研磨方法及び研磨装置
【課題】ワークの大型大寸法化に伴いますます難しくなって来ている研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨を持続可能とする研磨方法及び研磨装置を提供する。
【解決手段】水平面を有する支持台１１に配置された矩形大型ワーク１の表面を、そのワーク１の大きさより小さい研磨定盤２０にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えて平面上を移動させ、かつ研磨定盤２０へ研磨液をスラリー制御部から供給しつつ平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御するか、または回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部を有し、エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御する。
【解決手段】水平面を有する支持台１１に配置された矩形大型ワーク１の表面を、そのワーク１の大きさより小さい研磨定盤２０にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えて平面上を移動させ、かつ研磨定盤２０へ研磨液をスラリー制御部から供給しつつ平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御するか、または回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部を有し、エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の矩形ワークの平面研磨において、研磨の再現性精度を高めることができる研磨方式およびその方法を使用した研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶用基板ガラス、カラーフィルターガラスあるいはフォトマスク用ガラス基板等あらゆるガラス系基板の大型化が押し進められている。これと同時に、これら大型ガラス基板を効率良く平面研磨する加工機の要求が急速に高まっている。
【０００３】
従来の大型大寸法ワーク用研磨機は、マイクロチップやハードディスク基板を高精度に平面研磨するのに適した研磨機として提供されているものをスケールアップしたものである。例えば、ワークの片面ずつを研磨するオスカー方式やラツプマスター方式の研磨が知られている。ホップマン方式で知られる研磨機では、遊星キャリアテーブルでワークを挟んで両面同時に研磨する機構となっている。
【０００４】
市場に提供されている研磨機は、小型小寸法に適した研磨方式を大型大寸法に拡大利用する方式であるため、平面を出す基準となる研磨定盤は、ワークサイズ以上で非常に大きくなってきている。このため機械の規模は極めて大きくなり取り扱いも難しくなってきている。
【０００５】
現在市場に提供されている研磨機において、研磨可能ワーク寸法の内、小寸法ワークと大寸法ワークを研磨する場合を考えると、小寸法ワークではワーク表面内の研磨ムラが小さく、大寸法ワークでは研磨ムラが大きくなることが容易に推測される。
【０００６】
研磨機の研磨定盤は、ワーク表面に押し当てられ、所定の一定速度で回転され、この研磨定盤がワーク表面上をある軌跡で移動させることになる。このときワーク表面に対する研磨定盤の相対移動速度は、研磨定盤の外側ほど大きくなり、半径に比例した研磨量となる。
【０００７】
すなわち、半径に比例した研磨量に対し、ワークを移動させ、回転させることにより、研磨定盤上の研磨量を重畳させワーク表面では、均一な研磨となるよう軌跡を設定することになる。
【０００８】
ワークが小寸法である場合、ワークの移動、回転は比較的自由に選択できるが、ワーク寸法が大きくなるに従い移動範囲、回転数は制限されてくる。制限されると研磨定盤上の研磨量の重畳が制限され、結果としてワーク表面は均一な研磨量が得られなくなる問題点があった。
【０００９】
そのため、オスカー方式の研磨機において、例えば、縦横のワーク寸法が８５０ｍｍの場合には、研磨定盤は直径が１７００ｍｍと大きな寸法が設定されることになる。すなわち、ワーク寸法に対し研磨定盤は、それなりの大きさがなければ均一な研磨が行えないことから選択される結果でもある。
【００１０】
ワーク寸法が大きくなってきている現状において、例えば、液晶用ガラス基板Ｇ６では１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、Ｇ７では１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ、Ｇ８では２２００ｍｍ×２４００ｍｍであり、さらにＧ９，Ｇ１０と大きくなると言われている。
【００１１】
しかし、ワーク寸法が大きくなるとともに研磨定盤も大きくなる傾向は変わっていないのが現状でもある。均一な研磨量を得るワークの移動軌跡、あるいはワークの回転は長年の経験で選択さるのが普通である。この点でも小寸法ワークのままの思想を引き継いでいる。
【００１２】
経験と長年培われた熟練度合いで決定した研磨条件もある面、不安定要素を持っており、一度選択した研磨条件を維持管理しているつもりでも、研磨液の供給量、温度あるいは水素イオン指数であるペーハー、研磨定盤の目詰まり状態により、研磨量が変わり再現性がなかなか図れていないのが実情である。
【００１３】
研磨の再現性を向上させるため、一般に研磨液では、供給量管理、供給温度の管理、ペーハー管理、濃度管理等が必要となる。研磨定盤では、出来るだけ初期状態を維持するため、ある一定サイクル毎に研磨定盤の表面にブラシを当てたり、更に高圧水洗浄を行ったりする必要があるが、再現性が思うように出来ていないのが現状である。
【００１４】
研磨量は一般的に、研磨圧、研磨時間、研磨定盤とワークの相対速度に比例すると言われている。これら因子を個別制御した結果として、研磨終了後に研磨量不足や研磨量過多が分かったとしても、次のワークに対しては有効なる情報が得られても、そのもの自体には役に立たない。有効な情報の処理もまた長年の経験と勘により調整することになる。
【００１５】
研磨圧、研磨時間、研磨定盤とワークの相対速度が再現されている限り手の打ちようがないのが実情である。詳細に見ると、机上では研磨条件の微細な違いにより研磨の仕事量が変わり研磨定盤の駆動電流値が変化として把握されることが期待できる。
【００１６】
しかし、研磨定盤径が２メートルあるいは３メートルになると、その慣性能率が大きくなり刻々と変わる研磨条件を把握することができないのが実情であり、結果として研磨は生き物と言われる所以で終わっている。
【００１７】
なお、大型化の不都合を解決する手段として、片面平面研磨機を大型化させずに片面研磨を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術においては、単一の研磨定盤寸法は、ワーク寸法より小を採用し、同径一対の研磨定盤を自転および公転をさせ、公転最大外径の研磨定盤での研磨に等しい効果を挙げようとしているものである。また、ワーク寸法に対する研磨定盤の寸法設定は、概略述べられているが、ハード的に規制が掛かり任意寸法とはならない。研磨定盤寸法は、単体で矩形短辺の半径程度以上となるが、これをさらに大きくし過ぎると、固定距離に設置された研磨定盤同士が干渉し、小さくし過ぎると研磨ムラの発生を見ることになる。
【特許文献１】特開２００４−１１４２４０号公報（第５〜１３ページ、図１〜２７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、ワークの大型大寸法化に伴いますます難しくなって来ている研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨を持続可能とする研磨方法及び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】
【００１９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明にあっては、矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、前記回転駆動モータの駆動電力を前記エアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持することを特徴とするものである。回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００２０】
請求項２に記載の発明にあっては、矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、前記回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を前記エアシリンダの加圧圧力を制御することで保持することを特徴とするものである。回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を過去データの基づいて制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００２１】
請求項３に記載の発明にあっては、水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給して平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、前記エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、前記回転駆動モータの駆動電力をモータ駆動部を介して一定に保持する制御を行う制御装置を有することを特徴とするものである。回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明にあっては、水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給して平面研磨する研磨装置において、前記回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部を有し、前記エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、前記回転駆動モータの駆動電力を前記研磨パターンデータ記憶部に記憶したデータに基づきモータ駆動部を介して保持する制御を行う制御装置を有することを特徴とするものである。回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を過去データに基づいて制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００２３】
請求項５に記載の発明にあっては、前記ワーク近傍の前記支持台上には、前記研磨定盤の研磨面を清掃するための洗浄部が設けられていることを特徴とするものである。研磨面を清掃するための洗浄部を支持台に設けることで、一定の研磨サイクル毎に研磨面を清掃することで研磨の再現性を高めることができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明にあっては、前記スラリー制御部は、研磨液の濃度、ペーハー、供給量あるいは温度を一定の値に維持する部分を有することを特徴とするものである。スラリー制御部により研磨液の状態が管理されるため研磨の再現性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持するか、または回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる
【００２６】
水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給しつつ平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御するか、または回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部を有し、エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明実施形態による研磨方法を中心として説明する。図５〜図９は本発明の研磨方法を説明する図であり、図５は研磨条件の組み合わせを説明する図、図６は第１の因子分析を説明する図、図７は第２の因子分析を説明する図、図８はオープンループ制御を行った場合の１回目の研磨量と２回目の研磨量の関係を示した図、図９は本発明実施形態によるクローズドループ制御を行った場合の１回目の研磨量と２回目の研磨量の関係を示した図である。
【００２８】
まず、オスカータイプの研磨機の延長上にある研磨機では、研磨定盤が大きくなり、研磨抵抗負荷変動が発生していたとしても研磨定盤の慣性能率が大きく駆動源のモータ負荷変動としては現れにくい。すなわち、日々の変化のトレンドを月毎の移動平均で感知するようなものになり応答性に欠けることになる。
【００２９】
ワークに対し研磨定盤小を採用することによって、はじめて負荷変動を敏感に検知できる。理由として、研磨定盤駆動、慣性負荷が従来の加工機と比較し非常に小さいため、研磨定盤とガラスワークとの間に発生する研磨抵抗、摩擦力の違いが明確に現れるためである。
【００３０】
モータ負荷に明確に現れる駆動系では駆動系に捻り応力を感知するロードセルを配し、ロードセルの負荷を検知する方法は考えられる。
【００３１】
現在採用されているオープループ的制御の考えでは、研磨条件を一定とすることが行われている。例えば、研磨定盤回転数をある一定速度に設定するとこれを維持する制御が行われる。同時に研磨圧も一定、移動速度も一定、その他研磨液の諸条件も一定となるよう制御される。
【００３２】
ここで、１つの仮定として研磨定盤が目詰まり傾向となり研磨抵抗が大きくなってきたとすると、モータ負荷は大きくなり減速する方向に作用する。
【００３３】
制御としては研磨定盤を一定速度に制御するようになっているためモータの回転速度を上げ回転数を元に戻そうとする制御が行われる。仕事量として増加することになり、電流値が上昇する。
【００３４】
制御的には正しく行われているが、結果として摩擦仕事の増加、すなわち研磨量の増加として現れる。研磨量の増加によって研磨の再現性が図れないことになる。
【００３５】
また、逆の事象も考えられ、研磨抵抗が下がり、負荷が前回より減少すると駆動モータ負荷も下がり、電流値が下がっても設定回転数が維持され、結果として入力仕事の減少、研磨量の減少となる。そのため、共に研磨量の再現が図れないことになる。
【００３６】
これらの前提として入力条件全てを整え、例えば、前回研磨時と同じとする思想にあるが、ポリッシングに見るように摩擦仕事が研磨仕事と考えられる場合、摩擦抵抗そのものを管理することは非常に難しい。
【００３７】
摩擦抵抗変動の原因となる研磨定盤の表面状態維持のためには、一定サイクル研磨後にブラシ掛けや高圧水洗浄が必要である。また、供給される研磨液の管理は、濃度、ペーハー、供給量等を一定とする管理が行われるが、従来では完全とは言えず結果としての研磨量の再現性精度が悪くなる。
【００３８】
研磨の再現性の考え方として、研磨量＝研磨仕事量＝摩擦による仕事量＝研磨定盤への入力仕事量＝駆動モータの仕事量、と近似として捉えることができ、研磨量の再現性を精度良くするには、回転駆動モータの仕事量を再現すれば良いと推測される。
【００３９】
ここで、研磨量は、研磨圧、研磨速度、研磨時間により決まる関数として把握することができる。ここで、研磨定盤その他の影響で摩擦抵抗が変わった場合、研磨量を再現するため研磨圧、研磨速度あるいは研磨時間を調整するのか３通りの方法が考えられる。
【００４０】
この中で研磨時間を調整することは、作業や工程の安定性の上では好ましいことではなく避けられる。残りとしは研磨圧を調整するか、研磨速度を調整するかになる。
【００４１】
ここで、研磨の諸条件は一定とし、制御因子を研磨圧力、研磨定盤回転数、研磨時間を次のような水準で振った場合に、どのような傾向が見られるか実験計画法で分析した実験結果を示す。
【００４２】
研磨時間を、５分、１０分として、研磨条件を図５のように組合わせて研磨を行い、研磨前と研磨後の肉厚を測定し、その差を研磨量として評価を行った。測定結果を次のようにまとめて分析すると、図６に示すように、研磨圧力が大きくなると研磨量の増加が見られる。研磨定盤（パッド）回転数が大きくなると研磨量の増加が見られる。研磨時間も同様な傾向が見られる。
【００４３】
次に、圧力範囲を変えて因子の影響を見ると、図７に示すように、研磨圧力は大きくなることによって研磨量の増加が見られ、また研磨時間も同様に因子分析１と同じ傾向を示す。しかし研磨定盤（パッド）回転数は大きくなると研磨量の減少が見られる。
【００４４】
研磨定盤のこの挙動は、研磨定盤中央から供給される研磨液は、通常研磨定盤に刻まれている溝を流れると同時に回転により研磨面に引き込まれ、研磨仕事を行う事になるが、研磨定盤の押し圧と回転数の関係により研磨定盤の回転数が上がると研磨液の引き込み量が大きくなり研磨液によって摩擦力が失われるハイドロプレーン現象と同様の現象が起こっていると想像される。
【００４５】
このハイドロプレーン現象のようなことはホップマン方式等では起こりにくいと考えられる。通常、ホップマン方式では、例えば、下定盤を４０ｒｐｍで駆動すると、上定盤は１３．３ｒｐｍ、遊星キャリアの公転は１０ｒｐｍ、自転５ｒｐｍ程度で駆動され、回転数として低速域であることから判断される。
【００４６】
現象として常に正だけあるいは負方向の関係が有る場合には、安心して制御因子として使用できるが、条件により正であったり負であったりする場合には、制御因子としては使えない。安心して制御因子として使えるのは圧力制御であり、研磨定盤回転数は、不適当であることが分かる。
【００４７】
これらの条件から分かるように、研磨の再現性を上げるためには、今まで取り入れていた研磨条件の再現性を、オープンループ的考えと共に更に研磨圧圧力制御を行うことにより駆動モータの電流値を再現するクローズドループ制御を加えることが更に有効であることが分かる。
【００４８】
すなわち、研磨制御部により、これら制御を掛けた場合と掛けなかった場合を次に示す。
【００４９】
研磨は、板ガラス１０００×１２００×０．７ｔを所定の研磨パターンで研磨を行い、後日同じ条件で研磨を行い、板ガラスの１２１箇所、同一箇所の研磨量を測定しｘ軸に１回目の研磨量、ｙ軸に２回目の研磨量を取りプロットを行った。
【００５０】
従来通りのオープンループ制御では、図８に示すような結果が得られた。また、本願発明の方法によるクローズドループ制御、電流値を再現するために研磨圧力を制御した場合には、図９に示すような結果が得られた。
【００５１】
研磨の再現性として、相関係数は１に近ければ相関が高くなる。また、回帰直線ｙ＝ａｘ＋ｂは再現性が確実に出来ていれば傾きａは１、ｙ軸切片もｂ＝０となり式としてはｙ＝ｘとなる。これは完璧に再現された場合で基本的に研磨対象物の初期状態の違いで１近辺であれば良と判断される。
【００５２】
この視点で２つの結果を見ると、前者のオープンループ制御による研磨量の相関係数は、０．９１１５１４であり、後者のクローズドループ制御による研磨量の相関係数は、０．９７２５２９であり、後者の制御が相関係数が１に近くなり研磨の再現性として相関が高くなる。また、回帰式を求めてみると、オープンループ制御では、ｙ＝０．６３２Ｘ＋０．０００であるのに対し、クローズドループ制御では、ｙ＝１．０４７Ｘ＋０．００１とまり、傾きａが改善されている。前者では傾きａが０．６３２であることから２回目の研磨で研磨量が６割方減少したことを示している。
【００５３】
次に、上記の説明に基づく研磨方法を実現するための研磨装置を具体的に説明する。図１〜図４は本発明実施形態の研磨方法を実現する研磨装置を説明する図であり、図１は本発明実施形態の研磨装置の平面図、図２は本発明実施形態の研磨装置の正面図、図３は本発明実施形態の研磨装置の駆動制御を説明するブロック図、図４は本発明実施形態の研磨装置のスラリー制御を説明するブロック図である。
【００５４】
本実施形態の研磨装置１０は、１つの矩形ガラス板からなる平面上（ＸＹ面上）に配置された大型のワーク１の片面（上面）を、垂直軸（Ｚ軸）に沿って設けられたワーク１より十分に小さい研磨定盤２０により平面研磨する装置であり、ワーク１を水平に保持する支持台１１と、研磨定盤２０をＹ軸方向へ駆動するＹ軸駆動部１３と、研磨定盤２０をＸ軸方向へ駆動させるＸ軸駆動部３０と、研磨定盤２０をＺ軸方向へ駆動させるＺ軸駆動部４０と、ワーク１近傍の支持台１１上面に設けられた研磨定盤２０の洗浄部５０と、研磨制御部６０と、研磨中に研磨定盤２０へ供給される研磨液の管理を行うスラリー制御部７０等との部分から構成されている。
【００５５】
研磨定盤２０は、後に詳細に説明するＺ軸駆動部４０により押圧力及び回転力が与えられるＺ軸に設けられた駆動軸２３の下端部に取り付けられるものであり、下面に研磨パッドが貼り付けられた定盤本体２１と、この定盤本体２１を駆動軸２３に取り付けるフローティング機構２２等とから構成されている。定盤本体２１は、回転駆動による慣性力を小さくできるように、軽量なアルミ系材料を使用するとともに、外形寸法も小さいものが採用される。この外形寸法が小さい研磨定盤２０を採用することに伴う研磨量の不足は、高速回転で駆動することにより補うようにする。なお、この定盤本体２１は、中心部に孔が形成され、研磨中においてこの孔に後に説明するスラリー制御部７０からの研磨液が供給されるようになっている。
【００５６】
支持台１１は、上面の平面精度が優れた矩形箱型に形成されたテーブルが使用され、そのテーブル上面の大きさはワーク１を載せるに十分な大きさを有するとともに、後に詳細に説明する洗浄部５０を配置できる大きさのものが使用される。この支持台１１の上面には、ワーク保持用のゴムシート１２が貼り付けられる。研磨するときには、ゴムシート１２の上面にワーク１を載せて固定される。
【００５７】
Ｙ軸駆動部１３は、支持台１１を挟んだ両側に配置された一対のＹ軸用支持台１４と、これらＹ軸用支持台１４の上面にそれぞれＹ軸方向に沿って設けられた一対のガイドレール１５，１６と、それぞれのＹ軸用支持台１４に設けられたＹ軸駆動モータ１７と、このＹ軸駆動モータ１７にそれぞれ駆動されるボールネジ１８等とから構成されている。
【００５８】
Ｘ軸駆動部３０は、支持台１１の上部をＸ軸方向に横切り両端部側がＹ軸用支持台１４，１４の上部において、ボールネジ１８により駆動可能に取り付けられた移動用支持台３１と、この移動用支持台３１のＸ軸方向に沿って設けられた一対のガイドレール３２，３３と、移動用支持台３１の一方の端部側に設けられたＸ軸駆動モータ３４と、このＸ軸駆動モータ３４に駆動されるボールネジ３５等とから構成されている。
【００５９】
Ｚ軸駆動部４０は、Ｘ軸駆動部３０のボールネジ３５により駆動可能に取り付けられたベース板３６と、このベース板３６に取り付けられた軸受け用のハウジング３７と、Ｚ軸方向に研磨定盤２０へ押圧力を与えるエアシリンダ４５と、研磨定盤２０へ回転力を与える回転駆動モータ４１と、この回転駆動モータ４１の駆動力を伝達するプーリ４２，４３と、プーリ４２，４３間に掛けられているタイミングベルト４４等とから構成され、エアシリンダ４５により押圧力が駆動軸４５を介して加えられるとともに、回転駆動モータ４１により回転力が加えられる駆動軸４５が、ハウジング３７内において軸受機構により支持され、その下端部側に駆動軸２３を介して研磨定盤２０が取り付けられている。
【００６０】
洗浄部５０は、ワーク１表面を一定サイクルの研磨終了後に、研磨パッドが貼り付けられた研磨定盤２０の下面を洗浄する部分であり、ワーク１が配置された近傍の支持台１１の上部に設けられている。この洗浄部５０は、研磨パッド面の汚れを落とすためのブラシ部５１と、高圧で洗浄液を噴出させる洗浄液吐出部５２等とから構成されている。一定サイクルの研磨終了後に、研磨定盤２０を洗浄部５０の上部に移動させ、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向にわずかに移動させ、あるいは回転させることでブラシ部５１により研磨パッドの表面に付着した汚れを機械的に落とすとともに、洗浄液吐出部５２から洗浄液を研磨パッドの表面に吐出させることで研磨パッドの表面に付着した汚れを洗浄できるようになっている。
【００６１】
研磨制御部６０は、本発明の研磨方法を実現するためのものであり、研磨定盤２０を回転駆動させる回転駆動モータ４１のモータ回転数を所定の値に設定するためのモータ回転数設定部６１と、研磨定盤２０にＺ軸方向に押し圧力を与えるエアシリンダ４５の空気圧を設定する空気圧設定部６２と、研磨定盤２０の駆動電力を目標の値に設定するための電流値設定部６３と、回転駆動モータ４１の駆動を制御するモータ駆動部６６と、エアシリンダ４５へ供給するエア圧を制御する圧力制御部６７と、モータ駆動部６６から検出される電流値及び電流値設定部６３において設定される電流値を比較し偏差値を検出する比較部６４と、モータ回転数設定部６１で設定された回転数、空気圧設定部６２で設定された空気圧、及び比較部６４で比較された偏差値に基づいてモータ駆動部６６及び圧力制御部６７へ制御信号を出力する制御装置６５等とから構成されている。この制御装置６５では、モータ回転数設定部６１及び空気圧設定部６２で設定した設定値を基準とし、モータ駆動部６６により回転駆動モータ４１を駆動するとともに、圧力制御部６７によりエアシリンダ４５へエア圧を供給することで研磨定盤２０を駆動し、モータ駆動部６６から検出される電流値と電流値設定部６３で設定される設定値とを比較部６４で比較した偏差値に基づいて、回転駆動モータ４１の駆動電力が一定の値になるようにモータ駆動部６６へ制御信号を送信するとともに、駆動電力が一定の値を維持できるように空気圧制御部６７へ制御信号を送信する部分である。すなわち、研磨制御部６０は、研磨定盤２０の駆動電力が一定の値に維持できるようエアシリンダ４５のエア圧を制御することで、研磨定盤２０による研磨量が一定の値になるようクローズドループ制御をしている。また、この制御装置６５は、上記の通り設定部６１，６２，６３に基づいて回転駆動モータ４１の駆動電力をエアシリンダ４５へ供給するエア圧を制御するクローズドループ制御を行うよう選択できるとともに、過去に測定してある駆動電力と空気圧との関係データが研磨パターンデータ記憶部６８に記憶されており、この研磨パターン記憶部６８のデータに基づいて回転駆動モータ４１の駆動電力が生じるよう空気圧を制御するクローズドループ制御を行うことを選択できようになっている。
【００６２】
スラリー制御部７０は、研磨液の濃度、ペーハー、供給量あるいは温度を一定の値に維持するための部分であり、貯留タンク７４に貯められた研磨液は、ポンプ７１により一定量が供給され、供給側フィルタ７２を介して研磨装置１０の研磨定盤２０へ供給され、さらに研磨に使用された後の研磨液は、排出側フィルタ７３から貯留タンク７４へ戻され、この貯留タンク７４の研磨液は、摩擦により昇温傾向にあるため温度制御部７５において、例えば、３２℃程度の一定温度に制御されるようになっている。
【００６３】
以上説明したように、本発明の研磨方法では、矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えて平面上を移動させ、かつ研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持するか、または回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる
【００６４】
また、本発明の研磨装置では、水平面を有する支持台１１に配置された矩形大型ワーク１の表面を、そのワーク１の大きさより小さい研磨定盤２０にエアシリンダ４５により加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータ４１で回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ研磨定盤２０へ研磨液をスラリー制御部７０から供給しつつ平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、エアシリンダ４５のエア圧を圧力制御部を介して制御するか、または回転駆動モータ４１に対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部６８を有し、エアシリンダ４５のエア圧を圧力制御部６７を介して制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００６５】
さらに、ワーク１近傍の支持台１１上には、研磨定盤２０の研磨面を清掃するための洗浄部５０を設けていることで、一定の研磨サイクル毎に研磨面を清掃することで研磨の再現性を高めることができる。また、スラリー制御部７０を設けることで研磨液の状態が管理させるため研磨の再現性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
板状の矩形ワークの研磨において、研磨の再現性精度を高めることができる研磨方式およびその方法を使用した研磨装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明実施形態の研磨装置の平面図である。
【図２】本発明実施形態の研磨装置の側面図である。
【図３】本発明実施形態の研磨装置の駆動制御を説明するブロック図である。
【図４】本発明実施形態の研磨装置のスラリー制御を説明するブロック図である。
【図５】研磨条件の組み合わせを説明する図である。
【図６】第１の因子分析を説明する図である。
【図７】第２の因子分析を説明する図である。
【図８】オープンループ制御を行った場合の１回目の研磨量と２回目の研磨量の関係を示した図である。
【図９】本発明実施形態によるクローズドループ制御を行った場合の１回目の研磨量と２回目の研磨量の関係を示した図である。
【００６８】
１ ワーク
１０ 研磨装置
１１ 支持台
１２ ゴムシート
１３ Ｙ軸駆動部
１４ Ｙ軸用支持台
１５ ガイドレール
１６ ガイドレール
１７ Ｙ軸駆動モータ
１８ ボールネジ
２０ 研磨定盤
２１ 定盤本体
２２ フローティング機構
２３ 駆動軸
３０ Ｘ軸駆動部
３１ 移動用支持台
３２ ガイドレール
３３ ガイドレール
３４ Ｘ軸駆動モータ
３５ ボールネジ
３６ ベース板
３７ ハウジング
４０ Ｚ軸駆動部
４１ 回転駆動モータ
４２，４３ プーリ
４４ タイミングベルト
４５ エアシリンダ
４５ 駆動軸
５０ 洗浄部
５１ ブラシ部
５２ 洗浄液吐出部
６０ 研磨制御部
６１ モータ回転数設定部
６２ 空気圧設定部
６３ 電流値設定部
６４ 比較部
６５ 制御装置
６６ モータ駆動部
６７ 圧力制御部
７０ スラリー制御部
７１ ポンプ
７２ 供給側フィルタ
７３ 排出側フィルタ
７４ 貯留タンク
７５ 温度制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の矩形ワークの平面研磨において、研磨の再現性精度を高めることができる研磨方式およびその方法を使用した研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶用基板ガラス、カラーフィルターガラスあるいはフォトマスク用ガラス基板等あらゆるガラス系基板の大型化が押し進められている。これと同時に、これら大型ガラス基板を効率良く平面研磨する加工機の要求が急速に高まっている。
【０００３】
従来の大型大寸法ワーク用研磨機は、マイクロチップやハードディスク基板を高精度に平面研磨するのに適した研磨機として提供されているものをスケールアップしたものである。例えば、ワークの片面ずつを研磨するオスカー方式やラツプマスター方式の研磨が知られている。ホップマン方式で知られる研磨機では、遊星キャリアテーブルでワークを挟んで両面同時に研磨する機構となっている。
【０００４】
市場に提供されている研磨機は、小型小寸法に適した研磨方式を大型大寸法に拡大利用する方式であるため、平面を出す基準となる研磨定盤は、ワークサイズ以上で非常に大きくなってきている。このため機械の規模は極めて大きくなり取り扱いも難しくなってきている。
【０００５】
現在市場に提供されている研磨機において、研磨可能ワーク寸法の内、小寸法ワークと大寸法ワークを研磨する場合を考えると、小寸法ワークではワーク表面内の研磨ムラが小さく、大寸法ワークでは研磨ムラが大きくなることが容易に推測される。
【０００６】
研磨機の研磨定盤は、ワーク表面に押し当てられ、所定の一定速度で回転され、この研磨定盤がワーク表面上をある軌跡で移動させることになる。このときワーク表面に対する研磨定盤の相対移動速度は、研磨定盤の外側ほど大きくなり、半径に比例した研磨量となる。
【０００７】
すなわち、半径に比例した研磨量に対し、ワークを移動させ、回転させることにより、研磨定盤上の研磨量を重畳させワーク表面では、均一な研磨となるよう軌跡を設定することになる。
【０００８】
ワークが小寸法である場合、ワークの移動、回転は比較的自由に選択できるが、ワーク寸法が大きくなるに従い移動範囲、回転数は制限されてくる。制限されると研磨定盤上の研磨量の重畳が制限され、結果としてワーク表面は均一な研磨量が得られなくなる問題点があった。
【０００９】
そのため、オスカー方式の研磨機において、例えば、縦横のワーク寸法が８５０ｍｍの場合には、研磨定盤は直径が１７００ｍｍと大きな寸法が設定されることになる。すなわち、ワーク寸法に対し研磨定盤は、それなりの大きさがなければ均一な研磨が行えないことから選択される結果でもある。
【００１０】
ワーク寸法が大きくなってきている現状において、例えば、液晶用ガラス基板Ｇ６では１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、Ｇ７では１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ、Ｇ８では２２００ｍｍ×２４００ｍｍであり、さらにＧ９，Ｇ１０と大きくなると言われている。
【００１１】
しかし、ワーク寸法が大きくなるとともに研磨定盤も大きくなる傾向は変わっていないのが現状でもある。均一な研磨量を得るワークの移動軌跡、あるいはワークの回転は長年の経験で選択さるのが普通である。この点でも小寸法ワークのままの思想を引き継いでいる。
【００１２】
経験と長年培われた熟練度合いで決定した研磨条件もある面、不安定要素を持っており、一度選択した研磨条件を維持管理しているつもりでも、研磨液の供給量、温度あるいは水素イオン指数であるペーハー、研磨定盤の目詰まり状態により、研磨量が変わり再現性がなかなか図れていないのが実情である。
【００１３】
研磨の再現性を向上させるため、一般に研磨液では、供給量管理、供給温度の管理、ペーハー管理、濃度管理等が必要となる。研磨定盤では、出来るだけ初期状態を維持するため、ある一定サイクル毎に研磨定盤の表面にブラシを当てたり、更に高圧水洗浄を行ったりする必要があるが、再現性が思うように出来ていないのが現状である。
【００１４】
研磨量は一般的に、研磨圧、研磨時間、研磨定盤とワークの相対速度に比例すると言われている。これら因子を個別制御した結果として、研磨終了後に研磨量不足や研磨量過多が分かったとしても、次のワークに対しては有効なる情報が得られても、そのもの自体には役に立たない。有効な情報の処理もまた長年の経験と勘により調整することになる。
【００１５】
研磨圧、研磨時間、研磨定盤とワークの相対速度が再現されている限り手の打ちようがないのが実情である。詳細に見ると、机上では研磨条件の微細な違いにより研磨の仕事量が変わり研磨定盤の駆動電流値が変化として把握されることが期待できる。
【００１６】
しかし、研磨定盤径が２メートルあるいは３メートルになると、その慣性能率が大きくなり刻々と変わる研磨条件を把握することができないのが実情であり、結果として研磨は生き物と言われる所以で終わっている。
【００１７】
なお、大型化の不都合を解決する手段として、片面平面研磨機を大型化させずに片面研磨を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術においては、単一の研磨定盤寸法は、ワーク寸法より小を採用し、同径一対の研磨定盤を自転および公転をさせ、公転最大外径の研磨定盤での研磨に等しい効果を挙げようとしているものである。また、ワーク寸法に対する研磨定盤の寸法設定は、概略述べられているが、ハード的に規制が掛かり任意寸法とはならない。研磨定盤寸法は、単体で矩形短辺の半径程度以上となるが、これをさらに大きくし過ぎると、固定距離に設置された研磨定盤同士が干渉し、小さくし過ぎると研磨ムラの発生を見ることになる。
【特許文献１】特開２００４−１１４２４０号公報（第５〜１３ページ、図１〜２７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、ワークの大型大寸法化に伴いますます難しくなって来ている研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨を持続可能とする研磨方法及び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】
【００１９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明にあっては、矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、前記回転駆動モータの駆動電力を前記エアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持することを特徴とするものである。回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００２０】
請求項２に記載の発明にあっては、矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、前記回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を前記エアシリンダの加圧圧力を制御することで保持することを特徴とするものである。回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を過去データの基づいて制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００２１】
請求項３に記載の発明にあっては、水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給して平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、前記エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、前記回転駆動モータの駆動電力をモータ駆動部を介して一定に保持する制御を行う制御装置を有することを特徴とするものである。回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明にあっては、水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給して平面研磨する研磨装置において、前記回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部を有し、前記エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、前記回転駆動モータの駆動電力を前記研磨パターンデータ記憶部に記憶したデータに基づきモータ駆動部を介して保持する制御を行う制御装置を有することを特徴とするものである。回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を過去データに基づいて制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００２３】
請求項５に記載の発明にあっては、前記ワーク近傍の前記支持台上には、前記研磨定盤の研磨面を清掃するための洗浄部が設けられていることを特徴とするものである。研磨面を清掃するための洗浄部を支持台に設けることで、一定の研磨サイクル毎に研磨面を清掃することで研磨の再現性を高めることができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明にあっては、前記スラリー制御部は、研磨液の濃度、ペーハー、供給量あるいは温度を一定の値に維持する部分を有することを特徴とするものである。スラリー制御部により研磨液の状態が管理されるため研磨の再現性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持するか、または回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる
【００２６】
水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給しつつ平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御するか、または回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部を有し、エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明実施形態による研磨方法を中心として説明する。図５〜図９は本発明の研磨方法を説明する図であり、図５は研磨条件の組み合わせを説明する図、図６は第１の因子分析を説明する図、図７は第２の因子分析を説明する図、図８はオープンループ制御を行った場合の１回目の研磨量と２回目の研磨量の関係を示した図、図９は本発明実施形態によるクローズドループ制御を行った場合の１回目の研磨量と２回目の研磨量の関係を示した図である。
【００２８】
まず、オスカータイプの研磨機の延長上にある研磨機では、研磨定盤が大きくなり、研磨抵抗負荷変動が発生していたとしても研磨定盤の慣性能率が大きく駆動源のモータ負荷変動としては現れにくい。すなわち、日々の変化のトレンドを月毎の移動平均で感知するようなものになり応答性に欠けることになる。
【００２９】
ワークに対し研磨定盤小を採用することによって、はじめて負荷変動を敏感に検知できる。理由として、研磨定盤駆動、慣性負荷が従来の加工機と比較し非常に小さいため、研磨定盤とガラスワークとの間に発生する研磨抵抗、摩擦力の違いが明確に現れるためである。
【００３０】
モータ負荷に明確に現れる駆動系では駆動系に捻り応力を感知するロードセルを配し、ロードセルの負荷を検知する方法は考えられる。
【００３１】
現在採用されているオープループ的制御の考えでは、研磨条件を一定とすることが行われている。例えば、研磨定盤回転数をある一定速度に設定するとこれを維持する制御が行われる。同時に研磨圧も一定、移動速度も一定、その他研磨液の諸条件も一定となるよう制御される。
【００３２】
ここで、１つの仮定として研磨定盤が目詰まり傾向となり研磨抵抗が大きくなってきたとすると、モータ負荷は大きくなり減速する方向に作用する。
【００３３】
制御としては研磨定盤を一定速度に制御するようになっているためモータの回転速度を上げ回転数を元に戻そうとする制御が行われる。仕事量として増加することになり、電流値が上昇する。
【００３４】
制御的には正しく行われているが、結果として摩擦仕事の増加、すなわち研磨量の増加として現れる。研磨量の増加によって研磨の再現性が図れないことになる。
【００３５】
また、逆の事象も考えられ、研磨抵抗が下がり、負荷が前回より減少すると駆動モータ負荷も下がり、電流値が下がっても設定回転数が維持され、結果として入力仕事の減少、研磨量の減少となる。そのため、共に研磨量の再現が図れないことになる。
【００３６】
これらの前提として入力条件全てを整え、例えば、前回研磨時と同じとする思想にあるが、ポリッシングに見るように摩擦仕事が研磨仕事と考えられる場合、摩擦抵抗そのものを管理することは非常に難しい。
【００３７】
摩擦抵抗変動の原因となる研磨定盤の表面状態維持のためには、一定サイクル研磨後にブラシ掛けや高圧水洗浄が必要である。また、供給される研磨液の管理は、濃度、ペーハー、供給量等を一定とする管理が行われるが、従来では完全とは言えず結果としての研磨量の再現性精度が悪くなる。
【００３８】
研磨の再現性の考え方として、研磨量＝研磨仕事量＝摩擦による仕事量＝研磨定盤への入力仕事量＝駆動モータの仕事量、と近似として捉えることができ、研磨量の再現性を精度良くするには、回転駆動モータの仕事量を再現すれば良いと推測される。
【００３９】
ここで、研磨量は、研磨圧、研磨速度、研磨時間により決まる関数として把握することができる。ここで、研磨定盤その他の影響で摩擦抵抗が変わった場合、研磨量を再現するため研磨圧、研磨速度あるいは研磨時間を調整するのか３通りの方法が考えられる。
【００４０】
この中で研磨時間を調整することは、作業や工程の安定性の上では好ましいことではなく避けられる。残りとしは研磨圧を調整するか、研磨速度を調整するかになる。
【００４１】
ここで、研磨の諸条件は一定とし、制御因子を研磨圧力、研磨定盤回転数、研磨時間を次のような水準で振った場合に、どのような傾向が見られるか実験計画法で分析した実験結果を示す。
【００４２】
研磨時間を、５分、１０分として、研磨条件を図５のように組合わせて研磨を行い、研磨前と研磨後の肉厚を測定し、その差を研磨量として評価を行った。測定結果を次のようにまとめて分析すると、図６に示すように、研磨圧力が大きくなると研磨量の増加が見られる。研磨定盤（パッド）回転数が大きくなると研磨量の増加が見られる。研磨時間も同様な傾向が見られる。
【００４３】
次に、圧力範囲を変えて因子の影響を見ると、図７に示すように、研磨圧力は大きくなることによって研磨量の増加が見られ、また研磨時間も同様に因子分析１と同じ傾向を示す。しかし研磨定盤（パッド）回転数は大きくなると研磨量の減少が見られる。
【００４４】
研磨定盤のこの挙動は、研磨定盤中央から供給される研磨液は、通常研磨定盤に刻まれている溝を流れると同時に回転により研磨面に引き込まれ、研磨仕事を行う事になるが、研磨定盤の押し圧と回転数の関係により研磨定盤の回転数が上がると研磨液の引き込み量が大きくなり研磨液によって摩擦力が失われるハイドロプレーン現象と同様の現象が起こっていると想像される。
【００４５】
このハイドロプレーン現象のようなことはホップマン方式等では起こりにくいと考えられる。通常、ホップマン方式では、例えば、下定盤を４０ｒｐｍで駆動すると、上定盤は１３．３ｒｐｍ、遊星キャリアの公転は１０ｒｐｍ、自転５ｒｐｍ程度で駆動され、回転数として低速域であることから判断される。
【００４６】
現象として常に正だけあるいは負方向の関係が有る場合には、安心して制御因子として使用できるが、条件により正であったり負であったりする場合には、制御因子としては使えない。安心して制御因子として使えるのは圧力制御であり、研磨定盤回転数は、不適当であることが分かる。
【００４７】
これらの条件から分かるように、研磨の再現性を上げるためには、今まで取り入れていた研磨条件の再現性を、オープンループ的考えと共に更に研磨圧圧力制御を行うことにより駆動モータの電流値を再現するクローズドループ制御を加えることが更に有効であることが分かる。
【００４８】
すなわち、研磨制御部により、これら制御を掛けた場合と掛けなかった場合を次に示す。
【００４９】
研磨は、板ガラス１０００×１２００×０．７ｔを所定の研磨パターンで研磨を行い、後日同じ条件で研磨を行い、板ガラスの１２１箇所、同一箇所の研磨量を測定しｘ軸に１回目の研磨量、ｙ軸に２回目の研磨量を取りプロットを行った。
【００５０】
従来通りのオープンループ制御では、図８に示すような結果が得られた。また、本願発明の方法によるクローズドループ制御、電流値を再現するために研磨圧力を制御した場合には、図９に示すような結果が得られた。
【００５１】
研磨の再現性として、相関係数は１に近ければ相関が高くなる。また、回帰直線ｙ＝ａｘ＋ｂは再現性が確実に出来ていれば傾きａは１、ｙ軸切片もｂ＝０となり式としてはｙ＝ｘとなる。これは完璧に再現された場合で基本的に研磨対象物の初期状態の違いで１近辺であれば良と判断される。
【００５２】
この視点で２つの結果を見ると、前者のオープンループ制御による研磨量の相関係数は、０．９１１５１４であり、後者のクローズドループ制御による研磨量の相関係数は、０．９７２５２９であり、後者の制御が相関係数が１に近くなり研磨の再現性として相関が高くなる。また、回帰式を求めてみると、オープンループ制御では、ｙ＝０．６３２Ｘ＋０．０００であるのに対し、クローズドループ制御では、ｙ＝１．０４７Ｘ＋０．００１とまり、傾きａが改善されている。前者では傾きａが０．６３２であることから２回目の研磨で研磨量が６割方減少したことを示している。
【００５３】
次に、上記の説明に基づく研磨方法を実現するための研磨装置を具体的に説明する。図１〜図４は本発明実施形態の研磨方法を実現する研磨装置を説明する図であり、図１は本発明実施形態の研磨装置の平面図、図２は本発明実施形態の研磨装置の正面図、図３は本発明実施形態の研磨装置の駆動制御を説明するブロック図、図４は本発明実施形態の研磨装置のスラリー制御を説明するブロック図である。
【００５４】
本実施形態の研磨装置１０は、１つの矩形ガラス板からなる平面上（ＸＹ面上）に配置された大型のワーク１の片面（上面）を、垂直軸（Ｚ軸）に沿って設けられたワーク１より十分に小さい研磨定盤２０により平面研磨する装置であり、ワーク１を水平に保持する支持台１１と、研磨定盤２０をＹ軸方向へ駆動するＹ軸駆動部１３と、研磨定盤２０をＸ軸方向へ駆動させるＸ軸駆動部３０と、研磨定盤２０をＺ軸方向へ駆動させるＺ軸駆動部４０と、ワーク１近傍の支持台１１上面に設けられた研磨定盤２０の洗浄部５０と、研磨制御部６０と、研磨中に研磨定盤２０へ供給される研磨液の管理を行うスラリー制御部７０等との部分から構成されている。
【００５５】
研磨定盤２０は、後に詳細に説明するＺ軸駆動部４０により押圧力及び回転力が与えられるＺ軸に設けられた駆動軸２３の下端部に取り付けられるものであり、下面に研磨パッドが貼り付けられた定盤本体２１と、この定盤本体２１を駆動軸２３に取り付けるフローティング機構２２等とから構成されている。定盤本体２１は、回転駆動による慣性力を小さくできるように、軽量なアルミ系材料を使用するとともに、外形寸法も小さいものが採用される。この外形寸法が小さい研磨定盤２０を採用することに伴う研磨量の不足は、高速回転で駆動することにより補うようにする。なお、この定盤本体２１は、中心部に孔が形成され、研磨中においてこの孔に後に説明するスラリー制御部７０からの研磨液が供給されるようになっている。
【００５６】
支持台１１は、上面の平面精度が優れた矩形箱型に形成されたテーブルが使用され、そのテーブル上面の大きさはワーク１を載せるに十分な大きさを有するとともに、後に詳細に説明する洗浄部５０を配置できる大きさのものが使用される。この支持台１１の上面には、ワーク保持用のゴムシート１２が貼り付けられる。研磨するときには、ゴムシート１２の上面にワーク１を載せて固定される。
【００５７】
Ｙ軸駆動部１３は、支持台１１を挟んだ両側に配置された一対のＹ軸用支持台１４と、これらＹ軸用支持台１４の上面にそれぞれＹ軸方向に沿って設けられた一対のガイドレール１５，１６と、それぞれのＹ軸用支持台１４に設けられたＹ軸駆動モータ１７と、このＹ軸駆動モータ１７にそれぞれ駆動されるボールネジ１８等とから構成されている。
【００５８】
Ｘ軸駆動部３０は、支持台１１の上部をＸ軸方向に横切り両端部側がＹ軸用支持台１４，１４の上部において、ボールネジ１８により駆動可能に取り付けられた移動用支持台３１と、この移動用支持台３１のＸ軸方向に沿って設けられた一対のガイドレール３２，３３と、移動用支持台３１の一方の端部側に設けられたＸ軸駆動モータ３４と、このＸ軸駆動モータ３４に駆動されるボールネジ３５等とから構成されている。
【００５９】
Ｚ軸駆動部４０は、Ｘ軸駆動部３０のボールネジ３５により駆動可能に取り付けられたベース板３６と、このベース板３６に取り付けられた軸受け用のハウジング３７と、Ｚ軸方向に研磨定盤２０へ押圧力を与えるエアシリンダ４５と、研磨定盤２０へ回転力を与える回転駆動モータ４１と、この回転駆動モータ４１の駆動力を伝達するプーリ４２，４３と、プーリ４２，４３間に掛けられているタイミングベルト４４等とから構成され、エアシリンダ４５により押圧力が駆動軸４５を介して加えられるとともに、回転駆動モータ４１により回転力が加えられる駆動軸４５が、ハウジング３７内において軸受機構により支持され、その下端部側に駆動軸２３を介して研磨定盤２０が取り付けられている。
【００６０】
洗浄部５０は、ワーク１表面を一定サイクルの研磨終了後に、研磨パッドが貼り付けられた研磨定盤２０の下面を洗浄する部分であり、ワーク１が配置された近傍の支持台１１の上部に設けられている。この洗浄部５０は、研磨パッド面の汚れを落とすためのブラシ部５１と、高圧で洗浄液を噴出させる洗浄液吐出部５２等とから構成されている。一定サイクルの研磨終了後に、研磨定盤２０を洗浄部５０の上部に移動させ、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向にわずかに移動させ、あるいは回転させることでブラシ部５１により研磨パッドの表面に付着した汚れを機械的に落とすとともに、洗浄液吐出部５２から洗浄液を研磨パッドの表面に吐出させることで研磨パッドの表面に付着した汚れを洗浄できるようになっている。
【００６１】
研磨制御部６０は、本発明の研磨方法を実現するためのものであり、研磨定盤２０を回転駆動させる回転駆動モータ４１のモータ回転数を所定の値に設定するためのモータ回転数設定部６１と、研磨定盤２０にＺ軸方向に押し圧力を与えるエアシリンダ４５の空気圧を設定する空気圧設定部６２と、研磨定盤２０の駆動電力を目標の値に設定するための電流値設定部６３と、回転駆動モータ４１の駆動を制御するモータ駆動部６６と、エアシリンダ４５へ供給するエア圧を制御する圧力制御部６７と、モータ駆動部６６から検出される電流値及び電流値設定部６３において設定される電流値を比較し偏差値を検出する比較部６４と、モータ回転数設定部６１で設定された回転数、空気圧設定部６２で設定された空気圧、及び比較部６４で比較された偏差値に基づいてモータ駆動部６６及び圧力制御部６７へ制御信号を出力する制御装置６５等とから構成されている。この制御装置６５では、モータ回転数設定部６１及び空気圧設定部６２で設定した設定値を基準とし、モータ駆動部６６により回転駆動モータ４１を駆動するとともに、圧力制御部６７によりエアシリンダ４５へエア圧を供給することで研磨定盤２０を駆動し、モータ駆動部６６から検出される電流値と電流値設定部６３で設定される設定値とを比較部６４で比較した偏差値に基づいて、回転駆動モータ４１の駆動電力が一定の値になるようにモータ駆動部６６へ制御信号を送信するとともに、駆動電力が一定の値を維持できるように空気圧制御部６７へ制御信号を送信する部分である。すなわち、研磨制御部６０は、研磨定盤２０の駆動電力が一定の値に維持できるようエアシリンダ４５のエア圧を制御することで、研磨定盤２０による研磨量が一定の値になるようクローズドループ制御をしている。また、この制御装置６５は、上記の通り設定部６１，６２，６３に基づいて回転駆動モータ４１の駆動電力をエアシリンダ４５へ供給するエア圧を制御するクローズドループ制御を行うよう選択できるとともに、過去に測定してある駆動電力と空気圧との関係データが研磨パターンデータ記憶部６８に記憶されており、この研磨パターン記憶部６８のデータに基づいて回転駆動モータ４１の駆動電力が生じるよう空気圧を制御するクローズドループ制御を行うことを選択できようになっている。
【００６２】
スラリー制御部７０は、研磨液の濃度、ペーハー、供給量あるいは温度を一定の値に維持するための部分であり、貯留タンク７４に貯められた研磨液は、ポンプ７１により一定量が供給され、供給側フィルタ７２を介して研磨装置１０の研磨定盤２０へ供給され、さらに研磨に使用された後の研磨液は、排出側フィルタ７３から貯留タンク７４へ戻され、この貯留タンク７４の研磨液は、摩擦により昇温傾向にあるため温度制御部７５において、例えば、３２℃程度の一定温度に制御されるようになっている。
【００６３】
以上説明したように、本発明の研磨方法では、矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えて平面上を移動させ、かつ研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、回転駆動モータの駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持するか、または回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力をエアシリンダの加圧圧力を制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる
【００６４】
また、本発明の研磨装置では、水平面を有する支持台１１に配置された矩形大型ワーク１の表面を、そのワーク１の大きさより小さい研磨定盤２０にエアシリンダ４５により加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータ４１で回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ研磨定盤２０へ研磨液をスラリー制御部７０から供給しつつ平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、エアシリンダ４５のエア圧を圧力制御部を介して制御するか、または回転駆動モータ４１に対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部６８を有し、エアシリンダ４５のエア圧を圧力制御部６７を介して制御することで、研磨の再現性精度を高め、高精度の平面研磨が持続可能となる。
【００６５】
さらに、ワーク１近傍の支持台１１上には、研磨定盤２０の研磨面を清掃するための洗浄部５０を設けていることで、一定の研磨サイクル毎に研磨面を清掃することで研磨の再現性を高めることができる。また、スラリー制御部７０を設けることで研磨液の状態が管理させるため研磨の再現性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
板状の矩形ワークの研磨において、研磨の再現性精度を高めることができる研磨方式およびその方法を使用した研磨装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明実施形態の研磨装置の平面図である。
【図２】本発明実施形態の研磨装置の側面図である。
【図３】本発明実施形態の研磨装置の駆動制御を説明するブロック図である。
【図４】本発明実施形態の研磨装置のスラリー制御を説明するブロック図である。
【図５】研磨条件の組み合わせを説明する図である。
【図６】第１の因子分析を説明する図である。
【図７】第２の因子分析を説明する図である。
【図８】オープンループ制御を行った場合の１回目の研磨量と２回目の研磨量の関係を示した図である。
【図９】本発明実施形態によるクローズドループ制御を行った場合の１回目の研磨量と２回目の研磨量の関係を示した図である。
【００６８】
１ ワーク
１０ 研磨装置
１１ 支持台
１２ ゴムシート
１３ Ｙ軸駆動部
１４ Ｙ軸用支持台
１５ ガイドレール
１６ ガイドレール
１７ Ｙ軸駆動モータ
１８ ボールネジ
２０ 研磨定盤
２１ 定盤本体
２２ フローティング機構
２３ 駆動軸
３０ Ｘ軸駆動部
３１ 移動用支持台
３２ ガイドレール
３３ ガイドレール
３４ Ｘ軸駆動モータ
３５ ボールネジ
３６ ベース板
３７ ハウジング
４０ Ｚ軸駆動部
４１ 回転駆動モータ
４２，４３ プーリ
４４ タイミングベルト
４５ エアシリンダ
４５ 駆動軸
５０ 洗浄部
５１ ブラシ部
５２ 洗浄液吐出部
６０ 研磨制御部
６１ モータ回転数設定部
６２ 空気圧設定部
６３ 電流値設定部
６４ 比較部
６５ 制御装置
６６ モータ駆動部
６７ 圧力制御部
７０ スラリー制御部
７１ ポンプ
７２ 供給側フィルタ
７３ 排出側フィルタ
７４ 貯留タンク
７５ 温度制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、前記回転駆動モータの駆動電力を前記エアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、前記回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を前記エアシリンダの加圧圧力を制御することで保持することを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給して平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、前記エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、前記回転駆動モータの駆動電力をモータ駆動部を介して一定に保持する制御を行う制御装置を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給して平面研磨する研磨装置において、前記回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部を有し、前記エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、前記回転駆動モータの駆動電力を前記研磨パターンデータ記憶部に記憶したデータに基づきモータ駆動部を介して保持する制御を行う制御装置を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
前記ワーク近傍の前記支持台上には、前記研磨定盤の研磨面を清掃するための洗浄部が設けられていることを特徴とする請求項３または４記載の研磨装置。
【請求項６】
前記スラリー制御部は、研磨液の濃度、ペーハー、供給量あるいは温度を一定の値に維持する部分を有することを特徴とする請求項３または４記載の研磨装置。
【請求項１】
矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、前記回転駆動モータの駆動電力を前記エアシリンダの加圧圧力を制御することで一定に保持することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液を供給して平面研磨する研磨方法において、前記回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を前記エアシリンダの加圧圧力を制御することで保持することを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給して平面研磨する研磨装置において、予め設定されたモータ回転数、エア圧及び目標電源の設定値に基づき、前記エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、前記回転駆動モータの駆動電力をモータ駆動部を介して一定に保持する制御を行う制御装置を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
水平面を有する支持台に配置された矩形大型ワークの表面を、そのワークの大きさより小さい研磨定盤にエアシリンダにより加圧圧力を加えるとともに回転駆動モータで回転力を与えつつ平面上を移動させ、かつ前記研磨定盤へ研磨液をスラリー制御部から供給して平面研磨する研磨装置において、前記回転駆動モータに対する過去データとして持つ研磨パターンに対応する駆動電力を記録した研磨パターンデータ記憶部を有し、前記エアシリンダのエア圧を圧力制御部を介して制御することで、前記回転駆動モータの駆動電力を前記研磨パターンデータ記憶部に記憶したデータに基づきモータ駆動部を介して保持する制御を行う制御装置を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
前記ワーク近傍の前記支持台上には、前記研磨定盤の研磨面を清掃するための洗浄部が設けられていることを特徴とする請求項３または４記載の研磨装置。
【請求項６】
前記スラリー制御部は、研磨液の濃度、ペーハー、供給量あるいは温度を一定の値に維持する部分を有することを特徴とする請求項３または４記載の研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−３６７３８（Ｐ２００８−３６７３８Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１１７５２（Ｐ２００６−２１１７５２）
【出願日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（５９１２７４３０３）株式会社芝技研 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（５９１２７４３０３）株式会社芝技研 (10)
【Ｆターム（参考）】
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