JP4767643B2

JP4767643B2 - テープ研磨装置

Info

Publication number: JP4767643B2
Application number: JP2005285120A
Authority: JP
Inventors: 雄司矢田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2007090500A

Description

この発明は、テープ研磨装置に関し、特に、基板上に形成された微細パターンの突起欠陥部を研磨して修正するテープ研磨装置に関する。

図８は、プラズマディスプレイの背面ガラス基板１０１の構成を示す斜視図である。プラズマディスプレイは、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８を参照して、プラズマディスプレイの背面ガラス基板１０１上には、高さが１５０μｍ程度で幅が６０〜１００μｍ程度のリブ（微細パターン）１０２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の製造工程において、リブ１０２に突起欠陥が発生することがある。

図９は、リブ１０２の突起欠陥部１０３を示す斜視図である。図９を参照して、リブ１０２の正常なトップ面１０２ａよりも盛り上がった突起欠陥部１０３が存在している。このようにリブ１０２に突起欠陥部１０３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できたり、突起欠陥部１０３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、突起欠陥部１０３を正常なトップ面１０２ａと同じ高さまで削り取って修正する必要がある。

従来より、プラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイの製造工程において発生した突起欠陥部を修正する方法として、レーザ光を照射して突起欠陥部を除去するレーザ加工法、砥石や刃物などで突起欠陥部を削る機械加工法、研磨テープによって突起欠陥部を研磨するテープ研磨法などがある。

たとえば、下記の特許文献１には、研磨ヘッドに研磨テープを接触させた状態でカラーフィルタ面までの距離を測定し、研磨テープの厚さを補正しながら精度の高い修正が可能な異物修正装置が開示されている。
特開平９−２３４６６０号公報

しかしながら、レーザ加工法では高精度の加工を行なうのが困難である。また、機械加工法では基板が搭載される台座の振動が加工精度に影響する。さらに、工具（砥石、刃物）の寿命が問題になり工具交換にも手間がかかる。

テープ研磨法では、比較的高精度に加工することができる。しかし、研磨ヘッドから基板までの距離を正確に測定する必要があり、その測定の精度が加工精度を左右するという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、研磨加工を高精度に行なうことができるテープ研磨装置を提供することである。

この発明に係わるテープ研磨装置は、基板上に形成された微細パターンの突起欠陥部を研磨して修正するテープ研磨装置であって、突起欠陥部を研磨するための研磨テープと、その底面で研磨テープを突起欠陥部に押し当てるための研磨ヘッドと、研磨テープを研磨ヘッドの底面に沿って所定の速度で送るテープ送り機構と、所定の押付力になるように制御しながら研磨ヘッドを下方に押し付ける押付制御機構とを含むテープ研磨ユニットと、基板とテープ研磨ユニットを相対的に移動させる移動装置とを備え、研磨ヘッドの底面は、突起欠陥部よりも大きく、押付制御機構は、研磨ヘッドの底面全体が微細パターンに押し付けられているときの押付圧力が、微細パターンの材料を研磨することが可能な最小押付圧力よりも小さくなるように、所定の押付力を予め設定することを特徴とする。

好ましくは、押付制御機構は、圧縮バネの伸張力または圧縮空気の膨張力を利用して、研磨ヘッドを下方に押し付けることを特徴とする。

また好ましくは、研磨ヘッドは、円柱形状を有することを特徴とする。
また好ましくは、研磨ヘッドの底面の縁は、丸みを帯びたＲ形状を有することを特徴とする。

また好ましくは、さらに、テープ研磨ユニットの基板に対する傾きを調整する傾き調整機構を備えることを特徴とする。

この発明に係わるテープ研磨装置では、突起欠陥部を研磨するための研磨テープと、その底面で研磨テープを突起欠陥部に押し当てるための研磨ヘッドと、研磨テープを研磨ヘッドの底面に沿って所定の速度で送るテープ送り機構と、所定の押付力になるように制御しながら前記研磨ヘッドを下方に押し付ける押付制御機構とを含むテープ研磨ユニットと、基板とテープ研磨ユニットを相対的に移動させる移動装置とを備え、研磨ヘッドの底面は、突起欠陥部よりも大きく、押付制御機構は、研磨ヘッドの底面全体が微細パターンに押し付けられているときの押付圧力が、微細パターンの材料を研磨することが可能な最小押付圧力よりも小さくなるように、所定の押付力を予め設定することを特徴とする。したがって、微細パターンが正常なトップ面よりも下まで研磨されることがなくなり、研磨加工を高精度に行なうことが可能になる。

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図である。図１において、このテープ研磨装置は、基板１の表面を観察する観察機構２と、観察された画像を映し出すモニタ３と、基板１上に形成されたリブの正常なトップ面の高さを測定する位置検出機構４と、リブの突起欠陥部を研磨するテープ研磨ユニット５と、研磨時に発生した切り屑を吸引する切り屑吸引機構６と、装置全体を制御するコントローラ７とを備える。さらに、その他に基板１をＸＹ方向（水平方向）に移動させるＸＹテーブル８と、観察機構２、位置検出機構４、テープ研磨ユニット５をＺ方向（垂直方向）に移動させるＺテーブル９などが設けられている。

次に、このテープ研磨装置の使用方法について説明する。まず、観察機構２で基板１の表面を観察して、基板１上に形成されたリブの突起欠陥部を探す。次に、図２（Ａ）に示すように、基板１上に形成されたリブ１１の突起欠陥部１２近傍の上方に位置検出機構４を配置する。そして、位置検出機構４でリブ１１の正常なトップ面１１ａの高さ（基準位置）を測定する。通常は、位置検出機構４として、レーザ変位計などの非接触変位計が使用される。

次に、図２（Ｂ）に示すように、突起欠陥部１２の上方にテープ研磨ユニット５を配置させる。テープ研磨ユニット５は、突起欠陥部１２を研磨するための研磨テープ１３と、所定の回転速度で回転駆動される供給リール１４ａおよび巻取リール１４ｂと、補助リール１５ａ，１５ｂと、その底面で研磨テープ１３を突起欠陥部１２に押し当てるための研磨ヘッド１６と、バネの伸張力によって研磨ヘッド１６を下方に押し付ける圧縮バネ１７と、圧縮バネ１７による押付力が所定の押付力Ｆになるように制御する押付力制御部１８とを備える。圧縮バネ１７および押付力制御部１８は、研磨ヘッド１６を所定の押付力Ｆで下方に押し付ける押付制御機構を構成する。なお、圧縮バネ１７を用いる代わりに、圧縮空気の膨張力を利用してもよい。

供給リール１４ａ、巻取リール１４ｂおよび補助リール１５ａ，１５ｂは、研磨テープ１３を研磨ヘッド１６の底面に沿って所定の速度で送るテープ送り機構を構成する。供給リール１４ａおよび巻取リール１４ｂの回転速度は、突起欠陥部１２の材質に応じて任意に調整される。

次に、テープ研磨ユニット５を突起欠陥部１２に向けてゆっくりと下降させていく。そして、図２（Ｃ）に示すように、研磨テープ１３を所定の速度で送りながら突起欠陥部１２に押し当てて、突起欠陥部１２を研磨する。引き続いて、図２（Ｄ）に示すように、テープ研磨ユニット５をさらに下降させて突起欠陥部１２を研磨する。最終的には、位置検出機構４によって測定された基準位置まで研磨ヘッド１６を下降させ、突起欠陥部１２をリブ１１の正常なトップ面１１ａと同じ高さまで研磨して、研磨加工を終了する（図２（Ｅ）参照）。

ここで、従来のテープ研磨装置では、小さな直径（たとえばφ０．１〜０．５ｍｍ）の円柱型の研磨ヘッド１６が使用されていた。研磨ヘッド１６の直径が小さいほど、基板１に対して研磨ヘッド１６が傾いた場合に加工精度への悪影響が少なくなるなどのメリットがある。ところが、近年は比較的大きな突起欠陥が発生する確率が増加しており、研磨ヘッド１６の底面積よりも大きなサイズの突起欠陥部を修正するためには、研磨ヘッド１６を走査しながら突起欠陥部１２を研磨加工したり、複数回繰り返して研磨テープ１３を突起欠陥部１２に押し当てるなどの工夫する必要があり、タクトタイムが膨大になってしまうという問題があった。

さらに、研磨性能を考慮して圧縮バネ１７による押付力Ｆを大きくしていたため、研磨ヘッド１６の押付圧力Ｐが突起欠陥部１２およびリブ１１の材料を研磨可能な最小押付圧力値Ｐ_minよりも常に大きくなっていた。この場合、研磨性能は良いが、正常なリブ１１まで削り取ってしまわないように基準位置に対して研磨ヘッド１６を正確に位置制御する必要がある。たとえば、位置検出機構４によって測定された基準位置に誤差があれば研磨加工を正確に行なうことができなくなるため、かなり高精度な測定性能が要求される。

そこで、この一実施の形態では、図３（Ａ）に示すように、突起欠陥部１２のサイズよりも大きな底面積Ａ_totalを有する研磨ヘッド１６を使用する。たとえば、突起欠陥部１２の長さＬよりも大きな直径Ｄ_hed（たとえばφ２ｍｍ以上）を有する円柱型の研磨ヘッド１６を使用する。さらに、研磨ヘッド１６の底面全体がリブ１１に押し付けられているときの押付圧力Ｐ_totalが最小押付圧力値Ｐ_minよりも小さくなるように、圧縮バネ１７による押付力Ｆ（＝Ｐ_total×Ａ_total）を予め設定する。なお、研磨ヘッド１６の底面積Ａ_totalはπ×（Ｄ_hed／２）²で表わされる。

この場合、図３（Ｂ）に示すように、テープ研磨ユニット５とともに研磨ヘッド１６を下降させて、研磨テープ１３を突起欠陥部１２に押し当てて研磨しているときの押付圧力ＰはＦ／Ａとなる。ただし、研磨ヘッド１６の底面積Ａ_totalのうちの突起欠陥部１２に押し付けられている部分の面積をＡとする。

突起欠陥部１２の形状は一般的に山形状であり、研磨加工開始時は研磨ヘッド１６の底面全体のうち突起欠陥部１２に押し付けられている部分の面積Ａは、研磨ヘッド１６の底面積Ａ_totalよりも小さいため、押付圧力Ｐ（＝Ｆ／Ａ）＞Ｐ_minの関係が成立している。このため、突起欠陥部１２は良好に研磨される。

続いて、図３（Ｃ）に示すように、テープ研磨ユニット５とともに研磨ヘッド１６をさらに下降させて研磨加工を続けると、研磨ヘッド１６の底面全体のうち突起欠陥部１２に押し付けられている部分の面積Ａが次第に大きくなっていくため、押付圧力Ｐ（＝Ｆ／Ａ）が小さくなっていき、突起欠陥部１２が研磨されにくくなってくる。

そして、図３（Ｄ）に示すように、基準位置まで研磨ヘッド１６を下降させて
、突起欠陥部１２をリブ１１の正常なトップ面１１ａと同じ高さまで研磨すると、研磨ヘッド１６の底面全体がリブ１１に押し付けられる。このときの研磨ヘッド１６の押付圧力Ｐ_total（＝Ｆ／Ａ_total）が、突起欠陥部１２およびリブ１１の材料を研磨可能な最小押付圧力値Ｐ_minよりも小さくなるように、圧縮バネ１７による押付力Ｆが予め設定されている。このため、リブ１１が正常なトップ面１１ａよりも下まで研磨されることがなくなる。仮に、位置検出機構４によって測定された基準位置に誤差があったとしても、研磨加工を正確に行なうことができる。

したがって、位置検出機構４の測定精度などに影響されることなく、突起欠陥部１２を完全に除去することができ、またリブ１１が正常なトップ面１１ａよりも下まで研磨されることもなくなり、研磨加工を高精度に行なうことが可能になる。さらに、突起欠陥部１２のサイズよりも大きな底面積Ａ_totalを有する研磨ヘッド１６を使用するため、突起欠陥部１２を一度に修正することができ、タクトタイムを大幅に短縮することが可能となる。

なお、ここでは円柱型の研磨ヘッド１６を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。研磨ヘッド１６の形状に係らず、研磨ヘッド１６の底面積Ａ_totalが突起欠陥部１２のサイズよりも大きくなるようにすれば、同様の効果が得られる。

ただし、この一実施の形態では、従来よりも大きな直径Ｄ_hedの研磨ヘッド１６を使用するため、図４（Ａ）に示すように、基板１に対して研磨ヘッド１６が傾いている場合は、加工精度への悪影響が大きくなる。

たとえば、位置検出機構４によって測定された基準位置に誤差があった場合、テープ研磨ユニット５とともに研磨ヘッド１６を下降させていくと、図４（Ｂ）に示すように、リブ１１が正常なトップ面１１ａよりも下まで研磨されてしまうことがある。すると、図４（Ｃ）に示すように、正常なリブ１１まで削り取られてしまう。

そこで、この一実施の形態では、テープ研磨ユニット５の傾きを微調整する傾き調整機構を設ける。図５（Ａ）（Ｂ）は、テープ研磨ユニット５の傾き調整機構の構成および動作を示す図である。図５（Ａ）を参照して、ナット２１ａ，２１ｂはともに図１に示したＺテーブル９に固定されており、調整ネジ２２ａ，２２ｂはそれぞれナット２１ａ，２１ｂにねじ込まれている。また、テープ研磨ユニット５は、図１に示したＺテーブル９に傾き調整可能なように設けられている。

ナット２１ａ，２１ｂおよび調整ネジ２２ａ，２２ｂは傾き調整機構を構成しており、テープ研磨ユニット５が傾いている場合や基板１を搭載したＸＹテーブル８が傾いている場合など基板１に対して研磨ヘッド１６が傾いている場合であっても、研磨ヘッド１６が基板１に対して垂直になるようにテープ研磨ユニット５の傾きを微調整することができる（図５（Ｂ）参照）。したがって、研磨加工を正確に行なうことが可能になる。

なお、テープ研磨ユニット５の傾きの影響を最小限に抑えるために、図６に示すように、その底面の縁が丸みを帯びたＲ形状を有する円柱型の研磨ヘッド１６を使用してもよい。ただし、研磨ヘッド１６の底面のうちＲ形状部分を含まない平面部分の底面積Ａ_totalに対して、押付圧力Ｐ_total（＝Ｆ／Ａ_total）＜最小押付圧力値Ｐ_minとなるようにする。また、図７に示すように、その底面が球面形状を有する円柱型の研磨ヘッド１６を使用してもよい。

また、この一実施の形態では、プラズマディスプレイの背面ガラス基板１上に形成されたリブ１１の突起欠陥部１２を修正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以外のフラットパネルディスプレイの製造工程において発生した突起欠陥部を修正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。

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図である。図１に示したテープ研磨装置の使用方法を示す図である。図２に示したテープ研磨ユニットの要部の動作を示す図である。基板に対して研磨ヘッドが傾いている場合のテープ研磨ユニットの要部の動作を示す図である。テープ研磨ユニットの傾き調整機構の構成および動作を示す図である。研磨ヘッドの形状の変更例を示す図である。研磨ヘッドの形状の他の変更例を示す図である。プラズマディスプレイの背面ガラス基板の構成を示す斜視図である。リブの突起欠陥部を示す斜視図である。

符号の説明

１，１０１基板、２観察機構、３モニタ、４位置検出機構、５テープ研磨ユニット、６切り屑吸引機構、７コントローラ、８ＸＹテーブル、９Ｚテーブル、１１，１０２リブ、１１ａ，１０２ａトップ面、１２，１０３突起欠陥部、１３研磨テープ、１４ａ供給リール、１４ｂ巻取リール、１５ａ，１５ｂ補助リール、１６研磨ヘッド、１７圧縮バネ、１８押付力制御部、２１ａ，２１ｂナット、２２ａ，２２ｂ調整ネジ。

Claims

基板上に形成された微細パターンの突起欠陥部を研磨して修正するテープ研磨装置であって、
前記突起欠陥部を研磨するための研磨テープと、その底面で前記研磨テープを前記突起欠陥部に押し当てるための研磨ヘッドと、前記研磨テープを前記研磨ヘッドの底面に沿って所定の速度で送るテープ送り機構と、所定の押付力になるように制御しながら前記研磨ヘッドを下方に押し付ける押付制御機構とを含むテープ研磨ユニット、および
前記基板と前記テープ研磨ユニットを相対的に移動させる移動装置を備え、
前記研磨ヘッドの底面は、前記突起欠陥部よりも大きく、
前記押付制御機構は、前記研磨ヘッドの底面全体が前記微細パターンに押し付けられているときの押付圧力が、前記微細パターンの材料を研磨することが可能な最小押付圧力よりも小さくなるように、前記所定の押付力を予め設定することを特徴とする、テープ研磨装置。
前記押付制御機構は、圧縮バネの伸張力または圧縮空気の膨張力を利用して、前記研磨ヘッドを下方に押し付けることを特徴とする、請求項１に記載のテープ研磨装置。
前記研磨ヘッドは、円柱形状を有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。
前記研磨ヘッドの底面の縁は、丸みを帯びたＲ形状を有することを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれかに記載のテープ研磨装置。
さらに、前記テープ研磨ユニットの前記基板に対する傾きを調整する傾き調整機構を備えることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれかに記載のテープ研磨装置。