专利名称：多棱柱状部件的研磨装置及其研磨方法
技术领域：
本发明涉及研磨装置，用于对由硬脆材料形成的多棱柱状被研磨加工物的各个平面(以下称为“平面部”)以及由该两个平面相交形成的棱角(以下称为“棱角部”)的表层进行磨削。
背景技术：
在成为本发明的研磨对象的由硬脆材料形成的多棱柱状部件中，有一种是作为原材料而用于被钢丝锯切片加工成硅片的四棱柱状硅块，该硅块是通过用带锯或钢丝锯对由单晶材料或多晶材料形成的硅锭切割而形成四棱柱状，当对于上述切割后的外形尺寸精度要求高时，要对硅块的表层面进行磨削处理。对于由单晶材料构成的硅块，是用带锯或钢丝锯对通过拉晶法制造成形为圆柱形状的硅锭的圆柱表层部沿圆柱的轴向切除，从而形成各个面大致相互垂直的4个平面部， 并且在2个平面部之间残留上述圆柱表层部的一部分，形成4个带圆弧面(R面)的棱角部后，根据需要对上述4个平面部实施平面磨削或对上述4个棱角部实施外圆磨削。而对于由多晶材料构成的硅块，是用带锯或钢丝锯对通过使熔融原料流入成型模而成形为立方体的硅锭的6个面的表层部实施切除，然后再切割成四棱柱形状，从而形成由4个面构成的平面部，并且对由2个平面相交形成的4个棱角部进行微小的倒角加工(C 面)。而当对于上述切割面的外形尺寸的精度要求高时，要实施与上述相同的磨削处理。用上述方法切割成形的单晶硅块以及多晶硅块是在以下工序中利用钢丝锯进行切片加工而作成硅片，但如果在前者的单晶硅块的4个平面部以及成为圆弧面(R面)的4 个棱角部的表层部存在微裂纹或微小凹凸，则切片加工时作成的硅片上容易发生裂纹或豁口，为此，专利文献1公开了一种研磨方法，采用混有金刚石磨粒(#800)的尼龙树脂刷作为研磨机构进行研磨，从表面研磨除去50 100 μ m以上、200 μ m以下的表层部，从而除去存在于上述4个平面部及4个棱角部的微小凹凸(以及微裂纹)，且使研磨前的表面粗糙度 RylO 20 μ m平坦化为3 4 μ m，并提高硅片的产品合格率。而后者的棱角部为直角形状且实施了微小C面倒角加工的多晶硅块也同样，如果在其表层部存在微裂纹或微小凹凸，则通过切片加工而作成的硅片上容易发生裂纹或豁口，为此，专利文献2公开了一种研磨方法，设置粗研磨用和精研磨用的旋转刷作为研磨机构，该旋转刷能够从斜上方对支承在使硅片的2个平面部向上的V字形支承部而输送来的上述硅块的2个平面部同时进行研磨，能够研磨除去存在于4个平面部的微小凹凸而使之平坦化，并提高硅片的产品合格率。专利文献1 日本发明专利第4133935号公报专利文献2 日本发明专利第3405411号公报用上述方法制造的硅块有时在制造过程中会在其平面部和棱角部的表层部发生表面粗糙度为RylO 20ym(JISB0601 :1994)的凹凸和从表层面起深度达80 100 μ m的微裂纹。而如果将这样的硅块用钢丝锯进行切片加工，则如上所述，会制造出有裂纹或豁口的不合格硅片，因此要求开发一种研磨装置，该研磨装置能在切片加工前缩短研磨加工时间，具有(1)能够从上述硅块的表层部研磨除去100 μ m左右的深度、从而能够除去微裂纹的高度研磨能力，(2)能够将RylO 20 μ m的表面粗糙度研磨成几μ m以下的精细研磨能力，且能够降低制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研磨装置及其研磨方法，既能够满足上述要求，又能用1台装置对作为被研磨加工物的多棱柱状硅块(硬脆材料)的平面部及棱角部进行研磨加工。为了解决上述问题而研发的本发明的第1方案是一种多棱柱状部件的研磨装置， 用于对被研磨加工物(W)的形状为多棱柱状的各平面部及各棱角部进行研磨，其具备基台G)，该基台(4)能够以使该被研磨加工物(W)的各平面部中的1个平面部或各棱角部中的1个棱角部的任一个作为要研磨的加工面(P)而呈水平向上状态的方式载置该被研磨加工物(W)；夹紧机构(5)，该夹紧机构(5)由前端安装有把持部(6A)、(6B)、能够前后移动的夹紧轴(12A)、(12B)构成，在对上述被研磨加工物(W)进行研磨加工时，上述把持部(6A)、 (6B)夹紧上述被研磨加工物(W)的两个端面，在研磨结束后，上述把持部(M)、(6B)解除上述夹持状态；研磨单元(1)，该研磨单元(1)用于在对上述被研磨加工物(W)进行研磨加工时移送研磨机构0)，研磨具(10)的前端一边旋转接触上述加工面(P) —边进行研磨加工；和高度位置检测装置(3)，该高度位置检测装置( 在研磨加工前检测上述被研磨加工物(W)的加工面(P)的高度位置并将该高度位置检测信号存储到控制装置(13)，上述控制装置(13)根据上述高度位置检测信号对上述研磨机构(2)的研磨具(10)的前端的切入量进行运算处理后进行研磨加工。这里所述的“水平向上”是指以加工面作为基准面(下方向)°上述的“运算处理”是指根据研磨开始前由作业员向控制装置(13)输入的“研磨机构O)的磨材的粒度”、“被研磨加工物(W)在先前工序中的切割条件”、“被研磨加工物 (W)的研磨加工部位(平面部或棱角部)”这些研磨加工条件，以及基于上述高度位置检测装置(3)的高度位置检测信号而自动设定“研磨机构(2)的研磨具(10)的前端对于被研磨加工物(W)的加工面(P)的切入量”，还是指根据上述“被研磨加工物(W)的研磨加工部位 (平面部或棱角部)”的输入而自动设定“研磨单元(1)的移送速度”。本发明第2方案的多棱柱状部件的研磨装置是在第1方案的基础上还具备旋转机构14(A)、14 (B)，该旋转机构14(A)、14 (B)能够选择间歇旋转或连续旋转的任一个使两个端面被上述把持部(6A)、(6B)夹持的被研磨加工物(W)以夹紧轴(12A)、(12B)的轴心为中心进行旋转，所述间歇旋转是被设定预定的旋转角度并且以使被研磨加工物(W)的加工面 (P)向上的方式进行旋转，所述连续旋转是被设定旋转速度并且进行旋转；和升降装置，该升降装置用于使上述基台(4)升降，上述研磨装置在进行研磨加工前在上述控制装置(13) 中设定要研磨加工的被研磨加工物(W)的多棱柱形状的角数、以及选择作为该被研磨加工物(W)的上述棱角部的研磨加工条件亦即由上述旋转机构(14A)、(14B)进行的间歇旋转或连续旋转的任一个。所谓上述夹紧轴(12A)、(12B)的“间歇旋转”，是在要对被研磨加工物(W)的各棱角部及各平面部的加工面(P)按照每次1个加工面(P)进行研磨时选择设定的研磨形式， 即，在研磨加工开始前将旋转机构(14A)、(14B)的夹紧轴(12A)、(12B)的研磨形式选择设定为“间歇旋转”，且将被研磨加工物(W)的多棱柱形状的角数输入控制装置(13)，由此对上述旋转机构(14A)、(14B)的旋转角度进行运算处理，然后每当对1个加工面(P)的研磨结束时，旋转机构(14A)、(14B)的夹紧轴(12A)、(12B)便旋转后停止，使被研磨加工物(W) 的下一个加工面(P)呈向上状态，这种研磨形式适用于对该被研磨加工物(W)的形状如同由多晶构成的硅块那样多个平面部和该2个平面部相交形成的棱角部的截面形状为角形的多棱柱状部件进行研磨加工的情况。此外，所谓上述夹紧轴(12A)、(12B)的“连续旋转”，是在被研磨加工物(W)的形状如同由单晶构成的硅块那样由多个面构成的平面部和该2个平面部相交形成的棱角部的截面形状为圆弧形、要对这样的棱角部进行研磨加工时选择设定的研磨形式，即，在研磨加工开始前将旋转机构(14A)、(14B)的夹紧轴(12A)、(12B)的研磨形式选择设定为“连续旋转”，且将其“旋转速度”输入控制装置(13)，由此使被研磨加工物(W)以夹紧轴(12A)、 (12B)的轴心为中心进行连续旋转，从而同时对该各棱角部进行研磨加工。另外，对该被研磨加工物(W)的各平面部的研磨加工是通过上述“间歇旋转”的研磨形式进行研磨加工。本发明第3方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第1或第2方案的基础上，研磨机构( 是含有磨粒的毛状材料，且是将多根该毛状材料呈环状地植入设置在该研磨机构的底部的构造。本发明第4方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第1或第2方案的基础上，研磨装置(2)是研磨刷，在该研磨刷中，将含有磨粒的多根毛状材料捆束后形成的多个研磨具(10)的基部植入设置在转盘上。此外，本发明第5方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第1或第2方案的基础上，研磨装置( 是研磨刷，该研磨刷将多个含有磨粒且相互缠绕的纤维状弹性体植入设置在该研磨机构的底部。本发明第6方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第3至第5方案中任一个方案的基础上，将多个研磨机构O)以各研磨机构O)的下端呈大致水平状态，即，各研磨机构O)的下端与加工面大致平行的方式连接。本发明第7方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第3至第5方案中任一个方案的基础上，在上述多棱柱状部件的至少2个以上的不同面上配置研磨机构(2)。本发明第8方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第3至第5方案中任一个方案的基础上，在上述多棱柱状部件的至少2个以上的不同面上以各研磨机构O)的下端呈大致水平状态，即，各研磨机构O)的下端与加工面大致平行的方式分别配置多个研磨机构(2)。本发明第9方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第6或第8方案的基础上，混合在毛状材料中的磨粒的粒度为F180 #2000(JISR6001 :1998)，选择2种以上该粒度不同的研磨机构O)，且将该研磨机构(2)连续设置，使该研磨机构(2)能够按其粒度从 “粗”到“细”的顺序进行研磨加工。本发明第10方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第6或第8方案的基础上，混合在毛状材料中的磨粒的粒度为F180 #2000，选择该粒度大致相同的研磨机构，且连接该研磨机构。本发明第11方案的多棱柱状部件的研磨装置是在本发明第1至第10方案中任一个方案的基础上，在用于在基台(4)上载置被研磨加工物(W)的承接部件(7)上形成有V 字形切口(8)，且在该V字形切口(8)上形成有L字形切口(9)，在对上述被研磨加工物(W) 的任一个棱角部进行研磨时，上述V字形切口(8)与该棱角部下侧的平面部接触，从而将上述被研磨加工物(W)载置成该一个棱角部呈水平向上的状态，在对上述被研磨加工物(W) 的各平面部中的任一个平面部进行研磨时，上述L字形切口(9)能够卡止该平面部下侧的棱角部，从而将上述被研磨加工物(W)载置成该一个平面部呈向上的状态。本发明第12方案的多棱柱状部件，利用本发明第1至第11方案中任一个方案记载的多棱柱状部件的研磨装置从被加工物的表层除去存在于100 μ m以内的微裂纹、且研磨加工面的表面粗糙度Ry(JISB0601 :1994)为3μπι以下。本发明第13方案是在第12方案的基础上，多棱柱状部件是硅块或陶瓷。本发明第14方案是一种多棱柱状部件的研磨方法，是在第1方案记载的多棱柱状部件的研磨装置中，在载置于基台(4)上的被研磨加工物(W)的多个加工面(P)中的各加工面(P)的研磨完毕时，作业员通过手动方式将上述夹紧机构(5)的夹紧轴(12Α)、(12Β) 后退而解除把持部(M)、(6Β)的夹紧状态的上述被研磨加工物(W)反转成下一个加工面 (P)呈水平向上的状态，然后上述夹紧机构(5)的夹紧轴(12Α)、(12Β)前进，使一方的夹紧轴(12Α)的把持部(6Α)到达被研磨加工物(W)的基准端面位置后停止，而另一方的夹紧轴 (12Β)继续前进，使其把持部(6Β)推压被研磨加工物(W)的另一端面而将其夹持，并对上述设定的下一个加工面(P)进行研磨加工，将对全部加工面(P)进行研磨加工的顺序设为在对各棱角部的研磨结束后进行各平面部的研磨加工。本发明第15方案是一种多棱柱状部件的研磨方法，是在第2方案记载的多棱柱状部件的研磨装置中，在载置于基台(4)上的被研磨加工物(W)的两个端面被夹紧机构(5) 的把持部(M)、(6Β)夹紧的状态下，使上述基台(4)下降而离开被研磨加工物(W)，利用间歇研磨或连续研磨的任一个的方法对被研磨加工物(W)的各棱角部进行研磨，在利用上述间歇研磨的方法时，使已被设定了预定旋转角度的上述旋转机构(14Α)、(14Β)旋转，以对于每一个棱角部使研磨面(P)向上的方式定位后进行研磨，在利用上述连续研磨的方法时，使已被设定了旋转速度的上述旋转机构(14Α)、(14Β)旋转，对各棱角部同时进行研磨， 当利用上述间歇研磨或上述连续研磨的任一个的方法将全部棱角部研磨加工完毕后，使已被设定了一定旋转角度的上述旋转机构(14Α)、(14Β)旋转，对于每一个平面部进行研磨加工进而进行全部平面部的研磨加工。本发明第16方案的多棱柱状部件的研磨方法是在第6或第8方案记载的多棱柱状部件的研磨装置中，混合在毛状材料中的磨粒的粒度为F180 #2000，选择2种以上该粒度不同的研磨机构O)，且将该研磨机构(2)连续设置，使该研磨机构O)能够按其粒度从 “粗”到“细”的顺序进行研磨加工。本发明第17方案的多棱柱状部件的研磨方法是在第6或第8方案记载的多棱柱状部件的研磨装置中，混合在上述毛状材料中的磨粒的粒度为F180 #2000，选择该粒度大致相同的研磨机构(2)，且将该研磨机构连接后进行研磨。发明效果
根据上述第1方案的发明，a)研磨开始前，将“研磨加工成品的标准片 (masterwork:样件)“载置在基台⑷上后设定研磨机构2的研磨具10(研磨刷)的前端开始研磨加工的高度位置，然后，b)取下上述基台(4)上的研磨加工成品的标准片，且将被研磨加工物(W)以其加工面(P)向上的方式载置，c)将“研磨机构O)的磨材的粒度”、 “被研磨加工物(W)在先前工序中的切割条件”、“被研磨加工物(W)的研磨加工部位(平面部或棱角部)”这些研磨加工条件输入控制装置(13)，然后一旦开始研磨，夹紧机构(5)的把持部(M)、(6B)便夹持被研磨加工物(W)的两个端面而将其固定在基台(4)上，例如即使被研磨加工物(W)在先前工序的切割后的外形尺寸有误差而导致偏离标准值，由于研磨机构⑵的研磨具(10)的前端的“对于被研磨加工物(W)的加工面(P)的切入量”是根据上述高度位置检测装置(3)的高度位置检测信号而被运算处理，且在研磨加工前被自动设定，因此仍能够实现最佳的研磨加工。一旦研磨加工结束，夹持着该被研磨加工物(W)的两个端面的上述夹紧机构(5)的把持部(M)、(6B)便被自动解除，因此能够在作业员通过手动方式将载置在基台(4)上的被研磨加工物(W)反转成下一个加工面(P)向上的状态后使夹紧机构(5)的把持部(M)、(6B)动作而将被研磨加工物(W)的两个端面夹持固定，从而能够对下一个加工面(P)进行研磨加工。在上述一系列的研磨工序中，对于被研磨加工物(W)的加工面(P)的设定是通过作业员的手动操作来进行的，但研磨机构O)的研磨具(10)的前端对于被研磨加工物(W) 的切入量、以及以预定的旋转速度与被研磨加工物(W)的加工面(P)旋转接触而进行研磨加工的动作却是自动控制的，因此能够实现最佳的研磨加工且提高生产效率。根据第2方案的发明，是在上述被研磨加工物(W)被夹紧机构( 的把持部(M)、 (6B)夹持的状态下使基台(4)下降而离开被研磨加工物(W)，然后上述旋转机构(14A)、 (14B)使该被研磨加工物(W)以夹紧轴(12A)、(12B)为中心而按预定角度作间歇旋转，使下一个要研磨的加工面(P)被设定成水平向上的状态。此刻，上述基台(4)上升，成为将被研磨加工物(W)再次载置固定的状态，研磨机构O)的研磨具(10) —边与被研磨加工物(W) 旋转接触一边被移送而进行研磨加工。在进行上述一系列的研磨加工时，无须作业员的手动作业，能够用全自动方式按照每一个加工面(P)依次进行被研磨加工物(W)的各棱角部和各平面部的研磨加工。在如上述那样将由单晶构成的作为被研磨加工物(W)的硅块的加工面⑵向上停止、且以每次研磨一面的方式对各棱角部进行研磨加工时，有时棱角部与平面部间的接合部位的截面形状会使研磨具(10)的前端的接触不充分，从而不能除去存在于该接合部位的微裂纹或使其表面粗糙度细微化，而若采用使上述旋转机构(14A)、(14B)连续旋转、以使作为被研磨加工物(W)的硅块以柱轴为中心旋转而进行研磨加工的方法，则研磨具(10) 的前端就能充分地接触并按压上述棱角部的圆弧面(R面)以及该棱角部与平面部间的接合部，从而能够进行均勻的研磨，能够容易地除去存在于上述接合部位的微裂纹并使其表面粗糙度细微化。而在如上述那样使被研磨加工物(W)连续旋转从而对各棱角部同时进行研磨加工时，由于要以夹紧机构(5)的夹紧轴(12A)、(12B)的轴心为中心旋转，因此为了对各棱角部进行均勻研磨，必须对于从该被研磨加工物(W)的端面侧观察的夹紧轴(12A)、(12B)前端的把持部(6A)、(6B)的夹紧位置作定心调节。
在将被研磨加工物(W)以其1个棱角部向上的状态载置在基台⑷上且使上述夹紧机构(5)的夹紧轴(12A)、(12B)分别前进、从而用把持部(6A)、(6B)夹持被研磨加工物 (W)的两个端面时，关于从被研磨加工物(W)的端面侧看的夹持位置，其水平方向已被基台 (4)上的承接部件(7)上所设的V字形切口(8)作了定心调节，但关于上下方向，如果在先前工序中将硅锭切割后形成的作为被研磨加工物(W)的硅块的外形尺寸有误差，则会产生相当于该误差量的1/2的偏差，因此要进行定心调节。上述上下方向的定心调节的方法可以如下进行使上述高度位置检测装置(3)动作，以测定向上载置在基台(4)上的被研磨加工物(W)的棱角部的高度(Hl)，然后使上述基台⑷下降而离开被研磨加工物(W)，且使旋转机构(14A)、(14B)旋转180度，以使被研磨加工物(W)的上述向下的棱角部成为向上状态并测定其高度(H2)，且将其测定结果存储到控制装置(13)中，且将相当于两个高度之差的1/2(= (Hl-H2)/2)的高度作为上下方向的定心调节量来进行运算处理。然后使基台(4)上升，使被研磨加工物(W)的下面被支承在承接部件(7)上所设的V字形切口(8)上，且使上述夹紧机构(5)的夹紧轴(12A)、(12B)后退，以使被前端的把持部(6A)、(6B)夹持的被研磨加工物(W)的两个端面呈开放状态，然后上述基台(4)按照与经过上述运算处理的上下方向的定心调节量相当的量移动，且上述夹紧机构(5)的夹紧轴(12A)、(12B)前进，使前端的把持部(6A)、(6B)夹持被研磨加工物(W)的两个端面，从而完成上下方向的定心调节。根据第3方案的发明，与譬如用研磨石等的研磨方法相比，毛状材料具有柔软性， 因此能够抑制被研磨加工物(W)因研磨而导致的受损风险。而且毛状材料含有磨粒，因此能够确保充分的研磨力。根据第4方案的发明，通过对植入设置有研磨具(10)的转盘在上下方向的位置进行任意设定，能够调节从研磨刷的底部露出的毛状材料的长度。即，通过根据毛状材料的磨损程度使转盘的位置向下方移动，能够使露出的毛状材料的长度始终保持固定。根据第5方案的发明，通过使含有磨粒且相互缠绕的弹性体相互缠绕，使这些集合体的内部包含空气，在用植入设置有这些弹性体的研磨刷对被加工物进行加工时，其中包含的空气层发挥缓冲材料的作用。从而能够减轻被研磨加工物(W)因与该研磨刷接触而受损的风险。根据第6方案的发明，能够根据被研磨加工物(W)的种类或目的选择适宜的研磨机构(2)进行研磨加工。根据第7方案的发明，通过在被研磨加工物(W)的至少2个以上的不同面上配置研磨机构O)，能够同时进行2个面以上的加工。根据第8方案的发明，能够针对设置在被研磨加工物(W)的至少2个以上不同面上的各个研磨机构(2)而根据被研磨加工物(W)的种类或目的选择适宜的研磨机构(2)进行加工。根据第9方案的发明，能够利用磨粒的粒度“粗”的研磨机构(2)来提高研磨力而增加研磨量，从而容易地除去存在于被研磨加工物(W)的表层部的微裂纹，且能够利用磨粒的粒度“细”的研磨机构⑵来除去经过上述“粗”研磨机构⑵的研磨加工后的粗糙表面上的凹凸，使表面粗糙度细微化，并避免在后续工序中发生裂纹或豁口。
根据第10方案的发明，在将多个研磨机构(2)连接后，植入设置在各研磨机构(2) 上的毛状材料中所含的磨粒的粒度大致相同，因此能够缩短被研磨加工物(W)的研磨加工时间。根据第11方案的发明，在要对被研磨加工物(W)的棱角部进行研磨时，在将该被研磨加工物(W)载置成一个棱角部水平向上的状态时，设在基台(4)的承接部件(7)上的 V字形切口(8)、(8)能够可靠地载置固定该被研磨加工物(W)的下侧的平面部，在要对被研磨加工物(W)的平面部进行研磨时，在将该被研磨加工物(W)载置成一个平面部水平向上的状态时，设在基台的承接部件(7)上的L字形切口(9)、(9)能够可靠地载置固定该被研磨加工物(W)的下侧的棱角。根据第12方案的发明，通过使用第1至第8方案及第16方案中任一个发明的研磨装置，能够得到从表层除去100 μ m的微裂纹、且表面粗糙度Ry为3 μ m以下的多棱柱状部件。根据第13方案的发明，通过使用第1至第11方案中任一个发明的研磨装置，作为从表层除去100 μ m的微裂纹、且表面粗糙度Ry为3 μ m以下的多棱柱状部件，能够采用硅块或陶瓷这类硬脆材料。根据第14方案的发明，如上述第1方案的发明效果中记载，对于被研磨加工物(W) 的加工面(P)的设定通过作业员的手动方式进行，而对于研磨机构O)的切入量的设定及其动作则是自动控制，因此即使更换作业员也不会降低加工精度和生产效率，对其研磨加工的顺序设定为在对各棱角部的研磨加工结束后对各平面部进行研磨加工，由此能够将各棱角部与平面部间的接合的连接部位研磨成“平缓的形状”，能够容易地除去存在于表层部的微裂纹和表面凹凸。根据第15方案的发明，针对在上述第1方案的发明中由作业员进行的对被研磨加工物(W)的各加工面(P)的设定而设置旋转机构，从而在被研磨加工物(W)被夹紧机构(5) 的把持部(6)、(6)夹持的状态下使被研磨加工物(W)以上述夹紧轴的轴心为中心旋转，由此节省了作业员的时间，不仅如此，通过上述旋转机构使被研磨加工物(W)连续旋转，且使研磨机构(2)从上方下降到该被研磨加工物(W)上，从而一边使研磨具(10)的前端与之旋转接触，一边被移送，由此能将作为上述第5方案的作用效果而得到的各棱角部与平面间接合的连接部位的形状进一步研磨成“平缓的形状”，能够更可靠地除去微裂纹和凹凸。根据第16方案的发明，通过将2种以上磨粒粒度不同的“粗”研磨机构⑵和“细” 研磨机构(2)连续设置，能够利用磨粒粒度“粗”的研磨机构O)的高研磨力可靠地除去存在于被研磨加工物(W)的表层部的微裂纹，且能够利用磨粒粒度“细”的研磨机构O)的精细研磨能力来使经过上述研磨加工后的粗糙表层部的表面粗糙度细微化，能够避免在后续工序中发生裂纹或豁口。另外，研磨机构⑵所采用的研磨刷，既可以如后述的对图2的说明(段落0040)那样，采用将该研磨具(10)可拆卸地安装在转盘(11)上、从而在由混合有磨粒的毛状材料构成的研磨具(10)磨损时只更换研磨具(10)的方式，也可以采用将研磨具固定安装在图中未示的转盘上、从而连同转盘一起更换的方式。根据第17方案的发明，通过将磨粒粒度大致相同的多台研磨机构(2)连接，能够缩短被研磨加工物(W)的研磨加工时间。并且与上述的同样，研磨机构⑵所采用的研磨刷，能够从在该研磨机构O)的底部植入设置多根含有磨粒的毛状材料，在该研磨机构(2)的转盘(11)上植入设置多个将含有磨粒的毛状材料捆束后形成的研磨具(10)，在该研磨机构O)的底部植入设置多个含有磨粒且相互缠绕的纤维状弹性体之中选择。另外，当在上述转盘(11)上植入设置多个上述研磨具(10)时，既可以如后述的对图2的说明那样，采用将该研磨具(10)可拆卸地安装在转盘(11)上、从而在由混合有磨粒的毛状材料构成的研磨具(10)磨损时只更换研磨具(10)的方式，也可以采用将研磨具(10)固定安装在转盘 (11)上、从而将研磨具(10)连同转盘(11) 一起更换的方式(未图示)。
图1是表示本发明的研磨装置整体的正面图。图2表示作为本发明的研磨机构的研磨具采用研磨刷的一例，其中(A)是从其正面观察的局部剖切截面图，(B)是底面图。图3是本发明的基台的局部剖切立体图。图4是安装在图3的基台上的承接部件的制造过程说明图。图5是表示本发明涉及的形状为四棱柱状的被研磨加工物的立体图，其中㈧表示棱角部为微小C面的被研磨加工物，(B)表示棱角部为R面的被研磨加工物。图6是表示在本发明的基台上载置有图5(B)所示的棱角部为R面的被研磨加工物的状态的截面图，其中(A)表示加工面为棱角部时的状态，(B)表示加工面为平面部时的状态。图7是表示图5(B)所示的棱角部为R面的被加工研磨物的该棱角部与平面部间的接合部位的放大图。符号说明1...研磨单元；2...研磨机构；3...高度位置检测装置；4...基台；5...夹紧机构；6A. ·.把持部(基准位置侧)；6B. ·.把持部(从动侧)；7· ·.承接部件；8. · · V字形切口 ；9... L字形切口 ；10...研磨具；11...转盘；12A...夹紧轴(基准位置侧)；12B...夹紧轴(从动侧)；13...控制装置；14A...旋转机构(基准位置侧)；14B...旋转机构(从动侧)；W...被研磨加工物；P...加工面。
具体实施例方式以下结合附图详细说明本发明的多棱柱状部件的研磨装置的结构和动作，该研磨装置具有不同研磨粗糙度的2个以上(3个)研磨机构。图1是研磨装置的正面图，表示被研磨加工物W未被夹持的开放状态，在该状态下，停止在图中右端的研磨开始前位置上的研磨单元1、基准侧的夹紧轴12A前端的把持部 6A、以及从动侧的夹紧轴12B前端的把持部6B分别呈后退状态，其中夹紧轴12A通过夹紧机构5的汽缸驱动而在图中载置于基台4上、用双点划线表示的被研磨加工物的左右侧滑动，在上述研磨单元1中从图中右侧向左侧连续设置各种研磨机构2，这些研磨机构由作为 “粗研磨用”、“中研磨用”和“精研磨用”选择设定3种磨粒的粒度不同的研磨刷构成，图中， 在上述“粗研磨用”的研磨机构2的右侧设有高度位置检测装置3，该高度位置检测装置3 用于在研磨开始前检测被研磨加工物W的加工面P的高度位置。上述3个研磨机构2中的“粗研磨用”的研磨机构的研磨能力大，用于削掉表层部存在的大部分微裂纹，“中研磨用”的研磨机构则用于除去在用带锯或钢丝锯切割时产生的表面凹凸，并对经过上述“粗研磨”后粗糙的表面进行精细加工，而“精研磨用”的研磨机构则用于最终调节表面粗糙度。不过，如果在上述“中研磨”阶段即可除去表面凹凸并得到精细的表面粗糙度，则也可只设2个研磨机构。如上所述，一旦决定了研磨具10含有的磨粒粒度不同的研磨机构2及其研磨粗糙度(粗、中、细)的组合，则在控制装置13中设定该研磨具10的各种加工条件，这些加工条件是，“即使被研磨加工物W的研磨加工部位(棱角部或平面部)不同也不变的旋转速度”， “根据研磨加工部位是棱角部还是平面部而变化的研磨移送速度”，“通过高度位置检测装置3对研磨加工成品的标准片(masterwork:样件)进行检测得到的研磨开始时的基准高度”，以及“对于被研磨加工物W的加工面P的切入量”。在设定了上述加工条件后，如果作业员在上述夹紧机构5的把持部6A、6B间的基台4上载置被研磨加工物W，使其4个棱角部中的任一个的加工面P呈水平向上状态，并且将“研磨加工部位(棱角部或平面部)的设定开关”和“研磨开始开关”置于“0N”，上述研磨单元1就向图中左端移动，且由于上述夹紧机构5的图中未示的汽缸起动，使基准侧的夹紧轴12A滑动，使把持部6A前进到图中“基准端面位置”，从而将被研磨加工物W的一个端面定位，然后从动侧的夹紧轴12B滑动，使把持部6B前进且与被研磨加工物W的另一端面接触并对之按压，使上述被研磨加工物W被夹持固定。然后，研磨单元1向图中右侧移动，并且高度位置检测装置3工作而检测到被研磨加工物W的加工面P的高度且将其信号发送到控制装置13进行运算处理，在上述研磨机构 2的研磨具10的前端相对于该被研磨加工物W的加工面P的切入量被自动设定后，已被上述“研磨加工部位(棱角部或平面部)的设定开关”自动设定了移送速度的上述研磨单元 1就进一步向图中右侧移送，各研磨机构2按“粗研磨”、“中研磨”、“精研磨”的顺序进行研磨加工。一旦研磨加工完毕，本发明第1方案的半自动式研磨装置就作如下动作夹持着被研磨加工物W的两个端面的上述夹紧机构5的夹紧轴12A、12B后退动作，其前端的把持部6A、6B对被研磨加工物W的夹紧状态自动解除，在作业员通过手动将载置在基台4上的上述被研磨加工物W反转成下一个加工面P向上的状态后，再次使夹紧机构5的夹紧轴 12A、12B前进动作，通过把持部6A、6B将被研磨加工物W的两个端面夹持固定，并自动对下一个加工面P进行研磨加工，而本发明第2方案的全自动式研磨装置则作如下动作，在上述被研磨加工物W被夹紧机构5的把持部6A、6B夹持的状态下，通过图中未示的升降装置使基台4下降，从而解除被研磨加工物W的载置固定状态，且用上述旋转机构14A、14B使该被研磨加工物W以夹紧轴12A、12B为中心旋转一定角度，使下一个要研磨的加工面P呈水平向上状态，此刻基台4上升而再次载置固定被研磨加工物W，并对各棱角部和各平面部中的任一个的加工面P按照每个面依次进行研磨加工，或是通过旋转机构14A、14B使上述各棱角部连续旋转而同时进行研磨，然后再对各平面部的加工面P按照每个面自动进行研磨加工。图2㈧和⑶是表示上述研磨机构2的研磨具(10)所采用的研磨刷的一例的图，将由混合了磨粒的尼龙等合成树脂构成的毛状材料捆束而作成研磨具(10)，将该研磨具10的基部装卸自如地安装在与旋转驱动源连接且作水平旋转的转盘11上，下端与被研磨加工物W的加工面P旋转接触而进行研磨，当研磨具10磨损时，可从转盘11上取下该研磨具10并换上新的研磨具10。另外，研磨机构2的研磨具10所采用的研磨刷，并不限于图 2所示的研磨刷，也可以将图中未示的由混合有磨粒的毛状材料构成的研磨具10直接安装到转盘11上进行固定的研磨刷(未图示)，在该情况下，当该研磨具10磨损时就将研磨具 10连同转盘11 一起更换。图3是表示能够将上述被研磨加工物W的棱角部或平面部中的任一面作为加工面 P水平向上载置的基台4的局部切除立体图，图4是表示立设于基台4的平板状承接部件7 的制造过程的说明图，在该承接部件7上形成有切口(V)8，该切口(V)8在对上述被研磨加工物W的任一个棱角部进行研磨加工时以能够水平向上载置该棱角部的方式对成为其下侧的平面部进行载置，并且在上述切口(V) 8上形成有切口(L) 9，该切口(L) 9在对上述被研磨加工物W的各平面部中的任一个平面部进行研磨加工时以能够水平向上载置该一个平面部的方式卡止成为其下侧的棱角部。另外，上述图3所示的基台4为兼用式基台，既可用于被研磨加工物W的加工面P在棱角部的情况，也可用于在平面部的情况，但也可以是将棱角部和平面部的加工分开的专用式基台。图5(A)和(B)是表示被研磨加工物W的形状为四棱柱状的一例的立体图，其中图(A)是从方形的原材料切出形成为平面部的四个面，将其棱角部作成角形而形成微小的 C面，图(B)是从圆柱形的原材料切出成为平面部的四个面，并在其棱角部留出原材料的圆柱形的一部分而形成R面。图6(A)和(B)是将被研磨加工物(W)载置在基台4上后从侧面观察的截面图，其中图(A)表示对被研磨加工物W的棱角部进行研磨加工时将被研磨加工物W的加工面P向上而载置在基台4的承接部件7上的状态，图(B)表示对被研磨加工物W的平面部进行研磨加工时将被研磨加工物W的加工面P向上而载置在基台4的承接部件7上的状态。以下说明本发明的实施例，在实施例中，被研磨加工物W为四棱柱状的硅块，用本发明的研磨装置对上述被研磨加工物W的4个平面部和4个棱角部进行研磨加工，以除去存在于其表层部的微裂纹及其表面的凹凸，再针对表面粗糙度作精细加工，并评价研磨效果，本发明的实施例能够在用带锯或钢丝锯将该硅块切片加工成硅片时降低由硅片的裂纹或豁口等导致的次品的发生率。实施例1以下具体说明作为上述被研磨加工物W的单晶硅块的规格将制造出的圆柱形截面的单晶硅锭用带锯或钢丝锯切割成500mm的长度(L)，且沿其长度方向将圆柱壁面四面切除而形成4个平面部，并且在该2个平面部相交的棱角部残留切除前的圆柱壁面的一部分，成为圆弧宽度约为25mm的R形状，形成图5(B)所示的四棱柱状，其大小(□)为 125mm X 125mm、长度(L)为 500mm。在研磨加工前的上述被研磨加工物W的棱角部及平面部的表层部，存在深度80 100 μ m的微裂纹，其表面粗糙度为(Ry) 9 11 μ m，在对该硅块用带锯或钢丝锯切片加工成硅片后，由裂纹或豁口导致的次品的发生率为5 6%。以下说明在本实施例中所用的研磨装置中对已用上述第1方案的研磨装置做成上述被研磨加工物W的硅块进行研磨加工、从而除去微裂纹和凹凸且使表面粗糙度细微化后将该硅块切片加工成硅片时降低由裂纹或豁口导致的次品的发生率的效果。
作为参考资料，在下面的表1中表示为了选择设定研磨机构2所使用的研磨刷的磨粒粒度而作成的“被研磨加工物W的表面粗糙度与研磨刷的磨粒粒度”的关系。[表 1]
权利要求
1.一种多棱柱状部件的研磨装置，用于对被研磨加工物的形状为多棱柱状的各平面部及各棱角部进行研磨，其特征在于，具备基台，该基台能够以使该被研磨加工物(W)的各平面部中的1个平面部或各棱角部中的1个棱角部的任一个作为要研磨的加工面而呈水平向上状态的方式载置该被研磨加工物；夹紧机构，该夹紧机构由前端安装有把持部、能够前后移动的夹紧轴构成，在对所述被研磨加工物进行研磨加工时，所述把持部夹持所述被研磨加工物的两个端面，在研磨结束后，所述把持部解除所述夹持状态；研磨单元，该研磨单元用于在对所述被研磨加工物进行研磨加工时移送研磨机构，所述研磨机构的研磨具的前端一边旋转接触所述加工面一边进行研磨加工；和高度位置检测装置，该高度位置检测装置在研磨加工前检测所述被研磨加工物的加工面的高度位置并将该高度位置检测信号存储到控制装置，所述控制装置根据所述高度位置检测信号对所述研磨机构的研磨具的前端的切入量进行运算处理后，进行研磨加工。
2.如权利要求1所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于，具备旋转机构，该旋转机构能够选择到间歇旋转或连续旋转的任一个使两个端面被所述把持部夹持的被研磨加工物以所述夹紧轴的轴心为中心进行旋转，所述间歇旋转是被设定预定的旋转角度并且以使被研磨加工物的加工面向上的方式进行旋转，所述连续旋转是被设定旋转速度并且进行旋转；和升降装置，该升降装置用于使所述基台升降，在进行研磨加工前，在所述控制装置中设定要研磨加工的被研磨加工物的多棱柱形状的角数、以及选择作为该被研磨加工物的所述棱角部的研磨加工条件亦即由所述旋转机构进行的间歇旋转或连续旋转的任一个。
3.如权利要求1所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于所述研磨机构是含有磨粒的毛状材料，且是将多根该毛状材料呈环状地植入设置在该研磨机构的底部的研磨刷。
4.如权利要求1或2所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于所述研磨机构是研磨刷，在该研磨刷中，将多根含有磨粒的毛状材料捆束后形成的多个研磨具的基部植入设置在转板上。
5.如权利要求1或2所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于所述研磨机构是研磨刷，在该研磨刷中，将多个含有磨粒且相互缠绕的纤维状弹性体植入设置在该研磨机构的底部。
6.如权利要求3至5中任一项所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于 将多个所述研磨机构水平地连接。
7.如权利要求3至5中任一项所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于 在所述多棱柱状部件的至少2个以上的不同面上配置所述研磨机构。
8.如权利要求3至5中任一项所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于 在所述多棱柱状部件的至少2个以上的不同面上分别水平地配置多个所述研磨机构。
9.如权利要求6或8所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于混合在所述毛状材料中的磨粒的粒度为F180 #2000(JISR6001 :1998)，选择2种以上该粒度不同的研磨机构，且将该研磨机构连续设置，使该研磨机构能够按其粒度从“粗” 到“细”的顺序进行研磨加工。
10.如权利要求6或8所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于混合在所述毛状材料中的磨粒的粒度为F180 #2000，选择该粒度大致相同的研磨机构，且连接该研磨机构。
11.如权利要求1至10中任一项所述的多棱柱状部件的研磨装置，其特征在于在用于在所述基台上载置被研磨加工物的承接部件上形成有V字形切口，且在该V字形切口上形成有L字形切口，在对所述被研磨加工物的任一个棱角部进行研磨时，所述V字形切口与该棱角部下侧的平面部接触，从而将所述被研磨加工物载置成该一个棱角部呈水平向上的状态，在对所述被研磨加工物的各平面部中的任一个平面部进行研磨时，所述L字形切口能够卡止该平面部下侧的棱角部，从而将所述被研磨加工物载置成该一个平面部呈向上的状态。
12.一种多棱柱状部件，其特征在于利用权利要求1至11中任一项所述的多棱柱状部件的研磨装置从被加工物的表层除去存在于IOOym以内的微裂纹，且使研磨加工面的表面粗糙度Ry(JIS Β0601 1994)为 3μπι以下。
13.如权利要求12所述的多棱柱状部件，其特征在于所述多棱柱状部件是硅块或陶瓷。
14.一种多棱柱状部件的研磨方法，其特征在于在权利要求1所述的多棱柱状部件的研磨装置中，在载置于基台上的被研磨加工物的多个加工面中的各加工面的研磨完毕时，作业员通过手动方式将所述夹紧机构的夹紧轴后退而解除把持部的夹紧状态的所述被研磨加工物反转成下一个加工面呈水平向上的状态， 然后所述夹紧机构的夹紧轴前进，使一方的夹紧轴的把持部到达被研磨加工物的基准端面位置后停止，另一方的夹紧轴进一步前进，使其把持部推压被研磨加工物的另一端面而将其夹持，并对所述设定的下一个加工面进行研磨加工，将对全部加工面进行研磨加工的顺序设为在对各棱角部的研磨结束后进行各平面部的研磨加工。
15.一种多棱柱状部件的研磨方法，其特征在于在权利要求2所述的多棱柱状部件的研磨装置中，在载置于基台上的被研磨加工物的两个端面被夹紧机构的把持部夹持的状态下，使所述基台下降而离开被研磨加工物，利用间歇研磨或连续研磨的任一个的方法对被研磨加工物的各棱角部进行研磨，在利用所述间歇研磨的方法时，使已被设定了预定旋转角度的所述旋转机构旋转，以对于每一个棱角部使研磨面向上的方式定位后进行研磨，在利用所述连续研磨的方法时，使已被设定了旋转速度的所述旋转机构旋转，对各棱角部同时进行研磨，当利用所述间歇研磨或所述连续研磨的任一个的方法将全部棱角部研磨加工完毕后，使已被设定了预定旋转角度的所述旋转机构旋转，对于每一个平面部进行研磨加工进而进行全部平面部的研磨加工。
16.一种多棱柱状部件的研磨方法，其特征在于在权利要求6或8所述的多棱柱状部件的研磨装置中，混合在所述毛状材料中的磨粒的粒度为F180 #2000，选择2种以上该粒度不同的研磨机构，且将该研磨机构连续设置， 使该研磨机构能够按其粒度从“粗”到“细”的顺序进行研磨加工。
17. —种多棱柱状部件的研磨方法，其特征在于在权利要求6或8所述的多棱柱状部件的研磨装置中，混合在所述毛状材料中的磨粒的粒度为F180 #2000，选择该粒度大致相同的研磨机构，且将该研磨机构连接后进行研磨。
全文摘要
本发明提供多棱柱状部件的研磨装置及其研磨方法，该廉价的研磨装置具有除去由硬脆材料构成的多棱柱状部件表层部存在的微小裂纹的高研磨能力和除去表面凹凸而使表面粗糙度细微化的精细研磨能力，该研磨装置具有将被研磨加工物(W)载置成要研磨的加工面(P)呈水平向上状态的基台(4)；夹持该被研磨加工物的两端面的夹紧机构(5)；夹持上述研磨加工物进行研磨、在研磨结束后解除该夹持状态、通过手动反转或通过旋转机构(14A)、(14B)自动反转该被研磨加工物而使下一个加工面呈水平向上状态、对设有前端与该加工面旋转接触而进行研磨加工的研磨具(10)的研磨机构(2)进行移送的研磨单元(1)；检测上述被研磨加工物的加工面的高度位置、自动设定上述研磨机构的研磨具对于加工面的切入量的高度位置检测装置(3)。
文档编号B24B29/06GK102164710SQ201080001511
公开日2011年8月24日 申请日期2010年7月12日 优先权日2009年10月30日
发明者平贺干敏, 松本尚, 棚桥茂, 羽鸟左一郎 申请人:新东工业株式会社