JP2009233795A - シリコンインゴット用測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】シリコンインゴットが所定寸法を有しているか否かを高精度で測定することができるシリコンインゴット用測定機を提供する。
【解決手段】四角柱状のシリコンインゴット2の前後をチャッキングするチャッキング部10a,10b、チャッキング部10a,10bにチャッキングされたシリコンインゴット2を回転させる回転軸部14、回転軸部14の軸心を基準位置としてシリコンインゴット2の各側面5までの4方向の長さ寸法を測定する測定装置8を備える。シリコンインゴット2を回転させる回転軸部14の軸心を基準位置として、シリコンインゴット2の4方向の側面5までの寸法を測定することでシリコンインゴット2の外形寸法を測定する際、測定の基準点となる基準位置はシリコンインゴット2をチャッキングすることで変化することがないよう位置決めされているので、シリコンインゴット2の外形の寸法を高精度に測定することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、角柱状に切断加工されるシリコンインゴットの寸法を高精度で測定することができるシリコンインゴット用測定装置に関する。
近年、太陽電池等に用いられるシリコンウエハの需要に伴い、その高品質化も要請されている。こうしたシリコンウエハの製造工程においては、単結晶や多結晶からなる角柱状に切断加工されたシリコンインゴットをスライスし薄板状のシリコンウエハを形成する前に、シリコンインゴットの表面を研削/研磨する加工工程が行なわれることから、この加工工程前にシリコンインゴットが仕上り寸法よりも小さくはないかなど、所定の寸法の範囲(公差の範囲)におさまっているか否かを判別するためにシリコンインゴットの外観寸法を測定することが行われている。
上記背景技術に関連するものとして特許文献1には、シリコンウエハ製造用の角柱状シリコンブロックを、シリコンウエハにスライス加工して形成する前に、その側面に存在する微小な凹凸を研磨して平坦化する加工方法が開示されている。
特許第3649393号公報
特許文献1などにおいては、直方体のシリコンインゴットを角柱状に切り出したシリコンブロックの側面を研磨する方法が提案されているが、研磨の前後などにシリコンインゴットが所定の仕上り寸法になっているかどうかを測定する点ついては示唆も開示もされてはない。しかしながら、研削や研磨を行う前後にシリコンインゴットが所定の外形であるか否かを測定することは必須の工程であることから、この測定を短時間で高精度に行えるようにすることが望まれていた。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、シリコンインゴットが研削/研磨される工程の前後などにおいて、シリコンインゴットが所定寸法を有しているか否かを高精度で測定することができるシリコンインゴット用測定装置を提供することを目的とする。
請求項1に係るシリコンインゴット用測定装置は、四角柱状のシリコンインゴットをスライス加工することでシリコンウエハが形成される加工工程前に前記シリコンインゴットの寸法を測定することができるシリコンインゴット用測定装置であって、該シリコンインゴット用測定装置に、前記シリコンインゴットの前後をチャッキングするチャッキング部と、該チャッキング部を回転させる回転軸部とを備え、該回転軸部の軸心を中心として、前記チャッキング部にチャッキングされた前記シリコンインゴットを90度単位で回転できるように構成し、前記軸心を基準位置として、前記シリコンインゴットの側面までの4方向の長さ寸法を測定する測定装置を備えたことを特徴とする。
請求項1のシリコンインゴット用測定装置の発明によれば、機械的に開閉することができるチャッキング部により四角柱状のシリコンインゴットの前後をチャッキングして保持するので、シリコンインゴットの側面を非接触にした状態でシリコンインゴットの寸法を測定することが可能となるからシリコンインゴットの側面に傷や汚れなどが付かないようした状態でその寸法を計測することが可能であり、回転軸部の軸心の中心を基準位置として、例えば相対向する左右2箇所の側面までの寸法を測定した後に、シリコンインゴットをさらに90度回転させて、回転されてきた相対向する2箇所の側面までの寸法を同様に測定することにより、回転軸部の軸心を基準位置として、シリコンインゴットの4方向の側面までの寸法を測定することでシリコンインゴットの外形寸法を測定する際、測定の基準点となる基準位置はシリコンインゴットをチャッキングすることで変化することがないよう位置決めされるので、シリコンインゴットの外形の寸法を高精度に測定することができる。
請求項2に係るシリコンインゴット用測定装置は、請求項1のシリコンインゴット用測定装置において、前記測定装置にはタッチセンサーを備え、該タッチセンサーが前記シリコンインゴットの4箇所の側面に接触されることにより、前記軸心を基準位置として、前記シリコンインゴットの側面までの4方向の長さ寸法を測定することを特徴とする。
請求項2のシリコンインゴット用測定装置の発明によれば、請求項1において、機械的に開閉するチャッキング部により四角柱状のシリコンインゴットの前後をチャッキングして保持した状態でシリコンインゴットの寸法を測定する際、シリコンインゴットの側面を非接触にした状態で90度単位で回転等されてきたシリコンインゴット対し、その4箇所の側面にタッチセンサーを接触させることで、軸心を基準位置として各側面までの4方向の寸法を測定することができる。
請求項3に係るシリコンインゴット用測定装置は、請求項2のシリコンインゴット用測定装置において、前記角柱状のシリコンインゴットを前記チャッキング部でチャッキングした際、シリコンインゴットの2箇所の側面を垂直になるように配置し、該垂直に配置された前記シリコンインゴットの側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を配設したことを特徴とする。
請求項3のシリコンインゴット用測定装置の発明によれば、請求項2において、垂直に配置されたシリコンインゴットの側面に対向して測定装置を配設することで、シリコンインゴットの上下側面に対向する位置にシリコンインゴットの側面を研削/研磨等するための砥石やブラシ等の加工装置を配置することが可能となる。
請求項4に係るシリコンインゴット用測定装置は、請求項2のシリコンインゴット用測定装置において、前記角柱状のシリコンインゴットを前記チャッキング部でチャッキングした際、シリコンインゴットの2箇所の側面を水平になるように配置し、該水平に配置された前記シリコンインゴットの側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を配設したことを特徴とする。
請求項4のシリコンインゴット用測定装置の発明によれば、請求項2において、水平に配置されたシリコンインゴットの側面に対向して測定装置を配設することで、シリコンインゴットの左右の側面に対向する位置にシリコンインゴットの側面を研削/研磨等するための砥石やブラシ等を配置することが可能となる。
請求項5に係るシリコンインゴット用測定装置は、請求項2のシリコンインゴット用測定装置において、前記シリコンインゴットの垂直又は水平に配置された側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を備える一方で、該測定装置の配置していない側面に対向する位置に前記シリコンインゴットの側面を研削/研磨する研削研磨装置を配設したことを特徴とする。
請求項5のシリコンインゴット用測定装置の発明によれば、請求項2において、垂直又は水平に配置されたシリコンインゴットの側面に対向して測定装置を配設した際、このタッチセンサーの配置されていないシリコンインゴットの上下側や左右側等の空間部にシリコンインゴットの側面を研削/研磨する研削研磨装置を配設することができる。
請求項1の本発明のシリコンインゴット用測定装置によれば四角柱状のシリコンインゴットをスライス加工することでシリコンウエハが形成される加工工程前に前記シリコンインゴットの寸法を測定することができるシリコンインゴット用測定装置であって、該シリコンインゴット用測定装置に、前記シリコンインゴットの前後をチャッキングするチャッキング部と、該チャッキング部を回転させる回転軸部とを備え、該回転軸部の軸心を中心として、前記チャッキング部にチャッキングされた前記シリコンインゴットを90度単位で回転できるように構成し、前記軸心を基準位置として、前記シリコンインゴットの側面までの4方向の長さ寸法を測定する測定装置を備えたものであり、シリコンインゴットをチャッキングした軸心位置を基準として、各側面までの4方向の距離を測定することで、測定したシリコンインゴットが所定の仕上がり寸法に研削/研磨できるか否か等の条件を満たしているか正確に把握することができる。
請求項2の本発明のシリコンインゴット用測定装置によれば、請求項1において、前記測定装置にはタッチセンサーを備え、該タッチセンサーが前記シリコンインゴットの4箇所の側面に接触されることにより、前記軸心を基準位置として、前記シリコンインゴットの側面までの4方向の長さ寸法を測定するものであり、測定したシリコンインゴットが所定の仕上がり寸法に研削/研磨できるか否か等の条件を満たしているかを正確に把握することができる。
請求項3の本発明のシリコンインゴット用測定装置によれば、請求項2において、前記角柱状のシリコンインゴットを前記チャッキング部でチャッキングした際、シリコンインゴットの2箇所の側面を垂直になるように配置し、該垂直に配置された前記シリコンインゴットの側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を配設したものである。これにより、垂直に配置されたシリコンインゴットの側面に対向する位置に測定装置を配設することで、シリコンインゴットの上又は下側面に対向した位置にシリコンインゴットの側面を加工することができる砥石やブラシ等の加工装置を配設することができる。よって、測定を行う測定装置と測定を終えたシリコンインゴットの加工を行う加工装置の両者を、常にシリコンインゴットの側面に臨むようにして配設することができるので、測定の前後に行われるシリコンインゴットの加工工程を測定の後に速やかに行うことが可能になり、生産効率をも向上することができる。
請求項4の本発明のシリコンインゴット用測定装置によれば、請求項2において、前記角柱状のシリコンインゴットを前記チャッキング部でチャッキングした際、シリコンインゴットの2箇所の側面を水平になるように配置し、該水平に配置された前記シリコンインゴットの側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を配設したものである。これにより、水平に配置されたシリコンインゴットの側面に対向する位置に測定装置を配設することで、シリコンインゴットの左又は右側面に対向した位置にシリコンインゴットの側面を加工することができる砥石やブラシ等の加工装置を配設することができる。よって、測定を行う測定装置と測定を終えたシリコンインゴットの加工を行う加工装置の両者を、常にシリコンインゴットの側面に臨むようにして配設することができるので、測定の前後に行われるシリコンインゴットの加工工程を測定の後に速やかに行うことが可能になり、生産効率をも向上することができる。
請求項5の本発明のシリコンインゴット用測定装置によれば、請求項2において、前記シリコンインゴットの垂直又は水平に配置された側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を備える一方で、該測定装置の配置していない他方の側面に対向する位置に前記シリコンインゴットの側面を研削/研磨する研削研磨装置を配設したので、測定を行う測定装置と測定を終えたシリコンインゴットの加工を行う研削研磨装置の両者を、常にシリコンインゴットの側面に臨むようにして配設することができるので、測定の前後に行われるシリコンインゴットの加工工程を測定後に速やかに行うことが可能になり、生産性を向上することができる。
本発明を実施するための最良の形態としての実施例を以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、実施例において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。
図1は研削/研磨されるシリコンインゴットの外形を測定することが可能なシリコンインゴット用測定装置の構成を示す側面図、図2はシリコンインゴット用測定装置を示す平面図、図3はシリコンインゴット用測定装置を示す概略構成図、図4はチャッキングされたシリコンインゴットを示す斜視図である。
図1等に示すシリコンインゴット用測定装置1は、四角柱状に切り出されたシリコンインゴット2をスライス加工してシリコンウエハが製造される前に、そのシリコンインゴット2の表面を研削/研磨できると共に、研削/研磨を行うその前後等の工程において、シリコンインゴット2が所定の寸法を有して意いるか否かを測定する機器であり、シリコンインゴット用測定装置1を大別すると、シリコンインゴット2の長手方向の前後をチャッキングして保持するワーク保持装置3、このワーク保持装置3にシリコンインゴット2を供給するワーク供給装置4、ワーク保持装置3でチャッキングされているシリコンインゴット2の4箇所の側面5及びこれら側面5を結ぶ4箇所の角部6を研削/研磨する研削研磨装置7、及びワーク保持装置3でチャッキングされたシリコンインゴット2が所定形状であるか否かを測定する測定装置8により構成されている。なお、前記「研削/研磨」とは、研削及び研磨と、研削又は研磨を指すものとして定義するものである。
ワーク保持装置3には、シリコンインゴット2の前後を機械的にチャッキング部10a,10bと、このチャッキング部10a,10bでチャッキングされたシリコンインゴット2を回転させる回転装置たる旋回用モータ12と、シリコンインゴット2をチャッキングするに際しチャッキング部10a,10bを開閉動作させる芯押出し用モータ13とを備え、前記旋回用モータ12は、回転軸部14を介してチャッキング部10a,10bを回転させることでシリコンインゴット2を、180度、90度、45度の単位や連続的に回転駆動できるようになっている。
相対向する一対のチャッキング部10a,10bは、その一方のチャッキング部10aが回転軸部14により回動自在に保持されている一方で、他方のチャッキング10bは回転軸部14により回動自在に保持されると共に芯押出し用モータ13により前後に進退されるようになっており、ワーク供給装置4から一対のチャッキング部10a,10bの間である所定位置へと搬送されてきたシリコンインゴット2は、芯押出し用モータ13により他方のチャッキング10bが前進されることで、ワーク保持装置3のチャッキング部10a,10bにその前後が挟持され、図3に示すように、シリコンインゴット2の前後を除いた4箇所の側面5は非接触状態で保持される。なお、本実施例においては、チャッキング部10a,10b間の開閉を芯押出し用モータ13で行なっているが、それに代えてエアー圧や油圧シリンダを利用してチャッキング10bを進退させ開閉を行なうようにしてもよく機械的にチャッキングする構造であれば適宜選定してもよい。また、「チャッキング」とは、機械的に物を挟持することとして定義するものである。
また、ワーク供給装置4は、前述したようにシリコンインゴット2をワーク保持装置3に供給したり、ワーク保持装置3でチャッキングされ、表面(側面5及び角部6)が研削/研磨されたシリコンインゴット2をワーク供給位置(b)に回転移動させるものであり、図示しないモータの駆動により、軸部15を中心としてワーク供給装置4に構成された挟持装置16が正逆回転されることでこの挟持装置16に挟持されたシリコンインゴット2を、円を描くようにして移動できるようになっている。
次に、加工装置たる研削研磨装置7について説明する。この研削研磨装置7には、粗研手段たる粗研砥石20と、この粗研手段の粗研砥石20より肌理の細かい(粒子の細かい)精研手段たる精研砥石21とが並設して備えられ、粗研砥石20でシリコンインゴット2の側面5や角部6の表面を研削/研磨した後、精研砥石21でさらにその表面を研磨し、シリコンインゴット2の4箇所の側面5及び角部6を極めて平滑化することができる。なお、本実施例においては、シリコンインゴット2の側面5や角部6を粗研砥石20で研削及び研磨した後に精研砥石21で研磨してより平滑化することが可能となっているが、精研砥石21石に代えてブラシ等の精研手段を採用してもよく、また、粗研砥石20及び精研砥石21(ブラシも含む)は、図示しないモータ等の回転駆動手段により駆動されるようになっている。
次に、シリコンインゴット2の外形を計測する測定装置8について説明する。この測定装置8には、図1及び図3に示すように、その下端にタッチセンサー25が設けられた測定機本体26、測定機本体26を前後方向に移動させるX軸移動用モータ27、測定機本体26を左右方向に移動させるY軸移動用モータ28、及び測定機本体26を上下方向に移動させるZ軸移動用モータ29等を備え、研削研磨装置7で研削/研磨を行う前後等において、チャッキングされたシリコンインゴット2の側面5にタッチセンサー25が接触されることにより、シリコンインゴット2が所定の寸法を有しているか否かを計測する。
次に、シリコンインゴットの寸法を計測する際の動作について説明する。先ず、ワーク供給位置(b)に配置された挟持装置16に断面が四角形状のシリコンインゴット2を挟持させると、軸部15を中心として挟持装置16が円を描くように180度回転される(図1に示した状態)。
次に、挟持装置16に挟持されたシリコンインゴット2は、ワーク供給装置4の前進動作により測定位置(a)に配設された後、芯押出し用モータ13により一方のチャッキング部10bが前進され、シリコンインゴット2の長手方向の前後をワーク保持装置3のチャッキング部10a,10bがチャッキングすることでシリコンインゴット2が宙に浮いたような状態で保持される。
続いて、チャッキング部10a,10bが45度回転されることで、図4に示すように、シリコンインゴット2の左右の側面5が垂直に配置されると共に上下の側面5が水平に配置されると、測定機本体26が下方に移動され、この測定機本体26の下端に設けられた一対の相対向するタッチセンサー25がシリコンインゴット2の左右の側面5に接触され、チャッキング部10a,10bを回転させる回転軸部14の軸心の中心を基準位置Xとしてシリコンインゴット2の左右各々の側面までの寸法を、図5に示すように、各2箇所(A1,A2、B1,B2)ずつ測定する。次に、チャッキング部10a,10bが90度回転されることに伴い、上下側に配置されていたシリコンインゴット2の側面5が左右側に配置されると、この配置された側面5までの寸法が軸心を基準位置Xとして、各2箇所(a1,a2、b1,b2)ずつさらに測定される。そして、これらにより、基準位置Xを基点として、各側面までの4方向の寸法が2箇所ずつ測定されることでシリコンインゴット2の外観形状が研削/研磨することが可能な所定形状を有しているか否かが測定される。そして、シリコンインゴット2の外観形状が研削/研磨可能な所定寸法を有している場合には、続いて、シリコンインゴット2の4箇所の側面5及びこれら各側面5を結ぶ角部6が、粗研砥石20、及び精研砥石21の回転駆動により研削/研磨されることになる。
以上のように、本発明の一例のシリコンインゴット用測定装置1によれば、チャッキング部10a,10bでチャッキングしたシリコンインゴット2を、回転軸部14を介して90度単位で回転させ、この回転軸部14の軸心の中心を基準位置Xとして、測定装置8のタッチセンサー25によってシリコンインゴット2の各側面5までの4方向の長さ寸法を測定し、シリコンウエハへとスライス加工する前のシリコンインゴット2の外形寸法を測定することができ、チャッキング部10a,10bでシリコンインゴット2の前後をチャッキングした際、このシリコンインゴット2の側面5及び角部6を非接触にした状態で寸法測定を行うことが可能となる。そして、基準位置Xを基準とする左右側面までの寸法を、タッチセンサー25をシリコンインゴット2の前記左右側面に接触させて測定した後、シリコンインゴット2をさらに90度回転させて、回転されてきた左右側面までの寸法を、基準位置Xを基準として同様に測定し、チャッキングされたシリコンインゴット2が回転軸部14の軸心の中心(基準位置X)に対して変化しないよう保持されて位置決めされた状態でシリコンインゴット2の外形を測定することができる。すなわち、回転軸部14の軸心の中心を基準位置Xとして、各側面までの4方向の寸法を位置ずれすることなく一定に保持した状態で測定することができることから、シリコンインゴット等の加工物の寸法を計測するに際し、その計測の基準となる位置が変化してしまうような不具合を回避でき、シリコンインゴット2の外形寸法を高精度に測定することが可能となる。
さらに、図4に示すように、4角柱状のシリコンインゴット2をチャッキング部10a,10bでチャッキングした際に、シリコンインゴット2の2箇所の側面5が垂直になるように配置し、この配置されたシリコンインゴット2の側面5に対向する側方位置にタッチセンサー25を備えた測定装置8を配設し、その一方で、シリコンインゴット2の上側の空間部に、測定後にシリコンインゴット2の4箇所の側面5及びこれら側面5を結ぶ4箇所の角部6を研削/研磨することが可能な研削研磨装置7を配置したことから、シリコンインゴット2の測定を終えた後、シリコンインゴット2に対向して配置した研削研磨装置7によりシリコンインゴットの加工(研削/研磨)を速やかに行うことが可能となる。つまり、シリコンインゴット2の測定を行うタッチセンサー25を備えた測定装置8と測定を終えたシリコンインゴット2の加工を行う研削研磨装置7の両者は、シリコンインゴット2の前後をチャッキングするチャッキング部10a,10bによって宙に浮かしたような状態で保持することにより、シリコンインゴット2の側面5に臨むようにして配置することが可能となることから、測定装置8及びこの測定装置8で測定されたシリコンインゴット2の加工を行う研削研磨装置7のレイアウトの自由度を増すことができ、さらには、シリコンインゴット2の測定後、シリコンインゴット2の研削/研磨を速やかに行うことが可能になることから、生産効率を向上することができる。
以上、本発明の一例を詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば本実施例では、シリコンインゴット2の上部側の側面に対向する位置に測定装置8を配設しているが、上部側でなく下部側に配設するようにしてもよい。また、シリコンインゴット2の上部側に測定装置8を配設すると共にシリコンインゴット2の左右側の側部側に研削研磨装置7を配設しているが、これに代えて、測定装置8をシリコンインゴット2の左右側の側部側に配設し、シリコンインゴット2の上部側に研削研磨装置7を配設するようにしてもよい。
本発明の一例のシリコンインゴットの外形を測定するシリコンインゴット用測定装置の構成を示す側面図である。 同上、シリコンインゴット用測定装置を示す平面図である。 同上、シリコンインゴット用測定装置を示す概略構成図である。 同上、チャッキングされたシリコンインゴットを示す斜視図である。 同上、シリコンインゴットの寸法の測定方法を示す説明図である。
符号の説明
1 シリコンインゴット用測定装置
2 シリコンインゴット
5 側面
7 研削研磨装置
8 測定装置
10a,10b チャッキング部
14 回転軸部
25 タッチセンサー

Claims (5)

  1. 四角柱状のシリコンインゴットをスライス加工することでシリコンウエハが形成される加工工程前に前記シリコンインゴットの寸法を測定することができるシリコンインゴット用測定装置であって、該シリコンインゴット用測定装置に、前記シリコンインゴットの前後をチャッキングするチャッキング部と、該チャッキング部を回転させる回転軸部とを備え、該回転軸部の軸心を中心として、前記チャッキング部にチャッキングされた前記シリコンインゴットを90度単位で回転できるように構成し、前記軸心を基準位置として、前記シリコンインゴットの側面までの4方向の長さ寸法を測定する測定装置を備えたことを特徴とするシリコンインゴット用測定装置。
  2. 前記測定装置にはタッチセンサーを備え、該タッチセンサーが前記シリコンインゴットの4箇所の側面に接触されることにより、前記軸心を基準位置として、前記シリコンインゴットの側面までの4方向の長さ寸法を測定することを特徴とする請求項1記載のシリコンインゴット用測定装置。
  3. 前記角柱状のシリコンインゴットを前記チャッキング部でチャッキングした際、シリコンインゴットの2箇所の側面を垂直になるように配置し、該垂直に配置された前記シリコンインゴットの側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を配設したことを特徴とする請求項2記載のシリコンインゴット用測定装置。
  4. 前記角柱状のシリコンインゴットを前記チャッキング部でチャッキングした際、シリコンインゴットの2箇所の側面を水平になるように配置し、該水平に配置された前記シリコンインゴットの側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を配設したことを特徴とする請求項2記載のシリコンインゴット用測定装置。
  5. 前記シリコンインゴットの垂直又は水平に配置された側面に対向する位置に前記タッチセンサーを備えた測定装置を備える一方で、該測定装置の配置していない側面に対向する位置に前記シリコンインゴットの側面を研削/研磨する研削研磨装置を配設したことを特徴とする請求項2に記載のシリコンインゴット用測定装置。
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