JPH11291145A - 円筒研削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークが大型化、高重量化しても精度良く加
工することが出来、しかもより高速で加工出来る円筒研
削機の提供を目的とする。 【解決手段】 主軸４と副軸５で結晶棒Ｗをクランプ
し、この主軸４と副軸５とを同期回転機構８によって同
期して回転させることで結晶棒Ｗの両端部から結晶棒Ｗ
に回転を伝達し、回転する結晶棒Ｗの外面に、粗砥石２
６と仕上砥石２７を同軸に装着した砥石体２５を接触さ
せて粗加工に引続いて仕上加工が行われるようなトラバ
ース研削を行う。また主軸４と副軸５のクランプ力は、
副軸５を移動させる送りモータ１７の調整可能なモータ
トルクを利用し、また、主軸４と副軸５を補強部材１
４、１５で補強して曲げ剛性を高め、更に、ワーク保持
部４ｃ、５ｃの少なくとも一方を首振り可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばシリコン単
結晶等の結晶棒の外周を研削する円筒研削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン単結晶等の結晶棒の外周
面を研削する円筒研削機として、支持ユニットの主軸と
副軸で挟持される結晶棒に対して、主軸側から回転駆動
力を伝達して結晶棒を軸周りに回転させるとともに、こ
の結晶棒の外周面に研削ユニットの砥石を高速回転させ
ながら接触させ、研削ユニットを軸方向にトラバース動
させて円筒研削する技術が知られており、このような技
術では、支持ユニットの主軸と副軸による結晶棒のクラ
ンプを油圧シリンダの押圧力で行い、また研削ユニット
は、粗加工から仕上加工までを効率的に行うため、軸方
向に沿って２軸のスピンドルを設け、研削ユニットがト
ラバース動する時の上流側のスピンドルに粗砥石を装着
し、下流側のスピンドルに仕上砥石を装着して一連の流
れで加工するのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年の単結
晶の大口径化、高重量化に伴い、研削時において研削機
にかかる負荷が増大し、ワーク保持部のすべり、位置ず
れ等が生じたり、主軸または副軸が変形したりして研削
精度の不良、研削速度の低下等が生じるようになった。

【０００４】また、研削ユニットに、粗砥石を装着した
スピンドルと仕上砥石を装着したスピンドルの２本のス
ピンドルを設け、上流側の粗砥石で粗加工した後、引続
いて下流側の仕上砥石で仕上加工を行う方法は、別々の
研削機を使用することに較べて効率的ではあるが、加工
方向が１方向に限定され、無駄な時間が生じるととも
に、粗砥石と仕上砥石の間に幅間隔があるため軸方向の
移動距離が長くなるという問題がある。

【０００５】そこで本発明は上記問題点に鑑み、ワーク
が大型化、高重量化しても精度良く加工することが出
来、しかもより高速で加工出来る円筒研削機の提供を目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、請求項１において、主軸と副軸によって結晶
棒を軸方向に挟み込んで軸周りに回転可能に保持する支
持ユニットと、結晶棒の軸方向に沿って移動しつつ結晶
棒の外周をトラバース研削する研削ユニットを備えた円
筒研削機において、主軸と副軸をそれぞれの軸周りに回
転可能にし、両者を同期回転機構によって同期して回転
させるようにした。

【０００７】このように結晶棒を挟み込む主軸と副軸を
同期して回転させ、主軸側と副軸側の両方から結晶棒に
回転を伝達するようにすれば、両端のワーク保持部の回
転ずれ、回転遅れ等がなくなって、結晶棒を安定した姿
勢で回転させることが出来、加工精度が向上する。

【０００８】また請求項２では、前記結晶棒を挟み込む
主軸と副軸のクランプ力を、モータトルクによって調整
可能にした。すなわち従来は結晶棒を押圧シリンダの油
圧力を利用してクランプしているため、結晶棒が大型
化、高重量化してもクランプ力を結晶棒の状態に合わせ
て増減させることは困難であったが、モータトルクによ
ってクランプ力を調整可能にすれば、ワークの直径、重
量等に合った最適のクランプ力で保持することが出来、
ワーク保持部のすべり、位置ずれ等による結晶棒の姿勢
変化を防止出来る。

【０００９】また請求項３では、前記主軸と副軸を補強
部材で補強して曲げ剛性を高めるようにした。このよう
に曲げ剛性を高めれば、結晶棒が大型化、高重量化した
時にクランプ力を強めても主軸と副軸が変形することが
なく、結晶棒を一定位置に保持出来て加工精度を悪化さ
せるような不具合がなくなり、また補強部材を用いて補
強するだけで主軸と副軸の曲げ剛性を高められるので、
既存の設備等の活用が図られる。

【００１０】また請求項４では、前記主軸と副軸のワー
ク保持部のうち少なくとも一方側に首振り機構を設け
た。ここで結晶棒の両端部は、一般的に先端が先細りと
なるコーン部或いはテール部が形成されている場合が多
いが、円筒研削の前にサンプルを切出す等の必要がある
ような時は、コーン部或いはテール部が切り落とされて
端面がフラット面にされることがある。この場合に、端
面が傾いていたりまたは完全な平面でないような時は、
ワーク保持部による押圧保持が不完全になって位置ずれ
を生じやすくなったり、押圧方向が偏位しやすくなって
加工精度に悪影響を与える。

【００１１】そこで、ワーク保持部に首振り機構を設
け、ワーク端面が傾いているような時でも均一に密着さ
せて押圧保持出来るようにする。ここで、首振り機構と
しては、例えばワーク保持部を球面軸受で軸受けして構
成する。またこのような首振り機構は、主軸と副軸のど
ちらに設けても良く、また両側に設けても良い。

【００１２】また請求項５では、主軸と副軸によって結
晶棒を軸方向に挟み込んで軸周りに回転可能に保持する
支持ユニットと、結晶棒の軸方向に沿って移動しつつ結
晶棒の外周をトラバース研削する研削ユニットを備えた
円筒研削機において、研削ユニットに、単一のスピンド
ルに同軸で取付けられる複数の砥石を設け、粗加工に引
続いて仕上加工が行われるようにした。

【００１３】このように単一のスピンドルに複数の砥石
を取付け、粗加工と仕上加工が行われるようにすれば、
スピンドルを２軸にする場合に較べて研削速度を速める
ことが出来るとともに、加工方向が限定されないため軸
方向の移動量が減り、無駄な加工時間を少なくすること
ができる。その結果スループットが向上し、生産性が上
がる。

【００１４】そして請求項６では、請求項１乃至請求項
４の円筒研削機と請求項５の円筒研削機を組合わせるよ
うにした。このような組合わせによって上述した各種効
果が相乗して得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について添付
した図面に基づき説明する。ここで図１は本発明に係る
円筒研削機の側面図、図２は同平面図、図３は砥石体の
説明図、図４は砥石体による研削状態の説明図、図５は
結晶棒の形態の一例図である。

【００１６】本発明に係る円筒研削機は、例えばチョク
ラルスキー法（ＣＺ法）または浮遊帯域溶融法（ＦＺ
法）によってシリコン単結晶等の結晶棒を製造した後、
軸方向に直角にスライス加工して円盤状のウエーハに加
工する前に、結晶棒の外周を研削して所定寸法に仕上げ
る装置として構成され、特に大型化、高重量化した結晶
棒を取扱うのに適した研削機として構成されている。

【００１７】この円筒研削機１は、図１、図２に示すよ
うに、結晶棒Ｗを保持する支持ユニット２と、結晶棒Ｗ
の外周を研削する研削ユニット３を備え、前記支持ユニ
ット２は、結晶棒Ｗを軸方向に挟み込む主軸４と副軸５
を備えるとともに、副軸５はスライド機構によって主軸
４に向けて進退動自在にされている。

【００１８】そして、この主軸４と副軸５は、それぞれ
の軸周りに回転可能にされるとともに、主軸モータ７の
回転が、スプライン軸１１を介してタイミングベルト１
０、１２によって、それぞれ主軸４、副軸５に伝達され
ることにより、主軸４の回転に同期して副軸５が回転す
るようにしている。

【００１９】ここで、スプライン軸１１を使用している
のは、副軸５がスライド機構で進退動する時にタイミン
グベルト１２を巻回せしめたプーリ等がスプライン軸１
１に沿って移動出来るようにするためである。

【００２０】また、主軸４と副軸５は、曲げ剛性を高め
るためそれぞれの補強部材１４、１５で補強されてい
る。すなわち、主軸４は機台１６側に取付けられる補強
部材１４で補強され、副軸５は、副軸本体側に取付けら
れる補強部材１５で補強されて移動に支障が生じないよ
うにされている。

【００２１】また主軸４と副軸５の先端部には、それぞ
れワーク保持部４ｃ、５ｃが設けられ、これらワーク保
持部４ｃ、５ｃは球面軸受ｊ等で軸受けされて首振り機
能が付与されている。

【００２２】前記スライド機構は、送りモータ１７によ
って副軸５と一体のスライド部材１８を進退動させるよ
うに構成されており、またこの送りモータ１７は、出力
トルクを制御出来るサーボモータとしている。

【００２３】前記研削ユニット３は、主軸４と副軸５を
結ぶラインと平行に配設されるガイド軸２０と、このガ
イド軸２０に沿って移動自在な移動体２１を備え、この
移動体２１には、移動体２１を移動駆動する移動モータ
２２と、単一のスピンドル２３と、このスピンドル２３
をベルトを通して回転駆動する駆動モータ２４を一体に
備えており、前記スピンドル２３の先端には、図３に示
すような粗砥石２６と仕上砥石２７からなる砥石体２５
が装着されている。

【００２４】そして、この砥石体２５の外側の粗砥石２
６と内側の仕上砥石２７の前方突出量には差が設けら
れ、粗砥石２６よりも仕上砥石２７の方が僅かなクリア
ランスｃで前方突出するとともに、このような形態の砥
石体２５を結晶棒Ｗの中央部附近を所定圧で押圧してお
くだけで、粗加工に引続き仕上加工が行われるようにし
ている。

【００２５】またガイド軸２０に沿った移動体２１の移
動は、例えば、剛性のあるガイド軸２０に設けたラック
に、移動モータ２２の出力軸のボールスクリュウナット
方式、またはその他の任意の手段によって、高精度、高
速度で移動させることが出来るようにしている。

【００２６】以上のように構成した円筒研削機１の作用
等について説明する。結晶棒Ｗが搬入されると、スライ
ド機構によって副軸５を前進させ、軸方向の両端部を主
軸４と副軸５のワーク保持部４ｃ、５ｃでクランプ保持
する。この際、送りモータ１７のトルク力によって所定
の押圧力で結晶棒Ｗをクランプするが、この送りモータ
１７の出力は可変であるため、例えば結晶棒Ｗが大型化
し、高重量化する時はトルク力を制御してクランプ力を
高めることが出来、しっかりと保持出来る。

【００２７】また、クランプ力を高めた場合でも、主軸
４と副軸５はそれぞれの補強部材１４、１５で補強され
ているため、変形等の不具合はなく、精度良く保持出来
る。

【００２８】また、加工時の結晶棒Ｗの形態は、図５
（Ａ）に示すように、両端部にコーン部Ｗｃとテール部
Ｗｔを有する形態が一般的であるが、図５（Ｂ）に示す
ように、コーン部Ｗｃが切除されてフラットな形態にさ
れる場合がある。例えば結晶棒Ｗ成長直後にサンプルを
切出すような時である。このようにコーン部Ｗｃが存在
しない場合で端面が傾斜したり、完全な平面でないよう
な時でも、球面軸受ｊによってワーク保持部４ｃ、５ｃ
が首を振り、ワーク保持部４ｃ、５ｃの前面全域を確実
に密着させて押圧保持することが出来る。

【００２９】次に、主軸モータ７を駆動すると、結晶棒
Ｗへの回転力の伝達は、主軸４側だけでなく、同期回転
機構８を通して副軸５側からも同期して伝達されるた
め、例えば結晶棒Ｗが大型化、高重量化しても、回転ず
れ、遅れ等がなく、結晶棒Ｗ全体を円滑に回転させるこ
とが出来る。

【００３０】このような結晶棒Ｗの外周面を研削ユニッ
ト３の砥石体２５で研削する。すなわち、移動体２１を
トラバース動させつつ、図４に示すように、スピンドル
２３を高速回転させながら結晶棒Ｗの中央部附近に所定
圧で押圧すると、最初に外側の粗砥石２６が接触して粗
加工が行われ、引続いて内側の仕上砥石２７が接触して
仕上加工が行われる。

【００３１】この際、移動体２１の移動方向は従来のよ
うに１方向に特定されることがないので研削時間が短縮
されるとともに、左右の幅間隔がない単一のスピンドル
２３によって、トラバース動のストローク量を少なくす
ることが出来る。

【００３２】尚、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。例
えばワーク保持部４ｃ、５ｃの首振り機構はいずれか一
方側だけでも良く、また副軸５を移動させる送りモータ
１７の位置、スライド機構のスライド方法等も任意であ
る。また主軸と副軸の補強方法も任意であり、主軸、副
軸の曲げ剛性を高めることが出来る方法であれば、一般
に用いられるどのような方法でも良く、例えば軸を太く
したり、材質を変更するような方法であっても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明に係る円筒研削機
は、請求項１のように、円筒研削機の主軸と副軸をそれ
ぞれの軸周りに回転可能にし、両者を同期回転機構によ
って同期して回転させるようにしたため、結晶棒が大型
化、高重量化した場合でも回転ずれ、回転遅れ等を防止
して結晶棒全体を均一に回転させることが出来、加工精
度を向上させることが出来る。また請求項２のように、
結晶棒を挟み込む主軸と副軸のクランプ力を、モータト
ルクによって調整可能にすれば、結晶棒の大きさ、重量
等に合った適切な力でクランプすることが出来、結晶棒
の回転をより円滑に行わせることが出来る。

【００３４】また請求項３のように、主軸と副軸を補強
部材で補強して曲げ剛性を高めれば、クランプ力を強め
ても主軸と副軸が変形することがなく、加工精度を悪化
させるような不具合がない。そして請求項４のように、
主軸と副軸のワーク保持部のうち少なくとも一方側に首
振り機構を設ければ、結晶棒の形態の如何に拘らず均一
な姿勢でクランプすることが出来、加工精度の向上が図
られる。

【００３５】更に請求項５のように、研削ユニットとし
て、単一のスピンドルに同軸で複数の砥石を取付け、こ
の砥石によって粗加工に引続いて仕上加工が行われるよ
うにすれば、２軸のスピンドルの場合に較べて無駄な時
間が無くなって研削速度を速めることが出来るととも
に、軸方向の移動量を少なく出来る。そして請求項６の
ように、上記各手段を組合わせることによって、特に大
型化、高重量化した結晶棒を精度良く且つ効率的に加工
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る円筒研削機の側面図である。

【図２】本発明に係る円筒研削機の平面図である。

【図３】砥石体の説明図であり、（Ａ）は断面図、
（Ｂ）は正面図である。

【図４】砥石体による研削状態の説明図である。

【図５】結晶棒の各種形態の一例図であり、（Ａ）はコ
ーン部、テール部ともに有する形態、（Ｂ）はコーン部
が切除された形態である。

【符号の説明】

１…円筒研削機、 ２…支持ユニット、 ３…研削ユニ
ット、 ４…主軸、４ｃ…ワーク保持部、 ５…副軸、
５ｃ…ワーク保持部、７…主軸モータ、 ８…同期回
転機構、 １０…タイミングベルト、１１…スプライン
軸、 １２…タイミングベルト、 １４…補強部材、１
５…補強部材、 １６…機台、 １７…送りモータ、１
８…スライド部材、 ２０…ガイド軸、 ２１…移動
体、２２…移動モータ、 ２３…スピンドル、 ２４…
駆動モータ、２５…砥石体、 ２６…粗砥石、 ２７…
仕上砥石。ｃ…クリアランス、 ｊ…球面軸受、 Ｗ…
結晶棒、 Ｗｃ…コーン部、Ｗｔ…テール部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸と副軸によって結晶棒を軸方向に挟
   み込んで軸周りに回転可能に保持する支持ユニットと、
   結晶棒の軸方向に沿って移動しつつ結晶棒の外周をトラ
   バース研削する研削ユニットを備えた円筒研削機であっ
   て、前記主軸と副軸をそれぞれの軸周りに回転可能に
   し、両者を同期回転機構によって同期して回転させるよ
   うにしたことを特徴とする円筒研削機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の円筒研削機において、
   前記結晶棒を挟み込む主軸と副軸のクランプ力は、モー
   タトルクによって調整可能にされることを特徴とする円
   筒研削機。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の円筒研削
   機において、前記主軸と副軸を補強部材で補強して曲げ
   剛性を高めたことを特徴とする円筒研削機。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
   記載の円筒研削機において、前記主軸と副軸のワーク保
   持部のうち少なくとも一方側に首振り機構を設けたこと
   を特徴とする円筒研削機。
5. 【請求項５】 主軸と副軸によって結晶棒を軸方向に挟
   み込んで軸周りに回転可能に保持する支持ユニットと、
   結晶棒の軸方向に沿って移動しつつ結晶棒の外周をトラ
   バース研削する研削ユニットを備えた円筒研削機であっ
   て、前記研削ユニットは、単一のスピンドルに同軸で取
   付けられており、粗加工に引続いて仕上加工が行われる
   複数の砥石を備えたことを特徴とする円筒研削機。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載の円筒研削機と請求項５に記載の円筒研削機を組合
   わせることを特徴とする円筒研削機。