KR20140062431A

KR20140062431A - 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템, 및 연삭·연마 방법

Info

Publication number: KR20140062431A
Application number: KR1020137031519A
Authority: KR
Inventors: 시게루 타나하시; 히사시 마츠모토; 쇼우타 사와이
Original assignee: 신토고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2014-05-23
Also published as: CN103561908A; JP5842920B2; TWI564948B; CN103561908B; WO2013038573A1; JPWO2013038573A1; TW201312644A

Abstract

본 발명은, 경취성 재료로 이루어지는 피가공물의 단면 치수를 공차 범위 내로 하는 연삭 기능과, 연삭 가공한 피가공물의 표층의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도(粗度)를 미세화하는 연마기능을 구비한 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템 및 방법을 제공한다. 연삭·연마 가공 시스템은, 경취성 재료로 이루어지는 피가공물(W)의 표층부를 연삭하고, 상기 피가공물의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하여 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 장치(1)와, 연삭 가공을 마친 피가공물의 표층부의 요철(凹凸)을 연마하여, 상기 피가공물의 표층부의 마이크로 크랙을 제거함으로써 표면 조도를 미세화하는 연마장치(2)와, 초기 설정 항목, 연삭 장치 및 연마 장치의 계측 신호를 바탕으로 연산 처리하여 연삭 장치 및 연마 장치에 작동 신호를 출력하는 제어 수단을 구비한다.

Description

경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템, 및 연삭·연마 방법{SYSTEM FOR GRINDING/POLISHING HARD AND BRITTLE MATERIALS, AND GRINDING/POLISHING METHOD}

본 발명은, 슬라이스 가공에 의해 웨이퍼를 제조하기 위한 경취성 재료를 피가공물로 한 연삭 가공과 연마 가공에 관한 것이다. 특히, 피가공물의 표층부의 왜곡이나 마이크로 크랙을 제거하는 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템, 및 연삭·연마 방법에 관한 것이다.

웨이퍼를 제조하는 소재의 잉곳의 표층부에는, 용융 가열에 의해 발생한 불순물이 부착하거나 왜곡이 발생되어 있으며, 상기 잉곳을 절단하여 형성된 블록의 표층부에는, 그 절단에 의한 왜곡과 마이크로 크랙이 발생되어 있다. 이 때문에, 다음 공정에 있어서, 최종 제품인 웨이퍼로 슬라이스 가공했을 때에, 갈라짐이나 깨짐으로 인한 제품 불량이 발생하는 경우가 있다. 이에, 상기 블록의 표층부의 왜곡을 제거하여 웨이퍼의 외형 치수를 규격 내로 조제하기 위한 연삭 가공과, 상기 잉곳 또는 블록의 표층부의 마이크로 크랙의 제거와 표면 조도(粗度)의 미세화를 수행하여 상기 잉곳 또는 블록을 슬라이스 가공했을 때의 갈라짐이나 깨짐을 저감시키는 연마 가공을 행할 필요가 있다.

반도체 기판 등에 이용되는 웨이퍼는, 다음의 A, B, C의 공정을 거침으로써 얻어진다.

공정 A：원료가 되는 물질을 성형, 인상(引上)법(CZ법), 베르누이법(Verneuil Method), 수열(水熱)육성법 등에 의해 잉곳을 형성하는 공정.

공정 B：상기 잉곳을 필요에 따라 밴드 소(band saw)나 와이어 소(wire saw) 등에 의해 적당한 크기로 절단하고, 또 필요에 따라 형상을 조정함으로써 블록을 형성하는 공정.

공정 C：상기 블록을 슬라이스하여 웨이퍼를 얻는 공정.

실리콘 웨이퍼를 제조하는 것을 예로 하여, 각기둥(角柱) 형상 실리콘 블록의 제조 방법을 설명한다. 실리콘 블록의 제조에는,

용융 원료를 성형 몰드에 흘려 넣어, 입방체(立方體) 형상으로 성형된 실리콘 잉곳의 표층부(6면)를 밴드 소 혹은 와이어 소에 의해 절단 제거한 후, 단면(斷面)을 사각형으로 절단하여 서로 직각으로 교차하는 4 측면부와, 그 4 모서리부가 미소(微小)한 평면(모따기 가공부)을 형성한 결정 구조가 다결정으로 이루어지는 실리콘 블록과,

인상법(CZ법)이나 베르누이법 등에 의해 원기둥 형상으로 제조된 실리콘 잉곳의 탑(top)부와 테일(tail)부를 절단한 후, 몸체(胴體) 표층부에 기둥 축과 평행하며 서로 직각을 이룬 4 측면부와, 상기 4 측면부가 교차하는 위치(모서리(稜))에 상기 원기둥 표층부의 일부인 미소한 원호면이 남겨져 4 모서리부가 형성된 결정 구조가 단결정으로 이루어지는 각기둥 형상의 실리콘 블록의 2 종류가 있다.

상기 실리콘 블록의 표층부에는, 쌍방 모두 절단 가공시에 왜곡이나 마이크로 크랙이 발생하며, 이 때문에 다음 공정에 있어서 웨이퍼로 하기 위해 슬라이스 가공을 했을 때에 갈라짐이나 깨짐으로 인한 불량 제품이 발생한다. 따라서, 슬라이스 가공을 하기 전에 연마 가공을 하여 상기 마이크로 크랙의 제거와 표면 조도의 미세화를 수행할 필요가 있다.

상기 각기둥 형상의 실리콘 블록의 크기는, 단면이 125㎜×125㎜인 정방형(호칭：5인치), 156㎜×156㎜인 정방형(호칭：6인치), 210㎜×210㎜인 정방형(호칭：8인치)의 3종류가 있으며, 기둥 축 방향의 길이가 150~600㎜의 사이에서 임의로 설정되어 있다.

또, 블록의 다른 형상으로서 원기둥 형상이 있다. 원기둥 형상의 블록으로부터 웨이퍼를 제조하는 일례로서 사파이어 잉곳(주조 덩어리)으로부터 사파이어 웨이퍼를 제조하는 방법을 설명한다. 사파이어 잉곳은, 사파이어 등을 원료로 하며, 인상법(CZ법)이나 베르누이법 등에 의해 원기둥 형상으로 형성함으로써 얻어진다. 사파이어 웨이퍼는, 상기 잉곳을 슬라이스 가공함으로써 얻어진다. 사파이어 잉곳은, 그 표층부에는, 가열 용융시에 발생된 용융 찌꺼기 등의 불순물의 부착이나 요철, 왜곡이 있다. 이들을 제거하여 외경(外徑) 치수를 원하는 치수로 연삭할 때에, 그 표층부에 마이크로 크랙이 발생한다. 따라서, 상기 실리콘 블록과 마찬가지로, 다음 공정에 있어서의 웨이퍼의 갈라짐·깨짐으로 인한 불량 제품의 발생율을 저하시키기 위하여, 슬라이스 가공을 하기 전에 연마 가공을 함으로써 마이크로 크랙의 제거와 표면 조도의 미세화를 수행할 필요가 있다.

상기 단결정으로 이루어지는 사파이어 잉곳의 크기는, 직경은 2~6 인치(51~154㎜), 길이는 50~300㎜인 것이 일반적이다.

또, 이형상(異形狀)의 블록으로부터 웨이퍼를 제조하는 일례로서 수정 럼버드(quartz lumbered)로부터 수정 웨이퍼를 제조하는 방법에 대해 설명한다. 수정 럼버드는, 수열육성법(水熱育成法) 등에 의해 결정을 성장시켜 인공 수정을 얻은 후, 상기 인공 수정의 축 방향을 명확하게 하기 위해 표면을 연삭함(럼버드 가공)으로써 얻어진다. 그 후, 럼버드 가공된 인공 수정을 주파수 특성에 맞추어 소정의 각도로 얇게 슬라이스하는 공정, 슬라이스된 인공 수정들(예컨대 50~70매)을 왁스 등으로 부착하여 덩어리 형상체를 형성하는 공정, 상기 덩어리 형상체의 외형을 웨이퍼로서의 외형의 치수로 조제하기 위한 공정, 상기 왁스 등을 제거하는 공정을 거쳐 수정 웨이퍼를 얻을 수가 있다. 상기 수정 럼버드(quartz lumbered)는 도 20에 나타내는 바와 같이, 양 단면이 수평이 아닌 경우가 있다.

수정 럼버드의 표층부에는, 인공 수정으로부터 연삭될 때에 생긴 마이크로 크랙이 존재하고 있다. 상기 실리콘 블록이나 사파이어 잉곳을 슬라이스 가공하는 경우와 마찬가지로, 슬라이스 가공시에 웨이퍼의 갈라짐·깨짐에 의한 불량 제품의 발생율을 저하시키기 위하여, 슬라이스 가공을 하기 전에 연마 가공을 하여 마이크로 크랙의 제거와 표면 조도의 미세화를 할 필요가 있다.

이러한 표층부의 왜곡이나 마이크로 크랙을 제거하여, 웨이퍼로 하기 위한 슬라이스 가공에 의해 발생하는 갈라짐이나 깨짐으로 인한 불량 제품의 발생율을 저하시킨 선행 기술에 대해 설명한다.

일본 특허 공보 제3649393호에, 입방체 형상의 다결정 실리콘 잉곳으로부터 각기둥 형상으로 잘라내어 형성된 다결정 실리콘 블록의 표면 가공에 대해 개시되어 있다. 실리콘 블록을 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼로 하기 전에, 실리콘 블록의 측면부를 기계적으로 지립(砥粒)이 혼입된 수지 브러시 등을 이용하여 연마함으로써, 표면 조도(Ry)가 8㎛ 이하가 되도록 미소(微小)한 요철을 평탄화하는 것이 기재되어 있다.

그러나 실리콘 잉곳을 절단했을 때에 발생하는 표층면의 왜곡이나 마이크로 크랙, 및 그 제거에 대해서는 기재되어 있지 않다.

일본 특허 공보 제4133935호에는, 밴드 소(band saw)를 이용하여 소정의 길이 치수로 절단한 실리콘 잉곳을, 몸체 표층부를 원통 연삭 장치를 이용해 원기둥 형상으로 연삭하여 굴곡을 제거한 후, 상기 몸체 표층부의 사방을 밴드 소를 이용하여 절단 제거함으로써 4 측면부를 형성한 사각 기둥 형상의 실리콘 블록으로 하고, 상기 실리콘 블록의 4 측면부를 평탄화하기 전의 표면 조도(Ry)가 X㎛(실시예에서는, Ry 10~20㎛)일 때 평탄화하는 연마량을 5×X㎛ 이상(실시예에서는, 연마량 100㎛)으로 하여 연마함으로써, 표면 조도가(실시예에서는, Ry 3~4㎛로) 미세화되는 동시에 마이크로 크랙의 제거도 이루어져, 해당 실리콘 블록을 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼로 했을 때의 갈라짐 불량의 저감비가 6배 이상으로 개선된 것이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 공보 제2005－255463호에는, 단결정 사파이어 잉곳을 슬라이스 가공하여 원하는 외경의 웨이퍼를 얻기 위하여, 상기 단결정 사파이어 잉곳의 외주부를, 원통 연삭 장치를 이용해 원기둥 형상으로 연삭 가공하여 외경 치수를 조제하는 것이 기재되어 있다. 상기 연삭 가공에 의해, 상기 단결정 사파이어 잉곳의 외주부에 가공 왜곡이나 마이크로 크랙이 발생하기 때문에, 상기 단결정 사파이어 잉곳을 슬라이스 가공하기 전에, 상기 단결정 사파이어 잉곳의 외주부를 화학 연마하여 상기 가공 왜곡이나 마이크로 크랙을 제거하는 것이 기재되어 있다.

웨이퍼용의 경취성 재료의 절단 방법에는, 상기한 바와 같이 밴드 소 또는 와이어 소에 의한 방법이 있으며, 복수의 와이어에 의해 절단하는 와이어 소가 적합하게 이용되고 있다.

종래의 와이어 소의 절단 방법은, 압력수(壓力水)의 분사압에 의해 지립을 절단부에 분사하면서 와이어를 접촉 회전시켜 절단하도록 한 유리(遊離) 지립 방식이 일반적이지만, 근래 들어, 와이어에 지립을 고정한 새로운 와이어 소(wire saw)가 개발되어, 절단 시간을 대폭 단축할 수 있게 되었다.

발명자들은, 상기 새로운 와이어 소의 절단 능력을 종래의 와이어 소와 비교 확인하기 위하여, 다결정 실리콘 잉곳을 도 15에 나타내는 바와 같이 세로 5열×가로 5열 = 합계 25개, 단면이 (호칭) 6인치 평방(square)(한 변의 치수：156.0㎜), 길이가 300㎜인 블록으로 절단하였다. 절단에 소요된 시간은, 종래의 와이어 소에서는 8Hr 이상 필요하였지만, 새로운 와이어 소로는 약 3Hr만에 종료할 수 있어, 그 절단 시간을 대폭 단축할 수 있음을 확인하였다.

상기 절단 시간을 단축할 수 있었던 이유는 다음과 같이 추측된다. 즉, 종래의 유리 지립 방식의 와이어 소에서는, 절단 가공 시에 와이어를 고속 회전시키면 지립이 비산(飛散)하여 절단 효율이 저하하게 된다. 새로운 와이어 소에서는, 지립이 와이어에 고정되어 있기 때문에 와이어의 회전에 수반되는 지립의 비산이 없어 효율적으로 절단할 수가 있다.

그러나 상기 새로운 와이어 소로 다결정 실리콘 잉곳을 절단했을 경우, 도 15에 나타내는 네 모서리에 위치하는 A의 4개의 블록과, A 사이에 위치하는 B의 3개×4=12개의 블록은, 절단 전의 실리콘 잉곳의 외측에 면(面)하는 측면부(A의 블록에 있어서는 2면, B의 블록에 있어서는 1면)의 중앙이, 도 16에 나타내는 바와 같이 외측으로 부푼 상태로 절단된다. 단결정 실리콘 잉곳에서는, 도 17에 나타내는 바와 같이 각각이 독립적으로 절단되기 때문에, 도 18에 나타내는 바와 같이 단결정 실리콘 블록의 4 측면부의 중앙이 외측으로 부푼 상태로 절단되어, 그 단면 치수가 규정 치수 공차(公差) 내에 들지 않는다는 새로운 문제가 발생한다. 따라서, 실리콘 블록의 측면의 왜곡 제거와 규정 치수 공차 내에 드는 연삭 장치가 요구되고 있다.

또, 실리콘 잉곳으로부터 절단 형성된 실리콘 블록에는, 절단 과정에 있어서, 그 측면부와 모서리부의 표층부에 표면 조도(粗度)가 Ry 10~20㎛(JISB0601：1994) 전후인 요철과, 표층면으로부터 깊이가 80~100㎛인 마이크로 크랙이 발생된다. 이러한 블록을 수 10㎛~100㎛ 전후의 두께로 슬라이스 가공하여 웨이퍼로 했을 때에, 블록의 표면 조도와 마이크로 크랙이 원인이 되어 웨이퍼에 갈라짐·깨짐이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 슬라이스 가공 전에, 마이크로 크랙을 제거하여, 표면 조도를 수㎛ 이하로 하는 연마 장치가 요구되고 있다.

또, 상기 연삭 장치와 연마 장치의 각 공정을 효율적으로 실시하는 연삭·연마 가공 시스템, 및 연삭·연마 가공 방법이 요구되고 있다.

일본 특허 공보 제3649393호 일본 특허 공보 제4133935호 일본 특허 공개 공보 제2005-255463호

본 발명은, 상기 요구 사항을 해결하여, 상기 잉곳을 사각 기둥 형상으로 절단하여 형성된 블록(예컨대 실리콘 블록)의 측면부와 모서리부를 연삭하여 단면 치수를 원하는 치수로 가공하는 연삭 장치, 혹은, 단면 형상이 대략 원형인 잉곳의 탑(top)부와 테일(tail)부를 절단하여 원기둥 형상으로 형성된 잉곳(예컨대, 단결정 사파이어 잉곳)의 외주부의 용융 가열에 의해 발생된 왜곡이나 불순물을 제거하여 단면 치수를 원하는 치수로 연삭하는 연삭 장치, 혹은 이형상의 블록(예컨대 수정 럼버드)의 측면부와 모서리부를 연삭하는 연삭 장치와, 상기 연삭 가공을 마친 피가공물의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하고 표면 조도를 미세화하는 연마 장치를 병설(竝設)하는 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템, 및 연삭·연마 가공 방법, 및, 상기 연삭 장치와 연마 장치를 제어하는 제어 수단을 구비하여 가공 효율을 향상시킨 기둥 형상의 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템, 및 연삭·연마 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 양태에 관한 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템은, 예컨대 도 1, 도 2 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 슬라이스 가공에 의해 웨이퍼를 제조하기 위한 경취성 재료로 이루어지는 기둥 형상의 피가공물을 연삭 및 연마하는 연삭·연마 가공 시스템으로서： 피가공물(W)의 표층부를 일정한 절삭(切入, cutting depth)량으로 연삭하여, 피가공물(W)의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하는 동시에 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 장치(1)로서, 피가공물(W)의 치수를 계측하는 계측 수단(18)을 갖는 연삭 장치(1)와； 연삭을 마친 피가공물(W)의 표층부를 일정한 가압력으로 연마하여, 피가공물(W)의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세화하는 연마 장치(2)로서, 피가공물(W)의 치수를 계측하는 계측 수단(18)을 갖는 연마 장치(2)와； 계측 수단(18)으로 계측한 피가공물(W)의 치수를 연산하여, 상기 연산의 결과에 따라, 연삭 장치(1)의 작동 신호 및 연마 장치(2)의 작동 신호를 출력하는 제어 수단；을 구비한다.

제 1 양태에 의하면, 피가공물에 대하여 일정한 절삭량(학술 용어：「일정 치수 절삭(constant cutting)」에 속함)을 설정하고 피가공물의 왜곡을 절삭하여 형상을 다듬는 동시에, 단면 치수를 원하는 공차 내로 연삭하는 연삭 장치와, 피가공물에 대하여 일정한 가압력에 의한 절삭량(학술 용어：「정압(定壓) 절삭」에 속함)을 설정하여 피가공물의 표층부를 연마하는 연마 장치를 구비하고 있기 때문에, 단면 치수와 단면 형상을 원하는 공차 내로 가공할 수 있는 동시에, 표층부의 마이크로 크랙을 적확하게 제거하여, 표면 조도를 미세화할 수 있는 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템이 제공된다. 또, 연삭 장치 혹은 연마 장치에 설치된 계측 수단으로 피가공물의 치수를 계측하고, 그 계측 결과를 제어 수단으로 연산하여 연삭 장치 혹은 연마 장치의 작동 신호를 출력하기 때문에, 계측한 치수에 근거하는 정확한 연삭·연마 가공을 할 수가 있다.

본 발명의 제 2 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 예컨대 도 21에 나타내는 바와 같이, 피가공물(W)의 표층부를 일정한 절삭량으로 연삭하여, 상기 피가공물의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하는 동시에 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 수단(14)과； 상기 연삭을 마친 피가공물의 표층부를 일정한 가압력으로 연마하여, 상기 피가공물의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세화하는 연마 수단과(20)； 상기 계측 수단으로 계측한 피가공물의 치수를 연산하고, 상기 연산의 결과에 따라, 상기 연삭 수단의 작동 신호 및 상기 연마 수단의 작동 신호를 출력하는 제어 수단；을 구비한 연삭·연마 장치를 적어도 1개 이상 구비한다.

본 발명의 제 3 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 2 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 피가공물(W)의 표층부를 일정한 절삭량으로 연삭하여, 상기 피가공물(W)의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하는 동시에 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 장치(1)로서, 피가공물(W)의 치수를 계측하는 계측 수단(18)을 갖는 연삭 장치(1)와, 상기 연삭을 마친 피가공물(W)의 표층부를 일정한 가압력으로 연마하여, 상기 피가공물(W)의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세화하는 연마 장치(2)로서, 피가공물(2)의 치수를 계측하는 계측 수단(18)을 갖는 연마 장치(2) 중 적어도 어느 하나；를 구비한다.

제 2 및 제 3 양태에 의하면, 피가공물에 대해 일정한 절삭량(학술 용어：「일정 치수 절삭」에 속함)을 설정하여 피가공물의 왜곡을 깎아내어 형상을 다듬는 동시에, 단면 치수를 원하는 공차 내로 연삭하는 연삭 수단과, 피가공물에 대해 일정한 가압력에 의한 절삭량(학술 용어：「정압 절삭」에 속함)을 설정하여 피가공물의 표층부를 연마하는 연마 수단을 구비하고 있기 때문에, 단면 치수와 단면 형상을 원하는 공차 내로 가공할 수 있는 동시에, 표층부의 마이크로 크랙을 적확하게 제거하여, 표면 조도를 미세화할 수 있는 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템이 제공된다. 또, 연삭·연마 장치에 구비된 계측 수단에 의해 피가공물의 치수를 계측하고, 그 계측 결과를 제어 수단으로 연산하여 연삭 수단 혹은 연마 수단의 작동 신호를 출력하므로, 계측한 치수에 근거하는 정확한 연삭·연마 가공을 실시할 수가 있다.

제 3 양태에 의하면, 연삭·연마 장치와, 연삭 장치 또는 연마 장치를, 피가공물의 형상이나 가공 목적에 맞추어 조합할 수가 있다.

본 발명의 제 4 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 1 또는 제 3 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 1, 도 6, 도 7 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 연삭 장치(1)가, 피가공물(W)을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대(基臺; 11)와, 기대(11)에 재치(載置)된 피가공물(W)을 피가공물(W)의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 피가공물(W)을 기대(11)의 중심에 위치 결정하는 가압구(押壓具)(34)와 축심을 피가공물(W)의 기둥 축의 방향으로 하여 피가공물(W)의 양단을 파지(把持)하는 클램프 축(13)을 가지며, 클램프 축(13)이 피가공물(W)을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단(12)과, 지립들을 결합시킨 지립층(15a)을 원반 형상 혹은 원형 링 형상의 베이스 플레이트(15b)에 고정 부착시킨 연삭체(15)를, 회전반(16)에 고정 부착(固着)시킨 지석(砥石)으로서, 상기 지석은 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되며, 상기 지립층(15a)을 상기 피가공물(W)에 가압하여 회전하도록 한 연삭 수단(14)과, 파지 수단(12) 및 연삭 수단(14) 중 어느 하나를 피가공물(W)의 기둥 축 방향으로 적어도 피가공물(W)의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

본 발명의 제 5 양태에 관한 연삭·연마 시스템에서는, 제 1 또는 제 3 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 1, 도 6, 도 7, 도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 연삭 장치(1)가, 피가공물(W)을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대(11)와, 기대(11)에 재치된 피가공물(W)을 피가공물(W)의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 피가공물(W)을 기대(11)의 중심에 위치 결정하는 가압구(34)와 축심을 피가공물(W)의 기둥 축의 방향으로 하여 피가공물(W)의 양단을 파지하는 클램프 축(13)을 가지며, 클램프 축(13)이 피가공물(W)을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단(12)과, 지립들을 결합한 지립층(15a)을 원반 형상 또는 원형 링 형상으로 형성한 연삭체(15)를, 회전반(16)에 고정 부착시킨 지석으로서, 상기 지석은 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되며, 상기 지립층(15a)을 상기 피가공물(W)에 가압하여 회전하도록 한 연삭 수단(14)과, 파지 수단(12) 및 연삭 수단(14) 중 어느 하나를 피가공물(W)의 기둥 축 방향으로 적어도 피가공물(W)의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

제 4 및 제 5 양태에 의하면, 피가공물을 파지 수단으로 파지하고, 이동 수단에 의해 이동시키며, 연삭 수단으로 연삭하고, 또한, 파지 수단의 클램프 축으로 피가공물을 회전시켜 연삭할 수 있기 때문에, 피가공물의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 적확하게 제거할 수가 있다. 또, 이동 수단에 의해 파지 수단에 의해 파지된 피가공물 혹은 회전하는 연삭 수단인 지석이 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동하기 때문에, 피가공물의 전체 길이에 걸쳐 연삭할 수가 있다.

본 발명의 제 6 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 1 또는 제 3 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 2, 도 6, 도 7 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 연마 장치(2)가, 피가공물(W)을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대(11)와, 기대(11)에 재치된 피가공물(W)을 피가공물(W)의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 피가공물(W)을 기대(11)의 중심에 위치 결정하는 가압구(34)와 축심을 피가공물(W)의 기둥 축의 방향으로 하여 피가공물(W)의 양단을 파지하는 클램프 축(13)을 가지며, 클램프 축(13)이 피가공물(W)을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단(12)과, 회전반(22)을 가지며, 원반 형상의 표면에 지립을 함유한 브러시 모재(毛材; 21)를 묶어 배치한 연마 브러시로서, 상기 연마 브러시는 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되며, 상기 브러시 모재(21)를 피가공물(W)에 가압하여 회전하도록 한 연마 수단(20)과, 파지 수단(12) 및 연마 수단(20) 중 어느 하나를 피가공물(W)의 기둥 축 방향으로 적어도 피가공물(W)의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

제 6 양태에 의하면, 피가공물을 파지 수단으로 파지하여, 이동 수단에 의해 이동시키고, 연마 수단으로 연마하며, 또한, 파지 수단의 클램프 축으로 피가공물을 회전시켜 연마할 수 있기 때문에, 피가공물의 마이크로 크랙을 제거하여 표면 조도를 미세화하는 연마 가공을 적확하게 실시할 수가 있다. 또, 이동 수단에 의해 파지 수단에 의해 파지된 피가공물 혹은 회전하는 연마 수단인 연마 브러시가 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동하기 때문에, 피가공물의 전체 길이에 걸쳐 연마할 수가 있다.

본 발명의 제 7 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 2 발명에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 21에 나타내는 바와 같이, 연삭·연마 장치(6)가, 상기 피가공물(W)을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대(11)와, 상기 기대에 재치된 피가공물을 상기 피가공물의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물을 상기 기대의 중심에 위치 결정하는 가압구(34)와 축심을 피가공물의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물의 양단을 파지하는 클램프 축(13)을 가지며, 상기 클램프 축이 피가공물을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단(12)과, 파지 수단(12) 또는 연삭 수단(14) 혹은 연마 수단(20) 중 어느 하나를 상기 피가공물의 기둥 축 방향으로 적어도 상기 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단(19)을 구비하고； 연삭 수단(14)이, 지립들을 결합시켜 원반 형상으로 형성한 지립층(15a)을 원반 형상 혹은 원형 링 형상의 베이스 플레이트(15b)에 고정 부착시킨 연삭체(15)를, 회전반(16)에 고정 부착시킨 지석이며, 상기 지석은 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되고, 상기 지립층(15a)을 상기 피가공물(W)에 가압하여 회전하도록 이루어지며, 연마 수단(20)이, 원반 형상의 표면에 지립을 함유한 브러시 모재를 묶어 배치하여, 상기 브러시 모재를 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 한 회전반을 가지며, 탈부착 가능하게 유지되는 연마 브러시를 구비하여, 상기 브러시 연마가 회전하게 된다.

본 발명의 제 8 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 2 발명에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 21에 나타내는 바와 같이, 연삭·연마 장치(6)가 상기 피가공물(W)을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대(11)와, 상기 기대에 재치된 피가공물을 상기 피가공물의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물을 상기 기대의 중심에 위치 결정하는 가압구(34)와 축심을 피가공물의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물의 양단을 파지하는 클램프 축(13)을 가지며, 상기 클램프 축이 피가공물을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단(12)과, 상기 파지 수단(12) 또는 연삭 수단(14) 혹은 연마 수단(20) 중 어느 하나를 상기 피가공물의 기둥 축 방향으로 적어도 상기 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단(19)을 구비하고； 연삭 수단(14)이, 지립들을 결합한 지립층(15a)을 원반 형상 또는 원형 링 형상으로 형성한 연삭체(15)를 회전반(16)에 고정 부착시킨 지석이며, 상기 지석은 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되어, 상기 지립층(15a)을 상기 피가공물(W)에 가압하여 회전하도록 이루어지고, 연마 수단(20)이, 원반형상의 표면에 지립을 함유한 브러시 모재를 묶어 배치하여, 상기 브러시 모재를 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 한 회전반을 가지며, 탈부착 가능하게 유지되는 연마 브러시를 구비하여, 상기 브러시 연마가 회전하게 된다.

제 7 및 제 8 양태에 의하면, 피가공물을 파지 수단으로 파지하고, 이동 수단으로 이동시키며, 연삭 수단에 의해 연삭하고, 연삭된 피가공물을 연마 수단으로 연마하며, 또한, 파지 수단의 클램프 축으로 피가공물을 회전시켜 연마할 수 있기 때문에, 피가공물의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 적확하게 제거하고, 또 피가공물의 마이크로 크랙을 제거하여 표면 조도를 미세화하는 연마 가공을 적확하게 실시할 수가 있다. 또한, 이동 수단에 의해 파지 수단으로 파지된 피가공물 혹은, 회전하는 연삭 수단인 지석 및 회전하는 연마 수단인 연마 브러시가 피가공물의 길이에 상당하는 거리를 이동하므로, 피가공물의 전체 길이에 걸쳐 연마할 수가 있다.

본 발명의 제 9 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 4, 제 5, 제 7, 제 8 중 어느 하나의 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 연삭 수단의 지립의 입도(粒度)를, 거친 연삭(rough grinding)용으로 F90~F220(JISR6001：1998), 또는, 정밀 연삭용으로 ＃240~＃500(JISR6001：1998)으로 한 것을 특징으로 한다.

제 9 양태에 의하면, 연삭 수단의 지립의 입도를, 거친 연삭용으로 F90~F220(JISR6001：1998), 또는, 정밀 연삭용으로 ＃240~＃500(JISR6001：1998)으로 하기 때문에, 거친 연삭 또는 정밀 연삭을 효율적으로 실시할 수가 있다.

본 발명의 제 10 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 6 내지 제 8 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 12에 나타내는 바와 같이, 연마 수단의 브러시 모재(35, 36)에 함유되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 11 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 10 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 지립의 입도를 거친 연마용으로 ＃240~＃500(JISR6001：1998), 또는, 정밀 연마용으로 ＃800~＃1200(JISR6001：1998)으로 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 12 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 10 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 12에 나타내는 바와 같이, 연마 수단에 의해, 입도가 굵은(粗) 지립을 함유하는 브러시 모재(36)를 회전반의 회전 중심에 가까운 부분에 배치하고, 입도가 작은(細) 지립을 함유하는 브러시 모재(35)를 입도가 굵은 지립을 함유하는 브러시 모재(36)가 배치된 주위에 배치한 것을 특징으로 한다.

제 10 내지 제 12 양태에 의하면, 연마 수단의 브러시 모재에 함유되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 하기 때문에, 1대의 연마 장치로 피가공물의 거친 연마와 정밀 연마 가공을 실시할 수 있어, 설비 비용의 삭감을 도모할 수가 있다. 특히, 입도가 굵은 지립을 함유하는 브러시 모재를 회전반의 회전 중심에 가까운 부분에 배치하고, 입도가 작은 지립을 함유하는 브러시 모재를 입도가 굵은 지립을 함유하는 브러시 모재가 배치된 주위에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 거친 연마용으로서 브러시 모재에 함유되는 지립의 입도를 JISR6001：1998로 규정되는 미분(微粉) 구분의 ＃240~＃500으로 하고, 정밀 연마용으로서 브러시 모재에 함유되는 입도가 작은 지립의 입도를 미분 구분의 ＃800~＃1200으로 하는 것이 바람직하다. 거친 연마용의 연마 브러시의 고(高) 연마능력에 의해 피가공물의 표층부에 존재하는 마이크로 크랙을 적확하게 제거하고, 정밀 연마용의 연마 브러시에 의해 거친 연마 가공으로 거칠어진 표층부의 표면 조도를 미세화하여, 후공정에 있어서 슬라이스 가공하여 웨이퍼로 했을 때에 발생하는 갈라짐이나 깨짐을 방지할 수가 있다.

본 발명의 제 13 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 1 또는 3 중 어느 하나의 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 연삭 장치의 연삭 수단과 연마 장치의 연마 수단이 교체 가능하며, 연삭 수단과 연마 수단을 교체함으로써 연삭 장치를 연마 장치로, 혹은, 연마 장치를 연삭 장치로 하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.

제 13 양태에 의하면, 연삭 장치의 연삭 수단과 연마 장치의 연마 수단이 교체 가능하며, 연삭 수단과 연마 수단을 교체함으로써 연삭 장치를 연마 장치로, 혹은, 연마 장치를 연삭 장치로 할 수 있기 때문에, 즉, 연삭 수단과 연마 수단의 부착부의 사양을 공통으로 함으로써, 연삭 장치와 연마 장치의 본체(연삭 수단, 연마 수단을 제외한 부분)를 동일 사양으로 할 수 있어, 장치 본체의 제조원가를 저렴하게 할 수가 있다.

본 발명의 제 14 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 2 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 상기 연삭·연마 장치의 상기 연삭 수단과 상기 연마 수단이 교체 가능한 것을 특징으로 한다.

제 14 양태에 의하면, 연삭 수단과 연마 수단의 부착부의 사용을 공통으로 함으로써, 연삭 수단과 연마 수단이 교체 가능하다. 예컨대 도 21에 나타내는 경우에는, 연마 수단을 연삭 수단과 교환함으로써 연마 장치로 할 수가 있다. 또, 연삭 수단을 연마 수단과 교환함으로써 연삭 장치로 할 수가 있다. 또한, 예컨대 도 23에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 연삭 수단과 두 쌍의 연마 수단을 연이어 접촉시킨 연삭·연마 장치의 경우, 동 도면의 좌우 방향의 중앙의 연마 수단을 연삭 수단으로 교환함으로써, 2단계의 연삭 가공을 한 후에 연마 가공을 할 수가 있다.

본 발명의 제 15 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 1 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 5에 나타내는 바와 같이, 연삭·연마 가공 전의 피가공물을 연삭·연마 가공 시스템에 반입하는 반입 장치(3)와, 연삭·연마 가공을 종료한 피가공물을 연삭·연마 가공 시스템으로부터 반출하는 반출 장치(4)와, 반입 장치(3), 연삭 장치(1), 연마 장치(2), 반출 장치(4)의 사이에서 피가공물을 이동시키는 작동 아암(51) 및 작동 아암(51)의 선단에 부착되어, 피가공물을 소정의 각도로 회전시키는 파지부(52)를 갖는 이재(移載) 장치(5)를 구비한다.

본 발명의 제 16 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 2 또는 제 3 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 예컨대 도 22에 나타내는 바와 같이, 연삭·연마 가공 전의 피가공물(W)을 상기 연삭·연마 가공 시스템에 반입하는 반입 장치(3)와, 연삭·연마 가공을 종료한 피가공물을 상기 연삭·연마 가공 시스템으로부터 반출하는 반출 장치(4)와,

상기 반입 장치(3), 연삭·연마 장치(6) 또는 연삭 장치(1) 혹은 연마 장치(2), 반출 장치(4)의 사이에서 상기 피가공물을 이동시키는 작동 아암(51) 및 상기 작동 아암(51)의 선단에 부착되어, 상기 피가공물을 소정의 각도로 회전시키는 파지부(52)를 갖는 이재 장치(5)를 구비한다.

제 15 및 제 16 양태에 의하면, 반입 장치, 연삭·연마 장치, 연삭 장치, 연마 장치, 반출 장치로, 이재 장치에 의해 피가공물을 이송하기 때문에, 반입 장치상에 대기하고 있는 연삭·연마 가공이 아직 이루어지지 않은 피가공물은, 연삭 장치와 연마 장치에 의해 연삭 가공과 연마 가공을 종료하고 반출 장치로 용이하게 반출할 수가 있다. 또, 이재 장치의 파지부에 의해 피가공물을 회전시킬 수 있기 때문에, 연삭 장치 혹은 연마 장치로 가공하는 측면을 바꾸어 가공할 수가 있다.

본 발명의 제 17 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 1 또는 제 2 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 상기 연삭 장치 혹은 연마 장치에 설치되어 있는 계측 수단이, 피가공물의 기둥 축과 수직인 수평 방향으로 기지(旣知)의 기준 간격 치수를 두고 형성된 한 쌍의 기준면과, 상기 기둥 축과 수직인 연직 방향으로 기지의 기준 간격 치수를 두고 형성된 한 쌍의 기준면을 갖는 기준 블록과, 계측 방향을 수평 방향으로 하여, 기준 블록의 양측의 기준면 및 피가공물의 양측의 연삭·연마 가공부의 간격 치수를 계측하는 계측구(計測具)와, 계측 방향을 연직 방향으로 하여, 기준 블록의 상면의 기준면 및 피가공물의 상면의 연삭·연마 가공부의 높이 위치를 계측하는 계측구로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제 17 양태에 의하면, 계측 수단이, 기준 블록과, 기준 블록과 피가공물의 수평 방향의 치수를 계측하는 계측구와, 기준 블록과 피가공물의 상면의 높이 위치를 계측하는 계측구를 구비하기 때문에, 피가공물의 기둥 축을 클램프 축의 축심과 일치시켜, 피가공물을 파지 수단으로 파지할 수가 있다.

본 발명의 제 18 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 17 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 제어 수단이, 연삭 장치 및 연마 장치의 파지 수단에 설치된 기준 블록의 한 쌍의 기준면에, 연삭 수단 및 연마 수단의 각 선단을 접촉시켜, 연삭 장치 및 연마 장치의 각 수단의 절삭량이 제로(0)가 되는 기점(基点) 위치를 연산 처리하는 기능과, 연삭 장치 및 연마 장치의 계측 수단에 설치된 계측구에 의해 기준 블록의 양측의 기준면과 피가공물의 양측의 가공부의 차를 계측하여, 피가공물의 가공부의 가공 전 및 가공 후의 단면 치수를 연산 처리하는 기능과, 연삭 장치 및 연마 장치가 피가공물을 심출(芯出, centering)하여 파지하기 위한 연산 처리를 하는 기능과, 가공 개시 전에 입력한 초기 설정 항목과, 연삭 장치 및 연마 장치에 각각 설치된 계측 수단의 계측구가 출력하는 계측 신호를 연산 처리하여, 연삭 장치 및 연마 장치의 각 수단에 작동 신호를 출력하는 기능을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 19 양태에 관한 연삭·연마 시스템에서는, 제 2 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 상기 제어 수단이, 상기 연삭·연마 장치의 파지 수단에 설치된 기준 블록의 한 쌍의 기준면에, 상기 연삭 수단 또는 상기 연마 수단의 각 선단을 접촉시켜, 상기 연삭 수단 또는 상기 연마 수단의 절삭량이 제로가 되는 기점 위치를 연산 처리하는 기능과, 상기 연삭·연마 장치의 계측 수단에 설치된 계측구에 의해 상기 기준 블록의 양측의 기준면과 피가공물의 양측의 가공부의 차를 계측하여, 피가공물의 가공부의 가공 전 및 가공 후의 단면 치수를 연산 처리하는 기능과, 상기 연삭·연마 장치가 상기 피가공물을 심출하여 파지하기 위한 연산 처리를 하는 기능과, 가공 개시 전에 입력한 초기 설정 항목과, 상기 계측 수단의 계측구가 출력하는 계측 신호를 연산 처리하여, 상기 연삭 수단 및 상기 연마 수단에 작동 신호를 출력하는 기능을 구비한 것을 특징으로 한다.

제 18 및 제 19 양태에 의하면, 제어 수단에 연삭·연마 가공 시스템을 자동화하기 위한 각 기능을 마련하였기 때문에, 피가공물의 가공부의 연삭 가공과 연마 가공이 적확하게 이루어질 수 있는 동시에 에너지 절약을 도모할 수가 있다.

본 발명의 제 20 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 18 또는 제 19 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 피가공물의 형상이 각기둥 형상이며, 연삭·연마 가공을 하는 피가공물의 단면 치수의 공차를 ±0.5㎜로 하고, 상기 피가공물의 2 측면부가 서로 교차하는 모서리부의 단면 형상의 공차를 ±0.1도로 한 것을 특징으로 한다.

제 20 양태에 의하면, 예컨대 사각 기둥 형상의 실리콘 블록에 있어서, 실리콘 블록의 단면 치수는 125㎜×125㎜(호칭：5인치), 156㎜×156㎜(호칭：6인치), 210㎜×210㎜(호칭：8인치)의 3종류가 있으며, 각각 요구되는 공차는 ±0.5㎜이고, 더욱 요구되는 실리콘 블록의 2 측면부가 서로 교차하는 모서리부의 단면 형상의 공차는, 90도±0.1도이기 때문에, 단면 치수의 공차 및 단면 형상의 공차에 근거한 연삭·연마 가공을 할 수가 있다.

본 발명의 제 21 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에서는, 제 18 또는 제 19 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템에 있어서, 피가공물의 형상이 원기둥 형상이며, 연삭·연마 가공을 하는 피가공물의 단면 치수의 공차를 ±0.5㎜로 한 것을 특징으로 한다.

제 21 양태에 의하면, 예컨대 원기둥 형상의 단결정 사파이어 잉곳에 있어서, 단면 치수는 2~6인치(51~154㎜)이며, 요구되는 공차는 ±0.5㎜이기 때문에, 단면 치수의 공차에 근거한 연삭·연마 가공을 할 수가 있다.

본 발명의 제 22 양태에 관한 연삭·연마 가공 방법에서는, 제 1 내지 제 3 양태에 관한 연삭·연마 가공 시스템을 이용하여, 피가공물을 연삭 장치에 의해 연삭 가공을 한 후, 연마 장치에 의해 연마 가공을 하도록 한 것을 특징으로 한다.

제 22 양태에 의하면, 피가공물에 대해 일정한 절삭량을 설정하여 피가공물의 왜곡을 깎아내어 형상을 다듬는 동시에, 단면 치수를 원하는 공차 내로 연삭하는 연삭 장치와, 피가공물에 대해 일정한 가압력에 의한 절삭량을 설정하여 피가공물의 표층부를 연마하는 연마 장치를 이용하여 연삭·연마 가공을 실시하기 때문에, 단면 치수와 단면 형상을 원하는 공차 내로 가공할 수 있는 동시에, 표층부의 마이크로 크랙을 적확하게 제거하여, 표면 조도를 미세화할 수 있는 경취성 재료의 연삭·연마 가공 방법이 제공된다. 또, 연삭 장치 혹은 연마 장치에 설치된 계측 수단으로 피가공물의 치수를 계측하고, 그 계측 결과를 제어 수단에 의해 연산하여 연삭 장치 혹은 연마 장치의 작동 신호를 출력하기 때문에, 계측한 치수에 근거하는 정확한 연삭·연마 가공을 할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 경취성 재료의 피가공물에 대해 일정한 절삭량을 설정하여 피가공물의 왜곡을 깎아내어 형상을 다듬는 동시에, 단면 치수를 원하는 공차 내로 연삭하는 연삭 장치(연삭·연마 장치의 경우에는 연삭 수단)와, 피가공물에 대해 일정한 가압력에 의한 절삭량을 설정하여 피가공물의 표층부를 연마하는 연마 장치(연삭·연마 장치의 경우는 연마 수단)를 이용하여 연삭·연마 가공을 실시하기 때문에, 단면 치수와 단면 형상을 원하는 공차 내로 가공할 수 있는 동시에, 표층부의 마이크로 크랙을 적확하게 제거하여, 표면 조도를 미세화할 수가 있다. 이로써, 다음 공정에 있어서, 웨이퍼로 슬라이스 가공할 때에 발생하던 갈라짐·깨짐으로 인한 불량 제품의 발생률을 저감할 수가 있다.

본 출원은, 일본에서 2011년 9월 15일에 출원된 특원 2011－201809호에 근거하고 있으며, 그 내용은 본 출원의 내용으로서, 그 일부를 형성한다.

또, 본 발명은 이하의 상세한 설명에 의해 더욱 완전하게 이해될 수 있을 것이다. 그러나 상세한 설명 및 특정 실시예는, 본 발명의 바람직한 실시의 형태로서, 설명의 목적을 위해서만 기재되어 있는 것이다. 본 상세한 설명으로부터, 각종 변경, 개변(改變)은, 당업자에게 있어 명백한 것이기 때문이다.

출원인은, 기재된 실시 형태의 어느 것도 공중(公衆)에 헌상할 의도는 없으며, 개시된 개변, 대체안 중, 특허 청구 범위 내에 문언상 포함되지 않을지 모르는 것도, 균등론 하에서의 발명의 일부로 한다.

본 명세서 혹은 청구 범위의 기재에 있어서, 명사 및 이와 동일 유사한 지시어의 사용은, 특별히 지시되지 않는 한, 또는 문맥에 의해 명료하게 부정되지 않는 한, 단수 및 복수의 양쪽 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서 내에서 제공된 예시 또는 예시적인 용어(예컨대, 「등 」)의 사용은 모두, 단순히 본 발명을 쉽게 설명하도록 한다는 의도임에 불과하며, 특히 청구 범위에 기재하지 않는 한 본 발명의 범위에 제한을 가하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 관한 각기둥(角柱) 형상의 피가공물을 가공하는 연삭 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 각기둥 형상의 피가공물을 가공하는 연마 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 원기둥 형상의 피가공물을 가공하는 연삭 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 관한 원기둥 형상의 피가공물을 가공하는 연마 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 각기둥 형상 및 원기둥 형상의 피가공물을 가공하는 연삭 장치 및 연마 장치와, 상기 각 장치에 피가공물을 설정하는 이재 장치와, 피가공물의 반입 장치, 및 반출 장치를 배치한 제 1 실시 형태의 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 연삭 장치 및 연마 장치의 작동 개시 위치에 위치하는 기대(基臺)에 피가공물을 재치하고, 파지 수단과 이동 수단의 배치를 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 연삭 장치 및 연마 장치의 기대에 피가공물을 재치하고, 상기 피가공물의 가압구가 해제되어 있는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 연삭 장치 및 연마 장치의 기대에 피가공물을 재치하고, 계측 수단의 계측구의 배치를 나타내는 측면도이다.
도 9는 본 발명의 연삭 수단에 관한 컵형의 지석(砥石)의 정면도로서, 도 9(A)는 정면에서 본 일부 단면도, 도 9(B)는 A－A 화살선도(저면도)이다.
도 10은 본 발명의 연삭 수단에 관한 컵형의 지석의 정면도로서, 도 10(A)는 정면에서 본 일부 단면도, 도 10(B)은 A－A 화살선도(저면도)이다.
도 11은 본 발명의 연마 수단에 관한 1개의 회전반(回轉盤)에 지립(砥粒)의 입도가 굵은 브러시 모재와 입도가 작은 브러시 모재를 구비한 세그먼트(segment)형의 연마 브러시의 정면도이다.
도 12는 도 11의 저면도이다.
도 13은 본 발명에 관한 원기둥 형상의 피가공물을 연삭하는 연삭 수단인 롤형의 지석을 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 발명에 관한 원기둥 형상의 피가공물을 연마하는 연마 수단인 롤형의 연마 브러시를 나타내는 사시도이다.
도 15는 다결정 실리콘 잉곳을 와이어 소(wire saw)로 절단하여 실리콘 블록(A)(B)(C)를 형성했을 때의 사시도이다.
도 16은 도 15에서 형성된 다결정 실리콘 블록(A)(B)(C)의 사시도이다.
도 17은 단결정 실리콘 잉곳을 와이어 소로 절단하는 상태를 평면에서 본 설명도이다.
도 18은 도 17에서 형성된 단결정 실리콘 블록의 사시도이다.
도 19는 탑(top)부와 테일(tail)부를 절단하여 원기둥 형상으로 형성된 단결정 사파이어 잉곳을 나타내는 사시도이다.
도 20은 수정 럼버드(quartz lumbered)의 형상을 설명하기 위한 설명도이다.
도 21은 본 발명에 관한 각기둥 형상의 피가공물을 가공하는 연삭·연마 장치의 평면도이다.
도 22는 본 발명에 관한 원기둥 형상의 피가공물을 가공하는 연삭·연마 장치의 평면도이다.
도 23은 본 발명에 관한 각기둥 형상의 피가공물을 가공하는 연삭·연마 장치의 변경예의 평면도이다.
도 24는 본 발명에 관한 각기둥 형상 및 원기둥 형상의 피가공물을 가공하는 연삭 장치 및 연마 장치와, 상기 각 장치에 피가공물을 설정하는 이재 장치와, 피가공물의 반입 장치, 및 반출 장치를 배치한 제 2 실시 형태의 실시예를 나타내는 평면도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 서로 동일하거나 또는 그에 상당하는 요소에는 동일 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.

연삭·연마 가공 시스템의 제 1 실시 형태를 설명한다. 연삭·연마 가공 시스템은, 경취성 재료로 이루어지는 피가공물(W)의 표층부를 연삭하고, 상기 피가공물(W)의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하는 동시에 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 장치(1)와, 상기 연삭 가공을 마친 피가공물(W)의 표층부의 요철을 연마하여, 상기 피가공물(W)의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세화하는 연마 장치(2)와, 가공 개시 전에 입력하는 초기 설정 항목, 및 상기 연삭 장치(1)의 계측 신호, 및 상기 연마 장치(2)의 계측 신호를 바탕으로 연산 처리를 하고, 상기 연산 처리의 결과를 바탕으로 상기 연삭 장치(1)의 작동 신호 및 연마 장치(2)의 작동 신호를 출력하는 제어 수단을 구비한다.

여기서, 경취성 재료란, 유리, 세라믹스, 수정, 석영 등과 같이, 경도(硬度)가 높아 단단하지만 충격에 약하고 무른 성질을 가진 재료를 나타낸다.

［연삭 장치］

도 1은, 본 발명에 관한 각기둥 형상의 피가공물(W)을 연삭하는 연삭 장치(1)를 나타낸다. 연삭 장치(1)는, 피가공물(W)을 파지하는 파지 수단(12)과, 피가공물(W)의 측면부(F) 및 모서리부(C)를 연삭 가공하는 연삭 수단(A(14))과, 기준면을 형성하는 기준 블록(K)과, 피가공물(W)의 단면 치수를 계측하는 계측 수단(18)과, 피가공물(W)을 파지하는 상기 파지 수단(12)을 이동시켜 상기 피가공물(W)을 계측 수단(18)과, 연삭 수단(A(14))의 사이로 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

상기 이동 수단(19)은, 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)을 계측 수단(18)과 연삭 수단(A(14))의 사이에서 이동시켜 피가공물(W)을 계측하거나, 또는, 피가공물(W)을 연삭 가공한다. 그러나 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)을 고정하고, 계측 수단(18)과 연삭 수단(A(14))을 피가공물(W)의 위치에서 이동시켜 상기 피가공물(W)의 계측과 연삭 가공을 하도록 하여도 무방하다.

연삭 장치(1)에 재치된 피가공물(W)은, 연삭 가공 개시 전에 계측 수단(18)에 의해 단면 치수가 계측된다. 상기 피가공물(W)의 단면 치수가, 초기 설정 항목으로서 미리 제어 수단에 입력되어 있는 피가공물(W)의 연삭 가공 여유(margin)와 연마 가공 여유와 연삭·연마 가공 후의 단면 치수를 가산한 치수보다 작은 경우에는, 상기 제어 수단의 연산 처리에 의해 연삭 장치(1)의 연삭 가공이 중지된다. 상기 피가공물(W)은, 파지 수단(12)의 파지상태가 해제되어 재(再)용융 공정으로 복귀될 수 있다. 재용융 공정에서 용해된 상기 피가공물(W)은, 그 원료가, 예컨대 단결정의 실리콘이나 사파이어 등인 경우에는 원기둥 형상으로 다시 성형되며, 다결정의 실리콘 등인 경우에는 입방체(立方體) 형상으로 다시 성형된다.

상기 피가공물(W)의 형상이 각기둥 형상인 경우에, 상기 연삭 장치(1)는, 피가공물(W)을 그 기둥 축을 수평이 되도록 재치하여 수직 방향으로 상하 이동할 수 있도록 한 기대(11)와, 상기 기대(11)에 재치된 피가공물(W)을 상기 피가공물(W)의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물(W)을 상기 기대(11)의 중심에 위치 결정하는 가압구(34)(도 7 참조) 및 축심을 피가공물(W)의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물(W)의 양단을 파지하는 클램프 축(13)을 구비한다. 상기 클램프 축(13)이 피가공물(W)을 파지한다. 상기 기대(11)가 하강되었을 때에 상기 클램프 축(13)이 피가공물(W)을 그 축심을 중심으로 하여 파지한다. 파지 수단(12)은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 피가공물(W)을 「간헐 회전」 또는 「연속 회전」할 수 있도록 한다.

파지 수단(12)이 피가공물(W)을 「간헐 회전」할 수 있도록 파지한다는 것은, 피가공물(W)의 연삭·연마하는 부위의 형상이 평면인 경우에, 그 가공면을, 도 1, 도 2에 나타내는 Y방향의 양측에 위치 결정하기 위해 상기 피가공물(W)을 파지하고 있는 파지 수단(12)의 클램프 축(13)을 그 축심을 중심으로 하여 「간헐 회전」시키는 것을 말한다.

가공면이 모두 평면인 사각 기둥 형상의 다결정 실리콘 블록의 연삭·연마 가공을 예로 하여 「간헐 회전」의 작동과 가공 순서에 대해 설명하면, 대향되는 1세트째의 측면부(F)(도 16 참조)를 도 1, 도 2에 나타내는 Y방향의 양측에 위치시켜 가공한 후 90도 회전시켜 2세트째의 측면부(F)를 가공하여 4 측면부(F)의 가공을 종료하고, 45도 회전시켜 대향되는 1세트째의 모서리부(C)(도 16 참조)를 도 1, 도 2에 나타내는 Y방향의 양측에 위치시켜 가공한 후 90도 회전시켜 2세트째의 모서리부(C)를 가공하여, 연삭·연마 가공이 종료된다.

파지 수단(12)이 피가공물(W)을 「연속 회전」할 수 있도록 파지한다는 것은, 피가공물(W)의 연삭·연마하는 부위의 단면 형상이 원호 형상인, 예컨대, 원기둥 형상의 단결정 사파이어 잉곳의 몸체부(B)를 연삭·연마 가공하는 경우, 혹은, 사각 기둥 형상의 단결정 실리콘 블록의 4 모서리부(C)를 연삭·연마 가공하는 경우에, 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 한 쪽에 연삭 수단(20) 혹은 연마 수단(30)을 배치하고, 상기 피가공물(W)을 파지하는 클램프 축(13)을 별도로 입력 설정한 회전 속도로 「연속 회전」시켜, 연삭·연마 가공하는 것을 말한다.

또, 상기 연삭 장치(1) 혹은 연마 장치(2)에 설치된 파지 수단(12)의 클램프 축(13)은, 피가공물(W)의 양단면을 파지하는 동시에 상기 피가공물(W)의 길이 방향의 치수를 계측하여 제어 수단에 기억시키는 기능도 구비하고 있으며, 그 계측 결과는, 연산 처리되어 이후에 기술하는 이동 수단(19)의 이동거리를 제어하는 작동 신호가 되는 것이다. 상기 작동 신호에 의한 상기 이동 수단(19)의 작동에 의해, 상기 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)의 클램프 축(13)이, 계측 수단(18)과 연삭 수단(1), 혹은 계측 수단(18)과 연마 수단(2)의 사이에서 이동되어, 상기 피가공물(W)의 단면 치수의 계측과 연삭 가공 혹은 연마 가공이 실시되는 것이다. 또한, 계측 수단(18)과 연삭 수단(1), 혹은 계측 수단(18)과 연마 수단(2)이 클램프 축(13)의 사이를 이동하여도 무방하다.

연삭 수단(A(14))은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 지립들을 결합시킨 지립층(A(15a))을 원반형상 혹은 원형 링 형상의 베이스 플레이트(15b)에 고정 부착시킨 연삭체(15)를, 회전반(16)에 고정 부착시킨 컵 형상의 지석으로 하였다. 상기 연삭 수단(A(14))은, 회전축(17)을 통해 회전 구동원과 탈부착 가능하게 연결되어 있으며, 상기 지립층(A(15a))을 상기 피가공물(W)의 가공부에 면(面) 접촉시켜 가압하여 회전하도록 되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(15b)는 평면이 아니어도 무방하며, 예컨대 상기 지립층(A(15a))을 고정 부착시키는 위치를 볼록 형상으로 할 수 있다. 또, 연삭 수단(A(14))은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 지립층(A(15a))을 회전반(16)에 고정 부착하여도 무방하다. 이때, 지립층(A(15a))을 회전반(16)에 고정 부착시키는 수단은, 볼트 등으로 고정하는 방법, 회전반(16)과 일체로 성형하는 방법 등, 어느 것이어도 무방하다.

연삭 장치(1)는, 지립층(A(15a))이 피가공물(W)의 양측에 면 접촉하도록 대향시킨 한 쌍의 연삭 수단(A(14))(지석)을 배치하는 것이 바람직하다. 연삭 수단(A(14))은, 연삭 장치(1)에 탈부착 가능하게 설치된다.

연삭 장치(1)는, 기둥 축과 수직인 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 한 쌍의 기준면을 형성한 기준 블록의 단면 치수, 및 피가공물(W)의 단면 치수를 계측하는 계측 수단(18)을 구비한다. 연삭 장치(1)는, 상기 파지 수단(12)과 연삭 수단(A(14)) 중 어느 하나를 피가공물(W)의 기둥 축 방향으로 적어도 피가공물(W)의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

연삭 장치(1)는, 연삭 수단(A(14))으로서, 원반형상의 표면에 지립들을 결합시켜 지립층(A(15a))을 일체로 형성하고, 상기 지립층(A(15a))을 상기 피가공물(W)의 가공부에 면 접촉시키고 가압하여 회전하도록 한 지석을 구비하기 때문에, 일정한 절삭량으로 연삭할 수가 있다.

도 3은, 본 발명에 관한 원기둥 형상의 피가공물(W)을 연삭하는 연삭 장치(1)를 나타낸다. 연삭 장치(1)는, 피가공물(W)을 파지하는 파지 수단(12)과, 피가공물(W)의 몸체부(B)를 연삭 가공하는 연삭 수단(B(24))과, 기준면을 형성하는 기준 블록(K)과, 피가공물(W)의 단면 치수를 계측하는 계측 수단(18)과, 피가공물(W)을 파지하는 상기 파지 수단(12)을 이동시켜 상기 피가공물(W)을 계측 수단(18)과 연삭 수단(B(24))의 사이로 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

상기 이송 수단(19)은, 상기와 마찬가지로 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)을 고정하고, 계측 수단(18)과 연삭 수단(B(24))을 피가공물(W)의 위치에서 이동시켜 상기 피가공물(W)의 계측과 연삭 가공을 하도록 하여도 무방하다.

피가공물(W)이 원기둥 형상인 경우, 연삭 장치(1)의 파지 수단(12)은, 피가공물(W)을 그 축심을 중심으로 하여 「연속 회전」할 수 있도록 파지한다.

또, 연삭 수단(B(24))은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 원통형상의 몸체 표면에 지립들을 결합시킨 지립층(B(25))을, 회전축(27)을 구비한 회전드럼(26)의 표면에 고정 부착시킨 롤형의 지석을 이용하였다. 상기 연삭 수단(B(24))은, 상기 회전드럼(26)의 축심에 있는 상기 회전축(27)이, 회전 구동원과 탈부착 가능하게 연결되어 있으며, 상기 지립층(B(25))을 상기 피가공물(W)의 가공부에, 상기 피가공물(W)의 축심과 평행하게 선(線)접촉시켜 가압하여 회전하도록 되어 있다. 또한, 롤형의 지석보다 저렴한 컵형의 지석을 사용할 수도 있다.

또, 연삭 장치(1)는, 상기 지립층(B(25))이 피가공물(W)의 양측에 그 축심과 평행하게 하는 동시에 대향되도록 한 한 쌍의 연삭 수단(B(24))(지석)을 갖는 것이 바람직하다. 연삭 수단(B(24))은, 연삭 장치(1)에 탈부착 가능하게 설치된다.

상기 연삭 장치(1)의 연삭 수단(A(14)) 및 연삭 수단(B(24))을 강성이 있는 지석으로 함으로써, 피가공물(W)의 왜곡 등을 깎아내어 형상을 정돈함으로써 외형 치수를 원하는 공차 내로 연삭하는 능력이 뛰어난 것이 된다. 따라서, 각기둥 형상 및 원기둥 형상의 피가공물(W)의 표층부의 불순물과 외형 왜곡의 제거를 적확하게 실시할 수가 있다.

또, 상기 연삭 장치(1)의 연삭 수단(A(14)) 및 연삭 수단(B(24))의 지석을, 그 지립층(A(15a)) 및 지립층(B(25))을 구성하는 지립의 입도(粒度)를 1종류 또는 2종류 이상으로 하고, 상기 연마 장치(2)의 연마 수단(A(20)) 및 연마 수단(B(30))의 브러시 모재(A(21)) 및 브러시 모재(B(31))에 고정되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 하여도 무방하다.

연삭 장치(1)의 지석으로 이루어지는 상기 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24))의 지립의 입도를, 거친 연삭용：F90~F220(JISR6001：1998), 및 정밀 연삭용：＃240~＃500(JISR6001：1998)으로 하고, 연마 장치(2)의 연마 브러시로 이루어지는 상기 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 지립의 입도를, 거친 연마용：＃240~＃500(JISR6001：1998), 및 정밀 연마용：＃800~＃1200(JISR6001：1998)으로 하여도 무방하다.

연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24))의 지립의 입도를, JISR6001：1998로 규정되는 조분(粗粉) 구분인 F90~F220, 및 미분(微粉) 구분인 ＃240~＃500의 2그룹으로 설정한 것은, 다음의 이유에 기인하는 것이다. 전(前) 공정에서 절단된 피가공물(W)의 단면 치수, 혹은 피가공물(W)의 모서리부(C)의 직각도가 공차 외(外)인 경우에, 그 단면 치수, 혹은 단면 형상을 공차 내로 하기 위해서는, 절삭 효율을 높여 연삭 가공을 할 수 있도록, F90~F220의 조립(粗粒) 구분으로 한다. 칩핑(chipping)이라 불리는 갈라짐·깨짐이 생기기 쉬운 부위(다결정 실리콘 블록의 모서리부 등)의 연삭 가공을, 상기 칩핑의 발생을 막으며 연삭 가공할 수 있도록 하기 위하여, ＃240~＃500의 미분(微粉) 구분을 선택해 이용하는 것이 좋다.

［연마 장치］

도 2는, 본 발명에 관한 각기둥 형상의 피가공물(W)을 연마하는 연마 장치(2)를 나타낸다. 연마 장치(2)는, 상기 연삭 가공이 종료된 피가공물(W)을 파지하는 파지 수단(12)과, 상기 피가공물(W)의 측면부(F) 및 모서리부(C)를 연마 가공하여 마이크로 크랙을 제거하고 표면 조도를 미세화하는 연마 수단(A(20))과, 기준면을 형성하는 기준 블록(K)과, 피가공물(W)의 단면 치수를 계측하는 계측 수단(18)과, 피가공물(W)을 파지하는 상기 파지 수단(12)을 이동시켜 상기 피가공물(W)을 계측 수단(18)과 연마 수단(A(20))의 사이에서 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

상기 이동 수단(19)은, 상기 연삭 장치(1)의 이동 수단(19)과 마찬가지로 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)을 고정하고, 계측 수단(18)과 연마 수단(A(20))을 피가공물(W)의 위치에서 이동시켜 상기 피가공물(W)의 계측과 연삭 가공을 하도록 하여도 무방하다.

상기 연마 장치(2)는, 피가공물(W)을 그 기둥 축을 수평이 되도록 재치하여 수직 방향으로 상하 이동할 수 있도록 한 기대(11)와, 상기 기대(11)에 재치된 피가공물(W)을 상기 피가공물(W)의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물(W)을 상기 기대(11)의 중심에 위치 결정하는 가압구(34) 및 축심을 피가공물(W)의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물(W)의 양단을 파지하는 클램프 축(13)을 구비한다. 상기 클램프 축(13)이 피가공물(W)을 파지한다. 상기 기대(11)가 하강했을 때에 상기 클램프 축(13)이 피가공물(W)을 그 축심을 중심으로 하여 파지한다. 파지 수단(12)은, 피가공물(W)을 「간헐 회전」 또는 「연속 회전」할 수 있도록 파지한다.

파지 수단(12)이 피가공물(W)을 「연속 회전」할 수 있도록 파지한다는 것은, 피가공물(W)의 연삭·연마하는 부위의 단면 형상이 원호 형상인, 예컨대, 원기둥 형상의 단결정 사파이어 잉곳의 몸체부(B)를 연삭·연마 가공하는 경우, 혹은, 사각 기둥 형상의 단결정 실리콘 블록의 4 모서리부(C)를 연삭·연마 가공하는 경우에, 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 일측에 연삭 수단(20) 혹은 연마 수단(30)을 배치하고, 상기 피가공물(W)을 파지하는 클램프 축(13)을 별도로 입력 설정한 회전 속도로 「연속 회전」시켜, 연삭·연마 가공을 하는 것을 말한다.

또, 상기 연삭 장치(1) 혹은 연마 장치(2)에 설치된 파지 수단(12)의 클램프 축(13)은, 피가공물(W)의 양 단면을 파지하는 동시에 상기 피가공물(W)의 길이 방향의 치수를 계측하여 제어 수단에 기억시키는 기능도 구비하고 있으며, 그 계측 결과는, 연산 처리되어 이후에 기술하는 이동 수단(19)의 이동거리를 제어하는 작동 신호가 되는 것이다. 상기 작동 신호에 의한 상기 이동 수단(19)의 작동에 의해, 상기 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)의 클램프 축(13)이, 계측 수단(18)과 연삭 수단(1), 혹은 계측 수단(18)과 연마 수단(2)의 사이에서 이동되어, 상기 피가공물(W)의 단면 치수의 계측과 연삭 가공 혹은 연마 가공이 수행되는 것이다. 또한, 계측 수단(18)과 연삭 수단(1), 혹은 계측 수단(18)과 연마 수단(2)이 클램프 축(13)의 사이를 이동하여도 무방하다.

연마 수단(A(20))은, 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 회전반(22) 및 회전 구동원에 연결되어 상기 회전반(22)을 회전시키기 위한 회전축(23)을 가지며, 또한 원반 형상의 표면에 지립을 함유한 브러시 모재(A(21))를 묶어 배치한 연마 브러시로 하였다. 상기 연마 수단(A(20))은, 회전 구동원과 탈부착이 가능하도록 연결되어 있으며, 상기 브러시 모재(A(21))의 모(毛) 끝부분을 상기 피가공물(W)의 가공부에 면 접촉시키고 가압하여 회전하도록 되어 있다.

연마 수단(A(14))에 채용되는 연마 브러시로서는, 지립을 혼합한 브러시 모재(A(21))를 묶어 회전반(22)에 탈부착이 가능하도록 하여 상기 브러시 모재(A(21))가 소모되었을 때에 브러시 모재(A(21))만 교환하면 되는 것으로 한 세그먼트(segment)형 연마 브러시가 있다. 또, 브러시 모재를 회전반에 고정 부착하여, 브러시 모재가 소모되었을 때에 회전반 전체를 일체로 교환하도록 한 컵형 연마 브러시를 사용하여도 무방하다. 본 실시 형태에서는 세그먼트형을 이용하였다.

연마 장치(2)는, 상기 브러시 모재(A(21))의 모 끝부분이 피가공물(W)의 양측에 면 접촉하도록 대향시킨 한 쌍의 연마 수단(A(20))(연마 브러시)을 갖는 것이 바람직하다. 연마 수단(A(20))은, 탈부착 가능하도록 연마 장치(2)에 설치된다.

또, 상기 연마 장치(2)의 연마 수단(A(20))의 브러시 모재(A(21))에 고정되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 하여, 상기 지립의 입도가 굵은 브러시 모재(A(35))를 회전반(22)의 회전 중심에 가까운 내륜(內輪)부에 배치하는 동시에, 상기 지립의 입도가 작은 브러시 모재(A(36))를 회전반(22)의 회전 중심으로부터 먼 외륜(外輪)부에 배치하여도 무방하다.

연마 장치(2)의 연마 수단(A(20))에 있어서, 고정되는 지립의 입도를, 예컨대, 마이크로 크랙의 제거를 목적으로 하는 거친 연마용과, 그 표면 조도의 미세화를 목적으로 하는 정밀 연마용의 2종류로 할 경우, 종래의 연마 장치에 있어서는, 거친 연마용 및 정밀 연마용의 장치를 별개로 하여 2대를 설치할 필요가 있었다. 각기둥 형상의 피가공물(W)을 연마하는 연마 브러시로서, 1개의 연마 브러시로 거친 연마용 및 정밀 연마용의 쌍방의 기능을 구비한 연마 수단(A(20))을 제공할 수 있기 때문에, 1대의 연마 장치(2)로 각기둥 형상의 피가공물(W)의 거친 연마 가공 및 정밀 연마 가공을 할 수 있어, 설비 비용의 삭감을 도모할 수가 있다.

연마 장치(2)는, 기둥 축과 수직인 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 한 쌍의 기준면을 형성한 기준 블록의 단면 치수, 및 피가공물(W)의 단면 치수를 계측하는 계측 수단(18)을 구비한다. 연마 장치(2)는, 상기 파지 수단(12)과 연마 수단(A(20)) 중 어느 하나를 피가공물(W)의 기둥 축 방향으로 적어도 피가공물(W)의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

연마 장치(2)는, 지립을 함유한 브러시 모재(A(21))를 묶어 배치하고 상기 브러시 모재(A(21))의 모 끝부분을 피가공물(W)의 가공부에 면 접촉시켜 가압하여 회전하도록 하였기 때문에, 일정한 가압력에 의한 절삭량으로 연마할 수가 있다.

도 4는, 본 발명에 관한 원기둥 형상의 피가공물(W)을 연마하는 연마 장치(2)를 나타낸다. 연마 장치(2)는, 상기 연삭 가공을 종료한 피가공물(W)을 파지하는 파지 수단(12)과, 상기 피가공물(W)의 몸체부(B)를 연마 가공하여 마이크로 크랙을 제거하고 표면 조도를 미세화하는 연마 수단(B(30))과, 기준면을 형성하는 기준 블록(K)과, 피가공물(W)의 단면 치수를 계측하는 계측 수단(18)과, 피가공물(W)을 파지하는 상기 파지 수단(12)을 이동시켜 상기 피가공물(W)을 계측 수단(18)과 연마 수단(B(30))의 사이로 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

상기 이송 수단(19)은, 상기와 마찬가지로 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)을 고정하고, 계측 수단(18)과 연마 수단(B(30))을 피가공물(W)의 위치에서 이동시켜 상기 피가공물(W)의 계측과 연삭 가공을 하도록 하여도 무방하다.

또, 피가공물(W)이 원기둥 형상인 경우, 연마 장치(2)의 파지 수단(12)은, 피가공물(W)을 그 축심을 중심으로 하여 「연속 회전」할 수 있도록 파지한다.

또, 상기 연마 장치(2)의 파지 수단(12)은, 연삭 장치(1)의 파지 수단(12)과 마찬가지로, 피가공물(W)을 그 축심을 중심으로 하여 「연속 회전」할 수 있도록 파지한다.

또, 연마 수단(B(30))은, 도 14에 나타내는 바와 같이, 회전축(33)을 구비한 회전드럼(32)의 원통형의 몸체의 표면에, 지립을 함유한 브러시 모재(B(31))를 배치한 롤형의 연마 브러시를 이용하였다. 연마 수단(B(30))을 롤형의 연마 브러시로 함으로써, 연마 효율을 향상(연마 시간을 단축)시킬 수가 있다. 상기 연마 수단(B(30))은, 상기 회전드럼(32)의 축심에 있는 상기 회전축(33)이 회전 구동원과 탈부착 가능하게 연결되어 있으며, 상기 브러시 모재(B(31))의 모 끝부분을 상기 피가공물(W)의 가공부에, 상기 피가공물(W)의 축심과 평행하게 선(線) 접촉시켜 가압하여 회전하도록 되어 있다. 또한, 롤형의 연마 브러시보다 저렴한 세그먼트(segment)형 또는 컵형의 연마 브러시를 사용할 수도 있다.

연마 장치(2)는, 원통형의 몸체 표면에 지립을 함유한 브러시 모재(B(31))를 배치하고, 상기 브러시 모재(B(31))의 모 끝부분이 상기 피가공물(W)의 가공부에 그 축심과 평행하게 가압 접촉되어 회전하도록 하였기 때문에, 일정한 가압력에 의한 절삭량으로 연마할 수가 있다.

상기 연마 장치(2)의 연마 수단(A(20)) 및 연마 수단(B(30))을 연마 브러시로 함으로써, 연마 가공시에 상기 브러시 모재(A(21)) 혹은 브러시 모재(B(31))의 모 끝부분 주변이 피가공물(W)의 가공면에 가압된 상태로 접촉 회전하여, 피가공물(W)의 표층부를 수 10㎛~100㎛ 전후로 연마하는 능력을 갖는다. 따라서, 각기둥 형상 및 원기둥 형상의 피가공물(W)의 마이크로 크랙을 제거하여, 표면 조도를 미세화하는 연마 가공이 적확하게 수행될 수 있는 것이다.

또, 상기 연마 장치(2)의 연마 수단(B(30))의 브러시 모재(B(31))에 고정되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 하여, 상기 지립의 입도가 굵은 브러시 모재(B(37))를 회전드럼(32)의 피가공물(W)과 가압 접촉을 개시하는 쪽에 배치하는 동시에, 상기 지립의 입도가 작은 브러시 모재(B(38))를 회전드럼(32)의 피가공물(W)과 가압 접촉을 종료하여 이격되는 쪽에 배치하여도 무방하다.

원기둥 형상의 피가공물(W)을 연마하는 롤형의 연마 브러시에서는, 1개의 연마 브러시로 거친 연마용 및 정밀 연마용의 쌍방의 기능을 구비한 연마 수단(B(30))을 제공할 수 있기 때문에, 1대의 연마 장치(2)에 의해 원기둥 형상의 피가공물(W)의 거친 연마 가공 및 정밀 연마 가공을 할 수 있어, 설비 비용의 삭감을 도모할 수가 있다.

또, 상기 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 지립의 입도를 JISR6001：1998로 규정되는 미분(微粉) 구분의 ＃240~＃500을 거친 연마용의 연마 브러시로 하고, 미분 구분의 ＃800~＃1200을 정밀 연마용의 연마 브러시로 하여 2종류로 한 것은, 다음의 이유에 기인하는 것이다. 상기 거친 연마용의 연마 브러시의 고(高) 연마능력에 의해 피가공물(W)의 표층부에 존재하는 마이크로 크랙을 적확하게 제거한다. 상기 정밀 연마용의 연마 브러시에 의한 거친 연마 가공으로 거칠어진 표층부의 표면 조도를 미세화하여, 후공정에 있어서 슬라이스 가공하여 웨이퍼로 했을 때에 발생하는 갈라짐이나 깨짐이 발생하지 않도록 하기 위해 정밀 연마용의 연마 브러시에 의해 연마 가공하는 것이 좋다.

또, 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)에 탈부착 가능하게 한 연삭 수단(A(14)) 및 연마 수단(A(20)), 혹은 연삭 수단(B(24)) 및 연마 수단(B(30))의 부착부의 사양을 공통화함으로써, 상기 연삭 장치(1) 본체 및 연마 장치(2) 본체를 동일한 사양으로 할 수 있기 때문에, 장치 본체의 제조 원가를 저렴하게 할 수가 있다.

［연삭·연마 가공 시스템에 의한 가공］

도 5는, 도 1에 나타내는 3대의 연삭 장치(1)와, 도 2에 나타내는 1대의 연마 장치(2)와, 도 3에 나타내는 1대의 연삭 장치(1)와, 도 4에 나타내는 1대의 연마 장치(2)와, 미(未)가공 피가공물(W)의 반입 장치(3)와, 가공 후의 피가공물(W)의 반출 장치(4)와, 상기 반입 장치(3), 연삭 장치(1), 연마 장치(2), 반출 장치(4)의 각 장치 사이를 선회 작동하는 작동 아암(51) 및 상기 작동 아암(51)의 선단에 부착되어 피가공물(W)을 파지하도록 한 파지부(52)를 갖는 이재 장치(5)의 배치를 나타내는 배치도이다. 도시하지 않은 제어 수단은, 가공 개시 전에 입력이 끝난 초기 설정 항목, 및 연삭 장치(1), 연마 장치(2)에 구비된 계측 수단(18)으로부터 송신된 계측 신호를 바탕으로 연산 처리하여 상기 연삭 장치(1), 연마 장치(2)의 각 수단으로 작동 신호를 출력하는 기능과, 상기 이재 장치(5)의 선회 작동 및 피가공물(W)을 파지하는 파지작동을 제어하는 기능을 구비한다. 또, 상기 제어 수단은, 상기 이재 장치(5)가, 상기 반입 장치(3), 연삭 장치(1), 연마 장치(2), 반출 장치(4) 사이를 선회 작동하는 순서를 제어하는 기능을 구비하여도 무방하다.

이와 같이 구성하면, 제어 수단에 미리 입력된 반입 장치(3), 연삭 장치(1), 연마 장치(2), 반출 장치(4)로의 선회 작동 순서에 근거하여, 이재 장치(5)의 파지부(62)가 피가공물(W)을 파지하여 작동 아암(51)이 선회 작동하게 된다. 따라서, 반입 장치(3) 상에 대기하고 있는 연삭·연마 가공이 아직 이루어지지 않은 피가공물(W)은, 연삭 장치(1)와 연마 장치(2)에 의해 연삭 가공과 연마 가공을 종료하고 반출 장치(4)로 전자동으로 반출할 수가 있다.

또, 이재 장치(5)의 파지부(52)는, 소정의 각도로 회전할 수 있게 되어 있기 때문에, 각기둥 형상의 피가공물(W)을 가공하는 연삭 장치(1)와 연마 장치(2)의 파지 수단(12)의 클램프 축(13)에 설치된 「간헐 회전」의 회전 기구를 생략하고, 파지부(52)에 의해 피가공물(W)을 「간헐 회전」시켜도 무방하다.

［연삭·연마 가공］

상기 제 1 양태에 기재된 제어 수단에, 가공 개시 전에 입력하는 초기 설정 항목의 예로서는, 이하의 항목이 포함된다.

1. 이후에 기술하는 기준 블록(K)의 한 쌍의 2 기준면에 의해 형성된 기지(旣知)의 기준 간격 치수

2. 피가공물(W)의 종류 및 그 형상 정보(각기둥의 각의 수 또는 원기둥)

3. 피가공물(W)의 표층부의 연삭 가공 여유 및 연마 가공 여유

4. 피가공물(W)의 연삭·연마 가공 후의 최종 단면 치수 및 그 공차

5. 각기둥 형상의 피가공물(W)을 가공하는 경우의, 연삭 장치(1)의 (이후에 기술하는) 연삭 수단(A(14)), 및 연마 장치(2)의 (이후에 기술하는) 연마 수단(A(20))의 외형 치수, 지립의 입도, 회전 속도, 및 연삭 장치(1)의 파지 수단(12)과 연삭 수단(A(14)) 및 연마 장치(2)의 파지 수단(12)과 연마 수단(A(20)) 중 어느 하나를 (이후에 기술하는) 이동 수단(19)에 의해 이동시키는 이동 속도

6. 원기둥 형상의 피가공물(W)을 가공하는 경우의, 연삭 장치(1)의 (이후에 기술하는) 연삭 수단(B(24)), 및 연마 장치(2)의 (이후에 기술하는) 연마 수단(B(30))의 외형 치수, 지립의 입도, 회전 속도, 및 연삭 장치(1)의 파지 수단(12)과 연삭 수단(B(24)) 및 연마 장치(2)의 파지 수단(12)과 연마 수단(B(30)) 중 어느 하나를 이동 수단(19)에 의해 이동시키는 이동 속도

7. 피가공물(W)의 가공부의 형상이, 단결정 실리콘 블록의 모서리부, 혹은 단결정 사파이어 잉곳의 몸체부와 같은, 원호 형상 혹은 원기둥 형상인 피가공물(W)을 가공할 경우에 필요로 하는 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)의 파지 수단(12)의 회전 속도

상기 연삭 가공 및 연마 가공에 있어서의 피가공물(W)의 이동 속도는, 연삭 가공흔(痕) 또는 연마 가공흔이 남지 않는 범위로 설정할 필요가 있으며, 피가공물(W)이 각기둥 형상인, 예컨대 다결정 실리콘 블록의 측면부(F)와 모서리부(C), 및 단결정 실리콘 블록의 측면부(F)를 가공할 때에는 10~40㎜/초로 설정하고, 피가공물(W)이 원기둥 형상인, 예컨대 단결정 사파이어 잉곳의 몸체부(B), 및 상기 단결정 실리콘 블록(W)의 모서리부(C)를 가공할 때에는 10㎜/초 이하로 설정한다.

상기 이동 속도의 설정에는, 연삭·연마 가공의 지립의 입도, 절삭량, 회전 속도의 설정 조건이 관계되며, 예컨대, 지립의 입도가 굵으면 상기 범위 중 느린 영역으로 설정하고, 지립의 입도가 작으면 상기 범위 중 빠른 영역으로 설정할 필요가 있다.

피가공물(W)에 대해 상기 연삭 장치(1)의 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24))에 일정한 절삭량을 설정하고 피가공물(W)의 왜곡을 깎아내어 형상을 다듬는 동시에, 단면 치수를 원하는 공차 내로 연삭하는 기능과, 피가공물(W)에 대해 상기 연마 장치(2)의 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))에 일정한 가압력에 의한 절삭량을 설정하여 상기 피가공물(W)의 표층부를 수 10㎛~100㎛ 전후로 연마하는 기능을 구비하고 있기 때문에, 단면 치수와 단면 형상을 원하는 공차 내로 가공할 수 있는 동시에, 표층부의 마이크로 크랙을 적확하게 제거하여, 표면 조도를 미세화할 수가 있다.

또, 연삭 개시 전에 연삭 장치(1)의 계측 수단(18)에 의해 계측된 단면 치수가, 제어 수단에 의해 연산 처리되어, 초기 설정 항목으로서 미리 제어 수단에 입력된 피가공물(W)의 연삭 가공 여유와 연마 가공 여유와 연삭·연마 가공 후의 최종 단면 치수의 합계 치수보다 작은 경우, 연삭 가공 및/또는 연마 가공을 할 수가 없기 때문에, 상기 피가공물(W)은, 연삭 장치(1)의 연삭 가공을 중지하고 파지 수단(12)에 의해 기대(11) 상에 재치되게 된다.

연삭·연마 가공이 중지된 피가공물(W)은, 상기 이재 장치(5)의 작동 아암(51)이 선회·작동하여 파지부(52)에 의해 파지되며, 도시되지 않은 재용융 공정으로 복귀하게 된다.

상기 연삭 장치(1) 혹은 연마 장치(2)에 설치되어 있는 계측 수단(18)은, 파지 수단(12)의 클램프 축(13)의 한쪽에 피가공물(W)의 기둥 축과 평행한 수평인 한 쌍의 기준면과 수직인 한 쌍의 기준면이 기지의 기준 간격 치수를 두고 형성된 기준 블록(K)을 구비한다. 계측 수단(18)은 또한, 계측 방향을 피가공물(W)의 기둥 축 방향과 직교하는 방향으로 하여, 상기 기준 블록(K)의 수직인 기준면 및 피가공물(W)의 수직인 연삭·연마 가공부의 간격 치수(단면 치수)를 계측하도록 한 계측구(A(18A))와, 계측 방향을 상기 계측구(A(18A))와 직교하는 수직 방향으로 하여, 상기 기준 블록(K)의 상면의 기준면 및 피가공물(W)의 상면의 연삭·연마 가공부의 높이 위치를 계측하는 계측구(B(18B))를 구비한다.

상기의 구성을 이용하여, 계측 수단(18)에 의해 다음과 같이 계측한다.

＜1＞ 기둥 축과 수직인 수평 방향의 (수직의 기준면을 이용한) 기준 블록(K)의 단면 치수의 계측에 대해서는, 가공 개시 전에, 초기 설정 항목으로서 기준 간격 치수가 미리 제어 수단에 입력된다. 상기 기준 블록(K)의 기준면 사이를 상기 계측구(A(18A))에 의해 실측하여 제어 수단에 송신된다. 계측 신호가 연산 처리되어, 상기 기준 블록(K)의 기준 치수(단면 치수)에 대한 계측구(A(18A))의 계측 신호가 설정되는 것이다.

＜2＞ 피가공물(W)의 단면 치수의 계측에 대해서는, 상기 피가공물(W)의 단면 치수인 기둥 축과 수직인 수평 방향의 가공부 사이의 실제 치수를 계측구(A(18A))에 의해 실측하여 그 계측 신호가 제어 수단에 송신된다. 상기 피가공물(W)의 계측 신호가 상기 ＜1＞에서 설정된 계측구(A(18A))의 기준 치수의 계측 신호를 바탕으로 연산 처리되어, 피가공물(W)의 단면의 실제 치수를 계측할 수 있는 것이다.

＜3＞ 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24)), 및 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 절삭량이 「제로」인 기점 위치의 설정에 대해서는, 상기 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24)) 및 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 선단부를 기준 블록(K)의 기준면에 접촉시켜, 그 접촉 위치의 신호가 제어 수단에 송신된다. 상기 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24)) 및 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 절삭량이 「제로」인 기점 위치가 연산 처리되어 제어 수단에 기억된다.

＜4＞ 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24)), 및 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 절삭량의 설정에 대해서는, 상기 ＜1＞＜2＞＜3＞이 자동 계측 및 자동 설정되며, 상기 ＜1＞＜2＞＜3＞의 연산 처리 결과가, 가공 개시 전에 초기 설정 항목으로서 미리 제어 수단에 입력되어 있는 연삭·연마 가공 후의 단면 치수를 바탕으로, 더욱 연산 처리되어 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24)), 및 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 절삭량이 자동 설정되는 것이다.

또한, 「절삭량」이란, 특히 연마 브러시와 같이 가공중에 변형되는 수단에 있어서, 변형을 무시한 이송량이며, 실제로 연삭 혹은 연마된 「깎기 여유(cutting margin)」와 구별하여 이용한다.

또, 제어 수단에 입력된 초기 설정 항목과 계측 수단(18)으로부터 송신된 계측 신호의 연산 처리와, 그 연산 처리에 의해 상기 제어 수단으로부터 연삭 장치(1) 혹은 연마 장치(2)로 송신되는 작동 신호에 대해 보충 설명을 하도록 한다.

상기 초기 설정 항목 중의 피가공물(W)의 종류 및 그 형상 정보(각기둥의 각의 수 또는 원기둥)에 의해 결정되는 작동 신호에, 예컨대, 파지 수단(12)의 피가공물(W)을 파지하는 클램프 축(13)의 「간헐 회전」 또는 「연속 회전」을 결정하는 작동 신호가 있다. 제어 수단으로부터

연삭 장치(1)를 구성하는 기대(11), 파지 수단(12), 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24)), 계측 수단(18), 이동 수단(19), 혹은

연마 장치(2)를 구성하는 기대(11), 파지 수단(12), 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30)), 계측 수단(18), 이동 수단(19)

으로 송신되어 상기 각 수단을 작동시키는 신호가 있다.

또한, 계측 수단(18)의 계측에 관한 상기＜1＞＜2＞＜3＞＜4＞의 연산 처리에 근거하는, 피가공물(W)의 연삭·연마 가공 후의 외형 치수의 조제와 마이크로 크랙의 제거 및 표면 조도의 조정을 수행하는 작동 신호가 있다.

또, 계측구(A(18A))에 의해 계측된 기준 블록(K)의 기둥 축과 수직인 수평 방향의 기준면과 피가공물(W)의 기둥 축 방향과 직교하는 방향(도 1 내지 도 4, 도 7, 도 8에 나타내는 Y방향)의 양측의 가공부의 간격 치수(단면 치수)에 근거하여 상기 가압구(34)가 상기 피가공물(W)의 양측(도 1 내지 도 4, 도 7, 도 8에 나타내는 Y방향)으로 진퇴 이동하여, 상기 피가공물(W)을 기대(11)의 도 1 내지 도 4, 도 7, 도 8에 나타내는 Y방향의 중심 위치에 설정할 수가 있다. 계측구(B(18B))에 의해 계측된 기준 블록(K)의 상면의 기준면 및 피가공물(W)의 가공부의 수직 방향(도 6 및 도 8에 나타내는 Z방향)의 높이 위치에 근거하여, 상기 기대(11)가 상하 이동하여, 상기 피가공물(W)의 기둥 축심을 연삭 수단(A(14)) 또는 연마 수단(A(20)), 연삭 수단(B(24)) 또는 연마 수단(B(30))의 Z방향(도 6 및 도 8 참조)의 중심 위치에 설정할 수가 있다.

기대(11)에 재치된 피가공물(W)의 기둥 축 방향과 직교하는 수평 방향(도 1 내지 도 4, 도 7, 도 8에 나타내는 Y방향)과 수직 방향(도 6 및 도 8에 나타내는 Z방향)으로 심출(芯出)하여 파지 수단(12)의 클램프 축(13)이 피가공물(W)의 양 단면의 중심 위치를 적확하게 파지할 수 있도록 하였다. 이 때문에, 연삭·연마 가공하는 피가공물(W)의 형상이, 원기둥 형상(단결정 사파이어 잉곳인 경우) 혹은 원호 형상(단결정 실리콘 블록의 모서리부)인 경우에, 파지 수단(12)의 클램프 축(13)을 그 축심을 중심으로 하여 「간헐 회전」 또는 「연속 회전」시켜, 적확하게 가공할 수가 있다.

상기 계측 수단(18)의 계측구(A(18A)) 및 계측구(B(18B))의 측정 방식으로는, 계측하는 부위에 직접 접촉시켜 계측하는 접촉식과, 레이저 광을 방사하여 계측하는 비접촉식의 어느 쪽을 이용하여도 무방하다.

또, 상기 제어 수단은, 하기의 기능을 가지면 된다. 즉,

1. 연삭 장치 및 연마 장치의 파지 수단에 설치된 기준 블록(K)의 수직인 양측의 기준면에, 연삭 수단(A(14)) 및 연마 수단(A(20)), 또는 연삭 수단 B(14) 및 연마 수단(B(30))의 각 선단을 접촉시켜, 상기 연삭 장치 및 연마 장치의 각 수단의 절삭량이 「제로」가 되는 기점 위치를 연산 처리하는 기능.

2. 연삭 장치 및 연마 장치의 계측 수단에 설치된 계측구(A(18A))에 의해 상기 기준 블록(K)의 수직인 양측의 기준면과 피가공물(W)의 양측의 가공부의 차를 계측하여, 피가공물(W)의 가공부의 가공 전 및 가공 후의 단면 치수를 연산 처리하는 기능.

3. 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)에 설치된 기대(11)에 재치된 피가공물(W)을, 그 수평 양 방향으로부터 가압구(34)에 의해 가압하여 상기 피가공물(W)의 기둥 축과 직교하는 수평 방향의 중심 위치에 위치 결정을 한 후, 상기 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)에 각각 설치된 계측 수단(18)의 계측구(B(18B))에 의한 계측에 의해, 상기 기대(11)의 상하 위치가 조정되어, 상기 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)에 각각 설치된 파지 수단(12)의 클램프 축(13)이 파지하는 피가공물(W)의 양 단면의 클램프 위치를 상기 피가공물(W)의 축심과 일치시키는 심출(芯出)의 연산 처리를 하는 기능.

4. 가공 개시 전에 입력한 상기 초기 설정 항목과, 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)에 각각 설치된 계측 수단(18)의 계측구(A(18A)) 및 계측구(B(18B))가 출력하는 계측 신호로부터 연산 처리하여, 상기 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)의 각 수단에 작동 신호를 출력하는 기능.

제어 수단에 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템을 자동화하기 위한 각 기능을 마련하였기 때문에, 피가공물(W)의 가공부의 연삭 가공과 연마 가공이 적확하게 이루어질 수 있는 동시에 에너지 절약을 도모할 수가 있다.

또, 연삭·연마 가공을 하는 각기둥 형상의 피가공물(W)의 단면 치수의 공차를 ±0.5㎜로 하고, 상기 피가공물(W)의 2 측면부(F)가 서로 교차하는 모서리부(C)의 단면 형상의 공차를 ±0.1도로 하면 된다.

예컨대, 가공 개시 전의 사각 기둥 형상의 실리콘 블록의 단면 치수에는, 125㎜×125㎜(호칭：5인치), 156㎜×156㎜(호칭：6인치), 210㎜×210㎜(호칭：8인치)의 3종류가 있다. 요구되는 공차는 ±0.5㎜이며, 또한 요구되는 실리콘 블록(W)의 2 측면부(F)가 서로 교차하는 모서리부(C)의 단면 형상의 공차는, 90도±0.1도이다. 이에, 단면 치수의 공차, 및 단면 형상의 공차에 근거하여 연삭·연마 가공을 적확하게 실시한다.

또, 연삭·연마 가공을 하는 원기둥 형상의 피가공물(W)의 단면 치수의 공차를 ±0.5㎜로 하면 된다.

예컨대, 가공 개시 전의 원기둥 형상의 단결정 사파이어 잉곳의 단면 치수는, 직경은 2~6인치(51~154㎜)이다. 요구되는 공차는 ±0.5㎜이다. 이에, 단면 치수의 공차에 근거하여 연삭·연마 가공을 적확하게 실시한다.

지금까지 설명한 연삭·연마 가공 시스템을 이용하여, 연삭 수단(A(14))에 의해 연삭 가공을 한 후, 상기 연마 수단(A(20))에 의해 연마 가공을 하도록 하여 경취성 재료의 연삭·연마 가공을 한다.

또는, 연삭 수단(B(24))에 의해 연삭 가공을 한 후, 상기 연마 수단(B(30))에 의해 연마 가공을 한다.

연삭 장치의 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24))의 지립의 입도가 F90~F220(JISR6001：1998)로 이루어지는 거친 연삭용의 지석과, 지립의 입도가 ＃240~＃500(JISR6001：1998)으로 이루어지는 정밀 연삭용의 지석을 이용하고, 연마 장치의 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 지립의 입도가 ＃240~＃500(JISR6001：1998)으로 이루어지는 거친 연마용의 연마 브러시와, 지립의 입도가＃800~＃1200(JISR6001：1998)으로 이루어지는 정밀 연마용의 연마 브러시를 구비하여, 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24))에 의해, 깎기 여유(cutting margin)를 20㎛~700㎛, 표면 조도를 Ry 2.0~10.0㎛(JISB0601：1994)로 한 후, 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))에 의해 깎기 여유를 75㎛ 이상, 표면 조도를 Ry 1.1㎛(JISB0601：1994) 이하로 하여 연삭·연마 가공을 하여도 무방하다.

또, 연삭·연마 가공부인 측면부(F)와 모서리부(C)가 형성된 각기둥 형상의 피가공물(W)의 가공 공정은, 하기의 어느 순서로 수행하여도 무방하다.

1. 측면부(F)의 연삭 가공, 모서리부(C)의 연삭 가공, 측면부(F)의 거친 연마 가공, 측면부(F)의 정밀 연마 가공

2. 측면부(F)의 연삭 가공, 측면부(F)의 거친 연마 가공, 측면부(F)의 정밀 연마 가공, 모서리부(C)의 연삭 가공

3. 측면부(F)의 거친 연삭 가공, 측면부(F)의 정밀 연삭 가공, 모서리부(C)의 연삭 가공, 측면부(F)의 거친 연마 가공, 측면부(F)의 정밀 연마 가공

또, 연삭·연마 가공부의 형상이 원기둥 형상인 몸체부(B)로 형성된 피가공물(W)의 가공 공정은, 하기의 어느 순서로 수행하여도 무방하다.

1. 연삭 가공, 거친 연마 가공, 정밀 연마 가공,

2. 거친 연삭 가공, 정밀 연삭 가공, 거친 연마 가공, 정밀 연마 가공

도시되지 않은 제어 수단에, 상기와 같이 초기 설정 항목을 설정한 후, 가공 개시 스위치를 온(ON)하여, 절삭·연마 가공을 개시한다. 반입 장치(3) 상에 반송되어 온 피가공물(W)은, 선회한 이재 장치(5)의 파지부(52)에 의해 파지된다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 피가공물(W)이, 최초로 가공을 실시하는 연삭 장치(1)의 기대(11) 상에 설치된다. 계측 수단(18)으로 피가공물(W)의 상면을 계측하고, 피가공물(W)의 기둥 축의 수직 위치가 파지 수단(12)의 클램프 축(13)의 축심의 수직 위치와 일치하도록, 기대(11)에 의해 수직 이동된다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 가압구(14)가 수평 방향의 양측(Y방향)으로부터 각각 전진하여 그 중앙에 피가공물(W)이 위치 결정된다. 다음으로, 파지 수단(12)의 클램프 축(13)의 한쪽이 도 1에 나타내는 X방향으로 전진하여 상기 클램프 축(13)(13)에 의해 파지된다. 기대(11)는 하방으로 수축된다.

도 6에 나타내는 파지 수단(12)이, 이동 수단(19)의 작동에 의해 연삭 수단(A(14)(14))의 사이로 이동된다. 상기 파지 수단(12)에 설치된 기준 블록(K)의 수직 방향의 기준면에 연삭 수단(A(14)(14))의 지립층(A(15a))의 선단이 접촉하며, 상기 연삭 수단(A(14))의 지립층(A(15a))의 절삭량을 「제로」로 하는 기점 위치가 제어 수단에 기억된다.

이상은, 피가공물(W)의 종류가 각기둥 형상인 피가공물(W)(예컨대 다결정 또는 단결정 실리콘 블록), 또는 원기둥 형상인 피가공물(W)(예컨대 단결정 사파이어 잉곳)에 대해 공통되는 작동이며, 이하에서는, 다결정 실리콘 블록을 피가공물(W)로 했을 때의, 각기둥 형상용의 연삭 수단(A(14))을 부착한 연삭 장치(1)와 각기둥 형상용의 연마 수단(A(20))을 부착한 연마 장치(2)에, 반입 장치(3)와 반출 장치(4)와 이재 장치(5)를 배치한 설비를 예로 하여, 그 작동의 상세에 대해 설명하도록 한다.

상기 파지 수단(12)이 이동 수단(19)의 작동에 의해 계측 수단(18)으로 이동되고, 도 8(Y방향)에 나타내는 바와 같이, 다결정 실리콘 블록(W)의 양측에 대향되는 1세트째의 측면부(F)의 단면 치수가 계측구(A(18A))에 의해 계측된다. 그 측정 결과가 제어 수단에 송신된다.

상기 제어 수단에 송신된 측정 결과는, 제어 수단 내에서 실제 치수로 연산 처리되며, 그 실제 치수와 미리 입력 설정된 「연삭 가공 후의 단면 치수」를 바탕으로 하여 연삭 수단(A(14))의 절삭량이 자동 설정된다.

단면 치수를 측정하고 연삭 수단(A(14))의 절삭량이 설정된 상기 다결정 실리콘 블록(W)의 1세트째의 양 측면부(F)(F)가, 이동 수단(19)의 작동에 의해 연삭 수단(A(14))(14)의 사이로 이동되어 연삭 가공된다. 상기 양 측면부(F)(F) 사이의 단면 치수가 계측구(A(18A))(18A)에 의해 공차 내인 것이 확인된다. 1세트째의 양 측면부(F)(F)의 연삭 가공이 종료되었으면, 파지 수단(12)의 클램프 축(13)(13)이 회전기구에 의해 90도 회전되어, 2세트째의 양 측면부(F)(F)가 상기 1세트째의 양 측면부(F)(F)와 마찬가지로, 연삭 가공된다. 단면 치수가 공차 내인 것이 확인되면, 4 측면부(F)의 연삭 가공이 종료된다.

4 측면부(F)의 연삭 가공이 종료된 다결정 실리콘 블록(W)은, 파지 수단(12)의 클램프 축(13)(13)에 의해 파지된 상태로 도 6에 나타내는 작동 개시 위치로 돌아가며, 클램프 축(13)(13)의 파지상태가 해제되어 기대(11) 상에 재치된다. 상기 다결정 실리콘 블록(W)은, 상기 이재 장치(5)의 작동 아암(51)이 선회하여 그 파지부(52)에 의해 파지되며, 다음의 가공 공정인 모서리부(C)의 연삭 가공용의 연삭 장치(1)의 기대(11) 상에 재치된다. 상기 측면부(F)를 연삭 가공한 연삭 장치(1)와 같은 작동 순서에 의해, 4 모서리부(C)의 연삭 가공을 실시한다.

4 모서리부(C)의 연삭 가공이 종료된 다결정 실리콘 블록(W)은, 상기와 마찬가지로, 파지 수단(12)의 클램프 축(13)(13)에 의해 파지된 상태로 도 6에 나타내는 작동 개시 위치로 돌아가며, 클램프 축(13)(13)의 파지상태가 해제되어 기대(11) 상에 재치된다. 상기 이재 장치(5)의 작동 아암(51)이 선회하여, 상기 다결정 실리콘 블록(W)은 그 파지부(52)에 의해 파지되고, 다음의 가공 공정인 연마 장치(2)의 기대(11) 상에 재치된다. 상기 연삭 장치(1)와 같은 작동 순서에 의해, 4 측면부(F)의 연마 가공을 실시한다. 이로써, 모든 연삭·연마 가공이 종료된다.

모든 연삭·연마 가공이 종료되고, 연마 장치(2)의 기대(11) 상에 재치되어 있는 상기 다결정 실리콘 블록(W)은, 상기 이재 장치(5)의 작동 아암(51)이 선회하여 그 파지부(52)에 의해 파지되며, 반출 장치(4)로 이재되어 반출된다.

다음으로, 본 발명의 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24))에 의해 연삭하여 단면 치수를 상기 가공 치수의 공차 내로 연삭 가공하고, 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))에 의해, 그 표층부의 마이크로 크랙을 제거하여 표면 조도를 미세화한 상기 다결정 실리콘 블록(W), 또는 단결정 실리콘 블록(W), 또는 단결정 사파이어 잉곳(W)을, 와이어 소로 슬라이스 가공하여 웨이퍼로 형성하는 실시예에 대해 기술한다. 실시예에서는, 상기 웨이퍼의 갈라짐·깨짐 등으로 인한 불량 제품의 발생률을 줄일 수 있었다.

(실시예 1)

본 실시예 1에 있어서 가공하는 피가공물(W)은, 도 15에 나타내는 바와 같이, 1개의 실리콘 잉곳으로부터 고정 지립 방식으로 한 새로운 와이어 소를 이용하여 절단된 4 측면부(F)와 직각형상의 4 모서리부(C)로 구성된 사각 기둥 형상의 다결정 실리콘 블록(W)이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 상기 다결정 실리콘 블록(W)은, 5열×5열 = 합계 25개가 절단 형성되었다. 그 4 모서리에 위치한 다결정 실리콘 블록(A(W))을 빼내어 준비하였다. 결정 실리콘 블록(A(W))에는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 2 측면부(F)에 팽출(膨出)이 형성되었다.

연삭 장치(1)의 연삭 수단(A(14))으로는, 도 9 및 도 10에 나타내는 컵형의 지석을 채용하였다. 표 3으로부터, 지립층(A(15a))을 형성하는 지립의 입도로서, 연삭 능력이 높은 F100(JISR6001：1998) 상당의 다이아몬드 지립을 선택하였다. 지립층(A(15a))의 외형 치수를 직경 250㎜, 폭을 8㎜로 하였다.

상기 표 1, 표 2에 나타내는 초기 설정 항목을 가공 개시 전에 제어 수단에 입력하였다. 피가공물(W)인 상기 사각 기둥 형상의 다결정 실리콘 블록(W)을 연삭 장치(1)의 기대(11) 상에 재치하고, 상기 연삭 장치(1)의 가공 개시 스위치를 온(ON)시켰다.

연삭 장치(1)의 가압구(34)(34)가 도 1, 도 7에 나타내는 Y방향의 내측으로 서로 작동하여, 기대(11) 상에 재치된 상기 사각 기둥 형상의 다결정 실리콘 블록(W)은, 그 기둥 축심이 Y방향의 중심 위치로 설정된다. 다음으로, 상기 다결정 실리콘 블록(W)의 양단이 파지 수단(12)의 클램프 축(13)(13)의 작동에 의해 파지되었다. 이동 수단(19)이 도 1에 나타내는 X방향으로 작동하여 클램프 축(13)에 설치된 기준 블록(K)을 계측구(A(18A)) 위치로 이동시켰다. 상기 기준 블록(K)의 단면 치수를 계측하여 그 출력 신호가 제어 수단에 송신되었다. 기준 블록(K)의 단면 치수를 계측한 출력 신호가, 가공 개시 전에 입력된 기준면의 단면 치수(100mm)에 상당하는 것으로 하여, 제어 수단에 기억되었다.

이동 수단(19)의 다음의 작동에 의해, 파지 수단(12)의 클램프 축(13)에 의해 파지된 다결정 실리콘 블록(A(W))이 계측구(A(18A)) 위치로 이동되었다. 상기 계측구(A(18A))가 도 8(Y방향)에 나타내는 바와 같이 다결정 실리콘 블록(A(W))의 대향되는 1세트의 2 측면부(F) 사이의 거리를 세로 3부위×가로 3부위(합계 9부위)와 다른 1세트의 2 측면부(F) 사이의 9부위의 합계 18부위에서 계측하였다. 그 결과, 2 측면부 사이의 거리는, 156.9~157.6㎜(평균：157.1㎜)였다. 또, 표면 조도는, Ry 21~27㎛(평균：24㎛)이며, 길이는 499.6㎜였다.

피가공물(W)로서 준비한 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))의 평균 단면 치수가 호칭：6인치의 156㎜×156㎜에 대해 ＋1.1㎜였다. 따라서, 한쪽 = 0.55㎜를 깎을 필요가 있으므로, 절삭량을 0.7㎜로 하였다. 회전 속도를 연삭 가공의 기준 주속도(周速度) 30~40m/초로부터 환산하여 2700min^－1로 하였다. 상기 연삭 수단(A(14))에 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))을 20㎜/초의 속도로 통과시켜 2측면부(F)를 연삭한 후, 파지 수단(12)의 클램프 축(13)을 90도 회전시켜, 다른 2 측면부(F)를 상기와 마찬가지로 연삭하여 4 측면부(F)의 연삭 가공을 종료하였다.

상기 4 측면부(F)의 연삭 가공을 종료한 후에, 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))을 파지하고 있는 파지 수단(12)의 클램프 축(13)을 45도 회전시켜, 1세트째의 2 모서리부(C)를 양측의 연삭 수단(3)에 대향되는 위치로 하였다.

상기 모서리부(C)의 연삭 가공에 있어서, 연삭 수단(A(14))의 지립의 입도와 다결정 실리콘 블록(A(W))의 이동 속도는, 상기 측면부(F)의 연삭시와 동일한 조건으로 하여 연삭하였더니, 측면부(F)와의 접합 부위에 칩핑(chipping)이라 불리는 갈라짐이 발견되었다. 이에, 상기 연삭 수단(A(14))의 지립의 입도를 ＃500(JISR6001：1998)로 미세하게 한 지석으로 변경하고 다결정 실리콘 블록(A(W))의 이동 속도를 30㎜/초로 변경하여 연삭하였다. 그 결과, 연삭량은 적어졌지만 상기한 바와 같은 칩핑(chipping)의 발생이 없는 C면을 형성할 수 있었다.

따라서, 상기 파지 수단(12)의 클램프 축(13)을 90도 회전시킨 다른 2 모서리부(C)의 연삭도, 연삭 수단(A(14))의 지립의 입도를 ＃500으로 하고, 상기와 마찬가지로 연삭하여 4 모서리부(C)의 연삭 가공을 실시하였다. 그 결과, 4 측면부(F)가 서로 대향되는 2 측면부(F) 사이의 합계 18부위의 치수가 156.1~156.6㎜(평균：156.2㎜), 4 측면부(F)의 깎기 여유(cutting margin = 계측치/2로 산출한 결과)가 390~480㎛(평균：430㎛), 표면 조도가 Ry 5~8㎛(평균：7㎛)였다.

본 실시예에 사용한 지석의 연삭 가공에 있어서의 1회당 「최대 깎기 여유와 그 절삭량」에 대해 확인한 결과, 최대 깎기 여유는 700㎛이며, 그 때의 절삭량은 1.0㎜였다. 본 실시예에 있어서의 연삭 가공의 한쪽(片側) 깎기 여유(550㎛)는, 상기 최대 깎기 여유(700㎛)의 범위 내이기 때문에, 지석의 절삭량을 0.55㎜로 설정하여 1회로 종료할 수가 있었다.

「깎기 여유와 절삭량」의 관계에 대해서는, 상기 결과로부터 1회의 연삭 가공에 있어서의 「깎기 여유 = 절삭량의 70% 이상」을 기준으로 설정할 수 있는 것이며, 본 실시예에 사용한 지석을 사용하여, 한쪽 깎기 여유가 1.0㎜ 이상인 예컨대 1.1㎜의 연삭 가공을 실시할 경우에는, 1회째의 연삭 가공(절삭량：1.0㎜, 깎기 여유：700㎛)을 한 후, 2회째의 연삭 가공(절삭량：0.57㎜, 깎기 여유：400㎛)을 하는 것이 좋다.

상기 연삭 가공 후(연마 가공 전)의 다결정 실리콘 블록(A(W))을 절단하여 내부를 관찰한 결과, 표면으로부터 70~90㎛의 깊이에 마이크로 크랙이 있었다. 또, 참고로서 상기 연삭 가공 후(연마 가공 전)의 상기 다결정 실리콘 블록(A(W))을 와이어 소를 이용하여 두께 200㎛의 웨이퍼 형상으로 슬라이스 가공한 결과, 그 갈라짐·깨짐 등의 발생률은 3.8%였다.

다음의 가공에 이용하는 연마 장치(2)의 연마 수단(A(20))에는, 도 11 및 도 12에 나타내는 것과 같은 거친 연마용의 브러시 모재(A(35))와 정밀 연마용의 브러시 모재(A(36))의 부착 베이스부를 각각의 금속관으로 묶어 동일한 회전반(22)에 탈부착할 수 있도록 한 세그먼트(segment)형의 연마 브러시를 채용하였다.

상기 연마 브러시의 거친 연마용의 브러시 모재(A(35))는, 지립의 입도를 표 4에 나타내는＃240(JISR6001：1998) 상당의 다이아몬드 지립을 선택하여 고정한 것이다. 그 부착 베이스부를 금속관으로 φ23㎜의 굵기로 묶은 브러시 모재(A(35)) 다발을 9개 준비하였다. 상기 브러시 모재(A(35)) 다발을 회전반(22)의 중심 직경 210㎜의 원주(圓周) 상에 균등 배치하여 탈부착이 가능하도록 부착하였다. 정밀 연마용의 브러시 모재(A(36))는, 지립의 입도를 표 4에 나타내는 ＃800(JISR6001：1998) 상당의 다이아몬드 지립을 선택하여 고정하고, 그 부착 베이스부를 금속관으로 φ23㎜의 굵기로 묶었다. 브러시 모재(A(36)) 다발을 24개 준비하였다. 상기 브러시 모재(A(36)) 다발을 회전반(22)의 중심 직경 280㎜의 원주 상에 균등 배치하여 탈부착이 가능하도록 부착하였다.

상기 연마 수단(A(20))의 가공 조건을, 절삭량을 0.5㎜로 하고, 회전 속도를 연마 가공의 기준 주속도 10~20m/초로부터 환산하여 1400min^－1으로 하며, 연마하는 다결정 실리콘 블록(A(W))의 이동 속도를 20㎜/초로 하였다. 4 측면부(F)의 거친 연마 가공과 정밀 연마 가공을 동시에 실시하여, 1 공정으로 연마 가공을 종료하였다.

상기 연마 가공을 종료한 결과, 4 측면부(F)의 서로 대향되는 2 측면부(F) 간의 합계 18부위의 치수는 155.9~156.4㎜(평균：156.1㎜)였다. 또, 깎기 여유는 91~97㎛(평균：95㎛), 표면 조도는 Ry 0.9~1.1㎛(평균：1.0㎛)였다.

본 실시예에 사용된 상기 연마 브러시의 1회의 연마 가공에 있어서의 「브러시 모재(A(21))가 꺾이는 일 없이 깎을 수 있는 최대 깎기 여유와 그 절삭량」에 대해 확인한 결과, 최대 깎기 여유는 174㎛이며, 그때의 절삭량은 1.0㎜였다. 본 실시예에 있어서의 연마 가공의 한쪽 깎기 여유(100㎛)는, 상기 최대 깎기 여유(174㎛)의 범위 내이기 때문에, 연마 브러시의 절삭량을 0.5㎜로 설정하여 연마 가공을 1회로 종료할 수 있었다.

또한, 연마 가공에 있어서의 「깎기 여유와 절삭량」의 관계에 대해서는, 상기 결과로부터 1회의 깎기 여유 = 절삭량의 15~25%를 기준으로 설정한다.

이상, 설명한 실시예 1의 다결정 실리콘 블록(A(W))의 연삭 가공과, 거친 연마 가공 및 정밀 연마 가공을 실시한 가공 결과를 정리하여, 표 5에 나타낸다.

상기 연삭 가공과 연마 가공을 종료한 다결정 실리콘 블록(A(W))을 와이어 소로 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼로 했을 때의 갈라짐·깨짐 등으로 인한 불량 제품의 발생률은, 1.2%였다. 상기한 바와 같이 연삭 가공 후에 있어서는 3~4%였던 데 대하여, 표 5에 나타내는 바와 같이 깎기 여유를 평균：95㎛, 표면 조도를 Ry 평균：1.0㎛로 한 연마 가공에 의해, 그 발생률을 크게 저감할 수가 있었다.

(실시예 2)

본 실시예 2에 사용한 피가공물(W)은, 도 17 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 인상법에 의해 제조된 원기둥 형상의 단결정 실리콘 잉곳을 절단 형성한 단결정 실리콘 블록(W)이다. 상기 단결정 실리콘 잉곳의 상하 단부를 절단 제거하여, 호칭 길이：300㎜(도 18에서는, 높이 방향), 실측(實測)의 길이 299.0~301.0㎜의 범위로 절단한 25개의 잉곳을 준비하였다. 그 잉곳을 도 17에 나타내는 바와 같이 고정 지그에 5열×5열의 배열로 수직으로 설정하였다.

상기 25개의 단결정 실리콘 잉곳을, 상기 실시예 1과 같은 고정 지립 방식의 새로운 와이어 소를 이용하여, 각각이 대략 직각을 이루는 4 측면부(F)를 절단 형성하여 25개의 단결정 실리콘 블록(W)을 준비하였다. 또한, 각 단결정 실리콘 잉곳의 몸체부의 일부를 원호 폭이 약 25㎜인 4 모서리부(C)로서 남겼다. 상기 단결정 실리콘 블록 중에서 무작위로 1개를 빼내어 피가공물(W)로 하였다.

단결정 실리콘 블록(W)의 형상은, 도 18에 나타낸 바와 같이, 4 측면부(F)와 원호형상의 4 모서리부(C)로 구성되는 사각 기둥 형상이다. 상기 실시예 1과 마찬가지로 대향되는 2 측면부(F) 사이의 계측을 합계 18부위에서 수행한 결과, 125.4~126.0㎜(평균：125.7㎜)였으며, 길이는 300.8㎜, 표면 조도는 Ry 22~28㎛(평균：25㎛)였다.

연삭 수단(A(14)) 및 연마 수단(A(20))의 사양에 대해서는, 상기 표 2에 나타내는 바와 같고, 연삭 수단(A(14))에 이용하는 컵형 지석의 지립의 입도를 표 3으로부터 선택하여 F180으로 변경한 것 이외에는, 상기 실시예 1과 동일하게 하였다. 상기 연삭 수단(A(14))의 지립의 입도를 F180으로 변경한 이유는, 이하에 따른 것이다. 연삭·연마 가공하는 단결정 실리콘 블록(W)의 평균 단면 치수가 (호칭：5 인치) 125㎜×125㎜에 대해 ＋0.7㎜이며, 그 깎기 여유(한쪽) = 0.35㎜로 깎기 여유로서 적다. 따라서, 상기 실시예 1에서 이용한 표 3에 나타내는 F100보다 미세한 입도인 F180(JISR6001：1998)으로 한 것이다.

연삭 가공은, 준비된 단결정 실리콘 블록(W)을 클램프 축(13)으로 파지하고, 그 2 측면부(F)를 양측으로 대향된 연삭 수단(A(14))의 사이에 통과시켜, 상기 실시예 1의 다결정 실리콘 블록(W)과 마찬가지로 4 측면부(F)의 연삭을 종료시켰다.

다음으로, 표 1에 나타내는 바와 같이, 제어 수단에 미리 입력 설정한 클램프 축(13)의 회전 속도(87min^－1)로 단결정 실리콘 블록(W)을 연속 회전시키면서, 상기 결정 실리콘 블록(W)을 2㎜/초의 저속도로 연삭 수단(A(14))을 통과시켜 4 모서리부(C)의 연삭 가공을 종료하였다.

그 결과, 4 측면부(F)의 서로 대향되는 2 측면부(F) 사이의 합계 18부위의 치수는, 125.3~126.1㎜(평균：125.4㎜), 4 측면부(F)의 깎기 여유는 283~350㎛(평균：316㎛), 4 측면부(F)와 4 모서리부(C)의 표면 조도는 Ry 4~6㎛(평균：5㎛)였다.

다음의 연마 가공은, 단결정 실리콘 블록(W)을 파지 수단에 의해 연속 회전시키면서, 거친 연마용의 브러시 모재(A(35))와 정밀 연마용의 브러시 모재(A(36))를 회전반(22)에 일체로 한 한 쌍의 연마 브러시로 이루어지는 연마 수단(A(20))의 사이를, 이동 수단(19)에 의해 2㎜/초의 저속도로 통과시켜 4 모서리부(C)의 연마 가공을 종료시켰다. 그 후, 4 측면부(F)의 연마 가공을 상기 실시예 1과 마찬가지로, 연마 수단(A(20))의 사이를 이동 수단(19)에 의해 20㎜/초의 이동 속도로 통과시켜 연마 가공을 실시하였다. 이상과 같이, 모든 연삭·연마 가공을 종료하였다.

상기 연마 가공을 종료한 4 측면부(F)의 서로 대향되는 2 측면부(F) 사이의 합계 18부위를 계측한 결과, 단면 치수는 124.7~125.4㎜(평균：125.2㎜)였다. 또, 깎기 여유는 86~100㎛(평균：93㎛), 표면 조도는 Ry 0.8~1.0㎛(평균：0.9㎛)였다.

이상 설명한 실시예 2의 단결정 실리콘 블록(W)의 연삭 가공과 연마 가공을 종료한 후의 단면 외형 치수와 표면 조도를 정리하여 표 6에 나타낸다.

또, 상기 연삭 가공과 연마 가공을 모두 종료한 단결정 실리콘 블록(W)을 와이어 소로 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼로 하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 갈라짐·깨짐 등으로 인한 불량 제품의 발생률을 조사하였다. 그 결과, 상기 실시예 1의 다결정 실리콘 블록(W)과 마찬가지로, 연삭 가공 후의 연마 가공에 의해 그 연마 여유를 86~100㎛로 하고, 표면 조도를 Ry 평균：0.9㎛로 함으로써, 갈라짐·깨짐 등으로 인한 불량 제품의 발생률을 1.0% 이하로 저감시킬 수 있었다.

(실시예 3)

본 실시예 3에 사용된 피가공물(W)은, 도 19에 나타내는 원기둥 형상의 단결정 사파이어 잉곳이다. 단면 치수가 호칭：4인치(직경：100±0.5㎜)이며, 인상법에 의해 제조되었다. 상기 단결정 사파이어 잉곳(W)의 몸체부(B)에는, 제조시의 용융 가열 등에 의해 발생된 불순물이 부착되어 요철이 형성되어 있다. 그 탑(top)부와 테일(tail)부를 절단 제거하고, 길이(도 19에서는, 높이 방향)를 호칭：200㎜, 실측 길이 200±1.0㎜의 범위로 절단하여 사용하였다.

연삭 장치(1)의 연삭 수단(B(24)) 및, 연마 장치(2)의 연마 수단(B(30))의 사양은, 다음의 표 7에 나타내는 바와 같다.

연삭 수단(B(24))에는, 도 13에 나타내는 롤형 지석을 채용하였다. 그 지립은, 상기 표 3보다 연삭능력이 높은 F100(JISR6001：1998)의 입도에 상당하는 다이아몬드 지립을 이용하였다. 상기 지립층(B(25))의 외형 치수를 외형 200㎜×길이 100㎜로 하였다. 절삭량을 1.5㎜, 회전 속도(연삭 가공의 기준 주속도：15~30m/초로부터 환산)를 2200min^－1으로 설정하여 상기 롤형 지석을 회전시켰다. 피가공물인 단결정 사파이어 잉곳(W)을, 그 기둥 축심의 양단을 파지하고 있는 파지 수단(12)의 클램프 축(13)에 의해, 상기 롤형 지석의 회전 방향과는 반대 방향으로 153min^－1의 회전 속도(표 1에 나타냄：원기둥 형상의 피가공물(W)의 기준 주속도 0.5~1.1m/초로부터 환산)로 연속 회전시켰다.

다음으로, 단결정 사파이어·잉곳(W)을 회전시키면서, 이동 수단(19)의 작동에 의해, 단결정 사파이어·잉곳(W)의 기둥 축 방향으로 2㎜/초의 저속도로 이동시켜, 회전하고 있는 연삭 수단(B(24))을 통과시키고, 몸체부(B)의 연삭 가공을 종료하였다.

연삭 가공을 종료한 상기 단결정 사파이어 잉곳(W)의 몸체부(B)의 직경 치수를, 상기 몸체부(B)의 기둥 축심을 따라 6부위 측정하였다. 상기 단결정 사파이어 잉곳(W)을 파지하고 있는 파지 수단(12)의 클램프 축(13)을 90도 회전시켜 그 직경 치수를 상기와 마찬가지로 6부위 측정하여, 합계 12부위의 직경 치수를 측정하였다. 그 결과, 100.3~101.1㎜(평균：100.7㎜)였다. 또, 그 표면 조도는 Ry 5~7㎛(평균：6㎛)였다. 또한, 단결정 사파이어·잉곳(W)의 절삭 가공은, 몸체부(B)에 부착된 불순물의 제거가 포함되어 있었기 때문에, 깎기 여유에 대한 측정 기록은 하지 않았다.

다음의 연마 장치(2)의 연마 수단(B(30))으로는, 도 14에 나타내는 회전드럼(32)의 일단부측에 거친 연마용의 브러시 모재(B(37))를 배치하고, 타단부측에 정밀 연마용의 브러시 모재(B(38))를 배치한, 길이가 400㎜인 1개의 회전드럼(32)에 거친 연마용과 정밀 연마용의 쌍방을 일체로 형성한 롤러형의 연마 브러시를 채용하였다.

상기 연마 수단(B(30))에 사용하는 지립의 입경(粒徑)은, 상기 거친 연마용의 브러시 모재(B(37))로는 표 4에 나타내는 ＃240(JISR6001：1998) 상당의 다이아몬드 지립으로 하고, 상기 정밀 연마용의 브러시 모재(B(38))로는 ＃800(JISR6001：1998) 상당의 다이아몬드 지립으로 하였다.

또, 상기 거친 연마용의 브러시 모재(B(37))와 정밀 연마용의 브러시 모재(B(38)) 각각의 외형 치수를 (모(毛) 끝의 직경) φ150㎜×(회전드럼(32)의 축심 방향의 길이) 200㎜로 하였다. 절삭량을 0.5㎜, 회전 속도 (연마 가공의 기준 주속도：10~20m/초로부터 환산)를 2000min^－1로 설정하여 상기 롤형 연마 브러시를 회전시켰다. 상기 단결정 사파이어 잉곳(W)을, 기둥 축심의 양단을 파지하고 있는 파지 수단(12)의 클램프 축(13)에 의해, 상기 롤형 연마 브러시의 회전 방향과는 반대 방향으로 153min^－1의 회전 속도(표 1에 나타내는 원기둥 형상의 피가공물(W)의 기준 주속도 0.5~1.1m/초로부터 환산)로 연속 회전시켰다.

다음으로, 이동 수단(19)의 작동에 의해, 상기 파지 수단(12)의 클램프 축(13)(13)에 의해 파지되어 회전하고 있는 단결정 사파이어·잉곳(W)을 그 기둥 축 방향으로 2㎜/초의 저속도로 이동시켜, 회전하고 있는 연마 수단(B(30))을 통과시키고, 몸체부(B)의 연마 가공을 종료하였다.

연마 가공을 종료한 상기 단결정 사파이어 잉곳(W)의 몸체부(B)의 직경 치수를, 상기 몸체부(B)의 기둥 축심을 따른 6부위의 직경 치수를 측정하였다. 상기 단결정 사파이어 잉곳(W)의 기둥 축심의 양단부를 파지하고 있는 파지 수단(12)의 클램프 축(13)을 90도 회전시켜 그 직경 치수를 상기와 마찬가지로 6부위 측정하여, 합계 12부위의 직경 치수를 측정하였다. 그 결과, 100.2~100.9㎜(평균：100.6㎜)였다. 또, 그 깎기 여유는 94~102㎛(평균：98㎛), 표면 조도는 Ry 5~7㎛(평균：6㎛)였다.

이상 설명한 실시예 3에 사용된 단결정 사파이어·잉곳(W)의 연삭 가공 및 연마 가공의 종료 후의 단면 외형 치수와 표면 조도를 정리하여 표 8에 나타낸다.

또, 상기 연삭 가공과 연마 가공을 모두 종료한 단결정 사파이어 잉곳(W)을 와이어 소로 슬라이스 가공하여 웨이퍼로 했을 때의 갈라짐·깨짐 등으로 인한 불량 제품의 발생율을 조사한 결과, 1.0% 이하로 저감할 수가 있었다. 연마 여유를 94~102㎛로 하고, 표면 조도를 Ry 평균：1.0㎛로 한 연마 가공에 의해, 상기 실시예 1, 실시예 2에 사용된 실리콘 블록(W)과 같은 효과를 얻을 수 있었다.

(변경예)

도 20에 나타내는 수정 럼버드와 같이, 파지 수단(12)에 의해 파지되는 피가공물(W)의 면이 수평이 아닌 경우에는, 파지 수단(12)의 선단에, 상기 피가공물(W)의 선단의 형상에 맞춘 끼움 지지 보조 부재(도시 생략)를 연결하여, 상기 끼움 지지 보조 부재를 통해 피가공물(W)을 파지하여도 무방하다.

피가공물(W)의 피가공면이 도 20에 나타내는 바와 같이 불규칙한 형상(이형상)인 경우에는, 예컨대, 「피가공물(W)의 형상」이나 「마무리 목표 형상」 등을 초기 설정 항목에서 설정하여, 연삭·연마 가공을 하여도 무방하다.

본 발명은, 다결정 및 단결정 실리콘 블록과 단결정 사파이어 잉곳의 연삭·연마에 관한 발명에 대해 설명하였으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 결정계 태양 전지 패널 등의 각종 반도체 기판에 이용되는 실리콘 웨이퍼, 수정 진동자 등의 전자 디바이스에 이용되는 수정 웨이퍼, 전자 디바이스나 광학 기판에 이용되는 석영 웨이퍼, LED 기판 등에 이용되는 사파이어 웨이퍼나 비화(砒化) 갈륨 웨이퍼나 갈륨 인 웨이퍼나 질화 갈륨 웨이퍼, 파워 디바이스 등에 이용되는 탄화규소 단결정 웨이퍼, SAW 필터에 이용되는 탄탈산 리튬 웨이퍼나 니오브산 리튬 웨이퍼, 초고속 반도체 소자에 이용되는 인화 인듐 웨이퍼, 등 경취성 재료 전반의 웨이퍼의 제조에 있어서의 잉곳 및 블록의 연삭·연마 가공에 대해서도 매우 적합하게 이용할 수가 있다. 상기 피가공물의 원료에 대해서는 상기한 것으로 한정되지 않으며, 다른 경취성 재료도 대상으로 하고, 형상에 대해서는, 각기둥 형상 및 원기둥 형상뿐만 아니라, 수정 럼버드와 같이 복잡한 형상(이형상)의 기둥 형상체(도 20 참조)를 포함하는 기둥 형상체 전반을 대상으로 하는 것이다.

본 발명의 연삭 장치 또는 연삭방법에 의하면, 경취성 재료로 이루어지는 잉곳을 와이어 소 등으로 절단 형성한 피가공물(W)이 되는 각기둥 형상의 블록의 단면 치수와 직각도(直角度) 또는 원기둥 형상의 잉곳의 단면 치수가 공차 범위로부터 벗어난 경우라 하더라도, 상기 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24))을 지석으로 하는 연삭 기능에 의해, 상기 피가공물(W)의 표층의 불순물과 왜곡을 제거하여 단면 치수를 ±0.5㎜의 공차 내로 할 수가 있다. 또한, 피가공물(W)의 형상이 각기둥 형상인 경우의 측면부(F)가 교차하여 형성되는 모서리부(C)의 직각도를 ±0.1도의 공차 내로 할 수가 있다. 또, 그 후 공정의 상기 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))을 연마 브러시로 한 연마 기능에 의해, 상기 연삭 가공을 마친 상기 피가공물(W)의 표층의 마이크로 크랙을 제거하여, 표면 조도를 Ry 1.1㎛(JISB0601：1994) 이하로 할 수가 있다. 따라서, 다음 공정에 있어서, 상기 피가공물(W)을 와이어 소 등을 이용하여 수백 ㎛ 두께의 웨이퍼로 슬라이스 가공했을 때에, 상기 슬라이스 가공 시에 발생하던 갈라짐·깨짐으로 인한 불량 제품의 발생률을 저감할 수가 있다.

또, 상기 연삭 수단(A(14)) 또는 연삭 수단(B(24)) 및 연마 수단(A(20)) 또는 연마 수단(B(30))의 부착부의 사양을 공통화함으로써, 상기 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)의 본체를 동일 사양으로 할 수가 있다. 따라서, 장치 본체의 제조원가를 저렴하게 할 수가 있다. 또한, 상기 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)에 부착하는 피가공물(W)을 파지하는 파지 수단(12)의 클램프 축(13)은 「간헐 회전」 또는 「연속 회전」이 가능하다. 따라서, 형상이 각기둥 형상 또는 원기둥 형상인 피가공물(W)의 연삭·연마 가공을 용이하게 할 수가 있다.

또, 상기 반입 장치(3)·연삭 장치(1)·연마 장치(2)·반출 장치(4)의 각 장치에 피가공물(W)을 재치하여, 취출(取出)하는 이재 장치(5)를 구비하며, 상기 이재 장치(5) 및 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)의 각 공정을 제어 수단에 의해 자동화한다. 따라서, 가공 정밀도의 향상과 에너지 절약화, 및 양산화를 도모할 수가 있다.

피가공물의 표층부를 일정한 절삭량으로 연삭하여, 상기 피가공물의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하는 동시에 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 수단과, 상기 연삭을 마친 피가공물의 표층부를 일정한 가압력으로 연마하여, 상기 피가공물의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세화하는 연마 수단을 구비하는 연삭·연마 장치(6)를 구비한 연삭·연마 가공 시스템을 제 2 실시 형태로서 설명한다. 여기에서는, 제 1 실시 형태와 다른 점에 대해서만 설명한다.

도 21은, 본 발명에 관한 각기둥 형상의 피가공물(W)을 연삭 및 연마하는 연삭·연마 장치(6)를 나타낸다. 연삭·연마 장치(6)는, 피가공물(W)을 파지하는 파지 수단(12)과, 피가공물(W)의 측면부(F) 및 모서리부(C)를 연삭 가공하는 연삭 수단(A(14))과, 연삭 가공이 끝난 피가공물(W)의 측면부(F) 및 모서리부(C)를 연마 가공하는 연마 수단(A(20))과, 기준면을 형성하는 기준 블록(K)과, 피가공물(W)의 단면 치수를 계측하는 계측 수단(18)과, 피가공물(W)을 파지하는 상기 파지 수단(12)을 이동시켜 상기 피가공물(W)을 계측 수단(18)과, 연삭 수단(A(14))의 사이로 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

상기 이동 수단(19)은, 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)을 계측 수단(18)과 연삭 수단(A(14)) 및 연마 수단(A(20))의 사이에서 이동시켜 피가공물(W)을 계측하거나, 또는, 피가공물(W)을 연삭 가공 및 연마 가공한다. 그러나 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)을 고정하고, 계측 수단(18)과 연삭 수단(A(14)) 및 연마 수단(A(20))을 피가공물(W)의 위치에서 이동시켜 상기 피가공물(W)의 계측과 연삭 가공 및 연마 가공을 실시하도록 하여도 무방하다.

연삭 수단(A(14))으로는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 컵형의 지석을 이용하였다. 또, 연마 수단(B(20))으로는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 세그먼트(segment)형의 연마 브러시를 이용하였다.

도 22는, 본 발명에 관한 원기둥 형상의 피가공물(W)을 연삭 및 연마하는 연삭·연마 장치(6)를 나타낸다. 연삭·연마 장치(6)는, 피가공물(W)을 파지하는 파지 수단(12)과, 피가공물(W)의 몸체부(B)를 연삭 가공하는 연삭 수단(B(24))과, 연삭 가공이 끝난 피가공물(W)의 몸체부(B)를 연마 가공하는 연마 수단(B(30))과, 기준면을 형성하는 기준 블록(K)과, 피가공물(W)의 단면 치수를 계측하는 계측 수단(18)과, 피가공물(W)을 파지하는 상기 파지 수단(12)을 이동시켜 상기 피가공물(W)을 계측 수단(18)과 연삭 수단(B(24))의 사이로 이동시키는 이동 수단(19)을 구비한다.

상기 이송 수단(19)은, 상기와 마찬가지로 피가공물(W)을 파지한 파지 수단(12)을 고정하고, 계측 수단(18)과 연삭 수단(B(24)) 및 연마 수단(B(30))을 피가공물(W)의 위치에서 이동시켜 상기 피가공물(W)의 계측과 연삭 가공 및 연마 가공을 실시하도록 하여도 무방하다.

연삭 수단(B(24))으로는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 롤형의 지석을 이용하였다. 또, 연마 수단(B(30))으로는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 롤형의 연마 브러시를 이용하였다. 또한, 롤형의 지석보다 저렴한 컵형의 지석이나, 롤형의 연마 브러시보다 저렴한 컵형 또는 세그먼트(segment)형의 연마 브러시를 사용할 수도 있다.

각기둥 형상 및 원기둥 형상의 피가공물(W)의 연삭 및 연마를 행하는 연삭·연마 장치(6)는, 모두, 담지(擔持) 수단(12)에 고정된 피가공물(W)을 도면의 좌측으로부터 우측으로 상대적으로 이송시킴으로써, 연삭, 연마의 순으로 가공이 이루어진다.

또, 연삭 수단(A(14))과 연마 수단(A(20)) 중 적어도 어느 한쪽을 복수로 연이어 접촉시켜도 무방하다. 예컨대, 도 23에서는, 한 쌍의 연삭 수단(A(14))에, 두 쌍의 연마 수단(A(20))을 연이어 접촉시켰다. 이 경우, 상기 도면 좌측에 배치되는 연마 수단(A(20))의 브러시 모재(A(21))에 함유되는 지립의 입도를 굵게 하고, 상기 도면 우측에 배치되는 연마 수단(A(20))의 브러시 모재(A(21))에 함유되는 지립의 입도를 작게 함으로써, 연삭 수단(A(14))에 의한 연삭 가공 후, 2 단계의 연마 가공을 실시할 수가 있다. 또, 연삭 가공으로 생긴 요철이 지나치게 커서, 이 요철을 연마 수단(A(20))의 가공 능력으로는 완만하게 하기가 어려운 경우 등, 연마 가공의 능력을 향상시키고자 하는 경우에는, 모든 연마 수단(A(20))의 브러시 모재(A(21))에 함유되는 지립의 입도를 대략 동일하게 할 수가 있다.

또, 도시하지 않지만, 원기둥 형상의 피가공물(W)의 연삭 및 연마를 하는 연삭·연마 장치(6)에 있어서도, 마찬가지로 연삭 수단(B(20))과 연마 수단(B(20)) 중 적어도 어느 한쪽을 복수로 연이어 접촉시킬 수가 있다.

연삭·연마 장치(6)에 탈부착 가능하도록 한 연삭 수단(A(14)) 및 연마 수단(B(20)), 혹은 연삭 수단(B(24)) 및 연마 수단(B(30))의 부착부의 사양을 공통화함으로써, 이들을 교환할 수가 있다. 이로써, 예컨대 도 21 및 도 22에 나타내는 바와 같은 연삭·연마 장치(6)의 경우에는, 두 쌍의 연삭 수단(A(14))(연삭 수단(B(24)))을 구비한 연삭 장치(1), 혹은 두 쌍의 연마 수단(A(20))(연마 수단(B(30)))을 구비한 연마 장치(2)로 할 수가 있다. 각각의 지립층을 구성하는 지립의 입도 또는 각각의 브러시 모재에 함유되는 지립의 입도를 대략 동일하게 함으로써, 가공 시간을 단축할 수가 있다. 또, 상기 도면 좌측의 지립의 입도를 굵게 하고, 동 도면 우측의 지립의 입도를 작게 함으로써, 2 단계의 연삭 가공 또는 연마 가공을 실시할 수가 있다. 또, 예컨대 도 23에 나타내는 바와 같은 연삭·연마 장치(6)의 경우에는, 3쌍의 연삭 수단(A(14))(연삭 수단(B(24)))을 구비한 연삭 장치(1), 혹은 2쌍의 연마 수단(A(20))(연마 수단(B(30)))을 구비한 연마 장치(2)로 할 수가 있다. 혹은, 동 도면 좌우 방향의 중앙에 위치하는 연마 수단(A(20))(연마 수단(B(30)))을 연삭 수단(14)(연삭 수단(B(24)))으로 변경함으로써, 2단계의 연삭 가공을 실시한 후, 연마 가공을 실시할 수가 있다.

도 24는, 도 1에 나타내는 연삭 장치(1)와, 도 2에 나타내는 연마 장치(2)와, 도 21에 나타내는 연삭·연마 장치(6)와, 도 22에 나타내는 연삭·연마 장치(6)와, 미가공의 피가공물(W)의 반입 장치(3)와, 가공 후의 피가공물(W)의 반출 장치(4)와, 상기 반입 장치(3), 연삭 장치(1), 연마 장치(2), 반출 장치(4)의 각 장치 사이를 선회 작동하는 작동 아암(51) 및 상기 작동 아암(51)의 선단에 부착하여 피가공물(W)을 파지하도록 한 파지부(52)를 갖는 이재 장치(5)의 배치를 나타내는 배치도이다. 도시되지 않은 제어 수단은, 가공 개시 전에 입력이 끝난 초기 설정 항목, 및 연삭 장치(1), 연마 장치(2), 연삭·연마 장치(6)에 구비된 계측 수단(18)으로부터 송신된 계측 신호를 바탕으로 연산 처리하여 상기 연삭 장치(1), 연마 장치(2), 연삭·연마 장치(6)의 각 수단으로 작동 신호를 출력하는 기능과, 상기 이재 장치(5)의 선회 작동 및 피가공물(W)을 파지하는 파지작동을 제어하는 기능을 구비한다.

연삭 장치(1), 연삭 장치(2), 연삭·연마 장치(6)의 조합은, 피가공물(W)의 성상(性狀) 및 요구되는 가공 정밀도에 따라, 적절히 선택할 수가 있다. 예컨대 도 24(A)에서는, 도 21에 나타내는 연삭·연마 장치(6)를 2대 배치하고, 각기둥 형상의 피가공물(W)의 가공에서는, 측면부(F)의 가공과 모서리부(C)의 가공을 각각 1대의 연삭·가공 장치(6)로 수행하였다. 모서리부(C)의 표면 조도에 대한 요구가 높지 않은 예로서, 도 24(B)에서는, 도 21에 나타내는 연삭·연마 장치(6)와 도 1에 나타내는 연삭 장치(1)를 각각 한 대씩 배치하고, 측면부(F)의 가공을 연삭·연마 장치(6)에 의해 수행한 후, 모서리부(C)의 연삭 가공을 연삭 장치(1)에 의해 수행하였다. 또, 모서리부의 가공에 있어서, 피가공물(W)을 같은 속도로 이송시킬 필요가 있는 연삭·연마 장치(6)에서는 요구되는 가공을 실시할 수 없는 예로서, 도 24(C)에 나타내는 바와 같이, 연삭·연마 장치(6)와 연삭 장치(1)와 연마 장치(2)를 각각 1대씩 배치하여, 측면부(F)의 가공을 연삭·연마 장치(6)에 의해 수행한 후, 모서리부(C)의 가공을 연삭 장치(1)에 의한 연삭 가공, 연마 장치(2)에 의한 연마 가공의 순으로 수행하였다.

특별히 기재되지 않은 연삭·연마 장치(6)에 의한 피가공물(W)의 운전 방법(파지방법, 계측 방법, 간헐 회전 또는 연속 회전, 가공 방법, 등)은, 연삭 장치(1) 및 연마 장치(2)와 같으며, 구체적인 동작 및 운전 방법은 상술한 내용을 참조하기 바란다.

본 명세서 및 도면에서 이용한 주된 부호를 이하에 정리하여 나타낸다.

1; 연삭 장치
2; 연마 장치
3; 반입 장치
4; 반출 장치
5; 이재(移載) 장치
6; 연삭·연마 장치
11; 기대(基臺)
12; 파지(把持) 수단
13; 클램프 축
14; 연삭 수단(A)
15; 연삭체(A)
15a; 지립층(A)
15b; 베이스 플레이트
16; 회전반
17; 회전축
18; 계측 수단
18A; 계측구(A)
18B; 계측구(B)
19; 이동 수단
20; 연마 수단(A)
21; 브러시 모재(A)
22; 회전반
23; 회전축
24; 연삭 수단(B)
25; 지립층(B)
26; 회전드럼
27; 회전축
30; 연마 수단(B)
31; 브러시 모재(B)
32; 회전드럼
33; 회전축
34; 가압구
51; 작동 아암
52; 파지부
W; 피가공물
F; 측면부
C; 모서리부
B; 몸체부

Claims

슬라이스 가공에 의해 웨이퍼를 제조하기 위한 경취성(硬脆性) 재료로 이루어지는 기둥형상의 피가공물을 연삭 및 연마하는 연삭·연마 가공 시스템으로서：
피가공물의 표층부를 일정한 절삭량으로 연삭하여, 상기 피가공물의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하는 동시에 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 장치로서, 피가공물의 치수를 계측하는 계측 수단을 갖는 연삭 장치와；
상기 연삭을 마친 피가공물의 표층부를 일정한 가압력으로 연마하여, 상기 피가공물의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세화하는 연마 장치로서, 피가공물의 치수를 계측하는 계측 수단을 갖는 연마 장치와；
상기 계측 수단으로 계측한 피가공물의 치수를 연산하고, 상기 연산의 결과에 따라, 상기 연삭 장치의 작동 신호 및 상기 연마 장치의 작동 신호를 출력하는 제어 수단；
을 구비한 연삭·연마 가공 시스템.
슬라이스 가공에 의해 웨이퍼를 제조하기 위한 경취성 재료로 이루어지는 기둥형상의 피가공물을 연삭 및 연마하는 연삭·연마 가공 시스템으로서：
피가공물의 치수를 계측하는 계측 수단과；
피가공물의 표층부를 일정한 절삭량으로 연삭하여, 상기 피가공물의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하는 동시에 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 수단과；
상기 연삭을 마친 피가공물의 표층부를 일정한 가압력으로 연마하여, 상기 피가공물의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세화하는 연마 수단과；
상기 계측 수단으로 계측한 피가공물의 치수를 연산하고, 상기 연산의 결과에 따라, 상기 연삭 수단의 작동 신호 및 상기 연마 수단의 작동 신호를 출력하는 제어 수단；
을 구비한 연삭·연마 장치를 적어도 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 연삭·연마 가공 시스템.
제 2항에 있어서,
슬라이스 가공에 의해 웨이퍼를 제조하기 위한 경취성 재료로 이루어지는 기둥형상의 피가공물을 연삭 및 연마하는 연삭·연마 가공 시스템으로서：
피가공물의 표층부를 일정한 절삭량으로 연삭하여, 상기 피가공물의 표층부의 불순물과 기둥 축 방향의 왜곡을 제거하는 동시에 단면 치수를 원하는 치수로 하는 연삭 장치로서, 피가공물의 치수를 계측하는 계측 수단을 갖는 연삭 장치와, 상기 연삭을 마친 피가공물의 표층부를 일정한 가압력으로 연마하여, 상기 피가공물의 표층부의 마이크로 크랙을 제거하는 동시에 표면 조도를 미세화하는 연마 장치로서, 피가공물의 치수를 계측하는 계측 수단을 갖는 연마 장치 중 적어도 어느 하나；
를 구비한 연삭·연마 가공 시스템.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,
상기 연삭 장치가,
상기 피가공물을 그 기둥 축을 수평으로 재치(載置)하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대(基臺)와,
상기 기대에 재치된 피가공물을 상기 피가공물의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물을 상기 기대의 중심에 위치 결정하는 가압구와 축심을 피가공물의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물의 양단을 파지(把持)하는 클램프 축을 가지며, 상기 클램프 축이 피가공물을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단과,
지립(砥粒)들을 결합시킨 지립층을 원반형상 혹은 원형 링형상의 베이스 플레이트에 고정 부착시킨 연삭체를, 회전반에 고정 부착시킨 지석(砥石)으로서, 상기 지석은 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되며, 상기 지립층을 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 한 연삭 수단과,
상기 파지 수단 및 연삭 수단 중 어느 일방을 상기 피가공물의 기둥 축 방향으로 적어도 상기 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단；
을 구비한 연삭·연마 가공 시스템.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,
상기 연삭 장치가,
상기 피가공물을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대와,
상기 기대에 재치된 피가공물을 상기 피가공물의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물을 상기 기대의 중심에 위치 결정하는 가압구와 축심을 피가공물의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물의 양단을 파지하는 클램프 축을 가지며, 상기 클램프 축이 피가공물을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단과,
지립들을 결합시킨 지립층을 원반형상 또는 원형 링형상으로 형성한 연삭체를, 회전반에 고정 부착시킨 지석으로서, 상기 지석은 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되며, 상기 지립층을 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 한 연삭 수단과,
상기 파지 수단 및 연삭 수단 중 어느 일방을 상기 피가공물의 기둥 축 방향으로 적어도 상기 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단；
을 구비한 연삭·연마 가공 시스템.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,
상기 연마 장치가,
상기 피가공물을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대와,
상기 기대에 재치된 피가공물을 상기 피가공물의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물을 상기 기대의 중심에 위치 결정하는 가압구와 축심을 피가공물의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물의 양단을 파지하는 클램프 축을 가지며, 상기 클램프 축이 피가공물을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단과,
회전반을 가지며, 원반형상의 표면에 지립을 함유한 브러시 모재를 묶어 배치한 연마 브러시로서, 상기 연마 브러시는 회전기구에 탈부착 가능하게 연결되며, 상기 브러시 모재를 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 한 연마 수단과,
상기 파지 수단 및 연마 수단 중 어느 일방을 상기 피가공물의 기둥 축 방향으로 적어도 상기 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단；
을 구비한 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 연삭·연마 장치가,
상기 피가공물을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대와,
상기 기대에 재치된 피가공물을 상기 피가공물의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물을 상기 기대의 중심에 위치 결정하는 가압구와 축심을 피가공물의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물의 양단을 파지하는 클램프 축을 가지며, 상기 클램프 축이 피가공물을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단과,
상기 파지 수단 또는 연삭 수단 혹은 연마 수단 중 어느 일방을 상기 피가공물의 기둥 축 방향으로 적어도 상기 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단을 구비하고；
상기 연삭 수단이, 지립들을 결합시켜 지립층을 원반형상 혹은 원형 링형상의 베이스 플레이트에 고정 부착시킨 연삭체를 회전반에 고정 부착시킨 지석이며, 상기 지석은 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되어, 상기 지립층을 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 이루어지고,
상기 연마 수단이, 원반형상의 표면에 지립을 함유한 브러시 모재를 묶어 배치하여, 상기 브러시 모재를 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 한 회전반을 가지며, 탈부착 가능하게 유지되는 연마 브러시를 구비하여, 상기 브러시 연마가 회전하도록 이루어진,
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 연삭·연마 장치가,
상기 피가공물을 그 기둥 축을 수평으로 재치하여 수직 방향으로 이동할 수 있는 기대와,
상기 기대에 재치된 피가공물을 상기 피가공물의 기둥 축과 직교하는 방향으로 진퇴 이동시켜 상기 피가공물을 상기 기대의 중심에 위치 결정하는 가압구와 축심을 피가공물의 기둥 축의 방향으로 하여 상기 피가공물의 양단을 파지하는 클램프 축을 가지며, 상기 클램프 축이 피가공물을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 파지 수단과,
상기 파지 수단 또는 연삭 수단 혹은 연마 수단 중 어느 일방을 상기 피가공물의 기둥 축 방향으로 적어도 상기 피가공물의 길이에 상당하는 거리만큼 이동시키는 이동 수단을 구비하며；
상기 연삭 수단이, 지립들을 결합한 지립층을 원반형상 또는 원형 링형상으로 형성한 연삭체를, 회전반에 고정 부착시킨 지석이며, 상기 지석은 회전 구동원에 탈부착 가능하게 연결되어, 상기 지립층을 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 이루어지고,
상기 연마 수단이, 원반형상의 표면에 지립을 함유한 브러시 모재를 묶어 배치하여, 상기 브러시 모재를 상기 피가공물에 가압하여 회전하도록 한 회전반을 가지며, 탈부착 가능하게 유지되는 연마 브러시를 구비하여, 상기 브러시 연마가 회전하도록 이루어진,
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 4항, 제 5항, 제 7항, 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연삭 수단의 지립의 입도를, 거친 연삭용으로 F90~F220(JISR6001：1998), 또는, 정밀 연삭용으로 ＃240~＃500(JISR6001：1998)으로 한 것을 특징으로 하는；
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 수단의 브러시 모재에 함유되는 지립의 입도를 2종류 이상으로 한 것을 특징으로 하는；
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 10항에 있어서,
상기 연마 수단의 지립의 입도를, 거친 연마용으로 ＃240~＃500(JISR6001：1998), 또는 정밀 연마용으로 ＃800~＃1200(JISR6001：1998)으로 한 것을 특징으로 하는；
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 10항에 있어서,
상기 연마 수단에 있어서, 입도가 굵은(粗) 지립을 함유하는 브러시 모재를 회전반의 회전 중심에 가까운 부분에 배치하고, 입도가 작은(細) 지립을 함유하는 브러시 모재를 상기 입도가 굵은 지립을 함유하는 브러시 모재가 배치된 주위에 배치한 것을 특징으로 하는；
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,
상기 연삭 장치의 상기 연삭 수단과 상기 연마 장치의 상기 연마 수단이 교체 가능하며, 연삭 수단과 연마 수단을 교체함으로써 연삭 장치를 연마 장치로, 혹은 연마 장치를 연삭 장치로 할 수 있는 것을 특징으로 하는；
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 연삭·연마 장치의 상기 연삭 수단과 상기 연마 수단이 교체 가능한 것을 특징으로 하는；
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 1항에 있어서,
연삭·연마 가공 전의 피가공물을 상기 연삭·연마 가공 시스템에 반입하는 반입 장치와,
연삭·연마 가공을 종료한 피가공물을 상기 연삭·연마 가공 시스템으로부터 반출하는 반출 장치와,
상기 반입 장치, 연삭 장치, 연마 장치, 반출 장치의 사이에서 상기 피가공물을 이동시키는 작동 아암 및 상기 작동 아암의 선단에 부착되어, 상기 피가공물을 소정의 각도로 회전시키는 파지부를 갖는 이재(移載) 장치；
를 구비한 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
연삭·연마 가공 전의 피가공물을 상기 연삭·연마 가공 시스템에 반입하는 반입 장치와,
연삭·연마 가공을 종료한 피가공물을 상기 연삭·연마 가공 시스템으로부터 반출하는 반출 장치와,
상기 반입 장치, 연삭·연마 장치 또는 연삭 장치 혹은 연마 장치, 반출 장치의 사이에서 상기 피가공물을 이동시키는 작동 아암 및 상기 작동 아암의 선단에 부착되어, 상기 피가공물을 소정의 각도로 회전시키는 파지부를 갖는 이재 장치；
를 구비한 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 연삭 장치 혹은 연마 장치에 설치되어 있는 계측 수단이,
상기 피가공물의 기둥 축과 수직인 수평 방향으로 기지(旣知)의 기준 간격 치수를 두고 형성된 한 쌍의 기준면과, 상기 기둥 축과 수직인 연직 방향으로 기지의 기준 간격 치수를 두고 형성된 한 쌍의 기준면을 갖는 기준 블록과,
계측 방향을 상기 수평 방향으로 하고, 상기 기준 블록의 양측의 기준면 및 피가공물의 양측의 연삭·연마 가공부의 간격 치수를 계측하는 계측구와,
계측 방향을 상기 연직 방향으로 하고, 상기 기준 블록의 상면의 기준면 및 피가공물의 상면의 연삭·연마 가공부의 높이 위치를 계측하는 계측구로 이루어지는 것을 특징으로 하는；
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 17항에 있어서,
상기 제어 수단이,
상기 연삭 장치 및 상기 연마 장치의 파지 수단에 설치된 기준 블록의 한 쌍의 기준면에, 상기 연삭 수단 및 상기 연마 수단의 각 선단을 접촉시켜, 상기 연삭 장치 및 연마 장치의 각 수단의 절삭량이 제로가 되는 기점 위치를 연산 처리하는 기능과,
상기 연삭 장치 및 상기 연마 장치의 계측 수단에 설치된 계측구에 의해 상기 기준 블록의 양측의 기준면과 피가공물의 양측의 가공부의 차를 계측하여, 피가공물의 가공부의 가공 전 및 가공 후의 단면 치수를 연산 처리하는 기능과,
상기 연삭 장치 및 상기 연마 장치가 상기 피가공물을 심출(芯出)하여 파지하기 위한 연산 처리를 하는 기능과,
가공 개시 전에 입력한 초기 설정 항목과, 상기 연삭 장치 및 상기 연마 장치에 각각 설치된 계측 수단의 계측구가 출력하는 계측 신호를 연산 처리하여, 상기 연삭 장치 및 상기 연마 장치의 각 수단으로 작동 신호를 출력하는 기능,
을 구비한 것을 특징으로 하는 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 제어 수단이,
상기 연삭·연마 장치의 파지 수단에 설치된 기준 블록의 한 쌍의 기준면에, 상기 연삭 수단 또는 상기 연마 수단의 각 선단을 접촉시켜, 상기 연삭 수단 또는 상기 연마 수단의 절삭량이 제로가 되는 기점 위치를 연산 처리하는 기능과,
상기 연삭·연마 장치의 계측 수단에 설치된 계측구에 의해 상기 기준 블록의 양측의 기준면과 피가공물의 양측의 가공부의 차를 계측하여, 피가공물의 가공부의 가공 전 및 가공 후의 단면 치수를 연산 처리하는 기능과,
상기 연삭·연마 장치가 상기 피가공물을 심출하여 파지하기 위한 연산 처리를 하는 기능과,
가공 개시 전에 입력한 초기 설정 항목과, 상기 계측 수단의 계측구가 출력하는 계측 신호를 연산 처리하여, 상기 연삭 수단 및 상기 연마 수단으로 작동 신호를 출력하는 기능
을 구비한 것을 특징으로 하는 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 18항 또는 제 19항에 있어서,
상기 피가공물의 형상이 각기둥 형상이며,
연삭·연마 가공을 하는 피가공물의 단면 치수의 공차를 ±0.5㎜로 하고, 상기 피가공물의 2 측면부가 서로 교차하는 모서리부의 단면 형상의 공차를 ±0.1도로 한 것을 특징으로 하는
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 18항 또는 제 19항에 있어서,
상기 피가공물의 형상이 원기둥 형상이며,
연삭·연마 가공을 하는 피가공물의 단면 치수의 공차를 ±0.5㎜로 한 것을 특징으로 하는
경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 경취성 재료의 연삭·연마 가공 시스템을 이용하여,
상기 연삭 장치에 의해 연삭 가공을 한 후, 상기 연마 장치에 의해 연마 가공을 하도록 한 것을 특징으로 하는 경취성 재료의 연삭·연마 방법.