專利名稱：用于制造電子級合成石英玻璃襯底的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造具有凹槽、溝道或臺階的電子級合成石英玻璃襯底的方法， 更特別地涉及一種用于制造用在半導體相關電子材料的先進應用中的合成石英玻璃襯底的方法，通常作為光掩模、曝光工具部件、標線片(reticle)和納米壓印模板。
背景技術：
根據(jù)襯底上缺陷的尺寸和數(shù)量、平坦度、表面粗糙度、材料的光化學穩(wěn)定性以及表面化學穩(wěn)定性評價合成石英玻璃襯底的品質(zhì)。設計規(guī)則更高精度的傾向?qū)@些要素提出了更加嚴格的需求。用在微電子器件以及液晶顯示器的制造中的光掩模襯底必須具有高精度的形狀或輪廓。如果襯底具有差的形狀精度或一定程度的畸變，則通過該掩模的曝光必然伴有硅晶片上的焦點移動從而使圖案均勻性劣化，不能形成精細的特征圖案。在使用193nm波長的ArF激光光源(其是當前主流的微電子光刻)進行的光刻中，和在使用軟χ射線波長范圍內(nèi)的13. 5nm波長光源進行的EUV光刻(作為下一代光刻而正在開發(fā)的)中，需要用于光掩模和反射掩模的玻璃襯底具有高水平的形貌因素，包括平坦度、平行度和外形公差(關于平坦度，見JP-A2008-1035U)。同樣適用于在TFT液晶面板陣列側(cè)上的光掩模襯底和用于濾色器的光掩模襯底。已經(jīng)對納米壓印光刻(NIL)進行了研究工作，與常規(guī)曝光工藝相比，其是低成本、 簡單、高分辨率的工藝。NIL也需要具有高形狀精度的襯底作為壓印模板。NIL是一種將納米結(jié)構(gòu)圖案壓印到樹脂用于圖案轉(zhuǎn)印的技術。要轉(zhuǎn)印的圖案的分辨率取決于在模板上的納米結(jié)構(gòu)的分辨率。然后，需要在其上形成精細特征圖案的襯底具有高形狀精度(見JP-A H03-54569)。除此之外，待組裝到曝光工具和用于制造微電子和顯示部件的工藝中的各種其它裝置中的合成石英玻璃部件也要求具有高純度和精度。引用列表專利文獻1 JP-A 2008-103512專利文獻2 JP-A H03-54569專利文獻3 JP-A 2009-53659
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于制造電子級合成石英玻璃襯底的方法，該襯底具有以相對簡單的方式具有底和側(cè)表面的凹槽、溝道或臺階，其中凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面是鏡面精拋光的，且以高精度一致地控制形狀因素，該形狀因素包括尺寸、底壁厚度和平行度，使得襯底在凹槽、溝道或臺階處可具有高強度。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述問題可通過以下方式解決機加工合成石英玻璃襯底以在其中形成凹槽、溝道或臺階，和通過旋轉(zhuǎn)拋光工具拋光凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面至鏡面光潔度，同時在獨立的恒定壓力下保持該工具與底和側(cè)表面接觸。該拋光步驟對于去除由機加工造成的殘余應力或殘余應變是有效的。由于將凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面拋光至鏡面光潔度，即使當將重復性載荷和因此相當大的應力施加于上述底和側(cè)表面時，凹槽、溝道或臺階也抗斷裂。假設襯底具有一對前后主表面，且形成在至少一個表面中的凹槽、溝道或臺階具有底和側(cè)表面或壁。當使用具有凹槽、溝道或臺階的襯底時，將光掩?；蚣{米壓印操作過程施用于前表面。在形成于襯底一個表面中的凹槽、溝道或臺階的底表面和襯底另一個表面之間的距離(也稱作底壁厚度)可以在從0.05至80mm，更優(yōu)選0.05至Ilmm的范圍內(nèi)，并且對應于5至50 %，更優(yōu)選10至30 %的襯底厚度。希望底壁厚度具有該范圍內(nèi)的低值。在現(xiàn)有技術中，由于難以鏡面精拋光凹槽、溝道或臺階，因此不對這樣的凹槽、溝道或臺階進行鏡面精拋光，或者以機加狀態(tài)使用該襯底。但是，機加工狀態(tài)的凹槽、溝道或臺階的狀態(tài)導致了當向其施加重復載荷時襯底可相對容易斷裂的問題。因此，在現(xiàn)有技術中，在襯底前表面和凹槽或溝道的底表面之間的距離或者襯底后表面和臺階底表面之間的距離相對較長(即底壁相對較厚)。很意外，通過將凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面拋光到鏡面光潔度增加了凹槽、溝道或臺階限定部分的強度。甚至當襯底前或后表面與凹槽、溝道或臺階的底表面之間的距離相對較短(即底壁相對較薄)時，在重復施加相當大的載荷的情況下襯底也完全抵抗斷裂，也就是耐受相當大的應力。本發(fā)明提供了一種用于制造具有前和后表面的電子級合成石英玻璃襯底的方法， 包括步驟機加工合成石英玻璃襯底的至少一個表面以形成具有底和側(cè)表面的凹槽、溝道或臺階，和通過旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部將凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面拋光至鏡面光潔度，同時在獨立的恒定壓力下保持加工部與底和側(cè)表面接觸。在優(yōu)選實施方案中，鏡面精拋光步驟包括在1至1000000 范圍內(nèi)的獨立的恒定壓力下，保持加工部與凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面接觸。優(yōu)選地，在鏡面精拋光步驟中，在獨立的壓力下保持旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部與底和側(cè)表面同時接觸，優(yōu)選地，在鏡面精拋光步驟中，旋轉(zhuǎn)拋光工具和襯底相對移動使得加工部可沿著 (follow)襯底中凹槽、溝道或臺階的輪廓進行拋光。更優(yōu)選地，在鏡面精拋光步驟中，使旋轉(zhuǎn)拋光工具沿著凹槽旋轉(zhuǎn)，或者使襯底保持平臺旋轉(zhuǎn)，使得加工部可沿著襯底中的凹槽、通道或臺階的輪廓進行拋光。更優(yōu)選地，在鏡面精拋光步驟中，使旋轉(zhuǎn)拋光工具或襯底保持平臺沿著至少一個直線軸移動以使加工部可沿著襯底中凹槽、溝道或臺階的輪廓進行拋光。在優(yōu)選實施方案中，襯底厚度為0. 1至300mm，以及在襯底一個表面中的凹槽、溝道或臺階的底表面與襯底另一個表面之間的距離在0. 05至80mm的范圍內(nèi)，且對應于襯底厚度的5至50%。在優(yōu)選實施方案中，在機加工步驟之前，襯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，在鏡面精拋光步驟之前凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面的表面粗糙度Ra為2至500nm，和在鏡面精拋光步驟之后，凹槽、溝道或臺階的底表面具有0. 01至40 μ m的平坦度，和至多100 μ m的平行度，且凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面具有至多Inm的表面粗糙度Ra。通常將玻璃襯底用作光掩模、曝光工具部件、標線片或納米壓印部件。本發(fā)明的有益效果在具有凹槽、溝道或臺階的電子級合成石英玻璃襯底的制造中，例如在用于制造 IC和其它電子器件的光刻中用作光掩模襯底或在納米壓印光刻(OTL)中用作模板襯底的合成石英玻璃襯底，本發(fā)明的方法能夠以相對簡單的方式將襯底加工到整個表面具有鏡面光潔度，同時保持形狀因素的高精度。由于以獨立的拋光速度拋光凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面，因此在拋光相同持續(xù)時間時，底和側(cè)表面上的坯料研磨量是可控的?？稍诙痰某掷m(xù)時間內(nèi)拋光凹槽、溝道或臺階，同時可精確控制拋光后的凹槽、溝道或臺階的尺寸以及底壁厚度。甚至當將一定載荷施加到凹槽、溝道或臺階以誘發(fā)其形狀變化時，底壁也足夠堅固以防止斷裂。


圖1和2分別是在本發(fā)明的一個實施方案中具有凹槽的合成石英玻璃襯底的透視圖和橫截面圖。圖3是在本發(fā)明的另一實施方案中具有凹槽的合成石英玻璃襯底的透視圖。圖4是在本發(fā)明的一個實施方案中具有溝道的合成石英玻璃襯底的透視圖。圖5是在本發(fā)明的一個實施方案中具有臺階的合成石英玻璃襯底的透視圖。圖6是在本發(fā)明的另一實施方案中具有臺階的合成石英玻璃襯底的透視圖。圖7是在本發(fā)明的再一實施方案中具有臺階的合成石英玻璃襯底的透視圖。圖8是在本發(fā)明的又一實施方案中具有臺階的合成石英玻璃襯底的透視圖。圖9是一個示意性旋轉(zhuǎn)拋光工具的示意圖。
具體實施方案在以下描述中，在圖中示出的幾幅視圖中，相同標記數(shù)字表示相同或相應的部件。 單一形式“一個(a)”、“一種(an)和“該(the) ”包括多個指示物，除非上下文另外明確指出。也應理解，術語例如“前”、“后”等是為方便而使用的詞語，且不認為其是限制性術語。 術語“凹槽”涉及到在厚度方向上未穿透襯底的孔，即半路終止，留有底壁，同時該孔在平面圖中可為圓形、橢圓或矩形形狀。本發(fā)明提供了一種用于制造具有前和后表面的電子級合成石英玻璃襯底的方法， 包括步驟機加工合成石英玻璃襯底以在預定位置形成凹槽、溝道或者臺階，和拋光凹槽、 溝道或臺階的底和側(cè)表面至鏡面光潔度，同時在獨立的恒定壓力下保持旋轉(zhuǎn)拋光工具與底和側(cè)表面接觸。合成石英玻璃襯底(本方法由此開始)可以是通過任何公知技術制造的襯底。如果需要，襯底可具有沉積在其表面上的鉻或相似的膜或者在其表面上形成的納米結(jié)構(gòu)圖案。合成石英玻璃襯底的形狀可以是矩形或圓形。合成石英玻璃襯底的尺寸可以在寬范圍內(nèi)變化，包括從用于IC光掩?；騈IL模板的小尺寸襯底到用于大尺寸液晶顯示器的大
5尺寸光掩模襯底。例如，矩形形狀玻璃襯底可在20mmX 20mm至152mmX 152mm的尺寸范圍內(nèi)，和甚至達到l，000mmX2，000mm的尺寸。對于圓形形狀玻璃襯底，優(yōu)選使用具有6英寸或8英寸直徑的晶片尺寸。盡管在前和后表面之間的襯底厚度可在寬范圍內(nèi)變化，但是襯底厚度優(yōu)選為0. 1 至300mm，更優(yōu)選為0. 1至100mm，且甚至更優(yōu)選0. 2至30mm。如果需要且優(yōu)選地，則預先測量合成石英玻璃襯底的平坦度和平行度，用于確定其尺寸精度。從測量精度的觀點出發(fā)，優(yōu)選通過將相干光(通常是激光)引射到襯底表面 (在此其被反射)以便作為反射光的相移觀測襯底表面的高度差的光干涉方法進平坦度測量。例如，可使用Zygo Corporation的干涉儀Zygo Mark IVxp測量平坦度。也可通過相同儀器測量平行度。從圖案均勻性的觀點出發(fā)優(yōu)選的是，在機加工以形成凹槽、溝道或臺階的步驟之前，合成石英玻璃襯底在其前表面和后表面具有0. 01至30 μ m，更優(yōu)選0. 01至2 μ m，甚至更優(yōu)選0. 01至0. 5 μ m的平坦度。還優(yōu)選襯底在其前后表面之間具有0. 1至50 μ m，更優(yōu)選 0. 1至5 μ m，和甚至更優(yōu)選0. 1至3 μ m的平行度。本發(fā)明涉及一種用于制造電子級合成石英玻璃襯底的方法，其中玻璃襯底具有如圖1和2中所示的凹槽，如圖3中所示的溝道，或如圖4中所示的臺階。這取決于特定應用和結(jié)合到其中的曝光或NIL設備的結(jié)構(gòu)。在圖1至4中，合成石英玻璃襯底1具有前表面 Ia和后表面lb。襯底1在其后表面Ib中提供有具有底表面和側(cè)表面的凹槽2 (圖1和2)， 具有底表面和側(cè)表面的溝道3(圖幻，或者具有底表面和側(cè)表面的臺階4 (圖4)。在形成凹槽、溝道或臺階之后，將留下的襯底部分(從圖2的橫截面圖中可明顯看出)稱作“底壁”。更具體地，在圖1和2中，凹槽2形成在矩形襯底1的中心處。在圖3中，凹槽2 形成在圓形襯底的中心處。這種情況下，凹槽2通常形成在襯底1的后表面Ib中，而將光掩模或者納米壓印操作工藝施用于襯底1的前表面la。在圖4中，在矩形襯底1的后表面Ib的中心部分處沿著寬度方向形成溝道3。在圖5中，臺階4形成在矩形襯底1前表面Ia的兩端部分處。臺階可形成在襯底 1的后表面Ib中，且臺階4也可形成在襯底的前表面Ia和后表面Ib的兩個端部處，如圖6 中所示。臺階4可沿著整個外圍邊緣形成，如圖7和8中所示。圖7中，臺階4形成在矩形襯底1的外圍中。在圖8中，臺階4形成在圓形襯底1的外圍中。盡管臺階可形成在襯底的后表面中，但是在圖7和8中，臺階4形成在襯底1的前表面Ia中。在襯底的一個表面中可形成凹槽、溝道和臺階中的至少兩者。凹槽、溝道和臺階中的任一者都可形成在襯底的一個表面中，且不同的那個形成在襯底的另一個表面中。盡管凹槽的形狀優(yōu)選是如圖2和3中所示的圓形，但是凹槽的形狀在平面圖中可以是圓形、橢圓形、卵形、方形或者多邊形。凹槽的尺寸、如果是圓形凹槽的話則具體指直徑、如果是橢圓形或卵形凹槽則具體指主軸、如果是正方形或多邊形凹槽則具體指對角線長度，優(yōu)選在5至200mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地形成溝道，使得兩個側(cè)壁3a和北相互平行且平坦，盡管兩個側(cè)壁可不平行或者側(cè)壁3a和北中的一個或兩個可以是凸起或凹進的曲面。優(yōu)選地形成臺階，使得內(nèi)壁如平行于包括臺階4的自由外邊緣4b的襯底的端表面且是平坦的，盡管內(nèi)壁如可不平行于上述端表面或者可以是凸起或凹進的曲面。寬度(最長寬度) 優(yōu)選在5至200mm的范圍內(nèi)。
可根據(jù)特定應用選擇凹槽2、溝道3和臺階4的適當深度。對于強度優(yōu)選的是，底壁厚度(在圖2、3和4中的“t”)為0. 05至80mm，更優(yōu)選為0. 05至四讓，和甚至更優(yōu)選為 0. 05至11mm，且對應于襯底1厚度的1至90%，更優(yōu)選為5至50%，和甚至更優(yōu)選為10至 30%。在將襯底用在NIL中的情況下，在襯底1的后表面Ib中形成凹槽2或溝道3，同時與后表面Ib相對的襯底1的前表面Ia具有納米結(jié)構(gòu)圖案用于納米壓印。臺階4形成在前表面和/或后表面中，同時前表面具有納米結(jié)構(gòu)圖案用于納米壓印。在機加工合成石英玻璃襯底以在其中形成凹槽、溝道或臺階的第一步驟中，可使用機加工中心或數(shù)控機加工工具。使磨輪旋轉(zhuǎn)并在不會引起任何裂紋、瑕疵或碎片的條件下在待加工的襯底表面上移動，由此形成具有預定尺寸和深度的凹槽、溝道或臺階。具體地，使用具有電鍍或金屬鍵合有金剛石或CBN磨料的磨輪，并且在軸旋轉(zhuǎn)頻率為100至30000rpm，優(yōu)選為1000至15000rpm，和切割速度為1至IOOOOmm/分鐘，優(yōu)選為 10至IOOOmm/分鐘下操作。優(yōu)選地選擇磨輪和機加工條件，以使當通過機加工形成凹槽、溝道或臺階時，凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面可具有2至500nm，更優(yōu)選為2至IOOnm的表面粗糙度Ra。更優(yōu)選地，底表面具有至多90 μ m,甚至更優(yōu)選1至40 μ m的平行度，和0. 01至20 μ m，甚至更優(yōu)選為0. 01至10 μ m的平坦度。在獨立的恒定壓力并以恒定速度相對移動工具的條件下，通過使旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部與底和側(cè)表面接觸，進行將該機加工表面，即凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面拋光至鏡面光潔度的隨后步驟。通過以恒定壓力和恒定速度拋光，能以恒定拋光速度均勻拋光該機加工的表面。具體地，從經(jīng)濟和容易控制的觀點出發(fā)，將旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部保持與機加工表面接觸的壓力優(yōu)選在1至lOOOOOOPa，更優(yōu)選為1000至1000001 的范圍內(nèi)。也是從經(jīng)濟和容易控制的觀點出發(fā)，拋光速度優(yōu)選在1至IOOOOmm/分鐘，更優(yōu)選 10至IOOOmm/分鐘的范圍內(nèi)。移動量可根據(jù)玻璃襯底的形狀和尺寸確定。旋轉(zhuǎn)拋光工具可為任何類型的，只要其加工部是研磨旋轉(zhuǎn)部件即可。例子包括具有工具夾持部分的軸或者具有安裝于其上的拋光工具的精密研磨機(例如Leutor)。不特別限制在拋光工具中使用的材料類型，只要加工部是綠色碳化硅(GC)輪、白色熔融氧化鋁(WA)輪、金剛石輪、鈰輪、鈰墊、橡膠輪、重縮氈(felt buff)、聚氨脂或者能夠操作并去除工件坯料的其它元件即可。旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部可具有任意形狀，包括圓形或環(huán)形平板、圓柱、炮彈狀 (bombshell)、盤和鼓狀。例如，圖5示出了示例性拋光工具10，其包含活塞11、容納在活塞11中用于軸向移動并通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(通常是電機)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)桿12、和連接到桿端部的加工部13。為了同時拋光凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面，與側(cè)表面接觸的加工部13的高度(圖5中的Ill)應優(yōu)選等于或大于側(cè)表面的高度(圖2中的IO。相似地，如果凹槽是圓形的，則加工部13的直徑(圖9中的Γι)應優(yōu)選等于或大于凹槽直徑(圖2中的Γ(ι)的一半(即，Α >Γ(ι/2)，或者如果凹槽是橢圓形或卵形的，則等于或大于凹槽的短徑(minor diameter)的一半。在溝道的情況下，則直徑巧優(yōu)選等于或大于寬度(圖3中的W1)的一半(S卩，Γι彡Α/2)。在臺階的情況下，則直徑巧優(yōu)選等于或大于寬度(圖4中的W2)(艮口， Γ! ^ W2)。
當通過以其加工部與機加工表面(底和側(cè)表面)接觸的旋轉(zhuǎn)拋光工具來拋光凹槽、溝道或臺階時，優(yōu)選將拋光磨料漿傳送到拋光位置。這里使用的合適的磨粒的實例包括氧化硅、氧化鈰、剛玉、白色剛玉(WA)、金剛砂、氧化鋯、SiC、金剛石、氧化鈦和氧化鍺。顆粒尺寸優(yōu)選為IOnm至10 μ m?？墒褂眠@樣的磨料的水漿料。盡管優(yōu)選將旋轉(zhuǎn)拋光工具的相對移動速度選擇為1至IOOOOmm/分鐘，更優(yōu)選10 至IOOOmm/分鐘的范圍內(nèi)，但是不對其作特別限制。旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部的旋轉(zhuǎn)頻率優(yōu)選在100至lOOOOrpm，更優(yōu)選1000至8000rpm，甚至更優(yōu)選2000至7000rpm的范圍內(nèi)。更低的旋轉(zhuǎn)頻率可導致較低的拋光速度，完成鏡面精拋光所述機加工表面將花費過多時間。 更高的旋轉(zhuǎn)頻率可導致較高的拋光速度或加工部的過多磨損，導致難以控制鏡面精拋光。根據(jù)本發(fā)明的方法，當拋光凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面至鏡面光潔度時，可使用獨立的壓力控制裝置用以保持旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部在獨立的恒定壓力下接觸底和側(cè)表面。這里使用的壓力控制裝置可以是氣動活塞或測壓元件(load cell)。例如，如果是圖9的旋轉(zhuǎn)拋光工具，可通過調(diào)整氣動活塞11的壓力來調(diào)整加工部和底表面之間的接觸壓力。而且，如果是圖9的旋轉(zhuǎn)拋光工具，則第二活塞可連接至氣動活塞11用于移動活塞11 朝向和遠離凹槽、溝道或臺階的側(cè)表面。然后，可通過調(diào)整第二活塞的壓力來調(diào)整在加工部和側(cè)表面之間的接觸壓力。用于調(diào)整加工部和側(cè)表面之間接觸壓力的替代性系統(tǒng)包括具有桿的另一活塞和用于保持襯底的襯底保持平臺，另一活塞的桿連接到該平臺，由此調(diào)整該桿的壓力以調(diào)整橫向壓力，用于控制襯底保持平臺的移動。通過對底和側(cè)表面使用單個旋轉(zhuǎn)拋光工具和獨立的壓力控制裝置，在獨立的恒定壓力下，使加工部與底和側(cè)表面接觸，且以恒定速度相對移動該工具，能以獨立的拋光速度同時均勻地拋光底和側(cè)表面。可嘗試順序而非同時地分別拋光凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面。但是，不太希望使用該工序，由于與底或側(cè)表面接觸的旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部可同時與側(cè)或底表面接觸， 因此這些表面的拋光變得不均勻，且需要較長的拋光時間。根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方案，在拋光底和側(cè)表面至鏡面光潔度的步驟中，使旋轉(zhuǎn)拋光工具和襯底相對移動以使加工部可沿著襯底中的凹槽、溝道或臺階的輪廓進行拋光。移動模式可以是任何類型，只要其能控制移動的量、方向和速度恒定即可。例如，可使用多軸機械手?？赏ㄟ^繞著凹槽使旋轉(zhuǎn)拋光工具旋轉(zhuǎn)或者使襯底旋轉(zhuǎn)或者通過使旋轉(zhuǎn)拋光工具或襯底沿著至少一個直線軸移動來使旋轉(zhuǎn)拋光工具和襯底相對移動，以使加工部可沿著凹槽、溝道或臺階的輪廓進行拋光。在其中在通過繞著凹槽使旋轉(zhuǎn)拋光工具旋轉(zhuǎn)或者使襯底旋轉(zhuǎn)以使加工部可沿著凹槽、溝道或臺階的輪廓來拋光凹槽、溝道或臺階的表面至鏡面光潔度的實施方案中，可使用能夠控制旋轉(zhuǎn)頻率和速度恒定的任何裝置。例如，將電機軸用于使旋轉(zhuǎn)拋光工具或者襯底保持平臺以0. 1至lOOOOrpm，特別是1至IOOrpm的頻率和1至IOOOOmm/分鐘，特別是 10至IOOOmm/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)。當以獨立的恒定壓力和恒定的速度均勻拋光圓形、橢圓形或曲面狀凹槽、溝道或臺階至鏡面光潔度時，該實施方案特別有用。在其中通過使旋轉(zhuǎn)拋光工具或襯底沿著至少一個直線軸移動以使加工部可沿著凹槽、溝道或臺階的輪廓來拋光凹槽、溝道或臺階的表面至鏡面光潔度的另一實施方案中， 可使用能夠?qū)⒁苿恿亢退俣瓤刂茷楹愣ǖ娜魏窝b置。例如，使用伺服電機在滑片上使旋轉(zhuǎn)
8拋光工具或襯底保持平臺以1至IOOOOmm/分鐘，特別是10至IOOOmm/分鐘的速度移動。當以恒定壓力和恒定速度均勻拋光矩形或平坦表面狀凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面至鏡面光潔度時，該實施方案特別有用。如果需要，可檢查在鏡面精拋光之后的襯底在凹槽、溝道或臺階的底表面上和任意周圍區(qū)域是否存在缺陷、瑕疵或裂紋?？墒褂萌魏嗡璧臋z測裝置，只要能檢測出具有至少200nm深度和至少1 μ m寬度的缺陷、瑕疵或裂紋即可。合適的檢查手段包括在高強燈下可視的觀察，微觀觀察、和激光瑕疵檢測器。在鏡面精拋光之后，凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面優(yōu)選具有如通過至多Inm、更優(yōu)選至多0. 5nm的表面粗糙度Ra表達的鏡面光潔度。如果凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面不是鏡面精拋光的，則可透射極少的光，導致不能曝光，或者污染物可沉積于其上，從而妨礙光透射或者對圖案造成不利的影響。注意，根據(jù)JIS B-0601確定表面粗糙度Ra。既然已經(jīng)將凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面拋光至鏡面光潔度，即使當將在一定范圍內(nèi)的載荷施加到凹槽、溝道或臺階的底表面以引起底表面形狀變化時，襯底也不會斷裂。具體地，底表面在承受至多ΙΟΟΜΝπΓ2，更具體地5至50MNm_2，且甚至更具體地5至20MNm_2 的應力時不會失效。即使當重復施加這樣的載荷時，底表面也能保持堅固且不會遭受斷裂。如果是具有底壁厚度h(mm)和直徑a(mm)的圓形凹槽，則術語“在一定范圍內(nèi)的載荷”例如是指，跨過整個底表面的至多約^父^^父^/^牛^更具體地了^父^^父！^/^至 7. OX IO7XhVa2Pa,且甚至更具體地7. OX IO6XhVa2至3. OX IO7XhVa2Pa的均勻分布載荷。當施加這種載荷時，底表面承受至多IOOMNnT2的應力。相似地，如果是底壁厚度h (mm)、 寬度a(mm)和長度b(mm)且與襯底端表面平行延伸的溝道，則當將至多約30Xb/aXh2N、 更具體地15父13/^\1121且甚至更具體地1\13/^\11%至6\13/^\11%的集中載荷施加到中心處的溝道底表面時，底表面承受至多IOOMNnT2的應力。如果是底壁厚度 h (mm)、寬度a (mm)和長度b (mm)且與襯底端表面平行延伸的臺階(其中b > 3a)，則當將至多約32Xh2N、更具體為IXh2至16Xh2N、和更具體地IXh2至6Xh2N的集中載荷施加到自由外邊緣46的中心處的臺階底表面時，底表面承受至多IOOMNnT2的應力。可通過能夠在整個所選數(shù)目的循環(huán)中施加所選的正或負壓力的實驗性氣壓或液壓將均勻分布的載荷施加到凹槽底表面。可通過具有突出的桿或探針且能夠在整個所選數(shù)目的循環(huán)中施加所選壓力的實驗性壓力施加器將集中載荷施加到預定位置的底表面。從夾持襯底的方面出發(fā)優(yōu)選的是，已經(jīng)拋光至鏡面光潔度的凹槽、溝道或臺階的底表面具有0. 01至40 μ m，更優(yōu)選為0. 01至10 μ m，和甚至更優(yōu)選為0. 01至5 μ m的平坦度。在上述范圍之外的不良平坦度使得當通過在凹槽、溝道或臺階的底表面夾持襯底將襯底安裝在曝光或圖案化設備中時，難以精確地使襯底與基準保持平行。當通過凹槽、溝道或臺階供給或排出流體時，不良的平坦度也存在流體可能(氣體或液體)可不平穩(wěn)流動的問題。從圖案移位的觀點出發(fā)優(yōu)選的是，在襯底前表面和凹槽、溝道或臺階底表面之間的平行度為至多100 μ m,更優(yōu)選至多50 μ m,和甚至更優(yōu)選至多10 μ m。如果底表面平行度不良，則當通過在凹槽、溝道或臺階處使襯底變形來壓印樹脂時難以使襯底對稱地變形，且當通過在凹槽、溝道或臺階的底表面處夾持襯底將襯底裝入圖案化裝置中時，難以使襯底與基準精確地保持平行，留下焦點移位或者圖案移位的風險。
9
根據(jù)鏡面精拋光方法，在獨立的恒定壓力和恒定的速度下，可通過拋光襯底中凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面實現(xiàn)上述限定范圍內(nèi)的平坦度和平行度。通過鏡面精拋光使底和側(cè)表面具有表面粗糙度Ra，其相對于在鏡面精拋光之前的粗糙度得到明顯改善。由于拋光工具的加工部的下面在外側(cè)比中心具有更高的拋光速度，也就是拋光速度的分布，因此難以以相同的拋光速度均勻拋光凹槽、溝道或臺階的整個底表面。為此原因，在鏡面精拋光之后凹槽、溝道或臺階的底表面通常具有比鏡面精拋光之前較差的平坦度和平行度。本發(fā)明的方法保持底表面的平坦度和平行度在上述限定范圍內(nèi)，且避免了平坦度和平行度的進一步劣化。實施例下文以說明而不是限制性方式給出本發(fā)明的實施例。實施例1制備了前、后和端表面被拋光至鏡面光潔度的尺寸為IOOmmX 100mmX6. 35mm(厚) 的合成石英玻璃襯底A作為起始襯底。使用機加工中心和金剛石砂輪，在該起始襯底的后表面中心進行處機加工以形成深度為5. 32mm和直徑為69. 98mm的圓形凹槽。接下來，將機加工的襯底牢固地安裝在平臺上。在3500 下強制使適于以 IOOOrpm旋轉(zhuǎn)的毛料重縮氈與凹槽的底表面接觸，并在2000 下與側(cè)表面接觸，所述重縮氈直徑為35mm而高度為30mm。襯底保持平臺以IOrpm旋轉(zhuǎn)，由此將表面拋光60分鐘至鏡面光潔度。拋光狀態(tài)的玻璃襯底中的凹槽具有5. 35mm的深度，1. OOmm的底壁厚度，和70mm 的直徑。測量鏡面精拋光的玻璃襯底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，通過Zygo的Zygo Mark IVxP測量平坦度和平行度，并通過原子力顯微鏡測
景Ra。測量在鏡面精拋光之前形成在玻璃襯底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，并測量凹槽側(cè)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 側(cè)壁Ra 6.58 nm
注意，不能通過Zygo的ZygoMark IVxP測量平坦度和平行度，但是可通過測微計測量。通過原子力顯微鏡測量Ra。測量在鏡面精拋光之后凹槽的底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并測量凹槽側(cè)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
側(cè)壁 Ra0.25 nm注意，通過Zygo的Zygo Mark IVxP測量平坦度和平行度，且通過原子力顯微鏡測
景Ra。相似的，通過機加工凹槽和在相同條件下鏡面精拋光凹槽制造五十(50)個合成石英玻璃襯底。這些凹槽深度為5. 35士0. 01mm，和直徑為70士0. 01mm。通過在高強度燈下的可視檢查，發(fā)現(xiàn)襯底不含有裂紋。通過重復50000個循環(huán)對凹槽進行耐久性測試，每個循環(huán)都由抽真空至_15kPa和恢復大氣壓組成。對于全部50個襯底，凹槽的底表面沒有斷裂。在耐久性測試之前和之后，通過將凹槽抽真空至_50kPa將約46MNm_2的應力施加到底表面對襯底進行應力測試。對于全部50個襯底，凹槽的底表面沒有斷裂。實施例2制備了前、后和端表面被拋光至鏡面光潔度的尺寸為152mmX 152mmX6. 35mm(厚) 的合成石英玻璃襯底B作為起始襯底。使用機加工中心和金剛石砂輪，在該起始襯底后表面的中心進行機加工以形成深度為4. 98mm、寬度為29. 9mm和長度為152mm且與端表面平行延伸的溝道。接下來，將機加工的襯底牢固地安裝在平臺上。在2000 下強制使適于以 IOOOrpm旋轉(zhuǎn)的毛料重縮氈與溝道的底表面接觸，并在2000 下與一個側(cè)壁接觸，所述重縮氈直徑為30mm而高度為30mm。使襯底保持平臺以50mm/分鐘來回移動5個沖程。在相同壓力下強制使拋光輪與底表面和另一個側(cè)壁接觸，使襯底保持平臺以50mm/分鐘來回移動5個沖程。以這種方式，將該表面拋光至鏡面光潔度。拋光狀態(tài)的玻璃襯底中的溝道深度為5mm,寬度為30. 1mm。測量鏡面精拋光的玻璃襯底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測量在鏡面精拋光之前形成在玻璃襯底B后表面中的溝道的底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并測量溝道側(cè)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
側(cè)壁Ra 10.70 nm測量在鏡面精拋光之后溝道底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并測量溝道側(cè)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，通過機加工溝道和在相同條件下鏡面精拋光溝道制造五十(50)個合成石英玻璃襯底。這些溝道深度為5士0.01mm，而寬度為30士0.01mm。通過在高強度燈下的可視檢查，發(fā)現(xiàn)襯底不含有裂紋。通過重復10000個循環(huán)對溝道進行耐久性測試，每個循環(huán)都由將ION載荷施加到中心處的溝道底部和將載荷復原為零組成。對于全部50個襯底，溝道的底表面沒有斷裂。在耐久性測試之前和之后，通過對中心處的底表面施加50N載荷以產(chǎn)生約20MNm_2 的應力對襯底進行應力測試。對于全部50個襯底，溝道的底表面沒有斷裂。實施例3制備了前、后和端表面被拋光至鏡面光潔度的尺寸為200mmX400mmX IOmm(厚) 的合成石英玻璃襯底C作為起始襯底。使用機加工中心和金剛石砂輪，沿著兩端在該起始襯底的后表面上進行機加工以形成深度為6. 95mm、寬度為19. 99mm和長度為200mm的臺階。接下來，將機加工的襯底牢固地安裝在平臺上。在2000 下強制使適于以 IOOOrpm旋轉(zhuǎn)的毛料重縮氈與臺階的底表面接觸，并在2000 下與側(cè)壁接觸，所述重縮氈直徑為30mm而高度為30mm。使襯底保持平臺以200mm/分鐘來回移動5個沖程。以這種方式，將兩側(cè)臺階的表面拋光至鏡面光潔度。拋光狀態(tài)的玻璃襯底中的臺階深度為7mm，寬度為 20mmo
測量鏡面精拋光的玻璃襯底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
平敗 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測量在鏡面精拋光之前形成在玻璃襯底C后表面中的臺階的底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并測量臺階側(cè)壁的表面粗糙度Ra。
絲面平行度平坦度 Ra
側(cè)壁Ra
13 μ η 和 17 μ η 8 μ η 和 8 μπι 11. 51 nm 12.15 nm測量在鏡面精拋光之后臺階底表面的平行度、平坦度和表面粗糙度Ra，并測量臺階側(cè)壁的表面粗糙度Ra。
絲面平行度 Ra
側(cè)壁Ra
15 μπι 和 19 μιη 10 μιη 和 9 μιη 0.28 nm 0. 27 nm當機加工臺階并在上述相同條件下對其鏡面精拋光時，200mmX20mm的臺階具有 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。當相似地制造十(10)個合成石英玻璃襯底時，臺階深度為7士0.01mm，而寬度為 20士0. 01mm。通過在高強度燈下的可視檢查，發(fā)現(xiàn)襯底不含有裂紋。通過重復5000個循環(huán)對臺階進行耐久性測試，每個循環(huán)都由將20N載荷施加到自由外邊緣中心處的臺階底部和將載荷復原為零組成。對于全部10個襯底，臺階的底表面沒有斷裂。在耐久性測試之前和之后，通過對中心處的臺階底表面施加50N載荷以產(chǎn)生約 17ΜΝπΓ2的應力對襯底進行應力測試。對于全部10個襯底，臺階的底表面沒有斷裂。比較例1與在實施例1中相同，將合成石英玻璃襯底A進行機加工以形成深度為5. 35mm和底壁厚度為1. 00mm，且直徑為70mm的圓形凹槽。通過原子力顯微鏡測量形成在玻璃襯底A后表面中的凹槽的底表面和側(cè)壁的表
13面粗糙度Ra。底表面 Ra 7. 13nm側(cè)壁Ra 8.42nm當將該沒有進行鏡面精拋光的合成石英玻璃襯底中的凹槽抽真空至-90Ua時， 凹槽底表面斷裂。
權(quán)利要求
1.一種用于制造具有前和后表面的電子級合成石英玻璃襯底的方法，包括步驟將合成石英玻璃襯底的至少一個表面進行機加工以形成具有底和側(cè)表面的凹槽、溝道或臺階，和通過旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部來拋光凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面至鏡面光潔度，同時在獨立的恒定壓力下保持加工部與底和側(cè)表面接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中鏡面精拋光步驟包括在1至1000000 的獨立恒定壓力下保持加工部與凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在鏡面精拋光步驟中，在獨立壓力下保持旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部同時與底和側(cè)表面接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在鏡面精拋光步驟中，旋轉(zhuǎn)拋光工具和襯底相對移動，使得加工部可沿著襯底中凹槽、溝道或臺階的輪廓進行拋光。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在鏡面精拋光步驟中，旋轉(zhuǎn)拋光工具繞著凹槽旋轉(zhuǎn)或襯底保持平臺旋轉(zhuǎn)，使得加工部可沿著襯底中的凹槽、溝道或臺階的輪廓進行拋光。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在鏡面精拋光步驟中，旋轉(zhuǎn)拋光工具或襯底保持平臺沿著至少一個直線軸移動，使得加工部可沿著襯底中的凹槽、溝道或臺階的輪廓進行拋光。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中襯底具有0.1至300mm的厚度，且在襯底一個表面中的凹槽、溝道或臺階的底表面和襯底另一表面之間的距離在0. 05至80mm的范圍內(nèi)，且對應于襯底厚度的5至50%。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在機加工步驟之前，襯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，在鏡面精拋光步驟之前，凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面具有2至500nm的表面粗糙度 I a，和在鏡面精拋光步驟之后，凹槽、溝道或臺階的底表面具有0. 01至40 μ m的平坦度，和至多100 μ m的平行度，且凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面具有至多Inm的表面粗糙度Ra。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中玻璃襯底用作光掩模、曝光工具部件、標線片或者納米壓印部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造電子級合成石英玻璃襯底的方法。具體地，通過機加工合成石英玻璃襯底以形成凹槽、溝道或臺階，和通過旋轉(zhuǎn)拋光工具的加工部拋光凹槽、溝道或臺階的底和側(cè)表面至鏡面光潔度，同時在獨立的恒定壓力下保持加工部與底和側(cè)表面接觸，制造電子級合成石英玻璃襯底。
文檔編號G03F1/00GK102328265SQ20111025967
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者岡藤大雄, 山崎裕之, 竹內(nèi)正樹 申請人:信越化學工業(yè)株式會社