(57)【要約】      （修正有）【課題】オスカー式研磨機において、大型の加圧定盤を作製し大型の基板の研磨を行った場合、研磨後の基板に所望の平滑性を得るのは難しく、ガラスの中央部と周縁部で平滑性の差を生じ、周縁部の平滑性を得るために、研磨時間を長くすることが余儀なくされるという問題があった。【解決手段】研磨作業中に加圧定盤２下面の温度が上昇し、研磨作業中の雰囲気温度と加圧定盤２下面とに温度差が生じることによる熱変形により加圧定盤２の下面が研磨作業時において平面となるように、熱変形量を補正して温度差のない状態では凹面状に加工されてなることを特徴とする加圧定盤２およびそれを用いた片面研磨装置により研磨を行う。【選択図】  図１
2004167634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質樹脂製の発泡シートからなるバックパッドにより保持した基板を、回転する研磨盤上の研磨布に加圧定盤で押圧して、基板表面を研磨する片面研磨装置に用いる加圧定盤において、研磨作業中に加圧定盤下面の温度が上昇し、研磨作業中の雰囲気温度と加圧定盤下面とに温度差が生じることによる熱変形により加圧定盤の下面が研磨作業時において平面となるように、熱変形量を補正して、温度差のない状態では熱変形量分凹となるように凹面状に加工されてなることを特徴とする加圧定盤。
【請求項２】
請求項１に記載の加圧定盤を用いてなる片面研磨装置。
【請求項３】
請求項２に記載の片面研磨装置であって、研磨作業中に研磨盤上面の温度が上昇し、研磨作業中の雰囲気温度との温度差が生じることによる熱変形により研磨盤の上面が研磨作業時において平面となるように、熱変形量を補正して、温度差のない状態では熱変形量分凹となるように凹面状に加工されてなることを特徴とする研磨盤を用いてなる片面研磨装置。
【請求項４】
材料にＳｉ系アルミニウム合金を用いてなることを特徴とする請求項１に記載の加圧定盤。
【請求項５】
Ｓｉ系アルミニウム合金が、重量％で表して、Ｓｉ、１０〜１３％、Ｃｕ、０．２５％以下、Ｍｇ、０．１５％以下、Ｚｎ、０．３％以下、Ｆｅ、０．８％以下、Ｍｎ、０．３５％以下、Ｎｉ、０．１％以下、Ｔｉ、０．２％以下、残部Ａｌからなるシルミン系アルミニウム合金であることを特徴とする請求項４に記載の加圧定盤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、磁気ディスク用ガラス基板、シリコンウェハ等の基板の片面を支持し、その反対側の面を研磨する片面研磨装置であるオスカー式研磨機に用いる加圧定盤およびそれを用いた片面研磨装置に関し、特にブラックマトリックスパターン、レジスト形成後の多面取りに対応するための大型の液晶用ガラス基板を研磨するための片面研磨装置に対し有効である。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、磁気ディスク用ガラス基板、シリコンウェハ等に使用する基板の製造直後の表面は、完全な平滑面ではなく、多少のうねりやマイクロコルゲーション、凹凸、キズ等を有している。よって、通常、これらの基板は研磨により平滑な面に加工される。
【０００３】
従来、一般的に行われているオスカー式研磨機等による片面研磨は、上部の加圧定盤に、基板が収まる開口穴を開けた基板ホルダーを貼り付け、基板を基板ホルダーに保持した状態で、酸化セリウム等からなる研磨砥粒を水に懸濁させてスラリーとした研磨液を供給しつつ、回転する下側の研磨盤の盤面に貼着された研磨布に片面を押しつけて、研磨加工する方法で行われる。
【０００４】
一方、加圧定盤側に基板を保持するための基板ホルダーを用いない片面研磨機において、基板の片面を研磨する際、上側の加圧定盤の下面に貼着したバックパッドと通称する多孔質軟質樹脂よりなる厚さ１ｍｍ程度の発泡シートに、基板を吸着させた状態で、該バックパッドと下側の研磨盤の上面に貼着した研磨布の間に、研磨対象である基板を挟み込み、酸化セリウム等からなる研磨砥粒を水に懸濁させスラリーとした研磨液を供給しながら、研磨布に押しつけ、下側の研磨盤を回転させることによって基板の片面を研磨する。
【０００５】
詳しくは、両面粘着シートを予め全面に貼ったバックパッドを、加圧定盤下面にもう一方の粘着面により貼り付けた後で、基板の非研磨面側をバックパッド下面側に密着固定させる。バックパッドに適量の水を含ませ、押圧ローラなどを用い基板をバックパッドに押圧すると、基板がバックパッド下面側に吸着されバックパッドの粘着性で固定される。密着固定した基板の研磨面側を、酸化セリウム等からなる研磨砥粒を水に懸濁させスラリーとした研磨液を供給しながら、加圧定盤で回転する研磨盤上に両面粘着シートで貼り付けられた研磨布に押圧して研磨する。基板ホルダーを用いないことで、例えば、加圧ローラ等の押圧手段により、基板をバックパッドに吸着固定し加圧定盤に保持することが容易となる。
【０００６】
このようなオスカー式研磨機において、研磨後の基板に極めて高い平滑性を得るのに、基板を挟持し研磨する加圧定盤下面および研磨盤上面が極めて平らな平面であり、且つ滑らかであることが要求される。よって、加圧定盤下面および研磨盤上面の平面度および平滑性は、極めて高く仕上げられ、従来、その材料には、温度による熱変形が生じ難く、寸法安定性に優れた低膨張の鋳鉄が使用されてきた（鋳鉄の線膨張係数、０．８７×１０−５／Ｋ）。
【０００７】
研磨後の基板に極めて高い平滑性を得るための、研磨装置および研磨方法について記載した特許文献に以下のものがある。
【０００８】
例えば、特開２００１−３４７４５１号公報（特許文献１）においては、被研磨物を定盤に押しつけるためのプレッシャープレート（加圧定盤）を、非研磨物の表面形状もしくは研磨パッドの表面形状に応じて変形可能とすることによって、該被研磨物全体を均等な力で確実に加圧できるようにする研磨装置が開示されている。
【０００９】
また、特開２００１−９６９８号公報（特許文献２）においては、複数の球面を有する加圧部材により、軟質シートを介し研磨基板を研磨シートに圧接して、研磨基板の加工面全面での加圧力が一定となるようにした装置が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３４７４５１号公報
【特許文献２】
特開２００１−９６９８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、例えば、液晶テレビ、パーソナルコンピュータ用液晶ディスプレイのサイズは大きくなってきており、フロート法等で製造後、研磨された１枚の大板ガラスから、液晶パネルとするためのフォトリソ工程を経た後、パネルサイズに切断される。即ち、通称、多面取りされる。このため、研磨工程において、研磨される液晶用ガラス基板はメーター角以上に大型化してきている。
【００１２】
この大型化に対応するには、オスカー式研磨機においては、加圧定盤および研磨盤ともに大型化せざるを得ない。大型の加圧定盤を鋳鉄で作ると極めて重くなり、基板脱着のための上下動、研磨時に水平方向に揺動するために頑丈且つ大型の駆動装置を必要とする。そこで軽量なアルミニウム合金を用いて、大型の加圧定盤を作製し研磨を行ったところ、研磨後の基板に所望の平滑性を得るのは難しく、ガラスの中央部と周縁部で平滑性の差を生じ、周縁部の平滑性を得るために、研磨時間を長くすることが余儀なくされるという問題があった。
【００１３】
本発明は、特許文献１および特許文献２に記載されているように、特別な機構を設けることなく、従来のオスカー式研磨装置を用いて、かかる問題を解決することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者が、鋭意調査したところ、問題の発生原因は、オスカー式研磨機で基板研磨中に、加圧定盤下面の温度が上昇し、それ以外の部位は研磨機周囲の温度と同等であるために、温度差により、下面に対し加圧定盤が凸状に反り、それに合わせて研磨面にバックパッドに密着固定された基板も凸状に反るので、ガラスの中央部が研磨布に押圧された状態で研磨され、周縁部の研磨が遅れることによるものであった。尚、研磨中に加圧定盤が反る現象は、加圧定盤の材料に鋳鉄（鉄の線膨張係数、０．８７×１０−５／Ｋ）を用いる場合に比較して、鋳鉄に比べ線熱膨張係数が大きいアルミニウム合金（アルミニウムの線膨張係数、２．１４×１０−５／Ｋ）を用いる方が顕著であり、加圧定盤のサイズが大きく、厚みが薄いほど顕著である。
【００１５】
よって、本発明者は、かかる問題を解決する手段を鋭意検討した結果、従来のように、作製時に加圧定盤の平面度をできるだけ高くするのではなく、研磨中の研磨布温度と雰囲気温度、および加圧定盤材料の物性値から、研磨作業時の加圧定盤の熱変形量を予測し、加圧定盤下面が研磨時に平面になるように、予め熱変形量を補正して凹面に加工することとした。このように、研磨時に平面になるよう加圧定盤下面を加工し研磨を行うことで、研磨時に基板が反り凸状になることなく、平面の状態で研磨され、基板の研磨が均一な研磨圧力で行われることとなり、研磨圧が研磨面内均一となり、基板に高い平滑性を得られるとともに、研磨時間を短縮できる。
【００１６】
尚、加圧定盤の下面の加工は温度分布のない状態で行うので、研磨作業時の前記熱変形量に見合うように、温度分布のない状態で、凹面状に補正加工しなければならない。
【００１７】
即ち、本発明は、多孔質樹脂製の発泡シートからなるバックパッドにより保持した基板を、回転する研磨盤上の研磨布に加圧定盤で押圧して、基板表面を研磨する片面研磨装置に用いる加圧定盤において、研磨作業中に加圧定盤下面の温度が上昇し、研磨作業中の雰囲気温度と加圧定盤下面とに温度差が生じることによる熱変形により加圧定盤の下面が研磨作業時において平面となるように、熱変形量を補正して、温度差のない状態では熱変形量分凹となるように凹面状に加工されてなることを特徴とする加圧定盤である。
【００１８】
更に、本発明は、上記の加圧定盤を用いてなる片面研磨装置である。
【００１９】
更に、本発明は、上記の片面研磨装置であって、研磨作業中に研磨盤上面の温度が上昇し、研磨作業中の雰囲気温度との温度差が生じることによる熱変形により研磨盤の上面が研磨作業時において平面となるように熱変形量を補正して、温度差のない状態では熱変形量分凹となるように凹面状に加工されてなることを特徴とする研磨盤を用いてなる片面研磨装置である。
【００２０】
更に、本発明は、材料にＳｉ系アルミニウム合金を用いてなることを特徴とする上記の加圧定盤である。
【００２１】
更に、本発明は、Ｓｉ系アルミニウム合金が、重量％で表して、Ｓｉ、１０〜１３％、Ｃｕ、０．２５％以下、Ｍｇ、０．１５％以下、Ｚｎ、０．３％以下、Ｆｅ、０．８％以下、Ｍｎ、０．３５％以下、Ｎｉ、０．１％以下、Ｔｉ、０．２％以下、残部Ａｌからなるシルミン系アルミニウム合金であることを特徴とする上記の加圧定盤である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の加圧定盤を用いる片面研磨装置の主要部の側面図である。
【００２３】
図１に示す様に、基板１を片面研磨する際は、上側に加圧定盤２を配し、研磨対象である基板１を挟み込んだ下側の研磨盤３を回転させることによって研磨する。詳しくは、加圧定盤２の下面に、両面粘着シート４でバックパッド５と通称する多孔質軟質樹脂、例えば発泡ウレタン樹脂からなるシートを貼り付け、更に、バックパッド５の下面側に基板１の非研磨面側を吸着固定する。基板１のバックパッド５への固定は多孔質軟質樹脂、例えば発泡ウレタン樹脂からなるバックパッド５に水を含ませ、バックパッド５に図示しない加圧ローラ等で基板１を押圧すると、バックパッド５に基板１が吸着固定する。自転軸６を中心に自転可能な加圧定盤５を加圧し、固定した基板１の下面側である研磨面を、回転駆動軸７を中心に回転する研磨盤３に、酸化セリウムからなる研磨砥粒を水に懸濁させてスラリーとした研磨液を供給しながら、両面粘着シート４’で貼り付けた研磨布８に加圧定盤２で押しつけることで研磨加工を行う。
【００２４】
大型の基板１を研磨するための、大型の加圧定盤２を鋳鉄で作ると極めて重くなり、基板脱着のための上下動、研磨時に水平方向に揺動させるための頑丈且つ大型の駆動装置を必要とする。よって、大型の加圧定盤２の材料には、鋳鉄に比べ、軽量且つ加工性に優れたアルミニウム合金を用いることが好ましい。本発明の加圧定盤２の材料には、研磨に伴う熱の発生による加圧定盤２の熱変形量が小さい、Ｓｉの添加により熱膨張率が抑えられた４０００番系、シルミン系等のＳｉ系アルミニウム合金を用いることが好ましい。特に、重量％で表して、Ｓｉ、１０〜１３％、Ｃｕ、０．２５％以下、Ｍｇ、０．１５％以下、Ｚｎ、０．３％以下、Ｆｅ、０．８％以下、Ｍｎ、０．３５％以下、Ｎｉ、０．１％以下、Ｔｉ、０．２％以下、残部Ａｌであるシルミン系アルミニウム合金は、強度に優れ、特に耐蝕性に優れているので研磨液に曝される研磨環境下において使用される加圧定盤２の材料として好適である。
【００２５】
研磨作業中の雰囲気温度と加圧定盤２下面の温度差によって生じる熱変形量を計算し研磨作業中の熱変形量を予測することで、加圧定盤２の下面および／または研磨盤３の上面が温度差が生じる研磨作業中に平面となるように、温度差のない状態では熱変形量分凹となるように、加圧定盤２の下面または研磨盤３の上面を所望の凸面状に加工するには、回転する砥石を加工物に当接させた状態で移動させながら、加工物を回転、移動して研削するロータリー加工機、または旋盤、フライス盤等を使用する。
【００２６】
図２は、加圧定盤の下面の形状を示す側面図である。
【００２７】
図２に示す様に、加圧定盤２に温度分布がない状態で、下面２Ａを平面に加工してある径１３００ｍｍのシルミン系アルミニウム合金製加圧定盤２の熱変形量Ｘを予測した。シルミン系アルミニウム合金製加圧定盤２には、上部に同様のシルミン系アルミニウム合金製のペデスタル９という部分が加圧定盤本体２’とボルトで連結されている。ペデスタル９は加圧シャフトとしての機能もある自転軸６と加圧定盤本体２’を一体化させるもので、図示しないベアリングによる自転機構が内蔵されている。また自転軸６の径が小さいと、加圧定盤２への加圧が中心部に集中するため、それを分散させる役目も果たす。
【００２８】
研磨中に、実際の反りを測定することは困難であるため、温度分布のない状態で加圧定盤下面２Ａが平面となるように加工した加圧定盤２の反りを、下面２Ａを研磨布温度とし下面以外２Ｂを作業場の雰囲気温度とし予測してみた。
【００２９】
尚、研磨作業中の研磨布８の温度は研磨液の温度及び供給量、研磨圧、雰囲気温度等の研磨条件に依存する。通常、これらは一定値に制御されるため、研磨作業中の研磨布８の温度は一定値となる。即ち、研磨作業時の加圧定盤下面２Ａの温度は、研磨布８の温度と等しいとし、下面２Ａを除く他の表面２Ｂの温度は作業場の雰囲気温度と等しいとし、前述のペデスタル９があることを考慮しペデスタル９と加圧定盤本体２’との界面の温度を設定して、加圧定盤２のヤング率、ポアソン比、線膨張係数、熱伝導率を考慮し、内部の温度分布を、公知の熱伝導の基礎方程式、弾性の基礎方程式、歪の適合方程式および応力−歪関係式を鑑みて、有限要素法による熱伝導解析で熱変形量Ｘを予測した。尚、熱変形量Ｘは、加圧定盤下面２Ａの両端部を結ぶ線に直交するところの中心部の変位である。研磨布８の温度が上昇することにより、加圧定盤２に温度分布が生じ、加圧定盤下面２Ａは凸面状に反る。
【００３０】
上記、解析による熱変形量の予測結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2004167634.tif 000003
【００３２】
表１に示すように、液晶用ガラス基板の一般的な厚み１．１ｍｍ、０．７ｍｍなどに対して熱変形量Ｘは大きく、同等、もしくは、それ以上であり、加圧定盤下面２Ａを、加圧定盤２が熱変形することがないとして平面に仕上げてしまうと、研磨作業中に凸面状に歪んだ下面２Ａ’となり、基板１の研磨面の平滑性に悪影響をもたらすとともに、基板１周縁部の研磨に時間がかかることとなり生産性が悪くなる。
【００３３】
加圧定盤下面２Ａの熱変形量Ｘを考慮し、熱変形量を補正して、熱変形量分凹となるように、加圧定盤下面２Ａを凹面状に仕上げておけば、加圧定盤下面２Ａがほぼ平面の状態で研磨が行われることとなる。
【００３４】
即ち、研磨布温度が３０℃、雰囲気温度が１５℃の場合、研磨作業中の加圧定盤の下面２Ａは表１より熱変形量、８７７μｍで凸状に熱変形する。このため、予め加圧定盤下面２Ａの平坦度を、加圧定盤２下面の両端部を結ぶ線に直交するところの中心部が８７７μｍ凹となるように、凹面状に加工すると、熱変形後、即ち、研磨時の加圧定盤下面２Ａは、極めて平坦な平面となる。
【００３５】
【実施例】
実施例１
実際に、図２に示す変位Ｘ、即ち加圧定盤下面２Ａの両端部を結ぶ線に直交するところの中心部の変位Ｘが８７７μｍ凹となるように、凹面状に加工した径１３００ｍｍのシルミン系アルミニウム合金からなる加圧定盤２をロータリー研磨によって作製し、厚み、０．７ｍｍ、サイズ、５５０ｍｍ×６５０ｍｍの基板１を研磨したところ、問題となった研磨ムラが発生することなく、基板周縁部まで研磨ムラのない良好な研磨面が得られた。８７７μｍ凹となるように加工したことで、研磨中に加圧定盤下面２Ａに平面性が得られた結果である。
【００３６】
尚、前述のロータリー研磨において、盤面（下面２Ａ）を上にして加圧定盤が水平に回転するように設置し加圧定盤を回転させつつ上側から砥石を貼着した研削盤を当接する際の、研削盤の角度を調整して所望の凹面状に加工した。
【００３７】
【発明の効果】
加圧定盤、研磨盤、特に加圧定盤の研磨時の熱変形量を補正して、研磨時に平面となるように、温度差のない状態で、予め凹面状に加工した本発明の加圧定盤を用いることで、基板が加圧定盤の熱変形により反ることなく、平面の状態で研磨され、基板の研磨が均一な研磨圧力で行われることとなり、研磨状態が研磨面内均一となり、基板周縁部にまで高い平滑性を得られるとともに、研磨時間を短縮できる。
【００３８】
特に、大型基板を研磨する時は、大型の加圧定盤を必要とする。その際、加圧定盤の重量を軽減するために、従来の鋳鉄よりアルミ合金とすることで、吊り下げおよび移動装置の負担を軽減することが好ましい。アルミニウム合金の熱膨張経緯数は鋳鉄より大きく、熱変形量が大きいので、研磨中の大型のアルミニウム合金製加圧定盤の下面に平面性を得るのに本発明は好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加圧定盤を用いる片面研磨装置の主要部の側面図である。
【図２】本発明の加圧定盤の下面の形状を示す側面図である。
【符号の説明】
１          基板
２          加圧定盤
３          研磨盤
４、４’        両面粘着シート
５          バックパッド
６          自転軸
７          回転駆動軸
８          研磨布
９          ペデスタル
【図１】
2004167634.tif 000004
【図２】
2004167634.tif 000005