基板の研磨装置
【課題】被研磨物を保持するワークキャリアと定盤との視認性を向上することにより、被研磨物をワークキャリアに設けられた保持孔にセットする作業性を向上できる基板の研磨装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る基板の研磨装置は、上面に第１の研磨体が配置された下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に第２の研磨体が配置された上定盤と、第１，第２の研磨体間に配置され、ワークを保持可能な保持孔を有するワークキャリアと、上定盤及び下定盤を、軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、ワークキャリアを回転駆動するワークキャリア駆動装置と、を具備し、第１の研磨体は、着色剤により着色されている。
【解決手段】本発明に係る基板の研磨装置は、上面に第１の研磨体が配置された下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に第２の研磨体が配置された上定盤と、第１，第２の研磨体間に配置され、ワークを保持可能な保持孔を有するワークキャリアと、上定盤及び下定盤を、軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、ワークキャリアを回転駆動するワークキャリア駆動装置と、を具備し、第１の研磨体は、着色剤により着色されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定砥粒を用いた基板の研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の硬物材料の研磨加工に用いられる装置として両面ラップ盤が従来から知られている。両面ラップ盤では、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の硬物材料からなる被研磨物をワークキャリアと呼ばれる保持具に設けられた保持孔にセットした後、相対する上下位置に配置された鋳鉄製の定盤間で挟持し、上下の定盤を回転させることで被研磨物の上下面を粗研磨加工（以下ラップ加工と称する）する。
【０００３】
両面ラップ盤を用いて被研磨物をラップ加工する方式には、大きく分けて、遊離砥粒研磨と固定砥粒研磨の２つの方式がある。遊離砥粒研磨では、スラリと呼ばれる砥粒を含有した研磨剤を供給しながら被研磨物をラップ加工する。固定砥粒研磨では、金属や樹脂等の結合材で砥粒を固定した砥石を定盤に取り付け、この砥石により被研磨物をラップ加工する（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
なお、砥粒を無機質結合材（アルミナビトリファイドボンド）で固定したアルミナビトリファイドボンド砥石は、台金と砥材層を含めて全体が灰色を呈した色調となっていることから、砥材層と下地層、接着層および台金との境界が不鮮明である。このため、摩耗によって厚さが減少する砥材層の使用限界時期（終了時期）を目視観察により判定するのが困難である。このような問題を解決するために、砥石層を顔料で着色したものがある（例えば、特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３３７３０号公報
【特許文献２】特開平１０−０４４０２７号公報
【特許文献３】特開２００３−２２０５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、被研磨物、例えば、デジタルカメラ等で使用される視感度補正フィルタは、デジタルカメラの小型・薄型化に伴い、その厚みが薄くなっている。両面ラップ盤では、ワークキャリアに設けられた保持孔に被研磨物をセットするが、このワークキャリアの厚みは、当然に被研磨物よりも薄い必要がある（ワークキャリアが被研磨物よりも厚いと、被研磨物を研磨できない）。
【０００７】
そしてワークキャリアの厚みが薄いと、ワークキャリアを通して下定盤が透けて見えてしまう。このため、ワークキャリアに設けられた保持孔の視認性が悪く、被研磨物をワークキャリアに設けられた保持孔にセットする作業性が低下するという問題が生じている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２に開示された発明は、ワークキャリアの保持孔の視認性については何ら考慮されておらず、特許文献１，２に開示された発明では、上記課題を解決することはできない。また、特許文献３に開示された発明は、砥材層と下地層、接着層および台金との境界の視認性についての記載があるものの、ワークキャリアの保持孔の視認性については何ら記載及び示唆がない。また、特許文献３に開示された発明では、砥石層を顔料で着色していることから、砥粒を固めるボンドに対して顔料が異物として作用する。このためボンドの砥粒保持力や結合力が低下し、砥石の研磨性能が劣化する虞がある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に対処してなされたものであり、被研磨物を保持するワークキャリアと定盤との視認性を向上することにより、被研磨物をワークキャリアに設けられた保持孔にセットする作業性を向上できる基板の研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る基板の研磨装置は、上面に第１の研磨体が配置された下定盤と、下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に第２の研磨体が配置された上定盤と、第１，第２の研磨体間に配置され、ワークを保持可能な保持孔を有するワークキャリアと、上定盤及び下定盤を、軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、ワークキャリアを回転駆動するワークキャリア駆動装置と、を具備し、第１の研磨体は、着色剤により着色されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の基板の研磨装置によれば、砥粒を固定する結合材を着色するようにしたので、被研磨物を保持するワークキャリアと定盤との視認性が向上し、被研磨物をワークキャリアに設けられた保持孔にセットする作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る基板の研磨装置の概略断面図である。
【図２】ワークキャリア駆動装置の構成図である。
【図３】試料Ａ及び試料Ｂの画像である。
【図４】実験方法の説明図である。
【図５】試料Ａ及び試料Ｂの試験結果の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る基板の研磨装置１（以下、単に研磨装置１と記載する）の概略断面図である。
【００１４】
（研磨装置１の構成）
実施形態に係る研磨装置１は、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の被研磨物（以下、ワークＷを称する）表面を粗研磨加工（以下、ラップ加工と称する）するための装置である。実施形態に係る研磨装置１は、上面に第１の研磨体１１ａが配置された下定盤１１と、下面に第２の研磨体１２ａが配置された上定盤１２と、上定盤１２を上下方向に駆動する上下動機構１３（例えば、シリンダ）と、ワークＷを保持するワークキャリア１４と、定盤１１，１２を回転駆動する定盤駆動装置１５と、ワークキャリア１４を回転駆動するワークキャリア駆動装置１６と、ワークＷの研磨面に冷媒を供給する冷媒供給装置１７とを備える。
【００１５】
上定盤１２は、下定盤１１の上方に位置して、支持基台（図示せず）に上下動機構１３を介して上下動自在に支持される。また、上定盤１２には、ワークＷに冷媒を供給するための孔１２ｂが設けられている。ワークキャリア１４は、下定盤１１と上定盤１２との間に配置され、ワークＷを保持する保持孔１４ａを有する。定盤駆動装置１５は、下定盤１１及び上定盤１２を、軸線を中心として回転駆動する。ワークキャリア駆動装置１６は、ワークキャリア１４を自転及び／又は公転させる。冷媒供給装置１７は、上定盤１２に設けられた孔からワークＷへ冷媒（例えば、水や水溶性油）を供給する。なお、冷媒は、冷却剤だけでなく潤滑剤としても機能する。
【００１６】
（ワークキャリア駆動装置１６及び下定盤１１，上定盤１２）
図２は、ワークキャリア駆動装置１６の構成図である。ワークキャリア駆動装置１６は、ワークキャリア１４を自転（矢印Ａ参照）及び／又は公転（矢印Ｂ参照）させるための中心ギア（サンギア）Ｇ１、外周ギア（インターナルギア）Ｇ２及びこのサンギアＧ１、インターナルギアＧ２を回転駆動する駆動機構（図示せず）から構成される。なお、図２では、保持孔１４ａを明示するため、ワークキャリア１４の右側の保持孔１４ａにワークＷがセットされていない状態を示した。
【００１７】
ワークキャリア１４の外周には、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２とかみ合うギアが形成されており、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２が駆動機構（図示せず）により回転駆動されることで、ワークキャリア１４が自転及び／又は公転する。
【００１８】
ワークＷをラップ加工する下定盤１１及び上定盤１２は、ダイヤモンド砥粒をボンド（例えば、ビトリファイド、レジン、メタル）で固めたペレット状のダイヤモンド砥石を多数配置し、樹脂で固めたもの（例えば、ＤＰＧホイール：アライドマテリアル社製）である。なお、ダイヤモンド砥粒以外にも、種々の砥粒（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするＡ砥粒、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とするＣ砥粒、ＣＢＮ砥粒）を使用することができるが、ダイヤモンド砥粒は、高い研磨力と安定した加工性能を有するため、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の硬物材料のラップ加工に好適である。
【００１９】
この実施形態では、下定盤１１の樹脂は、着色剤で着色されている。既に述べたように、現在、ワークＷの厚みが非常に薄くなっている。例えば、デジタルカメラに使用される視感度補正フィルタの厚みは、０．３ｍｍ程度となっている。このためワークＷを保持するワークキャリア１４の厚みも非常に薄く、下定盤１１の研磨体１１ａが透けて見えるほどである。
【００２０】
このような厚みの薄いワークキャリア１４を使用する場合、下定盤１１上にセットされたワークキャリア１４の保持孔１４ａの視認性が低下するためワークキャリア１４の保持孔１４ａにワークＷをセットする作業性が低下する。そこで、下定盤１１の樹脂に着色剤を含有することにより着色してワークキャリア１４の保持孔１４ａの視認性を向上している。ワークキャリア１４の保持孔１４ａの視認性を向上することで、ワークキャリア１４の保持孔１４ａにワークＷをセットする作業性が向上する。
【００２１】
樹脂を着色する着色剤には、無機系顔料及び有機系顔料を使用することができる。
無機系顔料には、亜鉛華、鉛白、リトポン、二酸化チタン、沈降性硫酸バリウム、バライト粉、鉛丹、酸化鉄赤、黄鉛、亜鉛黄、ウルトラマリン青、プロシア青（フェロシアン化鉄カリ）、カーボンブラック等がある。
【００２２】
有機系顔料には、多環顔料及びアゾ顔料の２種類がある。
多環顔料には、イソインドリノン、イソインドリン、キノフタロン、アントラキノン(フラバトロン)、アゾメチン、キサンテン、ジケトピロロピロール、ペリレン、アントラキノン、ペリノン、キナクリドン、アントラキノン、ジケトピロロピロール、インジゴイド、オキサジン(ジオキサジン)、キサンテン、ベンツイミダゾロン、ビオランスロン、フタロシアニン、等がある。
【００２３】
また、アゾ顔料には、分子構造中にアゾ基を１つ有するモノアゾ顔料、分子構造中にアゾ基を２つ有するジアゾ顔料、縮合反応を用いて製造される、縮合ジアゾ顔料等がある。また、樹脂を着色する着色剤には、染料を用いることも可能である。樹脂を着色する色については、ワークキャリア１４や砥粒、ワークＷ等の色調を考慮し、ワークキャリア１４と下定盤１１との視認性が向上する観点から適宜の色を選択することができる。
【００２４】
樹脂に含有される顔料は、ラップ加工時にワークＷ表面に意図しない傷（スクラッチ）をつける要因となる。実施形態に係る研磨装置１にてワークＷのラップ加工が終了すると、ワークＷについた加工傷を除去するため仕上げ研磨加工（ポリッシュ加工）が行われる。ここで、顔料に起因した傷が砥粒による加工傷よりも深いと、ラップ加工による加工変質層が想定した深さよりも深くなる。この結果、仕上げ研磨加工における加工量を多くする必要が生じ、生産性を著しく悪化させる原因となる。
【００２５】
このような顔料に起因する意図しない傷の発生を防ぐため、樹脂に含有する前の顔料の見かけの算術平均粒子径は、ダイヤモンド等の砥粒の算術平均粒子径以下とする必要がある。その理由としては、粒径の関係を前述のようにすることで、顔料により発生した傷を砥粒での研磨加工により除去するためである。
【００２６】
なお、顔料の１次平均粒子径がナノメートルオーダーの微粉であっても、樹脂に混合される段階で凝集していると、その凝集体のサイズが砥粒のサイズを超えてしまい意図しない傷の発生原因となる。そのため、樹脂に含有する顔料の凝集体の算術平均粒子径、つまり顔料の見かけの算術平均粒子径を砥粒の算術平均粒子径以下とする必要がある。また、顔料の見かけの算術平均粒子径は、０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２７】
さらに、顔料は、樹脂に含有する際、ふるい等を用いて所望の算術平均粒子径となるよう調整する、もしくは測定を行い所望の算術平均粒子径であることを確認することが好ましい。顔料の算術平均粒子径の測定方法としては、コールター原理（細孔電気抵抗法）を用いた装置（例えば、ベックマン・コールター社製 精密粒度分布測定装置 Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ２）を用いることができる。
【００２８】
なお、この実施形態では、ダイヤモンド砥石はあえて着色していない。ダイヤモンド砥石を着色する場合には、ダイヤモンド砥粒を固めるボンドに顔料を含有した場合、顔料が異物として作用するためボンドの砥粒保持力や結合力が低下し、ダイヤモンド砥石の研磨性能が劣化するためである。
【００２９】
次に、動作について説明する。
ワークＷのラップ加工の際は、上定盤１２が上下動機構１３により上昇され、ワークキャリア１４の保持孔１４ａ内にワークＷが収納され、次いで上定盤１２が上下動機構１３により下降され、下定盤１１の研磨体１１ａ及び上定盤１２の研磨体１２ａでワークＷを挟み込む。
【００３０】
次に、冷媒供給装置１７により上定盤１２の孔から冷媒をワークＷへ供給しつつ定盤１１，１２及びワークキャリア１４を、定盤駆動装置１５及びワークキャリア駆動装置１６により回転駆動させてワークＷのラップ加工を行う。その際、下定盤１１、上定盤１２及びワークキャリア１４を同一方向に同一角速度（回転数）で回転させるようにすると、ワークキャリア１４に保持されているワークＷの表裏面における下定盤１１及び上定盤１２との間の相対摩擦距離が等しくなり、精度のよいラップ加工が行える。
【００３１】
なお、ワークＷをラップ加工する際には、下定盤１１、上定盤１２、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２の４つが回転運動する４ｗａｙ方式、下定盤１１及び上定盤１２は回転せず、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２だけが回転する２ｗａｙ方式、下定盤１１、上定盤１２、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２のうちの３つが回転運動する３ｗａｙ方式等がある。その方式を用いてワークＷをラップ加工するかは、ワークＷのラップ加工条件に応じて選択すればよい。
【００３２】
実施形態に係る研磨装置１にてワークＷのラップ加工が終了すると、ワークＷについた傷を除去するため仕上げ研磨処理（ポリッッシュ処理）が行われる。
【実施例】
【００３３】
次に、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
初めに、下定盤の樹脂を着色した場合、ワークキャリアの保持孔にワークをセットする作業性がどの程度向上するかを調べた。研磨装置として９Ｂ研磨機を用い、ワークキャリア５枚に対し１１０枚のガラス（３０ｍｍ角）を保持孔にセットする作業（ワークキャリア１枚あたり、ガラス２２枚）について、下定盤の樹脂を着色していない場合、着色している場合の作業性を確認した。なお、実験の客観性を担保するために、５人の作業者の作業時間平均にて確認した。なお、下定盤の樹脂を着色している場合は、有機系顔料を用いて樹脂を着色したものを用いた。
【００３４】
（着色していない場合）
作業時間：８．３分／セット
【００３５】
（着色している場合）
作業時間：５．７分／セット
【００３６】
以上のように、定盤の樹脂を着色することにより、作業性（生産性）が約３割向上（作業時間が３割短縮）することが確認された。
【００３７】
次に、以下の実施例１、実施例２の２種類の試料Ａ及び試料Ｂを作成し、試料Ａ及び試料Ｂにおいてガラス基板にどの程度の傷（スクラッチ）が生じるかを調べた。
【００３８】
（実施例１：試料Ａ）
金属網（ろ過精度：４０００メッシュ、ふるい目開き５μｍ）を用い、カーボンブラック（１次平均粒子径：２１ｎｍ）とダイヤモンド砥粒（算術平均粒子径：４μｍ）との混合物をふるい、通過した混合物を樹脂に０．３ｗｔ％含有し硬化させたものを試料Ａとした。
【００３９】
（実施例２：試料Ｂ）
実施例１の金属網によるふるいを行わずに、実施例１と同様のカーボンブラックとダイヤモンド砥粒を樹脂に０．３ｗｔ％含有し硬化させたものを試料Ｂとした。なお、実施例１のふるい作業において、金属網を通過しないカーボンブラックの粗大粒子が複数個確認されたため、試料Ｂには見かけの算術平均粒子径が５μｍを超えるカーボンブラックの凝集体が複数混入していると考えられる。
【００４０】
図３に上述のようにして作成した試料Ａ及び試料Ｂの画像を示す。図３（ａ）は、試料Ａ及び試料Ｂの全体画像である。図３（ｂ）は、試料Ａ及び試料Ｂの一部拡大画像である。図３（ａ）及び図３（ｂ）からは、試料Ａは、試料Ｂに比べてカーボンブラックが均一に分散されていることがわかる。
【００４１】
次に実験方法について説明する。
図４は、実験方法の説明図である。実験では、８２５ｇの重りＧに両面テープＲでガラス基板Ｔを貼り付け、毎分６０回転（６０ｒｐｍ）する試料Ａ及び試料Ｂ上に上記重りと共にガラス基板を置き、ガラス基板にどの程度の傷（スクラッチ）が生じるかを調べた。なお、ガラス基板の大きさは、縦横１０ｍｍ×１０ｍｍである。また、傷の確認が容易なようにガラス基板は、ポリッシュ加工されたものを用いた。
【００４２】
次に、実験結果について説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ試料Ａ及び試料Ｂの試験結果の画像である。図５（ａ）及び図５（ｂ）には、倍率が５０倍の画像と１０００倍の画像を掲載した。以下、試料Ａ及び試料Ｂの実験結果について説明する。
【００４３】
（実施例１：試料Ａ）（図５（ａ）参照）
樹脂に含有されるカーボンブラックは、ろ過処理することでダイヤモンド砥粒と同等以下の算術平均粒子径となっており、倍率が１０００倍の画像で見られるわずかな傷はダイヤモンド砥粒によるものと考えられる。
【００４４】
（実施例２：試料Ｂ）（図５（ｂ）参照）
樹脂に含有されるカーボンブラックは、ろ過処理していないためダイヤモンド砥粒の算術平均粒子径を超える凝集体が存在しており、倍率が５０倍の画像で見られる傷は、この凝集体によるものと考えられる。
【００４５】
以上のように、下定盤の樹脂を着色することにより、ワークキャリアの保持孔にワークをセットする作業性が向上することがわかった。さらに、下定盤の樹脂を着色する顔料を、金属網等でろ過処理を行いカーボンブラックが凝集しないように処理することで、ワーク表面に生じる傷が少なくなるため、後の仕上げ研磨加工の時間を短縮することができ、生産性の低下を抑制できることがわかった。
【００４６】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、ワークＷをラップ加工する定盤に、ダイヤモンド砥粒をボンド（例えば、ビトリファイド、レジン、メタル）で固めたペレット状のダイヤモンド砥石を多数配置し、樹脂で固めたものを用いたが他の形態の定盤を使用することもできる。例えば、数μｍのダイヤモンド粒子をレジンで固めることで数十〜数百μｍ程度に造粒された多数の砥石を形成する。そして、それら砥石を樹脂中に分散した上でシート状に加工し固めたものを研磨体として定盤に貼り付けて用いる。この際、砥石を分散させる樹脂に前述の顔料を含有させることでダイヤモンド砥石の研磨性能に悪影響を与えることなく、研磨体を着色させること及び顔料に起因するワークへの傷を少なくすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の基板の研磨装置は、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の硬物材料の研磨加工に用いることができ、特に、厚みの薄い被研磨物（例えば、デジタルカメラの視感度補正フィルタ）の研磨に好適である。
【符号の説明】
【００４８】
１…研磨装置、１１…下定盤、１２…上定盤、１３…上下動機構、１４…ワークキャリア、１５…定盤駆動装置、１６…ワークキャリア駆動装置、１７…冷媒供給装置、Ｇ１…サンギア、Ｇ２…インターナルギア、Ｗ…ワーク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定砥粒を用いた基板の研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の硬物材料の研磨加工に用いられる装置として両面ラップ盤が従来から知られている。両面ラップ盤では、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の硬物材料からなる被研磨物をワークキャリアと呼ばれる保持具に設けられた保持孔にセットした後、相対する上下位置に配置された鋳鉄製の定盤間で挟持し、上下の定盤を回転させることで被研磨物の上下面を粗研磨加工（以下ラップ加工と称する）する。
【０００３】
両面ラップ盤を用いて被研磨物をラップ加工する方式には、大きく分けて、遊離砥粒研磨と固定砥粒研磨の２つの方式がある。遊離砥粒研磨では、スラリと呼ばれる砥粒を含有した研磨剤を供給しながら被研磨物をラップ加工する。固定砥粒研磨では、金属や樹脂等の結合材で砥粒を固定した砥石を定盤に取り付け、この砥石により被研磨物をラップ加工する（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
なお、砥粒を無機質結合材（アルミナビトリファイドボンド）で固定したアルミナビトリファイドボンド砥石は、台金と砥材層を含めて全体が灰色を呈した色調となっていることから、砥材層と下地層、接着層および台金との境界が不鮮明である。このため、摩耗によって厚さが減少する砥材層の使用限界時期（終了時期）を目視観察により判定するのが困難である。このような問題を解決するために、砥石層を顔料で着色したものがある（例えば、特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３３７３０号公報
【特許文献２】特開平１０−０４４０２７号公報
【特許文献３】特開２００３−２２０５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、被研磨物、例えば、デジタルカメラ等で使用される視感度補正フィルタは、デジタルカメラの小型・薄型化に伴い、その厚みが薄くなっている。両面ラップ盤では、ワークキャリアに設けられた保持孔に被研磨物をセットするが、このワークキャリアの厚みは、当然に被研磨物よりも薄い必要がある（ワークキャリアが被研磨物よりも厚いと、被研磨物を研磨できない）。
【０００７】
そしてワークキャリアの厚みが薄いと、ワークキャリアを通して下定盤が透けて見えてしまう。このため、ワークキャリアに設けられた保持孔の視認性が悪く、被研磨物をワークキャリアに設けられた保持孔にセットする作業性が低下するという問題が生じている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２に開示された発明は、ワークキャリアの保持孔の視認性については何ら考慮されておらず、特許文献１，２に開示された発明では、上記課題を解決することはできない。また、特許文献３に開示された発明は、砥材層と下地層、接着層および台金との境界の視認性についての記載があるものの、ワークキャリアの保持孔の視認性については何ら記載及び示唆がない。また、特許文献３に開示された発明では、砥石層を顔料で着色していることから、砥粒を固めるボンドに対して顔料が異物として作用する。このためボンドの砥粒保持力や結合力が低下し、砥石の研磨性能が劣化する虞がある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に対処してなされたものであり、被研磨物を保持するワークキャリアと定盤との視認性を向上することにより、被研磨物をワークキャリアに設けられた保持孔にセットする作業性を向上できる基板の研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る基板の研磨装置は、上面に第１の研磨体が配置された下定盤と、下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に第２の研磨体が配置された上定盤と、第１，第２の研磨体間に配置され、ワークを保持可能な保持孔を有するワークキャリアと、上定盤及び下定盤を、軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、ワークキャリアを回転駆動するワークキャリア駆動装置と、を具備し、第１の研磨体は、着色剤により着色されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の基板の研磨装置によれば、砥粒を固定する結合材を着色するようにしたので、被研磨物を保持するワークキャリアと定盤との視認性が向上し、被研磨物をワークキャリアに設けられた保持孔にセットする作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る基板の研磨装置の概略断面図である。
【図２】ワークキャリア駆動装置の構成図である。
【図３】試料Ａ及び試料Ｂの画像である。
【図４】実験方法の説明図である。
【図５】試料Ａ及び試料Ｂの試験結果の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る基板の研磨装置１（以下、単に研磨装置１と記載する）の概略断面図である。
【００１４】
（研磨装置１の構成）
実施形態に係る研磨装置１は、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の被研磨物（以下、ワークＷを称する）表面を粗研磨加工（以下、ラップ加工と称する）するための装置である。実施形態に係る研磨装置１は、上面に第１の研磨体１１ａが配置された下定盤１１と、下面に第２の研磨体１２ａが配置された上定盤１２と、上定盤１２を上下方向に駆動する上下動機構１３（例えば、シリンダ）と、ワークＷを保持するワークキャリア１４と、定盤１１，１２を回転駆動する定盤駆動装置１５と、ワークキャリア１４を回転駆動するワークキャリア駆動装置１６と、ワークＷの研磨面に冷媒を供給する冷媒供給装置１７とを備える。
【００１５】
上定盤１２は、下定盤１１の上方に位置して、支持基台（図示せず）に上下動機構１３を介して上下動自在に支持される。また、上定盤１２には、ワークＷに冷媒を供給するための孔１２ｂが設けられている。ワークキャリア１４は、下定盤１１と上定盤１２との間に配置され、ワークＷを保持する保持孔１４ａを有する。定盤駆動装置１５は、下定盤１１及び上定盤１２を、軸線を中心として回転駆動する。ワークキャリア駆動装置１６は、ワークキャリア１４を自転及び／又は公転させる。冷媒供給装置１７は、上定盤１２に設けられた孔からワークＷへ冷媒（例えば、水や水溶性油）を供給する。なお、冷媒は、冷却剤だけでなく潤滑剤としても機能する。
【００１６】
（ワークキャリア駆動装置１６及び下定盤１１，上定盤１２）
図２は、ワークキャリア駆動装置１６の構成図である。ワークキャリア駆動装置１６は、ワークキャリア１４を自転（矢印Ａ参照）及び／又は公転（矢印Ｂ参照）させるための中心ギア（サンギア）Ｇ１、外周ギア（インターナルギア）Ｇ２及びこのサンギアＧ１、インターナルギアＧ２を回転駆動する駆動機構（図示せず）から構成される。なお、図２では、保持孔１４ａを明示するため、ワークキャリア１４の右側の保持孔１４ａにワークＷがセットされていない状態を示した。
【００１７】
ワークキャリア１４の外周には、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２とかみ合うギアが形成されており、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２が駆動機構（図示せず）により回転駆動されることで、ワークキャリア１４が自転及び／又は公転する。
【００１８】
ワークＷをラップ加工する下定盤１１及び上定盤１２は、ダイヤモンド砥粒をボンド（例えば、ビトリファイド、レジン、メタル）で固めたペレット状のダイヤモンド砥石を多数配置し、樹脂で固めたもの（例えば、ＤＰＧホイール：アライドマテリアル社製）である。なお、ダイヤモンド砥粒以外にも、種々の砥粒（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするＡ砥粒、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とするＣ砥粒、ＣＢＮ砥粒）を使用することができるが、ダイヤモンド砥粒は、高い研磨力と安定した加工性能を有するため、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の硬物材料のラップ加工に好適である。
【００１９】
この実施形態では、下定盤１１の樹脂は、着色剤で着色されている。既に述べたように、現在、ワークＷの厚みが非常に薄くなっている。例えば、デジタルカメラに使用される視感度補正フィルタの厚みは、０．３ｍｍ程度となっている。このためワークＷを保持するワークキャリア１４の厚みも非常に薄く、下定盤１１の研磨体１１ａが透けて見えるほどである。
【００２０】
このような厚みの薄いワークキャリア１４を使用する場合、下定盤１１上にセットされたワークキャリア１４の保持孔１４ａの視認性が低下するためワークキャリア１４の保持孔１４ａにワークＷをセットする作業性が低下する。そこで、下定盤１１の樹脂に着色剤を含有することにより着色してワークキャリア１４の保持孔１４ａの視認性を向上している。ワークキャリア１４の保持孔１４ａの視認性を向上することで、ワークキャリア１４の保持孔１４ａにワークＷをセットする作業性が向上する。
【００２１】
樹脂を着色する着色剤には、無機系顔料及び有機系顔料を使用することができる。
無機系顔料には、亜鉛華、鉛白、リトポン、二酸化チタン、沈降性硫酸バリウム、バライト粉、鉛丹、酸化鉄赤、黄鉛、亜鉛黄、ウルトラマリン青、プロシア青（フェロシアン化鉄カリ）、カーボンブラック等がある。
【００２２】
有機系顔料には、多環顔料及びアゾ顔料の２種類がある。
多環顔料には、イソインドリノン、イソインドリン、キノフタロン、アントラキノン(フラバトロン)、アゾメチン、キサンテン、ジケトピロロピロール、ペリレン、アントラキノン、ペリノン、キナクリドン、アントラキノン、ジケトピロロピロール、インジゴイド、オキサジン(ジオキサジン)、キサンテン、ベンツイミダゾロン、ビオランスロン、フタロシアニン、等がある。
【００２３】
また、アゾ顔料には、分子構造中にアゾ基を１つ有するモノアゾ顔料、分子構造中にアゾ基を２つ有するジアゾ顔料、縮合反応を用いて製造される、縮合ジアゾ顔料等がある。また、樹脂を着色する着色剤には、染料を用いることも可能である。樹脂を着色する色については、ワークキャリア１４や砥粒、ワークＷ等の色調を考慮し、ワークキャリア１４と下定盤１１との視認性が向上する観点から適宜の色を選択することができる。
【００２４】
樹脂に含有される顔料は、ラップ加工時にワークＷ表面に意図しない傷（スクラッチ）をつける要因となる。実施形態に係る研磨装置１にてワークＷのラップ加工が終了すると、ワークＷについた加工傷を除去するため仕上げ研磨加工（ポリッシュ加工）が行われる。ここで、顔料に起因した傷が砥粒による加工傷よりも深いと、ラップ加工による加工変質層が想定した深さよりも深くなる。この結果、仕上げ研磨加工における加工量を多くする必要が生じ、生産性を著しく悪化させる原因となる。
【００２５】
このような顔料に起因する意図しない傷の発生を防ぐため、樹脂に含有する前の顔料の見かけの算術平均粒子径は、ダイヤモンド等の砥粒の算術平均粒子径以下とする必要がある。その理由としては、粒径の関係を前述のようにすることで、顔料により発生した傷を砥粒での研磨加工により除去するためである。
【００２６】
なお、顔料の１次平均粒子径がナノメートルオーダーの微粉であっても、樹脂に混合される段階で凝集していると、その凝集体のサイズが砥粒のサイズを超えてしまい意図しない傷の発生原因となる。そのため、樹脂に含有する顔料の凝集体の算術平均粒子径、つまり顔料の見かけの算術平均粒子径を砥粒の算術平均粒子径以下とする必要がある。また、顔料の見かけの算術平均粒子径は、０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２７】
さらに、顔料は、樹脂に含有する際、ふるい等を用いて所望の算術平均粒子径となるよう調整する、もしくは測定を行い所望の算術平均粒子径であることを確認することが好ましい。顔料の算術平均粒子径の測定方法としては、コールター原理（細孔電気抵抗法）を用いた装置（例えば、ベックマン・コールター社製 精密粒度分布測定装置 Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ２）を用いることができる。
【００２８】
なお、この実施形態では、ダイヤモンド砥石はあえて着色していない。ダイヤモンド砥石を着色する場合には、ダイヤモンド砥粒を固めるボンドに顔料を含有した場合、顔料が異物として作用するためボンドの砥粒保持力や結合力が低下し、ダイヤモンド砥石の研磨性能が劣化するためである。
【００２９】
次に、動作について説明する。
ワークＷのラップ加工の際は、上定盤１２が上下動機構１３により上昇され、ワークキャリア１４の保持孔１４ａ内にワークＷが収納され、次いで上定盤１２が上下動機構１３により下降され、下定盤１１の研磨体１１ａ及び上定盤１２の研磨体１２ａでワークＷを挟み込む。
【００３０】
次に、冷媒供給装置１７により上定盤１２の孔から冷媒をワークＷへ供給しつつ定盤１１，１２及びワークキャリア１４を、定盤駆動装置１５及びワークキャリア駆動装置１６により回転駆動させてワークＷのラップ加工を行う。その際、下定盤１１、上定盤１２及びワークキャリア１４を同一方向に同一角速度（回転数）で回転させるようにすると、ワークキャリア１４に保持されているワークＷの表裏面における下定盤１１及び上定盤１２との間の相対摩擦距離が等しくなり、精度のよいラップ加工が行える。
【００３１】
なお、ワークＷをラップ加工する際には、下定盤１１、上定盤１２、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２の４つが回転運動する４ｗａｙ方式、下定盤１１及び上定盤１２は回転せず、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２だけが回転する２ｗａｙ方式、下定盤１１、上定盤１２、サンギアＧ１及びインターナルギアＧ２のうちの３つが回転運動する３ｗａｙ方式等がある。その方式を用いてワークＷをラップ加工するかは、ワークＷのラップ加工条件に応じて選択すればよい。
【００３２】
実施形態に係る研磨装置１にてワークＷのラップ加工が終了すると、ワークＷについた傷を除去するため仕上げ研磨処理（ポリッッシュ処理）が行われる。
【実施例】
【００３３】
次に、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
初めに、下定盤の樹脂を着色した場合、ワークキャリアの保持孔にワークをセットする作業性がどの程度向上するかを調べた。研磨装置として９Ｂ研磨機を用い、ワークキャリア５枚に対し１１０枚のガラス（３０ｍｍ角）を保持孔にセットする作業（ワークキャリア１枚あたり、ガラス２２枚）について、下定盤の樹脂を着色していない場合、着色している場合の作業性を確認した。なお、実験の客観性を担保するために、５人の作業者の作業時間平均にて確認した。なお、下定盤の樹脂を着色している場合は、有機系顔料を用いて樹脂を着色したものを用いた。
【００３４】
（着色していない場合）
作業時間：８．３分／セット
【００３５】
（着色している場合）
作業時間：５．７分／セット
【００３６】
以上のように、定盤の樹脂を着色することにより、作業性（生産性）が約３割向上（作業時間が３割短縮）することが確認された。
【００３７】
次に、以下の実施例１、実施例２の２種類の試料Ａ及び試料Ｂを作成し、試料Ａ及び試料Ｂにおいてガラス基板にどの程度の傷（スクラッチ）が生じるかを調べた。
【００３８】
（実施例１：試料Ａ）
金属網（ろ過精度：４０００メッシュ、ふるい目開き５μｍ）を用い、カーボンブラック（１次平均粒子径：２１ｎｍ）とダイヤモンド砥粒（算術平均粒子径：４μｍ）との混合物をふるい、通過した混合物を樹脂に０．３ｗｔ％含有し硬化させたものを試料Ａとした。
【００３９】
（実施例２：試料Ｂ）
実施例１の金属網によるふるいを行わずに、実施例１と同様のカーボンブラックとダイヤモンド砥粒を樹脂に０．３ｗｔ％含有し硬化させたものを試料Ｂとした。なお、実施例１のふるい作業において、金属網を通過しないカーボンブラックの粗大粒子が複数個確認されたため、試料Ｂには見かけの算術平均粒子径が５μｍを超えるカーボンブラックの凝集体が複数混入していると考えられる。
【００４０】
図３に上述のようにして作成した試料Ａ及び試料Ｂの画像を示す。図３（ａ）は、試料Ａ及び試料Ｂの全体画像である。図３（ｂ）は、試料Ａ及び試料Ｂの一部拡大画像である。図３（ａ）及び図３（ｂ）からは、試料Ａは、試料Ｂに比べてカーボンブラックが均一に分散されていることがわかる。
【００４１】
次に実験方法について説明する。
図４は、実験方法の説明図である。実験では、８２５ｇの重りＧに両面テープＲでガラス基板Ｔを貼り付け、毎分６０回転（６０ｒｐｍ）する試料Ａ及び試料Ｂ上に上記重りと共にガラス基板を置き、ガラス基板にどの程度の傷（スクラッチ）が生じるかを調べた。なお、ガラス基板の大きさは、縦横１０ｍｍ×１０ｍｍである。また、傷の確認が容易なようにガラス基板は、ポリッシュ加工されたものを用いた。
【００４２】
次に、実験結果について説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ試料Ａ及び試料Ｂの試験結果の画像である。図５（ａ）及び図５（ｂ）には、倍率が５０倍の画像と１０００倍の画像を掲載した。以下、試料Ａ及び試料Ｂの実験結果について説明する。
【００４３】
（実施例１：試料Ａ）（図５（ａ）参照）
樹脂に含有されるカーボンブラックは、ろ過処理することでダイヤモンド砥粒と同等以下の算術平均粒子径となっており、倍率が１０００倍の画像で見られるわずかな傷はダイヤモンド砥粒によるものと考えられる。
【００４４】
（実施例２：試料Ｂ）（図５（ｂ）参照）
樹脂に含有されるカーボンブラックは、ろ過処理していないためダイヤモンド砥粒の算術平均粒子径を超える凝集体が存在しており、倍率が５０倍の画像で見られる傷は、この凝集体によるものと考えられる。
【００４５】
以上のように、下定盤の樹脂を着色することにより、ワークキャリアの保持孔にワークをセットする作業性が向上することがわかった。さらに、下定盤の樹脂を着色する顔料を、金属網等でろ過処理を行いカーボンブラックが凝集しないように処理することで、ワーク表面に生じる傷が少なくなるため、後の仕上げ研磨加工の時間を短縮することができ、生産性の低下を抑制できることがわかった。
【００４６】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、ワークＷをラップ加工する定盤に、ダイヤモンド砥粒をボンド（例えば、ビトリファイド、レジン、メタル）で固めたペレット状のダイヤモンド砥石を多数配置し、樹脂で固めたものを用いたが他の形態の定盤を使用することもできる。例えば、数μｍのダイヤモンド粒子をレジンで固めることで数十〜数百μｍ程度に造粒された多数の砥石を形成する。そして、それら砥石を樹脂中に分散した上でシート状に加工し固めたものを研磨体として定盤に貼り付けて用いる。この際、砥石を分散させる樹脂に前述の顔料を含有させることでダイヤモンド砥石の研磨性能に悪影響を与えることなく、研磨体を着色させること及び顔料に起因するワークへの傷を少なくすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の基板の研磨装置は、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板等の硬物材料の研磨加工に用いることができ、特に、厚みの薄い被研磨物（例えば、デジタルカメラの視感度補正フィルタ）の研磨に好適である。
【符号の説明】
【００４８】
１…研磨装置、１１…下定盤、１２…上定盤、１３…上下動機構、１４…ワークキャリア、１５…定盤駆動装置、１６…ワークキャリア駆動装置、１７…冷媒供給装置、Ｇ１…サンギア、Ｇ２…インターナルギア、Ｗ…ワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に第１の研磨体が配置された下定盤と、
前記下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に第２の研磨体が配置された上定盤と、
前記第１，第２の研磨体間に配置され、ワークを保持可能な保持孔を有するワークキャリアと、
前記上定盤及び前記下定盤を、軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、
前記ワークキャリアを回転駆動するワークキャリア駆動装置と、
を具備し、
前記第１の研磨体は、着色剤により着色されていることを特徴とする基板の研磨装置。
【請求項２】
前記着色剤は、顔料であることを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置。
【請求項３】
前記第１の研磨体は、砥粒をボンドで固めた多数のペレット状砥石を樹脂で固めてなり、
前記樹脂が前記顔料により着色されていることを特徴とする請求項２に記載の基板の研磨装置。
【請求項４】
前記第１の研磨体は、
砥粒をボンドで固めた多数の粒状砥石を樹脂中に分散させた上で固めてなり、
前記樹脂が前記顔料により着色されていることを特徴とする請求項２に記載の基板の研磨装置。
【請求項５】
前記顔料の見かけの算術平均粒子径が、前記砥粒の算術平均粒子径以下であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板の研磨装置。
【請求項６】
前記顔料の見かけの算術平均粒子径が０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板の研磨装置。
【請求項７】
前記ボンドは、ビトリファイド、レジン、メタルのいずれかから選択されることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板の研磨装置。
【請求項１】
上面に第１の研磨体が配置された下定盤と、
前記下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に第２の研磨体が配置された上定盤と、
前記第１，第２の研磨体間に配置され、ワークを保持可能な保持孔を有するワークキャリアと、
前記上定盤及び前記下定盤を、軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、
前記ワークキャリアを回転駆動するワークキャリア駆動装置と、
を具備し、
前記第１の研磨体は、着色剤により着色されていることを特徴とする基板の研磨装置。
【請求項２】
前記着色剤は、顔料であることを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置。
【請求項３】
前記第１の研磨体は、砥粒をボンドで固めた多数のペレット状砥石を樹脂で固めてなり、
前記樹脂が前記顔料により着色されていることを特徴とする請求項２に記載の基板の研磨装置。
【請求項４】
前記第１の研磨体は、
砥粒をボンドで固めた多数の粒状砥石を樹脂中に分散させた上で固めてなり、
前記樹脂が前記顔料により着色されていることを特徴とする請求項２に記載の基板の研磨装置。
【請求項５】
前記顔料の見かけの算術平均粒子径が、前記砥粒の算術平均粒子径以下であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板の研磨装置。
【請求項６】
前記顔料の見かけの算術平均粒子径が０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板の研磨装置。
【請求項７】
前記ボンドは、ビトリファイド、レジン、メタルのいずれかから選択されることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板の研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１７１０５９（Ｐ２０１２−１７１０５９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６３４９（Ｐ２０１１−３６３４９）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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