KR20180022583A - 기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
회전 가능하게 설치된 연마 플레이트의 하면에 신축 가능한 탄성체 시트를 장착하고, 이 탄성체 시트의 하면에 연마포를 장착함과 함께, 상기 탄성체 시트를 복수 개소에서 각각 소용 압력으로 가압하는 수단을 설치하고, 탄성체 시트의 복수 개소에서의 가압력 변화에 따라 연마포면을 원하는 역 볼록 형상으로 변형시키는 가공 툴을 이용하고, 상기 역 볼록 형상으로 변형시킨 연마포면을 기판에 눌러 대고, 상기 가공 툴을 회전 이동시켜 기판의 소용 개소를 연마하는 기판의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 기판 표면의 평탄도의 수정 및 두께의 조정 시에, 가공 툴을 교환하지 않고 하나의 가공 툴에 의해, 기판 볼록 부분의 선택적인 연마 제거와 기판 전체의 두께 조정을 동시에 행할 수 있기 때문에, 툴 교환의 번거로움을 없애고 단시간으로의 연마를 가능하게 하여, 기판의 생산성을 높여, 경제적으로 기판을 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 표면의 평탄도의 수정 및 두께의 조정 시에, 가공 툴을 교환하지 않고 하나의 가공 툴에 의해, 기판 볼록 부분의 선택적인 연마 제거와 기판 전체의 두께 조정을 동시에 행할 수 있기 때문에, 툴 교환의 번거로움을 없애고 단시간으로의 연마를 가능하게 하여, 기판의 생산성을 높여, 경제적으로 기판을 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 기판의 제조 방법, 특히 대형 합성 석영 유리 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 합성 석영 유리 기판은, 원료인 블록상의 합성 석영 유리를 와이어 소우 등의 절단 장치에 의해 판상으로 잘라낸 후에, 얻어진 합성 석영 유리판체에 대해 연마 지립을 포함한 슬러리를 이용하여 랩 가공을 행하고, 이어서 원하는 사이즈, 두께, 평탄도를 얻을 수 있을 때까지 연마함으로써 얻을 수 있다.
높은 표면 평탄성을 필요로 하는 고정밀 대형 유리 기판을 제조하는 경우에는, 목표의 표면 정밀도를 달성하기 위하여, 기판 표면의 요철 분포를 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 기판 표면의 볼록 부분을 부분적으로 연마 제거하는 공정이 필요하게 되는 경우가 있다.
기판 표면의 연마 제거량을 부분적으로 제어하는 방법으로는, 가공 면적의 상이한 복수의 툴을 구사하여 기판 상의 위치에 따라 가공 툴을 움직이는 속도를 제어함으로써, 위치마다 제거량을 제어하는 방법(특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-254552호 공보)이 제안되어 있다. 또한, 기판의 피연마면보다 작은 연마면을 갖는 연마 공구를 기판 상에서 왕복 운동시켜, 연마 공구에 가하는 가압을 압력 유체를 통하여 제어하는 방법(특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2010-064196호 공보)이나, 연마하는 기판을 연마면의 이측으로부터 탄성체를 통하여 압력 유체에서 부분적으로 가압함과 함께, 기판 주변의 연마포에 지그를 통하여 가압하여 연마하는 방법(특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2008-229846호 공보)이 제안되어 있다.
기판 표면의 볼록부의 부분적인 연마 제거를 행하는 공정에서는, 기판 전체의 두께 조정도 동시에 행하게 된다. 가공 툴의 가공면과 기판의 접촉 면적이 작으면, 부분적인 볼록 부분의 연마 제거에는 유효한 한편, 전체의 두께 조정에 필요로 하는 가공 시간이 길어진다. 가공 툴의 가공면과 기판의 접촉 면적이 크면, 전체의 두께 조정에 필요로 하는 가공 시간은 짧은 반면, 볼록 부분의 제거 시에 주변 부분까지 넓게 연마해 버려, 정밀한 표면 정밀도의 제어가 어려워진다. 특허문헌 1의 경우는, 가공 면적의 상이한 복수의 툴을 구사하여 기판 상을 운동시키고 있기 때문에, 가공 도중에 툴 교환의 번거로움이 생기고, 가공 시간의 증가로 이어지게 된다. 특허문헌 2의 경우, 스테이지 상을 회전하는 기판 상을 연마 공구를 왕복시켜 연마하고 있어, 기판 상의 제거량이 기판 직경 방향의 분포밖에 제어하지 못하고, 기판 상의 부분적인 볼록 부분을 선택적으로 제거하는 것은 곤란하다. 또한, 특허문헌 3의 경우, 연마포의 연마면이 기판 전체와 접촉하기 때문에, 볼록 부분만을 선택적으로 연마 제거할 수 없으며, 기판 전체를 연마하는 것이기 때문에 최종적인 기판 제거량은 커지고, 가공 시간도 커진다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 정밀한 연마를 가능하게 하고, 가공 툴 교환이 불필요한 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토한 결과, 연마포와 연마 플레이트 사이에 탄성체 시트를 개재시킨 툴을 이용하여, 탄성체 시트의 복수 개소에서의 가압력 변화에 따라 연마포 부착면을 역 볼록 형상으로 변형시켜 기판을 연마함으로써, 가공 툴 교환에 걸리는 시간을 단축할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 이루기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 이하의 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
〔1〕
회전 가능하게 설치된 연마 플레이트의 하면에 신축 가능한 탄성체 시트를 장착하고, 이 탄성체 시트의 하면에 연마포를 장착함과 함께, 상기 탄성체 시트를 복수 개소에서 각각 소용 압력으로 가압하는 수단을 설치하고, 탄성체 시트의 복수 개소에서의 가압력 변화에 따라 연마포면을 원하는 역 볼록 형상으로 변형시키는 가공 툴을 이용하고, 상기 역 볼록 형상으로 변형시킨 연마포면을 기판에 눌러 대고, 상기 가공 툴을 회전 이동시켜 기판의 소용 개소를 연마하는 기판의 제조 방법.
〔2〕
가공 툴이, 연마 플레이트에 그의 중심을 대칭으로 배치된 복수의 관통 구멍을 설치하고, 해당 각 관통 구멍에 실린더체를 배치함과 함께, 실린더체 내에 피스톤체를 이동 가능하게 배치하고, 피스톤체의 하강 거리에 따라, 해당 피스톤체에 대향하는 탄성체 시트 부위를 눌러 내림으로써 연마포의 소용 부위를 하방으로 팽출시켜 원하는 역 볼록 형상을 형성하도록 구성된 것인 〔1〕기재의 기판 제조 방법.
〔3〕
상기 탄성체 시트가 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 네오프렌 고무, 및 이소프렌 고무로부터 선택되는 신축 가능한 탄성 고분자 화합물인 〔1〕 또는 〔2〕기재의 기판의 제조 방법.
〔4〕
상기 연마포가 부직포, 스웨이드, 및 발포 폴리우레탄으로부터 선택되는 것인 〔1〕 내지 〔3〕 중 어느 것에 기재된 기판의 제조 방법.
〔5〕
상기 기판이 대각 길이 1,000㎜ 이상의 합성 석영 유리 기판인 〔1〕 내지 〔4〕 중 어느 것에 기재된 기판의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 기판 표면의 평탄도의 수정 및 두께의 조정 시에, 가공 툴을 교환하지 않고 하나의 가공 툴에 의해, 기판 볼록 부분의 선택적인 연마 제거와 기판 전체의 두께 조정을 동시에 행할 수 있기 때문에, 툴 교환의 번거로움을 없애고 단시간으로의 연마를 가능하게 하고, 기판의 생산성을 높여, 경제적으로 기판을 제조할 수 있다.
도 1은 가공 툴의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 관통 구멍을 설치한 연마 플레이트의 일례를 나타내는, 회전축을 생략한 평면도이다.
도 3은 도 1의 가공 툴에 있어서, 연마포를 역 볼록 형상으로 변형시킨 상태의 단면도이다.
도 4는 가공 장치의 개요를 나타내는 사시도이다.
도 2는 관통 구멍을 설치한 연마 플레이트의 일례를 나타내는, 회전축을 생략한 평면도이다.
도 3은 도 1의 가공 툴에 있어서, 연마포를 역 볼록 형상으로 변형시킨 상태의 단면도이다.
도 4는 가공 장치의 개요를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 기판의 제조 방법의 실시에 이용하는 가공 툴(1)의 일 실시예를 나타내는 것으로, 이 가공 툴(1)은, 단축 원주상의 기체(2)의 하면에 원판상의 연마 플레이트(3)가 장착되고, 이 연마 플레이트(3)의 하면에 탄성체 시트(4)가 도 1에 있어서 상하 방향(탄성체 시트(4)의 두께 방향) 신축 가능하게 고정되어 있고, 또한 이 탄성체 시트(4)의 하면에 연마포(5)가 고정되어 있다. 상기 기체(2)의 상면 중앙부에는 회전축(6)의 선단이 고정되며, 이 회전축(6)은 도시되지 않은 회전 기구에 연결되어, 이 회전 기구의 가동에 의해 회전축(6)이 회전하고, 이것과 일체로 기체(2), 연마 플레이트(3), 탄성체 시트(4), 연마포(5)가 회전하도록 되어 있다.
상기 기체(2) 및 연마 플레이트(3)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 그것들의 중심을 둘러싸도록 다수의 관통 구멍(7)이 소정 간격 이격하여 형성되어 있고, 이들 관통 구멍(7) 내에는, 각각 원통상의 실린더체(8)가 배치되어 있다. 그리고, 각 실린더체(8)에는, 피스톤체(9)가 각 실린더체(8) 내를 이동 가능하게 배치되어 있다. 피스톤체(9)의 하강은, 피스톤체(9)에 에어를 공급했을 때의 에어압에 의해 행해지도록 되어 있고, 이 경우, 에어압의 대소에 의해 피스톤체(9)의 하강 거리가 제어된다. 그리고, 이와 같이 피스톤체(9)가 하강함으로써, 그 하강 거리에 따라 연마포(5)가 탄성체 시트(4)를 통하여 피스톤체(9)의 하면으로부터 가압되어, 연마포(5)가 하방으로 팽출하게 된다. 각 피스톤체(9) 중, 중앙 부근에 배치된 피스톤체 부위를 보다 하방으로 가압시키는 한편, 주변 근방에 배치된 피스톤체 부위의 하방으로의 가압을 제어함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 연마포(5)의 중앙 부분이 하방으로 팽출된 원호상(역 볼록 형상) 형태가 된다. 본 발명은 이와 같이 연마포(5)와 연마 플레이트(3) 사이에 탄성체 시트(4)를 개재 장착하고, 연마 플레이트(3)에 대해 탄성체 시트(4)를 통해 연마포(5)의 연마면을 임의로 변형시키고, 기판상을 이동시킴으로써 기판 볼록 부분을 선택적으로 연마하는 것이다. 또한, 공급하는 에어압의 조정에 따른 임의의 가압력에 의한 연마포의 변형은, 피스톤체에 로드를 장착하고, 구동 장치에 의해 로드를 통해 피스톤을 이동시키는 방법에 의해 행할 수도 있다.
연마 플레이트의 재질로서는, SUS, 알루미늄 합금, 티타늄, 놋쇠 등으로부터 선택되는 금속이 바람직하다. 연마 플레이트의 직경은, 100 내지 800㎜, 특히 300 내지 600㎜가 바람직하다. 플레이트의 각 관통 구멍은, 직경 20 내지 50㎜가 바람직하고, 서로 바람직하게는 10㎜ 이상의 간격을 둔 상태로, 플레이트의 중심에 대해 대칭으로 4 내지 28개소, 더 바람직하게는 8 내지 20개소, 특히 10 내지 16개소 배치하고 있는 것이 바람직하다. 각 관통 구멍은, 가공 툴의 축방향으로부터 에어에 의한 가압을 통해서, 각각 0.01 내지 0.05MPa의 범위로 연마 플레이트에 장착된 탄성체 시트를 가압할 수 있어, 툴 내의 각 피스톤체에 부여하는 가압의 크기에 의해, 탄성체 시트의 변형 형상을 제어할 수 있다.
탄성체 시트의 재질은, 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 네오프렌 고무, 및 이소프렌 고무 등으로부터 선택되는 신축 가능한 탄성 고분자 화합물이다. 또한, 탄성체 시트의 직경은 가공 툴의 직경과 동등하고, 그의 두께는 탄성체 시트의 변형, 열화 또는 마모를 고려하여, 5 내지 20㎜, 특히 10 내지 15㎜가 바람직하다.
연마포는, 부직포, 스웨이드, 및 발포 폴리우레탄으로부터 선택되고, 접착제에 의해 가공 툴의 탄성체 시트에 고정시켜 사용한다. 접착제는, 연마 중에 연마포와 탄성체 시트가 분리되지 않을 정도의 접착 강도를 갖는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 우레탄계 접착제 등을 들 수 있다.
예를 들어, 도 2와 같이 중심부에 직경 20㎜의 원형의 관통 구멍을 갖는 직경 300㎜의 SUS304제의 연마 플레이트에, 두께 10㎜의 폴리우레탄 고무를 탄성체로서 부착하고, 모든 관통 구멍으로부터 균일하게 동등한 가압을 가한 경우에는, 탄성체 시트 및 연마포는 도 1과 같이 평탄한 형상을 취한다. 또한, 중앙 부근에서 탄성체 시트에 가한 가압에 대해, 원주 방향에 가까운 부위일수록 가하는 가압을 작게 하면, 탄성체 시트의 중앙부일수록 가압에 따른 변형에 의한 압출량이 커져, 탄성체 시트 및 연마포는 도 3과 같은 역 볼록 형상으로 변형된다. 각 실린더체로부터 탄성체 시트의 어느 부분을 어떻게 가압하고, 어느 정도의 볼록도(압출 정도)로 할지는, 기판의 제거량과 형상에 의해 적절히 정한다.
본 발명의 기판 제조 방법에 의하면, 예를 들어 대각 길이가 1,000㎜ 이상인 합성 석영 유리 기판을, 연마포와 연마 플레이트 사이에 탄성체 시트를 개재시킨 상기 가공 툴을 이용하여, 가압에 의해 연마포면을 역 볼록 형상으로 변화시키고, 기판 상을 이동시킴으로써 기판을 연마하여 기판을 제조할 수 있다.
실제로 기판을 연마할 때에는, 이하와 같은 공정으로 나누어 가공을 행한다.
(1) 원료 기판의 표리면에 있어서의 평탄도 및 평행도 측정
(2) 연마포를 원료 기판에 가압하여 연마하는 경우의 제1 가압 조건에서의 연마 제거량 및 가공 툴의 이동 속도를 계산
(3) 상기 (2)의 계산값에 기초하는 제1 가압 조건에 의한 가공
(4) 제1 가압 조건에 의한 가공 후의 기판 형상을 계산하고, 이것에 기초하여 연마포를 기판에 가압하여 연마하는 경우의 제2 가압 조건에서의 연마 제거량 및 가공 툴의 이동 속도를 계산
(5) 상기 (4)의 계산값에 기초하는 제2 가압 조건에 의한 가공
이하, 상기 공정에 대해 상세하게 설명한다.
(1) 원료 기판의 표리면에 있어서의 평탄도 및 평행도 측정
원료 기판을, 수직 보유 지지한 상태에서 기판의 표리면에 있어서의 평탄도 및 평행도를 측정한다. 미리 양면 랩 장치에서 기판의 평행도를 산출해 두는 것이 바람직하다. 평탄도의 측정에는, 예를 들어 구로다 세이코제의 플랫네스 테스터를 이용할 수 있다. 평행도의 측정에는, 미츠토요제의 마이크로미터를 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에서, 원료 기판의 평탄도는, 원료 기판 표면의 최소 제곱 평면을 기준면으로 했을 때의, 기준면과 기판 표면의 볼록 부분의 거리의 최댓값과, 기준면과 기판 표면의 오목 부분의 거리의 최댓값의 합이다. 한편, 원료 기판의 평행도는, 원료 기판의 이면으로부터 표면까지의 거리의 최댓값과 최솟값의 차로 표시된다.
(2) 연마포를 원료 기판에 가압하여 연마하는 경우의 제1 가압 조건에서의 연마 제거량 및 가공 툴의 이동 속도를 계산
상기 (1)에서 얻어진 측정 데이터(기판 내의 각 점에서의 평탄도)를 높이 데이터로 컴퓨터에 기억시킨다. 이 데이터를 바탕으로 표리면의 각각에 대해 평탄하게 하기 위하여 필요한 연마 제거량을 계산한다. 표리면의 각각에 대해, 평탄화의 가공면은 표리면의 각각에서의 평균면과 평행이며, 피측정면 중에서 가장 오목한 점에 접하는 면이 된다.
다음에, 양면 모두 평탄하게 한 후의 기판의 평행도를 계산으로 구한다. 얻어진 평행도로부터 연마 제거량을 계산한다. 연마 제거량은, 평탄화 후의 기판의 가장 얇은 부분에 두께가 맞도록 결정된다. 이와 같이 하여, 원료 기판 재료의 표리면에서의 평탄도 및 평행도 측정에서 얻은, 이상적인 각 면 및 각 점에서의 연마 제거량(I)을 결정한다.
상기에서 얻어진 이상적인 각 면 및 각 점에서의 연마 제거량(I)을 기초로, 크기, 표리면에서의 평탄도 및 평행도가 거의 동일한 원료 기판을 제1 가압 조건에 의해, 가공 툴의 이동 속도, 회전수, 연마포의 재질 등을 적절히 바꾸어서 연마 제거량을 미리 산출하고, 연마 프로파일을 조사해 둔다. 그것에 기초하여 제1 가압 조건에서의 각 면 및 각 점에서의 연마 제거량(II) 및 가공 툴의 이동 속도를 계산한다.
(3) 상기 (2)의 계산값에 기초하는 제1 가압 조건에 의한 가공
상기 (2)의 연마 제거량(II) 및 가공 툴의 이동 속도에 기초하여, 제1 가압 조건에 의한 가공을 하는 경우, 각 실린더체를 통하여 균일하게, 탄성체 시트의 변형량이 비교적 작은 0.01 내지 0.015MPa의 가압을 거는 조건이 바람직하다. 가압 조건을 연마면 내에서 균일하게 함으로써, 연마면의 접촉 면적을 툴 면적과 동등하게 하여, 가공 면적을 크게 취하는 것으로 비교적 단시간에 전체의 대략적인 정밀도 수정과 두께 조정을 행할 수 있다.
도 4는, 가공 장치의 개요를 나타내는 사시도이다. 도 4 중, (1)은 가공 툴, (10)은 기판 보유 지지대, (11)은 기판, (12)는 백 패드이다. 가공은, 연마 제거량의 큰 부분은 가공 툴(1)의 이동 속도를 느리게 하여 체류 시간을 길게 하고, 반대로 제거량의 작은 부분은 가공 툴의 이동 속도를 빠르게 하여 체류 시간을 짧게 함으로써, 기판의 각 위치에서의 제거량을 제어한다. 가공 툴은 X축 방향 및 Y축 방향으로 임의로 이동할 수 있는 구조이며, 가공 툴의 이동에 대해서는 컴퓨터에 의해 제어할 수 있는 것이다.
가공 툴은 회전 기구를 가지고 있으며, 회전수는 가공 툴의 회전에 의한 연마액의 장치 외부로의 비산 또는 가공 시간을 고려하여, 30 내지 300rpm, 특히 30 내지 120rpm으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 가공 툴은 회전축과 유니버셜 조인트로 접합되어 있으며, 기판 표면의 기울기에 따를 수 있게 되어 있다.
사용하는 연마제는 특별히 제한되지 않지만, 일반적인 연마제인 산화세륨 연마제, 콜로이달 실리카 연마제 또는 탄화규소 연마제가 바람직하다. 연마제의 평균 입경은 0.02 내지 3㎛, 특히 0.05 내지 1㎛인 것이 바람직하다. 연마제는 가공 툴 중에서 토출하거나, 연마액 중에 기판을 침지한 상태로 연마를 실시한다. 연마액 중의 연마제의 비율은 10 내지 50질량％가 바람직하고, 10 내지 40 질량％가 더 바람직하고, 10 내지 25 질량％가 더욱 바람직하다. 또한, 연마액의 연마면으로의 진입을 좋게 하기 위하여, 툴을 회전하면서 요동시키는 경우에는, 그 조건으로 연마 프로파일을 조사해 두고, 그것에 기초하여 이동 속도를 계산하면 된다.
가공 방법은, X축 방향에 평행하게 가공 툴을 계산된 속도로 연속적으로 이동한 후, Y축 방향으로 일정 피치로 이동시킴으로써 행할 수 있다. Y축 방향으로의 이송 피치는, 평탄도의 수정 또는 제2 가압 조건에서의 가공 시간을 고려하여, 연마 플레이트의 직경의 30％ 이하, 특히 10 내지 25％가 바람직하다. 구체적으로는, X축 방향으로는, 0.05 내지 300㎜/분, 특히 2 내지 50㎜/분의 속도로 이동시키는 것이 바람직하고, Y축 방향으로는, 1 내지 200㎜ 피치, 특히 5 내지 100㎜ 피치로 이동시키는 것이 바람직하다.
(4) 제1 가압 조건에 의한 가공 후의 기판 형상을 계산하고, 이것에 기초하여 연마포를 기판에 가압하여 연마하는 경우의 제2 가압 조건에서의 연마 제거량 및 가공 툴의 이동 속도를 계산
제1 가압 조건에서의 가공만으로는, 현실의 연마 제거량과, 상기 원료 기판의 표리면에 있어서의 평탄도 및 평행도 측정에서 얻어지는, 이상적인 각 면 및 각 점에서의 연마 제거량(I)에 차가 생기는 부분이 있다. 따라서, 이러한 차를 없애기 위해, 제2 가압 조건에서의 가공 툴을 이용한 가공에 의해, 제1 가압 조건에서 가공을 다 할 수 없었던 부분, 예를 들어 기판의 네 코너나 국소적인 볼록상 부분을 연마하는 것이 가능하게 된다. 구체적으로는, 상기 제1 가압 조건에서의 가공 툴을 이용한 연마 프로파일의 결과에 기초하여, 미리 계산해 둔 제2 가압 조건에서의 가공 툴 가공 전의 평탄도 및 평행도의 정보로부터, 상기 연마 제거량(I)이 되도록 제2 가압 조건에서의 가공 툴에서의 필요한 연마 제거량 및 가공 툴의 이동 속도를 계산한다. 이 경우, 제1 가압 조건의 경우와 마찬가지로, 제2 가압 조건에서의 가공 툴을 이용한 연마 프로파일을 사전에 조사해 두고, 가공 툴의 이동 속도를 조정한다. 이와 같이, 본 발명에서는 제1 가압 조건에 의한 가공 후에 정밀도 측정을 행하지 않기 때문에, 효율적인 가공을 행할 수 있다.
(5) 상기 (4)의 계산값에 기초하는 제2 가압 조건에 의한 가공
상기 (4)에서 계산된 필요한 연마 제거량 및 가공 툴의 이동 속도에 따라, 제2 가압 조건으로 가공 툴에 의해 가공을 행한다. 제2 가압 조건에서는, 제1 가압 조건에 의해 가공한 기판의 평탄도를 더욱 미세하게 수정하기 위하여, 가공 툴에 의한 가공 면적을 제1 가압 조건보다 작게 하여 가공을 행한다. 연마 플레이트의 각 관통 구멍을 통하여 탄성체 시트에 가하는 가압을, 연마 플레이트 중심부에서는 연마 플레이트 주연부보다도 크게 함으로써, 탄성체 시트의 중앙부를 원래 두께의 2 내지 10％, 예를 들어 0.1 내지 2.0㎜의 범위로 압출할 수 있으며, 제1 가압 조건 시와 비교하여 탄성체 시트를 더 볼록상으로 하여 연마 가공을 행할 수 있다. 그리고, 탄성체 시트의 변형에 맞추어 연마포의 형상이 변형되고, 기판의 접촉면의 형상이 변형된다. 접촉면이 역 볼록 형상으로 변형함으로써, 가공 툴 중심부와 주연부에서의 제거량이 변화하고, 가공 툴 중심부에 있어서의 제거량이 주연 부분에서의 제거량보다도 상대적으로 많아져, 기판의 더욱 미세한 평탄도의 수정이 가능해진다. 구체적으로는, 연마 플레이트 중심부에서는 0.02 내지 0.04MPa, 중심부로부터 주연부에 걸쳐서 완만하게 가압을 감소시켜, 주연부에서는 0.01 내지 0.02MPa의 가압을 가하는 조건으로 탄성체 시트의 중앙이 역 볼록 형상이 되도록 변형시킨다. 여기서, 연마 플레이트의 중심에서 반경 방향으로의 거리를 100으로 했을 때, 중심에서 0 내지 30까지의 범위를 연마 플레이트 중심부로 하고, 중심에서 70 내지 100까지의 범위를 주연부로 한다. 제2 가압 조건에서의 연마포와 기판의 접촉면 형상이, 제1 가압 조건에 비해 더 볼록상이라면 평탄도의 수정 효과는 커지지만, 한편으로 기판과의 접촉 면적이 작아진다. 접촉 면적이 너무 작아지면 필요한 가공 시간이 길어져 비경제적이므로, 목표로 하는 평탄도와 가공 시간에 따라 탄성체 시트의 변형량을 결정한다.
가공 방법은, 제1 가압 조건의 경우와 마찬가지의 방법으로 행한다. 특히, 제2 가압 조건에서는, X축 방향으로는, 0.05 내지 300㎜/분, 특히 2 내지 50㎜/분의 속도로 이동시키는 것이 바람직하고, Y축 방향으로는, 1 내지 50㎜ 피치, 특히 5 내지 30㎜ 피치로 이동시키는 것이 바람직하다. 또한, 제1 가압 조건에 의한 가공과 제2 가압 조건에 의한 가공을 조합함으로써, 기판에 발생하는 가로 줄무늬를 방지할 수 있다. 또한, 필요에 따라 폴리싱 공정을 도입할 수도 있다. 또한, 목표로 하는 가공 정밀도에 따라, 제3 가압 조건이나 제4 가압 조건 등 3종류 이상의 가압 조건을 구사할 수도 있다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 가공 툴의 가압 조건을 제어함으로써 가공 툴의 교환 작업을 하지 않고 연마면의 제거량 분포를 제어할 수 있기 때문에, 기판의 평탄도 및 평행도를 단시간에 수정할 수 있고, 고 평탄도 및 고 평행도의 기판을 얻을 수 있다.
본 발명의 기판은, 대각 길이가 바람직하게는 1,000㎜ 이상, 더 바람직하게는 1,000 내지 3,500㎜, 더욱 바람직하게는 1,500 내지 3,000㎜의 치수를 갖는 것이다. 또한, 이 기판의 형상은, 정사각형, 직사각형, 원형 등일 수도 있고, 원형의 경우, 대각 길이는 직경을 의미한다. 또한, 이 대형 기판의 두께는 제한되지 않지만, 5 내지 50㎜, 특히 10 내지 20㎜인 것이 바람직하다.
기판의 평탄도/기판 대각 길이는, 8×10-6 이하의 고 평탄한 것이 바람직하고, 6×10-6 이하가 더 바람직하고, 5×10-6 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 그의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 통상 1×10-6이다.
본 발명의 기판 평행도는, 노광 갭 변동을 적게 하기 위한 보정 등을 고려하여, 바람직하게는 50㎛ 이하, 더 바람직하게는 30㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이하이다.
본 발명에 따르면, 기판의 평탄도 및 평행도를 단시간에 수정할 수 있고, 고 평탄도 및 고 평행도의 기판을 얻을 수 있다. 또한, 얻어진 기판을 사용하여 제작된 포토 마스크를 패널 노광에 사용함으로써, CD 정밀도(치수 정밀도)의 향상, 미세 패턴의 노광이 가능해진다. 또한, 패널의 수율의 향상으로 이어진다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
랩 가공에 의해 양면을 조 연마한 크기 1,600㎜×1,800㎜, 두께 17.5㎜이며, 표면의 평탄도는 100㎛, 이면의 평탄도는 120㎛, 평행도는 50㎛의 기판을 원료 합성 석영 유리 기판으로 하여 준비하였다. 평탄도는 구로다 세이코제의 플랫네스 테스터에 의해, 평행도는 미츠토요제의 마이크로미터에 의해 측정했다. 얻어진 평탄도 및 평행도의 측정 결과로부터, 표면 및 이면의 각면에서, 각각 각 점에서의 연마 제거량을 결정했다.
그리고, 도 4에 나타내는 장치의 기판 보유 지지대(10) 상에 부착된 발포 폴리우레탄제의 백 패드(12) 상에 이 원료 합성 석영 유리 기판을 설치하고, 기판 주위를 수지 프레임으로 둘러싸서 고정했다. 가공 툴은, 직경 500㎜의 SUS304제의 연마 플레이트에, 직경 500㎜, 두께 10㎜의 폴리우레탄 고무를 포함하는 탄성체 시트를 개재시켜 폴리우레탄제의 연마포를 부착한 것을 사용했다. 연마제는 평균 입경 1㎛의 산화세륨 연마제를 20질량％의 농도로 물에 현탁시킨 것을 사용했다.
크기, 표리면의 평탄도 및 평행도가 동일한 기판을 원료 합성 석영 유리 기판으로서 사용하여 가압 기구에 의한 볼록도(압출 정도)를 변화시켰을 때의 연마포면의 변형과 연마 프로파일을 사전에 조사하고, 이에 따라 X축 방향에 대해 평행하게 가공 툴을 연속적으로 이동시키고, Y축 방향으로는 100㎜에 상당하는 피치로 가공 툴을 이동시켰다. 가공 툴의 X축 방향으로의 이송 속도는 최저 30㎜/분으로 하고, 이 때의 가공 툴의 회전수는 60rpm으로 했다.
먼저, 제1 가압 조건으로 각 관통 구멍부터 폴리우레탄 고무에 균일하게 0.01MPa의 가압을 가하여 가공을 행하고, 비교적 넓은 범위에서의 대략적인 평탄도 수정이나 전체의 두께 맞춤을 행하여 목적의 연마 제거량 분포에 접근해 갔다.
다음에, 제2 가압 조건으로, 가공 툴의 연마 플레이트 중심부의 관통 구멍에서는 폴리우레탄 고무에 가하는 가압을 0.03MPa, 연마 플레이트의 중심부부터 주연부에 걸쳐 관통 구멍으로부터 폴리우레탄 고무에 가하는 가압을 완만하게 낮추고, 주연부의 관통 구멍에서는 폴리우레탄 고무에 가하는 가압을 0.01MPa로 하여 탄성체의 중앙부를 2㎜ 압출했다. 이 가압 조건에 의해 탄성체 시트 및 연마포면을 제1 가압 조건보다 역 볼록 형상으로 변형시키고, 가공면에서의 연마 프로파일의 폭을 작게 하여 기판 상의 좁은 범위에서의 볼록 부분의 제거나, 기판 네 코너 주변 등의 미세한 정밀도 수정을 행했다. 미리 계산해 둔 제2 가공 이전의 평탄도 및 평행도의 정보를 바탕으로, 제2 가압 조건에서 필요한 연마 제거량을 산출하여, 제2 가압 조건에서 가공 툴의 이동 속도를 결정했다. 제2 가압 조건에서의 가공 툴의 X축 방향으로의 이송 속도는 최저 30㎜/분으로 하고, Y축 방향의 이송 피치는 30㎜로 하고, 툴의 회전수는 60rpm으로 했다. 기판 각 부분에서의 가공 툴의 이동 속도는, 미리 사전에 조사한 제2 가압 조건 시의 연마 프로파일을 바탕으로, 각 부분의 필요 연마량으로부터 계산했다. 표면을 처리한 후, 이면의 처리를 실시했다. 제1 가압 조건 및 제2 가압 조건에서의 연마 시간, 가공 후의 평탄도, 평행도 및 가공 제거량의 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 가공 소요 시간은, 비교예 1의 경우를 100으로 한 경우의 비율을 나타낸다.
[실시예 2]
크기 800㎜×900㎜, 두께 8.3㎜이며, 표면의 평탄도는 80㎛, 이면의 평탄도는 100㎛, 평행도는 40㎛인 기판을 원료 합성 석영 유리 기판으로 준비하고, 실시예 1과 마찬가지의 조건으로 가공한 결과를 표 1에 나타낸다. 최종적으로 가공에 요한 시간은, 실시예 1의 경우의 거의 4분의 1이었다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 크기의 원료 합성 석영 유리 기판을 준비하고, 가공 툴의 가압 조건의 변경을 행하지 않고, 제1 가압 조건만으로 가공을 행한 결과를 표 1에 나타낸다. 가공 툴과 기판의 접촉 면적이 클수록, 부분적인 볼록부가 효과적인 제거 연마가 어렵고, 가공 제거량이 더 한층 필요하게 되고, 또한 최종적인 평탄도가 실시예 1보다 커져 버렸다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 크기의 원료 합성 석영 유리 기판을 준비하고, 제1 가공까지는 실시예 1과 마찬가지로 행하고, 그 후에, 연마 플레이트에 탄성체 시트를 통하지 않고 직접 연마포를 장착한 직경 100㎜의 작은 가공 툴로 교환하고, 교환 후의 가공 툴의 제거량 분포에 맞춰서 가공 툴의 이동 속도를 계산하여, 볼록부의 제거 연마 가공을 행한 경우의 결과를 표 1에 나타낸다. 최종적인 평탄도나 제거량 부피는 실시예 1의 경우와 거의 동등했지만, 도중에 가공 툴의 교환에 수반하는 작업 시간이 여분으로 걸리게 되어, 최종적인 가공 시간은 실시예 1의 경우보다 길어졌다.
[비교예 3]
실시예 2와 동일한 크기의 원료 합성 석영 유리 기판을 준비하고, 제1 가공까지는 실시예 2와 마찬가지로 행하고, 그 후에 연마 플레이트에 탄성체 시트를 통하지 않고 직접 연마포를 설치한 직경 100㎜의 작은 가공 툴로 교환하고, 교환 후의 가공 툴의 연마 프로파일에 맞춰서 가공 툴의 이동 속도를 계산하여, 볼록부의 제거 연마 가공을 행한 경우의 결과를 표 1에 나타낸다. 최종적인 평탄도나 제거량 부피는 실시예 2의 경우와 거의 동등했지만, 도중에 가공 툴의 교환에 수반하는 작업 시간이 여분으로 걸리게 되어, 최종적인 가공 시간은 실시예 2의 경우보다 길어졌다.
1: 가공 툴
2: 기체
3: 연마 플레이트
4: 탄성체 시트
5: 연마포
6: 회전축
7: 관통 구멍
8: 실린더체
9: 피스톤체
10: 기판 보유 지지대
11: 기판
12: 백 패드
2: 기체
3: 연마 플레이트
4: 탄성체 시트
5: 연마포
6: 회전축
7: 관통 구멍
8: 실린더체
9: 피스톤체
10: 기판 보유 지지대
11: 기판
12: 백 패드
Claims (5)
- 회전 가능하게 설치된 연마 플레이트의 하면에 신축 가능한 탄성체 시트를 장착하고, 이 탄성체 시트의 하면에 연마포를 장착함과 함께, 상기 탄성체 시트를 복수 개소에서 각각 소용 압력으로 가압하는 수단을 설치하고, 탄성체 시트의 복수 개소에서의 가압력 변화에 따라 연마포면을 원하는 역 볼록 형상으로 변형시키는 가공 툴을 이용하고, 상기 역 볼록 형상으로 변형시킨 연마포면을 기판에 눌러 대고, 상기 가공 툴을 회전 이동시켜 기판의 소용 개소를 연마하는, 기판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 가공 툴이, 연마 플레이트에 그의 중심을 대칭으로 배치된 복수의 관통 구멍을 설치하고, 해당 각 관통 구멍에 실린더체를 배치함과 함께, 실린더체 내에 피스톤체를 이동 가능하게 배치하고, 피스톤체의 하강 거리에 따라, 해당 피스톤체에 대향하는 탄성체 시트 부위를 눌러 내림으로써 연마포의 소용 부위를 하방으로 팽출시켜 원하는 역 볼록 형상을 형성하도록 구성된 것인, 기판의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성체 시트가 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 네오프렌 고무, 및 이소프렌 고무로부터 선택되는 신축 가능한 탄성 고분자 화합물인, 기판의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연마포가 부직포, 스웨이드, 및 발포 폴리우레탄으로부터 선택되는 것인, 기판의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판이 대각 길이 1,000㎜ 이상의 합성 석영 유리 기판인, 기판의 제조 방법.
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