(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ガラス基板、ウェハ等の板状体の表面を研磨する片面研磨工程において、研磨作業後の基板外周部に発生する円弧状の研磨ムラを防止する研磨装置を提供する。【解決手段】多孔質樹脂製の発泡シートからなるバックパッド１によって保持した基板２を回転する研磨盤および研磨布に加圧定盤にて押圧して、基板表面を研磨する片面研磨装置に用いるバックパッド１において、厚み０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下、バックパッド１の基板保持面からの表面吸水量０．２ｍｇ／ｃｍ２以上、２．８ｍｇ／ｃｍ２以下であるバックパッド１を研磨作業に使用する。【選択図】　図１
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【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って保持した基板を回転する研磨盤上の研磨布に加圧定盤にて押圧して、基板を研磨する片面研磨装置において、厚み０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下、バックパッドの基板保持面からの表面吸水率０．２ｍｇ／ｃｍ２以上、２．８ｍｇ／ｃｍ２以下であるバックパッドを使用することを特徴とする片面研磨装置。
【請求項２】
多孔質樹脂製の発泡シートからなるバックパッドによって保持した基板を回転する研磨盤上の研磨布に加圧定盤にて押圧して、基板表面を研磨する片面研磨装置に用いるバックパッドにおいて、厚み０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下、バックパッドの基板保持面からの表面吸水率０．２ｍｇ／ｃｍ２以上、２．８ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とするバックパッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状体、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、特に液晶ディスプレイ用ガラス基板の片側を支持し、その反対側の表面を研磨する片面研磨装置および該装置に用いるバックパッドに関する。
【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、表面研磨して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、上側の加圧定盤に、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、酸化セリウム等の微粉からなる研磨材を水に懸濁させ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に貼着し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ている。
【０００４】
尚、オスカー式研磨機においては、上側の加圧定盤と下側の研磨盤の揺動運動および回転によって基板の研磨面を均一に研磨している。即ち、通常、加圧定盤は揺動自在なアームに自転可能に取り付けられ、この加圧定盤には基板を保持するための保持具が取り付けられる。
【０００５】
この保持具は、加圧定盤の下面側に接着剤または粘着材によって貼着される発泡弾性体等のバックアップ部材とバックアップ部材の下面側に接着剤によって貼着されるベークライト等の保持板、即ち、基板ホルダーからなる。この基板ホルダーの中央部には、基板の大きさおよび形状に合わせた開口穴がある。基板が基板ホルダーに開けられた開口穴に保持された状態で、基板の下側の、研磨布を貼り付けた研磨盤を回転させ、研磨布に加圧定盤で基板の研磨面を押圧し研磨を行う。
【０００６】
例えば、特開平５−１２３９６３号公報に示される液晶用大型マスク基板のように無欠陥、高精度が要求される場合は加圧定盤側に軟質の布を貼り付けるという方法が開示されている。
【０００７】
また、特開平６−２３８５５９号公報には、基板ホルダー側面部にまで軟質の布を貼り付け基板の端面部におけるクラック、割れ、キズの発生を防止する方法が開示されている。
【０００８】
更に、特開平７−１３６９２７号公報には、軟質の布に親水性物質を塗り布の乾燥をなくし布の劣化を抑制し交換による工数を削減する方法が開示されている。
【０００９】
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、上側の加圧定盤に貼着したバックパッドと通称する多孔質軟質樹脂からなる厚さ１ｍｍ程度の発泡シートに基板を密着させた状態で、該バックパッドと下側の研磨盤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、研磨液を供給しながら研磨布に押し付け、下側の研摩盤を回転させることによって基板の片面を研磨する。
【００１０】
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、加圧定盤下面側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、加圧ローラ等を用いて、基板を密着させると水の表面張力およびバックパッドの粘着性で、基板がバックパッド下面側に固定される。密着固定した基板の研磨面側を、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、加圧定盤にて押圧して研磨する。
【００１１】
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該片面研磨機は、基板ホルダー内に基板を保持する必要がないので、加圧ローラ等を用い、バックパッドに基板を密着固定させることが容易である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、連続的に複数の基板を研磨する作業開始後、数時間すると研磨後の薄板状の基板に外周に沿った円弧状の研磨ムラが発生する。研磨ムラの発生した基板は製品として出荷できず、歩留まりが低下するという問題があった。
【００１３】
研磨ムラの発生した基板を、液晶ディスプレイ用ガラス基板として用いて液晶セルを製作すると、研磨ムラに対応したパネルの表示ムラを生じるが故に、研磨ムラの発生していない基板の内部しか使用できず、パネルサイズに比べてより大きなサイズの基板が必要である問題があった。
【００１４】
また、研磨ムラは作業開始後、数時間すると発生するのでバックパッドを頻繁に交換せざるを得ず、バックパッドの交換による工程停止回数が増え、稼働時間が短くなるという問題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの問題を解決する手段を検討した結果、バックパッドの外周部側面の空孔、および研磨時に基板が密着しないバックパッド表面の外周縁部分の多数の細孔より、バックパッド内部に研磨液が吸収されることを抑制することが効果的な手段であることがわかった。
【００１６】
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って保持した基板を回転する研磨盤上の研磨布に加圧定盤にて押圧して、基板表面を研磨する片面研磨装置において、厚み０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下、バックパッドの基板保持面からの表面吸水率０．２ｍｇ／ｃｍ２以上、２．８ｍｇ／ｃｍ２以下であるバックパッドを使用することを特徴とする片面研磨装置である。
【００１７】
更に、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って保持した基板を回転する研磨盤上の研磨布に加圧定盤にて押圧して、基板表面を研磨する片面研磨装置に用いるバックパッドにおいて、厚み０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下、バックパッドの基板保持面からの表面吸水率０．２ｍｇ／ｃｍ２以上、２．８ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とするバックパッドである。
【００１８】
バックパッドは、通常、多孔質ウレタン樹脂からなる発泡シートであり、基板を密着固定する表面側には多数の微細な細孔が開いており、比較して、もう一方の加圧定盤に貼り付ける面側の空孔は大きい。バックパッドの側面部分には空孔、バックパッドの基板を密着固定する面側の表面には、バックパッド内部まで繋がった細孔が開いているので、液晶ディスプレイ用ガラス基板、シリコンウェハ等の基板表面の研磨作業を連続して行うと、バックパッド側面部分の空孔、基板が密着固定されていないバックパッドの表面部分の細孔より、バックパッド内部に研磨液が吸収される。
【００１９】
本発明者らが鋭意調査したところ、バックパッドを片面研磨時に使用する寸法に切断した際の、バックパッド周辺断面部、即ち、側面部分の空孔、研磨作業時に、バックパッドに基板を密着固定する側のバックパッド表面の細孔より研磨液が吸収される。一方、ガラス基板が貼り付けられているバックパッド表面は、基板で細孔が塞がれていることにより研磨液が吸収されないために、基板の研磨作業を続けると、バックパッド外周縁部に沿って研磨液の含有過多の部分が生じることが判った。
【００２０】
基板の研磨中に、バックパッドの表面から研磨液を吸収すると、連続気泡を有するバックパッドの内部にまで研磨液が挿通する。バックパッドに研磨液が吸収された状態で基板の研磨作業を続けると、研磨時の摩擦熱により、バックパッドの温度が上昇し、バックパッドの加水分解、研磨液がアルカリ性であるので、バックパッドの化学的劣化、基板の脱着による圧縮、引っ張り等の作用によるバックパッドの強度の低下、形状変形が促進される。
【００２１】
更に、研磨作業時にバックパッドの外周縁部の、研磨液の含有過多の部分とバックパッドの外周縁部を除く内側の研磨液の含有が少ない部分とのバックパッドの硬度が異なるため、研磨圧がバックパッドの外周縁部と外周縁部を除く内側の部分で異なるという状態となる。即ち、研磨圧の低い外周縁部では基板表面の研磨除去量が小さくなり、外周縁部を除く内側の研磨圧の高い部分では基板表面の研磨除去量が大きくなり、研磨後の基板の研磨面外周部に研磨作業開始時より数時間で円弧状の研磨ムラが発生し、研磨作業時間の経過に従い、研磨液のバックパッドへの吸収が多くなっていくことにより、研磨ムラの発生位置は基板外周部より内側に向けて移動していくことが判った。
【００２２】
基板が密着固定されていないバックパッドの外周縁部より、研磨作業時に研磨液が吸収されることにより研磨圧のばらつきが生じ、研磨ムラが発生する問題を解決するためには、バックパッド外周縁部より研磨液が吸収されることを抑制すればよく、バックパッドを作製する段階で、バックパッドを所定の寸法に作製し、端部を空孔がない状態に仕上げることも考えられる。しかしながら、研磨する基板のサイズは多様であり、大きなシートから、カッターナイフ等の切断具を用い、基板のサイズにあわせて切断して用いる方が、遥かに効率的である。また、切断面を熱溶融させることも考えられるが、切断面に粘着シートがあるため熱溶融しづらいこと、熱溶融すると切断面が厚くなり圧縮しないことにより、バックパッドの厚みより薄い基板を研磨しづらくなるという問題があった。
【００２３】
本発明者らは、最初に、バックパッド外周縁部に樹脂液を塗布し樹脂からなる薄膜を形成し研磨液のバックパッドへの吸収を防止する方法を試みた。しかしながら、塗布の段階で膜の厚みを制御することが容易ではなく、塗布方法の検討を必要とする。また、塗布した膜の厚みが厚すぎると、膜を形成した部分と膜を形成していない部分の膜厚による段差のために、研磨時に研磨圧の違いを生じ、膜の縁に沿った研磨ムラが発生し、膜の厚みが薄すぎると、膜ムラのためバックパッド表面の穴を充分に塞ぎきれず、研磨液の侵入を抑制する効果が得られなかった。
【００２４】
本発明者らは、より適切な手段を検討した結果、バックパッドの厚み、バックパッドの基板保持面の表面吸水率を制御することでバックパッド内への研磨液の侵入を抑制でき、研磨ムラの発生を遅らせることができることが判り、本発明に至った。研磨ムラの発生位置は研磨作業時間の経過に従い基板外部より内部に移動していくが、更に本発明により、移動する時間を遅らせることが可能である。即ち、バックパッドの厚みと表面吸水率を最適にすることより研磨ムラの発生の抑制に対し、極めて効果のあるバックパッドが得られた。
【００２５】
通常、研磨ムラの発生位置が基板端部より１０ｍｍ以内であれば、液晶ディスプレイ用基板に対する研磨ムラがあってはならない指定領域の範囲外であるので、研磨ムラが発生していたとしても液晶ディスプレイ用基板として使用できる。
【００２６】
研磨ムラの発生しづらいバックパッドの厚みは０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下であり、好ましくは０．６ｍｍである。厚み、０．４ｍｍ以下では、バックパッドが研磨圧力により圧縮変形しづらいために、バックパッドの厚みムラによる表面凹凸が、研磨後の基板に転写し、該基板を液晶ディスプレイ向けガラス基板として用い液晶セルを作成すると、バックパッドより転写した基板表面の凹凸のために表示ムラが発生する。０．８ｍｍより厚いと、バックパッドに密着固定された基板を研磨作業の前後で脱着する際に、バックパッドが樹脂からなる発泡シートであることより、バックパッドの伸び縮みにより研磨液のバックパッドへの吸収が起こる。
【００２７】
バックパッドの板状体保持面からの表面吸水率は、２．８ｍｇ／ｃｍ２以下、好ましくは、２．１ｍｇ／ｃｍ２以下、０．２ｍｇ／ｃｍ２以上である。表面吸水率が２．８ｍｇ／ｃｍ２以上では、バックパッド内部へ研磨液が多量に侵入することにより、研磨時の、基板の研磨ムラの発生が早くなり、濃い研磨ムラが発生する。表面吸水率が、２．８ｍｇ／ｃｍ２以下であれば使用可能であるが、２．１ｍｇ／ｃｍ２を超えるとバックパッドの研磨後の基板に研磨ムラの発生がばらつく、即ち、研磨ムラが発生したりしなかったりする、研磨ムラの発生にばらつきのある状況となる。０．２ｍｇ／ｃｍ２未満では、バックパッドに基板を密着固定する際のバックパッドの基板に対する保持力が弱くなり、研磨中に基板がバックパッド表面を滑り基板の破損が生じ易くなる。
【００２８】
バックパッドの表面吸水量の測定方法は、バックパッドを加圧定盤に貼着しない状態で、予め重量を測定しておいた乾燥した所定の大きさのバックパッドの基板支持面に、金属製等の吸水性のない円筒を開口部の一方を下にして置き、上側の開口部より円筒内に水を入れて一定時間静置した後、円筒内の水を除去して、バックパッドの重量を測定し、重量の増加分をバックパッドの表面吸水量とし、更に、表面給水量を開口部の面積で割った値を表面吸水率とした。尚、吸水されなかった水は一定時間経過後、速やかに市販の濾紙等を円筒内に吸い取り紙として入れて除去した。吸収されなかった水を除去する方法は、水を速やかに除去することができる必要がある。
【００２９】
前述のように、バックパッドの表面吸水率は、所定の大きさの、バックパッドの基板保持面に吸水性のない円筒を載置して、円筒内に所定量の水を充填し、所定時間経過後のバックパッドの表面吸水量を測定し、円筒の開口部面積で割ることによって求める。
【００３０】
本発明の請求項１、および請求項２に示した表面吸水率の数値は、サイズ、１００ｍｍ角のバックパッドに、内径３０ｍｍ、高さ５ｍｍのアルミニウム等の吸水性のない材料からなる円筒を乗せ、円筒内に５ｇの水を入れ５分間静置した後の、バックパッドの吸水量の測定値を円筒の開口部の面積、即ち、１５ｍｍ×１５ｍｍ×円周率で割った値を表面吸水率の数値として示している。
【００３１】
バックパッドの表面吸水率の制御方法は、多孔質ウレタン樹脂からなる発泡シートであるバックパッドの製造時にバックパッドの密度を制御すること、および製造前にウレタン樹脂に撥水剤を混練する方法等がある。
【００３２】
バックパッドの厚みおよび表面吸水率を限定することで、研磨ムラの発生時期、および基板内部への移動速度を大幅に遅らせることができるが、本発明のバックパッドの、外周側面断面部の空孔を加熱圧縮、樹脂液の塗布等の手段を用い、塞ぐまたは潰すことで研磨ムラの発生および研磨ムラ発生位置の基板内部への移動速度を、研磨作業時間に対して、更に、遅らせることが可能である。バックパッド外周部の大きな空孔を塞ぐまたは潰す手段は、塞ぐまたは潰すことができればよい。
【００３３】
本発明のバックパッドは、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使用するのに好適である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
オスカー式研磨機による、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作業において、加圧定盤側に基板が密着固定された状態で、両面粘着シートで研磨布を貼り付けた研磨盤を回転させ、研磨液を供給しながら、加圧定盤で、研磨布に基板の研磨面側を押しつけ、バックパッドに密着固定された基板がずれない程度の研磨速度にて片面研磨を行う。研磨作業時に、研磨対象である基板表面とバックパッド間に水膜が生じると基板表面とバックパッドの密着が悪くなり、バックパッド下面に密着固定された基板が滑る。水膜を生じさせない様にバックパッド表面および内部に細孔が開いている必要があり、バックパッドの材質に表面および内部に細孔の開いた厚み、０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の多孔質軟質樹脂からなる発泡シートを使用する。バックパッドには通常ウレタン樹脂が使用される。
【００３５】
図３は、本発明で使用する片面研磨装置の主要部の側面図である。図３に示すように、ガラス基板２を片面研磨する際は、上側に加圧定盤７を配し、研磨対象であるガラス基板２を挟み込み、酸化セリウムの微粉を水に懸濁させスラリーとした研磨液を供給しつつ、下側の研磨盤８を回転させることによって研磨する。詳しくは、加圧定盤７の下面に両面粘着シート６でバックパッド１と通称する発泡シートを貼り付け、更に、バックパッド１の下面側にガラス基板２の非研磨面側を密着固定する。ガラス基板２のバックパッド１への固定は、バックパッド１に水を含ませて、ガラス基板２を密着させると、水の表面張力およびバックパッド１の粘着性で、ガラス基板２がバックパッド１に固定される。自転軸９を中心に回転可能な加圧定盤７を加圧し、研磨液を供給しつつ、固定したガラス基板２の下面である研磨面側を、回転駆動軸１０を中心に回転する研磨盤８に両面粘着シート６’で貼り付けた研磨布１１に押しつけることによって研磨加工を行う。
【００３６】
図２の（ａ）が、ガラス基板を取り付けたバックパッドの平面図である。図２の（ｂ）が、ガラス基板を取り付けたバックパッドの断面図である。以下、図面に従って本発明の片面研磨用バックパッドについて説明する。図示しない加圧ローラ等を用い、図２（ａ）に示すように、バックパッド１にガラス基板２を密着固定する。図２の（ｂ）に図２の（ａ）のＡ−Ａ’断面図を示す。
【００３７】
図１が、バックパッドへガラス基板を取り付けた状態の部分拡大断面図である。
【００３８】
次いで、部分拡大断面図に示すように、バックパッド１を両面粘着シート６により加圧定盤７の下面側に貼り付ける。バックパッド１の断面は、上側に大きな空孔３があり、下側に海綿状部４があり、下側表面に細孔５が開いており、厚みがａである。
【００３９】
【実施例】
表面吸水率の測定方法は、樹脂からなる発泡シートを所定の大きさにカットすることでバックパッド１を作製する前に、予め重量を測定しておいた乾燥した状態のサイズ１００ｍｍ角の発泡シートの表面上に内径３０ｍｍ、高さ５ｍｍのアルミニウム製の円筒を、開口部の一方を下にして置き、上側の開口部より円筒内に５ｇの水を入れて５分間静置した後、水を吸収したバックパッド１の重量を測定し、重量の増加分をバックパッド１の表面吸水量とした。測定した表面給水量を開口部の面積、即ち、１５ｍｍ×１５ｍｍ×円周率で割った値をバックパッド１の表面吸水率とした。尚、５分経過後、吸水されないで残った円筒内の水は、速やかに市販の濾紙にて吸い取り除去した。
【００４０】
板厚１．１ｍｍ、サイズ３００ｍｍ×４００ｍｍの液晶ディスプレイ用ガラス基板２を、表１に示す種々の厚みおよび表面吸水率のバックパッド１の下面側にガラス基板２を密着固定させた。研磨材として酸化セリウムを懸濁させスラリーとした研磨液を供給しながら、研磨圧１００ｇ／ｃｍ２、研磨時間３００秒／枚の条件で研磨作業を、片面研磨装置を用いて連続して行った際の研磨ムラの発生状況を、表１に示した。研磨ムラ発生位置は、基盤の外周端部よりの距離を測定した値である。
実施例１〜３
表１の実施例１〜３に示すように、バックパッド１の厚みが０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下であって、表面吸水量が２．８ｍｇ／ｃｍ２以下のバックパッド１を使用し研磨した基板２は、研磨作業を開始し連続使用後１０時間が経過しても基板２の外周部に円弧状の研磨ムラは発生しなかった。特に、実施例１または実施例２に示すように、バックパッド１の厚みが、０．４ｍｍまたは０．６ｍｍであって、表面吸水率が０．８５ｍｇ／ｃｍ２であるバックパッド１を使用し研磨した基板２は、研磨作業を開始し連続使用後３０時間が経過しても、研磨ムラ発生位置が基板外周端部より１０ｍｍ以内であった。液晶ディスプレイ用基板の一般的な規格において、基板の外周端面部より測って１０ｍｍ以内は有効範囲外として、通常、除かれているので、１０ｍｍ以内なら研磨ムラはあっても良く、液晶ディスプレイ用ガラス基板として使用可能である。
比較例１、２
実施例１〜３に比較して、表１の比較例１または比較例２に示す表面吸水量が３．５０ｍｇ／ｃｍ２であるバックパッド１を使用し研磨した基板２は、研磨作業を開始し、連続使用、５時間後には研磨ムラが発生しており、比較例１の厚み０．６ｍｍのバックパッド１については、連続使用１０時間後、比較例２の厚み０．８ｍｍのバックパッド１については、連続使用５時間後には、研磨ムラが基板の外周端部より１０ｍｍの範囲外である基板２の内面部に発生しており液晶ディスプレイ用基板として使用できないレベルであった。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、バックパッドの厚みおよび表面吸水量を制御することによって、研磨作業時にバックパッドの内部への研磨液の吸収が抑制され、研磨液の吸収によるバックパッドの硬度変化が原因となって発生する、液晶ディスプレイ用ガラス基板、シリコンウェハ等に使用する研磨後の薄板状基板の研磨面外周部に発生する研磨ムラの発生時期を遅らせることができ、更に、研磨作業の時間経過に従う研磨ムラの基板内部への移動速度を遅らせることができ、高精度のガラス基板、特に液晶ディスプレイ用ガラス基板の研磨作業の歩留まりを向上させることができる。
【００４３】
又、本発明により、研磨作業後の液晶ディスプレイ用ガラス基板に研磨ムラが発生しないので、研磨ムラ発生部を切り落とす必要が無くガラス基板の面積一杯まで使用できるため、ガラス基板の研磨面を有効に使用でき、従来に比較して、材料であるガラス基板のサイズに対して大きな液晶表示素子を製作できる。
【００４４】
更に、本発明によれば、研磨作業において、バックパッドへの研磨液の吸収を防止することにより、バックパッドの寿命が延び交換回数が減ることにより、作業効率が向上しコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例において、バックパッドへガラス基板を取り付けた状態の部分拡大断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施例において、ガラス基板を取り付けたバックパッドの平面図である。（ｂ）は、本発明の実施例において、ガラス基板を取り付けたバックパッドの断面図である。
【図３】本発明で使用する片面研磨装置の主要部の側面図である。
【符号の説明】
１　　バックパッド
２　　ガラス基板
３　　空孔
４　　海綿状部
５　　細孔
６　　両面粘着シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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