集積回路チップの高速分割は半導体デバイス製造の重要な工程です。通常、固定された単一点のダイヤモンド刃で線引き切断を行いますが、その過程で不規則な亀裂が生じ、チップの回路を損傷します。そのため、単結晶シリコンとサファイアの2種類のチップ材料を対象に、直径2.5mmのダイヤモンドホイールを用いたローリング脆断加工実験を行い、異なる加工プロセスにおける応力分布を分析し、ホイールの形状およびプロセスパラメータが材料ごとの亀裂拡大およびローリング脆断品質に与える影響を検討しました。結果は、ホイール刃端に集中する引張応力が微小亀裂の発生と拡大を引き起こし、ローリング方向に微小な切り傷が徐々に形成されて最終的に脆性破断をもたらす一方で、横方向の亀裂も発生し、脆断端部の破砕を引き起こすことを示しています。適切な引張応力下では、端部の破砕は約1μmまで低減し、脆断面の品質が高いことが示されました。さらに、チップ材料の硬度および破壊靱性が高い場合は、小さいホイール角度と高いローリング圧力を選択できます。単結晶シリコンのローリング圧力が0.015MPaで刃端接触部の引張応力が約100MPa、サファイアのローリング圧力が0.095MPaで約350MPaの引張応力のとき、ローリング脆断後の断面亀裂拡大は比較的均一で断面品質が最適です。最後に、微細なギザギザ構造を持つダイヤモンドホイールが集積回路チップの切断端部の品質を向上させることを実験で示しました。

単結晶シリコン;サファイア;ダイヤモンドホイール;亀裂拡大;精密ローリング脆断