JP7103277B2 - シリコン単結晶インゴットの研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン単結晶インゴットのオリエンテーションフラット研削又はノッチ研削を行う研削方法に関する。

シリコン単結晶インゴットの円筒研削は、一般的に図７に示すような円筒研削機を用いて行われる。主軸１０２、副軸１０３によって結晶を軸方向に挟み込む支持ユニット１０４、１０５と、シリコン単結晶インゴット１０１の軸方向に沿って移動しつつシリコン単結晶インゴットの外周をトラバース研削する研削ユニット１０６とを有する円筒研削機１００において、近年、結晶の大口径化、高重量化に伴い、研削時において研削ユニット１０６やシリコン単結晶インゴット１０１を挟持する支持ユニット１０４、１０５のたわみ量が増大している。また、シリコン単結晶インゴットの一部有転位化などにより端部（コーン部、テール部）を有さないインゴットも同一設備で加工することが多くなってきている（例えば、特許文献１、２）。

このため、支持ユニット１０４、１０５に挟持されるシリコン単結晶インゴット１０１に対して、回転駆動をシリコン単結晶インゴット１０１に伝達し軸周りに回転させるとともに、このシリコン単結晶インゴット１０１の、例えば、凹凸した外周面に研削ユニット１０６内の砥石を高速回転させながら接触させトラバース研削する円筒研削工程において研削面の不良、目標研削直径に対する直径不良が生じることがある。その後、Ｘ線回折ピーク検出工程を経て、規定の結晶面方位にＯＦ（オリエンテーションフラット）、あるいはノッチの研削が行われるが、その研削精度不良が生じることがある。

特開２００９－２７９７２１号公報 特開平１１－２０７５０５号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、シリコン単結晶インゴットが大口径、高重量結晶であって、研削面の不良、直径不良が生じた場合、特には、シリコン単結晶インゴットが偏芯している場合、テーパー状になっている場合でも、高い研削精度でＯＦ（オリエンテーションフラット）、及びノッチの研削をすることができる研削方法を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明は、シリコン単結晶インゴットを円筒研削後、トラバース研削により前記シリコン単結晶インゴットにオリエンテーションフラット研削又はノッチ研削を行う研削方法であって、
予め設定された前記トラバース研削に用いる砥石の基準位置と前記シリコン単結晶インゴット外周部との研削前の距離を、前記シリコン単結晶インゴットの直胴部の両端で測定し、
該両端で測定した研削前の距離の差が所定の値を超えた場合に、前記トラバース研削の深さが目標深さになるように、前記砥石を前記シリコン単結晶インゴットの半径方向に移動させてトラバース研削し、
前記両端で測定した研削前の距離の差が所定の値以下の場合には、前記トラバース研削の深さが目標深さになるように、前記砥石を前記シリコン単結晶インゴットの半径方向に固定させてトラバース研削することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの研削方法を提供する。

このようなシリコン単結晶インゴットの研削方法であれば、シリコン単結晶インゴットが偏芯している場合、テーパー状になっている場合でも、ＯＦ（オリエンテーションフラット）研削、ノッチ研削の均一な研削実深さを得ることができる。

このとき、前記両端で測定した研削前の距離の差が所定の値以下の場合に、前記トラバース研削において前記砥石を固定する位置を、前記両端で測定した研削前の距離の平均値から決定することが好ましい。

このような研削方法であれば、上記測定した研削前の距離の差が所定の値以下の場合に、トラバース研削の深さをより確実に目標深さになるようにすることができる。

本発明のシリコン単結晶インゴットの研削方法であれば、シリコン単結晶インゴットが偏芯している場合、テーパー状になっている場合でも、ＯＦ（オリエンテーションフラット）研削、ノッチ研削の研削実深さを均一にすることができる。

本発明のＯＦ、ノッチ研削加工工程のフロー図である。 （ａ）本発明のノッチ研削前の偏芯がないシリコン単結晶インゴットの砥石の基準位置とシリコン単結晶インゴット外周部との距離測定を示す断面図である。（ｂ）本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値以下の場合におけるノッチ砥石算出移動量を示す断面図である。（ｃ）本発明のノッチ研削後の偏芯がないシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さ測定を示す断面図である。 （ａ）本発明のノッチ研削前の偏芯があるシリコン単結晶インゴットの砥石の基準位置とシリコン単結晶インゴット外周部との距離測定を示す断面図である。（ｂ）本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値を超えた場合におけるノッチ砥石算出移動量を示す断面図である。（ｃ）本発明のノッチ研削後の偏芯があるシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さ測定を示す断面図である。 （ａ）本発明のノッチ研削前の偏芯がないシリコン単結晶インゴットの砥石の基準位置とシリコン単結晶インゴット外周部との距離測定を示す側面図である。（ｂ）本発明のノッチ研削前のテーパー状のシリコン単結晶インゴットの砥石の基準位置とシリコン単結晶インゴット外周部との距離測定を示す側面図である。 （ａ）本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値以下の場合におけるノッチ砥石算出移動量を示す側面図である。（ｂ）本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値を超えた場合におけるノッチ砥石算出移動量を示す側面図である。 （ａ）本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値以下の場合におけるノッチ研削を示す概略図である。（ｂ）本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値を超えた場合におけるノッチ研削の概略図である。 従来の一般的な円筒研削機を示す図である。 従来のＯＦ、ノッチ研削工程を示すフロー図である。 偏芯がない場合と偏芯がある場合のシリコン単結晶インゴットの断面図である。 テーパー状になっているシリコン単結晶インゴットの側面図である。 円筒研削において支持ユニットを構成する部品に発生するたわみを示す図である。 偏芯がないシリコン単結晶インゴットをノッチ研削する際の従来のノッチ砥石の位置決め方法を説明する図である。 偏芯があるシリコン単結晶インゴットをノッチ研削する際の従来のノッチ砥石の位置決め方法の問題点を説明する図である。 偏芯がないシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さを測定する方法を説明する図である。 偏芯があるシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さを測定する際の問題点を説明する図である。

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図８に従来のＯＦ（オリエンテーションフラット）、ノッチ研削工程のフロー図を示す。一般的なシリコン単結晶の加工は、シリコン単結晶インゴットの円筒研削工程後に、図８のように、ＯＦ、ノッチ研削が行われる。

上記のように、近年のシリコン単結晶の大口径化に伴い、ＯＦ、ノッチ研削の加工精度ばらつきが改善されない問題が生じていた。

以下、シリコン単結晶インゴットのＯＦ、ノッチ研削の問題を、従来技術のノッチ研削方法を用いる場合を例にして説明するが、ノッチ研削に限られず、ＯＦ研削についても同様の問題が存在する。

図８に示すように、円筒研削工程後に装置付帯のＸ線回折装置により、円筒研削された単結晶インゴットを回転駆動させ、規定の結晶面方位のＸ線回折ピーク検出を行う（Ｘ線回折ピーク検出工程）。検出されたＸ線回折ピーク検出位置から、規定の位置（角度）にＯＦ研削、又はノッチ研削を行う（ＯＦ、ノッチ研削工程）。その後、シリコン単結晶インゴットの仕上げ研削を行う（仕上げ研削工程）。

ＯＦ、ノッチ研削を行うシリコン単結晶インゴットは、以下に説明するように、偏芯している場合や、テーパー状になっている場合がある。

図９に、偏芯がない場合と偏芯がある場合のシリコン単結晶インゴットの断面図を示す。図９に示すように、同じ実直径１２９で円筒研削されても、シリコン単結晶インゴットの中心１３２がシリコン単結晶インゴットの円筒研削機の回転駆動芯１３１と一致しない場合が発生する。すなわち、偏芯がないシリコン単結晶インゴット１２５では、中心１３２とシリコン単結晶インゴットの円筒研削機の回転駆動芯１３１とが一致しているが、偏芯があるシリコン単結晶インゴット１２６では、中心１３２とインゴットの円筒研削機の回転駆動芯１３１とが偏芯量１３０分ずれてしまっている。これは、上記円筒研削工程中又は工程後にシリコン単結晶インゴットの端部（コーン部、及びテール部）が、図７に示す円筒研削機１００の支持ユニット１０４、１０５内で欠けてしまい位置ずれを生じること、一部有転位化したシリコン単結晶インゴットにおいて、内周刃やバンドソー切断機で有転位化した端部を切断し、可動範囲を設けた端面保持部にて支持した状態で円筒研削した場合、端面保持具と端部切断面の間に設けられた滑り止めの不具合で位置ずれを生じることなどが要因として挙げられる。

また、図１０に、テーパー状になっているシリコン単結晶インゴットの側面図を示す。図１０に示すように、円筒研削後の（実）直径の軌跡１２４がテーパー状になり、端部１の実直径１５０と端部２の実直径１５１とが異なってしまう場合がある。この要因は、シリコン単結晶インゴットの一部多結晶化などにより端部（コーン部、テール部）が切断された、端部を有さないインゴットも同一設備で加工することに起因している。この場合のシリコン単結晶インゴット端部を挟持する支持ユニットは、テール部を保持できる従来からの固定式構造のテール保持具に加え、切断された端面を保持できるような可動範囲を設けた端面保持部を一体化した支持ユニットとなっている。上記切断された端面を保持できるような可動範囲を設けた端面保持部を一体化した支持ユニットは、一例として特許文献２で公開されている。

上記のように、一部有転位化したシリコン単結晶インゴットは、円筒研削工程前に一般的に内周刃やバンドソー切断機で有転位化した端部が切断されるが、例えば凹凸した外周面を有するシリコン単結晶インゴットを前記切断機の受け台などに載置し切断されるため、中心軸に対して垂直に切断できない場合が発生する。この垂直でない切断面を保持可能となるように、可動範囲を設けた端面保持部が設けられている。図１１は、円筒研削機の支持ユニットを構成する部品に発生するたわみを示す図である。上記のような可動範囲を設けた端面保持部でシリコン単結晶インゴットを挟持した状態で、トラバース研削により円筒研削した場合、可動範囲を設けた端面保持部１０４’、１０５’と研削ユニット１０６の砥石１０８の研削負荷１１９の影響で、図１１に示すように、矢印Ａ、Ｂのようにトラバース研削中のシリコン単結晶インゴット１０１がわずかに動き、研削負荷１１９により位置ずれした回転中心軸１３８となることで、コーン部研削直径とテール部研削直径に差が発生し、シリコン単結晶インゴットをテーパー状にさせる要因となっている。また、図１１にはテール部があるときを例示したが、有転位化などによりテール部を削除した場合は、テール側で垂直でない端面を有することが多く、円筒研削後のインゴットが、テーパー状になる傾向が特に強い。

［従来のノッチ研削方法］
以下で、円筒研削後のシリコン単結晶インゴットのノッチ研削を行う場合を例に、従来のノッチ研削の方法とその問題を説明する。

図１２は、偏芯がないシリコン単結晶インゴットをノッチ研削する際の従来のノッチ砥石の位置決め方法を説明する図である。また、図１３は、偏芯があるシリコン単結晶インゴットをノッチ研削する際の従来のノッチ砥石の位置決め方法の問題点を説明する図である。

図１２に示されるように、偏芯がないシリコン単結晶インゴット１２５にノッチ研削を行う際に、ノッチ目標深さ１３５に研削されるようにノッチ砥石１３３を位置決め制御する。この際、ノッチ研削を行うためにノッチ砥石を移動させるためのノッチ砥石算出移動距離（ノッチ砥石移動量）１３６は、円筒研削工程にて測定された実直径１２９、予め設定されたノッチ砥石基準座標１３４が用いられ、下記式（１）で算出される。実際にはノッチ砥石の摩耗などを考慮した補正量も加味される場合がある。

（ノッチ砥石移動量）＝（ノッチ砥石基準座標１３４）－｛（実直径１２９）／２｝
＋（ノッチ目標深さ１３５） ・・・（１）

そして、上記算出されたノッチ砥石移動量に基づいて、ノッチ砥石をシリコン単結晶インゴットの直径方向に位置決め制御させ、シリコン単結晶インゴットの回転駆動をさせず、ノッチ砥石１３３を高速回転させながら結晶軸方向にノッチ研削を行う。

一方、図１３に示されるように、偏芯があるシリコン単結晶インゴット１２６の場合、さらに円筒研削工程にて測定された実直径１２９が、上記偏芯がないシリコン単結晶インゴット１２５と全く同じだとすると、上記式（１）で算出されるノッチ砥石移動量は、偏芯がないシリコン単結晶インゴット１２５と同様、ノッチ砥石算出移動距離１３６となってしまい、この値を基にノッチ研削した場合のノッチ実深さは偏芯量１３０分浅く（少なく）なってしまう。

本来ならば、偏芯があるシリコン単結晶インゴット１２６のノッチ目標深さ１３５に対する本来算出すべきノッチ砥石算出移動距離１３７は、回転駆動芯１３１とシリコン単結晶インゴットの中心１３２との差である、偏芯量１３０を考慮して、下記式（２）で算出されなければならない。すなわち、偏芯がないシリコン単結晶インゴットの外周１２５’に対する偏芯があるシリコン単結晶インゴット１２６のずれを考慮する必要がある。

（ノッチ砥石移動量）＝（ノッチ砥石基準座標１３４）－｛（実直径１２９）／２｝
＋（ノッチ目標深さ１３５）＋（偏芯量１３０） ・・・（２）

しかしながら、従来、ノッチ砥石算出移動距離を算出する際に、円筒研削工程中、及びその後にシリコン単結晶インゴットの偏芯が発生することを考慮していないため、偏芯量１３０を測定する手段が備わっていない。そのため、従来のノッチ砥石の位置決め方法では、偏芯があるシリコン単結晶インゴットの場合に、偏芯量１３０を考慮することができず、ノッチ研削後のノッチ深さを高い精度で制御することができずにいた。また、ＯＦ研削についても、上記と同様の理由から、ＯＦ研削後のＯＦ幅を高い精度で制御することができずにいた。

［従来のノッチ実深さ測定方法］
また、上記ノッチ研削工程後にノッチ実深さ測定工程を行うが（ＯＦ研削を行った場合は、ＯＦ実幅測定工程）、ノッチ実深さ測定工程（及びＯＦ実幅測定工程）においても、研削深さの測定精度ばらつきが改善されない問題が生じていた。

図１４は、偏芯がないシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さを測定する方法を説明する図である。また、図１５は、偏芯があるシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さを測定する際の問題点を説明する図である。

図１４に示すように、装置付帯のノッチ深さ測定器１３９を偏芯がないシリコン単結晶インゴット１２５の径方向に移動させ、研削されたノッチの谷まで接触させ、測定を行う。上記ノッチ深さ測定器１３９は、予め、図１２に示すノッチ砥石１３３の位置とシリコン単結晶インゴットの軸方向に対して同一線上の位置に２箇所設置されており、その後のノッチ実深さ１４１を算出するためにノッチ深さ測定器基準座標１４０を定めている。このとき、ノッチ実深さは、ノッチ深さ測定器移動座標１４２、シリコン単結晶インゴットの実直径１２９を用いて、下記式（３）で算出される。

（ノッチ実深さ１４１）＝｛（実直径１２９）／２｝
－｛（ノッチ深さ測定器基準座標１４０）
－（ノッチ深さ測定器移動座標１４２）｝
・・・（３）

一方、図１５に示されるように、偏芯があるシリコン単結晶インゴット１２６の場合、さらに円筒研削工程にて測定された実直径１２９が、上記偏芯がないシリコン単結晶インゴット１２５と全く同じだとすると、見かけのノッチ実深さ１４３は、偏芯がないシリコン単結晶インゴット１２５と同様に、ノッチ深さ測定器基準座標１４０、ノッチ深さ測定器移動座標１４４、シリコン単結晶インゴットの実直径１２９を用いて、下記式（４）で算出されるため、本来のノッチ実深さより偏芯量１３０分深く（大きく）算出されてしまう。これも上記ノッチ研削方法における問題と同様に、従来、ノッチ実深さ測定、及び算出する際に、円筒研削工程中、及びその後にインゴットの偏芯が発生することを考慮していないため、偏芯量１３０を測定する手段も備わっていないことが原因である。

（見かけのノッチ実深さ１４３）＝｛（実直径１２９）／２｝
－｛（ノッチ深さ測定器基準座標１４０）
－（ノッチ深さ測定器移動座標１４４）｝
・・・（４）

以上、偏芯があるシリコン単結晶インゴット１２６でのノッチ目標深さ１３５に対するノッチ砥石移動量算出（ノッチ実深さの精度不良）の問題、及びノッチ実深さ測定の問題を記述した。また、ＯＦ研削についても、上記と同様の理由から、ＯＦ研削の実幅を高い精度で測定できずにいた。

上記の通り、偏芯があるシリコン単結晶インゴット１２６が発生する原因は、円筒研削工程中又は工程後に、図７のシリコン単結晶インゴットの端部、特にテール側のみが支持ユニット１０４、１０５で欠けてしまうことが多いこと、また、一部有転位化したシリコン単結晶インゴットを内周刃やバンドソー切断機で有転位化した端部を切断し、可動範囲を設けた端面保持部にて支持した状態で円筒研削した場合、端面保持具と端部切断面の間に設けられた滑り止めの不具合により、テール側で位置ずれを生じることによることが多い。前者は、円錐形状の単結晶インゴットの端部がテール側の方が細長く（円錐高さが高い）、支持ユニット１０４、１０５で支持するテール部直径が小さいこと、後者は有転位した単結晶インゴットの端部を切断するのがテール側に多いことである。

［テーパー状のシリコン単結晶インゴットの従来のノッチ研削方法の問題］
また、円筒研削中や円筒研削前のシリコン単結晶インゴットに偏芯が発生する場合、偏芯があるシリコン単結晶インゴット１２６の円筒研削工程後の実直径は、図１０に示すように、端部１の実直径１５０、端部２の実直径１５１、のようになり、実直径の軌跡１２４はテーパー状になってしまうことが多い。

以下、シリコン単結晶インゴットがテーパー状になった場合に対するノッチ砥石移動量算出（ノッチ実深さ測定）の問題を示すが、分かりやすくするためにテーパー状のシリコン単結晶インゴット１２６’の中心は回転駆動芯と一致していることを前提とする。

上記のように、図１２に示される偏芯がない場合のシリコン単結晶インゴットのノッチ砥石移動量は、下記式（１）で算出される。

（ノッチ砥石移動量）＝（ノッチ砥石基準座標１３４）－｛（実直径１２９）／２｝
＋（ノッチ目標深さ１３５） ・・・（１）

従来、シリコン単結晶インゴットがテーパー状である場合も上記式（１）で算出されたノッチ砥石移動量を用いてノッチ研削を行っていた。この場合、実直径１２９としては、例えば、図１０に示される、端部１の実直径１５０と端部２の実直径１５１の平均直径１２９’が用いられる。この算出結果の状態でノッチ研削加工を行った場合、端部１側のノッチ実深さは浅くなり、端部２のノッチ実深さが深くなる。理論的には、端部１では端部１と端部２の実直径の平均直径１２９’と端部１の実直径１５０の差の絶対値の半分浅くなり、端部２では端部１と端部２の実直径の平均直径１２９’と端部２の実直径１５１の差の絶対値の半分深くなる。実際のノッチ実深さには、この差に上記の偏芯量１３０や円筒研削工程での直径精度が加味されることもある。

従来、ノッチ砥石算出移動距離を算出する際に、円筒研削工程中にインゴットがテーパー状になってしまうことを考慮していないため、シリコン単結晶インゴットの直胴部の両端での実直径の差を測定する手段も備わっていない。そのため、従来のノッチ砥石の位置決め方法では、テーパー状のシリコン単結晶インゴットの場合に、シリコン単結晶インゴットの直胴部の両端での実直径の差を考慮することができず、ノッチ研削を高い精度で行うことができずにいた。
また、ノッチ研削後にノッチ実深さを測定する場合にも、ノッチ研削方法と同様に、従来、シリコン単結晶インゴットの直胴部の両端での実直径の差を考慮していないため、本来のノッチ実深さを正確に測定できずにいた。
また、ＯＦ研削についても、上記と同様の理由から、ＯＦ研削、ＯＦ研削の実幅測定を高い精度で行うことができずにいた。

本発明では、ＯＦ、ノッチ研削工程における、特に、偏芯があるシリコン単結晶インゴット及びテーパー状のシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さ、ノッチ実深さ測定値の問題を解決すべく、ＯＦ、ノッチ研削方法、及びＯＦ実幅、ノッチ実深さの測定方法を検討した。そして、シリコン単結晶インゴットの両端において、トラバース研削に用いる砥石とシリコン単結晶インゴットの研削前の距離を測定し、その測定された距離を基にトラバース研削を行えばよいことに想到し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明はシリコン単結晶インゴットを円筒研削後、トラバース研削により前記シリコン単結晶インゴットにオリエンテーションフラット研削又はノッチ研削を行う研削方法であって、
予め設定された前記トラバース研削に用いる砥石の基準位置と前記シリコン単結晶インゴット外周部との研削前の距離を、前記シリコン単結晶インゴットの直胴部の両端で測定し、
該両端で測定した研削前の距離の差が所定の値を超えた場合に、前記トラバース研削の深さが目標深さになるように、前記砥石を前記シリコン単結晶インゴットの半径方向に移動させてトラバース研削し、
前記両端で測定した研削前の距離の差が所定の値以下の場合には、前記トラバース研削の深さが目標深さになるように、前記砥石を前記シリコン単結晶インゴットの半径方向に固定させてトラバース研削することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの研削方法である。

本発明のノッチ研削加工工程のフロー図を図１に示す。

以下、図１を参照しながら、本発明のシリコン単結晶インゴットの研削方法を説明する。なお、以下では、シリコン単結晶インゴットにノッチ研削を行う例を示すが、本発明はノッチ研削のみでなく、ＯＦ研削を行う場合にも用いることができる。

（円筒表面位置検出）
図２（ａ）、４（ａ）に本発明のノッチ研削前の偏芯がないシリコン単結晶インゴットの砥石の基準位置とシリコン単結晶インゴット外周部との距離測定の断面図、及び、その側面図を示す。また、図３（ａ）、４（ｂ）に本発明のノッチ研削前の偏芯があるシリコン単結晶インゴットの砥石の基準位置とシリコン単結晶インゴット外周部との距離測定の断面図、及び、本発明のノッチ研削前のテーパー状のシリコン単結晶インゴットの砥石の基準位置とシリコン単結晶インゴット外周部との距離測定の側面図を示す。

まず、予め設定されたノッチ研削に用いる砥石の基準位置とシリコン単結晶インゴット外周部とのノッチ研削前の距離を、シリコン単結晶インゴットの直胴部の両端で測定する。この測定は、例えば、図２（ａ）のように、装置付帯のノッチ深さ測定器３９にて、ノッチ測定器基準座標４０に基づくノッチ砥石の基準位置から偏芯がないシリコン単結晶インゴット２５の円筒表面位置（外周部）までの距離、端部１、２ノッチ測定器移動座標４６ａ、４６ｂを測定することで行うことができる。具体的には、図４（ａ）のように端部１ノッチ測定器移動座標４６ａと端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂを測定することができる。
なお、ノッチ測定器基準座標とノッチ砥石基準座標の相対位置関係は予め設定されているが、説明を容易にするため、ノッチ測定器基準座標とノッチ砥石基準座標は等しいものとして説明する。

一方、偏芯があるシリコン単結晶インゴット２６、テーパー状のシリコン単結晶インゴット２６’の場合でも、同様に、図３（ａ）、４（ｂ）のように、端部１ノッチ測定器移動座標４６ａと端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂを測定する。ここで、図４（ｂ）から分かるように、この端部１ノッチ測定器移動座標４６ａ、及び端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂは、テーパー状のシリコン単結晶インゴットの直径の軌跡が考慮された値となっている。また、図３（ａ）のように、偏芯がないシリコン単結晶インゴットの外周２５’に対して偏芯しているシリコン単結晶インゴット２６の中心３２の円筒研削装置の回転駆動芯３１からのずれである偏芯量も考慮された値となっていることがわかる。

（ノッチ砥石移動量算出）
次に、上記測定したノッチ研削前のシリコン単結晶インゴット両端での距離の差を算出する。そして、算出された距離の差が所定の値（閾値）以下の場合（図１のＯＦ／ノッチ砥石移動量算出（通常））と、上記距離の差が所定の値を超えた場合（図１のＯＦ／ノッチ砥石移動量算出（テーパー、偏芯））とに分けて、ノッチ研削の研削深さが目標深さとなるように、制御するノッチ砥石移動量を算出する。

図２（ｂ）、５（ａ）は、本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値（閾値）以下の場合におけるノッチ砥石算出移動量を示す断面図、及び、側面図である。また、図３（ｂ）、５（ｂ）は、本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値を超えた場合におけるノッチ砥石算出移動量を示す断面図、及び、側面図である。

端部１ノッチ測定器移動座標４６ａと端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂの差が閾値以下の場合、すなわち、シリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値以下の場合、図１に示すフローのノッチ砥石移動量算出（通常）となり、図２（ｂ）、図５（ａ）の端部１ノッチ砥石算出移動量４７ａ、及び端部２ノッチ砥石算出移動量４７ｂは下記式（５）、（６）で算出することができる。

（端部１ノッチ砥石算出移動量４７ａ）＝（端部１ノッチ測定器移動座標４６ａ）
＋（ノッチ目標深さ３５） ・・・（５）

（端部２ノッチ砥石算出移動量４７ｂ）＝（端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂ）
＋（ノッチ目標深さ３５） ・・・（６）

そして、次工程のノッチ砥石位置決め、研削においてノッチ砥石が実際に位置決め制御されるノッチ砥石算出移動量４７ｃは、例えば、下記式（７）とすることができる。このようにすれば、研削前の距離の差が所定の値以下の場合に、トラバース研削の深さをより確実に目標深さになるようにすることができる。
なお、実際にはノッチ砥石の摩耗などを考慮した補正量も加味される場合がある。

（ノッチ砥石算出移動量４７ｃ）＝｛（端部１ノッチ砥石算出移動量４７ａ）
＋（端部２ノッチ砥石算出移動量４７ｂ）｝／２ ・・・（７）

一方、偏芯があるシリコン単結晶インゴット２６では、端部１ノッチ測定器移動座標４６ａと端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂの差が閾値を超え（シリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値を超える場合）、図１に示すフローのノッチ砥石移動量算出（テーパー、偏芯）にて、図３（ｂ）、図５（ｂ）の端部１ノッチ砥石算出移動量４７ａ、及び端部２ノッチ砥石算出移動量４７ｂを下記式（８）、（９）で算出することができる。

（端部１ノッチ砥石算出移動量４７ａ）＝（端部１ノッチ測定器移動座標４６ａ）
＋（ノッチ目標深さ３５） ・・・（８）

（端部２ノッチ砥石算出移動量４７ｂ）＝（端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂ）
＋（ノッチ目標深さ３５） ・・・（９）

そして、次工程のノッチ砥石位置決め、研削において、上記のように算出された端部１ノッチ砥石算出移動量４７ａと端部２ノッチ砥石算出移動量４７ｂを使用して、端部１から端部２へトラバース研削する際のノッチ砥石移動量を４７aから４７ｂに直線的に変化させるように位置決め制御されるテーパーノッチ研削をさせることができる。

上記のように、シリコン単結晶インゴットの円筒表面位置までの距離である、端部１ノッチ測定器移動座標４６ａ、及び端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂを測定することにより、仕上げ実直径２９や偏芯量３０は無視できることがわかり、シンプルな算出方法になる。

（ノッチ砥石位置決め、研削）
上記算出されたノッチ砥石移動量に基づき、ノッチ砥石を位置決め制御し、ノッチ研削を行う。図６（ａ）、（ｂ）に本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値以下の場合におけるノッチ研削、及び、本発明のシリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値を超えた場合におけるノッチ研削の概略図を示す。

端部１ノッチ測定器移動座標４６ａと端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂの差が閾値以下の場合、すなわち、シリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値以下の場合、ノッチ砥石３３を、ノッチ研削の深さが目標深さとなるようにシリコン単結晶インゴットの半径方向に固定させてトラバース研削する。図６（ａ）に示すように、ノッチ砥石算出移動量４７ｃとして単結晶インゴットの直径方向に固定させて位置決め制御させ、単結晶インゴットの回転駆動をさせず、ノッチ砥石３３を高速回転させながら結晶軸方向にトラバース研削を行うことができる。

一方、偏芯があるシリコン単結晶インゴット２６では、端部１ノッチ測定器移動座標４６ａと端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂの差が閾値を超えた場合、すなわち、シリコン単結晶インゴット両端での外周部までの距離の差が所定の値を超える場合、ノッチ研削の深さが目標深さとなるようにシリコン単結晶インゴットの半径方向に移動させてトラバース研削する。ノッチ砥石３３を、図６（ｂ）の端部１において、端部１ノッチ砥石算出移動量４７ａとしてシリコン単結晶インゴットの直径方向に位置決め制御させ、シリコン単結晶インゴットの回転駆動をさせず、ノッチ砥石３３を高速回転させながら、端部２において、ノッチ砥石３３を単結晶インゴットの直径方向に端部２ノッチ砥石算出移動量４７ｂとなるように位置決め制御させると同時に結晶軸方向にトラバース研削を行うことができる。ここで、テーパーノッチ研削は、例えば、結晶軸方向のトラバース研削の距離に比例させてノッチ砥石３３の位置を直線的に移動させるように制御することにより行うことができる。

このような本発明の研削方法であれば、円筒研削工程後の仕上げ前実直径の軌跡がテーパー状になった場合でも、シリコン単結晶インゴットが偏芯している場合でも、均一なノッチ実深さが得られる。

（ノッチ実深さ測定）
図２（ｃ）、図３（ｃ）は、それぞれ本発明のノッチ研削後の偏芯がないシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さ測定を示す断面図、本発明のノッチ研削後の偏芯があるシリコン単結晶インゴットのノッチ実深さ測定を示す断面図である。

図２（ｃ）、図３（ｃ）に示すように、ノッチ研削加工後に、円筒表面位置検出と同じように、ノッチ深さ測定器３９にてシリコン単結晶インゴットの研削されたノッチの谷までの距離、研削後の端部１ノッチ測定器移動座標４８ａと研削後の端部２ノッチ測定器移動座標４８ｂを測定する。

ノッチ研削前に測定したシリコン単結晶インゴットの円筒表面位置までの距離である端部１ノッチ測定器移動座標４６ａ、及び端部２ノッチ測定器移動座標４６ｂを用い、端部１ノッチ実深さ４９ａ、及び端部２ノッチ実深さ４９ｂは、下記式（１０）、（１１）で算出される。

（端部１ノッチ実深さ４９ａ）＝（研削後の端部１ノッチ測定器移動座標、４８ａ）
－（端部１ノッチ測定器移動座標４６ａ） ・・・（１０）

（端部２ノッチ実深さ４９ｂ）＝（研削後の端部２ノッチ測定器移動座標、４８ｂ）
－（端部１ノッチ測定器移動座標４６ｂ） ・・・（１１）

以上のような本発明の研削方法を使用すれば、シンプルに且つ、偏芯がないシリコン単結晶インゴット２５、及び偏芯があるシリコン単結晶インゴット２６、また、テーパー状のシリコン単結晶インゴット２６’でも、ノッチ目標深さ３５に極めて近いノッチ実深さにノッチ研削可能であり、更にはノッチ実深さも正確に測定することが可能となる。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

本発明の効果を確認するために、円筒研削後に従来技術でノッチ砥石を位置決め制御させノッチ研削を行った場合と、本発明技術を使用しノッチ研削を行った場合の、算出したノッチ実深さ、及び測定したノッチ実深さを比較した。

（実施例１、２）
実験に使用したシリコン単結晶インゴットは、偏芯がない場合と偏芯がある場合において、各３０本の素材直径３１０ｍｍから３１５ｍｍまでのシリコン単結晶インゴットを使用した。円筒研削の目標直径は３００ｍｍ、ノッチ目標深さ３５は１．０ｍｍ、図１の本発明のＯＦ、ノッチ研削加工工程のフローのノッチ砥石移動量算出（通常）とノッチ砥石移動量算出（テーパー、偏芯）を選択するための、テール側端部ノッチ測定器移動座標４６ａとコーン側端部ノッチ測定器移動座標４６ｂの差（シリコン単結晶インゴットの直胴部の両端で測定された研削前の距離の差）は閾値を０．０５ｍｍとした。なお、ノッチ研削において、ノッチ砥石は４０００ｒｐｍで高速回転させた。また、上記実施例において、ノッチ砥石移動量算出（テーパー、偏芯）を選択した場合は、結晶軸方向のトラバース研削の距離に比例させてノッチ砥石の位置を単結晶インゴットの直径方向に直線的に移動させるように制御することにより研削を行った。

（比較例１、２）
また、比較のために、従来のノッチ研削方法によりノッチ研削を行った。実験に使用したシリコン単結晶インゴットは、偏芯がない場合と偏芯がある場合において、各３０本の素材直径３１０ｍｍから３１５ｍｍまでのシリコン単結晶インゴットを使用した。円筒研削の目標直径は３００ｍｍ、ノッチ目標深さ３５は１．０ｍｍとして、各シリコン単結晶インゴットの平均直径を基に、ノッチ砥石をシリコン単結晶インゴットの直径方向に位置決め制御した。なお、ノッチ研削において、ノッチ砥石は４０００ｒｐｍで高速回転させた。

なお、上記実施例、比較例において、円筒研削機に固定された円筒研削後のシリコン単結晶インゴットの直胴部の両端での中心位置を算出し、それらの差が０．０５ｍｍ以下の場合は、偏芯がないシリコン単結晶インゴットとして用い、０．０５ｍｍを超えた場合は、偏芯があるシリコン単結晶インゴットとして用いた。

（偏芯がないシリコン単結晶インゴット）
偏芯がないシリコン単結晶インゴットの実験結果（実施例１、比較例１）を表１に記す。テール側端部ノッチ実深さ、及びコーン側端部ノッチ実深さにおけるノッチ目標深さの規格上限と下限を±０．０７ｍｍと設定し、工程能力指数（Ｃｐｋ）で評価した。また、実施例１と比較例１のノッチ実深さはノギスを使用して測定した。

比較例１と実施例１におけるノッチ研削での工程能力指数（Ｃｐｋ）を比較すると、テール側端部ノッチ実深さのＣｐｋは比較例１で０．７７４、実施例１で０．７６１、コーン側端部ノッチ実深さでは、比較例１で０．８３４、実施例１で０．８７９となり、殆ど差がなかった。これは、従来技術でのノッチ実深さの問題が、偏芯がないシリコン単結晶インゴットではなく、前述のように、インゴットの端部の特にテール側のみが支持ユニットで欠けてしまうことが多いこと、また、一部有転位化したシリコン単結晶インゴットを内周刃やバンドソー切断機で有転位化した端部を切断し、可動範囲を設けた端面保持部にて支持した状態で円筒研削した場合、端面保持具と端部切断面の間に設けられた滑り止めの不具合で位置ずれを生じるのはテール側が多いことにより発生する、偏芯があるシリコン単結晶インゴット、及び、テーパー状のシリコン単結晶インゴットにおいて生じるためであることが理由である。

（偏芯があるシリコン単結晶インゴット）
偏芯があるシリコン単結晶インゴットの実験結果（実施例２、比較例２）を表２に記す。上記偏芯がないシリコン単結晶インゴットの場合と同様に、テール側端部ノッチ実深さ、及びコーン側端部ノッチ実深さのノッチ目標深さの規格上限と下限を±０．０７ｍｍと設定し、工程能力指数（Ｃｐｋ）で評価した。また、実施例２と比較例２のノッチ実深さはノギスを使用して測定した。

比較例２と実施例２におけるノッチ研削での工程能力指数（Ｃｐｋ）を比較すると、テール側端部ノッチ実深さでは、比較例２で０．６４９、実施例２で０．８３４、コーン側端部ノッチ実深さでは、比較例２で０．５１０、実施例２で０．８９４であり、テール側端部ノッチ実深さと、コーン側端部ノッチ実深さの両方とも実施例２の方が良好な結果となった。また、表２から明らかなように、偏芯があるシリコン単結晶インゴットであってもノッチ目標深さに極めて近い数値になったことがわかる。

さらに、実施例２、比較例２で得られた結果から、ノッチ実深さ測定の精度を確認するため、偏芯があるシリコン単結晶インゴットでのテール側端部ノッチ実深さ及びコーン側端部ノッチ実深さのノギスと円筒研削装置付帯のノッチ深さ測定器とによる測定結果の差を比較した。その結果を表３に示す。

表３から、平均値の比較では、テール側端部ノッチ実深さのノギスと円筒研削装置付帯のノッチ深さ測定器とによる測定結果の差では比較例２では－０．００２ｍｍ、実施例２では０．０００ｍｍ、コーン側端部ノッチ実深さでは比較例２では０．０２９ｍｍ、実施例２では０．０００４であり、装置付帯のノッチ深さ測定器の測定精度が高いことがわかる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１００…円筒研削機、 １０１…シリコン単結晶インゴット、
１０２…主軸、 １０３…副軸、 １０４、１０５…支持ユニット、
１０４’、１０５’…可動範囲を設けた端面保持部、
１０６…研削ユニット、 １０８…砥石、 １１９…研削負荷、
１２４…（実）直径の軌跡、
２５、１２５…偏芯がないシリコン単結晶インゴット、
２５’、１２５’…偏芯がないシリコン単結晶インゴットの外周、
２６、１２６…偏芯があるシリコン単結晶インゴット、
２６’、１２６’…テーパー状のシリコン単結晶インゴット、
２９、１２９…実直径、 １２９’…平均直径、
３０、１３０…偏芯量、 ３１、１３１…回転駆動芯、
３２、１３２…（シリコン単結晶インゴットの）中心、
３３、１３３…ノッチ砥石、 ３４、１３４…ノッチ砥石基準座標、
３５、１３５…ノッチ目標深さ、 １３６…ノッチ砥石算出移動距離、
１３７…本来算出すべきノッチ砥石算出移動距離、
１３８…位置ずれした回転中心軸、 ３９、１３９…ノッチ深さ測定器、
４０…ノッチ測定器基準座標、 １４０…ノッチ深さ測定器基準座標、
１４１…ノッチ実深さ、
１４２…ノッチ深さ測定器移動座標、 １４３…見かけのノッチ実深さ、
１４４…ノッチ深さ測定器移動座標、
４６ａ…端部１ノッチ測定器移動座標、 ４６ｂ…端部２ノッチ測定器移動座標、
４７ａ…端部１ノッチ砥石算出移動量、 ４７ｂ…端部２ノッチ砥石算出移動量、
４７ｃ…ノッチ砥石算出移動量、
４８ａ…研削後の端部１ノッチ測定器移動座標、
４８ｂ…研削後の端部２ノッチ測定器移動座標、
４９ａ…端部１ノッチ実深さ、 ４９ｂ…端部２ノッチ実深さ、
１５０…端部１の実直径、 １５１…端部２の実直径、 １５１…ノッチ実深さ。

Claims (2)

1. シリコン単結晶インゴットを円筒研削後、トラバース研削により前記シリコン単結晶インゴットにオリエンテーションフラット研削又はノッチ研削を行う研削方法であって、
   予め設定された前記トラバース研削に用いる砥石の基準位置と前記シリコン単結晶インゴット外周部との、前記円筒研削後で前記オリエンテーションフラット研削前又は前記ノッチ研削前の距離を、前記シリコン単結晶インゴットの直胴部の両端で測定し、
   該両端で測定した、前記円筒研削後で前記オリエンテーションフラット研削前又は前記ノッチ研削前の前記距離の差が所定の値を超えた場合に、前記トラバース研削の深さが目標深さになるように、前記砥石を前記シリコン単結晶インゴットの半径方向に移動させてトラバース研削し、
   前記両端で測定した、前記円筒研削後で前記オリエンテーションフラット研削前又は前記ノッチ研削前の前記距離の差が所定の値以下の場合には、前記トラバース研削の深さが目標深さになるように、前記砥石を前記シリコン単結晶インゴットの半径方向に固定させてトラバース研削することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの研削方法。
2. 前記両端で測定した、前記円筒研削後で前記オリエンテーションフラット研削前又は前記ノッチ研削前の前記距離の差が所定の値以下の場合に、前記トラバース研削において前記砥石を固定する位置を、前記両端で測定した、前記円筒研削後で前記オリエンテーションフラット研削前又は前記ノッチ研削前の前記距離の平均値から決定することを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶インゴットの研削方法。
   

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