JPWO2012101837A1 - 多角柱状部材の研削・研磨加工装置および研削・研磨加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本発明にかかる装置を使用した研削工程において、該被加工物は所定の規格寸法を有する断面形状に仕上げられ、研磨工程において、該被加工物の表層に存在するマイクロクラックが除去されるものである。
該基準ブロック(15)は両側に形成され、既知の間隔を有する基準面を備え、基準ブロック(15)の柱軸方向が加工する被加工物の柱軸方向に平行になるように、把持手段(1)のクランプ軸(13)の一方に一体的に設けられており、
計測具A(21)(21)は、該基準ブロック(15)の対向する基準面の位置、および被加工物の対向する平面部(F)の位置または対向する角部(C)の位置を該被加工物の柱軸方向と直交する両側方向から水平方向に計測することによって被加工物の外形寸法を計測し、
計測具B(22)は、前記被加工物の上面側平面部(F)または上面側角部(C)の垂直方向の高さ位置を計測する構成としてもよい(第6の発明)。
<1>の断面寸法の計測とは、前記シリコンブロック(W)の2平面部(F)または2角部(C)間の実寸法を前記計測具A(21)(21)により計測してその結果を制御手段(6)に記憶させることであり、
<2>把持手段(1)が該シリコンブロック(W)を把持する際に、把持する位置の芯出しをするための中心位置とは、把持手段(1)の基台(11)上に載置された該シリコンブロック(W)の図1および図4に示すY方向の中心位置である。 この中心位置は、計測手段(2)の計測具A(21)の計測値に基づき算出される。そして算出された該シリコンブロック(W)の中心位置を把持手段(1)の中心に一致させるために、図1および図3に示す押圧具(12)(12)が前後動して該シリコンブロック(W)の位置決めを行なう。
また、図2および図4に示すZ方向の中心位置は、計測手段(2)の計測具B(22)の計測値に基づき算出される。そして算出された該シリコンブロック(W)の高さ方向中心位置を把持手段(1)の高さ方向中心に一致させるために、基台(11)が上下動して位置決めする。 このようにして、該シリコンブロック(W)の柱軸方向の両端面の中心位置をクランプ軸(13)(13)の中心位置に一致するようにして、把持させることが可能となる。
<3>研削手段(3)と研磨手段(4)の切込み量が「ゼロ」となる位置に相当する基点の位置を記憶させるために以下の処理が行なわれる。
まず、前記基準ブロック(15)の対向する基準面の間隔寸法(この間隔寸法は既知であり、予め制御手段(6)に入力されている)を図1および図4に示す計測手段(2)の計測具A(21)(21)により計測し、制御手段(6)に記憶させ、
次に、前記研削手段(3)ならびに研磨手段(4)の先端部を基準ブロック(15)の基準面に夫々接触させ、その接触位置と、前記<1>により計測し制御手段(6)に記憶させた研削・研磨加工前の該シリコンブロック(W)の2平面部(F)または2角部(C)間の実寸法とに基づき、研削手段(3)と研磨手段(4)の切込み量が「ゼロ」となる位置に相当する基点の位置を演算処理して求め、結果を制御手段(6)に記憶させる。
なお、前記計測手段(2)には、計測する箇所に直接接触させて計測する接触式と、レーザー光を放射して計測する非接触式とがあるが、どちらを用いてもよい。
すなわち、前記した計測手段(2)の作用に関する補足説明において述べた<1><2><3>の各ステップにおいて制御手段(6)が演算処理を行なうと共に、結果を記憶し、この記憶された結果と制御手段(6)に入力された研削・研磨加工後の断面寸法に基づいて、研削手段(3)、研磨手段(4)の切込み量が自動設定される。加工するシリコンブロック(W)の種類(多結晶または単結晶)が多結晶の場合は、後記する第13の発明に記載の加工工程となるように、該シリコンブロック(W)を把持した把持手段(1)を移送する移送手段(5)を作動させ、また、単結晶の場合は後記する第14の発明に記載の加工工程となるように該シリコンブロック(W)を把持した把持手段(1)を移送する移送手段(5)を作動させる。さらに、単結晶のシリコンブロック(W)の場合、角部(C)の加工においては、前記回転機構(14)の「連続回転」の説明にも述べたように、該単結晶シリコンブロック(W)を把持するクランプ軸(13)を制御手段(6)に別途入力設定した回転速度で連続して回転させるものである。
前記基準ブロック(15)の両側の基準面に研削手段(3)の先端および研磨手段(4)の先端を夫々接触させて該研削手段(3)の先端および研磨手段(4)の先端の基点(切込み量「ゼロ」の位置)を演算処理する機能と、
前記計測具A(21)により前記基準ブロック(15)の両側の基準面と被加工物の両側の2平面部(F)または2角部(C)の位置を計測して被加工物の断面寸法を演算処理する機能と、
前記被加工物を把持手段(1)の基台(11)に載置してその両側を押圧具(12)により位置決めをした状態で前記計測具A(21)および計測具B(22)により前記被加工物の側面位置を同時計測して被加工物の両端面を把持する前記クランプ軸(13)の軸心位置を前記被加工物の柱軸と一致させる芯出しの演算処理をする機能と、
加工開始前に入力した前記初期設定項目と前記計測手段(2)が出力する計測信号により演算処理して前記研削・研磨加工装置の各手段に作動信号を出力する機能、を備えてもよい(第7の発明)。
研削手段は、研削加工を行う度に基準ブロックの両側の基準面に研削手段の先端を接触させて切込み量「ゼロ」の位置の演算処理を行なったうえで切込み量を設定して研削加工を行うようにしているが、研磨手段は、新しい研磨ブラシに交換した時にのみ基準ブロックの両側の基準面に研磨手段の先端を接触させて切込み量「ゼロ」の位置の演算処理を行っている。従って、研磨加工における研磨ブラシの切込み量の設定は、研磨ブラシを研磨加工に使用した回数をカウントしてブラシ毛材の先端の切込み量を調整して研磨加工を行うようにしている。
四角柱状の被加工物をその柱軸が水平となるように載置して垂直方向に上下動可能とした基台(11)と、
該基台(11)を挟んだ両側に前記被加工物の柱軸と直交する方向に進退動させて被加工物の両側を押圧して前記基台(11)の中心に被加工物の柱軸を位置決めをする押圧具(12)と、
軸芯を前記被加工物の柱軸と同じ方向に配置し、該被加工物の柱軸方向両端側に配置したクランプ軸(13)(13)であって、該クランプ軸(13)(13)の一方を前進させて前記基台(11)の中心に位置決めされた被加工物の両端面を把持するようにしたクランプ軸(13)(13)と、
該クランプ軸(13)(13)をその軸芯を中心にして間欠回転または連続回転をするようにした回転機構(14)と、
を備えてもよい(第9の発明)。
対向する1対の平面部(F)を加工終了し、残りの1対の平面部(F)の加工を行なうときに、シリコンブロック(W)は90度回転され残りの1対の平面部(F)が加工される。そして2対の平面部(F)、すなわち4平面部(F)の加工を終了したのち、該シリコンブロック(W)は45度回転され、対向する1対の角部(C)が加工される。 そして、該シリコンブロック(W)は、更に90度回転されて残りの1対の角部(C)の加工が行なわれ、全ての平面部(F)および角部(C)の加工が終了する。
前記被加工物の断面寸法の計測、前記把持手段(1)の被加工物を把持する位置の芯出し、ならびに研削手段(3)と研磨手段(4)の切込み量を「ゼロ」とした基点の位置を計測する際に使用する計測手段(2)と、
前記被加工物の平面部(F)および角部(C)を研削加工する研削手段(3)と、
前記被加工物の平面部(F)および角部(C)を研磨加工する研磨手段(4)と、
前記把持手段(1)に把持された被加工物を前記計測手段(2)、研削手段(3)、研磨手段(4)が配置された位置に移送させる移送手段(5)と、
加工開始前に入力された初期設定項目および前記計測手段(2)によって計測された計測値を基に演算処理し前記各手段に作動信号を出力する制御手段(6)を備えた多角柱状部材の研削・研磨加工装置による多角柱状部材の研削・研磨加工方法は、
前記研削手段(3)により前記被加工物を研削加工したのち、前記研磨手段(4)により前記被加工物を研磨加工する(第11の発明)。
本発明は、例えば被加工物がシリコンインゴットをワイヤソーで切断して形成された四角柱状のシリコンブロック(W)の場合、
(1)該シリコンブロック(W)を、例えば一辺125mm(呼称:5インチ)、一辺156mm(呼称:6インチ)、一辺210mm(呼称:8インチ)であって、その寸法公差が±0.5mmを有する断面寸法に仕上げると共に、その平面部(F)が互いに交わり形成される角部(C)の直角度の公差を±0.1度となる断面形状に仕上げる研削機能と、
(2)該シリコンブロック(W)の表層のマイクロクラックを除去し表面粗さを微細にする研磨機能の両機能を備え、
(3)加工するシリコンブロック(W)が本発明の研削・研磨加工装置に搬入されてから研削・研磨加工を終了して搬出されるまでの各工程を自動化することができるようにした
ので、研削・研磨加工を的確に行えるとともに省力化を図ることができる。
また、シリコンブロック(W)の製造ラインにおけるシリコンインゴットの切断工程において、断面寸法と直角度が規格から外れてしまったシリコンブロック(W)が本発明の研削・研磨加工装置に搬入された場合であっても、研削手段(3)として砥石を使用することによって断面寸法および断面形状を公差内に収めるようにして加工することができる。なお、研磨手段(4)として研磨ブラシを使用することによってマイクロクラックの除去を行うことができる。 その結果、該シリコンブロック(W)を次工程においてワイヤソーを用いて数百μmの厚さにスライス加工することによってシリコンウエハを形成した場合に、シリコンウエハの外形寸法を公差内に加工することができるとともに、シリコンウエハのスライス加工の際に発生する割れ・欠けを抑制することができ、不良品の発生率を低減することができる。
四角柱状のシリコンブロック(W)を把持する把持手段(1)と、
前記シリコンブロック(W)の断面寸法の計測、前記把持手段(1)のシリコンブロック(W)を把持する位置の芯出し、ならびに研削手段(3)と研磨手段(4)の切込み量を「ゼロ」とする基点の位置を算出するために必要な計測手段(2)と、
前記シリコンブロック(W)の平面部(F)および角部(C)を研削加工し、一辺125mm(呼称:5インチ)、一辺156mm(呼称:6インチ)、一辺210mm(呼称:8インチ)のいずれかの断面寸法に研削する研削手段(3)と、
前記研削加工を終了したシリコンブロック(W)の平面部(F)および角部(C)を研磨加工しその表層に存在するマイクロクラックを除去する研磨手段(4)と、
前記把持手段(1)に把持されたシリコンブロック(W)の平面部(F)および角部(C)を計測、研削、研磨をするために前記シリコンブロック(W)を把持した把持手段(1)を前記計測手段(2)、研削手段(3)、研磨手段(4)が配置された位置に移送させる移送手段(5)と、
加工開始前に入力された初期設定項目および前記計測手段(2)の計測信号を基に演算処理して前記各手段に作動信号を出力する制御手段(6)と
から構成されている。
加工開始前に、基準ブロック(15)の両側に形成された基準面の間隔寸法(既知)と、加工するシリコンブロック(W)の種類(多結晶または単結晶)と、該シリコンブロック(W)の研削・研磨加工後の断面寸法ならびにその公差と、単結晶シリコンブロック(W)の角部(C)を加工する時の回転機構(14)の回転速度と、研削手段(3)ならびに研磨手段(4)の外形寸法、砥粒の粒度、回転速度と、移送手段(5)による研削・研磨加工中のシリコンブロック(W)の移送速度、とから成る前記初期設定項目を制御手段(6)に入力する。
計測手段(2)は、図4に示すようにY方向の計測具A(21)とZ方向の計測具B(22)の双方により、単結晶シリコンブロック(W)の各側面の位置を計測することができるようになっている。 そして、その計測結果により単結晶シリコンブロック(W)の芯出しをすることができ、クランプ軸(13)の軸芯とシリコンブロック(W)の柱軸とが一致するようにして、前記クランプ軸(13)はシリコンブロック(W)を把持するようになっている。
なお、ここで使用されたシリコンブロック(W)は、四角柱状に切断された多結晶シリコンブロック(W)および単結晶シリコンブロック(W)であって、これらのシリコンブロック(W)の4平面部(F)と4角部(C)を本発明の研削手段(3)により研削することにより、断面寸法を公差内に収まるように研削加工したのち、研磨手段(4)により単結晶シリコンブロック(W)の表層を研磨することによりマイクロクラックを除去している。
前記のように、研削加工後の該多結晶シリコンブロックA(W)をスライス加工してシリコンウエハにした時の割れ・欠け等による不良品の発生率が3〜4%であったが、表5に示すように、粗研磨加工と精研磨加工をしてその研磨代を合計85μmにし、その表面粗さをRy平均:1.0μmにしたことにより、その発生率を1.2%に低減することができた。
その後、該単結晶シリコンブロック(W)の2対の平面部(F)の研磨加工を前記実施例1と同様に、研磨手段(4)の間を移送手段(5)により20mm/秒の移送速度で通過させて2対の平面部(F)の研磨加工を終了し全ての加工を終了した。
2 計測手段
3 研削手段
4 研磨手段
5 移送手段
6 制御手段
11 基台
12 押圧具
13 クランプ軸
14 回転機構
15 基準ブロック
21 計測具A
22 計測具B
31 回転盤A
32 砥粒部
33 回転軸A
41 回転盤B
42 ブラシ毛材
43 回転軸B
W シリコンブロック
F シリコンブロックの平面部
C シリコンブロックの角部
Claims (16)
- 被加工物である多角柱状部材を把持する把持手段と、
前記被加工物の断面寸法の計測、前記把持手段の被加工物を把持する位置の芯出しをするための中心位置の計測、および研削手段と研磨手段の切込み量が「ゼロ」の位置である基点の位置の計測をする計測手段と、
前記加工物の平面部および角部をその断面寸法および断面形状が公差内となるように研削加工する研削手段と、
前記研削加工を終了した被加工物の平面部および角部を研磨加工しその表層に存在するマイクロクラックを除去する研磨手段と、
前記把持手段に把持された被加工物の平面部および角部を計測、研削、研磨をするために前記被加工物を把持した把持手段を前記計測手段、研削手段、研磨手段に移送させる移送手段と、
加工開始前に入力された初期設定項目および前記計測手段の計測信号を基に演算処理し前記各手段に作動信号を出力する制御手段と、を備えたこと
を特徴とする多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記研削手段を、砥粒を溶融固定して形成された砥粒部の表面が前記被加工物の加工面に接触して回転するようにした回転盤Aと該回転盤Aに回転駆動源の回転を伝達する回転軸Aとから成る砥石とし、
前記研磨手段を、砥粒を溶融固定したブラシ毛材の毛先部が被加工物の加工面に接触して回転するように植設された回転盤Bと該回転盤Bに回転駆動源の回転を伝達する回転軸Bとから成る研磨ブラシとすること
を特徴とする請求項1記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記研削手段の砥石を、その砥粒部に溶融固定される砥粒の粒度を1種類または2種類以上とし、
前記研磨手段の研磨ブラシを、そのブラシ毛材に溶融固定される砥粒の粒度を2種類以上とした
ことを特徴とする請求項2記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記研磨手段の研磨ブラシを、そのブラシ毛材に溶融固定される砥粒の粒度を2種類以上とし、
該砥粒の粒度が粗いブラシ毛材を回転盤Bの回転中心に近い内輪部に植設するとともに、
前記砥粒の粒度が細かいブラシ毛材を回転盤Bの回転中心より遠い外輪部に植設するようにしたこと
を特徴とする請求項2記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記研削手段を砥粒の粒度がF90〜F220(JISR6001:1998)および#240〜#500(JISR6001:1998)からなる砥石とし、
前記研磨手段は、砥粒の粒度が#240〜#500(JISR6001:1998)からなる粗研磨用の研磨ブラシと、砥粒の粒度が#800〜#1200(JISR6001:1998)からなる精研磨用の研磨ブラシを備えたこと
を特徴とする請求項3または請求項4記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記計測手段が、基準ブロックと、計測具Aと、計測具Bとからなり、
該基準ブロックは、両側に形成され、既知の間隔を有する基準面を備え、基準ブロックの柱軸方向が加工する被加工物の柱軸方向に平行になるように把持手段のクランプ軸の一方に一体形的に設けられており、
計測具Aは、該基準ブロックの対向する基準面の位置、および被加工物の平面部の位置または対向する角部の位置を該被加工物の柱軸方向と直交する両側方向から水平方向に計測することによって被加工物の外形寸法を計測し、
計測具Bは、前記被加工物の上面側平面部または上面側角部の垂直方向の高さ位置を計測すること
を特徴とする請求項5記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記制御手段は、前記基準ブロックの両側の基準面に研削手段の先端および研磨手段の先端を夫々接触させて該研削手段の先端および研磨手段の先端の基点(切込み量「ゼロ」の位置)を演算処理する機能と、
前記計測具Aにより前記基準ブロックの両側の基準面と被加工物の両側の2平面部または2角部の位置を計測して被加工物の断面寸法を演算処理する機能と、
前記被加工物を把持手段の基台に載置してその両側を押圧具により位置決めをした状態で前記計測具Aおよび計測具Bにより前記被加工物の側面位置を同時計測して被加工物の両端面を把持する前記クランプ軸の軸心位置を前記被加工物の柱軸と一致させる芯出しの演算処理をする機能と、
加工開始前に入力した前記初期設定項目と前記計測手段が出力する計測信号により演算処理して前記研削・研磨加工装置の各手段に作動信号を出力する機能、を備えたこと
を特徴とする請求項6記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記被加工物の断面が四角形であって、
前記の研削・研磨加工をする四角柱状の被加工物の断面寸法とその公差を一辺125mm±0.5mm(呼称:5インチ)、一辺156mm±0.5mm(呼称:6インチ)、一辺210mm±0.5mm(呼称:8インチ)のいずれかとし、
該四角柱状の被加工物の2平面部が互い交わる角部の直角度を断面形状の公差として90度±0.1度に設定したこと
を特徴とする請求項7記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記把持手段は、被加工物をその柱軸が水平となるように載置して垂直方向に上下動可能とした基台と、
該基台を挟んだ両側に前記被加工物の柱軸と直交する方向に進退動させて被加工物の両側を押圧して前記基台の中心に被加工物の柱軸を位置決めをする押圧具と、
軸芯を前記被加工物の柱軸と同じ方向に配置し、該被加工物の柱軸方向両端側に配置したクランプ軸であって、当該クランプ軸の一方を前進させて前記基台の中心に位置決めされた被加工物の両端面を把持するようにしたクランプ軸と、
該クランプ軸をその軸芯を中心にして間欠回転または連続回転をするようにした回転機構と、を備えること
を特徴とする請求項8記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。 - 前記被加工物が四角柱状のシリコンブロックであることを特徴とする請求項1に記載の多角柱状部材の研削・研磨加工装置。
- 被加工物である多角柱状部材を把持する把持手段と、
前記被加工物の断面寸法の計測、前記把持手段の被加工物を把持する位置の芯出し、ならびに研削手段と研磨手段の切込み量を「ゼロ」とした基点の位置を計測する際に使用する計測手段と、
前記被加工物の平面部および角部を研削加工する研削手段と、
前記被加工物の平面部および角部を研磨加工する研磨手段と、
前記把持手段に把持された被加工物を前記計測手段、研削手段、研磨手段が配置された位置に移送させる移送手段と、
加工開始前に入力された初期設定項目および前記計測手段によって計測された計測値を基に演算処理し前記各手段に作動信号を出力する制御手段と、を備えた多角柱状部材の研削・研磨加工装置において、
前記研削手段により前記被加工物を研削加工したのち、前記研磨手段により前記被加工物の研磨加工をするようにしたこと
を特徴とする多角柱状部材の研削・研磨加工方法。 - 前記被加工物の断面が四角形であって、
前記研削手段に使用する砥石の砥粒の粒度をF90〜F220(JISR6001:1998)および#240〜#500(JISR6001:1998)とし、
前記研磨手段の粗研磨用の研磨ブラシに使用する砥粒の粒度を#240〜#500(JISR6001:1998)とし、前記研磨手段の精研磨用の研磨ブラシに使用する砥粒の粒度を#800〜#1200(JISR6001:1998)とし、研削・研磨加工をする四角柱状の被加工物の断面寸法とその公差を一辺125mm±0.5mm(呼称:5インチ)、一辺156mm±0.5mm(呼称:6インチ)、一辺210mm±0.5mm(呼称:8インチ)のいずれかとし、
該四角柱状の被加工物の2平面部が互い交わる角部の直角度を断面形状の公差として90度±0.1度にしたこと
を特徴とする請求項11記載の多角柱状部材の研削・研磨加工方法。 - 前記研削手段における削り代を20μm〜700μmとし、研削手段において被加工物の表面粗さをRy2.0〜10.0μm(JISB0601:1994)となるように研削加工したのち、
研磨手段における削り代を75μm以上とし、研磨手段において被加工物の表面粗さをRy1.1μm(JISB0601:1994)以下となるように研磨加工すること
を特徴とする請求項11または請求項12記載の多角柱状部材の研削・研磨加工方法。 - 前記被加工物が四角柱状のシリコンブロックであることを特徴とする請求項11記載の多角柱状部材の研削・研磨加工方法。
- 前記被加工物が多結晶シリコンブロックであって、
該多結晶シリコンブロックの加工工程を平面部の研削加工、角部の研削加工、平面部の研磨加工の順に行うようにしたこと
を特徴とする請求項13記載の多角柱状部材の研削・研磨加工方法。 - 前記被加工物が単結晶シリコンブロックであって、
該単結晶シリコンブロックの加工工程を平面部の研削加工、角部の研削加工、角部の研磨加工、平面部の研磨加工の順に行うようにしたこと
を特徴とする請求項13記載の多角柱状部材の研削・研磨加工方法。
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