JP2000042890A - シリコン球の製造方法および装置 - Google Patents

シリコン球の製造方法および装置

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JP2000042890A JP20793898A JP20793898A JP2000042890A JP 2000042890 A JP2000042890 A JP 2000042890A JP 20793898 A JP20793898 A JP 20793898A JP 20793898 A JP20793898 A JP 20793898A JP 2000042890 A JP2000042890 A JP 2000042890A
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敏昭 兼子
Katsutoshi Muramatsu
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高純度のシリコン球を安価に製造する。 【解決手段】 サイコロ状のシリコン素材Wを、治具3
のポケット4内に収容し、砥粒を有する回転定盤2の回
転により球形にバレル加工する。シリコン素材Wは、板
状のシリコンウェハーから切り出したものとする。定盤
は、回転定盤2に代えてベルト定盤を用いても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体回路の基
盤や、太陽電池として用いられる球状のシリコンの製造
方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体回路は、一般的に平板状のシリコ
ン上に形成される。しかし、球状のシリコン上に半導体
回路を形成することができれば、表面積を大きくするこ
とができて、シリコンを有効に使うことができる。この
ような球状のシリコンを製造する方法として、溶解した
シリコンを自由落下させ、表面張力を利用して球状に形
成する方法が知られている。この他に、シリコン基材に
多数の突起を形成し、各突起の先端を、加熱ビームの照
射により溶解させ、表面張力等の作用で球状に固化させ
る方法が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の溶解シ
リコンを自由落下させてシリコン球を得る方法では、高
純度で真球度の高いシリコン球を製造することが容易で
なく、製造設備も高価となる。また、シリコン基材の突
起を加熱して球状に固化させる方法は、固化した球状体
の突起と分離される箇所を、他の部分に対して均一な結
晶構造とすることが難しい。また、生産性も低い。
【0004】この発明の目的は、高純度のシリコン球
を、簡単に、生産性良く、安価に製造できるシリコン球
の製造方法および装置を提供することである。この発明
の他の目的は、各球間の寸法ばらつきを小さくすること
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明のシリコン球の
製造方法は、シリコン素材を治具のポケット内に収容
し、砥粒を有する定盤の運動により、前記ポケット内の
シリコン素材を球形にバレル加工するものである。この
ようにバレル加工すると、シリコン素材は、角部や突起
部から加工されて最終的には球状に加工される。加工前
のシリコン素材は、例えばシリコンウェハーを必要寸法
に切断したもので良く、高純度のものが容易に得られ
る。また、治具のポケットには多数のシリコン素材を収
容でき、多数のシリコン素材の加工が同時に行える。こ
れらのため、高純度のシリコン球を、簡単に、生産性良
く、安価に製造することができる。
【0006】この発明方法において、前記定盤は回転定
盤としても良い。このように回転定盤を用いると、簡単
な装置でバレル加工が行える。また、この発明方法にお
いて、前記定盤を、回転駆動される無端のベルト定盤と
しても良い。このようにベルト定盤を用いた場合、ポケ
ット内の各部におけるベルト定盤による加工速度がほぼ
一定に保たれるので、各シリコン球の間で相互差の少な
いシリコン球を製造することができる。また、この発明
方法において、前記シリコン素材は、シリコンウェハー
からサイコロ状、つまり立方体状に切断されたシリコン
単結晶材としても良い。このようなサイコロ状のシリコ
ン単結晶材は、一般に製造されるシリコンウェハーから
切り出すことで、高純度のものが容易に得られる。シリ
コン素材がサイコロ状であっても、バレル加工により角
部や突起部から加工され、最終的には球状に加工され
る。このため生産性が良い。
【0007】この発明の第1のシリコン球の製造装置
は、砥粒を有する回転定盤と、シリコン素材を収容する
ポケットが形成された治具とを備え、前記ポケット内の
シリコン素材を前記回転定盤でバレル加工するバレル加
工機からなる。前記治具のポケットは前記回転定盤の回
転中心から離れた箇所に配置されたものとする。この構
成の装置によれば、回転定盤を用いる簡単な構成であり
ながら、多数のシリコン素材を簡単に生産性良く球状に
加工することができる。また、ポケットが回転定盤の回
転中心から離れて配置されているため、ポケット内の各
シリコン素材に接する回転定盤部分の周速差が少なく、
加工されたシリコン球の相互差が少なくなる。
【0008】この発明の第2のシリコン球の製造装置
は、砥粒を有し回転駆動される無端のベルト定盤と、シ
リコン素材を収容するポケットが形成された治具とを備
え、前記ポケット内のシリコン素材を前記ベルト定盤で
バレル加工するバレル加工機からなる。この構成の装置
によれば、ポケット内の各部におけるベルト定盤の加工
速度がほぼ一定となるので、相互差の少ないシリコン球
を製造することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図1と共
に説明する。図1(A),(B)は、この発明のシリコ
ン球の製造装置を示す斜視図および縦断面図である。こ
のシリコン球製造装置1は、ダイヤモンドの砥粒を有す
る回転定盤2と、シリコン素材Wを収容する複数のポケ
ット4が形成された治具3とを備える。回転定盤2は円
盤状のものであり、図示しないモータなどの駆動源によ
り一方向に回転駆動される。治具3は回転定盤2より小
径の円盤状のものであって、回転定盤2との間に所定の
隙間Gを保って回転定盤2の上方に固定設置されてい
る。この隙間Gは、シリコン素材Wが噛み込まれない間
隔であり、例えば、製造するシリコン球の目標直径Dの
1/2以下に設定することが望ましい。治具3の各ポケ
ット4は、治具3を構成する円盤を軸方向に貫通する孔
からなり、回転定盤2の回転中心から離れた位置で、円
周方向の複数箇所に設けられている。これらポケット4
は、シリコン素材Wを多数収容可能な大きさのものであ
り、例えば円形に形成されている。
【0010】この装置によるシリコン球の製造方法を説
明する。治具3のポケット4内に収容するシリコン素材
Wには、シリコンウェハー、つまりシリコンの円板状体
からサイコロ状に切り出されたシリコン単結晶材が用い
られる。このサイコロ状のシリコン素材Wの寸法は、例
えば2mm×2mm×2mm程度とされる。このシリコン素材
Wを、治具3の各ポケット4内に複数個ずつ収容し、回
転定盤2を一方向に回転させる。これにより、ポケット
4内のシリコン素材Wは、角部から回転定盤2のダイヤ
砥粒で研摩され、最終的に球形に加工される。また、回
転定盤2の回転数や回転時間等を適宜設定することによ
り、シリコン素材Wを目標とする直径Dのシリコン球に
加工することができる。
【0011】このように、このシリコン球製造装置1に
よると、バレル加工によりシリコン素材Wを研摩して球
状に加工するので、高純度のシリコン球を安価に、かつ
生産性良く製造することができる。
【0012】この製造装置1を使用して実際に製造した
シリコン球の精度および加工量と、そのときの加工条件
との関係を表1に示す。なお、この場合の各加工条件で
の加工時間はすべて15時間としている。
【0013】
【表1】
【0014】表1において、加工条件では、ダイヤ砥
粒の粒度を#120、回転円盤2の回転数を460(r.
p.m ) としている。加工条件では、ダイヤ砥粒の粒度
を#120、回転定盤2の回転数を230(r.p.m ) と
している。加工条件では、ダイヤ砥粒の粒度を#40
0、回転定盤2の回転数を460(r.p.m ) としてい
る。
【0015】この製造装置1によりシリコン球を製造し
た場合、表1から次の関係があることが判明した。 (1)加工量について。 加工条件,の比較から、ダイヤ砥粒の粒度が同じで
あれば、回転定盤2の回転数が大きいほど加工量が大き
いことが分かった。また、加工条件,の比較から、
回転定盤2の回転数が同じであれば、ダイヤ砥粒の粒度
が粗いほど加工量が大きいことが分かった。この結果か
ら、加工量を大きくしようとすれば、ダイヤ砥粒の粒度
を粗くし、かつ回転定盤2の回転数を大きくすればよい
ことが分かる。
【0016】(2)真球度、相互差、および表面粗さに
ついて。 加工条件,,の比較から、回転定盤2の回転数お
よびダイヤ砥粒の粒度を変えても、真球度と相互差に特
に差異が認められなかった。また、ダイヤ砥粒の粒度が
#400と細かいときには表面粗さが小さくなることが
分かった。
【0017】図2(A),(B)は、この発明の他の実
施形態であるシリコン球の製造装置を示す平面図および
正面図である。このシリコン球製造装置11は、ダイヤ
砥粒を有し回転駆動される無端のベルト定盤12と、シ
リコン素材Wを収容するポケット14が形成された治具
13とを備える。ベルト定盤12は一対のプーリ15,
15間に掛装され、図示しないモータなどの駆動源でプ
ーリ15を駆動することにより一方向に回転駆動され
る。治具13はベルト定盤12にほぼ重なる箱状のもの
であって、ベルト定盤12との間に所定の隙間Gを保っ
てベルト定盤12の上方に固定されている。この隙間G
は、シリコン素材Wが噛み込まれない間隔であり、製造
するシリコン球の目標直径Dの1/2以下に設定するこ
とが望ましい。ここでは、シリコン球の目標直径(=1
mmφ)の1/2である0.5mmに設定される。また、治
具13のポケット14は、治具13を構成するブロック
を上下に貫通する開口であって、例えば方形に形成さ
れ、その幅寸法はベルト定盤12より若干狭く設定され
ている。
【0018】この装置11によりシリコン球を製造する
場合も、治具13のポケット14内に収容するシリコン
素材Wとして、シリコンウェハーからサイコロ状に切り
出されたシリコン単結晶材が用いられる。また、そのシ
リコン素材Wの寸法は、例えば2mm×2mm×2mm程度の
寸法とされる。このシリコン素材Wを、治具13のポケ
ット14内に多数収容し、ベルト定盤12を一方向に回
転駆動する。これにより、ポケット14内の各シリコン
素材Wは、角部からベルト定盤12のダイヤ砥粒で研磨
され、目標とする直径のシリコン球に仕上げられる。
【0019】このベルト定盤12の製造装置11を使用
して製造したシリコン球の精度と、そのときの加工条件
との関係、および前記の回転定盤2を備えた製造装置1
による加工結果との比較を表2に示す。なお、この場合
の各加工条件での加工時間もすべて15時間としてい
る。
【0020】
【表2】
【0021】表2から以下の結果が分かる。ベルト定盤
12を使用した場合と、回転定盤2を使用した場合と
で、ダイヤ砥粒の粒度が同じであれば、真球度,表面粗
さ,平均加工速度はほとんど変わらない。相互差につい
ては、ベルト定盤12を使用したこの実施形態の製造装
置11によるバレル加工のほうが小さくなる。
【0022】ベルト定盤12を使用した場合の方が相互
差が小さくなるのは、次の理由と考えられる。すなわ
ち、回転定盤2は内周部と外周部とで周速に違いがある
ので、シリコン素材Wがポケット4内の内周側にあるか
外周側にあるかによって、各シリコン素材Wの加工速度
に差異ができ、製造されるシリコン球の寸法に相互差が
生じる。これに対して、ベルト定盤12の場合は、ポケ
ット14内における各部の加工速度がほぼ一定に保たれ
るので、各シリコン球間の相互差、つまり寸法ばらつき
が少なくなる。
【0023】なお、前記各実施形態では、いずれもシリ
コン素材Wとしてサイコロ状のものを使用したが、シリ
コン素材Wは、いびつな形状のものを用いても良い。
【0024】
【発明の効果】この発明のシリコン球の製造方法は、シ
リコン素材を治具のポケット内に収容し、砥粒を有する
定盤の運動によりバレル加工するようにしたため、高純
度のシリコン球を、簡単に、生産性良く、安価に製造す
ることができる。前記定盤を回転定盤とした場合は、簡
単な構成の装置で製造できる。また、前記定盤をベルト
定盤とした場合は、相互差の少ないシリコン球を製造す
ることができる。また、シリコン素材を、サイコロ状に
切断されたシリコン単結晶材とする場合は、一般に製造
されるシリコンウェハーから切り出すことで、簡単に純
度の良いシリコン素材を得ることができる。この発明の
第1のシリコン球の製造装置は、砥粒を有する回転定盤
と、シリコン素材を収容するポケットが形成された治具
とを備え、ポケット内のシリコン素材を回転定盤でバレ
ル加工するものとしたため、簡単な構成の装置で、高純
度のシリコン球を、安価に、生産性良く製造することが
できる。この発明の第2のシリコン球の製造装置は、無
端のベルト定盤を用いてバレル加工するようにしたた
め、相互差が小さく、かつ高純度のシリコン球を、簡単
な構成の装置で、安価に、生産性良く製造することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)はこの発明の一実施形態にかかるシリコ
ン球の製造装置の斜視図、(B)は同装置の縦断面図で
ある。
【図2】(A)はこの発明の他の実施形態にかかるシリ
コン球の製造装置の平面図、(B)は同装置の正面図で
ある。
【符号の説明】
1,11…シリコン球製造装置 2…回転定盤 3,13…治具 4,14…ポケット 15…プーリ W…シリコン素材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C049 AA05 AA07 AB08 AB09 CA01 CA04 CB03 CB05 3C058 AA05 AA07 AB08 AB09 CA01 CA04 CB03 CB05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン素材を治具のポケット内に収容
    し、砥粒を有する定盤の運動により、前記ポケット内の
    シリコン素材を球形にバレル加工するシリコン球の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 前記定盤が回転定盤である請求項1記載
    のシリコン球の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記定盤が回転駆動される無端のベルト
    定盤である請求項1記載のシリコン球の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記シリコン素材は、シリコンウェハー
    からサイコロ状に切断されたシリコン単結晶材である請
    求項1ないし請求項3のいずれかに記載のシリコン球の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 砥粒を有する回転定盤と、シリコン素材
    を収容するポケットが形成された治具とを備え、前記治
    具のポケットは前記回転定盤の回転中心から離れた箇所
    に配置されたものであり、前記ポケット内のシリコン素
    材を前記回転定盤でバレル加工するシリコン球の製造装
    置。
  6. 【請求項6】 砥粒を有し回転駆動される無端のベルト
    定盤と、シリコン素材を収容するポケットが形成された
    治具とを備え、前記ポケット内のシリコン素材を前記ベ
    ルト定盤でバレル加工するシリコン球の製造装置。
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