专利名称：用于制造电子级合成石英玻璃衬底的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造具有凹槽、沟道或台阶的电子级合成石英玻璃衬底的方法， 更特别地涉及一种用于制造用在半导体相关电子材料的先进应用中的合成石英玻璃衬底的方法，通常作为光掩模、曝光工具部件、标线片(reticle)和纳米压印模板。
背景技术：
根据衬底上缺陷的尺寸和数量、平坦度、表面粗糙度、材料的光化学稳定性以及表面化学稳定性评价合成石英玻璃衬底的品质。设计规则更高精度的倾向对这些要素提出了更加严格的需求。用在微电子器件以及液晶显示器的制造中的光掩模衬底必须具有高精度的形状或轮廓。如果衬底具有差的形状精度或一定程度的畸变，则通过该掩模的曝光必然伴有硅晶片上的焦点移动从而使图案均勻性劣化，不能形成精细的特征图案。在使用193nm波长的ArF激光光源(其是当前主流的微电子光刻)进行的光刻中，和在使用软χ射线波长范围内的13. 5nm波长光源进行的EUV光刻(作为下一代光刻而正在开发的)中，需要用于光掩模和反射掩模的玻璃衬底具有高水平的形貌因素，包括平坦度、平行度和外形公差(关于平坦度，见JP-A2008-1035U)。同样适用于在TFT液晶面板阵列侧上的光掩模衬底和用于滤色器的光掩模衬底。已经对纳米压印光刻(NIL)进行了研究工作，与常规曝光工艺相比，其是低成本、 简单、高分辨率的工艺。NIL也需要具有高形状精度的衬底作为压印模板。NIL是一种将纳米结构图案压印到树脂用于图案转印的技术。要转印的图案的分辨率取决于在模板上的纳米结构的分辨率。然后，需要在其上形成精细特征图案的衬底具有高形状精度(见JP-A H03-54569)。除此之外，待组装到曝光工具和用于制造微电子和显示部件的工艺中的各种其它装置中的合成石英玻璃部件也要求具有高纯度和精度。引用列表专利文献1 JP-A 2008-103512专利文献2 JP-A H03-54569专利文献3 JP-A 2009-53659
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制造电子级合成石英玻璃衬底的方法，该衬底具有以相对简单的方式具有底和侧表面的凹槽、沟道或台阶，其中凹槽、沟道或台阶的底和侧表面是镜面精抛光的，且以高精度一致地控制形状因素，该形状因素包括尺寸、底壁厚度和平行度，使得衬底在凹槽、沟道或台阶处可具有高强度。本发明人已经发现上述问题可通过以下方式解决机加工合成石英玻璃衬底以在其中形成凹槽、沟道或台阶，和通过旋转抛光工具抛光凹槽、沟道或台阶的底和侧表面至镜面光洁度，同时在独立的恒定压力下保持该工具与底和侧表面接触。该抛光步骤对于去除由机加工造成的残余应力或残余应变是有效的。由于将凹槽、沟道或台阶的底和侧表面抛光至镜面光洁度，即使当将重复性载荷和因此相当大的应力施加于上述底和侧表面时，凹槽、沟道或台阶也抗断裂。假设衬底具有一对前后主表面，且形成在至少一个表面中的凹槽、沟道或台阶具有底和侧表面或壁。当使用具有凹槽、沟道或台阶的衬底时，将光掩模或纳米压印操作过程施用于前表面。在形成于衬底一个表面中的凹槽、沟道或台阶的底表面和衬底另一个表面之间的距离(也称作底壁厚度)可以在从0.05至80mm，更优选0.05至Ilmm的范围内，并且对应于5至50 %，更优选10至30 %的衬底厚度。希望底壁厚度具有该范围内的低值。在现有技术中，由于难以镜面精抛光凹槽、沟道或台阶，因此不对这样的凹槽、沟道或台阶进行镜面精抛光，或者以机加状态使用该衬底。但是，机加工状态的凹槽、沟道或台阶的状态导致了当向其施加重复载荷时衬底可相对容易断裂的问题。因此，在现有技术中，在衬底前表面和凹槽或沟道的底表面之间的距离或者衬底后表面和台阶底表面之间的距离相对较长(即底壁相对较厚)。很意外，通过将凹槽、沟道或台阶的底和侧表面抛光到镜面光洁度增加了凹槽、沟道或台阶限定部分的强度。甚至当衬底前或后表面与凹槽、沟道或台阶的底表面之间的距离相对较短(即底壁相对较薄)时，在重复施加相当大的载荷的情况下衬底也完全抵抗断裂，也就是耐受相当大的应力。本发明提供了一种用于制造具有前和后表面的电子级合成石英玻璃衬底的方法， 包括步骤机加工合成石英玻璃衬底的至少一个表面以形成具有底和侧表面的凹槽、沟道或台阶，和通过旋转抛光工具的加工部将凹槽、沟道或台阶的底和侧表面抛光至镜面光洁度，同时在独立的恒定压力下保持加工部与底和侧表面接触。在优选实施方案中，镜面精抛光步骤包括在1至1000000 范围内的独立的恒定压力下，保持加工部与凹槽、沟道或台阶的底和侧表面接触。优选地，在镜面精抛光步骤中，在独立的压力下保持旋转抛光工具的加工部与底和侧表面同时接触，优选地，在镜面精抛光步骤中，旋转抛光工具和衬底相对移动使得加工部可沿着 (follow)衬底中凹槽、沟道或台阶的轮廓进行抛光。更优选地，在镜面精抛光步骤中，使旋转抛光工具沿着凹槽旋转，或者使衬底保持平台旋转，使得加工部可沿着衬底中的凹槽、通道或台阶的轮廓进行抛光。更优选地，在镜面精抛光步骤中，使旋转抛光工具或衬底保持平台沿着至少一个直线轴移动以使加工部可沿着衬底中凹槽、沟道或台阶的轮廓进行抛光。在优选实施方案中，衬底厚度为0. 1至300mm，以及在衬底一个表面中的凹槽、沟道或台阶的底表面与衬底另一个表面之间的距离在0. 05至80mm的范围内，且对应于衬底厚度的5至50%。在优选实施方案中，在机加工步骤之前，衬底在其前和后表面上具有0. 01至 30 μ m的平坦度，和0. 1至50 μ m的平行度，在镜面精抛光步骤之前凹槽、沟道或台阶的底和侧表面的表面粗糙度Ra为2至500nm，和在镜面精抛光步骤之后，凹槽、沟道或台阶的底表面具有0. 01至40 μ m的平坦度，和至多100 μ m的平行度，且凹槽、沟道或台阶的底和侧表面具有至多Inm的表面粗糙度Ra。通常将玻璃衬底用作光掩模、曝光工具部件、标线片或纳米压印部件。本发明的有益效果在具有凹槽、沟道或台阶的电子级合成石英玻璃衬底的制造中，例如在用于制造 IC和其它电子器件的光刻中用作光掩模衬底或在纳米压印光刻(OTL)中用作模板衬底的合成石英玻璃衬底，本发明的方法能够以相对简单的方式将衬底加工到整个表面具有镜面光洁度，同时保持形状因素的高精度。由于以独立的抛光速度抛光凹槽、沟道或台阶的底和侧表面，因此在抛光相同持续时间时，底和侧表面上的坯料研磨量是可控的。可在短的持续时间内抛光凹槽、沟道或台阶，同时可精确控制抛光后的凹槽、沟道或台阶的尺寸以及底壁厚度。甚至当将一定载荷施加到凹槽、沟道或台阶以诱发其形状变化时，底壁也足够坚固以防止断裂。
图1和2分别是在本发明的一个实施方案中具有凹槽的合成石英玻璃衬底的透视图和横截面图。图3是在本发明的另一实施方案中具有凹槽的合成石英玻璃衬底的透视图。图4是在本发明的一个实施方案中具有沟道的合成石英玻璃衬底的透视图。图5是在本发明的一个实施方案中具有台阶的合成石英玻璃衬底的透视图。图6是在本发明的另一实施方案中具有台阶的合成石英玻璃衬底的透视图。图7是在本发明的再一实施方案中具有台阶的合成石英玻璃衬底的透视图。图8是在本发明的又一实施方案中具有台阶的合成石英玻璃衬底的透视图。图9是一个示意性旋转抛光工具的示意图。
具体实施方案在以下描述中，在图中示出的几幅视图中，相同标记数字表示相同或相应的部件。 单一形式“一个(a)”、“一种(an)和“该(the) ”包括多个指示物，除非上下文另外明确指出。也应理解，术语例如“前”、“后”等是为方便而使用的词语，且不认为其是限制性术语。 术语“凹槽”涉及到在厚度方向上未穿透衬底的孔，即半路终止，留有底壁，同时该孔在平面图中可为圆形、椭圆或矩形形状。本发明提供了一种用于制造具有前和后表面的电子级合成石英玻璃衬底的方法， 包括步骤机加工合成石英玻璃衬底以在预定位置形成凹槽、沟道或者台阶，和抛光凹槽、 沟道或台阶的底和侧表面至镜面光洁度，同时在独立的恒定压力下保持旋转抛光工具与底和侧表面接触。合成石英玻璃衬底(本方法由此开始)可以是通过任何公知技术制造的衬底。如果需要，衬底可具有沉积在其表面上的铬或相似的膜或者在其表面上形成的纳米结构图案。合成石英玻璃衬底的形状可以是矩形或圆形。合成石英玻璃衬底的尺寸可以在宽范围内变化，包括从用于IC光掩模或NIL模板的小尺寸衬底到用于大尺寸液晶显示器的大
5尺寸光掩模衬底。例如，矩形形状玻璃衬底可在20mmX 20mm至152mmX 152mm的尺寸范围内，和甚至达到l，000mmX2，000mm的尺寸。对于圆形形状玻璃衬底，优选使用具有6英寸或8英寸直径的晶片尺寸。尽管在前和后表面之间的衬底厚度可在宽范围内变化，但是衬底厚度优选为0. 1 至300mm，更优选为0. 1至100mm，且甚至更优选0. 2至30mm。如果需要且优选地，则预先测量合成石英玻璃衬底的平坦度和平行度，用于确定其尺寸精度。从测量精度的观点出发，优选通过将相干光(通常是激光)引射到衬底表面 (在此其被反射)以便作为反射光的相移观测衬底表面的高度差的光干涉方法进平坦度测量。例如，可使用Zygo Corporation的干涉仪Zygo Mark IVxp测量平坦度。也可通过相同仪器测量平行度。从图案均勻性的观点出发优选的是，在机加工以形成凹槽、沟道或台阶的步骤之前，合成石英玻璃衬底在其前表面和后表面具有0. 01至30 μ m，更优选0. 01至2 μ m，甚至更优选0. 01至0. 5 μ m的平坦度。还优选衬底在其前后表面之间具有0. 1至50 μ m，更优选 0. 1至5 μ m，和甚至更优选0. 1至3 μ m的平行度。本发明涉及一种用于制造电子级合成石英玻璃衬底的方法，其中玻璃衬底具有如图1和2中所示的凹槽，如图3中所示的沟道，或如图4中所示的台阶。这取决于特定应用和结合到其中的曝光或NIL设备的结构。在图1至4中，合成石英玻璃衬底1具有前表面 Ia和后表面lb。衬底1在其后表面Ib中提供有具有底表面和侧表面的凹槽2 (图1和2)， 具有底表面和侧表面的沟道3(图幻，或者具有底表面和侧表面的台阶4 (图4)。在形成凹槽、沟道或台阶之后，将留下的衬底部分(从图2的横截面图中可明显看出)称作“底壁”。更具体地，在图1和2中，凹槽2形成在矩形衬底1的中心处。在图3中，凹槽2 形成在圆形衬底的中心处。这种情况下，凹槽2通常形成在衬底1的后表面Ib中，而将光掩模或者纳米压印操作工艺施用于衬底1的前表面la。在图4中，在矩形衬底1的后表面Ib的中心部分处沿着宽度方向形成沟道3。在图5中，台阶4形成在矩形衬底1前表面Ia的两端部分处。台阶可形成在衬底 1的后表面Ib中，且台阶4也可形成在衬底的前表面Ia和后表面Ib的两个端部处，如图6 中所示。台阶4可沿着整个外围边缘形成，如图7和8中所示。图7中，台阶4形成在矩形衬底1的外围中。在图8中，台阶4形成在圆形衬底1的外围中。尽管台阶可形成在衬底的后表面中，但是在图7和8中，台阶4形成在衬底1的前表面Ia中。在衬底的一个表面中可形成凹槽、沟道和台阶中的至少两者。凹槽、沟道和台阶中的任一者都可形成在衬底的一个表面中，且不同的那个形成在衬底的另一个表面中。尽管凹槽的形状优选是如图2和3中所示的圆形，但是凹槽的形状在平面图中可以是圆形、椭圆形、卵形、方形或者多边形。凹槽的尺寸、如果是圆形凹槽的话则具体指直径、如果是椭圆形或卵形凹槽则具体指主轴、如果是正方形或多边形凹槽则具体指对角线长度，优选在5至200mm的范围内。优选地形成沟道，使得两个侧壁3a和北相互平行且平坦，尽管两个侧壁可不平行或者侧壁3a和北中的一个或两个可以是凸起或凹进的曲面。优选地形成台阶，使得内壁如平行于包括台阶4的自由外边缘4b的衬底的端表面且是平坦的，尽管内壁如可不平行于上述端表面或者可以是凸起或凹进的曲面。宽度(最长宽度) 优选在5至200mm的范围内。
可根据特定应用选择凹槽2、沟道3和台阶4的适当深度。对于强度优选的是，底壁厚度(在图2、3和4中的“t”)为0. 05至80mm，更优选为0. 05至四讓，和甚至更优选为 0. 05至11mm，且对应于衬底1厚度的1至90%，更优选为5至50%，和甚至更优选为10至 30%。在将衬底用在NIL中的情况下，在衬底1的后表面Ib中形成凹槽2或沟道3，同时与后表面Ib相对的衬底1的前表面Ia具有纳米结构图案用于纳米压印。台阶4形成在前表面和/或后表面中，同时前表面具有纳米结构图案用于纳米压印。在机加工合成石英玻璃衬底以在其中形成凹槽、沟道或台阶的第一步骤中，可使用机加工中心或数控机加工工具。使磨轮旋转并在不会引起任何裂纹、瑕疵或碎片的条件下在待加工的衬底表面上移动，由此形成具有预定尺寸和深度的凹槽、沟道或台阶。具体地，使用具有电镀或金属键合有金刚石或CBN磨料的磨轮，并且在轴旋转频率为100至30000rpm，优选为1000至15000rpm，和切割速度为1至IOOOOmm/分钟，优选为 10至IOOOmm/分钟下操作。优选地选择磨轮和机加工条件，以使当通过机加工形成凹槽、沟道或台阶时，凹槽、沟道或台阶的底和侧表面可具有2至500nm，更优选为2至IOOnm的表面粗糙度Ra。更优选地，底表面具有至多90 μ m,甚至更优选1至40 μ m的平行度，和0. 01至20 μ m，甚至更优选为0. 01至10 μ m的平坦度。在独立的恒定压力并以恒定速度相对移动工具的条件下，通过使旋转抛光工具的加工部与底和侧表面接触，进行将该机加工表面，即凹槽、沟道或台阶的底和侧表面抛光至镜面光洁度的随后步骤。通过以恒定压力和恒定速度抛光，能以恒定抛光速度均勻抛光该机加工的表面。具体地，从经济和容易控制的观点出发，将旋转抛光工具的加工部保持与机加工表面接触的压力优选在1至lOOOOOOPa，更优选为1000至1000001 的范围内。也是从经济和容易控制的观点出发，抛光速度优选在1至IOOOOmm/分钟，更优选 10至IOOOmm/分钟的范围内。移动量可根据玻璃衬底的形状和尺寸确定。旋转抛光工具可为任何类型的，只要其加工部是研磨旋转部件即可。例子包括具有工具夹持部分的轴或者具有安装于其上的抛光工具的精密研磨机(例如Leutor)。不特别限制在抛光工具中使用的材料类型，只要加工部是绿色碳化硅(GC)轮、白色熔融氧化铝(WA)轮、金刚石轮、铈轮、铈垫、橡胶轮、重缩毡(felt buff)、聚氨脂或者能够操作并去除工件坯料的其它元件即可。旋转抛光工具的加工部可具有任意形状，包括圆形或环形平板、圆柱、炮弹状 (bombshell)、盘和鼓状。例如，图5示出了示例性抛光工具10，其包含活塞11、容纳在活塞11中用于轴向移动并通过旋转驱动(通常是电机)旋转的旋转杆12、和连接到杆端部的加工部13。为了同时抛光凹槽、沟道或台阶的底和侧表面，与侧表面接触的加工部13的高度(图5中的Ill)应优选等于或大于侧表面的高度(图2中的IO。相似地，如果凹槽是圆形的，则加工部13的直径(图9中的Γι)应优选等于或大于凹槽直径(图2中的Γ(ι)的一半(即，Α >Γ(ι/2)，或者如果凹槽是椭圆形或卵形的，则等于或大于凹槽的短径(minor diameter)的一半。在沟道的情况下，则直径巧优选等于或大于宽度(图3中的W1)的一半(S卩，Γι彡Α/2)。在台阶的情况下，则直径巧优选等于或大于宽度(图4中的W2)(艮口， Γ! ^ W2)。
当通过以其加工部与机加工表面(底和侧表面)接触的旋转抛光工具来抛光凹槽、沟道或台阶时，优选将抛光磨料浆传送到抛光位置。这里使用的合适的磨粒的实例包括氧化硅、氧化铈、刚玉、白色刚玉(WA)、金刚砂、氧化锆、SiC、金刚石、氧化钛和氧化锗。颗粒尺寸优选为IOnm至10 μ m。可使用这样的磨料的水浆料。尽管优选将旋转抛光工具的相对移动速度选择为1至IOOOOmm/分钟，更优选10 至IOOOmm/分钟的范围内，但是不对其作特别限制。旋转抛光工具的加工部的旋转频率优选在100至lOOOOrpm，更优选1000至8000rpm，甚至更优选2000至7000rpm的范围内。更低的旋转频率可导致较低的抛光速度，完成镜面精抛光所述机加工表面将花费过多时间。 更高的旋转频率可导致较高的抛光速度或加工部的过多磨损，导致难以控制镜面精抛光。根据本发明的方法，当抛光凹槽、沟道或台阶的底和侧表面至镜面光洁度时，可使用独立的压力控制装置用以保持旋转抛光工具的加工部在独立的恒定压力下接触底和侧表面。这里使用的压力控制装置可以是气动活塞或测压元件(load cell)。例如，如果是图9的旋转抛光工具，可通过调整气动活塞11的压力来调整加工部和底表面之间的接触压力。而且，如果是图9的旋转抛光工具，则第二活塞可连接至气动活塞11用于移动活塞11 朝向和远离凹槽、沟道或台阶的侧表面。然后，可通过调整第二活塞的压力来调整在加工部和侧表面之间的接触压力。用于调整加工部和侧表面之间接触压力的替代性系统包括具有杆的另一活塞和用于保持衬底的衬底保持平台，另一活塞的杆连接到该平台，由此调整该杆的压力以调整横向压力，用于控制衬底保持平台的移动。通过对底和侧表面使用单个旋转抛光工具和独立的压力控制装置，在独立的恒定压力下，使加工部与底和侧表面接触，且以恒定速度相对移动该工具，能以独立的抛光速度同时均勻地抛光底和侧表面。可尝试顺序而非同时地分别抛光凹槽、沟道或台阶的底和侧表面。但是，不太希望使用该工序，由于与底或侧表面接触的旋转抛光工具的加工部可同时与侧或底表面接触， 因此这些表面的抛光变得不均勻，且需要较长的抛光时间。根据本发明方法的一个实施方案，在抛光底和侧表面至镜面光洁度的步骤中，使旋转抛光工具和衬底相对移动以使加工部可沿着衬底中的凹槽、沟道或台阶的轮廓进行抛光。移动模式可以是任何类型，只要其能控制移动的量、方向和速度恒定即可。例如，可使用多轴机械手。可通过绕着凹槽使旋转抛光工具旋转或者使衬底旋转或者通过使旋转抛光工具或衬底沿着至少一个直线轴移动来使旋转抛光工具和衬底相对移动，以使加工部可沿着凹槽、沟道或台阶的轮廓进行抛光。在其中在通过绕着凹槽使旋转抛光工具旋转或者使衬底旋转以使加工部可沿着凹槽、沟道或台阶的轮廓来抛光凹槽、沟道或台阶的表面至镜面光洁度的实施方案中，可使用能够控制旋转频率和速度恒定的任何装置。例如，将电机轴用于使旋转抛光工具或者衬底保持平台以0. 1至lOOOOrpm，特别是1至IOOrpm的频率和1至IOOOOmm/分钟，特别是 10至IOOOmm/分钟的速度旋转。当以独立的恒定压力和恒定的速度均勻抛光圆形、椭圆形或曲面状凹槽、沟道或台阶至镜面光洁度时，该实施方案特别有用。在其中通过使旋转抛光工具或衬底沿着至少一个直线轴移动以使加工部可沿着凹槽、沟道或台阶的轮廓来抛光凹槽、沟道或台阶的表面至镜面光洁度的另一实施方案中， 可使用能够将移动量和速度控制为恒定的任何装置。例如，使用伺服电机在滑片上使旋转
8抛光工具或衬底保持平台以1至IOOOOmm/分钟，特别是10至IOOOmm/分钟的速度移动。当以恒定压力和恒定速度均勻抛光矩形或平坦表面状凹槽、沟道或台阶的底和侧表面至镜面光洁度时，该实施方案特别有用。如果需要，可检查在镜面精抛光之后的衬底在凹槽、沟道或台阶的底表面上和任意周围区域是否存在缺陷、瑕疵或裂纹。可使用任何所需的检测装置，只要能检测出具有至少200nm深度和至少1 μ m宽度的缺陷、瑕疵或裂纹即可。合适的检查手段包括在高强灯下可视的观察，微观观察、和激光瑕疵检测器。在镜面精抛光之后，凹槽、沟道或台阶的底和侧表面优选具有如通过至多Inm、更优选至多0. 5nm的表面粗糙度Ra表达的镜面光洁度。如果凹槽、沟道或台阶的底和侧表面不是镜面精抛光的，则可透射极少的光，导致不能曝光，或者污染物可沉积于其上，从而妨碍光透射或者对图案造成不利的影响。注意，根据JIS B-0601确定表面粗糙度Ra。既然已经将凹槽、沟道或台阶的底和侧表面抛光至镜面光洁度，即使当将在一定范围内的载荷施加到凹槽、沟道或台阶的底表面以引起底表面形状变化时，衬底也不会断裂。具体地，底表面在承受至多ΙΟΟΜΝπΓ2，更具体地5至50MNm_2，且甚至更具体地5至20MNm_2 的应力时不会失效。即使当重复施加这样的载荷时，底表面也能保持坚固且不会遭受断裂。如果是具有底壁厚度h(mm)和直径a(mm)的圆形凹槽，则术语“在一定范围内的载荷”例如是指，跨过整个底表面的至多约^父^^父^/^牛^更具体地了^父^^父！^/^至 7. OX IO7XhVa2Pa,且甚至更具体地7. OX IO6XhVa2至3. OX IO7XhVa2Pa的均勻分布载荷。当施加这种载荷时，底表面承受至多IOOMNnT2的应力。相似地，如果是底壁厚度h (mm)、 宽度a(mm)和长度b(mm)且与衬底端表面平行延伸的沟道，则当将至多约30Xb/aXh2N、 更具体地15父13/^\1121且甚至更具体地1\13/^\11%至6\13/^\11%的集中载荷施加到中心处的沟道底表面时，底表面承受至多IOOMNnT2的应力。如果是底壁厚度 h (mm)、宽度a (mm)和长度b (mm)且与衬底端表面平行延伸的台阶(其中b > 3a)，则当将至多约32Xh2N、更具体为IXh2至16Xh2N、和更具体地IXh2至6Xh2N的集中载荷施加到自由外边缘46的中心处的台阶底表面时，底表面承受至多IOOMNnT2的应力。可通过能够在整个所选数目的循环中施加所选的正或负压力的实验性气压或液压将均勻分布的载荷施加到凹槽底表面。可通过具有突出的杆或探针且能够在整个所选数目的循环中施加所选压力的实验性压力施加器将集中载荷施加到预定位置的底表面。从夹持衬底的方面出发优选的是，已经抛光至镜面光洁度的凹槽、沟道或台阶的底表面具有0. 01至40 μ m，更优选为0. 01至10 μ m，和甚至更优选为0. 01至5 μ m的平坦度。在上述范围之外的不良平坦度使得当通过在凹槽、沟道或台阶的底表面夹持衬底将衬底安装在曝光或图案化设备中时，难以精确地使衬底与基准保持平行。当通过凹槽、沟道或台阶供给或排出流体时，不良的平坦度也存在流体可能(气体或液体)可不平稳流动的问题。从图案移位的观点出发优选的是，在衬底前表面和凹槽、沟道或台阶底表面之间的平行度为至多100 μ m,更优选至多50 μ m,和甚至更优选至多10 μ m。如果底表面平行度不良，则当通过在凹槽、沟道或台阶处使衬底变形来压印树脂时难以使衬底对称地变形，且当通过在凹槽、沟道或台阶的底表面处夹持衬底将衬底装入图案化装置中时，难以使衬底与基准精确地保持平行，留下焦点移位或者图案移位的风险。
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根据镜面精抛光方法，在独立的恒定压力和恒定的速度下，可通过抛光衬底中凹槽、沟道或台阶的底和侧表面实现上述限定范围内的平坦度和平行度。通过镜面精抛光使底和侧表面具有表面粗糙度Ra，其相对于在镜面精抛光之前的粗糙度得到明显改善。由于抛光工具的加工部的下面在外侧比中心具有更高的抛光速度，也就是抛光速度的分布，因此难以以相同的抛光速度均勻抛光凹槽、沟道或台阶的整个底表面。为此原因，在镜面精抛光之后凹槽、沟道或台阶的底表面通常具有比镜面精抛光之前较差的平坦度和平行度。本发明的方法保持底表面的平坦度和平行度在上述限定范围内，且避免了平坦度和平行度的进一步劣化。实施例下文以说明而不是限制性方式给出本发明的实施例。实施例1制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为IOOmmX 100mmX6. 35mm(厚) 的合成石英玻璃衬底A作为起始衬底。使用机加工中心和金刚石砂轮，在该起始衬底的后表面中心进行处机加工以形成深度为5. 32mm和直径为69. 98mm的圆形凹槽。接下来，将机加工的衬底牢固地安装在平台上。在3500 下强制使适于以 IOOOrpm旋转的毛料重缩毡与凹槽的底表面接触，并在2000 下与侧表面接触，所述重缩毡直径为35mm而高度为30mm。衬底保持平台以IOrpm旋转，由此将表面抛光60分钟至镜面光洁度。抛光状态的玻璃衬底中的凹槽具有5. 35mm的深度，1. OOmm的底壁厚度，和70mm 的直径。测量镜面精抛光的玻璃衬底A的前和后表面的平行度、平坦度、以及前、后和端表面的表面粗糙度Ra。
平行度0. 6μ η前表面平坦度0.183μηιRa0.15 nm后表面平^!0. 311μπιRa0.15 nm端表面Ra0. 95 nm注意，通过Zygo的Zygo Mark IVxP测量平坦度和平行度，并通过原子力显微镜测
景Ra。测量在镜面精抛光之前形成在玻璃衬底A的后表面中的凹槽的底表面的平行度、 平坦度和表面粗糙度Ra，并测量凹槽侧壁的表面粗糙度Ra。
后表面平行度 8 μ η 平坦度 3 μ η Ra 6. 82 nm 侧壁Ra 6.58 nm
注意，不能通过Zygo的ZygoMark IVxP测量平坦度和平行度，但是可通过测微计测量。通过原子力显微镜测量Ra。测量在镜面精抛光之后凹槽的底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并测量凹槽侧壁的表面粗糙度Ra。
絲面平行度9 μ η
平坦度4 μ η
Ra0. 25 nm
侧壁 Ra0.25 nm注意，通过Zygo的Zygo Mark IVxP测量平坦度和平行度，且通过原子力显微镜测
景Ra。相似的，通过机加工凹槽和在相同条件下镜面精抛光凹槽制造五十(50)个合成石英玻璃衬底。这些凹槽深度为5. 35士0. 01mm，和直径为70士0. 01mm。通过在高强度灯下的可视检查，发现衬底不含有裂纹。通过重复50000个循环对凹槽进行耐久性测试，每个循环都由抽真空至_15kPa和恢复大气压组成。对于全部50个衬底，凹槽的底表面没有断裂。在耐久性测试之前和之后，通过将凹槽抽真空至_50kPa将约46MNm_2的应力施加到底表面对衬底进行应力测试。对于全部50个衬底，凹槽的底表面没有断裂。实施例2制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为152mmX 152mmX6. 35mm(厚) 的合成石英玻璃衬底B作为起始衬底。使用机加工中心和金刚石砂轮，在该起始衬底后表面的中心进行机加工以形成深度为4. 98mm、宽度为29. 9mm和长度为152mm且与端表面平行延伸的沟道。接下来，将机加工的衬底牢固地安装在平台上。在2000 下强制使适于以 IOOOrpm旋转的毛料重缩毡与沟道的底表面接触，并在2000 下与一个侧壁接触，所述重缩毡直径为30mm而高度为30mm。使衬底保持平台以50mm/分钟来回移动5个冲程。在相同压力下强制使抛光轮与底表面和另一个侧壁接触，使衬底保持平台以50mm/分钟来回移动5个冲程。以这种方式，将该表面抛光至镜面光洁度。抛光状态的玻璃衬底中的沟道深度为5mm,宽度为30. 1mm。测量镜面精抛光的玻璃衬底B的前和后表面的平行度、平坦度，以及前、后和端表面的表面粗糙度Ra。平行度0. 9 μ η前表面平坦度0. 231μ πRa0.14 nm后表面平坦度0. 475μ ηRa0.15 nm端表面Ra0. 83 nm测量在镜面精抛光之前形成在玻璃衬底B后表面中的沟道的底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并测量沟道侧壁的表面粗糙度Ra。
后表面平行度13 μ η
平城 5 μ η Ra7. 06 nm
侧壁Ra 10.70 nm测量在镜面精抛光之后沟道底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并测量沟道侧壁的表面粗糙度Ra。
妹面平行度15 μ η
平坦度7 μ η
Ra0. 45 nm
侗丨浪面 Ra 0. 37 nm相似的，通过机加工沟道和在相同条件下镜面精抛光沟道制造五十(50)个合成石英玻璃衬底。这些沟道深度为5士0.01mm，而宽度为30士0.01mm。通过在高强度灯下的可视检查，发现衬底不含有裂纹。通过重复10000个循环对沟道进行耐久性测试，每个循环都由将ION载荷施加到中心处的沟道底部和将载荷复原为零组成。对于全部50个衬底，沟道的底表面没有断裂。在耐久性测试之前和之后，通过对中心处的底表面施加50N载荷以产生约20MNm_2 的应力对衬底进行应力测试。对于全部50个衬底，沟道的底表面没有断裂。实施例3制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为200mmX400mmX IOmm(厚) 的合成石英玻璃衬底C作为起始衬底。使用机加工中心和金刚石砂轮，沿着两端在该起始衬底的后表面上进行机加工以形成深度为6. 95mm、宽度为19. 99mm和长度为200mm的台阶。接下来，将机加工的衬底牢固地安装在平台上。在2000 下强制使适于以 IOOOrpm旋转的毛料重缩毡与台阶的底表面接触，并在2000 下与侧壁接触，所述重缩毡直径为30mm而高度为30mm。使衬底保持平台以200mm/分钟来回移动5个冲程。以这种方式，将两侧台阶的表面抛光至镜面光洁度。抛光状态的玻璃衬底中的台阶深度为7mm，宽度为 20mmo
测量镜面精抛光的玻璃衬底C的前和后表面的平行度、平坦度、以及前、后和端表面的表面粗糙度Ra。
平行度前表面
后表面
平败 Ra
平坦度
5. 3 μ η 2.117μ η 0.11 nm 3.151μ η
Ra
0.12 nm
端表面 Ra 1.13 nm测量在镜面精抛光之前形成在玻璃衬底C后表面中的台阶的底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并测量台阶侧壁的表面粗糙度Ra。
絲面平行度平坦度 Ra
侧壁Ra
13 μ η 和 17 μ η 8 μ η 和 8 μπι 11. 51 nm 12.15 nm测量在镜面精抛光之后台阶底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并测量台阶侧壁的表面粗糙度Ra。
絲面平行度 Ra
侧壁Ra
15 μπι 和 19 μιη 10 μιη 和 9 μιη 0.28 nm 0. 27 nm当机加工台阶并在上述相同条件下对其镜面精抛光时，200mmX20mm的台阶具有 10 μ m禾口 9 μ m的平fi度以及15 μ m禾口 19 μ m的平 亍度。当相似地制造十(10)个合成石英玻璃衬底时，台阶深度为7士0.01mm，而宽度为 20士0. 01mm。通过在高强度灯下的可视检查，发现衬底不含有裂纹。通过重复5000个循环对台阶进行耐久性测试，每个循环都由将20N载荷施加到自由外边缘中心处的台阶底部和将载荷复原为零组成。对于全部10个衬底，台阶的底表面没有断裂。在耐久性测试之前和之后，通过对中心处的台阶底表面施加50N载荷以产生约 17ΜΝπΓ2的应力对衬底进行应力测试。对于全部10个衬底，台阶的底表面没有断裂。比较例1与在实施例1中相同，将合成石英玻璃衬底A进行机加工以形成深度为5. 35mm和底壁厚度为1. 00mm，且直径为70mm的圆形凹槽。通过原子力显微镜测量形成在玻璃衬底A后表面中的凹槽的底表面和侧壁的表
13面粗糙度Ra。底表面 Ra 7. 13nm侧壁Ra 8.42nm当将该没有进行镜面精抛光的合成石英玻璃衬底中的凹槽抽真空至-90Ua时， 凹槽底表面断裂。
权利要求
1.一种用于制造具有前和后表面的电子级合成石英玻璃衬底的方法，包括步骤将合成石英玻璃衬底的至少一个表面进行机加工以形成具有底和侧表面的凹槽、沟道或台阶，和通过旋转抛光工具的加工部来抛光凹槽、沟道或台阶的底和侧表面至镜面光洁度，同时在独立的恒定压力下保持加工部与底和侧表面接触。
2.如权利要求1所述的方法，其中镜面精抛光步骤包括在1至1000000 的独立恒定压力下保持加工部与凹槽、沟道或台阶的底和侧表面接触。
3.如权利要求1所述的方法，其中在镜面精抛光步骤中，在独立压力下保持旋转抛光工具的加工部同时与底和侧表面接触。
4.如权利要求1所述的方法，其中在镜面精抛光步骤中，旋转抛光工具和衬底相对移动，使得加工部可沿着衬底中凹槽、沟道或台阶的轮廓进行抛光。
5.如权利要求4所述的方法，其中在镜面精抛光步骤中，旋转抛光工具绕着凹槽旋转或衬底保持平台旋转，使得加工部可沿着衬底中的凹槽、沟道或台阶的轮廓进行抛光。
6.如权利要求4所述的方法，其中在镜面精抛光步骤中，旋转抛光工具或衬底保持平台沿着至少一个直线轴移动，使得加工部可沿着衬底中的凹槽、沟道或台阶的轮廓进行抛光。
7.如权利要求1所述的方法，其中衬底具有0.1至300mm的厚度，且在衬底一个表面中的凹槽、沟道或台阶的底表面和衬底另一表面之间的距离在0. 05至80mm的范围内，且对应于衬底厚度的5至50%。
8.如权利要求1所述的方法，其中在机加工步骤之前，衬底在其前和后表面上具有0. 01至30 μ m的平坦度，和0. 1至 50 μ m的平行度，在镜面精抛光步骤之前，凹槽、沟道或台阶的底和侧表面具有2至500nm的表面粗糙度 I a，和在镜面精抛光步骤之后，凹槽、沟道或台阶的底表面具有0. 01至40 μ m的平坦度，和至多100 μ m的平行度，且凹槽、沟道或台阶的底和侧表面具有至多Inm的表面粗糙度Ra。
9.如权利要求1所述的方法，其中玻璃衬底用作光掩模、曝光工具部件、标线片或者纳米压印部件。
全文摘要
本发明涉及用于制造电子级合成石英玻璃衬底的方法。具体地，通过机加工合成石英玻璃衬底以形成凹槽、沟道或台阶，和通过旋转抛光工具的加工部抛光凹槽、沟道或台阶的底和侧表面至镜面光洁度，同时在独立的恒定压力下保持加工部与底和侧表面接触，制造电子级合成石英玻璃衬底。
文档编号G03F1/00GK102328265SQ20111025967
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者冈藤大雄, 山崎裕之, 竹内正树 申请人:信越化学工业株式会社