JP4744250B2

JP4744250B2 - 角形状基板の両面研磨装置および両面研磨方法

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Publication number: JP4744250B2
Application number: JP2005266231A
Authority: JP
Inventors: 一雄小林; 克浩辻
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: US7214124B2; TWI329551B; JP2007075943A; US20070060027A1; TW200718509A

Description

本発明は、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、シリコン基板等の角形状基板の両面を同時に研磨して基板を平坦化するとともにその厚みを減少させる両面研磨装置および角形状基板の両面平坦化方法に関する。特に、この角形状基板の両面研磨装置は、液晶がガラス板間に注入された液晶表示装置用ガラス板、フラットパネル・ディスプレイ用ガラス積層板、あるいは、ガラス板内面に電極が設けられ、そのガラス板間に液晶が注入された表示装置用ガラス基板の両面を研磨する際に使用される。

液晶がガラス板間に注入された液晶表示装置用ガラス板、あるいは、ガラス板内面に電極が設けられ、そのガラス板間に液晶が注入された表示装置用ガラス基板は知られており、液晶表示板に使用されている。（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照。）。

通常、この液晶表示板に使用される角形状ガラス板は、表面を研削、またはラップ加工して厚みが減少され、さらに、その研削面またはラップ面をエッチングまたは片面づつ、或いは両面を同時研磨加工して平坦化している。

かかる薄肉の角形状ガラス板の研磨方法として、角形状ガラス板の両面を研磨パッドで同時に研磨する方法（ａ）と片面づつ研磨する方法（ｂ）がなされている。前者（ａ）の両面研磨方法として、例えば、外周にギア部を形成するとともに、多角形状に形成された角形状ガラス板の大きさに略相当する大きさの孔部（ポケット部）が穿設されたキャリア本体部と、前記角形状ガラス板の角部を除く端部と前記キャリア本体部に穿設された前記孔部の前記角形状ガラス板の角部に対応する部位を除く周部との間に配設された角形状ガラス板支持部材とを有し、前記キャリア本体部を、強度の高い材料により形成し、少なくとも前記角形状ガラス板支持部材の前記角形状ガラス板との接触部位を前記角形状ガラス板と当接しても前記角形状ガラス板の破損を生じにくい柔軟性材料により形成したキャリアを用い、角形状ガラス板をキャリアに支持させた後に、両面研磨装置の駆動装置によりキャリア本体部のギア部を介してキャリアを回転させるとともに、研磨パッドの軸心を同軸上にして設けられた一対の円形状研磨パッドを角形状ガラス板の表裏面に摺擦させて角形状ガラス板の両面研磨を行うものである（例えば、特許文献４参照。）。

また、一対の角形状ガラス基板を備えた液晶セルの縦横寸法を製品サイズに加工した後に、研磨ヘッドの軸心を同軸上にして設けられた一対の円形状研磨パッドを液晶セル（角形状ガラス板）の表裏面に摺擦させて液晶セルを薄型に研磨する液晶表示装置の研磨方法において、液晶駆動用ドライバーが装着される一方のガラス基板上にスペーサ部材を設けて、液晶セルを研磨することを特徴とする液晶表示装置の製造方法も提案されている（例えば、特許文献５参照。）。

後者（ｂ）の大型角形状ガラス板を片面づつ研磨パッドで研磨する方法として、例えば、角形状ガラス板を貼着可能な膜体が張設された膜枠に角形状ガラス板を貼着し、該膜枠をキャリアに取り付ける工程、又は角形状ガラス板を貼着可能な膜体が張設された膜枠をキャリアに取り付け、該膜枠に角形状ガラス板を貼着する工程と、該膜枠が取り付けられたキャリアと研磨パッド（定盤）とを相対的に近づけて、前記膜体に貼着された角形状ガラス板の研磨面を前記研磨パッドに押し付けて研磨する工程と、角形状ガラス板の研磨完了後、前記キャリアから前記膜枠を取り外し、該膜枠から前記角形状ガラス板を取り外す工程、又は角形状ガラス板の研磨完了後、前記膜枠から前記角形状ガラス板を取り外し、前記キャリアから前記膜枠を取り外す工程とを有することを特徴とする角形状ガラス板の研磨方法が提案されている（例えば、特許文献６参照。）。
特開２００３−２５５２９１号公報特開２００４−２１０１６号公報特開２００５−３８４５号公報特開平６−２１８６６７号公報特開２００３−２５５２９１号公報特開２００４−１２２３５１号公報

角形状ガラス板の表裏面を片面づつ研磨していく方法（ｂ）は、研磨中の角形状ガラス板の研磨装置外への飛び出しが殆ど皆無である利点を有するが、片面づつ研磨していくので研磨加工ステ−ジを多く設ける必要があるとともに研磨途中で角形状ガラス板の表裏を逆転させる工程が必要とされるので、角形状ガラス板の表裏面を同時に研磨する両面研磨装置と比較すると研磨装置設備が大型となり、フットプリントが大きい欠点がある。両面研磨装置は、片面づつ研磨していく方法と比較すると研磨時間が短い利点を有するが、厚みが１ｍｍ以下と薄い角形状ガラス板であると研磨中に角形状ガラス板がキャリア内から研磨装置外への飛び出しが懸念される。

本発明者等は、米粒を両手のひらで握っておむすびに型づくる際のおむすび形状となる動きの原理に着目し、手のひらの回し方向が上下逆方向であること、上下の手のひらの回転軸がずれていること、および手のひらが若干左右に揺動していることが米粒を両手のひら内側から外へ飛散させることなくおむすび状に握られることに多大な影響を及ぼしていると理解し、手のひらの動きを角形状ガラス板の両面研磨装置の研磨パッドに利用し、米粒の動きをキャリアに応用することにより本発明に到った。

請求項１の発明は、
中央部に基板収納ポケット部が設けられたキャリア、
該キャリアの左右直線移動機構、
回転軸心を研磨パッドの中心点より外した一対の偏心角形状研磨パッドであって、この一対の角形状研磨パッドの研磨面を平行にして異なった軸心で回転するよう配置した一対の偏心角形状研磨パッド、
前記偏心角形状研磨パッドの昇降機構および回転駆動機構、および
前記基板収納ポケット部に収納された基板と偏心角形状研磨パッドとが接する面に研磨液を供給する研磨液供給手段、
を備える角形状基板の両面研磨装置を提供するものである。

請求項２の発明は、キャリアの基板収納ポケット部内に角形状基板を保持し、この基板を逆方向に回転する回転軸心を研磨パッドの中心点より外した一対の偏心角形状研磨パッドの間を通過させて、前記角形状基板の両面を同時に研磨する角形状基板の研磨方法において、前記一対の偏心角形状研磨パッドをその研磨面を平行にして異なった軸心で回転するよう配置し、前記角形状基板を前記偏心角形状研磨パッドの間に一定時間留まらせるとともに、前記角形状基板の研磨中に前記キャリアを間歇的に左右に往復揺動させることにより前記角形状基板の両面を研磨することを特徴とする角形状角形状基板の研磨方法を提供するものである。

角形状基板を左右方向に揺動させながらお互いに逆方向に回転する偏心角形状研磨パッドで角形状基板の両表面を研磨加工するので、研磨された角形状基板の四隅の厚みと他場所の厚みの差が小さく、厚み分布の良好な角形状基板が得られる。また、お互いの偏心角形状研磨パッドの回転軸心が離間している一対の偏心角形状研磨パッドの回転方向が相互逆方向であるので、薄い角形状基板が研磨加工中にキャリアのポケット部より飛び出すことはない。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は角形状基板の両面研磨装置の一部分を切り欠いた斜視図、図２は両面研磨装置の研磨ヘッド部の一部分を切り欠いた断面図、および、図３は角形状基板を両面研磨加工しているときの角形状基板と偏心角形状研磨パッドの動きを示す平面図である。

図１において、１００は角形状基板の両面研磨装置、１は上側の偏心角形状研磨パッド、２は下側の偏心角形状研磨パッド、３は角形状基板（ワ−クピ−ス）、４はキャリア、５は研磨ヘッド、６はスピンドル、７はエア−シリンダ、８はキャリア移動機構、９は支持台、１０は案内レ−ル、１１は小型サ−ボモ−タ、１２は基台、１３は壁材である。２００は角形状基板の位置決め装置、２０１はロ−ルコンベア−、２０２はロ−ル状ブラシ、２０３は位置決め機構、２０３ａはプッシュバ−、２０３ｂ、２０３ｃは位置決め堰である。３００は角形状基板の搬送ロボット、３０１はア−ム、３０２は真空吸着ハンドである。

両面が研磨加工された角形状基板３は、位置決め装置２００のロ−ルコンベア−２０１上を滑走し、ロ−ル状ブラシ２０２間を通過し位置決め機構２０３の堰２０３ｂ，２０３ｃに右端部が当接触し、ついで、プッシュバ−２０３ａを前進させ角形状基板３の後端部を押して右端隅部を堰２０３ｂに当接させることにより搬送ロボット３００に対する角形状基板３の座標位置が決定される。搬送ロボット３００の真空吸着ハンド３０２により角形状基板３を吸着する前にプッシュバ−２０３ａは後退される。

図２に示す両面研磨装置１００の研磨ヘッド５ａ，５ｂにおいて、円盤状支持体の表面に研磨布を貼付した偏心角形状研磨パッド（定盤）１，２は、その研磨布の研磨面１ａ，２ａを互いに平行にしてキャリア４に保持された角形状基板３を挟んでそれぞれの偏心角形状研磨パッドの回転軸心１ｃ，２ｃをずらして上下に配置される。偏心角形状研磨パッド１，２は中空スピンドル（回転軸）６ａ，６ｂに軸承されている。研磨剤は、ポンプＰにより配管６２、ロ−タリ−ジョイント６３を経て中空回転軸６ａ，６ｂ内に設けられた管６４へと供給されて前記研磨パッド１，２の研磨布の研磨面１ａ，２ａを湿潤する。前記研磨パッド１，２は、取り付けフレ−ム７０に支持され、この取り付けフレ−ムの下部に設けられたスライダ−７１は、コラム８０に設けられたガイドレ−ル７２上を前後方向に移動可能となっており、前記研磨パッド１をキャリア４の左右送り方向に対し直交する方向へ前進後退できる構造となっている。

中空スピンドル６ａ，６ｂは、原動機Ｍ_１、プ−リ−８２、ギア−８１，８３などを備えた回転駆動装置により、所定の回転数、例えば１０〜１８０ｃｍ^−１で互いに反対方向に回転可能である。

中空スピンドル６ａ，６ｂの内室と管６４の間の空間６５にはロ−タリ−ジョイント６３に接続された管６６を経由して図示されていないコンプレッサ−より加圧空気が供給される。また、図示されていない真空ポンプにより空間６５内の気体は排気される。

加工前の偏心角形状研磨パッド１，２の間隔（原位置）は、加工される角形状基板３の厚みにより調整される。偏心角形状研磨パッド１，２の大きさは、被研磨物である角形状基板に相似形で１．３〜２．０倍の寸法が好ましい。

研磨布１ａ，２ａの素材としては、ダイヤモンド粉含有ポリウレタンフォ−ムシ−ト、ダイヤモンド粉含有ポリアミド繊維を不織布状に加工し、これをウレタンプレポリマ−で固めたシ−ト状物などが用いられる。

研磨剤としては、水、セリア、アルミナ、ダイヤモンド、シリカ系の研磨剤スラリ−が用いられる。研磨剤は、被研磨物の基板の種類により異なるが、ガラス基板にはセリア系研磨剤スラリ−、シリコン基板にはコロイダルシリカ系スラリ−、サファイア基板には、アルミナ系スラリ−とダイヤモンド系スラリ−が好ましい。

偏心角形状研磨パッド１，２は、その対角線交点（中心点）から１０〜８０ｍｍ外した位置が回転軸心１ｃ，２ｃとなるよう前記中空スピンドル６ａ，６ｂに軸承している。これら一対の偏心角形状研磨パッド１，２は、その研磨面１ａ，２ａを平行にしてキャリア４に対し点対称となるよう設置される。これら一対の偏心角形状研磨パッド１，２の回転軸心１ｃ，２ｃ間距離は、２０〜１６０ｍｍが好ましい。これら一対の偏心角形状研磨パッド１，２のスピンドル軸６ａ，６ｂの回転方向は逆方向で、偏心角形状研磨パッド１，２の回転数は１０〜２００ｍｉｎ^−１、偏心角形状研磨パッドの角形状基板３に対する加圧力は、２０〜１００ｇ／ｃｍ^２が好ましい。角形状基板の研磨時、キャリア４は左右に間歇的に揺動される。キャリア４の揺動速度は８０〜２００ｃｍ／分、振れ幅は２５〜１００ｍｍ、揺動周期は２〜２０回／分が好ましい。角形状基板３の研磨取り代は、基板の素材、用途に依存するが２〜１００μｍが好ましい。

キャリア４は、キャリア移動機構８に前後端を挟持され、このキャリア移動機構８を小型サ−ボモ−タ１１の駆動を受けたボ−ルネジ（図示されていない）が回転駆動し、案内レ−ル１０上をキャリア移動機構８が滑走することにより行われる。このキャリア４には、その幅方向中央部で、且つ長さ方向に所定の間隔０．５〜１ｍｍを保って角形状基板３の外形よりも若干大きいポケット部４ａが複数形成されている。ポケット部４ａの内側には可撓性ゴム板４ｂを設けるのがよい。角形状基板３をポケット部４ａに嵌合した際に、基板３の両面がキャリアベルト４の両面から研磨取り代分を超えて突出可能なようにキャリア４の厚みは角形状基板３の厚みより薄い。

図３に示すように、キャリア４を間歇的に左右方向に揺動させながら回転軸心１ｃ，２ｃで回転する偏心角形状研磨パッド１，２を逆方向に回転させて角形状基板３の両面を同時に研磨するので、偏心角形状研磨パッドの研磨布１ａ，２ａが局所的に磨耗することが抑制されて角形状研磨パッドの寿命向上が図れると共に、偏心角形状研磨パッドの磨耗による表面の平坦形状の崩れが抑制されて角形状基板３の平坦度の向上、厚みの均一性の向上が図れる。

研磨開始点は、偏心角形状研磨パッド１と偏心角形状研磨パッド２の間隔が、キャリア４に保持される角形状基板３の厚みよりも、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度大きく設定するのが好ましい。角形状基板３への研磨切り込み量の調整は、エア−シリンダ−７の昇降により行われる。角形状基板３が所定量研磨されたら偏心角形状研磨パッド１，２をキャリア４より遠ざける。

角形状基板の研磨加工を効率よく行うには、図１に示すような両面研磨装置１００を複数並列に設置するがよい。両面研磨装置１００は、例えば、粗研磨、仕上研磨、あるいは、粗研磨、中仕上研磨、精密仕上研磨のようにそれぞれ研磨パッド、研磨条件を買えて行う。各々の研磨ステ−ジで用いる偏心角形状研磨パッドの研磨布の弾性率、ダイヤモンド粒砥番や含有率も当然異なるものとなるし、研磨時間、偏心角形状研磨パッドの回転速度も異なってくる。例えば、３段階の研磨加工のときは、偏心角形状粗研磨パッドのダイヤモンド砥粒には＃１００〜＃３２５のダイヤモンド砥粒が、中仕上げ研磨パッドのダイヤモンド砥粒には＃６００〜＃２０００のダイヤモンド砥粒を、精密仕上げ研磨パッドのダイヤモンドと砥粒には＃３０００〜＃８０００のダイヤモンド砥粒を用いる。

二段の研磨ステ−ジにおいては、粗研磨における研磨取り代量は、全体の取り代量の６０〜９５％とするのが、研磨速度のバランスを確保し、かつガラス表面のクラック等の表面欠陥を生じさせることなく全体として短時間で研磨加工を完了する上で好ましく、７５〜８５％とするのがさらに好ましい。三段研磨ステ−ジにおいては、全体の研磨厚み量の配分を粗研磨６０〜８５％、中仕上研磨３５〜１３％、精密仕上研磨５〜２％とするのが好ましい。例えば、０．６０ｍｍ厚の角形状液晶表示用ガラス板の両面から５０μｍ取り去って０．５ｍｍ厚みの角形状液晶表示用ガラス基板とするときは、２段研磨ステ−ジの場合、粗研磨加工で０．５２ｍｍ厚みとする。３段研磨ステ−ジの場合、粗研磨加工で０．５３ｍｍ厚み、中仕上研磨加工で０．５０２ｍｍ厚み、精密仕上研磨加工で０．５００ｍｍ厚みとする。

角形状基板３としては、ソーダ石灰シリカ系ガラス、ホウ珪酸系ガラス、アルミノ珪酸系ガラス、アルミノホウ酸系ガラス、無アルカリ低膨張ガラス、高歪点高膨張珪酸ガラス、結晶化ガラス等のガラス基板の他、石英基板、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、シリコン基板等の角形状基板が被研磨加工物となる。

本発明の一対の偏心角形状研磨パッドを用い、液晶表示板用ガラス積層体を左右方向に揺動しながら両面研磨する方法は、厚み分布が均一な液晶表示板用ガラス積層体を得ることが可能である。

角形状基板の両面研磨装置の一部分を切り欠いた斜視図である。両面研磨装置の研磨ヘッド部の一部分を切り欠いた断面図である。基板を両面研磨加工しているときの基板と偏心角形状研磨パッドの動きを示す平面図である。

符号の説明

１，２偏心角形状研磨パッド
１ｃ，２ｃ偏心角形状研磨パッドの回転軸心
３角形状ガラス基板
４キャリア
５研磨ヘッド
６ａ，６ｂ中空スピンドル
１００両面研磨装置
２００基板の位置決め装置
３００基板の搬送ロボット

Claims

中央部に基板収納ポケット部が設けられたキャリア、
該キャリアの左右直線移動機構、
回転軸心を研磨パッドの中心点より外した一対の偏心角形状研磨パッドであって、この一対の角形状研磨パッドの研磨面を平行にして異なった軸心で回転するよう配置した一対の偏心角形状研磨パッド、
前記偏心角形状研磨パッドの昇降機構および回転駆動機構、および
前記基板収納ポケット部に収納された基板と偏心角形状研磨パッドとが接する面に研磨液を供給する研磨液供給手段、
を備える角形状基板の両面研磨装置。
キャリアの基板収納ポケット部内に角形状基板を保持し、この基板を逆方向に回転する回転軸心を研磨パッドの中心点より外した一対の偏心角形状研磨パッドの間を通過させて、前記角形状基板の両面を同時に研磨する角形状基板の研磨方法において、前記一対の偏心角形状研磨パッドをその研磨面を平行にして異なった軸心で回転するよう配置し、前記角形状基板を前記偏心角形状研磨パッドの間に一定時間留まらせるとともに、前記角形状基板の研磨中に前記キャリアを間歇的に左右に往復揺動させることにより前記角形状基板の両面を研磨することを特徴とする角形状角形状基板の研磨方法。