JP2000079554A - シリコン球の研磨装置および方法 - Google Patents

シリコン球の研磨装置および方法

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JP2000079554A
JP2000079554A JP25051398A JP25051398A JP2000079554A JP 2000079554 A JP2000079554 A JP 2000079554A JP 25051398 A JP25051398 A JP 25051398A JP 25051398 A JP25051398 A JP 25051398A JP 2000079554 A JP2000079554 A JP 2000079554A
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polishing
silicon
groove
lap
scooping
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JP25051398A
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Atsushi Hiraide
淳 平出
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面粗さ、および真球度に優れ、かつ相互差
の少ない研磨が行えるシリコン球の研磨装置および方法
を提供する。 【解決手段】 複数条の同心円状の研磨溝3を有する上
下2枚のラップ定盤1,2を相対回転可能に設置する。
上側ラップ定盤1の研磨溝3の途中にポケット5を設け
る。このポケット5の先端に、シリコン球を下側ラップ
定盤2から掬い上げる掬い治具4を設ける。

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、半導体回路の球
状基盤や、太陽電池として用いられるシリコン球の研磨
方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近年、次
世代の半導体技術として、球状シリコン半導体が脚光を
集めている。従来の平面シリコンウェハーを球状化する
利点は、膨大な設備投資の抑制による製造コストの削減
や、比表面積の大きい球面を使用することによるシリコ
ン素材の有効利用が挙げられる。球状シリコンを半導体
として使用するには、シリコンウェハーと同レベルの表
面粗さと高い形状精度とが要求される。そのため、シリ
コン球の精度の良い研磨が必要となる。しかし、シリコ
ン球は、硬くて脆い材質であるため、従来の一般的な研
磨装置では良好に研磨することができない。
【0003】そこで、シリコン球の研磨装置として、図
3に示すように、複数状の同心円状の研磨溝53を有す
る2枚のラップ定盤51,52間でラップ加工を行うも
のを試みた。同図の研磨装置によると、表面粗さおよび
真球度とも、優れた研磨が行える。しかし、図3に示す
装置では、同心円状に配置された内周部の研磨溝と外周
部の研磨溝とで周速が異なることから、研磨の進行に違
いが生じ、内周部の研磨溝で加工されるシリコン球と、
外周部の研磨溝で加工されるシリコン球とで、直径寸法
のばらつき(相互差)が生じるという課題があった。
【0004】この発明の目的は、表面粗さ、および真球
度に優れ、かつ相互差の少ない研磨が行えるシリコン球
の研磨装置および研磨方法を提供することである。この
発明の他の目的は、相互差を少なくする手段が簡単な構
成で済むようにすることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明のシリコン球の
研磨装置は、各々シリコン球が嵌まる複数条の同心円状
の研磨溝を有する2枚のラップ定盤を、前記研磨溝を対
面させて同心で相対回転可能に設置し、前記各研磨溝内
のシリコン球を、異なる研磨溝に入れ替える溝間入替え
手段を設けたものである。このように、溝間入替え手段
を設けて各研磨溝のシリコン球を異なる研磨溝に入れ替
えるようにしたため、各研磨溝の周速の違いによる加工
速度差の影響が緩和され、各シリコン球の相互差、つま
り直径寸法のばらつきが無くなる。また、2枚のラップ
定盤間でラップ加工により研磨するため、表面粗さおよ
び真球度とも優れた研磨が行える。
【0006】この発明装置において、前記2枚のラップ
定盤を上下に配置し、前記溝間入替え手段を、両ラップ
定盤の間に配置され、これらラップ定盤の相対回転に伴
って前記複数の研磨溝のシリコン球を掬い上げて任意の
研磨溝に戻す掬い治具としてもよい。この構成の場合、
各研磨溝内のシリコン球は、ラップ定盤の相対回転に伴
って掬い治具により掬い上げられ、任意の研磨溝に戻さ
れる。このため、各シリコン球は、異なる研磨溝に入れ
替えられながら、ラップ加工されることになる。また、
掬い治具は、ラップ定盤の回転に伴ってシリコン球を掬
い上げるものであるため、掬い上げに専用の駆動手段が
不要であり、相互差を無くす手段を設けながら、研磨装
置が簡単な構成のものになる。
【0007】この発明において、前記2枚のラップ定盤
のうち、下側のラップ定盤が回転駆動源に連結されて回
転するものとした場合に、前記掬い治具は、ラップ定盤
と平行な板状の部材であって、前記複数状の研磨溝の並
び幅にわたる幅を有し、かつこの掬い治具における下側
ラップ定盤の回転方向上手側の縁部に、各研磨溝内に先
端が入る傾斜した複数の掬い爪を有するものとしても良
い。また、上側のラップ定盤は、前記掬い治具の上方
に、この掬い治具に乗り上がったシリコン球の移動を許
すポケットを有するものとしても良い。この構成の場
合、下側ラップ定盤の各研磨溝内のシリコン球は、掬い
治具の配置された周方向位置を通過するときに、下側ラ
ップ定盤の回転に伴って掬い治具上に順次乗り上がる。
この乗り上がったシリコン球は、後続のシリコン球で押
されてポケット内でランダムに攪拌され、円周方向に移
動すると同時に溝幅方向にも自由に移動することにな
る。この攪拌のため、掬い治具上のシリコン球は、再び
研磨溝に送り込まれるときに、その時々のシリコン球の
並び状態によって、いずれの研磨溝に落ちるかが定まら
ず、乗り上がり前の研磨溝と異なる研磨溝に入れ替えら
れることが生じる。このように、シリコン球は異なる研
磨溝に入替えられながら、ラップ加工されることにな
る。
【0008】この発明のシリコン球の研磨方法は、各々
シリコン球が嵌まる複数条の同心円状の研磨溝を有する
上下2枚のラップ定盤を、前記研磨溝を対面させて同心
で相対回転させ、シリコン球を研磨する研磨方法であっ
て、これらラップ定盤の相対回転に伴って前記複数の研
磨溝のシリコン球を掬い治具により掬い上げ、この掬い
治具上でシリコン球をラップ定盤の半径方向に自由に移
動させることにより、シリコン球を異なる研磨溝に入れ
替えながら研磨を行う方法である。このように、各シリ
コン球を、異なる研磨溝に入れ替えられながら、ラップ
加工するため、各研磨溝の周速の違いによる加工速度差
の影響が緩和され、各シリコン球の直径寸法のばらつき
が無くなる。
【0009】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図1およ
び図2と共に説明する。このシリコン球の研磨装置は、
上下2枚のラップ定盤1,2に設けられた複数条の研磨
溝3間にシリコン球Wを挟んでラップ加工するものにお
いて、シリコン球Wの溝間入替え手段となる掬い治具4
を設けると共に、ポケット5を設けたものである。上下
のラップ定盤1,2は、同軸心に配置された円板状のも
のであり、各々複数状の研磨溝3が同心円状に設けられ
ている。研磨溝3の断面形状は、半円形やV字状など、
各種の形状のものが用いられる。
【0010】下側のラップ定盤2は、回転盤となるもの
であり、回転駆動源6に伝達機構(図示せず)を介して
接続されている。上側のラップ定盤1は固定盤となるも
のであり、ロッド7の下端に取付られている。ロッド7
は、流体圧シリンダ等の加圧装置(図示せず)に接続さ
れており、上側のラップ定盤1は、ロッド7から与えら
れる加圧力により、上下のラップ定盤1,2間に挟まれ
たシリコン球Wを加圧する。また、上側のラップ定盤1
は、シリコン球Wの出し入れのため、ロッド7の昇降に
より、下側のラップ定盤2に対して上方へ開き可能であ
る。
【0011】上記ポケット5は、上側のラップ定盤1に
上下に貫通して設けられ、複数の研磨溝3の並び幅に対
応する幅の円弧状凹部に形成されている。ポケット5の
円周方向の長さは、掬い治具4よりも若干長く形成され
ている。ポケット5は、必ずしも上下に貫通したもので
なくても良く、下面のみに開口した凹部であっても良
い。掬い治具4は、板状の部材であって、上側のラップ
定盤1にポケット5の下端で取付けられている。掬い治
具4は、図2に示すように、複数状の研磨溝3の溝幅に
わたる幅を有し、かつ下側ラップ定盤2の回転方向上手
側の縁部に、各研磨溝3内に先端が入る傾斜した複数の
掬い爪4aを有している。掬い治具4は、この実施形態
では平板状としてあるが、シリコン球Wの攪拌が良好に
行えるように適宜の曲面状とし、あるいは凹凸部を設け
ても良い。
【0012】なお、ラップ定盤1,2は、金属製のもの
を用いたが、両方またはいずれか片方のラップ定盤1,
2を樹脂製のものとしてもよい。また、研磨に際して、
アルカリ溶液を研磨液として用いても良い。
【0013】上記構成の動作を説明する。上下のラップ
定盤1,2の各研磨溝3間に挟まれたシリコン球Wは、
下側ラップ定盤2の回転により、上下の研磨溝3で研磨
される。このとき、図2に示すように、下側ラップ定盤
2の各研磨溝3内のシリコン球Wは、掬い治具4の配置
された周方向位置を通過するときに、下側ラップ定盤2
の回転に伴って掬い治具4上に順次乗り上がる。この乗
り上がったシリコン球Wは、後続のシリコン球Wで押さ
れてポケット5内でランダムに攪拌され、円周方向に移
動すると同時に溝幅方向にも自由に移動することにな
る。図2では、掬い治具4上には一部のシリコン球Wの
みを示したが、掬い治具4上にはシリコン球Wが密に並
び、これらが後から乗り上がったシリコン球Wで押され
て攪拌されることになる。この攪拌のため、掬い治具4
上のシリコン球は、他端から再び研磨溝3に送り込まれ
るときに、その時々のシリコン球Wの並び状態によっ
て、いずれの研磨溝3に落ちるかが定まらず、乗り上が
り前の研磨溝3と異なる研磨溝3に入れ替えられたり、
同じ研磨溝3に再度入ったりする。このように、シリコ
ン球Wは、異なる研磨溝3に入れ替えられながら、ラッ
プ加工されることになる。そのため、各研磨溝3の周速
の違いによる加工速度差の影響が緩和され、各シリコン
球Wの相互差、つまり直径寸法のばらつきが無くなる。
また、2枚のラップ定盤1,2の研磨溝3間でラップ加
工するため、表面粗さおよび真球度とも優れた研磨が行
える。この発明のシリコン球の研磨装置および方法は、
このように精度の良い研磨が行えるため、半導体回路の
球状基盤または太陽電池の球状基盤の加工装置および加
工方法に適用できる。
【0014】つぎに、実験例を説明する。上記実施形態
のシリコン球の研磨装置と、この研磨装置から掬い治具
4およびポケット5を無くした構成の比較例装置とを用
い、真球度0.6μm、相互差0.8μmのシリコン球
Wを、各400個ずつ5時間加工し、両装置の加工完了
品の相互差を比較した。この実験結果を表1に示す。な
お、相互差は、400個のうち、無作為に選び出した1
0個のシリコン球Wの平均直径の最大値および最小値の
差としている。この表1から、実施形態装置の方が比較
例装置よりも、真球度および相互差共に優れていること
が分かる。
【0015】
【表1】
【0016】
【発明の効果】この発明のシリコン球の研磨装置および
方法は、各シリコン球を、溝間入替え手段により異なる
研磨溝に入れ替えながらラップ加工するため、各研磨溝
の周速の違いによる加工速度差の影響が緩和され、各シ
リコン球の直径寸法のばらつきが無くなる。また、シリ
コン球は硬くて脆い材質であるが、2枚のラップ定盤の
研磨溝間に入れてラップ加工するため、表面粗さおよび
真球度とも、優れた研磨が行える。溝間入替え手段を掬
い治具とした場合は、相互差を少なくする手段を備えな
がら、研磨装置が簡単な構成のもので済む。特に、掬い
治具を、掬い爪を有する板状のものとし、これに対応し
てラップ定盤にシリコン球の移動を許すポケットを設け
た場合は、簡単な構成で円滑なシリコン球の溝間入替え
が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態にかかる研磨装置の切欠
斜視図である。
【図2】同装置の掬い治具の近傍を示す作用説明図であ
る。
【図3】比較提案例となる研磨装置の切欠斜視図であ
る。
【符号の説明】
1…上側のラップ定盤 2…下側のラップ定盤 3…研磨溝 4…掬い治具(溝間入替え手段) 4a…掬い爪 5…ポケット W…シリコン球

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々シリコン球が嵌まる複数条の同心円
    状の研磨溝を有する2枚のラップ定盤を、前記研磨溝を
    対面させて同心で相対回転可能に設置し、前記各研磨溝
    内のシリコン球を、異なる研磨溝に入れ替える溝間入替
    え手段を設けたシリコン球の研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記2枚のラップ定盤を上下に配置し、
    前記溝間入替え手段を、両ラップ定盤の間に配置され、
    これらラップ定盤の相対回転に伴って前記複数の研磨溝
    のシリコン球を掬い上げて任意の研磨溝に戻す掬い治具
    とした請求項1記載のシリコン球の研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記2枚のラップ定盤のうち、下側のラ
    ップ定盤が回転駆動源に連結されて回転するものであ
    り、前記掬い治具は、ラップ定盤と平行な板状の部材で
    あって、前記複数状の研磨溝の並び幅にわたる幅を有
    し、かつこの掬い治具における下側ラップ定盤の回転方
    向上手側の縁部に、各研磨溝内に先端が入る傾斜した複
    数の掬い爪を有し、上側のラップ定盤は、前記掬い治具
    の上方に、この掬い治具に乗り上がったシリコン球の移
    動を許すポケットを有するものとした請求項2記載のシ
    リコン球の研磨装置。
  4. 【請求項4】 各々シリコン球が嵌まる複数条の同心円
    状の研磨溝を有する上下2枚のラップ定盤を、前記研磨
    溝を対面させて同心で相対回転させ、前記シリコン球を
    研磨する研磨方法であって、これらラップ定盤の相対回
    転に伴って前記複数の研磨溝のシリコン球を掬い治具に
    より掬い上げ、この掬い治具上でシリコン球をラップ定
    盤の半径方向に自由に移動させることにより、シリコン
    球を異なる研磨溝に入れ替えながら研磨を行うシリコン
    球の研磨方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107309714A (zh) * 2017-07-20 2017-11-03 浙江工业大学 一种用于同心圆v形槽球体研磨机上的变轨研磨方法及变轨装置
JP2019069495A (ja) * 2017-10-11 2019-05-09 株式会社ジェイテクト 研磨盤、球体研磨装置及び球体研磨方法
CN113019565A (zh) * 2021-02-23 2021-06-25 安康柏盛富硒生物科技有限公司 一种魔芋生产用研磨装置

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