(57)【要約】【課題】研削加工で研削終了点を高精度での検知が可能になり、効率の良い研削加工で高品質の製品が得られる研削加工方法およびその方法を用いた研削加工装置を提供する。【解決手段】表面が光反射面４３とされた参照用対象物４２を、最終仕上げ時点の研削面と同一レベルにし、研削対象物の研削面を研削する研削砥石の加工領域内に研削対象物４１と並設して、研削加工中に前記参照用対象物４２の光反射面４３に光を照射するとともに該光反射面４３からの反射光５７を監視し、該光反射面４３と研削砥石３３との接触にで前記反射光５７の変動発生を検知した時を研削対象物４２の研削終了点として捉え研削加工を終了させると、研削加工において研削終了点を高精度で検知することができるので、高精度な研磨加工を効率よく行うことができる。【選択図】図８
2008100319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が光反射面とされた参照用対象物を、その光反射面が研削対象物の最終仕上げ時点の研削面と同一レベルとなるよう、且つ、研削対象物の研削面を研削する研削砥石の加工領域内に位置するように研削対象物と並設し、この状態で研削加工中に前記参照用対象物の光反射面に光を照射するとともに該光反射面からの反射光を監視し、該光反射面と研削砥石との接触に起因して前記反射光に変動が発生したことを検知した時、これを前記研削砥石による研削対象物の研削終了点として捉え研削加工を終了させることを特徴とする研削加工方法。
【請求項２】
前記参照用対象物として、前記研削対象物の最終仕上げ厚さ寸法と略同一厚さ寸法を有する参照用対象物を用いることを特徴とする請求項１に記載の研削加工方法。
【請求項３】
前記参照用対象物として、表面に光を反射する金属薄膜を形成し、この金属薄膜をもって光反射面とした参照用対象物を用いることを特徴とする請求項1又は２に記載の研削加工方法。
【請求項４】
前記参照用対象物として、表面に光を反射する着色コーティングを施し、この着色コーティング膜をもって光反射面とした参照用対象物を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の研削加工方法。
【請求項５】
前記参照用対象物として、光反射面に撥水処理が施された参照用対象物を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の研削加工方法。
【請求項６】
研削加工中に生じる前記反射光の受光阻害要因を気体の噴射により除去しつつ研削加工を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の研削加工方法。
【請求項７】
研削加工を終了する毎に、研削砥石を、前記研削終了点における位置から、研削砥石の初期空送り移動量及び加工移動量に相当する距離だけ戻った研削加工開始点に復帰させ、この研削加工開始点から次の研削加工を開始することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の研削加工方法。
【請求項８】
研削対象物の研削面を研削する研削砥石と、
前記研削対象物の最終仕上げ時点の研削面と表面が同一レベルとなるよう、且つ、前記研削砥石の加工領域内に位置するように前記研削対象物と並設されるとともに前記表面が光反射面とされた参照用対象物と、
この参照用対象物に光を照射する光照射手段と、
この光照射手段から照射され前記参照対象物の光反射面で反射された反射光を監視するとともに、該反射光の変動を検知したとき、これを前記研削砥石による研削対象物の研削終了点として捉え前記研削砥石による研削を終了させる研削終了手段と、
を備えたことを特徴とする研削加工装置。
【請求項９】
前記参照用対象物は、前記研削対象物の最終仕上げ厚さ寸法と略同一厚さ寸法を有することを特徴とする請求項８に記載の研削加工装置。
【請求項１０】
前記参照用対象物は、その表面に光を反射する金属薄膜が形成され、この金属薄膜をもって該表面が光反射面とされたことを特徴とする請求項８又は９に記載の研削加工装置。
【請求項１１】
前記参照用対象物は、その表面に光を反射する着色コーティングが施され、この着色コーティング膜をもって該表面が光反射面とされたことを特徴とする請求項８又は９に記載の研削加工装置。
【請求項１２】
前記参照用対象物は、その光反射面に撥水処理が施されたことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一つに記載の研削加工装置。
【請求項１３】
前記参照用対象物は、他の参照用対象物と交換可能とされたことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一つに記載の研削加工装置。
【請求項１４】
研削加工中に生じる前記反射光の受光阻害要因を除去する気体噴射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一つに記載の研削加工装置。
【請求項１５】
研削加工を終了する毎に、研削砥石を、前記研削終了点における位置から、研削砥石の初期空送り移動量及び加工移動量に相当する距離だけ戻った研削加工開始点に復帰させる研削砥石復帰手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか一つに記載の研削加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料および液晶パネルなどの電子デバイスの研削加工において、照射した光により研削終了点を検知することで加工を終了させる研削方法および研削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子デバイスの平坦化処理で使用されているＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｏｓｈｉｎｇ）装置は、半導体ウェハや液晶ディスプレイパネルの研削、研磨工程において製品の品質を決定する重要な装置となっている。特に、電子デバイス製品はマイクロ単位の公差の仕上がり精度が必要とされていることから、この装置は精度の高い加工ができると同時に、一定してその高い精度の加工が実現できる性能を有していなければならない。
【０００３】
また、加工される材料である、例えばウェハ用のシリコン板や液晶ディスプレイパネル用の石英基板等は硬質の脆性材料であることから、従来のエッチングや研削、研磨加工では一定して精度の高い加工をすることが難しいだけでなく、材料を損傷してしまうことがある。
【０００４】
生産プロセスのこの研削、研磨加工の一工程においてこのような不具合が生じることで、結果として大量の不良品が出来ることになる。しかも、大型材料の加工の場合、例えば、従来の化学的エッチングによる研削、研磨加工を行うことで、直接材料を損傷することがない場合でも加工時間を要するため生産効率が低下する。
【０００５】
一般の生活用品においてこれらの電子デバイスが必要不可欠となっている現在では、上記のような生産プロセスにおける歩留まりの低下は、各企業の業績だけでなく市場経済に悪影響を及ぼす。そのため、このＣＭＰ装置をはじめとした平坦化技術について様々な開発がなされている。
【０００６】
その中でも、このＣＭＰ装置に係る研磨方法および研磨装置として特開平８−３３０２６０号公報（特許文献１）および特開平１０−１１２４４９号公報（特許文献２）、ならびに研磨量測定装置として特開平１０−２６００１５号公報（特許文献３）が知られている。以下、図１３（ａ）、（ｂ）および図１４を参照して、特許文献１から特許文献３の従来技術について説明する。
【０００７】
図１３（ａ）、（ｂ）および図１４に示すＣＭＰ装置の基本構造は、研磨パッド１１２が上面に付着した回転テーブル１１１と、シリコンウェハ等の研磨対象物１４１を把持する研磨対象物保持部１２１、および研磨対象物１４１と同様に加工される参照用対象物１４２を保持する参照用対象物保持部１２２が設置されている。また、遊離砥粒の研磨剤１３２を研磨パッド１１２上に供給するノズル１３１が備えられている。
【０００８】
この装置が作動すると、研磨パッド１１２上面にノズル１３１から研磨剤１３２が供給されて、保持部１２１、１２２に把持された研磨対象物１４１および参照用対象物１４２がそれぞれ回転しながら研磨パッド１１２上面に押圧されると同時に研磨される。
【０００９】
この場合、参照用対象物１４２は、研磨対象物１４１と同時に加工されながら加工面１４３に光が照射され、その反射光１５４が受光素子１５２に受光されて、研磨量が検出される。つまり、この装置では、参照用対象物１４２の加工状況を継続して監視するインプロセス計測を行い、継続して受光する反射光１５４を監視することによって現状の加工における研磨量が加工仕上がり時の研磨量に達したか否かを判断し、達したと判断された時点を研磨加工の終了点として装置の駆動制御部に停止信号を伝達することで研磨加工が終了される。
【００１０】
上記した装置の基本構造は、特許文献１から特許文献３のいずれの技術において同様であるが、研磨加工終了時を検知する検知手段について異なるため、その点について以下、説明する。
【００１１】
図１３（ａ）と（ｂ）は、それぞれ特許文献１と特許文献２に記載の研磨方法および研磨装置の構成概略図である。
【００１２】
図１３（ａ）の特許文献１に記載の従来技術に係る研磨対象物の板厚寸法は、参照用対象物１４２に光を照射し、反射された光から板厚Δｄを検出している。
【００１３】
そして、研磨加工開始時点の板厚Δｄ０と現時点で計測した板厚Δｄとから研磨量を検出し、この検出した研磨量と、予め同一材料および同一条件で最終仕上がり寸法に加工した際に検出した研磨量とを比較して、両者が同一であれば研磨加工終了時であるとする。
【００１４】
ここで、この板厚Δｄの測定は、参照用対象物１４２の上方の光源１５１から照射された光１５３が参照用対象物１４２の上面１４４で反射された反射光１５４と、上面１４４からさらに透過した加工面１４３において反射された反射光１５４との位相差を検出することで行われる。
【００１５】
次に、図１３（ｂ）に示す特許文献２に記載の装置とその方法は、光源１５１をレーザ光とした光干渉型膜厚計測法で厚さΔｄを測定する。同図Ｄ部詳細は、干渉膜厚計の拡大図であって、計測に使用するスリット１６１の形状を示しており、同図Ｅ部詳細は、干渉膜厚計の原理を示す参照用対象物の拡大図である。
【００１６】
同図Ｄ部詳細図において、光源１５１から照射されたレーザ光１５３は干渉膜厚計のスリット１６１を通過した後に参照用対象物１４２の上面１４４から内部を透過して加工面１４３に到達する。そこで反射されたレーザ光１５４は、再びスリット１６１を通過して受光素子１５２に受光される。ここでレーザ光１５３は、同図Ｅ部詳細図に示すように、参照用対象物１４２の加工面１４３の内部を透過させており、光の干渉により生じる反射光１５４の光量変化を計測することで膜厚Δｄを検出している。
【００１７】
参照用対象物１４２に入射したレーザ光１５３の反射光１５４には、参照用対象物１４２の上面で反射される光１５４ａ、加工面１４３で反射される光１５４ｂ、研磨パッド１１２に施された溝面１１５で反射される光１５４ｃの３種類がある。そのうち、参照用対象物１４２の上面で反射される光１５４ａと加工面１４３で反射される光１５４ｄは互いに干渉して、光路差が１／２の波長になるたびに打ち消し合う。また、研磨パッド１１２の溝面１１５で反射される光１５４ｄは膜厚の検出に外乱となる光となるので、スリット１６１により低減している。そして、研磨加工における反射光１５４の強度の変化から研磨量を検出して加工の終了時を検知している。
【００１８】
図１４は、特許文献３に記載する研磨量測定装置の概略構成図である。この装置では、レーザ光１５１でビームスプリッター１６２を介して参照用対象物１４２に照射し、加工面１４３と上面１４４のそれぞれで反射された反射光同士の位相の違いを利用して、研磨された参照用対象物１４２の加工量を測定する。すなわち、光源から出射されたレーザ光１５１は、ビームスプリッタ―１６２を通過し、直下の参照対象物用保持穴１５８内に入射して参照用対象物１４４を照射する。照射光１５３は、その一部が参照用対象物１４２の内部を透過して加工面１４３で、また、照射光１５３の一部は参照用対象物１４２の上面１４４でそれぞれ反射され、ビームスプリッター１６２にそれぞれ戻る。そして、ビームスプリッター１６２に戻ったこれら２つの反射光１５６と１５７は、ビームスプリッター１６２で光路を変更され、光検出部１７１内の信号処理部や位置検出部１７２に導入され、ここで研磨量が検出される。
【００１９】
上記したいずれの従来技術においてもインプロセス計測により研磨加工を監視しており、光干渉法による計測から研磨量を検出して、研磨加工終了時を検知している。
【特許文献１】特開平８−３３０２６０号公報
【特許文献２】特開平１０−１１２４４９号公報
【特許文献３】特開平１０−２６００１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献１から特許文献３の従来技術において、いずれの場合の検知手段にも使用されている光干渉法は、薄膜の膜厚を高い精度で検出することができる。
【００２１】
しかしながら、参照用対象物１４２の加工面１４３に照射された光が効率的に反射されなければ、膜厚を高い精度で検出して研磨加工をすることができない。また、膜厚を検出するための照射光１５３は、参照用対象物１４２の内部を透過して加工面１４３で反射されるものであるから、その反射光１５４が受光素子１５２で受光されるまでに、反射あるいは屈折などにより減衰するといった不都合があった。
【００２２】
また、回転テーブル１１１と参照用対象物保持部１２２のそれぞれの回転運動により反射光１５４が揺らぐため、研磨加工の終了を検知するのはタイムラグが生じる可能性が高い。
【００２３】
つまり、参照用対象物１４２からの反射光１５４を確実に検出して研磨加工の終了を確実に検知できなければ、高精度の研磨加工および一定の精度での加工は実現できない。
【００２４】
また、特許文献１から特許文献３に記載のいずれの場合も、研磨加工に研磨パッド１１２とスラリー状の遊離砥粒の研磨剤１３２を使用しており、この研磨剤１３２が研磨対象物１４１の加工面１４３に一様に行き渡るので、均一に研磨することが可能であり、精度の高い仕上がりが実現する。そのため、研削加工よりも研磨加工といった最終段階の仕上げ工程に適している。
【００２５】
しかしながら、近年ではディスプレイパネル等の大型材料の加工が多いこともあって、精密な研磨加工に有利な遊離砥粒の研磨剤１３２をそのような大型材料の加工に使用すると、加工時間ばかり掛かって生産効率が低下する。しかも、加工時間が長時間に渡ると発熱が生じ、この研磨加工により生じる発熱は、製品の品質を低下させて、歩留まりの低下につながる。したがって、大型材料の加工の場合は仕上げ寸法にまで効率的に加工するにあたっては、研磨加工に対応するだけでなく、研削加工をも含む複数の加工工程を備えた装置であることが望ましい。
【００２６】
また、このスラリー状の遊離砥粒を使用した研磨剤１３２は、研磨加工中に回転テーブル１１１および参照用対象物保持部１２２あるいは研磨対象物保持部１２１の自転によって広範囲に飛散する。これにより、検出のための光源１５１あるいは受光装置１５２は常時汚れた状態となって、加工終了時の検知に支障をきたし、加工精度の低下につながる。
【００２７】
そこで、本発明は、研削加工において研削終了点を高精度で検知できるとともに、効率の良い研削および研磨加工で高品質の製品が得られる研削加工方法および研削加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決するため、本発明に係る研削加工方法は、表面が光反射面とされた参照用対象物を、その光反射面が研削対象物の最終仕上げ時点の研削面と同一レベルとなるよう、且つ、研削対象物の研削面を研削する研削砥石の加工領域内に位置するように研削対象物と並設し、この状態で研削加工中に前記参照用対象物の光反射面に光を照射するとともに該光反射面からの反射光を監視し、該光反射面と研削砥石との接触に起因して前記反射光に変動が発生したことを検知した時、これを前記研削砥石による研削対象物の研削終了点として捉え研削加工を終了させることを特徴とするものである。
【００２９】
この発明によれば、研削加工が進行して研削対象物が最終仕上げ寸法に達すると同時に、研削対象物の研削面と同一レベルに設置された参照用対象物が研削砥石と接触し、これによって参照用対象物の表面の状態が変わり反射光に変動が発生するので、この反射光の変動を捉えることでタイムラグを生じることがなく研削終了点を検知できる。
【００３０】
また、前記参照用対象物として、前記研削対象物の最終仕上げ厚さ寸法と略同一厚さ寸法を有する参照用対象物を用いてもよい。
【００３１】
この場合、研削加工前の研削対象物と参照用対象物とを同一平面に並設するだけで研削加工対象物に対する参照用対象物のレベル合わせが不要となる。
【００３２】
また、前記参照用対象物として、表面に光を反射する金属薄膜を形成し、この金属薄膜をもって光反射面とした参照用対象物を用いてもよい。
【００３３】
この場合、参照用対象物に照射された光は光反射面で効率的に反射されるので、受光した反射光の変動発生が捉え易くなり、研削終了点が確実に検知される。
【００３４】
また、前記参照用対象物として、表面に光を反射する着色コーティングを施し、この着色コーティング膜をもって光反射面とした参照用対象物を用いてもよい。
【００３５】
この場合、参照用対象物の光反射面に研削砥石が僅かに接触しても、この着色コーティングが剥がされるので、反射光の監視に所謂色センサも使用できることになるので、監視方法の選択肢が増え、研削終了点の検知精度の向上が期待できる。
【００３６】
また、前記参照用対象物として、光反射面に撥水処理が施された参照用対象物を用いてもよい。
【００３７】
この場合、研削加工中に参照用対象物の反射面に異物が飛散してきても、該反射面は撥水処理が施されていることから、反射面に異物が付着しにくくなり、参照用対象物に照射された光の反射面での反射が異物によって阻害される虞がない。
【００３８】
また、研削加工中に生じる前記反射光の受光阻害要因を気体の噴射により除去しつつ研削加工を行うことを特徴としてもよい。
【００３９】
この場合、参照対象物の反射面で反射された光の光路上での研削屑および研削液等の飛散がなくなるので、参照対象物の反射面からの光が受光され易くなる。
【００４０】
また、研削加工を終了する毎に、研削砥石を、前記研削終了点における位置から、研削砥石の初期空送り移動量及び加工移動量に相当する距離だけ戻った研削加工開始点に復帰させ、この研削加工開始点から次の研削加工を開始することとしてもよい。
【００４１】
この場合、研削砥石の磨耗状態に関係なく、次の研削加工を開始するにあたって自動的に研削砥石を研削加工開始点に復帰させることが可能となり、全工程の自動化が可能となる。
【００４２】
また、本発明に係る研削加工装置は、研削対象物の研削面を研削する研削砥石と、前記研削対象物の最終仕上げ時点の研削面と表面が同一レベルとなるよう、且つ、前記研削砥石の加工領域内に位置するように前記研削対象物と並設されるとともに前記表面が光反射面とされた参照用対象物と、この参照用対象物に光を照射する光照射手段と、この光照射手段から照射され前記参照対象物の光反射面で反射された反射光を監視するとともに、該反射光の変動を検知したとき、これを前記研削砥石による研削対象物の研削終了点として捉え前記研削砥石による研削を終了させる研削終了手段とを備えたことを特徴とする。
【００４３】
この発明によれば、生産プロセスにおいて精度の高い研削加工が可能となるので、歩留まりをよくすることができる。
【００４４】
また、前記参照用対象物は、前記研削対象物の最終仕上げ厚さ寸法と略同一厚さ寸法を有することとしてもよい。
【００４５】
この場合、参照用対象物は、研削対象物の設置面と同一レベルの平面に設置するだけでよいため、装置に研削対象物あるいは参照用対象物を設置する時間を短縮することができる。
【００４６】
また、前記参照用対象物は、その表面に光を反射する金属薄膜が形成され、この金属薄膜をもって該表面が光反射面とされてもよい。
【００４７】
この場合、参照用対象物に照射された光は光反射面で効率的に反射されるので、受光した反射光の変動発生が捉え易くなり、研削終了点が確実に検知される。
【００４８】
また、前記参照用対象物は、その表面に光を反射する着色コーティングが施され、この着色コーティング膜をもって該表面が光反射面とされてもよい。
【００４９】
この場合、参照用対象物の光反射面に研削砥石が僅かに接触しても、この着色コーティングが剥がされるので、反射光の監視に所謂色センサも使用できることになるので、監視方法の選択肢が増え、研削終了点の検知精度の向上が期待できる。
【００５０】
また、前記参照用対象物は、その光反射面に撥水処理が施されていてもよい。
【００５１】
この場合、研削加工中に参照用対象物の反射面に異物が飛散してきても、該反射面は撥水処理が施されていることから、反射面に異物が付着しにくくなり、参照用対象物に照射された光の反射面での反射が異物によって阻害される虞がない。
【００５２】
また、前記参照用対象物は、他の参照用対象物と交換可能とてもよい。
【００５３】
この場合、生産プロセス毎に、研削対象物の材質に応じて参照用対象物を使い分けることが可能となる。
【００５４】
また、研削加工中に生じる反射光の受光阻害要因を除去する気体噴射手段をさらに備えていてもよい。
【００５５】
この場合、参照対象物の反射面で反射された光の光路上での研削屑および研削液等の飛散がなくなるので、参照対象物の反射面からの光が受光され易くなる。
【００５６】
また、研削加工を終了する毎に、研削砥石を、前記研削終了点における位置から、研削砥石の初期空送り移動量及び加工移動量に相当する距離だけ戻った研削加工開始点に復帰させる研削砥石復帰手段をさらに備えていてもよい。
【００５７】
この場合、本発明の装置で研削加工を終了する度に工程毎に異なる研削砥石の磨耗量を逐一認識しなくとも、研削砥石を研削加工開始点に復帰させることができるので、自動的に次の新たな研削加工を開始することができる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明によれば、研削加工において研削終了点を高精度で検知することができるので、高精度な研磨加工を効率よく行うことができる。したがって、本発明を、例えば大型の電子デバイスの研削加工に採用した場合、高い加工寸法精度を実現することができると同時に、従来に比べて高品質の製品を効率よく大量に生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
本発明の実施形態について、以下、図１から図８を参照して説明する。
【００６０】
まず、本実施形態に係る研削加工装置で加工される研削対象物の一例としての液晶ディスプレイパネルについて、図１を参照して簡単に説明しておく。図１は、研削加工装置液晶ディスプレイパネルの構造を示す断面図である。
【００６１】
研削加工装置この液晶パネルは、液晶基板８１、液晶８２、封止基板８３、カラーフィルタ８４、保護基板８５の順に貼り合わせた後に、本研削加工装置でもって保護基板８５の表面（Ｐ面）が研削加工される。この保護基板８５は、その表面（Ｐ面）上にフレーム等の他の部材８６が積層されることから、数十μｍの板厚にまで規定された平面度に加工される。
【００６２】
次に、研削加工装置の構成について、図２から図８を参照して説明する。
【００６３】
図２は、研削装置の正面図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ線矢視図である。
【００６４】
回転テーブル１１の上面には、複数の液晶パネル固定治具２１が放射状に配設されるとともに電磁チャック１３により固定されている。また、これら液晶パネル固定治具２１の回転軌跡内において参照用対象物固定冶具２２が電磁チャック１３により固定されている。そして、固定冶具２１の上面には研削対象物である図１に示す液晶パネル４１が、また固定治具２２の上面には参照用対象物４２が、それぞれ真空チャック２７により固定される。  回転テーブル１１の周縁寄りの上方には、下面に複数の研削砥石３３（図示例では１２個）が放射状に配置された砥石基板３２が配設されており、液晶パネル４１および参照用対象物４２と対向した状態で砥石基板中心軸３１を中心に回転される。砥石基板中心軸３１の上端には砥石アーム３６が載設され、この砥石アーム３６によって砥石基板３２が昇降動するように構成されており、砥石基板３２が下降するのに伴って、複数個の研削砥石３３が図３中矢符で示す方向に回転されながら液晶パネル加工面４４に向けて押圧される一方、研削砥石３３の下方を回転テーブル１１上の各液晶パネル４１及び参照用対象物４２が回転テーブル１１の回転に伴って通過することにより液晶パネル４１が均一に研削加工される。
【００６５】
参照用対象物４２が回転テーブル１１の回転によって移動する通過経路の上方には、研削終了点を検知する光検出部５１、研削終了点検出部７１、及び研削加工を停止する駆動制御ユニット７２が設けられている。
【００６６】
光検出部５１は、参照用対象物４２の反射面４３に照射する光源５８と、その光源５８から照射され反射面４３で反射された反射光５７を受光する受光素子５５とを有する。この光源５８としては、発光ダイオードと、この発光ダイオードの光を参照用対象物４２の反射面４３に導出する照射用光ファイバと、反射面４３で反射されて戻ってくる反射光を研削終了点検出部７１に導く帰還用光ファイバ５２とを組み合わせたものが好適に用いられる。また、光源５８から照射される照射光５６の光束の大きさや光量等を調節するための集光レンズなどの光学機器が光検出部５１の適所に設けられている。この光検出部５１から照射され、参照用対象物４２の反射面４３で反射された反射光５７は、帰還用光ファイバ５２を介して研削終了点検出部７１に導かれる。研削終了点検出部７１には、例えば光電センサが設けられており、帰還用光ファイバ５２を介して受光した反射光５７の光量の変動を加工中常時監視し、その変動の発生を検知することをもって研削終了点を検出する。
【００６７】
さらに、この光検出部５１には内部に圧縮気体を引き入れる吸入口５３と、その圧縮気体を参照用対象物４２に向けて噴射する噴射口５４が設けられており、この圧縮気体が光検出部内部を通過し、参照用対象物４２に噴射されることで、研削屑や研削液等の受光阻害要因が光検出部５１に付着するのが防止される。
【００６８】
また、それとは別に、研削屑や研削液等の異物が参照用対象物４２の光反射面４３上に付着するのを防止又は光反射面４３上に付着したそれら異物を除去する目的で、光検出部５１の側方近傍位置に参照用対象物４２に向けて圧縮気体が噴射可能なブローユニット６１が設置されている。
【００６９】
図４は、固定冶具と液晶パネルおよび参照用対象物の固定時の状態を示す概略断面図である。前記真空チャック２７は、図４に示すように、固定治具２１，２２の上面に形成された凹部内に嵌入されてなる多孔質の吸着板２３と、該凹部と固定治具２１，２２の外部とを連通する一つ又は複数の吸引孔２４と、図示しない吸引ポンプや真空ポンプ等の吸引手段とから構成されている。そして、この吸引手段を作動させることにより、液晶パネル４１及び参照用対象物４２は、それぞれ各固定冶具２１、２２における吸着板２３を介して各固定治具２１，２２の上面に固定される。ここで、吸着板２３としては、液晶パネル４１と直接接触するものであるから、通気性を有し、表面に凹凸がなく、且つ剛性を有する多孔質のものが好ましく、例えば、セラミックあるいは樹脂等の面粗度が低く、接触した際に傷を生じる等の悪影響を及ぼさない材質のものが好適である。また、多孔質の吸着板２３でなくとも、面粗度の低い板材に多数の貫通孔を施したものを使用してもよい。
【００７０】
次に、本実施形態に係る研削加工装置の動作について説明する。尚、この動作説明をもって本発明に係る研削加工方法の説明に代える。
【００７１】
まず、回転テーブル１１上に電磁チャック１３により固定された固定治具２１上に液晶パネル４１を、また固定テーブル１１上に電磁チャック１３により固定された固定治具２２上に参照用対象物４２を、それぞれ固定治具２１，２２の真空チャック２７により固定する。
【００７２】
液晶パネル４１と参照用対象物４２の固定が完了した後、回転テーブル１１と砥石基板３２とをそれぞれ回転させてから、砥石基板アーム３６により砥石基板３２を下降させて液晶パネル４１に砥石基板３２を押圧する。これにより、回転する研削砥石３３の下方を回転テーブル１１上の各液晶パネル４１及び参照用対象物４２が回転テーブル１１の回転に伴って通過することとなり、研削砥石３３により液晶パネル４１が均一に研削加工される。
【００７３】
そして、研削加工中、光検出部５１から参照用対象物４２の通過経路に光を照射することにより、回転テーブル１１が１回転する毎に、参照用対象物４２の光反射面４３で光検出部５１からの光が反射され、この反射光５７の光量の変動を研削終了点検出部７１で監視し続ける。
【００７４】
研削加工が進み、液晶パネル４１が目的の厚み近くまで研削され、さらに研削が進むと研削砥石３３が参照用対象物４２の反射面４３と接触する。これによって反射面４３の面粗度が変わり反射光５７の光量が大きく変動する。この光量の変動が光検出部５１により検知されることとなり、これを研削終了点として捉え、研削停止信号が研削終了点検出部７１から駆動制御ユニット７２に伝達され、これを受けて駆動制御ユニット７２から、回転テーブル１１、砥石基板３２等の駆動部に停止指令が出されることによって研削加工が終了する。
【００７５】
次に、上記した光検出部５１による反射光５７の変動検知について以下詳述する。
ここで使用する参照用対象物４２は、図４に示すように、その反射面４３の表面粗さをＲａ０．０１からＲａ０．０５程度の鏡面仕上げとして、厚み寸法が液晶パネル４１の最終仕上がり寸法ｈと同じとなるように加工しておく。研削加工開始時においては、参照用対象物４２と同一レベルに固定した液晶パネル４１の厚み寸法ｈ１は参照用対象物４２の厚み寸法ｈよりも大きいため、研削砥石３３は参照用対象物４２には当接せず、液晶パネル４１のみが研削砥石３３により研削加工される。
【００７６】
そして、液晶パネル４１の厚み寸法が、最終仕上がり寸法ｈに達した時点で初めて、液晶パネル４１の最終仕上げ時点の研削面と同一レベルに固定されている参照用対象物の光反射面４３に研削砥石３３が接触し、光反射面４３が研削砥石３３によって削られる。予め、鏡面処理されていた参照用対象物４２の反射面４３は、僅かに研削されることで表面粗さが変化し、例えばＲａ０．０１からＲａ０．３に変化した場合は、照射光５６の光量と比較して反射光５７の光量が激減する。このように反射光５７の光量が変動した時点で、液晶パネル４１が最終仕上がり寸法に達したと判断し、装置を停止して研削加工を終了させる。
【００７７】
参照用対象物４２は上記したものに限らず、例えば図５から図７に示すような構造のものであってもよい。
【００７８】
図５から図７は、参照用対象物固定冶具２２に参照用対象物４２を固定した際の縦断面図である。本例では、参照用対象物４２の光反射面４３からの反射光５７の変動を確実に検知するために、この光反射面４３上にさらに薄膜を形成している。
【００７９】
図５は、参照用対象物４２の加工面４３に金属薄膜４５を施したものであり、例えば、光を反射するＮｉ、Ａｌ等の薄膜をめっき法あるいはコーディングによって光反射面４３に形成している。
【００８０】
また、図６は、前述した撥水処理の一具体例を示し、ここでは反射面４２に撥水性被膜４６を形成している。この撥水性被膜４６は、参照用対象物４２の加工面４３に撥水性を有した透光性のＺｒＯ2か、あるいはフッ素系樹脂を真空蒸着により塗着させることにより形成している。
【００８１】
さらに、図７は、上記した図５に示す金属薄膜４５と図６に示す撥水性被膜４６とを組み合わせた一具体例を示し、参照用対象物４２の反射面４３に金属薄膜４５を施し、その上に透光性の撥水性被膜４６を重畳している。
【００８２】
これら上記したいずれの参照用対象物４２を使用しても、光による検知が効率的となり、また参照用対象物４２の光反射面４３に汚れや異物が付着しにくくなるので、反射光５７が減衰しにくくなる。したがって、研削終了点の検知精度が高くなり、精度の高い研削加工が実現する。
【００８３】
＜実施例＞
以下、本発明に係る装置の実施例について、図８から図１２を参照して説明する。
【００８４】
図８は、本発明の実施例である研削加工装置の全体斜視図である。
【００８５】
本実施例に係る研削加工装置の基本構造は、従来周知の縦型ロータリー平面研削盤と同一であり、さらに研削加工の寸法精度を上げるために、研削対象物と研削工具の位置決め検知手段および、研削終了点の検知手段が備えられている。
【００８６】
装置架台１４内部に設置されているモータによって駆動する回転テーブル１１と、この回転テーブル１１に対向して複数個の砥石が一体化したセギュメント砥石３５が設置されている。このセギュメント砥石３５は、円形状の本体と、この本体に一つの平坦な面を成して放射状に配設された着脱自在な複数個の研削砥石３３とから構成され、回転テーブル１１とセギュメント砥石３５とは互いの中心軸１２、３１が偏心して設置されており、回転する回転テーブル１１の円周上でセギュメント砥石３５は中心軸３１周りに回転する。このセギュメント砥石３５は、砥石工具アクチュエータ３４を構成するボールネジあるいはリニアガイドによって昇降動可能となされており、研削加工時は液晶パネル４１等の研削対象物を押圧する位置に移動される。
【００８７】
回転テーブル１１の上面には、複数個の液晶パネル固定冶具２１が回転テーブル１１上に放射状に配列されるとともに電磁チャック１３により固定されている。この液晶パネル固定冶具２１の上面に液晶パネル４１が固定される。これら複数個の液晶パネル固定冶具２１は、それぞれにエア配管２５が施され、回転テーブル１１の中心軸１２に設けたマニホールド２６を介して、装置架台１４内部の真空ポンプと接続されている。液晶パネル固定冶具２１の上面は、複数箇所に亘って吸引孔２４を有するとともに鏡面仕上げ加工されていることから、真空ポンプを作動することで、液晶パネル４１は均等な吸引力によって液晶パネル固定冶具２１に固定される。
【００８８】
また、回転テーブル１１の上面には、液晶パネル固定治具２１の回転軌跡上に位置するように参照用対象物固定冶具２２が設置されている。この参照用対象物固定冶具２２も液晶パネル固定冶具２１と同様にエア配管２５がマニホールド２６に施されており、吸引力によって参照用対象物４２が固定されるようになっている。
【００８９】
図９は、図８におけるＢ部の拡大図である。
【００９０】
この装置には、回転テーブル１１の平面度を光センサで検知する回転位置検知装置１６が設けられている。また、参照用対象物４２に照射した光で研削終了点を検知する研削終了点検知装置７４と、参照用対象物４２あるいは液晶パネル４１の加工面に圧縮気体を噴射するブローユニット６１が装置内壁面１５に設置されている。これらは、回転する参照用対象物４２が真下を通過するように、可変アーム６３によって位置を調節することができる。
【００９１】
次に、本実施例に係る研削加工装置による加工順序を説明する。
【００９２】
まず、各固定冶具２１、２２を電磁チャック１３により回転テーブル１１上に固定するとともに、液晶パネル４１及び参照用対象物４２を、真空ポンプを作動させて真空チャック２７により各固定冶具２１、２２に固定する。
【００９３】
そして、回転テーブル１１を回転させた後に、砥石工具アクチュエータ３４によりセギュメント砥石３５を液晶パネル４１を押圧する位置に回転させながら移動させる。これにより研削加工が開始する。
【００９４】
ここで、セギュメント砥石３５として、硬脆材料の研削に適した＃３０００のダイヤモンド砥石を使用すれば、効率的な研削ができる。
【００９５】
研削加工が開始されると、回転位置検知装置１６は、光センサを用いて回転テーブル１１の傾きおよび回転時の平面度が適切であるかをリアルタイムで監視する。これにより、液晶パネル４１は適切な平面度で研削加工される。
【００９６】
図１０は、本実施例に係る研削加工装置の研削終了点検出装置と参照用対象物の構造を示す縦断面図である。
【００９７】
研削加工の終了は、参照用対象物４２の加工面を研削終了点検出装置７４が通過した際に照射した光量と反射された光量の変化によって検知される。
【００９８】
この研削終了点検知装置７４は、周期的に参照用対象物４２の直上に位置することになるので、内蔵されている光ファイバ５２から照射された光５６が、下方を通過する参照用対象物４２の上面で反射されて再び光ファイバ５２に受光される。
【００９９】
研削加工の開始時は、参照用対象物４２の光反射面４２での反射光５７の光量は一定しているが、液晶パネル４１が最終仕上げ加工寸法と同一に研削された時点で参照用対象物４２の反射面４３がセギュメント砥石３５により同時に削られて、反射面４３の面粗度が変化し反射光５７の光量が激減する。この光量の変化を研削終了点として検知し、以後、制御ユニットから信号を伝達して各部の駆動を停止させる。
【０１００】
ここで、この急激な光量の変化を確実に検出するために、研削終了点検知装置７４に設けた吸入口５３から外気を吸引し、研削終了点検知装置７４内部を通じて噴射口５４から参照用対象物４２に向けて圧縮気体を噴射することで、この研削終了点検知装置７４の内部にある光ファイバ等の検知機器に異物が付着するのを防止している。また、参照用対象物４２の反射面４３の異物付着を防止するブローユニット６１も備えられていることから、このブローユニット６１から参照用対象物４２に向けて圧縮気体を噴射することにより、反射面４３上から研削屑および研削液を確実に除去することができる。
【０１０１】
上記実施例に係る研削加工装置は、数値制御およびシーケンサー制御する制御ユニットを有することによって、自動研削加工装置とすることもできる。この自動研削加工装置の実施例として以下、図１１および図１２を参照して説明する。
【０１０２】
図１１は、自動研削加工装置の加工工程フローチャートであり、以下、この加工フローチャートに従って、自動研削加工方法の工程順序を説明する。
【０１０３】
最初に、回転テーブル１１上に固定冶具２１、２２を介して液晶パネル４１および参照用対象物４２がそれぞれ固定される。
【０１０４】
次に、加工開始時のセギュメント砥石３５の位置が設定される。この加工開始点は、砥石工具アクチュエータ３４を駆動してセギュメント砥石３５を下降させ、例えば、レーザーセンサや電気マイクロセンサ等を介してセギュメント砥石３５が液晶パネル４１と接触した位置情報を制御ユニットが取得する。そして、制御ユニットによってこの接触した位置から一定距離オフセットした位置を加工原点に設定するため、一旦セギュメント砥石３５を液晶パネル加工面４４から上昇させる。この位置を加工開始点として制御ユニットが認識する（ステップＳ１）。
【０１０５】
続いて、液晶パネル４１の反射面４３から上方に離間しているセギュメント砥石３５は、上記した加工開始点において、予めプログラミングされているセギュメント砥石３５の切り込み速度あるいは切り込み送り量等のパラメータに従って空送りされる。セギュメント砥石３５はこれらのパラメータに従って回転しながら、再び液晶パネル４１に接触する位置まで下降し、加工を開始する（ステップＳ２）。
【０１０６】
研削加工としては、まず粗研削が行われ（ステップＳ３）、この間設定された粗研削量に達したか否かが判断される（ステップＳ４）。そして粗研削量が設定された量に達していなければ粗研削を継続すべくステップＳ３に戻る。粗研削量が設定された量に達していたならば、中研削を行う（ステップＳ５）。
【０１０７】
ここでも、中研削量が設定された中研削量に達したか否かが常時判断され（ステップＳ６）、達していなければ中研削を継続すべくステップＳ５に戻る。中研削量が設定された量に達していたならば、エアブロー装置及び終点検知装置を作動させる（ステップＳ７）。
【０１０８】
次に、エアブロー装置及び終点検知装置を作動させたまま精研削を開始する（ステップＳ８）。ここで光検出装置による研削終了点の検知がされると（ステップＳ９）、セギュメント砥石３５の切り込みが停止され、スパークアウト工程に移る（ステップし１０）。ステップＳ９で研削終了点が検知されなければ、未だ研削終了点に達していないとしてステップＳ８に戻り、精研削を継続する。
【０１０９】
一定時間のスパークアウト工程が終了したと判断されたならば（ステップＳ１１）、制御ユニットはこの時点のセギュメント砥石３５の座標位置を保存した後に、空送りを含む全工程の切り込み送り量にセギュメント砥石３５の磨耗量を加えた量に相当する距離だけ上昇して、自動的に加工開始点が設定される（ステップＳ１２）。スパークアウト時間が設定した時間に達していなければ、ステップＳ１０に戻りスパークアウトを継続する。
【０１１０】
セギュメント砥石３５が自動的に次回の加工開始点に復帰したならば、エアブロー装置及び終点検知装置をそれぞれ停止し（ステップＳ１３）、その後、自動運転を終了する（ステップＳ１４）。そして、次の液晶パネルをセットし（ステップＳ１５）、ステップＳ２へと戻り、次の研削加工に入る。
【０１１１】
図１２は、本実施例に係る自動研削加工装置の加工工程線図である。
【０１１２】
本実施例における液晶パネル４１の研削加工は、薄型加工をしなければならないために研削量が多くなる。そのため、従来は効率的な加工として、工程毎に研削加工装置や砥石の種類を変えて加工していた。これに対して、本実施例に係る研削加工装置では、制御ユニットに砥石切り込み速度等のパラメータを段階的に低下させるプログラミングをすることで、砥石の取り替えによる精度の低下を伴わずに一種類の砥石で複数工程の研削加工を行うことができる。
【０１１３】
図１２において、Ｏの「（１）加工開始点設定」はセギュメント砥石３５の原点設定位置であり、ＯからＳの「（２）加工スタート」までは空送りを示している。この空送り工程では、砥石切り込み速度ｆ１でセギュメント砥石３５が下降され、その後実際に研削加工が始まるＳからＭ１の工程の「（３）粗研削」まで同じ砥石切り込み速度ｆ1で研削される。これら空送りと「（３）粗研削」の工程で砥石切り込み速度を高くすることで、最終仕上がり寸法精度を考慮することなく研削を進行することができるので、加工時間が短縮される。
【０１１４】
次に、切り込み送り量がＭ１に達してから「（４）中研削」が開始すると、砥石基板切り込み速度はｆ２に落とされる。そして、仕上がり加工寸法に近づいてきたＭ２から、実施例１に記載の研削終了点検知装置７４を作動させ「（３）精研削」として砥石切り込み速度をｆ３と低速にして研削する。例えば、回転テーブル１回転あたりの切り込み量を０.１μｍ程度にする。これにより、研削終了点検知装置７４の検出精度が上がって、研削終了点検知を的確に行うことができる。
【０１１５】
最後の「（７）スパークアウト」工程では、切り込み送りを停止して砥石切り込み速度が０となる。この間に、セギュメント砥石３５はＦ時点の座標から、ＯからＥの空送りを含んだ切り込み送り量に砥石磨耗量を追加した距離を自動的に上昇させて、加工開始点と設定される。また、研削終了点検知装置７４も停止して、Ｆの「（１０）自動運転終了」となる。
【０１１６】
これらの研削加工各工程の砥石切り込み速度および切り込み送り量等を制御ユニットにプログラムしていれば、精度の高い効率的な研削加工が自動的に行われ、生産効率の上昇につながる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の研削加工方法および研削加工装置は、研磨加工方法およびその装置として利用することが可能である。そして、研削、研磨対象物のそれぞれに適合する固定砥粒を使用することで、半導体デバイスだけでなくプラズマディスプレイ等のディスプレイデバイスまたは太陽電池等のエネルギーデバイスをはじめとして、平坦化が必要なガラス部材、もしくはナノスケールを必要とする機械部品または医療用機器等の精密機械部品においても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施形態に係る研削方法において研削対象物とされる液晶パネルの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る研削加工方法を説明する模式図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】固定冶具と液晶パネルおよび参照用対象物の固定時の状態を示す概略断面図である。
【図５】参照用対象物の他の例を示す概略断面図である。
【図６】参照用対象物のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図７】参照用対象物のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施例に係る研削加工装置の全体斜視図である。
【図９】図８に示すＢ部の部分拡大斜視図である。
【図１０】本発明の実施例に係る研削加工装置の研削終了点検出部と参照用対象物の縦断面図である。
【図１１】本発明の実施例に係る自動研削加工装置の加工工程を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例に係る研削加工装置の研削加工の工程線図である。
【図１３】（ａ）は特許文献１に係る研磨方法とその装置の概略構成図、（ｂ）は特許文献２に係る研磨方法と研磨装置の概略構成図である。
【図１４】特許文献３に係る方光学研磨量測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１９】
３３  研削砥石
４１  研削対象物
４２  参照用対象物
４３  光反射面
４５  金属薄膜
４６  撥水性被膜
５１  光検出部
５２  光ファイバ
５６  照射光
５７  反射光
６１  ブローユニット
７１  研削終了点検出部
７４  研削終了点検知装置
【図１】
2008100319.tif 000003
【図２】
2008100319.tif 000004
【図３】
2008100319.tif 000005
【図４】
2008100319.tif 000006
【図５】
2008100319.tif 000007
【図６】
2008100319.tif 000008
【図７】
2008100319.tif 000009
【図８】
2008100319.tif 000010
【図９】
2008100319.tif 000011
【図１０】
2008100319.tif 000012
【図１１】
2008100319.tif 000013
【図１２】
2008100319.tif 000014
【図１３】
2008100319.tif 000015
【図１４】
2008100319.tif 000016