JP5151398B2 - 機械研磨方法、機械研磨装置および研磨物 - Google Patents

Description

本発明は、平板状のガラス板、ウエハー等の加工対象物（ワーク）の表面と工具との間に研磨材を介在させて目的形状に研磨する機械研磨方法、機械研磨装置、及び機械研磨方法により研磨されたガラス板、ウエハー等の研磨物に関する。

液晶ディスプレイ等の画像表示装置の大サイズ化が進み、例えば２ｍ角以上のマザー・ガラスが使用されており、さらなる大型化が要求されている。

この大型化されたマザー・ガラスに対して、例えばＲ、Ｇ、Ｂ等のパターンを転写するためのマスク基板もマザー・ガラスの大型化に合わせて大型化が要求される。

マスク基板は、例えば矩形平板状の石英ガラス製ガラス基板表面にマスクを形成したもので、ガラス基板表面には高い平坦度が要求されている。

大サイズのガラス基板表面を高平坦度に研磨する技術として、上下方向に回転軸を有するワーキングテーブル上にワークであるガラス基板を装着し、上下方向に回転軸を有する研磨用の工具を該ワーキングテーブルの径方向に沿って揺動可能に配置し、前記ワーキングテーブルの１回転で回転する工具を４往復揺動（４周期揺動）させ、矩形平板状のワークに対して工具軌跡を矩形に形成し、前記工具の往復揺動中心位置を僅かずつワーキングテーブルの回転中心に向かってずらすことで、ガラス基板の表面を全面にわたって研磨する（特許文献１）。

この特許文献１の加工方法では、前記ワーキングテーブルの回転角速度を等速とし、工具位置をガラス基板の各一辺が通過するのに同期して工具を１往復移動させ、ガラス基板が１回転した時における工具の揺動方向中心位置を僅かにワーキングテーブルの中心に向かって移動させ、同様に工具を揺動させる。

そして、ガラス基板の角部が工具位置を通過する前後の揺動速度を速くすることで、ガラス基板に対する工具軌跡を曲線とし、ガラス基板の角部の奥深くまで工具を送り込むようにしている。これにより、ガラス基板の大サイズ化に応じて工具の直径が大きくなっても、ガラス基板の角部の加工量を目的の加工量で加工できるようにしている。

また、特許文献１の加工方法では、ワークであるガラス基板に工具を一定圧力で押し付けながら加工（以下、定圧加工と称す）している。この定圧加工では、一定圧力で工具をワークに押し付けて加工するため、ワークが研磨されればその分工具が下方に自動的に下がることになる。

また、特許文献１の加工方法等の加工方法では、ワークであるガラス基板の表面を加工する前に、該表面形状を計測し、計測データに基づいて目的形状のガラス基板表面を得るのに要するワークと工具との相対回転速度、加圧力、同一工具軌跡に対する加工回数等を演算する。
特開２００６−０６２０５５号公報

ワークとしてのガラス基板は、その表面形状を計測する際、計測装置の定盤上に例えば水平姿勢で載置され、表面形状が測定され、その後加工装置の定盤上に保持手段を介して載置される。

図２（ａ）は、計測装置の定盤上で計測したガラス基板１の基板表面形状を示し、計測結果として、Ａ部が図２（ｄ）に示す略平坦形状、Ｂ部が図２（ｅ）に示す凸形状（実凸部とする）で、目的形状との関係において、Ａ部は加工不要（加工したくない）箇所であり、Ｂ部は要加工（加工したい）箇所とする。

一方、ガラス基板１は、垂直姿勢から水平姿勢に保持姿勢を変更した場合、また水平姿勢においてガラス基板１の周辺部のみを支持した場合とガラス基板１の全面を支持した場合とではガラス基板１の表面形状が変化する。

図２（ａ）ではガラス基板１を例えば垂直姿勢で基板表面形状を計測し、図２（ｂ）はこのガラス基板１を平坦な水平台上に載置した場合を示す。ガラス基板１の厚みは全体において一定ではなく、僅かなバラツキがあり、Ａ部の板厚が僅かに厚いと、図２（ｂ）に示すように、板厚が表面形状に影響を及ぼし、略平坦であったＡ部が水平載置状態で凸形状に変化する（この凸形状に変化したＡ部を虚凸部とする）。そして、図２（ｃ）に示すように、このガラス基板１を加工装置の定盤上に配置した保持手段２上に載置すると、本来は表面形状が略平坦な箇所であったＡ部が虚凸部になる。なお、この虚凸部は、ガラス基板１を定盤あるいは保持手段２から取り外すと消え、Ａ部は図２（ａ）に示す略平坦形状に戻る。

そして、図２（ｆ）に示すように、定圧加工により、例えば工具面の向きを自在に変更できる首振り式の工具３でガラス基板１の表面を加工すると、加工したい実凸部であるＢ部だけでなく、加工したくない虚凸部であるＡ部も加工されてしまい、加工後にガラス基板１を保持手段２から取り外すと、Ａ部が凹部となり目的とする表面形状が得られなくなる。

本発明の目的は、このような観点に鑑みなされたもので、加工時においてガラス基板等のワークの表面に虚凸部などが現れても、計測結果に基づいて決定された要加工部のみを加工し、ワーク表面を目的形状に加工できる機械研磨方法、機械研磨装置およびこの機械加研磨方法により加工された研磨物を提供するものである。

本発明の目的を実現する第１の機械研磨方法は、回転テーブル上に粘弾性素材の保持手段を介して水平姿勢に保持した板状の研磨対象物に対し、前記研磨対象物に対する工具面の向きを固定した状態で回転する研磨工具を段階的に近づけて切り込みを行う工具切り込み形式の切り込み加工により研磨する機械研磨方法であって、前記研磨対象物を前記保持手段に載置する前に、予め該研磨対象物の表面形状を計測して修正加工範囲内における修正加工量を求め、前記修正加工量に基づいて前記研磨工具を前記研磨対象物に対して段階的に近づけて切り込みを行い、前記回転テーブル上の前記研磨対象物における修正加工範囲内の表面形状に存在する修正加工を要する実凸部と修正加工を不要とする板厚のバラつきによって生じる虚凸部を前記研磨工具が通過する際、前記実凸部に対しては前記研磨工具の通過時間を短くすることで前記保持手段の粘弾性変形を小さくして当該実凸部に対し研磨工具圧力を伝え、修正加工を不要とする虚凸部に対しては前記研磨工具の通過時間を長くすることで前記保持手段の粘弾性変形を大きくして当該虚凸部に対し研磨工具圧力を伝えないようにしたことを特徴とする。

本発明の目的を実現する第２の機械研磨方法は、上記した第１の方法で、前記通過時間の長短は、前記研磨対象物が保持される回転テーブルの回転速度を調節することで生成することを特徴とする。

本発明の目的を実現する第３の機械研磨方法は、上記したいずれかの方法で、前記切り込み加工のタイミングは、前記研磨工具を所定の加工時間毎、又は前記回転テーブルの所定回転毎に段階的に降下させることを特徴とする。

本発明の目的を実現する第４の機械研磨方法は、上記した第１または第２の方法で、前記切り込み加工のタイミングは、前記研磨対象物における加工を不要とする個所では行わず、前記研磨対象物における加工を要する個所に合わせて行うことを特徴とする。

本発明の目的を実現する第５の機械研磨方法は、上記したいずれかの方法で、前記研磨対象物における加工を要する箇所での前記研磨工具の回転数を速くし、加工を不要とする箇所での前記研磨工具の回転数を遅くしたことを特徴とする。

本発明の目的を実現する第１の機械研磨装置は、ワーク回転駆動機構により回転数可変に回転駆動される水平回転テーブルと、板状の研磨対象物を前記水平回転テーブルに対して水平姿勢に担持する粘弾性素材からなるシート状の保持手段と、上下方向に回転軸を有し、前記研磨対象物に対する工具面の向きを固定した前記研磨対象物の上面を研磨する研磨工具と、前記研磨工具を切り込み加工のために昇降させる工具昇降機構と、前記ワーク回転駆動機構と前記工具昇降機構をそれぞれ駆動制御すると共に、研磨対象物に対して加工を要する箇所と加工を不要とする箇所を予め設定した制御手段と、を有し、前記制御手段は、予め設定した加工を要する箇所が工具に当接する際の回転速度を速くし、加工を不要とする箇所が該工具に当接する際の回転速度を遅くするように前記ワーク回転駆動機構を制御することを特徴とする。

本発明の目的を実現する第２の機械研磨装置は、上記した第１の研磨装置で、前記制御手段は、前記切り込み加工のタイミングとして、前記研磨工具を所定の加工時間毎、又は前記回転テーブルの所定回転毎に段階的に降下させることを特徴とする。

本発明の目的を実現する第３の機械研磨装置は、上記した第１の研磨装置で、前記制御手段は、前記切り込み加工のタイミングとして、前記研磨対象物における加工を不要とする個所では行わず、前記研磨対象物における加工を要する個所に合わせて行うことを特徴とする。

本発明の目的を実現する第４の機械研磨装置は、上記したいずれかの研磨装置で、前記制御手段は、前記研磨対象物における加工を要する箇所での前記研磨工具の回転数を速くし、加工を不要とする箇所での前記研磨工具の回転数を遅くしたことを特徴とする。

本発明の目的を実現する研磨物は、上記したいずれかの機械研磨方法により研磨されたことを特徴とする。

本発明の機械加工方法によれば、研磨対象物として例えばマスク用のガラス基板等を例えば修正加工により目的の形状に研磨加工する際、ガラス基板を水平姿勢に保持することで、ガラス基板の板厚変化がガラス基板の研磨加工面に現れ、本来は加工を不要とする箇所が加工を要する箇所と同様に凸となる場合であっても、ガラス基板などの研磨対象物を発泡ポリウレタン等の粘弾性素材により構成した保持手段により担持（保持）させ、当該箇所における研磨工具の通過時間を長短制御することで、要研磨箇所のみを加工することができる。

ここで粘弾性素材は、急激な変形を加えた場合には弾性体として作用し変形部分が元に戻るのに対し、ゆっくりとした変形を加えた場合には、粘性流動が加わって形が変る（すぐには元に戻らない）という特徴を有している。

このように要不要個所について選択的に加工ができるのは、発泡ポリウレタン等の粘弾性素材の特性によるもので、粘弾性素材の保持手段上に載置したガラス基板に研磨工具により長時間にわたって加圧を付与する、すなわちゆっくりと荷重を加えると当該部分が徐々に変形し、その荷重を緩和する変形量が大きくなって工具圧力が基板に伝わらないのに対し、短時間で加圧する、すなわち急激に荷重を加えると、変形量が小さく圧力の緩和も小さくなる。そのため、工具切り込み形式の切り込み加工法により、当該部分をある程度の時間をかけて加工すると研磨工具を長時間の加圧した部分は殆ど加工されず、短時間で加圧した部分が加工されることになる。

請求項２に係る発明によれば、回転テーブルの回転速度の高低を調節するという簡単な方法で、加工不要の凸部分の加工を行うことなく加工要の凸部分のみを切り込み加工することができる。

請求項３に係る発明によれば、切り込み加工のタイミングとして、前記研磨工具を所定の加工時間毎、又は前記回転テーブルの所定回転毎に段階的に降下させることで、切り込み加工のタイミング制御が容易に行える。

請求項４に係る発明によれば、切り込み加工のタイミングとして、前記研磨対象物における加工を不要とする個所では行わず、前記研磨対象物における加工を要する個所に合わせて行うので、誤って加工不要箇所を加工することがない。

請求項５に係る発明によれば、工具の高速化で加工進行が行え、工具の低速化で加工の抑制を行える。

請求項６に係る発明によれば、研磨工具により切り込み加工を採用している研磨装置において、回転テーブルに粘弾性素材からなるシート状の保持手段を介してガラス基板等の研磨対象物を載置させ、加工を要する箇所が工具に当接する際の回転速度を速くし、加工を不要とする箇所が該工具に当接する際の回転速度を遅くするだけで、加工の要の個所のみを確実に加工することができる。

請求項７に係る発明によれば、切り込み加工のタイミングを容易に設定することができる。

請求項８に係る発明によれば、加工不要箇所で切り込みのために研磨工具が降下すると、急激な変形を受けて加工が施されるおそれがあるが、切り込み加工のタイミングとしてこの個所を外しているので、誤加工のない研磨加工が行える。

請求項９に係る発明によれば、研磨工具の回転数を調節することで、加工の進行を速めたり加工を抑制したりすることができる。

請求項１０に係る発明によれば、目的形状に加工したガラス基板等の研磨対象物を提供することができる。

また、本発明による機械研磨装置によれば、水平回転テーブル上の保持手段として発泡ポリウレタン等の粘弾性素材のものを用意し、水平回転テーブルの回転数を制御するだけで、切り込み加工により上述の要加工箇所のみを研磨加工することができる。

さらに、本発明の方法及び装置によれば、切り込み加工に際しては、研磨対象物に対する工具面の向きを固定した研磨工具を使用することにより、要加工個所の凸部分になぞって研磨工具が首ふりしながら移動することがなく、要加工個所の凸部分を研磨することができる。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
図１は本発明による機械研磨装置の実施形態を示し、（ａ）は概略上面図、（ｂ）は概略正面図および制御ブロック図を示す。図２は、本発明の研磨加工を説明するための図である。

本実施形態による機械研磨装置１０は、不図示の基台に上下方向に回転軸１１を有するワーク回転駆動機構１２を取り付けている。

ワーク回転駆動機構１２は、回転数可変の駆動モータ１２ａと減速機１２ｂとモータの回転角（角速度）を検出するロータリエンコーダ１２ｃ等により構成され、減速機１２ｂの出力側に回転軸１１を取り付け、この回転軸１１の上端に水平回転テーブル１３を取り付けている。

水平回転テーブル１３上には、ワーク保持手段１４が設置され、このワーク保持手段１４上にワーク（研磨対象物）であるガラス基板１を水平姿勢に保持する。本実施形態において、ワーク保持手段１４は、発泡ポリウレタン等の粘弾性素材を平板状（シート状）としたもの（以下、バッキングパッドと称す）を使用している。

一方、水平回転テーブル１３の上方には、上下方向に回転軸１５ａを有する工具１５が配置され、工具回転駆動機構１６により工具１５を回転駆動する。工具回転駆動機構１６は、工具昇降機構１７を介して工具水平移動機構１８に取り付けられ、工具水平移動機構１８は水平案内手段１９に支持案内されて水平方向に移動可能となっている。

工具１５は、工具本体１５ｂの工具面の向きをガラス基板１の表面に対して固定しており、本実施形態では工具本体１５ｂを回転軸１５ａに対して直角に固定している。

工具回転駆動機構１６は、工具回転数指令により回転数を可変とし、また例えばロータリエンコーダにより工具１５の回転数を検出可能としている。

工具昇降機構１７は、不図示の位置センサにより工具１５の昇降位置を検出可能とすると共に、不図示のパルスモータ等のアクチュエータに工具昇降指令信号を出力すると、指令信号に応じて工具１５を昇降させる。そして、切り込み加工を実行する場合には、工具１５を段階的に降下させる。

工具水平移動機構１８は、例えば工具１５が水平回転テーブル１３の回転中心を通る直径線上を移動軌跡として工具１５を往復移動（揺動）させ、不図示の位置センサにより工具１５の水平方向位置を検出可能としている。

工具１５の往復移動量と水平回転テーブル１３の回転速度との関係を調節することにより、工具１５がガラス基板１に対して種々の工具軌跡を描いて研磨することができ、例えば図１（ａ）に示すように、工具１５の往復移動軌跡をＸ軸とし、研磨加工のスタート位置を水平０°位置（往復動を０°から３６０°とする）とすると、例えば回転テーブル１３の１回転と工具１５の往復動を同期させた場合、工具１５の往復動で元の位置に戻るとガラス基板１がちょうど１回転して元の位置に戻る。また、図２（ｆ）に示すように、工具１５はガラス基板１の外周側から内周側に向かって工具軌跡Ｔを描くように移動する。なお、工具１５の往復動に伴う揺動範囲は、例えば図１（ａ）を例にすると、ガラス基板１の外周端と中心との間を少なくともカバーできる範囲としている。

本実施形態において、工具１５を上方から下方へ段階（ステップ）的に降下させる切り込み加工において、切り込みのタイミング（工具１５を１ステップ降下させるタイミング）として所定の加工時間毎で行っているが、回転テーブル１３の周回数に応じて行うようにしても良い。また、図２（ａ）に示す虚凸部付近では切り込まず、実凸部の手前で切り込むようにしても良い。

上記切り込み加工において、工具１５の総降下量（目標切り込み量）は図２（ａ）に示す基板表面形状の計測結果から、目的形状を得るのに要する修正加工量に基づいて求められる。

また、図２（ａ）に示すように、基板表面形状の計測結果により、Ａ部が加工不要箇所、Ｂ部が要加工箇所と判定した場合、図２（ｃ）に示すように、修正加工範囲に加工不要箇所Ａ部の表面が存在するため、この加工不要箇所Ａ部が研磨加工されてしまうように思われる。

ガラス基板１の加工不要箇所Ａ部にできた虚凸部は、ガラス基板１をワーク保持手段であるバッキングパッド１４上に載置することにより、ガラス基板１の板厚のバラツキで形成されたものであり、弾性変形容易な部分でもある。

そこで、工具１５が通過する際に虚凸部を下方に向けて押し下げ、その時に粘弾性素材からなるバッキングパッド１４の変形量が大きく圧力の緩和が大きければ、工具圧力がガラス基板に伝わらないので、当該虚凸部が工具１５により研磨加工されずに済むことになる。

また、ガラス基板１の要加工個所Ｂ部の実凸部が工具１５を通過する際に、実凸部を下方に押し下げるが、バッキングパッド１４の変形量が小さく圧力の緩和が小さければ、工具圧力がガラス基板に伝わり、当該実凸部が工具により研磨加工されることになる。

このように、実凸部と虚凸部とについてバッキングパッド１４の変形量を調節可能とするには、工具１５が通過する際に、工具１５の加圧時間を調節することにより行える。すなわち、バッキングパッド１４を構成する粘弾性素材の特性として、急激な変形を受けると弾性変形性が支配的となり元に戻るという例えばバネと同様の作用を有するのに対し、ゆっくりとした変形を受けると粘性流動性が支配的となり変形を受けた形状に略変形する。したがって、工具１５の通過時間を短くすればバッキングパッド１４は急激な変形を受けることになり、逆に工具１５の通過時間を長くすればバッキングパッド１４はゆっくりとした変形を受けることになる。

したがって、切り込み加工により工具１５を段階的に降下させて工具１５の工具面をガラス基板１の表面に当接させて研磨することになるが、加圧時間の調整は回転テーブル１３の回転数を変化させて行っている。この場合、工具１５の当接箇所が実凸部では高回転速度とし、工具１５の当接箇所が虚凸部では低速回転速度としている。その際、工具１５の回転数も実凸部では高回転、虚凸部では低回転とする。工具の高回転は加工をより進行させ、逆に低回転は加工を抑える。

したがって、図２（ｇ）に示すように、切り込み加工により実凸部が工具１５と当接する場合には、工具１５とガラス基板１の当該実凸部（当接箇所）における回転方向の相対回転速度を速くすることで当該当接箇所のバッキングパッド１４に対する変形量が小さく、工具１５による当該実凸部の研磨加工を可能とする。

また工具１５との上記当接箇所が虚凸部の場合では、当該当接箇所での工具１５に対するガラス基板１の相対回転速度部を低くすると、当該当接箇所のバッキングパッド１４に対する変形量が大きくなり、工具１５による虚凸部の研磨加工を不可能とする。

このように、工具１５により加工される領域において、工具１５に対するガラス基板１の相対回転速度の変更は、図２（ａ）に示すように、基板表面形状の計測結果に基づいて目的形状とする修正加工量が演算されると、ガラス基板１の表面全面に対する工具軌跡Ｔがパソコン（ＰＣ）で作成される。

パソコンでは、各工具軌跡Ｔに対応して、要加工箇所と加工不要箇所に応じた工具１５に対するガラス基板１の相対回転速度（回転数）を設定する。また、ガラス基板１の回転速度の変更（水平回転テーブル１３の回転数の変更）に同期するように、工具１５の揺動速度を設定し、また工具回転数を設定する。

本実施形態では、１加工周回における水平回転テーブル１３（ガラス基板１）の回転位置が０°から３５９°までの１°毎に、工具水平揺動位置、工具回転数、ガラス基板回転数をそれぞれパソコン（ＰＣ）１９で作成し、これを修正加工データとして制御装置２０のバッファ２０ａに送信する。例えば、図２（ａ）に示すように、略平坦な表面形状のＡ部がＢＰ１４上に載置した時に虚凸部となる場合、工具軌跡ＴｍからＴｎにおいて、加工対象部分が存在しない回転角０°からθ１までの範囲では高速回転、次に虚凸部の存在するθ２の回転角範囲では低速回転、次の加工対象部分が存在しない回転角θ３の回転角範囲では高速回転、さらに加工対象部分が存在する回転角θ４の回転角範囲では高速回転で回転するようにデータを作成する。

なお、ガラス基板１の回転数は、例えば０．５rpm〜２０rpmとし、高速回転数といってもガラス基板１の回転中心に近い位置と遠い位置では工具１５に対する回転速度が異なるので、夫々適宜の回転数を設定する。

制御装置２０は、ＣＰＵ２０ｂからバッファ２０ａに修正加工データの問い合わせを行うと、バッファ２０ａはＰＣ１９から問い合わせに対応するデータをバッファ２０ａに送信する。

また、制御装置２０は、制御パネル２１に設けた操作ボタン（初期位置ボタン、スタートボタン、加工ボタン、停止ボタン）を操作すると、操作スイッチである初期位置スイッチ（ＳＷ）２１ａ、スタートスイッチ２１ｂ、加工スイッチ２１ｃ、停止スイッチ２１ｄがそれぞれＯＮし、ＯＮ信号をＣＰＵ２０ｂに出力する。

制御装置２０は、ＣＰＵ２０ｂに各操作スイッチ２１ａ〜２１ｄからのＯＮ信号が入力すると、図３Ａ、図３Ｂに示すフローチャートに従って機械研磨装置１０のワーク回転駆動機構１２、工具回転駆動機構１６、工具昇降機構１７、工具水平移動機構１８を駆動制御する。

図３Ａにおいて、初期位置スイッチ２１ａをＯＮすると（Ｓ１）、水平回転テーブル１３の所定位置に載置したガラス基板１が初期位置（ゼロ位置）であるか、工具１５の昇降方向および水平方向が初期位置（ゼロ位置）であるかを確認し（Ｓ２）、スタートスイッチ２１ｂがＯＮされるのを待つ（Ｓ３）。

Ｓ３において、スタートスイッチ２１ｂがＯＮされると、ＰＣ１９からバッファ２０ａを介して初期位置データ（０°位置データ）を受け取り（Ｓ４）、工具水平移動機構１８に工具水平０°位置指令（工具水平初期位置指令）を出力し（Ｓ５）、工具１５を水平方向の初期位置（水平０°位置）に到達するまで移動させる（Ｓ６、Ｓ７）。また、工具昇降機構１７に、工具昇降初期位置指令を出力し（Ｓ８）、工具１５が昇降方向の初期位置に到達するまで移動させる（Ｓ９、Ｓ10）。

ここで、工具昇降初期位置は、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１から上方に離れた位置で、工具設定高さに、所定の高さマージンを加えた高さとしている。また、工具設定高さは、図４（ｂ）に示すように、ガラス基板１が未研磨加工状態において、工具１５とガラス基板１が接する高さである。また、切り込み加工のために工具１５を降下させる高さを工具高さと称す。

なお、ガラス基板１は、バッキングパッド１４を介して水平回転テーブル１３上に載置されているので、水平回転テーブル１３の表面からガラス基板１の表面までの高さ、及び工具１５の上方待機位置と水平回転テーブル１３の間隔を計測し、これを制御装置２０に予め入力しておけば、前記工具昇降初期位置は求まる。

また、工具１５をガラス基板１にいきなり接するように降下させるとガラス基板１を傷めるおそれがあるため、工具１５を上方の待機位置からある程度の高さまで降下させ、そこから工具設定高さまでゆっくりと工具を降下させるようにしており、その高さを工具高さマージンとし、例えば７ｍｍ程度に設定している。なお、工具１５が昇降方向の最も上方へ退避した待機位置から工具昇降初期位置まで速く降下させ、その後はゆっくりと工具設定高さまで降下させる。

Ｓ１１において、工具１５が水平方向及び昇降方向において共に初期位置に達したと判断（Ｓ７，Ｓ１０終了）すると、加工スイッチ２１ｃがＯＮされるのを待つ（Ｓ１２）。そして、加工スイッチ２１ｃがＯＮされると、内蔵タイマーを始動させる（Ｓ１３）。

本実施形態において、切り込みタイミング（工具１５を１ステップ降下させるタイミング）は、加工時間間隔に基づいて行っており、この加工時間間隔を内蔵タイマーに設定している。例えば加工時間間隔をｔとすると、加工時間間隔ｔのｎ倍をタイマー時間としている。

Ｓ１３で内蔵タイマーが始動すると、工具昇降機構１７に工具設定高さ位置指令を出力し（Ｓ１４）、図４（ｂ）に示すように、工具１５を工具設定高さに移動させる（Ｓ１５）。また、工具回転駆動機構１６に対し、初期位置（工具水平０°）での工具回転数指令を出力し（Ｓ１６）、工具１５を指令回転数で回転させる（Ｓ１７）。

さらに、Ｓ１３での内蔵タイマーの始動により、ワーク回転駆動機構１２に対し、回転角０°でのガラス基板１の回転数指令を出力し（Ｓ１８）、ガラス基板１をバッキングパッド１４を介して支持している水平回転テーブル１３を指令回転数で回転させ（Ｓ１９、Ｓ２０）、ガラス基板１の回転角度をロータリエンコーダ１２ｃからの角度検出情報に基づいて検出する（Ｓ２１）。

そして、検出角度が次に取り込む角度（次角度とする）であるかどうかを判断し（Ｓ２２）、次角度と判断すると、Ｓ２３において次角度位置データを修正加工用データから取り込み、図３ＢのＳ−Ａに進む。

図３Ｂにおいて、次角度制御に際し、工具１５の水平方向揺動のために次角度での工具水平位置指令を出力し（Ｓ２４）、工具１５を揺動のために次角度位置に移動する（Ｓ２５）。また、次角度での工具回転数指令を出力し（Ｓ２６）、工具１５を指令回転数で回転させるようにモータ１２ａを回転させる（Ｓ２７）。

さらに、次角度での基板回転数指令を出力し（Ｓ２８）、ガラス基板１を指令回転数で回転させる（Ｓ２９、Ｓ３０）このときの工具軌跡上で、当該回転角に前記虚凸部が存在していると、例えば工具回転数を一定とし、基板回転数を小さくして工具１５に対するガラス基板の回転速度を低速とすることにより、当該虚凸部に対する工具１５の通過時間が長くなり、当該虚凸部に対応するバッキングパッド１４の部分が大きく変形し当該虚凸部に対して工具圧力が伝わらない。したがって、工具１５に接する虚凸部の上面は研磨されずに済むことになる。

また、逆に虚凸部ではなく実凸部が存在している場合には、基板回転数を高くして実凸部に対する工具１５の通過時間を短くし、当該実凸部に対応する部分の変形量を小さくする。これにより、当該実凸部に対して工具圧力が伝達され、当該実凸部が研磨加工されることになる。

そして、ガラス基板の回転角を検出し（Ｓ３１）、次角度を検出すると（Ｓ３２）、次角度位置データを取込み（Ｓ３３）、加工を行う（Ｓ３４）。

Ｓ３４での加工中に、内蔵タイマーのタイマー時間をチェックし（Ｓ３５）、タイマー時間に達したかどうかを判断し、タイマー時間に達していなければ、Ｓ３６において次角度であるかどうかを判断する。

Ｓ３６で次角度と判断されると、Ｓ−Ａに戻って再びＳ２４からＳ３３の処理に基づいて加工を行い（Ｓ３４）、またＳ３６で次角度でないと判断されると、引き続いて加工を行う（Ｓ３４）。

一方、Ｓ３５でタイマー時間に達したと判断されると、切り込み加工のために工具高さを所定値、例えば１μｍだけ降下させる指令（切り込み信号）を出力し（Ｓ３７）、工具１５を１μｍだけ降下させ（Ｓ３８）、Ｓ３９に進む。

Ｓ３９では、切り込み量が目標切り込み量に到達しているかどうかを判断し、まだ目標切り込み量に達していなければ、次角度であるかどうかを判断し（Ｓ４０）、次角度でなければＳ３４に戻って引き続いて加工を実行し、次角度であればＳ−Ａに戻って再びＳ２４からＳ３３の処理に基づいて加工を行う（Ｓ３４）。

また、Ｓ３９で目標切込量に達したと判断されると、内蔵タイマーを終了し（Ｓ４１）、Ｓ４２において停止スイッチ２１ｄがＯＮされるのを待ち、停止スイッチ２１ｄがＯＮされると、停止動作を開始する（Ｓ４３）。

Ｓ４３で停止動作が開始されると、高さマージン工具位置上昇指令を出力し（Ｓ４４）、工具１５を高さマージンだけ上昇させる。また、工具回転停止指令を出力し（Ｓ４６）、工具１５の回転を停止する（Ｓ４７）。さらに、ガラス基板回転停止指令を出力し（Ｓ４８）、ガラス基板１の回転を停止して（Ｓ４９）、このガラス基板１に対する研磨加工を終了する。

以上のように、ガラス基板１を定盤上に載置するとガラス基板１の厚みムラ（板厚変化量）が上面側（研磨加工面側）に現れ、研磨不要箇所が要研磨箇所と同様高さの凸部（虚凸部）となってしまう。このため、ガラス基板１の表面形状の計測と共に、ガラス基板１の板厚変化量も計測し、これらの計測結果により、ガラス基板１の上面に対して、例えば修正加工のために求めた要研磨箇所である実凸部と、研磨不要箇所である虚凸部との存在が判明する。

本実施形態では、粘弾性素材で形成したバッキングパッド１４によりガラス基板１を保持し、実凸部が工具１５を通過する時間を短くするために回転テーブル１３の回転速度を速め、バッキングパッド１４における当該実凸部に対応する部分の変形量を小さくして当該実凸部を研磨する。

また、虚凸部が工具１５を通過する時間を長くするために回転テーブル１３の回転速度を遅くし、バッキングパッド１４における当該虚凸部に対応する部分の変形量を大きくして当該虚凸部が研磨されることを避ける。

実施例
バッキングパッドの粘弾性挙動が研磨加工に及ぼす影響を調べるために、同一ガラス基板内で工具滞在時間を変更させてその時の研磨量を計測した。その計測結果を図５に示す。

バッキングパッドは、フジボウＢＰＸ２２２を使用した。バッキングパッド（フジボウＢＰＸ２２２）は、圧縮率（９８ｋＰａの圧力を５分間付与したときの厚み変化率）３５％、圧縮弾性率（９８ｋＰａの圧力を５分間付与し、除荷して５分後の厚み回復率）８６％である。このバッキングパッドは、元の厚さの３５％が縮んで、その３５％のうち、８６％が元に戻る（１４％が元に戻らない＝0.35×0.14＝0.049）ことになる。そうすると、元の厚みが４００μｍとすると、１４０μｍの変形のうち１９．６μｍが元に戻らないことになる。

図５（ａ）は、工具軌跡を半径７４０ｍｍの円形とし、工具回転数を５０rpm、ガラス基板回転数を最小0.5rpm、最大20rpmとした。また、研磨開始位置である０°（０°〜４０°）でのガラス基板回転数を2.78 rpmとし、４０°（４０°〜９０°）で0.5 rpm、９０°（９０°〜１４０°）で3.98rpm、１４０°（１４０°〜１８０°）で11.94 rpm、１８０°（１８０°〜２２０°）で17.72 rpm、２２０°（２２０°〜２７０°）で20 rpm、２７０°（２７０°〜３２０°）で16.52 rpm、３２０°（３２０°〜３６０°）で8.56 rpmとした。

このときのガラス基板の板厚変化量を図５（ｂ）、基板端部の板厚変化量とそのときのガラス基板の回転数を図５（ｃ）に示す。

図５（ｂ）は、ガラス基板１の回転中心を通る直線を０°−１８０°ライン、１４０°−３２０°ライン、９０°−２７０°ライン、４０°−２２０°ラインの４本のライン上におけるガラス基板の板厚変化量を示し、縦軸は研磨を要する研磨量を示し、横軸は基板中央からの端部方向における各ラインの距離を示す。

図５（ｃ）に示すように、ガラス基板の回転数が速くなると研磨量が大きくなる。

本発明による機械研磨装置の実施形態を示し、（ａ）は概略上面図、（ｂ）は概略正面図および制御ブロック図を示す。 本発明の研磨加工を説明するための図。 図１に示す制御装置の動作を示すフローチャート。 図３Ａの続きをフローチャート。 図３Ｂの工具設定高さ、工具マージンを説明する図 工具切り込みによる基板回転数と加工量との関係を示す図。

符号の説明

１ ガラス基板
２ 保持手段
３ 工具（首振り式）
１０ 機械研磨装置
１１ 回転軸
１２ ワーク回転駆動機構
１３ 水平回転テーブル
１４ ワーク保持手段
１５ 工具（固定式）
１６ 工具回転駆動機構
１７ 工具昇降機構
１８ 工具水平移動機構
１９ 水平案内手段
２０ 制御装置
２１ 制御パネル

Claims (10)

1. 回転テーブル上に粘弾性素材の保持手段を介して水平姿勢に保持した板状の研磨対象物に対し、前記研磨対象物に対する工具面の向きを固定した状態で回転する研磨工具を段階的に近づけて切り込みを行う工具切り込み形式の切り込み加工により研磨する機械研磨方法であって、
   前記研磨対象物を前記保持手段に載置する前に、予め該研磨対象物の表面形状を計測して修正加工範囲内における修正加工量を求め、前記修正加工量に基づいて前記研磨工具を前記研磨対象物に対して段階的に近づけて切り込みを行い、前記回転テーブル上の前記研磨対象物における修正加工範囲内の表面形状に存在する修正加工を要する実凸部と修正加工を不要とする板厚のバラつきによって生じる虚凸部を前記研磨工具が通過する際、前記実凸部に対しては前記研磨工具の通過時間を短くすることで前記保持手段の粘弾性変形を小さくして当該実凸部に対し研磨工具圧力を伝え、修正加工を不要とする虚凸部に対しては前記研磨工具の通過時間を長くすることで前記保持手段の粘弾性変形を大きくして当該虚凸部に対し研磨工具圧力を伝えないようにしたことを特徴とする機械研磨方法。
2. 前記通過時間の長短は、前記研磨対象物が保持される回転テーブルの回転速度を調節することで生成することを特徴とする請求項１に記載の機械研磨方法。
3. 前記切り込み加工のタイミングは、前記研磨工具を所定の加工時間毎、又は前記回転テーブルの所定回転毎に段階的に降下させることを特徴とする請求項１または２に記載の機械研磨方法。
4. 前記切り込み加工のタイミングは、前記研磨対象物における加工を不要とする個所では行わず、前記研磨対象物における加工を要する個所に合わせて行うことを特徴とする請求項１または２に記載の機械研磨方法。
5. 前記研磨対象物における加工を要する箇所での前記研磨工具の回転数を速くし、加工を不要とする箇所での前記研磨工具の回転数を遅くしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の機械研磨方法。
6. ワーク回転駆動機構により回転数可変に回転駆動される水平回転テーブルと、
   板状の研磨対象物を前記水平回転テーブルに対して水平姿勢に担持する粘弾性素材からなるシート状の保持手段と、
   上下方向に回転軸を有し、前記研磨対象物に対する工具面の向きを固定した前記研磨対象物の上面を研磨する研磨工具と、
   前記研磨工具を切り込み加工のために昇降させる工具昇降機構と、
   前記ワーク回転駆動機構と前記工具昇降機構をそれぞれ駆動制御すると共に、研磨対象物に対して加工を要する箇所と加工を不要とする箇所を予め設定した制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、予め設定した加工を要する箇所が工具に当接する際の回転速度を速くし、加工を不要とする箇所が該工具に当接する際の回転速度を遅くするように前記ワーク回転駆動機構を制御することを特徴とする機械研磨装置。
7. 前記制御手段は、前記切り込み加工のタイミングとして、前記研磨工具を所定の加工時間毎、又は前記回転テーブルの所定回転毎に段階的に降下させることを特徴とする請求項６に記載の機械研磨装置。
8. 前記制御手段は、前記切り込み加工のタイミングとして、前記研磨対象物における加工を不要とする個所では行わず、前記研磨対象物における加工を要する個所に合わせて行うことを特徴とする請求項６に記載の機械研磨装置。
9. 前記制御手段は、前記研磨対象物における加工を要する箇所での前記研磨工具の回転数を速くし、加工を不要とする箇所での前記研磨工具の回転数を遅くしたことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の機械研磨装置。
10. 請求項１から５のいずれかに記載の機械研磨方法により研磨されたことを特徴とする研磨物。

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