TWI535531B - Grinding / grinding processing equipment and grinding / grinding processing method for polygonal columnar members - Google Patents

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TWI535531B TW100107831A TW100107831A TWI535531B TW I535531 B TWI535531 B TW I535531B TW 100107831 A TW100107831 A TW 100107831A TW 100107831 A TW100107831 A TW 100107831A TW I535531 B TWI535531 B TW I535531B
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Description

多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置及研削/研磨加工方法
本發明係關於一種硬脆材料之研削/研磨加工裝置及研削/研磨加工方法，更詳言之，本發明係具備研削及研磨該被加工物之平面部與角部功能之研削/研磨加工裝置及研削/研磨加工方法。
另外，在使用本發明之裝置之研削步驟中，該被加工物被加工成具有既定規格尺寸之剖面形狀，在研磨步驟中，將存在於該被加工物表層之微裂縫加以除去者。
本發明之被加工物即硬脆材料在製造例如太陽電池面板之基體即矽晶圓之步驟中，有藉由從矽錠切出所獲得之矽塊。矽塊存在有結晶構造不同之多晶及單晶兩種。以下，雖以剖面形狀為四角形之多晶及單晶矽塊之研削/研磨為例加以說明，但本發明之被加工物之剖面形狀並非限於四角形，即使係由四角以上之偶數角構成之多角柱亦可適用。
多晶矽塊，係藉由帶鋸或線鋸，將將熔融原料流入成形模而成形呈立方體形之矽錠之表層部(6面)加以切除後，進一步將剖面切成四角形之角柱狀，形成4平面部，並且形成該2平面部彼此交叉成直角之角部，在該角部形成有微小之平面(倒角加工部)。
單晶矽塊，係將藉由拉晶法製造之圓柱形矽錠之兩端表層部以與該矽錠之柱軸成直角，且彼此平行之方式，使用帶鋸或線鋸加以切成平端面後，進一步使用帶鋸或線鋸，為將4面分別形成直角，將圓柱表層部加以切除。此時，在4面形成之4角部，圓柱表層部之一部分以微小圓弧面殘留方式進行加工，該被切除之面係以4平面部形成。
接著，將有關矽塊之加工之公知技術分要件表示。
關於矽塊之保持機構與其旋轉機構，在專利文獻1之段落0021及圖6已揭示有具備保持機構與旋轉機構者；該保持機構係用以保持矽塊之兩端(長邊方向之兩端部)，該旋轉機構係將該保持機構進行旋轉控制，以使矽塊之加工部(各平面部與各角部)成為與加工手段相對向之位置。關於一面進行研磨加工一面將矽塊於水平方向(矽塊之長邊方向)移動，已揭示於專利文獻1之段落0020及圖6。關於相反地一面進行研磨加工一面將研削/研磨加工裝置於水平方向(矽塊之長邊方向)移動亦已公知。
關於研磨步驟，由研磨粒之粗度較粗之粗研磨步驟與研磨粒之粗度較細之精研磨步驟之兩步驟構成、或其研磨治具由使鑽石研磨粒混在樹脂製刷中形成環狀之旋轉刷構成亦已公知。
關於進行加工之矽塊之種類，將多晶或單晶之矽塊中之任一種進行加工、或使用其研磨治具中含有研磨粒之圓形研磨石或鑽石輪(研磨輪)進行研削，可獲得高尺寸精度亦已公知。
又，關於從矽錠切斷成形時，將發生於矽塊表層之微裂縫或微小凹凸加以除去，將該矽塊進行切割加工，使形成矽晶圓時之裂縫、缺損所引起之不良品之發生率降低之矽塊之加工方法亦已成為公知。
又，關於將矽塊進行切割加工，形成矽晶圓亦已公知。
專利文獻1：日本發明專利4133935號公報
如上所述，由多晶或單晶構成之矽塊，為以將剖面形狀作成四角形而成為四角柱狀之方式，將矽錠切斷形成者，其大小有：具有剖面尺寸一邊125mm(稱為：5吋)、一邊156mm(稱為：6吋)、一邊210mm(稱為：8吋)之正方形剖面3種，柱軸方向之長度可在150～600mm之間切成任意長度。
在切斷該矽錠之方法中，有使用帶鋸或線鋸之方法，但藉由複數條鋼絲同時切斷之線鋸之切斷效率較帶鋸為高，該線鋸之切斷方法一般係一面藉由壓力水之噴射壓將研磨粒噴向切斷部一面使鋼絲接觸旋轉，用以進行切斷之游離研磨粒方式，近年來，以更提高切斷效率為目的，開發了將研磨粒熔融固定於鋼絲，作為固定研磨粒方式之新鋼絲，使用此新線鋸之新切斷方法已逐漸被採用。
發明人等為確認新線鋸之切斷效率之提高，使用習知線鋸及新線鋸，將多晶矽錠及單晶矽錠進行切斷為，如圖9及圖11所示，以縱5行×橫5行=合計25條之剖面，形成具有稱為6吋(具有一邊156mm之正方形剖面)、長度300mm之外形尺寸之矽塊之結果，確認其切斷所需時間，習知之線鋸需要8小時以上，新線鋸只要約3小時就結束，確認了可大幅縮短其切斷時間。
作為可縮短該切斷時間之理由，可推測係習知之游離研磨粒方式之線鋸，在切斷加工時，若使鋼絲高速旋轉，研磨粒就會飛散而使切斷效率降低，但新線鋸，由於研磨粒熔融固定於鋼絲，因此隨著鋼絲之旋轉之研磨粒不會飛散。
然而，當以該新線鋸切斷多晶矽錠時，關於位於圖9之四角落之4根矽塊(A)、與位於矽塊(A)之間之3根×4部位=12根之矽塊(B)，在面對矽錠之外周面側之切斷面(矽塊(A)中有2面，矽塊(B)中有1面)之中央成為往外側凸出之狀態(參照圖10)。又，用該新線鋸切斷單晶矽錠時，如圖11所示，由於矽塊分別單獨獨立進行切斷，因此如圖12所示，以單晶矽塊之四個剖面之中央往外側凸出之狀態進行切斷，會產生其剖面尺寸不在規定外形尺寸公差內之新問題。為解決此種問題，已要求有將該矽塊之外形尺寸成為規定外形尺寸公差內之研削加工裝置。
又，如上所述，從矽錠切斷形成之矽塊，在其平面部與角部之表層部，表面粗度為Ry10～20μm(JISB0601：1994)之凹凸、與從表層面之深度為80～100μm之微裂縫會發生於製造步驟中而存在。因此，在其後步驟中，用線鋸進行切割加工，進行加工成矽晶圓時，有時會發生因該凹凸、微裂縫原因而產生裂縫、缺損之不良品。因此，已要求有具備：粗研磨能力與微細研磨能力之加工裝置；該粗研磨能力係在進行切割加工前，將從該矽塊之表層部到100μm左右之深度加以研磨除去，藉此用以除去從該表層面存在於深度80～100μm之微裂縫，該微細研磨能力係用以將具有Ry10～20μm左右之表面粗度之表面研磨成數μm以下之表面粗度。
又，在該習知技術文獻中，並未揭示具備該研削加工與研磨加工兩者功能之加工裝置之公知技術。
本發明係解決該問題點者，其目的在於，提供矽塊之研削/研磨加工裝置及其研削/研磨方法，係以1台之加工裝置可進行研削加工功能與研磨加工功能者，可提高生產效率；該研削加工功能係將將矽錠切斷形成之四角柱狀之多晶矽塊或單晶矽塊研削成，一邊為125mm(稱為：5吋)、一邊為156mm(稱為：6吋)、一邊為210mm(稱為：8吋)中任一種剖面尺寸；該研磨加工功能係將矽塊之平面部及角部之表面粗度微細化，並且將形成於表層內部之微裂縫加以除去。
本發明之多角柱狀構件之加工裝置具備：把持手段(1)，用以把持被加工物即多角柱狀之硬脆材料；測量手段(2)，係進行該被加工物之剖面尺寸之測量、用以將把持該把持手段(1)之被加工物之位置定心之中心位置之測量、及研削手段(3)與研磨手段(4)之切入量係「零」位置即基點位置之測量；研削手段(3)，將該被加工物之平面部(F)及角部(C)進行研削加工使其剖面尺寸及剖面形狀成為公差內；研磨手段(4)，將結束該研削加工之被加工物之平面部(F)及角部(C)進行研磨加工，用以除去存在於其表層之微裂縫；移送手段(5)，為將被該把持手段(1)所把持之被加工物之平面部(F)及角部(C)進行測量、研削、研磨，使把持該被加工物之把持手段(1)移送至配置有該測量手段(2)、研削手段(3)、研磨手段(4)之位置；以及控制手段(6)，依據開始加工前所輸入之初始設定項目及該測量手段(2)之測量訊號，進行運算處理，對該各手段輸出動作訊號(第1發明)。
依據該第1發明，本發明之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置具備研削加工功能及研磨加工功能，該研削加工功能係一面對被加工物將一定之切入施加於該研削手段(3)，用以修整該被加工物之變形等形狀，一面將外形尺寸切削成公差內，該研磨加工功能係對被加工物將一定壓力施加於該研磨手段(4)，沿該被加工物之表面進行仿形加工，將其表層研磨數μm～數十μm，用以將凹凸及龜裂加以除去，並且將表面粗度研磨為微細，因此在矽塊(W)等之多角柱狀構件之製造線中，即使剖面尺寸與直角度偏離公差範圍之多角柱構件搬入時，亦可將其剖面尺寸及剖面形狀加工成公差內後，將表層部之微裂縫確實加以除去。
又，該研削手段(3)亦可作為研磨石；該研磨石係由熔融固定研磨粒所形成之研磨粒部(32)之表面與該被加工物之加工面接觸進行旋轉之旋轉盤A(31)、及對該旋轉盤A(31)傳達旋轉驅動源之旋轉之旋轉軸A(33)構成；該研磨手段(4)亦可作為研磨刷；該研磨刷係由熔融固定研磨粒之刷毛材(42)之毛端部與該被加工物之加工面接觸進行旋轉之方式植設之旋轉盤B(41)、及對該旋轉盤B(41)傳達旋轉驅動源之旋轉之旋轉軸B(43)構成(第2發明)。
依據第2發明，由於研削手段(3)具備：藉由選用具有剛性之研磨石，將被加工物之變形等削除且修整形狀之切削能力、及將外形尺寸切削成公差內之研削加工能力，因此可確實進行研削加工。又，研磨手段(4)藉由選用以將熔融固定研磨粒之原料作為刷毛材(42)之研磨刷，在研磨加工時，一面將該刷毛材(42)按壓於被加工物之加工面，將其毛端部進行仿形，一面接觸旋轉，將該被加工物之表層研磨數μm～數十μm，用以將微裂縫加以除去，並且可確實進行將表面加工為微細之研磨加工。
另外，在該研磨手段(4)之研磨刷中，有兩種形式，一種係將混合研磨粒之刷毛材(42)紮束，以可拆裝方式安裝於旋轉盤B(41)，當刷毛材(42)消耗時，僅替換該刷毛材(42)之形式(參照圖7及實施例)，另一種係將未圖示之刷毛材固定安裝於旋轉盤，當刷毛材消耗時，與旋轉盤共一體替換之形式(未圖示)，可使用任一形式。
又，該研削手段(3)之研磨石亦可將熔融固定於該研磨粒部(32)之研磨粒之粒度設定為1種或2種以上；該研磨手段(4)之研磨刷亦可將熔融固定於該刷毛材(42)之研磨粒之粒度設定為2種以上(第3發明)。
又，該研磨手段(4)之研磨刷亦可將熔融固定於該刷毛材(42)之研磨粒之粒度設定為2種以上；將該研磨粒之粒度粗之刷毛材(42)植設於靠近旋轉盤B(41)之旋轉中心之內圈部，並且將該研磨粒之粒度細之刷毛材(42)植設於離旋轉盤B之旋轉中心較遠之之外圈部(第4發明)。
關於研磨手段(4)所採用之研磨刷之構成，當熔融固定之研磨粒之粒度設定2種時，以往，每一研磨粒之粒度必須設置2台之研磨刷，但依據第4發明，將研磨粒之粒度粗之刷毛材(42)植設於靠近旋轉盤B(41)之旋轉中心之內圈部，並且可將研磨粒之粒度細之刷毛材(42)植設於離旋轉盤B之旋轉中心較遠之外圈部，只要設置具備研磨粒之粒度不同之2種刷毛材(42)之1台研磨刷即可，可謀求降低生產成本及裝置之小型化。
又，該研削手段(3)亦可作為由研磨粒之粒度為F90～F220(JISR6001：1998)及#240～#500(JISR6001：1998)所構成研磨石；該研磨手段(4)亦可具備：由研磨粒之粒度為#240～#500(JISR6001：1998)所構成之粗研磨用研磨刷、及由研磨粒之粒度為#800～#1200(JISR6001：1998)所構成之精研磨用之研磨刷(第5發明)。
在該第3發明及第5發明中，針對將該研削手段(3)之研磨粒之粒度選用JISR6001：1998所規定之F90～F220之粗粒區分、及#240～#500之精密研磨區分之2組之優點加以說明。前步驟中，切成四角柱狀之矽塊時，進行加工成其剖面尺寸稱為：5吋時一邊125mm±0.5mm，稱為：6吋時一邊156mm±0.5mm，稱為：8吋時一邊210mm±0.5mm之任一尺寸，依情形，有係該公差外之情形、或該四角柱狀之矽塊(W)之剖面形狀不一樣，各角部(C)之直角度為90±0.1度之角度容許公差外之情形。此種情形，依據第3發明及第5發明，為將其剖面尺寸與剖面形狀設定在該公差內，有可選擇F90～F220之粗粒區分及#240～#500之精密研磨區分使用之優點，該F90～F220之粗粒區分可進行研削加工且提高切削效率，該#240～#500之精密研磨區分，當進行容易發生稱為碎屑之裂縫、缺損之部位(多晶矽塊(W)之角部(C)等)之研削加工時，可防止該碎屑之發生，進行研削加工。又，當在研削手段(3)之研磨粒部(32)適用具有2種粒度之熔融固化之研磨粒時，例如在研磨粒部(32)之研削加工面設置圓形或圈帶狀之內圈區域、及設置於該內圈區域外側之圈帶狀之外圈區域，將粒度細之研磨粒熔融固化於該內圈區域，將粒度粗之研磨粒熔融固化於外圈區域，並且使內圈區域比外圈區域突出，可形成該突出量以作為細之研磨粒切入量。
又，作為該研磨手段(4)之研磨粒，將JISR6001：1998所規定之#240～#500之粒度適用於粗研磨用之研磨刷，將#800～#1200之粒度適用於精研磨用之研磨刷，具備2種研磨刷，藉此藉由該粗研磨用之研磨刷之高研磨能力，將存在於矽塊(被加工物)之表層部之微裂縫高效率確實加以除去後，藉由該精研磨用之研磨刷之微細研磨能力，將經該粗研磨加工後粗的表層部之表面粗度研磨為微細，可消除後步驟中所發生之裂縫或缺損。
又，該測量手段(2)係由基準塊(15)、測量具A(21)(21)、及測量具B(22)構成；該基準塊(15)具備：形成於兩側，具有已知間隔之基準面；為使基準塊(15)之柱軸方向與進行加工之被加工物之柱軸方向平行，在把持手段(1)之夾軸(13)之一方設置成一體型；測量具A(21)(21)，係從與該被加工物之柱軸方向正交之兩側方向在水平方向測量該基準塊(15)之對向基準面之位置、及與被加工物相對向之平面部(F)之位置或相對向之角部位置，藉此測量被加工物之外形尺寸；測量具B(22)，亦可測量該被加工物之上面側平面部(F)或上面側角部(C)之垂直方向之高度位置(第6發明)。
依據第6發明，以例如該被加工物為四角柱狀之矽塊(W)時為例加以說明，從與柱軸方向正交之兩側方向(圖1及圖4之Y方向)，藉由測量具A(21)(21)，測量具備於把持手段(1)之基準塊(15)之基準面位置與矽塊(W)之平面部(F)或角部(C)之位置，藉此測量該矽塊(W)之相對向之平面部(F)或角部(C)之間隔之實際尺寸(圖1及圖4之Y方向之尺寸)，並且可測量相對向之平面部(F)之中心位置。又，藉由測量具B(22)，測量該矽塊(W)之上面側平面部(F)或上面側角部(C)之垂直方向(圖2及圖4之Z方向)之高度位置，藉此可測量垂直方向(圖2及圖4之Z方向)之該矽塊(W)之中心位置。
針對該第1發明所揭示之測量手段(2)之作用，使用該第6發明之測量手段(2)所揭示之構成要件加以補充說明
＜1＞所謂剖面尺寸之測量，係藉由該測量具A(21)(21)，測量該矽塊(W)之2平面部(F)或2角部(C)間之實際尺寸，將其結果儲存於控制手段(6)，
＜2＞當把持手段(1)把持該矽塊(W)時，所謂用以將把持位置定心之中心位置係載置於把持手段(1)之基台(11)之該矽塊(W)之圖1及圖4所示之Y方向之中心位置。該中心位置係依據測量手段(2)之測量具A(21)之測量值進行算出。又，為使所算出之矽塊(W)之中心位置與把持手段(1)之中心一致，圖1及圖3所示之按壓具(12)(12)前後移動，進行該矽塊(W)之定位。
又，圖2及圖4所示之Z方向之中心位置係依據測量手段(2)之測量具B(22)之測量值進行算出。又，為使所算出之該矽塊(W)之高度方向中心位置與把持手段(1)之高度方向中心一致，基台(11)上下移動進行定位。以這種方式，使該矽塊(W)之柱軸方向之兩端面之中心位置與夾軸(13)(13)之中心位置一致，以使可進行把持。
＜3＞為儲存相當於研削手段(3)與研磨手段(4)之切入量成為「零」之位置之基點位置，進行以下之處理。
首先，藉由圖1及圖4所示之測量手段(2)之測量具A(21)(21)測量該基準塊(15)之相對向之基準面之間隔尺寸(該間隔尺寸係已知，預先輸入於控制手段(6))，使儲存於控制手段(6)。
接著，使該研削手段(3)及研磨手段(4)之前端部分別接觸於基準塊(15)之基準面，依據其接觸位置、及藉由該＜1＞測量後使儲存於控制手段(6)之研削/研磨加工前之該矽塊(W)之2平面部(F)或2角部(C)間之實際尺寸，將相當於研削手段(3)與研磨手段(4)之切入量成為「零」之位置之基點位置進行運算處理並加以求出，將結果儲存於控制手段(6)。
另外，在該測量手段(2)中，雖有使直接接觸測量部位用以進行測量之接觸式、及放射雷射光用以進行測量之非接觸式，但可使用任一種。
又，依據輸入揭示於該第1發明之控制手段(6)之初始設定項目及測量手段(2)之測量訊號，藉由該控制手段(6)進運算處理，藉由依據其運算結果之動作訊號，控制把持手段(1)、測量手段(2)、研削手段(3)、研磨手段(4)、移送手段(5)之各手段。
亦即，在有關上述之測量手段(2)之作用之補充說明中所述之＜1＞＜2＞＜3＞之各步驟中，控制手段(6)進行運算處理，並且儲存結果，依據該儲存之結果及輸入於控制手段(6)之研削/研磨加工後之剖面尺寸，自動設定研削手段(3)、研磨手段(4)之切入量。當進行加工之矽塊(W)之種類(多晶或單晶)為多晶時，為成為後述之第13發明所揭示之加工步驟，使用以移送把持該矽塊(W)之把持手段(1)之移送手段(5)動作，又，為單晶時，為成為後述之第14發明所揭示之加工步驟，使用以移送把持該矽塊(W)之把持手段(1)之移送手段(5)動作。又，為單晶矽塊(W)時，在角部(C)之加工中，亦如該旋轉機構(14)之「連續旋轉」之說明中所述，以另外輸入設定於控制手段(6)之旋轉速度，使把持該單晶矽塊(W)之夾軸(13)連續旋轉。
又，該控制手段(6)具備：使研削手段(3)之前端及研磨手段(4)之前端分別接觸該基準塊(15)兩側之基準面，將該研削手段(3)之前端及研磨手段(4)之前端之基點(切入量「零」之位置)進行運算處理之功能；藉由該測量具A(21)，測量該基準塊(15)兩側之基準面與被加工物兩側之2平面部(F)或2角部(C)之位置，將被加工物之剖面尺寸進行運算處理之功能；將該被加工物載置於把持手段(1)之基台(11)，藉由按壓具(12)將其兩側定位之狀態，藉由該測量具A(21)及測量具B(22)，同時測量該被加工物之側面位置，進行使把持被加工物兩端面之該夾軸(13)之軸心位置與該被加工物之柱軸一致之定位之運算處理之功能；以及藉由開始加工前輸入之該初始設定項目與該測量手段(2)輸出之測量訊號進行運算處理，並對該研削/研磨加工裝置之各手段輸出動作訊號之功能(第7發明)。
針對將該第7發明所揭示之研削手段與研磨手段之前端之基點(切入量「零」之位置)進行運算處理之頻度加以說明。
每當研削手段進行研削加工時，使研削手段之前端接觸於基準塊兩側之基準面，進行切入量「零」之位置之運算處理後，設定切入量，進行研削，研磨手段係僅在替換為新研磨刷時，使研磨手段之前端接觸於基準塊兩側之基準面，進行切入量「零」之位置之運算處理。因此，研磨加工中之研磨刷之切入量之設定係計算於研磨加工使用研磨刷之次數，調整刷毛材前端之切入量，進行研磨加工。
依據第7發明，由於在控制手段(6)設置有用以將本發明之多角部狀構件之研削/研磨加工裝置自動化之各功能，因此可確實進行被加工物之平面部(F)與角部(C)之研削加工與研磨加工，並且可謀求省力化。
又，該被加工物之剖面係四角形，可將進行研削/研磨加工之四角柱狀被加工物之剖面尺寸與其公差設定為一邊125mm±0.5mm(稱為：5吋)、一邊156mm±0.5mm(稱為：6吋)、一邊210mm±0.5mm(稱為：8吋)中之任一種，亦可將該四角柱狀被加工物之2平面部(F)彼此交叉之角部(C)之直角度作為剖面形狀之公差，設定為90度±0.1度(第8發明)。
依據第8發明，可依據開始加工前輸入控制手段(6)之初始設定項目中之被加工物之研削/研磨加工後之剖面尺寸及其公差，進行研削/研磨加工。
又，該把持手段(1)具備：基台(11)，能將被加工物載置成其柱軸成水平而在垂直方向上下移動；按壓具(12)，在隔著該基台(11)之兩側進退移動於與該被加工物之柱軸正交之方向，將被加工物之兩側按壓，將被加工物之柱軸定位於該基台(11)之中心；夾軸(13)(13)，將軸芯配置於與該被加工物之柱軸相同之方向，配置於該被加工物之柱軸方向兩端側，使該夾軸(13)(13)一方前進，用以把持定位於該基台(11)中心之被加工物之兩端面；以及旋轉機構(14)，使該夾軸(13)(13)以其軸芯為中心進行間歇旋轉或連續旋轉(第9發明)。
該夾軸(13)(13)具備：把持被加工物之柱軸方向兩端面，並且測量該被加工物柱軸方向之尺寸，使儲存於控制手段(6)之功能。因此，可控制為依據該被加工物柱軸方向之尺寸測量結果，將被加工物進行測量、研削加工、研磨加工，移送至配置有測量手段(2)、研削手段(3)、研磨手段(4)之各手段之位置之移送手段(5)之移送距離。又，夾軸(13)(13)之一方連結於旋轉機構(14)，可旋轉驅動該被加工物。又，另一方成為從動側夾軸。
所謂該旋轉機構(14)之「間歇旋轉」，係使被加工物應加工面旋轉，以使成為與研削手段(3)或研磨手段(4)相對向之位置，用以進行旋轉方向對位者。亦即，依據開始加工前輸入控制手段(6)之矽塊(W)之種類決定加工順序，依照該加工順序，對旋轉機構(14)輸出動作訊號。旋轉機構(14)係依據該動作訊號使夾軸(13)旋轉，因此可使被夾軸(13)把持之矽塊(W)之應施以研削加工或研磨加工之兩個平面部(F)或角部(C)旋轉，使成為與研削手段(3)或研磨手段(4)相對向之位置。以下，以加工多晶矽塊(W)時為例加以說明。
當相對向之1對平面部(F)加工結束，進行剩下之1對平面部(F)之加工時，使矽塊(W)旋轉90度，加工剩下之1對平面部(F)。之後，2對平面部(F)亦即4平面部(F)之加工結束後，該矽塊(W)旋轉45度，加工相對向之1對角部(C)。接著，該矽塊(W)再旋轉90度，進行剩下之1對角部(C)之加工，所有之平面部(F)及角部(C)之加工結束。
所謂該旋轉機構(14)之「連續旋轉」，係將加工面之形狀為圓弧狀之被加工物(例如單晶矽塊(W))之角部(C)進行研削加工或研磨加工時，一面使該被加工物連續旋轉，一面進行加工者。把持該被加工物之夾軸(13)係依照另行輸入設定之旋轉速度連續旋轉。
依據該第9發明，並用該第6發明之測量手段(2)之各功能，藉此進行與載置於基台(11)之被加工物之柱軸方向正交之水平方向(圖1及圖4之Y方向)與垂直方向(圖2及圖4之Z方向)之定心後，夾軸(13)(13)可確實把持於被加工物之柱軸兩端面之中心位置，又，當研削加工或研磨加工被加工物時，可將被加工物如前述確實進行「間歇旋轉」或「連續旋轉」。
又，在第1發明中，亦可將該被加工物作為四角柱狀之矽塊(第10發明)。
又，藉由多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置之多角柱狀構件之研削/研磨加工方法於具備：把持手段(1)，用以把持被加工物即多角柱狀之硬脆材料；測量手段(2)，使用於進行該被加工物之剖面尺寸之測量、該把持手段(1)把持被加工物之位置之定心測量、及將研削手段(3)與研磨手段(4)之切入量當作「零」之基點位置之測量時；研削手段(3)，用以研削加工該被加工物之平面部(F)及角部(C)；研磨手段(4)，用以研磨加工該被加工物之平面部(F)及角部(C)；移送手段(5)，用以使被該把持手段(1)把持之被加工物移送至配置有該測量手段(2)、研削手段(3)、研磨手段(4)之位置；以及控制手段(6)，依據開始加工前所輸入之初始設定項目及該測量手段(2)所測量之測量值，進行運算處理，對該各手段輸出動作訊號；之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置中，藉由該研削手段(3)將該被加工物進行研削加工後，藉由該研磨手段(4)將該被加工物進行研磨加工(第11發明)。
又，在該第11發明中，該被加工物之剖面係四角形，將該研削手段(3)所使用之研磨石之研磨粒之粒度設定為F90～F220(JISR6001：1998)及#240～#500(JISR6001：1998)；將該研磨手段之粗研磨用之研磨刷所使用之研磨粒之粒度設定為#240～#500(JISR6001：1998)，將該研磨手段(4)之精研磨用之研磨刷所使用之研磨粒之粒度設定為#800～#1200(JISR6001：1998)，將進行研削/研磨加工之四角柱狀之被加工物之剖面尺寸與其公差設定為一邊125mm±0.5mm(稱為：5吋)、一邊156mm±0.5mm(稱為：6吋)、一邊210mm±0.5mm(稱為：8吋)中之任一種，將該四角柱狀之被加工物之2平面部(F)彼此交叉之角部(C)之直角度作為剖面形狀之公差，設定為90度±0.1度(第12發明)。
又，在該第11發明或第12發明中，將該研削手段(3)中之切削量設定為20μm～700μm，在研削手段(3)中，將被加工物之表面粗度研削加工成為Ry2.0～10.0μm(JISB0601：1994)後，將該研磨手段(4)中之切削量設定為75μm以上，在研磨手段(4)中，將被加工物之表面粗度研磨加工成為Ry1.1μm(JISB0601：1994)以下(第13發明)。
又，在第11發明中，該被加工物係四角柱狀之矽塊(第14發明)。
又，在第13發明中，該被加工物係多晶矽塊(W)，依照平面部(F)之研削加工、角部(C)之研削加工、平面部(F)之研磨加工，進行該多晶矽塊之加工步驟(第15發明)。
在該第15發明中，進行研磨加工的只有4平面部(F)，關於角部(C)，不進行研磨加工之原因在於，微裂縫之發生部位大體上係平面部(F)，角部(C)中，由於在與平面部(F)之接合部位附近存在有微裂縫，因此若將4平面部(F)進行研磨加工75μm以上，存在於角部(C)與平面部(F)接合部位附近之微裂縫亦可同時加以除去。
又，在該第13發明中，該被加工物係單晶矽塊(W)，亦可依照平面部(F)之研削加工、角部(C)之研削加工、角部(C)之研磨加工、平面部(F)之研磨加工之順序，進行該單晶矽塊(W)之加工步驟(第16發明)。
在該第16發明中，在平面部(F)之研磨加工前進行角部(C)之研磨加工之原因在於，與該多晶矽塊(W)相同，在單晶矽塊(W)之情形中，在角部(C)與平面部(F)接合部位附近往往存在有微裂縫，只要研磨加工平面部(F)，就可以將該微裂縫加以除去。
本發明，例如被加工物係以線鋸將矽錠切斷而形成之四角柱狀之矽塊(W)之情形，由於具備：
(1)　將該矽塊(W)加工成例如一邊125mm(稱為：5吋)、一邊156mm(稱為：6吋)、一邊210mm(稱為：8吋)，其尺寸公差具有±0.5mm之剖面尺寸，並且將其平面部(F)彼此交叉形成之角部(C)之直角度公差加工成±0.1度之剖面形狀之研削功能、以及
(2)　將該矽塊(W)之表層之微裂縫除去，使表面粗度為微細之研磨功能之兩功能，
(3)　從進行加工之矽塊(W)被搬入本發明之研削/研磨加工裝置，至結束研削/研磨加工搬出之各步驟可進行自動化，
因此，可確實進行研削/研磨加工，並且可謀求省力化。
又，在矽塊(W)之製造線中之矽錠之切斷步驟中，即使剖面尺寸與直角度偏離規格之矽塊(W)搬入本發明之研削/研磨加工裝置時，使用研磨石作為研削手段(3)，藉此可將剖面尺寸及剖面形狀加工在公差內。另外，使用研磨刷作為研磨手段(4)，藉此可進行除去微裂縫。結果，在下一步驟中，使用線鋸，將矽塊(W)進行切割加工成數百μm之厚度，藉此形成矽晶圓時，可將矽晶圓之外形尺寸加工在公差內，並且可抑制切割加工矽晶圓時所發生之裂縫、缺損，可減低不良品之發生率。
又，由於在把持矽塊(W)之把持手段(1)之夾軸(13)(13)設置有使該夾軸(13)(13)「間歇旋轉」或「連續旋轉」之旋轉機構(14)，因此可對矽塊(W)之角部(C)之形狀作成C面(平坦之倒角面)形狀之多晶矽塊(W)、及作成圓弧形狀之單晶矽塊(W)兩者進行研削/研磨加工。因此，對多晶矽塊(W)及單晶矽塊(W)兩者之加工步驟可進行自動化。
使用圖式，針對本發明之多角柱狀構件之研削/研磨裝置之構成與其操作步驟，以加工四角柱狀矽塊為例加以說明。
本發明之矽塊之研削/研磨裝置係如圖1所示，具備：把持手段(1)，用以把持四角柱狀之矽塊(W)；測量手段(2)，用以進行該矽塊(W)之剖面尺寸之測量、該把持手段(1)把持矽塊(W)之位置之定心之測量、及為算出把研削手段(3)與研磨手段(4)之切入量當作「零」之基點位置所需之測量；研削手段(3)，將該矽塊(W)之平面部(F)及角部(C)加以研削加工，研削成為一邊125mm(稱為：5吋)、一邊156mm(稱為：6吋)、一邊210mm(稱為：8吋)中之任一剖面尺寸；研磨手段(4)，將結束該研削加工之矽塊(W)之平面部(F)及角部(C)加以研磨加工，用以除去存在於其表層之微裂縫；移送手段(5)，為將被該把持手段(1)把持之矽塊(W)之平面部(F)及角部(C)進行測量、研削、研磨，將把持該矽塊(W)之把持手段(1)移送至配置有該測量手段(2)、研削手段(3)、研磨手段(4)之位置；以及控制手段(6)，依據開始加工前所輸入之初始設定項目及該測量手段(2)之測量訊號，進行運算處理，對該各手段輸出動作訊號。
開始加工前，將該初始設定項目輸入控制手段(6)，該初始設定項目包含：形成於基準塊(15)兩側之基準面之間隔尺寸(已知)、進行加工之矽塊(W)之種類(多晶或單晶)、該矽塊(W)之研削/研磨加工後之剖面尺寸及其公差、加工單晶矽塊(W)之角部(C)時之旋轉機構(14)之旋轉速度、研削手段(3)及研磨手段(4)之外形尺寸、研磨粒之粒度、旋轉速度、及藉由移送手段(5)之研削/研磨加工中之矽塊(W)之移送速度。
輸入該控制手段(6)之研削/研磨加工中之矽塊(W)之移送速度必須設定在不殘留研削加工或研磨加工痕之範圍，當加工多晶矽塊(W)之平面部(F)與角部(C)、及單晶矽塊(W)之平面部(F)時，設定在10～40mm/秒，當加工單晶矽塊(W)之角部(C)時，設定在10mm/秒以下。為設定適當之移送速度，必須考量研削/研磨加工之研磨粒之粒度、切入量、旋轉速度之設定條件，例如，若研磨粒之粒度較粗，就必須將移送速度設定在該範圍之慢區域，若研磨粒之粒度較細，就必須將移送速度設定在該範圍之快區域。
將設置於該控制手段(6)之開始加工開關開啟(ON)，藉此進行加工之矽塊(W)從搬入用輸送機()透過未圖示之移載裝置，設置於圖2所示之把持手段(1)之基台(11)上。然後，從該矽塊(W)之兩側，圖1及圖2所示之按壓具(12)各自前進，定位於連接夾軸線(13)與配置於兩側之研削手段(3)與研磨手段(4)之中央(圖1所示之Y方向之中央)之線上。此種狀態中，夾軸(13)之一方係向X方向即矽塊(W)側前進，藉由該夾軸(13)把持矽塊(W)。
該把持手段(1)係藉由移送手段(5)移送至配置有研削手段(3)與研磨手段(4)之位置，使研削手段(3)之研磨粒部(32)之前端接觸於載置於該把持手段(1)之基準塊(15)兩側之基準面，並且使分別接觸研磨手段(4)之粗研磨用及精研磨用之刷毛材(42)之前端。藉此，將該研削手段(3)之研磨粒部(32)與研磨手段(4)之粗研磨用及精研磨用之刷毛材(42)之切入量當做「零」之基點位置儲存於控制手段(6)。所謂切入量，係表示把矽塊(W)之表面(被加工面)當做「零(基點)」，研削手段(3)之研磨粒部(32)及研磨手段(4)之刷毛材(42)前端之從該基點往柱軸方向之移動量。亦即，藉由研削手段(3)及研磨手段(4)之切入量決定矽塊(W)之切削量。
以上，係說明矽塊(W)之種類於多晶、單晶共通之操作步驟，以下，針對研削/研磨加工多晶矽塊(W)時之操作步驟加以說明。
接著，該把持手段(1)移送至配置有測量手段(2)之位置，如圖4所示，藉由測量具A(21)測量多晶矽塊(W)之兩側彼此相對向之1對平面部(F)，1對平面部(F)之Y方向位置被儲存於控制手段(6)，用以運算該多晶矽塊(W)之Y方向之厚度尺寸。依據其厚度實際尺寸與事先輸入設定之「研削/研磨加工後之剖面尺寸」，自動設定研削手段(3)之切入量，該研削手段(3)係由研磨粒部(32)形成於圖5及圖6所示之旋轉盤A(31)之研磨石構成。
該把持手段(1)藉由移送手段(5)被移送至配置有研削手段(3)之位置，1對平面部(F)藉由研削手段(3)進行研削加工。研削加工後，藉由測量具A(21)，確認剖面尺寸為該加工尺寸之公差內後，藉由旋轉機構(14)，使把持手段(1)之夾軸(13)間歇旋轉90度，與該1對平面部(F)之研削加工相同，將剩下之1對平面部(F)進行研削加工，結束4平面部(F)之研削加工。
接著，該把持手段(1)再被移送至配置有測量手段(2)之位置，藉由旋轉機構(14)使夾軸(13)間歇旋轉45度，藉此被該夾軸(13)把持之多晶矽塊(W)之彼此相對向之1對角部(C)於水平方向相對向。在此狀態，藉由測量具A(21)測量1對角部(C)之兩面位置，1對角部(C)之間隔實際尺寸被進行運算，並且研削手段(3)之切入量被自動設定。
該把持手段(1)藉由移送手段(5)再被移送至配置有研削手段(3)之位置，將1對角部(C)進行研削加工，藉由測量具A(21)確認剖面尺寸為該加工尺寸之公差內。然後，藉由旋轉機構(14)，使把持手段(1)之夾軸(13)間歇旋轉90度，與該1對角部(C)之研削加工相同，將剩下之1對角部(C)進行研削加工，將該多晶矽塊(W)之剖面尺寸加以研削加工成為該加工尺寸之公差內。
結束研削加工之多晶矽塊(W)係依照以下所示之操作步驟，藉由研磨手段(4)進行研磨加工。藉由該研磨加工，將4平面部(F)表層之微裂縫加以除去，並且進行加工，使剖面尺寸成為該加工尺寸之公差內。
該研磨手段(4)使用由研磨粒之粒度不同之粗研磨加工用刷毛材(42)與精研磨加工用刷毛材(42)構成之研磨刷。將該刷毛材(42)表示於圖7及圖8。此處，進行研磨加工之平面部(F)之剖面尺寸之測量方法、粗研磨加工用及精研磨加工用之研磨刷之切入量之設定方法、粗研磨加工及精研磨加工之研磨加工之操作步驟係與該研削加工之操作步驟相同。另外，在多晶矽塊(W)之研磨加工中，如前所述，僅到4平面部(F)之研磨加工即結束，不進行角部(C)之研磨加工。
結束研削加工與研磨加工之該多晶矽塊(W)藉由移送手段(5)，與把持手段(1)一起返回原來位置，藉由夾軸(13)與按壓具(12)之把持狀態被解除。然後，藉由未圖示之移載裝置，加工完成之多晶矽塊(W)被移載至圖1所示之搬出用輸送機(口)並加以搬出。
以上，已將多晶矽塊(W)之研削/研磨加工之操作步驟加以說明。接著，說明單晶矽塊(W)情形之研削/研磨加工之操作步驟。
若使該控制手段(6)之開始加工開關啟動(ON)，進行研削/研磨加工之單晶矽塊(W)係被設置於把持手段(1)之基台(11)上，藉由按壓具(12)將其兩側加以把持，並且藉由夾軸(13)把持兩端面。由於該單晶矽塊(W)之角部(C)之形狀係殘留矽錠一部分所形成之圓弧狀，因此研削/研磨加工角部(C)時，必須使該單晶矽塊(W)連續旋轉。因此，必須進行定位(定心)，以使把持單晶矽塊(W)之夾軸(13)之軸芯與矽塊(W)之柱軸一致。
測量手段(2)係如圖4所示，藉由Y方向之測量具A(21)與Z方向之測量具B(22)之兩者，可測量單晶矽塊(W)之各側面之位置。而且，依照其測量結果，可進行單晶矽塊(W)之定心，使夾軸(13)之軸芯與矽塊(W)之柱軸一致，該夾軸(13)把持矽塊(W)。
接著，該把持手段(1)被移送至配置有測量手段(2)之位置，藉由測量具A(21)，如圖4所示，運算單晶矽塊(W)之兩側彼此相對向之1對平面部(F)之Y方向之厚度尺寸。研削手段(3)之切入量被自動設定後，1對平面部(F)被進行研削加工。然後，把持進行加工之單晶矽塊(W)之該把持手段(1)，在測量剩下之1對平面部(F)之同時，單晶矽塊(W)在配置有測量手段(2)與研削手段(3)之位置間來回移動，與該1對平面部(F)相同，剩下之1對平面部(F)亦被進行研削加工，結束4平面部(F)之研削加工。上述加工順序係與該多晶矽塊(W)相同。
接著，該把持手段(1)再被移送至配置有測量手段(2)之位置，藉由旋轉機構(14)，使夾軸(13)間歇旋轉45度，使單晶矽塊(W)之彼此相對向之一對角部(C)配置成於水平方向相對向。接著，藉由測量具A(21)測量該角部(C)之兩側，運算1對角部(C)間之間隔尺寸，藉此研削手段(3)之切入量被自動設定。
該把持手段(1)藉由移送手段(5)再被移送至配置有研削手段(3)之位置後，藉由事先輸入設定之旋轉機構(14)之旋轉速度，使夾軸(13)連續旋轉，開始單晶矽塊(W)之角部(C)之研削加工。角部(C)之研削加工結束後，同樣地，藉由事先輸入設定之旋轉機構(14)之旋轉速度，使把持手段(1)之夾軸(13)連續旋轉，依序進行4角部(C)之粗研磨加工與精研磨加工。
結束該角部(C)之研削加工後，藉由該旋轉機構(14)使夾軸(13)旋轉，使進行研磨加工之單晶矽塊(W)之彼此相對向之1對平面部(F)配置成於水平方向相對向，進行研磨加工。然後，藉由旋轉機構(14)使夾軸(13)旋轉90度，藉此剩下之1對平面部(F)同樣被進行研磨加工，所有之研磨步驟便結束。
載置所有之研削/研磨加工結束之該單晶矽塊(W)之把持手段(1)返回原來位置，將夾軸(13)與按壓具(12)之把持狀態解除後，從把持手段(1)之基台(11)上，單晶矽塊(W)透過未圖示之移載裝置，往圖1所示之搬出用輸送機(口)移載並加以搬出。
接著，針對藉由本發明之裝置及方法，用線鋸，將進行研削/研磨加工後之矽塊(W)進行切割加工形成矽晶圓時，可減低因該矽晶圓之裂縫、缺損等所引起不良品之發生率之實施例，加以說明。
另外，此處所使用之矽塊(W)係被切成四角柱狀之多晶矽塊(W)及單晶矽塊(W)，藉由本發明之研削手段(3)研削此等矽塊(W)之4平面部(F)與4角部(C)，藉此將剖面尺寸研削加工成為公差內之後，藉由研磨手段(4)研磨單晶矽塊(W)之表層，藉此將微裂縫加以除去。
實施例1
在本實施例1中，進行加工之矽塊(W)係如圖9所示，從1個矽錠切出者。當從矽錠切出時，使用作為固定研磨粒方式之新線鋸，將由4平面部(F)與直角形狀之4角部(C)構成之四角柱狀之多晶矽塊(W)切成5行×5行=合計25根。實施例1所使用之矽塊(W)係從圖9及圖10所示之矽錠之4個角部切出之矽塊A，在該矽塊A中，在兩個平面部形成有凸出部。
將開始加工前輸入控制手段(6)之初始設定項目之內容表示於表1及表2。
【表2】
藉由採用雷射法之測量具A(21)預先測量該表1所示之初始設定項目之內、基準塊(15)之基準面之間隔尺寸(100mm)，將其測量結果儲存於控制手段(6)。
接著，該多晶矽塊A係稱為：6吋之剖面一邊156mm(長度為500mm)，如圖4所示，使用該測量具A(21)測量多晶矽塊A(W)之剖面彼此相對向之1對平面部之高度方向3部位×長邊方向3部位(合計9部位)與剩下之1對平面部之9部位合計18部位。結果，多晶矽塊A之剖面一邊尺寸為156.9～157.6mm(平均：157.1mm)，表面粗度為Ry21～27μm(平均：24μm)，另外，長度為499.6mm。
研削手段(3)係採用圖5及圖6所示之杯型研磨石，進行研削/研磨加工之多晶矽塊A(W)之測量之平均剖面尺寸相對於稱為：6吋之一邊156mm，為+1.1mm。因此，必須藉由研削手段(3)加以研削單側=0.55mm。形成研削手段(3)之研磨粒部(32)之研磨粒之粒度係從表3選擇粗研磨粒，選擇相當於F100(JISR6001：1998)之粒度之鑽石研磨粒。又，該研磨粒部(32)之寬度設定為8mm，外形尺寸設定為Φ250mm，切入量設定為0.7mm，旋轉速度設定為2700min-1(相當於研削加工之基準周速度30～40m/秒)。使該多晶矽塊A(W)以20mm/秒之速度通過配置有該研削手段(3)之位置，研削1對平面部(F)後，藉由旋轉機構(14)使夾軸(13)旋轉90度，將剩下之1對平面部與上述同樣進行研削，結束4平面部(F)之研削加工。
結束該4平面部(F)之研削加工後，藉由旋轉機構(14)，使把持該多晶矽塊A(W)之夾軸(13)旋轉45度，使與一對2角部(C)於水平方向相對向，設置於與兩側之研削手段(3)相對向之位置。
角部(C)之研削手段(3)之研磨粒之粒度與多晶矽塊A(W)之移送速度在設定與研削該平面部(F)時相同條件進行研削後，在平面部(F)與角部(C)之接合部位發現稱為碎屑(chipping)之裂縫，因此將該研削手段(3)之研磨粒之粒度變更為精細之#500(JISR6001：1998)之研磨石，將多晶矽塊A(W)之移送速度變更為30mm/秒，進行研削之結果，研削量雖變少，但不產生如上述之碎屑，可形成角部(C)之倒角部。
因此，剩下之1對角部(C)之研削亦將研削手段(3)之研磨粒之粒度設定為#500，藉由該旋轉機構(14)，使夾軸(13)旋轉90度，與上述相同進行研削，結束4角部(C)之研削加工。結果，平面部(F)彼此相對向之2對平面部(F)之合計18部位之間隔尺寸為156.1～156.6mm(平均：156.2mm)，2對平面部(F)之研削加工量(=以測量值/2算出之結果)為390～480μm(平均：430μm)，表面粗度為Ry5～8μm(平均：7μm)。
將該研削加工後(研磨加工前)之多晶矽塊A(W)切斷，確認有無微裂縫之結果，存在於離表面深度70～90μm之位置。又，為確認將該多晶矽塊A(W)切割加工為晶圓等效品時之裂縫、缺損等之發生率作為參考，使用線鋸將該多晶矽塊A(W)切割加工為厚度200μm之結果，其裂縫、缺損等之發生率為3.8%。
在下一研磨手段中之粗研磨步驟與精研磨步驟中，採用如圖7及圖8之杯型研磨刷，其刷毛材(42)，使用以金屬管將安裝基部加以紮束，以自由拆裝之方式安裝於旋轉盤B(41)，當磨損時，可替換之扇形刷(segment brush)。
在該粗研磨用之研磨刷中，熔融固定於其刷毛材(42)上之研磨粒之粒度係使用表2所示之#240(JISR6001：1998)之鑽石研磨粒。將研磨刷之外形尺寸設定為Φ210mm，切入量設定為0.5mm，從研磨加工之基準周速度10～20m/秒換算，旋轉速度設定為1300min-1，將進行研磨之多晶矽塊A(W)之移送速度設定為20mm/秒，進行粗研磨加工。
結束粗研磨加工之結果，測量平面部(F)彼此相對向之2對平面部(F)之合計18部位之間隔尺寸之結果，為156.0～156.4mm(平均：156.1mm)，研削加工量為75～78μm(平均：77μm)，表面粗度為Ry2.9～4.0μm(平均：3.4μm)。
在該精研磨用之研磨刷中，熔融固定於該刷毛材(42)之研磨粒之粒度係使用表4所示之#800之鑽石研磨粒。將研磨刷之外形尺寸設定為Φ270mm，切入量設定為0.8mm，從研磨加工之基準周速度10～20m/秒換算，旋轉速度設定為1300min-1，藉由移送手段(5)，以20mm/秒之移送速度，使進行研磨之多晶矽塊A(W)通過該精研磨用之研磨刷之間，將4平面部(F)進行研磨加工，結束所有之加工。
結束精研磨加工之結果，平面部(F)彼此相對向之2對平面部(F)之合計18部位之間隔尺寸為155.9～156.4mm(平均：156.1mm)，研削加工量為16～19μm(平均：18μm)，表面粗度為Ry0.9～1.1μm(平均：1.0μm)。
將以上所說明之實施例1之多晶矽塊A(W)施以研削加工、粗研磨加工、及精研磨加工之加工結果匯總，則如以下之表5所示。
又，用線鋸，將該研削加工與研磨加工全部結束之多晶矽塊A(W)進行切割加工，切割成晶圓，調查因該矽晶圓之裂縫、缺損等所引起之不良品發生率。
如上所述，將研削加工後之該多晶矽塊A(W)進行切割加工，切割成晶圓時之裂縫、缺損等所引起之不良品發生率雖為3～4%，但如表5所示，進行粗研磨加工與精研磨加工，其研磨量合計為85μm，其表面粗度之Ry平均：1.0μm，藉此可將其發生率減低到1.2%。
實施例2
本實施例2中，進行加工之矽塊(W)係將藉由拉晶法所製造之圓柱狀單晶矽錠切成之單晶矽塊(W)。將該單晶矽錠之上下端部加以切除，將長度(圖11中，與紙面垂直之方向)切成299.0～301.0mm之範圍(稱為：300mm)後，如圖1所示，將5行×5行=合計25根垂直固定於固定治具。
使用以該實施例1所用之固定研磨粒方式之新線鋸，將該25根之單晶矽錠之各單晶矽錠之胴體之外周部分加以切除。此時，外周之一部分被加工成為寬度約25mm之圓弧狀之4角部(C)。同時切成分別成為大致直角之4平面部(F)，作為單晶矽塊(W)，從所切成之25根該單晶矽塊中，隨機抽取1根，作為研削、研磨加工用之樣本。其外形尺寸之剖面為一邊125mm(稱為：5吋)×長度300mm。
本實施例2所使用之單晶矽塊(W)之形狀係由4平面部(F)與圓弧狀之4角部(C)構成之四角柱狀，與該實施例1相同實施其剖面外形尺寸之測量。亦即，測量彼此相對向之2對平面部(F)之間隔合計18部位之結果，平面部(F)之間隔尺寸為125.4～126.5mm(平均：126.1mm)，長度為300.8mm，表面粗度為Ry22～28μm(平均：25μm)。
關於研削/研磨之規格，除了將研削手段所使用之杯型研磨石之研磨粒之粒度變更為從表3選擇設定之F180以外，與該實施例1相同(參照表2)。將研削手段之研磨粒之粒度變更為F180之理由在於，由於相對於進行研削/研磨加工之單晶矽塊(W)之平均剖面尺寸係稱為：5吋之一邊125mm，實測尺寸為+0.7mm，單側=0.35mm之切削量，因此使用較該實施例1所用之表3所示之F100為細粒度之F180(JISR6001：1998)者。
研削加工中，以夾軸(13)把持準備之單晶矽塊(W)，設定為1對平面部(F)於水平方向兩側相對向之狀態，使通過該一對研削手段(3)之間，與該實施實例1之多晶矽塊(W)相同，結束2對平面部(F)之研削。
接著，依據預先輸入設定之表1所示之旋轉機構(14)之運轉條件，一面在軸芯周圍以105min-1之旋轉速度使夾軸(13)連續旋轉，一面以2mm/秒之低速度使單晶矽塊(W)通過由一對研磨石構成之研削手段(3)之間，結束2對角部(C)之研削加工。
結果，平面部(F)彼此相對向之2對平面部(F)之合計18部位之間隔尺寸為124.9～125.8mm(平均：125.4mm)，4平面部之切削量為283～354μm(平均：316μm)，4平面部(F)與4角部(C)之表面粗度為Ry4～6μm(平均：5μm)。
其次之研磨加工，係與上述相同，一面藉由旋轉機構(14)使進行研磨加工之單晶矽塊(W)連續旋轉，一面藉由移送手段(5)以2mm/秒之低速度使單晶矽塊(W)通過由粗研磨用之研磨刷與精研磨用之研磨刷構成之研磨手段(4)之間，結束4角部(C)之研磨加工。
然後，與該實施例1相同，藉由移送手段(5)，以20mm/秒之移送速度，使該單晶矽塊(W)之2對平面部(F)之研磨加工通過研磨手段(4)之間，結束2對平面部(F)之研磨加工，結束全部加工。
在該研磨加工中，與上述相同，測量結束粗研磨加工時點之平面部(F)彼此相對向之2對平面部(F)之間隔合計18部位之結果為124.8～125.6mm(平均：125.3mm)，研磨加工量為69～75μm(平均：73μm)，表面粗度為Ry2.8～3.8μm(平均：3.3μm)。又，測量結束精研磨加工時點之平面部彼此相對向之2對平面部(F)之間隔合計18部位之結果為124.7～125.5mm(平均：125.2mm)，研磨加工量為17～25μm(平均：20μm)，表面粗度為Ry0.8～1.0μm(平均：0.9μm)。
將結束以上所說明之實施例2之單晶矽塊(W)之研削加工、粗研磨加工、及精研磨加工後之剖面外形尺寸與表面粗度加以匯總，則成為以下表6所示之結果。
又，以線鋸，將該研削加工與研磨加工全部結束之單晶矽塊(W)進行切割加工，切割成矽晶圓，檢查該矽晶圓之裂縫、缺損等所引起之不良品發生率之結果，與該實施例1之多晶矽塊(W)相同，藉由研削加工後之粗研磨加工與精研磨加工，將其研磨加工量合計設定為135μm，將表面粗度設定為Ry平均：0.9μm，藉此可將其發生率減低至1.0%。
本發明係針對有關矽塊之研削/研磨之發明加以說明，但並非限定於矽塊，亦可適用於例如玻璃、石材、陶瓷肥粒鐵等所有硬脆材料。
C．．．矽塊之角部
F．．．矽塊之平面部
W．．．矽塊
1．．．把持手段
2．．．測量手段
3．．．研削手段
4．．．研磨手段
5．．．移送手段
6．．．控制手段
11．．．基台
12．．．按壓具
13．．．夾軸
14．．．旋轉機構
15．．．基準塊
21．．．測量具A
22．．．測量具B
31．．．旋轉盤A
32‧‧‧研磨粒部
33‧‧‧旋轉軸A
41‧‧‧旋轉盤B
42‧‧‧刷毛材
43‧‧‧旋轉軸B
圖1係本發明之研削/研磨裝置之俯視圖。
圖2係表示將矽塊載置於本發明之把持手段之基台上狀態之前視圖。
圖3係表示將矽塊載置於本發明之把持手段之基台上之狀態圖，表示按壓具被解除狀態之側視圖。
圖4係表示本發明之測量手段之測量具配置之側視圖。
圖5係作為本發明之研削手段所使用之研磨石之前視圖。
圖6係圖5之研磨石之仰視圖。
圖7係作為本發明之研磨手段所使用之研磨刷之前視圖。
圖8係圖7之研磨刷之仰視圖。
圖9係用線鋸將多晶矽錠切斷，形成矽塊(A)(B)(C)時之立體圖。
圖10係多晶矽塊(A)(B)(C)之立體圖。
圖11係從俯視觀察用線鋸將單晶矽錠切斷狀態之說明圖。
圖12係單晶矽塊之立體圖。
圖13係說明多晶矽塊與單晶矽塊之加工步驟之流程圖。
W．．．矽塊
1．．．把持手段
2．．．測量手段
3．．．研削手段
4．．．研磨手段
5．．．移送手段
6．．．控制手段
12．．．按壓具
13．．．夾軸
32．．．研磨粒部

Claims (15)

  1. 一種多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其特徵在於，具備：把持手段，用以把持被加工物即多角柱狀構件，且具有使被加工物間歇旋轉或連續旋轉之旋轉機構；測量手段，用以進行該被加工物之剖面尺寸之測量、用以進行該把持手段把持該被加工物之位置之定心之中心位置之測量、及研削手段與研磨手段之切入量為「零」位置即基點位置之測量；研削手段，將該被加工物之平面部及角部進行研削加工，使其剖面尺寸及剖面形狀成為公差內；研磨手段，將該研削加工結束之被加工物之平面部及角部進行研磨加工，用以除去存在於其表層之微裂縫；移送手段，為將被該把持手段把持之被加工物之平面部及角部進行測量、研削、研磨，將把持該被加工物之把持手段移送至該測量手段、研削手段、研磨手段；以及控制手段，依據開始加工前所輸入之初始設定項目及該測量手段之測量訊號，進行運算處理，對該各手段輸出動作訊號；將該研削手段作為研磨石，該研磨石係由將研磨粒熔融固定所形成之研磨粒部表面與該被加工物之加工面接觸進行旋轉之旋轉盤A、及對該旋轉盤A傳達旋轉驅動源之旋轉之旋轉軸A構成；將該研磨手段作為研磨刷，該研磨刷係由將研磨粒熔 融固定之刷毛材之毛端部與該被加工物之加工面接觸進行旋轉之方式植設之旋轉盤B、及對該旋轉盤B傳達旋轉驅動源之旋轉之旋轉軸B構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其中，該研削手段之研磨石，將熔融固定於該研磨粒部之研磨粒之粒度設定為1種或2種以上；該研磨手段之研磨刷，將熔融固定於該刷毛材之研磨粒之粒度設定為2種以上。
  3. 如申請專利範圍第1項之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其中，該研磨手段之研磨刷，將熔融固定於該刷毛材之研磨粒之粒度設定為2種以上；將該研磨粒之粒度粗之刷毛材植設於靠近旋轉盤B之旋轉中心之內圈部，並且將該研磨粒之粒度細之刷毛材植設於離旋轉盤B之旋轉中心較遠之外圈部。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其中，將該研削手段作為研磨石；該研磨石由研磨粒之粒度為F90~F220(JISR6001：1998)及#240~#500(JISR6001：1998)構成；該研磨手段具備：由研磨粒之粒度為#240~#500(JISR6001：1998)構成之粗研磨用之研磨刷、及研磨粒之粒度為#800~#1200(JISR6001：1998)構成之精研磨用之研磨刷。
  5. 如申請專利範圍第4項之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其中，該測量手段係由基準塊、測量具A、及測 量具B構成；該基準塊具備：基準面，其係形成於兩側，具有已知間隔；為使基準塊之柱軸方向與進行加工之被加工物之柱軸方向平行，在把持手段之夾軸之一方設置成一體型；測量具A，係從與該被加工物之柱軸方向正交之兩側方向在水平方向測量該基準塊之對向基準面之位置、及被加工物之平面部位置或相對向之角部位置，藉此測量被加工物之外形尺寸；測量具B，係測量該被加工物之上面側平面部或上面側角部之垂直方向之高度位置。
  6. 如申請專利範圍第5項之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其中，該控制手段具備：使研削手段之前端及研磨手段之前端分別接觸該基準塊兩側之基準面，將該研削手段之前端及研磨手段之前端之基點(切入量「零」之位置)進行運算處理之功能；藉由該測量具A，測量該基準塊兩側之基準面與被加工物兩側之2平面部或2角部位置，將被加工物之剖面尺寸進行運算處理之功能；將該被加工物載置於把持手段之基台，藉由按壓具將其兩側定位之狀態，藉由該測量具A及測量具B，同時測量該被加工物之側面位置，進行使把持被加工物之兩端面之該夾軸之軸心位置與該被加工物之柱軸一致之定心之運算處理之功能；以及藉由開始加工前輸入之該初始設定項目與該測量手段 輸出之測量訊號進行運算處理，並對該研削/研磨加工裝置之各手段輸出動作訊號之功能。
  7. 如申請專利範圍第6項之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其中，該被加工物之剖面係四角形，將進行該研削/研磨加工之四角柱狀之被加工物之剖面尺寸與其公差設定為一邊125mm±0.5mm(稱為：5吋)、一邊156mm±0.5mm(稱為：6吋)、一邊210mm±0.5mm(稱為：8吋)中之任一種，將該四角柱狀之被加工物之2平面部彼此交叉之角部之直角度作為剖面形狀之公差，設定於90度±0.1度。
  8. 如申請專利範圍第7項之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其中，該把持手段具備：基台，能將被加工物載置成其柱軸成水平而在垂直方向上下移動；按壓具，在隔著該基台之兩側進退移動於與該被加工物之柱軸正交之方向，將被加工物之兩側按壓，使被加工物之柱軸定位於該基台中心；以及夾軸，將軸芯配置於與該被加工物之柱軸相同之方向，配置於該被加工物之柱軸方向兩端側，使該夾軸一方前進，用以把持定位於該基台中心之被加工物之兩端面；其中，該旋轉機構使該夾軸以其軸芯為中心進行間歇旋轉或連續旋轉。
  9. 如申請專利範圍第1項之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置，其中，該被加工物係四角柱狀之矽塊。
  10. 一種多角柱狀構件之研削/研磨加工方法，於具備：把持手段，用以把持被加工物即多角柱狀構件，且具有使被加工物間歇旋轉或連續旋轉之旋轉機構；測量手段，用以進行該被加工物之剖面尺寸之測量、該把持手段把持被加工物之位置之定心之測量、及以研削手段與研磨手段之切入量當作「零」之基點位置之測量；研削手段，用以研削加工該被加工物之平面部及角部；研磨手段，用以研磨加工該被加工物之平面部及角部；移送手段，用以將被該把持手段把持之被加工物移送至配置有該測量手段、研削手段、研磨手段之位置；以及控制手段，依據開始加工前所輸入之初始設定項目及該測量手段所測量之測量值，進行運算處理，對該各手段輸出動作訊號；且將該研削手段作為研磨石，該研磨石係由將研磨粒熔融固定所形成之研磨粒部表面與該被加工物之加工面接觸進行旋轉之旋轉盤A、及對該旋轉盤A傳達旋轉驅動源之旋轉之旋轉軸A構成；將該研磨手段作為研磨刷，該研磨刷係由將研磨粒熔融固定之刷毛材之毛端部與該被加工物之加工面接觸進行旋轉之方式植設之旋轉盤B、及對該旋轉盤B傳達旋轉驅動源之旋轉之旋轉軸B構成之多角柱狀構件之研削/研磨加工裝置中，藉由該研削手段將該被加工物進行研削加工後，藉由該研磨手段進行該被加工物之研磨加工。
  11. 如申請專利範圍第10項之多角柱狀構件之研削/研 磨加工方法，其中，該被加工物之剖面係四角形，該研削手段所使用之研磨石之研磨粒之粒度設定為F90~F220(JISR6001：1998)及#240~#500(JISR6001：1998)；該研磨手段之粗研磨用之研磨刷所使用之研磨粒之粒度設定為#240~#500(JISR6001：1998)，該研磨手段之精研磨用之研磨刷所使用之研磨粒之粒度設定為#800~#1200(JISR6001：1998)，進行研削/研磨加工之四角柱狀之被加工物之剖面尺寸與其公差設定為一邊125mm±0.5mm(稱為：5吋)、一邊156mm±0.5mm(稱為：6吋)、一邊210mm±0.5mm(稱為：8吋)中之任一種，將該四角柱狀之被加工物之2平面部彼此交叉之角部之直角度作為剖面形狀之公差，設定為90度±0.1度。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之多角柱狀構件之研削/研磨加工方法，其中，該研削手段中之切削量設定為20μm~700μm，在研削手段中，將被加工物之表面粗度研削加工成為Ry2.0~10.0μm(JISB0601：1994)後，該研磨手段中之切削量設定為75μm以上，在研磨手段中，將被加工物之表面粗度研磨加工成為Ry1.1μm(JISB0601：1994)以下。
  13. 如申請專利範圍第10項之多角柱狀構件之研削/研磨加工方法，其中，該被加工物係四角柱狀之矽塊。
  14. 如申請專利範圍第12項之多角柱狀構件之研削/研磨加工方法，其中，該被加工物係多晶矽塊，依照平面部之研削加工、角部之研削加工、平面部之研磨加工之順序， 進行該多晶矽塊之加工步驟。
  15. 如申請專利範圍第12項之多角柱狀構件之研削/研磨加工方法，其中，該被加工物係單晶矽塊，依照平面部之研削加工、角部之研削加工、角部之研磨加工、平面部之研磨加工之順序，進行該單晶矽塊之加工步驟。
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