專利名稱：圓柱狀部件的研磨裝置、圓柱狀部件以及圓柱狀部件的研磨方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對由硬脆材料構成的圓柱狀的被加工物的外周面進行研磨的研磨裝置。
背景技術：
成為本發(fā)明的研磨對象的硬脆材料的圓柱狀部件，例如有利用鋼絲鋸進行切片加エ而得到硅晶圓的材料的硅塊，該硅塊雖利用帶鋸或鋼絲鋸來切斷原材料由單晶、或多晶構成的硅錠而形成為圓柱形狀，但在與上述切斷后的外形尺寸相關的要求精度高的情況下對該圓柱狀的表層面進行磨削處理。
由直拉法(CZ法)等得到的單晶硅塊、由鋳造法等得到的多晶硅塊，雖在下ーエ序中利用鋼絲鋸進行切片加工而制造成硅晶圓，但如果在表層部存在微裂縫、微小凹凸，則在切片加工時所制造的硅晶圓易于產(chǎn)生破裂、碎片，因此在專利文獻I以及專利文獻2公開有下述技術通過研磨除去硅塊的表層部而除去存在于上述表層部的微小凹凸(以及微裂縫)，從而實現(xiàn)硅晶圓的產(chǎn)品成品率的提高。特別是，在專利文獻I中公開有下述技術通過從表面研磨除去50 ii m 100 ii m以上、200 u m以下的娃塊的表層部，由此將研磨前的表面粗糙度Ry從10 ii m 20 ii m平坦化為3 y m 4 y m。另外,作為娃塊的研磨裝置在專利文獻3中有所公開。專利文獻I :日本特開2005-347712號公報專利文獻2 :日本特開2002-252188號公報專利文獻3 日本特開2009-233794號公報專利文獻I至專利文獻3中都對四方柱狀部件的硅塊的表層部的研磨方法以及研磨裝置進行公開，但并未公開關于本申請發(fā)明意欲實施的進行圓柱部件的表層部的研磨加エ的裝置。另外，存在截面未形成正圓的圓柱狀部件、因圓柱部件的制造狀的偏差而導致截面的直徑不同的情況，期望有對這些圓柱狀部件進行高效地研磨的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供滿足上述的要求事項、并且能夠利用一臺裝置對被加工物亦即圓柱狀的硅塊等硬脆材料的外周面進行研磨加工的研磨裝置及其研磨方法?！N研磨裝置，該研磨裝置對圓柱狀的被加工物的外周面的表層部進行研磨，具備夾持機構，該夾持機構與被加工物的旋轉(zhuǎn)機構連結，且夾持上述被加工物的兩端面；研磨機構，該研磨機構對上述被加工物的外周面進行研磨加工；移動機構，該移動機構使上述被加工物相對于上述研磨機構沿與上述被加工物的大致圓形的截面方向正交的長度方向相對移動；高度位置檢測機構，該高度位置檢測機構檢測研磨加工完成品以及研磨加工前的被加工物的高度位置；以及控制機構，該控制機構接受上述高度位置以及加工條件的輸入并對上述高度位置以及加工條件進行運算，從而進行研磨加工，在該研磨裝置中，上述研磨機構至少具備ー個以上的磨石和ー個以上的研磨刷，上述磨石的前端與上述被加工物的外周面接觸并旋轉(zhuǎn)，上述研磨刷具備含有磨粒的毛材或者含有磨粒的弾性體、且前端與上述被加工物的外周面接觸并旋轉(zhuǎn)，上述磨石與上述研磨刷沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置。(第一發(fā)明)另外，在第一發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的基礎上，上述研磨機構包括配置為沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置的磨石與研磨刷的第一研磨機構；以及配 置為沿著相同的圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置的磨石與研磨刷的第二研磨機構，該第一研磨機構的磨石及研磨刷、與該第二研磨機構的磨石及研磨刷分別成對，成對的磨石及研磨刷分別被配置在被加工物的圓形截面的同一面內(nèi)，上述第一研磨機構及上述第二研磨機構的軸心被配置為與被加工物的徑向一致，并且，成對的上述第一研磨機構的軸心與上述第二研磨機構的軸心配置為，以構成規(guī)定的角度0的方式在被加工物的截面中心處相交。(第二發(fā)明)另外，在第一或第二發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的基礎上，上述控制機構中的運算至少包含下述運算中的任意一個運算上述被加工物的圓周方向的兩處以上的距軸心的高度位置之差的運算；上述研磨加工完成品的高度位置與上述研磨前的被加工物的高度位置之差的運算、以及用于根據(jù)所輸入的加工條件來設定其他加工條件的運算。(第三發(fā)明)另外，在第一至第三發(fā)明中的任ー個發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的基礎上，上述研磨刷為將多個含有磨粒的毛材呈環(huán)狀地植入設置于該研磨刷的底部的結構。(第四發(fā)明)另外，在第一至第三發(fā)明中的任ー個發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的基礎上，上述研磨刷具有將多個研磨具的基部固定于研磨具安裝板的結構，所述研磨具捆扎多個含有磨粒的毛材而成。(第五發(fā)明)另外，在第一至第三發(fā)明中的任ー個發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的基礎上，上述研磨刷具有將含有磨粒的弾性體呈環(huán)狀地配設于該研磨刷機構的底部的結構。(第六發(fā)明)另外，在第一至第三發(fā)明中的任ー個發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的基礎上，形成上述磨石的研磨材料的粒度為F60 #800。(第七發(fā)明)另外，在第一至第三發(fā)明中的任ー個發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的基礎上，混合于上述研磨機構所使用的毛材或者弾性體中的磨粒粒度為F180 #2000，選擇兩種以上具有上述粒度不同的毛材或者弾性體的研磨機構，并將磨粒的粒度不同的研磨機構沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置，以便按照磨粒的粒度從“粗”到“細”的順序進行研磨加工。(第八發(fā)明)另外，在第一至第三發(fā)明中的任ー個發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的基礎上，混合于上述研磨機構所使用的毛材或者彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000,具有上述粒度大致相同的毛材或者弾性體的研磨機構沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置。(第九發(fā)明)另外，ー種圓柱狀部件，該圓柱狀部件通過第一至第三發(fā)明中的任ー個發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的研磨加工，被除去從被加工物的表層存在至IOOiim以下的微裂縫，并且研磨加工面的表面粗糙度Ry形成為3 y m以下。(第十發(fā)明)另外，第十發(fā)明所記載的圓柱狀部件是硅塊或者陶瓷。(第十一發(fā)明)另外，ー種圓柱狀部件的研磨方法，該圓柱狀部件的研磨方法是利用第一至第三發(fā)明中的任一個所記載的圓柱狀部件的研磨裝置進行的研磨方法，利用上述旋轉(zhuǎn)機構使夾持于上述夾持機構的被加工物旋轉(zhuǎn)，并且具備尺寸調(diào)整エ序，通過使上述磨石的前端與該被加工物的外周面接觸以及旋轉(zhuǎn)，且使該研磨機構相對于該被加工物相對移動，來對被加エ物的尺寸進行調(diào)整；以及精加工エ序，在上述尺寸調(diào)整エ序之后，通過使上述研磨刷的前端與該被加工物的外周面接觸以及旋轉(zhuǎn)，且使該研磨機構相對于被加工物相對移動，來對被加工物進行研磨加工。(第十二發(fā)明)另外，在第十二發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨方法的基礎上，混合于上述研磨刷所使用的毛材或者弾性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，選擇兩種以上具有上述粒度不同的毛材或者弾性體的研磨機構，并將磨粒的粒度不同的研磨機構沿著圓柱狀的被加工 物的軸心連續(xù)設置而進行研磨，以便按照磨粒的粒度從“粗”到“細”的順序進行研磨加工。(第十三發(fā)明)另外，在第十二發(fā)明所記載的圓柱狀部件的研磨方法的基礎上，混合于上述研磨刷所使用的毛材或者弾性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，將具有上述粒度大致相同的毛材或者弾性體的研磨機構沿著圓柱狀的被加工物的軸心連續(xù)設置而進行研磨。(第十四發(fā)明)上述研磨機構所具備的磨石以及研磨刷與圓柱狀的被加工物的外周面接觸，并且利用旋轉(zhuǎn)機構使被加工物進行旋轉(zhuǎn)，由此能夠?qū)υ摫患庸の锏耐庵苊孢M行研磨加工。另外，被夾持于夾持機構的該被加工物利用上述旋轉(zhuǎn)機構(以下，記作旋轉(zhuǎn)機構(被加工物用))而朝圓周方向進行旋轉(zhuǎn)，因此能夠均勻地對該被加工物的外周面進行研磨加工。首先，利用上述磨石，對被加工物進行研磨直到形成為目標尺寸附近為止，之后利用研磨刷進行研磨，從而能夠除去存在于外周面的表層部的微裂縫(第一、第十二發(fā)明)。另外，使上述磨石以及上述研磨刷沿著上述被加工物的軸心的方式配置第一研磨機構和第二研磨機構，由此加エ時間變短(第二發(fā)明)。將形成上述磨石的研磨材料的粒度設為F60 #800 (JIS R6001 1998)，由此能夠高效地進行上述尺寸調(diào)整エ序(第七發(fā)明)。另外，上述研磨刷能夠從下述結構中適宜地進行選擇將多個含有磨粒的毛材呈環(huán)狀地植入設置于該研磨刷的底部的結構；將多個研磨具的基部固定于研磨具安裝板的結構，其中研磨具捆扎多個含有磨粒的毛材而成；將含有磨粒的弾性體呈環(huán)狀地配設于該研磨刷機構的底部的結構(第四、第五、第六發(fā)明)。上述磨粒能夠根據(jù)目的而適宜地從F180 #2000 (JIS R6001 :1998)的范圍內(nèi)進行選擇，在使用具備多臺上述研磨刷的研磨機構的情況下、在各上述研磨刷所含有的磨粒粒度不同的情況下，通過以上述被加工物按照上述粒度從“粗”到“細”的順序通過并被加工的方式進行連續(xù)設置，能夠利用一次的研磨加工除去被加工物的表層部的微裂縫以及凹凸(第八、第十三發(fā)明)，不需要上述的從“粗”到“細”這樣的多階段加工，在由一個階段的加工得到所要求的表面的情況下(例如，在被加工物W的表面的微裂縫是微小的、表面粗糙度相對于要求值沒有大大的差別的情況下，僅以“細”進行加工)，上述磨粒粒度在任意的研磨機構中均形成為大致相同，由此能夠縮短加工時間(第九、第十四發(fā)明)。此外，本說明書中的研磨材料以及磨粒的“粒度大致相同”是指除了“粒度相同”的磨粒之外，還包含“得到同等的研磨效果的粒度”的研磨材料以及磨粒的概念。通過夾持加工前的被加工物，測定兩處以上的上述被加工物的軸心與外周面之間的高度位置，并對該高度位置之差進行運算，由此知曉夾持處距離軸心的偏差。另外，在研磨開始前利用高度位置檢測機構對由研磨機構開始對研磨加工完成品的標準片(以下，記作“標準エ件”)進行研磨加工的高度位置進行檢測并存儲之后，檢測被加工物的高度位置，并對根據(jù)上述標準エ件檢測出的高度位置、與根據(jù)被加工物檢測出的高度位置之間的差量進行運算，基于該運算結果對上述研磨機構的前端與被加工物之間的距離進行修正，從而能夠連續(xù)地進行多個被加工物的研磨加工。另外，通過進行根據(jù)所輸入的加工條件來設定其他加工條件的運算，由此能夠根據(jù)簡單的輸入來正確地進行加工。基于上述控制機構的運算至少執(zhí)行這些之中的ー個。此外，第一發(fā)明所記載的“輸入”包括下述信息中的任一 個由手動(作業(yè)者)向控制機構輸入(存儲)的信息、由自動向控制機構輸入(存儲)的信息、以及根據(jù)由手動或者/以及自動輸入(存儲)的信息運算之后輸入(存儲)的信息。(第三發(fā)明)另外，通過使用上述研磨裝置，能夠除去距表層為100 U m的微裂縫，并且得到表面粗糙度Ry為3 y m以下的圓柱狀部件。作為上述圓柱狀部件，適合使用硅塊、陶瓷之類的硬脆材料(第十、第i^一發(fā)明)。


圖I是示出本發(fā)明的研磨裝置的整體的說明圖。圖2是示出本發(fā)明的研磨刷的一例的說明圖。圖2(A)是從正面觀察的局部切開剖視圖，圖2(B)是圖2(A)中的A-A線向視圖。圖3是示出本發(fā)明的研磨刷的其他例的說明圖。圖3(A)是將毛材植入設置于底部的示意圖，圖3(B)是將弾性體設置于底部的示意圖。圖4是示出本發(fā)明的加工エ序的說明圖。圖4(A)是示出位置調(diào)整エ序的說明圖，圖4(B)是示出精加工エ序的說明圖。圖5是示出本發(fā)明的第三實施方式的說明圖。圖5(A)是對從被加工物的剖面方向觀察的第一研磨機構與第二研磨機構的配置進行說明的說明圖，圖5(B)是對從被加工物的長度方向觀察的第一研磨機構與第二研磨機構的配置進行說明的說明圖。
具體實施例方式使用附圖對本發(fā)明的第一實施方式所涉及的研磨裝置的結構與研磨エ序進行說明。第一實施方式所涉及的研磨裝置是連接ー個磨石和兩個研磨粗糙度不同的研磨刷的圓柱狀部件用的研磨裝置。此外，以下的說明中的上下左右方向只要沒有特別的指定，即指附圖中的上下左右方向。圖I示出圓柱狀部件的研磨裝置的示意圖。本實施方式中的圓柱狀部件的研磨裝置I構成為包括用于載置被加工物W的基臺11 ;使上述基臺11上下移動的升降機構12 ;用于夾持被加工物W的夾持機構13 ;與上述夾持機構連結且用于使上述夾持機構以被加工物W的軸心為中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(被加工物用)(未圖示)；用于使所夾持的被加工物W沿圖中左右方向移動、使所夾持的被加工物W移動至加工位置的移動機構14 ;用于對距離被加工物W的軸心的高度位置進行測定的、被加工物W的外周面的高度位置檢測機構15 ;研磨機構20 ;以及控制機構(未圖示)。研磨機構20構成為包括與旋轉(zhuǎn)機構(磨石用)21M連結的磨石21 ;以及與旋轉(zhuǎn)機構(研磨刷用)22M連結的研磨刷22。在加工被加工物W之前，為了對被加工物W的加工量等進行運算，而利用高度位置檢測機構15對從標準エ件的軸 心到外周面為止的高度位置(基準位置)進行測定，并存儲于控制機構(未圖示)。首先，利用夾持機構13對標準エ件的兩端進行夾持。當由夾持機構13對標準エ件進行夾持時，載置于具有例如V字狀的槽的基臺11而進行。通過將標準エ件載置于該槽，由此以該標準エ件的軸心為中心的左右方向(圖I中的紙面垂直方向)的中心能夠始終處于大致相同的位置。另外，該基臺能夠利用升降機構12對附圖中上下方向的載置位置進行微調(diào)。將標準エ件載置于該基臺，并分別使上述夾持機構13的夾持軸13a以及13b分別前進，并使夾持部13c以及13d夾持標準エ件的兩端部。之后，通過利用升降機構12使基臺11下降，能夠從標準エ件卸下基臺11。由于夾持機構13利用旋轉(zhuǎn)機構(被加工物用)而旋轉(zhuǎn)，即以夾持軸13a以及13b的軸心為中心而進行旋轉(zhuǎn)，因此必須進行對準中心調(diào)整，以便夾持軸13a以及13b的軸心與標準エ件的軸心一致。在利用夾持機構13夾持標準エ件之后，利用高度位置檢測機構15來測定標準エ件的外周面高度位置Hl，之后使該標準エ件旋轉(zhuǎn)(例如180度)，并對旋轉(zhuǎn)后的狀態(tài)下的高度位置H2進行測定。此外，在本實施方式中，高度位置檢測機構15在標準エ件的長度方向(圖中左右方向)配置有三個，在各自的位置上測定上述高度位置。對測定出的Hl與H2之差進行運算，在Hl與H2不是大致相同的情況下，使上述基臺11上升并將標準エ件載置于該基臺11之后，使夾持軸13a以及13b分別后退并解除標準エ件的夾持?；谏鲜鲞\算結果，通過使上述升降機構12上升或者下降來調(diào)整上述基臺的上下位置、即標準エ件的上下位置之后，再次利用夾持機構13來夾持標準エ件。在將該基臺11從標準エ件取下之后，同樣對標準エ件的Hl以及H2進行測定，當Hl與H2大致相同吋，標準エ件的對準中心エ序結束。另外，此時的高度位置H作為基準位置而被存儲于控制機構。之后，在使基臺11上升并將標準エ件載置于該基臺11之后，使夾持軸13a以及13a分別后退并解除標準エ件的夾持，之后將標準エ件從基臺11取下，由此基準位置的測定エ序結束。接著，在將被加工物W載直于基臺11之后，與上述相冋地，在利用夾持機構13夾持該被加工物W之后，利用高度位置檢測機構15對該被加工物W的高度位置hi進行測定。之后使該被加工物W旋轉(zhuǎn)，并對該被加工物W的高度位置h2進行測定。旋轉(zhuǎn)角度能夠根據(jù)被加工物W的表面的形狀等而任意地設定。即，當旋轉(zhuǎn)角度為180°時，能夠在被加工物W的圓周方向測定兩點的高度位置(hi、h2)，當旋轉(zhuǎn)角度為120°時，能夠在被加工物W的圓周方向測定三點的高度位置(hl、h2、h3)，當旋轉(zhuǎn)角度為90°時，能夠在被加工物W的圓周方向測定四點的高度位置(hl、h2、h3、h4)。在本實施方式中，將旋轉(zhuǎn)角度設為90°，使用三個高度位置檢測機構 15 (15a、15b、15c)，對 hi (hla、hlb、hlc)、h2 (h2a、h2b、h2c)、h3 (h3a、h3b、h3c)、h4(h4a、h4b、h4c)共計十二點的高度位置進行測定。為了使各自的高度位置(hl、h2、h3、h4)之差最小，與上述的標準エ件的對準中心調(diào)整相同地，使基臺11上升并將該被加工物W載置于該基臺11之后，解除該被加工物W的夾持，并通過使該基臺11上升或者下降來調(diào)整該基臺11的上下位置、即該被加工物W的上下位置之后，再次夾持于夾持機構13，在將該基臺11從該被加工物W卸下之后，再次對該被加工物W的高度位置hi、h2、h3、h4進行測定。需要使調(diào)整后的被加工物W的高度位置hi、h2、h3、h4都比基準位置H大。另外，由于被加工物W在研磨加工時以被加工物W的軸心為中心而進行旋轉(zhuǎn)，因此需要上述高度位置hi、h2、h3、h4分別相同，或即使存在差，該差也需要在對上述旋轉(zhuǎn)不造成影響的范圍內(nèi)，利用控制機構來運算并判定。
由上述判定成為合格的被加工物W被磨石21研磨。磨石21以考慮基于接下來的エ序的研磨刷的研磨量而使被加工物W的高度位置hl、h2、h3、h4接近基準位置H (將該高度位置設為h)的方式對被加工物W進行研磨的目的而被使用。構成磨石21的研磨材料的粒度能夠根據(jù)被加工物W的材質(zhì)、尺寸等而適宜地從F60 #800、優(yōu)選從#100 #500 (研磨材料的粒度的定義基于JIS規(guī)格R6001 1998)的范圍中進行選擇?；陬A先向控制機構輸入的加工條件(磨石21的旋轉(zhuǎn)速度、研磨刷22的旋轉(zhuǎn)速度、被加工物W的旋轉(zhuǎn)速度、被加工物W的移送速度、以及基于研磨刷的加工余量(研磨刷的前端相對于被加工物的加工面S的進給量，以下僅記作“進給量”))、與上述基準位置H以及上述高度位置hi、h2、h3、h4進行運算處理，使磨石21朝下方向、也就是使磨石21朝加工面S的方向移動。之后，通過驅(qū)動與磨石21連結的旋轉(zhuǎn)機構(磨石用)21M(在本實施方式中為馬達)，由此使磨石21以磨石21的研磨面的軸心為中心進行旋轉(zhuǎn)。另外，通過驅(qū)動與夾持機構13連接的旋轉(zhuǎn)機構(被加工物用)(在本實施方式中為馬達)，來使被加工物W以其軸心為中心進行旋轉(zhuǎn)，并且利用移動機構14使被加工物W從圖中的左側(cè)向右側(cè)的方向移動，由此磨石21的研磨面與被加工物W的加工面S接觸，基于上述加工條件而進行基于磨石21的研磨(位置調(diào)整エ序。參照圖4A。)。此外，上述基準位置H與上述高度位置hl、h2、h3、h4之差較大，在利用一次研磨不能得到目標的加工量的情況下，往復上述移動機構、或也可以在每次往復上述移動機構時階段地使磨石21下降而進行研磨?；谀ナ?1的研磨結束后，使磨石21移動到研磨開始前的位置，并且停止上述旋轉(zhuǎn)機構(磨石用)21M的驅(qū)動。之后，使被加工物W移動到研磨開始前的位置。接著，該被加工物W被研磨刷22 (研磨刷22a、22b)研磨。作為研磨刷22，在本實施方式中使用圖2所示的方式的研磨刷。通過捆扎由混合了磨粒的尼龍等合成樹脂構成的毛材24a，并將毛材24a的一端固定于研磨具支架24b內(nèi)而形成研磨具24，將該研磨具24的基部裝卸自如地安裝于與旋轉(zhuǎn)機構(研磨具用)22M連結并以水平旋轉(zhuǎn)的方式設置的研磨具安裝板23，下端與被加工物W的加工面S接觸旋轉(zhuǎn)而進行研磨，研磨具24磨損，之后能夠?qū)⒃撗心ゾ?4從研磨具安裝板23卸下并更換新的研磨具24。此外，優(yōu)選混合于上述毛材的磨粒粒度在上述研磨材料的粒度以下，且從F180 #2000(磨粒粒度的定義基于JIS規(guī)格R6001 1998)的范圍內(nèi)進行選擇。在本實施方式中，磨石21以及兩個研磨刷22a、22b以沿著被加工物W的軸心的方式被配置。另外，使用研磨刷22a、22b的毛材所包含的磨粒粒度分別不同的研磨刷，在圖I中從左側(cè)到右側(cè)的順序分別配置磨石21、上述粒度大的研磨刷22a、以及上述粒度小的研磨刷22b。上述粒度大的研磨刷22a能夠除去基于上述磨石21的研磨而在被加工物W的表面(加工面S)產(chǎn)生的瑕疵、凹凸，進而除去存在于被加工物W的表層部的微裂縫的大半(粗加工)，上述粒度小的研磨刷22b能夠除去存在于被加工物W的表層部的微裂縫(精加エ)?；陬A先向控制機構輸入的上述加工條件、與上述基準位置H以及上述高度位置h進行運算處理，從而使研磨刷22沿上下方向、也就是使研磨刷22沿與加工面S垂直的方向移動。之后，通過驅(qū)動與研磨刷22分別連結的旋轉(zhuǎn)機構(研磨刷用)22M (在本實施方式中為馬達)而使研磨刷22以研磨面的軸心為中心進行旋轉(zhuǎn)。另外，通過利用移動機構14而使被加工物W從圖中的左側(cè)向右側(cè)的方向移動，研磨刷22各自的研磨面與被加工物W的加工面S接觸，并基于上述加工條件而進行基于研磨刷22的研磨。被加工物W如上述那樣，由于從圖中的左側(cè)向右側(cè)移動并進行研磨，因此能夠以粗加工、精加工的順序進行研磨(精加工エ序。參照圖4(B)。)。在研磨刷22的研磨結束之后，使研磨刷22移動(上升)到研磨開始前的位置，并且停止上述旋轉(zhuǎn)機構(研磨刷用)22M的驅(qū)動。之后，使被加工物W移動到研磨開始前的位置，并停止上述旋轉(zhuǎn)機構(被加工物用)的驅(qū)動，從而停止被加工物W的旋轉(zhuǎn)。之后，在使上述基臺11上升并載置被加工物W之后，與上述相同地，夾持軸13a以及13b后退，由此解除基于夾持機構13的被加工物W的夾持，卸下被加工物W，由此一系列的研磨結束。在對多個被加工物W進行加工的情況下，在上述基臺11載置新的被加工物W之后，經(jīng)過相同エ序(從說明書第8頁第二段到說明書第10頁第4段)而進行研磨加工。即，最初測定標準エ件的高度位置，并將該高度位置作為基準位置而進行設定，由此之后能夠進行多個被加工物W的研磨加工。在本實施方式中，雖然是使被加工物W沿圖中左右方向移動，但可以使磨石21以及研磨刷22a、22b移動，也可以使磨石21以及研磨刷22a、22b與被加工物W兩者移動。在本實施方式中，雖然是由手動將加工條件輸入到控制機構，但也可以是根據(jù)由手動輸入的加工條件與由自動輸入(存儲)的被加工物W的外周面高度位置，利用控制機構對未輸入的加工條件進行運算從而進行研磨加工。例如，也可以通過輸入進給量與研磨機構2的旋轉(zhuǎn)速度，并利用控制機構對被加エ物W的移動速度進行運算，還可以根據(jù)其他加工條件、高度位置而利用控制裝置對進給量進行運算。然后，能夠基于這些運算結果而進行研磨加工。所輸入的加工條件并不局限于在本實施方式中說明的項目。例如，可以輸入研磨機構20的種類、被加工物的狀態(tài)，或者也可以根據(jù)這些而組合基于控制機構的運算。研磨機構20亦即研磨刷22并不局限于圖2所示的研磨刷，可以將由混合了磨粒的毛材25a構成的研磨具25直接安裝并固定于研磨具安裝板23，該研磨具25磨損之后一并更換研磨具安裝板23，也可以不使用研磨具25而將由含有磨粒的尼龍等合成樹脂構成的毛材24c在研磨機構20的底部植入設置成環(huán)狀(參照圖3(A)。上圖表示主視圖、下圖表示仰視圖(主視圖中的A-A線向視圖))。另外，例如，也可以在陶瓷等的研磨加工、加工 時研磨機構20與形成近似90°的角度的柱狀體的角部接觸的情況等、由于研磨機構20與被加工物W的接觸而產(chǎn)生碎片(屑)的問題的情況下，將由含有磨粒的合成樹脂構成的彈性體24d在研磨機構20的底部配設為環(huán)狀(參照圖3(B)。上圖表示主視圖、下圖表示仰視圖(主視圖中的A-A線向視圖))。該情況下的弾性體24d也可以是，例如硬度比較柔軟的樹脂的松密度體(bulk)、以在內(nèi)部具有多個氣泡的聚氨酷、氨酯為主的樹脂的松密度體、相互纏繞纖維狀的弾性體的部件。在硬度比較柔軟的樹脂的松密度體中，樹脂本身作為緩沖材料而發(fā)揮作用。在具有氣泡的樹脂的松密度體中，內(nèi)部的氣泡作為緩沖材料而發(fā)揮作用。在含有磨粒而相互纏繞的弾性體中，該弾性體相互纏繞，由此在這些集合體的內(nèi)部包括空氣，該空氣層作為緩沖材料而發(fā)揮作用。適當?shù)剡x擇合成樹脂的種類以及磨粒的含有率等，以便在任意情況下都能在該弾性體24d與被加工物接觸時保持適度的弾力。此外，優(yōu)選混合于上述毛材24c以及弾性體24d的磨粒粒度與本實施方式相同地，從F180 #2000的范圍內(nèi)進行選擇。在上述瑕疵、凹凸大的情況、微裂縫深的情況等、進行粗加工的研磨刷22所包含的上述磨粒粒度比進行精加工的研磨刷22所包含的上述磨粒粒度大很多的情況下，也可以在研磨刷22a與22b之間配置ー個以上的包含中間的粒度的研磨刷(半精加工)。即，也可以將三個以上的研磨刷以沿著被加工物W的軸心的方式配置。在上述瑕疵、凹凸小的情況、微裂縫淺的情況等不需要進行粗加工的情況下，也可以僅配置進行精加工的研磨刷22b。當需要加大基于磨石21的研磨量(加工量)時、能夠利用磨石21進行基于研磨刷22的粗加工的情況下，能夠配置多個磨石21。 以下，對使用第一實施方式的裝置的評價試驗的結果進行說明。首先，使用第一實施方式的裝置，將被加工物W亦即圓柱狀的單晶硅塊加工成(pl75mmx500mm的尺寸，并且除去存在于上述被加工物w的表層部的微裂縫及該表面的凹凸而進行使表面粗糙度微細化的加工。之后，當利用鋼絲鋸對該硅塊進行切片加工而形成硅晶圓時，對是否能夠降低硅晶圓的破裂、碎片等所導致的不良品的產(chǎn)生率進行評價。在研磨加工前的被加工物W的表層部存在深度為80 ii m 100 ii m的微裂縫，且該表層部的表面粗糙度為(Ry)9iim lliim(Ry的定義基于JIS規(guī)格B0601 :1994)，利用鋼絲鋸對未進行研磨加工的該硅塊進行切斷(切片加工)而形成為硅晶圓時的破裂、碎片等所導致的不良品的產(chǎn)生率為5 6%。接著，使用第一實施方式所記載的研磨裝置對上述被加工物(W)亦即硅塊進行研磨加工而進行微裂縫以及凹凸的除去與使表面粗糙度微細化之后，對利用鋼絲鋸對該硅塊進行切片加工而形成硅晶圓時的破裂、碎片等所導致的不良品的產(chǎn)生率進行評價。如表I那樣設定本評價試驗中的加工條件，將加工條件輸入到控制機構之后，進行三個單晶硅塊的加工。表2示出該結果。這樣，通過使用第一實施方式中的研磨裝置而進行加工，由此當將單晶硅塊的直徑加工為目標尺寸，并且微裂縫的最大深度為0. 7 y m 0.9 u m、表面粗糙度為平面部RyO. 7iim 1.0iim(平均RyO. 9 u m)時，能夠使微裂縫以及表面粗糙度微細化。此外，在表2中，在記載為“基于磨石的研磨之后”的一欄所記載的數(shù)據(jù)，表示“基于磨石的研磨之后、且是進行基于研磨刷的加工之前”的狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，表示研磨エ序的中途階段的數(shù)據(jù)。并且利用鋼絲鋸對該三個硅塊均進行切片加工而形成為硅晶圓時的破裂、碎片等所導致的不良品的產(chǎn)生率為3% 4%。期望微裂縫的最大深度為3. 0 y m以下，優(yōu)選在2. 3 y m以下。如果上述最大深度為3. 0 y m以上，則上述不良品的產(chǎn)生率增大。另外，如果上述最大深度為2. 3 iim以下,則對切片加工為數(shù)十ym的厚度而形成為娃晶圓時的破裂、碎片等所導致的不良品的產(chǎn)生率的影響小。在本評價試驗中上述最大深度為0. 9 ii m，能夠大幅度地低于對上述不良品的產(chǎn)生率產(chǎn)生影響的2. 3 ii m。[表 I]
權利要求
1.ー種圓柱狀部件的研磨裝置，該圓柱狀部件的研磨裝置對圓柱狀的被加工物的外周面進行研磨，具備 夾持機構，該夾持機構與被加工物的旋轉(zhuǎn)機構連結，且夾持所述被加工物的兩端面； 研磨機構，該研磨機構對所述被加工物的外周面進行研磨加工； 移動機構，該移動機構使所述被加工物相對于所述研磨機構沿與所述被加工物的大致圓形的截面方向正交的長度方向相對移動； 高度位置檢測機構，該高度位置檢測機構檢測研磨加工完成品以及研磨加工前的被加エ物的高度位置；以及 控制機構，該控制機構接受所述高度位置以及加工條件的輸入并對所述高度位置以及加工條件進行運算，從而進行研磨加工， 所述圓柱狀部件的研磨裝置的特征在干， 所述研磨機構至少具備ー個以上的磨石和ー個以上的研磨刷，所述磨石的前端與所述被加工物的外周面接觸并旋轉(zhuǎn)，所述研磨刷具備含有磨粒的毛材或者含有磨粒的弾性體、且前端與所述被加工物的外周面接觸并旋轉(zhuǎn)， 所述磨石與所述研磨刷沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置。
2.根據(jù)權利要求I所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在干， 所述研磨機構包括配置為沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置的磨石與研磨刷的第一研磨機構；以及配置為沿著相同的圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置的磨石與研磨刷的第二研磨機構， 該第一研磨機構的磨石及研磨刷、與該第二研磨機構的磨石及研磨刷分別成對，成對的磨石及研磨刷分別被配置在被加工物的圓形截面的同一面內(nèi)，所述第一研磨機構及所述第二研磨機構的軸心被配置為與被加工物的徑向一致，并且，成對的所述第一研磨機構的軸心與所述第二研磨機構的軸心配置為，以構成規(guī)定的角度Θ的方式在被加工物的截面中心處相交。
3.根據(jù)權利要求I所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在干， 所述控制機構中的運算至少包含下述運算中的任意一個運算 所述被加工物的圓周方向的兩處以上的距軸心的高度位置之差的運算； 所述研磨加工完成品的高度位置與所述研磨前的被加工物的高度位置之差的運算；以及 用于根據(jù)所輸入的加工條件來設定其他加工條件的運算。
4.根據(jù)權利要求I至3中任ー項所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在干， 所述研磨刷為將多個含有磨粒的毛材呈環(huán)狀地植入設置于該研磨刷的底部的結構。
5.根據(jù)權利要求I至3中任ー項所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在干， 所述研磨刷具有將多個研磨具的基部固定于研磨具安裝板的結構，所述研磨具捆扎多個含有磨粒的毛材而成。
6.根據(jù)權利要求I至3中任ー項所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在干， 所述研磨刷具有將含有磨粒的弾性體呈環(huán)狀地配設于該研磨刷的底部的結構。
7.根據(jù)權利要求I至3中任ー項所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在干， 形成所述磨石的研磨材料的粒度為F60 #800。
8.根據(jù)權利要求I至3中任ー項所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在干， 混合于所述研磨刷所使用的毛材或者弾性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，選擇兩種以上具有上述粒度不同的毛材或者弾性體的研磨刷，并將磨粒的粒度不同的研磨刷沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置，以便按照磨粒的粒度從“粗”到“細”的順序進行研磨加工。
9.根據(jù)權利要求I至3中任ー項所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在干， 混合于所述研磨刷所使用的毛材或者彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000,具有上述粒度大致相同的毛材或者弾性體的研磨刷，沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置。
10.ー種圓柱狀部件，其特征在干， 該圓柱狀部件通過權利要求I至3中任一項所記載的圓柱狀部件的研磨裝置的研磨加エ，被除去從被加工物的表層存在至100 μ m以下的微裂縫，并且研磨加工面的表面粗糙度Ry形成為3 μ m以下。
11.根據(jù)權利要求10所述的圓柱狀部件，其特征在干， 所述圓柱狀部件是硅塊或者陶瓷。
12.—種圓柱狀部件的研磨方法，該圓柱狀部件的研磨方法是利用權利要求I至3中任一項所記載的圓柱狀部件的研磨裝置進行的研磨方法，所述圓柱狀部件的研磨方法的特征在于， 利用所述旋轉(zhuǎn)機構使夾持于所述夾持機構的被加工物旋轉(zhuǎn)， 并且具備 尺寸調(diào)整エ序，通過使所述磨石的前端與該被加工物的外周面接觸以及旋轉(zhuǎn)，且使該研磨機構相對于該被加工物相對移動，來對被加工物的尺寸進行調(diào)整；以及 精加工エ序，在所述尺寸調(diào)整エ序之后，通過使所述研磨刷的前端與該被加工物的外周面接觸以及旋轉(zhuǎn)，且使該研磨機構相對于被加工物相對移動，來對被加工物進行研磨加エ。
13.根據(jù)權利要求12所述的圓柱狀部件的研磨方法，其特征在干， 混合于所述研磨刷所使用的毛材或者弾性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，選擇兩種以上具有上述粒度不同的毛材或者弾性體的研磨機構，并將磨粒的粒度不同的研磨機構沿著圓柱狀的被加工物的軸心連續(xù)設置而進行研磨，以便按照磨粒的粒度從“粗”到“細”的順序進行研磨加工。
14.根據(jù)權利要求12所述的圓柱狀部件的研磨方法，其特征在干， 混合于所述研磨刷所使用的毛材或者彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000,將具有上述的粒度大致相同的毛材或者弾性體的研磨機構沿著圓柱狀的被加工物的軸心連續(xù)設置而進行研磨。
全文摘要
本發(fā)明提供研磨裝置及其研磨方法。將由硬脆材料構成的被加工物加工為規(guī)定直徑的圓柱形狀，并且除去存在于該被加工物的表層部的微小的裂縫，且除去表面的凹凸而使表面粗糙度微細化。研磨裝置具備與被加工物的旋轉(zhuǎn)機構連結且夾持上述被加工物的兩端面的夾持機構；前端與上述被加工物的外周面接觸并旋轉(zhuǎn)來進行研磨加工的研磨機構；使上述被加工物相對于上述研磨機構沿上述被加工物的圓柱狀的軸心方向相對移動的移動機構；檢測研磨加工完成品以及研磨加工前的被加工物的高度位置的高度位置檢測機構；以及對所輸入的上述高度位置以及加工條件進行運算來進行研磨加工的控制機構，上述研磨機構至少具備一個以上的磨石和一個以上的具備含有磨粒的毛材或者彈性體的研磨刷，上述磨石與上述研磨刷沿著圓柱狀的被加工物的軸心而連續(xù)設置。
文檔編號B24B29/04GK102652049SQ201080044589
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2010年11月18日
發(fā)明者平野雅雄, 棚橋茂, 澤井將太 申請人:新東工業(yè)株式會社