CN101804589B - 加工半导体用人造石英玻璃基板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加工半导体用人造石英玻璃基板的方法，其中使小型旋转式加工工具的抛光部件接触人造石英玻璃基板的表面，接触面积为1～500mm2，并且旋转的同时在基板表面上扫描移动，从而抛光基板表面。当利用这种方法制造人造石英玻璃，如IC等制造中重要的光刻用光掩模基板时，可以比较容易和廉价地得到具有极好平整度并且甚至能用于EUV光刻的基板。

Description

加工半导体用人造石英玻璃基板的方法
技术领域
本发明涉及一种加工半导体用人造石英玻璃基板的方法，特别地涉及用于掩模板(reticle)的石英玻璃基板和用于纳米压印的玻璃基板，这些都是半导体相关电子材料中的最先进的应用材料。
背景技术
人造石英玻璃基板品质的例子包括尺寸和基板上的缺陷密度，基板的平整度，基板的表面粗糙度，基板材料的光化学稳定性和基板表面的化学稳定性。伴随着朝向更高精度的设计标准的发展趋势，关于这些品质的需要已经变得更严格。在利用波长为193nm的ArF激光源的光刻技术中以及基于ArF激光源和浸入法(immersiontechnique)结合的光刻技术中，用作光掩模的二氧化硅玻璃基板需要有良好的平整度。这种情况下，必须提供一种不仅显示良好平整度值，而且还具有这样一种形状使得在曝光时能实现光掩模的平整曝光面的玻璃基板。实际上，如果曝光时曝光面不平整，硅晶片上焦点的位移会造成图形一致性变差，使得不能形成精细的图形。此外，据说ArF浸入式光刻要求曝光时基板表面平整度不超过250nm。
类似的，利用软X射线波长范围的13.5nm波长为光源的EUV光刻已经发展成为下一代光刻技术。在这种技术中，同样要求反射式掩模基板的表面非常平整。据说，EUV光刻用的掩模基板表面平整度要求不超过50nm。
目前，光掩模用二氧化硅玻璃基板的平整度改善技术是传统抛光技术的延伸，对于6025基板来说，所能基本上实现的表面平整度最好的情况下平均约为0.3μm。即便能获得平整度低于0.3μm的基板，其成品率也必然会很低。原因在于按照常规的抛光技术，基于原料基板的形状实际上不可能形成平整度改进的方法和个别地抛光基板以改进平整度，尽管通常可以控制每一个基板整个表面上的抛光率(rate)。此外，例如，在使用批处理型双面抛光机时，很难控制批次内以及批次和批次之间平整度的变化。另一方面，在用单片型单面抛光机时，多个原料基板的不同形状会产生平整度的变化。因此，在这两种情况下，难以稳定生产极好的平面基板。
在上述情况下，已提出了一些旨在于改进玻璃基板表面平整度的加工方法。例如，JP-A2002-316835(专利文献1)描述了一种对基板表面进行局部等离子刻蚀(localplasmaetching)来改进基板表面的平整度的方法。此外，JP-A2006-08426(专利文献2)描述了一种利用气体簇离子束(gasclusterionbeam)刻蚀基板表面以改进基板表面平整度的方法。还有，美国专利申请2002/0081943A1(专利文献3)提出了一种利用包含磁性流体的抛光染料来改进基板表面平整度的方法。
但是，在利用这些新技术改进基板表面平整度的情况下，还存在设备较大或复杂以及成本增加等问题。例如，在等离子刻蚀和气体簇离子刻蚀的情况下，加工设备会比较昂贵并且尺寸大，还需要很多辅助设备例如刻蚀气体供应设备、真空室和真空泵。即使可以缩短实际加工时间，那么，考虑到为加工做准备所需的时间，例如设备调试的时间、抽真空的时间等，以及玻璃基板预处理和后处理的时间，为了改进平整度所需要总的时间会延长。此外，当机器的折旧费用和消耗物品的费用，例如加工过程中各步骤消耗的昂贵的气体(如SF6)，转嫁到用于形成掩模的玻璃基板时，这种改进了平整度的基板价格会必然变高。在光刻工业中，同样，掩模价格实质上的上涨都被认为是一个重要问题。因此，用于掩模的玻璃基板价格的上涨是不希望的。
另外，JP-A2004-29735(专利文献4)提出了一种基板表面平整度改进技术，其中单面抛光机器的压力控制方法是先进的，并且采用来自背部衬垫一侧的局部压力来控制正在加工的基板表面形状。这种平整度改进技术是现有抛光技术的延伸，并且被认为是实施起来比较便宜的。然而，在这种方法中，从基板的背面加压，所以抛光操作不能局部地、有效地接近正面表面的突起部分。因此，由这种方法获得的基板表面平整度最好情况下约为250nm。从而，单独用这种平整度改进方法作为用于制造EUV光刻时代的掩模的技术在能力上是不够的。
引用列表
专利文献1：JP-A2002-316835
专利文献2：JP-A2006-08426
专利文献3：US2002/0081943A1
专利文献4：JP-A2004-29735
发明内容
本发明已经考虑到上述情况。因此，本发明的一个目的就是提供一种加工半导体用人造石英玻璃基板的方法，利用该方法可以比较容易并且廉价地生产具有非常优良的平整度以满足EUV光刻的人造石英玻璃基板。
为了达到上述目的，发明人做了广泛而细致的研究。研究成果之一就是发现利用马达驱动小型的加工工具能有效解决上述问题。基于这种发现，本发明得以完成。
根据本发明，提供一种加工半导体用人造石英玻璃基板的方法，其包括：放置小型旋转式加工工具的抛光部件以接触人造石英玻璃基板的表面，接触面积为1～500nm2，在使抛光部件旋转的同时，在基板表面上扫描移动上述抛光部件以抛光基板的表面。
在该加工方法中，优选加工工具的旋转速度为100～10,000rpm，加工压力为1～100g/mm2。
利用加工工具的抛光部件对基板表面的抛光，优选是在提供有研磨颗粒(abrasivegrains)的情况下实施的。
抛光可以用小型旋转式加工工具实施，所述小型旋转式加工工具具有旋转轴，所述旋转轴沿相对于基板表面法线倾斜的方向设置。
优选地，加工工具的旋转轴和基板表面法线之间的角度为5～85°。
利用小型旋转式加工工具加工的截面优选具有能用高斯分布(Gaussianprofile)近似的形状。
优选地，进行抛光时使加工工具沿基板表面上以固定方向做往复运动，并且在垂直于往复运动方向的方向上以预定的间距前进，所述往复运动在与基板表面平行的平面上。
可以在平行于将加工工具的旋转轴投影到基板上所得到的投影线方向进行所述往复运动。
在进行抛光时，加工工具和基板表面之间的接触压力，优选被控制在预定的值。
优选地，在利用加工工具的抛光临开始之前基板表面的平整度F1是0.3～2.0μm，在利用加工工具的抛光刚结束之后基板表面的平整度F2是0.01～0.5μm，并且F1＞F2。
加工工具的抛光部件的硬度可以在A50～A75的范围内，依据JISK6253标准测量。
优选地，基板表面在经加工工具加工后，进行单片型抛光或双面抛光以改进最终完成表面的表面特性和品质缺陷。
优选地，在用加工工具对基板表面抛光之后进行的、旨在改善加工过的表面的表面特性和品质缺陷的抛光步骤中，将抛光步骤过程中产生的形状变化考虑在内，通过预先确定由小型加工工具产生的抛光量来进行所述抛光步骤，从而在最终获得的表面中既获得良好平整度又获得高的表面完整性。
利用所述加工工具的加工可以施加在基板的两面以减少厚度的偏差(dispersion)。
发明的有益效果
当将本发明的加工方法应用到制造人造石英玻璃，如IC等制造中重要的光刻用光掩模基板时，可以比较容易且廉价地得到具有极好平整度并且能应对甚至EUV光刻的基板。
此外，当使用具有上述规定硬度的小型加工工具时，能够获得具有经改进的平整度的基板，所述基板有很少的缺陷例如抛光瑕疵(flaw)。
附图说明
图1是说明本发明中局部抛光机器的加工工具一种接触方式的示意图；
图2是说明本发明中局部抛光机器的加工工具移动方式的优选实施例的示意图；
图3是显示附图2所示实施方式中得到的加工截面的图；
图4基板表面形状的截面图的例子；
图5是为改进图4所示表面形状的平整度，通过叠加高斯函数曲线计算加工量而导出的截面图；
图6是说明局部抛光机器的加工工具移动方式的另一例子的示意图；
图7是显示附图6所示实施方式中得到的加工截面的图；
图8是局部抛光机器另一实施方式中得到的加工截面的图的例子；
图9是说明本发明中局部抛光机器结构的示意图；以及
图10是实施例中所用的炮弹状的毛毡抛光工具的示意图。
具体实施方式
根据本发明的加工半导体用人造石英玻璃基板的方法，是一种能改进玻璃基板表面平整度的加工方法。具体地，这种加工方法是一种抛光方法，其中使用马达驱动旋转的小型加工工具与玻璃基板的表面接触，并且在基板表面上扫描移动，所述小型加工工具与基板的接触面积被设定在1～500mm2的范围内。
这里，待抛光的人造石英玻璃基板是半导体用人造石英玻璃基板，其用于制造光掩模基板，特别是制造利用ArF光源的光刻或EUV光刻中所用的光掩模基板。虽然玻璃基板的尺寸是根据需要选择的，但是所述玻璃基板的待抛光的表面优选具有100～100,000mm2的面积，更优选具有500～50,000mm2，进一步优选具有1,000～25,000mm2的面积。例如，对于四边形玻璃基板，优选使用5009或6025基板。对于圆形玻璃基板，优选使用直径6英寸或8英寸晶片等。当尝试加工面积小于100mm2的玻璃基板时，小型旋转式工具的接触面积相对于基板来说太大，因而会不能改进基板的平整度。另一方面，当尝试加工面积大于100,000mm2的玻璃基板时，小型旋转式工具的接触面积相对于基板来说太小，因而加工时间会非常长。
利用本发明的加工方法所要抛光的人造石英玻璃基板，可以由人造石英玻璃锭通过成型(模制)、退火、切片、研磨(lapping)和粗抛光获得。
在本发明中，作为获得具有经改进的平整度的玻璃的方法，采用了局部抛光技术，所述局部抛光技术利用小型旋转式加工工具。在本发明中，首先，测量玻璃基板表面的凸凹形状。然后，对基板表面施加局部抛光处理，同时，根据突起部分的突起程度来控制抛光量，即，局部改变抛光量使得突出部分较大时抛光量大，突出部分较小时抛光量小，由此改进基板表面的平整度。
因此，预先测量原料玻璃基板的表面形状。所述表面形状可以通过任何方法测量。考虑到目标平整度，要求所述测量是高精度的，举例来说，所述测量方法可以是光学干涉法。根据原料玻璃基板的表面形状，例如，算出旋转式加工工具的移动速度。然后，控制所述移动速度使得其在突出部分较大的区域低，从而在突出部分较大的区域抛光量大。
在这种情况下，根据本发明，其表面被小型加工工具抛光以改进其平整度的玻璃基板，优选是具有平整度F1为0.3～2.0μm，特别是0.3～0.7μm的玻璃基板。另外，玻璃基板优选具有0.4～4.0μm，特别是0.4～2.0μm的平行度(parallelism)(厚度变化)。
顺便提及，从测量精度的观点看，本发明中平整度的测量要求用光学干涉法进行，所述光学干涉法利用一种现象，当相干光如激光被照射到基板表面上并被反射时，基板表面高度的差作为反射光的相位移被观测到。例如，可以用Tropel公司生产的平整度测量系统“UltraFlatM200”测量平整度。此外，平行度也可以例如用Zygo公司生产的“ZygoMarkIVxp”平行度测量系统来测量。
根据本发明，使小型旋转式加工工具的抛光部件与按上述准备好的玻璃基板表面接触，并且抛光部件在旋转的同时在基板表面上扫描移动，由此抛光基板表面。
所述小型旋转式加工工具可以是任一种小型旋转式加工工具，只要其抛光部件是具有抛光功能的旋转体。小型旋转式加工工具系统的例子包含：其中小型压磨盘(platen)从上面垂直地压在基板表面，并且绕与基板表面垂直的轴旋转的系统；和其中安装在小型研磨机上的旋转式加工工具从斜的方向被压在基板表面上的系统。
对于加工工具的硬度，以下需要注意。如果工具的抛光部件的硬度低于A50，将所述工具压在基板表面上会造成工具的变形，使得难以达到理想的抛光。另一方面，如果硬度超过A75，由于工具的高硬度，抛光步骤中很容易在基板上产生划痕(瑕疵)。从这点上看，需要用硬度在A50～A75范围内的加工工具来进行抛光。顺便提及，这里的硬度是根据JISK6253测量的。在这种情况下，加工工具的材料没有特殊限制，只要至少加工工具的抛光部件能处理，或者能除去材料，工件就能被抛光。抛光部件材料的例子包含：GC磨石、WA磨石、金刚石磨石、铈磨石、铈垫、橡胶磨石、毛毡抛光料(feltbuff)和聚氨酯。旋转式工具抛光部件形状的例子包含：圆形或环形平盘状形状、圆柱形状、炮弹状形状、圆盘形状和桶形状。
在这种情况下，加工工具和基板的接触面积是重要的。所述接触面积在1～500mm2的范围内，优选2.5～100mm2，更优选的是5～50mm2。当基板表面突出部分构成具有细微的空间波长的起伏时，过大的加工工具和基板之间的接触面积导致对从要被除去的突出部分表面突起的部分进行抛光。进而，不仅会留下没有除去的起伏，而且还会破坏平整度。此外，在加工靠近基板端面的基板表面的情况下，过大尺寸的工具会造成当工具的一部分从基板伸出时，保留在基板上的工具的接触部分的压力会变大，使得难以实现预期的平整度改进。当接触面积太小时，抛光区域被施加了过高的压力，这会导致在基板表面划痕(瑕疵)的产生。此外，在这种情况下，工具在基板上的移动距离变长，导致局部抛光的时间更长，这自然是不合希望的。
在通过将小型旋转式加工工具接触上述突出部分的表面部以实施抛光时，加工优选在中间有浆料存在的条件下实施，所述浆料包含用于抛光的研磨颗粒。根据原料玻璃基板表面的突出程度，当在玻璃基板上移动加工工具时，通过控制小型旋转式加工工具的移动速度、旋转速度和接触压力中的一个或多个，能得到具有经改进的平整度的玻璃基板。
在这种情况下，用于抛光的研磨颗粒的例子包括：二氧化硅、二氧化铈、人造刚玉、白刚玉(WA)、FO、氧化锆、SiC、金刚石、氧化钛和氧化锗(germania)的颗粒。这些研磨颗粒的颗粒尺寸优选为10nm～10μm，并且这些颗粒的含水浆料可以适用。此外，加工工具的移动速度没有特别的限制，是根据需要选择的。通常地，移动速度可以在1～100mm/s的范围内选择。加工工具的抛光部件的旋转速度优选为100～10,000rpm，更优选为1,000～8,000rpm，进一步优选为2,000～7,000rpm。如果旋转速度太低，加工速度会低，这会需要很长时间来加工基板。另一方面，如果旋转速度太高，加工速度会非常高，工具会急剧磨损，从而使得难以控制改进平整度的加工。此外，当加工工具的抛光部件接触基板时，压力优选为1～100g/mm2，特别是10～100g/mm2。如果压力太小，抛光速度会非常低以至于需要很长时间来加工基板。另一方面，如果压力太大，加工速度会非常高以至于难以控制改进平整度的加工，或者当工具或浆料混有外来物质会造成大划痕(瑕疵)的产生。
顺便提及，上述根据原料玻璃基板表面突出部分的突出程度，对用于局部抛光的加工工具的移动速度的控制，可以通过利用计算机实现。在这种情况下，加工工具的移动是相对于基板的移动，从而，基板自身可以移动。至于加工工具的移动方向，可以采用这样一种结构，其中当X-Y平面被假定在基板表面上时，加工工具可以在X方向和Y方向任意移动。现在，假定一种情况，如图1中所示，使旋转加工工具2从相对于基板1倾斜的方向与基板1接触，并且把通过将加工工具2的旋转轴投影在基板表面上得到的投影线的方向作为基板表面上的X轴。在这种情况下，抛光优选为按下述步骤实施。首先，如图2中所示，旋转工具2沿X-轴方向扫描移动，同时在Y-轴方向上保持其位置不变。接着，旋转工具2在到达基板1的端部时，以微小的间距沿Y-轴作微移动。然后，旋转工具2再次沿X-轴方向扫描移动，同时在Y-轴方向上保持其位置不变。通过重复这些操作，基板1的整个部分被抛光。顺便提及，图1中数字3表示加工工具2的旋转轴方向，数字4表示将旋转轴3投影到基板1上获得的直线。此外，图2中的数字5表示加工工具2移动的方式。这里，优选在抛光过程中，旋转式加工工具2的旋转轴被设置为相对于基板1的法线倾斜。在这种情况下，工具2的旋转轴与基板1的法线之间的角度为5～85°，优选为10～85°，更优选为15～60°。当所述角度小于5°时，接触面积太大以至于结构上难以在接触的整个表面部分上施加一致的压力，并且难以控制平整度。另一方面，当所述角度大于85°时，这种情况接近于将工具2垂直压在基板上；因此，剖面(profile)形状变差，难以获得具有经改进的平整度的表面，即使抛光的行程以固定的间距叠加。剖面好或坏的情况将在下段中详细描述。
此外，在以固定的速度沿X-轴方向扫描移动旋转式工具，同时保持其在Y-轴方向位置不变(顺便提及，图中数字5表示加工工具移动的方式)进行加工操作之后，检查基板表面沿Y轴方向切开的截面。如图3中所示，检查结果是线对称的剖面，其凹部的底端位于Y坐标的中心，在所述Y坐标上工具移动过，所述剖面能被高斯函数精确地近似。通过在Y方向上以固定间距叠加连续的所述加工过程，基于计算，可以实现改进平整度的加工。例如，在改进具有如图4中所示表面形状的基板的平整度的情况下(所述表面形状实际上是由平整度的测量决定的)，可以如图5所示，通过在Y-轴方向上以固定间距排列高斯函数的曲线(由实线表示)，并叠加所述曲线图，从而获得与图4中实际测量的表面形状基本一致的截面曲线(由虚线表示)。结果，基于计算进行平整度改进加工变得可能。如图5中所示，排列在Y-轴方向上的多个高斯函数曲线的高度(深度)取决于各个Y坐标上实际测量的Z坐标值而不同。然而，所述高度(深度)可以通过调节加工工具的扫描移动速度和/或旋转速度来控制。在以将加工工具的旋转轴投影到基板表面得到的直线方向作为X轴时，如果如图6所示旋转式工具是以固定速度沿Y-轴方向扫描移动，同时保持其在X-轴方向上的位置不变(顺便提及，图中数字6表示加工工具移动的方式)，经加工后的基板表面的截面将会具有如图7所示的不规则形状。具体地，细微的台阶(step)将会出现在加工过的表面上。在如此不规则(扭曲的)剖面的情况下，很难通过用一个或多个函数精确近似所述剖面和进行为叠合所做的计算。因而，即使将这些剖面在X方向上以固定间距累进地叠加，也不能满意地实现平整度的改进。
此外，将旋转式加工工具垂直地压在基板的情况将被研究。在这种情况下，即使旋转工具是例如在Y-轴方向上扫描移动，同时保持其在X-轴方向上位置不变，经所述工具加工过的基板表面截面会有如图8中所示的形状(当所述工具在X-轴方向上的位置是固定的情况下，横坐标轴为X；当所述工具在Y-轴方向上的位置是固定的情况下，横坐标轴为Y)，其中中间部分稍微上升，与更高圆周速度对应的外部加深。因而，由于上述同样的原因，不能很好地实现平整度的改进，即使这些剖面被叠加。除了上述步骤，也可以采用一种X-θ机制来进行所述加工。然而，之前所述的方法是更优选的，因为成功地获得改进的平整度，其中使旋转式加工工具从相对于基板倾斜的方向接触基板，基于将所述工具的旋转轴投影到基板表面得到的直线方向作为X轴的假设，沿X-轴方向扫描移动，同时保持其在Y-轴方向上的位置不变。
作为使小型加工工具与基板接触的方法，考虑有这样一种方法，其中所述工具被调整到一个高度以接触基板并且所述加工是在保持这个高度下实行的；以及一种方法，其中使所述工具与基板接触，同时通过气压控制等来控制压力。在这个例子中，使所述工具与基板接触同时保持压力在固定水平上的方法是优选的，因为这种方法能保证稳定的抛光速度。当试图在使所述工具保持固定高度接触基板的情况下，会出现下述问题。加工过程中，工具的尺寸由于自身的磨损等可能会逐渐变化。结果，接触面积和/或压力变化，这导致加工过程中抛光速度的变化。因而，可能不会实现想要的平整度的改进。
关于根据突出程度来对具有突出剖面的基板表面进行平整度改进加工的机构，通过改变和控制加工工具的移动速度同时保持所述加工工具的旋转速度和所述工具对基板表面的接触压力不变，从而改进平整度的方法是本发明中主要采用的。然而，平整度的改进也可以通过改变和控制加工工具的旋转速度和所述工具对基板表面的接触压力来进行。
在这种情况下，经抛光加工后的基板能具有0.01～0.5μm的平整度F2，特别是0.01～0.3μm(F1＞F2)。
顺便提及，通过加工工具的加工可以仅仅施加到基板的一个主表面。然而，通过加工工具的抛光可以施加到基板的两面(两主表面)，由此基板的平行度(厚度变化)可以被改进。
此外，基板表面通过加工工具加工之后，可以对所述基板进行单片加工型抛光或双面抛光，由此可以改进最终完成表面的的表面特性和品质缺陷。这种情况下，在通过加工工具对基板表面进行抛光之后所进行的旨在改进加工过的表面的表面特性和品质缺陷而进行的抛光步骤中，通过考虑所述抛光步骤中预期产生的形状变化，预先决定小型旋转式加工工具的抛光量来进行所述抛光步骤，由此在最终得到的表面中，可以获得经改进的平整度和高的表面完成性。
更具体地，取决于局部抛光的条件，即使利用软加工工具以上述方式获得的玻璃基板的表面也可能会产生表面粗糙化(roughening)和/或加工变质层。在这种情况下，根据需要可以在局部抛光之后进行非常短时间的抛光，例如不产生平整度改变的抛光。
另一方面，利用硬加工工具可能会导致表面粗糙化程度比较高或加工变质层的深度比较大。在这种情况下，可以采用这样一种方法，其中根据最终的抛光的特性来估算在随后最终的抛光步骤中表面形状如何改变，并且控制局部抛光所得到的形状以消除所述估算的表面形状的改变。例如，预测基板作为一个整体在随后的最终的抛光步骤中会凸出，所述基板可以预先通过受控制的局部抛光步骤凹化，从而可以在随后最终的抛光步骤中获得具有经改进的平整度的基板表面。
此外，也可以实施如下所述的控制。在刚才所述的情况下，关于通过随后最终的抛光表面形状变化的特性，在最终的抛光之前和之后的表面形状都通过表面形状测量系统利用预备的基板预先来测量。基于测量的数据，利用计算机分析通过最终的抛光步骤表面形状如何改变。与分析的形状改变相反的形状被加到一个理想的平面形状上，从而形成一个初步的目标形状。以该初步的目标形状为目标，进行向要成为产品的玻璃基板施加的局部抛光，由此能够制造具有更好平整度的最终完成的表面。
如上所述，本发明中抛光对象的人造石英玻璃基板是通过对人造石英玻璃锭进行成型(模制)、退火、切片、研磨和粗抛光获得的。当利用比较硬的加工工具实施根据本发明的局部抛光时，对由粗抛光获得的玻璃基板进行根据本发明的局部抛光，从而制造具有良好平整度的表面形状。之后，为了除去在粗抛光过程中产生的划痕(瑕疵)和/或加工变质层，并且为了除去在局部抛光过程中产生的细微的缺陷和/或浅的加工变质层，对由局部抛光获得的玻璃基板进行决定最终的表面品质的精确抛光。
当利用比较软的加工工具实施根据本发明的局部抛光时，对由粗抛光获得的玻璃基板进行精确抛光以除去粗抛光过程中可能产生的划痕(瑕疵)和/或加工变质层，所述精确抛光决定了最终表面品质。之后，对所述玻璃基板施加根据本发明的局部抛光，从而形成具有经改进的平整度的表面形状。此外，为除去局部抛光过程中可能产生的非常细微的缺陷和/或非常浅的加工变质层，还实施了短时间的精确抛光。
利用本发明的研磨剂抛光的人造石英玻璃基板，可以被用作与半导体相关的电子材料，以及，特别地，其能适合用于形成光掩模。
实施例
现在，以下将通过介绍实施例和比较例来更详细地描述本发明，但本发明并不受下述实施例的限制。
实施例1
利用设计为行星式运动(sun-and-planetmotion)的双面研磨机对切片的二氧化硅人造石英玻璃基板原料(6英寸)进行研磨，并利用设计为行星式运动的双面抛光机对其进行粗抛光，准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.314μm。顺便提及，利用Tropel公司生产的平整度测量系统UltraFlatM200来实施平整度测量。然后，将所述玻璃基板被安装到图9中所示设备的基板保持器上。在这种情况下，所述设备具有这样一种结构，其中加工工具2连接到一个马达上并且能够旋转，压力由空气施加到所述加工工具2上。在图9中，数字7表示加压用精密气缸，数字8表示压力控制调节器。对于所述马达，使用了小型研磨机(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产，马达单元：EPM-120，电源单元：LPC-120)。此外，加工工具可以沿X-轴和Y-轴方向移动，基本上与基板保持器平行。对于所述加工工具，利用这样一种工具，其中抛光部件是图10中所示的直径为20mm、长度为25mm的炮弹状的毛毡抛光工具(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的F3620，硬度：A90)。所述工具具有这样一种机构，其从与基板表面呈约30°角度的倾斜方向压在基板表面上，接触面积为7.5mm2。
接下来，使加工工具以4,000rpm的旋转速度和20g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。在这种情况下，使用胶态二氧化硅的水分散液作为抛光液。所述加工按如图2所示的方法实施，其中加工工具平行于X-轴连续地移动，并且以0.25mm的间距在Y-轴方向上移动。这种情况下加工速度初步测量为1.2μm/分钟。加工工具在基板形状最低的基板部分的移动速度被设为50mm/秒。至于在基板每一部分上的移动速度，确定加工工具在基板每一部分上需要的停顿时间，从所需要的停顿时间计算在基板每一部分上的移动速度，并使加工工具以所计算的移动速度在基板每一部分上移动。加工时间为62分钟。在局部抛光处理之后，由之前同一系统测量的平整度为0.027μm。
在此之后，所述玻璃基板被送到最终的精确抛光。使用软绒面革抛光布，并且使用具有40重量％SiO2浓度的胶态二氧化硅水分散液作为研磨材料。所述抛光是在100gf的抛光负荷下实施的，除去的量被设定为不少于1μm，对于除去粗抛光步骤和局部抛光步骤中产生的划痕(瑕疵)这是足够的量。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.070μm。利用激光共焦光学高灵敏度缺陷检测系统(由LasertecCorporation生产)进行缺陷检测。被检测出的50-nm级的缺陷为15个。
比较例1
利用设计为行星式运动的双面研磨机对切片的二氧化硅人造石英玻璃基板原料(6英寸)进行研磨，并利用设计为行星式运动的双面抛光机对其进行粗抛光，准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.333μm。顺便提及，利用Tropel公司生产的平整度测量系统UltraFlatM200来实施平整度测量。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。在这种情况下，所述设备具有这样一种结构，其中加工工具连接到一个马达上并且能够旋转，压力由空气施加到所述加工工具上。对于所述马达，使用了小型研磨机(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产，马达单元：EPM-120，电源单元：LPC-120)。此外，加工工具可以沿X-轴和Y-轴方向移动，基本上与基板保持器平行。对于所述加工工具，使用了这样一种工具，其中抛光部件具有粘在环形软橡胶盘(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的A3030)上的专用毛毡抛光轮(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的A4031，硬度：A65)，所述环形软橡胶盘具有30mmφ的外径和11mmφ的内径。所述工具具有这样一个机构，其垂直地压在基板表面上，接触面积为612mm2。
接着，使加工工具以4,000rpm的旋转速度和0.33g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。在这种情况下，利用胶态二氧化硅的水分散液作为抛光液。所述加工按如图2中所示的方法实施，其中加工工具平行于X-轴连续地移动，并且以0.5mm的间距在Y-轴方向上移动。这种情况下加工速度初步测量为1.2μm/分钟。加工工具在基板形状最低的基板部分的移动速度被设为50mm/秒。至于在基板每一部分上的移动速度，确定加工工具在基板每一部分上需要的停顿时间，从所需要的停顿时间计算在基板每一部分上的移动速度，并使加工工具以所计算的移动速度在基板每一部分上移动。加工时间为62分钟。在局部抛光处理之后，由之前同一系统测量的平整度为0.272μm。由于加工工具的垂直加压机构和抛光部件大的直径，受圆周速度不同的影响，加工过的截面是不规则形状。此外，接触面积大导致在基板外周边侧产生局部施加压力的部分。从而，产生向外周边显示出负的倾斜的表面形状，并且平整度也没有多少改进。
然后，所述玻璃基板被送到最终的精确抛光。使用软绒面革抛光布，并且使用具有40重量％SiO2浓度的胶态二氧化硅水分散液作为研磨材料。所述抛光是在100gf的抛光负荷下实施的，除去的量被设定为不少于1μm，对于除去粗抛光步骤和局部抛光步骤中产生的划痕(瑕疵)这是一个足够的量。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.364μm。利用激光共焦光学高灵敏度缺陷检测系统(由LasertecCorporation生产)进行缺陷检测。被检测出的50-nm级的缺陷为21个。
实施例2
利用设计为行星式运动的双面研磨机对切片的二氧化硅人造石英玻璃基板原料(6英寸)进行研磨，并利用设计为行星式运动的双面抛光机对其进行粗抛光，准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.328μm。然后，将所述玻璃基板被安装到图9中所示设备的基板保持器上。对于所述加工工具，使用了这样一种工具，其中抛光部件具有粘在20mmφ的软橡胶盘(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的A3020)上的专用毛毡抛光轮(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的A4021，硬度：A65)。所述工具具有这样一个机构，其垂直地压在基板表面上，接触面积为314mm2。
接下来，使加工工具以4,000rpm的旋转速度和0.95g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。所述加工按如图2中所示的方法实施，其中加工工具如箭头所示平行于X-轴连续地移动，并且在Y-轴方向上的移动间距为0.5mm。这种情况下的加工速度为1.7mm/分钟。在其他条件设定为与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光处理。加工时间为57分钟。在局部抛光处理之后，平整度为0.128μm。由于加工工具的垂直加压机构，加工过的截面是不规则形状。此外，接触面积大导致在基板外周边侧产生局部施加压力的部分。从而，产生在基板外周边侧显示出负的倾斜的表面形状。然而与利用30mmφ和更大的接触面积(612mm2)的工具实施加工的情况相比，观察到了平整度的改进。之后，以和实施例1相同的方式实施最终的精确抛光。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.240μm。50-nm级的缺陷为16个。
实施例3
利用设计为行星式运动的双面研磨机，对切片的二氧化硅人造石英玻璃基板原料(6英寸)进行研磨，并利用设计为行星式运动的双面抛光机对其进行粗抛光，准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.350μm。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。对于所述加工工具，利用这样一种工具，其中抛光部件具有粘在10mmφ的软橡胶盘(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的A3010)上的专用毛毡抛光轮(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的A4011，硬度：A65)。所述工具具有这样一个机构，其垂直地压在基板表面上，接触面积为78.5mm2。
接下来，使加工工具以4,000rpm的旋转速度和2.0g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。所述加工按如图2中所示的方法实施，其中加工工具如箭头所示平行于X-轴连续地移动，并且在Y-轴方向上的移动间距为0.25mm。这种情况下加工速度为1.3mm/分钟。在其他条件设定为与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光处理。加工时间为64分钟。在局部抛光处理之后，平整度为0.091μm。由于加工工具的垂直加压机构，加工过的截面是不规则形状。然而，尺寸10mmφ的工具和78.5mm2的接触面积是采用垂直加压机构的例子中最小的，因而，与利用30mmφ或20mmφ更大工具的情况相比，获得的平整度被改进。之后，以和实施例1相同的方式实施最终的精确抛光。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.162μm。50-nm级的缺陷为16个。
实施例4
通过与实施例1相同的方式准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.324μm。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。对于所述加工工具，利用这样一种工具，其中抛光部件是直径为20mmφ、长度为25mm的炮弹状的毛毡抛光工具(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的F3620，硬度：A90)。所述工具具有这样一种机构，其从与基板表面呈约50°角度的倾斜方向压在基板表面上，接触面积为5.0mm2。
接下来，使加工工具以4,000rpm的旋转速度和30g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。在这种情况下，使用氧化铈磨料作为抛光液。这种情况下加工速度为1.1mm/分钟。在其他条件设定为与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光处理。在这个例子中，加工时间为67分钟。在局部抛光处理之后，测量平整度为0.039μm。在此之后，所述玻璃基板被送到最终的精确抛光。使用软绒面革抛光布，并且利用具有40重量％SiO2浓度的胶态二氧化硅水分散液作为研磨材料。所述抛光是在100gf的抛光负荷下实施的，除去的量被设定为不少于1.5μm，对于除去粗抛光步骤和局部抛光步骤中产生的划痕(瑕疵)这是一个足够的量。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.091μm。50-nm级的缺陷为20个。
实施例5
通过与实施例1相同的方式准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.387μm。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。对于所述加工工具，利用这样一种工具，其中抛光部件是直径为20mmφ、长度为25mm的炮弹状的毛毡抛光工具(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的F3620，硬度：A90)。所述工具具有这样一种机构，其从与基板表面呈约70°角度的倾斜方向压在基板表面上，接触面积为4.0mm2。
接下来，使加工工具以4,000rpm的旋转速度和38g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。在这种情况下，使用氧化铈磨料作为抛光液。这种情况下加工速度为1.1mm/分钟。在其他条件与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光处理。在这个例子中，加工时间为71分钟。在局部处理之后，测量平整度为0.062μm。在此之后，所述玻璃基板被送到最终的精确抛光。使用软绒面革抛光布，并且使用具有40重量％SiO2浓度的胶态二氧化硅水分散液作为研磨材料。所述抛光是在100gf的抛光负荷下实施的，除去的量被设定为不少于1.5μm，对于除去粗抛光步骤和局部抛光步骤中产生的划痕(瑕疵)这是一个足够的量。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.111μm。50-nm级的缺陷为19个。
实施例6
通过与实施例1相同的方式准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.350μm。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。对于所述加工工具，利用这样一种工具，其中抛光部件是直径为20mmφ、长度为25mm的炮弹状的磨石，所述磨石具有含铈的轴(具有浸渍氧化铈的轴的磨石，由MikawaSangyo生产)。所述工具具有这样一种机构，其从与基板表面呈约30°角度的倾斜方向压在基板表面上，接触面积为5mm2(1mm×5mm)。
接下来，使加工工具以4,000rpm的旋转速度和20g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。在这种情况下，利用氧化铈磨料作为抛光液。这种情况下加工速度为3.8mm/分钟。在其他条件设定为与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光处理。在这个例子中，加工时间为24分钟。在局部抛光处理之后，测量平整度为0.048μm。
在此之后，所述玻璃基板被送到最终的精确抛光。使用软绒面革抛光布，并且使用具有40重量％SiO2浓度的胶态二氧化硅水分散液作为研磨材料。所述抛光是在100gf的抛光负荷下实施的，除去的量被设定为不少于1.5μm，对于除去粗抛光步骤和局部抛光步骤中产生的划痕(瑕疵)这是一个足够的量。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.104μm。50-nm级的缺陷为16个。
实施例7
通过与实施例1相同的方式准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面的平整度为0.254μm。顺便提及，利用Tropel公司生产的平整度测量系统UltraFlatM200来实施平整度测量。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。在这个例子中，所述设备具有这样一种结构，其中加工工具2连接到一个马达上并且能够旋转，压力由空气施加到所述加工工具2上。对于所述马达，使用了小型研磨机(由NakanishiInc.生产；轴：NR-303，控制单元：NE236)。此外，加工工具可以沿X-轴和Y-轴方向移动，基本上与基板保持器平行。对于所述加工工具，利用这样一种工具，其中抛光部件是直径为20mmφ、长度为25mm的炮弹状的毛毡抛光工具(由NihonSeimitsuKikaiKosakuCo.，Ltd.生产的F3520，硬度：A90)。所述工具具有这样一种机构，其从与基板表面呈约20°角度的倾斜方向压在基板表面上，接触面积为9.2mm2。
接下来，使加工工具以5,500rpm的旋转速度和30g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。在这种情况下，使用胶态二氧化硅的水分散液作为抛光液。所述加工按这种方法实施，其中加工工具平行于X-轴连续地移动，并且以0.25mm的间距在Y-轴方向上移动。加工工具在基板形状中的最低的基板部分的移动速度被设为50mm/秒。至于在基板每一部分上的移动速度，确定加工工具在基板每一部分上需要的停顿时间，从所需要的停顿时间计算所述工具的抛光速度，然后加工工具以所计算的速度在基板每一部分上移动。加工时间为69分钟。在局部抛光处理之后，由之前同一系统测量的平整度为0.035μm。
在此之后，所述玻璃基板被送到最终的精确抛光。使用软绒面革抛光布，并且使用具有40重量％SiO2浓度的胶态二氧化硅水分散液作为研磨材料。所述抛光是在100gf的抛光负荷下实施的，除去的量被设定为不少于1μm，对于除去粗抛光步骤和局部抛光步骤中产生的划痕(瑕疵)这是一个足够的量。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.074μm。利用激光共焦光学高灵敏度缺陷检则系统(由LasertecCorporation生产)进行缺陷检测，50-nm级的缺陷为9个。
实施例8
利用设计为行星式运动的双面研磨机，对切片的二氧化硅人造石英玻璃基板原料(6英寸)进行研磨，然后利用设计为行星式运动的双面抛光机，对其进行粗抛光。此外，工件被送到最终的精确抛光，除去量约为1.0μm，对于除去粗抛光步骤中产生的划痕(瑕疵)这是一个足够的量，准备原料基板。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.315μm。对于所述加工工具，利用这样一种工具，其中抛光部件是直径为19mmφ、长度为20mm的炮弹状的软聚氨酯工具(由DaiwaDyestuffMfg.Co.，Ltd.生产的D8000AFX；硬度：A70)。所述工具具有这样一种机构，其从与基板表面呈约30°角度的倾斜方向压在基板表面上，接触面积为8mm2(2mm×4mm)。
接下来，使加工工具以4,000rpm的旋转速度和20g/mm2的加工压力在工件上移动，从而加工整个基板表面。在这种情况下，利用胶态二氧化硅研磨材料作为抛光液。这种情况下加工速度为0.35mm/分钟。在其他条件设定为与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光处理。在这个例子中，加工时间为204分钟。在局部抛光处理之后，测量平整度为0.022μm。
在此之后，所述工作被送到最终的精确抛光。使用软绒面革抛光布，并且使用具有40重量％SiO2浓度的胶态二氧化硅水分散液作为研磨材料。所述抛光是在100gf的抛光负荷下实施的，除去的量被设定为不少于0.3μm，对于除去局部抛光步骤中产生的划痕(瑕疵)这是一个足够的量。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.051μm。50-nm级的缺陷为12个。
实施例9
通过与实施例1相同的方式准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.371μm。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。估算在最后的精确抛光步骤中基板形状的变化，然后实施了局部抛光，旨在获得这样一个形状，以消除估算的形状变化。一直由经验可知道通过利用软绒面革抛光布和胶态二氧化硅实施的最终的抛光步骤，基板表面形状会趋于凸出。具体地，以经验估算，在除去量为1μm的情况下，会发生约0.1μm的凸出，并且，基于所述估算，实施了旨在使目标形状凹陷0.1μm的局部抛光步骤。在其他条件设定为与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光处理。在这个例子中，加工时间为67分钟。在在局部抛光处理之后，测量平整度。所述基板表面具有凹面形状，外周边高而中间部分低，平整度为0.106μm。然后，以与实施例1相同的方式实施最终的精确抛光。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度，为0.051μm。50-nm级的缺陷为20个。
实施例10
通过与实施例1相同的方式准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.345μm。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。通过计算机计算最终的精确抛光中基板形状估计产生的变化，并实施局部抛光，旨在获得这样一个形状，以消除估计的形状变化。具体地，一直由经验可知道通过利用软绒面革抛光布和胶态二氧化硅实施的最终的抛光步骤中，基板表面形状会趋于凸出。在最终的抛光步骤之前和之后，测量了十个保留基板的表面形状。对于每一个保留基板，通过计算机实施以下的计算。首先，从最终抛光之后的表面形状的高度数据减去最终抛光之前的表面形状的高度数据，从而确定高度差。将十个基板的差平均，获得最终抛光中产生的形状的变化。形状的变化是0.134μm的形状凸出。基于此，0.134μm的凹陷形状，被用作实施局部抛光步骤中的目标形状，所述0.134μm的凹陷形状是将计算的0.134μm的突出形状反过来得到的。在其他条件设定为与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光步骤。在这个例子中，加工时间为54分钟。在局部抛光处理之后，测量平整度。所述基板表面具有凹面形状，外周边高而中间部分低，平整度为0.121μm。然后，以与实施例1相同的方式实施最终的精确抛光。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.051μm。50-nm级的缺陷为22个。
实施例11
通过与实施例1相同的方式准备原料基板。在这种情况下，原料基板的表面平整度为0.314μm。然后，将所述玻璃基板安装到图9中所示设备的基板保持器上。在加工整个基板表面时，没有使用压力控制机构，并且加工工具的高度是固定的，从而使所述工具接触基板表面。在其他条件设定为与实施例1相同的情况下，实施了局部抛光处理。在这个例子中，加工时间为62分钟。在局部抛光处理之后，测量平整度为0.087μm。由于加工是在保持加工工具高度不变的情况下实施的，局部抛光之前形状的倾向，仍然保留在后半段加工中基板表面的形状中，所以平整度有些差。然后，以与实施例1相同的方式实施最终的精确抛光。
在抛光结束之后，将玻璃基板清洗和干燥，测量其表面平整度为0.148μm。50-nm级的缺陷为17个。

Claims (12)

1.一种加工人造石英玻璃基板的方法，该基板具有0.3～2.0μm的平整度F1和0.4～4.0μm的平行度，所述方法包括：
对基板进行表面形状的高精度测量；和
在提供研磨颗粒的情况下，使小型旋转式加工工具的抛光部件与人造石英玻璃基板(1)的表面接触，并在且旋转所述抛光部件的同时，相对地扫描移动所述抛光部件和基板表面，从而抛光该基板，其中，抛光部件和基板表面之间的接触面积为1～500mm2；
其中，所述小型旋转式加工工具具有旋转轴，所述旋转轴沿相对于基板表面法线倾斜的方向设置，使得加工工具(2)的旋转轴与基板表面法线之间的角度为5～85°，且使所述加工工具在基板表面上以固定方向做往复运动，其平行于将加工工具的旋转轴投影到基板上所得到的投影线方向，当在垂直于往复运动方向的方向上且在平行于基板表面的平面中以预定的间距进行抛光时，同时根据测量的基板表面的突出程度控制所述工具(2)的移动速度、旋转速度和接触压力中的一个或多个，使得旋转工具(2)沿X-轴方向扫描移动，同时在Y轴方向上保持其位置不变；旋转工具(2)在到达基板(1)的端部时，以微小的间距沿Y轴方向作微移动；旋转工具(2)再次沿X-轴方向扫描移动，同时在Y轴方向上保持其位置不变；通过重复这些操作，基板(1)的整个部分被抛光；
由此，基板(1)的平整度被改善为0.01～0.5μm的平整度F2，使得F1＞F2。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工工具的旋转速度为100～10000rpm，加工压力为1～100g/mm2。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述旋转速度为1000-8000rpm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触面积为2.5-100mm2。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述角度为15-60°。
6.根据权利要求1所述的方法，其中利用加工工具加工的基板表面部分具有近似高斯分布的形状。
7.根据权利要求1所述的方法，其中加工工具的抛光部件具有凸起的轴向部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在进行抛光时，加工工具(2)与基板表面之间的接触压力被控制为预定的值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中加工工具的抛光部件的硬度依据JISK6253测量在A50～A75的范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在利用加工工具抛光基板表面之后，进行单片型抛光或双面抛光以改善表面特性和减少最终完成的表面的品质缺陷。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在利用所述加工工具(2)对基板表面抛光之后进行的、旨在改善加工过的表面的表面特性和减少品质缺陷的抛光步骤中，将抛光步骤过程中预期产生的形状变化考虑在内，通过预先确定由小型加工工具(2)产生的抛光量来进行所述抛光步骤，从而在最终完成的表面中既获得改进的平整度又获得高的表面完整性。
12.根据权利要求1所述的方法，其中将利用所述加工工具(2)的加工施加在基板(1)的两面以减少厚度的偏差。
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