(57)【要約】【課題】直径が４〜１０ｍの円柱状石材研磨加工具を備える研磨装置を提供する。【解決手段】研磨定盤２の円柱状石材９表面にキャリア４で保持した板状体１５を押し付け、キャリアおよび研磨定盤２を回転させて板状体表面を平面研磨する研磨装置１であって、前記研磨定盤は、回転軸８に軸承された直径が４ｍ以上の円柱状金属製タ−ンテ−ブル１０上に直径が４ｍ以上の円柱状石材９が載置された研磨定盤であり、この円柱状石材９が前記回転軸の軸受の直径よりは幅広の略長尺状柱の中央セグメント９ａと、この中央セグメントの左右に接着された円弧状柱の右セグメント９ｂおよび左セグメント９ｃの３部材で構成されていることを特徴とする、大型の板状体の平面研磨に用いる研磨装置１。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨定盤の円中状石材表面にキャリアで保持した板状体を押し付け、キャリアおよび研磨定盤を回転させて板状体表面を平面研磨する研磨装置であって、前記研磨定盤は、回転軸に軸承された直径が４ｍ以上の円柱状の金属製タ−ンテ−ブル上に直径が４ｍ以上の円柱状石材が載置された研磨定盤であり、この円柱状石材が前記回転軸の軸受の直径よりは幅広の略長尺状柱の中央セグメントと、この中央セグメントの左右に接着された円弧状柱の右セグメントおよび左セグメントの３部材で構成されていることを特徴とする、板状体の平面研磨に用いる研磨装置。
【請求項２】
上記円柱状石材は、中央セグメントと左セグメントおよび左セグメントとを無機粉含有硬化型樹脂接着剤で接着・硬化して円柱状となし、この硬化した無機粉含有硬化型樹脂接着剤の上面を加工して円柱状石材の表面を面一に形成したものであることを特徴とする、請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
石材が大理石、花崗岩、黒御影石より選ばれたものであり、無機粉硬化型樹脂接着剤が鉄粉を５〜６５重量％含有する硬化型エポキシ樹脂接着剤であり、円柱状金属製タ−ンテ−ブルが鋳鉄製であることを特徴とする、請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
円柱状金属製タ−ンテ−ブルと円柱状石材の間には、タ−ンテ−ブルを構成する金属の硬度よりは小さい硬度を有するスペ−サが撓み改良材として挿入されていることを特徴とする、請求項１に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の露光対象である液晶ディスプレイが形成されるガラスプレ−ト、ガラスレンズ、薄膜磁気ヘッドが形成されるセラミックウエハ、ＫＮｂＯ３光学結晶、フォトマスク基板等の大型の板状体平面を研磨する直径が４ｍ以上の研磨定盤を有する大型の研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精度の平面研磨が要求される上記板状体の寸法としては、大型化が顕著となり、従来は高々１３００ｍｍｘ１１００ｍｍのフォトマスク基板を研磨できる研磨装置であった（たとえば、非特許文献１参照）。かかる研磨装置として、研磨定盤にキャリアに保持したワ−クを押し付け、キャリアおよび定盤を回転させてワ−ク面が定盤によってサイクロイド曲線で掃引されて研磨する平面研磨装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
また、研磨定盤の回転軸を中心とする同心円状に３分割された３重同心円定盤より構成された研磨定盤に、キャリアに保持したワ−ク（ＬＣＤ用ガラス板）を押し付け、キャリアおよび研磨定盤を回転させてワ−ク面を研磨定盤によって研磨する平面研磨装置が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
゛週刊ダイヤモンド”、２００２年９月７日号、ｐ．６２−６３
【特許文献１】
特開２０００−４２９１１号公報（特許請求の範囲および図２、図３参照。）
【特許文献２】
特開２００２−３４６９１７号公報（第３−４頁および図１、図３参照。）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近時、ＥＬＤやフォトマスク基板として長さが２０００ｍｍ以上の板状体が要求され、従来の大型の研磨装置では研磨が応じきれない。
また、上記特許文献は研磨定盤の素材を開示していないが、研磨定盤の素材としては、金属よりも軽く、熱伝導率、熱膨張率が小さい石材がよい。花崗岩、大理石、黒御影石等の石材は、熱伝導率が２．４〜２．７Ｋｃａｌ／ｍｈ℃と小さく、熱膨張率７〜７．５ｘ１０−６／℃も小さく、かつ、比重が２．４〜２．９と軽く、耐熱性が４５５〜５７０℃と高く、圧縮強度も１４００〜１６００ｋｇ／ｃｍ２と高いので、金属やＡＢＳ等の樹脂を用いるよりも精密寸法性、平坦性の優れた加工されたワ−クを与えるので好ましい。
【表１】
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【０００５】
研磨されるワ−クの寸法が小さいうちは、一枚の石材で研磨定盤を賄うことができるが、ワ−クが数十インチの角型液晶ディスプレイ用ガラス板のように大型のものとなると、研磨定盤の直径も４〜１０ｍと大型となる。しかし、研磨定盤素材の石材を搬送・搬入する作業において道路交通法で定められた幅があり、日本における現状では高々直径４．５ｍの石材の搬送・搬入が可能というのが実情である。
【０００６】
本発明は、円柱状石材を研磨工具として用いる研磨装置において、直径が４〜１０ｍの研磨定盤を有する研磨装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、研磨定盤の石材表面にキャリアで保持した板状体を押し付け、キャリアおよび研磨定盤を回転させて板状体表面を平面研磨する研磨装置であって、前記研磨定盤は、回転軸に軸承された直径が４ｍ以上の円柱状の金属製タ−ンテ−ブル上に直径が４ｍ以上の円柱状石材が載置された研磨定盤であり、この円柱状石材が前記回転軸の軸受の直径よりは幅広の略長尺状柱の中央セグメントと、この中央セグメントの左右に接着された円弧状柱の右セグメントおよび左セグメントの３部材で構成されていることを特徴とする、板状体の平面研磨に用いる研磨装置を提供するものである。
【０００８】
円柱状石材を研磨定盤の回転軸の軸受の直径よりは幅広の略長尺状柱の中央セグメントと、この中央セグメントの左右に接着された円弧状柱の右セグメントおよび左セグメントの３部材に分割して構成することにより、各セグメントの搬送を可能とし、各セグメントに切断する面積、および接着面積を小さくし、かつ、タ−ンテ−ブルの金属が撓むのを小さくすることができた。
円柱状石材を中央で２分割する方が切断面積、および接着面積をより小さくすることができるが、接着面が研磨定盤の回転軸上に架かり、回転軸の振動応力が円柱状石材の接着面に集中し、研磨定盤の寿命を短くする。また、タ−ンテ−ブルの金属の撓みが３分割より大きくなる。
円柱状石材を扇状に３〜８分割し、接着することは、切断面積、および接着面積をより大きくするし、接着面が研磨定盤の回転軸上に架かり、回転軸の振動応力が円柱状石材の接着面に集中し、研磨定盤の寿命を短くする。
【０００９】
請求項２の発明は、前記研磨装置において、上記円柱状石材は、中央セグメントと左セグメントおよび左セグメントとを無機粉含有硬化型樹脂接着剤で接着・硬化して円柱状となし、この硬化した無機粉含有硬化型樹脂接着剤の上面を加工して円柱状石材の表面を面一に形成したものであることを特徴とする。
【００１０】
接着剤に鉄粉、銅粉等の金属粉や花崗岩粉、石灰粉、タルク等の石粉などの無機粉を含有させることにより接着剤層の熱伝導率、熱膨張率をより石材のそれらに近づけることができ、加工ワ−クの寸法精度を向上できる。また、石材と無機粉含有硬化型樹脂接着剤との外観を類似させることができる。
【００１１】
請求項３の発明は、上記研磨装置において、石材が大理石、花崗岩、黒御影石より選ばれたものであり、無機粉硬化型樹脂接着剤が鉄粉を５〜６５重量％含有する硬化型エポキシ樹脂接着剤であり、円柱状金属製タ−ンテ−ブルが鋳鉄製であることを特徴とする。
【００１２】
石材の熱伝導率は２．５〜２．７Ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、鋳鉄の熱伝導率は４５〜５０Ｋｃａｌ／ｍｈ℃、鉄粉含有硬化型樹脂接着剤の熱伝導率は４０〜４４Ｋｃａｌ／ｍｈ℃である。鋳鉄は、他の金属である銅、アルミニウム合金と比較して熱伝導度が小さく、熱による変形が小さいので寸法精度の良好な加工ワ−クを与える。
【００１３】
請求項４の発明は、上記研磨装置において、円柱状金属製タ−ンテ−ブルと円柱状石材の間には、タ−ンテ−ブルを構成する金属の硬度よりは小さい硬度を有するスペ−サが撓み改良材として挿入されていることを特徴とする。
【００１４】
直径が４ｍ以上の円柱状石材は重量が重く、かつ、３分割されているので、円柱状金属製タ−ンテ−ブル表面に分散される円柱状石材の荷重により円柱状金属製タ−ンテ−ブルが撓む。円柱状金属製タ−ンテ−ブルが撓むとタ−ンテ−ブルと円柱状石材間に隙間が生じ、ワ−ク加工時に回転している円柱状石材上面軌跡が回転軸中心回りの同一円周上からブレるので厚み分布の良好な加工ワ−クが得られない。このブレをより小さく、あるいは無くすため、撓み改良材を円柱状金属製タ−ンテ−ブルと円柱状石材の間に介在させる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は、研磨定盤の正面図、図２は研磨装置の下定盤の平面図、および図３は円柱状石材を載せる前のタ−ンテ−ブルの平面図である。
【００１６】
図１から図３に示す研磨装置１において、研磨装置１は主に研磨定盤（下定盤）２と下面にキャリア４を備える上定盤３とより構成される。
研磨定盤２は、図に示されていない駆動モ−タにより回転駆動される回転軸８とこの回転軸の上方部に設けられたベアリング５を備える軸受６と、前記回転軸８に軸承された中央部が空洞の円柱状の金属製タ−ンテ−ブル１０と、このタ−ンテ−ブル表面上にボルトナットで固定された撓み改良材スペ−サ１１と、タ−ンテ−ブル１０表面上に載置された直径が４ｍ以上の円柱状石材よりなる加工具９とから構成される。
１２は基台、１３は研磨剤供給管、１４は接着剤、１５は平板状ワ−ク、１６は修正リングである。
【００１７】
上記タ−ンテ−ブル１０の金属素材としては、鋳鉄、ステンレス鋼、真鍮、銅等が挙げられるが、安価で剛性の高い鋳鉄が好ましい。鋳鉄としては、ＦＣ２５０、ＦＣ２００等が使用される。
鋳鉄は石材と比較して比重が７．９と大きいので□状の枠体とし、中央部１０ｃを空洞化して全体の重さを軽くするのが好ましい。具体的には、複数の上面扇型１０ｂの□状セグメント１０ａをボルトナットで連結し、中央部１０ｃが空洞化した円柱状型枠とする。各□状セグメント１０ａの連結により上面は円環を呈する。このタ−ンテ−ブル１０の円環状の内側を軸受６に固定する。その際、開口側面に厚み５〜２５ｍｍの長方形状のスペ−サ１６を設け、鋳鉄製□状枠体セグメントを補強するとともに接着剤１７の塗りを容易とするのが好ましい。接着剤としては、構造接着剤が好ましい。
【００１８】
上面扇型□状セグメント１０ａは、３〜１６個で１台の円柱状タ−ンテ−ブルを構成する。セグメント１０ａの金属板厚みは５０〜１００ｍｍ、高さは３００〜１０００ｍｍである。円柱状タ−ンテ−ブル１０の直径Ｌは、円柱状石材９の直径に略等しく、４〜１０ｍである。
【００１９】
円柱状金属製タ−ンテ−ブル１０と円柱状石材９の間に分散して介在されるスペ−サ１１は、円柱状タ−ンテ−ブル１０の素材金属の硬さよりは小さい（柔らかい）硬さを有するアルミニウム板、亜鉛板、加硫ゴム板、エラストマ−板、合成樹脂板などが用いられる。撓み改良材であるスペ−サ１１の厚みは、５〜３０ｍｍであり、形状は扇形、長方形、三角形、正方形、楕円、円盤、円環、ド−ナッツリング等、いずれであってもよい。
スペ−サ１１は、円柱状金属製タ−ンテ−ブル１０の表面に予め分散して固定され（図２参照）、その上に円柱状石材９が載置される。円柱状金属製タ−ンテ−ブル１０と円柱状石材９間に介在されたスペ−サ１１は、平板状ワ−ク１５の研磨加工時に回転している円柱状石材上面外縁の移動軌跡が回転軸中心回りの同一円周上からブレるのを小さくする、もしくはブレを無くする。
【００２０】
円柱状石材９は、図２に示すように、タ−ンテ−ブル１０を軸承する回転軸８の軸受の直径よりは幅広の略長尺状柱の中央セグメント９ａと、この中央セグメントの左右に接着される円弧状柱の右セグメント９ｂおよび左セグメント９ｃの３部材を接着剤で接着して円柱状に構成したものである。円弧状柱の右セグメント９ｂおよび左セグメント９ｃは対称形であることがスペ−サの敷設を容易とし、かつ、ワ−ク加工時の円柱状石材上面外縁の移動軌跡が回転軸中心回りの同一円周上からブレるのを小さくするので好ましい。
【００２１】
回転軸８の直径は、１０００〜２０００ｍｍ、軸受６の直径１０２０〜２４００ｍｍであることを考慮し、中央セグメントの幅ｗ１は、軸受６の直径よりは幅が広い２０００〜４５００ｍｍとする。例えば、６ｍ径の円柱状石材９であるときは、中央セグメント９ａの幅ｗ１は４ｍ、左右のセグメント９ｂ，９ｃの幅ｗ２はそれぞれ１ｍとするか、中央セグメントの幅ｗ１は３ｍ、左右のセグメント幅ｗ２はそれぞれ１．５ｍとする。１０ｍ径の円柱状石材であるときは、中央セグメントの幅ｗ１は４ｍ、左右のセグメント幅ｗ２はそれぞれ３ｍとする。
左右セグメントの幅ｗ２は、研磨定盤の直径Ｌより上記幅ｗ１を引き去り、その１／２と算出される。
円柱状石材９の高さは、３００〜６００ｍｍが好ましい。
【００２２】
石材としては、圧縮強度、曲げ強度の面から大理石、花崗岩、黒御影石より選ばれたものが好ましい。円柱状石材の直径は２ｍ以上であり、搬送・搬入の制約から上限が決定される。現在は４．５ｍであるが、将来は、１０ｍのこともあろう。従って、現在では直径４．５ｍを越えるものは、分割して搬送し、研磨装置を設置する現場で分割したセグメントを接着剤１４で接着し、円柱状とする。
【００２３】
円柱状石材の各セグメントを接着する接着剤１４は、エポキシ樹脂などの構造接着剤が好ましく、更に無機粉が５〜６５重量％含有されている硬化型樹脂接着剤がより好ましい。無機粉としては、炭酸カルシウム、クレイ、大理石粉、黒御影石粉、花崗岩粉、シリカ粉、大谷石粉、カ−ボン粉末等の無機充填剤、１００〜４００メッシュ篩を通過した鋳鉄粉、鉄粉、銅粉、亜鉛粉、真鍮粉、アルミニウム粉等の金属粉が挙げられる。金属粉と無機充填剤を併用してもよい。
金属粉や無機充填剤の配合は、金属粉含有硬化型樹脂接着剤１４の熱伝導率を鋳鉄や石材の熱伝導率に近似させるのに使用する。
混合系接着剤である無機粉含有硬化型樹脂接着剤の熱伝導率αは、配合される物質の体積率Ｖｉとその熱伝導率αｉとの積の和で近似できる。
α＝ΣＶｉ  ｘ  αｉ
【００２４】
無機粉含有硬化型樹脂接着剤の熱伝導率調整のし易さから金属粉としては鉄粉が、無機充填剤としては、大理石粉、花崗岩粉、黒御影石粉が鉄粉を用いるのが好ましい。構造接着剤である硬化型樹脂接着剤としては、硬化剤、必要により硬化促進剤が配合された一液型または二液型エポキシ樹脂、エポキシ・ノボラック／フェノリック樹脂、ポリイミド、不飽和ポリエステル樹脂、芳香族ポリベンゾイミダゾ−ル系接着剤が使用できる。耐熱性、価格の面から二液硬化型エポキシ樹脂が好ましい。
【００２５】
エポキシ樹脂としては、ビスフェノ−ルＡのジグリシジルエ−テル、ビスフェノ−ルＦのジグリシジルエ−テル、ビフェニルジグリシジルエ−テル、水添化ビフェニルジグリシジルエ−テルなどが、硬化剤としては、ジシアンジアミド、バ−サアミドなどが、促進剤としては、２−メチルイミダゾ−ル、２−ウンデシルイミダゾ−ル、２，４−ジメチルイミダゾ−ルなどが挙げられる。
鉄粉含有二液硬化型エポキシ樹脂接着剤は、デブコン（Ｄｅｖｃｏｎ）社からＤＥＶＣＯＮＡ（登録商標）の商品名で市販されている。
ＤＥＶＣＯＮ  Ａは、線熱膨張率１１．５〜１３．５ｘ１０−６／℃、熱伝導率０．１２０〜０．１３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇｒｅｅ、比重７．２である。
【００２６】
図１に示すように、金属製タ−ンテ−ブル１０はその下面において回転軸８に軸承される。回転軸８は図示されていない駆動モ−タの駆動力を歯車７で受けて金属製タ−ンテ−ブル１０を回転させる。
【００２７】
図１に示す研磨装置１を用い、平板状のワ−ク１５を研磨するには、上定盤３のキャリア４の下面にワ−ク１５を固定し、ワ−ク下面を研磨定盤２の円柱状石材９表面に押し付け、研磨剤供給管１３より円柱状石材９表面上に研磨剤を供給しつつ、金属製タ−ンテ−ブル１０を回転させることにより研磨定盤２を水平方向に回転させる。この際、ワ−ク１５を下面に固定している上定盤３のスピンドル１９は図示されていない駆動用モ−タにより回転駆動される。
なお、上定盤３は、駆動ロ−ラと固定ロ−ラで回転駆動されるリングの下に設けたキャリア４下面にワ−ク１５を固定する機構のものであってもよい。
【００２８】
【実施例】
実施例１
幅ｗ１３ｍ、最長長さ６ｍ、高さ４５０ｍｍの黒御影石製略長尺状柱中央セグメントの両側外面に鉄粉含有二液硬化型エポキシ樹脂接着剤  ＤＥＶＣＯＮ  Ａ（登録商標）を厚み４０μｍとなるよう塗布し、幅１．５ｍ、高さ４５０ｍｍの円弧状柱の左右の黒御影石製セグメントを接着して直径約６ｍ、高さ４５０ｍｍの円柱状となし、７日放置して接着剤の硬化を完全となした後、この黒御影石製円柱状石材の表裏面を研磨して面一とし、円柱状石材の研磨加工具を製造した。
【００２９】
径方向の上面幅が２４００ｍｍ、高さ５８０ｍｍ、厚み４０ｍｍの鋳鉄（ＦＣ２５０）製の上面扇状、断面□状枠セグメント４個の開口部片側面に厚み２０ｍｍの鋳鉄製スペ−サ−を介し、そのスペ−サ−表面および上面に鉄粉含有二液硬化型エポキシ樹脂接着剤  ＤＥＶＣＯＮ  Ａを塗布し、かつ、各□状枠セグメントのフランジ間をボルトナットで閉め付け、円柱状の鋳鉄製タ−ンテ−ブルを製造した。
【００３０】
この鋳鉄製タ−ンテ−ブルの上面に、厚み１０ｍｍ、外径３００ｍｍ、内２００ｍｍのアルミニウム製リングを素材とするスペ−サをタ−ンテ−ブルの撓みがあった部分に図２に示すように１２枚分散させて敷設し、ボルトナットでタ−ンテ−ブル表面に固定した。
このアルミニウム製リングを表面に敷設した円柱状鋳鉄製タ−ンテ−ブルを、外周が１０００ｍｍの軸受に囲綾された直径が９６０ｍｍの回転軸の上部に備えた後、前記黒御影石製円柱状加工具をこの円柱状鋳鉄製タ−ンテ−ブル上に載置して研磨定盤を製造した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の研磨装置は、直径が４ｍ以上の円柱状石材よりなる研磨加工具を備えるので、１辺の長さが２ｍ以上の平板状ワ−クを研磨することができる。
また、円柱状石材は、円柱状石材が研磨定盤の回転軸の軸受の直径よりは幅広の略長尺状柱の中央セグメントと、この中央セグメントの左右に接着された円弧状柱の右セグメントおよび左セグメントの３部材で構成されているので、加工具を構成する前の石材セグメントのトラック輸送も可能であり、かつ、ワ−ク加工時の回転軸の振動応力が中央セグメントに集中せず、各石材セグメントに分散されるので、寸法精度のよい加工ワ−クが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨定盤の正面図である。
【図２】本発明の実施に用いる下定盤の平面図である。
【図３】円柱状石材が載置される前の円柱状タ−ンテ−ブルの平面図である。
【符号の説明】
１            研磨装置
２            研磨定盤（下定盤）
３            上定盤
４            キャリア
５            ベアリング
６            軸受
８            回転軸
９            円柱状石材よりなる加工具
１０            金属製タ−ンテ−ブル
１１            撓み改良材（スペ−サ）
１４            接着剤
１５            平板状ワ−クである。
１６            回転軸
【図１】
2004230504.tif 000004
【図２】
2004230504.tif 000005
【図３】
2004230504.tif 000006