JPH02139174A - 円筒研削における自動直径制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、加工時のワーク直径を非接触、且つリアルタ
イムで計測し、この計測値をフィードバックすることに
よってワークを所定の直径に仕上げるようにした円筒研
削における自動直径制御装置に関する。

（従来の技術） 例えば、半導体＊ａ回路装置の製造に用いられる半導体
基板は、単結晶育成法、即ちチョクラルスキー法（ＣＺ
法）又は浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）によって作られた丸
棒状の単結晶インゴットを芯出しした後に、その外周を
円筒研削盤によって研削成形して所定寸法の直径に仕上
げ、このようにして得られた円柱状単結晶インゴットを
その長袖方向に略直角に、即ち所定の結晶学的方向に合
わせて切断し、切断して得られた薄日筒状のものの両面
をラッピング及びエツチングし、最終的にはその片面を
鏡面にポリッシングして得られる。

従来、上記半導体基板の加工工程の最初の段階における
円筒研削盤による円筒研削において、その切り込み量制
御における直径の測定、切り込み量の設定にはオープン
ループ方式が採用されており、たとえ切り込みのための
砥石台の設定にＮＣ装置を用いたとしても、直径の測定
等は作業者が行なっていた。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、斯かる従来のオープンループ方式ては、
砥石台の原点のズレ及び砥石の摩耗に起因してワークの
設定直径と加工後の実際の直径との間に誤差を生じ得、
更に砥石の切り込み量の設定及びワークの直径の測定は
全て作業者が直接行なうため、正確さを欠き、多大の労
力を費やすという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的
とする処は、ワークを所定の直径に正確に仕上げること
ができるとともに、省力化を達成することができる円筒
研削における自動直径制御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は、非接触、且つリアルタ
イムでワークの直径を計測する直径計測部と、該直径計
測部からフィードバックされるワーク直径の実測値と予
め入力された設定値とを比較し、その比較結果に応じた
制御信号を出力する演算処理部と、該演算処理部からの
制御信号を受けて砥石台の移動量を制御する砥石台制御
部を含んで自動直径制御装置を構成したことを特徴とす
る。

（作用） 本発明によれば、直径計測部にて加工時にワーク直径が
非接触、且つリアルタイムで計測され、この計測値が演
算処理部にフィードバックされてここで設定値と比較さ
れ１次の切り込み量が決定されて、この値に基づいて砥
石台制御部によって砥石台の移動量が制御されるため、
円筒研削盤における切り込み量制御には所謂クローズト
ループ方式が採用されることとなり、原点のズレ、砥石
の摩耗等に起因する誤差を自動的に補償しながらワーク
を所定の直径に正確に仕上げることができ、これによっ
て省力化をも図ることができる。

又、本発明においてはワークの直径計測に非接触方式を
採用しているため、計測結果がワークの回転の影響を受
けず１円筒研削加工時のワークの被測定面近傍が加工液
及び研削粉で汚染されていたとしても、それら汚染がな
かった場合と変わらずに精度高く測定することができ、
しかもエアマイクロメーター等の計測器がワークの被計
測面を傷付けることもない。

尚、ワークの直径測定においては、エアマイクロメータ
ー等の計測器を固定保持するアームの上下移動距離を測
れば良く、そのときの直径計測の許容誤差は±１０ｇｍ
以内であれば良い。

特に、半導体単結晶インゴットの円筒研削においては、
通常ワークは直径において外周より１〜２ｍｍ研削され
、このとき粗研磨、精研磨を行なって、最初切り込み量
を大きく、仕上において小さくすることが行なわれるか
、本発明では切り込み量の調節及びその綴り返しは全く
自由である。

又、研削における切り込み量が１０ｇｍである場合には
、エアマイクロメーターのノズルの位置を固定して、そ
の加工量を実測することも可能である。

ところで、切り込み量を単結晶インゴットのワークの一
端で決定しても、厳密に言えば、砥石の該インゴット全
長の１パスの間に砥石自身が摩耗するため、実測直径が
該インゴットの両端で異なる場合もあり得、斯かる場合
には直径測定用エアマイクロメーターのノズル位置を加
工後の砥石近傍のワーク測定位置に置いて絶えず直径を
測り、砥石台の送りを微調整することも可能である。

（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
。

第１図は本発明に係る自動直径制御装置の構成を示すブ
ロック区、第２図は直径計測部の構成図、第３図は同直
径計測部における直径計測動作のプロセスチャートであ
る。

本発明に係る自動直径制御装置は、第１図に示すように
非接触、且つリアルタイムでワークＷ（第２図参照）の
直径りを計測する直径計測部ｌＯと、該直径計測部ｌＯ
からフィードバックされるワークＷの直径の実測値りと
予め入力された直径の設定値り。とを比較し、この比較
結果に応じた制御信号を出力する演算処理部３０と、該
演算処理部３０からの制御信号を受けて砥石台１２（第
２図参照）の移動量を制御する砥石台制御部４０を含ん
で構成される。

ここで、上記直径計測部１０の詳細を第２図に基づいて
説明するに、同図中、Ｗは紙面垂直方向に長い円柱状の
単結晶インゴット（ワーク）であり、該インゴットＷは
芯出し後にその両端を不図示の円筒研削盤にてチャフキ
ングされて水平に回転自在に支持されている。このイン
ゴットＷは図示矢印方向に回転駆動され、該インゴット
Ｗの外周は、これに摺接し、該インゴットＷに対し時計
回転方向に回転駆動される砥石１１によって研削される
が、この砥石１１は前記砥石台１２に回転自在に支承さ
れている。

又、インゴットＷの上方には、これとの間に所定隙間Δ
ｔを設けてエアマイクロメーターのノズル１３がセット
されており、該ノズル１３は水平に延出する測定アーム
１４の先部に支持されている。

一方、上記測定アーム１４の基部１４ａにはＡＣサーボ
モータ１５から上方へ垂直に延出するボールネジ軸１６
が螺合挿通しており、これら全体はエアシリンダ１７の
ロッド１７ａに連結されている。

ところて、前記エアマイクロメーターは、圧縮エア供給
源１８から供給されるエアをそのノズル１３の先部から
インゴットＷの表面に吹き付けてエアの圧力変化（背圧
変化）から前記隙間Δｔを計測するものであり、これに
はＡ／Ｅ変換器（エアエレクトロニックトランスデユー
サ）１９が接続されており、＃Ａ／Ｅ変換器１９はエア
マイクロメーター計測部２１を経て計測演算部２２に電
気的に接続されている。

又、第２図中、２３は前記エアシリンダ１７とモータド
ライバー２４を制御するコントローラであり、該コント
ローラ２３は前記計測＠算部２２に制御データを送信す
る。そして、計測演算部２２ではコントローラ２３から
送られる制御データ（インゴットＷの中心からノズル１
３までの距１１１Ｘ）とエアマイクロメーター計測部２
１から出力される計測データ（隙間Δｔ）とによってイ
ンゴットＷの直径りを演算し、これを表示部２５に表示
するとともに、演算処理部３０で設定値Ｄ０と比較し、
その結果を砥石台制御部４０にフィードバックし、切り
込み量を制御してインゴットＷを所定の直径（設定値り
。）に仕上げる。

尚、エアマイクロメーターのノズル１３は、該ノズル１
３とインゴットＷの被測定面との隙間Δｔとエアマイク
ロメーターの背圧との間に直線関係が成立する位乙に固
定される。

ところで、本実施例における制御においては。

隙間Δｔの計測値はＡ／Ｅ変換器１９によって電気信号
に変換され、エアマイクロメーター計測部２１でデジタ
ル化されるが、この値が設定値に達したときにエアマイ
クロメーター計測部２１はコントローラ２３に対して計
測停止信号を発すると同時に隙間量Δｔを計測演算部２
２に対して出力する。ＡＣサーボモータ１５は上記停止
信号によって制御され、ノズル１３を固定する。又、計
測演算部２２てはノズル１３が固定された状態での隙間
Δｔとノズル１３の移動量Ｘとを演算し、この演算結果
からインゴットＷの直径りを計算してこれを表示部２５
に表示する。同時に演算処理部３０においては、該直径
りと設定値り。とが比較判定され、その結果が砥石台制
御部４０にフィードバックされる。

次に、第３図に示すプロセスチャートに従って直径計量
Ａ　蔀１０におけるインゴットＷの直径りの計測動作を
説明する。

測定前においては、測定アーム１４は水平方向には後退
限にあり、上下方向には原点位置にあり、ノズル１３は
それに対応する位置で待機している（第３図のステップ
１）、この状態で不図示のスタートスイッチを押すと、
表示部２５に表示されていた前回計測法の直径の表示が
リセットされ、測定が開始される（ステップ２）、する
と、先ずエアシリンダ１７が駆動されて測定アーム１４
が前進限まで移動しくステップ３）、このときノズル１
３は第２図に示すようにインゴットＷの中心線上に位置
する。

次に、モータドライバー２４によってＡＣサーボモータ
１５が駆動され、ボールネジ軸１６が回転駆動されてこ
れに螺合する測定アーム１４が下降する（ステップ４）
。そして、この測定アーム１４が下降するとノズル１３
とインゴットＷとの間の隙間が次第に小さくなるが、こ
の隙間が設定隙間Δｔ（例えば０．１ｍｍ程度）に達し
たか否かが判定され（ステップ５）、隙間が設定隙間Δ
ｔに達しない間は測定アーム１４の下降が継続され、設
定隙間Δｔに達した時点で測定アーム１４の下降が停止
される（ステップ６）。

上記のようにノズル１３がインゴットＷの表面から所定
隙間Δｔだけ上方にセットされた状態でインゴットＷの
直径りが計測データを基に演算される（ステップ７）が
、これは次のようにしてなされる。即ち、ノズル１３か
ら出力される背圧はＡ／Ｅ変換器１９によって電気信号
に変換され、この電気信号はエアマイクロメーター計測
部２１を経てデジタル化され、隙間Δｔの計測値が計測
演算部２２に入力される。

一方、計測演算部２２にはコントローラ２３から距離Ｘ
（インゴットＷの中心からノズル１３までの距離）のデ
ータが送られ、該計測演算部２２ではこのデータと前記
隙間Δｔの計測値から次式によってインゴットＷの直径
りか演算される。

Ｄ＝２　（Ｘ−Δｔ） 上式によって算出された直径りは表示部２５に表示され
る（ステップ８）とともに、第１図に示す演算処理部３
０にフィードバックされ、ここで表示部２６（第２図参
照）に表示された設定値Ｄ０と比較され、砥石１１の次
の切り込み量が決定される。そして、この演算処理部３
０にて決定された切り込み量に対応する制御信号が第１
図に示す砥石台制御部４０に送られ、砥石台制御部４０
はこの信号を受けて砥石１１をインゴットＷに対して所
定量だけ移動せしめ、インゴットＷは砥石１１によって
所定の直径に仕上げられる。

以上のように、本実施例によれば、砥石１１の切込み量
制御には所謂クローズトループ方式が採用されることと
なるため、原点のズレ、砥石１１の摩耗等に起因する誤
差を自動的に補償しながらインゴットＷを所定の直径Ｄ
０　（設定値）に正確に仕上げることができるとともに
、省力化を図ることができる。

而して１以上のようにしてインゴットＷの直径りが演算
されると、不図示のストップスイッチが押されて測定が
ストップされ（第３図のステップ９）、ＡＣサーボモー
タ１５が駆動されて測定アーム１４が上限端まで上動せ
しめられ（ステップｌＯ）、その後に測定アーム１４は
原点位置まで下降せしめられ（ステップ１１）、最情に
エアシリンダ１７か駆動されて該測定アーム１４は後退
限まて移動せしめられ（ステップ１２）一連の動作か完
了する。

尚１以上は特に半導体製造工程における単結晶インゴッ
トの研削に本発明装置を適用した場合について述べたが
、本発明装置はその他の任意のワークの研削に対して適
用し得ることは勿論である。

（発明の効果） 以上の説明て明らかな如く本発明によれば、直径計測部
にて加工時にワークの直径が非接触、且つリアルタイム
で計測され、この計測値が演算処理部にフィードバック
されてここで設定値とを比較され、次の切り込み量が決
定されて、この値に基づいて砥石台制御部によって砥石
台の移動量が制御されるため、円筒研削盤における切り
込み量制御には所謂クローズトループ方式が採用される
こととなり、原点のズレ、砥石の摩耗等に起因する誤差
を自動的に補償しながらワークを所定の直径に正確に仕
上げることができ、これによって省力化をも図ることが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動直径制御装置の構成を示すブ
ロック図、第２図は直径計測部の構成図、第３図は同直
径計測部における直径計測動作のプロセスチャートであ
る。 １０・・・直径計測部、１２・・・砥石台、１３−・・
エアマイクロメーターノズル、１９・−Ａ　／　Ｅ変換
器（変換部）、２１・・・マイクロメーター計測部、２
２、・・計測演算部、２５．２６−・・表示部、３０・
・・演算処理部、４０・・・砥石台ＷＢ部、Ｗ・・・イ
ンゴット（ワーク）。 特許出願人　　　信越半導体株式会社 代理人　弁理士　　　　　山　　下　亮第１図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）非接触、且つリアルタイムでワークの直径を計測
   する直径計測部と、該直径計測部からフィードバックさ
   れるワーク直径の実測値と予め入力された設定値とを比
   較し、その比較結果に応じた制御信号を出力する演算処
   理部と、該演算処理部からの制御信号を受けて砥石台の
   移動量を制御する砥石台制御部を含んで構成される円筒
   研削における自動直径制御装置。
2. （２）前記直径計測部は、エアマイクロメーターと、該
   エアマイクロメーターのノズル位置を制御する制御部と
   、同エアマイクロメーターの出力を電気信号、デジタル
   信号に変換する変換部と、該変換部を経て入力されるワ
   ークとノズルとの間の隙間データと、前記制御部から入
   力されるノズル位置データとに基づいてワークの直径を
   演算する計測演算部と、該計測演算部にて算出されたワ
   ークの直径を表示する表示部を含んで構成される請求項
   １記載の円筒研削における自動直径制御装置。