KR20130082423A

KR20130082423A - 연마 브러시 및 연마 가공 방법

Info

Publication number: KR20130082423A
Application number: KR1020120087130A
Authority: KR
Inventors: 쇼오따 사와이; 시게루 다나하시; 히사시 마쯔모또
Original assignee: 신토고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-07-19
Also published as: JP5843155B2; TW201328817A; JP2013141731A; CN103203682A

Abstract

본 발명의 과제는 1대의 연마 브러시로, 장시간에 걸쳐서 원하는 조가공과 마무리 가공을 행할 수 있는 연마 브러시를 제공하는 것이다.
본 발명의 연마 브러시는 회전 수단에 의해 회전 구동되어 워크의 표면을 연마하는 연마 브러시(10)이며, 회전 수단에 연결되는 기부(20)와, 지립을 포함하는 복수개의 브러시 모재(31, 41)를 결속함으로써 형성되고 기단부가 기부의 저면에 연결된 복수의 브러시부(30, 40)를 구비하고, 기부의 중심측에 배치된 브러시부에 포함되는 지립의 입도 30가, 기부의 주변측에 배치된 브러시부(40)에 포함되는 지립의 입도보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

연마 브러시 및 연마 가공 방법 {POLISHING BRUSH AND POLISHING METHOD}

본 발명은 연마 브러시 및 연마 가공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 회전 수단에 의해 회전 구동되어 워크의 표면을 연마하는 연마 브러시 및 이와 같은 연마 브러시를 사용한 연마 가공 방법에 관한 것이다.

금속 재료, 비금속 재료 등의 워크의 표면을 연마 가공하기 위해 연마 브러시가 널리 사용되고 있다. 이와 같은 연마 가공에서는, 일반적으로, 우선 연마력이 높은 연마 공구로 조연마를 행하고, 그 후, 연마력이 낮은 연마 공구로 마무리 연마를 행하여, 워크의 표면의 성상을 조정한다.

예를 들어, 특허문헌 1에 기재되어 있는 연마 장치에서는, 연마력이 높은 연마 브러시가 설치된 조연마용 연마 공구와, 연마력이 낮은 연마 브러시가 설치된 마무리용 연마 공구를 나란히 배치하고, 이들 연마 공구의 연마 브러시에 워크를 순차적으로 접촉시킴으로써 조연마와 마무리 연마를 행하고 있다.

또한, 특허문헌 2에는 조연마용 지석과 마무리 연마용 지석을 일체로 성형한 지석차가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는 입도가 다른 지립층을 환형상으로 형성시킨 연마포지가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는 입도가 다른 지립층을 환형상으로 고착시킨 연마지가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 5에는 지립을 포함하는 고무제의 컵형의 외주 연마 공구 본체와, 외주 연마 공구 본체의 내측에 동심 형상으로 배치된 컵형 회전 브러시를 구비한 연마 공구가 개시되어 있다.

WO 2009/084101 팜플릿 일본 실용신안 출원 공개 평03-044556호 공보 일본 특허 출원 공개 소59-024965호 공보 일본 실용신안 출원 공개 평02-063965호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-181766호 공보

그러나, 특허문헌 1의 연마 장치는 각각의 연마 공구가 연마 브러시를 회전시키는 회전 수단을 필요로 하는 복수의 연마 공구이므로, 연마 장치를 소형화하는 것은 어렵다. 또한, 각 회전 공구를 회전시키기 위해 많은 에너지가 필요해진다.

또한, 특허문헌 2의 발명은 지석의 발명이고 지석은 지립끼리를 결합재 등에 의해 결합시킴으로써 구성되어 있으므로, 연마면은 탄력성이 없고, 연마 브러시에 비해, 연마 가공 후의 표면 거칠기가 커지는 경향이 있다.

또한, 특허문헌 3의 발명은 연마포지의 발명이다. 연마포지는 일반적으로, 경면 처리 등의 정밀 연마에 사용되고, 조연마와 같이 큰 연마력이 필요한 연마 가공에는 부적합하다. 또한, 장시간에 걸쳐서 연마력을 유지하는 것은 곤란하다.

또한, 특허문헌 4의 발명은 연마지의 발명이다. 연마지는 연마포지에 비해 큰 입도의 지립을 사용할 수 있으므로, 큰 연마력을 얻을 수 있지만, 기재(基材)인 종이 위에 지립을 접착제 등으로 접착하고 있으므로 지립층은 얇고, 장시간에 걸쳐서 연마력을 유지하는 것은 곤란하다.

이와 같이, 지석, 연마포, 연마지 등의 연마 수단에서는, 연마 가공에 수반하여 발생한 절삭분이나 마모된 지립이, 연마 수단의 지립 사이에 들어가, 막힘을 일으키므로, 장시간에 걸쳐서 연마를 행하는 것이 곤란하다.

또한, 특허문헌 5의 연마 공구에서는, 외주 연마 공구 본체가 고무제이므로, 연마 브러시에 비해 유연성이 낮아, 평활한 마무리면을 얻는 것이 곤란하다.

이로 인해, 1대의 연마 브러시로, 장시간에 걸쳐서 원하는 조가공과 마무리 가공을 행할 수 있는 연마 브러시의 출현이 기대되고 있다.

본 발명에 따르면,

회전 수단에 의해 회전 구동되어 워크의 표면을 연마하는 연마 브러시이며,

회전 수단에 연결되는 기부와,

지립을 포함하는 복수개의 브러시 모재를 결속함으로써 형성되고 기단부가 상기 기부의 저면에 연결된 복수의 브러시부를 구비하고,

상기 기부의 중심측에 배치된 브러시부에 포함되는 지립의 입도가, 상기 기부의 주변측에 배치된 브러시부에 포함되는 지립의 입도보다 큰 것을 특징으로 하는 연마 브러시가 제공된다.

입도가 작은 지립을 포함하는 브러시 모재는 입도가 큰 지립을 포함하는 브러시 모재에 비해 연마력이 낮지만, 워크의 표면 거칠기 Ry(JIS B0601:1994)를 작게 할 수 있다.

따라서, 본 발명과 같이, 기부의 중심측에 배치된 브러시부에 포함되는 지립의 입도가, 상기 기부의 주변측에 배치된 브러시부에 포함되는 지립의 입도보다 큰 연마 브러시에서는, 워크와 연마 브러시를 상대 이동시킴으로써, 1대의 연마 브러시로 조연마와 마무리 연마를 행할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 브러시부는 상기 기부에 착탈 가능하게 설치되어 있다.

이와 같은 구성에 따르면, 브러시 모재가 연마 가공에서 소모되었을 때, 브러시부만을 교환할 수 있으므로, 메인터넌스성이 좋다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 브러시부는 조지립을 포함하는 브러시 모재를 구비하여 중심측에 배치된 제1 브러시부와,

상기 조지립보다 미세한 입도의 지립을 포함하는 브러시 모재를 구비하여 주변측에 배치된 제2 브러시부를 구비하고,

상기 제1 브러시부와 제2 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도는 F240 내지 #800(JIS R6001:1998)이다.

상기 제1 브러시부와 제2 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도의 차가 지나치게 크면, 상기 제1 브러시부에 의한 연마에서 워크의 표면에 발생한 큰 요철을, 제2 브러시부에 의해 작게 하는 것이 곤란해지지만, 상기 구성에 따르면, 제2 브러시부에 의해, 워크의 표면 거칠기 Ry를 충분히 작게 할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 복수의 제1 브러시부는 상기 기부의 저면에 환형상으로 배열되고,

상기 복수의 제2 브러시부는 상기 기부의 저면의 상기 복수의 제1 브러시부의 직경 방향 외측 위치에, 상기 복수의 제1 브러시부와 동심 형상으로 환형상으로 배열되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 제1 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도가 F240 내지 #500이고,

상기 제2 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도가 #800 내지 #1100이다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 제1 브러시부에 의한 연마 영역의 면적에 대한 상기 제2 브러시부에 의한 연마 영역의 면적의 비가 1.0 내지 3.0이다.

연마력이 다른 복수의 브러시부를 구비한 1대의 연마 브러시에 의해, 조연마, 마무리 연마 등의 복수 단계의 연마를 행하기 위해서는, 동일한 연마 가공 조건(워크의 상대 이동 속도, 연마 브러시의 회전 속도 등)으로, 각각의 브러시부가 소정의 연마를 행할 필요가 있다. 상술한 바와 같은 구성에 따르면, 제1 브러시부 및 제2 브러시부의 각각이 소정의 연마를 행할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 제2 브러시부의 직경 방향 외측 위치에, 상기 제2 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립보다 미세한 입도의 지립을 포함하는 브러시 모재를 구비한 복수의 제3 브러시부가, 상기 제2 브러시부와 동심 형상으로 배치되고,

상기 제3 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도가 #800 내지 #1,200이다.

이와 같은 구성에 따르면, 워크의 성상(재질, 표면 상태 등)에 따라서는, 2단계의 연마 가공만으로는, 워크 표면을 원하는 표면 거칠기 Ry까지 가공할 수 없는 경우가 있지만, 상기 구성에 따르면, 워크의 표면을 원하는 표면 거칠기 Ry로 가공할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 기부가, 상기 기부로부터의 상기 브러시부의 돌출 길이를 조정하는 기구를 구비하고 있다.

본 발명의 연마 브러시는 연마력이 다른 브러시부를 포함하므로, 브러시부의 마모 속도가 다르다. 상기 구성에 따르면, 브러시부의 돌출 길이를 브러시부마다 조절하여, 연마 브러시의 연마 능력을 항상 일정하게 할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 브러시 모재는 지립을 포함하는 폴리에스테르 수지의 모노 필라멘트이며,

상기 폴리에스테르 수지는 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 60몰％ 이상 함유하고, 그 선 직경이 φ0.4㎜ 내지 φ1.0㎜이고,

상기 지립의 양이 상기 폴리에스테르 수지 100중량부에 대해, 10 내지 40중량부이다.

상기와 같이, 브러시 모재의 재료를 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 60몰％ 이상 함유한 폴리에스테르 수지로 이루어지는 모노 필라멘트로 하고, 또한 그 선 직경이 φ0.4㎜ 내지 φ1.0㎜로 함으로써, 높은 연마력으로 접히기 어려움을 양립시킬 수 있다.

또한, 지립을, 상기 브러시 모재의 수지 100중량부에 대해, 10중량부 이상 상기 브러시 모재에 함유시킴으로써, 충분한 양의 지립이 모노 필라멘트 표면으로부터 노출될 수 있으므로, 연마력을 높게 할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 지립은 표면에 니켈 또는 니켈을 주성분으로 하는 합금에 의해 피복된 다이아몬드 입자이다.

다이아몬드 입자의 표면을 니켈 또는 니켈을 주성분으로 하는 금속으로 피복함으로써, 피복의 표면에 요철이 형성되고, 이 요철에 의해 앵커 효과가 발생하므로, 연마 가공 중에 상기 다이아몬드 입자가 브러시 모재로부터 탈락하기 어려워져, 높은 연마력을 장시간 유지할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 워크는 실리콘, 세라믹스, 수정, 사파이어, 비화갈륨, 갈륨인, 질화갈륨, 탄화규소 단결정, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 인화인듐으로 이루어지는 경취성 재료의 군으로부터 선택된 재료로 형성된 워크이다.

경취성 재료는 경도가 높지만 충격에 약한 재료이다. 그로 인해, 연마 브러시의 브러시 모재에는 고경도의 재료로 형성된 워크에 대한 충분한 연마력과, 연마 가공 시의 충격에 의한 균열이나 절결이 발생하지 않는 유연성을 양립시키는 것이 요구된다. 상기 구성에 따르면, 경취성 재료에 균열이나 절결을 발생시키는 일 없이, 연마 가공을 행할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 구성의 연마 브러시에 의해 상기 워크의 표면의 연마 가공을 행하는 방법이며,

상기 회전 수단에 의해, 연마 브러시를 회전시키는 공정과,

상기 워크를, 상기 브러시부에 대해 상대적으로 일방향으로 이동시키는 공정과,

이동하고 있는 상기 워크의 표면에 상기 연마 브러시의 브러시 모재를 접촉시켜, 상기 제1 브러시부의 상기 브러시 모재에 의해 조연마를 행하는 공정과,

조연마를 행한 후, 이동하고 있는 상기 워크를 상기 제2 연마 영역의 상기 브러시 모재 B에 의해 마무리 연마를 행하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 가공 방법이 제공된다.

이와 같은 구성에 따르면, 제1 브러시부에 의한 조연마와, 제2 브러시부에 의한 마무리 연마를 순서대로 행할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 연마 브러시를 회전시키는 공정과,

상기 워크를 상기 연마 브러시의 연마면에 대해 상대적으로 일방향으로 이동시키는 공정과,

이동하고 있는 상기 워크의 표면을 상기 제1 브러시부로 조연마를 행하는 공정과,

이동하고 있는 상기 워크의 표면을 상기 제2 브러시부로 제1 마무리 연마를 행하는 공정과,

이동하고 있는 상기 워크의 표면을 상기 제3 브러시부로 제2 마무리 연마를 행하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연마 가공 방법이 제공된다.

이와 같은 구성에 따르면, 제1 브러시부에 의한 조연마와, 제2 브러시부에 의한 제1 마무리 연마와, 제3 브러시부에 의한 제2 마무리 연마를 순서대로 행할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 워크는 실리콘, 세라믹스, 수정, 사파이어, 비화갈륨, 갈륨인, 질화갈륨, 탄화규소 단결정, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 인화인듐으로 이루어지는 경취성 재료의 군으로부터 선택된 재료로 형성된 워크이고, 조연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 미소 크랙을 제거하고, 상기 마무리 연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크 표면의 요철을 완만하게 한다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면,

상기 워크는, 실리콘, 세라믹스, 수정, 사파이어, 비화갈륨, 갈륨인, 질화갈륨, 탄화규소 단결정, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 인화인듐으로 이루어지는 경취성 재료의 군으로부터 선택된 재료로 형성된 워크이고,

상기 조연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 미소 크랙을 제거하고, 상기 제1 마무리 연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 요철을 완만하게 하고, 상기 제2 마무리 연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 요철을 더욱 완만하게 한다.

경취성 재료로 형성된 워크의 연마 가공은 반도체 기판이나 광학 기판 등에 사용되는 웨이퍼를 제조할 때의 전공정에서 행해진다. 이와 같은 워크의 표면에는 마이크로 크랙이 존재하고 있고, 그대로 웨이퍼를 형성하기 위한 슬라이스 가공을 행하면, 그 마이크로 크랙을 기점으로 한 균열이나 절결이 발생하여, 불량 제품이 발생한다. 그로 인해, 슬라이스 가공 전에 마이크로 크랙을 제거하기 위한 조연마 가공과, 조연마 가공에서 생긴 요철을 연마 가공에 의해 완만하게 하고, 또한 표면 거칠기를 조정하기 위한 1회 또는 2회의 마무리 연마 가공을 행하는 것이 바람직하다.

상기 구성의 연마 브러시는 이와 같은 가공에 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 1대의 연마 브러시로, 장시간에 걸쳐서 원하는 조가공과 마무리 가공을 행할 수 있는 연마 브러시가 제공된다.

또한, 복수대의 연마 브러시를 브러시 가공 장치에 배치할 필요가 없으므로, 브러시 가공 장치의 소형화가 가능해진다.

또한, 연마 브러시를 회전시키는 동력원도 1대로 충분하므로, 힘 절약화가 가능해져, 에너지 절약화에 공헌할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 연마 브러시의 종단면도.
도 2는 도 1의 연마 브러시의 저면도.
도 3은 도 1의 연마 브러시에 설치되는 제1 및 제2 브러시부의 구성을 도시하는 모식적인 측면도.
도 4는 도 1의 연마 브러시에 의한 연마 가공 방법에서 사용되는 브러시 가공 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 5는 도 4의 브러시 가공 장치에서 사용되는 가대의 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 연마 브러시의 종단면도.
도 7은 도 6의 연마 브러시의 저면도.
도 8은 본 실시 형태의 연마 브러시가 사용되는 수정 웨이퍼의 제조 과정을 설명하는 도면.

다음에, 도면을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태의 연마 브러시(10) 및 그 연마 브러시가 설치되는 브러시 가공 장치의 구성을 설명한다. 도 1은 연마 브러시(10)의 종단면도이고, 도 2는 연마 브러시(10)의 저면도이다. 또한, 본문 중의 상하 좌우 방향은 특별히 기재하지 않는 한 도면 중에 있어서의 방향을 가리킨다.

본 실시 형태의 연마 브러시(10)는 기부(20)와, 상기 기부(20)에 설치된 복수의 제1 브러시부(30) 및 제2 브러시부(40)를 구비하고 있다. 제1 브러시부(30)와 제2 브러시부(40)는 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도 이외는, 기본적으로는 동일하다. 제1 브러시부(30)의 선단이, 조가공을 행할 수 있는 제1 연마 영역을 형성하고, 제2 브러시부(40)의 선단이, 마무리 가공을 행할 수 있는 제2 연마 영역을 형성한다.

도 3은 연마 브러시(10)에 설치되는 제1 및 제2 브러시부(30, 40)의 구성을 도시하는 모식적인 측면도이다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 브러시부(30)는 지립을 포함하는 복수개의 제1 브러시 모재(31)를 원기둥 형상으로 결속함으로써 형성된 제1 브러시 모재속(32)과, 제1 브러시 홀더(33)를 구비하고 있다. 제1 브러시 모재속(32)은 외주부(32a)가 결속부(34)에 의해 피복되고, 기단부(32b)가 제1 브러시 홀더(33)의 삽입 구멍(33a)에 삽입되고, 삽입 구멍(33a) 내에 접착제로 고정되어 있다.

제2 브러시부(40)도, 제1 브러시부(30)와 마찬가지로, 지립을 포함하는 복수개의 제2 브러시 모재(41)를 원기둥 형상으로 결속함으로써 형성된 제2 브러시 모재속(42)과, 제2 브러시 홀더(43)를 구비하고 있다. 제2 브러시 모재속(42)은 외주부(42a)가 결속부(44)에 의해 피복되고, 기단부(42b)가 제2 브러시 홀더(43)의 삽입 구멍(43a)에 삽입되고, 삽입 구멍(43a) 내에 접착제로 고정되어 있다.

제1 및 제2 결속부(34, 44)는 고무, 실리콘 고무, 폴리염화비닐 등의 수지 재료로 이루어지고, 제1 및 제2 브러시 모재속(32, 42)의 외주면(32a, 42a)을 덮음으로써 제1 및 제2 브러시 모재(31, 41)를 결속하고 있다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2 결속부(34, 44)는 브러시 모재속(32, 42)의 브러시 모재(31, 41)의 선단 부분을 노출시킨 상태에서, 브러시 모재속(32, 42)의 외주면(32a, 42a) 전체를 덮고 있다.

수지의 재료를 묶은 브러시 모재에 부착시키는 공정에서는, 묶은 브러시 모재(31, 41)의 선단부에 가정지구를 설치한 상태에서, 브러시 모재속(32, 42)의 외주면(32a, 42a)에 수지 재료를 도포하고, 도포된 수지가 건조ㆍ고화되어 결속부(34, 44)가 형성된 후, 가정지구가 제거된다.

브러시 모재속(31, 41)을 구성하는 브러시 모재는 다이아몬드 입자의 표면에 니켈, 또는 니켈을 주성분으로 하는 합금을 코팅한 것을 지립으로서 포함하는 수지로 이루어지는 단면 원형의 모노 필라멘트이다. 이 모노 필라멘트는 소정량의 지립을 혼입시킨 수지 재료를 용융 방출하고, 필요에 따라서 연신함으로써 제조된다.

브러시 모재(31, 41)는 이와 같은 모노 필라멘트로 구성된 고강성의 세선 형상 부재이다.

수지의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 폴리에스테르 수지가 바람직하다. 폴리에스테르 수지는 브러시 모재로서 종래부터 사용되고 있는 나일론 수지 등에 비해 경질이고, 모발이 강하기 때문에, 연마 브러시의 연마력을 크게 할 수 있다.

본 실시 형태에서 사용하는 폴리에스테르 수지는 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 60몰％ 이상 함유하는 폴리머로, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지를 적절하게 사용할 수 있다. 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 60몰％ 이상 함유하는 폴리에스테르 수지로 이루어지는 모노 필라멘트는, 강성이 높고, 연마력을 크게 할 수 있으므로 바람직하다.

이 폴리에틸렌나프탈레이트 수지는 40몰％ 미만이면, 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산 등의 디카르본산 성분, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜 등의 디올 성분을 함유할 수 있다.

브러시 모재(모노 필라멘트)(31, 41)의 선 직경은 0.4 내지 1.0㎜의 범위인 것이 바람직하다. 선 직경이 0.4㎜ 미만인 경우에는 브러시 모재(31, 41)의 강성이 낮아지므로, 충분한 연마력을 얻을 수 없다. 또한, 선 직경이 1.0㎜를 초과하는 경우에는 강성이 지나치게 높아져, 무르고, 접히기 쉬워진다.

제1 및 제2 브러시 모재(31, 41)에 포함되는 지립으로서는, 다이아몬드 입자의 표면에 니켈 또는 니켈을 주성분으로 하는 합금을 코팅함으로써 형성된 지립이 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 제1 브러시 모재(31)에 포함되는 지립은 제2 브러시 모재(41)에 포함되는 지립과 입경이 다르다. 본 실시 형태에서는, 무전해 도금에 의해 다이아몬드 입자의 표면을 니켈로 코팅한 지립이 사용된다.

지립에 사용되는 다이아몬드 입자는 일반적으로 부정형이지만 그 표면의 요철(거칠기)은 작기 때문에, 다이아몬드 입자를 직접, 수지 재료에 포함시킨 경우에, 수지 재료와의 결합력이 작아, 연마 중에 브러시 모재로부터 결락되기 쉽다. 다이아몬드 입자의 표면에 니켈 또는 니켈을 주성분으로 하는 합금을 코팅함으로써, 코팅의 표면에, 다이아몬드 입자 표면의 요철보다 큰 요철이 형성되므로, 수지 재료에 대한 앵커 효과가 발생하여, 지립이 브러시 모재로부터 결락하기 어려워진다. 이에 의해, 장시간에 걸쳐서 높은 연마력으로 연마를 행할 수 있다.

코팅법으로서는, 본 실시 형태에서 채용된 무전해 도금 외에, 스패터 후에 전해 도금을 행하는 방법, 기계적인 합금으로 물리적으로 부착시키는 방법 등을 채용해도 좋다.

여기서, 코팅하는 니켈 또는 니켈을 주성분으로 하는 합금의 양은 지립 전체의 45 내지 65중량％인 것이 바람직하다. 45중량％ 미만인 경우에는 지립의 표면의 요철이 충분히 형성되지 않으므로 브러시 모재와의 결합력이 작고, 그 결과, 연마 중에 지립의 탈락이 많아져 연마 효율이 저하된다. 또한, 65중량％를 초과하는 경우에는, 지립의 표면의 노출 비율이 적어지므로 연마 효율이 저하된다.

지립에 사용하는 다이아몬드 입자의 입경을 크게 하면 연마력이 증대되어 연마 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 다이아몬드 입자의 입경을 작게 하면, 큰 연마력은 얻어지지 않지만, 피연마물의 표면 거칠기를 작게 할 수 있다.

다이아몬드 입자의 평균 입경은 5 내지 150㎛인 것이 바람직하다. 평균 입경이 5㎛ 미만인 경우에는 충분한 연마력을 얻을 수 없고, 평균 입경이 150㎛를 초과하는 경우에는 브러시 모재의 모노 필라멘트의 강도가 저하되어, 접히기 쉬워진다.

상술한 바와 같이 제1 브러시부(30)는 조연마를 행하는 브러시부이고, 제2 브러시부(40)는 마무리 연마를 행하는 브러시부이다. 그로 인해, 제1 브러시부(30)의 브러시 모재속(31)의 브러시 모재에 포함되는 지립(「지립 1」)의 입도는 제2 브러시부(40)의 브러시 모재속(41)의 브러시 모재에 포함되는 지립(「지립 2」)의 입도에 비해 거칠다.

지립 1과 지립 2의 입도의 차가 크면, 제1 브러시부(30)와 제2 브러시부(40) 사이에서, 브러시 모재의 손모량의 차가 커지는, 제1 브러시부(30)에 의해 워크의 표면에 형성된 요철을, 제2 브러시부(40)로 원하는 표면 거칠기까지 작게 하는 것이 곤란해진다고 하는 문제가 발생한다.

이로 인해, 본 실시 형태에서는, 지립 1의 입도는 F240 내지 #500, 지립 2의 입도는 #500 내지 #800으로 설정되어 있다.

제1 및 제2 브러시 모재(31, 41)에 포함되는 지립의 양은 브러시 모재(폴리에스테르 수지)가 100중량부에 대해 10 내지 40중량부인 것이 바람직하다. 10중량부 미만인 경우에는 충분한 양의 지립이 브러시 모재(31, 41)의 표면으로부터 노출되지 않으므로 충분한 연마력을 얻을 수 없고, 40중량부를 초과하는 경우에는 브러시 모재의 강도가 저하되어, 접히기 쉬워진다.

본 실시 형태에서는, 지립으로서, 다이아몬드 입자에 코팅을 실시한 것을 사용하였지만, 워크의 재질, 형상 및 가공 목적에 따라서, 다이아몬드 입자 대신에 다른 입자를 사용할 수도 있다.

예를 들어, 워크가 비교적 절삭하기 쉬운 재질인 경우에는, 일반적으로 절삭 가공에서 사용되는 지립[예를 들어, 알루미나계 지립(알런덤)이나 탄화규소계(카보런덤)나 지르코니아 알루미나계 지립]을 사용해도 된다.

제1 및 제2 결속부(34, 44)는 제1 및 제2 브러시 모재속(32, 42)을 구성하는 브러시 모재(31, 41)를 결속하여 연마 방향으로의 변형을 구속하므로, 브러시 모재(31)를 길게 해도, 모끝측에 충분한 강성을 얻을 수 있다.

이에 의해, 연마 브러시(10)가 높은 연마력을 얻을 수 있다. 또한, 제1 및 제2 결속부(34, 44)는 수지 재료로 구성되어 있으므로, 제1 및 제2 브러시 모재(31, 41)의 선단부가 연마에 의해 소모되어 감에 따라서, 제1 및 제2 결속부(34, 44)의 선단이 파단 또는 마모되어 가, 원하는 강성을 유지하면서, 제1 및 제2 브러시 모재(31, 41)의 선단을 노출시켜 연마를 행할 수 있다.

여기서, 제1 및 제2 결속부(34, 44)는 수지 재료의 도포로 한정되지 않고, 테이프, 튜브를 가열 등에 의해 밀착시켜 형성할 수도 있다.

또한, 제1 및 제2 브러시 모재(31, 41)의 강성이 충분히 얻어지면, 제1 및 제2 브러시 모재속(32, 42)의 외주부(32a, 42a)의 전체를 피복할 필요는 없고, 제1 및 제2 결속부(34, 44)의 길이, 브러시 모재속(32, 42)의 외주면(32a, 42a)에 있어서의 배치 위치를 임의로 설정할 수 있다.

다음에, 연마 브러시(10)의 기부(20)의 구성에 대해 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 연마 브러시(10)의 기부(20)는 원기둥 형상의 샤프트부 S와 샤프트부 S의 상단부에 설치되어 회전 수단에 연결되는 플랜지 F를 갖는 구동축(21)과, 구동축(21)의 샤프트부 S에 연결된 제1 회전반(22)과, 플랜지 F와 제1 회전반(22) 사이에 배치되어 샤프트부 S에 연결된 제2 회전반(23)을 구비하고 있다.

제2 회전반(23)은 원형 형상을 갖고, 중앙에 설치된 보스부(23a)에 내경이 샤프트 S의 외경과 대략 동등한 관통 구멍(23b)이 형성되어 있다. 제2 회전반(23)은 관통 구멍(23b)에 샤프트 S가 삽입 관통된 상태에서, 보스부(23a)에 형성된 직경 방향으로 연장되는 나사 구멍(23c)에 볼트 B1을 비틀어 넣음으로써, 구동축(21)에 대해 고정되어 있다.

제1 회전판(22)은 제2 회전반(23)보다 소경의 원반 형상 부재이다. 제1 회전판(22)에는 조정구(27)가 볼트 B6에 의해 고정되어 있다. 이 조정구(27)에, 상하 위치 조정용 볼트(28)가 회전 가능하게 연결되어 있다. 이 볼트(28)는 제2 회전판(23)에 형성된 암나사부에 삽입 관통되어 있으므로, 제1 회전판(22)은 이 볼트(28)에 의해, 제2 회전판(23), 또한 구동축(21)에 고정되어 있다.

기부(20)는 제1 회전판(22)의 하방에 위치하고, 샤프트부 S에 볼트 B2에 의해 연결된 보조 가이드판(24)과, 샤프트부 S의 선단에 배치되고 바닥판(25)을 통해 볼트 B3에 의해 샤프트부 S에 연결된 가이드판(26)을 더 구비하고 있다.

제1 회전반(22)의 하면의 외주부에는 제1 브러시부(30)를 착탈 가능하게 배치하기 위한 복수의 제1 구멍부(22a)가 환형상으로 배열되어 있다. 제1 구멍부(22a) 내에는 마그네트(도시하지 않음)가 배치되어 있다.

제1 구멍부(22a)는 제1 브러시부(30)의 브러시 홀더(33)의 기단부(33b)를 수납하고, 마그네트에 의해 내부에 고정한다. 제1 구멍부(22a)에 끼움 삽입된 제1 브러시부(30)는, 또한, 직경 방향으로 연장되는 볼트 B4에 의해 고정된다.

제2 회전반(23)의 외주부에는 제2 브러시부(40)를 착탈 가능하게 배치하기 위한 복수의 제2 구멍부(23a)가 환형상으로 배열되어 있다. 제2 구멍부(23a) 내에는 마그네트(도시하지 않음)가 배치되어 있다.

제2 구멍부(23a)는 제2 브러시부(40)의 브러시 홀더(43)의 기단부(43b)를 수납하고, 마그네트에 의해 내부에 고정한다. 제2 구멍부(23a)에 끼움 삽입된 제2 브러시부(40)는, 또한, 직경 방향으로 연장되는 볼트 B5에 의해 고정된다.

가이드판(26) 및 보조 가이드판(24)은 제1 및 제2 브러시부(30, 40)의 브러시 모재속(32, 42)의 외경보다 약간 큰 내경을 갖는 관통 구멍을 구비하고, 이 관통 구멍이, 제1 및 제2 회전반(22, 23)에 설치된 제1 및 제2 브러시부(30, 40)의 제1 및 제2 브러시 모재속(32, 42)을 횡방향으로 지지한다.

제1 및 제2 브러시부(30, 40)의 제1 및 제2 브러시 모재속(32, 42)은 연마 중에, 워크 표면과의 저항에 의해, 회전 방향과 역방향으로 휘지만, 가이드판(26), 보조 가이드판(24)의 관통 구멍에 의해, 브러시 모재속의 휨이 규제되므로, 파손되는 일이 없어진다. 보조 가이드판(24)의 매수는 필요에 따라서 적절하게 변경 가능하다.

본 실시 형태의 연마 브러시(10)에서는 브러시부(30, 40)의 돌출 길이를 조정하는 기구가 설치되어, 연마에 의한 마모에 의해 짧아진 브러시 모재(31, 41)의 길이를 보상할 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 연마 브러시(10)에서는, 볼트 B1을 풀어, 제1 및 제2 회전반(22, 23)을 하방으로 이동시킴으로써, 제1 및 제2 회전반(22, 23)에 설치된 제1 및 제2 브러시부(30, 40)를 하방으로 이동시킬 수 있다. 이 동작에 의해, 기부(20)로부터의 브러시 모재(31, 41)의 돌출 길이를 항상 일정하게 유지할 수 있다.

제1 회전반(22)의 하면에는 조정구(27)가 볼트 B6으로 고정되어 있다. 상술한 바와 같이, 조정구(27)는 볼트(28)를 구비하고, 이 볼트(28)가 제2 회전반(23)을 관통하여, 제2 회전반(23)의 상면보다 상방으로 돌출되어 있다. 볼트(28)에는 너트 N이 설치되고, 너트 N을 회전시킴으로써 제1 회전반(22)을 제2 회전반(23)에 대해 상하 이동시킬 수 있다.

조절구(27)에 의해, 제1 브러시 모재(31)와 제2 브러시 모재(41) 사이에서 소모량에 차이가 생겼을 때, 소모량에 따라서, 기부(20)로부터의 브러시 모재(31, 41)의 돌출 길이를 개별로 조정하여, 브러시 모재 A31과 브러시 모재 B41의 돌출 길이를 동일하게 할 수 있다.

본 실시 형태의 연마 브러시(10)에서는, 모든 제1 브러시부(30)의 선단 부분의 합계 면적(제1 연마 영역의 면적)과, 모든 제2 브러시부(40)의 선단 부분의 합계 면적(제2 연마 영역의 면적)의 비율(「제2 연마 영역의 면적」/「제1 연마 영역의 면적」)이 1.0 내지 3.0으로 설정되어 있다.

이와 같이 설정함으로써, 제1 브러시부 및 제2 브러시부의 각각에 의해 소정의 연마를 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 연마 브러시는 브러시 모재를 묶어 브러시부를 형성하는 구성이지만, 브러시 모재를, 가이드판, 또는 제1 회전반, 또는 제2 회전반에 직접 고정하는 구성이어도 된다. 이 구성에서는, 브러시 모재가 소모되는, 브러시 모재가 고정되어 있는 상기 가이드판, 제1 회전반, 제2 회전반마다 교환한다.

다음에, 본 실시 형태의 연마 브러시(10)에 의한 연마 가공 방법에 대해, 태양 전지 패널에 사용되는 실리콘 블록의 외주면의 연마를 예로 들어 설명한다.

실리콘 블록은 결정계와, 비결정계의 2종류가 널리 알려져 있다. 결정계의 실리콘 블록은 CZ법이나 베르누이법으로 성장시켜 형성시킨 원기둥 형상의 실리콘 잉곳의 양단부를 절단하고, 또한 적당한 길이로 절단한 후, 코너부에 상기 원기둥의 외주면이 남도록 절단하여 사각 기둥 형상으로 함으로써 얻어진다.

비결정계의 실리콘 블록은 용해한 원료를 주조형에 흘려 넣어 성형한 후, 사각 기둥 형상의 실리콘 잉곳을 와이어 소어 또는 밴드 소어에 의해 적당한 크기로 절단하여 얻어진다.

여기서는, 비결정계의 실리콘 블록의 연마를 예로 들어 연마 가공 방법을 설명한다.

우선, 본 실시 형태의 연마 브러시(10)에 의한 연마 가공 방법에서 사용되는 브러시 가공 장치(60)의 구성을 설명한다. 도 4는 본 실시 형태의 연마 브러시(10)에 의한 연마 가공 방법에서 사용되는 브러시 가공 장치(60)의 구성을 도시하는 도면이다.

브러시 가공 장치(60)는, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 연마 브러시(10)의 플랜지 F가 모터 등의 회전 수단 M의 회전축에 연결되어 있는 브러시 유닛(61)과, 워크 W를 소정의 위치에서 파지하는 파지 수단(62)과, 워크 W의 높이 위치를 검출하기 위한 높이 위치 검출 수단(63)과 브러시 유닛(61) 및 높이 위치 검출 수단(63)을 설치한 베이스(66)를 좌우 방향으로 이동시키는 이동 수단(도시하지 않음)과, 워크 W의 가공면의 높이 위치와 가공 조건이 입력되어 장치 전체의 제어를 행하는 컴퓨터를 갖는 제어 수단(64)을 구비하고 있다.

높이 위치 검출 수단(63)은 브러시 유닛(61)과 함께, 베이스(66)에 설치되어 있다. 또한, 이동 수단은 브러시 유닛(61), 높이 위치 검출 수단(63)이 고정되어 있는 베이스(66)의 이면에 설치된 랙ㆍ앤드ㆍ피니언 등에 의해 구성된다.

우선, 가공 목표 치수를 갖는 마스터 워크(실리콘 블록) MW를 사용하여, 가공 목표 치수를 계측한다. 처음에, 마스터 워크 MW를 적재한 가대(65)를 상승시키고, 도 4에 2점 쇄선으로 나타내는 위치에, 마스터 워크 MW를 배치한다.

이때, 마스터 워크 MW의 깊이 방향(도 4에 있어서의 지면 직교 방향)의 중심 위치를 설정하기 위해, 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 가대(65)가 사용되지만, 기계적으로 설정하는 수단[예를 들어, 마스터 워크 W의 양측면측(도 5에 있어서의 지면 직교 방향의 양측)으로부터 중심 위치 설정 수단이 돌출됨으로써 중심 위치를 설정함]을 사용해도 된다.

계속해서, 마스터 워크 MW의 양단부면을 파지 수단(62)의 파지구(62a)로 파지한다. 구체적으로는, 우측의 파지구(62a)의 좌측 단부면을 기준 위치 BP에 배치시킨 상태에서, 좌측의 파지구(62a)를 우측으로 전진시켜, 기준 위치에서 마스터 워크 MW를 파지한다.

계속해서, 가대(65)를 도 4에 도시하는 위치로 강하시킨다.

높이 위치 측정 수단(63)이 마스터 워크 MW의 상방에 위치하도록 베이스(66)를 좌측으로 이동시키고, 베이스(66)에 설치되어 있는 높이 위치 검출 수단(63)으로, 마스터 워크 MW의 높이 위치, 즉 가공 목표 치수를 측정한다. 마스터 워크 MW의 높이 위치를 측정한 후, 베이스(66)는 원래의 위치(동작 개시 위치)로 복귀된다.

본 실시 형태의 높이 위치 측정 수단(63)은 측정자가 강하하여 워크에 접촉함으로써, 워크의 높이 위치를 측정하는 접촉식의 높이 위치 측정 수단이지만, 다른 방식, 예를 들어 비접촉식의 높이 위치 측정 수단이어도 된다. 측정된 높이 위치, 즉 가공 목표 치수는 자동적으로 제어 수단(64)에 입력된다.

한편, 마스터 워크는 상승한 가대(65)에 배치되어, 파지구(62a)에 의한 파지가 해제된다.

다음에, 마스터 워크 MW를, 가늘고 긴 직육면체 형상의 미가공의 워크 W와 교환하여, 워크 W를 파지구(62a)로 파지하고, 베이스(66)를 워크 W의 상방까지 이동시켜, 높이 위치 측정 수단(63)으로 워크 W의 높이 위치를 측정한다. 측정된 높이 위치는 자동적으로 제어 수단(64)에 입력된다. 워크 W의 높이 위치의 측정 후, 베이스(66)는 좌측(연마 개시 위치)으로 더 이동한다.

마스터 워크 MW의 높이 위치와, 워크 W의 높이 위치와, 제어 수단에 수동으로 미리 입력되어 있는 연마 브러시(10)의 컷팅량을 연산함으로써, 브러시 유닛(61)을 워크의 표면을 향해 하방으로 이동시키는 양이 결정된다.

구체적으로는, {(「마스터 워크 MW의 높이 위치」－「워크 W의 높이 위치」)/2＋컷팅량}의 쪽이, 브러시 유닛(61)의 하방으로의 이동량으로서 설정된다.

또한, 「높이 위치」라 함은, 기준면으로부터의 높이(상하 방향 거리)를 의미한다.

또한, 「컷팅량」이라 함은, 연마 개시 전에 연마 브러시(10)의 선단, 즉 브러시부(30, 40)의 선단을 워크에 처음에 접촉시킨 후에, 워크를 향해 조출된 연마 브러시(10)의 길이를 가리킨다.

계속해서, 연산 결과에 기초하는 신호가 제어 수단(64)으로부터 출력되어, 브러시 유닛(61)이 소정의 거리만큼 하방으로 이동한다. 이 하방 이동은 에어 실린더 등의 기구에 의해 실현된다.

또한, 제어 수단(64)에는 연마 브러시(10)의 회전 속도, 워크 W의 이동 속도 등의 가공 조건이, 미리 수동으로 입력되어 있다. 이들의 가공 조건에 따라서 제어 수단(64)으로부터 신호가 나와, 브러시 가공 장치(60)의 동작이 제어된다.

가공에 있어서는, 제어 수단(64)으로부터 신호에 따라서, 소정의 회전수로 연마 브러시(10)를 회전시키는 동시에, 베이스(66)를 소정 속도로 연마 개시 위치로부터 우측 방향을 향해 이동시키면서, 워크 W의 표면에 회전하고 있는 연마 브러시(10)의 브러시 모재를 접촉시켜, 워크 W의 표면을 연마한다.

이동에 의해, 워크 W는 제1 브러시 모재(31), 제2 브러시 모재(41)에 순차적으로 접촉하여, 조연마와 마무리 연마가 완료된다.

베이스(66)가, 워크 W의 상방 위치를 통과하여 동작 개시 위치까지 이동하면, 연마 브러시(10)의 회전이 정지하여, 브러시 유닛(61)이 상승한다. 그 후, 가대(65)가 상승하여 워크 W가 가대(65)에 적재된 후, 파지 수단(62a)이 후퇴하여, 워크 W의 파지가 해제된다.

계속해서, 워크 W를, 길이 방향 축선을 중심으로, 90도 회전시키고, 다시, 파지 수단(62a)으로 파지한 후, 베이스(66)를 연마 개시 위치로 이동시켜 전술한 바와 같은 연마를 행한다. 이 작업을 반복함으로써, 직육면체 형상의 워크 W의 4측면의 연마 가공이 완료된다.

4측면의 연마 가공이 완료된 후, 워크 W를, 길이 방향 축선을 중심으로 45도 회전시키고, 파지 수단(62a)을 전진시켜 파지한 후, 베이스(66)를 연마 개시 위치로 이동시켜 동일한 공정에서 능선부의 연마 가공을 행한다.

그 후, 워크 W를 90도 더 회전시키고, 순차적으로 다른 3개의 능선부의 연마를 행한다. 이와 같이 하여, 워크 W의 4측면과 4군데의 능선부의 연마 가공이 완료된다.

상기 실시 형태는 베이스(66)를 워크 W에 대해 이동시키는 구성이지만, 워크 W를 베이스(66)에 대해 움직여도 좋고, 또는 워크 W 및 베이스(66)의 양쪽을 이동시켜도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 브러시 가공 장치(60)에는 브러시 유닛(61)이 1대밖에 설치되어 있지 않은 구성이었지만, 워크 W의 복수의 측면을 동시에 연마할 수 있도록, 복수대의 브러시 유닛이 설치된 브러시 가공 장치여도 좋다. 예를 들어, 워크 W가 4각 기둥 형상인 경우, 반대 방향의 2측면을 동시에 연마 가공할 수 있는 2대의 브러시 유닛을 대향 배치해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는 워크 W로서 비결정계의 실리콘 블록의 가공을 예로 들어 설명하였지만, 원기둥 형상의 실리콘 블록을 사각 기둥 형상으로 가공한 결정계의 실리콘 블록을 가공할 수도 있다. 이 경우, 능각부는 원래의 원기둥의 원호를 형성하고 있으므로, 워크 W를 회전시키는 수단(이후, 「워크 회전 수단」이라고 기재함)을 파지 수단(62)에 설치하여, 능각부를 가공할 때에는 워크 W를 소정의 회전 각도(예를 들어, 45도)에서 왕복 회전 운동시키면서 연마를 행하면 된다.

또한, 워크 W의 형상은 사각 기둥 형상으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 결정계의 실리콘 블록이나 사파이어 블록과 같은 원기둥 형상의 블록을 연마 가공하는 경우에는, 워크 회전 수단을 파지 수단(62)에 설치하여, 워크 W를 회전시키면서 베이스(66)를 이동시켜 연마 가공을 행해도 좋다. 또한, 수정 램버드와 같은 이형 형상의 블록을 연마 가공하는 경우에는, 파지구(62a)의 형상을 워크 W의 형상에 맞춘 형상으로 변경하고 워크 W를 파지하여 연마 가공을 행해도 좋다.

또한, 워크 W의 다음 면을 가공할 때에 수동으로 회전하였지만, 파지 수단(62)에 워크 회전 수단을 설치하여, 자동으로 회전시켜도 좋다.

워크 W를 회전시키는 수단을 파지 수단(62)에 설치한 경우, 워크 W의 높이 위치를 측정하기 전에 워크의 축심의 위치를 조정하는 공정(이후, 「센터링 공정」이라고 기재함)을 행하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 높이 위치 검출 수단(63)으로, 가대에 상향으로 적재되어 있는 워크의 능각부의 높이(H1)를 측정하고, 가대(65)를 강하시켜 워크 W로부터 이격시킨 후, 워크 회전 수단을 180도 회전시켜 상기 하향으로 되어 있던 워크 W의 능각부를 상향으로 하여 그 높이(H2)를 측정하고, 그 측정 결과를 제어 수단(64)에 기억시켜 그 차분의 1/2[＝(H1－H2)/2]에 상당하는 높이를 상하 방향의 센터링 조정량으로서 연산한다.

센터링이 이루어져 있지 않은 경우에는, 가대(65)를 상승시킨 후, 파지부(62a)를 후퇴시켜 워크 W의 파지를 해제하는 동시에 상기 연산한 결과에 기초하여 가대(65)를 승강시킨다. 그 후, 파지부(62a)를 전진시켜 워크 W를 파지한 후, 가대(65)가 가공하여 센터링 공정이 완료된다.

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태의 연마 브러시에 대해 설명한다. 여기서는 제1 실시 형태와 다른 점에 대해서만 설명한다.

도 6 및 도 7은 제2 실시 형태의 연마 브러시(100)를 도시하고, 도 1 및 도 2와 동일한 종단면도 및 저면도이다.

도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 실시 형태의 연마 브러시(100)에서는, 제2 브러시부(40)의 외측 위치에, 제3 브러시부(70)가, 복수, 환형상으로 배치되어 있다. 제3 브러시부(70)에서는 제2 브러시부(40)의 지립보다 입도가 미세한 지립 3이 브러시 모재(71)에 포함되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제3 브러시부(70)의 지립 3은 입도가 #800 내지 #1,200으로, 지립 2의 입도보다 작게 설정되어 있다.

이와 같은 구성에 따르면, 제1 브러시부(30)에 의한 연마 가공에서 워크 W의 미소 크랙을 소멸, 또는 충분히 미세화시킨다. 계속해서, 제2 브러시부(40)에 의한 제1 마무리 연마에서, 제1 브러시부(30)에 의한 연마 가공에서 생긴 요철을 완만하게 한다. 계속해서, 제3 브러시부(70)에 의한 제2 마무리 연마 가공에서, 제2 브러시부(30)에 의한 연마 가공 후의 남겨진 요철을 더욱 완만하게 함으로써, 표면 거칠기 Ry가 작은 워크 W를 얻을 수 있다.

또한, 지립 1의 입도를 #240보다 거칠게 하여, 지립 2의 입도를 #240, 지립 3의 입도를 #800으로 할 수도 있다. 이와 같은 구성에 따르면, 제1 실시 형태의 연마 브러시(10)보다, 연마 브러시(10)와 워크 W의 상대 이동 속도를 빠르게 해도, 제1 실시 형태와 동등한 연마 가공을 할 수 있으므로, 가공 효율이 향상된다.

지립 1의 입도와 지립 2의 입도와 지립 3의 입도의 관계가, 지립 1<지립 2<지립 3이면, 제1 연마 영역의 면적에 대한 제2 연마 영역의 면적과의 비(「제2 연마 영역의 면적」/「제2 연마 영역의 면적」)가 1.0 내지 3.0으로 되도록 선택하고, 또한 제2 연마 영역의 면적에 대한, 제3 브러시부(70)에 의해 형성되는 제3 연마 영역의 면적과의 비(「제3 연마 영역의 면적」/「제2 연마 영역의 면적」)가 1.0 내지 3.0으로 되도록 선택하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 따르면, 제2 브러시부(40)로 연마한 후에, 워크의 표면에 남은 요철을 제3 브러시부(70)로 원하는 표면 거칠기로 할 수 있다.

워크 W의 재질, 연마 브러시(10)의 크기에 따라서, 지립의 입도가 다른 4종류 이상의 브러시부를, 동심 형상으로 배치해도 좋다.

또한, 3열 이상의 브러시 모재를 배치한 경우, 직경 방향에 인접하는 브러시부가 동일한 입도의 지립을 포함하는 구성으로 해도 좋다. 예를 들어, 상기 연마 브러시(70)와 같이 3열의 브러시부를 배치한 경우, 지립 2의 입도와, 지립 3의 입도를 대략 동일하게 해도 좋다.

제1 및 제2 실시 형태의 연마 브러시로 가공된 경취성의 결정 재료의 블록은 와이어 소어나 밴드 소어에 의해 얇게 절단된 후, 절단면을 래핑 연마함으로써 웨이퍼를 얻을 수 있다. 예를 들어, 박막 태양 전지 패널 등의 각종 반도체 기판에 사용되는 실리콘 웨이퍼, 전자 디바이스나 광학 기판에 사용되는 석영 웨이퍼, LED 기판 등에 사용되는 사파이어 웨이퍼나 비화갈륨 웨이퍼나 갈륨인 웨이퍼나 질화갈륨 웨이퍼, 파워 디바이스 등에 사용되는 탄화규소 단결정 웨이퍼, SAW 필터에 사용되는 탄탈산리튬 웨이퍼나 니오브산리튬 웨이퍼, 초고속 반도체 소자에 사용되는 인화인듐 웨이퍼 등, 모든 웨이퍼의 제조에 사용된다.

또한, 수정 웨이퍼는, 도 8에 도시한 바와 같이 수열 육성법 등에 의해 결정을 성장시켜 인공 수정을 얻는 결정 육성 공정[도 8의 (A)], 상기 인공 수정의 축 방향을 명확하게 하기 위해 표면을 연삭하여 수정 블록(수정 램버드)을 얻는 램버드 가공[도 8의 (B)], 램버드 가공된 인공 수정을 주파수 특성에 맞추어 소정의 각도로 얇게 슬라이스 하는 절단 공정[도 8의 (C)], 슬라이스된 인공 수정끼리를 왁스 등으로 맞대어 덩어리 형상체를 형성하는(예를 들어, 50 내지 70매) 고정 공정[도 8의 (D)], 상기 덩어리 형상체의 외형을 웨이퍼로서의 외형의 치수를 조정하기 위해 연마하는 외형 연마 공정, 상기 왁스 등을 제거하는 박리 공정[도 8의 (E)]을 거쳐서 수정 웨이퍼가 얻어진다[도 8의 (F)].

제1 및 제2 실시 형태의 연마 브러시는 절단 공정 전의 연마 가공 외에, 외형 연마 공정에 있어서의 연마 가공에서 사용할 수도 있다.

절단 공정에서의 균열이나 절결에 의한 불량 제품의 발생뿐만 아니라, 후공정에 있어서, 미소 크랙을 기점으로 크랙이 성장한 조대 크랙의 발생을 억제할 수 있어, 불량품의 발생을 억제할 수 있다.

후공정이라 함은, 예를 들어 수정 웨이퍼를 사용하여 수정 진동자를 제조하는 경우에는 연마에 의해 주파수에 맞춘 두께로 조정하는 공정, 이를 왁스 등으로 접합하는 공정, 이를 소정의 설계 치수로 절단하는 공정, 수정편의 중앙에 진동을 집중시키기 위해 엣지를 연삭하는 베벨 가공, 상기 왁스 등을 제거하는 공정, 가공 변질을 제거하여 주파수의 정밀도를 향상시키는 에칭 공정, 증착법 등에 의한 전극을 형성하는 공정, 주파수의 최종 조정 후 케이싱에 봉입하는 공정 등을 들 수 있다.

[실시예]

다음에, 상기 제1 실시 형태에 기재된 연마 브러시 및 브러시 가공 장치를 사용하여 사각 기둥 형상의 다결정계 실리콘 블록의 연마 시험을 행한 실시예에 대해 설명한다.

브러시 모재(31)에 포함되는 지립 1의 입도를 #240 및 #500(JIS R6001:1998에 규정됨)으로 하고, 브러시 모재(41)에 포함되는 지립 2의 입도를 #800 또는 #1,100으로 하였다.

브러시 모재(31)를 구비하는 제1 브러시부(30)를 9 내지 15개, 브러시 모재(41)를 구비하는 제2 브러시부(40)를 15 내지 24개, 연마 브러시(10)의 기부에 배치하였다.

연마 브러시(10)의 1,400min－1의 회전 속도로 회전시켜, 컷팅량이 0.5㎜로 되도록 연마 브러시를 이동시키는 동시에, 워크인 실리콘 블록을 20㎜/sec의 속도로 이동시켜 연마 가공을 행하였다.

연마 가공 후, 실리콘 블록의 4각 근방의 높이 위치를 다이얼 게이지로 측정하고, 이 측정 결과와 연마 가공 전의 실리콘 블록의 4각 근방의 높이 위치와 비교함으로써, 연마 가공에 의해 표면이 깎인 양(절삭량)을 측정하였다. 또한, 표면 거칠기 Ry를 표면 거칠기계로 측정하였다. 연마 가공은 표 1에 나타내는 조건에 대해 각각 3개씩 행하고, 절삭량 및 표면 거칠기 Ry는 각각 3개의 측정 결과의 평균값으로 하였다.

이 시험에 사용한 실리콘 블록의 표층에 존재하는 미소 크랙의 깊이의 최대 깊이는 60 내지 80㎛ 정도이다. 이 실리콘 블록을 연마하는 경우, 지립 A의 입도가 #500에서는 연마력이 부족해, 미소 크랙을 완전히 소멸시킬 수 없다(제4 내지 제6 비교예). 또한, #800의 지립을 함유하는 브러시 모재를 구비하는 브러시부의 개수를 늘려 배치해도 충분한 연마력을 얻을 수 없다(제2 비교예). 본 실시예에 있어서는, 지립 A의 입도가 #240이고, 또한 9개 이상 배치한 경우에 충분한 연마력을 얻을 수 있다(제1 내지 제4 실시예, 제1 비교예). 6개인 경우에는 충분한 연마력을 얻을 수 없었다(제3 비교예).

또한, 연마 후에 실리콘 블록을 슬라이스 가공하기 위해서는, 표면 거칠기 Ry는 작은 쪽이 바람직하다. 제1 내지 제4 실시예에서는, 연마 가공 후의 표면 거칠기 Ry가 1㎛ 정도, 특히 제1 실시예에서는 0.8㎛로 작은 값을 얻을 수 있었다. 제1 실시예의 경우에는, 브러시 모재 A에 의한 연마 가공에서 생긴 요철을, 제2 브러시부에 의한 연마 가공에서 충분히 완만하게 할 수 있었으므로, 표면 거칠기 Ry가 제2 내지 제4 실시예에 비해 작아졌다고 생각된다.

제1 실시예의 실리콘 블록을 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼를 작성한 경우의 불량 제품 발생률과, 연마 가공을 하고 있지 않은 실리콘 블록으로부터 실리콘 웨이퍼를 작성한 경우의 불량 제품 발생률을 비교한 바, 불량품의 발생률은 약 2％ 감소하고 있었다. 본 발명의 연마 브러시에 의해 연마 가공함으로써, 실리콘 웨이퍼를 작성할 때의 불량 제품 발생률을 감소시킬 수 있었다.

이상의 결과로부터, 상기 실시 형태의 연마 브러시에 의해, 조연마와 마무리 연마를 한번에 행할 수 있는 것을 알 수 있었다. 그때, 워크의 물성이나 연마 목적에 맞추어, 브러시 모재에 함유하는 지립의 입도나 면적비를 적절하게 선택함으로써, 보다 효율적으로 연마 가공을 행할 수 있는 것이 시사되었다.

10 : 연마 브러시
20 : 기부
30 : 제1 브러시부
31 : 제1 브러시 모재
32 : 제1 브러시 모재속
33 : 제1 브러시 홀더
40 : 제2 브러시부
41 : 제2 브러시 모재
42 : 제2 브러시 모재속
43 : 제2 브러시 홀더

Claims

회전 수단에 의해 회전 구동되어 워크의 표면을 연마하는 연마 브러시이며,
회전 수단에 연결되는 기부와,
지립을 포함하는 복수개의 브러시 모재를 결속함으로써 형성되고 기단부가 상기 기부의 저면에 연결된 복수의 브러시부를 구비하고,
상기 기부의 중심측에 배치된 브러시부에 포함되는 지립의 입도가, 상기 기부의 주변측에 배치된 브러시부에 포함되는 지립의 입도보다 큰 것을 특징으로 하는, 연마 브러시.
제1항에 있어서, 상기 브러시부는 상기 기부에 착탈 가능하게 설치되어 있는, 연마 브러시.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 브러시부는 조지립을 포함하는 브러시 모재를 구비하여 중심측에 배치된 제1 브러시부와, 상기 조지립보다 미세한 입도의 지립을 포함하는 브러시 모재를 구비하여 주변측에 배치된 제2 브러시부를 구비하고,
상기 제1 브러시부와 제2 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도는 F240 내지 #800인, 연마 브러시.
제3항에 있어서, 상기 복수의 제1 브러시부는 상기 기부의 저면에 환형상으로 배열되고,
상기 복수의 제2 브러시부는 상기 기부의 저면의 상기 복수의 제1 브러시부의 직경 방향 외측 위치에, 상기 복수의 제1 브러시부와 동심 형상으로 환형상으로 배열되어 있는, 연마 브러시.
제4항에 있어서, 상기 제1 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도가 F240 내지 #500인, 연마 브러시.
제3항에 있어서, 상기 제1 브러시부에 의한 연마 영역의 면적에 대한 상기 제2 브러시부에 의한 연마 영역의 면적의 비가 1.0 내지 3.0인, 연마 브러시.
제4항에 있어서, 상기 제2 브러시부의 직경 방향 외측 위치에, 상기 제2 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립보다 미세한 입도의 지립을 포함하는 브러시 모재를 구비한 복수의 제3 브러시부가, 상기 제2 브러시부와 동심 형상으로 배치되고,
상기 제3 브러시부의 브러시 모재에 포함되는 지립의 입도가 #800 내지 #1,200인, 연마 브러시.
제1항에 있어서, 상기 기부가, 상기 기부로부터의 상기 브러시부의 돌출 길이를 조정하는 기구를 구비하고 있는, 연마 브러시.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 브러시 모재는 지립을 포함하는 폴리에스테르 수지의 모노 필라멘트이며,
상기 폴리에스테르 수지는 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 60몰％ 이상 함유하고, 그 선 직경이 φ0.4㎜ 내지 φ1.0㎜이고,
상기 지립의 양이, 상기 폴리에스테르 수지 100중량부에 대해, 10 내지 40중량부인, 연마 브러시.
제9항에 있어서, 상기 지립은 표면에 니켈 또는 니켈을 주성분으로 하는 합금에 의해 피복된 다이아몬드 입자인, 연마 브러시.
제10항에 있어서, 상기 워크는 실리콘, 세라믹스, 수정, 사파이어, 비화갈륨, 갈륨인, 질화갈륨, 탄화규소 단결정, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 인화인듐으로 이루어지는 경취성 재료의 군으로부터 선택된 재료로 형성된 워크인, 연마 브러시.
제3항에 기재된 연마 브러시에 의해 상기 워크의 표면의 연마 가공을 행하는 방법이며,
상기 연마 브러시를 회전시키는 공정과,
상기 워크를, 상기 브러시부에 대해 상대적으로 일방향으로 이동시키는 공정과,
이동하고 있는 상기 워크의 표면에 상기 연마 브러시의 브러시 모재를 접촉시켜, 상기 제1 브러시부의 상기 브러시 모재에 의해 조연마를 행하는 공정과,
조연마를 행한 후, 이동하고 있는 상기 워크를 상기 제2 연마 영역의 상기 브러시 모재 B에 의해 마무리 연마를 행하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 연마 가공 방법.
제7항에 기재된 연마 브러시에 의해 상기 워크의 표면의 연마 가공을 행하는 방법이며,
상기 연마 브러시를 회전시키는 공정과,
상기 워크를 상기 연마 브러시의 연마면에 대해 상대적으로 일방향으로 이동시키는 공정과,
이동하고 있는 상기 워크의 표면을 상기 제1 브러시부로 조연마를 행하는 공정과,
이동하고 있는 상기 워크의 표면을 상기 제2 브러시부로 제1 마무리 연마를 행하는 공정과,
이동하고 있는 상기 워크의 표면을 상기 제3 브러시부로 제2 마무리 연마를 행하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 연마 가공 방법.
제12항에 있어서, 상기 워크는 실리콘, 세라믹스, 수정, 사파이어, 비화갈륨, 갈륨인, 질화갈륨, 탄화규소 단결정, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 인화인듐으로 이루어지는 경취성 재료의 군으로부터 선택된 재료로 형성된 워크이며,
상기 조연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 미소 크랙을 제거하고,
상기 마무리 연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 요철을 완만하게 하는, 연마 가공 방법.
제13항에 있어서, 상기 워크는 실리콘, 세라믹스, 수정, 사파이어, 비화갈륨, 갈륨인, 질화갈륨, 탄화규소 단결정, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 인화인듐으로 이루어지는 경취성 재료의 군으로부터 선택된 재료로 형성된 워크이며,
상기 조연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 미소 크랙을 제거하고,
상기 제1 마무리 연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 요철을 완만하게 하고,
상기 제2 마무리 연마를 행하는 공정에 의해 상기 워크의 표면의 요철을 더욱 완만하게 하는, 연마 가공 방법.