JP2008080443A - 片面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の片面を研磨する片面研磨装置において、平滑性に優れ、欠陥の無い基板を得ることができ、且つ研磨後の基板を装置から容易に取り出すことのできる片面研磨装置を提供する。
【解決手段】基板を下方に保持する保持定盤１と、上面に研磨布８を有する研磨定盤９とを具備し、前記保持定盤１に保持された基板Ｇを前記研磨布８に圧接しつつ、基板Ｇを回転させて該基板Ｇの研磨処理を行なう片面研磨装置１００であって、前記保持定盤１は、定盤本体３と、前記定盤本体３の下方に平坦状態で支持された弾性を有するプレート４と、前記プレート４の下面に貼着され、基板Ｇを吸着する吸着シート６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体・液晶フォトマスク用石英ガラス基板等の基板の片面を研磨する片面研磨装置に関する。

半導体・液晶フォトマスク用石英ガラス基板等の板状体の製造工程においては、基板を平滑化するために研磨処理が行なわれる。
この研磨処理を行なう際、オスカー式研磨装置と呼ばれる片面研磨装置が多く用いられる。オスカー式研磨装置では、例えば図１１に示すように、鉛直軸回りに回転自在な定盤５１の上に基板５２が載置され、この基板５２は硬質の樹脂枠である基板ホルダ５３によって定盤５１上に保持される。
そして、基板５２（及び基板ホルダ５３）は加圧プレート５４によって上方から押し付けられると共に、加圧プレート５４の回転によって回転し、基板５２の下面が定盤５１上を摺動することにより片面研磨が行なわれる。

尚、近年では、非研磨面への異物の侵入を防ぐため、図示するように、基板５２と加圧プレート５４との間には、スエードクロス等のクロス材５５が介在されている。
この構成によれば、研磨の際、基板ホルダ５３によって基板が保持されるため、基板のずれが防止される。また、クロス材により非研磨面側への異物の侵入が抑制されるので、傷、スクラッチの発生を著しく低減することができ、更に研磨圧力が基板に均一に作用するためにフラットネス精度が向上するという長所を有している。
尚、このような構成の片面研磨装置については特許文献１に開示されている。

しかしながら、この図１１に示す構成にあっては、基板５２と基板ホルダ５３との間にギャップＳがあるため基板が微小に移動し、クロス材５５内に存在する、若しくはクロス材を有してもなお、非研磨面側へ侵入する異物が基板に傷やピット等の欠陥を発生させるという課題があった。
また、前記ギャップＳによって、基板エッジ部が移動して基板ホルダ５３に衝突し、基板５２に欠損が生じる虞があった。

このような問題に対し、特許文献２には、基板ホルダを不要とした片面研磨装置が開示されている。
この構成では、図１２に示すように、回転軸６５を中心に回転自在な保持定盤６１の下面に、両面粘着シート６２により吸着シート６３が貼り付けられ、更に吸着シート６３の下面側にガラス基板６４の非研磨面側が吸着固定される。
一方、保持定盤６１の下方には、回転軸６６を中心に回転自在な研磨盤６７が設けられ、研磨盤６７上には、両面粘着シート６９により研磨布６８が貼り付けられている。

そして、保持定盤６１を回転させながら、ガラス基板６４の研磨面（下面）を、回転する研磨盤６７の研磨布６８に加圧し押し付けることで研磨加工が行なわれる。尚、研磨時においては、研磨布６８にスラリー状の研磨液が図示しない供給手段により供給される。
このような構成によれば、枠状の基板ホルダを用いないため、基板エッジ部が移動して基板ホルダ５３に衝突し、基板５２に欠損が生じる不具合を回避することができる。
特開平５−１２３９６３号公報 特開２００４−１５４９２０号公報

しかしながら、図１２に示した構成にあっては、吸着シートに吸着固定されたガラス基板を研磨後に取り外す（剥離する）際、ガラス基板を反らせつつ吸着シートから剥離させるため、ガラス基板の厚さが薄い場合には、大きく反らせ過ぎ、ガラス基板が破損するという課題があった。
一方、ガラス基板の厚さが厚い場合には、ガラス基板を反らせることができず、吸着シートから剥離できないという課題があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、基板の片面を研磨する片面研磨装置において、平滑性に優れ、欠陥の無い基板を得ることができ、且つ研磨後の基板を装置から容易に取り出すことのできる片面研磨装置を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る片面研磨装置は、基板を下方に保持する保持定盤と、上面に研磨布を有する研磨定盤とを具備し、前記保持定盤に保持された基板を前記研磨布に圧接しつつ、基板を回転させて該基板の研磨処理を行なう片面研磨装置であって、前記保持定盤は、定盤本体と、前記定盤本体の下方に平坦状態で支持された弾性を有するプレートと、前記プレートの下面に貼着され、基板を吸着する吸着シートとを備えることに特徴を有する。

尚、前記プレートの曲げ弾性率（ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）：Ｄ７９０）は、１８００ＭＰａ〜２５００ＭＰａの範囲で設定されていることが好ましい。
また、前記プレートの硬度は、ロックウェル硬度Ｒ８０〜Ｒ１３０の範囲で設定されていることが望ましい。
また、前記吸着シートのショアＡ硬度（ＪＩＳ：Ｋ６２５３−１９９７）は１０〜７０の範囲で設定されていることが好ましい。

また、前記吸着シートの圧縮弾性率は、７０％以上に設定されていることが望ましい。
尚、この明細書中に定義する圧縮弾性率は、次の方法により測定されたものとする。
先ず、測定対象に対し、初荷重１００ｇ／ｃｍ²で３０秒間加圧し、その厚さ寸法Ａを測定する。さらに、測定対象の上に荷重（１１２０ｇ／ｃｍ²）を載せ、５分後の厚さ寸法Ｂを測定する。次いで、測定対象から全ての荷重を除去して無荷重とし、５分放置した後、再び初荷重で３０秒間加圧し、その厚さ寸法Ｃを測定する。
尚、厚さ測定は、ＪＩＳ：Ｌ１０２１「繊維製床敷物の厚さを計測する方法」に準じ、ショッパー型厚さ測定機（加圧面は直系１ｃｍの円形）を使用するものとする。
そして次式（１）により、圧縮弾性率を計算する。

このように構成することにより、吸着シートにより基板を吸着保持するため、クロス材を用いた場合のように異物が侵入し基板上に傷やピット等の欠陥が生じる虞がない。また、吸着シートにより基板を保持するため、基板に対し均等に加圧することができ、平滑性に優れた基板を得ることができる。
さらに、弾性を有するプレートに吸着シートを貼り付けているため、吸着シートと基板とを分離する際には、プレートを（外力により）反らせることによって、吸着シートと基板とを容易に分離させることができる。即ち、基板の取り外しの際、従来のように基板自体を反らせる必要がないため、基板の破損を防ぐことができる。また、この構成によれば、反り難い基板であっても容易に吸着シートを分離することができる。

また、前記プレートは、前記定盤本体の周囲に設けられた支持部材に該プレートの周縁部が係合することにより前記定盤本体に支持されることが望ましい。
このように構成することにより、プレートの定盤本体に対する着脱を容易なものとすることができ、予め吸着シートを貼り付けたプレートを複数用意しておけば、吸着シートに不良が生じた際等に、プレート自体を容易に交換することができる。

本発明によれば、基板の片面を研磨する片面研磨装置において、平滑性に優れ、欠陥の無い基板を得ることができ、且つ研磨後の基板を装置から容易に取り出すことのできる片面研磨装置を得ることができる。

以下、本発明に係る片面研磨装置の実施の形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る片面研磨装置の概略構成を示す断面図、図２は平面図である。
図示する片面研磨装置１００は、半導体・液晶分野において用いられる例えばフォトマスク用石英ガラス基板（以下、基板Ｇという）の表面を研磨する片面研磨装置である。
尚、フォトマスク用石英ガラス基板としては、フォトマスク製造において用いられるサブストレート、ブランクス、フォトマスクといった角形石英ガラス基板が挙げられる。

片面研磨装置１００は、基板Ｇを下方に保持する保持定盤１を具備し、この保持定盤１は、円盤状の定盤本体３と、定盤本体３の下面側に支持されるプレート４とを備える。
図２に示すように定盤本体３の周囲には、プレート４を支持するプレート保持ガイド５（支持手段）が複数（図では６箇所）設けられている。図１に示すようにプレート保持ガイド５の内側側面には凹部５ａが形成されており、そこにプレート４の周縁に形成された凸部４ａが係合することでプレート４が支持されている。
尚、保持定盤１は、回転軸２の駆動により鉛直軸回りに回転可能であって、さらには図示しない駆動源により上下動自在になされている。

ここでプレート４は、加工性が良好で、周縁を支持した状態で平坦性があり、且つ弾性を有する材料で形成されている。具体的には、曲げ弾性率（ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）：Ｄ７９０）で１８００ＭＰａ〜２５００ＭＰａ程度、硬度はロックウェル硬度でＲ８０〜Ｒ１３０程度の樹脂性プレートが好ましい。具体的には、ポリカーボネートを用いることができる。
また、プレート４の厚さ寸法は、３〜８ｍｍの範囲で形成されている。これは、プレート４が薄すぎると弾性が過剰となり平坦性が維持できないためであり、一方、厚すぎると弾性が小さく、容易に反らせることができなくなるためである。

また、プレート４の下面には、両面粘着シート（図示せず）を介してウレタン樹脂からなる吸着シート６が貼られている。基板Ｇは、水分を含んだ吸着シート６によって吸着保持される。即ち、水の表面張力及び吸着シート６の粘着性により基板Ｇが吸着シート６に密着し、保持されるようになされている。

尚、この吸着シート６は、乾燥状態でのショアＡ硬度は１０以上、７０以下とされ、特に３０以上、５０以下が望ましい。これは、硬度が１０より小さいと、吸着シート６が軟らか過ぎ、研磨中に基板Ｇが吸着シート６に沈みすぎて単位時間あたりの研磨量が小さくなり、研磨時間が長くなるためである。一方、硬度が７０より大きいと、吸着シート６が硬すぎ、吸着シート６の基板Ｇに対する吸着力が小さくなり、基板Ｇの吸着保持が困難となるためである。
また、繰り返し使用するという理由から、吸着シート６の圧縮弾性率（ＪＩＳ：Ｌ１０２１）は、７０％以上であるのが望ましい。また、基板Ｇを確実に吸着し、基板Ｇの研磨面に対し横方向のずれを抑制するため、その厚さ寸法は０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度が必要であり、特に０．９ｍｍ〜１．２ｍｍ程度が望ましい。

また、図１に示すように、保持定盤３に対向する下方には、研磨布８が上面に貼られた研磨定盤９が設けられ、研磨定盤９は回転軸１０の駆動により鉛直軸回りに回転自在となされている。
研磨布８上には、矩形状の基板Ｇが載置され、基板Ｇの周りには、吸着シート６と基板Ｇとの密着性が阻害された際の、基板Ｇの横方向の移動を防止するための枠状の基板ホルダ７が設けられる。
尚、前記プレート保持ガイド５の下部先端は下方に延設されており、図示するように研磨定盤９上に保持定盤３が配置された状態で、プレート保持ガイド５の内側に基板ホルダ７が位置するように構成されている。

図１に示す状態において、研磨処理の際には、保持定盤３は研磨定盤９に対し所定の圧力値で加圧すると共に、鉛直軸回りに回転する。これにより、基板Ｇは研磨定盤９の研磨布８上に押し付けられながら、研磨布８上を回転（摺動）する。
一方、研磨定盤９は保持定盤３とは反対方向の鉛直軸回りに回転することで、より効果的に研磨処理が行なわれる。
尚、研磨処理の際には、図示しない研磨液供給手段により、研磨布８上に酸化セリウムの微粉を水に懸濁させたスラリー状の研磨液が供給される。

続いて、片面研磨装置１に未研磨の基板Ｇを設置するまでの工程を説明する。
先ず、図３（ａ）に示すように、プレート４の下面に吸着シート６を両面粘着シート（図示せず）により貼り付け、図３（ｂ）の状態とする。
次いで、図４（ａ）に示すように周縁に複数（図では６個）のプレート保持ガイド５が設けられた保持定盤３に、図４（ｂ）に示すように吸着シート６が貼り付けられたプレート４を取り付ける。これにより、図４（ｃ）に示す状態となる。
尚、保持定盤３へのプレート４の着脱は、該プレート周縁部がプレート保持ガイド５に係合され支持されているため容易であり、予め吸着シート６を貼り付けたプレート４を複数用意しておけば、吸着シート６に不良が生じた際等に、プレート４自体を容易に交換することができる。

一方、図５に示すように、研磨布８を上面に貼り付けた研磨定盤９上に、基板ホルダ７を設け、その中に基板Ｇを載置する。
そして、吸着シート６の調湿処理を行い、図６（ａ）に示すように、研磨定盤９の上方から保持定盤３を被せることにより吸着シート６に基板Ｇが吸着されて図６（ｂ）の状態となり、この状態から研磨処理が実施される。

続いて、基板Ｇの研磨処理終了後、基板Ｇを取り出す工程について説明する。
先ず、基板Ｇの上面には吸着シート６が吸着しているため、図７に示すようにプレート保持ガイド５とプレート４との係合を解き、保持定盤３のみを上方に移動し、図８の状態とする。

ここで、弾性を有するプレート４に対し、その周縁部分を持ち上げる方向に力を加えると、図９に示すようにプレート４が吸着シート６と共に大きく反って撓みが生じ、吸着シート６が基板Ｇの表面から次第に剥がされる。
続けてプレート４の周縁部を持ち上げる方向に力を加えると、基板Ｇと吸着シート６との吸着面はさらに小さくなり、図１０に示すように基板Ｇはプレート４から容易に分離される。したがって、その後は基板ホルダ７を取り外すことで、基板Ｇを容易に取り出すことができる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、吸着シート６により基板Ｇを吸着保持するため、クロス材を用いた場合のように異物が侵入して基板上に傷やピット等の欠陥が生じる虞がない。また、基板ホルダ７を用いたとしても、吸着シート６により基板Ｇを保持するため、基板Ｇに対し均等に加圧することができ、平滑性に優れた基板を得ることができ、基板エッジ部における研磨異常や欠損を防ぐことができる。
さらに、弾性を有するプレート４に吸着シート６を貼り付けているため、吸着シート６と基板Ｇとを分離する際には、プレート４を（外力により）反らせることによって、吸着シート６と基板Ｇとを容易に分離させることができる。即ち、基板Ｇの取り外しの際、従来のように基板Ｇ自体を反らせる必要がないため、基板Ｇの破損を防ぐことができる。また、この構成によれば、反り難い基板Ｇであっても容易に吸着シート６を分離することができる。
尚、前記実施の形態にあっては、ガラス基板を例にとって説明したが、本発明の片面研磨基板は例えばＳｉＣ基板等の他の基板研磨装置として用いることができる。

続いて、本発明に係る片面研磨装置について、実施例に基づきさらに説明する。
〔実施例１〕
実施例１では、本実施の形態において説明した片面研磨装置１００と同様の構成を用い、石英ガラス基板に対する片面研磨処理を３０分間行ない、その研磨処理結果並びに基板の取り外し工程について検証した。
その他実験条件は、保持定盤は直径１０２０ｍｍのもの、研磨盤は直径１２００ｍｍのものを用いた。プレートとして、曲げ弾性率が２３５０ＭＰａ、ロックウェル硬度がＲ１１８のポリカーボネートを使用し、また、吸着シートには圧縮弾性率が８９％、ショアＡ硬度が５４である冨士紡績製、商品名ポリパスＢＰＸ２０２を使用した。また、研磨布にはスウェード系研磨布であるカネボウ製、商品名ベラトリックスＮ００１２、さらに研磨液には三井金属工業製、商品名ミレーク（酸化セリウム系研磨砥粒）を水に懸濁させたスラリー状研磨液を使用した。

この実験の結果、本実施の形態の片面研磨装置においては、平滑性に優れ、傷やピットといった欠陥の無い研磨済み基板を得ることができた。また、この基板の取り外し時には、吸着シートを貼り付けているプレートを反らせることで、吸着シートと基板とを容易に切り離すことができ、基板を研磨装置から容易に取り外すことができた。

以上の実施例の実験結果から、本発明の片面研磨装置を用いることにより、平滑性に優れ、且つ欠陥の無い基板を容易に得ることができると確認した。

本発明は、例えば半導体・液晶フォトマスク用石英ガラス基板の製造工程において使用する片面研磨装置に関するものであり、半導体・液晶製造業界等において好適に用いられる。

図１は本発明に係る片面研磨装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、図１の片面研磨装置の平面図である。 図３は、片面研磨装置に未研磨の基板を設置するまでの工程を説明するための図である。 図４は、片面研磨装置に未研磨の基板を設置するまでの工程を説明するための図である。 図５は、片面研磨装置に未研磨の基板を設置するまでの工程を説明するための図である。 図６は、片面研磨装置に未研磨の基板を設置するまでの工程を説明するための図である。 図７は、片面研磨装置から研磨後の基板を取り出すまでの工程を説明するための図である。 図８は、片面研磨装置から研磨後の基板を取り出すまでの工程を説明するための図である。 図９は、片面研磨装置から研磨後の基板を取り出すまでの工程を説明するための図である。 図１０は、片面研磨装置から研磨後の基板を取り出すまでの工程を説明するための図である。 図１１は、従来の片面研磨装置の概略構成を示す断面図である。 図１２は、従来の他の片面研磨装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 保持定盤
２ 回転軸
３ 定盤本体
４ プレート
５ プレート保持ガイド（支持手段）
６ 吸着シート
７ 基板ホルダ
８ 研磨布
９ 研磨定盤
１０ 回転軸
１００ 片面研磨装置
Ｇ フォトマスク用石英ガラス基板（基板）

Claims (6)

1. 基板を下方に保持する保持定盤と、上面に研磨布を有する研磨定盤とを具備し、前記保持定盤に保持された基板を前記研磨布に圧接しつつ、基板を回転させて該基板の研磨処理を行なう片面研磨装置であって、
   前記保持定盤は、定盤本体と、前記定盤本体の下方に平坦状態で支持された弾性を有するプレートと、前記プレートの下面に貼着され、基板を吸着する吸着シートとを備えることを特徴とする片面研磨装置。
2. 前記プレートは、前記定盤本体の周囲に設けられた支持部材に該プレートの周縁部が係合することにより前記定盤本体に支持されることを特徴とする請求項１に記載された片面研磨装置。
3. 前記プレートの曲げ弾性率は、１８００ＭＰａ〜２５００ＭＰａの範囲で設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された片面研磨装置。
4. 前記プレートの硬度は、ロックウェル硬度Ｒ８０〜Ｒ１３０の範囲で設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された片面研磨装置。
5. 前記吸着シートのショアＡ硬度は１０〜７０の範囲で設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された片面研磨装置。
6. 前記吸着シートの圧縮弾性率は、７０％以上に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された片面研磨装置。

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