JP5565417B2 - 円柱部材の研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、硬脆材料からなる円柱状の被加工物の外周面の表層部（以下、特に断りがない限り単に「表層部」と記す）を研磨する研磨装置に関するものである。

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。

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。

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

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。

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表層部の研磨加工を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ことを目的とする。

第１の発明では、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、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クランプ手段と、被加工物の外周面に研磨手段の先端が接触回転しながら研磨加工する研磨手段と、前記被加工物に対し前記研磨手段を、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、前記演算は、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、または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、もしくはそれらの組み合わせのいずれかである、という技術的手段を用いる。

第２の発明では、第１の発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記研磨手段が研磨ブラシであって、該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、という技術的手段を用いる。

第３の発明では、第１の発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記研磨手段が研磨ブラシであって、該研磨ブラシは、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植設された構造を有する、という技術的手段を用いる。

第４の発明では、第１の発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記研磨手段が研磨ブラシであって、該研磨ブラシは、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置された構造を有する、という技術的手段を用いる。

第５の発明では、第２ないし第４の発明のいずれか１つ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複数個連設して配置されている、という技術的手段を用いる。

第６の発明では、第２ないし第４の発明のいずれか１つ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、被加工物の円形断面の同一面内において配置された第1の研磨手段と第2の研磨手段からなり、第１の研磨手段と第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、第１の研磨手段の軸芯と第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、という技術的手段を用いる。

第７の発明では、第６の発明に記載の円柱状部材の研磨装置であって、前記第1の研磨手段と第2の研磨手段が、円柱状の被加工物の軸芯に沿って各々複数個連設して配置されている、という技術的手段を用いる。

第８、９の発明では、第５または第７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、という技術的手段を用いる。

第１０, １１の発明では、第５または第７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、という技術的手段を用いる。

第１２の発明では、第１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、という技術的手段を用いる。

第１３の発明では、第１２の発明に記載の円柱状部材であって、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、という技術的手段を用いる。

第１４の発明では、第１の発明に記載の円柱状部材の研磨装置によって円柱状部材を研磨加工する方法であって、前記クランプ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、
前記研磨手段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研磨加工を行う、という技術的手段を用いる。

第１５、１６の発明では、第５または第７の発明に記載の円柱状部材の研磨装置によって円柱状部材を研磨加工する方法であって、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、という技術的手段を用いる。

第１７、１８の発明では、第５または第７の発明に記載の円柱状部材の研磨装置によって円柱状部材を研磨加工する方法であって、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を、円柱状の被加工物の軸芯に沿って連設して研磨する、という技術的手段を用いる。

前記研磨手段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、該被加工物の表層部を研磨加工することができる。また、クランプ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、該被加工物の表層部を均一に研磨加工することができる。さらに、この研磨加工の際、該研磨手段を該被加工物に対して相対的に被加工物の長手方向、すなわち略円形である断面と直交する方向に移動することで、該被加工物全体を均一に研磨加工することができる。略円形とは、円形のみならず楕円等、該被加工物（円柱状部材）の製造過程における歪み等により生じたわずかながらに円形でない状態も含まれる。

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制御手段によって演算し、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することで、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。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。

また、前記研磨手段を砥粒が含有している毛材で構成される研磨ブラシを用いることで、十分な研磨力を確保し、かつ被加工物に研磨によるダメージを抑えることができる。これは、例えば研磨石等による研磨などの他の研磨方法と比べて毛材は柔軟性があるので、被加工物に研磨によるダメージを抑さえることができ、また毛材には砥粒が含有されているので、研磨力は十分に確保することができる。

また、前記毛材を複数本束ねた研磨具を植設した研磨具取付プレートの位置（上下方向）を任意に設定することで、研磨手段の底部より露出する毛材の長さを調整することができる。すなわち、毛材の摩耗に合わせて研磨具取付プレートの位置を下方に移動することで、常に露出している毛材の長さを一定に保つことができる。

また、研磨加工時に被加工物に接触するものが弾性体であるので，被加工物が該研磨ブラシと接触することによるダメージを低減することができる。

また、前記毛材に混合される砥粒の粒度がＦ１８０〜＃２０００（ＪＩＳ Ｒ６００１：１９９８）であり、１の研磨手段は略同一の粒子径が混合されている研磨ブラシである。すなわち、該粒度が大きい毛材または弾性体を備える研磨手段ほど研磨能力が高く、被加工物の表層部に存在するマイクロクラックを的確に除去することができ、該粒度が小さい毛材または弾性体を備える研磨手段ほど、該表層部を微細に研磨し凹凸を除去することができる。

また、研磨手段を、円柱状の被加工物の軸芯に沿って複数個連設して配置さすることで、被加工物の種類や目的に応じて適宜研磨手段を選択して加工をおこなうことができる。すなわち、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、該研磨手段に備えられる毛材または弾性体に含まれる前記粒度が「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る。また、前述の様な「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、連設された２以上の研磨手段が備える毛材または弾性体に含まれる前記砥粒の粒度は、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。

また、被加工物の円形断面の同一面内において配置された第1の研磨手段と第2の研磨手段からなる研磨手段において、第１の研磨手段と第２の研磨手段の軸芯が、被加工物の半径方向に一致するように配置し、第１の研磨手段の軸芯と第２の研磨手段の軸芯が、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することで、加工時間を短縮することができる。
また、前記第1の研磨手段と第2の研磨手段を、円柱状の被加工物の軸芯に沿って各々複数個連設して配置することで、被加工物の種類や目的に応じた前述の加工の時間を短縮することができる。

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。

本発明の研磨装置の全体を示す説明図である。 本発明の研磨手段の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）は底面図である。 本発明の研磨手段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置した模式図である。 本発明における第１の実施形態を説明するためのフローチャートである。 本発明における第１の実施形態を説明するためのフローチャートである。 本発明における第１の実施形態を説明するためのフローチャートである。 本発明における第１の実施形態を説明するためのフローチャートである。 本発明における第３の実施形態を表す説明図である。 本発明における第３の実施形態を示す説明図である。

本発明の第1の実施形態にかかる研磨装置の構成内容と作動の詳細ついて、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、研磨粗さが異なる研磨手段を２連以上（３連）備えた円柱状部材用の研磨装置である。

図１は、図中右端の研磨開始前位置に停止している研磨ユニット１と、１点鎖線で示す被加工物Ｗの図中左右に配置されるクランプ手段５であって、被加工物Ｗの左側に配置され、クランプ手段５のシリンダー駆動により摺動する基準側のクランプ軸１２Ａの先端に取り付けられた把持部６Ａと、被加工物Ｗの右側に配置され、従動側のクランプ軸１２Ｂの先端に取り付けられた把持部６Ｂを備えた研磨装置の正面図を示すものである。 図１においては、把持部６Ａ、６Ｂが夫々後退した位置に配置されており、被加工物Ｗを挟持していない開放状態を示すものである。 前記研磨ユニット１は、それぞれが回転手段（研磨手段用）２ａに連結された３の研磨手段２と、研磨開始前に被加工物Ｗの加工面（外周面）Ｐの高さ位置を検出するための高さ位置検出手段３とで構成されている。なお、該研磨手段２を被加工物Ｗに対して相対的に移送させる移送手段（図示せず）によって、研磨を行う際に研磨ユニットは図１における左側から右側に向けて移送されるので、前記研磨手段２は右から順に、粗研磨用、中研磨用、仕上げ研磨用として連設されている。すなわち、研磨手段に備えられている毛材に含有される砥粒の粒度は、右から順に「粗」→「細」となっている。また、前記高さ位置検出手段３は前記粗研磨用の研磨手段２の右側に設けられている。

前記した３連の研磨手段２における粗研磨用研磨手段2は研磨能力を大として表層部に存在するマイクロクラックの大半を削り取る目的で設けるものであり、中研磨用研磨手段2はバンドソーもしくはワイヤソーにより切断したときに発生した表面の凹凸除去と前記粗研磨で荒れた表面を微細化する目的で設けるものであり、仕上げ研磨用研磨手段2は表面粗さの最終調整を目的に設けるものである。なお、前記中研磨の段階で表面の凹凸除去と表面粗さの微細化調整が完了すれば、仕上げ研磨用研磨手段2を使用せず、研磨手段２を２連にしても良いものである。

被加工物Ｗの加工に先立ち、高さ位置検出手段３により研磨手段２の研磨加工を開始する高さ位置を設定するためにマスターワークを使用する。
前記高さ位置を設定するために、まずマスターワークの両端をクランプ手段５にて挟持する。クランプ手段５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（図示せず）に載置して行うことが好ましい。該溝にマスターワークを設置することで、該マスターワークの図中左右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、その図中上下方向の設置位置を微調整するための調整手段（図示せず）を有していることがさらに好ましい。マスターワークを該基台に載置し、前記クランプ手段５のクランプ軸１２Ａおよび１２Ｂを各々前進させて把持部６Ａおよび６Ｂがマスターワークの両端部を挟持する。その後、該基台を取り外す。本実施形態では、Ｖ字状の溝を持つ基台の設置および取外しは基台が図中上下に移動することで行われる。（図４参照）

クランプ手段５は、回転手段（被加工物用）（図示せず）によって回転、すなわちクランプ軸１２Ａおよび１２Ｂの軸芯を中心にして回転するので、マスターワークの端面側から見たクランプ軸１２Ａおよび１２Ｂの先端の把持部６Ａおよび６Ｂ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。この調整を前記調整手段により行いながらマスターワークを挟持する。このように加工位置に設置されたマスターワークを用い、該マスターワークの外周面の高さ位置を前記高さ位置検出手段３により測定したあと、該マスターワークはクランプ手段５から取り外される。本実施形態では、マスターワークをクランプ手段５で挟持後、研磨ユニット１に備えられる高さ位置検出手段３によって、マスターワークの外周面高さ位置Ｈ_１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Ｈ_２を測定する。Ｈ_１とＨ_２の差を演算し、Ｈ_１とＨ_２が略同一でない場合は、前記基台を上昇させた後クランプ軸１２Ａおよび１２Ｂ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高さ位置(マスターワークをクランプ手段５で挟持させるための上下方向停止位置)を調整（上昇・または下降）した後、再びマスターワークをクランプ手段５で挟持し、挟持されたマスターワークのＨ_１およびＨ_２が測定される。Ｈ_１とＨ_２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。（図５参照）

マスターワークの芯出し工程が完了後、研磨ユニット１は図１における右方向に移動する。そして、前記基台を上昇させ、前記クランプ軸１２Ａおよび１２Ｂを各々後退させてマスターワークの挟持を解除すると共に基台のＶ字状の溝の上にマスターワークを載置する。その後、マスターワークを被加工物Ｗと交換し、マスターワークの時と同様に芯出し工程を行う。前記芯出し工程が完了したら、該研磨ユニットを図１における左側に移動させる。なお、前記マスターワークの芯出し工程によってマスターワークの外周面高さ位置Ｈが、前記被加工物Ｗの芯出し工程によって被加工物Ｗの外周面高さ位置ｈがそれぞれ制御手段に記憶される。

あらかじめ制御手段に入力された加工条件（研磨手段２の回転速度、被加工物Ｗの回転速度、研磨ユニット１の移送速度、（被加工物Ｗの加工面Ｐに対する）切込み量と、前記外周面高さ位置Ｈ、ｈを基に演算処理を行い、研磨ユニット１を上下方向、すなわち研磨ユニットと加工面Ｐの距離方向に移動させる。

前記加工条件に基づいて研磨手段２、被加工物Ｗを前記制御手段１３によって所定の回転速度にて回転させる。その後、同様に研磨ユニット１を前記制御手段１３によって所定の移動速度にて図１における右側へ移動させる。この移動によって、被加工物Ｗの被加工面Ｐと回転している研磨手段２の先端部は接触し、研磨加工が行われる。前述の通り、研磨手段２は図１の右から左に向かって順に「粗」→「細」の順に並んでいるので、この移動によって、「粗研磨」→「中研磨」→「仕上げ研磨」が行われる。研磨ユニットが所定の位置（最右端）に移動したのち、前記基台が上昇し、その後クランプ手段１２Ａおよび１２Ｂが後退し、該被加工物Ｗの挟持が解除され、該被加工物Ｗを取り出すことで研磨加工が完了する。

複数の被加工物Ｗを加工する場合は、前記基台に新たに被加工物Ｗを設置した後、同様に被加工物のクランプ行程、被加工物の芯出し行程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。（図６、図７参照）

本実施形態では、研磨ユニット１を図中横方向へ移送させたが、被加工物Ｗを移送させてもよいし、研磨ユニット１と被加工物Ｗの双方を移送させてもよい。

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、被加工物の加工面Ｐに対する研磨手段の先端の切り込み量（以降、単に「切り込み量」と記す）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１３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１３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。

入力する加工条件は本実施形態の項目に限られない。たとえば、研磨手段２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１３による演算を組み合わせてもよい。

図２（Ａ）および（Ｂ）は、前記研磨手段２である研磨ブラシの１例を示すもので、砥粒を混合したナイロン等の合成樹脂からなる毛材１０ａを束ねて研磨具１０とし、該研磨具１０の基部を回転手段（研磨具用）２ａに連結し水平回転するようにした研磨具取付プレート１１に着脱自在に取付けて、下端が被加工物Ｗの加工面Ｐに接触回転して研磨を行い、研磨具１０が磨耗したら該研磨具１０を研磨具取付プレート１１から取外し新しい研磨具１０に交換できるものである。なお、研磨手段２である研磨ブラシは、図２に示すものに限るものでなく、砥粒を混合した毛材１０ａからなる研磨具１０を研磨具取付プレート１１に直接取付けて固定し、該研磨具１０が磨耗したら研磨具取付プレート１１共々交換するものでもよいし、研磨具１０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１０ａを、研磨手段２の底部にリング状に植設してもよい(図3(A)参照)。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２が接触する場合など、研磨手段２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１０ｂを研磨手段の底部にリング状に配置してもよい(図3(B)参照)。この場合の弾性体１０ｂ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１０ｂ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。（図３参照。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は共に上図が正面を、下図が底面を表す。）
なお、前記毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度は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。

評価試験
以下に、被加工物Ｗを円柱状の単結晶シリコンブロック（φ１７５ｍｍ×５００ｍｍ）とし、前記被加工物Ｗの表層部を本発明の研磨装置を用いて加工してそ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して研磨効果を評価し、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評価試験結果について述べる。

研磨加工前の前記被加工物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、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。

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低減させた結果について述べる。

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１３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表層部に存在するマイクロクラックの深さおよび外周面の凹凸を大幅に小さくすることができ、その結果、表2に示すように、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Ｒｙ０．７〜１．０（平均：Ｒｙ０．９）、であって、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することができた。 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を２％低減することができた。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。

次に、第２の実施形態にかかる研磨装置のについて説明する。第２の実施形態にかかる研磨装置では、「粗」→「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。

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、研磨手段１０（研磨ブラシ）は前述の「中研磨用」または「仕上げ研磨用」のみで加工を行うことができる。このような場合、研磨の目的に合わせた粒度の砥粒を含有する毛材または弾性体を備えた研磨手段１０を１のみ設置して加工を行う。

また、第１の実施形態における３連の研磨手段２に備えられる毛材または弾性体に含まれる粒度を略同一とすることで、加工時間を短縮することができる。

次に、第3の実施形態にかかる研磨装置について、図８および図９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研磨手段２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。

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２１ａと第２の研磨手段２２ａが配置されている。
第１の研磨手段２１ａと第２の研磨手段２２ａ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２１ａと第２の研磨手段２２ａが互いに干渉しないようにするために、第１の研磨手段２１ａの軸芯と第２の研磨手段２２ａ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８参照） この角度θは、第１の研磨手段２１ａと第２の研磨手段２２ａが互いに干渉しない限り、任意に設定することができるが、角度θを１８０°に設定し、第１の研磨手段２１ａの軸芯と第２の研磨手段２２ａ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２１ａと第２の研磨手段２２ａ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。

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９（図９の右の図は被加工物Ｗを正面から見た図であり、左の図は被加工物Ｗを左側面から見た図である。）に示すように、第１の研磨手段２１ａと第２の研磨手段２２ａを被加工物Ｗの長手方向に２連、あるいは３連として配置することもできる（図９は３連配置の状態を示す）。
この場合、被加工物Ｗの長手方向に沿って左から順に、第１列目の第１の研磨手段２１ａと第２の研磨手段２２ａ、第２列目の第１の研磨手段２１ｂと第２の研磨手段２２ｂ、および第3列目の第１の研磨手段２１ｃと第２の研磨手段２２ｃ、が配置されるようになっている。
その際、それぞれの研磨手段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、研磨手段２１ａと２２ａ、研磨手段２１ｂと２２ｂ、研磨手段２１ｃと２２ｃがそれぞれ略同一、すなわち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、全ての研磨手段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。

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２１ａと第２の研磨手段２２ａの２つの研磨手段を設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、設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。

以上のように、本実施形態および評価試験ではシリコンブロックを研削する場合を例に挙げて説明したが、本発明はシリコンブロック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。

なお、本明細書において、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」の砥粒を含む概念である。

１ 研磨ユニット
２ 研磨手段
２ａ 回転手段（研磨具用）
３ 高さ位置検出手段
５ クランプ手段
６Ａ 把持部（基準位置側）
６Ｂ 把持部（従動側）
１０ 研磨具
１０ａ 毛材
１０ｂ 弾性体
１１ 研磨具取付プレート
１２Ａ クランプ軸（基準位置側）
１２Ｂ クランプ軸（従動側）
１３ 制御手段
１４Ａ 回転手段（被加工物用）（基準位置側）
１４Ｂ 回転手段（被加工物用）（従動側）
Ｗ 被加工物
Ｐ 加工面

Claims (3)

1. 硬脆材料からなる円柱状の被加工物の外周面の表層部を研磨して、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を３μｍ以下にする研磨装置であって、
   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クランプ手段と、
   前記被加工物の外周面に研磨手段の先端が接触回転しながら研磨加工する、（ａ）砥粒を含有した毛材が底部にリング状に複数本植設されている研磨ブラシ、（ｂ）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植設されている研磨ブラシ、（ｃ）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置されている研磨ブラシ、のいずれかであり、前記研磨ブラシ(a)〜(c)は水平回転する研磨手段と、
   前記被加工物に対し前記研磨手段を、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、
   前記演算は、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、または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、もしくはそれらの組み合わせのいずれかを含み、
   前記研磨手段は、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して配置されており、
   前記クランプ手段と、被加工物の設定位置を微調整するための調整手段を有する基台と、前記回転手段および前記高さ位置検出手段によって、前記被加工物の芯出し調整を行うようにしたことを特徴とする研磨装置。
2. 硬脆材料からなる円柱状の被加工物の外周面の表層部を研磨して、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を３μｍ以下にする研磨装置であって、
   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クランプ手段と、
   前記被加工物の外周面に研磨手段の先端が接触回転しながら研磨加工する、（ａ）砥粒を含有した毛材が底部にリング状に複数本植設されている研磨ブラシ、（ｂ）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植設されている研磨ブラシ、（ｃ）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置されている研磨ブラシ、のいずれかであり、前記研磨ブラシ(a)〜(c)は水平回転する研磨手段と、
   前記被加工物に対し前記研磨手段を、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、
   前記演算は、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、または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、もしくはそれらの組み合わせのいずれかを含み、
   前記研磨手段が、被加工物の円形断面の同一面内において配置された第１の研磨手段と第２の研磨手段からなり、第１の研磨手段と第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、第１の研磨手段の軸芯と第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おり、
   前記第１の研磨手段と前記第２の研磨手段とは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であって前記円形断面の同一面内ではその粒度が略同一なる毛材または弾性体を有し、その粒度が異なる毛材または弾性体を有する前記研磨手段が２種類以上選択され、砥粒の粒度が異なる複数の研磨手段が、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して配置されており、
   前記クランプ手段と、被加工物の設定位置を微調整するための調整手段を有する基台と、前記回転手段および前記高さ位置検出手段によって、前記被加工物の芯出し調整を行うようにしたことを特徴とする研磨装置。
3. 前記被加工物は、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１または２に記載の研磨装置。

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