JP2007237344A - テープ研磨方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板表面の突起部の研磨加工を高精度に、かつ能率的に行うことができるテープ研磨方法および装置を提供する。
【解決手段】このテープ研磨方法は、加工対象の突起部22の高さを2段以上の加工範囲に分割し、それぞれの加工範囲ごとに、ヘッドピンが研磨テープを介して突起部22を押圧する力を可変とする。したがって、ヘッドピンが突起部22を押圧する力をそれぞれの加工範囲に応じた最適な力に調整し、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力の変動を小さく抑えることができるので、突起部を高精度に加工することができる。
【選択図】図10
【解決手段】このテープ研磨方法は、加工対象の突起部22の高さを2段以上の加工範囲に分割し、それぞれの加工範囲ごとに、ヘッドピンが研磨テープを介して突起部22を押圧する力を可変とする。したがって、ヘッドピンが突起部22を押圧する力をそれぞれの加工範囲に応じた最適な力に調整し、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力の変動を小さく抑えることができるので、突起部を高精度に加工することができる。
【選択図】図10
Description
この発明は、テープ研磨方法および装置に関し、特に、基板表面の突起部を研磨テープを用いて加工するテープ研磨方法および装置に関する。
従来、製造工程における異物の付着などによりカラーフィルタの表面に生じる突起部をテープ研磨によって修正する方法が開示されている(たとえば特許文献1参照)。
この修正方法では、テープ研磨ユニットにエアマイクロセンサを設け、テープ研磨ユニットを上方から下げて、ヘッドピンの先端部に当接された研磨テープの表面をカラーフィルタ表面の正常なトップ面に接触させた状態でエアマイクロセンサとカラーフィルタ表面までの距離aを測定する。次に、テープ研磨ユニットの位置を変えて研磨テープの表面を突起部の頂点の近傍に位置決めした状態でエアマイクロセンサとカラーフィルタ表面までの距離bを測定する。b−aにより突起部の高さを演算し、求めた突起部の高さに基づいて、研磨テープを突起部に押圧して研磨している。
特開平9−234660号公報
基板表面に生じる突起部の形状は一般的に山形状であり、突起部の基板表面に平行な断面積は、頂点では小さく、基板表面の正常なトップ面に近づくほど大きくなっている。このため、突起部を研磨テープを用いて加工するとき、ヘッドピンが研磨テープを介して突起部を押圧する力を一定にして研磨すると、突起部頂点では断面積が小さいので、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力が大きくなる。そのため、突起部頂点の崩落、突起部の付根への応力集中による基板表面への亀裂発生などの問題が発生し、加工精度に悪影響を及ぼす。また、正常なトップ面に近づくほど断面積が増大するので、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力が小さくなる。そのため、研磨能率が低下する。
さらに、加工対象の基板のひずみなどによって、基板が載置されているテーブル表面と基板との間に隙間が生じている場合には、研磨時のヘッドピンの押付によって基板に弾性変形が生じるため、研磨終了時に正常なトップ面と加工面とに不揃いが生じ、突起部を高精度に加工するのは困難である。
それゆえに、この発明の主たる目的は、基板表面の突起部の研磨加工を高精度に、かつ能率的に行うことができるテープ研磨方法および装置を提供することである。
この発明に係るテープ研磨装置は、基板表面の突起部を研磨テープを用いて加工するテープ研磨装置であって、テープ研磨ユニットと、測定器具と、制御手段とを備える。テープ研磨ユニットは、先端部が研磨テープの裏面に当接され基板表面に対して垂直な座標軸に沿って移動可能に設けられるヘッドピンを含み、研磨テープの表面によって突起部を研磨する。測定器具は、突起部の高さを測定する。制御手段は、突起部の高さを2段以上の加工範囲に分割し、それぞれの加工範囲ごとに、ヘッドピンが研磨テープを介して突起部を押圧する力を可変とする。
この場合は、ヘッドピンが研磨テープを介して突起部を押圧する力をそれぞれの加工範囲に応じた最適な力に調整して、突起部の高さ方向の全範囲において押圧する力を同じにした場合よりも、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力の変動を小さく抑えることができる。したがって、突起部の加工精度を高めることができる。
好ましくは、制御手段は、一つの加工範囲内における押圧する力を一定の設定値に保ち、それぞれの加工範囲ごとに押圧する力の設定値を可変とする。この場合は、それぞれの加工範囲ごとにヘッドピンが研磨テープを介して突起部を押圧する力の設定値を変更すればよく、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力の調整を簡便に実現できる。したがって、制御を簡略化でき、ひいては装置の製造コストを低減できる。
また好ましくは、制御手段は、突起部の頂点の位置を含む加工範囲における押圧する力の値を、基板表面の正常なトップ面の位置を含む加工範囲における押圧する力の値よりも小さくなるよう設定する。この場合、突起部の頂点では、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力が極端に大きくなることを防止するので、頂点の崩落、突起部の付根への応力集中による基板表面への亀裂発生などの問題を発生することなく、突起部を高精度に加工することができる。また、基板表面の正常なトップ面の位置を含む加工範囲では、断面積の増大に応じて押圧する力を大きくして、研磨能率を高めることができる。
また好ましくは、制御手段は、弾性体と圧縮気体との少なくともいずれか一方を利用して、押圧する力を制御する。この場合は、突起部の材質・硬さなどに合わせた最適な押圧する力に調整することができる。また、弾性体または圧縮気体の弾性力により、ヘッドピンと基板との接触時に生じる衝撃を吸収することができ、ヘッドピンと基板が破壊されることを防止することができる。
また好ましくは、測定器具は、ヘッドピンが研磨ヘッドの基準位置よりも上記座標軸に沿って基板から離れる方向に移動することまたは基板から離れる方向の力を受けることを検出可能なセンサである。この場合は、ヘッドピンの移動またはヘッドピンに受ける力をセンサで検出することにより、実際に加工する研磨テープが基板表面に接触するときの高さを測定できる。したがって、基板表面の高さ測定を正確に実施できる。
また好ましくは、制御手段は、基板表面の正常なトップ面に向けてテープ研磨ユニットを移動させ、ヘッドピンが研磨ヘッドの基準位置よりも上記座標軸に沿って基板から離れる方向に移動し始めることまたは基板から離れる方向の力を受け始めることをセンサを用いて検出し、検出結果に基づいて正常なトップ面の上記座標軸方向の座標を設定するときに、ヘッドピンが研磨テープを介して正常なトップ面を押圧する力と、正常なトップ面において研磨テープを用いて突起部を研磨しながらヘッドピンが研磨テープを介して突起部を押圧する力の設定値とを、等しく設定する。この場合は、正常なトップ面の座標を検出するときと突起部を仕上げ研磨するときとの基板の弾性変形量を等しくできるので、研磨終了時の加工面を正常なトップ面に正確に揃えることができる。
また好ましくは、上記テープ研磨装置は、ヘッドピンの基板表面に対向している端面の、基板表面に対する傾き角度を調整する傾き角度調整部材を備える。この場合は、ヘッドピンの基板表面に対向している端面が基板表面に対して平行になるようにヘッドピンの傾き角度を微調整できる。ヘッドピンの端面をヘッドピンと同軸に設けられる摺動部材外形面に対して直角となるよう製作しておけば、ヘッドピン端面を基板に平行に角度調整すると、ヘッドピンは基板に垂直となる。よって、加工時の負荷の高精度の測定ができ、また傾いたヘッドピンにより押圧される研磨テープが基板表面の正常なトップ面まで研磨してしまうことを防止できるので、より高精度の加工を実現することができる。また、ヘッドピンの移動またはヘッドピンに加わる力をセンサによって検出し正常なトップ面および突起部頂点の座標を設定することにより突起部の高さを測定する場合には、正常なトップ面および突起部頂点の座標をより正確に検出できる。したがって突起部の高さをより正確に測定することができる。
また好ましくは、ヘッドピンは、突起部の最大長さ以上の直径の先端部を有する。この場合は、突起部を研磨するとき、ヘッドピンを突起部に向けて一度だけ移動させることによって、突起部をすべて加工することができるので、研磨加工に要する時間を短縮でき、研磨能率を向上できる。また、ヘッドピンの移動またはヘッドピンに加わる力をセンサによって検出し突起部頂点の座標を設定する場合には、突起部に向けてテープ研磨ユニットを移動させると必ず突起部頂点がヘッドピンの端面に接触するので、突起部頂点をより正確に検出することができる。
この発明に係るテープ研磨方法は、基板表面の突起部を研磨テープを用いて加工するテープ研磨方法であって、突起部の高さを測定する工程と、測定した突起部の高さに基づいて突起部を研磨テープを用いて加工する工程とを備える。加工する工程において、突起部の高さを2段以上の加工範囲に分割し、それぞれの加工範囲ごとに、先端部が研磨テープの裏面に当接され基板表面に対して垂直な座標軸に沿って移動可能に設けられるヘッドピンが研磨テープを介して突起部を押圧する力を可変とする。
この場合は、ヘッドピンが研磨テープを介して突起部を押圧する力をそれぞれの加工範囲に応じた最適な力に調整して、突起部の高さ方向の全範囲において押圧する力を同じにした場合よりも、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力の変動を小さく抑えることができる。したがって、突起部の加工精度を高めることができる。
好ましくは、加工する工程は、移動工程と研磨工程とを含む。移動工程とは、テープ研磨ユニットを、突起部の頂点から上記座標軸に沿って所定の距離だけ基板から離れる位置へヘッドピンの先端部が到達するまで、上記座標軸に沿って突起部に向けて移動する工程である。研磨工程とは、移動工程の後、テープ研磨ユニットを、上記座標軸に沿って基板表面に向けてさらに移動して、突起部を研磨テープを用いて研磨する工程である。そして、移動工程におけるテープ研磨ユニットの移動速度は、研磨工程におけるテープ研磨ユニットの移動速度よりも大きい。この場合は、テープ研磨ユニットを突起部に迅速に近づけることができるので、消費されるテープの無駄を防ぎ、加工時間の短縮を図ることができる。
以上のように、この発明に係るテープ研磨方法では、突起部の高さを2段以上の加工範囲に分割し、それぞれの加工範囲ごとに、ヘッドピンが研磨テープを介して突起部を押圧する力を可変とすることによって、ヘッドピンが突起部を押圧する力をそれぞれの加工範囲に応じた最適な力に調整し、突起部に加わる単位面積あたりの押圧する力の変動を小さく抑えることができるので、突起部を高精度に加工することができる。
図1は、この発明の一実施の形態によるテープ研磨装置の全体構成を示す模式図である。図1において、このテープ研磨装置は、加工対象となる基板1がその表面に載置され、基板1の表面と平行なXY方向に移動するXYテーブル2と、基板1の表面に対して垂直なZ方向に移動するZテーブル3とを備える。
Zテーブル3には、基板1の表面を観察する観察光学系4と、基板表面の突起部を加工するテープ研磨ユニット5とが設けられている。テープ研磨ユニット5は、XYテーブル2およびZテーブル3の移動によって基板1に対し相対的な任意の位置に位置決めされる。
さらに、このテープ研磨装置は、その他に観察光学系4による観察画像を表示するモニタ6と、装置全体の動きを制御する制御手段としてのコントローラ7と、研磨時に発生した切り屑を排出する切り屑排出機構8などを備える。
図2は、テープ研磨ユニット5に含まれる研磨ヘッドの構成を示す断面図である。図2において、この研磨ヘッドは、先端部が研磨テープ9の裏面に当接されZ方向に移動可能に設けられるヘッドピン10と、ヘッドピン10と同軸に設けられ下面中央にヘッドピン10の上端が固定された摺動部材11と、摺動部材11を保持するヘッド部ケース12とを有する。摺動部材11は、ヘッド部ケース12の凹部内に収容されている。この凹部は、摺動部材11をZ方向に案内するように、シリンダ状に形成されている。ヘッド部ケース12の底の中央には貫通孔が形成され、ヘッドピン10の先端部はその貫通孔を介してヘッド部ケース12の外部に突出している。
ヘッド部ケース12には、給気路13と排気路14が形成されている。圧縮空気は、給気路13と、ヘッド部ケース12の内周面に設けられた複数の小孔とを介して摺動部材11の外周面に供給され、摺動部材11の外周面の上部に形成された溝と排気路14を介して排気される。この圧縮空気は、ベアリングの役割を果たし、摺動部材11をZ方向にスムーズに移動させる。
また、ヘッド部ケース12の上端の開口部は、蓋部材15で閉じられている。蓋部材15の中央には貫通孔が形成されており、その貫通孔には連結棒16が挿入されている。連結棒16は、下端が摺動部材11の上面中央に固定され、上端が変位センサ17に結合されている。
また、蓋部材15には給気路18が形成されており、摺動部材11の上面と蓋部材15の下面とヘッド部ケース12の内周面とで形成される空間に、外部から給気路18を介して圧縮空気が供給される。この圧縮空気は、摺動部材11の上面とヘッド部ケース12の内周面との隙間で絞られつつ排気路14を介して排気されるとともに、連結棒16の外周面と蓋部材15の貫通孔の内周面との隙間で絞られつつ排気される。このため上記空間に空気圧が生じ、この圧力により、摺動部材11を下方へ押し付ける力が発生する。この空気圧を任意に設定することによって、ヘッドピン10を下方へ押圧する力を、加工対象の材質・硬さなどに合わせた最適な力とすることができる。またこの空気圧や弾性部材(図示せず)の弾性力により、ヘッドピン10と基板1との接触時に生じる衝撃を吸収することができ、ヘッドピン10と基板1が破壊されることを防止することができる。たとえば、弾性部材として金属または樹脂などからなるばね、あるいは樹脂などの弾性体を用いることができる。このような弾性部材を、たとえば摺動部材11の上面上部に配置し、当該弾性部材により摺動部材11を押圧するようにしておいてもよい。
次に、本願発明により加工される突起部の例として、プラズマディスプレイパネルの製造工程においてリブに発生する突起部について説明する。図3(A)は、プラズマディスプレイパネルの背面ガラス基板19の構成を示す斜視図である。プラズマディスプレイパネルは、対向する2枚のガラス基板(前面ガラス基板と背面ガラス基板)で構成されている。図3(A)を参照して、プラズマディスプレイパネルの背面ガラス基板19上には、幅が40〜80μm程度のリブ(隔壁)20が数百μmピッチで形成されている。プラズマディスプレイパネルの製造工程において、背面ガラス基板19上にリブ20を形成する際、異物の混入や製作工程上の不具合により、リブ20上部に突起部が発生することがある。
図3(B)は、リブ20上部に発生する突起部を示す斜視図である。図3(B)を参照して、突起と欠けとのいずれも存在せず所定の形状を有するリブ20上部表面の正常なトップ面21に対し、正常なトップ面21よりも盛り上がった突起部22が存在している。このようにリブ20に突起部22があると、前面ガラス基板と背面ガラス基板とを張り合わせたときに隙間が生じたり、突起部22が押し潰されて不具合が生じることがある。歩留まりの向上を図るため、ガラス基板を張り合わせる前に、突起部22を正常なトップ面21と同じ高さまで削り取って修正する必要がある。
以下、この実施の形態1の特徴となる、ヘッドピンが突起部を押圧する力を可変とする制御について説明する。図4は、基板表面に垂直なZ座標と、ヘッドピン10が研磨テープ9を介して突起部22を押圧する力との関係を示す模式図である。図4において、縦軸はヘッドピン10が研磨テープ9を介して突起部22を押圧する力を示し、横軸は基板表面に垂直なZ軸であり、突起部22の高さ方向の位置のZ座標を示す。ここでは突起部22を高さ方向に、突起部頂点の位置を含む粗研磨範囲23と、基板表面の正常なトップ面の位置を含む仕上げ研磨範囲24との、2段の加工範囲に分割した例を示す。ここで突起部頂点とは、研磨対象となる突起部22の表面のうちZ方向に沿って最も正常なトップ面21から離れている位置を表す。また、粗研磨範囲23と仕上げ研磨範囲24との境界として設定される突起部22の研磨途中の加工面を、粗研磨終了後加工面とする。正常なトップ面、突起部頂点および粗研磨終了後加工面のZ座標をそれぞれZ1、Z2およびZ3とすると、Z2〜Z3の範囲が粗研磨範囲23、Z3〜Z1の範囲が仕上げ研磨範囲24である。
図4(A)は、粗研磨範囲23と仕上げ研磨範囲24とにおいて、ヘッドピン10が研磨テープ9を介して突起部22を押圧する力の制御関数を変化させる例の模式図である。山形状の突起部22が頂点から正常なトップ面21に向けて研磨されるにしたがって、突起部22の基板表面に平行な断面積は増加する。この断面積の増加に応じてヘッドピン9が突起部22を押圧する力を増大させることにより、突起部22に加わる単位面積あたりの押圧する力の変動を小さく抑える。このとき、粗研磨範囲23におけるヘッドピン9が突起部22を押圧する力の最大値を、仕上げ研磨範囲24における押圧する力の最小値よりも小さくなるよう設定する。これにより、突起部頂点では、突起部22に加わる単位面積あたりの押圧する力が極端に大きくなることを防止するので、突起部頂点の崩落、突起部の付根への応力集中による基板表面への亀裂発生などの問題を発生することがなく、突起部の加工精度を高めることができる。また、基板表面の正常なトップ面21の付近では、断面積の増加に応じてヘッドピン9が突起部22を押圧する力を増大させるので、研磨能率を高めることができる。
図4(B)は、粗研磨範囲23と仕上げ研磨範囲24とにおいて、一つの加工範囲内におけるヘッドピン9が研磨テープ9を介して突起部22を押圧する力を一定の設定値に保ち、それぞれの加工範囲ごとに押圧する力の設定値を可変とする例である。ここでは、粗研磨範囲23における押圧する力の設定値を仕上げ研磨範囲24における設定値よりも小さくする。この例では、それぞれの加工範囲ごとにヘッドピンが突起部を押圧する力の設定値を変更すればよいので、制御を簡略化でき、ひいては装置の製造コストを低減できる。
ここで、正常なトップ面21のZ座標Z1は、後述するように裏面がヘッドピン10に当接された研磨テープ9を正常なトップ面21に接触させることを利用して検出することができるが、そのときヘッドピン10が研磨テープ9を介して正常なトップ面21を押圧する力と、正常なトップ面21においてヘッドピン10が突起部22を仕上げ研磨しながら押圧する力の設定値とを、等しく設定することができる。これにより、加工対象の基板1のひずみなどによって基板が載置されているXYテーブル2の表面と基板1との間に隙間が生じている場合であっても、正常なトップ面21を検出するときと突起部22を仕上げ研磨するときのヘッドピン10の押付による基板1の弾性変形量を等しくできるので、研磨終了時の加工面を正常なトップ面21に正確に揃えることができる。たとえば、図4(A)の例では仕上げ研磨範囲24におけるヘッドピン10が突起部22を押圧する力の最大値を、また図4(B)の例では仕上げ研磨範囲24における押圧する力の所定の設定値を、それぞれ、Z座標Z1検出時にヘッドピン10が正常なトップ面21を押圧する力と等しくなるように設定すればよい。これらの例に限らず、粗研磨範囲23または仕上げ研磨範囲24において任意の押圧する力を設定した場合においても、正常なトップ面21において研磨テープ9を用いて突起部22を研磨しながらヘッドピン10が研磨テープ9を介して突起部22を押圧する力の設定値を、Z座標Z1検出時にヘッドピン10が正常なトップ面21を押圧する力と等しくなるように設定すれば、研磨終了時の加工面を正常なトップ面21に正確に揃えることができる効果が同様に得られる。
次に、図5〜図10を参照して、基板表面の突起部を研磨テープを用いて加工するテープ研磨方法について説明する。
図5は、テープ研磨方法全体を説明するための流れ図である。まず工程(S100)において、観察光学系4を用い基板1の表面を観察して、基板1表面上に存在する突起部を探す。次に工程(S200)において、突起部高さ計測を実施する。次に工程(S300)において、突起部粗研磨を実施する。次に工程(S400)において、粗研磨終了後加工面高さ計測を実施する。次に工程(S500)において、突起部仕上げ研磨を実施する。これらの工程(S200)(S300)(S400)(S500)については、詳細を後述する。次に工程(S600)において、後処理として、基板1から離れる方向にZテーブル3を移動させ、次の突起部を加工する準備を実施する。
図6は、突起部高さ計測工程を説明する流れ図である。図10は、基板表面の突起部に対するヘッドピン先端部の位置および動作を示す模式図である。図6および図10を参照しながら、突起部高さ計測工程を説明する。まず工程(S201)において、ヘッドピン10先端部のXY座標を、観察光学系4により観察された研磨対象の突起部22近傍の正常なトップ面21のXY座標に合わせるよう、XYテーブル2を移動する位置決めを実施する。次に工程(S202)において、位置決めされたXY座標上で、図10の矢印25に示す通り、基板表面の正常なトップ面21に向けてZ方向に沿って、Zテーブル3を移動させる。Zテーブル3の移動に伴い、Zテーブル3に設けられているテープ研磨ユニット5も移動する。テープ研磨ユニット5の移動により、テープ研磨ユニット5に含まれ先端部が研磨テープ9の裏面に当接されるヘッドピン10が、基板表面に接近する。次に工程(S203)において、研磨テープ9の表面を基板表面の正常なトップ面21に接触させ、そのときヘッドピン10が研磨ヘッドの基準位置よりもZ方向に沿って基板から離れる方向に移動し始めることを変位センサ17によって検出し、Zテーブル3をその位置で停止させる。ここで、ヘッドピン10に力が加えられていない条件下におけるヘッドピン10の研磨ヘッドに対する相対的な位置を、基準位置とする。次に工程(S204)において、研磨テープ9の表面を基板表面の正常なトップ面21に接触させるときの、研磨テープ9の表面の位置のZ座標26を、このときのZテーブル3の位置ZT1により検出し、Z座標26を正常なトップ面のZ座標Z1として設定する。以下、Zテーブル3の位置ZT1を、正常なトップ面21に対応するZテーブル3の位置と呼ぶ。
ここで、Z座標26の検出方法としては、たとえば以下のような手法を用いてもよい。すなわち、所定位置に移動させたZテーブル3の位置(たとえばZテーブル3近傍に設置されるリニアスケールの原点位置、またはテーブルストローク端に設置される原点センサの位置)をZ座標の原点とする。そして、Zテーブル3を工程(S202)においてZ方向に沿って移動させることにより、テープ研磨ユニット5に含まれる研磨テープ9の表面が基板表面の正常なトップ面21に接触する。そして、正常なトップ面21に、ヘッドピン10の先端部に裏面が当接された研磨テープ9が接触すると、変位センサ17がヘッドピン10の変位を検出し、Zテーブル3の移動(つまりテープ研磨ユニット5の移動)が停止する。このときのZテーブル3のZ方向での原点からの移動量ZT1を、正常なトップ面21に研磨テープ9が接触したときのZテーブル3の位置とする。そして、ヘッドピン10とZテーブル3との相対的な位置関係により決定される特定の値(たとえば、ヘッドピン10に応力が加えられていない状態での、Zテーブル3の原点の基準となる位置からヘッドピン10の先端部に当接された研磨テープ9の表面(基板に対向する面)までのZ方向での距離)を、上記Zテーブル3の位置ZT1に加えることで、上述したZ座標26を得ることができる。
次に工程(S205)において、基板1から離れる方向にZテーブル3を移動させる。
次に工程(S206)において、ヘッドピン10先端部のXY座標を、研磨対象となる突起部頂点27のXY座標に合わせるよう、XYテーブル2を移動する位置決めを実施する。次に工程(S207)において、位置決めされたXY座標上で、図10の矢印28に示す通り、突起部22に向けてZ方向に沿ってZテーブル3を移動させる。次に工程(S208)において、研磨テープ9の表面を突起部頂点27に接触させ、そのときヘッドピン10が研磨ヘッドの基準位置よりもZ方向に沿って基板から離れる方向に移動し始めることを変位センサ17によって検出し、Zテーブル3をその位置で停止させる。次に工程(S209)において、研磨テープ9の表面を突起部頂点27に接触させるときの、研磨テープ9の表面の位置のZ座標29を、このときのZテーブル3の位置ZT2により検出し、Z座標29を突起部頂点27のZ座標Z2として設定する。以下、Zテーブル3の位置ZT2を、突起部頂点27に対応するZテーブル3の位置と呼ぶ。ここで、具体的なZ座標29の検出方法としては、上述したZ座標26の検出方法と同様の手法を用いることができる。
次に工程(S206)において、ヘッドピン10先端部のXY座標を、研磨対象となる突起部頂点27のXY座標に合わせるよう、XYテーブル2を移動する位置決めを実施する。次に工程(S207)において、位置決めされたXY座標上で、図10の矢印28に示す通り、突起部22に向けてZ方向に沿ってZテーブル3を移動させる。次に工程(S208)において、研磨テープ9の表面を突起部頂点27に接触させ、そのときヘッドピン10が研磨ヘッドの基準位置よりもZ方向に沿って基板から離れる方向に移動し始めることを変位センサ17によって検出し、Zテーブル3をその位置で停止させる。次に工程(S209)において、研磨テープ9の表面を突起部頂点27に接触させるときの、研磨テープ9の表面の位置のZ座標29を、このときのZテーブル3の位置ZT2により検出し、Z座標29を突起部頂点27のZ座標Z2として設定する。以下、Zテーブル3の位置ZT2を、突起部頂点27に対応するZテーブル3の位置と呼ぶ。ここで、具体的なZ座標29の検出方法としては、上述したZ座標26の検出方法と同様の手法を用いることができる。
次に工程(S210)において、Z座標Z1とZ座標Z2との差の絶対値を突起部22の高さとして算出する。なお、突起部22の高さの算出においては、工程(S204)においてZテーブル3が移動した位置ZT1と、工程(S209)においてZテーブル3が移動した位置ZT2との差の絶対値を、突起部22の高さとしてもよい。また、突起部22の高さを求めるためには、上述したZ座標Z1とZ座標Z2とについて、その相対的な差を求めることができれば、任意の位置(たとえばZ座標Z1の位置)を原点とした座標系を用いることができる。
次に工程(S211)において、基板から離れる方向にZ方向に沿ってZテーブル3を移動させる。
ここで、従来のテープ研磨装置では、図2中にDとして示すヘッドピン10先端部の直径は、突起部22の最大長さより小さなものが使用されていた。ここで、突起部22の最大長さとは、基板19に形成されたリブ20の上面(正常なトップ面21)の方向とほぼ平行な方向における突起部22の長さの最大値を示す。この場合、突起部頂点27に対応するZテーブルの位置ZT2を検出する工程(S209)において、ヘッドピン10の先端部が突起部頂点27のXY座標と正確に一致するよう位置制御する必要がある。ヘッドピン10の先端部が突起部頂点27のXY座標から外れていれば研磨テープ9の表面の突起部22へのZ方向接触位置を検出しても突起部頂点のZ座標29とは異なり、突起部22の高さ計測を正確に行うことができなくなるため、高精度な位置制御が要求される。さらに、ヘッドピン10先端部の直径よりも大きい突起部を加工するためには、ヘッドピン10を走査しながら突起部22を研磨する、複数回繰り返してヘッドピン10を突起部22に押圧するなどの工夫をする必要があり、研磨加工に要する作業時間が膨大になるという問題が生じる。
そこで、この一実施の形態では、先端部が突起部22の最大長さ以上の直径Dを有するヘッドピン10を使用する。ヘッドピン10の直径D(φ0.1〜5.0mm)は突起部22の最大長さに応じて変更される。たとえば、突起部22の最大長さが2.5mm程度と予測されるときには、直径D=φ3.0mmが使用される。これにより、突起部22に向けてZ方向に沿ってZテーブル3を移動させたとき必ず研磨テープ9の表面は突起部頂点27に接触するので、突起部22の高さ測定を正確に行うことができる。さらに、突起部22を研磨するとき、ヘッドピン10を突起部22に向けて一度だけ移動させることによって、突起部22をすべて加工することができるので、研磨加工に要する作業時間を短縮でき、研磨能率を向上できる。
この場合、ヘッドピン10の動きを研磨ヘッドにヘッドピン10と同軸上に設ける変位センサ17で直接検出する構造であるため、研磨中に突起部22からヘッドピン10に与えられる反力によって、ヘッドピン10が研磨ヘッドにおける基準位置からZ方向に沿って基板から離れる方向に移動する量の検出に際して、アッベの原理などによる誤差を生ずることなく正確にヘッドピン10の移動量の測定を実施できる。さらに、1種類のセンサによって突起部22の高さを測定できるため、レーザ変位計など突起部22の高さを測定するためのセンサを必要としていた従来のテープ研磨装置に比べ、計器による誤差が除かれるためより高精度な高さ測定を実現でき、かつ装置の製造コストを低減できる。そして、この測定結果に基づき加工を行うことによって、XYテーブル2の直進性などの悪影響もなく、突起部22近傍の正常なトップ面21に加工面を揃えることができる。
ただし、突起部頂点27のZ座標Z2をZテーブル3の位置ZT2により検出する工程(S209)においては、ヘッドピン10の先端部に当接された研磨テープ9の表面を突起部頂点27に接触させてそのときのZテーブル3の位置ZT2を検出するため、ヘッドピン10の基板表面に対向している端面が基板1に対して正確に平行である必要がある。この端面が基板表面に対して傾いていると突起部頂点27に対応するZテーブル3の位置ZT2の正確な測定は困難である。そこで、この一実施の形態では、上記ヘッドピン10の基板表面に対向している端面の、基板表面に対する傾き角度を調整する傾き角度調整部材を設ける。図11(A)(B)は、傾き角度調整部材の構成および動作を示す模式図である。図11(A)を参照して、供給リール38、巻取リール39は、任意に調整される所定の回転速度で回転駆動され、補助リール40a,40bとともに研磨テープ9をヘッドピン10の先端部に沿って所定の速度で送る。ナット41a,41bはともに図1に示したZテーブル3に固定されており、調整ネジ42a,42bはそれぞれナット41a,41bにねじ込まれ、その端部が調整軸43を挟持するように設けられている。また、テープ研磨ユニット5は、図1に示したZテーブル3に傾き角度調整可能なように設けられている。
ナット41a,41b、調整ネジ42a,42bおよび調整軸43は傾き角度調整部材を構成する。テープ研磨ユニット5が傾いている場合や基板1が載置されたXYテーブル2が傾いている場合など、基板1に対してヘッドピン10の基板表面に対向している端面が傾いている場合であっても、調整ネジ42a,42bそれぞれのナット41a,41bへのねじ込み量を調整し、調整軸43の傾き角度を調整することによって、ヘッドピン10の基板表面に対向している端面が基板1に対して平行になるようにテープ研磨ユニット5の傾き角度を微調整することができる(図11(B)参照)。また、ヘッドピンの端面をヘッドピンと同軸に設けられる摺動部材外形面に対して直角となるよう製作する。したがって、ヘッドピン端面を基板に平行に角度調整すると、ヘッドピンは基板に垂直となり、加工時の負荷の高精度の測定や、突起部頂点のZ座標29を正確に検出することが可能となる。さらに、傾いたヘッドピン10により押圧される研磨テープ9が基板表面の正常なトップ面21まで研磨してしまうことを防止できるので、より高精度の加工を実現することができる。
図7は、突起部粗研磨工程を説明するための流れ図である。図7および図10を参照しながら、突起部粗研磨工程を説明する。まず、突起部頂点のZ座標29からZ方向に沿って図10中に示す所定の距離h(たとえば10〜20μm)だけ基板1から離れる位置のZ座標30に対応するZテーブル3の位置ZT2aを設定する。すなわち、突起部頂点27に対応するZテーブル3の位置ZT2からZ方向に沿って所定の距離hだけ基板1から離れる位置を、ZT2aと設定する。突起部粗研磨工程は、ヘッドピン10の先端部がZ座標30へ到達するまで、すなわちZテーブル3がZT2a位置へ到達するまで、Zテーブル3をZ方向に沿って突起部22に向けて移動する移動工程と、移動工程の後、Zテーブル3をZ方向に沿って基板表面に向けてさらに移動して突起部22を研磨テープ9を用いて加工する研磨工程とを含む。
工程(S301)において、図10の矢印31に示す通り、Zテーブル3をZ方向に沿って突起部22に向けて移動速度Voで移動させる。Zテーブル3の移動に伴い、Zテーブル3に設けられているテープ研磨ユニット5も移動する。テープ研磨ユニット5の移動により、テープ研磨ユニット5に含まれ先端部が研磨テープ9の裏面に当接されるヘッドピン10は、突起部頂点27に接近する。次に工程(S302)において、Zテーブル3がZT2a位置へ到達する位置、すなわちヘッドピン10の先端部がZ座標30に到達する位置で、研磨テープ9を駆動する。次に工程(S303)において、図10の矢印32に示す通り、Zテーブル3をZ方向に沿って突起部22に向けて移動速度Vで移動させる。次に工程(S304)において、研磨テープ9の表面を突起部頂点27に接触させる。次に工程(S305)において、突起部を研磨する。次に工程(S306)において、Zテーブル3が、粗研磨範囲23と仕上げ研磨範囲24との境界として予め設定された粗研磨終了後加工面設定位置に対応する、Zテーブル3の位置ZT3bに到達するまで、Zテーブル3を移動する。ここで、粗研磨終了後加工面設定位置のZ座標は、たとえば、正常なトップ面21のZ座標Z1に対して30〜40μm基板表面から離れる位置と設定され、このZ座標の設定値をZ3bとする。すなわち、正常なトップ面21に対応するZテーブル3の位置ZT1に対して、所定の距離(たとえば30〜40μm)だけ基板表面から離れる位置を、粗研磨終了後加工面設定位置に対応するZテーブル3の位置ZT3bと設定する。次に工程(S307)において、ZT3b位置でZテーブル3を停止する。次に工程(S308)において、研磨テープ9を停止する。次に工程(S309)において、基板から離れる方向にZ方向に沿ってZテーブル3を移動させる。
この場合、上記移動工程におけるZテーブル3の移動速度Voは、研磨工程におけるZテーブル3の移動速度Vよりも大きくする。これにより、テープ研磨ユニット5を突起部22に迅速に近づけることができるので、消費される研磨テープの無駄を防ぎ、加工時間の短縮を図ることができる。
図8は、粗研磨終了後加工面高さ計測工程を説明するための流れ図である。図8および図10を参照しながら、粗研磨終了後加工面高さ計測工程を説明する。まず工程(S401)において、図10の矢印33に示す通り、突起部22の粗研磨終了後加工面に向けてZ方向に沿ってZテーブル3を移動させる。Zテーブル3の移動に伴い、Zテーブル3に設けられているテープ研磨ユニット5も移動する。テープ研磨ユニット5の移動により、テープ研磨ユニット5に含まれ先端部が研磨テープ9の裏面に当接されるヘッドピン10が、粗研磨終了後加工面に接近する。次に工程(S402)において、研磨テープ9の表面を粗研磨終了後加工面に接触させ、そのときヘッドピン10が研磨ヘッドの基準位置よりもZ方向に沿って基板から離れる方向に移動し始めることを変位センサ17によって検出し、Zテーブル3をその位置で停止させる。次に工程(S403)において、研磨テープ9の表面を粗研磨終了後加工面に接触させるときの研磨テープ9の表面の位置のZ座標34を、このときのZテーブル3の位置ZT3により検出し、Z座標34を粗研磨終了後加工面のZ座標Z3として設定する。ここで、具体的なZ座標34の検出方法としては、上述したZ座標26の検出方法と同様の手法を用いることができる。次に工程(S404)において、基板から離れる方向にZ方向に沿ってZテーブル3を移動させる。
この場合、研磨テープ9の表面を粗研磨終了後加工面に接触させるときのヘッドピン10の移動を変位センサ17によって検出し、そのときのZテーブル3の位置ZT3により研磨テープ9の表面の位置のZ座標34を検出し、それを粗研磨終了後加工面の実際のZ座標Z3として設定する。突起部粗研磨工程において、研磨中に突起部22から受ける反力によってヘッドピン10が研磨ヘッドの基準位置よりもZ軸に沿って基板から離れる方向に移動する場合がある。そのため、Zテーブル3がZT3b位置に到達するときの粗研磨終了後加工面のZ座標が、予め設定された粗研磨終了後加工面設定位置のZ座標Z3bから外れている場合がある。その場合でも、粗研磨終了後加工面高さ計測工程により、粗研磨終了後加工面の実際のZ座標Z3を検出できるので、それに基づき粗研磨終了後の突起部実高さを正確に測定することが可能となる。
図9は、突起部仕上げ研磨工程を説明するための流れ図である。図9および図10を参照しながら、突起部仕上げ研磨工程を説明する。まず、粗研磨終了後加工面のZ座標34からZ方向に沿って図10中に示す所定の距離h(たとえば10〜20μm)だけ基板1から離れる位置のZ座標35に対応するZテーブル3の位置ZT3aを設定する。すなわち、粗研磨終了後加工面に対応するZテーブル3の位置ZT3からZ方向に沿って所定の距離hだけ基板1から離れる位置を、ZT3aと設定する。突起部仕上げ研磨工程は、ヘッドピン10の先端部がZ座標35へ到達するまで、すなわちZテーブル3がZT3a位置へ到達するまで、Zテーブル3をZ方向に沿って粗研磨終了後加工面に向けて移動する移動工程と、移動工程の後、Zテーブル3をZ方向に沿って基板表面に向けてさらに移動して突起部22を研磨テープ9を用いて加工する研磨工程とを含む。
工程(S501)において、図10の矢印36に示す通り、Zテーブル3をZ方向に沿って粗研磨終了後加工面に向けて移動速度Voで移動させる。Zテーブル3の移動に伴い、Zテーブル3に設けられているテープ研磨ユニット5も移動する。テープ研磨ユニット5の移動により、テープ研磨ユニット5に含まれ先端部が研磨テープ9の裏面に当接されるヘッドピン10は、粗研磨終了後加工面に接近する。次に工程(S502)において、Zテーブル3がZT3a位置へ到達する位置、すなわちヘッドピンの先端部がZ座標35に到達する位置で、研磨テープ9を駆動する。次に工程(S503)において、図10の矢印37に示す通り、Zテーブル3をZ方向に沿って突起部22に向けて移動速度Vで移動させる。次に工程(S504)において、研磨テープ9の表面を粗研磨終了後加工面に接触させる。次に工程(S505)において、突起部を研磨する。次に工程(S506)において、Zテーブル3が正常なトップ面21に対応するZテーブル3の位置ZT1に到達するまで、Zテーブル3を移動する。次に工程(S507)において、ZT1位置でZテーブル3を停止する。次に工程(S508)において、研磨テープ9を停止する。
この場合、突起部粗研磨工程と同様に、上記移動工程におけるZテーブル3の移動速度Voは、研磨工程におけるZテーブル3の移動速度Vよりも大きくする。これにより、テープ研磨ユニット5を突起部22に迅速に近づけることができるので、消費されるテープの無駄を防ぎ、加工時間の短縮を図ることができる。また、工程(S506)において、Zテーブル3が正常なトップ面21に対応する位置ZT1に到達するとき、ヘッドピン10が研磨テープ9を用いて突起部を研磨しながら研磨テープ9を介して正常なトップ面21を押圧する力の設定値を、工程(S204)において正常なトップ面21のZ座標Z1を検出するときにヘッドピン10が研磨テープ9を介して正常なトップ面21を押圧する力と、等しく設定する。これにより、XYテーブル2の表面と基板1との間に隙間が生じている場合においても、正常なトップ面21のZ座標Z1を検出するときと突起部22を仕上げ研磨するときとの基板1の弾性変形量を等しくできるので、研磨終了時の加工面を正常なトップ面21に正確に揃えることができる。
なお、この一実施の形態では、ヘッドピン10のZ方向の位置変化を変位センサ17で検出し、その検出結果に基づいて研磨テープ9の表面と基板1との接触状態を検出したが、変位センサ17の代わりに、ヘッドピン10に与えられる基板から離れる方向の力の変化を検出するロードセルのような反力検出センサを用いてもよい。Zテーブル3の移動中に研磨テープ9の表面が基板1に接触すると、基板1によってヘッドピン10に基板から離れる方向に与えられる反力が増加し始めるので、反力検出センサの検出結果に基づいて研磨テープ9の表面が基板1に接触したことを検出することができる。
また、この一実施の形態では、変位センサ17を用いて研磨テープ9の表面が正常なトップ面21および突起部頂点27に接触するときのZ座標を検出し、これらZ座標の差の絶対値によって突起部22の高さを算出したが、センサとは別に、突起部22の高さを測定する測定器具を備えてもよい。たとえば、レーザ変位計、エアマイクロセンサ、静電容量センサなどを用いて突起部22の高さを測定することができる。
また、この一実施の形態では、外部から圧縮空気を供給しその膨張力を利用してヘッドピン9を突起部22に押圧し、空気圧の調整によって押圧する力を制御したが、空気以外の圧縮気体を用いてもよい。また、圧縮気体に代えて、圧縮バネなどの弾性体を利用してヘッドピン9を突起部22に押圧する力を制御することもできる。その場合は、テープ研磨ユニット5に含まれる研磨ヘッドは、弾性体と、弾性体による押圧する力が任意の値になるように制御する部材とを有し、これらはヘッドピン10またはヘッドピン10の上端に固定された部材に結合され、ヘッドピン9が突起部22を押圧する力の制御に用いられる。また、弾性体と圧縮気体とを併用することもできる。
さらに、この一実施の形態では、プラズマディスプレイパネルの背面ガラス基板19上に形成されたリブ20上部の突起部22を加工する場合を示したが、この用途に限定されるものではなく、プラズマディスプレイパネル以外の基板製造工程において基板表面に発生した突起部を加工することも可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 基板、2 XYテーブル、3 Zテーブル、4 観察光学系、5 テープ研磨ユニット、6 モニタ、7 コントローラ、8 切り屑排出機構、9 研磨テープ、10 ヘッドピン、11 摺動部材、12 ヘッド部ケース、13 給気路、14 排気路、15 蓋部材、16 連結棒、17 変位センサ、18 給気路、19 基板、20 リブ、21 正常なトップ面、22 突起部、23 粗研磨範囲、24 仕上げ研磨範囲、 25 正常なトップ面のZ座標を検出する動作、26 正常なトップ面のZ座標、27 突起部頂点、28 突起部頂点のZ座標を検出する動作、29 突起部頂点のZ座標、30 突起部頂点からZ方向に沿って所定の距離hだけ基板から離れる位置のZ座標、31 テープ研磨ユニットを早送りする動作、32 突起部を粗研磨する動作、33 粗研磨終了後加工面のZ座標を検出する動作、34 粗研磨終了後加工面のZ座標、35 粗研磨終了後加工面からZ方向に沿って所定の距離hだけ基板から離れる位置のZ座標、36 テープ研磨ユニットを早送りする動作、37 突起部を仕上げ研磨する動作、38 供給リール、39 巻取リール、40a,40b 補助リール、41a,41b ナット、42a,42b 調整ネジ、43 調整軸。
Claims (10)
- 基板表面の突起部を研磨テープを用いて加工するテープ研磨装置であって、
先端部が前記研磨テープの裏面に当接され前記基板表面に対して垂直な座標軸に沿って移動可能に設けられるヘッドピンを含み、前記研磨テープの表面によって前記突起部を研磨するテープ研磨ユニットと、
前記突起部の高さを測定する測定器具と、
前記突起部の高さを2段以上の加工範囲に分割し、それぞれの加工範囲ごとに、前記ヘッドピンが前記研磨テープを介して前記突起部を押圧する力を可変とする制御手段とを備えることを特徴とする、テープ研磨装置。 - 前記制御手段は、一つの加工範囲内における前記押圧する力を一定の設定値に保ち、それぞれの加工範囲ごとに前記押圧する力の設定値を可変とする制御手段であることを特徴とする、請求項1に記載のテープ研磨装置。
- 前記制御手段は、前記突起部の頂点の位置を含む加工範囲における前記押圧する力の値を、前記基板表面の正常なトップ面の位置を含む加工範囲における前記押圧する力の値よりも小さくなるよう設定することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のテープ研磨装置。
- 前記制御手段は、弾性体と圧縮気体との少なくともいずれか一方を利用して、前記押圧する力を制御することを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれかに記載のテープ研磨装置。
- 前記測定器具は、前記ヘッドピンが研磨ヘッドの基準位置よりも前記座標軸に沿って前記基板から離れる方向に移動することまたは前記基板から離れる方向の力を受けることを検出可能なセンサであることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれかに記載のテープ研磨装置。
- 前記制御手段は、
前記基板表面の正常なトップ面に向けて前記テープ研磨ユニットを移動させ、前記ヘッドピンが前記基準位置よりも前記座標軸に沿って前記基板から離れる方向に移動し始めることまたは前記基板から離れる方向の力を受け始めることを前記センサを用いて検出し、前記検出結果に基づいて前記正常なトップ面の前記座標軸方向の座標を設定するときに、前記ヘッドピンが前記研磨テープを介して前記正常なトップ面を押圧する力と、
前記正常なトップ面において、前記研磨テープを用いて前記突起部を研磨しながら前記ヘッドピンが前記研磨テープを介して前記突起部を押圧する力の設定値とを等しく設定することを特徴とする、請求項5に記載のテープ研磨装置。 - 前記ヘッドピンの前記基板表面に対向している端面の、前記基板表面に対する傾き角度を調整する傾き角度調整部材を備えることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれかに記載のテープ研磨装置。
- 前記ヘッドピンは、前記突起部の最大長さ以上の直径の先端部を有することを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれかに記載のテープ研磨装置。
- 基板表面の突起部を研磨テープを用いて加工するテープ研磨方法であって、
前記突起部の高さを測定する工程と、
測定した前記突起部の高さに基づいて前記突起部を前記研磨テープを用いて加工する工程とを備え、
前記加工する工程において、前記突起部の高さを2段以上の加工範囲に分割し、それぞれの加工範囲ごとに、先端部が前記研磨テープの裏面に当接され前記基板表面に対して垂直な座標軸に沿って移動可能に設けられるヘッドピンが前記研磨テープを介して前記突起部を押圧する力を可変とすることを特徴とする、テープ研磨方法。 - 前記加工する工程は、
前記テープ研磨ユニットを、前記突起部の頂点から前記座標軸に沿って所定の距離だけ前記基板から離れる位置へ前記ヘッドピンの先端部が到達するまで、前記座標軸に沿って前記突起部に向けて移動する移動工程と、
前記移動工程の後、前記テープ研磨ユニットを、前記座標軸に沿って前記基板表面に向けてさらに移動して、前記突起部を前記研磨テープを用いて研磨する研磨工程とを含み、
前記移動工程における前記テープ研磨ユニットの移動速度は、前記研磨工程における前記テープ研磨ユニットの移動速度よりも大きいことを特徴とする、請求項9に記載のテープ研磨方法。
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