KR101267439B1

KR101267439B1 - 다각기둥형상 부재의 연마 장치 및 그 연마 방법

Info

Publication number: KR101267439B1
Application number: KR1020127011097A
Authority: KR
Inventors: 미키토시 히라가; 시게루 타나하시; 사이치로 하토리; 히사시 마츠모토
Original assignee: 신토고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2013-05-31
Also published as: TW201114549A; TWI389770B; JPWO2011052267A1; CN102069446A; CN102164710B; WO2011052267A1; JP4816815B2; CN102164710A; KR20120102046A

Abstract

본 발명은, 경취재료로 이루어지는 다각기둥형상의 표층부에 존재하는 미소의 균열을 제거하는 고연마능력과 표면의 요철을 제거하여 표면거칠기를 미세화하는 미세연마능력을 구비한 저렴한 연마 장치와 그 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
피연마 가공물(W)의 연마할 가공면(P)을 수평 상향으로 하여 재치하는 기대(4)와, 상기 피연마 가공물의 양단면을 클램프하는 클램프 수단(5)과, 상기 피연마 가공물의 양단면을 클램프하여 연마하고 연마 종료 후에 그 클램프상태를 해제하여 상기 피연마 가공물을 수동반전 또는 회전수단(14A), (14B)에 의해 자동반전시켜 다음의 가공면을 수평 상향으로 하며, 상기 가공면에 선단이 접촉회전하여 연마 가공하는 연마툴(10)을 설치한 연마 수단(2)을 이송하는 연마 유닛(1)과, 상기 피연마 가공물의 가공면의 높이 위치를 검출하여 상기 연마 수단의 연마툴의 가공면에 대한 절삭량을 자동설정할 수 있도록 하는 높이 위치 검출 수단(3)을 구비한다.

Description

다각기둥형상 부재의 연마 장치 및 그 연마 방법{POLISHING DEVICE FOR POLYGONAL COLUMN MEMBER, AND METHOD FOR POLISHING SAME}

본 발명은, 경취(硬脆)재료로 이루어지는 다각기둥형상의 피연마 가공물의 각 평면(이하 「평면부(flat plane)」라고 함)과, 상기 2평면이 교차하는 능각(이하 「능각부(corner section)」라고 함)의 표층을 연마 제거하는 연마 장치에 관한 것이다.

본 발명의 연마 대상이 되는 경취재료의 다각기둥형상부재로는, 예컨대, 와이어 소(wire saw)에 의해 슬라이스 가공을 해서 실리콘 웨이퍼를 얻기 위한 재료로 되는 4각기둥형상의 실리콘 블록이 있으며, 상기 실리콘 블록은, 소재가 단결정, 혹은 다결정으로 이루어지는 실리콘 잉곳을 밴드 소(band saw) 혹은 와이어 소에 의해 절단하여 4각기둥형상으로 형성되는 것이지만, 상기 절단 후의 외형치수에 관한 요구 정밀도가 높은 경우에는 그 표층면을 연삭(硏削)처리한다.

단결정으로 이루어지는 실리콘 블록은, 인상법(Czochralski method)에 의해 제조되어 원기둥형상으로 성형된 실리콘 잉곳의 원기둥 표층부를 기둥축 방향으로 밴드 소 혹은 와이어 소를 사용해서 서로 그 면이 거의 직각이 되도록 절단 제거하여 4평면부를 형성하는 동시에 그 2평면부 사이에 상기 원기둥 표층부의 일부를 남기며 원호면(Ｒ면)으로 한 4능각부를 형성한 뒤, 필요에 따라서 상기 4평면부의 평면 연삭 혹은 상기 4능각부의 원통 연삭을 실시한다.

또한, 다결정으로 이루어지는 실리콘 블록은, 용융 원료를 성형몰드에 유입시켜 입방체형상으로 성형된 실리콘 잉곳의 6면의 표층부를 밴드 소 혹은 와이어 소에 의해 절단 제거한 후, 또한 4각기둥형상으로 절단해서 4면으로 이루어지는 평면부를 형성하고 상기 2평면이 교차하는 4능각부를 미소(微小) 모따기(Ｃ면)하고 있다. 한편, 상기 절단면의 외형치수에 관한 요구 정밀도가 높은 경우에는 상기와 마찬가지로 연삭처리한다.

상기와 같이 절단 성형된 단결정 실리콘 블록, 및 다결정 실리콘 블록은, 다음 공정에서 와이어 소에 의해 슬라이스 가공되어 실리콘 웨이퍼가 제조되는 것이지만, 전자의 단결정 실리콘 블록의 4평면부, 및 원호면(Ｒ면)을 이룬 4능각부의 표층부에 마이크로크랙이나 미소(微小)요철이 존재하면 슬라이스 가공시에 제조된 실리콘 웨이퍼의 깨짐(crack)·흠집(chipping)이 발생하기 쉽기 때문에, 연마 수단으로서 다이아몬드지립(#800)을 혼입시킨 나일론 수지 브러시를 사용해서 표면으로부터 ５０~１００㎛ 이상, ２００㎛ 이하의 표층부를 연마 제거하여, 상기 4평면부 및 4능각부에 존재하는 미소요철(및 마이크로크랙)을 제거하고, 연마 전의 표면거칠기 Ｒｙ 10~20㎛를 3~4㎛로 평탄화함으로써, 실리콘 웨이퍼의 제품수율의 향상을 도모한 연마 방법이 특허문헌 1에 의해 개시되어 있다.

또한, 후자의 능각부가 직각형상으로 미소 C모따기를 시행한 다결정 실리콘 블록에 있어서도 마찬가지로서, 그 표층부에 마이크로크랙이나 미소요철이 존재하면 슬라이스 가공하여 제조된 실리콘 웨이퍼의 깨짐·흠집이 발생하기 쉽기 때문에, 연마 수단으로서 실리콘 블록의 2평면부를 상향으로 하는 Ｖ자형상의 지지부에 지지시키며, 이송되어 온 상기 실리콘 블록의 2평면부를 비스듬하게 상방으로부터 동시에 연마할 수 있도록 조연마(粗硏磨, coarse polishing)용과 마무리연마(finish polishing)용의 회전 브러시를 설치하여, 4평면부에 존재하는 미소요철을 연마 제거하고 평탄화하며, 실리콘 웨이퍼제품의 제품 수율 향상을 도모한 연마 방법이 특허문헌 2에 의해 개시되어 있다.

일본 특허 제4133935호 공보 일본 특허 제3405411호 공보

상기와 같이 제조된 실리콘 블록은, 그 평면부와 능각부의 표층부에 표면거칠기: Ｒｙ 10~20㎛(ＪＩＳＢ0601:1994)의 요철과, 또한 표층면으로부터 깊이가 80~100㎛의 마이크로크랙이 제조 공정 중에 발생하여 존재하는 경우가 있다. 이러한 상태의 실리콘 블록을 와이어 소로 슬라이스 가공하면, 상기한 바와 같이, 깨짐·흠집이 생긴 불량의 실리콘 웨이퍼를 제조하는 것으로 되기 때문에, 슬라이스 가공 전에, 연마 가공 시간을 단축하여 (1)상기 실리콘 블록의 표층부로부터 100㎛ 전후의 깊이를 연마 제거하여 마이크로크랙을 제거할 수 있는 고(高)연마 능력과 (2)표면거칠기: Ｒｙ 10~20㎛를 수㎛ 이하로 하는 미세 연마 능력을 구비한 제조 가격이 저렴한 연마 장치가 요구되고 있다.

본 발명은, 상기의 요구 사항을 만족시키는 동시에 피연마 가공물인 다각기둥형상의 실리콘 블록(경취재료)의 평면부 및 능각부의 연마 가공을 1대의 장치로 연마를 가능하게 한 연마 장치와 그 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명은, 피연마 가공물(W)의 형상이 다각기둥형상의 각 평면부 및 각 능각부를 연마하는 연마 장치로서, 상기 피연마 가공물(W)의 각 평면부 중 1평면부 또는 각 능각부 중 1능각부의 어느 하나를 연마하는 가공면(P)으로서 수평 상향이 되게 재치(載置)할 수 있도록 한 기대(基台, 4)와, 상기 피연마 가공물(W)을 연마 가공할 때 그 양단면을 클램프하고, 연마 종료 후에 상기 클램프상태를 해제하는 파지부(6A),(6B)을 선단에 부착하여 전후 이동하도록 한 클램프 축(12A),(12B)으로 이루어지는 클램프 수단(5)과, 상기 피연마 가공물(W)을 연마 가공할 때, 상기 가공면(P)에 연마툴(10)의 선단이 접촉 회전하면서 연마 가공하는 연마 수단(2)을 이송하는 연마 유닛(1)과, 상기 피연마 가공물(W)의 가공면(P)의 높이 위치를 연마 가공 전에 검출하여 상기 높이 위치 검출 신호를 제어수단(13)에 기억시키는 높이 위치 검출 수단(3)을 구비하고, 상기 제어수단(13)이 상기 높이 위치 검출 신호에 의해 연마 수단(2)의 연마툴(10)의 선단의 절삭(切入)량을 연산 처리해서 연마 가공을 행하도록 한 다각기둥형상부재의 연마 장치를 제1의 발명으로 한다. 한편, 여기서 말하는 「수평 상향」이란, 가공면을 기준면(하방향)으로 하고 있다.

상기한 「연산 처리」란, 제어수단(13)에 연마 개시 전에 작업자가 입력하는 「연마 수단(2)의 연마재(砥材)의 입도(粒度)」, 「전(前) 공정에 있어서의 피연마 가공물(W)의 절단 조건」, 「피연마 가공물(W)의 연마 가공 부위(평면부 또는 능각부)」의 연마 가공 조건과, 상기 높이 위치 검출 수단(3)의 높이 위치 검출 신호에 의한 「피연마 가공물(W)의 가공면(P)에 대한 연마 수단(2)의 연마툴(10) 선단의 절삭량(the amount of cutting into the machined surface, or "brush feed"-연마 브러시의 단부가 가공물(W)과 처음 접촉한 후 가공물(W)에 대하여 나아가 가압되는, 연마툴(10)의 연마 브러시의 단부의 길이를 의미)」이 자동설정되는 것을 말하고, 또한, 상기 「피연마 가공물(W)의 연마 가공 부위(평면부 또는 능각부)」의 입력에 의해 「연마 유닛(1)의 이송 속도」가 자동설정되는 것을 말한다.

또한, 상기 제1의 발명에 기재된 파지부(6A),(6B)에 양단면이 클램프된 피연마 가공물(W)을 상기 클램프 축(12A),(12B)의 축심을 중심으로 소정의 회전 각도가 설정되어 피연마 가공물(W)의 가공면(P)이 상향이 되도록 회전하는 택트 회전(tact-rotating), 또는 회전속도가 설정되어 회전하는 연속 회전(continuous rotating)의 어느 하나로 선택해서 회전하도록 한 회전 수단(14A),(14B)과, 상기 기대(4)를 승강시키는 승강 수단을 구비하고, 연마 가공 전에 연마 가공할 피연마 가공물(W)의 다각기둥형상의 각수(角數, number of the angles )와, 상기 피연마 가공물(W)의 상기 능각부의 연마 가공 조건인 상기 회전 수단(14A),(14B)에 의한 택트 회전, 또는 연속 회전의 어느 하나를 선택해서 상기 제어수단(13)에 설정하도록 한 다각기둥형상부재의 연마 장치를 제2의 발명으로 한다.

상기한 클램프 축(12A),(12B)의 「택트 회전」이란, 피연마 가공물(W)의 각 능각부 및 각 평면부의 연마를 1가공면(P)마다 연마하는 경우에 선택 설정하는 연마 형식으로서, 연마 가공 개시 전에 회전 수단(14A),(14B)의 클램프 축(12A),(12B)의 연마 형식을 「택트 회전」으로 선택 설정하고, 피연마 가공물(W)의 다각기둥형상의 「각수(角數)」를 제어수단(13)에 입력함으로써 상기 회전 수단(14A),(14B)의 회전 각도가 연산 처리되어, 1가공면(P)의 연마가 종료할 때마다 피연마 가공물(W)의 다음의 가공면(P)이 상향이 되도록 회전 수단(14A),(14B)의 클램프 축(12A),(12B)이 회전하고 정지하는 연마 형식이며, 상기 피연마 가공물(W)의 형상이 다결정으로 이루어지는 실리콘 블록과 같이 다수의 평면부와 상기 2평면부가 교차하는 능각부의 단면형상이 각형(角形)의 다각기둥형상부재를 연마 가공하는 경우에 설정되는 것이다.

또한, 상기한 클램프 축(12A),(12B)의 「연속 회전」이란, 피연마 가공물(W)의 형상이 단결정으로 이루어지는 실리콘 블록과 같이 다면(多面)으로 이루어지는 평면부와 상기 2평면부가 교차하는 능각부의 단면형상이 원호형상이며 상기 능각부의 연마 가공을 하는 경우에 선택 설정하는 연마 형식으로서, 연마 가공 개시 전에 회전 수단(14A),(14B)의 클램프 축(12A),(12B)의 회전 형식을 「연속 회전」으로 선택 설정하고 그 「회전속도」를 제어수단(13)에 입력함으로써, 피연마 가공물(W)이 클램프 축(12A),(12B)의 축심을 중심으로 연속 회전해서 상기 각 능각부가 동시에 연마 가공되는 것이다. 한편, 해당 피연마 가공물(W)의 각 평면부의 연마 가공은, 상기 연마 형식의 「택트 회전」에 의해 연마 가공된다.

또한, 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 연마 수단(2)이, 지립(砥粒)을 함유한 모재(毛材)이며, 상기 모재가 상기 연마 수단의 저부(底部)에 링 형상으로 복수개 심어설치되어 있는 연마 브러시인 것을 제3의 발명으로 한다.

또, 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 연마 수단(2)이, 지립을 함유한 모재를 복수개 묶은 연마툴(10)의 기부(基部)가 회전반에 복수개 심어설치되어 있는 연마 브러시인 것을 제4의 발명으로 한다.

또한, 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 연마 수단(2)이, 지립을 함유하여 서로 얽힌(intertwined) 섬유상(狀)의 탄성체가 상기 연마 수단의 저부에 복수개 심어설치되어 있는 연마 브러시인 것을 제5의 발명으로 한다.

또한, 제3 내지 제5 중 어느 하나 발명에 있어서, 연마 수단(2)을 복수대, 각각의 연마 수단(2)의 하단이 거의 수평, 다시 말해, 가공면에 대하여 각각의 연마 수단(2)의 하단이 거의 평행하게 되도록 연이어 접한 것을 제6의 발명으로 한다.

또, 제3 내지 제5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 연마 수단(2)을, 상기 다각기둥형상부재의 적어도 2 이상의 다른 면에 배치한 것을 제7의 발명으로 한다.

또한, 제3 내지 제5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 연마 수단(2)을 상기 다각기둥형상부재의 적어도 2 이상의 다른 면에, 각각 복수대, 각각의 연마 수단(2)의 하단이 거의 수평, 다시 말해, 가공면에 대하여 각각의 연마 수단(2)의 하단이 거의 평행하게 되도록 배치한 것을 제8의 발명으로 한다.

또한, 상기 제6 또는 제8의 발명에 기재된 발명에 있어서, 모재에 혼합되는 지립의 입도가 F180~#2000(ＪＩＳ R6001:1998)이며, 그 입도가 다른 연마 수단(2)을 2종류 이상 선택하고, 상기 연마 수단(2)을, 그 입도가 「큰 것(粗)」으로부터 「작은 것(細)」의 순서로 연마 가공하도록 연이어 설치한 다각기둥형상부재의 연마 장치를 제9의 발명으로 한다.

제6 또는 제8의 발명에 있어서, 모재에 혼합되는 지립의 입도가 F180~#2000이며, 그 입도가 거의 동일한 연마 수단을 선택하고, 상기 연마 수단을 연이어 접한 것을 제10의 발명으로 한다.

또한, 상기 제1 내지 제10 중 어느 하나의 발명에 기재된 기대(4)에 피연마 가공물(W)을 재치하는 받이부재(receiving member, 7)에, 상기 피연마 가공물(W)의 어느 1능각부를 연마할 때, 상기 1능각부를 수평 상향으로 재치할 수 있도록 그 하측이 되는 평면부가 접하는 노치(V, a part of it chipped to form a V-shape)(8)와, 상기 노치(V)(8)에, 상기 피연마 가공물(W)의 각 평면부의 어느 1평면부를 연마할 때, 상기 1평면부를 상향으로 재치할 수 있도록 그 하측이 되는 능각부가 걸림고정가능한 노치(L)(9)를 형성한 다각기둥형상부재의 연마 장치를 제11의 발명으로 한다.

또, 상기 제1 내지 제11 중 어느 하나의 발명에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 의해, 피가공물의 표층으로부터 100㎛ 이하에 존재하는 마이크로크랙이 제거되고, 또한 연마 가공면의 표면거칠기 Ｒｙ (ＪＩＳ B0601:1994)가 3㎛ 이하로 된 다각기둥형상부재를 제12의 발명으로 한다.

또한, 제12의 발명에 기재된 다각기둥형상부재는 실리콘 블록 또는 세라믹스인 것을 제13의 발명으로 한다.

또한, 상기 제1의 발명에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 있어서, 기대(4)에 재치되어 있는 피연마 가공물(W)의 복수의 가공면(P) 중 각 가공면(P)의 연마가 종료한 시점에 상기 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A),(12B)이 후퇴해서 파지부(6A),(6B)의 클램프상태가 해제된 상기 피연마 가공물(W)의 다음의 가공면(P)을 수평 상향이 되도록 작업자가 수동으로 반전시킨 뒤, 상기 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A),(12B)이 전진해서 일방의 파지부(6A)가 피연마 가공물(W)의 기준 단면위치에 도달하여 정지하고 타방의 클램프 축(12B)이 더욱 전진해서 그 파지부(12B)가 피연마 가공물(W)의 타방의 단면을 가압하여 클램프하며 상기에 설정된 다음의 가공면(P)을 연마 가공하도록 함으로써, 전체 가공면(P)을 연마 가공하는 순서를, 각 능각부의 연마를 종료시킨 후에 각 평면부의 연마 가공을 행하도록 한 다각기둥형상부재의 연마 방법을 제14의 발명으로 한다.

또한, 상기 제2의 발명에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 있어서, 기대(4)에 재치되어 있는 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프 수단(5)의 파지부(6A),(6B)에 의해 클램프한 상태로 상기 기대(4)를 하강시켜 피연마 가공물(W)로부터 이격시켜 두고, 피연마 가공물(W)의 각 능각부의 연마를, 소정의 회전 각도가 설정된 상기 회전 수단(14A),(14B)을 회전시켜 1능각부마다 연마면(P)이 상향이 되도록 위치결정하여 연마하도록 한 택트 연마, 또는 회전속도가 설정된 상기 회전 수단(14A),(14B)을 연속 회전시켜 각 능각부를 동시에 연마하도록 한 연속 연마의 어느 하나의 방법에 의해 전체 능각부의 연마 가공을 종료시킨 뒤, 소정의 회전 각도가 설정된 상기 회전 수단(14A),(14B)을 회전시켜 1평면부마다 연마 가공해서 전체 평면부의 연마 가공을 행하도록 한 다각기둥형상부재의 연마 방법을 제15의 발명으로 한다.

또한, 상기 제6 또는 제8의 발명에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 있어서, 모재에 혼합되는 지립의 입도가 F180~#2000이며, 그 입도가 다른 연마 수단(2)을 2종류 이상 선택하고, 상기 연마 수단(2)을 그 입도가 「큰 것」으로부터 「작은 것」의 순서로 연마 가공하도록 연이어 설치해서 연마하는 다각기둥형상부재의 연마 방법을 제16의 발명으로 한다.

또한, 상기 제6 또는 제8의 발명에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 있어서, 상기 모재에 혼합되는 지립의 입도가 F180~#2000이며, 그 입도가 거의 동일한 연마 수단(2)을 선택하고, 상기 연마 수단을 연이어 접해서 연마하는 다각기둥형상부재의 연마 방법을 제17의 발명으로 한다.

상기, 제1의 발명에 따르면, a)연마 개시전에 「연마 가공 완성품의 표준편(standard piece)(마스터워크, master work)」을 기대(4)위에 재치해서 연마 수단(2)의 연마툴(10)(연마 브러시)의 선단의 연마 가공을 개시하는 높이 위치를 설정한 뒤, b)상기 기대(4)의 연마 가공 완성품의 표준편을 분리하고, 피연마 가공물(W)을 그 가공면(P)이 상향이 되도록 재치하며, c)「연마 수단(2)의 연마재의 입도(粒度)」, 「피연마 가공물(W)의 전(前)공정에 있어서의 절단 조건」, 「피연마 가공물(W)의 연마 가공 부위(평면부 또는 능각부)」의 연마 가공 조건을 제어수단(13)에 입력한 후, 연마 개시하면, 클램프 수단(5)의 파지부(6A),(6B)가 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프하여 기대(4) 위에 고정하고, 예컨대, 피연마 가공물(W)의 전공정에 있어서의 절단 후의 외형치수에 오차가 생겨 편차가 있었던 경우라도, 연마 수단(2)의 연마툴(10) 선단의 「피연마 가공물(W)의 가공면(P)에 대한 절삭량」이 상기 높이 위치 검출 수단(3)의 높이 위치 검출 신호에 의해 연산 처리되어 연마 가공 전에 자동설정되어 최선의 연마 가공을 할 수 있다. 그 연마 가공이 종료하면, 상기 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프하고 있는 상기 클램프 수단(5)의 파지부(6A),(6B)가 자동해제되기 때문에, 기대(4)에 재치되어 있는 피연마 가공물(W)을 다음의 가공면(P)이 상향이 되도록 작업자가 수동에 의해 반전시킨 뒤, 클램프 수단(5)의 파지부(6A),(6B)를 작동시켜 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프 고정해서 다음의 가공면(P)의 연마 가공을 행할 수 있다.

상기한 일련의 연마 공정에 있어서의 피연마 가공물(W)의 가공면(P)의 설정은, 작업자의 수동에 의한 것이지만, 연마 수단(2)의 연마툴(10)의 선단의 피연마 가공물(W)에 대한 절삭량이나, 피연마 가공물(W)의 가공면(P)에 소정의 회전속도로 접촉 회전해서 연마 가공하는 작동은 자동 제어에 의한 것이기 때문에, 최선의 연마 가공이 가능하여 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

제2의 발명에 따르면, 상기 피연마 가공물(W)이 클램프 수단(5)의 파지부(6A),(6B)에 클램프된 상태로 기대(4)를 하강시켜 피연마 가공물(W)로부터 이격시킨 뒤, 상기 피연마 가공물(W)이 상기 회전 수단(14A),(14B)에 의해 클램프 축(12A),(12B)을 중심으로 해서 소정의 각도로 택트 회전되어 다음에 연마할 가공면(P)이 수평 상향으로 설정된다. 그 시점에서, 상기 기대(4)가 상승해서 피연마 가공물(W)을 다시 재치 고정한 상태가 되며, 연마 수단(2)의 연마툴(10)이 접촉 회전하면서 이송되어 연마 가공을 행할 수 있다.

상기한 일련의 연마 가공을, 작업자의 수작업을 필요로 하지 않고, 전자동으로 피연마 가공물(W)의 각 능각부와 각 평면부의 연마 가공을 1가공면(P)마다 순차 행할 수 있는 것이다.

또한, 피연마 가공물(W)인 소재가 단결정으로 이루어지는 실리콘 블록의 각 능각부의 연마 가공을 상기와 같이 그 가공면(P)을 상향으로 하여 정지시키고 1면마다 연마하는 방법으로 연마한 경우에는, 능각부와 평면부간의 접합 부위의 단면형상에 기인하여 연마툴(10)의 선단의 접촉이 불충분하게 되어 그 접합 부위에 존재하는 마이크로크랙의 제거나 그 표면거칠기의 미세화가 되어 있지 않은 경우가 있기 때문에, 상기 회전 수단(14A),(14B)을 연속 회전시켜 피연마 가공물(W)인 실리콘 블록을 기둥축 중심으로 회전시켜 연마 가공하는 방법으로 하면, 상기 능각부의 원호면(Ｒ면) 및 상기 능각부와 평면부간의 접합 부위에 연마툴(10)의 선단이 충분히 접촉하며 가압되어 균일하게 연마할 수 있고, 상기 접합 부위에 존재하는 마이크로크랙의 제거와 그 표면거칠기를 미세화하는 것을 용이하게 할 수 있는 것이다.

또한, 상기와 같이 피연마 가공물(W)을 연속 회전시켜 각 능각부를 동시에 연마 가공하는 경우, 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A),(12B)의 축심을 중심으로 해서 회전하기 때문에, 각 능각부를 균일연마하기 위해서, 상기 피연마 가공물(W)의 단면측에서 본 클램프 축(12A),(12B)의 선단의 파지부(6A),(6B)의 클램프 위치는, 심출(芯出, centering) 조정이 되어 있어야 한다.

피연마 가공물(W)을 그 1능각부를 상향으로 하여 기대(4)에 재치하고 상기 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A),(12B)을 각각 전진시켜 파지부(6A),(6B)가 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프했을 때의 피연마 가공물(W)의 단면측에서 본 클램프 위치에 대해서, 그 수평방향은, 기대(4)의 받이부재(7)에 설치한 노치(V)(8)에 의해 센터링 조정되어 있지만, 상하 방향은, 전(前)공정에 있어서 실리콘 잉곳을 절단하여 형성된 피연마 가공물(W)인 실리콘 블록의 외형치수에 오차가 생긴 경우, 그 오차분의 1/2에 상당하는 양의 어긋남이 발생하기 때문에 그 센터링 조정이 필요하게 된다.

상기, 상하 방향의 센터링 조정을 하는 방법은, 상기 높이 위치 검출 수단(3)을 작동시켜 기대(4)에 상향으로 재치되어 있는 피연마 가공물(W)의 능각부의 높이(H1)를 측정한 뒤, 상기 기대(4)를 하강시켜 피연마 가공물(W)로부터 이격시키고 회전 수단(14A),(14B)을 180°회전시켜 상기 하향으로 되어 있던 피연마 가공물(W)의 능각부를 상향으로 하여 그 높이(H2)를 측정하고, 그 측정 결과를 제어수단(13)에 기억시켜 그 차분의 1/2(=(H1-H2)/2)에 상당하는 높이를 상하 방향의 센터링 조정량으로서 연산 처리한다.

그 다음에, 기대(4)를 상승시켜 피연마 가공물(W)의 하면을 받이부재(7)에 설치한 노치(V)(8)에 지지시키고 상기 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A),(12B)을 후퇴시켜 선단의 파지부(6A),(6B)가 클램프하고 있는 피연마 가공물(W)의 양단면을 해방시킨 상태로 한 뒤, 상기 기대(4)가 상기 연산처리된 상하 방향의 센터링 조정량에 상당하게 이동하고, 상기 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A),(12B)이 전진해서 선단의 파지부(6A),(6B)가 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프하여 상하 방향의 센터링 조정을 완료할 수 있다.

제3의 발명에 따르면, 예를 들면 연마석 등에 의한 연마 방법과 비교해서 모재는 유연성이 있으므로, 피연마 가공물에 연마에 의한 데미지를 억제할 수 있다. 모재에는 지립이 함유되어 있으므로, 연마력은 충분히 확보할 수 있다.

제4의 발명에 따르면, 연마툴(10)을 심어설치한 회전반의 위치(상하 방향)를 임의로 설정함으로써, 연마 수단(2)의 저부로부터 노출되는 모재의 길이를 조정할 수 있다. 다시 말해, 모재의 마모에 맞추어 회전반의 위치를 하방으로 이동함으로써, 항상 노출되어 있는 모재의 길이를 일정하게 유지할 수 있다.

제5의 발명에 따르면, 지립을 함유하여 서로 얽힌 탄성체가 서로 엮임으로써, 이들 집합체의 내부에는 공기가 포괄되게 되어, 이들을 심어설치한 연마 브러시에 의해 피가공물을 가공할 때, 포괄된 공기층이 완충재로서 작용한다. 따라서, 피연마 가공물(W)이 상기 연마 브러시와 접촉하는 것에 의한 데미지를 저감할 수 있다.

제6의 발명에 따르면, 피연마 가공물(W)의 종류나 목적에 따라서 적당히 연마 수단(2)을 선택해서 가공을 행할 수 있다.

제7의 발명에 따르면, 피연마 가공물(W)의 적어도 2 이상의 다른 면에 연마 수단(2)을 설치함으로써, 동시에 2면 이상의 가공을 행할 수 있다.

제8의 발명에 따르면, 피연마 가공물(W)의 적어도 2 이상의 다른 면에 설치된 각각의 연마 수단(2)에 대하여, 상기 피연마 가공물(W)의 종류나 목적에 따라서 적당히 연마 수단(2)을 선택해서 가공을 행할 수 있다.

제9의 발명에 따르면, 지립의 입도가 「큰 것(粗)」의 연마 수단(2)에 의해 연마력을 향상시켜 연마량을 많게 하여 피연마 가공물(W)의 표층부에 존재하는 마이크로크랙을 용이하게 제거할 수 있고, 지립의 입도가 「작은 것(細)」의 연마 수단(2)에 의해 상기 「큰 것」의 연마 수단(2)의 연마 가공으로 거칠어진 표면의 요철을 제거하고 표면거칠기를 미세하게 하여, 후(後)공정에 있어서 발생하는 크랙이나 깨짐, 흠집을 없앨 수 있다.

제10의 발명에 따르면, 복수대의 연마 수단(2)을 연이어 접했을 때, 각각의 연마 수단(2)에 심어설치된 모재에 포함되는 지립의 입도를 거의 동일하게 함으로써, 피연마 가공물(W)의 연마 가공 시간을 단축할 수 있다.

제11의 발명에 따르면, 기대(4)의 받이부재(7)에 설치된 노치(V)(8),(8)는, 피연마 가공물(W)의 능각부를 연마하는 경우에, 상기 피연마 가공물(W)의 1능각부가 수평 상향이 되도록 재치했을 때 상기 피연마 가공물(W)의 하측이 되는 평면부를 적확(的確)하게 재치 고정할 수 있고, 상기 기대(4)의 받이부재(7)에 설치된 노치(L)(9),(9)는, 피연마 가공물(W)의 평면부를 연마하는 경우에, 상기 피연마 가공물(W)의 1평면부가 수평 상향이 되도록 재치했을 때 상기 연마 가공물(W)의 하측이 되는 능각부를 적확하게 재치 고정할 수 있는 것이다.

제12의 발명에 의하면, 제1 내지 제11 중 어느 하나의 발명에 기재된 연마 장치를 사용함으로써, 표층으로부터 100㎛의 마이크로크랙이 제거되고, 또한 표면거칠기 Ｒｙ가 3㎛ 이하인 다각기둥형상부재를 얻을 수 있다.

제13의 발명에 의하면, 제1 내지 제11 중 어느 하나의 발명에 기재된 연마 장치를 사용함으로써, 표층으로부터 100㎛의 마이크로크랙을 제거하고, 또한 표면거칠기 Ｒｙ를 3㎛ 이하로 하는 다각기둥형상부재로서, 실리콘 블록이나 세라믹스라고 하는 경취 재료를 적합하게 이용할 수 있다.

제14의 발명에 따르면, 상기 제1의 발명의 효과에도 기재한, 피연마 가공물(W)의 가공면(P)의 설정은 작업자의 수동에 의한 것이지만, 연마 수단(2)의 절삭량의 설정이나 그 작동은 자동 제어에 의한 것이기 때문에, 작업자가 바뀌어도 가공 정밀도와 생산성을 저하시키지 않고 연마 가공을 할 수 있는 것이며, 그 연마 가공의 순서를, 각 능각부의 연마 가공을 종료시킨 후에 각 평면부의 연마 가공을 행하도록 함으로써 각 능각부와 평면부가 접합되는 연결 부위를 「완만한 형상(gentle curves)」으로 연마할 수 있고, 표층부에 존재하는 마이크로크랙과 표면의 요철 제거를 용이하게 행할 수 있는 것이다.

제15의 발명에 따르면, 상기 제5의 발명에 있어서 작업자에 의해 행해지고 있던 피연마 가공물(W)의 각 가공면(P)의 설정을, 클램프 수단(5)의 클램프 축의 선단의 파지부(6),(6)에 피연마 가공물(W)을 클램프한 상태로, 상기 피연마 가공물(W)을 상기 클램프 축의 축심을 중심으로 회전하도록 한 회전 수단을 설치함으로써, 작업자의 수고를 생략할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 회전 수단에 의해 피연마 가공물(W)을 연속 회전시키며 상기 피연마 가공물(W)에 상방으로부터 연마 수단(2)을 하강시켜 연마툴(10)의 선단을 접촉 회전시키면서 이송시킴으로써, 상기 제5의 발명의 작용 효과로서 얻어지는 각 능각부와 평면부가 접합되는 연결 부위의 형상을 더욱 「완만한 형상」으로 연마할 수 있고, 마이크로크랙이나 요철의 제거를 더욱 적확하게 행할 수 있는 것이다.

제16의 발명에 따르면, 지립의 입도가 다른 「큰 것」의 연마 수단(2)과 「작은 것」의 연마 수단(2)을 2종류 이상 연이어 설치함으로써, 지립의 입도가 「큰 것」의 연마 수단(2)의 고연마 능력에 의해 피연마 가공물(W)의 표층부에 존재하는 마이크로크랙 제거를 적확하게 제거할 수 있는 것이며, 지립의 입도가 「작은 것」의 연마 수단(2)의 미세 연마 능력에 의해 상기 연마 가공으로 거칠어진 표층부의 표면거칠기를 미세하게 연마하여, 후공정에 있어서의 깨짐, 흠집의 발생을 없앨 수 있다. 또한, 연마 수단(2)에 채용하는 연마 브러시는, 후술하는 도 2의 설명(단락 <0042>)에 기재된 바와 같이, 지립을 혼합한 모재로 이루어지는 연마툴(10)이 소모되었을 때, 상기 연마툴(10)만을 새로운 연마툴(10)로 교환할 수 있도록 한 회전반(回轉盤, 11)에 착탈가능하게 한 타입과, 도시하지 않은 회전반 서로 서로를 교환하도록 연마툴을 회전반에 고정 부착한 타입 중 어느 것이라도 좋은 것이다.

제17의 발명에 따르면, 지립의 입도가 거의 동일한 연마 수단(2)을 복수대 연이어 접함으로써, 피연마 가공물(W)의 연마 가공 시간을 단축할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 연마 수단(2)에 채용하는 연마 브러시는, 지립을 함유한 모재가 상기 연마 수단(2)의 저부에 복수개 심어설치되어 있는 것, 지립을 함유한 모재를 복수개 묶은 연마툴(10)을 상기 연마 수단(2)의 회전반(11)에 복수개 심어설치한 것, 지립을 함유하며 서로 얽힌 섬유상의 탄성체가 상기 연마 수단(2)의 저부에 복수개 심어설치되어 있는 것을 선택할 수 있다. 또한, 상기 연마툴(10)을 상기 회전반(11)에 복수개 심어설치하는 경우에는, 후술하는 도 2의 설명에 기재된 바와 같이, 지립을 혼합한 모재로 이루어지는 연마툴(10)이 소모되었을 때, 상기 연마툴(10)만을 새로운 연마툴(10)로 교환할 수 있도록 한 회전반(11)에 착탈가능하게 한 타입과, 도시되지 않은 회전반 서로서로를 교환하도록 연마툴을 회전반에 고정 부착한 타입의 어느 것이라도 좋은 것이다.

도 1은, 본 발명의 연마 장치의 전체를 나타내는 정면도이다.
도 2는, 본 발명의 연마 수단의 연마툴에 연마 브러시를 채용한 일예를 나타낸 것으로, (A)는 그 정면에서 본 일부 절결(切缺) 단면도, (B)는 저면도이다.
도 3은, 본 발명의 기대의 일부 절결 사시도이다.
도 4는, 상기 도 3의 기대에 부착하는 받이부재의 제조 과정을 나타내는 설명도이다.
도 5는, 본 발명에 관한 형상이 사각기둥형상의 피연마 가공물을 나타내는 사시도이며, (A)는 능각부가 미소 Ｃ면인 피연마 가공물을 나타내고, (B)는 능각부가 Ｒ면인 피연마 가공물을 나타낸다.
도 6은, 본 발명의 기대에 도 5(B)에 나타내는 능각부가 Ｒ면인 피연마 가공물을 재치한 상태를 나타내는 단면도이며, (A)는 가공면을 능각부로 했을 때를 나타내고, (B)는 가공면을 평면부로 했을 때를 나타내는 것이다.
도 7은, 상기 도 5(B)에 나타내는 능각부가 Ｒ면인 피연마 가공물의 상기 능각부와 평면부 간의 접합 부위의 확대도이다.

본 발명의 연마 거칠기가 다른 연마 수단을 연속하여 2개 이상(연속하여 3개) 구비한 다각기둥형상부재의 연마 장치의 구성 내용과 작동의 상세에 대해서, 도면을 이용해서 설명한다.

도 1은, 도면 중 우측단의 연마 개시전 위치에 정지하고 있는 연마 유닛(1)과, 기대(4) 위에 재치되는 2점쇄선으로 나타내는 피연마 가공물(W)의 도면 중 좌우에 클램프 수단(5)의 실린더 구동에 의해 슬라이딩하는 기준측의 클램프 축(12A)의 선단의 파지부(6A)와, 종동측의 클램프 축(12B)의 선단의 파지부(6B)가 각각 후퇴하고 있어 피연마 가공물(W)을 클램프하고 있지 않은 개방 상태를 나타내는 연마 장치의 정면도이며, 상기 연마 유닛(1)에는, 「조연마(coarse polishing)용」, 「중간연마(medium polishing)용」, 「마무리연마(finish polishing)용」으로서 3종류의 지립의 입도가 다르게 선택 설정된 연마 브러시로 이루어지는 각 연마 수단(2)을 도면 중 우측으로부터 좌측으로 연이어 설치하고, 상기 「조연마용」의 연마 수단(2)의 도면 중 우측에 연마 개시 전에 피연마 가공물(W)의 가공면(P)의 높이 위치를 검출하기 위한 높이 위치 검출 수단(3)이 설치되어 있다.

상기한 3개의 연속된 연마 수단(2)에 있어서의 「조연마용」은 연마 능력을 크게 하여 표층부에 존재하는 마이크로크랙의 대부분을 제거할 목적으로 설치하는 것이며, 「중간연마용」은 밴드 소 혹은 와이어 소에 의해 절단했을 때에 발생한 표면의 요철제거와 상기 「조연마」에서 거칠어진 표면을 미세화할 목적으로 설치하는 것이며, 「마무리연마용」은 표면거칠기의 최종 조정을 목적으로 설치하는 것이다. 한편, 상기 「중간연마」의 단계에서 표면의 요철제거와 표면거칠기의 미세화 조정이 완료하면, 연마 수단(2)을 연속하여 2개로 해도 좋은 것이다.

상기와 같이, 연마툴(10)에 함유되는 지립의 입도가 다른 연마 수단(2)과 그 연마 거칠기(조연마, 중간연마, 마무리연마)의 조합을 결정하면, 상기 연마툴(10)의 「피연마 가공물(W)의 연마 가공 부위(능각부 또는 평면부)가 달라도 동일하게 하는 회전속도」, 「연마 가공 부위가 능각부 또는 평면부인 차이에 따라 다른 연마 이송 속도」, 「연마 가공 완성품의 표준편(마스터워크)을 높이 위치 검출 수단(3)에 의해 측정한 연마 개시시의 기준높이」, 「피연마 가공물(W)의 가공면(P)에 대한 절삭량」의 각 가공 조건을 제어수단(13)에 설정한다.

상기의 가공 조건을 설정한 후에, 작업자가 상기 클램프 수단(5)의 파지부(6A, 6Ｂ) 사이의 기대(4) 위에 피연마 가공물(W)의 4능각부의 어느 하나의 가공면(P)이 수평 상향이 되도록 재치하고 「연마 가공 부위(능각부 또는 평면부)의 설정 스위치」와 「연마 개시 스위치」를 「ＯＮ」으로 하면, 상기 연마 유닛(1)이 도면 중 좌측단으로 이동하고, 상기 클램프 수단(5)의 도시하지 않은 실린더의 기동에 의해 기준측의 클램프 축(12A)이 슬라이딩하여 파지부(6A)가 도면 중 「기준 단면위치」까지 전진해서 피연마 가공물(W)의 일방의 단면을 위치결정한 후, 종동측의 클램프 축(12B)이 슬라이딩하여 파지부(6B)가 전진해서 피연마 가공물(W)의 타방의 단면에 접촉하며 가압되어 상기 피연마 가공물(W)이 클램프 고정된다.

그 다음에, 연마 유닛(1)이 도면 중 우측으로 이송되어 높이 위치 검출 수단(3)이 작동하여 피연마 가공물(W)의 가공면(P)의 높이를 검지하고 그 신호를 제어수단(13)에 송신하여 연산 처리되며, 상기 피연마 가공물(W)의 가공면(P)에 대한 상기 연마 수단(2)의 연마툴(10)의 선단의 절삭량이 자동설정된 후, 상기 「연마 가공 부위(능각부 또는 평면부)의 설정 스위치」에 의해 이송 속도가 자동설정된 상기 연마 유닛(1)이 도면 중 우측으로 더욱 이송되어 각 연마 수단(2)이 「조연마」, 「중간연마」, 「마무리연마」의 순서로 연마 가공을 행한다.

연마 가공이 종료하면, 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프하고 있는 상기 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A,12B)이 후퇴 작동해서 그 선단의 파지부(6A, 6B)가 피연마 가공물(W)의 클램프 상태를 자동해제하기 때문에, 기대(4)에 재치되어 있는 상기 피연마 가공물(W)을 다음의 가공면(P)이 상향이 되도록 작업자가 수동에 의해 반전시킨 후, 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A,12B)을 다시 전진 작동시켜 파지부(6A,6B)에 의해 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프 고정하고 다음의 가공면(P)을 자동연마 가공하도록 한 제1의 발명의 반(半)자동 타입의 연마 장치와, 상기 피연마 가공물(W)이 클램프 수단(5)의 파지부(6A,6B)에 의해 클램프된 상태로 도시하지 않은 승강 수단에 의해 기대(4)를 하강시켜 피연마 가공물(W)의 재치 고정의 상태를 해제하고, 상기 피연마 가공물(W)을 상기 회전 수단(14A, 14B)에 의해 클램프 축(12A,12B)을 중심으로 해서 소정각도를 회전시키며 다음에 연마할 가공면(P)을 수평 상향으로 설정하고, 그 시점에서, 기대(4)가 상승해서 피연마 가공물(W)을 다시 재치 고정하여 각 능각부와 각 평면부의 어느 하나의 가공면(P)을 1면마다 연마 가공을 순차 행하거나, 또는, 상기 각 능각부의 연마 가공을 회전 수단(14A, 14B)에 의해 연속 회전시켜 동시에 연마한 뒤 각 평면부의 가공면(P)을 1면마다 자동연마 가공하도록 한 제2의 발명의 전(全)자동 타입이 있다.

도 2(A) 및 (B)는, 상기 연마 수단(2)의 연마툴(10)에 채용한 연마 브러시의 일예를 나타내는 것으로, 지립을 혼합한 나일론 등의 합성 수지로 이루어지는 모재를 묶어 연마툴(10)로 하고, 상기 연마툴(10)의 기부를 회전 구동원에 연결하여 수평회전하도록 한 회전반(11)에 착탈가능하게 부착하여, 하단이 피연마 가공물(W)의 가공면(P)에 접촉 회전해서 연마를 행하고, 연마툴(10)이 마모되면 상기 연마툴(10)을 회전반(11)으로부터 분리하여 새로운 연마툴(10)로 교환할 수 있는 것이다. 한편, 연마 수단(2)의 연마툴(10)에 채용한 연마 브러시는, 도 2에 나타내는 것으로 한정하는 것은 아니며, 도시하지 않은 지립을 혼합한 모재로 이루어지는 연마툴(10)을 회전반(11)에 직접 부착해서 고정하고, 상기 연마툴(10)이 마모되면 회전반(11) 서로 서로를 교환하는 것이어도 좋다.

도 3은, 상기 피연마 가공물(W)의 능각부 또는 평면부의 어느 한 면을 가공면(P)으로서 수평 상향으로 재치할 수 있도록 한 기대(4)를 나타내는 일부 절결된 사시도이며, 도 4는, 기대(4)에 세워 설치하는 평판상(平板狀)의 받이부재(7)의 제조 과정을 나타낸 설명도이며, 상기 받이부재(7)는, 상기 피연마 가공물(W)의 어느 1능각부를 연마할 때 상기 1능각부를 수평 상향으로 재치할 수 있도록 그 하측이 되는 평면부가 재치되는 노치(V)(8)가 형성되는 동시에, 상기 피연마 가공물(W)의 각 평면부의 어느 1평면부를 연마할 때 상기 1평면부를 상향으로 재치할 수 있도록 그 하측이 되는 능각부가 걸림고정가능한 노치(L)(9)가 상기 노치(V)(8)에 형성된 것이다. 한편, 상기 도 3에 나타낸 기대(4)는, 피연마 가공물(W)의 가공면(P)인 능각부 및 평면부의 겸용 타입을 나타냈지만, 능각부와 평면부를 별개로 한 전용 타입으로 해도 좋은 것이다.

도 5(A) 및 (B)는, 피연마 가공물(W)의 형상이 사각기둥형상인 일예를 나타내는 사시도이며, (A)는 각형(角形)의 원재료로부터 평면부가 되는 4면을 잘라내어 그 능각부를 각형으로 하여 미소의 Ｃ면을 형성한 것이며, (B)는 원기둥형상의 원재료로부터 평면부가 되는 4면을 잘라낸 것으로, 그 능각부에 원재료의 원기둥 형상의 일부를 남기고 Ｒ면이 되도록 형성된 것이다.

도 6(A) 및 (B)는, 피연마 가공물(W)을 기대(4) 위에 재치한 측면에서 본 단면도이며, (A)는 피연마 가공물(W)의 능각부를 연마 가공할 때, 피연마 가공물(W)을 그 가공면(P)을 상향으로 하여 기대(4)의 받이부재(7)에 재치한 상태를 나타내고, (B)는 피연마 가공물(W)의 평면부를 연마 가공할 때, 피연마 가공물(W)을 그 가공면(P)을 상향으로 하여 기대(4)의 받이부재(7)에 재치한 상태를 나타내는 것이다.

이하에, 피연마 가공물(W)을 사각기둥형상의 실리콘 블록으로 하고, 상기 피연마 가공물(W)의 4평면부와 4능각부를 본 발명의 연마 장치를 이용해서 연마 가공하고 그 표층부에 존재하는 마이크로크랙과 그 표면의 요철을 제거해서 표면거칠기를 미세화하여 연마 효과를 평가하고, 해당 실리콘 블록을 와이어 소로 슬라이스 가공해서 실리콘 웨이퍼를 형성했을 때, 그 실리콘 웨이퍼의 깨짐·흠집 등에 의한 불량품의 발생율을 저감할 수 있었던 실시예에 대해서 설명한다.

실시예 1

상기 피연마 가공물(W)로 한 단결정의 실리콘 블록의 사양에 대해서 자세하게 설명하면, 단면이 원기둥형상으로 제조된 단결정의 실리콘 잉곳을 밴드 소 혹은 와이어 소를 이용해서 500mm의 길이(L)로 절단하고, 그 길이 방향으로 원기둥 벽면을 4면 절단 제거하여 4평면부를 형성하는 동시에, 상기 2평면부가 교차하는 능각부를 절단 전의 원기둥 벽면의 일부의 원호 폭이 약25mm를 남기고 R형상으로 된 도 5(B)에 나타내는 사각기둥형상으로 하여 그 크기를 (□) 125mm×125mm, (L) 500mm로 하여 절단 형성된 것이다.

연마 가공 전의 상기 피연마 가공물(W)의 능각부 및 평면부의 표층부에는, 깊이가 80~100㎛의 마이크로크랙이 존재하며 그 표면거칠기는 (Ｒｙ) 9~11㎛이고, 상기 실리콘 블록을 와이어 소로 슬라이스 가공해서 실리콘 웨이퍼로 했을 때의 깨짐·흠집 등에 의한 불량품의 발생율이 5~6%이었다.

본 실시예에 사용하는 연마 장치에, 상기 제1의 발명에 기재된 연마 장치를 이용하여 상기 피연마 가공물(W)로 한 실리콘 블록을 연마 가공하고 마이크로크랙 및 요철의 제거와 표면거칠기의 미소화한 후, 상기 실리콘 블록을 슬라이스 가공해서 실리콘 웨이퍼를 형성했을 때의 깨짐·흠집 등에 의한 불량품의 발생율을 저감시킨 결과에 대해서 설명한다.

연마 수단(2)에 채용하는 연마 브러시의 지립의 입도를 선택 설정하기 위해서 작성한 「연마 브러시의 지립의 입도에 대한 피연마 가공물(W)의 표면거칠기(Ｒｙ)」의 관계를 나타내는 참고자료를 다음의 표 1에 나타낸다.

또한, 연마 수단(2)의 연마툴(10)의 선단을 피연마 가공물(W)의 가공면(P)으로부터 돌출시키는 절삭량을 설정하기 위해 작성한 「연마 브러시의 지립의 입도마다의 절삭량에 대한 실리콘 잉곳을 절단해서 실리콘 블록을 형성하는 전(前)공정에 있어서의 절단 수단의 차이 및 절단면의 표면마무리의 유무에 따른 피연마 가공물(W)의 절삭여유(allowances for polishing, ㎛)」의 관계를 나타내는 참고자료를 다음의 표 2에 나타낸다.

연마 개시전의 준비 사항으로서, 다음에 나타내는 ａ) 〔연마 수단(2)의 연마 거칠기의 선택 설정〕을 결정해서 연마 유닛(1)에 부착하고, b) 〔연마 수단(2)의 각 연마툴(10)의 기준높이의 설정〕을 실행해서 제어수단(13)에 자동입력 설정한 후, c)~e)의 각 가공 조건을 제어수단(13)에 수동입력 설정한다.

a) 〔연마 수단(2)의 연마 거칠기의 선택 설정〕연마 브러시의 지립의 입도를, 상기 표 1을 참고로 해서 조연마용:#240, 중간연마용:#500, 마무리연마용:#800의 3종류를 선정해서 연이어 설치한 연마 수단(2)으로 한다.

b) 〔연마 수단(2)의 각 연마툴(10)의 기준높이의 설정〕연마 가공 완성품의 표준편(마스터워크)을 기대(4)에 재치하고, 상기 표준편의 능각부 및 평면부의 높이 위치를 높이 위치 검출 수단(3)에 의해 측정함으로써, 그 측정 결과가 연마 수단(2)의 각 연마툴(10)의 연마 개시 전의 기준높이로서 제어수단(13)에 자동설정된다.

c) 〔연마 수단(2)의 연마툴(10)의 회전속도의 설정〕 15m/ｓｅｃ.

d) 〔연마 수단(2)의 연마툴(10)의 연마 이송 속도의 설정〕 (능각부의 고정 연마) 40mm/ｓｅｃ, (평면부의 연마) 20mm/ｓｅｃ.

e) 〔연마 수단(2)의 각 연마툴(10)의 가공면(P)에 대한 절삭량의 설정〕상기 선택 설정된 각 연마 브러시의 가공면(P)에 대한 절삭량을, 상기 표 2를 참고로 하여 조연마용(#240):0.5mm, 중간연마용(#500):0.7mm, 마무리연마용 (#1100):0.8mm으로 결정한다.

본 발명에 있어서, 능각부와 평면부의 연마 가공을 동일한 연마 거칠기의 연마 수단(2)으로 연마했을 때 평면부로부터 능각부를 용이하게 연마할 수 있는 경향이며, 이 요인은 연마 부위의 형상의 차이에 따른 것이라고 생각된다. 이러한 것으로부터, 상기에 설정한 능각부와 평면부의 ｃ)〔연마 수단(2)의 연마툴(10)의 회전속도의 설정〕(= 15m/ｓｅｃ)를 동일속도로 하고, d)〔연마 수단(2)의 연마툴(10)의 연마 이송 속도의 설정〕에 있어서, 평면부의 연마 이송 속도(20mm/ｓｅｃ)를 양(正)으로 하며 상기 능각부의 이송 속도(40mm/ｓｅｃ)를 빠르게 설정하여, 연마 가공 시간을 단축할 수 있도록 설정한 것이다.

c) 〔연마 수단(2)의 연마툴(10)의 회전속도의 설정〕을 빠르게 설정하면, 연마력을 크게 하여 연마 가공 시간을 단축할 수 있는 것이며, 또한, 능각부와 평면부의 회전속도를 다른 회전속도로 설정하면, 능각부와 평면부의 표면거칠기 조정이 가능한 것이다.

d) 〔연마 수단(2)의 연마툴(10)의 연마 이송 속도의 설정〕을 빠르게 설정하면 연마력을 작게 하여 연마 가공 시간을 단축할 수 있는 것이다.

상기와 같이 준비사항의 설정이 완료하면, 클램프 수단(5)의 파지부(６Ａ,６Ｂ) 사이의 기대(４) 상에 피연마 가공물(Ｗ)의 능각부의 어느 일면이 수평 상향이 되도록 재치한 후에 제어수단(１３)의 연마 개시 스위치를「ＯＮ」으로 하여 연마 가공을 개시시키고, 클램프 수단(5)의 클램프 축(１２Ａ,１２Ｂ)의 전진과 후퇴에 따라 파지부(６Ａ,６Ｂ)가 피연마 가공물(Ｗ)의 양단면을 클램프하고 해제하는 작동과, 상기 피연마 가공물(Ｗ)이 세팅된 1가공면(Ｐ)의 연마 가공이 종료하여 클램프 상태가 해제되었을 때 다음의 가공면(Ｐ)을 수평 상향이 되도록 작업자가 반전시켜 4능각부를 1면마다 연마한 후에 4평면부를 1면마다 순차 연마하여 3개의 실리콘 블록을 연마가공하였다.

그 결과, 피연마 가공물(W)의 세팅 시간도 포함한 1개의 실리콘 블록의 연마 가공에 필요한 연마 시간이 24분34초~24분45초(평균:24분40초), 1면의 연마량(= 깊이)이 각 능각부 108㎛~126㎛(평균:119㎛), 각 평면부 98㎛~110㎛(평균:104㎛), 마이크로크랙의 최대깊이가 1.6㎛, 표면거칠기가 능각부 Ｒｙ 0.7~1.0(평균: Ｒｙ 0.8), 평면부 Ｒｙ 0.8~1.1(평균: Ｒｙ 0.9)로서, 마이크로크랙 및 요철의 제거와 표면거칠기를 미소화할 수 있으며, 그 실리콘 블록을 3개 모두 와이어 소로 슬라이스 가공해서 실리콘 웨이퍼로 하여 그 깨짐·흠집 등에 의한 불량품의 발생율을 조사한 결과, 그 발생율을 1.0% 저감할 수 있었다.

한편, 상기 마이크로크랙의 최대깊이(1.6㎛)가 존재한 부위는, 도 7에 나타내는 「능각부와 평면부와의 접합 부위」이며, 다른 능각부 또는 평면부에 존재한 마이크로크랙의 깊이는 모두 0.7~1.0㎛이었다. 이것으로부터, 각 능각부와 각 평면부의 가공면(P)을 1면마다 연마하는 수단으로는, 도 7의 사선부에 나타내는 바와 같은 「능각부와 평면부와의 접합 부위」의 연마 가공이 곤란하다고 판단한다.

또한, 마이크로크랙의 최대깊이가 2.3㎛의 범위에서는, 수십미크론의 두께로 슬라이스 가공해서 실리콘 웨이퍼로 했을 때의 깨짐·흠집 등에 의한 불량품의 발생율에 미치는 영향이 적은 것도 판명되었다. 종래, 마이크로크랙의 깊이가 「3.0㎛ 이상」에서 상기의 불량품의 발생율을 증대시키는 것이라고 생각되고 있다.

실시예 2

피연마 가공물(W)에 상기 실시예 1과 동일한 실리콘 블록을 이용하여 연마 장치에 상기 제2의 발명에 기재된 연마 장치를 이용하여, 회전 수단(14A, 14B)을 연속 회전시켜 피연마 가공물(W)을 클램프 축(12A, 12B)의 축심을 중심으로 회전시키면서 4능각부의 연마 가공을 동시에 행한 후, 회전 수단(14A, 14B)을 소정의 각도(본 실시예에서는 「90도」)를 회전시켜 4평면부의 연마 가공을 1면마다 행한 경과와, 실리콘 블록에 있어서의 마이크로크랙의 잔존 상황과 표면거칠기, 및 상기 실리콘 블록을 슬라이스 가공해서 실리콘 웨이퍼로 했을 때의 깨짐·흠집 등에 의한 불량품의 발생율을 저감한 결과에 대해서 설명한다.

연마 개시 전의 준비 사항으로서, a)〔연마 수단(2)의 연마 거칠기의 선택 설정〕, b)〔연마 수단(2)의 각 연마툴(10)의 기준높이의 설정〕, c)〔연마 수단(2)의 연마툴(10)의 회전속도의 설정〕, e)〔연마 수단(2)의 각 연마툴(10)의 가공면(P)에 대한 절삭량의 설정〕을 상기 실시예 1에서 설정한 조건과 같이 설정한 후, d)〔연마 수단(2)의 연마툴(10)의 연마 이송 속도의 설정〕 (능각부의 연마) 회전 연마에 의한 2mm/ｓｅｃ, (평면부의 연마) 20mm/ｓｅｃ와, 추가로 f)〔회전 수단(14A, 14B)의 회전 조건의 설정〕 (능각부의 연마) 연속 회전/105ｍｉｎ-1, (평면부의 연마) 각도회전/90도를 제어수단(13)에 수동입력 설정한다.

상기와 같이 준비 사항의 설정이 완료하면, 클램프 수단(5)의 파지부(6A, 6B) 사이의 기대(4) 위에 피연마 가공물(W)의 능각부 또는 평면부의 어느 일면이 수평상향이 되도록 재치한 후에 제어수단(13)의 연마 개시 스위치를 「ＯＮ」으로 하고 연마 가공을 개시시키면, 클램프 수단(5)의 클램프 축(12A, 12B)이 전진해서 파지부(6A, 6B)가 피연마 가공물(W)의 양단면을 클램프한 상태로 상기 기대(4)가 하강한 후, 회전 수단(14A, 14B)이 상기 피연마 가공물(W)을 105ｍｉｎ-1의 속도로 연속 회전시켜 4능각부를 동시에 연마 가공이 행해진다. 능각부의 연마가 종료한 후에, 상기 회전 수단(14A, 14B)이 피연마 가공물(W)을 90도 회전시켜, 1평면부마다 상향이 되도록 설정하여 순차 연마 가공해서 상기 실시예 1과 같이 3개의 실리콘 블록을 연마 가공했다.

그 결과, 피연마 가공물(W)의 세팅 시간도 포함한 1개의 실리콘 블록의 연마 가공에 필요한 연마 시간이 27분46~27분57초(평균:27분51초), 1면의 연마량(= 깊이)이 각 능각부 121㎛~134㎛(평균:127㎛), 각 평면부 102㎛~110㎛(평균:106㎛), 마이크로크랙의 최대깊이가 0.9㎛, 표면거칠기가 능각부 Ｒｙ 0.5~0.8(평균: Ｒｙ 0.7), 평면부 Ｒｙ 0.7~1.0(평균: Ｒｙ 0.9)으로서, 마이크로크랙 및 요철의 제거와 표면거칠기를 미소화할 수 있으며, 그 실리콘 블록을 3개 모두 와이어 소로 슬라이스 가공해서 실리콘 웨이퍼로 하여 그 깨짐·흠집 등에 의한 불량품의 발생율을 조사한 결과, 그 발생율을 1.8% 저감할 수 있었다.

또한, 「도 7의 사선부로 나타내는 능각부와 평면부와의 접합 부위」에 존재한 마이크로크랙의 깊이는, 상기 실시예 1에 있어서는 1.6㎛(최대깊이)이었던 것에 대해, 본 실시예에 있어서는 0.8㎛로 감소시킬 수 있었다. 이것은, 회전 수단(14A, 14B)에 의해 상기 피연마 가공물(W)을 연속 회전시켜 4능각부를 동시에 연마 가공함으로써 도 7의 사선부로 나타내는 부위가 연마되어 제거된 것에 따른 것이다.

그 밖의 실시예

연마툴(10)을 사용하지 않고, 지립을 함유한 나일론 등 합성 수지로 이루어지는 모재를, 연마 수단(2)의 저부에 심어설치해도 좋다. 상기 모재를 심어 설치하는 것은 링 형상, 즉 연마 수단(2) 저부의 외주를 따르도록, 또는 거의 평행이 되도록 행하여도 좋다.

예를 들면, 세라믹스 등의 연마 가공이나, 가공시에 거의 90°의 각도를 이루는 기둥형상체의 모서리부에 연마 수단(2)이 접촉하는 경우 등, 연마툴(2)과 피연마 가공물(W)의 접촉에 의해 흠집(chipping)이 생기는 것이 문제가 되는 경우에는, 지립을 함유한 합성 수지로 이루어지는 섬유상의 탄성체를 서로 얽히게 하여, 이것을 연마 수단의 저부에 심어설치해도 좋다. 이 경우, 상기 탄성체끼리가 서로 얽히고, 또 피가공물에 접촉했을 때 접히지 않을 정도의 탄력을 유지하도록, 합성 수지의 종류 및 지립의 함유율을 적당히 선택한다.

「조연마(粗)」-> 「마무리연마(細)」와 같은 다단가공을 필요로 하지 않고, 1단계의 가공으로 요구되는 표면이 얻어지는 경우(예컨대, 피연마 가공물(W)의 표면의 마이크로크랙이 미소하며, 표면거칠기가 요구값에 대하여 큰 차이가 없는 경우에는 「마무리연마」만으로 가공)에는, 연이어 접한 2 이상의 연마 수단(2)에 심어설치된 모재(또는 탄성체)에 함유되는 지립의 입도는, 어느 연마 수단도 대략 동일하게 하여도 좋다.

예를 들면, 상면 및 그것에 인접하는 능각부라고 하는, 다른 면을 동시에 가공할 수 있도록, 복수의 연마 수단(2)을 설치해도 좋다. 또한, 그 경우에 있어서도 각각의 면을 가공하기 위해 설치된 연마 수단(2)에 대하여, 복수의 연마 수단(2)을 연이어 접해도 좋다.

이상과 같이, 본 실시예는 실리콘 블록의 연삭방법에 준해서 설명했지만, 본 발명은 실리콘 블록에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 세라믹스 등, 경취재료 전반에 대해서 적합하게 이용할 수 있다.

1 연마 유닛
2 연마 수단
3 높이 위치 검출 수단
4 기대
5 클램프 수단
6A 파지부(기준위치측)
6B 파지부(종동측)
7 받이부재
8 노치(V)
9 노치(L)
10 연마툴
11 회전반
12A 클램프 축(기준위치측)
12B 클램프 축(종동측)
13 제어수단
14A 회전 수단(기준위치측)
14B 회전 수단(종동측）
W 피연마 가공물
P 가공면

Claims

피연마 가공물의 형상이 다각기둥형상인 각 평면부 및 각 능각부를 연마하는 연마 장치로서, 상기 피연마 가공물(W)의 각 평면부 중 1평면부 또는 각 능각부 중 1능각부의 어느 하나를 연마하는 가공면으로서 수평 상향이 되게 재치(載置)할 수 있도록 한 기대와, 상기 피연마 가공물을 연마 가공할 때 그 양단면을 클램프하고, 연마 종료 후에 상기 클램프 상태를 해제하는 파지(把持)부를 선단에 부착하여 전후 이동하도록 한 클램프 축으로 이루어지는 클램프 수단과, 상기 피연마 가공물을 연마 가공할 때, 상기 가공면에 연마수단의 선단이 접촉 회전하면서 연마 가공하는 연마 수단을 이송하는 연마 유닛과, 상기 피연마 가공물의 가공면의 높이 위치를 연마 가공 전에 검출하여 상기 높이 위치의 검출 신호를 제어수단에 기억시키는 높이 위치 검출 수단을 구비하고, 상기 제어수단이 상기 높이 위치 검출 신호에 의해 연마 수단의 선단의 절삭량(the amount of cutting into the machined surface)을 연산 처리해서 연마 가공을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 파지부에 양단면이 클램프된 피연마 가공물을 상기 클램프 축의 축심을 중심으로 소정의 회전 각도가 설정되어 피연마 가공물의 가공면이 상향이 되도록 회전하는 택트 회전(tact-rotating), 또는 회전속도가 설정되어 회전하는 연속 회전(continuous rotating)의 어느 하나로 선택하여 회전하도록 한 회전 수단과, 상기 기대를 승강시키는 승강 수단을 구비하고, 연마 가공 전에 연마 가공할 피연마 가공물의 다각기둥형상의 각수(角數)와, 상기 피연마 가공물의 상기 능각부의 연마 가공 조건인 상기 회전 수단에 의한 택트 회전, 또는 연속 회전의 선택된 어느 하나를 상기 제어수단에 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연마 수단이 연마 브러시이며, 상기 연마 브러시는, 지립(砥粒)을 함유한 모재(毛材)가 상기 연마 브러시의 저부에 링 형상으로 복수개 심어 설치된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연마 수단이 연마 브러시이며, 상기 연마 브러시는, 지립을 함유한 모재를 복수개 묶은 연마툴의 기부(基部)가 회전반에 복수개 심어 설치된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연마 수단이 연마 브러시이며, 상기 연마 브러시는, 지립을 함유하며 서로가 얽힌 섬유상의 탄성체가 상기 연마 브러시의 저부에 복수개 심어 설치된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제4항에 있어서,
상기 연마 수단을 복수대 수평으로 연이어 접한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제4항에 있어서,
상기 연마 수단을, 상기 다각기둥형상부재의 적어도 2 이상의 다른 면에 배치한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제4항에 있어서,
상기 연마 수단을 상기 다각기둥형상부재의 적어도 2 이상의 다른 면에, 각각 복수대 수평으로 배치한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제6항에 있어서,
상기 모재에 혼합되는 지립의 입도가 F180~#2000(ＪＩＳ R6001:1998)이며, 그 입도가 다른 연마 수단을 2종류 이상 선택하고, 상기 연마 수단을, 그 입도가 「큰 것(粗)」으로부터 「작은 것(細)」의 순서로 연마 가공하도록 연이어 설치한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제6항에 있어서,
상기 모재에 혼합되는 지립의 입도가 F180~#2000이며, 그 입도가 동일한 연마 수단을 선택하고, 상기 연마 수단을 연이어 접한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기대에 피연마 가공물을 재치하는 받이부재에, 상기 피연마 가공물의 어느 1능각부를 연마할 때, 상기 1능각부를 수평 상향으로 재치할 수 있도록 그 하측이 되는 평면부가 접하는 노치(V)와, 상기 노치(V)에, 상기 피연마 가공물의 각 평면부의 어느 1평면부를 연마할 때, 상기 1평면부를 상향으로 재치할 수 있도록 그 하측이 되는 능각부가 걸림고정가능한 노치(L)를 형성한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 장치.
제1항 또는 제2항에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 의해, 피가공물의 표층으로부터 100㎛ 이하에 존재하는 마이크로크랙이 제거되고, 또한 연마 가공면의 표면거칠기 Ｒｙ(ＪＩＳ B0601:1994)가 3㎛ 이하로 된 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재.
제12항에 있어서,
상기 다각기둥형상부재는 실리콘 블록 또는 세라믹스인 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재.
제1항에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 의해, 각 능각부의 연마를 종료시킨 후에 각 평면부의 연마 가공을 행함으로써 전체 가공면을 연마 가공하는 다각기둥형상부재의 연마 방법으로서,
상기 연마 방법은, 기대에 재치되어 있는 피연마 가공물의 복수의 가공면 중 가공중인 가공면의 연마가 종료한 시점에서 상기 클램프 수단의 클램프 축이 후퇴하여 파지부의 클램프상태가 해제된 상기 피연마 가공물의 다음의 가공면을 수평 상향이 되도록 작업자가 수동으로 반전시킨 뒤, 상기 클램프 수단의 클램프 축이 전진해서 일방의 파지부가 피연마 가공물의 기준 단면위치에 도달하여 정지하고 타방의 클램프 축이 더욱 전진해서 그 파지부가 피연마 가공물의 타방의 단면을 가압하여 클램프하며, 다음의 가공면을 연마 가공하도록 한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 방법.
제2항에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 의한 다각기둥형상부재의 연마 방법으로서, 기대에 재치되어 있는 피연마 가공물의 양단면을 클램프 수단의 파지부에 의해 클램프한 상태로 상기 기대를 하강시켜 피연마 가공물로부터 이격시켜 두고, 피연마 가공물의 각 능각부의 연마를, 소정의 회전 각도가 설정된 상기 회전 수단을 회전시켜 1능각부마다 연마면이 상향이 되도록 위치결정하여 연마하도록 한 택트 연마, 또는 회전속도가 설정된 상기 회전 수단을 연속 회전시켜 각 능각부를 동시에 연마하도록 한 연속 연마의 어느 하나의 방법에 의해 전체 능각부의 연마 가공을 종료시킨 뒤, 소정의 회전 각도가 설정된 상기 회전 수단을 회전시켜 1평면부마다 연마 가공하여 전체 평면부의 연마 가공을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 방법.
제6항에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 의한 다각기둥형상부재의 연마 방법으로서, 상기 모재에 혼합되는 지립의 입도가 F180~#2000이며, 그 입도가 다른 연마 수단을 2종류 이상 선택하고, 상기 연마 수단을 그 입도가 「큰 것」으로부터「작은 것」의 순서로 연마 가공하도록 연이어 설치하여 연마하는 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 방법.
제6항에 기재된 다각기둥형상부재의 연마 장치에 의한 다각기둥형상부재의 연마 방법으로서, 상기 모재에 혼합되는 지립의 입도가 F180~#2000이며, 그 입도가 동일한 연마 수단을 선택하고, 상기 연마 수단을 연이어 접하여 연마하는 것을 특징으로 하는 다각기둥형상부재의 연마 방법.