JPWO2013080885A1 - ガラス板の研磨装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガラス板の研磨装置を提供する。本発明の研磨装置（１０）に使用される研磨パッド（２６）は、軟質樹脂のポリウレタン製であり、Ａ硬度が８０以上であり、密度が０．７ｇ／ｃｍ３以上である。また、研磨パッド（２６）は、Ａ硬度が９０以下であり、密度が０．９ｇ／ｃｍ３以下である。これによって、本発明の研磨装置（１０）によれば、平坦化能力と傷抑制能力とを兼ね備えた研磨パッド（２６）によってガラス板（Ｇ）を研磨できるので、傷抑制能力のみを備えた後段の研磨パッドによる精密研磨工程で費やす加工時間を短縮できる。したがって、研磨装置（１０）によれば、ガラス板（Ｇ）の研磨効率を、従来の研磨装置と比較して格段に向上させることができる。

Description

本発明は、ガラス板の研磨装置に関する。

溶融ガラスを溶融錫浴上に流し込むことによってガラス板を製造するフロート法によるガラス板の製造装置は、特許文献１、２等に開示されている。また、フロート法によって製造されたガラス板を、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のＦＰＤ（Flat Panel Display）用ガラス基板に研磨する研磨装置も従来から知られている。

フロート法で製造されたガラス板は、その表面に微小な凹凸やうねり（３〜３０ｍｍのピッチで、最大高さが０．３μｍのうねり）、及び傷が存在するが、このような微小な凹凸やうねり、及び傷は、画像に歪みや色むらを与える原因となる。このため、微小な凹凸やうねり、及び傷を研磨装置によって除去することが必要となる。

特許文献３に開示された研磨装置は、定盤に取り付けられた研磨パッドに、ガラス保持部材に保持されたガラス板を押し当てるとともに、前記定盤及びガラス保持部材を相対的に移動させて、ガラス板の微小な凹凸やうねりを除去している。

また、特許文献４には、ガラス板の研磨工程に二つの工程を備え、前段の粗研磨工程で硬度の高い（７０〜８０度）樹脂製の研磨パッドを用いてガラス板の表面を平滑加工し、この後、後段の精密研磨工程で硬度の低い（２０度）樹脂製の研磨パッドを用いてガラス板の表面に存在する傷を研磨除去する技術が開示されている。すなわち、従来のガラス板の研磨装置では、硬質樹脂の研磨パッドを用いてガラス板の微小な凹凸やうねりを除去した後、軟質樹脂の研磨パッドを用いることによって、研磨レートを上げ、前記傷を除去することが一般的に実施されている。また、硬質樹脂の研磨パッドがウレタンからなり、軟質樹脂の研磨パッドが発泡ウレタンからなることが特許文献５に開示されている。

日本国特開２００８−２３９３７０号公報 日本国特開２００９−４６３６６号公報 ＷＯ２００７／０２０８５９号公報 日本国特開平７−２４４９４７号公報 日本国特開２００９−２１１７８２号公報

しかしながら、従来の研磨装置のように、平坦化能力を硬質樹脂の研磨パッドに備えさせ、傷抑制能力を軟質樹脂の研磨パッドに備えさせた場合、つまり、平坦化能力と傷抑制能力とを二つの研磨パッドで分担させた場合、軟質樹脂の研磨パッドによる傷除去に費やす加工時間が長くなるので、研磨効率が低下するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、研磨効率を向上させることができるガラス板の研磨装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、ガラス板を樹脂製の研磨パッドによって研磨するガラス板の研磨装置において、前記研磨パッドの樹脂の密度が０．７ｇ／ｃｍ^３以上であり、ＩＳＯ７６１９に準ずるＡ硬度が８０以上であることを特徴とするガラス板の研磨装置を提供する。

また、本発明によれば、前記研磨パッドのＡ硬度が９０以下である。

更に、本発明によれば、前記研磨パッドの樹脂の密度は０．９ｇ／ｃｍ^３以下である。

更にまた、本発明によれば、前記樹脂は、ポリウレタンであることが好ましい。

研磨パッドによるガラス板の研磨において、傷抑制能力を発揮するためには、例えば軟質樹脂のポリウレタンが好ましいが、平坦化能力を発揮するためには、樹脂のＡ硬度が８０以上を要する。

そこで、本発明は、研磨パッドとして軟質樹脂を使用し、この軟質樹脂の密度を０．７ｇ／ｃｍ^３以上とすることにより、Ａ硬度を８０以上にした。

これにより、本発明によれば、平坦化能力と傷抑制能力とを兼ね備えた研磨パッドによってガラス板を研磨できるので、傷抑制能力のみを備えた後段の研磨パッドによる精密研磨工程で費やす加工時間を短縮できる。よって、本発明のガラス板の研磨装置によれば、研磨効率を向上させることができる。

また、前記樹脂のＡ硬度の上限値を９０と規定することにより、傷抑制能力がより一層向上する。この場合、前記樹脂の密度の上限値は０．９ｇ／ｃｍ^３である。

なお、軟質樹脂であっても密度、又はＡ硬度のうち少なくとも一方が前記上限値を超えた研磨パッド、及び樹脂のＡ硬度が８０以上９０以下であっても、密度が０．７ｇ／ｃｍ³未満の研磨パッドでは、傷抑制能力が低下することを実験にて確認した。
また本発明は、上記研磨装置によって研磨されたガラス板であって、前記ガラス板の研磨面に、深さ０．１μｍ以上、幅２μｍ以上、長さ５μｍ以上の傷が１００個以下であるガラス板に関する。
さらに、上記ガラス板において、研磨前の研磨面のうねり高さが０．０２μｍ、うねりピッチがＰのガラス板を、研磨量１μｍで研磨したときの研磨後の研磨面のうねり高さをＨとして、Ｈ／Ｐが１．６×１０^−６以下であることが好ましい。

本発明のガラス板の研磨装置によれば、平坦化能力と傷抑制能力とを兼ね備えた研磨パッドによってガラス板を研磨できるので、研磨効率を向上させることができる。

図１は、実施の形態の研磨パッドが適用された研磨装置の全体構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示した研磨装置の側面図である。 図３は、サンプルＮｏ．１〜１８の研磨パッドの密度、Ａ硬度の一覧を示した表である。 図４は、サンプルＮｏ．１〜１８の密度とＡ硬度との相関を示した表である。 図５は、研磨パッドの平坦化能力の評価方法を説明するために用いた説明図である。 図６は、所定サイズのガラス板１枚における傷個数とＨ／Ｐとの関係をまとめた表である。

以下、添付図面に従って本発明に係るガラス板の研磨装置の好ましい実施の形態を詳説する。

図１は、実施の形態のガラス板の研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。図２は、図１に示した研磨装置１０の側面図である。

これらの図に示す研磨装置１０は、フロート法により製造されたガラス板Ｇであって、例えば厚さが１．１ｍｍ以下であり、１辺の長さが３００ｍｍ以上の矩形状のガラス板Ｇの表面を、樹脂製の研磨パッド２６を用いてＦＰＤ用ガラス基板に必要な平坦度に研磨する。すなわち、この研磨装置１０は、３〜３０ｍｍのピッチで最大高さが０．３μｍのうねりが存在するガラス板Ｇの研磨面を研磨して、そのうねりの最大高さを０．０５μｍ以下に低減するとともに、傷を研磨除去することにより、画像に歪みや色むらを与えないＦＰＤ用ガラス基板として最適なガラス板を製造する装置である。

なお、前記うねりの測定方法は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に記載の方法である。
また、前記うねりの最大高さを０．０５μｍ以下にするための研磨量は研磨パッド２６の硬度に応じて決定する。研磨パッド２６の硬度が高い程、平坦化能力が高いので、前記研磨量であれば少なくともうねりの最大高さを低減できる。また、研磨パッド２６の材料である樹脂単体の硬度が低い程、傷抑制能力を発揮する。研磨パッド２６については後述する。

研磨装置１０は、研磨ヘッド１２と定盤１４とから構成される。研磨ヘッド１２は、ガラス板Ｇの非研磨面を保持するガラス保持部材１６、ガラス保持部材１６がシール材１８を介して取り付けられたガラス保持定盤２０、及びガラス保持定盤２０が取り付けられたキャリア２２を備えている。キャリア２２には回転軸２４が固定され、回転軸２４がその軸心である自転軸Ｐ_１を中心に回転されることにより、研磨ヘッド１２が自転されるとともに、回転軸２４が公転軸Ｐ_２を中心に公転されることにより、研磨ヘッド１２が自転及び公転される。

また、キャリア２２の空気室２３には、中空の回転軸２４を介してエアポンプ（不図示）から圧縮エアが供給され、この圧縮エアの圧力がガラス保持定盤２０、シール材１８、及びガラス保持部材１６を介してガラス板Ｇに伝達される。

定盤１４は、研磨パッド２６、研磨パッド２６がシール材２８を介して取り付けられた研磨パッド保持定盤３０を備えており、研磨パッド２６の表面とガラス板Ｇの研磨面とが対向している。シール材２８は、軟質で吸着保持性を高める樹脂製（例えばポリウレタン製）のシール材である。研磨パッド保持定盤３０は、研磨パッド２６の表面の面内方向に揺動可能であってもよい。

したがって、実施の形態の研磨装置１０は、前記圧縮エアの圧力によってガラス板Ｇの研磨面を研磨パッド２６に均一の圧力で押し付けるとともに、研磨ヘッド１２を自転及び公転させることにより、ガラス板Ｇの研磨面を研磨する。

なお、実施の形態の研磨装置１０は、１枚の研磨パッド２６によってガラス板Ｇを研磨するとともに圧縮エア（加圧流体）による研磨装置を例示したが、本発明の研磨装置は、上記研磨装置１０に限定されるものではない。例えば、複数の研磨パッドを配列し、配列した複数の研磨パッドに沿ってガラス板Ｇを移動させながら複数の研磨パッドによってガラス板Ｇを研磨する連続式の研磨装置にも適用することができる。

研磨パッド２６は、軟質樹脂のポリウレタン製であり、Ａ硬度（ＩＳＯ ７６１９：２００４に準ずる）が８０以上〔Ｄ硬度（ＩＳＯ ７６１９に準ずる）の場合は３０以上〕であり、密度が０．７ｇ／ｃｍ^３以上（ＪＩＳ Ｋ ７２２２：２００５に準ずる）である。また、研磨パッド２６は、Ａ硬度が９０以下（Ｄ硬度の場合は５０以下）であり、密度が０．９ｇ／ｃｍ^３以下である。

研磨パッド２６によるガラス板Ｇの研磨において、傷抑制能力を発揮するためには、軟質樹脂のポリウレタンが好ましいが、平坦化能力を発揮するためには、樹脂のＡ硬度が８０以上を要する。

そこで、実施の形態の研磨装置１０では、研磨パッド２６として軟質樹脂のポリウレタンを使用し、このポリウレタンの密度を０．７ｇ／ｃｍ^３以上とすることにより、Ａ硬度を８０以上に上げた。

これにより、実施の形態の研磨装置１０によれば、平坦化能力と傷抑制能力とを兼ね備えた研磨パッド２６によってガラス板Ｇを研磨できるので、傷抑制能力のみを備えた後段の研磨パッド（不図示）による仕上げ研磨に費やす加工時間を短縮できる。よって、研磨装置１０によれば、ガラス板Ｇの研磨効率を、従来の研磨装置と比較して格段に向上させることができる。

また、研磨パッド２６の樹脂のＡ硬度の上限値を９０と規定することにより、傷抑制能力がより一層向上することが判明した。この場合、前記樹脂の密度の上限値は０．９ｇ／ｃｍ^３である。

すなわち、軟質樹脂であっても密度、又はＡ硬度のうち少なくとも一方が前記上限値を超えた研磨パッドでは、傷抑制能力が低下することを下記の実験にて確認した。また同様に、樹脂のＡ硬度が８０以上９０以下であっても、密度が０．７ｇ／ｃｍ^３未満の研磨パッドでは、傷抑制能力が低下することを下記の実験にて確認した。

軟質樹脂の材料としてポリウレタンを例示したが、特に限定されるものではなく、ウレタン、発泡ポリウレタンが例示される。

下記に実験例を示す。

図３は、サンプルＮｏ．１〜１８の発泡ポリウレタン製の研磨パッドの密度及びＡ硬度、並びに各サンプルの研磨パッドの研磨によってガラス板Ｇの表面に発生した傷の個数の一覧を示した表であり、図４は、サンプルＮｏ．１〜１８の密度とＡ硬度との相関を示した表である。これらの表に基づき、実施の形態の研磨パッド２６の優位性を説明する。

評価対象のガラス板Ｇは、実質的にアルカリ成分を含有しないガラス板であり、そのサイズは、長辺が４７０ｍｍ、短辺が３７０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍである。

研磨パッドの大きさは直径が１６９０ｍｍの円形状で、その表面には、研磨スラリを研磨パッドの表面に供給する研磨スラリ供給孔、及び研磨スラリを研磨パッド全面に行き渡らせるための溝が形成されている。溝の形状は、幅１．５ｍｍ、ピッチ４．５ｍｍ、深さ１．５ｍｍである。

研磨条件は、研磨圧力３ｋＰａ、自転速度５０ｒｐｍ、公転速度１２０ｒｐｍ、パッド公転半径が７５ｍｍ、研磨スラリ供給量が毎分４０リットルとした。研磨スラリは、酸化セリウムを水で分散させた分散液である。

実施の形態の研磨パッド２６に対応するサンプルは、軟質樹脂パッドと称するＮｏ．１４〜１８の研磨パッドである。すなわち、Ｎｏ．１４の研磨パッドのＡ硬度は８６．６、密度は０．８ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．１５の研磨パッドのＡ硬度は８５．４、密度は０．８ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．１６の研磨パッドのＡ硬度は８４．７、密度は０．８ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．１７の研磨パッドのＡ硬度は８５．５、密度は０．７ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．１８の研磨パッドのＡ硬度は８６．０、密度は０．８ｇ／ｃｍ^３である。

これに対して、硬質パッドと称されるＮｏ．１〜５の研磨パッドは、平坦化能力のみを備えたものであり、従来の研磨装置において粗研磨工程で使用されるものである。すなわち、Ｎｏ．１の研磨パッドのＡ硬度は９６．１、密度は１．１ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．２の研磨パッドのＡ硬度は９６．８、密度は１．０ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．３の研磨パッドのＡ硬度は９６．１、密度は０．９ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．４の研磨パッドのＡ硬度は９４．２、密度は０．９ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．５の研磨パッドのＡ硬度は９５．０、密度は１．０ｇ／ｃｍ^３である。

また、軟質パッドと称されるＮｏ．６、７の研磨パッドは、傷抑制能力のみを備えたものであり、従来の研磨装置において精密研磨工程で使用されるものである。すなわち、Ｎｏ．６の研磨パッドのＡ硬度は３７．４、密度は０．５ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．７の研磨パッドのＡ硬度は６０．０、密度は０．６ｇ／ｃｍ^３である。

更に、中弾性パッドと称されるＮｏ．８〜１３の研磨パッドは、Ａ硬度が実施の形態の研磨パッド２６のＡ硬度の範囲（８０以上９０以下）に入っているが、密度が０．７ｇ／ｃｍ^３未満（０．５〜０．６ｇ／ｃｍ^３）の研磨パッドである。すなわち、Ｎｏ．８の研磨パッドのＡ硬度は８８．８、密度は０．５ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．９の研磨パッドのＡ硬度は８６．６、密度は０．５ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．１０の研磨パッドのＡ硬度は８８．８、密度は０．５ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．１１の研磨パッドのＡ硬度は８２．９、密度は０．５ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．１２の研磨パッドのＡ硬度は８４．３、密度は０．５ｇ／ｃｍ^３であり、Ｎｏ．１３の研磨パッドのＡ硬度は８９．８、密度は０．６ｇ／ｃｍ^３である。

実施の形態の研磨パッド２６であるＮｏ．１４〜１８の研磨パッドによれば、Ａ硬度が８０以上であるので、平坦化能力を備えるとともに、密度が０．７ｇ／ｃｍ^３以上０．９ｇ／ｃｍ^３以下なので、図３の表に示すように、研磨後のガラス板Ｇの表面に残存する傷の個数は７２、７９、４８、７０、９１個で、傷の個数が１００個以下であった。

これに対し、Ｎｏ．１〜５の硬質パッドによって研磨されたガラス板Ｇの表面に残存する傷の個数は６３４、１００００、１００００、１７８、２１４個であった。よって、前記硬質パッドは、平坦化能力を備えるものの、傷抑制能力は備えていない。

また、Ｎｏ．６の軟質パッドによって研磨されたガラス板Ｇの表面に残存する傷の個数は３個であった。よって、平坦化能力を備えていない前記軟質パッドは、傷抑制能力を備えている。

更に、Ｎｏ．８〜１１、１３の中弾性パッドによって研磨されたガラス板Ｇの表面に残存する傷の個数は４４２、１５１６、５２８、１１４、５１４個であった。よって、前記中弾性パッドは、平坦化能力を備えるものの、傷抑制能力は備えていない。

以上の如く、Ａ硬度が８０以上９０以下であって、密度が０．７ｇ／ｃｍ^３以上０．９ｇ／ｃｍ^３以下の実施の形態の研磨パッド２６は、平坦化能力と傷抑制能力とを兼ね備えることが判明した。

次に、研磨パッドの平坦化能力の評価方法について図５を参照しながら説明する。

研磨パッドの平坦化能力は、ガラス板の表面のうねり高さ／うねりピッチの比率が低いほど高い。

ここで、うねり高さ／うねりピッチの比率の算出方法について説明する。研磨前の研磨面のうねり高さが０．０２μｍ、うねりピッチがＰのガラス板を、研磨量１μｍで研磨したときの研磨後の研磨面のうねり高さをＨとすると、うねりピッチＰに対するうねり高さＨの比率はＨ／Ｐとなる。図６の表は、４７０ｍｍ×３７０ｍｍサイズのガラス板１枚における傷個数とＨ／Ｐとの関係をまとめたものである。

図６の表によれば、軟質パッドは、Ｈ／Ｐの比率が他よりも高いため、平坦化能力は低いが傷個数は他よりも少ないことが分かる。硬質パッドはＨ／Ｐの比率が他よりも低いため、平坦化能力は高いが傷個数が他よりも多いことが分かる。中弾性パッドは、本発明の研磨パッドに相当する軟質樹脂パッドと比較して、Ｈ／Ｐの比率が略同じであるが傷個数が格段に多いことが分かる。また、軟質樹脂パッドのＨ／Ｐの比率はＨ／Ｐが１．６×１０^−６以下１．３×１０^−６以上であり、一部の硬質パッドよりも高いが軟質パッドよりも低い。

よって、本発明の研磨パッドに相当する軟質樹脂パッドは、軟質パッドと比較して平坦化能力が高く、かつ、硬質パッドと比較して平坦化能力は低いが傷個数を大幅に削減できることが判明した。

なお、本明細書に記載されている「傷」とは、深さ０．１μｍ以上、幅２μｍ以上、長さ５μｍ以上のものを指している。

本出願は、２０１１年１２月２日出願の日本特許出願２０１１−２６４９０１に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Ｇ…ガラス板、１０…研磨装置、１２…研磨ヘッド、１４…定盤、１６…ガラス保持部材、１８…シール材、２０…ガラス保持定盤、２２…キャリア、２３…空気室、２４…回転軸、２６…研磨パッド、２８…シール材、３０…研磨パッド保持定盤

Claims (4)

1. ガラス板を樹脂製の研磨パッドによって研磨するガラス板の研磨装置において、
   前記研磨パッドの樹脂の密度が０．７ｇ／ｃｍ^３以上であり、ＩＳＯ７６１９に準ずるＡ硬度が８０以上であり、前記研磨パッドのＡ硬度が９０以下であり、前記研磨パッドの樹脂の密度が０．９ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とするガラス板の研磨装置。
2. 前記樹脂は、ポリウレタンである請求項１に記載のガラス板の研磨装置。
3. 請求項２に記載のガラス板の研磨装置によって研磨されたガラス板であって、
   前記ガラス板の研磨面に、深さ０．１μｍ以上、幅２μｍ以上、長さ５μｍ以上の傷が１００個以下であるガラス板。
4. 研磨前の研磨面のうねり高さが０．０２μｍ、うねりピッチがＰのガラス板を、研磨量１μｍで研磨したときの研磨後の研磨面のうねり高さをＨとして、Ｈ／Ｐが１．６×１０^−６以下である請求項３に記載のガラス板。

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