JP5421132B2

JP5421132B2 - シリコンインゴットの円筒研削装置および円筒研削方法

Info

Publication number: JP5421132B2
Application number: JP2010001734A
Authority: JP
Inventors: 吉田　　裕; 一雄小林; 浩嗣斎藤; 富美夫久保
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: JP2011140091A

Description

本発明は、両端（Ｃ軸面）が切断された円柱状のシリコンインゴットの外周面を厚み７０〜１５０μｍ程度円筒研削して均一な外周面にする円筒研削方法およびそれに用いる円筒研削装置に関する。円筒研削加工された円柱状シリコンインゴットは、ワイヤー切断され、ＤＲＡＭや太陽電池（太陽光発電板）の基板として用いられる。

ＤＲＡＭ用のシリコン基盤は、溶解した金属珪素（Ｓ_ｉ）溶湯を円柱状グラファイト容器内に注湯し一方向に凝固させた後、容器内面と接触汚染した下端面と上端面の両端をスライサーで切断して平坦な面となし、この円柱状シリコンインゴットの両端面（Ｃ軸面）を主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構で水平方向に支架し、主軸台で円柱状シリコンインゴットを回転しつつ、回転する砥石車をインフィードして円柱状シリコンインゴットに砥石車で切り込みをかけ、次いで、前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを案内レール上で左右方向の一方向に移動（トラバース）させて円筒研削加工を行っている、または研削取り代が多いときは前記砥石車による切り込みと左右方向の往復移動（トラバース）を繰り返して円筒研削加工を行っている（例えば、非特許文献１参照）。

特開平４−３２２９６５号公報（特許文献１）、特開平６−１６６６００号公報（特許文献２）および特開平６−２４６６３０号公報（特許文献３）は、半導体基板用シリコン基板の製造用の円柱状シリコンインゴットの表面を面取り加工する横形の円筒研削装置を提案する。

これら特許文献１乃至特許文献３に開示される横形の円筒研削装置は、減速機構を介してサーボモータによりセンター軸を回転させる主軸台と左右方向に移動可能な心押台の一対よりなるクランプ機構と、このクランプ機構の主軸台シンターと心押台センターとによって円柱状シリコンインゴットの軸芯が水平（横）方向に、かつ、回転可能に支持された円柱状インゴットの円周上面部に円板状平砥石の円形平面が向くように砥石軸に軸承した研削ヘッドを昇降させる昇降機構と、前記研削ヘッドを円柱状インゴットの前記軸芯に対し平行に左右直線移動させるリニア移動機構よりなる。

円筒研削加工された円柱状シリコンインゴットは、ワイヤーカットされて７７０μｍ前後の厚みにワイヤーカッティングされる前に、外周面をフッ酸・硝酸混合水溶液でエッチングエッチングしたり、精密円筒研削加工されたりする。円筒研削加工される理由は、円柱状シリコンインゴットの外周面が粗いとワイヤーカッティングによりワイヤーが破損切れして切断中のインゴットが使い物にならなくなり、再生利用に廻されるからである。また、ワイヤーカットされたシリコンウエハが外周縁で後の加工工程でチッピングや破損を生じやすいからである。

一方、特開２００４−６９９７号公報（特許文献４）は、太陽電池用シリコンウエハ製造用の円柱状シリコンブロックをバンドソウで面取りして角柱状シリコンブロックとした後、ロール型ダイヤモンドスポンジ平砥石を用いて側平面を研磨加工し、そののち、スライス加工して角状ウエハを製造する方法を提案する。

特開２００９−５５０３９号公報（特許文献５）は、又、円柱状シリコンブロックをバンドソウで面取りして角柱状シリコンブロックとした後、砥粒径が８０〜６０μｍのカップホイール型砥石で側平面を粗研削加工し、次いで、砥粒径が３〜４０μｍのカップホイール型砥石で側平面を仕上げ研削加工し、さらに表面をエッチング処理したのち、スライシング加工して角状ウエハを製造する方法を提案する。

特開２００９−２３３７９４号公報（特許文献６）は、シリコンブロックの表面を研削／研磨する際に、シリコンブロックの長手方向の前後を機械的にチャッキング（クランピング）する一対のチャッキング部材（主軸台と心押台）で保持し、この状態でシリコンブロックの側面及びこれらを結ぶ４つの角部（４隅のＲコーナー部）を粗研削砥石と精密仕上げ砥石を用いて研削研磨する方法を提案する。この方法により、シリコンブロックの４つの角部および４側面を非接触でチャッキング部材に宙に浮かせたような状態で保持することができるので、その側面及び角部に傷が付いてしまうことを防止でき、さらにシリコンブロックの側面だけではなく角部も研削研磨して面取りすることができることから、シリコンブロックをスライス加工してシリコンウエハを製造する際、その周縁部が欠けたりすることを回避でき歩留まりを向上することができる。

前記特許文献４、５および６に記載の太陽電池用基板を製造する過程においても、シリコンブロックの４隅のＲコーナー部は円筒研削により平滑な面（平均粗さＲａは２〜４μｍ）に仕上げられることが必要である。角柱状シリコンインゴットの一辺の長さが５０ｍｍから１２５ｍｍ、１５６ｍｍ、２００ｍｍ、２４０ｍｍと長くなるに連れて、一辺が１５６ｍｍｍ乃至２４０ｍｍの角柱状シリコンインゴットをワイヤーカットソウで一度にスライスして厚み２００〜３３０μｍの太陽電池用シリコン基板を多量生産する際に前述したように角柱状シリコンインゴットのＲコーナー部分でチッピングが発生することが往々にあり、シリコン基板の生産ロス率を高めていることが基板加工メーカーより指摘されている。このチッピングが生じる現象は、半導体基板用円筒状シリコンインゴットのワイヤーカットの際でもたびたび生じており、円筒状シリコンインゴット表面の平均粗さＲａは最低でも１〜２μｍは必要とＤＲＡＭ加工メーカーは言っている。

本願発明者等は、従来の横形の円筒研削装置を用い、両端（Ｃ軸面）が水平に切断された直径２００ｍｍ、長さ４００ｍｍの円柱状シリコンインゴットをワークローディング装置を用いてワークホルダーから宙吊りし、一対のクランプ機構を構成する主軸台と心押台間に導き、心押台センターを前進させて前記角柱状シリコンインゴットを主軸台センターと主軸台センターとで宙吊りに支架し、円柱状シリコンインゴット外皮表面の１０μｍ厚みの面取り加工を砥石車で試みたところ、１００分も円筒研削に要した。

本願発明者等は、砥石車に替えて特開２００９−５５０３９号公報（特許文献５）に開示されるカップホイール型砥石２個（粗研削砥石と仕上げ研削砥石）をそれらの砥石軸が並列となるように用いて同時に円柱状シリコンインゴット表面の円筒研削加工を行ったところ、円筒研削加工時間を５５分前後に短縮できたが円筒研削加工中にクランプ機構に支架された円柱状シリコンインゴットにヨーイング（横揺れ）が生じ、得られる円柱状シリコンインゴット表面の平均粗さＲａは２〜４μｍと粗いことが見出された。

太陽電池用シリコン基板製造メーカーの「ＤＲＡＭのような半導体基板材料の円柱状インゴットでは、外周面の表面粗さ（Ｒａ）は１μｍ以下が要求されるが、太陽電池用シリコンインゴットでは４隅部の表面粗さ（Ｒａ）は２〜４μｍと粗くても後工程のスライシング工程でチッピングは生じない。」の説明から判断すると、この平均粗さＲａ２〜４μｍの値のシリコンインゴットは、太陽電池用シリコンインゴット用途には利用できるが、ＤＲＡＭ用とには使用できないことと推測され、ＤＲＡＭ用途として用いるには更なる精密仕上げ円筒研削加工またはエッチング処理が必要とされる。

株式会社岡本工作機械製作所の"「円筒研削盤」ＯＧＭシリーズ"カタログ、２００９年９月作成。特開平４−３２２９６５号公報特開平６−１６６６００号公報特開平６−２４６６３０号公報特開２００４−６９９７号公報特開２００９−５５０３９号公報特開２００９−２３３７９４号公報

本発明は、円筒研削加工中のヨーイング発生が小さく、表面粗さＲａが１μｍ以下の円柱状シリコンインゴットが短時間で得られる円筒研削方法およびその円筒研削加工に用いる円筒研削装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、
ａ）機枠（ベース）上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル、
ｂ）このワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワーク（円柱状シリコンインゴット）を搭載した前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）カップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸と前記カップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を、これら砥石軸の軸芯が同一直線上にあり、かつ、この同一直線は前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ機構に支架されたワークを挟んで前記２個のカップホイール型砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられている、
ことを特徴とする円柱状シリコンインゴットの円筒研削装置（但し、前記１０〜２５ｍｍ長さは、カップホイール型砥石の砥石刃横幅の２倍を超え５倍以下の長さである。）を提供するものである。

請求項２に記載の発明は、前記請求項１記載の円筒研削装置を密閉する密閉カバーの前記ワークテーブルの前側にワークを前記クランプ機構へ搬送できる開口部（ロードポート）を設け、その開口部正面の前側にｅ）ワークストッカー（インゴット複数本を貯える棚）およびｆ）ワークローディング／アンローディング装置を並設したことを特徴とする、請求項１記載の円筒研削装置を提供するものである。

請求項３に記載の発明は、前記請求項１記載の円筒研削装置を用い、クランプ機構に支架されたワークを主軸台のセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、ワークへの切り込みが所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させることによりワークのトラバース研削を行ってワーク表面を円筒研削することを特徴とする、円柱状シリコンインゴットの円筒研削加工方法を提供するものである。

請求項４に記載の発明は、円柱状シリコンインゴットの円筒研削加工による取り代量（カップホイール型砥石のインフィード研削量）を複数回ｎ（ｎ＝２から１０）に分け、前記請求項１記載の円筒研削装置を用い、クランプ機構に支架されたワークを主軸台のセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース研削加工を行い、ついで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに２回目の切り込みを掛け、ワークへの切り込み量が第２回目の所望量の値となったら前記ワークテーブルを逆方向に反転させてワーク表面を第２回目のトラバース研削加工を行い、以後、カップホイール型砥石のインフィード回数がｎ回に到るまでこのカップホイール型砥石による切り込みとワークテーブル反転とトラバース研削加工を行うことを特徴とする円柱状シリコンインゴットの円筒研削加工方法を提供するものである。

本発明の円柱状シリコンインゴットの円筒研削装置は、インゴットの外周の前後面を一対のカップホイール型砥石で挟持しながらトラバース研削加工を行うので、インゴットの外周は一対のカップホイール型砥石の砥石片４点で常時支えられるのでワークテーブル移動中のインゴットのヨーイングが抑えられる。よって、円筒研削加工されたインゴット表面粗さＲａも０．２〜０．３μｍと優れた値を示す。

一対のカップホイール型砥石の砥石片４点で常時支えられるのでワークテーブル移動中のインゴットのヨーイングが抑えられるので、ワークテーブル移動速度を高くすることができ、直径２００ｍｍ、長さ４００ｍｍの円柱状シリコンインゴット外皮厚み１０ｍｍ取り代の円筒研削加工を約３５分で行うことができる。

本発明の円柱状シリコンインゴットの円筒研削装置は、ワークストッカーおよびワークローディング／アンローディング装置を並設することにより、クランク機構へのインゴットの移出入を自動化することができ、作業者がシリコンインゴットのローディング／アンローディング作業をなす重労働から開放される。

図１は円筒研削装置を正面左側斜め約１５度の角度から見た斜視図である。図２は円筒研削装置の平面図である。図３は円筒研削装置の正面図である。図４は円筒研削装置の左側面図である。図５は円筒研削装置の右側面図である。図６は密閉カバー、ワークストッカーおよびワークローディング／アンローディング装置を取り外して見た円筒研削装置の平面図である。図７は一対のカップホイール型砥石が直径２００ｍｍの円柱状ワークをインフィード研削加工し（ａ）、ついでトラバース研削加工している（ｂ）状態を示す一部を切り欠いた平面図である。

本発明の円筒研削装置１は、図１、図２および図６に示されるように、機枠（ベース）２に左右方向に延びて敷設された一対の案内レール３，３上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル４を設けてある。このワークテーブル４の左右往復移動は、サーボモータ５による回転駆動をボールネジ６が受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台（図示されていない）が左方向または右方向に前進することにより、この固定台表面にワークテーブル４の裏面が固定されているワークテーブル４が左方向または右方向に前進する。ワークテーブル４の左方向または右方向の前進は、サーボモータ５の回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。

このワークテーブル４上に左右に分離して搭載された主軸台７ａと心押台７ｂの一対よりなるクランプ機構７が搭載されている。よって、ワークテーブル４の左方向または右方向の移動に付随してこのクランプ機構７も左方向または右方向に移動し、クランプ機構７の主軸台センター支持軸７ａ_１と心押台センター支持軸７ｂ_１により支架されて宙吊り状態となったワークｗが第一円筒研削ステージ１０、第二円筒研削ステージ１１、第三円筒研削ステージ９、またはロードポート８位置へと移動することが可能となっている。

クランプ機構７は非特許文献１に記載されるように公知のチャック機構であり、円筒研削装置で広く利用されている。主軸台７ａは主軸台センター支持軸７ａ_１をサーボモータ７ａ_ｍで回転させることによりワークｗを３６０度回転させる機能を有する。心押台７ｂは空気シリンダー７ｅ駆動でガイドレール上を左右に移動できる移動台７ｂ_ｔ上に設けられ、ワークをクランプ機構７で支架したのち、レバーを押し下げることにより固定し、ワークテーブル４の移動により心押台７ｂを搭載する移動台７ｂ_ｔが移動するのを防ぐ。

前記第一円筒研削ステージ１０、第二円筒研削ステージ１１、第三円筒研削ステージ９は、いずれもワークの円筒研削を行うことができる。第一円筒研削ステージ１０および第二円筒研削ステージ１１は、本発明のカップホイール型砥石の配置を示し、第二円筒研削ステージ１１で粗円筒研削加工を、第一円筒研削ステージ１０で仕上げ精密円筒研削加工を実施できるようそれぞれのカップホイール型砥石の砥番を選択する。カップホイール型砥石で精密仕上げ研削加工する第一円筒研削ステージ１０および砥石車で精密仕上げ研削加工する第三円筒研削ステージ９は、前記第二研削ステージ１１で得られたインゴットの表面粗さＲａが０．１〜１μｍであるものを精密仕上げ研削砥石を用いて更に精密仕上げ円筒研削加工によりＲａ数十ナノのワーク表面に仕上げ加工する際に使用されるもので、本願発明の円筒研削装置に付随的に設置したものである。

これら第一円筒研削ステージ１０、第二円筒研削ステージ１１、第三円筒研削ステージ９は、密閉カバー１２で覆われている。また、ロードポート８は片手横スライド扉１２ａにより閉じられる。密閉カバー１２で覆われた各研削ステージ９，１０，１１の空間には排気ダクト１３が接続され、この空間内に浮遊するミストや研削屑を外部へ排出する。第二研削ステージ１１、およびロードポート８の位置関係は、前記ワークテーブル４を正面側から直角に見る方向であって、かつ、左側方向より右側方向へ向かって、第一研削ステージ１０、第二研削ステージ１１、ロードポート８を設け、このロードポート８の背面に砥石車で精密仕上げ研削加工する第三研削ステージ９が設けられる。

第一研削ステージ１０は、サーボモータ１０ｍ，１０ｍの回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１０ｔ，１０ｔ上に設けられた砥石軸の一対１０ａ，１０ａに軸承されたカップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇをその研削砥石面の砥石刃１０ｇ_ｓ，１０ｇ_ｓが相対向するようにワークテーブル４を挟んでワークテーブル４前後に対称にかつ砥石軸芯１０_ｏ，１０_ｏが同一線上となる位置に設け、これら砥石軸１０ａ，１０ａはサーボモータ１０_Ｍ，１０_Ｍの回転駆動により回転される構造となっている。カップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇの直径は他方のカップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径である。このカップホイール型砥石の砥番は８００〜２，０００番が好ましい。

サーボモータ１０ｍ，１０ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進または後退することにより、この固定台表面にツールテーブル１０ｔ，１０ｔの裏面が固定されているツールテーブル１０ｔ，１０ｔが前進移動または後退移動する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ１０ｍ，１０ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。

第二研削ステージ１１は、サーボモータ１１ｍ，１１ｍの回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１１ｔ，１１ｔ上に設けられた砥石軸の一対１１ａ，１１ａに軸承されたカップホイール型砥石の一対１１ｇ，１１ｇをその研削砥石面の砥石刃１１ｇ_ｓ，１１ｇ_ｓが相対向するようにワークテーブル４を挟んでワークテーブル４前後に対称にかつ砥石軸芯１１_ｏ，１１_ｏが同一線上となる位置に設け、これら砥石軸１１ａ，１１ａはサーボモータ１１_Ｍ，１１_Ｍの回転駆動により回転される構造となっている。カップホイール型砥石の一対１１ｇ，１１ｇの直径は一方のカップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型砥石を用いる。砥番は１００〜６００番が好ましい。前記１０〜２５ｍｍの長さは、カップホイール型砥石の砥石刃横幅の２倍を超え５倍以下の長さであるのが円筒研削中のインゴットのヨーイングを抑える効果が大きい。小さい径のカップホイール型砥石の回転速度を大きい径のカップホイール型砥石の回転速度と同じとするために、小さい径のカップホイール型砥石の回転数を（大きい径のカップホイール型砥石の直径／小さい径のカップホイール型砥石の直径）倍の回転数に設定して用いる。

サーボモータ１１ｍ，１1ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進移動または後退移動することにより、この固定台表面にツールテーブル１１ｔ，１１ｔの裏面が固定されているツールテーブル１１ｔ，１１ｔが前進または後退する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ１１ｍ，１１ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。

第二研削ステージ１１は、前記第一研削ステージ１０の右横側に平行に設けられる。即ち、両研削ステージ１０，１１の砥石軸芯１０_ｏ，１１_ｏが平行である。第二研削ステージ１１で使用される一方のカップホイール型砥石の直径は、第一研削ステージ１０で使用される一方のカップホイール型砥石の直径と同一であるのが好ましい。

なお、前記第一研削ステージ１０で使用する砥石および前記第二研削ステージ１１で使用する砥石は、図６および図７は、第一研削ステージ１０で使用する砥石が精密仕上げ研削砥石１０ｇであり、第二研削ステージ１１で使用する砥石は粗研削砥石１１ｇを用いた例を示す。この左右の砥石の配置を逆にしてもよく、第一研削ステージ１０で使用する砥石を粗研削砥石１０ｇとし、第二研削ステージ１１で使用する砥石を精密仕上げ研削砥石１１ｇとしてもよい。

研削砥石１０ｇ，１０ｇ，１１ｇ，１１ｇのカップホイール型砥石の直径は、大きい方の直径が、円柱状ワークの直径の１．０５〜１．３倍の直径が好ましい。例えば、直径が２００ｍｍの円筒状シリコンインゴットを研削するときは大きい方の直径が２３０ｍｍ、小さい方の直径が２１０ｍｍである。カップホイール型砥石の砥石片１０ｇｓ、１ｇｓの幅は３〜１０ｍｍ、高さは４〜１５ｍｍであるのがシリコンインゴットの研削焼け防止の観点から好ましい。

研削砥石１０ｇ，１１ｇの砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒が好ましく、結合剤（ボンド）はメタルボンド、ビトリファイドボンド、エポキシレジンボンドがよい。例えば、カップホイール型粗研削砥石１０ｇは、例えば特開平９−３８８６６号公報、特開２０００―９４３４２号公報や特開２００４−１６７６１７号公報等に開示される有底筒状砥石台金の下部環状輪に砥石刃の多数を研削液が散逸する隙間間隔で環状に配置したカップホイール型砥石で、台金の内側に供給された研削液が前記隙間から散逸する構造のものが好ましい。このカップホイール型砥石１０ｇの環状砥石刃の直径は、円柱状シリコンインゴット直径の１．２〜１．５倍の直径であることが好ましい。前記カップホイール型粗研削砥石の環状砥石刃は、砥番１００〜６００番のダイヤモンドレジンボンド砥石、またはダイヤモンドビトリファイドボンド砥石が好ましい。また、カップホイール型精密仕上げ研削砥石１１ｇの環状砥石刃は、砥番３００〜２，０００番のダイヤモンドレジンボンド砥石、ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石、またはダイヤモンドメタルボンド砥石が好ましい。また、後述する砥石車９ｇとしては砥番３００〜１，２００番のダイヤモンド砥石車が好ましい。

研削液としては、純水、コロイダルシリカ水分散液、セリア水分散液、ＳＣ−１液、ＳＣ−２液、あるいは、純水とこれら前記の水分散液または研削液を併用する。なお、研削液としては、環境を考慮した水処理の面から純水のみを利用するのが好ましい。

ロードポート８は、第二研削ステージ１１の右横側であってワークテーブル４の前側に位置するハウジング材にワークｗを前記クランプ機構への移出入を可能とする開口部を設けることにより形成される。

第三研削ステージ９は、上記ロードポート８に対向する前記ワークテーブル４の後側に、砥石車９ｗを有する砥石軸９ａをワークテーブル４の左右方向に平行であって、この砥石軸９ａの軸芯９_ｏを前後方向に移動可能にツールテーブル９ｔ上に設けた構造を採る。

図２、図４および図５から理解されるように、砥石軸９ａの回転駆動はサーボモータ９_Ｍの回転駆動により行われ、ツールテーブル９ｔの前進後退は、サーボモータ９ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進または後退することにより、この固定台表面にツールテーブル９ｔの裏面が固定されているツールテーブル９ｔが案内レール９ｒ，９ｒ上を前進移動または後退移動する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ９ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。

図２において、符号９ｃは研削液供給管を、図４において符号９ｄは乾燥空気（ドライエアー）供給口を示す。この乾燥空気は、面取り加工され、研削液（純水）により洗浄された角柱状インゴット（ワーク）の表面に吹き付けられ、研削液を吹き飛ばして角柱状インゴット表面を乾燥するのに使用される。また、図１において符号２０は制御装置を、符号２１は操作盤を示す。

図１、図２、図３および図４に示すように、本発明の円筒研削装置１は、前記ワークテーブル４の前側であって前記ロードポート８と前記第二研削ステージ１１との空間部にワークローディング／アンローディング装置１３およびインゴット３本を貯えるワークストッカー１４を機枠２上に並設している。符号１５は、脚立車を備えた運搬台車１６のテーブル上に載置された予備のワークストッカーである。

ワークストッカー１４，１５は、ワーク３本ｗ，ｗ，ｗを収納できる断面が逆２等辺三角形状のＶ字棚段を備え、機枠から突き出した位置決めピン１６上に載置されている。

前記ワークローディング／アンローディング装置１３は、ワークストッカー１４Ｖ字棚段に保管されているワークｗ１本を１対の爪１３ａ，１３ｂで挟持し、両爪を上昇させることによりワークを吊り上げ、ついで、後退、右方向への移動、下降してロードポート８前に位置させ、さらに後退させることによりこのロードポート８からワークをクランプ装置７の主軸台７ａと心押台７ｂ間へと搬送する。ワークの一端を主軸台７ａのセンター支持軸７ａ１に当接させた後、心押台７ｂを空気シリンダー７ｅで右方向に移動させてセンター支持軸７ｂ１に他端を当接させワークを宙吊り状態に支架する。ついで、前記爪１３ａ，１３ｂを離間させてワークの把持を開放し、ついで、両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆを上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪１３ａ，１３ｂを待機位置へと戻す。

また、前記クランプ装置７に両端を支架されて宙吊り状態となっている円筒研削加工および洗浄・風乾されたワークを両爪１３ａ，１３ｂで把持し、ついで、両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆを上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪１３ａ，１３ｂをワークストッカー１４，１５の空棚上方へ移動したのち、下降させてワークを前記空棚に載置下後、両爪１３ａ，１３ｂを離間してワークを開放したのち、前記待機位置へと両爪１３ａ，１３ｂを戻す。

両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆの前後方向の移動は、図２および図５に示すようにサーボモータ１３ｍにより回転駆動されたボールネジ１３ｋに裏面を螺合させた固定台１３ｆの滑走面１３ｓをコラム１３ｃ側面に設けられた案内レール１３ｇ上を滑走させることにより行われる。両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆの上下方向の移動は、エアーシリンダー１３ｐにより行われる。両爪１３ａ，１３ｂの離間は、図５の円内に示されるマイクロウイークエアシリンダ１３ｅを用いて両爪１３ａ，１３ｂを離間させる。両爪１３ａ，１３ｂの僅かな昇降の微調整は、マイクロウイークエアシリンダ１３ｌを用いて行う。両爪１３ａ，１３ｂの僅かな前後移動の微調整は、マイクロウイークエアシリンダ１３_Ｒを用いて行う。

本発明のシリコンインゴットの円筒研削装置１を用い、ワークｗとして両端（Ｃ軸面）が平面切断された円柱状シリコンインゴットｗを円筒研削加工する作業は、ワークストッカー１４棚段に保管されているワーク１本をワークローディング／アンローディング装置１３を用いてクランプ機構７へ搬送し、ついで、ワークをクランプ機構７に支架させる。

図７に示すように、クランプ機構７に支架されたワークｗを主軸台のセンター軸７Ｏを１０〜３００ｒｐｍの回転速度で回転させることにより回転させ、次いで、直径が２５０ｍｍと直径が２３０ｍｍの一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１１ａ，１１ａを略同一の回転速度となる２，８００〜４，０００ｍｉｎ^−１の回転数域の値であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削：図７ａ参照））、ワークへのインフィード切り込みが所望量の値（例えば、大きい径のカップホイール型砥石１１ｇの切り込みは外皮面から５ｍｍ、小さい径のカップホイール型砥石１１ｇの切り込みは外皮面から１０ｍｍとなったらワークテーブル４を前記カップホイール砥石が回転している方向へ５〜３０ｍｍ／分速度で移動させるワークのトラバース研削加工(図７ｂ参照)を行ってワーク表面を円筒研削する。インフィード研削加工およびトラバース研削加工されている間、研削液２０〜１，０００ｃｃ／分の量が作業点に供給される。

あるいは、円柱状シリコンインゴットｗの円筒研削加工による取り代量（カップホイール型砥石のインフィード研削量）を複数回ｎ（ｎ＝２から１０）に分け、前記円筒研削装置を用い、クランプ機構７に支架されたワークを主軸台７ａのセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース研削加工を行い、ついで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに２回目の切り込みを掛け、ワークへの切り込み量が第２回目の所望量の値となったら前記ワークテーブルを逆方向に反転させてワーク表面を第２回目のトラバース研削加工を行い、以後、カップホイール型砥石のインフィード回数がｎ回に到るまでこのカップホイール型砥石による切り込みとワークテーブル反転とトラバース研削加工を行う。

また、円柱状シリコンインゴットｗの円筒研削加工による取り代量（カップホイール型砥石のインフィード研削量）を複数回ｎ（ｎ＝２から１０）に分け、前記円筒研削装置を用い、クランプ機構７に支架されたワークを主軸台７ａのセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸１１ａ，１１ａを前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース粗研削加工を行い、ついで、前記砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを後退させたのち、前記一対のカップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１０ａ，１０ａを略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸１０ａ，１０ａを前方向に移動させて回転しているワークに２回目の切り込みを掛け、ワークへの切り込み量が第２回目の所望量の値となったら前記ワークテーブル４を逆方向に反転させてワーク表面を第２回目のトラバース精密研削加工を行い、以後、カップホイール型砥石のインフィード回数がｎ回に到るまでこのカップホイール型砥石による切り込みとワークテーブル反転とトラバース研削加工を行う。

あるいは、円柱状シリコンインゴットｗの円筒研削加工による取り代量（カップホイール型砥石のインフィード研削量）を２回に分け、前記円筒研削装置を用い、クランプ機構７に支架されたワークを主軸台７ａのセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸１１ａ，１１ａを前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース粗研削加工を行い、ついで、前記砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを後退させたのち、前記ワークテーブル４を第三研削ステージの砥石車９ｇのある一方向へ移動させ、砥石車９ｇを８００〜３，０００ｍｉｎ^−１の回転速度で回転しつつ、研削液が５〜１００ｃｃ／分の量作業点に供給されている円柱状インゴットの精密仕上げ研削加工を行う。

上記インゴットの円筒研削加工が終了した後、クランプ機構７をロードポート８位置へ後退させ、そこで円筒研削加工がなされた円柱状シリコンインゴットを回転させながら圧空をインゴット表面に噴き付けて風乾させる。風乾が終えたらクランプ機構７による円柱状シリコンインゴットの回転を終了させる。

ワークローディング／アンローディング装置１３の両爪１３ａ，１３ｂを用いてクランプ機構７に支架されている円柱状シリコンインゴットｗを把持し、ついで、心押台７ｂを左方向へ後退させて支架を解いたのち、両爪１３ａ，１３ｂをワークストッカー１４Ｖ字棚段上方へ移動させ、下降して円柱状シリコンインゴットｗをワークストッカー１４Ｖ字棚段に載置し、その後、両爪１３ａ，１３ｂを離間して円柱状シリコンインゴットｗの把持を解く。

円柱状シリコンインゴットの面取り加工スループット時間が既知の円筒研削装置の１／３〜１／２の時間で行うことができるシリコンインゴットの円筒研削装置である。具体的には、直径２００ｍｍ、長さ４００ｍｍの円柱状シリコンインゴット外周面１０ｍｍ厚み取り代を行う円筒研削加工を約３５分で行うことができる。

１円筒研削装置
ｗ円柱状シリコンインゴット
２機枠
４ワークテーブル
７クランプ機構
７ａ主軸台
７ｂ心押台
８ロードポート
９第三研削ステージ
１０第一研削ステージ
１１第二研削ステージ
１１ａ砥石軸
１１ｇカップホイール型研削砥石
１１ｇ_Ｓ砥石刃
１３ワークローディング／アンローディング装置
１４ワークストッカー

Claims

ａ）機枠上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル、
ｂ）このワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワークを搭載した前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）カップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸と前記カップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を、これら砥石軸の軸芯が同一直線上にあり、かつ、この同一直線は前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ機構に支架されたワークを挟んで前記２個のカップホイール型砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられている、
ことを特徴とする円柱状シリコンインゴットの円筒研削装置（但し、前記１０〜２５ｍｍ長さは、カップホイール型砥石の砥石刃横幅の２倍を超え５倍以下の長さである。）。
請求項１に記載の円筒研削装置を密閉する密閉カバーの前記ワークテーブルの前側にワークを前記クランプ機構へ搬送できる開口部を設け、その開口部正面の前側にｅ）ワークストッカーおよびｆ）ワークローディング／アンローディング装置を並設したことを特徴とする、請求項１記載の円筒研削装置。
請求項１に記載の円筒研削装置を用い、クランプ機構に支架されたワークを主軸台のセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け、ワークへの切り込みが所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させることによりワークのトラバース研削を行ってワーク表面を円筒研削することを特徴とする、円柱状シリコンインゴットの円筒研削加工方法。
円柱状シリコンインゴットの円筒研削加工による取り代量を複数回ｎ（ｎ＝２から１０）に分け、前記請求項１に記載の円筒研削装置を用い、クランプ機構に支架されたワークを主軸台のセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース研削加工を行い、ついで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに２回目の切り込みを掛け、ワークへの切り込み量が第２回目の所望量の値となったら前記ワークテーブルを逆方向に反転させてワーク表面を第２回目のトラバース研削加工を行い、以後、カップホイール型砥石のインフィード回数がｎ回に到るまでこのカップホイール型砥石による切り込みとワークテーブル反転とトラバース研削加工を行うことを特徴とする円柱状シリコンインゴットの円筒研削加工方法。