CN102791425A - 多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置以及磨削/研磨加工方法 - Google Patents

多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置以及磨削/研磨加工方法 Download PDF

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Abstract

提供硅块的磨削/研磨加工装置及其加工方法,具有能将利用线锯将硅锭切断形成的四棱柱状硅块的截面尺寸加工到±0.5mm、将其角部的直角度加工到±0.1度的公差范围内的磨削功能,具备能除去切断形成的硅块(W)表层的微裂纹的研磨功能。该磨削/研磨加工装置具备:把持硅块(W)的把持构件(1);测量上述硅块(W)的截面尺寸的测量构件(2);磨削上述硅块(W)的平面部(F)和角部(C)的磨削构件(3);研磨结束上述磨削加工后的硅块(W)的平面部(F)和角部(C)而除去微裂纹的研磨构件(4);在测量构件(2)、磨削构件(3)、研磨构件(4)所配置的位置间移送把持硅块(W)的上述把持构件(1)的移送构件(5);以及使上述各构件动作的控制构件(6)。

Description

多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置以及磨削/研磨加工
方法
技术领域
[0001] 本发明涉及硬脆材料的磨削/研磨加工装置以及磨削/研磨加工方法,更详细来说,涉及具备对上述被加工物的平面部和角部进行磨削和研磨的功能的磨削/研磨加工装置以及磨削/研磨加工方法。
[0002] 另外,在使用本发明所涉及的装置的磨削工序中,将该被加工物精加工成具有规定的规格尺寸的截面形状,在研磨工序中,除去存在于该被加工物表层的微裂纹(microcrack)。
背景技术
[0003] 作为本发明所涉及的被加工物亦即硬脆材料,例如存在制造太阳能电池板的基体亦即娃晶片的工序中从娃锭(silicon ingot)切片而得到的娃块(silicon block)。娃块存在晶体结构不同的多结晶和单晶两个种类。以下,以截面形状为四边形的多晶和单晶的硅块的磨削/研磨为例进行说明,但本发明中的被加工物的截面形状并不限定于四边形,即便是由四角以上的偶数角构成的多棱柱状,也能够适当地加以应用。
[0004] 对于多晶娃块,利用带锯(band saw)或线锯(wire saw)将通过使熔融原料流入成形模具而成形为立方体形状的硅锭的表层部(6个面)切断除去,然后,进一步,切断成截面呈四边形的棱柱状而形成4个平面部,并且,上述2个平面部相互直角交叉而形成角部,在该角部形成有微小的平面(倒角加工部)。
[0005] 对于单晶硅块,使用带锯或线锯将通过拉晶法制造的圆柱形状的硅锭的两端表层部以与该硅锭的柱轴成直角、且相互平行的方式切断而作成平端面,然后,进一步,使用带锯或线锯以使4个面分别成直角的方式将圆柱表层部切断除去。此时,以在4个面所成的4个角部、圆柱表层部的一部分作为微小的圆弧面残留的方式进行加工,上述被切断除去的面形成为4个平面部。
[0006] 接着,将与硅块的加工相关的现有技术的根据要素分开表示。
[0007] 关于硅块的保持机构及其旋转机构,在专利文献I的第0021段和图6中公开了如下的保持机构和旋转机构,保持机构用于保持硅块的两端(长度方向的两端部),旋转机构对上述保持机构进行旋转控制,以使硅块的加工部(各平面部和各角部)位于与加工构件对置的位置。在专利文献I的第0020段和图6中公开了一边进行研磨加工一边使硅块沿水平方向(硅块的长度方向)移送,相反地,对于一边进行研磨加工一边使磨削/研磨加工装置沿水平方向(硅块的长度方向)移送,也是公知的。
[0008] 关于研磨工序,公知研磨工序由磨粒的粗糙度粗的粗研磨工序和磨粒的粗糙度细的精研磨工序的2个工序构成,其研磨工具由在树脂制刷中混合有金刚石磨粒且形成为环状的旋转刷构成。
[0009] 关于所加工的硅块的种类,公知有对多晶硅块或者单晶硅块中的任一个进行加工,使用含有磨粒的圆形状的磨石或金刚石砂轮(研磨砂轮)对其研磨工具进行磨削而能够得到高的尺寸精度。
[0010] 进一步,如下的硅块的加工方法也已经公知:将从硅锭切断成形时在硅块的表层所产生的微裂纹、微小凹凸除去,以降低对该硅块进行切片加工而形成硅晶片时的由裂纹或缺口导致的次品的产生率。
[0011 ] 此外,对硅块进行切片加工而形成硅晶片也已经公知。
[0012] 专利文献I :日本特许第4133935号公报
[0013] 如上所述,由多晶或者单晶构成的硅块是通过以形成截面形状呈四边形的四棱柱状的方式将硅锭切断而形成的,该硅块的大小存在具有截面形状为边长125mm(称为5英寸)、边长156mm(称为6英寸)、边长210mm(称为8英寸)的正方形截面的3个种类,柱轴方向的长度被切断形成为150〜600mm之间的任意长度。
[0014] 在将上述硅锭切断的方法中,存在使用带锯或线锯的方法,但是,利用多根钢丝同 时进行切断的线锯的切断效率比带锯的切断效率高,作为该线锯的切割方法,一般采用一边利用压力水的喷射压将磨粒喷射到切断部一边使钢丝与该切断部接触旋转来进行切断的游离磨粒方式,但近年来,为了进一步提高切断效率的目的,研发出了将磨粒熔融固定于钢丝的固定磨粒方式的新型的钢丝,采用使用该新型的线锯的切断方法。
[0015] 为了确认新型的线锯的切断效率的提高,发明人使用以往的线锯和新型的线锯如图9和图11所示利用纵5列X横5列=总计25个截面将多晶硅锭和单晶硅锭切断,以形成具有称作6英寸(具有边长156mm的正方形截面)、长度300mm的外形尺寸的娃块,结果可确认,对于该切断所需的时间,使用以往的线锯需要8小时以上,而使用新型的线锯则大约3小时就能够完成,能够大幅度缩短该切断时间。
[0016] 之所以能够缩短上述切断时间考虑是因为如下的理由:在以往的游离磨粒方式的线锯中,在进行切断加工时如果使钢丝高速旋转则磨粒飞散而导致切断效率下降,但是,在新型的线锯中,由于磨粒被熔融固定于钢丝,所以不会出现伴随着钢丝的旋转而磨粒飞散的情况。
[0017] 但是,在利用上述新型线锯将多晶硅锭切断的情况下,对于位于图9的四角的4块硅块(A)、和位于硅块(A)之间的3块X4处=12块硅块(B),成为面对硅锭的外周面侧的切断面(在硅块(A)中具有2个面,在硅块(B)中具有I个面)的中央朝外侧鼓出的状态(参照图10)。并且,在利用上述新型线锯将单晶硅锭切断的情况下,如图11所示,硅块分别单独地被独立切断,因此,如图12所示,被切断成单晶硅的4个切割面的中央朝外侧鼓出的状态,会产生其截面尺寸未进入规定外形尺寸公差内的新的问题。为了解决这种问题,谋求一种用于将上述硅块的外形尺寸收纳在规定外形尺寸公差内的磨削加工装置。
[0018] 此外,如上所述,对于由硅锭切断形成的硅块,在制造工序中在其平面部和角部的表层部产生并存在表面粗糙度为Ι^10μπι〜20μπιϋΙ5Β0601 :1994)的凹凸,进而会产生并存在从表层面起深度达80μπι〜IOOym的微裂纹。因此,在之后的工序中,当利用线锯进行切片加工而加工成硅晶片时,有可能因为上述的凹凸、微裂纹而产生裂纹/缺口进而产生次品。因而,谋求一种如下的加工装置,该加工装置具备粗研磨能力和微细研磨能力,粗研磨能力用于在进行切片加工前将上述硅块的从表层部到100 μ m左右的深度的部分研磨除去,由此将从上述表层面起深度为80 μ m〜100 μ m的微裂纹除去,微细研磨能力用于将具有RylO μ m〜20 μ m左右的表面粗糙度的表面的表面粗糙度形成为几μ m以下的表面粗糙度。
[0019] 并且,在上述现有技术文献中,并没有公开具备上述磨削加工和研磨加工双方的功能的加工装置的公知技术。
发明内容
[0020] 本发明是为了解决上述问题点而研发的,其目的在于提供一种能够利用一台加工装置实现磨削加工功能和研磨加工功能、且能够提高生产效率的硅块的磨削/研磨加工装置及其磨削/研磨加工方法,在磨削加工功能中,将切断硅锭而形成的四棱柱状的多晶硅块、或者单晶硅块磨削成边长125_(称作:5英寸)、边长156_(称作:6英寸)、边长210mm (称作8英寸)的任一个截面尺寸,在研磨加工功能中,使硅块的平面部和角部的表面粗糙度微细化、并除去形成于表层内部的微裂纹。
[0021] 本发明的多棱柱状部件的加工装置具备:把持构件(I),该把持构件(I)用于把持 作为被加工物的多棱柱状的硬脆材料;测量构件(2),该测量构件(2)用于进行上述被加工物的截面尺寸的测量、用于对上述把持构件(I)把持被加工物的位置进行定心的中心位置的测量、以及磨削构件⑶和研磨构件⑷的切入量为“零”的位置即基点的位置的测量;磨削构件(3),该磨削构件(3)将上述加工物的平面部(F)和角部(C)磨削加工成使其截面尺寸和截面形状在公差内;研磨构件(4),该研磨构件对结束了上述磨削加工的被加工物的平面部(F)和角部(C)进行研磨加工以除去存在于其表层的微裂纹;移送构件(5),该移送构件(5)将把持上述被加工物的把持构件(I)移送至上述测量构件(2)、上述磨削构件
(3)、上述研磨构件(4)所配置的位置,以对由上述把持构件(I)把持的被加工物的平面部(F)和角部(C)进行测量、磨削、研磨;以及控制构件(6),该控制构件(6)基于加工开始前被输入的初始设定项目以及上述测量构件(2)的测量信号进行运算处理,并向上述各个构件输出动作信号(第一发明)。
[0022] 根据上述第一发明,本发明的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置具备如下功能:磨削加工功能,相对于被加工物对上述磨削构件(3)施加一定的切入量,一边对上述被加工物的变形等形状进行修整一边将外形尺寸切削到公差内;以及研磨加工功能,相对于被加工物对上述研磨构件(4)施加一定的压力,沿着上述被加工物的表面进行仿形加工而将其表层研磨掉几ym〜几十μ m、以除去凹凸、龟裂,并将表面粗糙度研磨至微细的表面粗糙度,因此,在硅块(W)等的多棱柱状部件的制造生产线中,即便是在搬入了截面尺寸和直角度从公差范围偏离的多棱柱状部件的情况下,也能够在将其截面尺寸和截面形状加工到公差内之后可靠地除去表层部的微裂纹。
[0023] 并且,上述磨削构件(3)为磨石,上述磨石由转盘A (31)和旋转轴A (33)构成,上述转盘A(31)构成为,使熔融固定有磨粒而形成的磨粒部(32)的表面与上述被加工物的加工面接触并进行旋转,上述旋转轴A (33)用于向该转盘A(31)传递旋转驱动源的旋转,上述研磨构件(4)为研磨刷,上述研磨刷由转盘B (41)和旋转轴B (43)构成,在上述转盘B (41)植设有熔融固定有磨粒的刷毛部件(42),且上述转盘B (41)构成为,使刷毛部件的毛尖部与被加工物的加工面接触并进行旋转,上述旋转轴B(43)用于向该转盘B(41)传递旋转驱动源的旋转(第二发明)。
[0024] 根据第二发明,磨削构件(3)为具有刚性的磨石,因而具备将被加工物的变形等削掉而对形状进行修整的切削能力、和将外形尺寸切削到公差内的磨削加工能力,因此能够可靠地进行磨削加工。并且,研磨构件(4)为以熔融固定有磨粒的原材料作为刷毛部件(42)的研磨刷,由此,在研磨加工时,上述刷毛部件(42)被按压于被加工物的加工面,该刷毛部件(42)的毛尖部一边仿效被加工物的加工面一边与被加工物的加工面接触并旋转,能够将该被加工物的表层研磨掉几Pm〜几十μ m而除去微裂纹,并且能够可靠地进行对表面进行微细地精加工的研磨加工。
[0025] 另外,上述研磨构件⑷的研磨刷可以采用下述两种类型中的任一种:将混合有磨粒的刷毛部件(42)捆束并能够装卸地安装于转盘B(41),当刷毛部件(42)磨损时能够仅更换该刷毛部件(42)的类型(参照图7和实施例);以及将未图示的刷毛部件固定安装于转盘,当刷毛部件磨损时将该刷毛部件连同转盘一起进行更换的类型(未图示)。
[0026] 并且,也可以构成为,对于上述磨削构件(3)的磨石,熔融固定于其磨粒部(32)的磨粒的粒度为I种或者2种以上,对于上述研磨构件(4)的研磨刷,熔融固定于其刷毛部件(42)的磨粒的粒度为2种以上(第三发明)。 [0027] 并且,也可以构成为,对于上述研磨构件(4)的研磨刷,熔融固定于其刷毛部件
(42)的磨粒的粒度为2种以上,将该磨粒的粒度粗的刷毛部件(42)植设于距离转盘B (41)的旋转中心近的内圈部,并且,将上述磨粒的粒度细的刷毛部件(42)植设于距离转盘B(41)的旋转中心远的外圈部(第四发明)。
[0028] 关于研磨构件(4)所采用的研磨刷的结构,在熔融固定的磨粒的粒度为例如2种的情况下,以往需要根据各种磨粒的粒度设置2台研磨刷,但根据上述第四发明,能够将磨粒的粒度粗的刷毛部件(42)植设于距离转盘B(41)的旋转中心近的内圈部,并且,将磨粒的粒度细的刷毛部件(42)植设于距离转盘B(41)的旋转中心远的外圈部,只要设置具备磨粒的粒度不同的2种刷毛部件(42)的I台研磨刷即可,能够实现生产成本的降低和装置的紧凑化。
[0029] 并且,也可以是,上述磨削构件(3)为磨石,上述磨石的磨粒的粒度包括F90〜F220(JISR6001 :1998)和 #240 〜#500 (JISR6001 :1998),上述研磨构件(4)具备:磨粒的粒度为#240〜#500(JISR6001 :1998)的粗研磨用的研磨刷和磨粒的粒度为#800〜#1200 (JISR6001 :1998)的精研磨用的研磨刷(第五发明)。
[0030] 对在上述第三发明和第五发明中将上述磨削构件(3)的磨粒的粒度分成由JISR6001 :1998规定的F90〜F220的粗粒分区、以及#240〜#500的精密研磨分区的两组的优点进行说明。当在前工序中切断成四棱柱状的硅块的情况下,将其截面尺寸精加工成如下的任一个尺寸,在称作:5英寸的情况下精加工成边长125mm±0. 5mm,在称作:6英寸的情况下精加工成边长156mm±0. 5mm,在称作:8英寸的情况下精加工成边长210mm±0. 5mm,但根据情况不同,存在位于该公差外的情况、该四棱柱状的硅块(W)的截面形状不一样且各个角部(C)的直角度位于90±0. I度的角度所容许的公差外的情况。在这种情况下,根据第三发明和第五发明,存在如下的优点:为了使其截面尺寸和截面形状在上述公差内、能够选择能够提高切削效率地进行磨削加工的F90〜F220的粗粒分区而加以使用,在对容易产生被称作破片(chipping)的裂纹、缺口的部位(多晶硅块(W)的角部(C)等)进行磨削加工的情况下、能够选择能够防止上述破片的发生而进行磨削加工的#240〜#500的精密研磨分区而加以使用。并且,当在磨削构件⑶的磨粒部(32)应用熔融固化了具有2种粒度的磨粒的情况下,例如能够在磨粒部(32)的磨削加工面设置圆形或者环状的内圈区域和设置于该内圈区域的外侧的环状的外圈区域,在该内圈区域熔融固化粒度细的磨粒,在外圈区域熔融固化粒度粗的磨粒,并且使内圈区域比外圈区域突出而将该突出量形成为细磨粒的切入量。
[0031] 并且,作为上述研磨构件(4)的磨粒,粗研磨用的研磨刷应用力度为由JISR6001 :1998规定的#240〜#500的磨粒,精研磨用的研磨刷应用#800〜#1200的磨粒,通过具备2种研磨刷,能够在通过上述粗研磨用的研磨刷的高研磨能力高效且可靠地除去存在于硅块(被加工物)的表层部的微裂纹之后,通过上述精研磨用的研磨刷的微细研磨能力将通过上述粗研磨加工而粗糙的表层部的表面粗糙度研磨至微细的表面粗糙度,能够消除后工序中的裂纹、缺口的产生。
[0032] 并且,也可以形成为如下的结构:上述测量构件(2)由基准块(15)、测量器具A(21) (21)和测量器具B (22)构成, [0033] 该基准块(15)具备形成于两侧、且具有已知的间隔的基准面,该基准块(15)以基准块(15)的柱轴方向与要加工的被加工物的柱轴方向平行的方式一体地设置于把持构件
(I)的夹紧轴(13)的一方,
[0034] 测量器具A(21) (21)通过从与该被加工物的柱轴方向正交的两侧方向沿水平方向测量该基准块(15)的对置的基准面的位置、以及被加工物的对置的平面部(F)的位置或者对置的角部(C)的位置,来测量被加工物的外形尺寸,
[0035] 测量器具B (22)测量上述被加工物的上面侧平面部(F)或者上面侧角部(C)的垂直方向的高度位置(第六发明)。
[0036] 根据第六发明,例如当以上述被加工物为四棱柱状的硅块(W)的情况为例进行说明时,利用测量器具A(21) (21)从与柱轴方向正交的两侧方向(图I和图4的Y方向)测量把持构件(I)所具备的基准块(15)的基准面的位置和硅块(W)的平面部(F)或者角部(C)的位置,由此,能够测量该硅块(W)的对置的平面部(F)或者角部(C)的间隔的实际尺寸(图I和图4的Y方向的尺寸)、并且能够测量对置的平面部(F)的中心位置。并且,利用测量器具B(22)测量该硅块(W)的上面侧平面部(F)或者上面侧角部(C)的垂直方向(图2和图4的Z方向)的高度位置,由此,能够测量垂直方向(图2和图4的Z方向)的该硅块(W)的中心位置。
[0037] 关于上述第一发明所记载的测量构件(2)的作用,如果使用上述第六发明的测量器具(2)所记载的构成要素加以补充说明的话,
[0038] <1>的截面尺寸的测量是指,利用上述测量器具A(21) (21)测量上述硅块(W)的2个平面部(F)或者2个角部(C)之间的实际尺寸并将该结果存储于控制构件(6),
[0039] <2>当把持构件(I)把持该硅块(W)时,用于进行把持的位置的定心的中心位置是指,载置在把持构件(I)的基台(11)上的该硅块(W)的图I和图4所示的Y方向的中心位置。该中心位置基于测量构件(2)的测量器具A(21)的测量值算出。进而,为了使所算出的该硅块(W)的中心位置与把持构件(I)的中心一致,图I和图3所示的按压器具(12)
(12)前后移动来进行该娃块(W)的定位。
[0040] 并且,图2和图4所示的Z方向的中心位置基于测量构件⑵的测量器具B(22)的测量值算出。进而,为了使所算出的该硅块(W)的高度方向中心位置与把持构件(I)的高度方向中心一致,基台(11)上下移动来进行定位。这样,能够以使该硅块(W)的柱轴方向的两端面的中心位置与夹紧轴(13)(13)的中心位置一致的方式进行把持。
[0041] <3>为了存储相当于磨削构件⑶和研磨构件⑷的切入量为“零”的位置的基点的位置而进行以下的处理。
[0042] 首先,利用图I和图4所示的测量构件⑵的测量器具A(21) (21)测量上述基准块(15)的对置的基准面的间隔尺寸(该间隔尺寸为已知,且预先输入到控制构件(6)),并存储于控制构件(6),
[0043] 接着,使上述磨削构件(3)和研磨构件⑷的前端部分别与基准块(15)的基准面接触,基于该接触位置和通过上述〈1>测量并存储于控制构件(6)的磨削/研磨加工前的该硅块(W)的2个平面部(F)或者2个角部(C)之间的实际尺寸,通过运算处理求出相当于磨削构件(3)和研磨构件(4)的切入量为“零”的位置的基点的位置,并将结果存储于控
制构件(6) ο
[0044] 另外,作为上述测量构件(2),可以使用与要测量的部位直接接触来进行测量的接触式、和通过放射激光来进行测量的非接触式的任一个方式。
[0045] 并且,基于上述第一发明所记载的输入控制构件(6)的初始设定项目以及测量构件(2)的测量信号,利用该控制构件(6)进行运算处理,并根据基于该运算结果的动作信号,对把持构件(I)、测量构件(2)、磨削构件(3)、研磨构件(4)、移送构件(5)的各个构件进行控制。
[0046] S卩,在与上述测量构件(2)的作用相关的补充说明中叙述的〈1X2X3〉的各个步骤中,控制构件(6)进行运算处理并且存储结果,基于该存储的结果和输入控制构件(6)的磨削/研磨加工后的截面尺寸,自动设定磨削构件(3)、研磨构件⑷的切入量。在要加工的硅块(W)的种类(多晶或者单晶)为多晶的情况下,按照后述的第十五发明所记载的加工工序使用于移送把持有该硅块(W)的把持构件(I)的移送构件(5)动作,并且,在要加工的硅块(W)为单晶的情况下,按照后述的第十六发明所记载的加工工序使用于移送把持有该硅块(W)的把持构件(I)的移送构件(5)动作。进一步,在单晶的硅块(W)的情况下,在角部(C)的加工中,如在上述旋转机构(14)的“连续旋转”的说明中所叙述的那样,以另外输入设定于控制构件出)的旋转速度使把持该单晶硅块(W)的夹紧轴(13)连续旋转。
[0047] 并且,也可以构成为,上述控制构件(6)具备如下功能:
[0048] 使磨削构件(3)的前端和研磨构件(4)的前端分别与上述基准块(15)的两侧的基准面接触,从而对该磨削构件(3)的前端和研磨构件(4)的前端的基点(切入量为“零”的位置)进行运算处理的功能;
[0049] 利用上述测量器具A(21)测量上述基准块(15)的两侧的基准面和被加工物的两侧的2个平面部(F)或者2个角部(C)的位置,从而对被加工物的截面尺寸进行运算处理的功能;
[0050] 在将上述被加工物载置于把持构件(I)的基台(11)并利用按压器具(12)对上述被加工物的两侧进行定位的状态下,利用上述测量器具A(21)和测量器具B(22)同时测量上述被加工物的侧面位置,从而进行使把持被加工物的两端面的上述夹紧轴(13)的轴心位置与上述被加工物的柱轴一致的定心的运算处理的功能;以及
[0051] 根据加工开始前输入的上述初始设定项目以及上述测量构件(2)所输出的测量信号进行运算处理,并向上述磨削/研磨加工装置的各构件输出动作信号的功能(第七发明)。
[0052] 说明对上述第七发明所记载的磨削构件和研磨构件的前端的基点(切入量为“零”的位置)进行运算处理的频度。
[0053] 磨削构件每当进行磨削加工时都在使磨削构件的前端与基准块的两侧的基准面接触而进行切入量为“零”的位置的运算处理之后设定切入量而进行磨削加工,但研磨构件仅在更换了新的研磨刷时使研磨构件的前端与基准块的两侧的基准面接触而进行切入量为“零”的位置的运算处理。因而,对于研磨加工中的研磨刷的切入量的设定,通过对在研磨加工中使用研磨刷的次数进行计数来调整刷毛部件的前端的切入量而进行研磨加工。
[0054] 根据第七发明,由于在控制构件(6)设置有用于使本发明的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置自动化的各功能,所以能够可靠地对被加工物的平面部(F)和角部(C)进行磨削加工和研磨加工,并且能够节省劳力。·
[0055] 并且,也可以构成为,上述被加工物的截面为四边形,将要进行上述磨削/研磨加工的四棱柱状的被加工物的截面尺寸及其公差形成为边长125_±0. 5_(称作:5英寸)、边长156mm±0. 5mm(称作:6英寸)、边长210mm±0. 5mm(称作:8英寸)的任一个,将该四棱柱状的被加工物的2个平面部(F)相交而成的角部(C)的直角度作为截面形状的公差而设定为90度±0. I度(第八发明)。
[0056] 根据第八发明,能够基于加工开始前输入控制构件(6)的初始设定项目中的被加工物的磨削/研磨加工后的截面尺寸及其公差进行磨削/研磨加工。
[0057] 并且,上述把持构件(I)具备:
[0058] 基台(11),该基台(11)将被加工物载置成上述被加工物的柱轴呈水平,且该基台能够在垂直方向上下移动;
[0059] 按压器具(12),该按压器具(12)在隔着该基台(11)的两侧沿与上述被加工物的柱轴正交的方向进退移动而按压被加工物的两侧,从而将被加工物的柱轴定位在上述基台
(11)的中心;
[0060] 夹紧轴(13) (13),该夹紧轴(13) (13)的轴心配置在与上述被加工物的柱轴相同的方向、且配置在该被加工物的柱轴方向两端侧,通过使该夹紧轴(13)(13)的一方前进来把持被定位在上述基台(11)的中心的被加工物的两端面;以及
[0061] 旋转机构(14),该旋转机构(14)使该夹紧轴(13) (13)以其轴心为中心进行间歇旋转或者连续旋转(第九发明)。
[0062] 上述夹紧轴(13) (13)具备把持被加工物的柱轴方向两端面并且测量该被加工物的柱轴方向的尺寸而后存储于控制构件(6)的功能。因而,能够基于该被加工物的柱轴方向的尺寸测量结果对移送构件(5)的移送距离进行控制,该移送构件(5)将被加工物移送到测量构件(2)、磨削构件(3)、研磨构件(4)的各个构件所配置的位置,以对被加工物进行测量、磨削加工、研磨加工。并且,夹紧轴(13) (13)的一方与旋转机构(14)连结,能够驱动该被加工物旋转。进而,另一方成为从动侧夹紧轴。
[0063] 上述旋转机构(14)的“间歇旋转”是指,以使被加工物的应当加工的面位于与磨削构件(3)或者研磨构件(4)对置的位置的方式进行旋转并进行旋转方向对位。即,基于加工开始前输入控制构件(6)的硅块(W)的种类来决定加工顺序,并按照该加工顺序向旋转机构(14)输出动作信号。旋转机构(14)基于该动作信号使夹紧轴(13)旋转,因此,能够以使由夹紧轴(13)所把持的硅块(W)的应当实施磨削加工或者研磨加工的2个平面部(F)或者角部(C)位于与磨削构件(3)或者研磨构件⑷对置的位置的方式旋转。以下以加工多晶硅块(W)的情况为例进行说明。
[0064] 当对置的I对平面部(F)加工结束,进行余下的I对平面部(F)的加工时,将硅块(W)旋转90度,对余下的I对平面部(F)进行加工。进而,在2对平面部(F)、即4个平面部(F)的加工结束后,将硅块(W)旋转45度,进行对置的I对角部(C)的加工。进而,将硅块(W)进一步旋转90度,进行余下的I对角部(C)的加工,结束全部的平面部(F)和角部(C)的加工。
[0065] 上述旋转机构(14)的“连续旋转”是指,在对加工面的形状为圆弧状的被加工物(例如单晶硅块(W))的角部(C)进行磨削加工或者研磨加工的情况下,一边使该被加工物连续旋转一边对该被加工物进行加工。把持该被加工物的夹紧轴(13)根据另外输入设定的旋转速度连续旋转。
[0066] 根据上述第九发明,通过并用上述第六发明的测量构件(2)的各功能,在进行载置于基台(11)的被加工物的与柱轴方向正交的水平方向(图I和图4的Y方向)和垂直方向(图2和图4的Z方向)的定心后,夹紧轴(13)(13)能够可靠地把持于被加工物的柱轴两端面的中心位置,进一步,在对被加工物进行磨削加工或者研磨加工时,能够按照上述方式使被加工物可靠地进行“间歇旋转”和“连续旋转”。
[0067] 并且,在第一发明中,上述被加工物也可以是四棱柱状的硅块(第十发明)。
[0068] 并且,对于基于多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,其中,上述多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置具备:
[0069] 把持构件(I),该把持构件(I)用于把持作为被加工物的多棱柱状的硬脆材料;
[0070] 测量构件(2),该测量构件(2)在进行上述被加工物的截面尺寸的测量、用于对上述把持构件(I)把持被加工物的位置进行定心的测量、以及使磨削构件(3)和研磨构件(4)的切入量为“零”的基点的位置的测量时使用;
[0071] 磨削构件(3),该磨削构件(3)用于对上述被加工物的平面部(F)和角部(C)进行磨削加工;
[0072] 研磨构件(4),该研磨构件⑷用于对上述被加工物的平面部(F)和角部(C)进行研磨加工;
[0073] 移送构件(5),该移送构件(5)将由上述把持构件(I)把持的被加工物移送至上述测量构件⑵、磨削构件⑶、研磨构件⑷所配置的位置;以及
[0074] 控制构件(6),该控制构件(6)基于加工开始前被输入的初始设定项目以及利用上述测量构件(2)测量到的测量值进行运算处理,并向上述各个构件输出动作信号,
[0075] 在多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法中,在利用上述磨削构件(3)对上述被加工物进行磨削加工后,利用上述研磨构件(4)对上述被加工物进行研磨加工(第十一发明)。
[0076] 并且,在上述第十一发明中,上述被加工物的截面为四边形,上述磨削构件(3)所使用的磨石的磨粒的粒度包括F90〜F220(JISR6001 :1998)和#240〜#500 (JISR6001 :1998),上述研磨构件的粗研磨用的研磨刷所使用的磨粒的粒度为#240〜#500(JISR6001 :1998),上述研磨构件(4)的精研磨用的研磨刷所使用的磨粒的粒度为#800〜#1200(JISR6001 :1998),将要进行上述磨削/研磨加工的四棱柱状的被加工物的截面尺寸及其公差形成为边长125mm±0. 5mm(称作:5英寸)、边长156mm±0. 5mm(称作:6英寸)、边长210mm±0. 5mm(称作:8英寸)的任一个,将该四棱柱状的被加工物的2个平面部(F)相交而成的角部(C)的直角度作为截面形状的公差而设定为90度±0. I度(第十二发明)。
[0077] 并且,在上述第i^一发明或者第十二发明中,也可以形成为如下的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,将上述磨削构件⑶的切削余量设定为20 μ m〜700 μ m,利用磨削构件(3)以使被加工物的表面粗糙度为Ry 2.0〜10.0μπιϋΙ5Β0601 :1994)的方式进行磨削加工,之后,将研磨构件⑷的切削余量设定为75μπι以上,利用研磨构件(4)以使被加工物的表面粗糙度为Ryl. I μ m(JISB0601 :1994)的方式进行研磨加工(第十三发明)。
[0078] 并且,在第i^一发明中,也可以形成为如下的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,上述被加工物为四棱柱状硅块(第十四发明)。
[0079] 并且,在第十三发明中,也可以形成为如下的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方 法,上述被加工物为多晶硅块(W),按照平面部(F)的磨削加工、角部(C)的磨削加工、平面部(F)的研磨加工的顺序进行该多晶硅块(W)的加工工序(第十五发明)。
[0080] 在上述第十五发明中,之所以仅对4个平面部(F)进行研磨加工、而不对角部(C)进行研磨加工,是因为微裂纹的产生部位几乎都位于平面部(F),在角部(C)的与平面部(F)的接合部位附近存在微裂纹,因此,如果将4个平面部(F)研磨加工掉75 μ m以上的话,则也能够同时除去存在于角部(C)与平面部(F)之间的接合部位附近的微裂纹。
[0081] 并且,在上述第十三发明中,上述被加工物为单晶硅块(W),按照平面部(F)的磨削加工、角部(C)的磨削加工、角部(C)的研磨加工、平面部(F)的研磨加工的顺序进行该单晶硅块(W)的加工工序(第十六发明)。 [0082] 在上述第十六发明中,之所以在平面部(F)的研磨加工前进行角部(C)的研磨加工,是因为如下原因:与上述多晶硅块(W)同样,即便是在单晶硅块(W)的情况下,微裂纹也多存在于角部(C)与平面部(F)之间的接合部位附近,如果对平面部(F)进行研磨加工的话,则能够除去上述微裂纹。
[0083] 发明的效果
[0084] 例如在被加工物为利用线锯将硅锭切断而形成的四棱柱状硅块(W)的情况下,
[0085] 本发明具备如下两个功能:
[0086] (I)将该硅块(W)精加工成例如边长125mm(称作:5英寸)、边长156mm(称作:6英寸)、边长210mm(称作:8英寸)、且其尺寸公差为±0. 5mm的截面尺寸,并且,将该硅块(W)精加工成其平面部(F)相交而形成的角部(C)的直角度的公差为±0. I度的截面形状的磨削功能;以及
[0087] (2)除去该硅块(W)的表层的微裂纹并使表面粗糙度微细化的研磨功能,
[0088] (3)能够自动化地进行从将要加工的硅块(W)搬入本发明的磨削/研磨加工装置到结束磨削/研磨加工并将硅块(W)搬出为止的各工序,
[0089] 因此,能够可靠地进行磨削/研磨加工并且节省劳力。并且,即便是在将在硅块(W)的制造生产线上的硅锭的切断工序中截面尺寸和直角度偏离规格的硅块(W)搬入本发明的磨削/研磨加工装置的情况下,通过使用磨石作为磨削构件(3),能够将截面尺寸和截面形状加工成收纳在公差内。另外,通过使用研磨刷作为研磨构件(4),能够进行微裂纹的除去。结果,当在下一工序中使用线锯将该硅块(W)切片加工成几百μ m的厚度而形成硅晶片的情况下,能够将硅晶片的外形尺寸加工到公差内,并且,能够抑制硅晶片的切片加工时产生的裂纹、缺口,能够降低次品的产生率。
[0090] 并且,由于在把持硅块(W)的把持构件⑴的夹紧轴(13) (13)设置有使该夹紧轴
(13) (13)进行“间隙旋转”或者“连续旋转”的旋转机构(14),所以能够对硅块(W)的角部(C)的形状为C面 (平坦的倒角面)的多晶硅块(W)和角部(C)的形状为圆弧形状的单晶硅块(W)的双方进行磨削/研磨加工。因而,能够使相对于多晶硅块(W)和单晶硅块(W)这两者的加工程序自动化。
附图说明
[0091] 图I是本发明的磨削/研磨装置的俯视图。
[0092] 图2是示出将硅块载置在本发明的把持构件的基台上后的状态的主视图。
[0093] 图3是示出将硅块载置在本发明的把持构件的基台上后的状态的图,是示出解除按压器具后的状态的侧视图。
[0094] 图4是示出本发明的测量构件的测量器具的配置的侧视图。
[0095] 图5是作为本发明的磨削构件使用的磨石的主视图。
[0096] 图6是图5的磨石的仰视图。
[0097] 图7是作为本发明的研磨构件使用的研磨刷的主视图。
[0098] 图8是图7的研磨刷的仰视图。
[0099] 图9是利用线锯将多晶硅锭切断而形成硅块(A) (B) (C)时的立体图。
[0100] 图10是多晶硅块(A)⑶(C)的主视图。
[0101] 图11是从平面观察利用线锯将单晶硅锭切断的状态的说明图。
[0102] 图12是单晶硅块的立体图。
[0103] 图13是用于说明多晶硅块和单晶硅块的加工工序的流程图。
具体实施方式
[0104] 关于本发明涉及的多棱柱状部件的磨削/研磨装置的结构及其操作顺序,以四棱柱状的硅块的加工为例参照附图进行说明。
[0105] 如图I所示,本发明的硅块的磨削/研磨装置具备:
[0106] 把持构件(I),该把持构件⑴用于把持四棱柱状的娃块(W);
[0107] 测量构件(2),该测量构件(2)用于进行上述硅块(W)的截面尺寸的测量、上述把持构件(I)把持硅块(W)的位置的定心、并计算将磨削构件(3)和研磨构件(4)的切入量设为“零”的基点的位置;
[0108] 磨削构件(3),该磨削构件(3)对上述硅块(W)的平面部(F)和角部(C)进行磨削加工,并磨削成边长125mm(称作:5英寸)、边长156mm(称作:6英寸)、边长210mm(称作8英寸)的任一个截面尺寸;
[0109] 研磨构件(4),该研磨构件⑷对结束了上述磨削加工的硅块(W)的平面部(F)和角部(C)进行研磨加工、除去存在于其表层的微裂纹;[0110] 移送构件(5),该移送构件(5)将把持有上述硅块(W)的把持构件(I)移送到上述测量构件⑵、磨削构件⑶、研磨构件⑷所配置的位置,以对由上述把持构件⑴把持的硅块(W)的平面部(F)和角部(C)进行测量、磨削、研磨;以及
[0111] 控制构件(6),该控制构件(6)基于加工开始前输入的初始设定项目和上述测量构件(2)的测量信号进行运算处理,从而对上述各构件输出动作信号。
[0112] 在加工开始前,向控制构件(6)输入上述初始设定项目,上述初始设定项目包括:在基准块(15)的两侧形成的基准面的间隔尺寸(已知);要加工的硅块(W)的种类(多晶或者单晶);该硅块(W)的磨削/研磨加工后的截面尺寸及其公差;对单晶硅块(W)的角部(C)进行加工时的旋转机构(14)的旋转速度;磨削构件(3)和研磨构件⑷的外形尺寸、磨粒的粒度、旋转速度;以及在磨削/研磨加工中利用移送构件(5)移送硅块(W)的移送速度。 [0113] 对于对上述控制构件(6)输入的磨削/研磨加工中的硅块(W)的移送速度,需要设定于不残留磨削加工或者研磨加工痕迹的范围,当对多晶硅块(W)的平面部(F)和角部(C)以及单晶硅块(W)的平面部(F)进行加工时设定为10〜40mm/秒,当对单晶硅块(W)的角部(C)进行加工时设定为IOmm/秒以下。为了设定适当的移送速度,需要考虑磨削/研磨加工的磨粒的粒度、切入量、旋转速度的设定条件,例如,如果磨粒的粒度粗则需要将移送速度设定在上述范围的慢速区域,如果磨粒的粒度细则需要将移送速度设定在上述范围的快速区域。
[0114] 通过将设置于上述控制构件(6)的加工开始开关置于0N,利用搬入用输送机(M)将要加工的硅块(W)经由未图示的移载装置设置在图2所示的把持构件(I)的基台(11)上。然后,从该硅块(W)的两侧起,图I和图3所示的按压器具(12)分别前进,并定位在连结夹紧轴线(13)和在该夹紧轴线(13)的两侧配置的磨削构件(3)和研磨构件(4)的中央(图I所示的Y方向的中央)的线上。在该状态下,夹紧轴(13)的一方朝X方向、即硅块(W)侧前进,利用该夹紧轴(13)把持硅块(W)。
[0115] 上述把持机构⑴由移送机构(5)移送到磨削构件(3)和研磨构件⑷所配置的位置,使磨削构件(3)的磨粒部(32)的前端与载置于该把持构件(I)的基准块(15)的两侧的基准面接触,并且使研磨构件(4)的粗研磨用和精研磨用的刷毛部件(42)的前端分别与载置于该把持构件(I)的基准块(15)的两侧的基准面接触。由此,在控制构件(6)中存储将该磨削构件(3)的磨粒部(32)、以及研磨构件(4)的粗研磨用和精研磨用的刷毛部件
(42)的切入量设为“零”的基点的位置。切入量是指,当将硅块(W)的表面(被加工面)设为“零(基点)”时,表示磨削构件(3)的磨粒部(32)以及刷毛部件(42)的前端从该基点向柱轴方向移送的移送量。即,根据基于磨削构件⑶和研磨构件⑷的切入量来决定硅块(W)的切削余量。
[0116] 以上说明了硅块的种类为多晶、单晶所通用的操作顺序、以下说明对多晶硅块(W)进行磨削/研磨加工时的操作顺序。
[0117] 接着,上述把持构件(I)被移送到测量构件(2)所配置的位置,如图4所示,利用测量器具A(21)对多晶硅块(W)的两侧的相互对置的一对平面部(F)进行测量,将一对平面部(F)的Y方向的位置存储于控制构件(6),并对该多晶硅块(W)的Y方向的厚度尺寸进行运算。基于该厚度实际尺寸和先前输入设定的“磨削/研磨加工后的截面尺寸”,自动设定图5和图6所示的由在转盘A(31)上形成有磨粒部(32)的磨石构成的磨削构件(3)的切入量。
[0118] 上述把持构件(I)由移送构件(5)移送到研磨构件(3)所配置的位置,利用研磨构件(3)对一对平面部(F)进行磨削加工。在磨削加工后,在利用测量器具A(21)确认了截面尺寸在上述加工尺寸的公差内之后,利用旋转机构(14)使把持构件(I)的夹紧轴(13)作90度间歇旋转,与上述一对平面部(F)的磨削加工同样地对余下的一对平面部(F)进行磨削加工,结束4个平面部(F)的磨削加工。
[0119] 接着,上述把持机构(I)再次被移送到测量构件⑵所配置的位置,利用旋转机构(14)使夹紧轴(13)作45度间歇旋转,由此,由该夹紧轴(13)把持的多晶硅块(W)的相互对置的一对角部(C)面向水平方向。在该状态下,利用测量器具A(21)对一对角部(C)的两面位置进行测量,对一对角部(C)的间隔实际尺寸运算,并且自动设定磨削构件(3)的切 入量。
[0120] 上述把持构件⑴再次由移送构件移送到磨削构件(3)所配置的位置,利用磨削构件(3)对一对角部(C)进行磨削加工,利用测量器具A(21)确认截面尺寸在上述加工尺寸的公差内。然后,利用旋转机构(14)使把持构件(10)的夹紧轴(13)作90度间歇旋转,与上述一对角部(C)的磨削加工同样地对余下的一对角部(C)进行磨削加工,从而将该多晶硅块(W)的截面尺寸磨削加工到上述加工尺寸的公差内。
[0121] 结束了磨削加工后的多晶硅块(W),按照如下所示的操作顺序,进行基于研磨构件
(4)的研磨加工。通过该研磨加工,除去4个平面部(F)的表层的微裂纹,并且将多晶硅块(W)加工成截面尺寸在上述加工尺寸的公差内。
[0122] 作为该研磨构件(4),使用由磨粒的粒度不同的粗研磨加工用刷毛部件(42)和精研磨加工用刷毛部件(42)构成的研磨刷。在图7和图8中示出该刷毛部件(42)。此处,要研磨加工的平面部(F)的截面尺寸的测量方法、粗研磨加工用和精研磨加工用的研磨刷的切入量的设定方法、以及粗研磨加工和精研磨加工的研磨加工的操作顺序,与上述磨削加工的操作顺序同样。另外,在多晶硅块(W)的研磨加工中,如上所述,仅进行4个平面部(F)的研磨加工就结束,而不进行角部(C)的研磨加工。
[0123] 结束了磨削加工和研磨加工后的多晶硅块(W)与把持构件⑴一起借助移送构件
(5)返回到原来的位置,且基于夹紧轴(13)和按压器具(12)的把持状态被解除。然后,力口工完毕的多晶硅块(W)由未图示的移载装置移载到图I所示的搬出用输送机(N)并被搬出。
[0124] 以上,对多晶硅块(W)的磨削/研磨加工的操作顺序进行了说明。接着,对单晶硅块(W)的情况下的磨削/研磨加工的操作顺序进行说明。
[0125] 如果将上述段落0058所记载的控制机构(6)的加工开始开关置于ON的话,则要磨削/研磨加工的单晶硅块(W)被设置在把持构件⑴的基台(11)上,利用按压器具(12)把持单晶硅块(W)的两侧,并且利用夹紧轴(13)把持两个端面。对于该单晶硅块(W),由于角部(C)的形状为将硅锭的一部分留下而形成的圆弧状,所以当进行角部(C)的磨削/研磨加工时,必须使该单晶硅块(W)连续旋转。因而,需要以使把持单晶硅块(W)的夹紧轴
(13)的轴心与硅块(W)的柱轴一致的方式进行定位(定心)。
[0126] 如图4所示,测量构件(2)能够利用Y方向的测量器具A(21)和Z方向的测量器具B(22)双方测量单晶硅块(W)的各侧面的位置。进而,能够根据该测量结果进行单晶硅块(W)的定心,上述夹紧轴(13)以夹紧轴(13)的轴心和硅块(W)的柱轴一致的方式把持硅块(W)。
[0127] 接着,上述把持构件⑴被移送到测量构件⑵所配置的位置,如图4所示,利用测量器具A(21)对单晶硅块(W)的两侧的相互对置的一对平面部(F)的Y方向的厚度尺寸进行运算。在自动设定磨削构件(3)的切入量后,对一对平面部(F)进行磨削加工。然后,把持要加工的单晶硅块(W)的上述把持构件(I),对余下的一对平面部(F)进行测量,并且使单晶硅块(W)在测量构件(2)和磨削构件(3)所配置的位置之间往复移动,从而与上述一对平面部(F)同样地对余下的一对的平面部 (F)进行磨削加工,结束4个平面部(F)的磨削加工。其间的加工顺序与上述多晶硅块(W)同样。
[0128] 接着,上述把持构件(I)再次被移送到测量构件(2)所配置的位置,利用旋转机构
(14)使夹紧轴(13)作45度间歇旋转,从而将单晶硅块(W)配置成相互对置的一对角部(C)面向水平方向。进而,利用测量器具A(21)测量该角部(C)的两侧,并对一对角部(C)之间的间隔尺寸进行运算,由此自动设定磨削构件(3)的切入量。
[0129] 上述把持构件(I)由移送构件(5)再次移送到磨削构件(3)所配置的位置,然后,根据先前输入设定的旋转机构(14)的旋转速度使夹紧轴(13)连续旋转,开始单晶硅块(W)的角部(C)的磨削加工。在角部(C)的磨削加工结束后,同样地,根据先前输入设定的旋转机构(14)的旋转速度使把持构件(I)的夹紧轴(13)连续旋转,依次进行4个角部(C)的粗研磨加工和精研磨加工。
[0130] 在该角部(C)的研磨加工结束后,利用上述旋转机构(14)使夹紧轴(13)旋转,将要研磨加工的单晶硅块(W)配置成相互对置的一对平面部(F)在水平方向对置,进行研磨加工。然后,利用旋转机构(14)使夹紧轴(13)作90度旋转,由此,对余下的一对平面部(F)同样地进行研磨加工,结束全部的研磨工序。
[0131] 载置有全部的磨削/研磨工序结束后的上述单晶硅块(W)的把持构件(I)返回到原来的位置,解除夹紧轴(13)和按压器具(12)的把持状态,然后,单晶硅块(W)经由未图示的移载装置被从把持构件(I)的基台(11)上移载到图I所示的搬出用输送机(N)并被搬出。
[0132] 接着,对当使用线锯将利用本发明所涉及的装置和方法进行了磨削/研磨加工后的娃块(W)进行切片加工而形成娃晶片时,能够减少因该娃晶片的裂纹、缺口等引起的次品的广生率的实施例进行叙述。
[0133] 另外,此处所使用的硅块(W)是被切断成四棱柱状的多晶硅块(W)和单晶硅块(W),利用本发明的磨削构件(3)对这些硅块(W)的4个平面部(F)和4个角部(C)进行磨肖IJ,由此将该硅块(W)磨削加工成截面尺寸收纳在公差内,然后,通过利用研磨构件(4)对单晶硅块(W)的表层进行研磨而除去微裂纹。
[0134] 实施例I
[0135] 如图9所示,在本实施例I中要加工的硅块(W)是从一个硅锭切出而得到的。当从硅锭切出硅块时,使用固定磨粒方式的新型线锯,将由4个平面部(F)和直角形状的4个角部(C)构成的四棱柱状的多晶硅块(W)切断成5列X 5列=总计25块。实施例I中使用的硅块(W)是图9和图10所示的从硅锭的4个角部切出的硅块A,在该硅块A中,在两个平面部形成有凸起。
[0136] 表I和表2中示出加工开始前输入到控制构件(6)的初始设定项目的内容。
[0137][表 I]
[0138]
--------设定条件
基准块的基准面间的实际尺寸 __IOOmm_
~ (实施例I)多晶
硅块 ____(实施例2)单晶_
(被加工物) 磨削/研磨结束后的尺寸 (实施例2) DisfiiO-SmmxSOOil-Omm
(截面X长度) (实施例 2) DlisiO-SmmxJOOil-Omm
加工单晶硅块的棱角部时的旋转速度(基准 ITTTTTTTT^
_ _ , v 105min ( 0.5〜1.1m/秒)
_圆周速度)__
[0139][表 2]
[0140]
______I
、〜〜 ~TTTTrTTTT 研磨构件:粗研磨~研磨构件:精研磨~
細件(磨石) (研磨刷) (研磨刷)
外形尺寸 (|> 250mm c|> 210mm <1> 270mm ★ , , , ^ (实施例 I) FlOO
■的粒度 (实施例_0 #24°__#80°
旋转速度 2700 min'1 1300 min1 1300 min1
(基准圆周速度)__(30~40m/秒) (10~20m/秒) (10~20m/秒)
[0141] 在上述表I所示出的初始设定项目内,利用基于激光法的测量器具A(21)预先测量基准块(15)的基准面的间隔尺寸(100mm),并将该测量结果存储于控制构件(6)。
[0142] 接着,上述多晶娃块A,是称作6英寸娃块的截面的边长为156mm(长度为500mm)的硅块,如图4所示,使用上述测量器具A(21),对于多晶硅块(W)的截面的相互对置的一对平面部测量高度方向3个部位X长度方向3个部位(总计9个部位),对于余下的一对平面部测量9个部位,合计测量18个部位。结果,多晶硅块A的截面的边长尺寸为156. 9〜157. 6mm(平均157. 1mm),表面粗糙度为Ry 21 y m〜27 y m(平均24 y m)。另外,长度为499. 6mm。
[0143] 在磨削构件(3)中,采用图5和图6所示的杯(cup)型的磨石,要磨削/研磨加工的多晶硅块A(W)的测定到的平均截面尺寸为称作6英寸的边长156_加上I. 1_。因而,需要利用磨削构件(3)磨削的量为单侧=0.55mm。对于用于形成磨削构件(3)的磨粒部
(32)的磨粒的粒度,从表3选择粗的磨粒、选择相当于FlOO (JISR6001 :1998)的粒度的金刚石磨粒。并且,将该磨粒部(32)的宽度设为8mm、将外形尺寸设为<j5250mm、将切入量设为0. 7mm,将旋转速度设为270011^11-1 (相当于磨削加工的基准圆周速度为30〜40m/秒)。使上述多晶硅块A(W)以20mm/秒的速度通过该磨削构件(3)所配置的位置而对一对平面部(F)进行磨削,然后,利用旋转机构(14)使夹紧轴(13)旋转90度、并与上述磨削同样地对余下的一对平面部进行磨削,结束4个平面部(F)的磨削加工。
[0144][表 3]
[0145]
Figure CN102791425AD00191
[0146] 在结束上述的4个平面部(F)的磨削加工后,利用旋转机构(14)使把持该多晶硅 块A(W)的夹紧轴(13)旋转45度而使一对的2个角部(C)在水平方向对置且位于与两侧的磨削构件(3)对置的位置。
[0147] 对于角部(C)的磨削构件(3)的磨粒的粒度和多晶硅块A(W)的移送速度,当形成为与上述平面部(F)的磨削时相同的条件而进行磨削的时候,会在平面部(F)与角部(C)之间的接合部位发现称作破片的裂纹,因此,将上述磨削构件(3)变更为磨粒的粒度细到#500 (JISR6001 :1998)的磨石、并将多晶硅块A (W)的移送速度变更为30mm/秒后进行磨肖IJ,结果,虽然磨削量变少,但能够形成不会产生如上所述的破片的角部(C)的倒角部。
[0148] 因而,对于余下的一对角部(C)的磨削,也将磨削构件(3)的磨粒的粒度设为#500,并利用上述旋转机构(14)使夹紧轴(13)旋转90度后与上述同样地进行磨削,结束4个角部(C)的磨削加工。结果,平面部(F)相互对置的2对平面部(F)的合计18个部位的间隔尺寸为156. I〜156. 6mm(平均:156. 2mm),2对平面部()的磨削加工量(=测量值/2所算出的结果)为390〜480 ii m (平均:430 u m),表面粗糙度为Ry 5〜8 y m (平均:7 u m) o
[0149] 将上述磨削加工后(研磨加工前)的多晶硅块A(W)切断以确认有无微裂纹,结果,在从表面起深度为70〜90 ii m的位置存在微裂纹。并且,为了作为参考确认将该多晶硅块A(W)切片加工成硅晶片相当品时的裂纹、缺口等的产生率,利用线锯将该多晶硅块A(W)切片加工成厚度200 iim,结果,该裂纹、缺口等的产生率为3.8%。
[0150] 在随后的研磨构件的粗研磨工序和精研磨工序中,采用图7和图8所示的杯型的研磨刷,其刷毛部件(42)使用扇形刷(segment blush),该扇形刷利用金属管等将安装基部捆束后装卸自如地装配于转盘B (41),当磨损时能够进行更换。
[0151] 在上述粗研磨用的研磨刷中,熔融固定于其刷毛部件(42)的磨粒的粒度使用表4所示的#240 (JISR6001 :1998)的金刚石磨粒。将研磨刷的外形尺寸设为MlOmm,将切入量设为0. 5mm,将旋转速度通过研磨加工的基准圆周速度10〜20m/秒进行换算而设为UOOmirT1,将要研磨的多晶硅块A(W)的移送速度设为20mm/秒,进行粗研磨加工。
[0152] [表 4]
[0153]
Figure CN102791425AD00201
[0154] 粗研磨加工结束后,结果,测量平面部(F)相互对置的2对平面部(F)的合计18个部位的间隔尺寸的结果为156. 0〜156. 4mm(平均:156. Imm),磨削加工量为75〜78 y m(平 均:7711111),表面粗糙度为1^2.9〜4.011111(平均:3. 4um)0
[0155] 在上述精研磨用的研磨刷中,熔融固定于其刷毛部件(42)的磨粒的粒度使用表4所示的#800的金刚石磨粒。将研磨刷的外形尺寸设为270mm,将切入量设为0. 8mm,将旋转速度通过研磨加工的基准圆周速度10〜20m/秒进行换算而设为lSOOmirT1,利用移送构件(5)使要研磨的多晶硅块A(W)以20mm/秒的移送速度通过上述精研磨用的研磨刷之间而对4个平面部(F)进行研磨加工,结束全部的加工。
[0156] 精研磨加工结束后,结果,平面部(F)相互对置的2对平面部(F)的合计18个部位的间隔尺寸为155. 9〜156. 4mm(平均:156. 1mm),磨削加工量为16〜19iim(平均:18 V- m),表面粗糙度为Ry 0. 9〜L I y m(平均:L 0 y m)。
[0157] 对实施了以上说明的多晶硅块A(W)的磨削加工、以及粗研磨加工和精研磨加工的加工结果加以汇总,则如下述的表5所示。
[0158][表 5]
[0159]
Figure CN102791425AD00202
[0160] 并且,利用线锯将上述磨削加工和研磨加工全部结束后的多晶硅块A(W)切片加工成娃晶片,调查因该娃晶片的裂纹、缺口等引起的次品的广生率。
[0161] 如上所述,将磨削加工后的该多晶硅块A(W)切片加工成硅晶片时因裂纹、缺口等引起的次品的产生率为3〜4%,但如表5所示,通过进行粗研磨加工和精研磨加工并将该研磨余量设为合计85 u m,将其表面粗糙度设为Ry平均:1. 0 y m,能够将次品的产生率降低至 I. 2%。
[0162] 实施例2
[0163] 在本实施例2中要加工的硅块(W),是将利用拉晶法制造的圆柱状的单晶硅锭切断而形成的单晶硅块(W)。将上述单晶硅锭的上下端部切断除去,将长度(在图11中,与纸面垂直的方向)切断成299. 0〜301. Omm的范围(称作:300mm)后,如图11所示,向固定夹具垂直地固定5列X 5列=总计25块。[0164] 对于上述25块的单晶硅锭,利用在上述实施例I中所使用的固定磨粒方式的新型线锯,将各单晶硅锭的主体的外周部分切断除去。此时,以外周的一部分形成宽度约25mm的圆弧状的4个角部(C)的方式进行加工。同时切断形成分别大致呈直角的4个平面部(F)而形成单晶硅块(W),从切断形成的25块上述单晶硅块中随机地取出一块来作为磨削、研磨加工用的样品。其外形尺寸为截面边长125mm(称作:5英寸)X长度300mm。
[0165] 在本实施例2中所使用的单晶硅块(W)的形状是由4个平面部(F)和圆弧形状的4个角部(C)构成的四棱柱状,与上述实施例I同样地实施其截面的外形尺寸的测量。即,对相互对置的2对平面部(F)的间隔进行合计18个部位的测量,结果,平面部(F)的间隔尺寸为125. 4〜126. 5mm (平均:126. Imm),长度为300. 8mm,表面粗糙度为Ry 22〜28 (平均:25 u m)。
[0166] 关于磨削/研磨构件的规格,除了将磨削构件所使用的杯型磨石的磨粒的粒度变 更为从表3选择设定的F180以外,都与上述实施例I相同(参照表2)。将磨削构件的磨粒的粒度变更为F180的理由是,要磨削/研磨加工的单晶硅块(W)的平均截面尺寸为称作:5英寸的边长125mm,与此相对,实测尺寸为125mm+0. 7mm,存在单侧=0. 35mm的切削余量,因此,采用比在上述实施例I中所使用的表3示出的FlOO细的粒度的F180 (JISR6001 : 1998)。
[0167] 在磨削加工中,利用夹紧轴(13)把持所准备的单晶硅块(W),使单晶硅块(W)成为一对平面部(F)在水平方向两侧对置的状态并通过上述一对磨削构件(3)之间,与上述实施例I的多晶硅块(W)同样地结束2对的平面部(F)的磨削。
[0168] 接着,基于先前输入设定的表I所示的旋转机构(14)的运转条件,一边使夹紧轴
(13)绕轴心以IOSmirT1的旋转速度连续旋转,一边使单晶硅块(W)以2_/秒的低速度通过由一对磨石构成的磨削构件(3)之间,从而结束对2对的角部(C)的磨削加工。
[0169] 结果,平面部(F)相互对置的2对平面部(F)的合计18个部位的间隔尺寸为124. 9〜125. 8mm (平均125. 4mm),4个平面部的切削余量为283 ~354um(平均:316 u m),4个平面部(F)和4个角部(C)的表面粗糙度为Ry 4〜6 y m(平均:5 y m)。
[0170] 对于随后的研磨加工,利用旋转机构(14) 一边使要研磨加工的单晶硅块(W)与上述同样地连续旋转,一边利用移送构件(5)使单晶硅块(W)以2_/秒的低速度通过由粗研磨用的研磨刷和精研磨用的研磨刷构成的研磨构件(4)之间,从而结束4个角部(C)的研磨加工。
[0171] 然后,对于该单晶硅块(W)的2对平面部(F)的研磨加工,与上述实施例I同样地,利用移送构件(5)使单晶硅块(W)以20_/秒的移送速度通过研磨构件(4)之间,从而结束2对平面部(F)的研磨加工,进而结束全部的加工。
[0172] 在上述研磨加工中,对于结束了粗研磨加工后的时刻的平面部(F)相互对置的2对平面部(F)的间隔,与上述同样地进行合计18个部位的测量,结果,平面部(F)的间隔为124. 8〜125. 6mm (平均:125. 3mm),研磨加工量为69〜75iim (平均:73iim),表面粗糙度为Ry2. 8〜3. 8iim(平均:3. 3 ym)。并且,对于结束了精研磨加工后的时刻的平面部相互对置的2对平面部(F)的间隔,进行合计18个部位的测量,结果,平面部(F)的间隔为124. 7〜125. 5mm(平均:125. 2mm),研磨加工量为17〜25iim(平均:20 y m),表面粗糙度为 Ry 0. 8 〜I. 0 u m(平均:0. 9 u m)。
[0173] 对结束了以上说明的单晶硅块(W)的磨削加工、以及粗研磨加工和精研磨加工后的截面外形尺寸和表面粗糙度加以汇总,则如下述的表6所示。
[0174][表 6]
[0175]
Figure CN102791425AD00221
[0176] 并且,利用线锯将上述磨削加工和研磨加工全部结束后的单晶硅块(W)切片加工成硅晶片,调查该硅晶片的因裂纹、缺口等引起的次品的产生率,结果,与上述实施例I的多晶硅块(W)同样,通过进行磨削加工后的粗研磨加工和精研磨加工并将该研磨加工量设为合计135 iim,将表面粗糙度设为Ry平均:0. 9 y m,能够将次品的产生率降低至1.0%。
[0177] 关于本发明,对与硅块的磨削/研磨相关的发明进行了说明,但本发明并不限定于应用于娃块,能够适当应用于例如玻璃、石材、陶瓷、铁氧体(ferrite)等全部硬脆材料。
[0178] 标号说明
[0179] I…把持构件;2…测量构件;3…磨削构件;4…研磨构件;5…移送构件;6…控制构件;11…基台;12…按压器具;13…夹紧轴;14…旋转机构;15…基准块;21…测量器具A ;22…测量器具B ;31…转盘A ;32…磨粒部;33…旋转轴A ;41…转盘B ;42…刷毛部件;43…旋转轴B ;W…硅块疋…硅块的平面部;(>••硅块的角部。

Claims (16)

1. 一种多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于,具备: 把持构件,该把持构件用于把持作为被加工物的多棱柱状部件; 测量构件,该测量构件用于进行所述被加工物的截面尺寸的测量、用于对所述把持构件把持被加工物的位置进行定心的中心位置的测量、以及磨削构件和研磨构件的切入量为“零”的位置即基点的位置的测量; 磨削构件,该磨削构件将所述加工物的平面部和角部磨削加工成使其截面尺寸和截面形状在公差内; 研磨构件,该研磨构件对结束了所述磨削加工后的被加工物的平面部和角部进行研磨加工以除去存在于其表层的微裂纹; 移送构件,该移送构件将把持所述被加工物的把持构件移送至所述测量构件、磨削构件、研磨构件,以对由所述把持构件把持的被加工物的平面部和角部进行测量、磨削、研磨;以及 控制构件,该控制构件基于加工开始前被输入的初始设定项目以及所述测量构件的测量信号进行运算处理,并向所述各个构件输出动作信号。
2.根据权利要求I所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 所述磨削构件为磨石,所述磨石由转盘A和旋转轴A构成,所述转盘A构成为,使熔融固定有磨粒而形成的磨粒部的表面与所述被加工物的加工面接触并进行旋转,所述旋转轴A用于向该转盘A传递旋转驱动源的旋转, 所述研磨构件为研磨刷,所述研磨刷由转盘B和旋转轴B构成,在所述转盘B植设有熔融固定有磨粒的刷毛部件,且所述转盘B构成为,使刷毛部件的毛尖部与被加工物的加工面接触并进行旋转,所述旋转轴B用于向该转盘B传递旋转驱动源的旋转。
3.根据权利要求2所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 对于所述磨削构件的磨石,熔融固定于其磨粒部的磨粒的粒度为I种或者2种以上, 对于所述研磨构件的研磨刷,熔融固定于其刷毛部件的磨粒的粒度为2种以上。
4.根据权利要求2所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 对于所述研磨构件的研磨刷,熔融固定于其刷毛部件的磨粒的粒度为2种以上, 将该磨粒的粒度粗的刷毛部件植设于距离转盘B的旋转中心近的内圈部,并且, 将所述磨粒的粒度细的刷毛部件植设于距离转盘B的旋转中心远的外圈部。
5.根据权利要求3或4所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 所述磨削构件为磨石,所述磨石的磨粒的粒度包括F90〜F220(JISR6001 :1998)和#240 〜#500(JISR6001 :1998), 所述研磨构件具备:磨粒的粒度为#240〜#500(JISR6001 :1998)的粗研磨用的研磨刷和磨粒的粒度为#800〜#1200(JISR6001 :1998)的精研磨用的研磨刷。
6.根据权利要求5所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 所述测量构件由基准块、测量器具A和测量器具B构成, 该基准块具备形成于两侧、且具有已知的间隔的基准面,该基准块以基准块的柱轴方向与要加工的被加工物的柱轴方向平行的方式一体地设置于把持构件的夹紧轴的一方, 测量器具A通过从与该被加工物的柱轴方向正交的两侧方向沿水平方向测量该基准块的对置的基准面的位置、以及被加工物的平面部的位置或者对置的角部的位置,来测量被加工物的外形尺寸, 测量器具B测量所述被加工物的上面侧平面部或者上面侧角部的垂直方向的高度位置。
7.根据权利要求6所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 所述控制构件具备如下功能: 使磨削构件的前端和研磨构件的前端分别与所述基准块的两侧的基准面接触,从而对该磨削构件的前端的基点和研磨构件的前端的基点(切入量为“零”的位置)进行运算处理的功能; 利用所述测量器具A测量所述基准块的两侧的基准面和被加工物的两侧的2个平面部或者2个角部的位置,从而对被加工物的截面尺寸进行运算处理的功能; 在将所述被加工物载置于把持构件的基台并利用按压器具对所述被加工物的两侧进行定位的状态下,利用所述测量器具A和测量器具B同时测量所述被加工物的侧面位置,从而进行使把持被加工物的两端面的所述夹紧轴的轴心位置与所述被加工物的柱轴一致的定心的运算处理的功能;以及 根据加工开始前输入的所述初始设定项目以及所述测量构件所输出的测量信号进行运算处理,并向所述磨削/研磨加工装置的各构件输出动作信号的功能。
8.根据权利要求7所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 所述被加工物的截面为四边形, 将要进行所述磨削/研磨加工的四棱柱状的被加工物的截面尺寸及其公差形成为边长125mm±0. 5mm(称作:5英寸)、边长156mm±0. 5mm(称作:6英寸)、边长210mm±0. 5mm(称作:8英寸)的任一个, 将该四棱柱状的被加工物的2个平面部相交而成的角部的直角度作为截面形状的公差而设定为90度±0. I度。
9.根据权利要求8所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 所述把持构件具备: 基台,该基台将被加工物载置成所述被加工物的柱轴呈水平,且该基台能够在垂直方向上下移动; 按压器具,该按压器具在隔着该基台的两侧沿与所述被加工物的柱轴正交的方向进退移动而按压被加工物的两侧,从而将被加工物的柱轴定位在所述基台的中心; 夹紧轴,该夹紧轴的轴心配置在与所述被加工物的柱轴相同的方向、且配置在该被加工物的柱轴方向两端侧,通过使该夹紧轴的一方前进来把持被定位在所述基台的中心的被加工物的两端面;以及 旋转机构,该旋转机构使该夹紧轴以其轴心为中心进行间歇旋转或者连续旋转。
10.根据权利要求I所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置,其特征在于, 所述被加工物为四棱柱状的硅块。
11. 一种多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,其特征在于, 所述多棱柱状部件的磨削/研磨加工装置具备: 把持构件,该把持构件用于把持作为被加工物的多棱柱状部件; 测量构件,该测量构件在进行所述被加工物的截面尺寸的测量、用于对所述把持构件把持被加工物的位置进行定心的测量、以及使磨削构件和研磨构件的切入量为“零”的基点的位置的测量时使用; 磨削构件,该磨削构件用于对所述被加工物的平面部和角部进行磨削加工; 研磨构件,该研磨构件用于对所述被加工物的平面部和角部进行研磨加工; 移送构件,该移送构件将由所述把持构件把持的被加工物移送至所述测量构件、磨削构件、研磨构件所配置的位置;以及 控制构件,该控制构件基于加工开始前被输入的初始设定项目以及利用所述测量构件测量到的测量值进行运算处理,并向所述各个构件输出动作信号, 在多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法中,在利用所述磨削构件对所述被加工物进行磨削加工后,利用所述研磨构件进行所述被加工物的研磨加工。
12.根据权利要求11所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,其特征在于, 所述被加工物的截面为四边形, 所述磨削构件所使用的磨石的磨粒的粒度包括F90〜F220 (JISR6001 : 1998)和#240 〜#500(JISR6001 : 1998), 所述研磨构件的粗研磨用的研磨刷所使用的磨粒的粒度为#240〜#500(JISR6001 :1998),所述研磨构件的精研磨用的研磨刷所使用的磨粒的粒度为#800〜#1200(JISR6001 :1998),将要进行磨削/研磨加工的四棱柱状的被加工物的截面尺寸及其公差形成为边长l25mm±0. 5mm(称作:5英寸)、边长l56mm±0. 5mm(称作:6英寸)、边长210mm±0. 5mm(称作:8英寸)的任一个,将该四棱柱状的被加工物的2个平面部相交而成的角部的直角度作为截面形状的公差而设定为90度±0. I度。
13.根据权利要求11或12所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,其特征在于, 将所述磨削构件的切削余量设定为20 μ m〜700 μ m,利用磨削构件以使被加工物的表面粗糙度为Ry 2. O〜10.0ym(JISB0601 :1994)的方式进行磨削加工,之后, 将研磨构件的切削余量设定为75 μ m以上,利用研磨构件以使被加工物的表面粗糙度为Ryl. lum(JISB0601 :1994)以下的方式进行研磨加工。
14.根据权利要求11所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,其特征在于, 所述被加工物为四棱柱状的硅块。
15.根据权利要求13所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,其特征在于, 所述被加工物为多晶硅块, 按照平面部的磨削加工、角部的磨削加工、平面部的研磨加工的顺序进行该多晶硅块的加工工序。
16.根据权利要求13所述的多棱柱状部件的磨削/研磨加工方法,其特征在于, 所述被加工物为单晶硅块, 按照平面部的磨削加工、角部的磨削加工、角部的研磨加工、平面部的研磨加工的顺序进行该单晶娃块的加工工序。
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