JP2011173179A - Method for cylindrical or arcuate grinding of silicon ingot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、両端（Ｃ軸面）が切断された円柱状のシリコンインゴットの外周面を厚み７０〜１５０μｍ程度円筒研削加工して均一な外周面にする円筒研削方法または角柱状のシリコンインゴットの四隅Ｒ面（コーナー円弧面）を厚み７０〜１５０μｍ程度円弧研削加工して均一な外周面にする円弧研削方法に関する。研削加工されたシリコンインゴットは、ワイヤー切断され、ＤＲＡＭや太陽電池（太陽光発電板）の基板として用いられる。 The present invention provides a cylindrical grinding method in which the outer peripheral surface of a cylindrical silicon ingot with both ends (C-axis surfaces) cut is subjected to cylindrical grinding to a uniform outer peripheral surface by a thickness of about 70 to 150 μm, or the four corners of a prismatic silicon ingot. The present invention relates to an arc grinding method in which an R surface (corner arc surface) is subjected to an arc grinding process with a thickness of about 70 to 150 μm to obtain a uniform outer peripheral surface. The ground silicon ingot is wire-cut and used as a substrate for DRAMs or solar cells (solar power generation plates).
ＤＲＡＭ用のシリコン基盤は、溶解した金属珪素（Ｓｉ）溶湯を円柱状グラファイト容器内に注湯し一方向に凝固させた後、容器内面と接触汚染した下端面と上端面の両端をスライサーで切断して平坦な面となし、この円柱状シリコンインゴットの両端面（Ｃ軸面）を主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構で水平方向に支架し、主軸台で円柱状シリコンインゴットを回転しつつ、回転する砥石車をインフィードして円柱状シリコンインゴットに砥石車で切り込みをかけ、次いで、前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを案内レール上で左右方向の一方向に移動（トラバース）させて円筒研削加工を行っている、または研削取り代が多いときは前記砥石車による切り込みと左右方向の往復移動（トラバース）を繰り返して円筒研削加工を行っている（例えば、非特許文献１参照）。 Silicon substrate for the DRAM, a metal silicon (S i) molten metal dissolved after being solidified poured unidirectionally into a cylindrical graphite vessel, both ends of the bottom surface and the upper end surface in contact contamination the container inner surface with slicer A flat surface is formed by cutting, and both end surfaces (C-axis surface) of this cylindrical silicon ingot are horizontally supported by a clamp mechanism consisting of a pair of a headstock and a tailstock, and the cylindrical silicon ingot is mounted on the headstock. While rotating, infeed the rotating grinding wheel, cut the cylindrical silicon ingot with the grinding wheel, and then move the work table on which the clamp mechanism is mounted in one direction left and right on the guide rail (traverse) If there is a large amount of grinding allowance, the incision by the grinding wheel and the reciprocating movement in the left and right direction (traverse) are repeated. It is performed processing (for example, see Non-Patent Document 1).
特開平４−３２２９６５号公報（特許文献１）、特開平６−１６６６００号公報（特許文献２）および特開平６−２４６６３０号公報（特許文献３）は、半導体基板用シリコン基板の製造用の円柱状シリコンインゴットの表面を面取り加工する横形の円筒研削装置を提案する。 JP-A-4-322965 (Patent Document 1), JP-A-6-166600 (Patent Document 2) and JP-A-6-246630 (Patent Document 3) disclose a circle for manufacturing a silicon substrate for a semiconductor substrate. A horizontal cylindrical grinding machine that chamfers the surface of a columnar silicon ingot is proposed.
これら特許文献１乃至特許文献３に開示される横形の円筒研削装置は、減速機構を介してサーボモータによりセンター軸を回転させる主軸台と左右方向に移動可能な心押台の一対よりなるクランプ機構と、このクランプ機構の主軸台シンターと心押台センターとによって円柱状シリコンインゴットの軸芯が水平（横）方向に、かつ、回転可能に支持された円柱状インゴットの円周上面部に円板状平砥石の円形平面が向くように砥石軸に軸承した研削ヘッドを昇降させる昇降機構と、前記研削ヘッドを円柱状インゴットの前記軸芯に対し平行に左右直線移動させるリニア移動機構よりなる。
These horizontal cylindrical grinding apparatuses disclosed in
円筒研削加工された円柱状シリコンインゴットは、ワイヤーカットされて７７０μｍ前後の厚みにワイヤーカッティングされる前に、外周面をフッ酸・硝酸混合水溶液でエッチングエッチングしたり、精密円筒研削加工されたりする。円筒研削加工される理由は、円柱状シリコンインゴットの外周面が粗いとワイヤーカッティングによりワイヤーが破損切れして切断中のインゴットが使い物にならなくなり、再生利用に廻されるからである。また、ワイヤーカットされたシリコンウエハが外周縁で後の加工工程でチッピングや破損を生じやすいからである。 The cylindrical silicon ingot subjected to cylindrical grinding is subjected to etching etching with a hydrofluoric acid / nitric acid mixed aqueous solution or precision cylindrical grinding before wire cutting and wire cutting to a thickness of about 770 μm. The reason for cylindrical grinding is that if the outer peripheral surface of the cylindrical silicon ingot is rough, the wire is broken due to wire cutting, and the ingot being cut becomes unusable and is recycled. Further, the wire-cut silicon wafer is likely to be chipped or damaged at the outer peripheral edge in the subsequent processing step.
一方、特開２００４−６９９７号公報（特許文献４）は、太陽電池用シリコンウエハ製造用の円柱状シリコンブロックをバンドソウで面取りして角柱状シリコンブロックとした後、ロール型ダイヤモンドスポンジ平砥石を用いて側平面を研磨加工し、そののち、スライス加工して角状ウエハを製造する方法を提案する。 On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-6997 (Patent Document 4) uses a roll type diamond sponge flat grindstone after chamfering a cylindrical silicon block for manufacturing a silicon wafer for solar cells with a band saw to form a prismatic silicon block. We propose a method of manufacturing a square wafer by polishing the side plane and then slicing.
特開２００９−５５０３９号公報（特許文献５）は、又、円柱状シリコンブロックをバンドソウで面取りして角柱状シリコンブロックとした後、砥粒径が８０〜６０μｍのカップホイール型砥石で側平面を粗研削加工し、次いで、砥粒径が３〜４０μｍのカップホイール型砥石で側平面を仕上げ研削加工し、さらに表面をエッチング処理したのち、スライシング加工して角状ウエハを製造する方法を提案する。 JP-A-2009-55039 (Patent Document 5) also describes that a cylindrical silicon block is chamfered with a band saw to form a prismatic silicon block, and then a side plane is formed with a cup wheel type grindstone having an abrasive grain size of 80 to 60 μm. We propose a method of manufacturing a square wafer by rough grinding, then finish grinding the side plane with a cup wheel grindstone with an abrasive grain size of 3 to 40 μm, etching the surface, and then slicing. .
特開２００９−２３３７９４号公報（特許文献６）は、シリコンブロックの表面を研削／研磨する際に、シリコンブロックの長手方向の前後を機械的にチャッキング（クランピング）する一対のチャッキング部材（主軸台と心押台）で保持し、この状態でシリコンブロックの側面及びこれらを結ぶ４つの角部（４隅のＲコーナー部）を粗研削砥石と精密仕上げ砥石を用いて研削研磨する方法を提案する。この方法により、シリコンブロックの４つの角部および４側面を非接触でチャッキング部材に宙に浮かせたような状態で保持することができるので、その側面及び角部に傷が付いてしまうことを防止でき、さらにシリコンブロックの側面だけではなく角部も研削研磨して面取りすることができることから、シリコンブロックをスライス加工してシリコンウエハを製造する際、その周縁部が欠けたりすることを回避でき歩留まりを向上することができる。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-233794 (Patent Document 6) discloses a pair of chucking members that mechanically chuck (clamp) the front and rear of the silicon block in the longitudinal direction when the surface of the silicon block is ground / polished. A method of grinding and polishing the side surfaces of the silicon block and the four corners (R corners of the four corners) connecting these with a rough grinding wheel and a precision finishing wheel in this state. suggest. By this method, the four corners and the four side surfaces of the silicon block can be held in a state where they are suspended in the chucking member in a non-contact manner, so that the side surfaces and the corners are damaged. In addition, not only the sides of the silicon block but also the corners can be ground and chamfered, so that when the silicon block is manufactured by slicing the silicon block, the peripheral edge can be prevented from being chipped. Yield can be improved.
本特許出願人は、特願２０１０−１７３４号明細書（特許文献７）で図４に示すインゴットの面取り方法、すなわち、
ａ）機枠（ベース）上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル、
ｂ）このワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワーク（円柱状シリコンインゴット）を搭載した前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）カップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸と前記カップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を、これら砥石軸の軸芯が同一直線上にあり、かつ、この同一直線は前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ機構に支架されたワークを挟んで前記２個のカップホイール型砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられていることを特徴とする円柱状シリコンインゴットの円筒研削装置を用い、
円柱状シリコンインゴットの円筒研削加工による取り代量（カップホイール型砥石のインフィード研削量）を複数回ｎ（ｎ＝２から１０）に分け、クランプ機構に支架されたワークを主軸台のセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース研削加工を行い、ついで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに２回目の切り込みを掛け、ワークへの切り込み量が第２回目の所望量の値となったら前記ワークテーブルを逆方向に反転させてワーク表面を第２回目のトラバース研削加工を行い、以後、カップホイール型砥石のインフィード回数がｎ回に到るまでこのカップホイール型砥石による切り込みとワークテーブル反転とトラバース研削加工を行うことを特徴とする円柱状シリコンインゴットの円筒研削加工方法を提案した。
The applicant of the present patent application is a method for chamfering an ingot shown in FIG. 4 in Japanese Patent Application No. 2010-1734 (Patent Document 7), that is,
a) a work table provided so as to be able to reciprocate in the left-right direction on a guide rail provided in the left-right direction on the machine frame (base);
b) A clamping mechanism comprising a pair of headstock and tailstock mounted separately on the work table on the left and right,
c) A drive mechanism for reciprocating the work table mounted with the work (columnar silicon ingot) supported by the clamp mechanism in the left-right direction;
d) A grinding wheel shaft that can move back and forth to support the cup wheel type grinding wheel and a grinding wheel shaft that can move back and forth to support a cup wheel type grinding wheel having a diameter of 10 to 25 mm smaller than the diameter of the cup wheel type grinding wheel. A wheel-shaped grindstone of the two cup wheel-type grindstones, the cores being on the same straight line, the same straight line being at a right angle to the work table and sandwiching the work supported by the clamp mechanism Using a cylindrical silicon ingot cylindrical grinding device characterized in that the blades are provided in opposite directions,
The machining allowance (in-feed grinding amount of the cup wheel type grindstone) of cylindrical silicon ingot is divided into n (n = 2 to 10) multiple times, and the work supported by the clamp mechanism is the center axis of the headstock And then rotating the grindstone shaft that supports the pair of cup wheel-type grindstones to move back and forth at substantially the same rotational speed so that the grindstone shaft is in the same rotational direction with respect to the workpiece. Then, the rotating grindstone shaft is moved forward to cut the rotating workpiece (infeed grinding), and when the cutting into the workpiece reaches the initial desired amount, the work table is moved to the cup. Perform the first traverse grinding process to move the wheel grinding wheel in the direction of rotation, and then before and after bearing the pair of cup wheel grinding wheels The rotating grindstone shaft is rotated by moving the rotating grindstone shaft in the forward direction while rotating the grindstone shaft at substantially the same rotational speed so that the grindstone shaft is in the same rotational direction. Apply the second incision, and when the amount of incision into the workpiece reaches the value of the second desired amount, the workpiece table is reversed in the reverse direction and the workpiece surface is subjected to the second traverse grinding process. A cylindrical grinding method for a cylindrical silicon ingot has been proposed, characterized in that cutting with the cup wheel type grinding wheel, work table reversal, and traverse grinding are performed until the number of infeeds of the wheel type grinding wheel reaches n times.
また、本願発明者等は、図５および図６に示す研削装置を特願２００９−２９６６０２号明細書（特許文献８）で提案し、
角柱状シリコンインゴットの四隅Ｒ（円弧）研削方法を提案した。
Further, the inventors of the present application proposed the grinding apparatus shown in FIGS. 5 and 6 in Japanese Patent Application No. 2009-296602 (Patent Document 8),
A four corner R (arc) grinding method for a prismatic silicon ingot was proposed.
上記特許文献７および特許文献８記載の発明を実施したところ、設計した理想研削加工時間の１．２倍も研削時間が要した。本発明は、これら特許文献７および特許文献８で用いたカップホイール型砥石を改造して設計した理想研削加工時間でインゴットの研削加工を可能とすることを目的とする。
When the inventions described in
請求項１に記載の発明は、ａ）機枠（ベース）上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル、
ｂ）このワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワーク（シリコンインゴット）を搭載した前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）砥石刃の刃先面が途中から砥石刃の外周面側に向かって 〜 度の角度で傾斜しており、その傾斜が終了する砥石刃外周端隅部のＲ（アール）が０．８〜１．２ｍｍであるカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸と前記カップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を、これら砥石軸の軸芯が同一直線上にあり、かつ、この同一直線は前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ機構に支架されたワークを挟んで前記２個のカップホイール型砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられているシリコンインゴットの研削装置を用い、
回転しつつ左右方向に移動する円柱状シリコンインゴット（ワーク）の外周の前後面を一対のカップホイール型砥石で挟持しながらインフィード研削加工する方法、もしくは、回転しつつ左右方向に移動する角柱状シリコンインゴット（ワーク）の四隅Ｒ面対角線向きの２隅Ｒ面を一対のカップホイール型砥石の刃先でインフィードトラバース研削加工を行うことを特徴とする柱状インゴットの研削加工方法を提案するものである。
The invention according to
b) A clamping mechanism comprising a pair of headstock and tailstock mounted separately on the work table on the left and right,
c) A drive mechanism for reciprocating the work table mounted with the work (silicon ingot) supported by the clamp mechanism in the left-right direction;
d) The cutting edge surface of the grindstone blade is inclined from the middle toward the outer peripheral surface side of the grindstone blade by an angle of ~ degrees, and the R (R) of the grindstone blade outer peripheral end where the inclination ends is 0.8 to A grinding wheel shaft capable of moving back and forth for bearing a cup wheel type grinding wheel having a diameter of 1.2 mm and a grinding wheel shaft capable of moving back and forth for bearing a cup wheel type grinding wheel having a
A method of performing in-feed grinding while sandwiching the front and rear surfaces of the outer periphery of a cylindrical silicon ingot (work) that rotates and moves in the left-right direction, or a prismatic shape that moves in the left-right direction while rotating The present invention proposes a grinding method for a columnar ingot, characterized in that infeed traverse grinding is performed on the two corner R surfaces of a silicon ingot (workpiece) in the diagonal direction of the four corners R surface with a pair of cup wheel type grindstones. .
本発明のシリコンインゴットの研削装置は、円柱状インゴットの外周の前後面を一対のカップホイール型砥石で挟持しながら研削加工を、もしくは、角柱状インゴットの四隅Ｒ面対角線向きの２隅Ｒ面を一対のカップホイール型砥石の刃先でインフィードトラバース研削加工を行う際に、一対のカップホイール型砥石の傾斜した刃先からの回転しているワークの回転逃げが容易となって不必要なワークによる砥石刃への衝突摩擦が減少するので研削加工時間を短くすることができる。 The silicon ingot grinding apparatus of the present invention performs grinding while sandwiching the front and rear surfaces of the outer periphery of a cylindrical ingot with a pair of cup wheel-type grindstones, or two corner R surfaces of a prismatic ingot that are diagonally opposite to each other. When performing in-feed traverse grinding with a pair of cup wheel-type grinding wheels, the grinding wheel with unnecessary workpieces becomes easier because the rotating workpieces from the inclined blade tips of the pair of cup-wheel types are easy to rotate. Since the collision friction with the blade is reduced, the grinding time can be shortened.
本発明方法を実施する研削装置１は、図５、図６および図１０に示されるように、機枠（ベース）２に左右方向に延びて敷設された一対の案内レール３，３上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル４を設けてある。このワークテーブル４の左右往復移動は、サーボモータ５による回転駆動をボールネジ６が受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台（図示されていない）が左方向または右方向に前進することにより、この固定台表面にワークテーブル４の裏面が固定されているワークテーブル４が左方向または右方向に前進する。ワークテーブル４の左方向または右方向の前進は、サーボモータ５の回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
As shown in FIGS. 5, 6, and 10, the
このワークテーブル４上に左右に分離して搭載された主軸台７ａと心押台７ｂの一対よりなるクランプ機構７が搭載されている。よって、ワークテーブル４の左方向または右方向の移動に付随してこのクランプ機構７も左方向または右方向に移動し、クランプ機構７の主軸台センター支持軸７ａ１と心押台センター支持軸７ｂ１により支架されて宙吊り状態となったワークｗが第一円筒研削ステージ１０、第二円筒研削ステージ１１、第三円筒研削ステージ９、またはロードポート８位置へと移動することが可能となっている。
A
クランプ機構７は非特許文献１に記載されるように公知のチャック機構であり、円筒研削装置で広く利用されている。主軸台７ａは主軸台センター支持軸７ａ１をサーボモータ７ａｍで回転させることによりワークｗを３６０度回転させる機能を有する。心押台７ｂは空気シリンダー７ｅ駆動でガイドレール上を左右に移動できる移動台７ｂｔ上に設けられ、ワークをクランプ機構７で支架したのち、レバーを押し下げることにより固定し、ワークテーブル４の移動により心押台７ｂを搭載する移動台７ｂｔが移動するのを防ぐ。
The
前記第一円筒研削ステージ１０、第二円筒研削ステージ１１、第三円筒研削ステージ９は、いずれもワークの円筒研削を行うことができる。第一円筒研削ステージ１０および第二円筒研削ステージ１１は、本発明のカップホイール型砥石の配置を示し、第二円筒研削ステージ１１で粗円筒研削加工を、第一円筒研削ステージ１０で仕上げ精密円筒研削加工を実施できるようそれぞれのカップホイール型砥石の砥番を選択する。カップホイール型砥石で精密仕上げ研削加工する第一円筒研削ステージ１０および砥石車で精密仕上げ研削加工する第三円筒研削ステージ９は、前記第二研削ステージ１１で得られたインゴットの表面粗さＲａが０．１〜１μｍであるものを精密仕上げ研削砥石を用いて更に精密仕上げ円筒研削加工によりＲａ数十ナノのワーク表面に仕上げ加工する際に使用されるもので、本願発明の円筒研削装置に付随的に設置したものである。
The first
これら第一円筒研削ステージ１０、第二円筒研削ステージ１１、第三円筒研削ステージ９は、密閉カバー１２で覆われている。また、ロードポート８は片手横スライド扉１２ａにより閉じられる。密閉カバー１２で覆われた各研削ステージ９，１０，１１の空間には排気ダクト１３が接続され、この空間内に浮遊するミストや研削屑を外部へ排出する。第二研削ステージ１１、およびロードポート８の位置関係は、前記ワークテーブル４を正面側から直角に見る方向であって、かつ、左側方向より右側方向へ向かって、第一研削ステージ１０、第二研削ステージ１１、ロードポート８を設け、このロードポート８の背面に砥石車で精密仕上げ研削加工する第三研削ステージ９が設けられる。
The first
第一研削ステージ１０は、サーボモータ１０ｍ，１０ｍの回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１０ｔ，１０ｔ上に設けられた砥石軸の一対１０ａ，１０ａに軸承されたカップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇをその研削砥石面の砥石刃１０ｇｓ，１０ｇｓが相対向するようにワークテーブル４を挟んでワークテーブル４前後に対称にかつ砥石軸芯１０ｏ，１０ｏが同一線上となる位置に設け、これら砥石軸１０ａ，１０ａはサーボモータ１０Ｍ，１０Ｍの回転駆動により回転される構造となっている。カップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇの直径は他方のカップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径である。このカップホイール型砥石の砥番は８００〜２，０００番が好ましい。
The first
サーボモータ１０ｍ，１０ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進または後退することにより、この固定台表面にツールテーブル１０ｔ，１０ｔの裏面が固定されているツールテーブル１０ｔ，１０ｔが前進移動または後退移動する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ１０ｍ，１０ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
When the ball screw receives rotation by the
第二研削ステージ１１は、サーボモータ１１ｍ，１１ｍの回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１１ｔ，１１ｔ上に設けられた砥石軸の一対１１ａ，１１ａに軸承されたカップホイール型砥石の一対１１ｇ，１１ｇをその研削砥石面の砥石刃１１ｇｓ，１１ｇｓが相対向するようにワークテーブル４を挟んでワークテーブル４前後に対称にかつ砥石軸芯１１ｏ，１１ｏが同一線上となる位置に設け、これら砥石軸１１ａ，１１ａはサーボモータ１１Ｍ，１１Ｍの回転駆動により回転される構造となっている。カップホイール型砥石の一対１１ｇ，１１ｇの直径は一方のカップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型砥石を用いる。砥番は１００〜６００番が好ましい。前記１０〜２５ｍｍの長さは、カップホイール型砥石の砥石刃横幅の２倍を超え５倍以下の長さであるのが円筒研削中のインゴットのヨーイングを抑える効果が大きい。小さい径のカップホイール型砥石の回転速度を大きい径のカップホイール型砥石の回転速度と同じとするために、小さい径のカップホイール型砥石の回転数を（大きい径のカップホイール型砥石の直径／小さい径のカップホイール型砥石の直径）倍の回転数に設定して用いる。
The second grinding stage 11 is a pair of cup
サーボモータ１１ｍ，１1ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進移動または後退移動することにより、この固定台表面にツールテーブル１１ｔ，１１ｔの裏面が固定されているツールテーブル１１ｔ，１１ｔが前進または後退する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ１１ｍ，１１ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
When the ball screw receives the rotation drive by the
第二研削ステージ１１は、前記第一研削ステージ１０の右横側に平行に設けられる。即ち、両研削ステージ１０，１１の砥石軸芯１０ｏ，１１ｏが平行である。第二研削ステージ１１で使用される一方のカップホイール型砥石の直径は、第一研削ステージ１０で使用される一方のカップホイール型砥石の直径と同一であるのが好ましい。
The second grinding stage 11 is provided in parallel to the right side of the first grinding
なお、前記第一研削ステージ１０で使用する砥石および前記第二研削ステージ１１で使用する砥石は、図６および図７は、第一研削ステージ１０で使用する砥石が精密仕上げ研削砥石１０ｇであり、第二研削ステージ１１で使用する砥石は粗研削砥石１１ｇを用いた例を示す。この左右の砥石の配置を逆にしてもよく、第一研削ステージ１０で使用する砥石を粗研削砥石１０ｇとし、第二研削ステージ１１で使用する砥石を精密仕上げ研削砥石１１ｇとしてもよい。
The grindstone used in the first grinding
粗研削砥石１１ｇ，１１ｇのカップホイール型砥石の直径は、大きい方の直径が、円柱状ワーク直径の１．０５〜１．３倍の直径である。例えば、直径が２００ｍｍの円筒状シリコンインゴットを研削するときは大きい方の直径が２３０ｍｍ、小さい方の直径が２１０ｍｍである。カップホイール型砥石１０ｇ，１１ｇの砥石刃１０ｇｓ，１１ｇｓの幅は１０〜２０ｍｍ、高さは５〜１５ｍｍであるのがシリコンインゴットの研削焼け防止の観点から好ましい。
As for the diameter of the cup wheel type grindstone of the rough grinding
図１および図２に示すカップホイール型砥石１０ｇ，１１ｇのように砥石刃１１ｇｓは座金上に設けられた環状エポキシ樹脂堤上より高さ５〜１５ｍｍ起立して設けられている。砥石刃１１ｇｓの刃先面は途中（図２では５ｍｍ）から砥石刃の外周面側に向かって 〜 度の角度（図２では 度）で傾斜している。また、その傾斜が終了する砥石刃外周端隅部のＲ（アール）が０．８〜１．２ｍｍ（図２ではＲ１）である。
As in the cup
カップホイール型研削砥石１０ｇ，１１ｇの砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒が好ましく、結合剤（ボンド）はメタルボンド、ビトリファイドボンド、エポキシレジンボンドがよい。例えば、砥石刃先面が傾斜していないカップホイール型粗研削砥石は、例えば特開平９−３８８６６号公報、特開２０００―９４３４２号公報や特開２００４−１６７６１７号公報等に開示される有底筒状砥石台金の下部環状輪に砥石刃の多数を研削液が散逸する隙間間隔で環状に配置したカップホイール型砥石で、台金の内側に供給された研削液が前記隙間から散逸する構造のものが好ましい。このカップホイール型砥石の環状砥石刃の直径は、円柱状シリコンインゴット直径の１．２〜１．５倍の直径であることが好ましい。前記カップホイール型粗研削砥石１１ｇの環状砥石刃は、砥番１００〜６００番のダイヤモンドレジンボンド砥石、またはダイヤモンドビトリファイドボンド砥石が好ましい。また、カップホイール型精密仕上げ研削砥石１０ｇの環状砥石刃は、砥番３００〜２，０００番のダイヤモンドレジンボンド砥石、ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石、またはダイヤモンドメタルボンド砥石が好ましい。また、後述する砥石車９ｇとしては砥番３００〜１，２００番のダイヤモンド砥石車が好ましい。
The abrasive grains of the cup
研削液としては、純水、コロイダルシリカ水分散液、セリア水分散液、ＳＣ−１液、ＳＣ−２液、あるいは、純水とこれら前記の水分散液または研削液を併用する。なお、研削液としては、環境を考慮した水処理の面から純水のみを利用するのが好ましい。 As the grinding liquid, pure water, colloidal silica water dispersion, ceria water dispersion, SC-1 liquid, SC-2 liquid, or pure water and these water dispersion or grinding liquid are used in combination. As the grinding liquid, it is preferable to use only pure water from the viewpoint of water treatment considering the environment.
ロードポート８は、第二研削ステージ１１の右横側であってワークテーブル４の前側に位置するハウジング材にワークｗを前記クランプ機構への移出入を可能とする開口部を設けることにより形成される。 The load port 8 is formed by providing an opening in the housing material located on the right side of the second grinding stage 11 and on the front side of the work table 4 so that the work w can be transferred to and from the clamp mechanism. The
第三研削ステージ９は、上記ロードポート８に対向する前記ワークテーブル４の後側に、砥石車９ｗを有する砥石軸９ａをワークテーブル４の左右方向に平行であって、この砥石軸９ａの軸芯９ｏを前後方向に移動可能にツールテーブル９ｔ上に設けた構造を採る。
The third
図５、図７および図８から理解されるように、砥石軸９ａの回転駆動はサーボモータ９Ｍの回転駆動により行われ、ツールテーブル９ｔの前進後退は、サーボモータ９ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進または後退することにより、この固定台表面にツールテーブル９ｔの裏面が固定されているツールテーブル９ｔが案内レール９ｒ，９ｒ上を前進移動または後退移動する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ９ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
5, as will be understood from FIGS. 7 and 8, rotation of the
図５において、符号９ｃは研削液供給管を、図７において符号９ｄは乾燥空気（ドライエアー）供給口を示す。この乾燥空気は、面取り加工され、研削液（純水）により洗浄された角柱状インゴット（ワーク）の表面に吹き付けられ、研削液を吹き飛ばして角柱状インゴット表面を乾燥するのに使用される。また、図４において符号２０は制御装置を、符号２１は操作盤を示す。
In FIG. 5,
図４、図５、図６および図７に示すように、この円筒研削装置１は、前記ワークテーブル４の前側であって前記ロードポート８と前記第二研削ステージ１１との空間部にワークローディング／アンローディング装置１３およびインゴット３本を貯えるワークストッカー１４を機枠２上に並設している。符号１５は、脚立車を備えた運搬台車１６のテーブル上に載置された予備のワークストッカーである。
As shown in FIGS. 4, 5, 6, and 7, the cylindrical
ワークストッカー１４，１５は、ワーク３本ｗ，ｗ，ｗを収納できる断面が逆２等辺三角形状のＶ字棚段を備え、機枠から突き出した位置決めピン１６上に載置されている。
The work stockers 14 and 15 each have a V-shaped shelf having a reverse isosceles triangular shape capable of storing three workpieces w, w, and w, and are placed on positioning
前記ワークローディング／アンローディング装置１３は、ワークストッカー１４Ｖ字棚段に保管されているワークｗ１本を１対の爪１３ａ，１３ｂで挟持し、両爪を上昇させることによりワークを吊り上げ、ついで、後退、右方向への移動、下降してロードポート８前に位置させ、さらに後退させることによりこのロードポート８からワークをクランプ装置７の主軸台７ａと心押台７ｂ間へと搬送する。ワークの一端を主軸台７ａのセンター支持軸７ａ１に当接させた後、心押台７ｂを空気シリンダー７ｅで右方向に移動させてセンター支持軸７ｂ１に他端を当接させワークを宙吊り状態に支架する。ついで、前記爪１３ａ，１３ｂを離間させてワークの把持を開放し、ついで、両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆを上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪１３ａ，１３ｂを待機位置へと戻す。
The workpiece loading /
また、前記クランプ装置７に両端を支架されて宙吊り状態となっている円筒研削加工および洗浄・風乾されたワークを両爪１３ａ，１３ｂで把持し、ついで、両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆを上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪１３ａ，１３ｂをワークストッカー１４，１５の空棚上方へ移動したのち、下降させてワークを前記空棚に載置下後、両爪１３ａ，１３ｂを離間してワークを開放したのち、前記待機位置へと両爪１３ａ，１３ｂを戻す。
Further, a cylindrical grinding process and a cleaned and air-dried work suspended at both ends of the
両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆの前後方向の移動は、図５および図８に示すようにサーボモータ１３ｍにより回転駆動されたボールネジ１３ｋに裏面を螺合させた固定台１３ｆの滑走面１３ｓをコラム１３ｃ側面に設けられた案内レール１３ｇ上を滑走させることにより行われる。両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆの上下方向の移動は、エアーシリンダー１３ｐにより行われる。両爪１３ａ，１３ｂの離間は、図５の円内に示されるマイクロウイークエアシリンダ１３ｅを用いて両爪１３ａ，１３ｂを離間させる。両爪１３ａ，１３ｂの僅かな昇降の微調整は、マイクロウイークエアシリンダ１３ｌを用いて行う。両爪１３ａ，１３ｂの僅かな前後移動の微調整は、マイクロウイークエアシリンダ１３Ｒを用いて行う。
As shown in FIGS. 5 and 8, the longitudinal movement of the fixed
このシリコンインゴットの円筒研削装置１を用い、ワークｗとして両端（Ｃ軸面）が平面切断された円柱状シリコンインゴットｗを円筒研削加工する作業は、ワークストッカー１４棚段に保管されているワーク１本をワークローディング／アンローディング装置１３を用いてクランプ機構７へ搬送し、ついで、ワークをクランプ機構７に支架させる。
Using this silicon ingot
図４に示すように、クランプ機構７に支架されたワークｗを主軸台のセンター軸７Ｏを１０〜３００ｒｐｍの回転速度で回転させることにより回転させ、次いで、直径が２５０ｍｍと直径が２３０ｍｍの一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１１ａ，１１ａを略同一の回転速度となる２，８００〜４，０００ｍｉｎ−１の回転数域の値であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削：図４ａ参照））、ワークへのインフィード切り込みが所望量の値（例えば、大きい径のカップホイール型砥石１１ｇの切り込みは外皮面から５ｍｍ、小さい径のカップホイール型砥石１１ｇの切り込みは外皮面から１０ｍｍとなったらワークテーブル４を前記カップホイール砥石が回転している方向へ５〜３０ｍｍ／分速度で移動させるワークのトラバース研削加工(図４ｂ参照)を行ってワーク表面を円筒研削する。インフィード研削加工およびトラバース研削加工されている間、研削液２０〜１，０００ｃｃ／分の量が作業点に供給される。
As shown in FIG. 4, the workpiece w supported by the
あるいは、円柱状シリコンインゴットｗの円筒研削加工による取り代量（カップホイール型砥石のインフィード研削量）を複数回ｎ（ｎ＝２から１０）に分け、前記円筒研削装置を用い、クランプ機構７に支架されたワークを主軸台７ａのセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース研削加工を行い、ついで、前記一対のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに２回目の切り込みを掛け、ワークへの切り込み量が第２回目の所望量の値となったら前記ワークテーブルを逆方向に反転させてワーク表面を第２回目のトラバース研削加工を行い、以後、カップホイール型砥石のインフィード回数がｎ回に到るまでこのカップホイール型砥石による切り込みとワークテーブル反転とトラバース研削加工を行う。
Alternatively, the machining allowance (in-feed grinding amount of the cup wheel type grindstone) of the cylindrical silicon ingot w is divided into n (n = 2 to 10) a plurality of times, and the cylinder grinding device is used to perform the
また、円柱状シリコンインゴットｗの円筒研削加工による取り代量（カップホイール型砥石のインフィード研削量）を複数回ｎ（ｎ＝２から１０）に分け、前記円筒研削装置を用い、クランプ機構７に支架されたワークを主軸台７ａのセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸１１ａ，１１ａを前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース粗研削加工を行い、ついで、前記砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを後退させたのち、前記一対のカップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１０ａ，１０ａを略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸１０ａ，１０ａを前方向に移動させて回転しているワークに２回目の切り込みを掛け、ワークへの切り込み量が第２回目の所望量の値となったら前記ワークテーブル４を逆方向に反転させてワーク表面を第２回目のトラバース精密研削加工を行い、以後、カップホイール型砥石のインフィード回数がｎ回に到るまでこのカップホイール型砥石による切り込みとワークテーブル反転とトラバース研削加工を行う。
In addition, the machining allowance (in-feed grinding amount of the cup wheel type grindstone) of the cylindrical silicon ingot w is divided into n (n = 2 to 10) a plurality of times, and the
あるいは、円柱状シリコンインゴットｗの円筒研削加工による取り代量（カップホイール型砥石のインフィード研削量）を２回に分け、前記円筒研削装置を用い、クランプ機構７に支架されたワークを主軸台７ａのセンター軸を回転させることにより回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを略同一の回転速度であってワークに対し砥石軸が同一回転方向となるよう回転させつつ、これら回転している砥石軸１１ａ，１１ａを前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け、ワークへの切り込みが初回の所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させる初回のトラバース粗研削加工を行い、ついで、前記砥石軸砥石軸１１ａ，１１ａを後退させたのち、前記ワークテーブル４を第三研削ステージの砥石車９ｇのある一方向へ移動させ、砥石車９ｇを８００〜３，０００ｍｉｎ−１の回転速度で回転しつつ、研削液が５〜１００ｃｃ／分の量作業点に供給されている円柱状インゴットの精密仕上げ研削加工を行う。
Alternatively, the amount of machining allowance (in-feed grinding amount of the cup wheel type grindstone) of the cylindrical silicon ingot w is divided into two times, and the workpiece supported on the
上記インゴットの円筒研削加工が終了した後、クランプ機構７をロードポート８位置へ後退させ、そこで円筒研削加工がなされた円柱状シリコンインゴットを回転させながら圧空をインゴット表面に噴き付けて風乾させる。風乾が終えたらクランプ機構７による円柱状シリコンインゴットの回転を終了させる。
After the cylindrical grinding of the ingot is completed, the
ワークローディング／アンローディング装置１３の両爪１３ａ，１３ｂを用いてクランプ機構７に支架されている円柱状シリコンインゴットｗを把持し、ついで、心押台７ｂを左方向へ後退させて支架を解いたのち、両爪１３ａ，１３ｂをワークストッカー１４Ｖ字棚段上方へ移動させ、下降して円柱状シリコンインゴットｗをワークストッカー１４Ｖ字棚段に載置し、その後、両爪１３ａ，１３ｂを離間して円柱状シリコンインゴットｗの把持を解く。
The cylindrical silicon ingot w supported by the
前記図１に示す研削装置を用い、角柱状インゴットの四隅Ｒ面を面取り加工する方法は、角柱状インゴットの両端Ｃ軸面をクランプ機構７の主軸台７ａと芯押台７ｂで支持し、主軸台でインゴットを回転させつつクランプ機構を左右に移動して一対のカップホイール型砥石１１ｇに角柱状インゴットの対角線向き二隅Ｒ面を回転接触させてこの二隅Ｒ面を一対のカップホイール型砥石の刃先でインフィードトラバース研削加工を行う（図３参照）。
The method of chamfering the four corner R surfaces of the prismatic ingot using the grinding apparatus shown in FIG. 1 is such that both ends C-axis surfaces of the prismatic ingot are supported by the
円柱状シリコンインゴットの面取り加工スループット時間が既知の円筒研削装置の１／３〜１／２の時間で行うことができる。具体的には、直径２００ｍｍ、長さ４００ｍｍの円柱状シリコンインゴット外周面１０ｍｍ厚み取り代を行う円筒研削加工を約３０分で行うことができる。
The chamfering processing throughput time of the cylindrical silicon ingot can be performed in a
１ インゴット円筒（Ｒ面取り）研削装置
ｗ シリコンインゴット
２ 機枠
４ ワークテーブル
７ クランプ機構
７ａ 主軸台
７ｂ 心押台
８ ロードポート
９ 第三研削ステージ
１０ 第一研削ステージ
１１ 第二研削ステージ
１１ａ 砥石軸
１１ｇ カップホイール型研削砥石
１１ｇＳ 砥石刃
１３ ワークローディング／アンローディング装置
１４ ワークストッカー
DESCRIPTION OF
Claims (1)
ｂ）このワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架された柱状シリコンインゴットを搭載した前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）砥石刃の刃先面が途中から砥石刃の外周面側に向かって２〜８度の角度で傾斜しており、その傾斜が終了する砥石刃外周端隅部のＲが０．８〜１．２Ｒであるカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸と前記カップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型砥石を軸承する前後移動可能な砥石軸を、これら砥石軸の軸芯が同一直線上にあり、かつ、この同一直線は前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ機構に支架された柱状シリコンインゴットを挟んで前記２個のカップホイール型砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられている柱状シリコンインゴットの研削装置を用い、
回転しつつ左右方向に移動する円柱状シリコンインゴットの外周の前後面を一対のカップホイール型砥石で挟持しながらインフィード研削加工する方法、もしくは、回転しつつ左右方向に移動する角柱状インゴットの四隅Ｒ面対角線向きの２隅Ｒ面を一対のカップホイール型砥石の刃先でインフィードトラバース研削加工を行うことを特徴とする柱状インゴットの研削加工方法。 a) a work table provided so as to be able to reciprocate in the left-right direction on a guide rail provided in the left-right direction on the machine frame;
b) A clamping mechanism comprising a pair of headstock and tailstock mounted separately on the work table on the left and right,
c) a drive mechanism for reciprocating the work table mounted with the columnar silicon ingot supported by the clamp mechanism in the left-right direction;
d) The cutting edge surface of the grindstone blade is inclined at an angle of 2 to 8 degrees from the middle toward the outer peripheral surface side of the grindstone blade. A wheel wheel shaft that can move back and forth to support a 2R cup wheel type grindstone and a wheel shaft that can move back and forth to support a cup wheel type wheel having a diameter smaller by 10 to 25 mm than the diameter of the cup wheel type grindstone. The two cup wheel type grindstones are located on the same straight line, and the same straight line is at a right angle to the work table, with the columnar silicon ingot supported by the clamp mechanism interposed therebetween. Using a grinding apparatus of a columnar silicon ingot provided with the wheel-shaped grinding wheel blades facing each other,
A method of performing in-feed grinding while holding the front and rear surfaces of the outer periphery of a cylindrical silicon ingot that rotates and moves left and right with a pair of cup wheel type grindstones, or the four corners of a prismatic ingot that moves left and right while rotating A method for grinding a columnar ingot, characterized in that infeed traverse grinding is performed on the two corner R surfaces facing the R surface diagonal line with the cutting edges of a pair of cup wheel grindstones.
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| JP2010036917A JP2011173179A (en) | 2010-02-23 | 2010-02-23 | Method for cylindrical or arcuate grinding of silicon ingot |
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