JP6635249B2 - 被研磨物の保持具および研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は被研磨物の保持具および研磨装置に関し、詳しくは保持定盤に支持されるとともに被研磨物を保持する保持具と、当該保持具を有する研磨装置に関する。

従来、レンズ、平行平面板、反射ミラー等の光学材料、シリコンウエハ、液晶ディスプレイ用ガラス基板等といった被研磨物では、高精度な平坦性が要求されるため研磨パッドを使用した研磨加工が行われている。通常、これら被研磨物の研磨加工には、被研磨物を片面研磨加工する片面研磨装置が用いられている。
このような片面研磨装置では、保持定盤に被研磨物が保持され、研磨定盤に研磨パッドが装着されている。研磨加工時には研磨パッドの研磨面にスラリーを供給し、被研磨物に圧力をかけながら、上記研磨定盤と保持定盤とを相対的に回転させることで被研磨物が研磨加工される。
一般に、片面研磨装置を使用した研磨加工では、被研磨物が金属製の保持定盤と直接接触することで発生する被研磨物のスクラッチ等を抑制するため、保持定盤に軟質クロス等からなる保持パッドを備える保持具が装着されている。
しかしながら、上記保持パッドの装着によりスクラッチ等を回避することはできるものの、保持パッドおよび被研磨物間の粘着性や静摩擦が不十分なとき、すなわち保持パッドの保持性が不十分なときは、研磨加工中に保持パッドと被研磨物との間に横ずれが生じた。
この横ずれを抑制するために、保持パッドの周縁に沿って被研磨物を挿入可能な開口が形成された枠材を取り付けた保持具が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２３６６４号公報

しかしながら上記特許文献１の場合では、上記枠材内で被研磨物が自転することから、自転の際に被研磨物と保持パッドとの間からスラリーが保持パッド内に浸入する。
すると、スラリー中の化学成分と保持パッドを構成する樹脂シートとが化学反応し、保持パッドの樹脂シートが侵食されて耐久性が低下したり、また、スラリー中の水分が保持部内部にまで浸透して保持部が膨潤して被研磨物の保持性が悪化したり、さらにスラリー中の砥粒成分が被研磨物と保持パッドとの間に進入し保持性の悪化や被研磨物の裏面を傷つけるという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は被研磨物の良好な平坦性を維持しつつ、保持部の耐久性を向上させることが可能な被研磨物の保持具および研磨装置を提供するものである。

すなわち請求項１にかかる保持具は、被研磨物を保持するための保持具であって、
保持定盤に支持されるとともに被研磨物を囲むリング状の枠材と、内部に気泡が形成されたポリウレタン樹脂によって形成されるとともに、上記枠材の内側に配置され被研磨物を保持可能な保持部とを有し、
上記保持定盤と上記保持部との間に二枚の摩擦低減シートが設けられ、一方が保持定盤に、他方が保持部にそれぞれ装着されて、当該摩擦低減シートによって保持部が被研磨物とともに可動するようにしたことを特徴としている。

また請求項４にかかる研磨装置は、研磨パッドを装着する研磨定盤と、被研磨物を保持する保持定盤と、上記保持定盤に固定されるとともに上記被研磨物を上記研磨パッドとの間で保持する保持具とを備え、上記研磨定盤と保持定盤とを相対的に回転させて研磨パッドにより被研磨物を研磨加工するようにした研磨装置において、
上記保持具は、保持定盤に支持されるとともに被研磨物を囲むリング状の枠材と、内部に気泡が形成されたポリウレタン樹脂によって形成されるとともに、上記枠材内に配置される被研磨物を保持するための保持部とを有し、
上記保持定盤と保持部との間に二枚の摩擦低減シートが設けられ、一方が保持定盤に、他方が保持部にそれぞれ装着されており、上記研磨定盤と上記保持定盤とが相対的に回転した際に、上記摩擦低減シートによって上記保持部が被研磨物とともに可動することを特徴としている。

上記請求項１および請求項４の発明によれば、摩擦低減シートによって保持部と保持定盤間の摩擦力が小さくなるため、研磨定盤と保持定盤とが相対的に回転すると、被研磨物には研磨定盤の回転に連動して回転の力が加わる。これにより、被研磨物が可動するとともに被研磨物に均一に研磨圧が作用し、良好な平坦性を得ることができる。
また保持部が可動するとき、保持部と被研磨物とは密着した状態を維持したままであるため、これらの間へのスラリーの浸入が阻止され、上述したようなスラリーによる保持部の耐久性悪化といった問題を解消することができる。

本実施例にかかる研磨装置の側面図 研磨装置の平面図 保持具についての断面図 第２実施例にかかる保持具についての断面図

以下図示実施例について説明すると、図１、図２はレンズ、平行平面板、反射ミラー等の光学材料、ハードディスク用基板、シリコンウエハ、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の被研磨物１を研磨するための片面研磨装置２を示し、図１は断面図を、図２は平面図をそれぞれ示している。
片面研磨装置２は、下方に設けられて上面に研磨パッド３が固定された研磨定盤４と、上方に設けられて被研磨物１を保持する保持定盤５と、上記研磨定盤４と保持定盤５との間にスラリーを供給するスラリー供給手段６とを有している。
図２に示すように、上記被研磨物１は円盤状を有するとともに、上記研磨定盤４および保持定盤５もそれぞれ円盤状を有しており、このうち保持定盤５は上記研磨定盤４よりも小径に設けられるとともに、その回転軸が研磨定盤４の回転軸に対して偏心した位置に設けられている。
そして図示しない駆動手段が上記研磨定盤４を回転させるとともに、上記保持定盤５を回転軸を中心に自転させながら研磨定盤４の端部から中心迄の設定区間で揺動させることで、上記保持定盤５に保持された被研磨物１が研磨定盤４上の研磨パッド３に対して摺動し、これにより当該被研磨物１が研磨されるようになっている。
その際、保持定盤５は上記被研磨物１に対して所要の荷重を作用させ、上記研磨定盤４の研磨パッド３に押し付けた状態で研磨を行うようになっている。

上記研磨パッド３は上記円盤状の研磨定盤４と略同径の円盤状を有するとともに、当該研磨定盤４に対して図示しない両面テープにより接着固定されている。
上記研磨パッド３は弾力性を有した素材によって構成され、例えばポリウレタンが使用されている。またその内部には連続気泡や独立気泡が形成されていてもよく、その場合研磨面にはこれら気泡の開孔部が無数に形成されていてもよい。さらに、研磨パッド３の研磨面に溝を形成していてもよい。
なお、このような研磨パッド３自体は従来公知であるため、これ以上の詳細な説明については省略する。

上記スラリー供給手段６は、スラリーを上記研磨定盤４の上面に供給し、これによりスラリーが研磨パッド３と被研磨物１との間に浸入するようになっている。
なお、上記スラリーとしては研磨する被研磨物１の材質や求められる加工精度に応じて従来公知の物から選定するが、本実施例ではｐＨ１１程度のアルカリ性のスラリーを使用している。

図３は上記保持定盤５に支持されて上記被研磨物１を保持する保持具１１を説明する図となっており、当該保持具１１は、上記保持定盤５に支持されるとともに保持部１２および被研磨物１を囲むリング状の枠材１３と、枠材１３の内側に配置され被研磨物１を保持可能な保持部１２と、上記保持定盤５と保持部１２との間に設けられた２枚の摩擦低減シート１４とから構成されている。
上記保持部１２は上記被研磨物１と略同径の円盤状を有しており、例えば本実施例では１００％モジュラス（無発泡の樹脂シートを２倍長に引っ張った時に係る荷重を断面積で割った値）が２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂によって形成されている。
保持部１２の内部には連続気泡もしくは独立気泡が無数に形成されており、この気泡によって保持部１２のクッション性を向上させている。
このような構成を有する保持部１２によれば、保持部１２の保持面と被研磨物１との間に水を介在させることによって上記気泡に適量の水を含ませ、この状態で保持部１２を被研磨物１に押し付けると、被研磨物１が水の表面張力により保持部１２に保持されるようになっている。
なお、このような保持部４は従来公知であるため、これ以上の詳細な説明については省略する。

上記枠材１３はリング状を有するとともにガラス繊維が含まれたエポキシ樹脂製となっており、その外径は上記保持定盤５の外径と略同一に形成され、その内径は上記保持部１２および被研磨物１の直径と略同一に形成されている。
枠材１３の高さは、図示するように保持部１２に保持された被研磨物１が枠材１３の下面より若干下方に突出するように設定され、実際に片面研磨装置２によって研磨を行う際には、保持定盤５が被研磨物１を研磨定盤４に向けて加圧することにより、上記保持部１２が変形して被研磨物１の下面と枠材１３の下面とが一致するようになっている。

上記２枚の摩擦低減シート１４は、それぞれ上記保持部１２と略同径の円形を有しており、例えば厚さ０．０５〜３．００ｍｍ程度のテフロン（登録商標）やシリコンゴムなどの低摩擦の素材によって形成されている。
そして上方の摩擦低減シート１４は上記保持定盤５に両面テープＴによって装着され、下方の摩擦低減シート１４も上記保持部１２に両面テープＴによって接着されている。
このため、保持定盤５に固定された摩擦低減シート１４の下面と、保持部１２に固定された摩擦低減シート１４の上面とが相互に接触するようになっており、これらはいずれも低摩擦の素材によって形成されていることから、少ない力で相対的に回転可能となっている。

上記構成を有する片面研磨装置２の動作を説明すると、まず片面研磨装置２を作動させる前に、上記保持定盤５に上記被研磨物１を保持させる。
具体的には、予め上記摩擦低減シート１４を両面テープＴを介して上記保持部１２に装着し、この状態で保持部１２の保持面を水で濡らしてから、保持部１２の保持面側に被研磨物１を密着させる。
すると、保持部１２の保持面側に形成された微細孔内に浸入した水の表面張力や、保持部１２を構成する樹脂シート自体の弾性により、被研磨物１が保持部１２に保持されることとなる。
このようにして被研磨物１を保持部１２に保持させると、作業者はこの保持部１２を上記片面研磨装置２の保持定盤５にセットする。具体的には保持部１２を上記保持定盤５に固定された枠材１３の内部に収容する。
その後、上記保持定盤５が下方に荷重を作用させることで、被研磨物１は保持部１２を介して上記研磨定盤４に保持された研磨パッド３に押し付けられることとなる。

この状態で片面研磨装置２を作動させると、研磨定盤４が回転するとともに、上記保持定盤５が回転軸を中心に自転しながら研磨定盤４の端部から中心迄の設定区間内で揺動し、さらに上記スラリー供給手段６が上記研磨定盤４の上面に位置する研磨パッド３へスラリーを供給する。
この動作により保持定盤５と研磨定盤４との間に相対的に回転する力が加わるため、上記被研磨物１と研磨パッド３との間には摩擦力が発生し、被研磨物１を上記枠材１３の内部で回転させようとする力が発生する。
ここで、保持部１２と保持定盤５との間に設けられた２枚以上の摩擦低減シート１４は一方が保持定盤５に、他方が保持部１２にそれぞれ装着されており、この保持部１２と保持定盤５との間の摩擦抵抗は、密着した状態を維持する上記保持部１２と被研磨物１との間の摩擦抵抗よりも低くなっている。
このため、被研磨物１は上記研磨パッド３と一体的に密着した状態を維持し、これに代えて２枚以上の摩擦低減シート１４が相対的に回転することで、被研磨物１が枠材１３の内部で可動する。
その際、上記研磨定盤４に供給されたスラリーは、上記被研磨物１と研磨パッド３との間に浸入する。

そして、被研磨物１が保持定盤５に対して相対的に回転し、被研磨物１に上記保持定盤５からの均一な荷重が作用すると、上記研磨パッド３によって被研磨物１における被研磨面１が研磨され、被研磨物１の平坦性を良好なものとすることができる。
その際、保持部１２と被研磨物１とは密着した状態を維持することから、これらの間からスラリーが保持部１２内に浸入することはない。

これに対し特許文献１では、研磨定盤と保持定盤とが相対的に回転すると、保持部と被研磨物とが相対的に回転するようになっており、相対的な回転をする際に保持部１２と被研磨物１との間から保持部１２内へスラリーが浸入してしまう。
上述したように、上記スラリーはアルカリ性であり、研磨時に研磨面が加わるるため、保持部を構成するポリウレタン樹脂との間で加水分解反応が起こりやすいため、保持部を侵食させてしまう。
特許文献１の場合、スラリーは保持部と被研磨物との間に浸入してしまうことから、保持部における保持面の表面粗さが大きくなったり、また保持部を構成する樹脂シートが膨潤することで被研磨物を平坦に保持することが出来なくなり、被研磨物の保持性が悪化するといった問題が発生する。

図４は第２実施例にかかる保持具１１の断面図を示し、本実施例において上記第１実施例と共通する部材については詳細な説明を省略する。
第１実施例では枠材１３と上方の摩擦低減シート１４とをそれぞれ異なる両面テープＴによって個別に保持定盤５に固定しているが、本実施例ではこれらを一枚の両面テープＴからなる接着層によって保持定盤５に固定するようになっている。
さらに本実施例では、上記円形の摩擦低減シート１４の外周１４ａが上記枠材１３の内周に形成した切欠き１３ａに係合している。
このような構成により、上記研磨定盤４と保持定盤５とが相対的に回転し、上記摩擦低減シート１４と保持定盤５との間に被研磨物１を介して回転しようとする力が作用しても、上記外周１４ａと切欠き１３ａとが係合することで上記枠材１３と摩擦低減シート１４との回転が阻止され、また摩擦低減シート１４の脱落を防止することもできる。

１ 被研磨物 ２ 片面研磨装置
３ 研磨パッド ４ 研磨定盤
１１ 保持具 １２ 保持部
１３ 枠材 １４ 摩擦低減シート

Claims (4)

1. 被研磨物を保持するための保持具であって、
   保持定盤に支持されるとともに被研磨物を囲むリング状の枠材と、内部に気泡が形成されたポリウレタン樹脂によって形成されるとともに、上記枠材の内側に配置され被研磨物を保持可能な保持部とを有し、
   上記保持定盤と上記保持部との間に二枚の摩擦低減シートが設けられ、一方が保持定盤に、他方が保持部にそれぞれ装着されて、当該摩擦低減シートによって保持部が被研磨物とともに可動するようにしたことを特徴とする保持具。
2. 上記保持定盤に装着された上記摩擦低減シートの外周が、枠材の内周に形成した切欠き部と係合することを特徴とする請求項１に記載の保持具。
3. 上記摩擦低減シートおよび枠材を一つの接着層によって上記保持定盤に装着したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の保持具。
4. 研磨パッドを装着する研磨定盤と、被研磨物を保持する保持定盤と、上記保持定盤に固定されるとともに上記被研磨物を上記研磨パッドとの間で保持する保持具とを備え、上記研磨定盤と保持定盤とを相対的に回転させて研磨パッドにより被研磨物を研磨加工するようにした研磨装置において、
   上記保持具は、保持定盤に支持されるとともに被研磨物を囲むリング状の枠材と、内部に気泡が形成されたポリウレタン樹脂によって形成されるとともに、上記枠材内に配置される被研磨物を保持するための保持部とを有し、
   上記保持定盤と保持部との間に二枚の摩擦低減シートが設けられ、一方が保持定盤に、他方が保持部にそれぞれ装着されており、上記研磨定盤と上記保持定盤とが相対的に回転した際に、上記摩擦低減シートによって上記保持部が被研磨物とともに可動することを特徴とする研磨装置。

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