JP5614723B2 - 研磨装置及び被研磨物の研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置に関する。

液晶用ディスプレイ、及びプラズマ用ディスプレイ等のＦＰＤ（Flat Panel Display）用ガラス板、半導体用途のガラス板は、ガラスリボン成形装置によって帯状に成形されたガラスリボンを、所定の矩形状サイズのガラス板に切り折り加工することにより、所定の外形寸法のガラス板に製造される。また、ウェーハ用のガラス板は、シリコンの単結晶棒(インゴット)を、切断装置で切断することにより、所定の外形寸法のガラス板に製造される。そして、これらのガラス板は、洗浄工程、及び検査工程を経て研磨工程に搬送される。そして、研磨工程でガラス板の表面（研磨面）の微小な凹凸やうねりが研磨装置によって研磨除去されることにより、製品基板に要求される平坦度を満足したガラス板に製造される。

特許文献１には、ガラス板を送りテーブルによって連続的に搬送しながら多数の研磨パッドによってガラス板の研磨面を研磨する連続式の研磨装置が開示されている。各研磨パッドは、ガラス板の研磨面に押し当てられてガラス板の搬送方向に対して直交する方向に揺動するとともに、公転軸によってガラス板に対し公転運動を行い、かつ隣り合う研磨具同士の回転位相が反転するように構成されている。

一方、特許文献２の研磨装置は、研磨定盤にスラリ（研磨液）を供給し、このスラリを研磨パッドの表面から滲み出させてガラス板を研磨する。また、特許文献２に開示された溝付きの研磨パッドは、その表面に幅が２〜６ｍｍ、深さが１〜５ｍｍの複数の溝が５〜１０ｍｍのピッチで一方向に沿って形成されている。この研磨パッドによれば、前記溝の研磨作用によって研磨レートが向上するとともに、研磨に使用したスラリを、前記溝を介して研磨パッドの外部に排出することができるので、研磨パッドに目詰まりが生じ難く、研磨力が安定化するという利点がある。

特開平６−２４６６２３号公報 特開２００４−１２２３５１号公報

しかしながら、特許文献１の研磨パッドに特許文献２の溝付き研磨パッドを使用すると、ガラス板の研磨面に研磨パッドの溝が転写して、研磨面に筋状の研磨痕が発生するという問題があった。このため、ガラス板の研磨面を高い平坦度に研磨することが難しいという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被研磨物の研磨面に研磨パッドの溝が転写することにより発生する研磨痕を緩和することができる研磨装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、被研磨物と、該被研磨物の研磨面に当接される複数本の溝を備えた研磨パッドとを相対的に押し付けて、前記被研磨物の研磨面を研磨する研磨装置であって、前記複数本の溝は平行であり、前記被研磨物の非研磨面を保持するとともに該被研磨物を所定の軸を中心に回転させる回転手段と、前記研磨パッドの質量重心に対して偏心した公転軸を中心に、前記研磨パッドの質量中心を公転させ、又は公転させながら自転させる動作手段とを備えることを特徴とする研磨装置を提供する。
本発明の研磨装置を用いて被研磨物を研磨することを特徴とする被研磨物の研磨方法を提供する。

従来の研磨装置の如く、移動する研磨パッドによって静止した被研磨物を研磨すると、研磨パッドの溝が被研磨物の研磨面に規則的に当たるため、前記研磨痕が発生する。本発明は、被研磨物を回転させることによって、研磨パッドの溝が被研磨物の研磨面に無作為に当たるようになるため、前記研磨痕を緩和することができる。

本発明によれば、研磨パッドを公転させ、又は公転させながら自転させて、研磨パッドを被研磨物の研磨面に対して平行移動させる。研磨パッドを公転させるだけで、研磨パッドの溝が被研磨物の研磨面に無作為に当たり、また、公転と自転とを組み合わせれば、より一層無作為に当たるようになるので、研磨面の平坦度が向上する。

本発明は、前記被研磨物の前記回転手段による回転方向と、前記動作手段による前記研磨パッドの公転方向、又は公転方向及び自転方向とが逆方向に設定されていることが好ましい。

被研磨物の回転方向と研磨パッドの公転方向、又は自転方向とが同方向に設定された研磨装置と、本発明の研磨装置とを比較すると、本発明の研磨装置は、研磨面の任意の一点を通過する研磨パッドの相対速度が、前者の研磨装置と比較して速くなるので、研磨効率が向上し、研磨時間を短縮することができる。

本発明は、前記被研磨物を前記回転手段とともに所定の方向に搬送する搬送手段を備え、前記研磨パッドは、前記搬送手段による前記被研磨物の搬送経路に所定の間隔を持って複数台配置され、搬送中の前記被研磨物の研磨面を研磨することが好ましい。

本発明は、被研磨物を送りテーブルによって連続的に搬送しながら多数の研磨パッドによって被研磨物の研磨面を研磨する連続式の研磨装置に、被研磨物を回転させる回転手段を適用したものである。

被研磨物を搬送させない研磨装置によって研磨される被研磨物は、研磨量に応じてスループットが変わり、生産効率が低下する恐れがある。本発明によれば、連続式の研磨装置で被研磨物を研磨するため、研磨量に応じてスループットは変わらず、生産効率の低下を抑えることができる。

本発明の前記研磨パッドは、隣接する研磨パッドと回転位相差を持って公転されることが好ましい。

本発明によれば、各研磨パッドの回転運動によって被研磨物に作用する負荷を相殺することができるので、被研磨物を均一に研磨することができる。

本発明の前記回転手段は、円盤状の前記被研磨物を、その質量重心を中心に回転させることが好ましい。

矩形状の被研磨物を連続式の研磨装置に適用した場合、隣接する被研磨物との干渉を防止するために間隔を広げて被研磨物を送りテーブルに搭載しなければならない。これによって、送りテーブルに対する被研磨物の搭載枚数が少なくなるので、生産効率が低下する。これに対して円盤状の被研磨物であって、被研磨物の質量重心を中心に回転させる回転手段は、干渉を防止するために間隔を広げる必要はない。これにより、送りテーブルに対する被研磨物の搭載枚数が矩形状の被研磨物と比較して多くなるので、生産効率が向上する。

本発明の研磨装置によれば、被研磨物を回転させるとともに研磨パッドを被研磨物の研磨面に対して平行移動させたので、被研磨物の研磨面に研磨パッドの溝が転写することにより発生する研磨痕を緩和することができる。

実施の形態の研磨装置の要部平面図 図１に示した研磨装置の側面図 研磨パッドの要部拡大斜視図 回転テーブルの回転機構部を示した平面図 被研磨物をその中心を中心に回転させた例を示す被研磨物の平面図 １枚の被研磨物の中心を回転テーブルの回転中心に対してオフセットして被研磨物を公転させた例を示す被研磨物の平面図 ３枚又は４枚の被研磨物の中心を回転テーブルの回転中心に対してオフセットして被研磨物を公転させた例を示す被研磨物の平面図 送りテーブルに搭載された被研磨物の形状を示した説明図

以下、添付図面に従って本発明に係る研磨装置の好ましい実施の形態を詳説する。

図１は、実施の形態の研磨装置１０の要部平面図、図２はその側面図である。

実施の形態の研磨装置１０は、円盤状の被研磨物１２を送りテーブル１４によって矢印Ａで示す方向に連続的に搬送しながら、送りテーブル１４の上方に配置された複数の研磨パッド１６、１６…によって被研磨物１２の研磨面を研磨する連続式の研磨装置である。

なお、図１、図２には４枚の研磨パッド１６、１６…が示されているが、連続式の研磨装置の場合には、数十枚の研磨パッド１６が矢印Ａで示す搬送方向に沿って配置されている。また、本発明の研磨装置は、連続式の研磨装置１０に限定されず、ガラス板を搬送しない枚葉式の研磨装置にも適用することができる。

研磨装置１０は図２の如く、搬送方向に沿ってレール１８が敷設され、このレール１８に送りテーブル１４が走行自在に載置されている。被研磨物１２は、送りテーブル１４の上面に配置された吸着シート２０にその非研磨面が着脱自在に吸着保持されている。また、送りテーブル１４の下面には、レール１８に平行なラック２２が設けられており、このラック２２にピニオン（搬送手段）２４が噛合されている。ピニオン２４は、レール１８側に回転自在に取り付けられるとともに、不図示の駆動モータの回転軸にピニオン２４の回転軸２５が連結されている。したがって、前記駆動モータの駆動力によりピニオン２４が図２の時計周り方向に回転されると、その動力がラック２２を介して送りテーブル１４に伝達され、送りテーブル１４が矢印Ａ方向に所定の速度で搬送される。これにより、被研磨物１２と、この被研磨物１２を回転させる後述の回転手段とが送りテーブル１４とともに矢印Ａ方向に搬送される。

なお、レール１８の終端位置に送りテーブル１４が到着すると、その位置で研磨終了した被研磨物１２が吸着シート２０から剥がされる。そして、送りテーブル１４は、レール１８と平行に配設された不図示のローラーコンベアの始端位置に移載され、ローラーコンベアによる返送中に、次に研磨する被研磨物がその吸着シート２０に貼り付けられる。その後、送りテーブル１４は、ローラーコンベアの終端位置からレール１８の始端位置に再移載され、矢印Ａ方向に移動される。

図３は、研磨パッド１６の要部拡大斜視図である。研磨パッド１６の形状は、板状体である。研磨パッド１６の材料は特に限定されず、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、オレフィン系樹脂が例示される。また、被研磨物１２の研磨面に当接される研磨パッド１６の面には、図３の如く複数本の溝１７、１７…が備えられている。これらの溝１７、１７…は平行であり、また、図１の送りテーブル１４の移動方向Ａに対して直交する方向となるように図２の研磨ヘッド２６の下面に取り付けられている。

図２に示すように、研磨ヘッド２６は、遊星ギヤ機構等の公知の公転運動機構部（動作手段）２８の出力軸に連結されている。また、公転運動機構部２８には駆動モータ（不図示）が搭載され、この駆動モータによって公転運動機構部２８が駆動されることにより、前記出力軸が公転運動を行う。これによって、研磨ヘッド２６に取り付けられた研磨パッド１６は、研磨パッド１６の質量重心Ｏ点が、公転軸Ｐ点を中心に、矢印Ｂで示す軌跡に沿って移動するように公転駆動される。研磨パッド１６の公転動作によって、研磨パッド１６が被研磨物１２の研磨面に対して平行移動される。なお、公転運動機構部２８の前記出力軸に回転を与えるように公転運動機構部２８を構成すれば、研磨パッド１６は、矢印Ｂの軌跡に沿って公転しながら自転することができる。

一方、被研磨物１２を吸着保持する図２の吸着シート２０は、回転テーブル（回転手段）３０の上面に貼り付けられている。この回転テーブル３０は円盤状に構成されており、その下面中央には回転軸３２が連結されている。

図４は、回転テーブル３０の回転機構部を示した平面図である。図４に示すように、回転軸３２は、周面にギヤ３４が刻設された円盤３６の中央部に立設されている。円盤３６は送りテーブル１４に回転自在に取り付けられており、また、ギヤ３４にはギヤ３８が噛合されている。このギヤ３４とギヤ３８とによってベベルギヤが構成され、ギヤ３８の軸４０に不図示のモータの出力軸が連結されている。したがって、前記モータが駆動されることにより、その動力がギヤ３８からギヤ３４を介して円盤３６に伝達され、そして円盤３６から回転軸３２を介して回転テーブル３０に伝達されることにより、回転テーブル３０が中心軸Ｑを中心に回転する。これにより、吸着シート２０に吸着保持された被研磨物１２が中心軸Ｑを中心に矢印Ｃで示す反時計周り方向に回転する。

次に、実施の形態の研磨装置１０の作用について説明する。

実施の形態の研磨装置１０は、ラック２２とピニオン２４の送り動作によって送りテーブル１４を矢印Ａ方向に搬送しながら、研磨パッド１６を公転（又は公転及び自転）させるとともに被研磨物１２をその中心に回転させて、被研磨物１２の研磨面を多数の研磨パッド１６、１６…によって連続的に研磨する。

従来の研磨装置のように、公転及び／又は自転する研磨パッドによって静止した被研磨物を研磨すると、研磨パッドの溝が被研磨物の研磨面に規則的に当たる。換言すると、研磨パッドは、被研磨物の研磨面全体を均一に研磨せず、研磨面の特定の箇所に偏って研磨する。このため、従来の研磨装置では、被研磨物の研磨面に研磨痕が発生する。

これに対して、実施の形態の研磨装置１０は、被研磨物１２を回転させたので、研磨パッド１６の溝１７は、被研磨物１２の研磨面に無作為に当たるようになる。これにより、実施の形態の研磨装置１０は、従来の研磨装置で発生する前記研磨痕を緩和することができる。

また、実施の形態の研磨装置１０は、研磨パッド１６を公転させるだけで、研磨パッド１６の溝１７が被研磨物１２の研磨面に無作為に当たり、また、公転と自転とを組み合わせれば、より一層無作為に当たるようになるので、被研磨物１２の研磨面の平坦度が向上する。

なお、上記実施の形態では、図５Ａの如く被研磨物１２の中心と回転テーブル３０の中心軸Ｑとを合致させて、被研磨物１２をその中心に回転させるようにしたが、この限りではない。例えば図５Ｂに示すように、１枚の被研磨物１２Ａの中心Ｐ_１を回転テーブル３０の回転中心Ｑに対してオフセットして被研磨物１２を公転させてもよく、また、図５Ｃに示すように、３枚又は４枚の被研磨物１２Ｂ、１２Ｂ…の各中心Ｐ_２を回転テーブル３０の回転中心Ｑに対してオフセットして３枚の被研磨物１２Ｂ、１２Ｂ…を公転させてもよい。

図５Ｂ、図５Ｃの如く被研磨物１２Ａ、１２Ｂを公転させることにより、図５Ａで示した自転型のものと比較して、研磨パッド１６の溝１７が被研磨物１２の研磨面に当たる無作為性が増すので、被研磨物１２の研磨面の平坦度がより一層向上する。

更に、実施の形態の研磨装置１０では、図１の如く、研磨パッド１６（「公転方向」又は「公転方向及び自転方向」）の矢印Ｂで示す時計周りの公転方向と、被研磨物１２の矢印Ｃで示す反時計周りの回転方向とが逆方向に設定されている。

ここで、被研磨物の自転方向と研磨パッドの公転方向（又は公転方向及び自転方向）とが同方向に設定された研磨装置と、実施の形態の研磨装置１０とを比較する。実施の形態の研磨装置１０は、被研磨物１２の研磨面の任意の一点を通過する研磨パッド１６の相対速度が、前者の研磨装置と比較して速くなる。これにより、実施の形態の研磨装置１０は、前者の研磨装置よりも研磨効率が向上し、研磨時間を短縮することができる。

一方で、連続式の研磨装置であって被研磨物が回転しない特許文献１の研磨装置では、被研磨物に対する研磨パッドの接触面積が大きくなるに従って研磨圧力が低くなり、前記接触面積が小さくなるに従って研磨圧力が高くなる傾向がある。このため、特許文献１の研磨装置では、被研磨物の内側の研磨代が外側よりも小さくなるので、研磨面に研磨代の分布が発生する。

これに対して実施の形態の研磨装置１０は、被研磨物１２を回転させるとともに研磨パッド１６を平行移動させるため、研磨代の分布を緩和できるという利点がある。

また、実施の形態の研磨パッド１６、１６…は、隣接する研磨パッド１６と回転位相差を持って公転されている。

つまり、図１の如く、被研磨物１２の搬送中に１枚の被研磨物１２に対して２台の研磨パッド１６、１６が当接して研磨を行う場合には、各研磨パッド１６、１６の質量重心Ｏの回転位相差を１８０度に設定する。また、１枚の被研磨物１２に対して４台の研磨パッド１６、１６…が当接して研磨を行う場合には、各研磨パッド１６、１６…の質量重心Ｏの回転位相差を９０度に設定する。これにより、各研磨パッド１６、１６…の回転運動によって被研磨物１２に作用する負荷を相殺することができるので、被研磨物１２を均一に研磨することができる。

なお、実施の形態では形状が円盤状の被研磨物１２を例示したが、被研磨物１２の形状は円盤状に限定されるものではなく矩形状であってもよい。

しかしながら、図６（Ａ）に示すように、矩形状の被研磨物１２Ｃを連続式の研磨装置に適用した場合、送りテーブル１４に対する被研磨物１２Ｃの搭載枚数が少なくなるので、生産効率が低下する。つまり、矩形状の被研磨物１２Ｃをその質量重心を中心に回転させた場合（図中の一点鎖線は被研磨物１２Ｃのエッジの回転軌跡を示す）、隣接する被研磨物１２Ｃとの干渉を防止するために隣接する被研磨物１２Ｃの間隔を広げて被研磨物１２Ｃを送りテーブル１４に搭載しなければならない。これにより、送りテーブル１４に対する被研磨物１２Ｃの搭載枚数が少なくなるので、生産効率が低下する。

これに対して図６（Ｂ）に示すように、円盤状の被研磨物１２であって、被研磨物１２の質量重心を中心に回転させる回転テーブル３０（図２参照）を有する連続式の研磨装置１０では、干渉を防止するために隣接する被研磨物１２の間隔を広げる必要はない。これにより、送りテーブル１４に対する被研磨物１２の搭載枚数が、矩形状の被研磨物１２Ｃと比較して多くなるので、生産効率が向上する。

１０…研磨装置、１２…被研磨物、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…被研磨物、１４…送りテーブル、１６…研磨パッド、１７…溝、１８…レール、２０…吸着シート、２２…ラック、２４…ピニオン、２５…回転軸、２６…研磨ヘッド、２８…公転運動機構部、３０…回転テーブル、３２…回転軸、３４…ギヤ、３６…円盤、３８…ギヤ、４０…軸

Claims (6)

1. 被研磨物と、該被研磨物の研磨面に当接される複数本の溝を備えた研磨パッドとを相対的に押し付けて、前記被研磨物の研磨面を研磨する研磨装置であって、
   前記複数本の溝は平行であり、
   前記被研磨物の非研磨面を保持するとともに該被研磨物を所定の軸を中心に回転させる回転手段と、前記研磨パッドの質量重心に対して偏心した公転軸を中心に、前記研磨パッドの質量中心を公転させ、又は公転させながら自転させる動作手段とを備えることを特徴とする研磨装置。
2. 前記被研磨物の前記回転手段による回転方向と、前記動作手段による前記研磨パッドの公転方向、又は公転方向及び自転方向とが逆方向に設定されている請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記被研磨物を前記回転手段とともに所定の方向に搬送する搬送手段を備え、前記研磨パッドは、前記搬送手段による前記被研磨物の搬送経路に所定の間隔を持って複数台配置され、搬送中の前記被研磨物の研磨面を研磨する請求項１又は２に記載の研磨装置。
4. 前記研磨パッドは、隣接する研磨パッドと回転位相差を持って公転される請求項３に記載の研磨装置。
5. 前記回転手段は、円盤状の前記被研磨物を、その質量重心を中心に回転させる請求項１から４のいずれかに記載の研磨装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の研磨装置を用いて被研磨物を研磨することを特徴とする被研磨物の研磨方法。

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