WO2011027505A1 - インゴットの研削装置 - Google Patents

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grinding wheel
rough
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英彦 西野
好宏 平野
純一 内田
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/02—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work
    • B24B5/04—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces externally
    • B24B5/045—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces externally with the grinding wheel axis perpendicular to the workpiece axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D7/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor
    • B24D7/14—Zonally-graded wheels; Composite wheels comprising different abrasives

Definitions

  • the present invention relates to a grinding apparatus that cylindrically or surface-grinds the outer peripheral surface of an ingot made of, for example, silicon single crystal or polycrystal pulled up by the Czochralski method (CZ method) or the like.
  • CZ method Czochralski method
  • a rotational driving force is transmitted to the ingot held by the clamp to rotate around the axis, and the outer surface of the ingot.
  • a device for making cylindrical grinding by bringing a grinding means having a grindstone into contact while rotating at high speed, and traversing the grinding means in the longitudinal direction of the ingot, in order to efficiently perform from rough grinding to fine grinding.
  • Two spindles are provided along the rotation axis of the clamp, and when the grinding means traverses, a rough grinding wheel is attached to the upstream spindle, and a fine grinding wheel is attached to the downstream spindle. It was common to process in a series of flows.
  • FIG. 4 is an enlarged schematic explanatory view of a grinding means portion of this cylindrical grinding apparatus.
  • the grinding means 102 is provided with two wheels, a coarse grinding wheel 106 and a fine grinding wheel 107, coaxially with a spindle 108.
  • the fine grinding wheel 107 is roughly ground.
  • the fine grinding wheel 107 is disposed forward of the fine grinding wheel 107 with a slight clearance.
  • the cylindrically ground ingot is then subjected to surface grinding such as orientation flat processing in a predetermined crystal orientation on the outer peripheral surface, and then sliced into a wafer. For reasons such as improving the accuracy of the wafer and improving the yield at this time, it is required to reduce processing distortion in the above-described cylindrical grinding and surface grinding.
  • the processing distortion cannot be suppressed to 10 ⁇ m or less, for example.
  • it has been necessary to reduce the grindstone particle size of the wheel for fine grinding that is, to increase the count of the wheel.
  • the resistance increases as the grain size is reduced. Therefore, the grinding speed is reduced to about 1/3, or the cutting amount is reduced to about 1/5. Need to be repeated. Therefore, the total number of times of grinding increases, and the grinding process time increases.
  • the present invention has been made in view of the problems as described above, and provides an ingot grinding apparatus capable of suppressing a reduction in a grinding speed and reducing a grinding process time while suppressing a processing distortion to 10 ⁇ m or less. Objective.
  • a clamp for holding an ingot, a rotating means for rotating the ingot around an axis, and a grinding means for grinding an outer peripheral surface of the ingot are provided.
  • the means includes a rough grinding wheel for rough grinding coaxially attached to a single spindle, and a fine grinding wheel for fine grinding disposed inside the rough grinding wheel abutting against the outer peripheral surface of the ingot.
  • the fine grinding wheel of the grinding means has a moving means for moving back and forth in the axial direction of the spindle, and the wheel for moving the fine grinding wheel back and forth by the moving means to contact the ingot is selected. If the ingot is to be ground, rough cutting with a high load performed by increasing the cutting amount is performed only with the rough grinding wheel, and then the remaining cutting amount is ground with the rough grinding wheel and the fine grinding wheel. In addition, rough grinding can be followed by fine grinding to perform cylindrical grinding or surface grinding, so that there is no damage to the fine grinding wheel due to irregularities on the outer peripheral surface of the ingot, etc., and the fine grinding wheel is clogged. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the grinding speed and reduce the grinding process time while suppressing the processing strain to 10 ⁇ m or less.
  • protrusion amount adjusting means for adjusting the protrusion amount of the fine grinding wheel with respect to the rough grinding wheel.
  • a coolant supply means for supplying coolant to at least the precision grinding wheel among the grinding means it is preferable at this time to have a coolant supply means for supplying coolant to at least the precision grinding wheel among the grinding means.
  • the grinding means has at least a coolant supply means for supplying coolant to the precision grinding wheel, the grinding powder generated by grinding with only the coarse grinding wheel moves backward in the axial direction of the spindle.
  • the grinding means has a position adjusting means for adjusting a position where the grinding means comes into contact with the outer peripheral surface of the ingot, and the position adjusting means, when cylindrically grinding the ingot, It is preferable to adjust to a position where the center of the grinding surface of the wheel coincides, and to adjust the center of the ingot and the axis of the spindle when the ingot is surface ground.
  • the grinding means has a position adjusting means for adjusting a position where the grinding means comes into contact with the outer peripheral surface of the ingot.
  • the position adjusting means and the center of the ingot and the fine grinding are provided. If the center of the grinding surface of the wheel is adjusted to a position that matches, and when the surface of the ingot is surface-ground, if the center of the ingot and the axis of the spindle are adjusted to match, the machining distortion of the ingot It can be stabilized in the longitudinal direction of the outer peripheral surface, and the processing distortion can be more effectively reduced.
  • the ingot grinding apparatus has a moving means for moving the fine grinding wheel of the grinding means back and forth in the axial direction of the spindle, and the wheel for moving the fine grinding wheel back and forth by the moving means to contact the ingot. Since the selected ingot is ground, rough cutting with high load, which is performed by increasing the cutting amount, is performed only with the rough grinding wheel, and then the remaining cutting amount is ground with the rough grinding wheel and the fine grinding wheel. In addition, rough grinding can be followed by fine grinding to perform cylindrical grinding or surface grinding, so that there is no damage to the fine grinding wheel due to irregularities on the outer peripheral surface of the ingot, etc., and the fine grinding wheel is clogged. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the grinding speed and reduce the grinding process time while suppressing the processing strain to 10 ⁇ m or less.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of an ingot grinding apparatus according to the present invention.
  • the ingot grinding apparatus 1 of the present invention grinds the clamps 3, 3 ′ that hold the ingot 5, the rotating means 4 that rotates the ingot 5 around its axis, and the outer peripheral surface of the ingot 5. Grinding means 2.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of the grinding means 2 of the ingot grinding apparatus of the present invention.
  • a rough grinding wheel 6 for rough grinding and a fine grinding wheel 7 for fine grinding are coaxially attached to a single spindle 8 in the grinding means 2.
  • the rough grinding wheel 6 for rough grinding and the fine grinding wheel 7 for fine grinding are annular grinding wheels, and the fine grinding wheel 7 is arranged inside the rough grinding wheel 6.
  • the grinding means 2 can perform a so-called traverse movement in which the fine grinding wheel 7 and the rough grinding wheel 6 are fed in the axial direction of the spindle 8 and also in the rotational axis direction of the clamps 3 and 3 ′. Yes.
  • the fine grinding wheel 7 and the rough grinding wheel 6 are brought into contact with the outer peripheral surface of the ingot 5 so that traverse grinding can be performed.
  • FIG. 2 it has moving means 9 for moving the precision grinding wheel 7 of the grinding means 2 back and forth in the axial direction of the spindle 8.
  • the moving means 9 moves the precision grinding wheel 7 back and forth to select a wheel to be brought into contact with the ingot 5 so that the ingot 5 can be ground. That is, if the fine grinding wheel 7 is retracted and waited at the standby position, rough grinding can be performed only with the coarse grinding wheel 6, and the fine grinding wheel 7 is advanced to simultaneously ingot the fine grinding wheel 7 and the coarse grinding wheel 6. It is also possible to make it a position to abut on 5. Of course, only the fine grinding wheel 7 can be advanced to a position where it abuts the ingot 5 and fine grinding can be performed only by the fine grinding wheel 7.
  • the moving means 9 is not particularly limited.
  • the fine grinding wheel 7 may be moved by pressure from a hydraulic cylinder or air cylinder, or a structure using a spring or the like may be used.
  • the hydraulic pressure can be about 5 kgf ⁇ cm 2 or more.
  • the rough grinding wheel 6 can be a low count wheel, and for example, those having a count of # 60 to # 500 can be used.
  • the precision grinding wheel 7 is finished by using a high count wheel to reduce the processing distortion, and for example, those having a count of # 140 to # 1200 can be used. This may be appropriately selected according to the type of ingot material to be ground and the purpose of grinding.
  • the fine grinding wheel 7 when the fine grinding wheel 7 is moved forward so that the fine grinding wheel 7 and the coarse grinding wheel 6 are simultaneously brought into contact with the ingot 5 to grind the ingot 5, the fine grinding wheel 7 is changed to the coarse grinding wheel 6. On the other hand, it is moved to a slightly protruding position so as to have a predetermined amount of clearance. Thus, if the fine grinding wheel 7 and the rough grinding wheel 6 are simultaneously brought into contact with the outer peripheral surface of the ingot 5 and traverse grinding is performed, fine grinding can be performed following the rough grinding.
  • the rough grinding wheel 6 disposed on the outer side is first applied to the outer peripheral surface of the ingot 5 held at both ends by the clamps 3 and 3 ′.
  • the rough grinding is performed in contact therewith, and then the fine grinding wheel 7 slightly projecting inside the rough grinding wheel 6 is brought into contact with the fine grinding wheel to perform the fine grinding with the above-described clearance cut amount.
  • the surface roughness of the grinding surface can be reduced and the grinding surface can be stabilized. And since the precision of a grinding surface can be raised to some extent in the stage of rough grinding by raising the peripheral speed of the rough grinding wheel 6, the balanced grinding which can grind with little load with the fine grinding wheel 7 can be performed. .
  • the protruding amount adjusting means 10 can be an adjusting screw, and the protruding amount of the fine grinding wheel 7 with respect to the rough grinding wheel 6 can be set to about 0.3 to 0.5 mm, for example. If the protruding amount is in such a range, particularly about 0.5 mm, grinding can be performed without imposing a burden on the precision grinding wheel 7, and the precision of precision grinding can be improved more reliably.
  • the grinding means 2 When cylindrical grinding of the ingot 5 is performed using such a grinding apparatus 1, the grinding means 2 performs rough grinding and grinding as described above while rotating the ingot 5 held by the clamps 3 and 3 ′ by the rotating means 4. Perform precision grinding. Further, when performing surface grinding of the ingot 5, rough grinding and fine grinding are similarly performed by the grinding means 2 without rotating the ingot 5 held by the clamps 3, 3 '.
  • the total cutting amount can be set to about 0.1 to 5.0 mm, for example.
  • the feed speed of the grinding means 2 in the direction of the rotation axis of the clamps 3 and 3 ′ can be set to 40 mm / min or less.
  • the cutting amount can be about 0.1 to 5.0 mm, for example, and the feed speed of the clamps 3 and 3 ′ of the grinding means 2 in the rotation axis direction can be 200 mm / min or less.
  • a coolant supply means 11 for supplying a coolant to the precision grinding wheel 7 can be provided to suppress the adhesion of the grinding powder. If such a coolant supply means 11 is provided, coolant can be supplied to the precision grinding wheel 7 to prevent grinding powder from adhering to the precision grinding wheel 7, and clogging of the precision grinding wheel 7 can be performed more reliably. Can be suppressed.
  • a position adjusting means for adjusting the position where the grinding means 2 abuts on the outer peripheral surface of the ingot 5 is provided, which is optimal for performing grinding with high repeatability. It is preferable to adjust the position.
  • the position adjusting means 12 can be, for example, a hydraulic cylinder or the like.
  • FIG. 3A when the ingot 5 is cylindrically ground, the center of the ingot 5 and the grinding surface of the precision grinding wheel 7 are used.
  • the ingot 5 is surface ground as shown in FIG. 3 (B)
  • the center of the ingot 5 and the axis of the spindle 8 are adjusted so as to coincide with each other. Is preferred. If it is such, processing distortion can be stabilized in the longitudinal direction of the outer peripheral surface of ingot 5, and processing distortion can be controlled more effectively.
  • Example 2 Using the ingot grinding apparatus of the present invention as shown in FIG. 1, cylindrical grinding of a silicon single crystal ingot having a diameter of 213 mm and a length of 100 mm was performed.
  • the count of the rough grinding wheel was set to # 80, and the count of the fine grinding wheel was set to # 400.
  • the entire cut amount was 6 mm, and cylindrical grinding was performed on an ingot having a diameter of 201 mm.
  • the fine grinding wheel was moved backward to perform rough grinding of 5 mm with only the coarse grinding wheel, and then the remaining 1 mm was coarsely ground and fine ground with the coarse grinding wheel and the fine grinding wheel.
  • the feed rate in the direction of the rotation axis of the clamp was set to 35 mm / min. And the grinding process time in this case was measured, and the processing distortion of the grinding surface was measured by the angle polish method.
  • Table 1 shows the grinding processing time and the result of processing distortion on the ground surface. As shown in Table 1, as compared with Comparative Example 1 described later, grinding with a processing strain suppressed to 10 ⁇ m or less is achieved. Moreover, it turns out that it can shorten remarkably with 6 minutes compared with 60 minutes of grinding time of the comparative example 2 mentioned later. Thus, it was confirmed that the ingot grinding apparatus of the present invention can reduce the grinding process time by suppressing the decrease in the grinding speed while suppressing the processing strain to 10 ⁇ m or less.
  • Comparative Example 2 Using the same apparatus as in Comparative Example 1, grinding was performed 6 times and cylindrical grinding of the ingot was performed in the same manner as in the Example except that 1 mm each was ground with a coarse grinding wheel and a fine grinding wheel, and the same evaluation was performed. The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, although the processing strain could be suppressed to 10 ⁇ m or less as in the example, the grinding time was 60 minutes, which was significantly longer than in the example.
  • Comparative Example 1 the unevenness of the ingot was ground simultaneously with the coarse grinding wheel and the fine grinding wheel, so that the fine grinding wheel was damaged and clogged even though the fine grinding wheel was lowered. It was. Therefore, it is considered that the processing distortion has deteriorated. From the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it can be confirmed that it has conventionally been difficult to reduce the grinding time while reducing the processing distortion. On the other hand, in the examples, the unevenness of the ingot was roughly ground with only the rough grinding wheel, so that the grinding with the second rough grinding wheel and the fine grinding wheel can be performed without damage to the fine grinding wheel, and clogging is also caused. Since it was suppressed, it is thought that the processing distortion could be suppressed without reducing the grinding speed.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

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  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

　本発明は、単一のスピンドルに同軸で取り付けられた粗研削用の粗研削ホイールと、該粗研削ホイールの内側に配置された精研削用の精研削ホイールをインゴットの外周面に当接させてトラバース研削する研削手段とを具備し、インゴットを回転させながら研削手段により粗研削に引き続いて精研削を行って円筒研削する、又は前記クランプによって保持されたインゴットを回転させずに研削手段により粗研削に引き続いて精研削を行って平面研削するインゴットの研削装置であって、研削手段の精研削ホイールを、スピンドルの軸方向に前後動させる移動手段を有し、該移動手段によって精研削ホイールを前後動させてインゴットに当接させるホイールを選択してインゴットを研削するインゴットの研削装置である。これにより、加工歪みを特に１０μｍ以下に抑制しつつ、研削速度の低下を抑制し、研削工程時間を削減できるインゴットの研削装置が提供される。

Description

インゴットの研削装置
　本発明は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）等により引き上げられた例えばシリコン単結晶、多結晶等のインゴットの外周面を円筒研削又は平面研削する研削装置に関する。
　
　従来、シリコン単結晶等のインゴットの外周面を円筒研削等の加工を行う研削装置として、クランプによって保持されるインゴットに回転駆動力を伝達して軸周りに回転させるとともに、このインゴットの外周面に砥石を有する研削手段を高速回転させながら当接させ、その研削手段をインゴットの長手方向にトラバース動させて円筒研削する装置が知られており、粗研削から精研削までを効率的に行うためにクランプの回転軸方向に沿って２軸のスピンドルを設け、研削手段がトラバース動するとき上流側のスピンドルに粗研削用のホイールを装着し、下流側のスピンドルに精研削用のホイールを装着して一連の流れで加工するのが一般的であった。
　しかし、このように、研削手段に粗研削用のホイールを装着したスピンドルと精研削用のホイールを装着したスピンドルの２本のスピンドルを設け、上流側で粗研削した後、引き続いて下流側で精研削を行う方法は、別々の研削装置を用いることに比べて効率的ではあるが、加工方向が１つに限定され、無駄な時間が生じるとともに粗研削用のホイールと精研削用のホイールの間に間隔があるため軸方向の移動距離が長くなるという問題があった。
　このような問題に対し、単一のスピンドルに同軸で取り付けられており、粗研削加工に引き続いて精研削加工が行われる複数の研削ホイールを備えた円筒研削装置が開示されている（特許文献１参照）。図４は、この円筒研削装置の研削手段の部分を拡大した概略説明図である。図４に示すように、研削手段１０２には粗研削用のホイール１０６と精研削用のホイール１０７の２つのホイールがスピンドル１０８の同軸で設けられており、精研削用のホイール１０７は、粗研削用のホイール１０６の内側に配置され、精研削用のホイール１０７の方が僅かなクリアランスで前方突出している。
　このクリアランスによって精研削の際の切り込み量が決定される。これらホイール１０６、１０７が同時にクランプの回転軸方向、すなわちインゴット１０５の長手方向にトラバース動され、粗研削加工に引き続いて精研削加工が行われるようになっている。このような円筒研削装置であれば、２軸のスピンドルの場合に比べて無駄な時間が無くなって研削速度を高めることができるとともに、クランプの回転軸方向への移動量を少なくできる。
　そして、円筒研削されたインゴットには、その後、外周面の所定の結晶方位にオリエンテーションフラット加工等の平面研削が行われ、その後、ウェーハにスライスされる。この際のウェーハの精度の向上、歩留りの向上等の理由により、上記した円筒研削及び平面研削における加工歪みを少なくすることが要求されている。
　
特開１１－２９１１４５号公報
　しかし、上記したような円筒研削装置で研削速度を高めて研削を行うと、加工歪みを、例えば１０μｍ以下に抑制することができなかった。従来、加工歪みを１０μｍ以下にするためには、精研削用のホイールの砥石粒度を小さくする、つまりホイールの番手を大きくする必要があったが、上記のような粗研削用のホイールと精研削用のホイールを１回でトラバースさせる方法では、この粒度を小さくすれば抵抗も大きくなることから、研削速度を１／３程度まで遅くしたり、或いは切り込み量を１／５程度まで小さくして研削を繰返し行う等する必要があった。そのため、合計の研削回数も増えてしまい、研削工程時間が増えてしまう。
　本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、加工歪みを特に１０μｍ以下に抑制しつつ、研削速度の低下を抑制し、研削工程時間を削減できるインゴットの研削装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明によれば、インゴットを保持するクランプと、前記インゴットを軸周りに回転させる回転手段と、前記インゴットの外周面を研削する研削手段とを具備し、該研削手段は、単一のスピンドルに同軸で取り付けられた粗研削用の粗研削ホイールと、該粗研削ホイールの内側に配置された精研削用の精研削ホイールを前記インゴットの外周面に当接させてトラバース研削するものであり、前記クランプによって保持された前記インゴットを前記回転手段により回転させながら前記研削手段により粗研削に引き続いて精研削を行って円筒研削する、又は前記クランプによって保持された前記インゴットを回転させずに前記研削手段により粗研削に引き続いて精研削を行って平面研削するインゴットの研削装置であって、前記研削手段の精研削ホイールを、前記スピンドルの軸方向に前後動させる移動手段を有し、該移動手段によって前記精研削ホイールを前後動させて前記インゴットに当接させるホイールを選択して前記インゴットを研削するものであることを特徴とするインゴットの研削装置が提供される。
　このように、前記研削手段の精研削ホイールを、前記スピンドルの軸方向に前後動させる移動手段を有し、該移動手段によって前記精研削ホイールを前後動させて前記インゴットに当接させるホイールを選択して前記インゴットを研削するものであれば、切り込み量を大きくして行う負荷の高い粗研削を粗研削ホイールのみで行い、その後、残りの切り込み量の研削を、粗研削ホイールと精研削ホイールとで粗研削に引き続いて精研削を行って円筒研削又は平面研削することができるので、インゴットの外周面の凸凹等で精研削ホイールにダメージが発生することもなく、また、精研削ホイールの目詰りを抑制できるので、加工歪みを特に１０μｍ以下に抑制しつつ、研削速度の低下を抑制し、研削工程時間を削減できるものとなる。
　このとき、前記粗研削ホイールに対する前記精研削ホイールの突出し量を調整する突出し量調整手段を有するものであることが好ましい。
　このように、前記粗研削ホイールに対する前記精研削ホイールの突出し量を調整する突出し量調整手段を有するものであれば、精研削ホイールによる精研削の切り込み量を調整して研削精度を向上できるものとなる。
　またこのとき、前記研削手段のうち、少なくとも前記精研削ホイールにクーラントを供給するクーラント供給手段を有するものであることが好ましい。
　このように、前記研削手段のうち、少なくとも前記精研削ホイールにクーラントを供給するクーラント供給手段を有するものであれば、粗研削ホイールのみによる研削によって発生する研削粉が、スピンドルの軸方向に後退動して待機中の精研削ホイールに付着して目詰りを起こすのを抑制できるものとなる。
　またこのとき、前記研削手段が前記インゴットの外周面に当接する位置を調整する位置調整手段を有し、該位置調整手段は、前記インゴットを円筒研削する際には前記インゴットの中心と前記精研削ホイールの研削面の中心とが一致する位置に調整し、前記インゴットを平面研削する際には前記インゴットの中心と前記スピンドルの軸が一致する位置に調整するものであることが好ましい。
　このように、前記研削手段が前記インゴットの外周面に当接する位置を調整する位置調整手段を有し、該位置調整手段は、前記インゴットを円筒研削する際には前記インゴットの中心と前記精研削ホイールの研削面の中心とが一致する位置に調整し、前記インゴットを平面研削する際には前記インゴットの中心と前記スピンドルの軸が一致する位置に調整するものであれば、加工歪みをインゴットの外周面の長手方向で安定させることができ、加工歪みをより効果的に低減できるものとなる。
　本発明では、インゴットの研削装置において、研削手段の精研削ホイールをスピンドルの軸方向に前後動させる移動手段を有し、該移動手段によって精研削ホイールを前後動させてインゴットに当接させるホイールを選択してインゴットを研削するものであるので、切り込み量を大きくして行う負荷の高い粗研削を粗研削ホイールのみで行い、その後、残りの切り込み量の研削を、粗研削ホイールと精研削ホイールとで粗研削に引き続いて精研削を行って円筒研削又は平面研削することができるので、インゴットの外周面の凸凹等で精研削ホイールにダメージが発生することもなく、また、精研削ホイールの目詰りを抑制できるので、加工歪みを特に１０μｍ以下に抑制しつつ、研削速度の低下を抑制し、研削工程時間を削減できる。
　
本発明のインゴットの研削装置の一例を示す概略図である。 本発明のインゴットの研削装置の研削手段の一例を示す概略図である。 本発明のインゴットの研削装置の研削手段がインゴットの外周面に当接する位置を調整した様子を示す説明図である。（Ａ）円筒研削の場合。（Ｂ）平面研削の場合。 従来のインゴットの研削装置の一例を示す概略図である。
　以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　従来、単一のスピンドルに同軸で取り付けられており、粗研削加工に引き続いて精研削加工が行われる複数の研削ホイールを備えた研削装置が知られており、このような研削装置では、２軸のスピンドルの場合に比べて無駄な時間が無くなって研削速度を高めることができるとともに、クランプの回転軸方向への移動量を少なくできる。
　しかし、研削速度を高めて研削を行うと加工歪みを抑制できず、研削速度を高めつつ加工歪みを特に１０μｍ以下に抑制することが課題となっていた。
　そこで、本発明者等はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。そして、研削速度を高めた際に加工歪みを抑制できない原因について調査するための実験を行った。図４に示すような従来の研削装置を用い、研削手段の粗研削ホイールを＃８０、精研削ホイールを＃４００としてインゴットを研削したところ、精研削ホイールに目詰りが発生し、研削手段のトラバース動を行うための電力モータの電流値が通常５Ａであるものが１０Ａと高くなっていた。また、インゴットの凸凹を研削する際、精研削ホイールにダメージが発生してしまっていた。そして、これらのことが加工歪みを抑制できない原因であることが分かった。
　そして、更に検討を重ね、切り込み量が大きく負荷が高い粗研削の際に粗研削ホイールのみで研削を行い、切り込み量の少ない残りの研削を粗研削ホイールと精研削ホイールとで粗研削に引き続いて精研削を行えば、精研削ホイールのダメージや目詰りを抑制することができ、加工歪みを特に１０μｍ以下に抑制しつつ研削速度の低下を抑制できることに想到した。そして、同軸でありながら、このような研削する研削ホイールを選択可能な構成とするためには、精研削ホイールをスピンドルの軸方向に前後動させる移動手段を設ければ良いことに想到し、本発明を完成させた。
　図１は本発明のインゴットの研削装置の一例を示す概略図である。
　図１に示すように、本発明のインゴットの研削装置１は、インゴット５を保持するクランプ３、３’と、インゴット５を軸周りに回転させる回転手段４と、インゴット５の外周面を研削する研削手段２とを具備している。
　図２は本発明のインゴットの研削装置の研削手段２の一例を示した概略図である。
　図２に示すように、この研削手段２には、粗研削用の粗研削ホイール６と精研削用の精研削ホイール７が単一のスピンドル８に同軸で取り付けられている。これら粗研削用の粗研削ホイール６と精研削用の精研削ホイール７は環状の砥石であり、精研削ホイール７が粗研削ホイール６の内側に配置されている。
　また、この研削手段２は精研削ホイール７と粗研削ホイール６をスピンドル８の軸方向へ送り込むと同時にクランプ３、３’の回転軸方向にも送る、いわゆるトラバース動させることができるようになっている。そして、これら精研削ホイール７と粗研削ホイール６をインゴット５の外周面に当接させてトラバース研削できるものとなっている。
　また、図２に示すように、研削手段２の精研削ホイール７を、スピンドル８の軸方向に前後動させる移動手段９を有している。そして、この移動手段９によって精研削ホイール７を前後動させてインゴット５に当接させるホイールを選択してインゴット５を研削することができるようになっている。すなわち、精研削ホイール７を後退させて待機位置で待機させれば、粗研削ホイール６のみで粗研削ができるし、精研削ホイール７を前進させて精研削ホイール７と粗研削ホイール６を同時にインゴット５に当接させる位置にすることもできる。もちろん、精研削ホイール７のみインゴット５に当接する位置まで前進させて精研削ホイール７のみで精研削することもできる。
　この移動手段９は特に限定されることはないが、例えば油圧シリンダ、エアーシリンダによる圧力で精研削ホイール７を移動させる構成としても良いし、バネなどを用いた構成としても良い。また、例えば油圧シリンダとした場合、油圧を５ｋｇｆ・ｃｍ２程度かそれ以上とすることができる。
　また、粗研削ホイール６は低番手のホイールとすることができ、例えば、その番手が＃６０～＃５００ものを用いることができる。また、精研削ホイール７は高番手のホイールを用いて加工歪みを小さくする仕上げを行い、例えば、その番手が＃１４０～＃１２００のものを用いることができる。これは研削するインゴット材料の種類や研削目的に応じて適宜選択すれば良い。
　このように、精研削ホイール７を前進動させて精研削ホイール７と粗研削ホイール６を同時にインゴット５に当接させてインゴット５を研削する際には、精研削ホイール７を粗研削ホイール６に対して若干突出した位置に移動させて、所定量のクリアランスを有すようにする。
　このようにして精研削ホイール７と粗研削ホイール６を同時にインゴット５の外周面に当接させてトラバース研削すれば、粗研削に引き続いて精研削を行うことができる。すなわち、研削手段２をクランプ３、３’の回転軸方向に送る際、そのクランプ３、３’によって両端を保持されたインゴット５の外周面に、まず外側に配置された粗研削ホイール６が当接して粗研削が行われ、次いで粗研削ホイール６の内側にわずかに突出して配置された精研削ホイール７が当接して上記したクリアランス分の切り込み量で精研削が行われる。
　このように、粗研削ホイール６を径の大きいホイールを使用し、研削時に粗研削ホイール６の周速を上げることにより、研削面の表面粗さを少なくし研削面を安定させることができる。そして、粗研削ホイール６の周速を上げることで粗研削の段階である程度研削面の精度を高めることができるので、精研削ホイール７で負荷が少なく研削できるバランスのとれた研削を行うことができる。
　このとき、図２に示すように、粗研削ホイール６に対する精研削ホイール７の突出し量、すなわちクリアランス量を調整する突出し量調整手段１０を有するものであることが好ましい。
　ここで、突出し量調整手段１０は調整ネジとすることができ、粗研削ホイール６に対する精研削ホイール７の突出し量は、例えば０．３～０．５ｍｍ程度とすることができる。突出し量がこのような範囲、特に０．５ｍｍ程度であれば精研削ホイール７に負担をかけずに研削することができ、精研削の精度をより確実に向上することができる。
　このような研削装置１を用いてインゴット５の円筒研削を行う場合には、クランプ３、３’によって保持されたインゴット５を回転手段４により回転させながら上記したように研削手段２により粗研削及び精研削を行うようにする。また、インゴット５の平面研削を行う場合にはクランプ３、３’によって保持されたインゴット５を回転させずに研削手段２により同様に粗研削及び精研削を行うようにする。
　ここで、円筒研削の場合、切り込み量をトータルで、例えば０．１～５．０ｍｍ程度とすることができる。また、研削手段２のクランプ３、３’の回転軸方向への送り速度を４０ｍｍ／ｍｉｎ以下とすることができる。また、平面研削の場合、切り込み量を、例えば０．１～５．０ｍｍ程度、研削手段２のクランプ３、３’の回転軸方向への送り速度を２００ｍｍ／ｍｉｎ以下とすることができる。
　このような研削装置であれば、最初に切り込み量を大きくして行う負荷の高い粗研削を、精研削ホイール７を移動手段９により後退させて粗研削ホイール６のみで行い、すなわち負荷の高い研削では精研削ホイール７を用いず、その後、残りの少ない切り込み量の研削を、粗研削ホイール６と精研削ホイール７とで粗研削に引き続いて精研削を行って円筒研削又は平面研削することができる。その結果、例えばインゴット５の外周面の凸凹等で精研削ホイール７にダメージが発生することもなく、また、例え高番手のホイールを用いても精研削ホイール７の目詰りを抑制することができるので、加工歪みを抑制でき、特に１０μｍ以下に抑制することができる。また、加工歪みを抑制しつつ研削速度の低下を抑制でき、研削回数も粗研削のみと、粗研削及び精研削の２回で済むので研削工程時間を削減できる。
　上記したように精研削ホイール７を後退させて待機位置で待機させ、粗研削ホイール６のみで粗研削を行う際、精研削ホイール７に研削粉が付着しないようにするのが望ましく、例えば図２に示すような、研削手段２のうち、少なくとも精研削ホイール７にクーラントを供給するクーラント供給手段１１を設け、研削粉の付着を抑制するように構成できる。
　このようなクーラント供給手段１１を有していれば、精研削ホイール７にクーラントを供給して研削粉が精研削ホイール７に付着するのを抑制でき、精研削ホイール７の目詰りをより確実に抑制できる。
　またこのとき、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、研削手段２がインゴット５の外周面に当接する位置を調整する位置調整手段を設け、繰り返し精度が高い研削を行うための最適な位置調整を行うことが好ましい。
　そして、この位置調整手段１２は、例えば油圧シリンダー等とすることができ、図３（Ａ）に示すように、インゴット５を円筒研削する際にはインゴット５の中心と精研削ホイール７の研削面の中心とが一致する位置に調整し、図３（Ｂ）に示すように、インゴット５を平面研削する際にはインゴット５の中心とスピンドル８の軸が一致する位置に調整するものであることが好ましい。
　このようなものであれば、加工歪みをインゴット５の外周面の長手方向で安定させることができ、加工歪みをより効果的に抑制することができる。
　
　以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
　図１に示すような本発明のインゴットの研削装置を用い、直径２１３ｍｍ、長さ１００ｍｍのシリコン単結晶インゴットの円筒研削を行った。粗研削ホイールの番手を＃８０とし、精研削ホイールの番手を＃４００とした。ここで、全体の切り込み量を６ｍｍとして直径２０１ｍｍのインゴットに円筒研削した。このとき、精研削ホイールを後退させて粗研削ホイールのみで５ｍｍの粗研削を行ってから、粗研削ホイールと精研削ホイールとで残りの１ｍｍを粗研削及び精研削した。また、クランプの回転軸方向への送り速度を３５ｍｍ／ｍｉｎとした。そして、この際の研削加工時間を計測し、研削面の加工歪みをアングルポリッシュ法で測定した。
　このときの研削加工時間及び研削面の加工歪みの結果を表１に示す。表１に示すように、後述する比較例１と比べ、加工歪みを１０μｍ以下に抑制した研削ができている。また、後述する比較例２の研削加工時間の６０分と比べ６分と著しく短縮できることが分かる。
　このように、本発明のインゴットの研削装置は、加工歪みを特に１０μｍ以下に抑制しつつ、研削速度の低下を抑制して研削工程時間を削減できることが確認できた。
　
（比較例１）
　図４に示すような、精研削ホイールの移動手段を有さない従来の研削装置を用い、＃８０番手の粗研削ホイールと＃１４０番手の精研削ホイールでインゴットを研削した以外実施例と同様にしてインゴットの円筒研削を行い、同様に評価した。尚、研削は切り込み量が５ｍｍの研削と１ｍｍの研削に２回に分けて行った。
　その結果を表１に示す。表１に示すように、研削加工時間は６分と実施例と同じものの、加工歪が１０μｍより大きくなってしまい、実施例より悪化していることが分かる。
　
（比較例２）
　比較例１と同様の装置を用い、研削を６回に分けてそれぞれ１ｍｍずつ粗研削ホイールと精研削ホイールで研削した以外実施例と同様にしてインゴットの円筒研削を行い、同様に評価した。
　その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例と同様に加工歪を１０μｍ以下に抑制できたものの、研削加工時間は６０分と実施例と比べ著しく長くなってしまった。
　上記比較例１においては、インゴットの凸凹を粗研削ホイールと精研削ホイールで同時に研削したため、精研削ホイールの番手を下げているにも関わらず、精研削ホイールにダメージ及び目詰りが発生してしまった。そのため、加工歪みが悪化してしまったと考えられる。比較例１及び比較例２の結果より、加工歪みを低減しつつ研削加工時間を削減することが従来では困難であったことが確認できる。
　一方、実施例においては、インゴットの凸凹を粗研削ホイールのみで粗研削したので、２回目の粗研削ホイールと精研削ホイールでの研削では精研削ホイールにダメージがない状態で研削でき、目詰りも抑制されたので、研削速度を低下させずとも加工歪みを抑制できたと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (4)

  1. 　インゴットを保持するクランプと、前記インゴットを軸周りに回転させる回転手段と、前記インゴットの外周面を研削する研削手段とを具備し、該研削手段は、単一のスピンドルに同軸で取り付けられた粗研削用の粗研削ホイールと、該粗研削ホイールの内側に配置された精研削用の精研削ホイールを前記インゴットの外周面に当接させてトラバース研削するものであり、前記クランプによって保持された前記インゴットを前記回転手段により回転させながら前記研削手段により粗研削に引き続いて精研削を行って円筒研削する、又は前記クランプによって保持された前記インゴットを回転させずに前記研削手段により粗研削に引き続いて精研削を行って平面研削するインゴットの研削装置であって、
    　前記研削手段の精研削ホイールを、前記スピンドルの軸方向に前後動させる移動手段を有し、該移動手段によって前記精研削ホイールを前後動させて前記インゴットに当接させるホイールを選択して前記インゴットを研削するものであることを特徴とするインゴットの研削装置。
    　
  2. 　前記粗研削ホイールに対する前記精研削ホイールの突出し量を調整する突出し量調整手段を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のインゴットの研削装置。
    　
  3. 　前記研削手段のうち、少なくとも前記精研削ホイールにクーラントを供給するクーラント供給手段を有するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインゴットの研削装置。
    　
  4. 　前記研削手段が前記インゴットの外周面に当接する位置を調整する位置調整手段を有し、該位置調整手段は、前記インゴットを円筒研削する際には前記インゴットの中心と前記精研削ホイールの研削面の中心とが一致する位置に調整し、前記インゴットを平面研削する際には前記インゴットの中心と前記スピンドルの軸が一致する位置に調整するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインゴットの研削装置。
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