KR20130139736A

KR20130139736A - 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치 및 연삭·연마 가공방법

Info

Publication number: KR20130139736A
Application number: KR1020127007596A
Authority: KR
Inventors: 시게루 타나하시; 마사오 히라노; 쇼우타 사와이
Original assignee: 신토고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2013-12-23
Also published as: CN102791425B; JP5678898B2; TW201231219A; WO2012101837A1; CN102791425A; JPWO2012101837A1; KR101616529B1; TWI535531B

Abstract

본 발명은 실리콘 잉곳을 줄톱으로 절단하여 형성된 사각기둥형상의 실리콘 블록의 단면 치수를 ±0.5mm, 그 모서리부의 직각도를 ±0.1도의 공차범위 내로 가공할 수 있는 연삭기능을 가지며, 절단 형성된 실리콘 블록(W)의 표층의 마이크로 크랙을 제거할 수 있는 연마기능을 구비한 실리콘 블록의 연삭·연마 가공장치와 그 가공방법을 제공하는 것이다.
상기 연삭·연마 가공장치는, 실리콘 블록(W)을 파지하는 파지수단(1)과, 상기 실리콘 블록(W)의 단면 치수를 계측하는 계측수단(2)과, 상기 실리콘 블록(W)의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 연삭하는 연삭수단(3)과, 상기 연삭가공을 종료한 실리콘 블록(W)의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 연마하여 마이크로 크랙을 제거하는 연마수단(4)과, 실리콘 블록(W)을 파지한 상기 파지수단(1)을 계측수단(2), 연삭수단(3), 연마수단(4)이 배치된 위치 사이로 이송시키는 이송수단(5)과, 상기 각 수단을 작동시키는 제어수단(6)을 구비한다.

Description

다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치 및 연삭·연마 가공방법{A MACHINE FOR CUTTING AND GRINDING A MEMBER HAVING A SHAPE OF A POLYGONAL COLUMN AND A METHOD THEREFOR}

본 발명은 경취(硬脆)재료(hard and brittle material)의 연삭·연마 가공장치 및 연삭·연마 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 상기 피가공물의 평면부와 모서리부를 연삭 및 연마하는 기능을 구비한 연삭·연마 가공장치 및 연삭·연마 가공방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명에 관한 장치를 사용한 연삭공정에 있어서, 상기 피가공물은 소정의 규격 치수를 갖는 단면형상으로 마무리되며, 연마공정에 있어서 상기 피가공물의 표층에 존재하는 마이크로 크랙(micro crack)이 제거되는 것이다.

본 발명에 관한 피가공물인 경취재료에는, 예컨대 태양전지패널의 기체(基體)인 실리콘 웨이퍼를 제조하는 공정에서, 실리콘 잉곳으로부터 잘라내어 얻어지는 실리콘 블록이 있다. 실리콘 블록에는, 결정구조가 다른 다결정 및 단결정의 2종류가 존재한다. 이하에서는 단면형상이 사각형인 다결정 및 단결정의 실리콘 블록의 연삭·연마를 예로 들어 설명하겠는데, 본 발명에서의 피가공물의 단면형상은, 사각형으로 한정되는 것은 아니며 사각 이상의 짝수각으로 이루어지는 다각기둥 형상이어도 적합하게 이용될 수 있다.

다결정 실리콘 블록은, 용융원료를 성형몰드에 흘려 넣어 입방체 형상으로 성형한 실리콘 잉곳의 표층부(6면)를 띠톱(band saw) 혹은 줄톱(wire saw)에 의해 절단하여 제거한 다음, 단면이 사각형인 각기둥형상으로 절단하여 4개의 평면부를 형성하는 동시에, 상기 2개의 평면부가 서로 직각으로 교차하여 모서리부를 형성하며, 상기 모서리부에는 미소한 평면(모따기 가공부)이 형성되어 있다.

단결정 실리콘 블록은, 인상(引上)법에 의해 제조된 원기둥형상의 실리콘 잉곳의 양단 표층부를, 상기 실리콘 잉곳의 기둥축과 직각을 이루며 또한 서로 평행이 되도록 띠톱 혹은 줄톱을 이용하여 절단함으로써 평단면으로 한 다음, 띠톱 혹은 줄톱을 이용하여 4면을 각각이 직각을 이루도록 원기둥 표층부를 절단 제거한다. 이 때, 4면이 이루는 4개의 모서리부에는 원기둥 표층부의 일부가 미소한 원호면으로서 남도록 가공되며, 상기 절단 제거된 면이 4개의 평면부로서 형성되어 있다.

다음으로, 실리콘 블록의 가공에 관한 공지기술을 요소별로 나타낸다.

실리콘 블록의 유지기능과 그 회전기능에 관해, 실리콘 블록의 양단(길이방향의 양단부)을 유지하는 유지기구와, 실리콘 블록의 가공부(각 평면부와 각 모서리부)가 가공수단에 대향되는 위치가 되도록 상기 유지기구를 회전 제어하는 회전기구가 구비되어 있는 것이, 특허문헌 1의 단락 [0021] 및 도 6에 개시되어 있다. 연마가공하면서 실리콘 블록을 수평방향(실리콘 블록의 길이방향)으로 이동시키는 것에 대해서는, 특허문헌 1의 단락 [0020] 및 도 6에 개시되어 있으며, 반대로 연마가공하면서 연삭·연마 가공장치를 수평방향(실리콘 블록의 길이방향)으로 이동시키는 것에 대해서도 공지되어 있다.

연마공정에 관하여, 지립(砥粒)의 조도(roughness)가 거친 조(組) 연마공정과 지립의 조도가 미세한 마무리 연마공정의 2공정으로 이루어지는 것이나, 그 연마지그(jig)가 수지제 브러시에 다이아몬드 지립을 혼재시켜 도넛형상으로 형성한 회전 브러시로 이루어지는 것도 공지되어 있다.

가공하는 실리콘 블록의 종류에 관하여, 다결정 또는 단결정의 실리콘 블록 중 어느 하나를 가공하는 것이나, 그 연마지그에, 지립을 포함하는 원형상 지석이나 다이아몬드 휠(연마 휠)을 이용하여 연삭함으로써 높은 치수 정밀도를 얻을 수 있는 것도 공지되어 있다.

더욱이, 실리콘 잉곳으로부터 절단 성형하였을 때 실리콘 블록의 표층에 발생하는 마이크로 크랙이나 미소한 요철을 제거함으로써, 상기 실리콘 블록을 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼를 형성하였을 때의 균열·결함으로 인한 불량품의 발생률을 저하시킨 실리콘 블록의 가공방법에 대해서도 공지되어 있다.

또한, 실리콘 블록을 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼를 형성하는 것에 대해서도 공지되어 있다.

일본 특허공보 제4133935호

상기와 같이, 다결정 또는 단결정으로 이루어지는 실리콘 블록은, 단면형상을 사각형으로 하여 사각기둥형상이 되도록 실리콘 잉곳을 절단하여 형성한 것으로서, 그 크기는, 단면 치수가 한 변 125mm(호칭 : 5인치), 한 변 156mm(호칭 : 6인치), 한 변 210mm(호칭 : 8인치)의 정사각형 단면을 갖는 3종류가 있으며, 기둥축방향의 길이는 150~600mm의 사이에서 임의의 길이로 절단되어 형성되어 있다.

상기 실리콘 잉곳을 절단하는 방법에는, 띠톱 혹은 줄톱을 이용하는 방법이 있는데, 복수의 와이어에 의해 동시에 절단하는 줄톱은, 띠톱보다 절단효율이 높고, 상기 줄톱의 절단방법은 압력수(壓力水)의 분사압에 의해 지립을 절단부로 분사하면서 와이어를 접촉 회전시켜 절단하도록 한 유리(遊離) 지립방식이 일반적인데, 최근에 절단효율을 더욱 높일 목적으로 와이어에 지립을 용융 고정하여 고정 지립방식으로 한 새로운 와이어가 개발됨에 따라, 그 새로운 줄톱을 이용한 새로운 절단방법이 채용되어 오고 있다.

발명자들은, 새로운 줄톱의 절단효율의 향상을 확인하기 위하여, 다결정 실리콘 잉곳 및 단결정 실리콘 잉곳을 종래의 줄톱 및 새로운 줄톱을 이용하여 도 9 및 도 11에 나타낸 바와 같이 세로 5열×가로 5열 = 계 25개의 단면에 의해, 호칭 6인치(한 변 156mm의 정방형 단면을 가짐), 길이 300mm의 외형 치수를 갖는 실리콘 블록을 형성하도록 절단한 결과, 그 절단에 소요된 시간이, 종래의 줄톱으로는 8시간 이상 필요하였으나, 새로운 줄톱으로는 약 3시간만에 종료할 수 있어, 그 절단시간을 대폭 단축시킬 수 있음을 확인하였다.

상기 절단시간을 단축할 수 있었던 이유로는, 종래의 유리 지립방식의 줄톱에서는, 절단가공시에 와이어를 고속 회전시키면 지립이 비산하여 절단효율이 저하되게 되지만, 새로운 줄톱에서는, 지립이 와이어에 용융고정되어 있기 때문에 와이어의 회전에 따른 지립의 비산이 없기 때문이라 생각된다.

그러나, 다결정 실리콘 잉곳을 상기 새로운 줄톱으로 절단하였을 경우, 도 9의 4개의 모서리에 위치하는 실리콘 블록(A) 4개와, 실리콘 블록(A)의 사이에 위치하는 실리콘 블록(B) 3개 × 4부위 = 12개에 대해서는, 실리콘 잉곳의 외주면측에 면하는 절단면(실리콘 블록(A)에서는 2면, 실리콘 블록(B)에서는 1면)의 중앙이 외측으로 부푼 상태가 된다.(도 10 참조). 또, 단결정 실리콘 잉곳을 상기 새로운 줄톱으로 절단하는 경우에는, 도 11에 나타낸 바와 같이 실리콘 블록이 각각 단독으로 독립하여 절단되기 때문에, 도 12에 나타낸 바와 같이 단결정 실리콘 블록의 4개의 절단면의 중앙이 외측으로 부푼 상태로 절단되어, 그 단면 치수가 규정 외형 치수의 공차(公差) 내에 들지 못한다는 새로운 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 실리콘 블록의 외형 치수를 규정 외형 치수의 공차 내로 억제하기 위한 연삭가공장치가 요구되고 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 실리콘 잉곳으로부터 절단 형성된 실리콘 블록은, 그 평면부와 모서리부의 표층부에 표면 조도가 Ry10~20㎛(JISB0601 : 1994)인 요철과, 더욱이 표층면으로부터 깊이가 80~100㎛인 마이크로 크랙이 제조공정 중에 발생하여 존재한다. 이 때문에 그 후공정에 있어서, 줄톱으로 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼로 가공할 때, 상기 요철, 마이크로 크랙이 원인이 되어 균열·결함이 생겨 불량품이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 슬라이스 가공 전에, 상기 실리콘 블록의 표층부로부터 100㎛ 전후의 깊이까지를 연마 제거함으로써, 상기 표층면으로부터 깊이 80~100㎛에 존재하는 마이크로 크랙을 제거하기 위한 조(組) 연마능력과, Ry10~20㎛ 정도의 표면 조도를 갖는 표면을 수 ㎛ 이하의 표면 조도로 하기 위한 미세 연마능력을 구비한 가공장치가 요구되고 있다.

또한, 상기한 선행기술문헌에는, 상기 연삭가공과 연마가공의 쌍방의 기능을 구비한 가공장치의 공지기술이 개시되어 있지 않다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실리콘 잉곳을 절단하여 형성한 사각기둥형상의 다결정 실리콘 블록, 또는 단결정 실리콘 블록을 한 변 125mm(호칭 : 5인치), 한 변 156mm(호칭 : 6인치), 한 변 210mm(호칭 : 8인치) 중 어느 하나의 단면 치수로 연삭하는 연삭가공기능과, 실리콘 블록의 평면부 및 모서리부의 표면 조도를 미세화하는 동시에 표층 내부에 형성되어 있는 마이크로 크랙을 제거하는 연마가공기능을, 1대의 가공장치로 수행할 수 있도록 한 것이며, 생산효율을 향상시킨 실리콘 블록의 연삭·연마 가공장치와 그 연삭·연마 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다각기둥 형상 부재의 가공장치는, 피(被)가공물인 다각기둥 형상의 경취재료를 파지(把持)하는 파지수단(1)과, 상기 피가공물의 단면 치수의 계측, 상기 파지수단(1)이 피가공물을 파지하는 위치의 센터링(芯出)을 수행하기 위한 중심위치의 계측, 및 연삭수단(3)과 연마수단(4)의 절삭(cut-off)량이 「제로」가 되는 위치인 기점(基点) 위치를 계측하는 계측수단(2)과, 상기 피가공물의 평면부(F) 및 모서리부(C, 角部)를 그 단면 치수 및 단면 형상이 공차(公差) 내에 들도록 연삭가공하는 연삭수단(3)과, 상기 연삭가공이 종료된 피가공물의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 연마가공하여 그 표층에 존재하는 마이크로 크랙을 제거하는 연마수단(4)과, 상기 파지수단(1)에 파지된 피가공물의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 계측, 연삭, 연마하기 위해 상기 피가공물을 파지한 파지수단(1)을 상기 계측수단(2), 연삭수단(3), 연마수단(4)이 배치된 위치로 이송시키는 이송수단(5)과, 가공개시 전에 입력된 초기 설정항목 및 상기 계측수단(2)의 계측신호를 바탕으로 연산처리하여 상기 각 수단에 작동신호를 출력하는 제어수단(6)을 구비한다(제 1 발명).

상기 제 1 발명에 따르면, 본 발명의 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치는, 피가공물에 대해 상기 연삭수단(3)에 일정한 절삭을 가하여 상기 피가공물의 왜곡(distortion) 등의 형상을 조정하면서 외형 치수를 공차 내에 들도록 절삭하는 연삭가공기능과, 피가공물에 대해 상기 연마수단(4)에 일정한 압력을 가하여 상기 피가공물의 표면을 따라 모방가공하여 그 표층을 수 ㎛~ 수십 ㎛ 연마함으로써 요철이나 균열을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세하게 연마하는 연마가공기능을 구비하기 때문에, 실리콘 블록(W) 등의 다각기둥 형상 부재의 제조라인에 있어서, 단면 치수와 직각도가 공차범위에서 벗어난 다각기둥 형상 부재가 반입되었을 경우에도, 그 단면 치수 및 단면 형상을 공차 내로 가공한 다음, 표층부의 마이크로 크랙을 적확하게 제거할 수가 있다.

또한, 상기 연삭수단(3)을, 지립을 용융 고정하여 형성된 지립부(32)의 표면이 상기 피가공물의 가공면에 접촉하여 회전하도록 한 회전반(A(31))과 상기 회전반(A(31))에 회전구동원의 회전을 전달하는 회전축(A(33))으로 이루어지는 지석(砥石)으로 하고, 상기 연마수단(4)을, 지립(砥粒)을 용융고정한 브러시 모재(42, 毛材)의 모 끝부분이 피가공물의 가공면에 접촉하여 회전하도록 심어설치(植設)된 회전반(B(41))과 상기 회전반(B(41))에 회전구동원의 회전을 전달하는 회전축(B(43))으로 이루어지는 연마 브러시로 하여도 무방하다(제 2 발명).

제 2 발명에 따르면, 연삭수단(3)은, 강성이 있는 지석으로 함에 따라, 피가공물의 왜곡 등을 깎아내어 형상을 조정하는 절삭능력과 외형 치수를 공차 내에 들도록 절삭하는 연삭가공능력을 구비하고 있기 때문에 연삭가공이 적확하게 이루어지는 것이다. 또, 연마수단(4)은, 지립이 용융고정된 소재를 브러시 모재(42)로 한 연마 브러시로 함에 따라, 연마가공시에 상기 브러시 모재(42)가 피가공물의 가공면에 가압되어 그 모 끝부분이 모방하면서 접촉 회전하여 상기 피가공물의 표층을 수㎛~수십㎛ 연마함으로써 마이크로 크랙을 제거할 수 있는 동시에 표면을 미세하게 마무리하는 연마가공이 적확하게 수행될 수 있다.

또한, 상기 연마수단(4)의 연마 브러시에는, 지립을 혼합한 브러시 모재(42)를 묶어 회전반(B(41))에 탈부착할 수 있도록 하고, 브러시 모재(42)가 소모되었을 때 상기 브러시 모재(42)만 교환할 수 있도록 한 타입(도 7 및 실시예 참조)과, 도시되지 않은 브러시 모재를 회전반에 고정 부착하고, 브러시 모재가 소모되었을 때 회전반과 함께 일체로 교환하도록 한 타입(도시생략)이 있는데, 어느 것을 사용하여도 무방하다.

또, 상기 연삭수단(3)의 지석은, 그 지립부(32)에 용융 고정되는 지립의 입도(粒度)를 1종류 또는 2종류 이상으로 하고, 상기 연마수단(4)의 연마 브러시는, 그 브러시 모재(42)에 용융 고정되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 하여도 무방하다(제 3 발명).

또, 상기 연마수단(4)의 연마 브러시는, 그 브러시 모재(42)에 용융 고정되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 하고, 상기 지립의 입도가 큰(粗) 브러시 모재(42)를 회전반(B(41))의 회전중심에 가까운 내륜부(內輪部)에 심어설치하는 동시에, 상기 지립의 입도가 작은(細) 브러시 모재(42)를 회전반(B(41))의 회전중심으로부터 먼 외륜부(外輪部)에 심어설치하도록 하여도 무방하다(제 4 발명).

연마수단(4)에 채용되는 연마 브러시의 구성에 관하여, 용융고정되는 지립의 입도를 예컨대 2종류로 하였을 경우, 종래에는 지립의 입도마다 2대의 연마 브러시를 설치할 필요가 있었으나, 상기 제 4 발명에 따르면, 지립의 입도가 큰 브러시 모재(42)를 회전반(B(41))의 회전중심에 가까운 내륜부에 심어설치하는 동시에, 지립의 입도가 작은 브러시 모재(42)를 회전반(B(41))의 회전중심으로부터 먼 외륜부에 심어설치할 수가 있어, 지립의 입도가 다른 2종류의 브러시 모재(42)를 구비한 1대의 연마 브러시를 설치하면 되므로, 생산원가의 저감 및 장치의 컴팩트화를 도모할 수가 있다.

또한, 상기 연삭수단(3)을 지립의 입도가 F90~F220(JISR6001 : 1998) 및 #240~#500(JISR6001 : 1998)로 이루어지는 지석으로 하고, 상기 연마수단(4)을 지립의 입도가 #240~#500(JISR6001 : 1998)로 이루어지는 조(組) 연마용의 연마 브러시와, 지립의 입도가 #800~#1200(JISR6001 : 1998)로 이루어지는 정(精) 연마용의 연마 브러시를 구비하여도 무방하다(제 5 발명).

상기 제 3 발명 및 제 5 발명에 있어서, 상기 연삭수단(3)의 지립의 입도를 JISR6001 : 1998로 규정되는 F90~F220의 조립(粗粒) 구분, 및 #240~#500의 정(精) 연마 구분의 2그룹으로 함에 따른 이점에 대해 설명한다. 전(前)공정에 있어서 사각기둥형상으로 절단된 실리콘 블록의 경우, 그 단면 치수가 호칭 : 5인치인 경우에는 한 변 125mm±0.5mm, 호칭 : 6인치인 경우에는 한 변 156mm±0.5mm, 호칭 : 8인치인 경우에는 한 변 210mm±0.5mm 중 어느 하나의 치수로 마무리되는 것인데, 경우에 따라서는 상기 공차범위 외인 경우나, 상기 사각기둥형상의 실리콘 블록(W)의 단면형상이 일정하지 않고 각 모서리부(C)의 직각도가 90±0.1도의 각도가 허용되는 공차범위 외인 경우가 있다. 이러한 경우, 제 3 발명 및 제 5 발명에 따르면, 그 단면 치수와 단면 형상을 상기 공차 내로 하기 위해 절삭효율을 높여 연삭가공이 가능하도록 한 F90~F220의 조립 구분과, 치핑(chipping)이라 불리는 균열·결함이 발생하기 쉬운 부위(다결정 실리콘 블록(W)의 모서리부(C) 등)의 연삭가공을 할 경우, 상기 치핑의 발생을 방지하여 연삭가공이 가능하도록 한 #240~#500의 정(精) 연마 구분을 선택하여 이용할 수 있다는 이점이 있다. 또, 연삭수단(3)의 지립부(32)에 2종류의 입도를 갖는 용융 고화(固化)된 지립을 적용할 경우, 예컨대 지립부(32)의 연삭가공면에, 원형 또는 둥근 띠형상의 내륜영역과, 상기 내륜영역의 외측에 설치되는 둥근 띠형상의 외륜영역을 형성하여, 그 내륜영역에 입도가 작은 지립을 용융 고화하고, 외륜영역에 입도가 큰 지립을 용융 고화하도록 하는 동시에, 내륜영역을 외륜영역으로부터 돌출시켜 그 돌출량을 작은 지립의 절삭량으로 하여 형성할 수 있다.

또한, 상기 연마수단(4)의 지립으로서, 입도가 JISR6001 : 1998로 규정되는 #240~#500인 것을 조(組) 연마용 연마 브러시에 적용하고, #800~#1200인 것을 정(精) 연마용 연마 브러시에 적용하여 2종류의 연마 브러시를 구비하도록 함으로써, 상기 조(組) 연마용 연마 브러시의 고 연마능력에 의해 실리콘 블록(피가공물)의 표층부에 존재하는 마이크로 크랙을 효율적이고 적확하게 제거한 다음, 상기 정(精) 연마용 연마 브러시의 미세 연마능력에 의해 상기 조(組) 연마가공에서 거칠어진 표층부의 표면 조도를 미세하게 연마할 수 있게 되어, 후공정에서의 균열이나 결함의 발생을 없앨 수 있게 되었다.

또한, 상기 계측수단(2)이, 기준 블록(15)과, 계측구(A(21,21))와, 계측구(B(22))로 이루어지고,

상기 기준 블록(15)은 양측에 형성되며, 기지(旣知)의 간격을 갖는 기준면을 구비하고, 기준 블록(15)의 기둥축방향이 가공되는 피가공물의 기둥축방향과 평행이 되도록, 파지수단(1)의 클램프 축(13)의 일방(一方)에 일체적으로 설치되어 있으며,

계측구(A(21,21))는, 상기 기준 블록(15)의 대향되는 기준면의 위치, 및 피가공물이 대향되는 평면부(F)의 위치 또는 대향되는 모서리부(C)의 위치를 상기 피가공물의 기둥축방향과 직교하는 양측 방향으로부터 수평방향으로 계측함으로써 피가공물의 외형 치수를 계측하며,

계측구(B(22))는, 상기 피가공물의 상면측 평면부(F) 또는 상면측 모서리부(C)의 수직방향의 높이 위치를 계측하는 구성으로 하여도 무방하다(제 6 발명).

제 6 발명에 따르면, 예컨대 상기 피가공물이 사각 기둥형상의 실리콘 블록(W)인 경우를 예로 들어 설명하면, 계측구(A(21,21))에 의해, 파지수단(1)에 구비된 기준 블록(15)의 기준면의 위치와 실리콘 블록(W)의 평면부(F) 또는 모서리부(C)의 위치를, 기둥축방향과 직교하는 양측방향(도 1 및 도 4의 Y방향)으로부터 계측함으로써, 상기 실리콘 블록(W)의 대향되는 평면부(F) 또는 모서리부(C)의 간격의 실치수(도 1 및 도 4의 Y방향에서의 치수)를 계측하는 동시에 대향되는 평면부(F)의 중심위치를 계측할 수가 있다. 또, 계측구(B(22))에 의해 상기 실리콘 블록(W)의 상면측 평면부(F) 또는 상면측 모서리부(C)의 수직방향(도 2 및 도 4의 Z방향)의 높이 위치를 계측함으로써, 수직방향(도 2 및 도 4의 Z방향)에서의 상기 실리콘 블록(W)의 중심위치를 계측할 수가 있다.

상기 제 1 발명에 기재된 계측수단(2)의 작용에 대해, 상기 제 6 발명의 계측수단(2)에 기재된 구성요건을 이용하여 보충 설명을 하자면,

<1>의 단면 치수의 계측이란, 상기 실리콘 블록(W)의 2개의 평면부(F) 또는 2개의 모서리부(C) 사이의 실치수를 상기 계측구(A(21,21))에 의해 계측하여 그 결과를 제어수단(6)에 기억시키는 것이며,

<2> 파지수단(1)이 상기 실리콘 블록(W)을 파지할 때, 파지하는 위치의 센터링을 수행하기 위한 중심위치란, 파지수단(1)의 기대(11) 상에 재치(載置)된 상기 실리콘 블록(W)의 도 1 및 도 4에 나타낸 Y방향의 중심 위치이다. 상기 중심 위치는, 계측수단(2)의 계측구(A(21))의 계측값에 기초하여 산출된다. 그리고 산출된 상기 실리콘 블록(W)의 중심 위치를 파지수단(1)의 중심에 일치시키기 위하여, 도 1 및 도 3에 나타낸 가압구(12,12)가 앞뒤로 움직여 상기 실리콘 블록(W)의 위치결정을 수행한다.

또, 도 2 및 도 4에 나타낸 Z방향의 중심위치는, 계측수단(2)의 계측구(B(22))의 계측값에 기초하여 산출된다. 그리고 산출된 상기 실리콘 블록(W)의 높이방향 중심위치를 파지수단(1)의 높이방향 중심과 일치시키기 위하여, 기대(11)가 상하로 움직여 위치결정을 수행한다. 이와 같이 하여, 상기 실리콘 블록(W)의 기둥축방향의 양단면의 중심위치를 클램프 축(13,13)의 중심위치에 일치시키도록 하여 파지시킬 수 있게 된다.

<3> 연삭수단(3)과 연마수단(4)의 절삭량이 「제로」가 되는 위치에 상당하는 기점의 위치를 기억시키기 위해 이하의 처리가 수행된다.

먼저, 상기 기준 블록(15)의 대향되는 기준면의 간격 치수(이 간격 치수는 이미 인지되어 있으며 미리 제어수단(6)에 입력되어 있음)를 도 1 및 도 4에 나타낸 계측수단(2)의 계측구(A(21,21))에 의해 계측하여 제어수단(6)에 기억시키며,

다음으로, 상기 연삭수단(3) 및 연마수단(4)의 선단부를 기준 블록(15)의 기준면에 각각 접촉시키고, 그 접촉위치와, 상기 <1>에 의해 계측하여 제어수단(6)에 기억시킨 연삭·연마 가공 전의 상기 실리콘 블록(W)의 2개의 평면부(F) 또는 2개의 모서리부(C) 사이의 실치수에 기초하여, 연삭수단(3)과 연마수단(4)의 절삭량이 「제로」가 되는 위치에 상당하는 기점의 위치를 연산처리하여 구하여, 결과를 제어수단(6)에 기억시킨다.

또한, 상기 계측수단(2)에는, 계측하는 부위에 직접 접촉시켜 계측하는 접촉식과, 레이저 광을 방사하여 계측하는 비접촉식이 있는데, 어느 것을 이용하여도 무방하다.

또, 상기 제 1 발명에 기재된 제어수단(6)에 입력된 초기 설정항목 및 계측수단(2)의 계측신호에 기초하여, 상기 제어수단(6)에 의해 연산처리가 수행되며, 그 연산결과에 기초한 작동신호에 의해, 파지수단(1), 계측수단(2), 연삭수단(3), 연마수단(4), 이송수단(5)의 각 수단이 제어된다.

즉, 상기한 계측수단(2)의 작용에 관한 보충 설명에서 상술한 <1>, <2>, <3>의 각 단계에서 제어수단(6)이 연산처리를 수행하는 동시에, 결과를 기억하며, 그 기억된 결과와 제어수단(6)에 입력된 연삭·연마 가공 후의 단면 치수에 기초하여, 연삭수단(3), 연마수단(4)의 절삭량이 자동 설정된다. 가공되는 실리콘 블록(W)의 종류(다결정 또는 단결정)가 다결정인 경우에는, 후기하는 제 13 발명에 기재된 가공공정이 되도록, 상기 실리콘 블록(W)을 파지한 파지수단(1)을 이송하는 이송수단(5)을 작동시키며, 또한, 단결정인 경우에는 후기하는 제 14 발명에 기재된 가공공정이 되도록 상기 실리콘 블록(W)을 파지한 파지수단(1)을 이송하는 이송수단(5)을 작동시킨다. 더욱이, 단결정의 실리콘 블록(W)의 경우, 모서리부(C)의 가공에 있어서는, 상기 회전기구(14)의 「연속회전」에 대한 설명에서도 상술한 바와 같이, 상기 단결정 실리콘 블록(W)을 파지하는 클램프 축(13)을 제어수단(6)에 별도로 입력 설정한 회전속도로 연속하여 회전시키는 것이다.

또, 상기 제어수단(6)은,

상기 기준블록(15)의 양측의 기준면에 연삭수단(3)의 선단(先端) 및 연마수단(4)의 선단을 각각 접촉시켜 상기 연삭수단(3)의 선단 및 연마수단(4)의 선단의 기점(절삭량 「제로」의 위치)을 연산처리하는 기능과, 상기 계측구(A(21))에 의해 상기 기준블록(15)의 양측의 기준면과 피가공물의 양측의 2개의 평면부(F) 또는 2개의 모서리부(C)의 위치를 계측하여 피가공물의 단면 치수를 연산처리하는 기능과,

상기 피가공물을 파지수단(1)의 기대(11)에 재치하고 그 양측을 가압구(12)에 의해 위치결정한 상태에서 상기 계측구(A(21)) 및 계측구(B(22))에 의해 상기 피가공물의 측면 위치를 동시에 계측하여 피가공물의 양단면을 파지하는 상기 클램프 축(13)의 축심(軸心) 위치를 상기 피가공물의 기둥축과 일치시키는 센터링을 위한 연산처리를 수행하는 기능과,

가공개시 전에 입력된 상기 초기설정항목과 상기 계측수단(2)이 출력하는 계측신호에 의해 연산처리하여 상기 연삭·연마 가공장치의 각 수단에 작동신호를 출력하는 기능을 구비하여도 무방하다(제 7 발명).

상기 제 7 발명에 기재된, 연삭수단과 연마수단의 선단의 기점(절삭량「제로」의 위치)을 연산처리하는 빈도에 대해 설명하도록 한다.

연삭수단은, 연삭가공할 때마다 기준 블록의 양측의 기준면에 연삭수단의 선단을 접촉시켜 절삭량 「제로」의 위치에 대한 연산처리를 수행하고서 절삭량을 설정하여 연삭가공을 수행하도록 되어 있는데, 연마수단은, 새로운 연마 브러시로 교환했을 때에만 기준 블록의 양측의 기준면에 연마수단의 선단을 접촉시켜 절삭량 「제로」의 위치에 대한 연산처리를 수행한다. 따라서, 연마가공에서의 연마 브러시의 절삭량에 대한 설정은, 연마 브러시를 연마가공에 사용한 횟수를 카운트하여 브러시 모재 선단의 절삭량을 조정하여 연마가공을 수행하게 되어 있다.

제 7 발명에 따르면, 제어수단(6)에 본 발명의 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치를 자동화하기 위한 각 기능을 부여하였기 때문에, 피가공물의 평면부(F)와 모서리부(C)의 연삭가공과 연마가공을 적확하게 실시할 수 있는 동시에 노동력 절감을 도모할 수가 있다.

또, 상기 피가공물의 단면은 사각형이며, 연삭·연마가공을 하는 사각기둥형상의 피가공물의 단면 치수와 그 공차를 한 변 125mm±0.5mm(호칭 : 5인치), 한 변 156mm±0.5mm(호칭 : 6인치), 한 변 210mm±0.5mm(호칭 : 8인치) 중 어느 하나로 하고, 상기 사각기둥형상의 피가공물의 2개의 평면부(F)가 서로 교차하는 모서리부(C)의 직각도를 단면형상의 공차로서 90도±0.1도로 설정하여도 무방하다(제 8 발명).

제 8 발명에 따르면, 제어수단(6)에 가공개시 전에 입력된 초기설정항목 중의 피가공물의 연삭·연마가공 후의 단면 치수 및 그 공차에 기초하여 연삭·연마가공을 할 수가 있다.

또한, 상기 파지수단(1)은,

사각기둥형상의 피가공물을 그 기둥축이 수평이 되도록 재치하여 수직방향으로 상하이동이 가능하게 한 기대(基臺 ; 11)와,

상기 기대(11)를 사이에 끼운 양측에 상기 피가공물의 기둥축과 직교하는 방향으로 진퇴동작시켜 피가공물의 양측을 가압하여 상기 기대(11)의 중심에 피가공물의 기둥축을 위치결정하는 가압구(12)와,

축심을 상기 피가공물의 기둥축과 동일한 방향으로 배치하고, 상기 피가공물의 기둥축방향 양단측에 배치된 클램프 축(13,13)으로서, 상기 클램프 축(13,13)의 일방을 전진시켜 상기 기대(11)의 중심에 위치결정된 피가공물의 양단면을 파지하도록 한 클램프 축(13,13)과,

상기 클램프축(13,13)을 그 축심을 중심으로 하여 간헐 회전 또는 연속 회전하도록 한 회전기구(14)를 구비하여도 무방하다(제 9 발명).

상기 클램프 축(13,13)은, 피가공물의 기둥축방향 양단면을 파지하는 동시에 상기 피가공물의 기둥축방향의 치수를 계측하여 제어수단(6)에 기억시키는 기능을 구비하고 있다. 따라서, 상기 피가공물의 기둥축방향의 치수 계측 결과에 기초하여, 피가공물을 계측·연삭가공·연마가공하기 위해 계측수단(2), 연삭수단(3), 연마수단(4)의 각 수단이 배치된 위치로 이송하는 이송수단(5)의 이송거리를 제어할 수 있게 된다. 또, 클램프 축(13,13) 중 일방은 회전기구(14)에 연결되어 있어, 상기 피가공물을 회전 구동할 수 있게 되어 있다. 그리고, 타방(他方)은 종동측 클램프 축이 된다.

상기 회전기구(14)의 「간헐 회전」이란, 피가공물의 가공해야 할 면이, 연삭수단(3) 또는 연마수단(4)에 대향되는 위치가 되도록 회전시켜 회전방향의 위치맞춤을 수행하기 위한 것이다. 즉, 가공개시 전에 제어수단(6)에 입력된 실리콘 블록(W)의 종류에 기초하여 가공순서가 결정되며, 그 가공순서에 따라서 회전기구(14)에 작동신호가 출력된다. 회전기구(14)는 그 작동신호에 기초하여 클램프 축(13)을 회전시키기 때문에, 클램프 축(13)에 파지되어 있는 실리콘 블록(W)의 연삭가공 또는 연마가공을 실시해야 할 2개의 평면부(F) 또는 모서리부(C)를, 연삭수단(3) 또는 연마수단(4)에 대향되는 위치가 되도록 회전시킬 수 있다. 다결정 실리콘 블록(W)을 가공하는 경우를 예로 들어 이하에 설명한다.

대향되는 한 쌍의 평면부(F)에 대한 가공을 종료하고, 나머지 한 쌍의 평면부(F)의 가공을 수행할 때, 실리콘 블록(W)은 90도 회전되고 나머지 한 쌍의 평면부(F)가 가공된다. 그리고 2쌍의 평면부(F), 즉 4개의 평면부(F)의 가공을 종료한 후에 상기 실리콘 블록(W)은 45도 회전되어, 대향되는 한 쌍의 모서리부(C)가 가공된다. 그리고, 상기 실리콘 블록(W)은 더욱 90도 회전되어 나머지 한 쌍의 모서리부(C)의 가공이 실시되고, 모든 평면부(F) 및 모서리부(C)의 가공이 종료된다.

상기 회전기구(14)의 「연속 회전」이란, 가공면의 형상이 원호형상인 피가공물(예컨대 단결정 실리콘 블록(W))의 모서리부(C)를 연삭가공 또는 연마가공할 경우에, 상기 피가공물을 연속하여 회전시키면서 가공하는 것이다. 상기 피가공물을 파지하는 클램프 축(13)은, 별도로 입력 설정한 회전속도에 따라서 연속하여 회전하게 되어 있다.

상기 제 9 발명에 따르면, 상기 제 6 발명의 계측수단(2)의 각 기능과 병용함으로써, 기대(11)에 재치된 피가공물의 기둥축방향과 직교하는 수평방향(도 1 및 도 4의 Y방향)과 수직방향(도 2 및 도 4의 Z방향)의 센터링을 수행한 후에 클램프 축(13,13)이 피가공물의 기둥축 양단면의 중심위치에 적확하게 파지가능하며, 더욱이, 피가공물을 연삭가공 또는 연마가공할 때, 피가공물의 상술한 바와 같은 「간헐 회전」 및 「연속 회전」을 적확하게 수행할 수가 있다.

또한, 제 1 발명에 있어서, 상기 피가공물을 사각기둥형상의 실리콘 블록으로 하여도 무방하다(제 10 발명).

또, 피가공물인 다각기둥 형상의 경취재료를 파지하는 파지수단(1)과,

상기 피가공물의 단면 치수의 계측, 상기 파지수단(1)의 피가공물을 파지하는 위치의 센터링, 그리고 연삭수단(3)과 연마수단(4)의 절삭량을 「제로」로 한 기점의 위치를 계측할 때 사용하는 계측수단(2)과,

상기 피가공물의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 연삭가공하는 연삭수단(3)과,

상기 피가공물의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 연마가공하는 연마수단(4)과,

상기 파지수단(1)에 파지된 피가공물을 상기 계측수단(2), 연삭수단(3), 연마수단(4)이 배치된 위치로 이송시키는 이송수단(5)과,

가공개시 전에 입력된 초기설정항목 및 상기 계측수단(2)에 의해 계측된 계측값을 바탕으로 연산처리하여 상기 각 수단에 작동신호를 출력하는 제어수단(6)을 구비한 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치에 의한 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법은,

상기 연삭수단(3)에 의해 상기 피가공물을 연삭가공한 다음, 상기 연마수단(4)에 의해 상기 피가공물을 연마가공한다(제 11 발명).

또, 상기 제 11 발명에 있어서, 상기 피가공물의 단면은 사각형이며, 상기 연삭수단(3)에 사용되는 지석의 지립의 입도를 F90~F220(JISR6001 : 1998) 및#240~#500(JISR6001 :1998)로 하고, 상기 연마수단(4)의 조(組) 연마용 연마 브러시에 사용하는 지립의 입도를 #240~#500(JISR6001 : 1998)로 하고, 상기 연마수단(4)의 정(精) 연마용 연마 브러시에 사용하는 지립의 입도를 #800~#1200(JISR6001 : 1998)로 하며, 연삭·연마가공을 수행하는 사각기둥형상의 피가공물의 단면 치수와 그 공차를 한 변 125mm±0.5mm(호칭 : 5인치), 한 변 156mm±0.5mm(호칭 : 6인치), 한 변 210mm±0.5mm(호칭 : 8인치) 중 어느 하나로 하고, 상기 사각기둥형상의 피가공물의 2개의 평면부(F)가 서로 교차하는 모서리부(C)의 직각도를 단면형상의 공차로서 90도±0.1도로 한 구성의 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법으로 하여도 무방하다(제 12 발명).

또한, 상기 제 11 발명 또는 제 12 발명에 있어서, 연삭수단(3)에서의 가공 여유(machining allowance)를 20㎛~700㎛로 하고, 연삭수단(3)에 있어서 피가공물의 표면 조도를 Ry2.0~10.0㎛(JISB0601 : 1994)가 되도록 연삭가공한 후, 연마수단(4)에서의 가공 여유를 75㎛ 이상으로 하고, 연마수단(4)에 있어서 피가공물의 표면 조도를 Ry1.1㎛(JISB0601 : 1994) 이하가 되도록 연마가공하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법으로 하여도 무방하다(제 13 발명).

또, 제 11 발명에 있어서, 상기 피가공물이 사각기둥형상의 실리콘 블록인 다각기둥 형상의 연삭·연마 가공방법으로 하여도 무방하다(제 14 발명).

또, 상기 제 13 발명에 있어서, 상기 피가공물이 다결정 실리콘 블록(W)이며, 상기 다결정 실리콘 블록(W)의 가공공정을 평면부(F)의 연삭가공, 모서리부(C)의 연삭가공, 평면부(F)의 연마가공의 순으로 수행하도록 한 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법으로 하여도 무방하다(제 15 발명).

상기 제 15 발명에 있어서, 연마가공을, 4개의 평면부(F)만 수행하고 모서리부(C)에 대해서는 하지 않도록 하는 것은, 마이크로 크랙의 발생부위가 평면부(F)가 대부분이며, 모서리부(C)에서는 평면부(F)와의 접합부위 근방에 마이크로 크랙이 존재하기 때문에, 4개의 평면부(F)를 75㎛ 이상 연마가공하면, 모서리부(C)와 평면부(F)의 접합부위 근방에 존재하는 마이크로 크랙도 동시에 제거할 수 있기 때문이다.

또, 상기 제 13 발명에 있어서, 상기 피가공물이 단결정 실리콘 블록(W)이며, 상기 단결정 실리콘 블록(W)의 가공공정을 평면부(F)의 연삭가공, 모서리부(C)의 연삭가공, 모서리부(C)의 연마가공, 평면부(F)의 연마가공의 순으로 수행하도록 한 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법으로 하여도 무방하다(제 16 발명).

상기 제 16 발명에 있어서, 모서리부(C)의 연마가공을 평면부(F)의 연마가공 전에 수행하도록 한 것은, 상기 다결정 실리콘 블록(W)과 마찬가지로, 단결정 실리콘 블록(W)의 경우에도 모서리부(C)와 평면부(F)의 접합 부위 근방에 마이크로 크랙이 존재하는 경우가 많으며, 평면부(F)를 연마가공하면 상기 마이크로 크랙을 제거할 수 있기 때문이다.

본 발명은, 예컨대 피가공물이 실리콘 잉곳을 줄톱으로 절단하여 형성된 사각기둥형상의 실리콘 블록(W)의 경우,

(1) 상기 실리콘 블록(W)을, 예컨대, 한 변 125mm(호칭 : 5인치), 한 변 156mm(호칭 : 6인치), 한 변 210mm(호칭 : 8인치)이며, 그 치수 공차가 ±0.5mm인 단면 치수로 마무리하는 동시에, 그 평면부(F)가 서로 교차하여 형성되는 모서리부(C)의 직각도의 공차를 ±0.1도가 되는 단면형상으로 제작하는 연삭기능과,

(2) 상기 실리콘 블록(W)의 표층의 마이크로 크랙을 제거하여 표면 조도를 미세하게 하는 연마기능의 양 기능을 구비하며,

(3) 가공하는 실리콘 블록(W)이 본 발명의 연삭·연마 가공장치에 반입되고 나서 연삭·연마 가공을 종료하고 반출될 때까지의 각 공정을 자동화할 수 있도록 하였기 때문에, 연삭·연마 가공을 적확하게 수행할 수 있는 동시에 노동력 절감을 도모할 수가 있다.

또한, 실리콘 블록(W)의 제조라인에서의 실리콘 잉곳의 절단공정에 있어서, 단면 치수와 직각도가 규격에서 벗어난 실리콘 블록(W)이 본 발명의 연삭·연마 가공장치에 반입되었을 경우에도, 연삭수단(3)으로서 지석을 사용함에 따라 단면 치수 및 단면형상을 공차 내로 억제하도록 하여 가공할 수가 있다. 또, 연마수단(4)으로서 연마 브러시를 사용함에 따라 마이크로 크랙을 제거할 수 있다. 그 결과, 상기 실리콘 블록(W)을 다음 공정에서 줄톱을 이용하여 수백 ㎛의 두께로 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼를 형성했을 경우, 실리콘 웨이퍼의 외형 치수를 공차 내로 가공할 수 있는 동시에, 실리콘 웨이퍼의 슬라이스 가공시에 발생하는 균열·결함을 억제할 수 있어 불량품의 발생률을 저감시킬 수가 있다.

또, 실리콘 블록(W)을 파지하는 파지수단(1)의 클램프 축(13,13)에, 상기 클램프 축(13,13)을 「간헐 회전」또는「연속 회전」시키는 회전기구(14)를 설치하였기 때문에, 실리콘 블록(W)의 모서리부(C)의 형상이 C면(평탄한 모따기 면) 형상을 한 다결정 실리콘 블록(W)과, 원호형상을 한 단결정 실리콘 블록(W)의 쌍방에 대하여 연삭·연마 가공이 가능하게 되어 있다. 따라서, 다결정 실리콘 블록(W) 및 단결정 실리콘 블록(W)의 양자에 대한 가공공정을 자동화할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 연삭·연마장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 파지수단의 기대(基臺)에 실리콘 블록을 재치한 상태를 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 파지수단의 기대 상에 실리콘 블록을 재치한 상태를 나타내는 도면으로서, 가압구가 해제되어 있는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 계측수단의 계측구의 배치를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 연삭수단으로서 사용되는 지석의 정면도이다.
도 6은 도 5의 지석의 바닥면도이다.
도 7은 본 발명의 연마수단으로서 사용되는 연마 브러시의 정면도이다.
도 8은 도 7의 연마 브러시의 바닥면도이다.
도 9는 다결정 실리콘 잉곳을 줄톱으로 절단하여, 실리콘 블록(A,B,C)을 형성할 때의 사시도이다.
도 10은 다결정 실리콘 블록(A,B,C)의 사시도이다.
도 11은 단결정 실리콘 잉곳을 줄톱으로 절단하는 상태를 평면에서 본 설명도이다.
도 12는 단결정 실리콘 블록의 사시도이다.
도 13은 다결정 실리콘 블록과 단결정 실리콘 블록의 가공공정을 설명하는 플로우차트이다.

본 발명에 관한 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마장치의 구성과 그 조작 순서에 대해 사각기둥형상의 실리콘 블록의 가공을 예로 들어 도면을 이용하여 설명하도록 한다.

본 발명의 실리콘 블록의 연삭·연마장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이,

사각기둥형상의 실리콘 블록(W)을 파지하는 파지수단(1)과,

상기 실리콘 블록(W)의 단면 치수의 계측, 상기 파지수단(1)의 실리콘 블록(W)을 파지하는 위치의 센터링, 그리고 연삭수단(3)과 연마수단(4)의 절삭량을 「제로」로 하는 기점의 위치를 산출하기 위해 필요한 계측수단(2)과,

상기 실리콘 블록(W)의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 연삭가공하여, 한 변 125mm(호칭 : 5인치), 한 변 156mm(호칭 : 6인치), 한 변 210mm(호칭 : 8인치) 중 어느 하나의 단면 치수로 연삭하는 연삭수단(3)과,

상기 연삭가공을 종료한 실리콘 블록(W)의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 연마가공하여 그 표층에 존재하는 마이크로 크랙을 제거하는 연마수단(4)과,

상기 파지수단(1)에 파지된 실리콘 블록(W)의 평면부(F) 및 모서리부(C)를 계측, 연삭, 연마하기 위해 상기 실리콘 블록(W)을 파지한 파지수단(1)을 상기 계측수단(2), 연삭수단(3), 연마수단(4)이 배치된 위치로 이송시키는 이송수단(5)과,

가공개시 전에 입력된 초기설정항목 및 상기 계측수단(2)의 계측신호를 바탕으로 연산처리하여 상기 각 수단에 작동신호를 출력하는 제어수단(6)으로 구성되어 있다.

가공개시 전에, 기준 블록(15)의 양측에 형성된 기준면의 간격 치수(이미 인지되어 있음)와, 가공하는 실리콘 블록(W)의 종류(다결정 또는 단결정)와, 상기 실리콘 블록(W)의 연삭·연마 가공 후의 단면치수 및 그 공차와, 단결정 실리콘 블록(W)의 모서리부(C)를 가공할 때의 회전기구(14)의 회전속도와, 연삭수단(3) 및 연마수단(4)의 외형 치수, 지립의 입도, 회전속도와, 이송수단(5)에 의한 연삭·연마 가공중인 실리콘 블록(W)의 이송속도로 이루어지는 상기 초기설정항목을 제어수단(6)에 입력한다.

상기 제어수단(6)에 입력하는 연삭·연마 가공중인 실리콘 블록(W)의 이송속도는, 연삭가공 또는 연마가공의 흔적이 남지 않는 범위로 설정할 필요가 있으며, 다결정 실리콘 블록(W)의 평면부(F)와 모서리부(C), 그리고 단결정 실리콘 블록(W)의 평면부(F)를 가공할 때에는 10~40mm/초로 설정하고, 단결정 실리콘 블록(W)의 모서리부(C)를 가공할 때에는 10mm/초 이하로 설정한다. 적절한 이송속도를 설정하기 위해서는, 연삭·연마 가공의 지립의 입도, 절삭량, 회전속도의 설정조건을 고려할 필요가 있으며, 예컨대, 지립의 입도가 크면 이송속도를 상기 범위 중의 느린 영역으로 설정하고, 지립의 입도가 작으면 이송속도를 상기 범위 중의 빠른 영역으로 설정할 필요가 있다.

상기 제어수단(6)에 설치된 가공개시 스위치를 ON함에 따라, 가공되는 실리콘 블록(W)이 반입용 컨베이어(가)로부터 도시되지 않은 이재(移載)장치를 통해 도 2에 도시된 파지수단(1)의 기대(11)상에 설치된다. 그 후, 상기 실리콘 블록(W)의 양측으로부터 도 1 및 도 3에 도시된 가압구(12)가 각각 전진하여, 클램프 축선(13)과 양측에 배치된 연삭수단(3)과 연마수단(4)의 중앙(도 1에 기재된 Y방향의 중앙)을 잇는 선 상에 위치결정된다. 이 상태에서 클램프 축(13)의 일방이 X방향이며, 실리콘 블록(W)쪽을 향해 전진하여, 상기 클램프 축(13)에 의해 실리콘 블록(W)이 파지된다.

상기 파지수단(1)이, 이송수단(5)에 의해 연삭수단(3)과 연마수단(4)이 배치된 위치로 이송되어, 상기 파지수단(1)에 재치된 기준 블록(15)의 양측의 기준면에 연삭수단(3)의 지립부(32)의 선단을 접촉시키는 동시에, 연마수단(4)의 조(組) 연마용 및 정(精) 연마용의 브러시 모재(42)의 선단을 각각 접촉시킨다. 이로써, 상기 연삭수단(3)의 지립부(32)와, 연마수단(4)의 조(組) 연마용 및 정(精) 연마용의 브러시 모재(42)의 절삭량을 「제로」로 하는 기점의 위치가 제어수단(6)에 기억된다. 절삭량이란, 실리콘 블록(W)의 표면(피가공면)을 「제로(기점)」로 하여, 연삭수단(3)의 지립부(32) 및 연마수단(4)의 브러시 모재(42) 선단의, 상기 기점으로부터 기둥축방향으로의 이동량을 나타낸다. 즉, 연삭수단(3) 및 연마수단(4)에 의한 절삭량에 의해 실리콘 블록(W)의 가공 여유가 결정된다.

이상은, 다결정, 단결정의 실리콘 블록(W)에 공통되는 조작순서이며, 이하에서는 다결정 실리콘 블록(W)을 연삭·연마 가공하는 경우의 조작순서에 대해 설명한다.

다음으로, 상기 파지수단(1)이 계측수단(2)이 배치된 위치로 이송되고, 도 4에 나타낸 바와 같이 다결정 실리콘 블록(W)의 양측의 서로 대향되는 한 쌍의 평면부(F)를 계측구(A(21))에 의해 계측하여, 한 쌍의 평면부(F)의 Y방향의 위치가 제어수단(6)에 기억되며, 상기 다결정 실리콘 블록(W)의 Y방향의 두께 치수가 연산된다. 그 두께 실치수와, 미리 입력설정된 「연삭·연마 가공 후의 단면 치수」에 기초하여, 도 5 및 도 6에 나타낸 회전반(A(31))에 지립부(32)가 형성된 지석으로 이루어지는 연삭수단(3)의 절삭량이 자동 설정된다.

상기 파지수단(1)이 이송수단(5)에 의해 연삭수단(3)이 배치된 위치로 이송되어, 한 쌍의 평면부(F)가 연삭수단(3)에 의해 연삭 가공된다. 연삭가공 후, 계측구(A(21))에 의해 단면 치수가 상기 가공 치수의 공차 내임을 확인한 후, 회전기구(14)에 의해 파지수단(1)의 클램프 축(13)을 90도 간헐 회전시켜, 상기 한 쌍의 평면부(F)의 연삭가공과 마찬가지로 나머지 한 쌍의 평면부(F)가 연삭가공되고, 4개의 평면부(F)의 연삭가공이 종료된다.

다음으로, 상기 파지수단(1)이 다시 계측수단(2)이 배치된 위치로 이송되고, 회전기구(14)에 의해 클램프 축(13)이 45도, 간헐 회전함에 따라, 상기 클램프 축(13)에 파지되어 있는 다결정 실리콘 블록(W)의 서로 대향되는 한 쌍의 모서리부(C)가 수평방향으로 마주하게 된다. 이 상태에서, 계측구(A(21))에 의해 한 쌍의 모서리부(C)의 양면 위치를 계측하여, 한 쌍의 모서리부(C)의 간격 실치수가 연산되는 동시에, 연삭수단(3)의 절삭량이 자동 설정된다.

상기 파지수단(1)이 이송수단(5)에 의해 다시 연삭수단(3)이 배치된 위치로 이송되어 한 쌍의 모서리부(C)가 연삭가공되고, 계측구(A(21))에 의해 단면 치수가 상기 가공 치수의 공차 내임을 확인한다. 그 후, 회전기구(14)에 의해 파지수단(1)의 클램프 축(13)을 90도 간헐 회전시켜 상기 한 쌍의 모서리부(C)의 연삭가공과 마찬가지로 나머지 한 쌍의 모서리부(C)를 연삭가공하여, 상기 다결정 실리콘 블록(W)의 단면 치수가 상기 가공 치수의 공차 내가 되도록 연삭 가공하게 되어 있다.

연삭가공을 종료한 다결정 실리콘 블록(W)은, 다음에 나타내는 조작순서에 따라서 연마수단(4)에 의한 연마가공이 수행된다. 상기 연마가공에 의해, 4개의 평면부(F)의 표층의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에, 단면 치수가 상기 가공 치수의 공차 내가 되도록 가공된다.

상기 연마수단(4)에는, 지립의 입도가 다른 조(組) 연마가공용 브러시 모재(42)와 정(精) 연마가공용 브러시 모재(42)로 이루어지는 연마 브러시가 사용된다. 상기 브러시 모재(42)를 도 7 및 도 8에 나타낸다. 여기서, 연마가공하는 평면부(F)의 단면 치수의 계측방법과, 조(組) 연마가공용 및 정(精) 연마가공용 연마 브러시의 절삭량 설정방법과, 조(組) 연마가공 및 정(精) 연마가공의 조작순서는, 상기 연삭가공의 조작순서와 같다. 또한, 다결정 실리콘 블록(W)의 연마가공에서는, 상술한 바와 같이 4개의 평면부(F)만 연마가공함으로써 종료되며, 모서리부(C)의 연마가공은 이루어지지 않는다.

연삭가공과 연마가공이 종료된 상기 다결정 실리콘 블록(W)은, 이송수단(5)에 의해 파지수단(1)과 함께 원래의 위치로 복귀되며, 클램프 축(13)과 가압구(12)에 의한 파지상태가 해제된다. 그 후, 도시되지 않은 이재장치에 의해, 가공이 완료된 다결정 실리콘 블록(W)은 도 1에 도시된 반출용 컨베이어(나)로 이재되어 반출되게 된다.

이상, 다결정 실리콘 블록(W)의 연삭·연마가공의 조작순서를 설명하였다. 다음으로, 단결정 실리콘 블록(W)의 경우의 연삭·연마가공의 조작순서에 대해 설명하도록 한다.

상기 식별번호 <0095>~<0096>에 기재된 제어수단(6)의 가공 개시 스위치를 ON시키면, 연삭·연마가공되는 단결정 실리콘 블록(W)이, 파지수단(1)의 기대(11) 상에 설치되어, 그 양측이 가압구(12)에 의해 파지되는 동시에 클램프 축(13)에 의해 양단면이 파지되게 된다. 상기 단결정 실리콘 블록(W)은, 모서리부(C)의 형상이 실리콘 잉곳의 일부를 남겨 두고 형성된 원호형상이기 때문에, 모서리부(C)의 연삭·연마가공시에는, 상기 단결정 실리콘 블록(W)을 연속 회전시켜야만 한다. 따라서, 단결정 실리콘 블록(W)을 파지하는 클램프 축(13)의 축심이 실리콘 블록(W)의 기둥축과 일치하도록 위치결정(센터링)할 필요가 있다.

계측수단(2)은, 도 4에 나타낸 바와 같이 Y방향의 계측구(A(21))와 Z방향의 계측구(B(22))의 쌍방에 의해, 단결정 실리콘 블록(W)의 각 측면의 위치를 계측할 수 있게 되어 있다. 그리고, 그 계측 결과에 따라 단결정 실리콘 블록(W)의 센터링을 수행할 수 있으며, 클램프 축(13)의 축심과 실리콘 블록(W)의 기둥축이 일치하도록 하여, 상기 클램프 축(13)은 실리콘 블록(W)을 파지하게 되어 있다.

다음으로, 상기 파지수단(1)이 계측수단(2)이 배치된 위치로 이송되며, 계측구(A(21))에 의해 도 4에 나타낸 바와 같이, 단결정 실리콘 블록(W)의 양측의 서로 대향되는 한 쌍의 평면부(F)의 Y방향 두께 치수가 연산된다. 연삭수단(3)의 절삭량이 자동설정된 후, 한 쌍의 평면부(F)가 연삭가공된다. 그 후, 가공되는 단결정 실리콘 블록(W)을 파지한 상기 파지수단(1)은, 나머지 한 쌍의 평면부(F)를 계측하는 동시에, 계측수단(2)과 연삭수단(3)이 배치된 위치의 사이를 단결정 실리콘 블록(W)이 왕복이동하여 상기 한 쌍의 평면부(F)와 마찬가지로 나머지 한 쌍의 평면부(F)도 연삭가공되어, 4개의 평면부(F)의 연삭가공이 종료된다. 이 때의 가공순서는 상기 다결정 실리콘 블록(W)과 같다.

다음으로, 상기 파지수단(1)이 다시 계측수단(2)이 배치된 위치로 이송되고, 회전기구(14)에 의해 클램프 축(13)이 45도의 간헐 회전을 수행하여, 단결정 실리콘 블록(W)의 서로 대향되는 한 쌍의 모서리부(C)가 수평방향으로 마주하도록 배치된다. 그리고, 상기 모서리부(C)의 양측을 계측구(A(21))에 의해 계측하고, 한 쌍의 모서리부(C) 사이의 간격 치수를 연산함으로써 연삭수단(3)의 절삭량이 자동 설정된다.

상기 파지수단(1)이 이송수단(5)에 의해 다시 연삭수단(3)이 배치된 위치로 이송된 후, 미리 입력설정된 회전기구(14)의 회전속도에 따라 클램프 축(13)이 연속회전하여, 단결정 실리콘 블록(W)의 모서리부(C)의 연삭가공이 개시된다. 모서리부(C)의 연삭가공이 종료되면, 마찬가지로, 미리 입력설정된 회전기구(14)의 회전속도에 따라 파지수단(1)의 클램프 축(13)이 연속 회전되어, 4개의 모서리부(C)의 조(組) 연마가공과 정(精) 연마가공이 순차적으로 수행된다.

상기 모서리부(C)의 연마가공이 종료되면, 상기 회전기구(14)에 의해 클램프 축(13)을 회전시켜, 연마가공되는 단결정 실리콘 블록(W)의 서로 대향되는 한 쌍의 평면부(F)가 수평방향으로 대향되도록 배치되어 연마가공이 수행된다. 그 후, 회전기구(14)에 의해 클램프 축(13)을 90도 회전시킴으로써, 나머지 한 쌍의 평면부(F)가 마찬가지로 연마가공되고 모든 연마공정이 종료된다.

모든 연삭·연마가공이 종료된 상기 단결정 실리콘 블록(W)을 재치한 파지수단(1)은 원래의 위치로 복귀하여, 클램프 축(13)과 가압구(12)의 파지상태를 해제한 후, 파지수단(1)의 기대(11) 위로부터, 단결정 실리콘 블록(W)은 도시되지 않은 이재장치를 통해 도 1에 도시된 반출용 컨베이어(나)로 이재되어 반출된다.

다음으로, 본 발명에 관한 장치 및 방법에 의해 연삭·연마가공을 수행한 실리콘 블록(W)을 줄톱으로 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼를 형성하였을 때, 상기 실리콘 웨이퍼의 균열·결함 등으로 인한 불량품의 발생률을 저감시킬 수 있는 실시예에 대해 기술한다.

또한, 여기서 사용된 실리콘 블록(W)은, 사각기둥형상으로 절단된 다결정 실리콘 블록(W) 및 단결정 실리콘 블록(W)이며, 이들 실리콘 블록(W)의 4개의 평면부(F)와 4개의 모서리부(C)를 본 발명의 연삭수단(3)에 의해 연삭함으로써, 단면 치수가 공차 내에 들도록 연삭가공한 후, 연마수단(4)에 의해 단결정 실리콘 블록(W)의 표층을 연마함으로써 마이크로 크랙을 제거한다.

실시예 1

본 실시예 1에서 가공되는 실리콘 블록(W)은 도 9에 도시된 바와 같이, 1개의 실리콘 잉곳으로부터 잘라낸 것이다. 실리콘 잉곳으로부터 잘라낼 때에는, 고정 지립방식의 새로운 줄톱을 이용하여, 4개의 평면부(F)와 직각형상의 4개의 모서리부(C)로 구성된 사각기둥형상의 다결정 실리콘 블록(W)을, 5열×5열 = 계 25개로 절단한다. 실시예 1에서 사용한 실리콘 블록(W)은, 도 9 및 도 10에 도시된 실리콘 잉곳의 4개의 모서리부로부터 잘라내어진 실리콘 블록(A)이며, 이 실리콘 블록(A)에서는 2개의 평면부에 팽출부가 형성되어 있다.

가공개시 전에 제어수단(6)에 입력된 초기설정항목의 내용을 표 1 및 표 2에 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1에 기재된 초기설정항목 중, 기준블록(15)의 기준면의 간격 치수(100mm)를 레이저법에 의한 계측구(A(21))에 의해 미리 계측하고, 그 계측결과를 제어수단(6)에 기억시켰다.

다음으로, 상기 다결정 실리콘 블록(A)은, 호칭 : 6인치의 단면이 한 변 156mm(길이 500mm)이고, 도 4에 도시된 바와 같이 다결정 실리콘 블록(A(W))의 단면의 서로 대향되는 한 쌍의 평면부를 높이방향 3부위×길이방향 3부위(계 9부위)와, 나머지 한 쌍의 평면부의 9부위의 합계 18부위를, 상기 계측구(A(21))를 이용하여 계측하였다. 그 결과, 다결정 실리콘 블록(A)의 단면의 한 변의 치수는, 156.9~157.6mm(평균 : 157.1mm)이며, 표면 조도는 Ry21~27㎛(평균 : 24㎛)였다. 또, 길이는 499.6mm였다.

연삭수단(3)으로는, 도 5 및 도 6에 나타낸 컵형의 지석을 이용하고, 연삭·연마가공하는 다결정 실리콘 블록(A(W))의 측정된 평균 단면 치수가, 호칭 : 6인치의 한 변 156mm에 대하여 +1.1mm로 되어 있다. 따라서, 한 쪽 = 0.55mm을 연삭수단(3)에 의해 연삭할 필요가 있다. 연삭수단(3)의 지립부(32)를 형성하는 지립의 입도는, 표 3으로부터 큰 지립을 선택하여 F100(JISR6001 : 1998)의 입도에 상당하는 다이아몬드 지립을 선택하였다. 또, 상기 지립부(32)의 폭을 8mm, 외형 치수를 φ250mm, 절삭량을 0.7mm로 하고, 회전속도를 2700min^-1(연삭가공의 기준 주속도 30~40m/초에 상당함)로 하였다. 상기 연삭수단(3)이 배치된 위치로 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))을 20mm/초의 속도로 통과시켜 한 쌍의 평면부(F)를 연삭한 후, 회전기구(14)에 의해 클램프 축(13)을 90도 회전시켜 나머지 한 쌍의 평면부를 상기와 마찬가지로 연삭하고, 4개의 평면부(F)의 연삭가공을 종료하였다.

[표 3]

상기 4개의 평면부(F)의 연삭가공을 종료한 후에 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))을 파지하고 있는 클램프 축(13)을 회전기구(14)에 의해 45도 회전시켜 한 쌍의 2개의 모서리부(C)를 수평방향으로 대향시켜 양측의 연삭수단(3)과 대향되는 위치로 하였다.

모서리부(C)의 연삭수단(3)의 지립의 입도와 다결정 실리콘 블록(A(W))의 이송속도는, 상기 평면부(F)의 연삭시와 동일한 조건으로 하여 연삭한 바, 평면부(F)와 모서리부(C)의 접합부위에 치핑이라 불리는 균열이 발견되었기 때문에, 상기 연삭수단(3)의 지립의 입도가 #500(JISR6001 : 1998)로 세밀한 지석으로 변경하고, 다결정 실리콘 블록(A(W))의 이송속도는 30mm/초로 변경하여 연삭한 결과, 연삭량은 적어졌으나 상기와 같은 치핑의 발생없이 모서리(C)의 모따기부를 형성할 수 있었다.

따라서, 나머지 한 쌍의 모서리부(C)의 연삭도, 연삭수단(3)의 지립의 입도를 #500으로 하고, 상기 회전기구(14)에 의해 클램프 축(13)을 90도 회전시켜 상기와 마찬가지로 연삭하고 4개의 모서리부(C)의 연삭가공을 종료하였다. 그 결과, 평면부(F)가 서로 대향하는 2쌍의 평면부(F)의 합계 18부위의 간격 치수가 156~156.6mm(평균 : 156.2mm), 2쌍의 평면부(F)의 연삭가공량(= 계측값/2로 산출한 결과)이 390~480㎛(평균 : 430㎛), 표면 조도가 Ry5~8㎛(평균 : 7㎛)였다.

상기 연삭가공 후(연마가공 전)의 다결정 실리콘 블록(A(W))을 절단하여 마이크로 크랙의 유무를 확인한 결과, 표면으로부터 깊이가 70~90㎛인 위치에 존재하였다. 또, 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))을 실리콘 웨이퍼 상당품으로 슬라이스 가공하였을 때의 균열·결함 등의 발생률을 참고로 확인하기 위해, 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))을 줄톱을 이용하여 두께 200㎛로 슬라이스 가공한 결과, 그 균열·결함 등의 발생률은 3.8%였다.

다음의 연마수단에 있어서의 조(組) 연마공정과 정(精) 연마공정에는, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같은 컵형 연마 브러시를 채용하였으며, 그 브러시 모재(42)로는 부착 베이스부를 금속관으로 묶고 회전반(B(41))에 탈부착 가능하게 장착하여, 마모되었을 경우에 교환할 수 있는 세그먼트 브러시를 이용하였다.

상기 조(組) 연마용 연마 브러시에는, 그 브러시 모재(42)에 용융 고정하는 지립의 입도가 표 4에 나타내는 #240(JISR6001 : 1998)인 다이아몬드 지립을 사용하였다. 연마 브러시의 외형 치수를 φ210mm, 절삭량을 0.5mm로 하고, 회전속도를 연마가공의 기준 주속도 10~20m/초로부터 환산하여 1300min^-1로 하며, 연마되는 다결정 실리콘 블록(A(W))의 이송속도를 20mm/초로 하여 조(組) 연마가공을 수행하였다.

[표 4]

조(組) 연마가공을 종료하고, 평면부(F)가 서로 대향되는 2쌍의 평면부(F)의 합계 18부위의 간격 치수를 계측한 결과, 156.0~156.4mm(평균 : 156.1mm)였고, 연삭가공량이 75~78㎛(평균 : 77㎛), 표면 조도가 Ry2.9~4.0㎛(평균 : 3.4㎛)였다.

상기 정(精) 연마용 연마 브러시에는, 그 브러시 모재(42)에 용융 고정되는 지립의 입도가 표 4에 나타낸 #800인 다이아몬드 지립을 사용하였다. 연마 브러시의 외형 치수를 φ270mm, 절삭량을 0.8mm, 회전속도를 연마가공의 기준 주속도 10~20m/초로부터 환산하여 1300min^-1로 하고, 연마하는 다결정 실리콘 블록(A(W))을 이송수단(5)에 의해 상기 정(精) 연마용 연마브러시의 사이로 20mm/초의 이송속도로 통과시킴으로써 4개의 평면부(F)를 연마가공하여 모든 가공을 종료하였다.

정(精) 연마가공을 종료한 결과, 평면부(F)가 서로 대향되는 2쌍의 평면부(F)의 합계 18부위의 간격 치수는, 155.9~156.4mm(평균 : 156.1mm)였고, 연삭가공량이 16~19㎛(평균 : 18㎛), 표면 조도가 Ry0.9~1.1㎛(평균 : 1.0㎛)였다.

이상으로 설명한 실시예 1의 다결정 실리콘 블록(A(W))의 연삭가공과, 조(組) 연마가공 및 정(精) 연마가공을 실시한 가공결과를 정리하면 다음의 표 5에 나타낸 바와 같다.

[표 5]

또한, 상기 연삭가공과 연마가공을 모두 종료한 다결정 실리콘 블록(A(W))을 줄톱으로 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼로 하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 균열·결함 등에 의한 불량품의 발생률을 조사하였다.

상기한 바와 같이, 연삭가공 후의 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))을 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼로 하였을 때의 균열·결함 등에 의한 불량품의 발생률이 3~4%였으나, 표 5에 나타낸 바와 같이, 조(組) 연마가공과 정(精) 연마가공을 수행하여 그 가공 여유를 합계 85㎛로 하고, 그 표면 조도를 Ry 평균 : 1.0㎛로 함으로써 그 발생률을 1.2%로 저감시킬 수 있었다.

실시예 2

본 실시예 2에서 가공하는 실리콘 블록(W)은, 인상법에 의해 제조된 원기둥형상의 단결정 실리콘 잉곳을 절단 형성한 단결정 실리콘 블록(W)이다. 상기 단결정 실리콘 잉곳의 상하 단부를 절단 제거하여, 길이(도 11에서는 지면과 수직방향)를 299.0~301.0mm의 범위(호칭 : 300mm)로 절단한 후, 도 11에 나타낸 바와 같이 고정지그에 5열×5열 = 계 25개를 수직으로 고정하였다.

상기 25개의 단결정 실리콘 잉곳을, 상기 실시예 1에서 이용한 고정 지립방식의 새로운 줄톱을 이용하여, 각 단결정 실리콘 잉곳 본체의 외주부분을 절단 제거하였다. 이 때, 외주의 일부가 폭 약 25mm의 원호형상의 4개의 모서리부(C)가 되도록 가공하였다. 각각이 대략 직각이 되도록 한 4개의 평면부(F)를 동시에 절단 형성하여 단결정 실리콘 블록(W)으로 하고, 절단 형성된 25개의 상기 단결정 실리콘 블록 중에서 무작위로 1개를 빼내어 연삭, 연마가공용 샘플로 하였다. 그 외형치수는, 단면이 한 변 125mm(호칭 : 5인치)×길이 300mm이다.

본 실시예 2에 사용된 단결정 실리콘 블록(W)의 형상은, 4개의 평면부(F)와 원호형상의 4개의 모서리부(C)로 구성되는 사각기둥형상이며, 그 단면의 외형 치수에 대한 계측을 상기 실시예 1과 마찬가지로 실시하였다. 즉, 서로 대향되는 2쌍의 평면부(F)의 간격을 합계 18부위에 대해 계측한 결과, 평면부(F)의 간격 치수는, 125.4~126.5mm(평균 : 126.1mm)이고, 길이는 300.8mm, 표면 조도는 Ry22~28㎛(평균 : 25㎛)였다.

연삭·연마수단의 사양에 대해서는, 연삭수단에 이용되는 컵형 지석의 지립의 입도를 표 3으로부터 선택하여 설정한 F180으로 변경한 것 이외에는, 상기 실시예 1과 동일하게 하였다(표 2 참조). 연삭수단의 지립의 입도를 F180으로 변경한 이유는, 연삭·연마가공하는 단결정 실리콘 블록(W)의 평균 단면 치수가 호칭 : 5인치의 한 변 125mm인 데 대하여, 실측 치수가 +0.7mm이며, 한쪽 = 0.35mm의 가공 여유가 있기 때문에, 상기 실시예 1에서 이용한 표 3에 나타내어진 F100보다 작은 입도의 F180(JISR6001 : 1998)으로 한 것이다.

연삭가공에서는, 준비된 단결정 실리콘 블록(W)을 클램프 축(13)으로 파지하고, 한 쌍의 평면부(F)가 수평방향 양측으로 대향된 상태로 하여 상기 한 쌍의 연삭수단(3)의 사이를 통과시킴으로써, 상기 실시예 1의 다결정 실리콘 블록(W)과 마찬가지로 2쌍의 평면부(F)에 대한 연삭을 종료하였다.

다음으로, 미리 입력설정한 표 1에 나타낸 회전기구(14)의 운전조건에 기초하여, 클램프 축(13)을 축심 둘레로 105min^-1의 회전속도로 연속 회전시키면서 한 쌍의 지석으로 이루어진 연삭수단(3)의 사이에 2mm/초의 저속도로 단결정 실리콘 블록(W)을 통과시켜 2쌍의 모서리부(C)에 대한 연삭가공을 종료하였다.

그 결과, 평면부(F)가 서로 대향되는 2쌍의 평면부(F)의 합계 18부위의 간격 치수는, 124.9~125.8mm(평균 : 125.4mm), 4개의 평면부의 가공 여유는 283~354㎛(평균 : 316㎛)이며, 4개의 평면부(F)와 4개의 모서리부(C)의 표면 조도는 Ry4~6㎛(평균 : 5㎛)였다.

다음의 연마가공은, 회전기구(14)에 의해 연마가공하는 단결정 실리콘 블록(W)을 상기와 마찬가지로 연속 회전시키면서, 조(組) 연마용 연마 브러시와 정(精) 연마용 연마 브러시로 이루어지는 연마수단(4)의 사이로, 이송수단(5)에 의해 단결정 실리콘 블록(W)을 2mm/초의 저속도로 통과시켜 4개의 모서리부(C)에 대한 연마가공을 종료시켰다.

그 후, 상기 단결정 실리콘 블록(W)의 2쌍의 평면부(F)에 대한 연마가공을 상기 실시예 1과 마찬가지로, 연마수단(4)의 사이로 이송수단(5)에 의해 20mm/초의 이송속도로 통과시켜 2쌍의 평면부(F)에 대한 연마가공을 종료시키고 모든 가공을 종료하였다.

상기 연마가공에 있어서, 조(組) 연마가공을 종료한 시점의 평면부(F)가 서로 대향되는 2쌍의 평면부(F)의 간격을 상기와 마찬가지로 합계 18부위에 대해 계측한 결과 124.8~125.6mm(평균 : 125.3mm)였고, 연마가공량이 69~75㎛(평균 : 73㎛), 표면 조도가 Ry2.8~3.8㎛(평균 : 3.3㎛)였다. 또한, 정(精) 연마가공이 종료된 시점의 평면부가 서로 대향되는 2쌍의 평면부(F)의 간격을 합계 18부위에 대해 계측한 결과 124.7~125.5mm(평균 : 125.2mm)였고, 연마가공량이 17~25㎛(평균 : 20㎛), 표면 조도가 Ry0.8~1.0㎛(평균 : 0.9㎛)였다.

이상 설명한 실시예 2의 단결정 실리콘 블록(W)의 연삭가공과, 조(組) 연마가공 및 정(精) 연마가공을 종료한 후의 단면 외형 치수와 표면 조도를 정리하면, 다음의 표 6에 나타낸 결과가 된다.

[표 6]

또한, 상기 연삭가공과 연마가공을 모두 종료한 단결정 실리콘 블록(W)을 줄톱으로 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼로 하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 균열·결함 등에 의한 불량품의 발생률을 조사한 결과, 상기 실시예 1의 다결정 실리콘 블록(W)과 마찬가지로, 연삭가공 후의 조(組) 연마가공과 정(精) 연마가공에 의해 그 연마가공량을 합계 135㎛로 하고, 표면 조도를 Ry 평균 : 0.9㎛로 함에 따라, 그 발생률을 1.0%로 저감시킬 수 있었다.

본 발명은 실리콘 블록의 연삭·연마에 관한 발명에 대해 설명하였으나, 실리콘 블록으로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 유리·석재·세라믹·페라이트 등, 경취재료 전반에 대해서도 적합하게 이용될 수 있는 것이다.

1 : 파지(把持)수단
2 : 계측수단
3 : 연삭수단
4 : 연마수단
5 : 이송수단
6 : 제어수단
11 : 기대(基臺)
12 : 가압구
13 : 클램프 축
14 : 회전기구
15 : 기준 블록
21 : 계측구(A)
22 : 계측구(B)
31 : 회전반(A)
32 : 지립(砥粒)부
33 : 회전축(A)
41 : 회전반(B)
42 : 브러시 모재(毛材)
43 : 회전축(B)
W : 실리콘 블록
F : 실리콘 블록의 평면부
C : 실리콘 블록의 모서리부

Claims

피(被)가공물인 다각기둥 형상 부재를 파지(把持)하는 파지수단과,
상기 피가공물의 단면 치수의 계측, 상기 파지수단이 피가공물을 파지하는 위치를 센터링(芯出)하기 위한 중심위치의 계측, 및 연삭수단과 연마수단의 절삭(cut off)량이 「제로」가 되는 위치인 기점(基点) 위치를 계측하는 계측수단과,
상기 가공물의 평면부 및 모서리부(角部)를 그 단면 치수 및 단면 형상이 공차(公差) 내에 들도록 연삭가공하는 연삭수단과,
상기 연삭가공이 종료된 피가공물의 평면부 및 모서리부를 연마가공하여 그 표층에 존재하는 마이크로 크랙을 제거하는 연마수단과,
상기 파지수단에 파지된 피가공물의 평면부 및 모서리부를 계측, 연삭, 연마하기 위해 상기 피가공물을 파지한 파지수단을 상기 계측수단, 연삭수단, 연마수단으로 이송시키는 이송수단과,
가공개시 전에 입력된 초기 설정항목 및 상기 계측수단의 계측신호를 바탕으로 연산처리하여 상기 각 수단에 작동신호를 출력하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 1항에 있어서,
상기 연삭수단을, 지립(砥粒)을 용융 고정하여 형성된 지립부의 표면이 상기 피가공물의 가공면에 접촉하여 회전하도록 한 회전반(A)과 상기 회전반(A)에 회전구동원의 회전을 전달하는 회전축(A)으로 이루어지는 지석(砥石)으로 하고,
상기 연마수단을, 지립을 용융고정한 브러시 모재(毛材)의 모 끝부분이 피가공물의 가공면에 접촉하여 회전하도록 심어설치(植設)된 회전반(B)과 상기 회전반(B)에 회전구동원의 회전을 전달하는 회전축(B)으로 이루어지는 연마 브러시로 하는 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 2항에 있어서,
상기 연삭수단의 지석을, 그 지립부에 용융 고정되는 지립의 입도(粒度)를 1종류 또는 2종류 이상으로 하고,
상기 연마수단의 연마 브러시를, 그 브러시 모재에 용융 고정되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 2항에 있어서,
상기 연마수단의 연마 브러시를, 그 브러시 모재에 용융 고정되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 하고,
상기 지립의 입도가 큰(組) 브러시 모재를 회전반(B)의 회전중심에 가까운 내륜부(內輪部)에 심어설치하는 동시에,
상기 지립의 입도가 작은(細) 브러시 모재를 회전반(B)의 회전중심으로부터 먼 외륜부(外輪部)에 심어설치하도록 한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
상기 연삭수단을 지립의 입도가 F90~F220(JISR6001 : 1998) 및 #240~#500(JISR6001 : 1998)로 이루어지는 지석으로 하고,
상기 연마수단은, 지립의 입도가 #240~#500(JISR6001 : 1998)로 이루어지는 조(組) 연마용의 연마 브러시와, 지립의 입도가 #800~#1200(JISR6001 : 1998)로 이루어지는 정(精) 연마용의 연마 브러시를 구비한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 5항에 있어서,
상기 계측수단이, 기준 블록과, 계측구(A)와, 계측구(B)로 이루어지며,
상기 기준 블록은, 양측에 형성되어 기지(旣知)의 간격을 갖는 기준면을 구비하며, 기준 블록의 기둥축방향이 가공되는 피가공물의 기둥축방향과 평행이 되도록, 파지수단의 클램프 축의 일방(一方)에 일체적으로 설치되어 있고,
계측구(A)는, 상기 기준 블록의 대향되는 기준면의 위치, 및 피가공물의 평면부의 위치 또는 대향되는 모서리부의 위치를 상기 피가공물의 기둥축방향과 직교하는 양측 방향으로부터 수평방향으로 계측함으로써 피가공물의 외형 치수를 계측하며,
계측구(B)는, 상기 피가공물의 상면측 평면부 또는 상면측 모서리부의 수직방향의 높이 위치를 계측하는 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 6항에 있어서,
상기 제어수단은, 상기 기준블록의 양측의 기준면에 연삭수단의 선단(先端) 및 연마수단의 선단을 각각 접촉시켜 상기 연삭수단의 선단 및 연마수단의 선단의 기점(절삭량 「제로」의 위치)을 연산 처리하는 기능과,
상기 계측구(A)에 의해 상기 기준블록의 양측의 기준면과 피가공물 양측의 2개의 평면부 또는 2개의 모서리부의 위치를 계측하여 피가공물의 단면 치수를 연산처리하는 기능과,
상기 피가공물을 파지수단의 기대(基臺)에 재치(載置)하여 그 양측을 가압구에 의해 위치결정한 상태에서 상기 계측구(A) 및 계측구(B)에 의해 상기 피가공물의 측면 위치를 동시 계측하여 피가공물의 양단면을 파지하는 상기 클램프 축의 축심(軸心) 위치를 상기 피가공물의 기둥축과 일치시키는 센터링을 위한 연산처리를 수행하는 기능과,
가공개시 전에 입력한 상기 초기설정항목과 상기 계측수단이 출력하는 계측신호에 의해 연산처리하여 상기 연삭·연마 가공장치의 각 수단에 작동신호를 출력하는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 7항에 있어서,
상기 피가공물의 단면은 사각형이며,
상기 연삭·연마가공을 하는 사각기둥형상의 피가공물의 단면 치수와 그 공차를 한 변 125mm±0.5mm(호칭 : 5인치), 한 변 156mm±0.5mm(호칭 : 6인치), 한 변 210mm±0.5mm(호칭 : 8인치) 중 어느 하나로 하고,
상기 사각기둥형상의 피가공물의 2개의 평면부가 서로 교차하는 모서리부의 직각도를 단면형상의 공차로서 90도±0.1도로 설정한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 8항에 있어서,
상기 파지수단은, 피가공물을 그 기둥축이 수평이 되도록 재치하여 수직방향으로 상하이동이 가능하게 한 기대와,
상기 기대를 사이에 끼운 양측에 상기 피가공물의 기둥축과 직교하는 방향으로 진퇴동작시켜 피가공물의 양측을 가압함으로써 상기 기대의 중심에 피가공물의 기둥축을 위치결정하는 가압구와,
축심을 상기 피가공물의 기둥축과 동일한 방향으로 배치하고, 상기 피가공물의 기둥축방향 양단측에 배치한 클램프 축으로서, 상기 클램프 축의 일방을 전진시켜 상기 기대의 중심에 위치결정된 피가공물의 양단면을 파지하도록 한 클램프 축과,
상기 클램프축을 그 축심을 중심으로 하여 간헐 회전 또는 연속 회전하도록 한 회전기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
제 1항에 있어서,
상기 피가공물이 사각기둥형상의 실리콘 블록인 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치.
피가공물인 다각기둥 형상 부재를 파지하는 파지수단과,
상기 피가공물의 단면 치수의 계측, 상기 파지수단이 피가공물을 파지하는 위치의 센터링, 그리고 연삭수단과 연마수단의 절삭량을 「제로」로 한 기점의 위치를 계측할 때 사용하는 계측수단과,
상기 피가공물의 평면부 및 모서리부를 연삭가공하는 연삭수단과,
상기 피가공물의 평면부 및 모서리부를 연마가공하는 연마수단과,
상기 파지수단에 파지된 피가공물을 상기 계측수단, 연삭수단, 연마수단이 배치된 위치로 이송시키는 이송수단과,
가공개시 전에 입력된 초기설정항목 및 상기 계측수단에 의해 계측된 계측값을 바탕으로 연산처리하여 상기 각 수단에 작동신호를 출력하는 제어수단을 구비한 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공장치에 있어서,
상기 연삭수단에 의해 상기 피가공물을 연삭가공한 다음, 상기 연마수단에 의해 상기 피가공물을 연마가공하도록 한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법.
제 11항에 있어서,
상기 피가공물의 단면이 사각형이며,
상기 연삭수단에 사용되는 지석의 지립의 입도를 F90~F220(JISR6001 : 1998) 및 #240~#500(JISR6001 :1998)로 하고,
상기 연마수단의 조(組) 연마용 연마 브러시에 사용하는 지립의 입도를 #240~#500(JISR6001 : 1998)로 하고, 상기 연마수단의 정(精) 연마용 연마 브러시에 사용하는 지립의 입도를 #800~#1200(JISR6001 : 1998)로 하며, 연삭·연마가공을 수행하는 사각기둥형상의 피가공물의 단면 치수와 그 공차를 한 변 125mm±0.5mm(호칭 : 5인치), 한 변 156mm±0.5mm(호칭 : 6인치), 한 변 210mm±0.5mm(호칭 : 8인치) 중 어느 하나로 하고,
상기 사각기둥형상의 피가공물의 2개의 평면부가 서로 교차하는 모서리부의 직각도를 단면형상의 공차로서 90도±0.1도로 한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법.
제 11항 또는 제 12항에 있어서,
상기 연삭수단에서의 가공 여유(machining allowance)를 20㎛~700㎛로 하고, 연삭수단에 있어서 피가공물의 표면 조도(粗度)를 Ry2.0~10.0㎛(JISB0601 : 1994)가 되도록 연삭가공한 후,
연마수단에서의 가공 여유를 75㎛ 이상으로 하고, 연마수단에 있어서 피가공물의 표면 조도를 Ry1.1㎛(JISB0601 : 1994) 이하가 되도록 연마가공하는 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법.
제 11항에 있어서,
상기 피가공물이 사각기둥형상의 실리콘 블록인 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법.
제 13항에 있어서,
상기 피가공물이 다결정 실리콘 블록이며,
상기 다결정 실리콘 블록의 가공공정을 평면부의 연삭가공, 모서리부의 연삭가공, 평면부의 연마가공의 순으로 수행하도록 한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법.
제 13항에 있어서,
상기 피가공물이 단결정 실리콘 블록이며,
상기 단결정 실리콘 블록의 가공공정을 평면부의 연삭가공, 모서리부의 연삭가공, 모서리부의 연마가공, 평면부의 연마가공의 순으로 수행하도록 한 것을 특징으로 하는 다각기둥 형상 부재의 연삭·연마 가공방법.