sic基板200沿y轴方向移动自如，并且通过切入进给单元33相对于卡盘工作台10所保持的sic基板200沿z轴方向移动自如。切削单元20能够通过分度进给单元32和切入进给单元33而将切削刀具21定位于卡盘工作台10的保持面11的任意位置。
30.如图3所示，切削单元20具有：切削刀具21；主轴壳体22，其设置成通过分度进给单元32和切入进给单元33沿y轴方向和z轴方向移动自如；主轴23，其以能够绕轴心进行旋转的方式设置于主轴壳体22，并在前端安装有切削刀具21；主轴电动机24，其使主轴23绕轴心进行旋转；超声波振动赋予单元25，其使安装于主轴23的前端的切削刀具21振动；以及图1所示的喷嘴26，其向切削刀具21提供切削水。
31.切削刀具21是具有大致环形状的极薄的环状的切削磨具。在实施方式1中，如图3和图4所示，切削刀具21是具有圆柱状的基台211和圆环状的切削刃212的所谓的毂状刀具，该切削刃212安装于基台211并对sic基板200进行切削。
32.在实施方式1中，基台211一体地具有：小径部213，其设置于轴心方向的两端部并且外径彼此相等；以及大径部214，其设置于小径部213之间并且外径比小径部大。小径部213和大径部214同轴配置。在实施方式1中，大径部214在一个侧面上固定有切削刃212。
33.切削刃212利用对碳化钨和钴进行烧结而成的金属结合剂来固定金刚石和cbn(cubic boron nitride：立方氮化硼)等磨粒并形成为规定的厚度。在实施方式1中，切削刀具21的从基台211的大径部214至切削刃212的外缘的刀尖伸出量215形成为切削刃212的厚度即刃厚216的20倍以上且30倍以下。
34.即，当将刀尖伸出量215除以刃厚216而得到的值设为纵横比时，在实施方式1的sic基板的切削方法中使用的切削刀具21的纵横比为20以上且30以下。
35.在实施方式1中，通过使穿过沿轴心方向贯穿基台211的中央的贯通孔217内的螺栓27与主轴23的前端面的螺纹孔231螺合，切削刀具21被安装于主轴23的前端。
36.另外，在本发明中，切削刀具21也可以是仅由切削刃212构成的所谓的垫圈刀具。在该情况下，从将切削刀具21固定于主轴23的前端的安装座至切削刃212的切削刃212的外缘的刀尖伸出量215形成为切削刃212的刃厚216的20倍以上且30倍以下。
37.主轴电动机24具有：转子241，其设置于主轴23，与主轴23一体地进行旋转；以及定子242，其配设于转子241的外周侧且配设于主轴壳体22，使转子241进行旋转。主轴电动机
24的定子242使转子241进行旋转，从而使主轴23绕轴心进行旋转。
38.超声波振动赋予单元25使切削刀具21在与y轴方向垂直的径向上进行超声波振动。另外，本发明所说的超声波振动以20khz以上且几ghz以下的频率、几μm至几十μm的振幅进行振动。超声波振动赋予单元25具有：超声波振子251，其设置于主轴23；以及旋转变压器252，其设置于主轴23的后端部。旋转变压器252具有：受电构件253，其配设于主轴23的后端部；以及供电构件254，其配设于主轴壳体22的后端部。供电构件254与超声波电源部28连接。
39.超声波振动赋予单元25将来自超声波电源部28的电力经由供电构件254和受电构件253而提供给超声波振子251，使超声波振子251进行超声波振动，从而使安装于主轴23的前端的切削刀具21在径向上进行超声波振动。
40.另外，超声波电源部28与电源29连接，从电源29提供电力。另外，电源29也与定子242连接，向定子242提供电力。
41.切削单元20的切削刀具21和主轴23的轴心与y轴方向平行。
42.拍摄单元以与切削单元20一体地移动的方式固定于切削单元20。拍摄单元具有拍摄元件，该拍摄元件对卡盘工作台10所保持的切削前的sic基板200的应分割的区域进行拍摄。拍摄元件例如是ccd(charge
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coupled device：电荷耦合器件)拍摄元件或cmos(complementary mos：互补金属氧化物半导体)拍摄元件。拍摄单元对卡盘工作台10所保持的sic基板200进行拍摄，得到用于执行对sic基板200和切削刀具21进行对位的对准等的图像，并将得到的图像输出到控制单元。
43.控制单元分别控制切削装置1的上述各单元，使切削装置1实施对sic基板200的加工动作。另外，控制单元是一种计算机，该计算机具有：运算处理装置，其具有cpu(central processing unit：中央处理单元)那样的微处理器；存储装置，其具有rom(read only memory：只读存储器)或ram(random access memory：随机存取存储器)那样的存储器；以及输入输出接口装置。控制单元的运算处理装置根据存储于存储装置的计算机程序来实施运算处理，将用于控制切削装置1的控制信号经由输入输出接口装置而输出到切削装置1的上述结构要素。
44.另外，控制单元与显示单元和输入单元连接，该显示单元由显示加工动作的状态和图像等的液晶显示装置等构成，该输入单元在操作者登记加工内容信息等时使用。输入单元由设置于显示单元的触摸面板和键盘等外部输入装置中的至少一个构成。
45.当控制单元接收到由操作者登记的加工内容信息，并接收到来自操作者的加工动作的开始指示时，上述结构的切削装置1开始加工动作即实施方式1的sic基板的切削方法。在sic基板的切削方法中，切削装置1将sic基板200隔着划片带210吸引保持于卡盘工作台10的保持面11，并且利用夹具部夹持环状框架221。
46.在sic基板的切削方法中，切削装置1使主轴23绕轴心进行旋转，通过移动单元30使卡盘工作台10移动至拍摄单元的下方，利用拍摄单元对卡盘工作台10所吸引保持的sic基板200进行拍摄，从而执行对准。
47.在sic基板的切削方法中，切削装置1一边从喷嘴26提供切削水并使切削刀具21在径向上进行超声波振动，一边根据加工内容信息通过移动单元30使切削刀具21和sic基板200沿着分割预定线206相对地移动，并且如图1所示，使切削刀具21向卡盘工作台10所保持
的sic基板200的分割预定线206切入直到到达划片带210而进行切削。
48.另外，在实施方式1的sic基板的切削方法中，如图5所示，将切削刀具21的切削刃212与sic基板200的接触点处的切削刀具21的旋转方向218设为从碳面203侧朝向硅面202侧的方向来对sic基板200进行切削。如图5所示，在碳面203侧隔着划片带210保持于卡盘工作台10的情况下，切削刀具21的切削刃212与sic基板200的接触点处的切削刀具21的旋转方向218是与加工进给单元31的卡盘工作台10的移动方向即加工进给方向311相反的方向。
49.另外，在硅面202侧隔着划片带210保持于卡盘工作台10的情况下，切削刀具21与sic基板200的接触点处的切削刀具21的旋转方向是与加工进给方向311相同的方向。在对sic基板200的所有的分割预定线206进行了切削后，切削装置1结束加工动作即结束sic基板的切削方法。
50.在以上说明的实施方式1的sic基板的切削方法中，使利用对碳化钨和钴进行烧结而成的结合剂固定了磨粒的不容易消耗的牢固的切削刀具21的切削刃212在径向上进行超声波振动，并且切入sic基板200，因此起到如下的效果：能够在抑制切削刀具21的破损和崩边的同时稳定地对sic基板200进行切削，并且能够抑制对sic基板200进行切削时的切削刀具21的切削刃212的消耗。
51.接着，本发明的发明人等确认了实施方式1的sic基板的切削方法的效果。将结果示于以下的表1、表2、表3以及表4。
52.【表1】
[0053][0054]
【表2】
[0055][0056]
【表3】
[0057][0058][0059]
【表4】
[0060][0061]
表1、表2、表3以及表4示出了在实施例1、实施例2、比较例1、比较例2、比较例3、比较例4、比较例5、比较例6、比较例7以及比较例8中，利用具有包含1700粒度号的磨粒的外径为76.2mm且刃厚216为0.05mm的切削刃212的切削刀具21，以加工进给方向311的卡盘工作台10的速度即加工进给速度20mm/sec对厚度100μm的sic基板200进行切削时的崩边的平均尺寸、切削刃212的消耗量(μm/m)以及主轴负荷电流值的测量结果。另外，主轴负荷电流值是流过主轴电动机24的定子242的电流值，当切削阻力因切削时的切削刃212的蜿蜒或钝化所引起的加工负荷的上升等而增加时，主轴负荷电流值随着时间经过而处于上升倾向。
[0062]
另外，在表1、表2以及表4的实施例1、实施例2、比较例1、比较例2、比较例3、比较例6、比较例7以及比较例8中，使切削刀具21的切削刃212以频率50khz且振幅5μm在径向上进行超声波振动。在表2的比较例4和比较例5中，没有使切削刀具21的切削刃212在径向上进行超声波振动。
[0063]
在实施例1中，通过利用将碳化钨和钴烧结而成的结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.0μm(即纵横比为20)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。在实施例2中，通过利用将碳化钨和钴烧结而成的结合接固定磨粒并且刀尖伸出量为1.5μm(即纵横比为30)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。
[0064]
在比较例1中，通过利用包含镍的电铸结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.0μm(即纵横比为20)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。在比较例2中，通过利用包含镍的电铸结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.2μm(即纵横比为24)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。在比较例3中，通过利用包含镍的电铸结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.5μm(即纵横比为30)的切削刀具21的切削刃212对上述
sic基板200进行了切削。
[0065]
在比较例4中，通过利用将碳化钨和钴烧结而成的结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.0μm(即纵横比为20)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。在比较例5中，通过利用包含镍的电铸结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.0μm(即纵横比为20)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。
[0066]
在比较例6中，通过利用包含铜或锡的金属结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.0μm(即纵横比为20)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。在比较例7中，通过利用树脂结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.0μm(即纵横比为20)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。在比较例8中，通过利用陶瓷结合剂固定磨粒并且刀尖伸出量为1.0μm(即纵横比为20)的切削刀具21的切削刃212对上述sic基板200进行了切削。
[0067]
根据表2，比较例1的主轴负荷电流值稳定，崩边的平均尺寸为16μm，能够抑制崩边，但切削刃212的消耗量高达4.3μm。另外，根据表2、表3、表4，比较例2、比较例3、比较例4、比较例5、比较例6、比较例7以及比较例8的主轴负荷电流值具有上升倾向，切削刀具21破损，无法测量崩边的平均尺寸和切削刃212的消耗量。
[0068]
与这样的比较例1、比较例2、比较例3、比较例4、比较例5、比较例6、比较例7以及比较例8相比，根据表1，实施例1和实施例2的主轴负荷电流值稳定，崩边的平均尺寸为17μm，能够抑制崩边，能够将切削刃212的消耗量抑制为0.5μm。因此，根据表1、表2、表3以及表4可知，通过一边使利用将碳化钨和钴烧结而成的结合剂固定了磨粒的切削刀具21的切削刃212在径向上进行超声波振动，一边对卡盘工作台10所保持的sic基板200进行切削，能够抑制切削刀具21的破损和崩边，并且能够抑制对sic基板200进行切削时的切削刀具21的消耗。
[0069]
另外，根据表1可知，实施例1和实施例2的主轴负荷电流值稳定，崩边的平均尺寸为17μm，能够抑制崩边，能够将切削刃212的消耗量抑制为0.5μm，因此通过将切削刀具21的切削刃212的刀尖伸出量215设定为刃厚216的20倍以上且30倍以下，能够抑制切削刀具21的破损和崩边，并且能够抑制对sic基板200进行切削时的切削刀具21的消耗。
[0070]
另外，本发明并不限定于上述实施方式。即，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形来实施。