JPH04322965A - 自動円筒研削方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インゴットの円筒研削
、オリエンテーションフラット（本明細書においてはオ
リフラと略称する。）研削及びライフタイム測定用サン
プルを切り出すためのインゴット尾部の段付研削を自動
的に行うことができるようにした自動円筒研削方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置の製造に用いられる
半導体基板は、単結晶育成法、即ちチョクラルスキー法
（ＣＺ法）又は浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）によって作ら
れた丸棒状の単結晶インゴットを芯出しした後に、その
外周を円筒研削盤によって研削形成して所定寸法の直径
に仕上げさらに所定位置にオリフラを切削形成して略円
柱状単結晶インゴットを得、この略円柱状単結晶インゴ
ットをその長軸方向に略直角に、即ち所定の結晶学的方
向に合わせて切断し、切断して得られた略円盤状のもの
の両面をラッピング及びエッチングし、最終的にその片
面をポリッシングして得られる。

【０００３】従来、上記した単結晶インゴットの円筒研
削及びオリフラ研削はそれぞれ単独で行われており、ま
たライフタイムを測定するためのサンプルの切出しも単
独の工程として行われているため、手間がかかり加工効
率のわるいものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術に鑑みて発明されたもので、単結晶インゴットの
円筒研削、オリフラ研削及びライフタイム測定用のサン
プルの切出しのための尾部段付研削を連続してかつ自動
的に行なうことができるようにした自動円筒研削方法及
び装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明の自動円筒研削方法は、（ａ）インゴットを所
定位置にセットする工程と、（ｂ）セットされたインゴ
ットの直径を測定する工程と、（ｃ）このインゴットに
オリフラ研削を行うか否かを判断する工程と、（ｄ）こ
のインゴットの晶癖線位置を検出し記憶する工程と、（
ｅ）このインゴットを円筒研削する工程と、（ｆ）この
研削されたインゴットの直径を測定する工程と、（ｇ）
このインゴットに尾部段付研削を行うか否かを判断する
工程と、（ｈ）このインゴットの尾部の形状を測定する
工程と、（ｉ）このインゴットに尾部段付研削を行う工
程と、（ｊ）このインゴットにオリフラ研削を行うか否
かを再度判断する工程と、（ｋ）このインゴットを晶癖
線記憶位置に位置合わせする工程と、（ｌ）円筒研削さ
れたインゴットの方位をＸ線回折ピークによって確認す
る工程と、（ｍ）このインゴットの角度を調整し、オリ
フラ研削面に一致させる工程と、（ｎ）このインゴット
を研削してオリフラ面を形成する工程と、（ｏ）形成さ
れたオリフラ削りしろを測定する工程と、（ｐ）円筒研
削しかつオリフラ面を形成したインゴットを取り出す工
程とを有し、このインゴットに対して、円筒研削、オリ
フラ研削及び尾部段付研削を行うときには上記（ａ）〜
（ｐ）の工程を行い、オリフラ研削を行わないときには
上記（ｄ）及び（ｋ）〜（ｏ）の工程を省略し、尾部段
付研削を行わないときには上記（ｈ）及び（ｉ）の工程
を省略するようにしたものである。

【０００６】本発明の自動円筒研削装置は、研削情報を
入力する手段と、インゴットのセット及び取り出しを行
う手段と、入力された研削情報に応じてインゴットを回
転停止せしめる手段と、インゴットの直径を測定する手
段と、入力された研削情報を判断する手段と、インゴッ
トの晶癖線位置を検出する手段と、検出されたインゴッ
トの晶癖線位置を記憶する手段と、インゴットの円筒研
削及び尾部段付研削を行う研削手段と、インゴット尾部
形状を測定する手段と、Ｘ線回折ピークによる研削され
たインゴットの方位を確認する手段と、インゴットを研
削してオリフラ面を形成するオリフラ研削手段と、上記
各手段を入力された研削情報に基づいて順次作動せしめ
る指令部とを有し、上記した自動円筒研削方法を実行で
きるようにしたものである。

【０００７】

【作用】本発明において、インゴットの晶癖線を検出し
その位置を基準面としてＸ線回折ピーク（Ｘ線測定）に
よって所定のオリフラ方位面、即ちオリフラ研削加工面
を同定することが必要であるという認識に基づき、それ
ぞれのインゴットのオリフラ研削を自動的に行うことが
可能となった。

【０００８】また、オリフラ研削面の同定において、Ｘ
線回折ピーク位置がそのままオリフラ方位と一致する場
合には、そのままオリフラ研削を行えばよいが、Ｘ線回
折ピーク位置とオリフラ方位とが一致しない場合にはＸ
線測定により検出した位置を基準として指定角度を回転
位置決めすることにより求めるオリフラ方位に一致させ
てからオリフラ研削を行うようにした。

【０００９】上記したＸ線回折ピーク位置をそのままオ
リフラ方位として検出する方法の場合には、検出するオ
リフラ方位に応じてＸ線の入射角θを調整する必要があ
ったが、Ｘ線回折ピーク位置を基準面としてから角度調
整する場合には、入射角θをその都度調整するという面
倒な作業が不要となる利点がある。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は、本発明装置の全体構成の一例を示
すブロック図である。インゴット又はワークＷは、床上
に設置された支持台Ｄ（図６）から内方に向かい合って
延出されたワーク回転軸２，２の先端に設けられたチャ
ック３（図７）によって回転可能に挟持された状態で自
動円筒研削処理を受ける。該ワーク回転軸２はモータ２
Ｍによって回転駆動される。４はインゴット又はワーク
Ｗに対応して設けられる研削ユニットで、円筒研削砥石
ユニット６、オリフラ研削砥石ユニット８及び尾部形状
測定ユニット１０が収納されている。

【００１１】１２は該研削ユニット４に接続されたトラ
バース軸で、該トラバース軸１２が回転することによっ
て該研削ユニット４、即ち円筒研削砥石ユニット６、オ
リフラ研削砥石ユニット８及び尾部形状測定ユニット１
０が左右に移動するように構成されている。該トラバー
ス軸１２はモータ１２Ｍによって回転駆動される。該円
筒研削砥石ユニット６はインゴット又はワークＷの周囲
面を円筒状に研削する手段であり、円筒研削砥石ユニッ
ト６ａから水平に突出する支持軸６ｂ，６ｃの先端にそ
れぞれ取付けられた粗砥石６ｄと精密砥石６ｅとを具備
している。該支持軸６ｂ，６ｃはモータ６Ｍによって回
転駆動される。

【００１２】該オリフラ研削砥石ユニット８は円筒研削
されたインゴット又はワークＷの所定位置にオリフラ研
削を行うもので、オリフラ研削砥石ユニット本体８ａか
ら水平に突出する支持軸８ｂの先端に取付けられたオリ
フラ研削砥石８ｃを具備している。該支持軸８ｂはモー
タ８Ｍによって回転駆動される。これらの円筒研削砥石
ユニット６及びオリフラ研削砥石ユニット８は制御軸１
４に接続されており、この制御軸１４が回転することに
よって該円筒研削砥石ユニット６及びオリフラ研削砥石
ユニット８が上下動し、円筒研削の切込み深さ及びオリ
フラ研削の切込み深さの制御が行われるようになってい
る。該制御軸１４はモータ１４Ｍによって回転駆動され
る。

【００１３】該尾部形状測定ユニット１０は、図２に示
すごとく、下部にロール１６を取りつけた支持軸１８と
、該支持軸１８が上下動可能に取付けられた上部水平板
２０と、該上部水平板２０に対応して該支持軸１８の下
方に取りつけられた下部固定板２２と、該上部水平板２
０と該下部固定板２２との間に介在せしめられ該支持軸
１８と該下部固定板２２とを下方に付勢するバネ等の付
勢手段２４と、該上部水平板２０に設けられた距離検出
センサ２６とを有している。該距離検出センサ２６は該
上部水平板２０と該下部固定板２２との距離を検出する
もので、コントローラＣに電気的に接続されている。 この尾部形状測定ユニット１０は、インゴット又はワー
クＷの尾部Ｗ１に段部３０を形成する段付加工を行うた
めに尾部Ｗ１の形状に応じて研削深さＸを算出する手段
である。

【００１４】この研削深さを算出する場合の具体例を図
２〜図４に基づいて説明する。例えばインゴット又はワ
ークＷの尾部Ｗ１の縁部Ａから水平方向に１０ｃｍ離れ
た位置Ｂまでの長さの段部３０を形成する場合には、該
尾部形状測定ユニット１０のロール１６を最初縁部Ａに
位置せしめ、トラバース軸１２を回転させて該尾部形状
測定ユニット１０を尾部Ｗ１の尾部先端方向へ移動せし
めると、該上部水平板２０はその高さを維持したまま水
平方向に移動する。一方、該支持軸１８と該下部固定板
２２とは水平方向にも移動するが、前記した付勢手段２
４の下方への付勢力によって下方へも動き、即ち図２に
図示するごとく、ロール１６が尾部Ｗ１の斜面にそって
位置Ｂまで斜め下方に移動することとなる。

【００１５】この時の該尾部形状測定ユニット１０の動
きを距離検出センサ２６によって検出してグラフ化した
状態を図３に示す。同図から明らかなごとく、トラバー
ス軸１２の座標上で水平方向に１０ｍｍ距離検出センサ
２６を移動させたとき距離検出センサ２６によって検出
された垂直方向の距離Ｘｍｍ（Ｘ＝Ｘ１　−Ｘ０　：Ｘ
０　は縁部Ａにおける距離検出センサの数値、Ｘ１　は
位置Ｂにおける距離検出センサの数値）が研削深さとな
るものである。図４に示すごとく、尾部Ｗ１の縁部Ａか
ら垂直方向にＸｍｍの深さまで研削すれば長さ１０ｍｍ
の段部３０が形成されるものである。

【００１６】図５において、３２はインゴット又はワー
クＷの直径を測定する直径測定機で、一対の回転軸３４
，３６に移動自在に取りつけられた測定部材３８，４０
を有している。インゴット又はワークＷの直径を測定す
るには、該測定部材３８，４０がインゴット又はワーク
Ｗの周側面に接触するまで回転軸３４，３６を回転させ
、該測定部材３８，４０の位置割り出しと該測定部材３
８，４０の接触停止の間隔を検知することによって行う
。該回転軸３４及び３６はモータ３４Ｍ及び３６Ｍによ
って回転駆動される。

【００１７】４２はＸ線ユニットで、図６に示すごとく
、支持台Ｄの側方に設置されたスライドテーブル４４上
に設置されている。該スライドテーブル４４はモータ４
２Ｍの駆動に応じてインゴット又はワークＷの軸直角方
向に移動可能とされている。該Ｘ線ユニット４２には円
弧状のゴニオステージ４６が設けられている。該ゴニオ
ステージ４６にはＸ線発生器４８とＸ線検出器５０が移
動可能に取付けられており、これらＸ線発生器４８とＸ
線検出器５０はその取付位置が任意に調整可能である。

【００１８】このＸ線ユニット４２を用いて、オリフラ
方位が検出される。即ち、インゴット又はワークＷを所
定の方向に微速度で回転しつつ、上記Ｘ線発生器４８か
らインゴット又はワークＷ表面に向かって入射角θ（本
実施例の場合、２３．６５°）で照射されるＸ線は、イ
ンゴット又はワークＷの結晶格子面がＸ線入射角θに等
しく一致した場合にのみＸ線は回折を起こし、Ｘ線検出
器５０によって検出される。そして、Ｘ線検出器５０に
よって検出されるＸ線回折ピークの位置を見出し、その
位置が見出されればインゴット又はワークＷの回転を停
止する。このとき、例えば引上げ方位が＜１１１＞のイ
ンゴットの場合で（１１０）面にオリフラ面を形成する
場合には、インゴットＷのＸ線回折ピーク位置が求める
オリフラ方位上の点に一致するため、その位置でオリフ
ラ研削を行えば所要のオリフラ面が得られる。

【００１９】このようにＸ線回折ピーク位置がそのまま
オリフラ方位と一致する場合には、おのままオリフラ研
削を行えばよいが、Ｘ線回折ピーク位置とオリフラ方位
とが一致しない場合もあり、その場合にはＸ線測定によ
り検出した位置を基準として指定角度を回転位置決めす
ることにより求めるオリフラ方位に一致させることが必
要である。例えば、引上げ方位が＜１００＞のインゴッ
トの場合で（１００）面にオリフラ面を形成する場合に
は、インゴットＷのＸ線回折ピーク位置から４５°回転
させた位置が求めるオリフラ方位上の点に一致し、この
位置でオリフラ研削を行えば所要のオリフラ面が得られ
る。上記したＸ線回折ピーク位置をそのままオリフラ方
位として検出する方法の場合には、検出するオリフラ方
位に応じてＸ線の入射角を調整する必要があった。例え
ば、上記の例の引上げ方位が＜１００＞のインゴットの
場合で（１００）面にオリフラ面を形成する場合には、
入射角θを３４．５６°とする必要があった。しかし、
この方法によれば、入射角θは２３．６°と固定してお
き、基準面を検出した後、インゴットを再度回転させて
オリフラ研削面に角度調整すればよいもので、入射角θ
をその都度調整するという面倒な作業が不要となる利点
がある。また、上記例の引上げ方位が＜１００＞のイン
ゴットの場合で（１１０）面にオリフラ面を形成する場
合には角度調整は不要であるから、調整角度は０°と考
えればよい。

【００２０】図６において、５２はインゴット又はワー
クＷとの距離を検出するための位置センサで、Ｘ線ユニ
ット４２のインゴット又はワークＷの軸中心高さ位置に
取りつけられている。

【００２１】該Ｘ線ユニット４２のＸ線検出器５０には
、図７に示すように晶癖線検出センサ５４が一体的に設
けられている。この晶癖線検出センサ５４は光センサの
一種で、インゴット表面に光を照射し、表面で反射した
光を受けることによって、図８に示すようにインゴット
表面の晶癖線Ｌの有無を検出する。

【００２２】Ｃは、上記した各機器の制御を行うコント
ローラで、モータ２Ｍ、１２Ｍ、１４Ｍ、３４Ｍ、３６
Ｍ、４２Ｍ及び距離検出センサ２６と電気的に接続され
ている。Ｓはシーケンス制御を行うためのシーケンサで
ある。Ｐは自動研削装置へ自動研削に必要な情報を入力
するための操作盤である。この操作盤Ｐから入力される
情報としては、研削直径指令値、結晶方位コード、オリ
フラ研削の有無、尾部段付加工の有無、オリフラ研削を
行う場合のオリフラ研削面角度、オリフラ研削深さ、等
である。

【００２３】次に、上述した構成を有する自動円筒研削
装置を用いて、本発明の自動円筒研削方法を実施する手
順について図９に示したフローチャートに従って説明す
る。

【００２４】まず、図示しない単結晶引上装置によって
引き上げられた単結晶インゴット又はワークＷを自動円
筒研削を行うための上記した各種の研削情報、即ち研削
直径指令値、結晶方位コード、オリフラ研削の有無、尾
部段付加工の有無、オリフラ研削を行う場合のオリフラ
研削面角度、オリフラ研削深さを操作盤Ｐから入力する
。

【００２５】最初に、引き上げられた単結晶インゴット
Ｗについて、円筒研削、尾部段付加工及びオリフラ研削
を行う場合について述べる。

【００２６】上記インゴット又はワークＷがチャック３
（図７）を介してワーク回転軸２によってその両端が支
持される（図１）と、該インゴット又はワークＷは水平
かつ回転自在にセットされ（ステップ１００）、ついで
その直径が直径測定機３２によって測定される（ステッ
プ１０１）。

【００２７】操作盤Ｐから入力された研削情報からオリ
フラ研削の有無を判断し（ステップ１０２）、本例の場
合はオリフラ研削有であるから、続いてインゴット又は
ワークＷの回転が開始され、晶癖線検出センサ５４によ
って晶癖線Ｌの位置が検出され、その位置がコントロー
ラＣに記憶される（ステップ１０３）。与えられた研削
直径指令値に応じて研削深さが設定され、この指令に応
じて円筒研削砥石ユニット６が円筒研削を行う（ステッ
プ１０４）。円筒研削が完了すると回転が停止されその
直径が直径測定機３２によって再び測定される（ステッ
プ１０５）。

【００２８】入力された研削情報から尾部段付加工の有
無を判断し（ステップ１０６）、本例の場合は尾部段付
加工有であるから、尾部形状測定ユニット１０によって
尾部Ｗ１の形状を測定し（ステップ１０７）、円筒研削
砥石ユニット６を用いて所定の尾部段付研削を行う（ス
テップ１０８）。操作盤Ｐから入力された研削情報から
オリフラ研削の有無を再び判断し（ステップ１０９）、
本例の場合はオリフラ研削有であるから、ワーク回転軸
２を回転させて、ステップ１０３で記憶された晶癖線位
置にインゴットＷの位置を合わせる（ステップ１１０）
。インゴットＷを微速回転させつつ、インゴット側面の
Ｘ線回折ピークをＸ線検出器５０によって検出する（ス
テップ１１１）。

【００２９】操作盤Ｐから入力されたオリフラ方位の情
報に応じて、オリフラ研削面にインゴットＷの角度（所
定の角度インゴットを回転させる。回転が不要なときは
角度０）を調整し（ステップ１１２）た後、、オリフラ
研削砥石ユニット８を用いてオリフラ研削を行う（ステ
ップ１１３）。オリフラ研削の削りしろを直径測定機３
２によって測定する（ステップ１１４）。

【００３０】インゴット又はワークＷをワーク回転軸２
から取り出して円筒研削作業を終了する（ステップ１１
５）。

【００３１】さらに、単結晶インゴットＷについて、尾
部段付加工及びオリフラ研削を行わない場合について述
べる。同様に、インゴットＷをセットし（ステップ１０
０）、ついでその直径を測定する（ステップ１０１）。

【００３２】操作盤Ｐから入力された研削情報からオリ
フラ研削の有無を判断し（ステップ１０２）、本例の場
合はオリフラ研削無であるから、ステップ１０３を省略
して、円筒研削を行う（ステップ１０４）。円筒研削が
完了するとその直径を再び測定する（ステップ１０５）
。入力された研削情報から尾部段付加工の有無を判断し
（ステップ１０６）、本例の場合は尾部段付加工無であ
るから、ステップ１０７及びステップ１０８を省略する
。

【００３３】操作盤Ｐから入力された研削情報からオリ
フラ研削の有無を再び判断し（ステップ１０９）、本例
の場合はオリフラ研削無であるから、インゴット又はワ
ークＷをワーク回転軸２から取り出して円筒研削作業を
終了する（ステップ１１５）。

【００３４】なお、単結晶インゴット又はワークＷに対
して尾部段付加工及びオリフラ研削のいずれか一方を行
う場合についてもそれぞれの作業手順に従って自動的に
行われるものであるが、それらの作業手順についての説
明は重複を避けるため省略する。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、単
結晶インゴットに対して、その円筒研削、オリフラ研削
及びライフタイム測定用のサンプルの切出しのための尾
部段付研削を連続してかつ自動的に行なうことがき、ま
たオリフラ研削又は尾部段付研削の省略も自在に行うこ
とが可能であるという大きな効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例を示すブロック図的説明
図である。

【図２】インゴットの尾部形状測定ユニットの一例を示
す概略説明図である。

【図３】距離検出センサからの距離情報の一例を示すグ
ラフである。

【図４】尾部段付研削を行ったときの一例を示す説明図
である。

【図５】直径測定器の一例を示す概略説明図である。

【図６】本発明装置の一実施例を示す概略側面図である
。

【図７】本発明装置のＸ線ユニットの一例を示す説明図
である。

【図８】単結晶インゴットの部分斜視図である。

【図９】本発明方法の実施手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

２　　ワーク回転軸 ３　　チャック ６　　円筒研削砥石ユニット ８　　オリフラ研削砥石ユニット １０　　尾部形状測定ユニット ３２　　直径測定機 ４２　　Ｘ線ユニット Ｐ　　操作盤 Ｓ　　シーケンサ Ｃ　　コントローラ Ｗ　　単結晶インゴット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（ａ）インゴットを所定位置にセット
   する工程と、（ｂ）セットされたインゴットの直径を測
   定する工程と、（ｃ）このインゴットにオリフラ研削を
   行うか否かを判断する工程と、（ｄ）このインゴットの
   晶癖線位置を検出し記憶する工程と、（ｅ）このインゴ
   ットを円筒研削する工程と、（ｆ）この研削されたイン
   ゴットの直径を測定する工程と、（ｇ）このインゴット
   に尾部段付研削を行うか否かを判断する工程と、（ｈ）
   このインゴットの尾部の形状を測定する工程と、（ｉ）
   このインゴットに尾部段付研削を行う工程と、（ｊ）こ
   のインゴットにオリフラ研削を行うか否かを再度判断す
   る工程と、（ｋ）このインゴットを晶癖線記憶位置に位
   置合わせする工程と、（ｌ）円筒研削されたインゴット
   の方位をＸ線回折ピークによって確認する工程と、（ｍ
   ）このインゴットの角度を調整し、オリフラ研削面に一
   致させる工程と、（ｎ）このインゴットを研削してオリ
   フラ面を形成する工程と、（ｏ）形成されたオリフラ削
   りしろを測定する工程と、（ｐ）円筒研削しかつオリフ
   ラ面を形成したインゴットを取り出す工程とを有し、入
   力された研削情報に基づいて、このインゴットに対して
   、円筒研削、オリフラ研削及び尾部段付研削を行うとき
   には上記（ａ）〜（ｐ）の工程を行い、オリフラ研削を
   行わないときには上記（ｄ）及び（ｋ）〜（ｏ）の工程
   を省略し、尾部段付研削を行わないときには上記（ｈ）
   及び（ｉ）の工程を省略するようにしたことを特徴とす
   る自動円筒研削方法。
2. 【請求項２】　　研削情報を入力する手段と、インゴッ
   トのセット及び取り出しを行う手段と、入力された研削
   情報に応じてインゴットを回転停止せしめる手段と、イ
   ンゴットの直径を測定する手段と、入力された研削情報
   を判断する手段と、インゴットの晶癖線位置を検出する
   手段と、検出されたインゴットの晶癖線位置を記憶する
   手段と、インゴットの円筒研削及び尾部段付研削を行う
   研削手段と、インゴット尾部形状を測定する手段と、Ｘ
   線回折ピークによる研削されたインゴットの方位を確認
   する手段と、インゴットを研削してオリフラ面を形成す
   るオリフラ研削手段と、上記各手段を入力された研削情
   報に基づいて順次作動せしめる指令部とを有し、請求項
   １記載の研削工程を自動的に実行できるようにしたとを
   特徴とする自動円筒研削装置。