JP2014210317A - スラリー噴射加工用ノズル、表面加工装置、および表面加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単位加工領域内におけるガラス基板等の被加工物に対する単位時間当たりの掘り込み量（掘り込み速度）の向上と、単位加工領域の拡大を図り、加工時間を短縮化できるスラリー噴射加工用ノズルの提供。
【解決手段】水に砥粒を分散させたスラリーを被加工物の表面に噴射し、被加工物表面を研磨するスラリー噴射加工用ノズルであって、スラリー供給口３６から供給されるスラリーを複数のノズル孔部３７から噴射するノズルヘッド３０を有し、複数のノズル孔部３７は、ノズルヘッド３０の回転中心Ｌｃから全てのノズル孔部３７までの距離を異ならせたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、水に砥粒を分散させた研磨液をノズルからガラス基板等の被加工物表面の表面に噴射し、被加工物表面を研磨する加工技術に関する。

ガラス基板等の被加工物表面に対してスラリーを噴射し加工するスラリー噴射加工技術として、例えば純水に砥粒であるシリカ微粒子を分散した懸濁液（スラリー）をスラリー噴射加工ノズルより高圧力で被加工物であるガラス基板表面に噴射し、被加工物の表面近傍にスラリーのせん断流を発生させる。そして、加工ノズルと被加工物とを所定方向に相対的に移動（スキャン）させることにより、被加工物表面を所定の範囲にわたって加工する（特許文献１，２）。

特許第３８６０３５２号公報 特許第４７７０１６５号公報

スラリー噴射加工方法において、ガラス基板等の被加工物の表面を全面にわたって加工する際に、加工時間の短縮化が望まれている。特に、例えば露光装置に用いられるフォトマスクの大型化により、例えば１２２０ｍｍ×１４００ｍｍのガラス基板の表面を短時間に高平坦化加工することが望まれている。

本願発明の目的は、単位加工領域内におけるガラス基板等の被加工物に対する単位時間当たりの掘り込み量（掘り込み速度）の向上と、単位加工領域の拡大を図り、加工時間を短縮化できるスラリー噴射加工用ノズル、表面加工装置および表面加工方法を提供しようとするものである。

本発明の課題を解決するスラリー噴射加工用ノズルの構成は、水に砥粒を分散させたスラリーを被加工物の表面に噴射し、被加工物表面を研磨するスラリー噴射加工用ノズルに関する。

このスラリー噴射加工用ノズルは、スラリー供給口から供給されるスラリーを複数のノズル孔部から噴射するノズルヘッドを有し、前記複数のノズル孔部は、前記ノズルヘッドの回転中心から全ての前記ノズル孔部までの距離を異ならせたことを特徴とする。

本発明の課題を解決する表面加工装置の構成は、被加工物を水平に保持する保持部と、前記保持部に保持される被加工物の表面に向けてスラリーを噴射する上記構成のスラリー噴射加工用ノズルと、前記回転軸を回転自在に保持し、水平平面内で直交する２方向に移動可能な移動テーブルと、前記回転軸を回転する回転駆動部と、前記スラリー噴射ノズルの回転軸の他端部に流量および圧力が調整されたスラリーを供給するスラリー供給部と、を有し、前記回転駆動部を駆動して前記ノズルヘッドを回転させながら前記ノズルヘッドを水平平面内で移動させて前記被加工物の表面加工を行うことを特徴とする。

本発明の課題を解決する表面加工方法は、被加工物表面と所定ギャップを有して配置したスラリー噴射加工用ノズルのノズルヘッドの複数のノズル孔部から該被加工物表面にスラリーを噴射し、該被加工物表面の近傍にスラリーのせん断流を発生させながら、前記被加工物と前記スラリー噴射加工用ノズルとを相対的に移動させて前記被加工物の表面を加工する表面加工方法に関する。

この表面加工方法は、前記ノズルヘッドを回転させることにより、前記複数のノズル孔部が描く回転半径が全て異なる回転軌道形成して前記被加工物表面にスラリーを噴射することを特徴とする。

本発明のスラリー噴射加工用ノズルによれば、簡単なノズル孔部の配置構造で、ガラス基板等の被加工物表面を加工する際、単位加工領域の拡大を図ることができ、処理能力の向上と高平坦度の表面加工（研磨）を実現できる。

本発明の表面加工装置によれば、ノズルヘッドを回転させた際に複数のノズル孔部の回転軌道が互いに干渉しない軌跡を描くため、ガラス基板等の被加工物表面を加工する際、単位加工領域内のガラス基板の掘り込み速度の向上と単位加工領域の拡大を図ることができ、高平坦度の表面加工（研磨）を実現できる。

本発明の研磨方法によれば、ノズルヘッドを回転させた際に複数のノズル孔部の回転軌道が互いに干渉しない軌跡を描くため、ガラス基板等の被加工物表面を加工する際、単位加工領域内のガラス基板等の被加工物の掘り込み速度の向上と単位加工領域の拡大が挙げられ、全体の体積除去速度を速めることができ、処理能力の向上が図れる。

本発明のスラリー噴射加工による表面加工装置の第１実施形態を示す概略図。 スラリー噴射用ノズルヘッドの一実施形態を示し、（ａ）はノズルヘッドの正面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視断面図。 ノズル孔部の孔径と単位加工痕径の関係を示す図。 ノズル孔部の孔間距離と加工速度の関係を示す図。 ノズル孔部の孔径と加工速度との関係を示す図。 （ａ）はノズル孔部の孔径が大で、スラリー供給量が大であるとせん断流の厚みが厚くなること示し、（ｂ）は（ａ）の場合に比較して、ノズル孔部の孔径が小で、スラリー供給量が小であるとせん断流の厚みが薄くなることを説明する図。 加工速度と各ノズル孔部間の加工量分布を示す図。 加工結果を示し、（ａ）は図２のノズルヘッドを回転させて加工したときのライン加工断面形状を示す図、（ｂ）は図２のノズルヘッドを回転させないで加工したときのライン加工断面形状を示す図、（ｃ）は図２に示すノズルヘッドにおいて、４５度間隔で放射方向に延びる径方向線上に等間隔で同心円上にノズルチップを配置し、ノズルヘッドを回転させて加工したときのライン加工断面形状を示す図。 図２に示すノズルヘッドにより噴出したスラリーの流れを説明する図。 ノズルヘッドの第２実施形態を示し、（ａ）はノズルヘッドの正面図、（ｂ）は（ａ）のＣＣ矢視断面図。

以下本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明によるスラリー噴射加工を実施する表面加工装置（以下、加工装置と略す）の概略構成を示す図である。

図１において、スラリー噴射加工を実施する加工装置１は、加工槽３と、加工槽３内に満たしたスラリー５を循環する循環配管７と、被加工物である平板状のガラス基板９を加工槽３内で水平姿勢に保持する保持部１１を有する。ここで、水平平面内において直交する２軸をＸ軸とＹ軸、Ｘ軸とＹ軸と互いに直交する垂直方向の軸をＺ軸とし、図１の紙面の左右方向をＸ軸とする。

ガラス基板９は、矩形平板形状の合成石英ガラスを例示できる。この合成石英ガラスであるガラス基板９は、例えば液晶パネルの基板の作成などに用いられる露光装置のフォトマスクとして使用される。このようなガラス基板９は、例えば１辺が３００ｍｍ角以上のサイズのものが用いられる。

さらに、加工装置１は、加工槽３内に、スラリー噴射加工用ノズルヘッド（以下、ノズルヘッドと略す）１３を配置している。ノズルヘッド１３は、ガラス基板９の表面との対向面側にノズル孔部を有し、ガラス基板９の表面との間に所定の隙間（ギャップ）を有して配置している。

ノズルヘッド１３は、Ｚ軸方向に沿って延びる中空軸に形成された回転軸１５の下端に接続される。スラリーはパイプ部材で形成された回転軸１５内を通してノズルヘッド１３に供給され、ノズル孔部を通してガラス基板９の表面に噴射される。なお、スラリー噴射による表面加工の原理説明は後述する。

回転軸１５は、回転軸保持部１７に、Ｚ軸回りに不図示の軸受部（Ｚ軸方向のスラストを受けつつＺ軸回りの回転を支承する軸受）により回転自在に保持される。また、回転保持部１７には、回転モータ１８と、回転モータ１８の回転を減速して回転軸１５に伝達する動力伝達部１９が配置される。なお、動力伝達部１９は、回転軸（パイプ）１５の回転時の偏心量、および、パイプに取り付けられたノズルヘッド１３の回転時の偏心量が５０μｍ以下になるように、回転モータ１８に固定されている。

また、回転軸保持部１７は、Ｘ−Ｙステージ２１の可動部に取り付けられ、主走査方向のＸ軸方向と、副走査方向のＹ軸方向に不図示の駆動部により移動する。

ここで、高平坦化のためには、ノズルヘッド１３を水平姿勢に保持されたガラス基板の水平方向一端側から他端側に向けて水平（Ｘ軸方向）に移動する主走査を行い、該他端側の所定位置に到達すると、所定量だけＹ軸方向に送られる副走査を行った後、一端側に向けて主走査を行うというラスタースキャン方式により加工を行う。

高平坦化加工において、上述した主走査速度の制御は、修正加工を前提とした場合、ガラス基板９の表面の形状を予め測定し、測定結果に基づいて目的の形状に最も近づくように、加工前の形状と噴射ノズルから噴射するスラリーにより加工してできる静止加工痕形状から加工除去量と噴射ノズルの主走査速度を演算する。例えば、凸形状の大きい部分は加工量を多く、凸形状の小さい部分や凹形状の部分は加工量を少なくするように噴射ノズルの主走査速度を制御して達成する。

掘り込み速度の高速化を図るためには、ガラス基板９と砥粒との接触確率の向上、スラリーの流速の向上が挙げられる。

スラリー噴射加工方法において、被加工物であるガラス基板９の表面は水分子と反応して化学反応層（水和層）を形成し、さらに水和層と砥粒であるシリカ微細粒子のＯＨ基が反応し、「-Ｓｉ-Ｏ-Ｓｉ-」結合を形成する。そして、スラリーのせん断流により砥粒が被加工物表面から除去されると、被加工物表面の原子が砥粒により持ち去され、被加工物表面の凸部が加工されるものと推測される。

循環配管７は、加工槽３内の下部から吸引したスラリー５を加工槽３内に配置したノズル１３に供給する。

循環配管７には、加工槽３内のスラリー５を高圧の吐出圧でノズルヘッド１３に供給する高圧ポンプ部２３を配置しており、例えばダイヤフラムポンプを３連に接続した構成としている。また、循環配管７の途中に圧力計２５と流量計２７を設け、ノズルヘッド１３から噴射されるスラリー５の吐出圧力と吐出流量を測定する。そして、高圧ポンプ部２３から吐出されるスラリー５の流量と吐出圧力を所定値に調整する。吐出圧、吐出流量の調整は、高圧ポンプ部２３の回転数等の調整、あるいは流量調整弁等を例えば不図示の制御部によるフィードバック制御により調整する。なお、ポンプの駆動モータはインバータ制御により周波数を調整することで回転数が調整される。

また、循環配管７は、流量計２７の下流側の配管部７Ａと、回転軸１５の上端とをフレキシブルチューブ７Ｂで接続し、回転軸保持部１７と一体にＸ−Ｙ平面内をノズルヘッド１３が自由に移動できるようにしている。

本実施形態において、スラリー５は、水に砥粒であるシリカを分散させたもので、加工槽３内に所定の濃度で収容されている。スラリー濃度は、水に分散可能な最大濃度が望ましい。なお、被加工物であるガラス基板９は、スラリー５の液面よりも下方に位置する。

図１に示すように、ノズルヘッド１３のノズル孔部からガラス基板９に向けて高圧で噴射したスラリー５は、ガラス基板９の表面に当たり、せん断流となってガラス基板９の表面に沿って放射状に外方に向けて流れる。そして、スラリーのせん断流により砥粒がガラス基板９の表面から除去されると、ガラス基板９の表面の原子が砥粒により持ち去され、被加工物表面の凸部が加工される。なお、ガラス基板９に対して噴射するスラリーが当たる部分では加工されず、せん断流により砥粒がガラス基板９の表面から除去される部分で加工が行われる。

スラリー噴射加工方法は、このように、ガラス基板９の表面の原子を砥粒により持ち去ることでガラス基板の表面を加工するため、傷が発生するリスクは非常に低い反面、加工速度が低い。

そこで、本実施形態では、被加工物であるガラス基板９の表面加工精度（平坦度）を良くして、加工速度を高速化するために、掘り込み速度の高速化と単位加工領域の拡大による体積除去速度を向上させている。具体的には、ノズルヘッド１３を回転させながらノズル孔部からスラリーをガラス基板９の表面に噴射する。なお、回転軸１５内をスラリーが通過しながら回転軸１５が回転できるように、回転軸１５の上端とフレキシブルチューブ７Ｂとは、中空軸構造の回転自在継ぎ手２９、例えば、メカニカルシールやパッキンシールを介して接続されている。

図２はノズルヘッド１３の一実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視断面図である。

図２において、ノズルヘッド１３は、円盤状のヘッド本体３０と、ヘッド本体３０の表面に例えばねじ構造により交換可能に取り付けられた円筒状の複数のノズルチップ３１（Ｎ１−Ｎ２４）を有し、本実施形態ではノズルチップ３１を２４個取り付けている。ヘッド本体３０は、表面側の前壁部３２にノズルチップ３１が取り付けられる複数のスラリー排出孔部３３が形成されている。また、ヘッド本体３０の内部には、全スラリー排出孔部３３と連通する空洞部３４が形成されている。さらに、ヘッド本体３０の後壁部３５にスラリー供給孔部３６が形成される。ヘッド本体３０の円中心Ｌｃを回転中心としてスラリー供給孔部３６が形成され、回転軸１５がその回転中心をヘッド本体３０の円中心Ｌｃと一致してヘッド本体３０に取り付けられている。中空形状の回転軸１５は、管内に供給されるスラリーをスラリー供給孔部３６を介して空洞部３４に供給する。空洞部３４内に供給されたスラリーは、スラリー排出孔部３３を通してノズルチップ３１の先端に形成されたノズル孔部３７から噴射される。

空洞部３４内には、スラリー供給孔部３６と正対して円錐部３４ａが形成され、スラリー供給孔部３６から供給されたスラリーが円錐部３４によって空洞部３４内を径方向外方に向かって均等に流れる。

本実施形態において、ノズルチップ３１は、円中心Ｌｃを中心として、４５度の角度で放射状に延びる８本の径方向線４１〜４８上に３個ずつ配置している。

次に、ノズルヘッド１３のノズル孔部３７から噴出されるスラリーの流れを図９を参照して説明する。

図９（ａ）に示すように、ノズルヘッド１３の８つの径方向線４１〜４８には３個ずつノズルチップ３１が配置されており、隣接する径方向線の間に、放射方向外方に向いた流れＦａが発生する。したがって、流れＦａの流れる部分にノズル孔部３７が配置されると、流れＦａでノズル孔部３７の孔が塞がれ、スラリーが噴射できない。このため、加工効率の悪化を招き、また流れが乱れて加工面にうねりが発生する原因ともなる。

また、図９（ｂ）に示すように、ノズル孔部３７から垂直方向に向けて噴出したスラリーは、水平方向の流れＦｂとなる。水平方向の流れＦｂは、隣り合うノズル孔部３７から発生した水平方向の流れＦｂと衝突し、衝突流Ｆｃが発生し、衝突流Ｆｃが前記流れＦｃを発生させる。したがって、複数のノズル孔部３７から噴出したスラリーは、ガラス基板９とノズルヘッド１３の前壁部３２との間のギャップから効率良く排出できることになる。

本実施形態において、２４個のノズルチップ３１は、円中心Ｌｃからの距離（以下径方向距離）が全て異なる位置に取り付けられている。第１径方向線４１には最も径方向距離が短い第１ノズルチップＮ１が配置され、順に径方向外方に向けて所定の距離を有して第９ノズルチップＮ９と第１７ノズルチップＮ１７が配置される。

次に、反時計回り方向の第２径方向線４２には、２番目に径方向距離が短い第２ノズルチップＮ２が配置され、順に径方向外方に向けて所定の距離を有して第１０ノズルチップＮ１０と第１８ノズルチップＮ１８が配置される。

同様に、第３径方向線Ｌ４３から第８径方向線Ｌ４８には、３番目から８番目に順に径方向距離が短い第３ノズルチップＮ３からＮ８が配置され、第３径方向線Ｌ４３には順に径方向外方に向けて所定の距離を有して第１１ノズルチップＮ１１と第１９ノズルチップＮ１９が配置される。第４径方向線Ｌ４４には順に径方向外方に向けて所定の距離を有して第１２ノズルチップＮ１２と第２０ノズルチップＮ２０が配置され、第５径方向線Ｌ４５には順に径方向外方に向けて所定の距離を有して第１３ノズルチップＮ１３と第２１ノズルチップＮ２１が配置され、第６径方向線Ｌ４６には順に径方向外方に向けて所定の距離を有して第１４ノズルチップＮ１４と第２２ノズルチップＮ２２が配置され、第７径方向線Ｌ４７には順に径方向外方に向けて所定の距離を有して第１５ノズルチップＮ１５と第２３ノズルチップＮ２３が配置され、第８径方向線Ｌ４８には順に径方向外方に向けて所定の距離を有して第１６ノズルチップＮ１６と第２４ノズルチップＮ２４が配置される。

ここで、ノズルチップ３１のノズル孔部３７の孔径（φ）を１．２ｍｍ、ノズルチップ３１の高さを１０ｍｍ、ノズルチップの材質をＳＵＳ３０４とし、第１ノズルチップＮ１の径方向距離を２０ｍｍとし、第２ノズルチップＮ２の径方向距離を１ｍｍ長い２１ｍｍとしている。同様に、第３ノズルチップＮ３から第２４ノズルチップＮ２４の径方向距離を番号が１つ前のノズルチップの径方向距離よりも１ｍｍ長くし、最後の第２４ノズルチップＮ２４の径方向距離を４３ｍｍとしている。したがって、各径方向線４１〜４８に配置するノズルチップ３１の間隔は８ｍｍとなる。表１に各径方向線４１〜４８に配置するノズルチップ（Ｎ１〜Ｎ２４）の円中心Ｌｃからの径方向距離を示す。

ここで、ノズルチップの材質は、ＳＵＳ３０４以外に、セラミックス製やセラミックスコート、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ-Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コートしたもの等、耐摩耗性の材質であれば特に限定されるものではない。

このノズルヘッド１３を回転軸１５を中心として回転すると、第１ノズルチップＮ１から第２４ノズルチップＮ２４の１ｍｍ間隔の２４本の同心円が形成されることになる。

ここで、ノズルヘッド１３の回転を停止すると、スラリーノズルヘッド１３の２４個のノズルチップ３１から点として噴射されるのに対し、ノズルヘッド１３を回転させると、２４本の同心円状の周溝からスラリーが噴射されることになり、単位加工領域内の加工面が均一になり凹凸が低減される。したがって、ガラス基板９に対するうねりが低減でき、高精度加工が可能となる。

本実施形態において、ノズルヘッド１３の前壁部３２に直接ノズル孔部を設けずに、前壁部３２からスラリー噴射方向の前方に所定の高さ突出したノズルチップ３１のノズル孔部３７からスラリーを噴射させているのは、大流量のスラリーを流した際に、ノズルヘッド内側から外側へスラリーの排出が効率よく抜けるように隙間を設けるためである。

ノズル孔部３７の孔間（例えば、第９ノズルチップＮ９と、第１ノズルチップＮ１および第１７ノズルチップＮ１７の間隔）については、単位加工痕以上開けることが望ましい。

ノズル孔部３７の孔間については、ノズルヘッド１３を回転させない状態で、ノズル孔部３７の孔径と当該ノズル孔部３７で形成される単位加工痕との関係を以下の加工条件で求めた。その結果を図３に示す。

図３において、加工条件は、吐出背圧が０．５ＭＰａ、ギャップ（ガラス基板とノズル孔部の距離）が１ｍｍ、スラリー濃度が２６ｗｔ％とし、異なる７つの孔径で単位加工痕の直径を計測した。計測の結果、単位加工痕の径（ｙ）は、ノズル孔部の径（ｘ）の約５倍（ｙ＝５．４７４７ｘ）であった。

ノズル孔部３７の孔径と、ノズル孔部３７の１孔当たりの加工速度（ｍｍ^３/ｈ）との関係を図４に示す。

図４は、２〜８ｍｍの３点での孔間距離における１孔当たりの加工速度（ｍｍ^３/ｈ）を計測した結果を示す。なお、加工条件として、ノズル孔部の直径（φ）を１ｍｍ、吐出背圧を０．５Ｍｐａ、ギャップを２ｍｍ、スラリー濃度が２６ｗｔ％とした。計測結果は、孔間距離が５ｍｍ以上（孔径の５倍）で１孔当たりの加工速度が変わらなくなり、孔間距離が３ｍｍ程度の場合よりも２．５倍以上速かった。したがって、径方向線上におけるノズル孔部３７の孔間距離は、孔径の５倍以上離すことが望ましい。

一方、放射方向において隣接するノズル孔部３７の間隔が一つのノズル孔部３７で形成される単位加工痕の直径よりも小さい場合、隣の孔の流れの影響を受け、せん断流が生じなかったり、孔が塞がれることがあるため、同一の径方向線上に配置されるノズル孔部の放射方向における間隔は、単位加工痕以上開けることが望ましい。

次に、ノズル孔部の孔径と加工速度の関係を図５に示す。

図５において、縦軸は送液１Ｌ当たりの加工速度比を示し、横軸はノズル孔部の孔径を示す。なお、加工速度比は、ノズル孔径（φ）０．８ｍｍでの加工速度を基準とする。送液１Ｌ当たりの加工速度比は、スラリーの送液量に対する加工効率を表し、効率が悪いと、大流量を流す必要があり、配管の圧損や高価な大流量ポンプを要する。

したがって、図５に示すように、ノズル孔径（φ）が、１〜１．４ｍｍでの加工速度比が高いので、ノズル孔径（φ）が、１〜１．４ｍｍが望ましい。

すなわち、図６（ａ）に示すように、ノズル孔部３７の孔径が大きく、スラリー供給量が大きい場合には、ガラス基板９への接触面積は増えるが、せん断流の厚みも増すため、効率が悪い。しかし、図６（ｂ）に示すように、ノズル孔部３７の孔径が小さく、スラリー供給量が小さい場合には、ガラス基板９への接触面積は増えないが、せん断流の厚みが薄く効率が良い。

図７は、加工結果を示す。

図７において、横軸は、ノズル孔部３７の位置、すなわちノズルチップ１３の番号（Ｎを省略した番号１〜２４）を示し、縦軸は体積除去速度（ｍｍ^３/ｈ）を示す。加工量分布（２４孔部）は、静止加工痕より算出した。回転した時の加工痕形状から算出した加工速度が、５６ｍｍ^３/ｈと同じ加工条件で、吐出背圧を０．５ＭＰａ、ギャップ２ｍｍ、スラリー濃度２６ｗｔ％とした。

図７に示すように、ノズル孔部の位置によって体積除去速度にバラツキは殆どなく、平均加工量は２．３５ｍｍ^３/ｈであった。図７より、加工速度と各ノズル孔部間の加工量分布は略一定で、２．３５ｍｍ^３/ｈであった。

次に、本実施形態の効果を検証するために、図２に示すノズルヘッド１３（Ｎ１〜Ｎ２４のノズルチップを１ｍｍずらして配置した構成）を回転して使用（ライン加工）した場合のライン加工断面形状、当該ノズルヘッド１３を回転せずにライン加工した場合のライン加工断面形状、図２に示す放射状８列の径方向線にそれぞれ３個ずつ配置したノズルチップを８ｍｍ間隔で同心円状に配置した場合のライン加工断面形状を測定した。その結果を図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。なお、ライン加工断面形状は、主走査方向における加工断面を示し、加工条件は、吐出背圧が０．５ＭＰａ、ギャップが２ｍｍ、スラリー濃度が２６ｗｔ％、往復走査加工（ライン加工）、速度１００ｍｍ/分であった。

図８（ａ）は図２に示すノズルヘッド１３（Ｎ１〜Ｎ２４のノズルチップを１ｍｍずらして配置した構成）を回転して使用（ライン加工）した場合のライン加工断面形状の計測結果、図８（ｂ）は図８（ａ）の加工で使用したノズルヘッド１３を回転せずにライン加工した場合のライン加工断面形状の計測結果、図８（ｃ）は図２に示す放射状８列の径方向線にそれぞれ３個ずつ配置したノズルチップを８ｍｍ間隔で同心円状に配置した場合のライン加工断面形状の計測結果を示す。

図８（ａ）では、ライン加工面に数ｍｍ周期のうねりがなく、基板全体の加工では、高精度の平坦加工が得られ、うねりが低減できることが理解される。図８（ｂ）では、加工面のうねりが大きく、高精度の平坦加工が得られていないことが理解される。図８（ｃ）では、ノズル孔部の回転に対応して、同心円状の３つの周溝の影響が加工面に表れていることが見られ、図８（ｂ）よりも高精度の平坦加工が得られるが、図８（ａ）程の平坦加工が得られておらず、基板全体の加工でうねりが残る。

第２実施形態
図１０は本発明によるノズルヘッドの第２実施形態を示す。なお、図２に示す部材と同じ部材には同じ符号を付してその説明は省略する。図１０（ａ）はノズルヘッドの正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣＣ矢視断面図である。

本実施形態のノズルヘッド５３は、回転中心Ｌｃから放射方向に延びる６０度間隔の６本の径方向線６１〜６６に、４個のノズルチップ３１を等間隔に配置し、合計２４個のノズルチップ３１（Ｎ１〜Ｎ２４）を配置した構造とし、全てのノズルチップ３１の径方向長さを異ならせている。

本実施形態では、ノズル孔部３７の孔径（φ）を１．２ｍｍ、ノズルチップ３１の高さを８ｍｍ、ノズルチップ３１の材質をＳＵＳ３０４、径方向線上におけるノズル孔部間の距離を６ｍｍ（例えば、第１ノズルチップＮ１と第７ノズルチップＮ７の間隔を６ｍｍ）としている。第１径方向線６１には、第１、７，１３、１９ノズルチップＮ１、Ｎ７、Ｎ１３、Ｎ１９が等間隔（６ｍｍ間隔）に配置され、第２径方向線６２には、第２、８，１４、２０ノズルチップＮ２、Ｎ８、Ｎ１４、Ｎ２０が等間隔（６ｍｍ間隔）に配置され、第３径方向線６３には、第３、９，１５、２１ノズルチップＮ３、Ｎ９、Ｎ１５、Ｎ２１が等間隔（６ｍｍ間隔）に配置され、第４径方向線６４には、第４、１０，１６、２２ノズルチップＮ４、Ｎ１０、Ｎ１６、Ｎ２２が等間隔（６ｍｍ間隔）に配置され、第５径方向線６５には、第５、１１，１７、２３ノズルチップＮ５、Ｎ１１、Ｎ１７、Ｎ２３が等間隔（６ｍｍ間隔）に配置され、第６径方向線６６には、第６、１２，１８、２４ノズルチップＮ６、Ｎ１２、Ｎ１８、Ｎ２４が等間隔（６ｍｍ間隔）に配置されている。そして、最も径方向距離が短い第１ノズルチップＮの径方向距離を１４ｍｍ、次に径方向距離が短い第２ノズルチップＮ２の径方向距離を１ｍｍ長い１５ｍｍとし、第３ノズルチップＮ３から第２４ノズルチップＮ２４まで順に１ｍｍずつ長くし、最後の第２４ノズルチップの径方向長さを３７ｍｍとしている。

上記した実施形態では、ノズルヘッドの回転中心から４５度および６０度の間隔で８本、６本の放射方向に延びる径方向線上に複数のノズルチップ３１を所定の間隔を有して配置し、全てのノズルチップ（ノズル孔部の孔中心）とノズルヘッドの回転中心点との距離を異ならせているが、４５度、６０度間隔の径方向線に限定されるものではなく、他の角度間隔であっても良い。また、ノズルチップの個数も、上記実施形態の２４個に限定されるものではなく、適宜の個数であってもよい。

また、ガラス基板等の被加工物とノズルヘッドを加工槽内に浸漬した状態で加工しているが、非浸漬状態で加工してもよい。

さらに、ノズルヘッド１３の前壁部３２にノズルチップ３１を交換可能に取り付けているが、ヘッド本体３０と一体に設けてもよく、前壁部３２の表面からスラリー噴射方向に沿ってノズル孔部３７の端面が距離を有していれば良い。

１ 表面加工装置
３ 加工槽
５ スラリー
７ 循環配管
９ ガラス基板
１３ ノズルヘッド
１５ 回転軸
２３ 高圧ポンプ部
２５ 圧力計
２７ 流量計
３０ ヘッド本体
３１ ノズルチップ
３６ スラリー供給口
３７ ノズル孔部
４１〜４３、６１〜６６ 径方向線

Claims (19)

1. 水に砥粒を分散させたスラリーを被加工物の表面に噴射し、被加工物表面を研磨するスラリー噴射加工用ノズルであって、
   スラリー供給口から供給されるスラリーを複数のノズル孔部から噴射するノズルヘッドを有し、前記複数のノズル孔部は、前記ノズルヘッドの回転中心から全ての前記ノズル孔部までの距離を異ならせたことを特徴とするスラリー噴射加工用ノズル。
2. 前記複数のノズル孔部は、前記ノズルヘッドの回転中心から放射方向に沿った所定角度間隔の複数の径方向線上に所定間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスラリー噴射加工用ノズル。
3. 前記複数のノズル孔部の端面は、前記ノズルヘッドの前壁部から前方に突出していることを特徴とする請求項１または２に記載のスラリー噴射加工用ノズル。
4. 前記複数のノズル孔部は、前記ノズルヘッドの前壁部に設けられ、前方に向けて所定の高さを有するノズルチップにより形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスラリー噴射加工用ノズル。
5. 前記径方向線上に配置されるノズル孔部の間隔は、ノズル孔部の孔径の５倍以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスラリー噴射加工用ノズル。
6. 前記ノズル孔部の孔径は、１〜１．４ｍｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスラリー噴射加工用ノズル。
7. 前記ノズルヘッドの回転中心と一致して前記ノズルヘッドに固定された回転軸を有する請求項１から６のいずれかに記載のスラリー噴射加工用ノズル。
8. 前記ノズルヘッドの後壁部に前記スラリー供給口が設けられ、パイプ構造の前記回転軸の一端が前記スラリー供給口に繋がって固定されていることを特徴とする請求項７に記載のスラリー噴射加工用ノズル。
9. 前記回転軸の他端から前記ノズルヘッドのスラリー供給口にスラリーが供給されることを特徴とする請求項８に記載のスラリー噴射加工用ノズル。
10. 前記回転軸は、スラリーが供給される配管系に対して回転自在に連結される回転自在継ぎ手を介して連結されることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のスラリー噴射加工用ノズル。
11. 被加工物を水平に保持する保持部と、
    前記保持部に保持される被加工物の表面に向けてスラリーを噴射する請求項７から１０のいずれかに記載のスラリー噴射加工用ノズルと、
    前記回転軸を回転自在に保持し、水平平面内で直交する２方向に移動可能な移動テーブルと、
    前記回転軸を回転する回転駆動部と、
    前記スラリー噴射ノズルの回転軸の他端部に流量および圧力が調整されたスラリーを供給するスラリー供給部と、
    を有し、前記回転駆動部を駆動して前記ノズルヘッドを回転させながら前記ノズルヘッドを水平平面内で移動させて前記被加工物の表面加工を行うことを特徴とする表面加工装置。
12. 前記ノズルヘッドは、水平平面内で、ラスタースキャン方式により移動することを特徴とする請求項１１に記載の表面加工装置。
13. 前記ノズルヘッドと前記被加工物は、加工槽内のスラリー内に浸漬されていて、前記加工槽内のスラリーを循環配管を通して前記回転軸の他端側に供給することを特徴とする請求項１１または１２に記載の表面加工装置。
14. 被加工物表面と所定ギャップを有して配置したスラリー噴射加工用ノズルのノズルヘッドの複数のノズル孔部から該被加工物表面にスラリーを噴射し、該被加工物表面の近傍にスラリーのせん断流を発生させながら、前記被加工物と前記スラリー噴射加工用ノズルとを相対的に移動させて前記被加工物の表面を加工する表面加工方法であって、
    前記ノズルヘッドを回転させることにより、前記複数のノズル孔部が描く回転半径が全て異なる回転軌道形成して前記被加工物表面にスラリーを噴射することを特徴とする表面加工方法。
15. 前記スラリー噴射用ノズルは、請求項１から１０のいずれかのスラリー噴射用ノズルであることを特徴とする請求項１４に記載の表面加工方法。
16. 前記被加工物の表面形状を計測し、その後該表面形状を計測した計測データに基づいて前記スラリー噴射加工用ノズルと該被加工物とを相対的に走査させて加工することを特徴とする請求項１４または１５に記載の表面加工方法。
17. 前記被加工物は、矩形平板形状の合成石英ガラスであることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の表面加工方法。
18. 前記合成石英ガラスは、フォトマスク用のガラス基板であることを特徴とする請求項１７に記載の表面加工方法。
19. 前記フォトマスク用のガラス基板は、１辺が３００ｍｍ角以上であることを特徴とする請求項１８に記載の表面加工方法。
    

Images