(57)【要約】【課題】研磨効率を維持したまま、均一な表面粗さと光学的な斑のない基板を得る【解決手段】水平に走行する基板を連続して鏡面研磨するための研磨装置であって、円盤状の研磨ヘッドを前記基板上に配設し、前記研磨ヘッドの研磨面を前記基板に圧接し、前記研磨ヘッドを前記基板面に垂直な回転軸で回転させる手段、及び前記研磨ヘッドを基板の走行方向と直交する水平方向に往復運動させる手段を具備し、前記基板の研磨面と反対の面に、２本以上の受けロールを以下の式（１）および（２）を満たすように配置する研磨装置。（１）  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）＜（各受けロールの軸中心の間の距離の合計）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転直径）（２）  （研磨ヘッドの回転軸の位置から各受けロールの軸中心までの距離）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）【選択図】図１
2011177856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に走行する基板を連続して鏡面研磨するための研磨装置であって、円盤状の研磨ヘッドを前記基板上に配設し、前記研磨ヘッドの研磨面を前記基板に圧接し、前記研磨ヘッドを前記基板面に垂直な回転軸で回転させる手段、及び前記研磨ヘッドを基板の走行方向と直交する水平方向に往復運動させる手段を具備し、前記基板の研磨面と反対の面に、２本以上の受けロールを以下の式（１）および（２）を満たすように配置する研磨装置。
（１）  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）＜（各受けロールの軸中心の間の距離の合計）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転直径）
（２）  （研磨ヘッドの回転軸の位置から各受けロールの軸中心までの距離）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）
【請求項２】
水平に走行する基板上に配設した円盤状の研磨ヘッドの研磨面を前記基板に圧接し、研磨ヘッドを基板面に垂直な回転軸で回転させると共に、研磨ヘッドを基板の走行方向と直交する水平方向に往復運動させ、前記基板を連続して鏡面研磨する方法であって、前記基板の研磨面と反対の面に、２本以上の受けロールを以下の式（１）および（２）を満たすように配置した研磨方法。
（１）  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）＜（各受けロールの軸中心の間の距離の合計）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転直径）
（２）  （研磨ヘッドの回転軸の位置から各受けロールの軸中心までの距離）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平に走行する基板の研磨装置および研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大型基板の研磨方法としては、例えば、特許文献１に記載されているように複数の研磨ヘッドを走行方向と直行する方向に並べ走行速度よりも十分に速い速度で往復運動させながら、均一な表面粗さの鏡面を得る方法が知られている。
【０００３】
近年では、表面粗さの均一さはもとより、研磨された面の品質において、光学的にも斑の無い状態が要求されるようになった。さらに、工業的にはコスト面において、一定の研磨量を確保するという生産性の要求もあり、これらの鏡面の品質と生産性の両立が求められている。
【０００４】
特許文献１には、複数台の研磨ヘッドを用いる装置が開示されている。被加工物はコンベア装置の上に載置され、移送されながら研磨される。このとき、コンベア装置に求められる具体的な条件について開示されていないため、コンベアと被加工物の剛性によっては、研磨ヘッドの押付け圧力によって撓みが発生し、斑のある鏡面となって均一な研磨品質を確保する事ができない。
【０００５】
また特許文献２には、コイル状の帯鋼を研磨するために、加工ドラムを設けてそこを通過させるあいだに研磨する方法が開示されている。円盤状の研磨具を回転させながら押し付けると切線上での接触となり、帯鋼を移動させながら研磨すると、研磨具の移動の軌跡が光学的な斑となってしまう。加工ドラムの湾曲に合わせて加工した研磨具を使用する例の記載もあるが、研磨具を均一に押し当てながら移動させるのは難しく、研磨具の形状の変化により、研磨量の斑や光学的な斑が発生しやすい。研磨台を設ける方法の記載もあるが、帯鋼が研磨台と接触するため、精密な研磨をするためには、帯鋼の裏面の表面品質が重要となり、連続的な鏡面研磨が難しい。
【０００６】
さらに特許文献３には、被研磨物である基板を保持し移動させる搬送機構と研磨ヘッドを具備した基板の研磨装置が開示されている。前記基板はベルトコンベアに保持されて移動しながら研磨される。このベルトコンベアは支持ローラで支えられていると共に、ベルトコンベアは基板を保持するための保持手段を有しており、装置の構造が複雑である。そしてロールの配置によっては、光学歪みが発生する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−２２８３６４号公報
【特許文献２】特開昭６０−２３２８６０号公報
【特許文献３】特開２００５−２７１１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、光学的な斑の無い基板を得るための研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、水平に走行する基板を連続して鏡面研磨するための研磨装置であって、円盤状の研磨ヘッドを前記基板上に配設し、前記研磨ヘッドの研磨面を前記基板に圧接し、前記研磨ヘッドを前記基板面に垂直な回転軸で回転させる手段、及び前記研磨ヘッドを基板の走行方向と直交する水平方向に往復運動させる手段を具備し、前記基板の研磨面と反対の面に、２本以上の受けロールを以下の式（１）および（２）を満たすように配置する研磨装置である。
（１）  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）＜（各受けロールの軸中心の間の距離の合計）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転直径）
（２）  （研磨ヘッドの回転軸の位置から各受けロールの軸中心までの距離）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）
また本発明は、水平に走行する基板上に配設した円盤状の研磨ヘッドの研磨面を前記基板に圧接し、研磨ヘッドを基板面に垂直な回転軸で回転させると共に、研磨ヘッドを基板の走行方向と直交する水平方向に往復運動させ、前記基板を連続して鏡面研磨する方法であって、前記基板の研磨面と反対の面に、２本以上の受けロールを以下の式（１）および（２）を満たすように配置した研磨方法である。
【００１０】
（１）  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）＜（各受けロールの軸中心の間の距離の合計）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転直径）
（２）  （研磨ヘッドの回転軸の位置から各受けロールの軸中心までの距離）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）
【発明の効果】
【００１１】
本研磨方法は、鏡面研磨において、研磨効率を維持したまま、均一な表面粗さと光学的な斑のない基板を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の研磨装置における研磨ヘッドと受けロールの一形態の概略構成を表わした断面図である。
【図２】本発明の研磨装置における研磨ヘッドと受けロールの一形態の概略構成を表わした断面図である。
【図３】比較例１の研磨装置における研磨ヘッドと受けロールの概略構成を表わした断面図である。
【図４】比較例２の研磨装置における研磨ヘッドと受けロールの概略構成を表わした断面図である。
【図５】比較例３の研磨装置における研磨ヘッドと受けロールの概略構成を表わした断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明で用いる基板は、ステンレス鋼等のコイル状の帯板、あるいは、エンドレスベルトのような帯板を対象とする。これらの帯板の材質に制限は無い。本発明では、特に、ステンレス鋼の基板の鏡面研磨に好適に用いられる。
【００１４】
本発明に用いる研磨ヘッドは、基板と圧接する接触面が円盤状の形状をしている。研磨ヘッドは、基板に圧接させるために十分な強度を有していれば、その構造に何ら制限は無く、公知の構造を使用できる。圧接させるための機構も何ら制限は無く、エアシリンダーや油圧シリンダーやねじ機構など公知の方法が使用できる。研磨ヘッドを基板面に垂直な回転軸で回転させる手段としては、電動モーターやエアーモーターなど公知の駆動方法が制限無く使用できる。研磨ヘッドを基板の走行方向と直交する水平方向に往復運動させる手段としても、クランク機構やボールねじ機構など公知の方法が使用できる。研磨ヘッドの大きさや圧接するための押付け力、往復運動の速度などは、必要とする研磨速度に応じて適宜選択すれば良い。
【００１５】
研磨ヘッドの回転速度は、１００〜１０００ｒｐｍとするのが好ましい。回転速度が遅すぎると、研磨速度が遅くなる。回転速度が速すぎると、研磨液を用いた場合に研磨液の飛散が顕著となる。
【００１６】
前記圧接の押付け力としては０．０１〜０．１ＭＰａが好ましい。押付け力が小さすぎると研磨効率が悪くなり、押付け力が高すぎると基板表面が粗くなり、また研磨時のトルク負荷が増大するため、それに耐えるべく回転のための駆動機構を大型化せざるを得ないことになる。
【００１７】
往復運動速度は研磨ヘッドの直径の１／３以下の距離を基板が走行する間に研磨ヘッドの往復運動が１回完了する速度とすることが好ましい。これよりも遅いと往復運動する幅に渉って研磨量の斑ができるし、これよりも早いと研磨時のトルク負荷が増大するため機器の大型化が必要となる。
【００１８】
研磨ヘッドは、基板の幅に応じて複数設置する事ができる。また、研磨効率を上げるために、走行方向に複数設置する事もなんら制限は無い。
【００１９】
研磨ヘッドに取り付けられる研磨パッドには、公知の材料が用いられる。砥石や不織布研磨材（例えば、住友スリーエム（株）のスコッチブライト（商品名））を適宜選択できる。
【００２０】
また、研磨パッドと研磨ヘッドの間に、弾力性を有するクッション材（例えば、ケメット・ジャパン(株)製のＦＥＬ）を設けることは、研磨ヘッドを基板により均一に圧接させることができるので、好適である。
【００２１】
また、研磨液との併用も可能である。研磨液としては公知のものが使用できる。ベンガラやアルミナスラリーなどを不織布で構成された研磨パッドと合わせて使用すると、高い品質の鏡面が得られるので好適である。
【００２２】
研磨液を供給する際に、研磨パッドの回転軸の中心部に設けた研磨液供給孔から研磨液を研磨パッドへ浸透させ走行基板へと供給する方法は、研磨液の使用量を制限しつつ効果を期待できるので、好適である。
【００２３】
本発明においては、基板を挟んで研磨ヘッドと反対面に受けロールを配置している。
【００２４】
受けロールは、以下の式（１）および（２）を満たすように配置される。
【００２５】
（１）  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）＜（各受けロールの軸中心の間の距離の合計）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転直径）
（２）  （研磨ヘッドの回転軸の位置から各受けロールの軸中心までの距離）  ≦  （研磨ヘッドの研磨面の回転半径）
これを以下、各断面図で説明する。図１において、受けロール１と受けロール２のそれぞれの軸中心の間の距離ｐ１と研磨ヘッドの半径ｒとの関係は、ｒ＜ｐ１≦２ｒとなっている。さらに、研磨ヘッドの回転軸の位置と受けロール１、２の軸中心の距離Ｌ１、Ｌ２において、Ｌ１≦ｒであり、Ｌ２≦ｒとなっている。
【００２６】
図２には、受けロールを３本配置した例を示している。受けロール３と４の距離ｐ３と受けロール４と５の距離ｐ４において、ｒ＜ｐ３＋ｐ４≦２ｒであり、受けロール３、４、５と研磨ヘッドの軸中試との距離Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５において、Ｌ３≦ｒ、Ｌ４≦ｒ、Ｌ５≦ｒである。
【００２７】
このように、式（１）および（２）式を満たすのであれば、受けロールを配置する本数に制限は無い。
【００２８】
受けロールの配置する位置と研磨ヘッドの位置とを適正な範囲にすることは、研磨面の品質と研磨効率との両方に置いて重要である。
【００２９】
図３のように、１本の受けロールで受ける場合は、受けロールとの接点となる部分では研磨効率が最大となり、さらにその両端では撓みが生じるため、研磨ヘッドの往復運動の軌跡に応じた研磨量の斑が生じてしまうばかりか、光学的にも斑が発生してしまう。これを防ぐために圧接の押付け力を弱めると全体的な研磨効率が下がってしまう。
【００３０】
図４のように、２本の受けロールが、（１）式の範囲外に配置されると、圧接の押付け力によって基板が撓んでしまい、撓み部分の研磨効率が下がるため、往復運度運動との組み合わせによって研磨量の斑ができる。これを防ぐために押付け力を弱めると全体的に研磨効率が悪くなるし、撓まないように基板に張力をかけると装置が複雑になってしまう。
【００３１】
受けロールの材質や構造には特に制限は無く、公知の技術を用いて、圧接の押付け力や研磨液の物性などに応じて適宜決めればよい。
【００３２】
受けロールは、軸受けを用いて固定するなど、基板の走行に応じて回転する事が必要である。自在に回転しない場合、基板の裏面との摩擦が生じ、基板を走行させる機構が大型になってしまう。
【００３３】
また、受けロールはジャケットなど内部を二重構造とし、熱媒や冷媒を流して基板の温度を制御する事も可能である。
【実施例】
【００３４】
次に本発明の実施形態を以下の実施例により具体的に説明する。
（実施例1）
基板はステンレス鋼（SUS304）を用いた。研磨ヘッドは、直径２００ｍｍの円盤状で、回転軸に研磨液を供給するφ４ｍｍの貫通孔を有し、研磨パッドは貫通孔のない浸透性のある不織布素材として小島繊維製のブランケットを研磨ヘッドと固着することなく、止め金具で張り上げ取り付けられている。また、研磨パッドと研磨ヘッドの間には、クッション材としてφ２００ｍｍのケメット・ジャパン(株)製ＦＥＬを研磨ヘッドへ粘着剤で固着している。中心部はφ８ｍｍの貫通孔を有している。研磨液は、昭和電工(株)製Ａ６０００を用いて純水で砥粒濃度が１％となるように希釈し、さらに添加剤として硝酸アルミニウムを1%添加した。また、研磨液の供給量は０．５Ｌ／ｍｉｎとした。
【００３５】
直径が８０ｍｍの鋼製の受けロールを図２に示すように３本配置して、厚さ１．５ｍｍ、幅５００ｍｍのエンドレスベルトにおいて、研磨量を観察するために、エンドレスベルト表面に１００ｎｍの深さのキズを付与して、走行速度を０．５ｍ／ｍｉｎとし、上記研磨ヘッド2台を用いて、回転数４００ｒｐｍ、研磨圧０．０２４ＭＰａ、研磨ヘッド間距離３００ｍｍ、往復運動幅３００ｍｍ、往復運動速度７．５ｍ／ｍｉｎ（研磨ヘッドの直径Ｄの１／５の距離を基板が走行する間に研磨ヘッドの往復運動が１回完了）、往復運動の加減速時間１００ｍｓｅｃで研磨を行った。
【００３６】
研磨後は、１００ｎｍのキズが観察できなかった。さらに、光学的な斑も見出せなかった。結果を表１に示した。
（比較例１）
受けロールを図３のように１本配置した以外は、実施例１と同様の方法でエンドレスベルトの研磨を行った。１００ｎｍのキズはほぼ消滅したがわずかに痕跡が残った。さらに、研磨ヘッドの軌跡と同じ模様の光学的な斑が発生した（表１）。
（比較例２）
受けロールを図４のように２本配置した以外は、実施例１と同様の方法でエンドレスベルトの研磨を行った。このとき、ｐ１＞２ｒであった。その結果、１００ｎｍのキズは完全には除去されず、状況を顕微鏡で観察すると、およそ３０ｎｍの深さのキズが残ってしまった。研磨効率が実施例１と比べて悪いことが分かった（表１）。
（比較例３）
受けロールを図５のように２本配置した以外は、実施例１と同様の方法でエンドレスベルトの研磨を行った。このとき、Ｌ１＞ｒであった。その結果、１００ｎｍのキズは完全には除去されず、さらに、光学的な斑が比較例１よりも悪い状況であった（表１）。
【００３７】
【表１】
2011177856.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、研磨効率を維持したまま、均一な表面粗さと光学的な斑のない基板を得る事ができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  基板
２  基板の走行方向
３  研磨ヘッド
４  受けロール１
５  受けロール２
６  研磨ヘッドの回転半径  ｒ
７  受けロール１と受けロール２の軸中心間の距離  ｐ１
８  研磨ヘッドの回転軸の位置と受けロール１との距離  Ｌ１
９  研磨ヘッドの回転軸の位置と受けロール２との距離  Ｌ２
１０   受けロール３
１１   受けロール４
１２   受けロール５
１３   受けロール３と受けロール４の軸中心の間の距離  ｐ３
１４   受けロール４と受けロール５の軸中心の間の距離  ｐ４
１５   研磨ヘッドの回転軸の位置と受けロール３との距離  Ｌ３
１６   研磨ヘッドの回転軸の位置と受けロール４との距離  Ｌ４
１７   研磨ヘッドの回転軸の位置と受けロール５との距離  Ｌ５
【図１】
2011177856.tif 000004
【図２】
2011177856.tif 000005
【図３】
2011177856.tif 000006
【図４】
2011177856.tif 000007
【図５】
2011177856.tif 000008