JP6888476B2 - 基板の製造方法 - Google Patents
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Description
〔1〕
回転可能に設けられた研磨プレートの下面に伸縮可能な弾性体シートを取り付け、この弾性体シートの下面に研磨布を取り付けると共に、上記弾性体シートを複数箇所でそれぞれ所用圧力で押圧する手段を設け、弾性体シートの複数箇所での押圧力変化に応じて研磨布面を所望の逆凸形状に変形させる加工ツールを用いて、前記逆凸形状に変形させた研磨布面を基板に押し当て、上記加工ツールを回転移動させて基板の所用箇所を研磨する基板の製造方法。
〔2〕
加工ツールが、研磨プレートにその中心を対称に配置された複数の貫通孔を設け、該各貫通孔にシリンダ体を配設すると共に、シリンダ体内にピストン体を移動可能に配設し、ピストン体の下降距離に応じて、該ピストン体に対向する弾性体シート部位を押し下げることで研磨布の所用部位を下方に膨出させて所望の逆凸形状を形成するように構成されたものである〔1〕記載の基板の製造方法。
〔3〕
前記弾性体シートが、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ネオプレンゴム及びイソプレンゴムから選ばれる伸縮可能な弾性高分子化合物である〔1〕又は〔2〕記載の基板の製造方法。
〔4〕
前記研磨布が、不織布、スウェード及び発泡ポリウレタンから選ばれるものである〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の基板の製造方法。
〔5〕
前記基板が、対角長1,000mm以上の合成石英ガラス基板である〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の基板の製造方法。
図1は、本発明の基板の製造方法の実施に用いる加工ツール1の一実施例を示すもので、この加工ツール1は、短軸円柱状の基体2の下面に円板状の研磨プレート3が取り付けられ、この研磨プレート3の下面に弾性体シート4が図1において上下方向(弾性体シート4の厚さ方向)伸縮可能に固定されており、更にこの弾性体シート4の下面に研磨布5が固定されている。上記基体2の上面中央部には回転軸6の先端が固定され、この回転軸6は図示していない回転機構に連結され、この回転機構の可動により回転軸6が回転し、これと一体に基体2、研磨プレート3、弾性体シート4、研磨布5が回転するようになっている。
(1)原料基板の表裏面における平坦度及び平行度測定
(2)研磨布を原料基板に押圧して研磨する場合の第1の押圧条件での研磨除去量及び加工ツールの移動速度を計算
(3)上記(2)の計算値に基づく第1の押圧条件による加工
(4)第1の押圧条件による加工後の基板形状を計算し、これに基づき研磨布を基板に押圧して研磨する場合の第2の押圧条件での研磨除去量及び加工ツールの移動速度を計算
(5)上記(4)の計算値に基づく第2の押圧条件による加工
(1)原料基板の表裏面における平坦度及び平行度測定
原料基板を、垂直保持した状態で基板の表裏面における平坦度及び平行度を測定する。予め両面ラップ装置にて基板の平行度を出しておくことが望ましい。平坦度の測定には、例えば黒田精工製のフラットネステスターを用いることができる。平行度の測定には、ミツトヨ製のマイクロメーターを用いることができる。なお、本発明において、原料基板の平坦度は、原料基板表面の最小二乗平面を基準面としたときの、基準面と基板表面の凸部分との距離の最大値と、基準面と基板表面の凹部分との距離の最大値のとの和である。一方、原料基板の平行度は、原料基板の裏面から表面までの距離の最大値と最小値の差で表される。
上記(1)で得られた測定データ(基板内の各点での平坦度)を高さデータとしてコンピューターに記憶させる。このデータをもとに表裏面の各々について平坦にするために必要な研磨除去量を計算する。表裏面の各々について、平坦化の加工面は表裏面の各々における平均面と平行であって、被測定面中で最も凹んだ点に接する面となる。
次に、両面とも平坦になった後の基板の平行度を計算で求める。得られた平行度から、研磨除去量を計算する。研磨除去量は、平坦化後の基板の最も薄い部分に厚みが合うように決定される。このようにして、原料基板材料の表裏面における平坦度及び平行度測定から得られる、理想の各面及び各点における研磨除去量(I)が決定する。
上記で得られた理想の各面及び各点における研磨除去量(I)を基礎として、大きさ、表裏面における平坦度及び平行度がほぼ同じ原料基板を第1の押圧条件により、加工ツールの移動速度、回転数、研磨布の材質等を適宜変えて研磨除去量を予め算出して、研磨プロファイルを調べておく。それに基づいて第1の押圧条件での各面及び各点における研磨除去量(II)及び加工ツールの移動速度を計算する。
上記(2)の研磨除去量(II)及び加工ツールの移動速度に基づき、第1の押圧条件による加工をする場合、各シリンダ体を通して均一に、弾性体シートの変形量が比較的小さい0.01〜0.015MPaの押圧をかける条件が望ましい。押圧条件を研磨面内で均一にすることにより、研磨面の接触面積をツール面積と同等にし、加工面積を大きくとることで比較的短時間で全体の大まかな精度修正と厚み調整を行うことができる。
図4は、加工装置の概要を示す斜視図である。図4中、1は加工ツール、10は基板保持台、11は基板、12はバックパッドである。加工は、研磨除去量の大きい部分は加工ツール1の移動速度を遅くして滞留時間を長くし、逆に除去量の小さい部分は加工ツールの移動速度を早くして滞留時間を短くすることにより、基板の各位置における除去量を制御する。加工ツールはX軸方向及びY軸方向に任意に移動できる構造であり、加工ツールの移動についてはコンピューターにより制御できるものである。
加工ツールは回転機構を有しており、回転数は加工ツールの回転による研磨液の装置外への飛散又は加工時間を考慮して、30〜300rpm、特に30〜120rpmに設定することが好ましい。また、加工ツールは回転軸とユニバーサルジョイントで接合されており、基板表面の傾きに倣うようになっている。
使用する研磨剤は特に制限されないが、一般的な研磨剤である酸化セリウム研磨剤、コロイダルシリカ研磨剤又は炭化ケイ素研磨剤が好ましい。研磨剤の平均粒径は0.02〜3μm、特に0.05〜1μmのものが好ましい。研磨剤は加工ツールの中より吐出するか、研磨液中に基板を浸漬した状態で研磨を実施する。研磨液中の研磨剤の割合は10〜50質量%が好ましく、10〜40質量%がより好ましく、10〜25質量%が更に好ましい。なお、研磨液の研磨面への入りをよくするため、ツールを回転しながら揺動させるという場合には、その条件で研磨プロファイルを調べておき、それに基づき移動速度を計算させればよい。
加工方法は、X軸方向に平行に加工ツールを計算された速度で連続的に移動した後、Y軸方向へ一定ピッチで移動させることにより行うことができる。Y軸方向への送りピッチは、平坦度修正又は第2の押圧条件での加工時間を考慮して、研磨プレートの直径の30%以下、特に10〜25%が好ましい。具体的には、X軸方向へは、0.05〜300mm/分、特に2〜50mm/分の速度で移動させることが好ましく、Y軸方向へは、1〜200mmピッチ、特に5〜100mmピッチで移動させることが好ましい。
第1の押圧条件における加工のみでは、現実の研磨除去量と、上記原料基板の表裏面における平坦度及び平行度測定から得られる、理想の各面及び各点における研磨除去量(I)とに差が生じる部分がある。従って、かかる差をなくすべく、第2の押圧条件での加工ツールを用いた加工により、第1の押圧条件で加工し切れなかった部分、例えば、基板の四隅や局所的な凸形状部分を研磨することが可能になる。具体的には、上記第1の押圧条件における加工ツールを用いた研磨プロファイルの結果に基づき、予め計算で求めておいた第2の押圧条件での加工ツール加工前の平坦度及び平行度の情報から、上記研磨除去量(I)となるように第2の押圧条件での加工ツールでの必要な研磨除去量及び加工ツールの移動速度を計算する。この場合、第1の押圧条件の場合と同様に、第2の押圧条件における加工ツールを用いた研磨プロファイルを事前に調べておき、加工ツールの移動速度を調整する。このように、本発明においては第1の押圧条件による加工後に精度測定を行わないため、効率的な加工を行うことができる。
上記(4)で計算された必要な研磨除去量及び加工ツールの移動速度に従い、第2の押圧条件で加工ツールにより加工を行う。第2の押圧条件においては、第1の押圧条件により加工した基板の平坦度を更に細かく修正するために、加工ツールによる加工面積を第1の押圧条件より小さくして加工を行う。研磨プレートの各貫通孔を通して弾性体シートに加える押圧を、研磨プレート中心部では研磨プレート周縁部よりも大きくすることにより、弾性体シートの中央部を元の厚みの2〜10%、例えば0.1〜2.0mmの範囲で押し出すことができ、第1の押圧条件時と比べて弾性体シートをより凸状にして研磨加工を行うことができる。そして、弾性体シートの変形に合わせて研磨布の形状が変形し、基板との接触面の形状が変形する。接触面が逆凸形状に変形することにより、加工ツール中心部と周縁部での取り代が変化し、加工ツール中心部における取り代が周縁部分における取り代よりも相対的に多くなり、基板のより細かな平坦度修正が可能になる。具体的には、研磨プレート中心部では0.02〜0.04MPa、中心部から周縁部にかけてはなだらかに押圧を減少させて、周縁部では0.01〜0.02MPaの押圧を加える条件で弾性体シートの中央が逆凸形状になるように変形させる。ここで、研磨プレートの中心から半径方向への距離を100としたとき、中心から0〜30までの範囲を研磨プレート中心部とし、中心から70〜100までの範囲を周縁部とする。第2の押圧条件における研磨布と基板の接触面形状が、第1の押圧条件に比較してより凸状であれば平坦度修正効果は大きくなるが、一方で基板との接触面積が小さくなる。接触面積が小さくなりすぎると必要な加工時間が長くなり経済的でなくなるため、目標とする平坦度と加工時間に応じて弾性体シートの変形量を決定する。
加工方法は、第1の押圧条件の場合と同様の方法で行う。特に、第2の押圧条件では、X軸方向へは、0.05〜300mm/分、特に2〜50mm/分の速度で移動させることが好ましく、Y軸方向へは、1〜50mmピッチ、特に5〜30mmピッチで移動させることが好ましい。また、第1の押圧条件による加工と第2の押圧条件による加工を組み合わせることで、基板に発生する横シマを防ぐことができる。更に、必要に応じてポリッシュ工程を導入してもよい。なお、目標とする加工精度によって、第3の押圧条件や第4の押圧条件等、3種類以上の押圧条件を使い分けてもよい。
ラップ加工により両面を粗研磨した大きさ1,600mm×1,800mm、厚さ17.5mmであり、表面の平坦度は100μm、裏面の平坦度は120μm、平行度は50μmの基板を原料合成石英ガラス基板として準備した。平坦度は黒田精工製のフラットネステスターにより、平行度はミツトヨ製のマイクロメーターにより測定した。得られた平坦度及び平行度の測定結果から、表面及び裏面の各面で、それぞれ各点における研磨除去量を決定した。
そして、図4に示す装置の基板保持台10上に貼り付けられた発泡ポリウレタン製のバックパッド12上にこの原料合成石英ガラス基板を設置し、基板周囲を樹脂枠で囲み固定した。加工ツールは、直径500mmのSUS304製の研磨プレートに、直径500mm、厚み10mmのポリウレタンゴムからなる弾性体シートを介在させてポリウレタン製の研磨布を貼り付けたものを使用した。研磨剤は平均粒径1μmの酸化セリウム研磨剤を20質量%の濃度で水に懸濁させたものを用いた。
大きさ、表裏面の平坦度及び平行度が同じ基板を原料合成石英ガラス基板として用いて押圧機構による凸度(押し出し程度)を変化させた際の研磨布面の変形と研磨プロファイルを事前に調べ、これに従いX軸方向に対して平行に加工ツールを連続的に移動させ、Y軸方向へは100mmに相当するピッチで加工ツールを移動させた。加工ツールのX軸方向への送り速度は最低で30mm/分とし、この際の加工ツールの回転数は60rpmとした。
まず、第1の押圧条件として各貫通孔からポリウレタンゴムに均一に0.01MPaの押圧を加えて加工を行い、比較的広い範囲での大まかな平坦度修正や全体の厚み合わせを行い目的の研磨除去量分布に近づけていった。
大きさ800mm×900mm、厚さ8.3mmであり、表面の平坦度は80μm、裏面の平坦度は100μm、平行度は40μmの基板を原料合成石英ガラス基板として準備し、実施例1と同様の条件で加工を行った結果を表1に示す。最終的に加工に要した時間は、実施例1の場合のほぼ4分の1であった。
実施例1と同様のサイズの原料合成石英ガラス基板を用意して、加工ツールの押圧条件の変更を行わず、第1の押圧条件のみで加工を行った結果を表1に示す。加工ツールと基板の接触面積が大きい分、部分的な凸部の効果的な除去研磨が難しく、加工取り代が余計に必要になり、その上最終的な平坦度が実施例1より大きくなってしまった。
実施例1と同様のサイズの原料合成石英ガラス基板を用意して、第1の加工までは実施例1と同様に行い、その後に、研磨プレートに弾性体シートを介することなく直接研磨布を取り付けた直径100mmの小さい加工ツールに交換して、交換後の加工ツールの取り代分布に合わせて加工ツールの移動速度を計算し、凸部の除去研磨加工を行った場合の結果を表1に示す。最終的な平坦度や取り代体積は実施例1の場合とほぼ同等であったが、途中で加工ツールの交換に伴う作業時間が余分にかかってしまい、最終的な加工時間は実施例1の場合より長くなった。
実施例2と同様のサイズの原料合成石英ガラス基板を用意して、第1の加工までは実施例2と同様に行い、その後に、研磨プレートに弾性体シートを介することなく直接研磨布を取り付けた直径100mmの小さい加工ツールに交換して、交換後の加工ツールの研磨プロファイルに合わせて加工ツールの移動速度を計算し、凸部の除去研磨加工を行った場合の結果を表1に示す。最終的な平坦度や取り代体積は実施例2の場合とほぼ同等であったが、途中で加工ツールの交換に伴う作業時間が余分にかかってしまい、最終的な加工時間は実施例2の場合より長くなった。
2 基体
3 研磨プレート
4 弾性体シート
5 研磨布
6 回転軸
7 貫通孔
8 シリンダ体
9 ピストン体
10 基板保持台
11 基板
12 バックパッド
Claims (4)
- 回転可能に設けられた研磨プレートの下面に伸縮可能な弾性体シートを取り付け、この弾性体シートの下面に研磨布を取り付けると共に、上記弾性体シートを複数箇所でそれぞれ所用圧力で押圧する手段を設け、弾性体シートの複数箇所での押圧力変化に応じて研磨布面を所望の逆凸形状に変形させる加工ツールを用いて、前記逆凸形状に変形させた研磨布面を対角長1,000mm以上の合成石英ガラス基板に押し当て、上記加工ツールを回転移動させて基板の所用箇所を研磨する基板の製造方法。
- 加工ツールが、研磨プレートにその中心を対称に配置された複数の貫通孔を設け、該各貫通孔にシリンダ体を配設すると共に、シリンダ体内にピストン体を移動可能に配設し、ピストン体の下降距離に応じて、該ピストン体に対向する弾性体シート部位を押し下げることで研磨布の所用部位を下方に膨出させて所望の逆凸形状を形成するように構成されたものである請求項1記載の基板の製造方法。
- 前記弾性体シートが、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ネオプレンゴム及びイソプレンゴムから選ばれる伸縮可能な弾性高分子化合物である請求項1又は2記載の基板の製造方法。
- 前記研磨布が、不織布、スウェード及び発泡ポリウレタンから選ばれるものである請求項1〜3のいずれか1項記載の基板の製造方法。
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