JP6777530B2

JP6777530B2 - 研磨方法

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Publication number: JP6777530B2
Application number: JP2016250764A
Authority: JP
Inventors: 山崎　和宏; 和宏山崎
Original assignee: Coorstek KK
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP2018103293A

Description

本発明は、研磨方法に関し、例えば、ワークとしてＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用フォトマスク基板などのガラス基板を研磨する研磨方法に関する。

例えばＬＣＤ用フォトマスク基板などのガラス基板の上下面を研磨する装置として、前記ガラス基板を下定盤と上定盤とで狭持し、ガラス基板の上下面を同時に研磨する装置が知られている。前記下定盤は研磨布等が設けられた研磨上面を有し、前記上定盤は前記研磨上面に対向するとともに研磨布等が設けられた研磨下面を有しており、前記下定盤と上定盤とが相対的に反対方向に回転させられることによりガラス基板の上下面が研磨される。
ところで、従来、ワークであるガラス基板は、研磨キャリアに設けられたワーク保持孔に収容された状態で研磨されるが、ガラス基板の側端面がワーク保持孔の内壁に当接し、ガラス基板の側端面において微細な傷や欠けが生じる虞があった。

前記課題に対し、特許文献１には、図７に示すように研磨キャリア５０において、ワークであるガラス基板Ｗが収容されるワーク保持孔５１の内壁面５２に、ガラス基板Ｗの側端面とワーク保持孔５１の内壁面５２との当接を防止しつつガラス基板Ｗをワーク保持孔５１内に保持するためのワーク保持片５３を備える構成が開示されている。

前記ワーク保持片５３は、超高分子量ポリエチレンにより形成されるため、ガラス基板Ｗとワーク保持片５３との相対摺動に伴うワーク保持片５３の摩耗を抑制することができ、研磨工程においてワーク保持片５３及びガラス基板Ｗの削り片が発生することがない。その結果、ガラス基板Ｗへの残留微粒子の付着を防止することができ、ガラス基板製造及びフォトマスク製造の歩留まりを向上させることができる。また、研磨キャリア５０を長時間使用することができる。

特開２０１２−１１１００１号公報

ところで、特許文献１に開示された構成にあっては、図８（図７のＡ−Ａ矢視断面図）に示すようにガラス基板Ｗに当接するワーク保持片５３は断面Ｔ字型に形成されており、その凸部分がワーク保持孔５１の内壁面５２に形成された凹型溝５２ａに嵌め込まれ、保持されている。

しかしながら、研磨キャリア５０が大型（例えば長辺が１．５ｍ）のものである場合、ワーク保持孔５１の内壁面５２に対し、ワーク保持片５３を嵌合可能な溝加工を施すには高い加工精度が要求され、この加工精度が悪いと、研磨後のガラス基板Ｗの側面形状に悪影響を及ぼすという課題があった。
また、前記のようにワークがガラス基板Ｗの場合、ワーク保持片５３によってガラス基板Ｗの側面が擦れて鏡面化し、接触痕となって光反射に差異が生じ、フォトマスク基板としての性能に不具合をもたらすという課題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、ワーク保持孔にワークを保持するとともに一対の定盤の間に狭持され、前記一対の定盤が相対的に回転されることにより前記ワークが研磨される研磨方法において、ワーク側端面における鏡面化の発生を低減し、また、ワーク側面部における傷や欠けの発生を抑制することのできる研磨方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る研磨方法は、研磨キャリアにおいてワークを保持するためのワーク保持孔に枠状のインナーキャリアを配置し、前記ワークとの少なくとも当接部分をポリテトラフルオロエチレン樹脂により形成したスペーサを、前記インナーキャリアの各辺において枠の内側に突出するように設け、前記研磨キャリアを一対の定盤により狭持し、前記一対の定盤を相対的に回転させることにより前記研磨キャリアに保持されたワークを研磨する研磨方法であって、前記インナーキャリアの各辺に配置されるスペーサを、それぞれ対向する辺に配置されたスペーサの位置と非対称に配置し、前記ワークを研磨する工程を複数回行う際、研磨工程毎に、前記研磨キャリアのワーク保持孔に保持されたワークを１８０°回転させて配置することに特徴を有する。

このような方法によれば、１ワーク端面にポリテトラフルオロエチレン樹脂からなるスペーサが当接し、スペーサの接触部分が圧縮されて基板端面形状に追従して変化するため、ワークの端面形状の変化、接触傷の発生を軽減することができる。
特にワークに対し研磨作業を複数回行う際に、研磨作業毎にワークの向きを変える（ワークを１８０°回転させる）場合には、前記スペーサは、インナーキャリアの各辺において部分的に配置され、対向する辺同士で非対称の位置に配置される。
これにより、研磨作業毎にワークの向きを変えた際、ワークの側端面の同じ位置にスペーサが接触しないようにし（接触位置の分散）、基板端面形状の変化、接触傷の発生をより低減させることができる。

本発明によれば、ワーク保持孔にワークを保持するとともに一対の定盤の間に狭持され、前記一対の定盤が相対的に回転されることにより前記ワークが研磨される研磨方法において、ワーク側端面における鏡面化の発生を低減し、また、ワーク側面部における傷や欠けの発生を抑制することのできる研磨方法を得ることができる。

図１は、本発明の研磨方法に用いられる研磨キャリアを、用いることが可能な研磨装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１の研磨キャリアの平面図である。図３は、図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。図４は、図２の研磨キャリアが有するインナーキャリアの構成を説明するための平面図である。図５（ａ）は、図４のインナーキャリアに対するスペーサの取付構造を説明するための平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。図６（ａ）、図６（ｂ）は、図４のインナーキャリアに取り付けるスペーサの取付例を示す平面図である。図７は、従来の研磨キャリアの平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ矢視断面図である。

以下、本発明に係る研磨方法について、図面を用いながら説明する。
図１は、本発明の研磨方法が実施可能な研磨装置の斜視図である。尚、以下の説明においては、ワークである基板ガラスの両面を研磨する両面研磨装置を例にして説明するが、本発明に係る研磨方法にあっては、両面研磨装置に限らず、片面研磨の装置にも好適に用いることができる。
図１において、研磨装置１００は、上下一対の定盤１，２および研磨キャリア１０に加え、回転駆動体としての駆動リング３を備える。さらに、遊星歯車４、５、６、７と、環状歯車８とからなる歯車伝達機構９を備えている。
前記定盤１の下面、及び定盤２の上面には、発泡ウレタン、不織布、スウェードのいずれかからなる研磨布が設けられている。また、例えば上側の定盤１に設けられた研磨材供給孔（図示せず）から研磨剤として、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、コロイダルシリカのいずれか、又はこれらの混合物を砥粒として含むものが供給されるようになっている。

また、前記定盤１の上面、及び定盤２の下面において研磨布の下は、それぞれ同心円状に凹凸（径方向に波状の凹凸）が形成されており、その凹凸量によってガラス基板Ｗへの研磨圧力分布が制御される。それにより定盤１、２の周速による内外周の研磨効率の差異を無くし、高精度な研磨が可能となる。

前記駆動リング３は、前記キャリア１０の周囲に配設され、かつベースＢ上にガイドレール（図示せず）を介して回転自在に設置されている。また、前記駆動リング３は、外歯車からなり、駆動源Ｍ１に伝達歯車１１，１２を介して連結されている。そして、キャリア公転中心Ｏ１の回りに駆動源Ｍ１によって回転駆動されるように構成されている。
なお、前記駆動源Ｍ１は、前記ベースＢ上に取付部材（図示せず）を介して固定されている。また、前記ベースＢは、ガイドレースＲ上に進退自在に配設されている。

前記歯車伝達機構９は、前記したように遊星歯車４、５、６、７および環状歯車８を有し、前記駆動リング３からの回転が前記研磨キャリア１０に伝達されるように連結されている。
前記遊星歯車４、５、６、７は、前記駆動リング３の上面部に取付部材２０、２１、２２、２３を介して回転自在に保持されている。このうち遊星歯車４，６および遊星歯車５，７はそれぞれ対をなし、キャリア公転中心Ｏ１に関して対称な位置に配置されている。また、これら各対の遊星歯車におけるピッチ円の直径比は所定の寸法比に設定されている。
そして、前記遊星歯車４、５、６、７は、前記研磨キャリア１０に噛合し、キャリア位置決め及び駆動力伝達用の歯車として機能するように構成されている。
これにより、研磨キャリア１０がキャリア公転中心Ｏ１より偏心した位置に配置され、研磨時に駆動リング３からの駆動力が研磨キャリア１０に伝達される。なお、前記遊星歯車は、この実施形態の場合のように４個の場合のみならず、６個以上の偶数個とすることもできる。

一方、前記環状歯車８は、前記遊星歯車４、５、６、７に噛合する内歯車からなり、前記駆動リング３の上方に配設されている。また、この環状歯車８は、前記両定盤１，２（駆動リング３）の軸線と同一の軸線上に配置され、かつ前記ベースＢ上に固定されている。
そして、遊星歯車４、５、６、７と共に駆動リング３からの駆動力をキャリア１０に自転力および公転力として伝達するように構成されている。

図２は、研磨キャリア１０の平面図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
前記研磨キャリア１０は、図２に示すように複数（図では２つ）の矩形状（ガラス基板Ｗと相似形）のワーク保持孔１５を有し、各ワーク保持孔１５には、その内周縁に沿って矩形枠状のインナーキャリア１６が設けられている。各インナーキャリア１６の内側には、ワークである矩形状のガラス基板Ｗが保持されている。
尚、ワーク保持孔１５内にインナーキャリア１６を固定するには、例えば、図３（ａ）に示すようにワーク保持孔１５に段差部１０ａ（段差凹部）を設け、この段差部１０ａに係合するようインナーキャリア１６の外周部を形成すればよい。その場合、研磨キャリア１０の本体とインナーキャリア１６との繋ぎ目を覆うように超高分子量ポリエチレンにより形成された粘着テープ２５を貼って、インナーキャリア１６を固定することが望ましい。
或いは、図３（ｂ）に示すように、単純に、ワーク保持孔１５の内周面にインナーキャリア１６の外周面が接するようにインナーキャリア１６を嵌め込む構成としてもよい。

図４に示すインナーキャリア１６は、例えばポリカーボネートなどの加工性に優れる樹脂により形成されている。このインナーキャリア１６の内側縁部には、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように段差部１６ａ（段差凹部）が設けられ、この段差部１６ａには周方向に沿って複数のボルト孔１６ａ１が形成されている。これら複数のボルト孔１６ａ１のうち、例えば２つのボルト孔１６ａ１を利用して１つのスペーサ１７が取り付けられる。

スペーサ１７は、図５（ｂ）に示すように前記インナーキャリア１６の段差部１６ａに係合するように断面Ｌ字形の板片であって、更に前記ボルト孔１６ａ１に対応する２つのボルト孔１７ａ１が形成されている。それらボルト孔１６ａ１、１７ａ１の位置を合わせ、そこに超極低頭ボルト１８（螺子）を螺入してスペーサ１７がインナーキャリア１６に対して固定されるようになっている。スペーサ１７が固定されると、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すようにスペーサ１７の前端部１７ａがインナーキャリア１９の内側に突出した状態となる。尚、本実施の形態においては、図４に示すように各辺に最大４つのスペーサ１７（想像線で示す）を取り付けることが可能な構成としている。

前記スペーサ１７は、研磨工程において被研磨体であるガラス基板Ｗの側端面に当接し、インナーキャリア１６とガラス基板Ｗとの接触を防止するために設けられている。
スペーサ１７の長辺の長さ寸法は、特に限定されるものではないが、スペーサ１７の厚さ寸法については、ガラス基板Ｗとの支持面積が大きくなるように、インナーキャリア１６の高さ寸法以下の範囲で出来るだけ厚いことが望ましい。
尚、前記のようにスペーサ１７はボルト固定であるため、着脱自在であり、必要に応じて、その数や取付位置を容易に変更することができる。また、研磨作業後にスペーサ１７は変形等によって劣化するが、ボルト固定であれば、新たなスペーサ１７への交換が容易であり、着脱の作業性、メンテナンス性が向上する。また、ボルト固定のスペーサ１７を用いることで、インナーキャリア１６に対する複雑な加工が不要であり、製造にかかるコストを大幅に抑えることができる。

また、前記スペーサ１７は、摺動性に優れ、且つ硬度の低い樹脂により形成されている。具体的には、摺動性と硬度において超高分子量ポリエチレンより優位なＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂で形成される。特に軟質ＰＴＦＥ樹脂であることが望ましいが、機械加工が困難であるため、軟質ＰＴＦＥ樹脂を用いる場合には、例えばポリカーボネート製のスペーサの表面部分（基板端面との当接部分）に、シート状またはブロック状の軟質ＰＴＦＥ樹脂を接着すればよい。このように摺動性に優れ、且つ硬度の低い樹脂によりスペーサ１７を形成することにより、研磨中におけるガラス基板Ｗとの摺接が生じた際、ガラス基板Ｗの端面形状の部分的変化（凹など）や擦れによる傷の発生を抑制することができる。
尚、本発明にあっては、ガラス基板Ｗに対する片面研磨、両面研磨のいずれにも適用することができるが、両面研磨プロセスでは、ガラス基板Ｗの上面と下面の両方が強く摺動されることで、ワーク保持孔１５内でのガラス基板Ｗの微振動が大きくなるため、上記の本発明の効果がより好適に発揮される。

また、前記スペーサ１７は、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、インナーキャリア１６の各辺において部分的に配置される。図６（ａ）は、対向する辺同士で異なる位置にスペーサ１７が配置される例を示す。図６（ｂ）では対向する辺同士で同じ位置にスペーサ１７が配置される例を示す。いずれも各辺に２つのスペーサ１７が配置された例である。
ここで、１枚のガラス基板Ｗに対する研磨作業を複数回行う際に、各研磨作業ごとにガラス基板Ｗの向きを変える（基板を１８０°回転させる）場合には、図６（ｂ）に示す配置よりも図６（ａ）の配置が好ましい。これは、後述するように、１枚のガラス基板Ｗに対する研磨作業を複数回行う際に、各研磨作業ごとにガラス基板Ｗの向きを変える（基板を１８０°回転させる）ことで、ガラス基板Ｗの側端面の同じ位置にスペーサ１７が接触しないようにし（接触位置の分散）、基板端面形状の変化、接触傷の発生をより低減させるためである。

このように構成された研磨装置１００においてガラス基板Ｗの両面研磨を行う場合、図１のように定盤１に対し定盤２が上昇し離れた状態において、研磨キャリア１０のワーク保持孔１５にガラス基板Ｗを配置する。即ち、インナーキャリア１６の各辺において水平方向内側に突出するよう設けられたスペーサ１７の内側にガラス基板Ｗを配置する。インナーキャリア１６に対するスペーサ１７の取付位置は、好ましくは図６（ａ）に示したように対向する辺において異なる位置に配置される。

次いで、駆動リング３を時計方向（矢印ｍ１方向）に、また下方定盤２を時計方向（矢印ｍ２方向）に回転駆動する。この場合、駆動リング３が回転駆動されると、この回転方向（矢印ｍ１方向）に遊星歯車４、５、６、７が環状歯車８上を転動する。
これに伴い、研磨キャリア中心（研磨キャリア自転中心Ｏ２）を回転中心として矢印ｍ３方向に研磨キャリア１０が回転（自転）しながら、駆動リング３の回転中心（キャリア公転中心Ｏ１）を中心として矢印ｍ１方向に研磨キャリア１０が回転（公転）する。
なお、研磨キャリア１０の自転速度および公転速度は、共に駆動リング２の回転速度に応じて決定される。
したがって、研磨時に駆動リング２が回転駆動されると、この駆動力が歯車伝達機構３（遊星歯車４、５、６、７および環状歯車８）を介し研磨キャリア１０に自転力および回転力として伝達される。

例えば、研磨作業は各ガラス基板Ｗについて複数回数（偶数）行われ、研磨作業毎に、各ワーク保持孔１５においてガラス基板Ｗの向きが変えられる。即ち、ガラス基板Ｗの配置方向が１８０°回転される。ここで、インナーキャリア１６に対するスペーサ１７の取付位置は、例えば図６（ａ）に示す配置としているため、ガラス基板Ｗの各辺においてスペーサ１７が接する箇所が異なる箇所となり、下定盤１及び上定盤２の凸量や周速差の影響を極力小さくすることができる。
また、ガラス基板Ｗの側面に接するスペーサ１７は、摺動性に優れ、低い硬度の材料、具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂で形成されるため、基板端面形状の変化、接触傷の発生が軽減される。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、研磨キャリア１０のワーク保持孔１５に、加工性に優れるインナーキャリア１６を置き、インナーキャリア１６に複数のスペーサ１７をボルト固定するものとした。
これによりガラス基板Ｗの端面にＰＴＦＥからなるスペーサ１７が当接し、スペーサ１７の接触部分が圧縮されて基板端面形状に追従して変化するため、ガラス基板Ｗの端面形状の変化、接触傷の発生を軽減することができる。
特に各ガラス基板Ｗに対し研磨作業を複数回行う際に、研磨作業毎にガラス基板Ｗの向きを変える（基板を１８０°回転させる）場合には、前記スペーサ１７は、インナーキャリア１６の各辺において部分的に配置され、対向する辺同士で非対称の位置に配置される。
これにより、研磨作業毎にガラス基板Ｗの向きを変えた際、ガラス基板Ｗの側端面の同じ位置にスペーサ１７が接触しないようにし（接触位置の分散）、基板端面形状の変化、接触傷の発生をより低減させることができる。

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明は下記に示す実施例により制限されるものではない。

［実施例１］
実施例１では、本実施の形態に示したように、研磨キャリアに形成されたワーク保持孔に、ポリカーボネート製の矩形枠状のインナーキャリアを設け、その内周縁部にＰＴＦＥ樹脂製のスペーサを複数設けた。インナーキャリアの各辺に設けた複数のスペーサは、対向する辺側と対称的に同じ位置に配置した。

その他の条件として、研磨対象は、縦８００ｍｍ×横９２０ｍｍ×厚さ１０ｍｍのＬＣＤ用フォトマスク基板２枚を、研磨キャリアの二つのワーク保持孔に配置した。研磨剤として酸化セリウム、研磨布として硬質スエードパッドを用いた。
また、上下定盤サイズはφ２４００ｍｍ、定盤形状は上定盤が１３０μｍ凸、下定盤が２０μｍ凹、研磨圧力が４９ｇ／ｃｍ^２、定盤回転数が、下定盤が６．８ｒｐｍ、上定盤を固定、研磨キャリア回転数が３．４ｒｐｍ、キャリア揺動周期を２．５ｍｉｎ、研磨ローテーションを２回（１８０°旋回）とした。

研磨後に、基板端面の状態を観察したところ、部分的な鏡面が形成されたが、光沢計の値は５〜４０％と低かった。また、ワーク側面部において目立つ傷や欠けの発生は認められなかった。

［実施例２］
実施例２では、インナーキャリアの各辺に設けた複数のスペーサは、対向する辺側と非対称の位置に配置し、研磨作業を行った。その他条件は、実施例１と同じである。
研磨後に、基板端面の状態を観察したところ、部分的な鏡面が形成された。光沢計の値は２０％以下となり、実施例１の場合よりも良化された。また、ワーク側面部において目立つ傷や欠けの発生は認められなかった。

［比較例１］
比較例１として、インナーキャリア（スペーサ無し）にワーク（ＬＣＤ用フォトマスク基板）を配置し、研磨作業を行った。その他条件は、実施例１と同じである。
研磨後に、基板端面の状態を観察したところ、部分的な鏡面が形成され、光沢計の値は７０％と高かった。また、その鏡面部分は強く磨かれたように鏡面化していた。

以上の実施例の結果から、本発明によれば、ワーク側端面における鏡面化を低減し、また、ワーク側面部における傷や欠けの発生を抑制することができることを確認した。

１定盤
２定盤
１０研磨キャリア
１５ワーク保持孔
１６インナーキャリア
１６ａ段差部
１６ａ１ボルト孔
１７スペーサ
１７ａ前端部
１７ａ１ボルト孔
１８超極低頭ボルト（螺子）
Ｗガラス基板（ワーク）

Claims

研磨キャリアにおいてワークを保持するためのワーク保持孔に枠状のインナーキャリアを配置し、
前記ワークとの少なくとも当接部分をポリテトラフルオロエチレン樹脂により形成したスペーサを、前記インナーキャリアの各辺において枠の内側に突出するように設け、
前記研磨キャリアを一対の定盤により狭持し、前記一対の定盤を相対的に回転させることにより前記研磨キャリアに保持されたワークを研磨する研磨方法であって、
前記インナーキャリアの各辺に配置されるスペーサを、それぞれ対向する辺に配置されたスペーサの位置と非対称に配置し、
前記ワークを研磨する工程を複数回行う際、研磨工程毎に、前記研磨キャリアのワーク保持孔に保持されたワークを１８０°回転させて配置することを特徴とする研磨方法。