JP2009184074A

JP2009184074A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2009184074A
Application number: JP2008026961A
Authority: JP
Inventors: Minoru Toshima; 実戸島
Original assignee: SD Future Technology Co Ltd
Current assignee: SD Future Technology Co Ltd
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】研磨状態のバラツキの発生を抑制し、研磨対象の表面を均一に研磨することができる研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨プレート２２における研磨パッド２３の装着部２２ｄに、装着部２２ｄの中心２２ｆを中心とする複数個の同一形状の扇形の溝部２２ｅを、周方向に等間隔に形成すると共に、溝部２２ｅ内に真空ポンプに接続された空気流路の吸込口２２ｃを形成し、吸込口２２ｃから空気を吸引することによって研磨パッド２３を装着部２２ｄに装着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラスや合成樹脂などからなる基板の表面にカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板や、半導体ウエハなどの板状の研磨対象の表面を研磨する際に好適に用いられる研磨装置に関する。

液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板は、カラーフィルタの表面を平坦化するため、あるいはカラーフィルタ形成時に使用したフォトレジスト等の残渣や凝集物を除去するために、研磨する必要がある。カラーフィルタ基板の研磨装置としては、オスカー方式の研磨装置が一般的に知られている。また、カラーフィルタ基板の基板サイズの大型化に伴って、カラーフィルタ基板を水平状態で一方向に搬送しながらカラーフィルタの研磨を行ういわゆる連続式の研磨装置が開発されている。

研磨ヘッドは、ヘッド本体の一端側に接合された研磨プレートの一表面に、研磨パッドを両面粘着テープを用いて貼り付けて構成されている。研磨パッドの貼付けは、作業者の手作業で行われている。しかし、基板の大型化に伴って研磨パッドも大型になってきたため、しわの発生やエアの噛み込みを防止しながら手作業で研磨パッドを研磨プレートに貼り付けるのは、困難になってきている。

そこで、研磨パッドを貼り付ける際のエアの噛み込みを防止する技術が、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１では、被加工物を定盤（研磨プレートに相当）上に貼着された研磨布（研磨パッドに相当）に押圧させて研磨するポリシング装置において、前記定盤の研磨布貼着面に複数条の溝部を切設し、かつこれら溝部に空気抜き孔を貫通形成している（請求項１参照）。この構成とすることによって、定盤の貼着面に複数条の溝部を切設したことから、接着剤で接着された研磨布を定盤から剥がす際、接着面積を少なくできるために、研磨布の剥離作業が比較的容易にでき、また前記溝部には空気抜き孔を貫通させてなることから、研磨布の定盤への貼着時の空気抜きが円滑にでき、研磨布を平坦に接着することが可能になる（作用の欄参照）。

また特許文献２では、回転自在のプラテン（研磨プレートに相当）に接着層を介して貼り付けられた研磨布（研磨パッドに相当）にウエハを押し付けた状態で前記研磨布と前記ウエハとを回転させながら前記ウエハの表面を研磨する研磨装置において、前記研磨布を静止状態の前記プラテンに貼り付ける際に前記研磨布と前記プラテンとの間に形成された空気層を強制的に除去する手段が設けられている（段落［０００９］参照）。この除去手段は、複数の孔を有する前記プラテンと、前記孔に接続した配管を通じて前記空気層を排気する真空ポンプとを備えている（段落［００１０］参照）。研磨布とプラテンの間に空気層が形成されている場合、真空ポンプによって空気層の空気を排気する（段落［００２２］参照）。

さらに、研磨パッドを貼り付けるための専用の貼り付け装置も開発されている。

しかし、上述したいずれの技術においても、研磨パッドは接着剤によって研磨プレートに貼り付けられている。しかも、研磨時に研磨パッドが剥がれたりずれたりしないように、研磨パッドはかなり強い接着剤で貼り付けられている。そのため、研磨パッドを交換する際、研磨パッドを研磨プレートから剥がしにくくなり、作業時間が長くなるという問題がある。また、研磨パッドを研磨プレートから剥がす際に、接着剤が研磨プレートに残りやすくなり、接着剤が残った場合は残った接着剤の除去作業が必要になるという問題がある。さらに、接着剤が残った状態で新しい研磨パッドを貼り付けると、残った接着剤部分での研磨パッドの貼り付け状態が他の部分と異なり、研磨特性を劣化させるという問題を招来する。

また、接着剤の除去作業時間を省略するために、研磨プレートごと研磨パッドを交換する方法も考えられるが、研磨プレートは高価なものであり、複数個の研磨プレートを準備しておくと、コスト高になってしまう。また、研磨プレート交換用の治具を製作する必要があるので、さらにコスト高を招来することになる。さらに、研磨プレートを保管するためのスペースを確保する必要があり、装置が大型化するという問題も生じる。

そこで、研磨パッドを両面粘着テープなどの接着剤を用いることなく研磨プレートに装着する技術が、特許文献３に開示されている。特許文献３には、化学的研磨装置における自動的に研磨パッドを交換するための方法及び装置が記載されている。この化学的研磨装置は、研磨パッドを保持するようになっているプラテンと、前記プラテンから前記研磨パッドを自動的に除去するように作動可能な機械式装置と、前記パッドが前記プラテンから除去された後で前記機械式装置から前記研磨パッドを受容するために配置されたパッド用容器とを有する（請求項６参照）。また、前記プラテンは、前記研磨パッドを前記プラテンに固定するために作動可能なパッドチャック機構を有する（請求項７参照）。そして、前記パッドチャック機構は、真空ポンプを含む（請求項８参照）。

上記の化学的研磨装置では、所定数の研磨サイクルが起こるとプラテンの駆動を停止し、プラテンのパッドチャック機構を非作動状態にし、プレーナマニピュレータのエンドエフェクタのチャック機構を作動状態にして研磨パッドを固定し、プレーナマニピュレータ及び研磨パッドを使用済みパッド用容器内に移動させ、エンドエフェクタから研磨パッドを外す（段落［００３９］参照）。次に、化学的研磨装置では、新しい研磨パッドをエンドエフェクタにチャック機構を作動状態にして固定し、プレーナマニピュレータ及び研磨パッドをプラテン上に移動させ、エンドエフェクタのチャック機構を非作動状態にし、プラテンのチャック機構を起動する。これによって、新しい研磨パッドがプラテンに固定される（段落［００４１］参照）。

このように、上記の化学的研磨装置では、接着剤を使用していないので、研磨パッドの貼り付け作業や交換作業を容易に行うことができるようになる。
実開昭６２−１１３９６０号公報特開２００３−２８２５０４号公報特開平１０−２３０４４９号公報

上述した特許文献３では、研磨パッドをプラテンに固定するためのパッドチャック機構として真空ポンプを用いることが記載されているだけであり、具体的な構成、例えば真空ポンプが接続される真空配管の吸込口をプラテンにどのように配置するかについては、何ら記載されていない。

研磨パッドをプラテン全体に均等に装着させるという観点からは、例えば図１２に示すように、吸込口１００が均等に分散するようにプラテン１０１に配置するのが望ましい。しかし、真空ポンプで空気を吸引することによって発生する吸引力で研磨パッドをプラテン１０１に固定する場合、吸込口１００に対向する部分が引き込まれてしまうので、固定された研磨パッドは、吸込口１００に引き込まれた非研磨部と、吸込口１００以外の部分に接触している研磨部とに区分されることになる。

ここで、固定された研磨パッドにおいて、回転軸線１０２を中心とする円周状の経路Ｌａ，Ｌｂを考えたとき、経路Ｌａと経路Ｌｂとでは、経路上の非研磨部と研磨部との割合が異なる。したがって、研磨ヘッドが回転軸線１０２回りに１回転したとき、研磨パッドによって研磨された円形の領域内では、場所によって、研磨部が接触する時間、即ち研磨時間が異なることになる。

そのため、研磨ヘッドを回転させながら基板も回転若しくは移動させて研磨を行うと、基板上では、研磨パッドにおける研磨部が接触する時間、即ち研磨時間が異なるので、基板の表面の研磨状態にバラツキが生じてしまう。

基板に対する研磨ヘッドの動きをシミュレートして、研磨時間が基板上のどの場所でも同じになるような吸込口の配置場所を計算で求めることは可能ではあるけれども、計算時間が長時間になると共に、求められた場所に正確に吸込口を形成していくのは非常に手間がかかる作業であり、実際に実施するのは困難である。

そこで、本発明の解決すべき課題は、研磨状態のバラツキの発生を抑制し、研磨対象の表面を均一に研磨することができる研磨装置を提供することである。

請求項１の発明は、板状の研磨対象を保持すると共に、第１回転軸回りに回転自在に設けられる保持具と、ヘッド本体に円板状の研磨パッドを装着して構成されると共に、前記保持具に対向して設けられ、前記研磨パッドの中心に設けられた第２回転軸回りに回転される研磨ヘッドとを備え、前記第２回転軸回りに回転される前記研磨ヘッドを前記基板の表面に加圧接触させ、前記保持具に摩擦によって前記研磨ヘッドの回転に追従した回転をさせながら研磨を行う研磨装置において、前記ヘッド本体における前記研磨パッドの装着部に、前記第２回転軸を中心とする複数個の同一形状の扇形の溝部を等間隔に形成すると共に、前記溝部内に真空ポンプに接続された空気流路の吸込口を形成し、前記吸込口から空気を吸引することによって前記研磨パッドを前記装着部に装着することを特徴とする研磨装置である。

また、請求項２の発明は、板状の研磨対象を保持する保持具と、ヘッド本体に矩形状の研磨パッドを装着して構成されると共に、前記保持具に対向して設けられ、所定の回転中心からずれた位置に設けられた支持軸が前記回転中心回りに回転される研磨ヘッドとを備え、前記研磨ヘッドに対して前記基板を相対移動させると共に、前記回転中心回りに回転される前記研磨ヘッドを前記基板の表面に加圧接触させて研磨を行う研磨装置において、前記ヘッド本体における前記研磨パッドの装着部に、前記研磨パッドの長辺方向に延びる複数個の同一形状の長方形の溝部を短辺方向に等間隔に形成すると共に、前記溝部内に真空ポンプに接続された空気流路の吸込口を形成し、前記吸込口から空気を吸引することによって前記研磨パッドを前記装着部に装着することを特徴とする研磨装置である。

また、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の研磨装置において、前記研磨パッドは、合成樹脂シートと、研磨部材とを重ね合わせて構成され、前記合成樹脂シートを前記研磨プレートに対向させて装着されていることを特徴としている。

また、請求項４の発明は、請求項３に記載の研磨装置において、前記研磨パッドは、前記合成樹脂シートと前記研磨部材との間に緩衝部材を介在させて構成されていることを特徴としている。

また、請求項５の発明は、請求項１又は２に記載の研磨装置において、前記研磨プレートの側部に吸込口を形成し、前記研磨プレートの装着部より大きい研磨パッドを装着するときは、外側にはみ出した部分を折り曲げて側部に吸着させることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、真空ポンプが動作することによって吸引口に生じる吸引力によって、研磨パッドがヘッド本体の装着部に装着される。このとき、吸引口は溝部内に形成されているので、研磨パッドは溝部に対向する部分が溝部内に引き込まれた状態で装着される。したがって、装着された研磨パッドは、溝部に引き込まれた非研磨部と、溝部以外の突出した部分に接触している研磨部とに区分されることになる。

ここで、装着された研磨パッドにおいて、第２回転軸を中心とする円周状の経路を考えたとき、経路上の非研磨部と研磨部との割合は、どの円周経路でも同じになる。これは、第２回転軸を中心とする複数個の同一形状の扇形の溝部が、等間隔に形成されているからである。したがって、研磨ヘッドが第２回転軸回りに１回転したとき、研磨パッドによって研磨された円形の領域内では、従来の溝部のない研磨ヘッドと同様に、いずれの場所でも、研磨部が接触する時間、即ち研磨時間が同じになる。これによって、研磨対象の表面を均一に研磨することができる。

また、研磨ヘッドの自転の周速差を相殺するために、研磨ヘッドの保持具に対する相対的な揺動を組み合わせることによって、研磨対象の表面をより均一に研磨することができる。尚、揺動は、例えば円弧状の揺動であってもよいし、直線状の揺動であってもよい。また、研磨ヘッドを揺動させるようにしてもよいし、保持具を揺動させるようにしてもよい。

請求項２に記載の発明によれば、真空ポンプが動作することによって吸引口に生じる吸引力によって、研磨パッドがヘッド本体の装着部に装着される。このとき、吸引口は溝部内に形成されているので、研磨パッドは溝部に対向する部分が溝部内に引き込まれた状態で装着される。したがって、装着された研磨パッドは、溝部に引き込まれた非研磨部と、溝部以外の突出した部分に接触している研磨部とに区分されることになる。

ここで、研磨時に研磨対象が研磨ヘッドを通過する場合、研磨対象のある場所に着目すると、研磨部と非研磨部とを交互に通過することになるが、研磨部を通過するのに要する時間の総和は、研磨対象のいずれの場所でも一定となる。即ち、研磨時間が同じになる。

また、本発明の研磨ヘッドでは、同一形状の細長い矩形状の研磨部が短辺方向に複数個配列されているけれども、それぞれの研磨部を１つの研磨ヘッドとみなすことができる。即ち、本発明では、細長い矩形状の研磨パッドが複数個配列されているとみなすことができる。本来、研磨パッドが均一に装着された矩形状の１つの研磨ヘッドを用いれば、研磨対象を均一に研磨することができるのであるから、本発明のように細長い矩形状の複数個の研磨部（研磨ヘッド）が配列された場合でも同様に、研磨対象を均一に研磨することができることになる。

以上のことから、研磨ヘッドを所定の回転中心周りに回転させながら板状の研磨対象も移動させて研磨を行うと、研磨対象のいずれの場所でも、研磨パッドにおける研磨部が接触する時間、即ち研磨時間が略同じになるので、研磨対象の表面を均一に研磨することが可能となる。尚、研磨ヘッドを、研磨対象の搬送方向に直交する方向に直線状に揺動させながら、研磨を行うようにしてもよい。

請求項３に記載の発明によれば、合成樹脂シートが研磨プレートに対向して配置されているので、研磨プレートに吸着されたときに吸込口が密閉されて空気の流入が防止され、研磨パッドをしっかりと固定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、緩衝部材を介在させたことによって、研磨ヘッドを基板に加圧接触させたとき、加圧状態のバラツキが抑制され、研磨対象全体を均一に研磨することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、装着部より大きい研磨パッドであっても研磨プレートにしっかりと固定することができる。このような大きな研磨パッドを使用することによって、研磨パッドを構成する部材を接着している接着剤が溶け出して研磨対象の品質が低下することを防止することができ、また研磨時の研磨液（スラリー）が研磨プレートと研磨パッドとの界面から染み込んで研磨プレートの表面に付着することも防止できる。

図１は、本発明の第１実施形態であるオスカー式研磨装置１の概略的構成を示す模式図である。研磨装置１は、円板状の研磨ヘッド２と、研磨ヘッド２に固定された第２回転軸である回転軸３と、回転軸３を軸支する支持部４と、保持具である円板状の支持テーブル５と、支持テーブル５に固定された第１回転軸である回転軸６とを備える。

研磨ヘッド２は、円板状の基台２１と、略円板状の研磨プレート２２と、研磨パッド２３とを備えて構成されている。基台２１と研磨プレート２２とがヘッド本体に相当する。基台２１の中心部には、後述する第１真空配管４３が挿通される貫通孔２１ａが形成されている。基台２１の一方側には、第２回転軸である回転軸３が固定され、他方側には、研磨プレート２２が図示しないボルトを用いて固定されている。

研磨プレート２２の一方側には凹所２２ａが形成されており、凹所２２ａの底部から他方側に向かって、複数個の貫通孔２２ｂが形成されている。この貫通孔２２ｂの出口が吸込口２２ｃとなる。研磨プレート２２は、凹所２２ａが基台２１に対向するようにして固定される。これによって、凹所２２ａと基台２１とによって囲まれた空間Ｓ１が形成される。なお、凹所２２ａの外周部には、ガスケット２４が装着されており、これによって空間Ｓ１の気密性が保持されている。研磨プレート２２においては、貫通孔２２ｂの吸込口２２ｃが配置されている他方側表面２２ｄが装着部であり、この装着部２２ｄに研磨パッド２３が後述する吸引力によって装着される。

回転軸３の一端は、支持部４に軸支されている。回転軸３の一端には、モータ４１からの回転力が伝達機構４２を介して伝達され、これによって研磨ヘッド２は回転軸３と共に回転する。回転軸３には、第１真空配管４３が挿通されており、この第１真空配管４３はヘッド本体２１の貫通孔２１ａを挿通して、一端が空間Ｓ１に連通している。第１真空配管４３の他端には、回転継手４４を介して第２真空配管４５の一端が接続されている。第２真空配管４５の他端には、真空ポンプ４６が接続されている。また、第２真空配管４５には、真空ゲージ４７が接続されており、空気圧が測定される。なお、第２真空配管４５、第２真空配管４３、空間Ｓ１、貫通孔２２ｂが、空気流路に相当する。

支持テーブル５は、図示しない基板保持機構を備え、研磨対象であるカラーフィルタ基板Ｂを保持すると共に、回転軸６の軸線回りに回転自在となるように構成されている。支持テーブル５は、上述した研磨ヘッド２との摩擦によって研磨ヘッド２の回転に追従した回転をする。また、研磨ヘッド２は支持部４と共に、研磨ヘッド２の自転による周速差を相殺するために円弧状に揺動されるようになっている。

図２（ａ）は、研磨プレート２２の装着部２２ｄの平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の切断面線ｂ−ｂから見た断面図であり、図２（ｃ）は研磨パッド２３の装着状態を示す拡大図である。

円形の装着部２２ｄには、円の中心２２ｆ（回転軸３の軸線に相当する）を中心とする複数個（ここでは８個）の同一形状の扇形の溝部２２ｅが、周方向に等間隔に形成されている。即ち、溝部２２ｅは、円形の装着部２２ｄに対して、中心が中心２２ｆであり、半径も装着部２２ｄの半径と同じであり、円弧も装着部２２ｄの外周と同じである。溝部２２ｅの深さは、研磨ヘッド２の押込み量と同じ１〜２ｍｍ程度である。尚、扇形の溝部２２ｅにおいては、外周側には壁がなく、開放されている（図２（ｂ）参照）。

研磨装置１では、真空ポンプ４６が動作することによって吸込口２２ｃに生じる吸引力によって、研磨パッド２３が装着部２２ｄに装着される。このとき、吸込口２２ｃは溝部２２ｅ内に形成されているので、研磨パッド２３は溝部２２ｅに対向する部分が溝部２２ｅ内に引き込まれた状態で装着される（図２（ｃ）参照）。したがって、装着された研磨パッド２３は、溝部２２ｅに引き込まれた非研磨部２３ａと、溝部２２ｅ以外の突出した部分に接触している研磨部２３ｂとに区分されることになる。

ここで、装着された研磨パッド２３において、中心２２ｆ回りの円周状の経路を考えたとき、経路上の非研磨部２３ａと研磨部２３ｂとの割合は、どの円周経路でも同じになる。これは、中心２２ｆを中心とする複数個の同一形状の扇形の溝部２２ｅが等間隔に形成されているからである。したがって、研磨ヘッド２が回転軸３の軸線回りに１回転したとき、研磨パッド２３によって研磨された円形の領域内では、従来の溝部のない研磨ヘッドと同様に、いずれの場所でも、研磨部２３ｂが接触する時間、即ち研磨時間が同じになる。

以上のことから、研磨ヘッド２の自転の周速差を相殺するための研磨ヘッド２の揺動を組み合わせることによって、カラーフィルタ基板Ｂの表面を均一に研磨することが可能となる。

研磨作業は、まず、支持テーブル５にカラーフィルタ基板Ｂを固定し、研磨液を供給する。次に、研磨ヘッド２を支持テーブル５に向かって移動させて研磨ヘッド２を所定の圧力でカラーフィルタ基板Ｂに押圧し、モータ４１を駆動して回転軸３及び研磨ヘッド２を回転させる。このとき、支持テーブル５には回転力を与えず、支持テーブル５には研磨ヘッド２の回転に追従した回転をさせる。また、研磨ヘッド２を円弧状に揺動させる。尚、カラーフィルタ基板Ｂの研磨では、研磨液としてアルミナ（粒径０．２〜１μｍ程度）が含まれた研磨液を使用し、研磨圧力は１００〜１５０ｇｆ／ｃｍ^２である。

図３は、研磨パッド２３の構成を示す断面図である。研磨パッド２３は、図３（ａ）に示すように、不織布２３１と研磨部材２３２とを例えばアクリル樹脂で接着して重ね合わせた積層体を、合成樹脂シート２３３の表面に粘着糊２３４を用いて貼り付けて構成されている。研磨部材２３２は、例えばポリウレタンである。合成樹脂シート２３３は、例えばＰＥＴシートやＯＰＰシートであり、真空吸着によって破れないような厚さ、例えば１〜３ｍｍに形成される。

また、図３（ｂ）に示すように、不織布２３１と合成樹脂シート２３３との間に緩衝部材２３５を介在した研磨パッド２３Ａを用いてもよい。緩衝部材２３５と不織布２３１とは例えばアクリル樹脂で接着される。研磨パッド２３Ａを用いた場合は、緩衝部材２３５を介在させたことによって、研磨ヘッド２をカラーフィルタ基板Ｂに加圧接触させたとき、加圧状態のバラツキが抑制され、カラーフィルタ基板Ｂ全体を均一に研磨することが可能となる。

図４は、研磨ヘッド２の揺動態様を説明するための平面図である。研磨ヘッド２は、研磨ヘッド２の自転の周速差を相殺するために、所定の初期位置を起点として、矢印Ｒ１で示すように円弧状に揺動する。研磨ヘッド２の揺動態様は、既存のオスカー式研磨装置と同様である。尚、研磨ヘッド２の揺動は、直線状であってもよい。また、研磨ヘッド２を揺動させることに代えて、支持テーブル５を揺動させるようにしてもよい。

以上のように第１実施形態によれば、研磨ヘッド２の自転の周速差を相殺するための研磨ヘッド２の揺動を組み合わせることによって、カラーフィルタ基板Ｂの表面を均一に研磨することができる。

また、合成樹脂シート２３３が研磨プレート２２に対向して配置されているので、研磨プレート２２に吸着されたときに吸込口２２ｃが密閉されて空気の流入が防止され、研磨パッド２３をしっかりと固定することができる。

さらに、緩衝部材２３５を介在させた研磨パッド２３Ａを用いた場合は、研磨パッド２３Ａをカラーフィルタ基板Ｂに加圧接触させたとき、加圧状態のバラツキが抑制され、カラーフィルタ基板Ｂ全体を均一に研磨することが可能となる。

なお、研磨ヘッド２と支持テーブル５の配置関係については、研磨ヘッド２を下側に、支持テーブル５を上側に配置するようにしてもよい。このような配置の場合でも、研磨ヘッド２及び支持テーブル５のどちらかを揺動させるようにすればよい。また、研磨ヘッド２又は支持テーブル５を揺動させずに研磨を行うようにしてもよい。

図５は、本発明の第２実施形態である連続式研磨装置５１の概略的構成を示す模式図である。研磨装置５１は、矩形板状の研磨ヘッド５２と、研磨ヘッド５２支持する支持部５３と、保持具である矩形板状の支持テーブル５４とを備えて構成されている。

研磨ヘッド５２は、矩形板状の基台６１と、略矩形板状の研磨プレート６２と、研磨パッド６３とを備えて構成されている。基台６１と研磨プレート６２とが、ヘッド本体に相当する。基台６１の一方側には、中心付近に第１支持軸７１ａが固定され、長辺方向の両端部付近にそれぞれ第２及び第３支持軸７１ｂ，７１ｃが固定されている。第１支持軸７１ａが偏心軸に相当する。また、基台６１の他方側には、研磨プレート６２が図示しないボルトを用いて固定されている。さらに、基台６１には、後述する真空配管７２が挿通される貫通孔６１ａが形成されている。

研磨プレート６２の一方側には凹所６２ａが形成されており、凹所６２ａの底部から他方側に向かって、複数個の貫通孔６２ｂが形成されている。この貫通孔６２ｂの出口が吸込口６２ｃとなる。研磨プレート６２は、凹所６２ａが基台６１に対向するようにして固定される。これによって、凹所６２ａと基台６１とによって囲まれた空間Ｓ２が形成される。なお、凹所６２ａの外周部には、ガスケット６４が装着されており、これによって空間Ｓ２の気密性が保持されている。

研磨プレート６２においては、貫通孔６２ｂの吸込口６２ｃが配置されている他方側表面６２ｄが装着部であり、この装着部６２ｄに研磨パッド６３が後述する吸引力によって装着される。研磨パッド６３の構造は、形状が矩形状であることを除けば、第１実施形態の研磨パッド２３，２３Ａと同様である。

中央付近に固定されている第１支持軸７１ａは、回転継手７３ａを介して回転アーム７４ａの一方端に接続されている。回転アーム７４ａは、水平方向に延びるように配置されている。回転アーム７４ａの他方端には、モータ７５の回転軸が固定されている。また、両端部付近に固定されている第２及び第３支持軸７１ｂ，７１ｃは、それぞれ回転継手７３ｂ，７３ｃを介して回転アーム７４ｂ，７４ｃの一方端に接続されている。回転アーム７４ｂ，７４ｃは、回転アーム７４ａと同様に水平方向に延びるように配置されている。回転アーム７４ｂ，７４ｃの他方端は、回転継手７６ｂ，７６ｃを介して取付部７７ｂ，７７ｃに取り付けられている。

モータ７５の回転軸を回転させると、回転アーム７４ａはモータ７５の回転軸線回りに回転し、これに伴って第１支持軸７１ａと共に研磨ヘッド５２も、モータ７５の回転軸線回りに回転する。ここで、研磨ヘッド５２の両端部付近には、第２及び第３支持軸７１ｂ，７１ｃが固定されており、第２支持軸７１ｂは、回転アーム７４ｂと共に、回転継手７６ｂの回転軸線回りに回転し、第３支持軸７１ｃは、回転アーム７４ｃと共に、回転継手７６ｃの回転軸線回りに回転する。

したがって、モータ７５の回転軸を回転させると、研磨ヘッド５２は、図６に示すように、姿勢を変えることなく、モータ７５の回転軸線Ｏ回りに、参照符号Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ１で示したように移動する。このような研磨ヘッド５２の移動は、回転軸線Ｏ回りの偏心回転、又は回転軸線Ｏ回りの公転と称される。

一方、真空配管７２は、ヘッド本体６１の貫通孔６１ａを挿通して、一端が空間Ｓ２に連通している。真空配管７２は、上述した研磨ヘッド５２の偏心回転（公転）に追従できるように、いわゆるジャバラ（蛇腹）状の配管が用いられる。本実施形態では、モータ７５の回転軸線Ｏと回転継手７３ａの回転軸線Ｌａとの距離は、１０ｍｍ程度に設定されるので、ジャバラ状の真空配管７２は、研磨ヘッド５２の偏心回転に追従することができる。

真空配管７２の他端には、真空ポンプ７８が接続されている。また、真空配管７２には、真空ゲージ７９が接続されており、空気圧が測定される。なお、真空配管７２、空間Ｓ２、貫通孔６２ｂが、空気流路に相当する。

支持テーブル５４は、研磨時にカラーフィルタ基板Ｂを支持するものであり、図５の紙面に対して垂直方向に移動するように構成されている。

図７は、研磨プレート６２の装着部６２ｄの平面図である。装着部６２ｄには、長辺方向の両端部の周辺領域Ａ１，Ａ２を除いた研磨有効領域Ａ１に、長辺方向に延びる複数個の同一形状の長方形の溝部６２ｅが、短辺方向に等間隔に形成されている。また、両端部の周辺領域Ａ１，Ａ２に、短辺方向に延びる長方形の溝部６２ｆが形成されている。溝部６２ｅ，６２ｆの深さは、研磨ヘッド５２の押込み量と同じ１〜２ｍｍ程度である。

研磨装置５１では、真空ポンプ７６が動作することによって吸込口６２ｃに生じる吸引力によって、研磨パッド６３が装着部６２ｄに装着される。このとき、吸込口６２ｃは溝部６２ｅ内に形成されているので、研磨パッド６３は溝部６２ｅに対向する部分が溝部６２ｅ内に引き込まれた状態で装着される。したがって、装着された研磨パッド６３は、溝部６２ｅに引き込まれた非研磨部と、溝部６２ｅ以外の突出した部分に接触している研磨部とに区分されることになる。これは、第１実施形態の図２（ｃ）と同じ状態である。

ここで、研磨時にカラーフィルタ基板Ｂが研磨ヘッド６３の下を通過する場合、カラーフィルタ基板Ｂ上のある場所に着目すると、研磨部と非研磨部とを交互に通過することになるが、研磨部を通過するのに要する時間の総和は、カラーフィルタ基板Ｂ上のいずれの場所でも一定となる。即ち、研磨時間が同じになる。

以上のことから、研磨ヘッド６３を回転させながらカラーフィルタ基板Ｂも移動させて研磨を行うと、カラーフィルタ基板Ｂの表面を均一に研磨することが可能となる。これは、カラーフィルタ基板Ｂのいずれの場所でも、研磨パッド６３における研磨部が接触する時間、即ち研磨時間が略同じになるからである。

また、本実施形態の研磨ヘッドでは、同一形状の細長い矩形状の研磨部が短辺方向に複数個配列されているけれども、それぞれの研磨部を１つの研磨ヘッドとみなすことができる。即ち、本実施形態では、細長い矩形状の研磨パッドが複数個配列されているとみなすことができる。本来、研磨パッドが均一に装着された矩形状の１つの研磨ヘッドを用いれば、研磨対象を均一に研磨することができるのであるから、本実施形態のように細長い矩形状の複数個の研磨部（研磨ヘッド）が配列された場合でも同様に、研磨対象を均一に研磨することができることになる。

研磨作業は、まず、支持テーブル５４にカラーフィルタ基板Ｂを固定し、研磨液を供給する。次に、カラーフィルタ基板Ｂが支持テーブル５４によって搬送されてくると、カラーフィルタ基板Ｂが支持テーブル５４上に到達するタイミングに合わせて、研磨ヘッド５２の偏心回転を開始させると共に、研磨ヘッド５２の待機位置から研磨位置への移動を開始する。研磨ヘッド５２が研磨位置に移動した後、研磨が行われる。即ち、カラーフィルタ基板Ｂは、一定の速度で移動しながら、偏心回転している研磨ヘッド５２の研磨パッド６３が加圧接触することによって、カラーフィルタが研磨される。尚、カラーフィルタ基板Ｂの研磨では、研磨液としてアルミナ（粒径０．２〜１μｍ程度）が含まれた研磨液を使用し、研磨圧力は１００〜１５０ｇｆ／ｃｍ^２である。

研磨は、カラーフィルタ基板Ｂの搬送方向下流側縁部から上流側縁部に向かって行われる。そして、カラーフィルタ基板Ｂの搬送方向上流側縁部が通過するタイミングに合わせて、研磨ヘッド５２を研磨位置から待機位置に移動させ、その後、研磨ヘッド５２の偏心回転を停止して研磨動作を終了する。以降、カラーフィルタ基板Ｂが搬送されてくるたびに上記の動作を繰り返す。尚、研磨ヘッド５２を、カラーフィルタ基板Ｂの搬送方向に直交する方向に直線状に揺動させながら、研磨を行うようにしてもよい。

なお、非研磨部は研磨に寄与しないので、従来技術のように研磨パッド６３全体で研磨する場合に比べて、研磨時間を長くする必要がある。そこで、連続式研磨装置５１では、カラーフィルタ基板Ｂの搬送速度を小さくする、研磨ヘッド５２の回転数を増加させる、及び研磨ヘッド５２の研磨圧力を増加させることによって、研磨時間の増加分を吸収できるように研磨時の各種条件を設定する必要があるが、タクト（処理間隔）は一定であり、処理枚数の低下には至らない。また、研磨時の各種条件を変更することに代えて、研磨ヘッドの大きさを大きくすることによって、研磨時間を確保するようにしてもよい。

図８は、装着部６２ｄに形成する溝部６２ｅ，６２ｆの具体例を示す平面図である。装着部６２ｄの大きさは、長辺方向長さＬ１を２２５ｃｍ、短辺方向長さＬ２を２０ｃｍとする。研磨圧力は１５０ｇｆ／ｃｍ^２、滑り摩擦係数は０．１（研磨液によって摩擦は非常に小さくなり、実際は０．１以下と考えられる）とする。また、真空ポンプ７６の仕様は、到達真空度が３３００Ｐａ、排気速度が１４５リットル／ｍｉｎとする。なお、１ａｔｍ＝１．０３３２ｋｇｆ／ｃｍ^２＝１０１３２５Ｐａである。

研磨時に研磨パッド６３にかかる摩擦力は、２２５ｃｍ×２０ｃｍ×１５０×０．１÷１０００＝６７．５kgとなるため、例えば、安全率を６（真空吸着横吊りのケースの安全率を適用）とした場合、装置仕様上必要な吸着力は、６７．５×６＝４０５kgとなる。

理論吸着力をＷ（ｋｇ）、研磨パッド６３の圧力をＰ（Ｐａ）、研磨パッド６３の面積をＡ（ｃｍ^２）とすると、Ｗ＝（１０１３２５−Ｐ）Ａ／１０１３２５であるので、吸込口６２ｃの面積の総和Ａは、Ａ＝１０１３２５×Ｗ／（１０１３２５−Ｐ）＝１０１３２５×４０５／（１０１３２５−３３００）≒４２０ｃｍ^２となる。

吸込口６２ｃの直径を１ｃｍとすると、研磨プレート６２の装着部６２ｄに５３５個の吸込口６２ｃを形成する必要があるので、例えば図７に示すように配置すればよい。研磨有効領域Ａ１には、５個の溝部６２ｅを形成する。溝部６２ｅの長さは、研磨有効領域Ａ１の長辺方向長さと同じであり、ここでは２１９．５ｃｍとし、幅は吸込口６２ｃの直径と同じであり、ここでは１ｃｍである。溝部６２ｅどうしの間隔Ｌ１１は、３ｃｍであり、また溝部６２ｅと端部との間隔Ｌ１２は、１．５ｃｍである。

また、周辺領域Ａ２，Ａ３には、それぞれ１個の溝部６２ｆを形成する。溝部６２ｆの長さは、ここでは１６ｃｍであり、幅は吸込口６２ｃの直径と同じであり、１ｃｍである。溝部６２ｆと端部との間隔Ｌ１３は、０．７５ｃｍであり、溝部６２ｆと溝部６２ｅとの間隔Ｌ１４は、１ｃｍである。吸込口６２ｃの配列ピッチＰは、２．０ｃｍである。

例えば、溝部６２ｅに１０９個の吸込口６２ｃを形成し、溝部６２ｆに８個の吸込口６２ｃを形成すれば、吸込口６２ｃは全部で、１０９個×５＋８個×２＝５６１個となる。５６１個は、上記計算で求めた５３５個より多いので、充分な吸引力を得ることができる。

なお、研磨プレート６２のサイズが、２２５ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍ（高さ）＝２２．５リットルの場合、研磨プレート内の空気の排気時間は、約３０秒となる。排気時間ｔ（ｍｉｎ）は、ｔ＝Ｖ／Ｓ×２．３０３ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ２）で求められる。Ｖは排気する空気量（リットル）、Ｓは真空ポンプ７６の排気速度（リットル／ｍｉｎ）、Ｐ１は初期圧力（Ｐａ）、Ｐ２は最終圧力（Ｐａ）である。

以上のように第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第２実施形態においては、研磨パッド６３における長辺方向の両端部の周辺領域Ａ２，Ａ３は、研磨に及ぼす影響が少ないので、周辺領域Ａ２，Ａ３に溝部を形成せずに、周辺領域Ａ２，Ａ３については両面粘着テープなどの接着剤を用いて研磨パッド６３と装着部６２ｄとを固定し、研磨有効領域Ａ１については真空吸着によって固定するようにしてもよい。

図９は、第２実施形態における研磨ヘッド５２の他の駆動機構を示す模式断面図である。この駆動機構は、図５に示した構成と類似しているので、同一の構成には同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

図９に示す構成の特徴は、第１支持軸７１ａ内に真空配管を挿通させたことである。具体的には、第１真空配管８１の一端は、第１支持軸７１ａ内を挿通され、さらに基台６１に形成された挿通孔６１ａに挿通されて、空間Ｓ２に連通されている。また第１真空配管８１の他端側は、水平方向に９０度折り曲げられており、他端は、回転継手８２を介して第２真空配管８３の一端に接続されている。回転継手８２の回転軸線は、モータ７５の回転軸線Ｏ上に位置している。

第２真空配管８３の他端は、真空ポンプ７８が接続されている。また、第２真空配管８３には、真空ゲージ７９が接続されており、空気圧が測定される。なお、第２真空配管８３、第１真空配管８１、空間Ｓ２、貫通孔６２ｂが、空気流路に相当する。

上記のような構成において、モータ７５の回転軸を回転させると、第１真空配管８１は、第１支持軸７１ａと共に、モータ７５の回転軸線回りに回転する。

図１０は、本発明の第３実施形態を説明するための拡大断面図である。第３実施形態は、第１実施形態と類似しているので、同一の構成には同一の参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態では、研磨プレート２２の側部にも吸込口２２ｃを形成し、研磨プレート２２の装着部２２ｄよりサイズが大きい研磨パッド２３を装着するときは、外側にはみ出した部分を折り曲げて側部に吸着させるようにしている。

このような構成によれば、装着部２２ｄより大きい研磨パッド２３であっても研磨プレート２２にしっかりと固定することができる。なお、第２実施形態の研磨装置５１に対して、第３実施形態を適用してもよい。

このような大きな研磨パッド２３を使用することによって、研磨パッド２３を構成する部材を接着している接着剤が溶け出して研磨対象であるカラーフィルタ基板の品質が低下することを防止することができ、また研磨時の研磨液（スラリー）が研磨プレート２２と研磨パッド２３との界面から染み込んで研磨プレート２２の表面に付着することも防止できる。

上記各実施形態では、カラーフィルタ基板Ｂを下側に配置し、研磨ヘッド２，５２を上側に配置したけれども、カラーフィルタ基板Ｂの研磨すべき表面と研磨ヘッド２，５２とが対向する位置関係であれば、どのように配置してもよい。例えば、支持テーブル５，５４を上側に配置すると共に、研磨ヘッド２，５２を下側に配置してもよい。

また、上記各実施形態では、研磨ヘッド２，５２をカラーフィルタ基板Ｂに対して近接・離反するように移動させるようにしたけれども、カラーフィルタ基板Ｂを研磨ヘッド２，５２に対して近接・離反するように移動させるようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、研磨対象としてカラーフィルタ基板Ｂを例にとり説明したけれども、例えば半導体ウエハのように板状の研磨対象であれば、同様に適用できる。

また、上記各実施形態では、例えば図１１に示すように、研磨プレート２２にぴったりはめ込むことができるような底面形状、即ち底面が研磨プレート５２の表面と凹凸が逆の研磨パッド装着用のジグ３０を準備すれば、位置ずれ及びリークすることなく研磨パッド２３を装着することができる。

本発明の第１実施形態であるオスカー式研磨装置の概略的構成を示す模式図。（ａ）は研磨プレートの装着部の平面図、（ｂ）は（ａ）の切断面線ｂ−ｂから見た断面図、（ｃ）は研磨パッドの装着状態を示す拡大図。（ａ）及び（ｂ）は研磨パッドの構造を示す断面図。研磨ヘッドの揺動態様を説明するための平面図。本発明の第２実施形態である連続式研磨装置の概略的構成を示す模式図。研磨ヘッドの動きを示す平面図。研磨プレートの装着部の平面図。装着部に形成する溝部の具体例を示す平面図。第２実施形態における研磨ヘッドの他の駆動機構を示す模式断面図。本発明の第３実施形態を説明するための拡大断面図。研磨パッドの装着方法を示す模式図。従来技術を説明するための平面図。

符号の説明

１，５１研磨装置
２，５２研磨ヘッド
３回転軸
４，５３支持部
５，５４支持テーブル
６回転軸
２１，６１基台
２２，６２研磨プレート
２２ｃ，６２ｃ吸込口
２２ｅ，６２ｅ，６２ｆ溝部
２３，２３Ａ，６３研磨パッド
２３１不織布
２３２研磨部材
２３３合成樹脂シート
２３４粘着糊
２３５緩衝部材

Claims

板状の研磨対象を保持すると共に、第１回転軸回りに回転自在に設けられる保持具と、
ヘッド本体に円板状の研磨パッドを装着して構成されると共に、前記保持具に対向して設けられ、前記研磨パッドの中心に設けられた第２回転軸回りに回転される研磨ヘッドとを備え、
前記第２回転軸回りに回転される前記研磨ヘッドを前記基板の表面に加圧接触させ、前記保持具に摩擦によって前記研磨ヘッドの回転に追従した回転をさせながら研磨を行う研磨装置において、
前記ヘッド本体における前記研磨パッドの装着部に、前記第２回転軸を中心とする複数個の同一形状の扇形の溝部を等間隔に形成すると共に、前記溝部内に真空ポンプに接続された空気流路の吸込口を形成し、前記吸込口から空気を吸引することによって前記研磨パッドを前記装着部に装着することを特徴とする研磨装置。
板状の研磨対象を保持する保持具と、
ヘッド本体に矩形状の研磨パッドを装着して構成されると共に、前記保持具に対向して設けられ、所定の回転中心からずれた位置に設けられた支持軸が前記回転中心回りに回転される研磨ヘッドとを備え、
前記研磨ヘッドに対して前記基板を相対移動させると共に、前記回転中心回りに回転される前記研磨ヘッドを前記基板の表面に加圧接触させて研磨を行う研磨装置において、
前記ヘッド本体における前記研磨パッドの装着部に、前記研磨パッドの長辺方向に延びる複数個の同一形状の長方形の溝部を短辺方向に等間隔に形成すると共に、前記溝部内に真空ポンプに接続された空気流路の吸込口を形成し、前記吸込口から空気を吸引することによって前記研磨パッドを前記装着部に装着することを特徴とする研磨装置。
請求項１又は２に記載の研磨装置において、
前記研磨パッドは、合成樹脂シートと、研磨部材とを重ね合わせて構成され、前記合成樹脂シートを前記研磨プレートに対向させて装着されていることを特徴とする研磨装置。
請求項３に記載の研磨装置において、
前記研磨パッドは、前記合成樹脂シートと前記研磨部材との間に緩衝部材を介在させて構成されていることを特徴とする研磨装置。
請求項１又は２に記載の研磨装置において、
前記研磨プレートの側部に吸込口を形成し、前記研磨プレートの装着部より大きい研磨パッドを装着するときは、外側にはみ出した部分を折り曲げて側部に吸着させることを特徴とする研磨装置。