(57)【要約】【課題】加工歪みを特に１０μｍ以下の精度に向上しつつ、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。【解決手段】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。【選択図】  図１
2011051085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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幅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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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幅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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開１１−２９１１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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以下といった精度に向上できなかった。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。
【０００９】
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以下の精度に向上しつつ、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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以下の精度に向上しつつ、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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幅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好ましい。
【００１５】
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幅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。
【発明の効果】
【００１６】
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以下の精度に向上しつつ、研削速度の低下を抑制し、研削工程時間を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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向上できず、研削速度を高めつつ加工歪みを特に１０μｍ以下の精度に向上することが課題となっていた。
【００１９】
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が向上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が向上できない原因であることが分かった。
【００２０】
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以下の精度に向上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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、加工歪みを向上でき、特に１０μｍ以下の精度にすることができる。また、加工歪みを向上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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の幅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向上することができる。
【実施例】
【００３４】
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。
【００３５】
（実施例１）
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。
【００３６】
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以下とより高精度に研削できている。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以下の精度に向上しつつ、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。
【００３７】
（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。
【００３８】
（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以下の精度に向上できたものの、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。
【００３９】
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、加工歪みを向上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。
【００４０】
【表１】
2011051085.tif 000003
【００４１】
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。
【符号の説明】
【００４２】
１…研削装置、  ２…研削手段、  ３…クランプ、  ４…回転手段、
５…インゴット、６…粗研削ホイール、  ７…精研削ホイール、
８…スピンドル、  ９…移動手段、  １０…突出し量調整手段、
１１…クーラント供給手段、１２…位置調整手段。
【図１】
2011051085.tif 000004
【図２】
2011051085.tif 000005
【図３】
2011051085.tif 000006
【図４】
2011051085.tif 000007