(57)【要約】  硬脆材料からなる被加工物を所定の径の円柱形状に加工すると共に、該被加工物の表層部に存在する微小の亀裂を除去し、かつ表面の凹凸を除去して表面粗さを微細化する研磨装置とその研磨方法を提供する。  研磨装置は、被加工物の回転手段に連結し前記被加工物の両端面を挟持する挟持手段と、前記被加工物の外周面に先端が接触回転して研磨加工する研磨手段と、前記被加工物の円柱状の軸心方向に前記被加工物を前記研磨手段に対して相対的に移動させる移動手段と、研磨加工完成品および研磨加工前の被加工物の高さ位置を検出させる高さ位置検出手段と、入力された前記高さ位置および加工条件を演算して研磨加工を行う制御手段と、を備え、前記研磨手段は、砥石と、砥粒を含有した毛材または弾性体を備える研磨ブラシと、を少なくともそれぞれ１つ以上備え、前記砥石と前記研磨ブラシは円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して配置されている。【選択図】図１
2012066689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の回転手段に連結し、前記被加工物の両端面を挟持する挟持手段と、
前記被加工物の外周面を研磨加工する研磨手段と、
前記研磨手段に対し前記被加工物を、前記被加工物の略円形である断面方向と直交する長手方向に相対的に移動させる移動手段と、
研磨加工完成品および研磨加工前の被加工物の高さ位置を検出させる高さ位置検出手段と、
前記高さ位置および加工条件が入力され、これを演算して研磨加工を行う制御手段と、
を備えた円柱状の被加工物の外周面を研磨する研磨装置であって、
前記研磨手段は、前記被加工物の外周面に先端が接触回転する砥石と、砥粒を含有した毛材または砥粒を含有した弾性体を備え、かつ、前記被加工物の外周面に先端が接触回転する研磨ブラシと、を少なくともそれぞれ１つ以上備え、
前記砥石と前記研磨ブラシは円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して配置されていることを特徴とする円柱状部材の研磨装置。
【請求項２】
前記研磨手段が、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して配置された砥石と研磨ブラシの第1の研磨手段と、同じく円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して配置された砥石と研磨ブラシの第２の研磨手段とから成り、
該第1の研磨手段の砥石と研磨ブラシ、および該第２の研磨手段の砥石と研磨ブラシの各々は対を成し、対を成す砥石と研磨ブラシの各々は、被加工物の円形断面の同一面内において配置され、前記第１の研磨手段と前記第２の研磨手段の軸芯は、被加工物の半径方向に一致するように配置されており、かつ、対を成す前記第１の研磨手段の軸芯と前記第２の研磨手段の軸芯は、所定の角度θを構成するように、被加工物の断面中心で交わるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の円柱状部材の研磨装置。
【請求項３】
前記制御手段における演算は、前記被加工物の円周方向の２箇所以上の軸芯からの高さ位置の差の演算と、
前記研磨加工完成品の高さ位置と前記研磨前の被加工物の高さ位置の差の演算と、
入力された加工条件より他の加工条件を設定するための演算と、
の少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の円柱状部材の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨ブラシは砥粒を含有した毛材が該研磨ブラシの底部にリング状に複数本植設された構造であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置。
【請求項５】
前記研磨ブラシは、砥粒を含有した毛材を複数本束ねた研磨具の基部が研磨具取付プレートに複数本固定された構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置。
【請求項６】
前記研磨ブラシは、砥粒を含有した弾性体が該研磨ブラシの底部にリング状に配設された構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置。
【請求項７】
前記砥石を形成する研磨材の粒度がＦ６０〜＃８００であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置。
【請求項８】
前記研磨ブラシに使用される前記毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００であって、その粒度が異なる毛材または弾性体を有する研磨ブラシを２種類以上選択し、該砥粒の粒度が異なる研磨ブラシが、砥粒の粒度が「粗」から「細」の順に研磨加工するように、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置。
【請求項９】
前記研磨ブラシに使用される毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００であって、その粒度が略同一なる毛材または弾性体を有する研磨ブラシが、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置。
【請求項１０】
請求項1ないし請求項３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置により、被加工物の表層より１００μｍ以下に存在するマイクロクラックが除去され、かつ研磨加工面の表面粗さＲｙが３μｍ以下とされていることを特徴とする円柱状部材。
【請求項１１】
前記円柱状部材はシリコンブロックまたはセラミックスであることを特徴とする請求項１０に記載の円柱状部材。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置による円柱状部材の研磨方法は、前記挟持手段に挟持された被加工物を前記回転手段によって回転させると共に、
前記砥石の先端を該被加工物の外周面に接触および回転をさせ、かつ該研磨手段を該被加工物に対して相対的に移動させることで被加工物の寸法を調整する寸法調整工程と、
前記寸法調整工程の後、前記研磨ブラシの先端を該被加工物の外周面に接触および回転をさせ、かつ該研磨手段を被加工物に対して相対的に移動させることで被加工物の研磨加工を行う仕上げ工程と、
を備えることを特徴とする円柱状部材の研磨方法。
【請求項１３】
前記研磨ブラシに使用される毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００であって、その粒度が異なる毛材または弾性体を有する研磨手段を２種類以上選択し、砥粒の粒度が異なる研磨手段を、砥粒の粒度が「粗」から「細」の順に研磨加工するように、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して研磨することを特徴とする請求項１２に記載の円柱状部材の研磨方法。
【請求項１４】
前記研磨ブラシに使用される毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００であって、その粒度が略同一なる毛材または弾性体を有する研磨手段を、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して研磨することを特徴とする請求項１２に記載の円柱状部材の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬脆材料からなる円柱状の被加工物の外周面を研磨する研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の研磨対象となる硬脆材料の円柱状部材には、例えば、ワイヤソーによりスライス加工をしてシリコンウエハを得るための材料となるシリコンブロックがあって、該シリコンブロックは、素材が単結晶、あるいは多結晶からなるシリコンインゴットをバンドソーもしくはワイヤソーにより切断して円柱形状に形成されるものであるが、前記切断後の外形寸法に関する要求精度が高い場合はその表層面を研削処理する。【０００３】
チョコラルスキー法（ＣＺ法）などで得られる単結晶シリコンブロックや、鋳造法などで得られる多結晶シリコンブロックは、次工程にてワイヤソーによりスライス加工されてシリコンウエハが製造されるものであるが、表層部にマイクロクラックや微小凹凸が存在するとスライス加工時に製造されたシリコンウエハの割れ・欠けが発生し易いために、特許文献１および特許文献２において、シリコンブロックの表層部を研磨除去することによって前記表層部に存在する微小凹凸（およびマイクロクラック）を除去し、シリコンウエハの製品歩留まりの向上を図ることが開示されている。特に、特許文献１においては、表面から５０〜１００μｍ以上、２００μｍ以下のシリコンブロックの表層部を研磨除去することによって、研磨前の表面粗さＲｙ１０〜２０μｍを３〜４μｍに平坦化することが開示されている。また、シリコンブロックの研磨装置として特許文献３が開示されている。【０００４】
特許文献１：  特開２００５−３４７７１２号公報
特許文献２：  特開２００２−２５２１８８号公報
特許文献３：  特開２００９−２３３７９４号公報
【発明の開示】
【０００５】
特許文献１ないし特許文献３はいずれも、は四角柱状部材のシリコンブロックの表層部の研磨方法および研磨装置についての開示であり、本願発明が行おうとしている円柱部材の表層部の研磨加工を行う装置については開示されていない。また、断面が真円を形成していない円柱状部材や、円柱部材の製造状のばらつきにより断面の径が異なる場合があり、これらを効率よく研磨する装置が望まれている。
【０００６】
本発明は、前記の要求事項を満足させるとともに被加工物である円柱状のシリコンブロック等の硬脆材料の外周面の研磨加工を１台の装置で研磨を可能とした研磨装置とその研磨方法を提供する。
【０００７】
被加工物の回転手段に連結し、前記被加工物の両端面を挟持する挟持手段と、前記被加工物の外周面を研磨加工する研磨手段と、前記研磨手段に対し前記被加工物を、前記被加工物の略円形である断面方向と直交する長手方向に相対的に移動させる移動手段と、研磨加工完成品および研磨加工前の被加工物の高さ位置を検出させる高さ位置検出手段と、前記高さ位置および加工条件が入力され、これを演算して研磨加工を行う制御手段と、を備えた円柱状の被加工物の外周面の表層部を研磨する研磨装置であって、前記研磨手段は、前記被加工物の外周面に先端が接触回転する砥石と、砥粒を含有した毛材または砥粒を含有した弾性体を備え、かつ前記被加工物の外周面に先端が接触回転する研磨ブラシと、を少なくともそれぞれ１つ以上備え、前記砥石と前記研磨ブラシは円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して配置されている。（第１の発明）
【０００８】
また、第１の発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記研磨手段が、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して配置された砥石と研磨ブラシの第1の研磨手段と、同じく円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して配置された砥石と研磨ブラシの第２の研磨手段とから成り、
該第1の研磨手段の砥石と研磨ブラシ、および該第２の研磨手段の砥石と研磨ブラシの各々は対を成し、対を成す砥石と研磨ブラシの各々は、被加工物の円形断面の同一面内において配置され、前記第１の研磨手段と前記第２の研磨手段の軸芯は、被加工物の半径方向に一致するように配置されており、かつ、対を成す前記第１の研磨手段の軸芯と前記第２の研磨手段の軸芯は、所定の角度θを構成するように、被加工物の断面中心で交わるように配置されている。（第２の発明）
【０００９】
また、第１または第２の発明に記載の円柱状部材の研磨装置において、前記制御手段における演算は、前記被加工物の円周方向の２箇所以上の軸芯からの高さ位置の差の演算と、前記研磨加工完成品の高さ位置と前記研磨前の被加工物の高さ位置の差の演算と、入力された加工条件より他の加工条件を設定するための演算と、の少なくともいずれか１つを含む（第３の発明）
【００１０】
また、第１ないし第３のいずれか１つの発明に記載の円柱状部材の研磨装置において、前記研磨ブラシは砥粒を含有した毛材が該研磨ブラシの底部にリング状に複数本植設された構造である。（第４の発明）
【００１１】
また、第１ないし第３のいずれか１つの発明に記載の円柱状部材の研磨装置において、前記研磨ブラシは、砥粒を含有した毛材を複数本束ねた研磨具の基部が研磨具取付プレートに複数本固定された構造である。（第５の発明）
【００１２】
また、第１ないし第３のいずれか１つの発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記研磨ブラシは、砥粒を含有した弾性体が該研磨ブラシ手段の底部にリング状に配設された構造である。（第６の発明）
【００１３】
また、第１ないし第３のいずれか１つの発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記砥石を形成する研磨材の粒度がＦ６０〜＃８００である。（第７の発明）
【００１４】
また、第１ないし第３のいずれか１つの発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記研磨手段に使用される毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００であって、その粒度が異なる毛材または弾性体を有する研磨手段を２種類以上選択し、砥粒の粒度が異なる研磨手段が、砥粒の粒度が「粗」から「細」の順に研磨加工するように、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設されている。（第８の発明）
【００１５】
また、第１ないし第３のいずれか１つの発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記研磨手段に使用される毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００であって、その粒度が略同一なる毛材または弾性体を有する研磨手段が、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設されている。（第９の発明）
【００１６】
また、第１ないし第３のいずれか１つの発明に記載の円柱状部材の研磨装置によって研磨加工された円柱状部材であって、被加工物の表層より１００μｍ以下に存在するマイクロクラックが除去され、かつ研磨加工面の表面粗さＲｙが３μｍ以下とされている。（第１０の発明）
【００１７】
また、第１０の発明に記載の円柱状部材はシリコンブロックまたはセラミックスである。（第１１の発明）
【００１８】
また、第1ないし第３のいずれか１つに記載の円柱状部材の研磨装置による円柱状部材の研磨方法において、前記挟持手段に挟持された被加工物を前記回転手段によって回転させると共に、前記砥石の先端を該被加工物の外周面に接触および回転をさせ、かつ該研磨手段を該被加工物に対して相対的に移動させることで被加工物の寸法を調整する寸法調整工程と、前記寸法調整工程の後、前記研磨ブラシの先端を該被加工物の外周面に接触および回転をさせ、かつ該研磨手段を被加工物に対して相対的に移動させることで被加工物の研磨加工を行う仕上げ工程と、を備える。（第１２の発明）
【００１９】
また、第１２の発明に記載の円柱状部材の研磨方法において、前記研磨ブラシに使用される毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００であって、その粒度が異なる毛材または弾性体を有する研磨手段を２種類以上選択し、砥粒の粒度が異なる研磨手段を、砥粒の粒度が「粗」から「細」の順に研磨加工するように、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して研磨する。（第１３の発明）
【００２０】
また、第１２の発明に記載の円柱状部材の研磨方法において、前記研磨ブラシに使用される毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００であって、その粒度が略同一なる毛材または弾性体を有する研磨手段を、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して研磨する。（第１４の発明）
【００２１】
発明の効果
前記研磨手段に備えられる砥石および研磨ブラシは円柱状の被加工物の外周面に接触すると共に回転手段によって被加工物が回転を行うことで、該被加工物の外周面を研磨加工することができる。また、挟持手段に挟持された該被加工物は前記回転手段（以降、回転手段（被加工物用）と記す）により円周方向に回転を行うので、該被加工物の外周面を均一に研磨加工することができる。先ず、前記砥石によって、被加工物を目標とする寸法近傍まで研磨し、その後研磨ブラシにて研磨を行うことで外周面の表層部に存在するマイクロクラックを除去することができる（第１、第１２の発明）。また、前記砥石および前記研磨ブラシが前記被加工物の軸芯に沿って、第１の研磨手段と第２の研磨手段を配置することで、加工時間が短くなる（第２の発明）。前記砥石を形成する研磨材の粒度をＦ６０〜＃８００（ＪＩＳ  Ｒ６００１：１９９８）とすることで、前記寸法調整工程を効率よく行うことができる（第７の発明）。また、前記研磨ブラシは、砥粒を含有した毛材が該研磨ブラシの底部にリング状に複数本植設された構造、砥粒を含有した毛材を複数本束ねた研磨具の基部が研磨具取付プレートに複数本固定された構造、砥粒を含有した弾性体が該研磨ブラシ手段の底部にリング状に配設された構造、のうちから適宜選択することができる（第４、第５、第６の発明）。前記砥粒はＦ１８０〜＃２０００（ＪＩＳ  Ｒ６００１：１９９８）の範囲から目的に応じて適宜選択することができ、前記研磨ブラシを複数台備えた研磨手段を用いた場合、それぞれの前記研磨ブラシに含有される砥粒の粒度が異なる場合、前記粒度が「粗」から「細」の順に、前記被加工物が通過し加工するように連設することで、一度の研磨加工にて被加工物の表層部のマイクロクラックおよび凹凸を除去することができ（第８、第１３の発明）、前述の「粗」→「細」のような多段加工を必要とせず、１段階の加工で要求される表面が得られる場合（例えば、被加工物Ｗの表面のマイクロクラックが微小で、表面粗さが要求値に対して大差がない場合は「細」のみで加工）には、前記砥粒の粒度は、いずれの研磨手段も略同一とすることで加工時間を短縮することができる（第９、第１４の発明）。なお、本明細書における研磨材および砥粒の「粒度が略同一」とは、「粒度が同一」の砥粒に加えて、「同等の研磨効果が得られる粒度」の研磨材および砥粒を含む概念である。
【００２２】
加工前の被加工物を挟持し、前記被加工物の軸芯と外周面との高さ位置を２箇所以上測定し、その差を演算することで、挟持箇所の軸芯からのずれがわかる。また、研磨開始前に研磨加工完成品の標準片（以降、「マスターワーク」と記す）を研磨手段により研磨加工を開始する高さ位置を高さ位置検出手段により検出して記憶させた後、被加工物の高さ位置を検出し、前記マスターワークにより検出した高さ位置と被加工物により検出した高さ位置との差分を演算することで、この演算結果に基づき前記研磨手段の先端と被加工物との距離を補正し、複数の被加工物の研磨加工を連続して行うことができる。また、入力された加工条件より他の加工条件を設定するための演算を行うことで、簡単な入力で正確に加工を行うことができる。前記制御手段による演算は、これらのうちからすくなくとも１つが行われる。なお、第
１の発明に記載の「入力」とは、手動（作業者）により制御手段に入力（記憶）された情報、自動で制御手段に入力（記憶）された情報、手動または／および自動で入力（記憶）された情報を元に演算した後に入力（記憶）された情報、のいずれをも含む。（第３の発明）
【００２３】
また、前記研磨装置を使用することより、表層より１００μｍのマイクロクラックが除去され、かつ表面粗さＲｙが３μｍ以下である円柱状部材を得ることができる。前記円柱状部材として、シリコンブロックやセラミックスといった硬脆材料を好適に用いることができる（第１０、第１１の発明）。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の研磨装置の全体を示す説明図である。
【図２】本発明の研磨ブラシの１例を示す説明図である。図２（Ａ）は正面から見た一部切り欠き断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】本発明の研磨ブラシの他の例を表す説明図である。図３（Ａ）は毛材を底部に植設した模式図、図３（Ｂ）は弾性体を底部に設設した模式図である。
【図４】本発明の加工工程を示す説明図である。図４（Ａ）は位置調整工程、図４（Ｂ）は仕上げ工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す説明図である。図５（Ａ）は被加工物の断面方向からみた第１の研磨手段と第２の研磨手段の配置を説明する説明図、図５（Ｂ）は被加工物の長手方向からみた第１の研磨手段と第２の研磨手段の配置を説明する説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の第１の実施形態にかかる研磨装置の構成と研磨工程について、図を用いて説明する。第１の実施形態にかかる研磨装置は、砥石を１個と、研磨粗さが異なる研磨ブラシを２個連接した円柱状部材用の研磨装置である。なお、以下の説明における上下左右方向とは、特に断りのない限り、図中における上下左右方向を指す。【００２６】
円柱状部材の研磨装置の模式図を図１に示す。本実施形態における円柱状部材の研磨装置１は、被加工物Ｗを載置するための基台１１と、前記基台１１を上下させる昇降手段１２と、被加工物Ｗを挟持するための挟持手段１３と、前記挟持手段に連結され、被加工物Ｗの軸芯を中心に回転させるための回転手段（被加工物用）（図示せず）と、挟持された被加工物Ｗを図中左右方向に移動させ、挟持された被加工物Ｗを加工位置まで移動させるための移動手段１４と、被加工物Ｗの軸芯からの高さ位置を測定するための、被加工物Ｗの外周面の高さ位置検出手段１５と、研磨手段２０と、制御手段（図示せず）と、で構成されている。研磨手段２０は、回転手段（砥石用）２１Ｍに連結された砥石２１と、回転手段（研磨ブラシ用）２２Ｍが連結された研磨ブラシ２２にて構成されている。【００２７】
被加工物Ｗの加工に先立ち、被加工物Ｗの加工量等を演算するために、高さ位置検出手段１５によりマスターワークの軸芯から外周面までの高さ位置（基準位置）を測定し、制御手段（図示せず）に記憶させる。まず、マスターワークの両端を挟持手段１３にて挟持する。挟持手段１３によってマスターワークを挟持する際、例えばＶ字状の溝を有する基台１１に載置して行う。該溝にマスターワークを載置することで、該マスターワークの軸芯を中心とした左右方向（図１における紙面垂直方向）の中心は常に略同位置とすることができる。さらに、該基台は、昇降手段１２によって図中上下方向の載置位置を微調整することができる。マスターワークを該基台に載置し、前記挟持手段１３の挟持軸１３ａおよび１３ｂを各々前進させて挟持部１３ｃおよび１３ｄがマスターワークの両端部を挟持する。その後、昇降手段１２により基台１１を下降させることで、マスターワークから基台１１が取り外される。【００２８】
挟持手段１３は、回転手段（被加工物用）によって回転、すなわち挟持軸１３ａおよび１３ｂの軸芯を中心にして回転するので、挟持軸１３ａおよび１３ｂの軸芯と、マスターワークの軸芯とが一致するよう芯出し調整がされていなければならない。マスターワークを挟持手段１３で挟持後、高さ位置検出手段１５によって、マスターワークの外周面高さ位置Ｈ１を測定し、その後該マスターワークを回転(例えば１８０度)させ、回転した状態での高さ位置Ｈ２を測定する。なお、本実施形態では、高さ位置検出手段１５はマスターワークの長手方向（図中左右方向）に３個配置されており、それぞれの位置において前記高さ位置が測定される。測定されたＨ１とＨ２の差を演算し、Ｈ１とＨ２が略同一でない場合は、前記基台１１を上昇させて、マスターワークを該基台１１に載置した後、挟持軸１３ａおよび１３ｂを各々後退させてマスターワークの挟持を解除する。前記演算結果を基に前記基台の上下位置、すなわちマスターワークの上下位置を、前記昇降手段１２を上昇または下降させるにより調整した後、再びマスターワークを挟持手段１３で挟持する。マスターワークから該基台１１を取り外した後、同様にマスターワークのＨ１およびＨ２を測定し、Ｈ１とＨ２が略同一となるとマスターワークの芯出し工程が完了する。また、この時の高さ位置Ｈが基準位置として制御手段に記憶される。その後、基台１１を上昇させ、該基台１１にマスターワークを載置後、挟持軸１３ａおよび１３ａを各々後退させてマスターワークの挟持を解除し、その後マスターワークを基台１１から取り外すことで、基準位置の測定工程が完了する。【００２９】
次に、被加工物Ｗを基台１１に載置後、前述と同様に該被加工物Ｗを挟持手段１３にて挟持後、高さ位置検出手段１５によって、該被加工物Ｗの高さ位置ｈ１を測定する。その後該被加工物Ｗを回転させ、該被加工物Ｗの高さ位置ｈ２を測定する。回転角度は、被加工物Ｗの表面の形状等に応じて任意に設定することができる。すなわち、回転角度が１８０°では被加工物Ｗの円周方向に対して２点の高さ位置（ｈ１、ｈ２）を、回転角度が１２０°では３点の高さ位置（ｈ１、ｈ２、ｈ３）を、回転角度が９０°では４点の高さ位置（ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４）を測定することができる。本実施形態では、回転角度を９０°とし、３個の高さ位置検出手段１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を用い、ｈ１（ｈ１ａ、ｈ１ｂ、ｈ１ｃ）、ｈ２（ｈ２ａ、ｈ２ｂ、ｈ２ｃ）、ｈ３（ｈ３ａ、ｈ３ｂ、ｈ３ｃ）、ｈ４（ｈ４ａ、ｈ４ｂ、ｈ４ｃ）の計１２点の高さ位置を測定した。それぞれの高さ位置（ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４）の差が最も小さくなるように、前述のマスターワークの芯出し調整と同様に、基台１１を上昇させ該被加工物Ｗを該基台１１に載置後、該被加工物Ｗの挟持を解除し、該基台１１を上昇または下降させることで該基台１１の上下位置、すなわち該被加工物Ｗの上下位置を調整した後、再び挟持手段１３に挟持させ、該基台１１を該被加工物Ｗより取り外した後、再び該被加工物Ｗの高さ位置ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４を測定する。調整後の被加工物Ｗの高さ位置ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４はいずれも基準位置Ｈより大きくなっている必要がある。また、被加工物Ｗは研磨加工時には被加工物Ｗの軸芯を中心に回転するため、前記高さ位置ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４はそれぞれ同一か、もしくは差があったとしてもその差が前記回転に影響を及ぼさない範囲である必要があり、制御手段によって演算され、判定される。【００３０】
前記判定で合格となった被加工物Ｗは、砥石２１によって研磨される。砥石２１は、被加工物Ｗの高さ位置ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４を、次工程での研磨ブラシによる研磨量を考慮して基準位置Ｈに近くなるように（この高さ位置をｈとする）被加工物Ｗを研磨する目的で使用される。砥石２１を構成する研磨材の粒度は、被加工物Ｗの材質、寸法等によって、Ｆ６０〜＃８００、望ましくは＃１００〜＃５００（研磨材の粒度の定義はＪＩＳ規格  Ｒ６００１：１９９８による）の範囲から適宜選択することができる。【００３１】
あらかじめ制御手段に入力された加工条件（砥石２１の回転速度、研磨ブラシ２２の回転速度、被加工物Ｗの回転速度、被加工物Ｗの移送速度、研磨ブラシによる削り代（被加工物の加工面Ｓに対する研磨ブラシの先端の切り込み量、以降、単に「切り込み量」と記す）と、前記基準位置Ｈおよび前記高さ位置ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４とを基に演算処理を行い、砥石２１を下方向、すなわち砥石２１を加工面Ｓの方向に移動させる。その後、砥石２１に連結された回転手段（砥石用）２１Ｍ（本実施形態ではモータ）を駆動させることで砥石２１を、砥石２１の研磨面の軸芯を中心に回転させる。また、被加工物Ｗを、挟持手段１３に接続された回転手段（被加工物用）（本実施形態ではモータ）を駆動させることで、被加工物Ｗをその軸芯を中心に回転させると共に、移動手段１４により図中左から右方向へ移動させることで、砥石２１の研磨面が被加工物Ｗの加工面Ｓに接触し、前記加工条件に基づいて砥石２１による研磨が行われる（位置調整工程。図４Ａ参照。）。なお、前記基準位置Ｈと前記高さ位置ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４の差が大きく、１度の研磨にて目的の加工量が得られない場合は、前記移動手段を往復する、もしくは前記移動手段を往復する度に段階的に砥石２１を下降させて研磨を行ってもよい。砥石２１による研磨の完了後、砥石２１を研磨開始前の位置に移動させると共に、前記回転手段（砥石用）２１Ｍの駆動を停止する。その後、被加工物Ｗを研磨開始前の位置に移動させる。【００３２】
次に、該被加工物Ｗは研磨ブラシ２２（研磨ブラシ２２ａ、２２ｂ）によって研磨される。研磨ブラシ２２として、本実施形態では図２に示される形態のものを使用した。砥粒を混合したナイロン等の合成樹脂からなる毛材２４ａを束ね、その一端を研磨具ホルダー２４ｂ内に固着することで研磨具２４を形成し、該研磨具２４の基部を回転手段（研磨具用）２２Ｍに連結し水平回転するようにした研磨具取付プレート２３に着脱自在に取付けて、下端が被加工物Ｗの加工面Ｓに接触回転して研磨を行い、研磨具２４が磨耗したら該研磨具２４を研磨具取付プレート２３から取外し新しい研磨具２４に交換できるものである。
なお、前記毛材に混合される砥粒の粒度は、前記研磨材の粒度以下、かつＦ１８０〜＃２０００（砥粒の粒度の定義はＪＩＳ規格  Ｒ６００１：１９９８による）の範囲から選択することが望ましい。【００３３】
本実施形態では、砥石２１および２個の研磨ブラシ２２ａ、２２ｂが被加工物Ｗの軸芯に沿うように配置されている。また、研磨ブラシ２２ａ、２２ｂの毛材に含まれる砥粒の粒度はそれぞれ異なったものを使用し、砥石２１と、前記粒度が大きい研磨ブラシ２２ａと、前記粒度が小さい研磨ブラシ２２ｂと、を図１において左側から右側の順にそれぞれ配置した。前記粒度が大きい研磨ブラシ２２ａは、前記砥石２１による研磨によって被加工物Ｗの表面（加工面Ｓ）に発生した傷や凹凸、さらには被加工物Ｗの表層部に存在するマイクロクラックの大半を除去することができ（粗仕上げ加工）、前記粒度の小さい研磨ブラシ２２ｂは被加工物Ｗの表層部に存在するマイクロクラックを除去することができる（仕上げ加工）。【００３４】
あらかじめ制御手段に入力された前記加工条件と、前記基準位置Ｈおよび前記高さ位置ｈを基に演算処理を行い、研磨ブラシ２２を上下方向、すなわち研磨ブラシ２２を加工面Ｓに垂直の方向に移動させる。その後、研磨ブラシ２２にそれぞれ連結された回転手段（研磨ブラシ用）２２Ｍ（本実施形態ではモータ）を駆動させることで研磨ブラシ２２を、研磨面の軸芯を中心に回転させる。また、移動手段１４により被加工物Ｗを図中左から右方向へ移動させることで、研磨ブラシ２２のそれぞれの研磨面が被加工物Ｗの加工面Ｓに接触し、前記加工条件に基づいて研磨ブラシ２２による研磨が行われる。被加工物Ｗは前述の通り、図中左から右に移動して研磨が行われるので、粗仕上げ加工、仕上げ加工の順に研磨を行うことができる（仕上げ工程。図４（Ｂ）参照。）。研磨ブラシ２２研磨の完了後、研磨ブラシ２２を研磨開始前の位置に移動（上昇）させると共に、前記回転手段（研磨ブラシ用）２２Ｍの駆動を停止する。その後、被加工物Ｗを研磨開始前の位置に移動させ、前記回転手段（被加工物用）の駆動を停止し、被加工物Ｗの回転を停止する。【００３５】
その後、前記基台１１を上昇させて被加工物Ｗを載置した後、前述と同様に挟持軸１３ａおよび１３ｂが後退することで挟持手段１３による被加工物Ｗの挟持を解除し、被加工物Ｗを取り出すことで一連の研磨が完了する。【００３６】
複数の被加工物Ｗを加工する場合は、前記基台１１に新たに被加工物Ｗを載置した後、同様工程（段落００２９から段落００３５）を経て研磨加工を行う。すなわち、最初にマスターワークの高さ位置を測定し、該高さ位置を基準位置として設定することで、その後複数の被加工物Ｗの研磨加工を行うことができる。【００３７】
本実施形態では、被加工物Ｗを図中左右方向へ移動させたが、砥石２１および研磨ブラシ２２ａ、２２ｂを移動させてもよいし、砥石２１および研磨ブラシ２２ａ、２２ｂと、被加工物Ｗと、の双方を移動させてもよい。【００３８】
本実施形態では、加工条件を手動で制御手段に入力したが、手動で入力された加工条件と自動で入力（記憶）された被加工物Ｗの外周面高さ位置より、入力されていない加工条件を制御手段にて演算させて研磨加工を行ってもよい。    
たとえば、切り込み量と研磨手段２の回転速度を入力することで、被加工物Ｗの移動速度を制御手段により演算させてもよいし、他の加工条件や高さ位置から切り込み量を制御手段により演算させてもよい。そして、これらの演算結果に基づいて研磨加工を行うことができる。【００３９】
入力する加工条件は本実施形態において説明した項目に限られない。たとえば、研磨手段２０の種類、被加工物の状態を入力してもよく、またこれらを基に制御手段による演算を組み合わせてもよい。【００４０】
研磨手段２０である研磨ブラシ２２は、図２に示すものに限るものでなく、砥粒を混合した毛材２５ａからなる研磨具２５を研磨具取付プレート２３に直接取付けて固定し、該研磨具２５が磨耗したら研磨具取付プレート２３共々交換するものでもよいし、研磨具２５を使用せず、砥粒を含有したナイロン等の合成樹脂からなる毛材２４ｃを、研磨手段２０の底部にリング状に植設してもよい(図３(Ａ)参照。上図は正面図、下図は底面図（正面図におけるＡ−Ａ線矢視図）を示す)。また、例えば、セラミックス等の研磨加工や、加工の際に略９０°の角度をなす柱状体の角部に研磨手段２０が接触する場合など、研磨手段２０と被加工物Ｗの接触によって欠け（チッピング）が生じることが問題となる場合には、砥粒を含有した合成樹脂からなる弾性体２４ｄを研磨手段２０の底部にリング状に配設してもよい(図３(Ｂ)参照。上図は正面図、下図は底面図（正面図におけるＡ−Ａ線矢視図）を示す)。この場合の弾性体２４ｄとは、例えば硬度が比較的柔らかい樹脂のバルク体や、内部に多数の気泡を有するポリウレタンやウレタンをはじめとする樹脂のバルク体や、繊維状の弾性体を互いに絡ませたものでもよい。硬度が比較的柔らかい樹脂のバルク体では、樹脂自体が緩衝材として働く。気泡を有する樹脂のバルク体では内部の気泡が緩衝材として働く。砥粒を含有し互いに絡み合った弾性体では、該弾性体が絡み合うことで、これらの集合体の内部には空気が包括されることとなり、この空気層が緩衝材として働く。いずれの場合も、該弾性体２４ｄが被加工物に接触した際に適度な弾性力を保持するよう、合成樹脂の種類および砥粒の含有率などを適宜選択する。なお、前記毛材２４ｃおよび弾性体２４ｄに混合される砥粒の粒度は本実施形態と同様に、Ｆ１８０〜＃２０００の範囲から選択することが望ましい。【００４１】
前記傷や凹凸が大きい場合や、マイクロクラックが深い場合等、粗仕上げ加工を行う研磨ブラシ２２に含まれる前記砥粒の粒度が仕上げ加工を行う研磨ブラシ２２に含まれる前記砥粒の粒度に比べ非常に大きい場合は、研磨ブラシ２２ａと２２ｂの間に、中間の粒度が含まれる研磨ブラシ（中仕上げ加工）を１以上配置してもよい。すなわち、３つ以上の研磨ブラシを被加工物Ｗの軸芯に沿うように配置してもよい。【００４２】
前記傷や凹凸が小さい場合や、マイクロクラックが浅い場合等、粗仕上げ加工を行う必要がない場合は、仕上げ加工を行う研磨ブラシ２２ｂのみを配置してもよい。【００４３】
砥石２１による研磨量（加工量）を多くする必要があるときや、研磨ブラシ２２による粗仕上げ加工を砥石２１で行うことができる場合は、砥石２１を複数配置することができる。【００４４】
以下に、第１の実施形態の装置を用いた評価試験の結果について説明する。
まず、第１の実施形態の装置を用いて、被加工物Ｗである円柱状の単結晶シリコンブロックをφ１７５ｍｍ×５００ｍｍの寸法に加工すると共に、前記被加工物Ｗの表層部に存在するマイクロクラックとその表面の凹凸を除去して表面粗さを微細化する加工を行った。
その後、当該シリコンブロックをワイヤソーでスライス加工してシリコンウエハを形成したときに、そのシリコンウエハの割れ・欠け等による不良品の発生率を低減することができたか否かについて評価を行った。【００４５】
研磨加工前の被加工物Ｗの表層部には、深さが８０〜１００μｍのマイクロクラックが存在しその表面粗さは（Ｒｙ）９〜１１μｍ（Ｒｙの定義はＪＩＳ規格  Ｂ０６０１：１９９４による）であり、研磨加工をしていない該シリコンブロックをワイヤソーで切断（スライス加工）してシリコンウエハにしたときの割れ・欠け等による不良品の発生率が５〜６％であった。
次に、第１の実施形態に記載の研磨装置を用いて前記被加工物（Ｗ）であるシリコンブロックを研磨加工してマイクロクラックおよび凹凸の除去と表面粗さを微小化した後、該シリコンブロックをワイヤソーでスライス加工してシリコンウエハを形成したときの割れ・欠け等による不良品の発生率を評価した。【００４６】
本評価試験における加工条件を表１に示すように設定し、これを制御手段に入力後、３本の単結晶シリコンブロックの加工を行った。その結果を表２に示す。このように、第１の実施形態における研磨装置を用いて加工をおこなうことで、単結晶シリコンブロックの径を目標とする寸法に加工すると共に、マイクロクラックの最大深さが０．７〜０．９μｍ、表面粗さが平面部Ｒｙ０．７〜１．０μｍ（平均：Ｒｙ０．９μｍ）と、マイクロクラックおよび表面粗さを微小化することができた。  なお、表２において、「砥石による研磨後」と記載された欄に記載されたデータは、「砥石による研磨後であって、研磨ブラシによる加工を行う前」の状態におけるデータを示したものであり、研磨工程の途中段階のデータを示したものである。  そしてそのシリコンブロックを３個ともワイヤソーでスライス加工してシリコンウエハにしたときの割れ・欠け等による不良品の発生率は３〜４％となった。マイクロクラックの最大深さは３．０μｍ以下、望ましくは２．３μｍ以下であることが望ましい。前記最大深さが３．０μｍ以上では前記不良品の発生率が増大する。また、前記最大深さが２．３μｍ以下であれば、数十μｍの厚さにスライス加工してシリコンウエハにしたときの割れ・欠け等による不良品の発生率に与える影響が少ない。本評価試験では前記最大深さが０．９μｍであり、前記不良品の発生率に影響を与える２．３μｍを大幅に下回ることができた。【００４７】
【表１】
2012066689.tif 000003
【００４８】
【表２】
2012066689.tif 000004
【００４９】
次に、第２の実施形態にかかる研磨装置について説明する。第２の実施形態にかかる研磨装置では、粗仕上げ加工後仕上げ加工を行うような多段加工を必要とせず、１段階の加工で要求される表面状態が得られる場合に用いる装置構成となっている。なお、ここでは第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。【００５０】
例えば、被加工物Ｗの表面の研磨処理前のマイクロクラックが微小で、かつ研磨処理前の表面粗さが要求値に対して大差がない場合は、研磨ブラシ２２ａおよび２２ｂに含まれる砥粒の粒度は、仕上げ加工に用いた研磨ブラシ２２ｂと略同一とすることができる。研磨ブラシ２２に含まれる前記砥粒が略同一の研磨ブラシを複数台配置することで、加工時間を短縮することができる。【００５１】
次に、第３の実施形態にかかる研磨装置について、図５を参照しながら説明する。第３の実施形態にかかる研磨装置では、加工時間を短縮するように第１の研磨手段３０と第２の研磨手段４０を配置した装置構成となっている。なお、ここでは第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。【００５２】
第３の実施形態にかかる研磨装置では、被加工物Ｗの同一断面（円形）の面内において、第１の研磨手段３０と第２の研磨手段４０が配置されている。第１の研磨手段３０と第２の研磨手段４０の軸芯は、被加工物Ｗの半径方向に一致するように配置されており、第１の研磨手段３０と第２の研磨手段４０が互いに干渉しないようにするために、第１の研磨手段２０の軸芯と第２の研磨手段２０の軸芯は、所定の角度θを構成するようにして、被加工物Ｗの断面中心で交わるように配置されている。（図５（Ａ）参照）  この角度θは、第１の研磨手段３０と第２の研磨手段４０が互いに干渉しない限り、任意に設定することができる。例えば、角度θを１８０°に設定し、第１の研磨手段３０の軸芯と第２の研磨手段４０の軸芯が完全に一致して対向するように配置することもできる。このような構成とすることによって、被加工物Ｗは円周方向に回転しながら研磨加工されるため、被加工物の加工面は第１の研磨手段３０と第２の研磨手段４０の２箇所において同時に研磨されるため、加工時間が短縮される。【００５３】
また、第３の実施形態にかかる研磨装置においても、第１の実施形態にかかる研磨装置と同様に、図５（Ｂ）（該図では、θを１８０°として説明する）に示すように、第１の研磨手段３０と第２の研磨手段４０に含まれる砥石３１、４１および研磨ブラシ３２、４２を任意の数量を配置することができる。すなわち、砥石３１、４１および研磨ブラシはそれぞれ１つずつでもよいし、被加工物Ｗの軸芯に沿って複数配置することもできる。たとえば、同図では、砥石３１および４１をそれぞれ１つ、研磨ブラシ３２および４２をそれぞれ２つ（３２ａ、３２ｂおよび４２ａ、４２ｂ）配置した状態を示す。この場合、被加工物Ｗの軸芯に沿って左から順に、第１列目に砥石（第１の研磨手段）３１と砥石（第２の研磨手段）４１、第２列目に研磨ブラシＡ（第１の研磨手段）３２ａと研磨ブラシＡ（第２の研磨手段）４２ａ、第３列目に研磨ブラシＢ（第１の研磨手段）３２ｂと研磨ブラシＢ（第２の研磨手段）４２ｂ、が配置されるようになっている。その際、砥石を形成する研磨材の粒度および、それぞれの研磨ブラシに備えられている毛材または弾性体に含有される砥粒の粒度は、砥石（第１の研磨手段）３１と砥石（第２の研磨手段）４１、研磨ブラシＡ（第１の研磨手段）３２ａと研磨ブラシＡ（第２の研磨手段）４２ａ、研磨ブラシＢ（第１の研磨手段）３２ｂと研磨ブラシＢ（第２の研磨手段）４２ｂ、がそれぞれ略同一、すなわち同一の列の砥石および研磨ブラシは略同一の研磨力を有するようにする。また、第２の実施形態と同様に、１の研磨力を有する研磨手段によって加工を行うことができるときは、全ての研磨ブラシに備えられている毛材または弾性体に含有される砥粒の粒度を略同一とすることができる。【００５４】
また、上述した第３の実施形態にかかる研磨装置では、被加工物Ｗの円周方向に第１の研磨手段２０と第２の研磨手段２０の２つの研磨手段を配置する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、各研磨手段が互いに干渉しない限りにおいて、配置スペースや目標とする加工時間等にあわせて任意の個数の研磨手段を配置するようにしても良い。【００５５】
本発明は円柱状のシリコンブロックの加工に限定されるものではなく、例えばセラミックス等、硬脆材料全般について好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５６】
1                         研磨装置
11                       基台
12                       昇降手段  
13                       挟持手段  
13ａ、13ｂ                 挟持軸    
13ｃ、13d                 挟持部  
14                       移動手段
15、15a、15b、15c           高さ位置検出手段  
20                       研磨手段  
21                       砥石
21Ｍ                     回転手段（砥石用）
22、22ａ、22ｂ             研磨ブラシ  
22Ｍ                     回転手段（研磨ブラシ用）
30                       第１の研磨手段  
31                       砥石（第１の研磨手段）
31Ｍ                     回転手段（砥石（第１の研磨手段）用）
32、32ａ、32ｂ             研磨ブラシ（第１の研磨手段）
40                       第２の研磨手段  
41                       砥石（第２の研磨手段）    
41Ｍ                     回転手段（砥石（第２の研磨手段）用）
42、42ａ、42ｂ             第２の研磨手段  
Ｗ                       被加工物
Ｓ                       加工面
【図１】
2012066689.tif 000005
【図２】
2012066689.tif 000006
【図３】
2012066689.tif 000007
【図４】
2012066689.tif 000008
【図５】
2012066689.tif 000009
【国際調査報告】
2012066689.tif 000010
2012066689.tif 000011
2012066689.tif 000012
2012066689.tif 000013