JP6154354B2 - ワークの加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、サファイア等の脆性材料からなるインゴットをワークとして、ワークの端面を研削加工することなく、結晶方位軸を基準としてワークの外周面等を加工するワークの加工技術に関する。

単結晶のサファイアは、青色や白色等のＬＥＤの基板、液晶プロジェクタの偏光子保持基板、および電子デバイスの基板として使用されている。単結晶のシリコンは半導体集積回路等の電子デバイスの基板として使用されている。サファイア等の脆性材料からなる上述した基板は、円柱形状に製造されたインゴットから製造される。例えば、サファイア基板の製造工程は、特許文献１に記載されるように、サファイアのインゴットを製造する工程と、インゴットの結晶方位軸を測定して、インゴットの両端面が結晶方位軸つまりＣ軸またはＯＦＦ軸に直角となるようにインゴットの端面を切断し、研削する工程とを有している。インゴットは、さらに、結晶方位軸を中心軸として外周面を研削する工程と、後の工程で結晶方位が判るようにインゴットの外周面にはオリエンテーションフラットつまりＯＦが加工される。

外周面が研削されるとともにＯＦが加工されたインゴットは、結晶方位軸に対して直角な面にワイヤー切断つまりスライシングすることにより、ウエハがインゴットから切り出される。切り出されたウエハを用いて、多数のサファイア基板が製造される。このような製造工程は、シリコン基板を製造する場合にも同様である。

特開２０１３−８４６８８号公報

結晶方位軸を中心軸としてインゴットの外周面を研削加工するには、インゴットの両端面に突き当てられる回転シャフトによりインゴットを回転させる。このため、従来では、インゴットの両端面を外周面の研削加工に先立って、インゴットの両端面が結晶方位軸に直角となるようにインゴットの端面を切断および研削加工し、直角となった端面に回転シャフトの先端面を突き当ててインゴットを回転させている。

サファイアのインゴットは、結晶方位軸、または結晶方位軸に対して傾斜したＯＦＦ軸を基準軸とし、この基準軸に直角となるように、両端面を切断加工し、さらに両端面を研削加工した後に、外周面の研削加工が行われている。さらに、スライシング加工する際にも、基準軸を中心軸としてスライシング機械にインゴットが所定の位置となるようにインゴットが位置決めされる。

このように、従来では、結晶方位軸を基準軸としてこれに直角にインゴットの端面を切断し、研削する工程と、結晶方位軸に対して傾斜した軸を基準軸としてこれに直角にインゴットの端面を切断し、研削する工程とを有している。つまり、結晶方位軸を基準軸とするか、これに対して傾斜した軸を基準軸としており、いずれも結晶方位軸に基づく軸を基準軸とし、インゴットを加工する際には、基準軸を中心軸として利用することにより、外周面の研削加工等の芯出し加工を行っている。

このため、サファイア等の脆性材料のインゴットをワークつまり被加工物とする加工には、ワークの端面を切断し、さらに研削する工程が不可避であり、基板の製造工程が多くなるだけでなく、端面研削加工に時間がかかり、基板を製造するためのワークの加工効率を向上させることができない。

本発明の目的は、電子デバイス等の基板を製造するためのインゴットをワークとして、その端面を研削することなく、少ない製造工程によりワークを加工し得るようにすることにある。

本発明のワークの加工装置は、円柱形状のワークの結晶方位軸により設定される基準軸を芯出し軸としてワークの一端面に前記基準軸に位置させて第１の主球面継手を貼り付け、ワークの他端面に前記基準軸に位置させて第２の主球面継手を貼り付ける貼付装置と、ワークの外周面を研削加工する研削加工装置とを備えたワークの加工装置であって、前記貼付装置は、前記第１の主球面継手を真空吸着する第１の副球面継手が先端に設けられた第１の往復動シャフトと、前記第２の主球面継手を真空吸着する第２の副球面継手が先端に設けられた第２の往復動シャフトと、を有し、前記研削加工装置は、前記貼付装置によりワークの一端面に貼り付けられた前記第１の主球面継手に揺動自在に接触する第１の副球面継手が設けられた第１の回転シャフトと、前記貼付装置によりワークの他端面に貼り付けられた前記第２の主球面継手に揺動自在に接触する第２の副球面継手が設けられた第２の回転シャフトと、ワークの前記基準軸と第１および第２の前記回転シャフトの中心軸とを一致させ、それぞれの前記回転シャフトによりワークを回転させた状態で、ワークの外周面を前記基準軸に平行に研削する研削砥石と、を有する。

本発明のワークの加工装置は、円柱形状のワークの結晶方位軸により設定される基準軸を芯出し軸としてワークの外周面の研削加工に先立ってワークの一端面に前記基準軸に位置させて第１の主球面継手を貼り付け、他端面に第２の主球面継手を前記基準軸に位置させて貼り付けるワークの加工装置であって、軸方向に往復動自在に貼付基台に設けられ、第１の前記主球面継手に接触する第１の副球面継手が先端に設けられた第１の往復動シャフトと、第１の前記往復動シャフトに対して同軸に配置されて軸方向に往復動自在に前記貼付基台に設けられ、第２の前記主球面継手に接触する第２の副球面継手が先端に設けられた第２の往復動シャフトと、第１と第２の前記往復動シャフトの間のワーク貼付位置と前記ワーク貼付位置から前記往復動シャフトの径方向にずれたワーク搭載位置との間を水平移動自在に、前記貼付基台に設けられたスライドテーブルと、前記スライドテーブルに設けられ、ワークを支持するワーク支持台を垂直軸と水平軸を中心に旋回自在に支持する割り出しテーブルと、第１と第２の前記往復動シャフトに設けられ、それぞれの前記副球面継手が前記主球面継手に接触した状態のもとで、前記主球面継手を前記副球面継手に吸着させる真空供給機構と、前記ワーク支持台によりワークの前記基準軸と第１および第２の前記往復動シャフトの中心軸とを一致させた状態で、それぞれの前記往復動シャフトを接近移動させるシャフト駆動部材と、を有し、それぞれの前記往復動シャフトに吸着された前記主球面継手をワークの両端面に貼り付ける。

本発明のワークの加工装置は、それぞれの前記主球面継手を保持する継手ホルダーを前記スライドテーブルに設け、前記継手ホルダーに装填された前記主球面継手を、前記副球面継手により吸着してワークの端面に搬送するようにした。

ワークを加工するためにワークの端面を押し付けるシャフトには、ワークの端面に貼り付けられる主球面継手に接触する副球面継手が設けられているので、ワークの端面に主球面継手と副球面継手とからなる継手ユニットを介してシャフトを押し付けると、ワークは、その結晶方位軸に基づいて設定される基準軸にシャフトの中心軸が同軸となって芯出しされる。芯出しされた状態のもとで、外周面の加工等の種々の加工を行うことにより、ワークの他面を基準軸に対して直角に加工することなく、継手ユニットを用いて加工することができる。これにより、ワークの端面を加工する工程が不要となり、インゴットをワークとして、少ない製造工程により、電子デバイス等の基板を効率的に製造することができる。

（Ａ）〜（Ｅ）はワーク外周面を研削加工するための加工方法を示す工程図である。 （Ａ）はワークを一定間隔で薄片に切断加工するための加工方法を示すワークの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の正面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）における２Ｂ−２Ｂ線断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、比較例として示す従来のワーク外周面の研削加工方法を示す工程図である。 ワークの両端面に主球面継手を貼り付けるためのワークの加工装置を示す斜視図である。 図４の正面図である。 図４の一部切り欠き左側面図である。 図４〜図６に示された割り出しテーブルの拡大断面図である。 図４に示された２つの貼付ヘッドの一方を示す一部切り欠き正面図である。 図８に示されたＡ部の拡大断面図である。 図４〜図９に示された加工装置の制御回路を示すブロック図である。 ワークの外周面を研削加工するためのワークの加工装置を示す斜視図である。 図１１の正面図である。 図１２の平面図である。 ワークに固定されたワーク支持板とワークの基準軸との傾斜角度を検出するためのワーク加工装置を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は脆性材料であるサファイアからなるインゴットをワークＷとし、ワークＷの外周面を研削加工する加工方法を示す。ワークＷとしてのサファイアのインゴットは、ＥＦＧ法等のインゴット製造技術により円柱形状に形成される。るつぼから引き上げられたワークＷは、図１（Ａ）に示されるように、その両端面Ｅ１，Ｅ２がＣ軸つまり結晶方位軸Ｃに対して直角となっていない。

ワークＷの端面Ｅ１，Ｅ２が結晶方位軸Ｃに対して直角となっていないと、従来のように研削加工用のシャフトを端面Ｅ１，Ｅ２に直接押し付けてワークＷを回転させることができない。なぜならば、ワークＷの外周面を研削したり、ワークＷをスライシング加工してサファイアウエハを切断加工したりするときには、ワークの端面に押し付けられるシャフトの中心軸と結晶方位軸Ｃとが一致するようにワークの芯出しを行う必要があるからである。このため、端面Ｅ１，Ｅ２が結晶方位軸Ｃに対して直角となるように、ワークＷの端面を切断加工し、さらに研削加工している。しかし、この端面の研削加工には時間がかかり、ワークの加工効率を向上させることができない。

そこで、ワークＷの端面を研削加工することなく、つまり結晶方位軸Ｃを基準軸Ｏとしてこれに対してワークＷの端面が傾斜していても、ワークＷの外周面加工等のようにワークの芯出し加工を行うために、図１（Ｂ）に示されるように、るつぼから引き上げられて製造されたワークＷの両端を切断加工したままで研削加工を行うことなく、その一端面Ｅ１に第１の主球面継手１ａが貼り付けられ、他端面Ｅ２に第２の主球面継手１ｂが貼り付けられる。それぞれの主球面継手１ａ，１ｂは、図１（Ｂ）に示される継手貼付工程において、結晶方位軸Ｃを基準軸つまり中心軸Ｏとし、主球面継手１ａ，１ｂの中心が中心軸Ｏと一致するように中心軸Ｏに位置させて、ワークＷの端面に貼り付けられる。

図１（Ｃ）は、ワークＷの外周面を研削加工するための加工装置にワークＷが配置された状態を示す。この図には、加工装置における第１と第２の回転シャフト２１ａ，２１ｂの先端部が示されている。両方の回転シャフト２１ａ，２１ｂは、同軸となって配置されており、それぞれ軸方向に摺動自在となっている。第１の回転シャフト２１ａの先端には、第１の副球面継手１１ａが設けられており、この副球面継手１１ａは主球面継手１ａに揺動自在に接触する。また、第２の回転シャフト２１ｂの先端には、第２の副球面継手１１ｂが設けられており、この副球面継手１１ｂは主球面継手１ｂに揺動自在に接触する。

主球面継手１ａ，１ｂは、図１（Ｃ）に示されるように、継手駒部材３を有し、継手駒部材３の一端面には貼付面４が設けられ、他端面に開口面５が設けられている。継手駒部材３には球面形状の凹面６が開口面５に開口して形成されている。主球面継手１ａ，１ｂは、貼付面４が接着剤によりワークＷの端面Ｅ１，Ｅ２に貼り付けられる。一方、副球面継手１１ａ，１１ｂは、球体７を有し、球体７の一部が回転シャフト２１ａ，２１ｂの先端部から突出している。副球面継手１１ａ，１１ｂの球体７を、主球面継手１ａ，１ｂの凹面６に接触させると、球面接触により主球面継手１ａ，１ｂは副球面継手１１ａ，１１ｂに対してそれぞれ揺動自在に接触する。

したがって、図１（Ｃ）に示されるように、ワークＷを両方の回転シャフト２１ａ，２１ｂの間に配置した状態のもとで、回転シャフト２１ａ，２１ｂをワークＷに向けて接近移動させると、図１（Ｄ）に示されるように、同軸に配置される回転シャフト２１ａ，２１ｂの回転中心軸と、ワークＷの中心軸Ｏとが一致した状態となってワークは支持される。ワークＷの中心軸Ｏが回転シャフト２１ａ，２１ｂの回転中心軸に対して傾斜した状態となって配置されても、回転シャフト２１ａ，２１ｂによりワークＷを軸方向に押し付けると、図１（Ｄ）に示すワーク支持工程において、球体７と凹面６との摺動接触つまり滑り接触により、ワークＷの中心軸Ｏが回転シャフト２１ａ，２１ｂの回転中心軸に自動的に一致した状態となる。図１（Ｄ）においては、ワークＷの外周面が結晶方位軸である中心軸Ｏに対して傾斜した状態が誇張して示されている。

図１（Ｅ）は、ワークＷの外周面を研削する加工装置により研削加工した状態を示す。この研削工程において、外周面を研削加工すると、端面Ｅ１，Ｅ２は中心軸Ｏに対して直角とはならないが、外周面は中心軸Ｏと平行となる。したがって、ワークの端面に主球面継手１ａ，１ｂを貼り付け、研削加工用の回転シャフト２１ａ，２１ｂの先端に装着された副球面継手１１ａ，１１ｂを、主球面継手１ａ，１ｂに押し当てると、端面Ｅ１，Ｅ２を結晶方位軸Ｃに対して直角に切削加工することなく、ワーク外周面と基準軸としての結晶方位軸Ｃとを平行とすることができる。

図２は、外周面が研削加工されたワークＷを一定間隔で薄片に切断加工して、サファイアのウエハを切断加工するための切断方法を示す。この切断加工に先立って、ワークＷの外周面には、オリエンテーションフラットＯＦが研削加工され、このＯＦ面にはワーク支持板Ｐが貼り付けられる。この切断のための加工装置には、マルチワイヤソーや外周刃式切断機等の切断装置が使用される。この加工装置は、ワークＷを固定するための第１の固定シャフト２２ａと、これと同軸に配置される第２の固定シャフト２２ｂとを有し、さらに外周刃砥石やワイヤ等の切断工具が切断装置に設けられている。

固定シャフト２２ａ，２２ｂの先端には、副球面継手１２ａ，１２ｂが設けられている。それぞれの副球面継手１２ａ，１２ｂは、図１に示した副球面継手１１ａ，１１ｂと同様に球体７を有している。２つの固定シャフト２２ａ，２２ｂの少なくとも一方の固定シャフトを軸方向に移動させることにより、副球面継手１２ａ，１２ｂはそれぞれ主球面継手１ａ，１ｂに接触する。このように、固定シャフト２２ａ，２２ｂをワークＷに向けて押し付けるワーク固定工程により、ワークＷの基準軸と固定シャフト２２ａ，２２ｂの中心軸とが一致した状態となって、ワークＷは固定シャフト２２ａ，２２ｂにより固定される。したがって、外周面が研削されたワークＷを薄片つまりウエハに切断する際には、外周面を研削するために端面Ｅ１，Ｅ２に貼り付けられた主球面継手１ａ，１ｂをそのまま切断加工のために利用することができる。ワークＷは、図２において一点鎖線で示すように、基準軸Ｃに沿って一定間隔で薄片に切断加工される。この切断工程により、切断面が基準軸Ｃに対して直角の方向となるようにワークＷが切断される。図２（Ａ），（Ｂ）においては、二点鎖線Ｄにより切断面が示されている。

この切断加工に先立って、ワークＷの外周面にオリエンテーションフラットＯＦを研削加工するときにも、外周面を研削するために端面Ｅ１，Ｅ２に貼り付けられた主球面継手１ａ，１ｂをそのまま利用して、ＯＦ面の研削加工のために利用することができる。したがって、ＯＦ面を研削するための研削装置のシャフト先端には、それぞれ副球面継手が装着される。

ワークの種類によっては、結晶方位軸Ｃに平行となった外周面を研削した後に、さらに、結晶方位軸Ｃに対して傾斜したいわゆるＯＦＦ角に平行となった外周面を研削加工する場合がある。その場合には、結晶方位軸Ｃに対するＯＦＦ角を測定し、結晶方位軸Ｃに基づいて基準軸Ｏが設定され、その基準軸Ｏを芯出し軸として外周面の研削加工、およびワークの切断加工等が行われる。このように、結晶方位軸Ｃを基準軸Ｏとする加工と、結晶方位軸Ｃに対してＯＦＦ角だけ傾斜した軸を基準軸Ｏとする加工とがあり、いずれの場合も基準軸Ｏは結晶方位軸Ｃにより、これに基づいて設定される。

図３は、比較例として示す従来のワーク外周面の研削加工方法を示す工程図である。図３（Ａ）は、図１（Ａ）と同様に、るつぼから引き上げられて両端面が切断加工されたワークＷの両端面Ｅ１，Ｅ２が、結晶方位軸Ｃに対して直角となっていない状態を示す。従来は、図３（Ｂ）に示されるように、両端部Ｆ１，Ｆ２を切断し、結晶方位軸Ｃに対して直角となった端面Ｇ１，Ｇ２を研削して仕上げ加工している。端面Ｇ１，Ｇ２を研削加工した後に、図３（Ｃ）に示すように、研削装置の回転シャフト１０ａ，１０ｂの先端面をワークＷの端面Ｇ１，Ｇ２に突き当てて、外周面を研削加工している。図３（Ｄ）は外周面の研削加工が終了した状態を示す。

このように、端面を切断加工し、さらに研削加工した後に、外周面を研削加工すると、端面Ｇ１，Ｇ２の直角度を出すために端面の研削加工に時間がかかり、ワークの加工効率を向上させることに限度がある。これに対し、球面継手を使用した加工方法を採用すると、両端面の研削加工を行うことなく、短時間で効率的にワークの外周面等を加工することができる。

図４〜図９は、ワークＷの端面Ｅ１，Ｅ２に上述した主球面継手１ａ，１ｂを貼り付けるためのワークの加工装置を示す。このワークの加工装置３０は、ワークの外周面の研削加工等を行うに先立って、前加工としてワークＷの端面に主球面継手を貼り付けるための継手部材の貼付装置を構成している。

ワークの加工装置３０は、第１と第２の貼付ヘッド３１ａ，３１ｂを有し、それぞれの貼付ヘッド３１ａ，３１ｂは、ガイドレール３２ａ，３２ｂに案内されて水平方向に往復動自在となっている。ガイドレール３２ａ，３２ｂは、加工機ベッドとしての貼付基台３３の長手方向中央部を隔てて、貼付基台３３の両端部に長手方向に延びて設けられている。両方の貼付ヘッド３１ａ，３１ｂは相互に対向しており、それぞれの対向面には上下動ブロック３４ａ，３４ｂが上下動自在に装着されている。上下動ブロック３４ａには、ワークＷの一端面に主球面継手１ａを貼り付けるための第１の往復動シャフト２３ａが設けられており、上下動ブロック３４ｂには、ワークＷの他端面に主球面継手１ｂを貼り付けるための第２の往復動シャフト２３ｂが設けられている。

貼付基台３３には、ガイドレール３２ａ，３２ｂの間に位置させてガイドレール３２ａ，３２ｂに対して直角方向に延びてガイドレール３５が設けられている。このガイドレール３５にはスライドテーブル３６が水平方向に移動自在に設けられている。スライドテーブル３６には、図５および図６に示されるように、回転台３７が垂直軸Ｖ回りに回転自在に装着されている。この回転台３７には、インデックステーブルつまり割り出しテーブル３８が取り付けられている。割り出しテーブル３８は、図６および図７に示されるように、水平板３８ａとこれと一体となった垂直板３８ｂとを有し、垂直板３８ｂには、水平軸Ｈ回りに旋回する回転台３９が旋回自在に装着されている。回転台３９には、ワークＷを支持するワーク支持台４１が設けられている。ワーク支持台４１は、図６に示されるように、水平板４１ａとこれに一体となった垂直板４１ｂとを有し、垂直板４１ｂは回転台３９に取り付けられている。

スライドテーブル３６の両端部には、図４および図５に示されるように、継手ホルダー４２ａ，４２ｂが取り付けられており、それぞれの継手ホルダー４２ａ，４２ｂは、ワークＷの端面に貼り付けられる主球面継手１ａ，１ｂを保持する。図５には、主球面継手１ａ，１ｂがそれぞれの継手ホルダー４２ａ，４２ｂに装填された状態を示す。継手ホルダー４２ａ，４２ｂに対する主球面継手の装填は、作業者の手作業により行うようにしても良く、搬送装置により自動的に行うようにしても良い。

スライドテーブル３６は、継手ホルダー４２ａ，４２ｂに主球面継手１ａ，１ｂが装填されるワーク搭載位置と、主球面継手１ａ，１ｂが両方の往復動シャフト２３ａ，２３ｂの間のワーク貼付位置との間を水平方向に移動する。スライドテーブル３６を、ワーク搭載位置とワーク貼付位置との間で水平移動するために、図６に示されるように、貼付基台３３には、電動モータ４３が取り付けられている。この電動モータ４３により駆動される送りねじ４４は、駆動ブロック４５に組み込まれたナットにねじ結合され、駆動ブロック４５はスライドテーブル３６に取り付けられている。

回転台３７を垂直軸Ｖを中心に回転するために、スライドテーブル３６には、図６および図７に示されるように、電動モータ４６が取り付けられており、この電動モータ４６により回転台３７は旋回駆動され、回転台３７により割り出しテーブル３８は垂直軸Ｖを中心に旋回駆動される。ワーク支持台４１を水平軸Ｈを中心に旋回するために、割り出しテーブル３８の垂直板３８ｂには、図６および図７に示されるように、電動モータ４７が取り付けられており、この電動モータ４７によりワーク支持台４１は水平軸Ｈを中心に旋回駆動される。

ワーク支持台４１には、ワークＷを支持するＶブロック４８が取り付けられている。ワークＷは、手作業または搬送装置によりＶブロック４８に装填される。図６に示されるように、割り出しテーブル３８の垂直板３８ｂには、クランプ部材４９がＶブロック４８に向けて接近離反移動自在に装着され、ワークＷは、Ｖブロック４８とクランプ部材４９とにより固定される。クランプ部材４９を往復動するために、垂直板３８ｂには電動モータ５１が取り付けられており、この電動モータ５１により駆動される送りねじ５２は、駆動ブロック５３に組み込まれたナットにねじ結合され、駆動ブロック５３はクランプ部材４９に取り付けられている。

それぞれの貼付ヘッド３１ａ，３１ｂをガイドレール３２ａ，３２ｂに沿って軸方向に往復動させるために、図５に示されるように、貼付基台３３には電動モータ５４ａ，５４ｂが取り付けられている。電動モータ５４ａにより駆動される図示しない送りねじが貼付ヘッド３１ａにねじ結合され、電動モータ５４ｂにより駆動される図示しない送りねじが貼付ヘッド３１ｂにねじ結合されている。それぞれの電動モータ５４ａ，５４ｂは、それぞれの往復動シャフト２３ａ，２３ｂを接近移動させるためのシャフト駆動部材を構成している。それぞれの電動モータ５４ａ，５４ｂは、図４においては図示省略されている。

それぞれの貼付ヘッド３１ａ，３１ｂに設けられた上下動ブロック３４ａ，３４ｂを上下方向に駆動するために、貼付ヘッド３１ａ，３１ｂには、図４および図５に示されるように、電動モータ５５ａ，５５ｂが取り付けられている。電動モータ５５ａにより駆動される図示しない送りねじが上下動ブロック３４ａにねじ結合され、電動モータ５５ｂにより駆動される図示しない送りねじが上下動ブロック３４ｂにねじ結合されている。それぞれの電動モータ５５ａ，５５ｂにより、往復動シャフト２３ａ，２３ｂの上下方向の位置が設定される。

Ｖブロック４８の上に配置されたワークＷを位置決めするとともにワークＷの長さに応じた端面の位置を検出するために、図４に示されるように、位置検出ロッド５６ａ，５６ｂがそれぞれ貼付ヘッド３１ａ，３１ｂに取り付けられている。それぞれの位置検出ロッド５６ａ，５６ｂはワークＷに向けて図示しない電動モータ等のアクチュエータにより接近離反移動自在となっている。それぞれの位置検出ロッド５６ａ，５６ｂを前進移動させると、ワークＷはワーク支持台４１のＶブロック４８の長手方向の中心位置に位置決めされるとともに、位置検出ロッド５６ａ，５６ｂの突出長さに基づいてワークＷの端面の位置が検出される。

ワーク支持台４１の水平軸Ｈを中心とする旋回運動と、割り出しテーブル３８の垂直軸Ｖを中心とする旋回運動とにより、ワーク支持台４１は２軸方向に旋回ないし傾斜移動自在となっている。さらに、ワーク支持台４１は、スライドテーブル３６の横方向移動により往復動シャフト２３ａ，２３ｂの径方向に水平移動自在となっている。したがって、ワーク支持台４１を２軸方向に旋回させるとともに、スライドテーブル３６を水平移動することにより、ワークＷの結晶方位軸を往復動シャフト２３ａ，２３ｂの中心軸と同一軸に設定することができる。

ワークＷの外径と、結晶方位軸の方向は、予め測定されており、その測定データは、上述したそれぞれの電動モータを駆動するための制御ユニットのメモリに格納されている。したがって、それぞれの電動モータを測定データに基づいて駆動することにより、ワークＷは、その結晶方位軸を両方の往復動シャフト２３ａ，２３ｂの中心軸の位置に位置決めするときには、結晶方位軸が中心軸と同軸となる位置に位置決めすることができる。

往復動シャフト２３ａの先端には、主球面継手１ａに接触する第１の副球面継手１３ａが設けられており、往復動シャフト２３ｂの先端には、主球面継手１ｂに接触する第２の副球面継手１３ｂが設けられている。一方の副球面継手１３ｂは、図８および図９に示されるように、球体７を有しており、球体７は往復動シャフト２３ｂの先端面にねじ部材により固定される環状のリテーナ５７により保持されている。球体７には取付孔５８が形成されており、この取付孔５８を貫通するねじ部材５９により、球体７は往復動シャフト２３ｂに固定されている。副球面継手１３ｂの球体７は、主球面継手１ｂの凹面６に接触する。

球体７が凹面６に接触した状態のもとで、主球面継手１ｂを副球面継手１３ｂに吸着するために、往復動シャフト２３ｂには、図８および図９に示されるように、真空流路６１が形成されており、この真空流路６１は球体７に形成された連通孔６２により、主球面継手１ｂの凹面６の内側に連通する。開口面５と副球面継手１３ｂとの間をシールするために、リテーナ５７には環状のシール部材６３が設けられている。真空流路６１に外部から真空つまり負圧空気を供給するために、図８に示されるように、ジョイント部材６４が上下動ブロック３４ｂに設けられており、このジョイント部材６４には、図示しない真空源に接続された配管が接続される。このように、真空流路６１等は、主球面継手１ａ，１ｂを副球面継手１３ａ，１３ｂに吸着させるための真空供給機構を構成している。図８および図９は、貼付ヘッド３１ｂに設けられた往復動シャフト２３ｂを示すが、他の貼付ヘッド３１ａに設けられた往復動シャフト２３ａも同様の構造となっている。

図９に示されるように、ワークＷの端面に貼り付けられる主球面継手１ａ，１ｂと、ワークＷを芯出しして支持するためのシャフトである往復動シャフト２３ａ，２３ｂに装着される副球面継手１３ａ，１３ｂとにより継手ユニットＵが形成されている。継手ユニットＵとしては、相互に球面の中心点を中心に揺動接触する関係にあれば、副球面継手１３ａ，１３ｂのように、球体７を有する継手部材を主球面継手とし、主球面継手１ａ，１ｂのように、凹面６が形成された継手駒部材３を有する継手部材を副球面継手１３ａ，１３ｂとしても良い。ただし、ワークＷの端面に貼り付けられる部材としては、球体７が設けられていない方が軽量であるので、ワークＷに貼り付けるようにすることが好ましい。

図１０は、図４〜図９に示された加工装置３０の制御回路を示すブロック図である。それぞれの電動モータは、制御ユニット６５から制御信号により駆動される。制御ユニット６５は、制御信号を演算するマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式、マップデータ等が格納されるメモリとを有している。制御ユニット６５には操作パネル６６が接続されており、予め測定されたワークＷの結晶方位軸の外周面に対する角度、外径等のデータが操作パネル６６を操作することにより、メモリに入力される。制御ユニット６５には、位置検出ロッド５６ａ，５６ｂを駆動するアクチュエータからの検出信号６７が送られるようになっている。

図４〜図１０に示す加工装置３０によりワークＷの端面Ｅ１，Ｅ２に主球面継手１ａ，１ｂを貼り付ける手順について説明すると、以下の通りである。

ワークＷは、ワーク支持台４１のＶブロック４８に搬送され、クランプ部材４９とＶブロック４８とにより固定される。主球面継手１ａは継手ホルダー４２ａに装填され、主球面継手１ｂは継手ホルダー４２ｂに装填される。それぞれの主球面継手１ａ，１ｂの貼付面４には、予め接着剤が塗布されている。この状態のもとで、スライドテーブル３６がワーク搭載位置からワーク貼付位置に駆動される。一方、ワーク搭載位置となった主球面継手１ａ，１ｂに往復動シャフト２３ａ，２３ｂが対向するように、上下動ブロック３４ａ，３４ｂが駆動される。主球面継手１ａ，１ｂに往復動シャフト２３ａ，２３ｂが対向した状態のもとで、往復動シャフト２３ａ，２３ｂが主球面継手１ａ，１ｂに向けて前進駆動される。

それぞれの往復動シャフト２３ａ，２３ｂに設けられた副球面継手１３ａ，１３ｂが主球面継手１ａ，１ｂに接触した状態のもとで、真空流路６１に供給される負圧空気により図８に示されるように、主球面継手１ａ，１ｂは副球面継手１３ａ，１３ｂに吸着される。この状態のもとで、上下動ブロック３４ａ，３４ｂを上昇させると、主球面継手１ａ，１ｂは往復動シャフト２３ａ，２３ｂの先端に吸着保持された状態となる。

一方、操作パネル６６から入力されたワークＷの結晶方位軸と外径のデータに基づいて、ワーク支持台４１が２軸方向に旋回駆動されるとともに、スライドテーブル３６が水平方向に駆動され、上下動ブロック３４ａ，３４ｂが上下方向に駆動される。これにより、ワークＷは、結晶方位軸Ｃが両方の往復動シャフト２３ａ，２３ｂの中心軸と一致する位置に位置決めされる。この状態のもとで、両方の往復動シャフト２３ａ，２３ｂをワークＷに向けて前進移動させると、主球面継手１ａ，１ｂはワークＷの端面に貼り付けられる。ワークＷの端面が結晶方位軸Ｃに対して直角となっていなくとも、主球面継手１ａ，１ｂは、図９において二点鎖線で示されるように、球体７に沿って摺動して端面に接着される。

この加工装置３０により主球面継手１ａ、１ｂが貼り付けられたワークＷは、外周面を研削加工するための加工装置つまり研削加工装置に搬送される。

図１１〜図１３は、図１に示したワークの外周面を研削加工するための加工装置７０を示す。

この加工装置７０は、第１と第２の駆動ヘッド７１ａ，７１ｂを有し、それぞれの駆動ヘッド７１ａ，７１ｂは、加工機ベッドとしての支持基台７２に設けられたガイドレール７３に案内されて往復動自在となっている。ガイドレール７３は、図１１に示す複数枚のスライド式のカバー７４により覆われており、図１３はカバー７４を取り除いた状態の支持基台７２を示す。支持基台７２には、図１２に示されるように、電動モータ７５ａが取り付けられており、この電動モータ７５ａにより駆動される送りねじ７６ａは、駆動ブロック７７ａに組み込まれたナットにねじ結合され、駆動ブロック７７ａは駆動ヘッド７１ａに取り付けられている。支持基台７２には、さらに電動モータ７５ｂが取り付けられており、この電動モータ７５ｂにより駆動される送りねじ７６ｂは、駆動ブロック７７ｂに組み込まれたナットにねじ結合され、駆動ブロック７７ａは駆動ヘッド７１ｂに取り付けられている。

駆動ヘッド７１ａには、図１に示した第１の回転シャフト２１ａが設けられ、駆動ヘッド７１ｂには第２の回転シャフト２１ｂが設けられており、それぞれの回転シャフト２１ａ，２１ｂは、駆動ヘッド７１ａ，７１ｂ内に組み込まれた図示しない電動モータにより回転駆動される。それぞれの回転シャフト２１ａ，２１ｂには、図１に示した副球面継手１１ａ，１１ｂが設けられている。

図１３に示すように、支持基台７２の左側端部つまり長手方向一端部側はワーク装填位置となっており、ワークＷはワーク装填位置において回転シャフト２１ａ，２１ｂにより回転自在に支持される。

支持基台７２の両側には、図１３に示されるように、研削基台８１ａ，８１ｂが配置されており、それぞれの研削基台８１ａ，８１ｂには研削ヘッド８２ａ，８２ｂが設けられている。研削ヘッド８２ａ，８２ｂを案内するためのガイドレール８３ａ，８３ｂが研削基台８１ａ，８１ｂに取り付けられており、それぞれのガイドレール８３ａ，８３ｂは、ガイドレール７３に対して直角方向に延びている。それぞれの研削ヘッド８２ａ，８２ｂを水平方向に往復動するために、研削基台８１ａ，８１ｂには電動モータ８４ａ，８４ｂが設けられており、それぞれの電動モータ８４ａ，８４ｂにより駆動される図示しない送りねじが研削ヘッド８２ａ，８２ｂにねじ結合されている。

それぞれの研削ヘッド８２ａ，８２ｂには研削砥石８５ａ，８５ｂが設けられており、研削砥石８５ａ，８５ｂは研削ヘッド８２ａ，８２ｂ内に組み込まれた図示しない電動モータにより回転駆動される。研削ヘッド８２ａと研削ヘッド８２ｂは支持基台７２の長手方向にずれて配置されている。したがって、ワークＷをワーク装填位置から図１３において右方向に移動すると、図１３に示されるように、ワーク装填位置側の研削ヘッド８２ａに設けられた研削砥石８５ａにより荒研削加工が行われた後に、研削砥石８５ｂにより仕上げ研削加工が行われる。

この研削加工においては、図４〜図９に示した加工装置３０により端面Ｅ１，Ｅ２に貼り付けられた主球面継手１ａ，１ｂを利用して、図１に示すように、結晶方位軸Ｃを基準軸Ｏとして外周面の研削加工が行われる。

上述のように、結晶方位軸Ｃに平行となった外周面を研削加工した後に、さらに結晶方位軸Ｃに対して傾斜したＯＦＦ角に平行となった外周面を研削加工する場合には、結晶方位軸に基づいて基準軸Ｏが設定され、その基準軸Ｏを芯出し軸としてワークの外周面の研削加工が行われる。そのときには、図１１〜図１３に示した加工装置７０が使用される。

外周面が研削加工されたワークＷを、図２に示したように、薄片に切断加工するには、ワークＷにオリエンテーションフラットＯＦを研削加工し、加工されたＯＦ面にワーク支持板Ｐが接着される。

図１４は、ワークＷを薄片に切断する切断加工に先だって、ワークＷの基準軸Ｏとワーク支持板Ｐとの傾斜角度を測定するための加工装置９０を示す斜視図である。

この加工装置９０は、第１の支持シャフト２４ａが設けられた測定ヘッド９１ａと、第２の支持シャフト２４ｂが設けられた測定ヘッド９１ｂとを有している。測定ヘッド９１ａは支持ベッドとしての測定基台９２に取り付けられ、測定ヘッド９１ｂは、測定基台９２に設けられたガイドレール９３に長手方向に移動自在に装着され、測定ヘッド９１ａに接近離反移動自在となっている。測定ヘッド９１ａ，９１ｂの双方を長手方向に移動自在としても良く、少なくとも一方の測定ヘッドをガイドレール９３に移動させることにより、第１の支持シャフト２４ａは第２の支持シャフト２４ｂに対して相対的に接近離反移動に配置される。一方の支持シャフト２４ｂは、測定ヘッド９１ｂに設けられた空気圧シリンダ等のアクチュエータ９４によりワークＷを介して他方の支持シャフト２４ａに押し付けられる。

支持シャフト２４ａには、ワークＷの一端面に貼り付けられた主球面継手１ａに接触する副球面継手１４ａが装着され、支持シャフト２４ｂには、ワークＷの他端面に貼り付けられた主球面継手１ｂに接触する副球面継手１４ｂが装着されている。それぞれの副球面継手１４ａ，１４ｂは、上述したそれぞれの副球面継手と同様の構造となっている。

測定基台９２には測定台９５が設けられており、この測定台９５には測定ブロック９６が装填される。測定ブロック９６には、ワーク支持板ＰがＯＦ面に貼り付けられたワークＷが装着される。測定ブロック９６にはワーク支持板Ｐの長手方向の中心線が測定ブロック９６の中心線と一致するように装填される。

測定基台９２には測定器９７が設けられており、この測定器９７は、測定ブロック９６に設けられた測定用の反射プレート９８に向けてレーザー光を照射する照射部と、反射プレート９８からの反射光を受光する受光部とを有している。受光部に到達する反射光の位置に応じて、ワークＷの基準軸Ｏとワーク支持板Ｐとの傾斜角度が測定される。このようにして測定されたワークＷの基準軸Ｏに対するワーク支持板Ｐの傾斜角度のデータは、ワークＷを薄片に切断加工するための加工装置であるスライシング装置のメモリに格納された。したがって、ワークＷを薄片に切断加工する際には、ワーク支持板Ｐが所定の位置となるようにスライシング装置にワーク支持板Ｐを位置決めした状態のもとで、傾斜角度に応じて切断面が設定される。これにより、ワークＷは基準軸Ｏに対して直角方向となった切断面により切断される。

上述のように、継手ユニットＵをワークに貼り付けられる主球面継手１ａ，１ｂと、これに揺動自在に接触する副球面継手１１ａ〜１４ａにより形成することによって、回転シャフト２１ａ，２１ｂ、固定シャフト２２ａ，２２ｂ、往復動シャフト２３ａ，２３ｂ、支持シャフト２４ａ，２４ｂ等のシャフトに副球面継手を装着することにより、端面を基準軸Ｏに直角に加工することなく、端面が傾斜した状態のままで、上述したワークの芯出し加工を行うことができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した実施の形態は、サファイアのインゴットをワークとして、これを加工する場合を示すが、本発明の加工技術は、シリコンのインゴット等のように脆性材料をワークとしてこれを加工する場合であれば、他のワークの加工にも適用することができる。

１ａ，１ｂ 主球面継手
３ 継手駒部材
４ 貼付面
５ 開口面
６ 凹面
７ 球体
１１ａ〜１４ａ 副球面継手
１１ｂ〜１４ｂ 副球面継手
２１ａ，２１ｂ 回転シャフト
２２ａ，２２ｂ 固定シャフト
２３ａ，２３ｂ 往復動シャフト
２４ａ，２４ｂ 支持シャフト
３０ 加工装置
３１ａ，３１ｂ 第１，第２の貼付ヘッド
３３ 貼付基台
３４ａ，３４ｂ 上下動ブロック
３５ ガイドレール
３６ スライドテーブル
３７ 回転台
３８ 割り出しテーブル
３９ 回転台
４１ ワーク支持台
６１ 真空流路
６２ 連通孔
６３ シール部材
７０ 加工装置
７１ａ，７１ｂ 駆動ヘッド
７２ 支持基台
７３ ガイドレール
７５ａ，７５ｂ 電動モータ
８１ａ，８１ｂ 研削基台
８２ａ，８２ｂ 研削ヘッド
８５ａ，８５ｂ 研削砥石
９０ 加工装置
９１ａ，９１ｂ 測定ヘッド
９２ 測定基台
９５ 測定台
９６ 測定ブロック
９７ 測定器
９８ 反射プレート
Ｃ 結晶方位軸
Ｅ１，Ｅ２ 一端面
Ｏ 中心軸（基準軸）
Ｐ ワーク支持板
Ｕ 継手ユニット
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 円柱形状のワークの結晶方位軸により設定される基準軸を芯出し軸としてワークの一端面に前記基準軸に位置させて第１の主球面継手を貼り付け、ワークの他端面に前記基準軸に位置させて第２の主球面継手を貼り付ける貼付装置と、ワークの外周面を研削加工する研削加工装置とを備えたワークの加工装置であって、
   前記貼付装置は、
   前記第１の主球面継手を真空吸着する第１の副球面継手が先端に設けられた第１の往復動シャフトと、
   前記第２の主球面継手を真空吸着する第２の副球面継手が先端に設けられた第２の往復動シャフトと、を有し、
   前記研削加工装置は、
   前記貼付装置によりワークの一端面に貼り付けられた前記第１の主球面継手に揺動自在に接触する第１の副球面継手が設けられた第１の回転シャフトと、
   前記貼付装置によりワークの他端面に貼り付けられた前記第２の主球面継手に揺動自在に接触する第２の副球面継手が設けられた第２の回転シャフトと、
   ワークの前記基準軸と第１および第２の前記回転シャフトの中心軸とを一致させ、それぞれの前記回転シャフトによりワークを回転させた状態で、ワークの外周面を前記基準軸に平行に研削する研削砥石と、を有するワークの加工装置。
2. 円柱形状のワークの結晶方位軸により設定される基準軸を芯出し軸としてワークの外周面の研削加工に先立ってワークの一端面に前記基準軸に位置させて第１の主球面継手を貼り付け、他端面に第２の主球面継手を前記基準軸に位置させて貼り付けるワークの加工装置であって、
   軸方向に往復動自在に貼付基台に設けられ、第１の前記主球面継手に接触する第１の副球面継手が先端に設けられた第１の往復動シャフトと、
   第１の前記往復動シャフトに対して同軸に配置されて軸方向に往復動自在に前記貼付基台に設けられ、第２の前記主球面継手に接触する第２の副球面継手が先端に設けられた第２の往復動シャフトと、
   第１と第２の前記往復動シャフトの間のワーク貼付位置と前記ワーク貼付位置から前記往復動シャフトの径方向にずれたワーク搭載位置との間を水平移動自在に、前記貼付基台に設けられたスライドテーブルと、
   前記スライドテーブルに設けられ、ワークを支持するワーク支持台を垂直軸と水平軸を中心に旋回自在に支持する割り出しテーブルと、
   第１と第２の前記往復動シャフトに設けられ、それぞれの前記副球面継手が前記主球面継手に接触した状態のもとで、前記主球面継手を前記副球面継手に吸着させる真空供給機構と、
   前記ワーク支持台によりワークの前記基準軸と第１および第２の前記往復動シャフトの中心軸とを一致させた状態で、それぞれの前記往復動シャフトを接近移動させるシャフト駆動部材と、
   を有し、
   それぞれの前記往復動シャフトに吸着された前記主球面継手をワークの両端面に貼り付ける、ワークの加工装置。
3. 請求項２記載のワークの加工装置において、それぞれの前記主球面継手を保持する継手ホルダーを前記スライドテーブルに設け、前記継手ホルダーに装填された前記主球面継手を、前記副球面継手により吸着してワークの端面に搬送するようにした、ワークの加工装置。

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