TWI589398B - Columnar processing equipment - Google Patents

Description

柱狀構件之加工裝置

本發明係關於一種加工由硬脆性結晶材料所形成之塊體即柱狀體之外周面之裝置。再者，所謂「硬脆性」係指雖具有非常高之硬度但不耐衝擊而易開裂之性質。

成為各種半導體基板之由硬脆性結晶材料所形成之晶圓，一般係利用線鋸或帶鋸等將該結晶材料之塊體較薄地切斷，其後，經由去角加工或精研磨而獲得。此時，若於該塊體之表層存在微小龜裂，則於上述之切斷或去角加工時微小龜裂成為基點而產生開裂或碎屑，良率降低。又，即便於晶圓形成後之後步驟中，微小龜裂亦成為基點而產生開裂或碎屑。由此，較佳為於該塊體之表層不存在微小龜裂。作為藉由研磨結晶材料之塊體之外周部而防止切斷時之開裂或碎屑的方法，例如提出於日本專利第3973843公報中。

於日本專利第3973843公報中，例示有四角柱狀之矽塊。結晶材料之塊體有多角柱狀、圓柱狀、其他不同形狀等各種各樣之形狀，且大小亦為多樣，故要求一種能夠適用於所有結晶材料之加工、廉價且高性能之加工裝置。本發明之目的在於提供一種用以除去結晶材料之外周部之微小龜裂，並且獲得尺寸精度較高之結晶材料之塊體的加工裝置。

為解決上述問題，本發明之加工裝置，係對被加工物形狀為柱狀之硬脆性之結晶材料之外周面進行加工者，具備：夾持手段，其具備前後移動之夾持軸，該夾持軸於前端安裝有加工上述被加工物時夾持其兩端面並於加工結束後解除上述夾持狀態之夾持部；被加工物用旋轉手段，其係連結於上述夾持手段，用於以該夾持手段之軸心為中心而使被加工物旋轉；加工單元，其配置有一面以前端接觸於上述被加工物而旋轉，一面對上述被加工物進行加工的加工手段；高度位置檢測手段，其用以檢測加工前之上述被加工物之加工面之高度位置；控制手段，其輸入有上述加工前之被加工物之高度位置、加工後之被加工物的高度位置(即，加工目標之高度位置)及加工條件，對該等進行運算而輸出用以控制上述加工裝置之加工步驟之訊號；及判定手段，其判定上述被加工物是否為可加工之形狀；且上述運算係加工前與加工後之被加工物之高度位置之差的運算、或用以根據所輸入之加工條件而設定其他加工條件之運算、或者該等之組合運算中之任一者(第1發明)。

又，第1發明所記載之上述加工後之被加工物之尺寸即高度位置亦可藉由檢測具有加工後之被加工物之尺寸的主工件之外周面之高度位置而輸入至控制手段(第2發明)。

又，第1或第2發明所記載之上述判定亦可藉由運算加工前與加工後(加工目標)之被加工物之高度位置之差而進行(第3發明)。

又，第1發明所記載之上述加工手段係研磨刷，且該研磨刷亦可具有於該研磨刷之底部呈環狀植入複數根含有研磨粒之毛材的構造(第4發明)。

又，第1發明所記載之上述加工手段係研磨刷，且該研磨刷亦可具有於轉盤植入複數根將含有研磨粒之毛材以複數根捆束而成之研磨具之基部的構造(第5發明)。

又，第1發明所記載之上述加工手段係研磨刷，且該研磨刷亦可具有於該研磨刷之底部呈環狀配置含有研磨粒之彈性體的構造(第6發明)。

又，第1發明所記載之上述加工手段亦可係磨石，且該磨石係設為利用結合劑結合研磨粒彼此而成之塊狀體固定於圓盤狀之轉盤之1平面側且該塊狀體之表面接觸於上述被加工物之加工面而旋轉(第7發明)。

又，第1發明所記載之加工單元亦可將第4至第6發明所記載之加工手段以複數台水平地連接(第8發明)。

又，第1發明所記載之加工單元亦可將第4至第6發明所記載之研磨刷、及第7發明所記載之磨石至少分別以1個以上水平地連接(第9發明)。

又，第1發明所記載之加工裝置亦可具備配置於被加工物之同一剖面上之第1加工手段及第2加工手段，第1加工手段與第2加工手段之軸芯係以與被加工物之半徑方向一致之方式配置，第1加工手段之軸芯與第2加工手段之軸芯於被加工物之剖面中心相交配置，而構成既定之角度θ(第10發明)。

又，第8發明所記載之加工裝置亦可具備配置於被加工物之同一剖面上之第1加工單元及第2加工單元，第1加工單元與第2加工單元之軸芯係以與被加工物之半徑方向一致之方式配置，第1加工手段之軸芯與第2加工手段之軸芯於被加工物之剖面中心相交配置，而構成既定之角度θ(第11發明)。

又，第9發明所記載之加工裝置亦可具備配置於被加工物之同一剖面之第1加工單元與第2加工單元，第1加工單元與第2加工單元之軸芯係以與被加工物之半徑方向一致之方式配置，第1加工手段之軸芯與第2加工手段之軸芯於被加工物之剖面中心相交配置，而構成既定之角度θ(第12發明)。

又，第8發明所記載之加工裝置亦可選擇2種以上混合於上述毛材之研磨粒之粒度為F180～#2000，即，其粒度不同之加工手段，並將該加工手段以其粒度由「粗」至「細」之順序進行研磨加工之方式連設。(第13發明)。

又，第9發明所記載之加工裝置中之加工單元亦可具備構成上述磨石之研磨粒之粒度(根據JIS(Japanese Industrial Standards，日本工業標準)R6001：1998)為F90～F220或者#240～#500之磨石、粗研磨用研磨刷、及精研磨用研磨刷，上述粗研磨用研磨刷之毛材或者彈性體所含之研磨粒之粒度為#240～#500，上述精研磨用毛刷之研磨粒所含的粒度為#800～#1200(第14發明)。

藉由第1發明所記載之加工裝置，可除去存在於自上述柱狀構件之表層至200 μm以下之微小龜裂，且將研磨加工面之表面粗糙度Ry(根據JIS B0601：2001)加工為3 μm以下(第15發明)。

第1發明所記載之柱狀構件亦可為矽、陶瓷、水晶、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化矽單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦等硬脆性結晶材料(第16發明)。

第1發明所記載之柱狀構件係水晶，上述加工裝置可用於水晶製材之外周面之微小龜裂之除去、或者貼合自上述水晶製材切下之薄板而形成塊狀體後之該塊狀體之外周面之微小龜裂的除去中之至少任一者(第17發明)。

藉由使加工裝置具備之加工手段接觸於被加工物之外周面之同時旋轉，而可研磨被加工物之表層部，除去微小龜裂。此時，無法根據被加工物之形狀而加工為既定之尺寸，故可藉由上述判定手段判定是否可研磨(第1、2、3發明)。

於被加工物之尺寸接近目標尺寸、且僅表層研磨即可之情形時，可將上述加工手段設為第4至第6發明中任一發明所記載之研磨刷。於將研磨刷如第8發明所示般水平連接之情形時，於配置具有相同加工能力之研磨刷之情形時，可縮短研磨時間。如第13發明所示般配置加工能力各不相同之研磨刷之情形時，可藉由一次動作而進行粗研磨直至精研磨為止。

於被加工物之尺寸及形狀與目標尺寸存在差之情形時，既可將上述加工手段設為如第7發明所記載之磨石，且亦可如第9發明所示般使其與研磨刷組合。此時，藉由自第14發明之範圍選擇構成磨石之研磨粒及研磨刷所含之研磨粒之粒度並適當配置，而可以一次動作進行磨石研削之尺寸調整、及研磨刷之粗研磨與精研磨。

藉由將加工手段或加工單元如第10至第12發明所示般配置，而可縮短加工時間。

本發明中之加工裝置可較佳地用於所有硬脆性之材料之加工。例如，可較佳地用於形成矽、陶瓷、玻璃、水晶、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化矽單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦等結晶材料之晶圓之步驟。藉由除去存在於自該等材料之表層至200 μm以下之微小龜裂，且將研磨加工面之表面粗糙度Ry加工為3 μm以下，而可防止切片加工時及切片加工後之步驟(例如，形成基板之步驟或將基板搭載於裝置之步驟等)中之因開裂、碎屑所致之不良品的產生。又，於水晶晶圓之製造步驟中，藉由加工水晶製材之外周面、或對貼合將水晶製材較薄切斷者而成之塊狀體之外周面進行，可防止後步驟中之開裂、碎屑所致之不良品的產生(第15、16、17發明)。

該申請案係根據在日本國於2011年5月31日所申請之日本特願2011-121646號，其內容作為本申請案之內容而形成其一部分。

又，本發明根據以下之詳細說明當可更完全地理解。然而，詳細說明及既定之實施例係本發明之較理想之實施形態，僅係用於說明之目的而記載者。本領域技術人員應明瞭，自該詳細之說明可進行各種變更、改變。

申請人無意將所記載之實施形態之任何部分公佈於眾，所揭示之改變、代替案之中字面上可能不包含於申請專利範圍內之內容，依據等同原則亦屬於本發明之一部分。

於本說明書或申請專利範圍之記載中，名詞及相同之指示語之使用只要未特別指示，或根據前後文並未明確否定，則應理解為包含單數及複數之兩者。本說明書中所提供之所有例示或例示性用語(例如「等」)的使用，亦僅意圖易於說明本發明，只要未於申請專利範圍中特別記載，則並非對本發明之範圍添加限制者。

作為本發明之加工裝置之第1實施形態，以藉由具備將研磨粗糙度不同之3個研磨刷平行地連接(3連)作為加工手段之加工單元的加工裝置而將被加工物加工為圓柱狀之情形為例，使用圖式對加工裝置之構成內容與作動之詳細進行說明。再者，以下之說明中之上下左右方向，只要未特別指明則指圖中之方向。

圖1係表示停止於圖中右端之加工開始前位置之加工單元20、於載置於台座11上之以雙點劃線表示之被加工物W之圖中左右藉由夾持手段13的氣缸驅動而滑動之基準側之夾持軸13A之前端的夾持部13a、及從動側之夾持軸13B之前端之夾持部13b分別後退而未夾持被加工物W之開放狀態的加工裝置之前視圖，於上述加工單元20中，將具備選擇設定3種研磨粒之粒度不同之研磨刷所形成的各加工手段21自圖中右側向左側連設而作為「粗研磨用」、「中研磨用」、「精研磨用」，並於上述「粗研磨用」之加工手段21之圖中右側配置有用以於加工開始前檢測被加工物W之加工面P之高度位置的高度位置檢測手段15。

上述3連之加工手段21中之「粗研磨用」之研磨能力大，且用以削掉存在於表層部之微小龜裂的大半，「中研磨用」係用於利用帶鋸或者線鋸切斷時產生之表面之凹凸除去、及使因上述「粗研磨」而粗化之表面微細化，「精研磨用」係用於對表面粗糙度進行最終調整。再者，若於上述「中研磨」之階段完成表面之凹凸除去及表面粗糙度之微細化調整，則亦可將加工手段21設為2連。

於被加工物W之加工前，為藉由高度位置檢測手段15而設定開始加工手段21之研磨加工之高度位置，而使用主工件。

為設定上述高度位置，首先利用夾持手段13夾持主工件之兩端。利用夾持手段13夾持主工件時，例如較佳如圖5所示般載置於支承構件上具有V字狀之槽(切口V：11b)之台座11而進行。藉由於該槽內配置主工件，而調整該主工件之於圖5(B)中之紙面垂直方向之中心。進而，更佳為該台座係連結於用以調整圖1中之上下方向之設置位置之升降手段12。將主工件載置於該台座，並使上述夾持手段13之夾持軸13A前進至位於圖中右方之基準端面位置B之後，使夾持軸13B前進而利用夾持部13a及13b夾持主工件之兩端部。其後，卸除該台座。於本實施例中，被加工物W之向台座11之配置及卸除係藉由利用上述升降手段12使台座11於圖1中之上下方向移動而進行。

夾持手段13具備以夾持軸13A及13B之軸芯為中心而旋轉之手段，且必須進行對準調整，以使自主工件之端面側觀察之夾持軸13A及13B之前端夾持部13a及13b的軸芯、與主工件之軸芯一致。於本實施形態中，利用夾持手段13夾持主工件後，使加工單元20向左方移動，利用配置於該加工單元20之高度位置檢測手段15測定主工件之外周面高度位置H1，其後，使該主工件旋轉(例如180度)，測定於旋轉後之狀態下之高度位置H2。運算H1與H2之差，於H1與H2並非為大致相同之情形時，使上述台座上升後使夾持軸13A及13B分別後退而解除主工件之夾持。根據上述運算結果利用升降手段12調整上述台座之高度位置(供夾持手段13夾持主工件之上下方向停止位置)之後，再次利用夾持手段13夾持主工件，測定所夾持之主工件之H1及H2。若H1與H2成為大致相同則完成主工件之對準步驟。

對準步驟完成後之H1及H2係表示主工件之外周面之高度位置H。主工件之對準步驟完成後，加工單元20向圖1中之右端移動。然後，使上述台座上升，使上述夾持軸13A及13B分別後退而解除主工件之夾持，並且將主工件載置於台座11之V字狀槽之上。其後，將主工件與被加工物W更換，藉由與主工件之情形相同之步驟夾持被加工物W之兩端。

其次，進行被加工物W是否為可加工之形狀之判定。例如，被加工物W相對於加工目標之尺寸而存在較小之部位之情形、存在因過大而不適用於利用磨石或研磨刷之加工之位置的情形時，判定為不合格品而中止加工。形狀之判定可自3維測定儀等周知之技術中適當地選擇，於本實施形態中，係藉由高度位置檢測手段15測定被加工物W之高度位置，並利用運算而進行判定。例如，可於被加工物W之右端附近、左右方向中央、左端附近之位置分別每45°地旋轉，測定合計24點之高度位置，並藉由運算該等與主工件之高度位置之差進行判定。

於上述判定中合格之被加工物W係與主工件時同樣地進行對準步驟。完成上述對準步驟之後，使該加工單元20向圖1中之左端移動。再者，將利用上述主工件之對準步驟所測量之主工件之外周面高度位置H、與利用上述被加工物W之對準步驟所測量的被加工物W之外周面高度位置h分別儲存至控制手段16。

根據預先由作業者手動輸入至控制手段16而儲存之加工條件(加工手段21之加工能力、前製程中之被加工物W之切斷條件、加工手段21之旋轉速度、被加工物W之旋轉速度、加工單元20之移動速度等)及自動地儲存至控制手段16之主工件及加工前之被加工物的上述高度位置H、h而進行運算處理，決定加工手段21之對於被加工物W之加工面之切入量，並自控制手段16輸出切入量之訊號。加工單元20根據該訊號而向上下方向、即加工單元20與加工面P之距離方向移動。再者，所謂「切入量」係加工手段21之向被加工物方向之進給量，其係由被加工物之加工量、加工手段之種類、加工手段之加工能力、被加工物之物性等而決定。

其次，根據由控制手段16根據上述加工條件所輸出之訊號，使加工手段21、被加工物W以既定之旋轉速度旋轉，且使加工單元20以既定之移動速度向圖1中之右方向移動。該移動係向夾持軸13A及13B之軸方向之移動，亦稱為「前後移動」。藉由該移動，正在旋轉之加工手段21之前端部與被加工物W之被加工面P接觸，而進行加工(研磨)。如上述般，因加工手段21係自圖1之右向左依序地按加工手段所含之研磨粒之粒度為「粗」→「細」之順序排列，故藉由該移動，而進行「粗研磨」→「中研磨」→「精研磨」。加工單元20移動至既定之位置(最右端)後停止加工手段21及被加工物W之旋轉。其後，上述台座11上升而載置被加工物W之後，夾持軸13A及13B後退，解除該被加工物W之夾持，並取出該被加工物W，藉此完成加工。

於加工複數個被加工物W之情形時，係於上述台座上重新設置被加工物W之後，同樣地經由被加工物之夾持步驟、被加工物之對準步驟而進行加工。即，藉由最初測定主工件之高度位置，其後可進行複數個被加工物W之加工。

於本實施形態中，係使加工單元20向圖中左右方向移動，但既可使被加工物W移動，亦可使加工單元20與被加工物W之雙方移動。

於本實施形態中，係手動地將加工條件輸入至控制手段16，但亦可根據手動輸入之加工條件與自動輸入(儲存)之外周面高度位置，藉由控制手段16運算未輸入之加工條件而進行加工。例如，可輸入加工手段21之前端對於被加工物之加工面P的切入量與加工手段21之旋轉速度，藉此利用控制手段16運算被加工物W之移動速度，亦可利用控制手段16根據其他加工條件或高度位置而運算切入量。而且，可根據該等運算結果而進行加工。

所輸入之加工條件並不限定於本實施形態之項目。例如，亦可輸入加工手段21之種類、被加工物W之材質、加工前之被加工物W之形狀、設為加工目標之被加工物W之形狀、加工部位等。

圖2(A)及(B)係表示作為上述加工手段21的研磨刷之一例者，因此將由混合研磨粒之尼龍等之合成樹脂所形成之毛材24a捆束而作為研磨具24，將其裝卸自如地安裝於使該研磨具24之基部24b連結於加工用旋轉手段22而水平旋轉的研磨具安裝板23上，下端接觸於被加工物W之加工面P並旋轉，從而進行研磨，若研磨具24磨損則可自研磨具安裝板23上卸除該研磨具24並更換為新的研磨具24。再者，作為加工手段21的研磨刷並不限於圖2所示者，可為將由混合研磨粒之毛材24a所形成之研磨具24直接安裝於研磨具安裝板23而固定，若該研磨具24磨損則與研磨具安裝板23一併進行更換者，且亦可不使用研磨具24，將由含有研磨粒之尼龍等之合成樹脂所形成之毛材24c呈環狀地植入於加工手段21之底部(參照圖3(A)，上圖表示前視圖，下圖表示仰視圖)。又，例如，於加工時加工手段21與成為大致90°之角度之柱狀體之角部接觸的情形等，於因加工手段21與被加工物W之接觸而產生碎屑(碎片)成為問題之情形時，亦可將由含有研磨粒之合成樹脂所形成之彈性體24d呈環狀地配置於加工手段21之底部(參照圖3(B)，上圖表示前視圖，下圖表示仰視圖)。所謂該情形之彈性體24d，例如亦可為硬度相對柔軟之樹脂之塊體，或以內部具有多個氣泡之聚胺基甲酸酯或胺基甲酸酯為首之樹脂之塊體，或將纖維狀之彈性體相互纏繞而成者。於硬度相對柔軟之樹脂之塊體中，樹脂本身作為緩衝材而發揮作用。於具有氣泡之樹脂之塊體中內部之氣泡作為緩衝材而發揮作用。於含有研磨粒並相互纏繞之彈性體中，藉由該彈性體相互纏繞，成為於該等之集合體之內部包括有空氣，該空氣層作為緩衝材而發揮作用。任一之情形均以該彈性體24d與被加工物接觸時保持適度之彈力之方式，適當選擇合成樹脂之種類及研磨粒之含有率等。再者，較理想的是混合於上述毛材或彈性體之研磨粒之粒度自F180～#2000(研磨粒之粒度之定義係根據JIS規格R6001：1998)之範圍選擇，以獲得目標加工能力。

又，亦可相對於1個研磨刷21而配置至少2種以上之毛材或者彈性體。此時，於靠近研磨刷21底部之外周面之側配置研磨粒較小之毛材或彈性體，且於內側配置研磨粒較大之毛材或彈性體。可利用配置於內側之研磨粒較大之毛材或彈性體進行粗研磨，利用配置於外周面側之研磨粒較小之毛材及彈性體進行中研磨或精研磨。即，可藉由1個研磨刷21而獲得2種以上之效果，故可減少配置於加工單元20之研磨刷21之個數。

其次，將無需如上述之「粗」→「細」之多段加工，而以1階段之加工即可獲得所需表面之情形作為第2實施形態進行說明。再者，於此，僅對其與第1實施形態不同之方面進行說明。

例如，於加工前之被加工物W之表面之微小龜裂微小，且加工前之表面粗糙度對於要求值並無較大差異之情形時，加工手段21(研磨刷)可僅利用上述「中研磨用」或「精研磨用」進行加工。於此種情形時，亦可將具備含有對應研磨目的之粒度之研磨粒的毛材或彈性體之加工手段21僅配置1個而進行加工。

又，於如第1實施形態般將複數台加工手段21平行地連接之情形時，藉由配置具有相同加工能力之加工手段21，可縮短加工時間。

其次，於精加工前之被加工物W與精加工目標尺寸相比過大之情形時，或加工前之被加工物W為多角柱狀之情形等，利用研磨刷之研磨中加工量不足之情形作為第3實施形態進行說明。再者，於此，僅對其與第1實施形態不同之方面進行說明。

該情形時，亦可將上述加工手段21之至少1個變更為磨石。於配置磨石之情形時，例如於圖1中自右依序按「磨石」「粗研磨用毛刷」「精研磨用毛刷」之順序配置。

磨石係將利用結合劑結合研磨粒彼此而成之塊狀體(未圖示)固定於轉盤(未圖示)之被加工物W側平面上。該轉盤連接有用於使該轉盤以其軸心為中心進行旋轉之加工用旋轉手段22，上述經固定之研磨粒之表面與被加工物W接觸，且進行水平旋轉，藉此進行磨石之加工。再者，研磨粒彼此之結合係藉由例如使將研磨粒、酚樹脂(結合劑)及填充劑混合後所成型者以既定溫度煅燒而進行。又，於結合力較弱之情形時於成型時可混入玻璃纖維等作為強化材，亦可對應磨石所要求之研磨力或強度而變更結合劑。

加工單元20具備能夠使各加工手段21單獨地於圖1中之上下方向移動之手段。使加工單元20向圖1中之左方移動後，使僅磨石向同圖之下方移動並且使其旋轉，如上述般經由被加工物W之旋轉及加工單元20之向右方之移動而完成磨石之加工(研削)。其次，使磨石上升後使加工單元20向同圖之左方移動，使研磨刷向下方移動而同樣地進行加工，藉此完成研磨刷之加工(研磨)。根據以上之步驟，可進行利用磨石之尺寸及形狀之調整、及利用研磨用毛刷之微小龜裂之除去。

為了可良好地加工硬脆性之材料，且不產生新的微小龜裂，較理想的是構成該磨石之粒度自F90～F220或#240～#500之範圍內適當地選擇。又，此時，較理想的是粗研磨用毛刷之毛材或彈性體所含之研磨粒之粒度自#240～#500、精研磨用毛刷之毛材或彈性體所含之研磨粒之粒度自#800～#1200的範圍選擇，以獲得目標加工能力。

其次，一面參照圖4，一面對第4實施形態之加工裝置進行說明。於本實施形態之加工裝置中，裝置構成為配置有加工手段21，以縮短加工時間。再者，於此，僅對其與第1實施形態不同之方面進行說明。

於第4實施形態之加工裝置中，係於被加工物W之同一剖面(圓形)上、即於剖面之延長上配置有第1加工手段25與第2加工手段26。

第1加工手段25與第2加工手段26之軸芯係以與被加工物W之半徑方向一致之方式而配置，為了使第1加工手段25與第2加工手段26不相互干擾，將第1加工手段25之軸芯與第2加工手段26之軸芯於被加工物W之剖面中心相交配置以構成既定之角度θ(參照圖4(B)，同圖之右圖表示前面，左圖表示左側面)。只要第1加工手段25與第2加工手段26不相互干擾，該角度θ可任意地設定，亦可將角度θ設定為180°，以第1加工手段25之軸芯與第2加工手段26之軸芯完全一致而相對向之方式配置(參照圖4(A)，同圖之右圖表示前面，左圖表示左側面)。

藉由設為此種構成，被加工物W係一面於圓周方向旋轉一面被加工，故被加工物之加工面係於第1加工手段25與第2加工手段26之2部位同時被加工，從而可縮短加工時間。

又，於本實施形態之加工裝置中，亦可配置將第1加工手段25及第2加工手段26分別於被加工物W之長度方向設為2連、或3連而配置的第1加工單元20a及第2加工單元20b。

於此情形時，係沿被加工物W之長度方向自右依序配置有第1行之第1加工手段25a與第2加工手段26a、第2行之第1加工手段25b與第2加工手段26b、及第3行之第1加工手段25c與第2加工手段26c。

此時，各加工手段具備之毛材或彈性體中所含之研磨粒的粒度，係使第1加工手段25a與第2加工手段26a、第1加工手段25b與第2加工手段26b、第1加工手段25c與第2加工手段26c分別大致相同，即具有大致相同之加工能力。

又，與第2實施形態同樣地，可利用具有一種加工能力之加工手段進行加工時，可將所有加工手段所具備之毛材或彈性體中所含的研磨粒之粒度設為大致相同，可將所有之加工手段之加工能力設為大致相同。

又，與第3實施形態同樣地，可將第1加工單元20a與第2加工單元20b中之加工手段分別至少1個以上變更為磨石。

又，已對上述第4實施形態之加工裝置中，於被加工物W之圓周方向設置第1加工手段25與第2加工手段26之2個加工手段的構成進行了說明，但並不限於此，只要各加工手段不相互干擾，則亦可配合設置空間或目標加工時間等而配置任意個數之加工手段，例如亦可進而配置第3加工手段(未圖示)。

其次，將使被加工物W加工為多角柱狀(於本實施例中為四角柱狀)之情形作為第5實施形態進行說明。再者，於此，僅對其與第1實施形態不同之方面進行說明。

首先，將主工件以平面部成為上面之方式載置於例如圖5(A)所示之台座11之後，利用夾持手段13夾持兩端(參照圖5(C)，利用切口L：11c載置)。其後，利用高度位置測定手段測定高度位置之後，解除夾持並與被加工物W更換，夾持該被加工物W。其後，使台座11下降。

其次，進行被加工物W是否為可加工之形狀之判定。例如，當被加工物W存在對於預先所輸入之精尺寸而較小之部位之情形、或存在因過大而不適用於利用磨石或研磨刷之加工之位置的情形時，判定為不合格品而中止加工。形狀之判定可利用3維測定儀等周知之技術進行適當地選擇，而於本實施形態中，例如可於被加工物W之右端附近、左右方向中央、左端附近之位置分別每次45°地使其旋轉，測定合計24點之高度位置，並運算該等與主工件之高度位置之差，藉此進行判定。於本實施形態中，與第1實施形態之情形同樣地藉由高度位置檢測手段15測定被加工物W之高度位置，並利用運算而進行判定。再者，於四角稜柱之情形時係考慮平面部與角部之高度位置不同而進行運算。

於上述判定中合格之被加工物W以加工後成為平面部之面朝上之方式利用被加工物旋轉手段使其旋轉而調整之後，配置於台座11。此處，於該被加工物W較目標之尺寸大，僅利用研磨刷之加工難以獲得目標尺寸之情形時，係如第3實施形態般將加工手段之一設為磨石，首先利用藉由磨石之研削進行尺寸之調整。

使加工單元20向圖1中之左方移動之後，運算所測定之高度位置與預先輸入之加工手段之切入量，根據其結果使加工單元20向同圖下方移動之後，使磨石下降並且使該磨石旋轉，其後，藉由使加工單元20向同圖右方移動，利用磨石之研削而調整第1平面部之形狀及尺寸。其次，停止該磨石之旋轉並且使其上升之後，使加工單元20同樣地向左方移動。移動後，使研磨刷下降並且使該研磨刷旋轉，其後使加工單元20同樣地向同圖右方移動，藉此完成第1平面部之加工。

其後，使升降手段12下降而解除被加工物W之載置後，利用被加工物旋轉手段使被加工物W旋轉90°之後，使升降手段12上升並再次將被加工物W向台座載置。其後，經由相同之步驟而完成第2平面部之加工。藉由重複以上之步驟，完成4邊之平面部之加工。

其次，使升降手段12下降而解除被加工物W之載置之後，利用被加工物旋轉手段使被加工物W旋轉45°之後，使升降手段12上升並再次將被加工物W載置於台座。(參照圖5(D)，利用切口V：11b載置)。其後，經由與第1平面部之加工相同之步驟而完成第1稜角部之加工。其後，使升降手段12下降而解除被加工物W之載置之後，利用被加工物旋轉手段使被加工物W旋轉90°之後，使升降手段12上升並再次將被加工物W向台座載置。其後，經由相同之步驟完成第2稜角部之加工。藉由重複以上之步驟，完成4個稜角部之加工。

其後，使夾持軸13A及13B後退而解除被加工物W之夾持，並自台座11卸除，藉此可獲得完成4邊之平面部及4個稜角部之加工的被加工物W。

於加工前之被加工物W之尺寸與目標尺寸無較大差異之情形時，將加工手段21全部設為研磨刷，可省略調整上述之形狀及尺寸之步驟。又，利用其他裝置進行調整上述形狀及尺寸之步驟之情形的加工亦同樣地可將加工手段21全部設為研磨刷而進行加工。

又，於四角稜柱形狀之情形時，例如利用線鋸或帶鋸等將圓柱形狀之被加工物W加工為四角柱狀之情形等(參照圖6)，當於角部為曲線之情形之角部之加工時，係於解除向台座11之載置之狀態下，一面使被加工物W往復旋轉45°一面進行加工。

又，於利用1階段之加工而可獲得目標表面之情形時，藉由如第2實施形態般配置具有相同加工能力之研磨刷，可縮短加工時間。

又，與第4實施形態之情形同樣地，亦可配置複數個加工單元20。例如，於將第1加工單元20a與第2加工單元20b相對於被加工物對稱配置而加工四角柱狀之被加工物W的情形時，第1平面部與第3平面部、第2平面部與第4平面部、第1稜角部與第3稜角部、第2稜角部與第4稜角部係分別同時被加工，故可使加工時間減半。

[實施例1]

進行與加工目標尺寸大致相同之圓柱狀及四角柱狀之矽塊之加工。於加工前之上述被加工物W之表層部，存在深度為80～100 μm之微小龜裂且其表面粗糙度Ry為9～11 μm，利用線鋸切斷(切片加工)該矽塊而形成矽晶圓時之開裂、碎屑等所致之不良品之產生率為5～6%。

針對如下結果進行敍述：使用第1實施形態所記載之加工裝置作為本實施例所用之加工裝置，對作為上述被加工物(W)之矽塊進行加工而除去微小龜裂及凹凸，使表面粗糙度微小化之後，降低利用線鋸切片加工該矽塊而形成矽晶圓時之開裂、碎屑等所致之不良品的產生率。

將本實施例中之加工條件設為表1，將其輸入至控制手段16之後，分別進行3塊矽塊之加工。其結果為，圓柱狀及四角柱狀之矽塊均如表2所示，可大幅度減小存在於矽塊之表層部之微小龜裂之深度及外周面的凹凸，其結果為，微小龜裂之最大深度為0.9 μm，表面粗糙度為平面部Ry0.7～1.0 μm(平均：Ry0.9 μm)，而可除去微小龜裂及凹凸以及使表面粗糙度微小化，且可將此3個矽塊均利用線鋸進行切片加工而形成矽晶圓時之開裂、碎屑等所致之不良品的產生率降低2%左右。較理想的是微小龜裂之最大深度為3.0 μm以下，更理想的是2.3 μm以下。若上述最大深度為3.0 μm以上則上述不良品之產生率增大。又，若上述最大深度為2.3 μm以下，則對切片加工為數十μm之厚度而形成矽晶圓時之開裂、碎屑等所致之不良品的產生率所造成之影響較少。於本實施例中，上述最大深度為0.9 μm，大幅低於對上述不良品之產生率造成影響之2.3 μm。

[實施例2]

於較加工目標尺寸大，僅利用研磨刷難以進行加工之情形時，係組合1個磨石與2個研磨刷作為加工手段，將圓柱狀及四角柱狀之矽塊之加工於表3之條件下與實施例1同樣地分別進行3塊矽塊之加工。運算加工前之矽塊之高度位置與加工目標尺寸之差，以僅較加工目標尺寸大出研磨刷之加工量大小之方式設定磨石之進給量而進行加工之後，將研磨刷之進給量作為表3之條件而進行加工。其結果為，圓柱狀及四角柱狀之矽塊均可使矽塊之外周面之凹凸大幅減小，表面粗糙度為Ry0.7～1.0 μm(平均：Ry0.9 μm)。可獲得此3個矽塊均利用線鋸進行切片加工而形成矽晶圓時之開裂、碎屑等所致之不良品的產生率變成1～2%的良好結果。

[實施例3]

作為其他結晶材料之一例，進行與加工目標尺寸大致相同之圓柱狀及四角柱狀之水晶塊體的加工。於表4之條件下與實施例1同樣地分別進行3塊水晶塊體之加工。其結果為，可使圓柱狀及四角柱狀之水晶塊體之外周面之凹凸大幅減小，表面粗糙度成為Ry0.3～0.5 μm(平均：Ry：0.4 μm)。將此3個水晶塊體分別利用線鋸進行切片加工而形成水晶晶圓時之開裂、碎屑等所致不良品的產生率亦降低2%左右。

[實施例4]

作為除四角稜柱形狀或圓柱形狀以外之形狀之加工例，對水晶晶圓之製造進行說明。如圖7所示，水晶晶圓係經過利用水熱合成法等使水晶成長而獲得人造水晶之水晶育成步驟(參照圖7(A))；為明確上述人造水晶之軸方向，研削表面而獲得水晶塊體(以下，稱為「水晶製材」)之製材加工(參照圖7(B))；將經製材加工之人造水晶對應頻率特性而以既定角度較薄地切片之切斷步驟(參照圖7(C))；藉由石蠟等貼合經切片之人造水晶彼此而形成塊狀體(例如50～70塊)之固定步驟(參照圖7(D))；用以將上述塊狀體之外形調整為作為晶圓之外形之尺寸而進行研磨的外形研磨步驟、除掉上述石蠟等之剝離步驟(參照圖7(E))；而獲得水晶晶圓(參照圖7(F))。

水晶製材有時如例如圖8所示般兩端面並非水平。如此，於加工兩端面並非水平之形狀之被加工物時，係於夾持部13a及13b之前端，連結對應上述被加工物之前端形狀之夾持輔助構件13c及13d，經由該夾持輔助構件13c、13d並利用夾持手段13而夾持被加工物W。其後，藉由如上述般加工水晶製材之外周面，而可抑制於其後之切斷步驟之開裂、碎屑等之不良品的產生率。

又，於上述外形研磨步驟中，藉由利用本發明之加工裝置進行加工，而可將於上述切斷步驟等中所產生之微小龜裂之深度及外周面之凹凸大幅減小。加工後，經由上述剝離步驟所得之水晶晶圓因外周面之微小龜裂已被除去，故可抑制於後步驟中龜裂以微小龜裂為基點而成長之粗大龜裂之產生，從而可降低不良品之產生率。所謂後步驟，例如於使用水晶晶圓而製造水晶振盪器之情形時，可列舉利用研磨調整為對應頻率之厚度之步驟、利用石蠟等將其貼合之步驟、將其切斷為既定設計尺寸之步驟、為使振動集中於水晶片之中央而研削邊緣之斜面加工、除掉上述石蠟等之步驟、除去加工變質而提高頻率精度之蝕刻步驟、利用蒸鍍法等形成電極之步驟、頻率之最終調整後將其封入套管之步驟。

[產業上之可利用性]

藉由本發明而經加工之硬脆性結晶材料之塊體，利用線鋸或帶鋸較薄地切斷之後，對切斷面進行磨削研磨，藉此可獲得晶圓。例如，可適用於用於薄膜太陽電池板等各種半導體基板之矽晶圓、用於電子元件或光學基板之石英晶圓、用於LED(Light Emitting Diode，發光二極體)基板等之藍寶石晶圓、砷化鎵晶圓、磷化鎵晶圓或氮化鎵晶圓、用於功率元件等之碳化矽單晶晶圓；用於SAW(Surface Acoustic Wave，表面聲波)濾波器之鉭酸鋰晶圓或鈮酸鋰晶圓、用於超高速半導體元件之磷化銦晶圓等所有晶圓之製造。

01．．．加工裝置

11．．．台座

11a．．．支承構件

11b．．．切口V

11c．．．切口L

12．．．升降手段

13．．．夾持手段

13A、13B．．．夾持軸

13a、13b．．．夾持部

15．．．高度位置檢測手段

16．．．控制手段

20．．．加工單元

20a．．．第1加工單元

20b．．．第2加工單元

21．．．加工手段

22．．．加工用旋轉手段

23．．．研磨具安裝板

24．．．研磨具

24a、24c．．．毛材

24b．．．基部

24d．．．彈性體

圖1係說明本實施形態中之加工裝置之說明圖。

圖2(A)、(B)係表示第1實施形態中之研磨刷之一例之說明圖。

圖3(A)、(B)係表示第1實施形態中之加工手段之變更例之說明圖。

圖4(A)、(B)係說明第4實施形態中之加工手段之配置之說明圖。

圖5(A)～(D)係說明本實施形態中之台座之說明圖。

圖6係說明將被加工物自圓柱狀加工為四角柱狀之例之說明圖。

圖7(A)～(F)係用以說明水晶晶圓之製造步驟之一例之說明圖。

圖8(A)、(B)係用以說明實施例4之說明圖。

W．．．被加工物

01．．．加工裝置

11．．．台座

12．．．升降手段

13．．．夾持手段

13A、13B．．．夾持軸

13a、13b．．．夾持部

15．．．高度位置檢測手段

16．．．控制手段

20．．．加工單元

21．．．加工手段

22．．．加工用旋轉手段

Claims (5)

1. 一種柱狀構件之加工裝置，其係對被加工物形狀為柱狀之硬脆性結晶材料，除去存在於自該柱狀構件之表層至200μm以下之微小龜裂，且將加工面之表面粗糙度Ry加工為3μm以下，其特徵在於，具備：夾持手段，其具備設為前後移動之夾持軸，該夾持軸前端安裝有加工該被加工物時夾持其兩端面並於加工結束後解除該夾持狀態之夾持部；被加工物用旋轉手段，其係連結於該夾持手段，用於以該夾持手段之軸心為中心而使被加工物旋轉；加工單元，其配置有一面以前端接觸於該被加工物而旋轉，一面對該被加工物進行加工的複數台加工手段，該複數台加工手段包含以下至少任一者：(A)具有於底部呈環狀植入複數根含有研磨粒之毛材的構造之研磨刷；(B)具有於轉盤植入複數根將含有研磨粒之毛材以複數根捆束而成之研磨具之基部的構造之研磨刷；(C)具有於底部呈環狀配置含有研磨粒之彈性體的構造之研磨刷；高度位置檢測手段，其係用以檢測加工前之該被加工物之加工面之高度位置；控制手段，其輸入有該加工前之被加工物之高度位置、加工後之被加工物的高度位置及加工條件，對該等進行運算而輸出用以控制該加工裝置之加工步驟的訊號；及判定手段，其判定該被加工物是否為可加工之形狀；該加工單元之研磨刷係將包含於該毛材之研磨粒之粒 度為F180~#2000、且其粒度不同之加工手段選擇2種以上，並將該加工手段以其粒度自「粗」至「細」之順序進行研磨加工之方式水平地連設；該運算係包含加工前與加工後之該被加工物之高度位置之差的運算；該判定係藉由運算加工前與加工後之該被加工物之高度位置之差而進行；該加工裝置具備配置於該被加工物之同一剖面上之第1加工單元與第2加工單元，該第1加工單元與該第2加工單元之軸芯係以與該被加工物之半徑方向一致之方式配置，該第1加工單元之第1加工手段之軸芯與該第2加工單元之第2加工手段之軸芯於被加工物之剖面中心相交配置，以構成既定之角度θ。
2. 如申請專利範圍第1項之柱狀構件之加工裝置，其中作為該加工後之被加工物之尺寸的高度位置係藉由檢測具有加工後之被加工物之尺寸之主工件的外周面之高度位置而輸入至控制手段。
3. 如申請專利範圍第1項之柱狀構件之加工裝置，其中該加工手段係進一步包含磨石之加工手段，該磨石將粒度為F90~F220或者#240~#500之研磨粒彼此利用結合劑結合而成之塊狀體固定於圓盤狀之轉盤之1平面側且該塊狀體之表面接觸於該被加工物之加工面；選自該(A)~(C)之研磨刷，係研磨粒之粒度為#240~#500之粗研磨用研磨刷、及研磨粒之粒度為#800~#1200 之精研磨用研磨刷；該磨石係以該粗研磨用研磨刷、該精研磨用研磨刷之順序對該被加工物進行加工之方式連設。
4. 如申請專利範圍第1項之柱狀構件之加工裝置，其中該柱狀構件係設為矽、陶瓷、水晶、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化矽單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦之中的任一者。
5. 如申請專利範圍第1項之柱狀構件之加工裝置，其中該柱狀構件為水晶，該加工裝置係使用於水晶製材之外周面之微小龜裂的除去、或者貼合自該水晶製材切下之薄板而形成塊狀體之後的該塊狀體之外周面之微小龜裂之除去中的至少任一者。