JP2613455B2

JP2613455B2 - インゴットの自動芯出し・セット装置及び自動円筒研磨装置

Info

Publication number: JP2613455B2
Application number: JP63282558A
Authority: JP
Inventors: 宏幸伊部; 隆森
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPH02129505A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、半導体製造において、単結晶インゴットの
円筒研磨工程に使用される自動芯出し・セット装置及び
自動円筒研磨装置に関する。

（従来の技術）半導体ウエーハは、FZ法、CZ法等によって引き上げら
れた単結晶インゴットを軸直角方向に薄くスライスする
ことによって得られるが、インゴットはスライス前にそ
の外周を円筒研磨盤によって研磨され、円柱状に成形さ
れる。

ところで、インゴット円筒研磨後に最大直径が得られ
るようにその芯出しがなされなければならないが、この
点に関する芯出し方法は既に種々提案されている（例え
ば、特開昭57−66909号、特公昭60−17682号、同61−33
446号公報参照）。

（発明が解決しよとする課題）しかしながら、斯かる芯出し方法を実施するための具
体的な装置、特に半導体製造分野における単結晶インゴ
ットの円筒研磨に対して適用される芯出し方法を実施す
るための具体的装置に関する提案は未だになされていな
いのが実情である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とする処は、作業者の熟練と勘に頼ることなく正確、且
つ能率的なインゴットの芯出し及び該インゴットの円筒
研磨盤へのセットを行なうことができるインゴットの自
動芯出し・セット装置及び自動円筒研磨装置を提供する
にある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成すべく本発明（請求項１）に係るイン
ゴットの自動芯出し装置は、インゴットを支持する支持
部と、該支持部に支持されたインゴットの軸方向複数箇
所における断面形状を計測する計測部と、該計測部にて
計測されたインゴットの断面形状に基づいて研磨中心を
算出する演算部と、該演算部にて算出された研磨中心を
インゴットの両端面にマーキングするマーキング部を含
んで構成され、前記支持部は、インゴットの両端面を挟
持する一対の対向クランプを備え、前記計測部は、前記
対向クランプの対向方向に沿って並列に設けられ、かつ
前記対向クランプの対向方向と直交する方向に進退可能
な接触式のインジケータと、前記クランプの回転によ
り、前記支持されたインゴットをその軸の回りに一回転
させるステッピングモータを備え、前記演算部は、前記
インジケータにより得られた複数のインゴット断面形状
を合成し、該インゴットの最小断面形状を算出するとと
もに、該最小断面形状に内接する最大円の中心、すなわ
ち前記研磨中心を最小断面内接求心法によって算出する
ものであり、前記マーキング部は、前記支持部を構成す
る筒状のクランプ軸内に先部が臨むように支持されたマ
ーカーと、該マーカーをインゴットの軸方向に移動せし
める移動手段と、同マーカーをインゴットの軸直角方向
に移動せしめるステッピングモータとを含んで構成され
ることを特徴とする。

また、本発明（請求項２）に係るインゴットの自動芯
出し装置は、請求項１記載の装置において、前記マーキ
ング部のマーカーがマーク用ペンであり、該マーク用ペ
ンをインゴットの軸方向に移動せしめる移動手段がエア
シリンダであることを特徴とする。

また、本発明（請求項３）に係るインゴットのセット
装置は、請求項１または２記載の自動芯出し装置によっ
て研磨中心をマーキングされたインゴットをチャッキン
グするチャック部と、該チャック部にてチャッキングさ
れたインゴットにマーキングされた研磨中心をモニタリ
ングするモニター部と、該モニター部にてモニタリング
された研磨中心を円筒研磨盤の回転中心に一致せしめる
アライメント部と、アライメント終了後のインゴットを
円筒研磨盤まで搬送する搬送部を含んで構成したことを
特徴とする。

更に、本発明（請求項４）に係る自動円筒研磨装置
は、請求項１または２記載の自動芯出し装置、請求項３
記載のセット装置及び円筒研磨盤を含んで構成したこと
を特徴とする。

（作用）本発明によれば、インゴットの研磨中心が該インゴッ
トの断面計測データを基に解析的に求められ、セット装
置によってこの研磨中心と円筒研磨盤の回転中心とが一
致するようにしてインゴットが円筒研磨盤にセットされ
るため、作業者の熟練と勘に頼ることなく正確、且つ能
率的にインゴットの芯出し及びセット作業を行なうこと
ができ、既知の芯出し方法を特に半導体製造分野におけ
る単結晶インゴットの円筒研磨に対して具体的に適用す
ることができる。

また、請求項１のインゴットの自動芯出し装置におい
ては、インゴットの両端面を一対の対向クランプにより
挟持し、ステッピングモータを作動して前記対向クラン
プを回転させることにより、前記インゴットをその軸の
回りに一回転させるとともに、該回転の間、前記複数の
接触式インジケータをインゴットの外周面に当接させ
る。そして、前記インジケータにより得られた複数のイ
ンゴット断面形状を合成し、該インゴットの最小断面形
状を算出するとともに、インゴットの研磨中心を公知の
最小断面内接求心法によって算出する。

さらに、この算出結果に従ってマーカーの先部を研磨
中心に一致させる。すなわち、前記インゴット回転用の
ステッピングモータで前記対向クランプを回転させるこ
とにより、インゴットを所定角度θだけ回転させた後、
マーカー移動用のステッピングモータによりマーカーを
インゴットの軸直角方向に所定距離ｒだけ移動させるこ
とにより、マーカーの先部を研磨中心に一致させる。次
いでマーカーを、インゴットの軸方向に移動させる移動
手段により移動させて、インゴットの端面に研磨中心を
プロットする。

このように、本発明（請求項１）の自動芯出し装置で
は、芯出し操作を自動的に行うことができ、接触式イン
ジケータを備えたものであるため、超音波センサーや、
光学式のセンサーに比べて、極めて精度の高い芯出しが
可能になる。

また、この自動芯出し装置においては、マーカーをイ
ンゴットの端面に対して極座標（r,θ）で位置決めする
ものであり、マーカーは、円筒状クランプの軸内で前進
させて前記プロットを行うように構成したので、該プロ
ットの際、高重量のインゴットを移動させる面倒な作業
が不要となり、また、予めインゴット端面に研磨中心を
プロットしておくため、インゴットの芯出し作業と位置
決め作業とを分離することができて、作業の効率化が図
れる。

（実施例）以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

先ず、自動芯出し装置の構成を第１図乃至第４図に基
づいて説明する。即ち、第１図は自動芯出し装置１の正
面図、第２図は同側面図、第３図は支持部14の側面図、
第４図は同装置１のマーキング部８の拡大断面図であ
り、第１図の左右方向にはベース２上に２本の支柱3,3
が立設されており、これら支柱3,3の上部間には支持バ
ー４が水平に架設されている。そして、この支持バー４
には、３つの接触式インジケータ5a,5b,5cが前記支持バ
ー４と直交する方向に進退することにより、位置調整自
在に支持されている。

又、第１図の左右方向には固定台６と移動台７とが設
けられており、これら固定台６と移動台７上には第４図
にその詳細を示す互いに対向する一対のマーキング部8,
8が設置されている。

上記移動台７は、第１図の左右方向（第２図の紙面垂
直方向）に敷設された２本のガイド9,9に摺動自在に嵌
合するスライダ10……によって移動自在に支持されてお
り、これにはシリンダ11が固設されており、該シリンダ
11から延出するロッド11aはジョイント12を介して固定
部材13に連結されている。

更に、ベース２上の前記固定台６と移動台７との間に
は２つの支持部14、14が前記ガイド9,9に沿って移動自
在に設置されている。各支持部14は、第３図に示すよう
２本のシャフト15,15に架設された固定ホルダ16と、該
固定ホルダ16の上下に配され、且つシャフト15,15に摺
動自在に挿通する上、下ホルダ17,18と、前記固定ホル
ダ16に固定されたシリンダ19を含んで構成され、シリン
ダ19から下方へ延出するロッド19aはジョイント20を介
して前記下ホルダ18に連結されている。尚、上、下ホル
ダ17,18の相対向する部位には、Ｖブロック状の爪17a、
18aが各々取り付けられている。

ここで、前記マーキング部８の詳細を第４図に基づい
て説明するに、固定部材21には、円筒状のクランプ軸22
がボールベアリング23と、アンギュラ玉軸受24を介して
回転自在に支承されており、該クランプ軸22の一端部に
はインゴットＷを把持すべきリング状の摩擦部材25が固
着されており、同クランプ軸22の外周にはギヤ26が一体
に形成されている。

又、固定部材21の上部にはインゴットＷを回転せしめ
るステッピングモータ27が固設されており、該ステッピ
ングモータ27から延出する出力軸27aの端部には前記ギ
ヤ26に噛合するギヤ28が結着されている。

一方、固定部材21上に第４図の紙面垂直方向に敷設さ
れたスライドガイド29にはホルダ30が移動自在に支持さ
れており、該ホルダ30にはマーク用ペン31がリニアブッ
シング32を介して第４図の左右方向に移動自在に挿通支
持されており、このマーク用ペン31の先部は前記クラン
プ軸22の中空部に臨んでいる。又、ホルダ30の上部には
マーク用エアシリンダ33が固設されており、該シリンダ
33から延出するロッド33aは連結部材34を介して前記マ
ーク用ペン31の端部に連結されている。尚、マーク用ペ
ン31の端部には衝撃吸収用のスプリング35が巻回されて
いる。

更に、上記ホルダ30には第４図の紙面垂直方向に長い
ボールネジ軸36が螺合挿通しており、該ボールネジ軸36
はステッピングモータ37によって回転駆動される。

ところで、第１図に示すように、ベース２上にはCRT
ディスプレイ38、CPU39及び操作パネル40が設置されて
いる。

次に、本自動芯出し装置１による芯出し作業を説明す
る。

先ず、芯出しすべきインゴットＷを各支持部14の下ホ
ルダ18に取り付けられた爪18a上に水平に載置し、シリ
ンダ19を駆動して下ホルダ18を上動せしめれば、インゴ
ットＷは上、、下ホルダ17,18の爪17a,18a間に挟持され
る。

その後、シリンダ10を駆動して移動台７をLMガイド9,
9に沿って第１図中、左動せしめれば、インゴットＷの
両端面がマーキング部8,8のクランプ軸22,22によって支
持される。

上記状態において、インゴットＷを回転させていけば
該インゴットＷの断面形状が実測され、その計測データ
に基づいて研磨中心が算出されるが、その様子を第５図
のプロセスチャート及び第６図（ａ）〜（ｄ）に示す説
明図に基づいて説明する。

前記のようにインゴットＷの両端を両クランプ軸22,2
2にて支持した状態で、第６図（ａ）に示すように３つ
のインジケータ5a,5b,5cをインゴットＷの外周面に当接
せしめ、ステッピングモータ27を駆動してこれの回転動
力をギヤ28、26を経てインゴットＷに伝達し、インゴッ
トＷを第６図（ａ）の矢印方向に１回転せしめて各イン
ジケータ5a,5b,5cの当接点における該インゴットＷの断
面形状を実測する（第５図のステップ101）。すると、
第６図（ｂ）に示すような各測定点におけるインゴット
Ｗの断面形状（断面A,B,C）が得られ、この断面形状は
第１図に示すCRTディスプレイ38上に表示される。

然る後、上記３断面A,B,Cが第６図（ｃ）に示すよう
に合成され（第５図のステップ102）、クランプ軸22、2
2の支持によってインゴットＷに傾きがある場合にはこ
の傾きが補正され（第５図のステップ103）、第１図に
示すCPU39によって最小断面形状が算出される（第５図
のステップ104、第６図（ｃ）参照）。

その後、最小断面形状に内接する最大円（第６図
（ｄ）に実線にて示す）の概略中心を公知の最小断面内
接求心法によって演算し（第５図のステップ105）、こ
の概略中心を基に詳細な中心を同手法によって演算し
（第５図のステップ106）、最終的に求められた中心が
即ち研磨中心O₁となる。

上記研磨中心O₁が求められると、これと回転中心Ｏと
の補正量ΔX,ΔＹ（第６図（ｄ）参照）が演算され、こ
の補正量（直交座標上の補正量）ΔX,ΔＹは次式によっ
て極座標上の値r,θに変換される（第５図のステップ10
7）。

ｒ＝ΔX²＋ΔY², 上記のように補正量r,θが求められ、両マーキング部
8,8を極座標（r,θ）で位置決めすることによって研磨
中心O₁がインゴットＷの両端面にマーキングされ（第５
図のステップ108,109）、一連の芯出し作業が終了する
（第５図のステップ110）が、これは次のようになされ
る。

即ち、ステッピングモータ27を駆動してインゴットＷ
を現位置から角度θだけ回動せしめた後、インゴットＷ
を静止せしめ、次にステッピングモータ37を駆動してボ
ールネジ軸36を回転せしめ、ホルダ30をマーク用ペン31
と共に距離ｒだけ移動せしめる。すると、マーク用ペン
31の先部は研磨中心O₁に位置するため、マーク用エアシ
リンダ33を駆動してマーク用ペン31を第４図中、右動さ
せれば、このマーク用ペン31はインゴットＷの端面に研
磨中心O₁をプロットする。

斯くて、インゴットＷの芯出し作業が、作業者の熟練
と勘に頼ることなく、正確、且つ能率的になされる。

尚、以上の実施例においては、研磨中心O₁のプロット
にマーク用ペンを用いたがこれの代わりにレーザ光を用
いたレーザマーカー等を用いてもよい。

次に、本発明に係るセット装置50の構成を第７図及び
第８図に基づいて説明する。

第７図はセット装置50の正面図、第８図は同側面図で
あり、該セット装置50のベース51上には２本のガイド5
2、52が第７図の左右方向に敷設されており、該ガイド5
2、52にはチャック部53とアライメント部54が移動自在
に支持される。

上記チャック部53は２つのチャックハンド55,55を有
し、各チャックハンド55は上、下フィンガー56,57にて
構成され、下フィンガー57はシリンダ58によって上下動
せしめられる。

又、前記アライメント部54は、第９図に示すインゴッ
トＷのθ_１、θ_２、Ｙ、Ｘ方向の姿勢を調整する調整部
54a,54b,54c,54dを有している。

ところで、前記自動芯出し装置１によって芯出しされ
たインゴットＷは、図示のようにチャック部53にてチャ
ッキングされて水平に支持されるが、該インゴットＷの
左右側方には反射ミラー59、59が設置されており、これ
ら反射ミラー59、59の上方にはTVカメラ（Ａ），（Ｂ）
が設置され、TVカメラ（Ａ），（Ｂ）は受像機であるモ
ニター（Ａ），（Ｂ）（第10図参照）に接続されてい
る。尚、第10図は当該セット装置50の模式的構成図であ
る。

而して、第７図に実線にて示す状態において、インゴ
ットＷの両端面に付された研磨中心O₁,O₁′の像は反射
ミラー59、59を経てTVカメラ（Ａ），（Ｂ）にてキャッ
チされ、これらの像はモニター（Ａ），（Ｂ）上に表示
される。

いま、アライメント前の研磨中心O₁,O₁′がモニター
（Ａ），（Ｂ）上で第11図（ａ）にて示す位置にあった
とすれば、インゴットＷはアライメント54の調整部54a
にて先ずθ_１方向の調整を受け、その位置が第11図
（ｂ）に示すように移動する。次に、インゴットＷは調
整部54d,54b,54cにて順次X,θ₂,Y方向の調整を受け、そ
の研磨中心O₁,O₁′の位置が第11図（ｃ），（ｄ），
（ｅ）と変化し、最終的にはこの研磨中心O₁,O₁′は第
７図に示す円筒研磨盤60の回転中心に一致せしめられ
る。

上記のようにしてアライメントが終了すると、チャッ
ク部53とアライメント部54がガイド52,52に沿って第７
図中、鎖線にて示すように左方へ移動され、チャック部
53にチャッキングされたインゴットＷは円筒研磨盤60ま
で搬送され、その研磨中心O₁,O₁′が円筒研磨盤60の回
転中心に一致せしめられた状態で円筒研磨盤60にセット
される。

その後、円筒研磨盤60にてインゴットＷの外周を研磨
すれば、該インゴットＷの最終仕上がり直径は計算通り
の寸法（円筒研磨が可能な最大直径）に一致し、従来と
は異なりこの最終仕上がり直径を予め知ることができ
る。

（発明の効果）以上の説明で明らかな如く本発明によれば、インゴッ
トの研磨中心が、接触式インジケータにより得られた該
インゴットの断面計測データを基に解析的に求められ、
セット装置によってこの研磨中心と円筒研磨盤の回転中
心とが一致するようにしてインゴットが円筒研磨盤にセ
ットされるため、作業者の熟練と勘に頼ることなく正
確、且つ能率的にインゴットの芯出し及びセット作業を
行なうことができるというまた、請求項１の、自動芯出
し装置においては、複数の接触式インジケータを、回転
するインゴットの外周面に当接させることによりインゴ
ットの研磨中心を求めるものであるため、超音波センサ
ーや、光学式のセンサーに比べて、極めて精度の高い芯
出しが可能になる。

更に、請求項１の自動芯出し装置においては、マーカ
ーをｒ方向、およびθ方向にそれぞれステッピングモー
タで移動させることにより、インゴットの端面に対して
極座標（r,θ）で位置決めするものであり、マーカー
は、筒状クランプの軸内で前進させて研磨中心のプロッ
トを行うように構成したので、該プロットの際、高重量
のインゴットを移動させる面倒な作業が不要となり、ま
た、予めインゴット端面に研磨中心をプロットしておく
ため、インゴットの芯出し作業と位置決め作業とを分離
することができ、作業の効率化が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動芯出し装置の正面図、第２図
は同側面図、第３図は支持部の側面図、第４図は同装置
のマーキング部の拡大断面図、第５図は芯出し装置の手
順を示すプロセスチャート、第６図（ａ）〜（ｄ）は芯
出し原理の説明図、第７図はセット装置の正面図、第８
図は同側面図、第９図はインゴットのアライメントにお
ける調整方向を示す斜視図、第10図はセット装置の模式
的構成図、第11図（ａ）〜（ｅ）はモニターの表示画面
を示す図である。１……自動芯出し装置、5a,5b,5c……インジケータ（計
測部）、８……マーキング部、14……支持部、39……CP
U（演算部）、50……セット装置、53……チャック部、5
4……アライメント部、60……円筒研磨盤、Ｗ……イン
ゴット。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インゴットを支持する支持部と、該支持部
に支持されたインゴットの軸方向複数箇所における断面
形状を計測する計測部と、該計測部にて計測されたイン
ゴットの断面形状に基づいて研磨中心を算出する演算部
と、該演算部にて算出された研磨中心をインゴットの両
端面にマーキングするマーキング部を含んで構成され、
前記支持部は、インゴットの両端面を挟持する一対の対
向クランプを備え、前記計測部は、前記対向クランプの
対向方向に沿って並列に設けられ、かつ前記対向クラン
プの対向方向と直交する方向に進退可能な接触式のイン
ジケータと、前記クランプの回転により、前記支持され
たインゴットをその軸の回りに一回転させるステッピン
グモータを備え、前記演算部は、前記インジケータによ
り得られた複数のインゴット断面形状を合成し、該イン
ゴットの最小断面形状を算出するとともに、該最小断面
形状に内接する最大円の中心、すなわち前記研磨中心を
最小断面内接求心法によって算出するものであり、前記
マーキング部は、前記支持部を構成する筒状のクランプ
軸内に先部が臨むように支持されたマーカーと、該マー
カーをインゴットの軸方向に移動せしめる移動手段と、
同マーカーをインゴットの軸直角方向に移動せしめるス
テッピングモータとを含んで構成されることを特徴とす
るインゴットの自動芯出し装置。
【請求項２】前記マーキング部のマーカーがマーク用ペ
ンであり、該マーク用ペンをインゴットの軸方向に移動
せしめる移動手段がエアシリンダである請求項１記載の
インゴットの自動芯出し装置。
【請求項３】請求項１または２記載の自動芯出し装置に
よって研磨中心をマーキングされたインゴットをチャッ
キングするチャック部と、該チャック部にてチャッキン
グされたインゴットにマーキングされた研磨中心をモニ
タリングするモニター部と、該モニター部にてモニタリ
ングされた研磨中心を円筒研磨盤の回転中心に一致せし
めるアライメント部と、アライメント終了後のインゴッ
トを円筒研磨盤まで搬送する搬送部を含んで構成される
インゴットのセット装置。
【請求項４】請求項１または２記載の自動芯出し装置、
請求項３記載のセット装置及び円筒研磨盤を含んで構成
される自動円筒研磨装置。