CN102314082B - 用于制造电子级合成石英玻璃衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

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。通过机加工整体上具有至多3nm/cm的最大双折射率的合成石英玻璃衬底的至少一个表面以形成凹槽、沟道或台阶，和去除由机加工所致的残余应力来制造具有凹槽、沟道或台阶的电子级合成石英玻璃衬底。

Description

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。设计规则的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匀性劣化，不能形成精细的特征图案。在使用193nm波长的ArF激光光源进行的光刻(其是当前主流的微电子光刻)中，和在使用软x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-A2008-103512)。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。
还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-AH03-54569)。
除此之外，待组装到曝光工具和用在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-A2008-103512
专利文献2：JP-AH03-54569
专利文献3：JP-A2009-536591
发明内容
本发明的目的是提供一种以相对简单的方式制造电子级合成石英玻璃衬底的方法，该衬底具有凹槽、沟道或台阶，其中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，使得衬底在加工之前和之后可经历最小化的形状改变。
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，和抛光机加工表面特别是凹槽、沟道或台阶的底和侧表面至镜面光洁度，或者用玻璃刻蚀溶液湿法刻蚀衬底直到去除加工影响层，由此去除由机加工所致的残余应力。
假设衬底具有一对前和后主表面，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加工过程施加于前表面。如果衬底表面在凹槽、沟道或台阶的加工之前和之后经历了平坦度和平行度的显著变化，衬底必须重修表面。如果其表面经历了平坦度和平行底显著变化的衬底未重新调整就用于光掩模或NIL应用，则存在曝光时发生焦点移位或转移时发生图案移位的风险。
本发明人已经发现，具有高精度形状因素的电子级合成石英玻璃衬底能通过如下方式来制造：提供具有至多3nm/cm的最大双折射率，优选至多0.5μm的表面平坦度和至多10μm的平行度的玻璃衬底作为起始衬底，机加工该衬底以在其中形成凹槽、沟道或台阶，以及去除由机加工所致的残余应力。获得的玻璃衬底在机加工之前和之后具有高精度的形状因素，特别地，该衬底表面在机加工之前和之后经历至多0.1μm的平坦度变化和至多0.3μm的平行度变化。如果很少或没有去除残余应力，则衬底表面经历该范围以外的平坦度和平行度的变化。
在一个方面，本发明提供一种制造具有凹槽、沟道或台阶的电子级合成石英玻璃衬底的方法，包括如下步骤：提供整体上具有至多3nm/cm的最大双折射率的合成石英玻璃衬底，机加工该衬底的至少一个表面以在其中形成凹槽、沟道或台阶，以及去除由机加工所致的残余应力。
在一个优选实施方案中，应力去除步骤包括将机加工表面镜面精抛光以去除机加工表面中的加工影响层。
更优选地，镜面精抛光步骤包括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。
更优选地，镜面精抛光步骤包括通过旋转抛光工具的加工部抛光凹槽、沟道或台阶至镜面光洁度，同时在1至1000000Pa的压力下保持加工部与凹槽、沟道或台阶接触。
更优选地，镜面精抛光步骤包括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同时接触。
更优选地，在镜面精抛光步骤中，使旋转抛光工具和衬底相对移动使得加工部可沿着(follow)衬底中的凹槽、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，使旋转抛光工具绕凹槽旋转，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、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，旋转抛光工具或衬底保持平台沿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。
在另一个优选实施方案中，应力去除步骤包括使用玻璃刻蚀溶液湿法刻蚀玻璃衬底以去除机加工表面中的加工影响层。该玻璃刻蚀溶液通常是包含氢氟酸或氟化物的水溶液。
优选地，衬底在其前表面具有0.01至0.5μm的平坦度和至多10μm的平行度，并且在凹槽、沟道或台阶的形成之前和之后，衬底在其表面上经历至多0.1μm的平坦度变化和至多0.3μm的平行度变化。
通常，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。
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纳米压印光刻(NIL)中用作模板衬底的合成石英玻璃衬底，本发明的方法能够通过以相对简单的方式按如下生产具有高精确度的形状因素的玻璃衬底：提供整体上具有在一定范围内的最大双折射率的玻璃衬底，机加工该衬底以在其中形成凹槽、沟道或台阶，以及去除由机加工所致的残余应力，特别是通过镜面精抛光或湿法刻蚀以去除机加工表面中的加工影响层。作为整体，衬底在凹槽、沟道或台阶的形成之前和之后经历形状因素的最小的变化。
附图说明
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是在本发明的另一实施方案中具有沟道的合成石英玻璃衬底的透视图。
图5是在本发明的又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，同时该孔在横截面中可为圆形、椭圆或矩形形状。
根据本发明的方法，通过如下方式制造电子级合成石英玻璃衬底：提供整体上具有至多3nm/cm的最大双折射率的合成石英玻璃衬底，机加工该衬底以在预定位置处形成凹槽、沟道或台阶，以及去除由机加工所致的残余应力。
起始合成石英玻璃衬底整体上具有至多3nm/cm，优选至多2nm/cm，以及更优选至多1nm/cm的最大双折射率。这样低的双折射率表明衬底的内应力应变被最小化，这能够在凹槽、沟道或台阶的形成之前和之后限制整个衬底的形状变化。应注意，通过使用UNIOPTCorp.的双折射率计ABR-10A在整体上测量衬底的双折射率并选择测量值的最大值来确定最大双折射率。
在一个优选实施方案中，起始合成石英玻璃衬底在将加工凹槽、沟道或台阶的区域具有至多2nm/cm，更优选至多1nm/cm，和甚至更优选至多0.5nm/cm的最大双折射率。衬底加工区域的降低的双折射率表明加工区域的应力应变被最小化，这能够在加工之前和之后抑制衬底前表面(相对于加工凹槽、沟道或台阶的后表面)上的任何形状变化。
具有至多3nm/cm最大双折射率的起始合成石英玻璃衬底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类似的膜或者形成在其表面上的纳米结构图案。例如，通过从1200℃到800℃缓慢冷却合成石英玻璃可降低双折射率。缓慢冷却可以与将合成石英玻璃锭成型为所需几何形状的过程同时进行。作为替代，在合成石英玻璃成型和退火之后，可在空气或含氧气氛中进行缓慢冷却。
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尺寸光掩模衬底。例如，矩形形状玻璃衬底可在20mm×20mm至152mm×152mm的尺寸范围内，和甚至达到1,000mm×2,000mm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(典型为激光)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到衬底表面的高度差的光干涉方法进行平坦度测量。例如，可使用ZygoCorporation的干涉仪ZygoMarkIVxp或TROPEL的UltraFlatM200测量平坦度。也可通过ZygoCorporation的ZygoMarkIVxp测量平行度。
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1a和后表面1b。衬底1在其后表面1b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3)，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1b中，且将光掩模或纳米压印加工工艺应用于衬底1的前表面1a。
在图4中，在矩形衬底1的后表面1b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的前表面1a的两端部分处。台阶可形成在衬底1的后表面1b中，且台阶4也可形成在衬底的前表面1a和后表面1b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1a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、在圆形凹槽的情况下则具体指直径、在椭圆形或卵形凹槽的情况下则具体指主轴、在正方形或多边形凹槽的情况下则具体指对角线长度，优选在5至200mm的范围内。优选以使得两个侧壁3a和3b相互平行且平坦的方式形成沟道，尽管两个侧壁可不平行或者侧壁3a和3b中的一个或两个可以是凸起或凹进的曲面。优选以使得内壁4a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方式形成台阶，尽管内壁4a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29mm，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1b中形成凹槽2或沟道3，同时与后表面1b相对的衬底1的前表面1a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10000mm/分钟，优选为10至1000mm/分钟下操作。
根据本发明，随后去除由机加工步骤所致的残余应力。可通过镜面精抛光或湿法刻蚀去除由机加工所致的残余应力。具体地，可将机加工表面抛光至镜面光洁度或者用玻璃刻蚀溶液将衬底湿法刻蚀，由此去除机加工表面中的加工影响层。
在独立的恒定压力和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，进行抛光该机加工表面，即凹槽、沟道或台阶的底和侧表面至镜面光洁度的步骤。通过以恒定压力和恒定速度抛光，可以恒定抛光速度均匀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1000000Pa，更优选为1000至100000Pa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10000mm/分钟，更优选10至1000mm/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(feltbuff)、聚氨脂或者能够加工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h1)应优选等于或大于侧表面的高度(图2中的h0)。相似地，如果凹槽是圆形的，则加工部13的直径(图9中的r1)应优选等于或大于凹槽直径(图2中的r0)的一半(即，r1≥r0/2)，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(minordiameter)的一半。在沟道的情况下，则直径r1优选等于或大于宽度(图3中的W1)的一半(即，r1≥W1/2)。在台阶的情况下，则直径r1优选等于或大于宽度(图4中的W2)(即，r1≥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递到抛光位置。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10nm至10μm。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10000mm/分钟，更优选10至1000mm/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10000rpm，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，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过多磨损加工部，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(loadcell)。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，和以恒定速度相对移动该工具，能以独立的抛光速度同时均匀地抛光底和侧表面。
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能同时与侧或底表面接触，因此这些表面的抛光变得不均匀，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。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，使得加工部可沿着凹槽、沟道或台阶的轮廓进行抛光。
在其中通过绕着凹槽使旋转抛光工具旋转或者使衬底旋转使得加工部可沿着凹槽、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10000rpm，特别是1至100rpm的频率和1至10000mm/分钟，特别是10至1000mm/分钟的速度旋转。当以独立的恒定压力和恒定的速度均匀抛光圆形、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使得加工部可沿着凹槽、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，可使用能够将移动的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抛光工具或衬底保持平台以1至10000mm/分钟，特别是10至1000mm/分钟的速度移动。当以恒定压力和恒定速度均匀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。
在另一个优选实施方案中，使用玻璃刻蚀溶液湿法刻蚀机加工状态的玻璃衬底。玻璃刻蚀溶液通常是包含浓度为1至60重量％，更优选20至50重量％的氢氟酸或氟化物的水溶液，玻璃衬底浸入其中。合适的氟化物包括氟化钠和氟化铵。湿法刻蚀可通过使用包含氢氟酸和氟化物的混合水溶液或者通过将表面活性剂加入到玻璃刻蚀溶液中来改善均匀性和稳定性。
刻蚀温度和时间随玻璃刻蚀溶液的浓度宽泛地变化。通常刻蚀温度为10至80℃，优选20至40℃，并且刻蚀时间为10秒到10小时，优选30秒到5小时。
注意，通过镜面精抛光或湿法刻蚀可将材料去除量(或厚度)设置为有效去除残留应力或加工影响层，并且优选为0.01到5μm，更优选为0.1到3μm。
在镜面精抛光以去除加工影响层之后，凹槽、沟道或台阶的底和侧表面优选具有至多1nm，更优选至多0.5nm的表面粗糙度Ra。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不利地影响图案。注意，根据JISB-0601确定表面粗糙度Ra。
在玻璃衬底中的凹槽、沟道或台阶的加工之前和之后，玻璃衬底的前表面经历优选至多0.1μm，更优选至多0.05μm，以及甚至更优选至多0.02μm的平坦度变化。衬底前表面经历的平坦度的显著变化表明，在其前表面已经精确抛光至较好平坦度的起始合成石英玻璃衬底中加工凹槽、沟道或台阶时，衬底前表面的平坦度在加工后可显著恶化。
从图案均匀性的观点出发，玻璃衬底的前表面优选具有0.01到0.5μm，更优选0.01到0.3μm，以及甚至更优选0.01μm到0.1μm的平坦度。如果前表面的平坦度差，当光掩模图案或转移纳米结构图案形成在前表面上时可在曝光时发生焦点移位或者在转移时发生图案移位。
在玻璃衬底中的凹槽、沟道或台阶的加工之前和之后，排除凹槽、沟道或台阶区域的玻璃衬底的后表面经历优选至多0.1μm，更优选至多0.05μm，以及甚至更优选至多0.02μm的平坦度变化。衬底后表面经历的平坦度的显著变化表明，在其表面已经精确抛光至较好平坦度的起始合成石英玻璃衬底中加工凹槽、沟道或台阶时，排除凹槽、沟道或台阶区域的衬底后表面的平坦度在加工后可显著恶化。
从衬底夹持的观点出发，排除凹槽、沟道或台阶区域的玻璃衬底后表面应当优选具有0.01到1.0μm，更优选0.01到0.5μm，以及甚至更优选0.01到0.1μm的平坦度。后表面的差的平坦度暗示了风险，即，当通过真空卡紧或夹持排除凹槽、沟道或台阶区域的衬底后表面的部分将衬底安装到曝光或图案化设备中时，由于漏气或不稳定的夹持压力而不能夹持衬底，或者如果可能，衬底不能精确地保持平行于基准。
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40μm，更优选为0.01至10μm，和甚至更优选为0.01至5μm的平坦度。在上述范围之外的差的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，差的平坦度也存在流体(所体或液体)可能不平稳流动的问题。
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100μm，更优选至多50μm，和甚至更优选至多10μm。如果平行度不良，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。
衬底前表面和排除凹槽、沟道或台阶区域的后表面之间的平行度应当优选在凹槽、沟道或台阶形成之前和之后经历至多0.3μm，更优选至多0.2μm，以及甚至更优选至多0.1μm的变化。平行度的显著变化表明，在其表面已精确抛光至较好平行度的起始合成石英玻璃衬底中加工凹槽、沟道或台阶时，衬底的平行度在加工后可显著变恶化。
从图案转移的观点出发优选的是，衬底前表面和排除凹槽、沟道或台阶区域的后表面之间的平行度为至多5μm，更优选至多3μm，以及甚至更优选至多1μm。如果该平行度不良，当通过真空卡紧衬底后表面将衬底安装到曝光或图案化设备中时，可能变得难以使衬底与基准精确保持平行，留下焦点移位或者图案移位的风险。
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。注意，通过ZyGo的ZygoMarkIVxp测量平坦度和平行度，且通过原子力显微镜测量表面粗糙度Ra。
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100mm×100mm×6.35mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有0.93nm/cm的最大双折射率，在90mm×90mm中心区域中的衬底前表面具有0.091μm的平坦度，在排除直径为70mm的中心圆的区域中的后表面具有0.121μm的平坦度，且排除直径为70mm的中心圆的衬底具有0.3μm的平行度。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处进行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3500Pa下强制使适于以1000rpm旋转的羊毛重缩毡与凹槽的底表面接触，并在2000Pa下与侧表面接触，所述重缩毡直径为50mm而高度为30mm。衬底保持平台以10rpm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，1.00mm的底壁厚度，和70mm的直径。
抛光后，90mm×90mm中心区域中的衬底前表面具有0.081μm的平坦度，在排除直径为70mm的中心圆的区域中的后表面具有0.105μm的平坦度，且排除直径为70mm的中心圆的衬底具有0.3μm的平行度。前表面经历了0.010μm的平坦度变化，后表面经历了0.016μm的平坦度变化，且衬底经历了0μm(低于检测极限)的平行度变化。直径为70mm的凹槽的底表面具有2μm的平坦度和9μm的平行度。凹槽的底和侧表面具有至多0.25nm的表面粗糙度Ra。衬底表面上的平坦度和平行度的最小化的变化证明完全去除了由机加工所致的残余应力。
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152mm×152mm×6.35mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有1.53nm/cm的最大双折射率，在142mm×142mm中心区域中的衬底前表面具有0.235μm的平坦度，在排除152mm×30mm的中心区域中的后表面具有0.481μm的平坦度，且排除142mm×30mm的中心区域的衬底具有0.9μm的平行度。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处进行机加工以形成深度为4.98mm、宽度为29.98mm和长度为152mm的沟道。
接下来，将机加工的衬底牢固地安装在平台上。在2000Pa下强制使适于以1000rpm旋转的羊毛重缩毡与沟道的底表面接触，并在2000Pa下与一侧壁接触，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该毡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4.00mm，底壁厚度为2.35mm，宽度为30mm。
抛光后，142mm×142mm中心区域中的衬底前表面具有0.249μm的平坦度，在排除142mm×30mm的中心区域的区域中的后表面具有0.503μm的平坦度，且排除152mm×30mm的中心区域的衬底具有0.9μm的平行度。前表面经历了0.014μm的平坦度变化，后表面经历了0.022μm的平坦度变化，且衬底经历了0μm(低于检测极限)的平行度变化。152mm×30mm的沟道的底表面具有3μm的平坦度和15μm的平行度。沟道的底和侧表面具有至多0.21nm的表面粗糙度Ra。衬底表面上的平坦度和平行度的最小化的变化证明完全去除了由机加工所致的残余应力。
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200mm×400mm×10mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有2.43nm/cm的最大双折射率，在190mm×390mm中心区域中的衬底前表面具有2.303μm的平坦度，在190mm×360mm的中心区域中的后表面具有3.145μm的平坦度，且在190mm×360mm的中心区域中的衬底具有5.3μm的平行度。使用机加工中心和金刚石砂轮，将该起始衬底在其后表面沿两端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，其平行于端面延伸。
接下来，将机加工的衬底牢固地安装在平台上。在2000Pa下强制使适于以1000rpm旋转的羊毛重缩毡与台阶的底表面接触，并在2000Pa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7.00mm，底壁厚度为3.00mm，宽度为20mm。
抛光后，在190mm×390mm中心区域中的衬底前表面具有2.409μm的平坦度，在190mm×390mm的中心区域中的后表面具有3.233μm的平坦度，且在190mm×390mm的中心区域的衬底具有5.5μm的平行度。前表面经历了0.106μm的平坦度变化，后表面经历了0.088μm的平坦度变化，且衬底经历了0.2μm的平行度变化。200mm×20mm的两个台阶的底表面分别具有10μm和9μm的平坦度以及21μm和19μm的平行度。台阶的底和侧表面具有至多0.28nm的表面粗糙度Ra。衬底表面的平坦度和平行度的最小化的变化证明完全去除了由机加工所致的残余应力。
实施例4
制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为100mm×100mm×6.35mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有1.43nm/cm的最大双折射率，在90mm×90mm中心区域中的衬底前表面具有0.115μm的平坦度，在排除直径为70mm的中心圆的区域中的后表面具有0.191μm的平坦度，且排除直径为70mm的中心圆的衬底具有0.3μm的平行度。使用机加工中心和金刚石砂轮，在该起始衬底的后表面的中心处进行机加工以形成深度为5.34mm，直径为69.98mm的圆形凹槽。
接下来，将机加工的衬底在室温下浸入10wt％氢氟酸的水溶液中1小时用于刻蚀。刻蚀状态的玻璃衬底中的凹槽深度为5.35mm，底壁厚度为1.00mm，并且直径为70mm。
刻蚀后，90mm×90mm中心区域中的衬底前表面具有0.131μm的平坦度，在排除直径为70mm的中心圆的区域中的后表面具有0.220μm的平坦度，且排除直径为70mm的中心圆的衬底具有0.3μm的平行度。前表面经历了0.017μm的平坦度的变化，后表面经历了0.029μm的平坦度的变化，且衬底经历了0μm(低于检测极限)的平行度变化。直径为70mm的凹槽的底表面具有3μm的平坦度和11μm的平行度。衬底表面上平坦度和平行度的最小化的变化证明完全去除了由机加工所致的残余应力。
实施例5
制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为152mm×152mm×6.35mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有1.36nm/cm的最大双折射率，在142mm×142mm中心区域中的衬底前表面具有0.217μm的平坦度，在排除142mm×30mm中心区域的区域中的后表面具有0.492μm的平坦度，且排除152mm×30mm中心区域的衬底具有0.9μm的平行度。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处进行机加工以形成深度为4.00mm、宽度为30.00mm和长度为152mm的沟道，其与端表面平行延伸。
接下来，将机加工的衬底在室温下浸入50wt％氢氟酸的水溶液中1分钟用于刻蚀。
刻蚀后，在142mm×142mm中心区域中的衬底前表面具有0.240μm的平坦度，在排除142mm×30mm中心区域的区域中的后表面具有0.525μm的平坦度，且排除152mm×30mm中心区域的衬底具有0.9μm的平行度。前表面经历了0.023μm的平坦度的变化，后表面经历了0.033μm的平坦度的变化，且衬底经历了0μm(低于检测极限)的平行度变化。152mm×30mm的沟道的底表面具有4μm的平坦度和10μm的平行度。衬底表面上平坦度和平行度的最小化的变化证明完全去除了由机加工所致的残余应力。
实施例6
制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为200mm×400mm×10mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有2.36nm/cm的最大双折射率，在190mm×390mm中心区域中的衬底前表面具有2.202μm的平坦度，在190mm×360mm中心区域中的后表面具有3.217μm的平坦度，且排除190mm×360mm中心区域的衬底具有5.3μm的平行度。使用机加工中心和金刚石砂轮，在该起始衬底的后表面沿着两端进行机加工以形成深度为7.00mm、宽度为20mm和长度为200mm的台阶，其与端表面平行延伸。
接下来，将机加工的衬底在室温下浸入50wt％氢氟酸的水溶液中1分钟用于刻蚀。
刻蚀后，在190mm×390mm中心区域中的衬底前表面具有2.253μm的平坦度，在190mm×390mm中心区域中的后表面具有3.291μm的平坦度，且在190mm×390mm中心区域的衬底具有5.5μm的平行度。前表面经历了0.051μm的平坦度变化，后表面经历了0.074μm的平坦度变化，且衬底经历了0.2μm的平行度变化。200mm×20mm的两个台阶的底表面分别具有9μm和11μm的平坦度以及17μm和19μm的平行度。衬底表面上平坦度和平行度的最小化的变化证明完全去除了由机加工所致的残余应力。
比较例1
制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为100mm×100mm×6.35mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有10.94nm/cm的最大双折射率，在90mm×90mm中心区域中的衬底前表面具有0.151μm的平坦度，在排除直径为70mm的中心圆的区域中的后表面具有0.167μm的平坦度，且排除直径为70mm的中心圆的衬底具有0.3μm的平行度。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处进行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3500Pa下强制使适于以1000rpm旋转的羊毛重缩毡与凹槽的底表面接触，并在2000Pa下与侧表面接触，所述重缩毡直径为50mm而高度为30mm。使衬底保持平台以10rpm旋转，由此抛光表面60分钟至镜面光洁度。研磨状态的玻璃衬底中的凹槽深度为5.35mm，底壁厚度为1.00mm，和直径为70mm。
抛光后，在90mm×90mm中心区域中的衬底前表面具有0.732μm的平坦度，在排除直径为70mm的中心圆的区域中的后表面具有0.191μm的平坦度，且排除直径为70mm的中心圆的衬底具有0.3μm的平行度。前表面经历了0.581μm的平坦度变化，后表面经历了0.024μm的平坦度变化，且衬底经历了0μm(低于检测极限)的平行度的变化。直径为70mm的凹槽的底表面具有4μm的平坦度和10μm的平行度。凹槽的底和侧表面具有至多0.25nm的表面粗糙度Ra。
比较例2
制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为152mm×152mm×6.35mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有1.66nm/cm的最大双折射率，在142mm×142mm中心区域中的衬底前表面具有0.217μm的平坦度，在排除142mm×30mm中心区域的区域中的后表面具有0.475μm的平坦度，且排除152mm×30mm中心区域的衬底具有0.9μm的平行度。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处进行机加工以形成深度为5.00mm、宽度为30.00mm和长度为152mm的沟道，其与端表面平行延伸。
接下来，将机加工的衬底在室温下浸入50wt％氢氟酸的水溶液中1分钟用于刻蚀。
刻蚀后，在142mm×142mm中心区域中的衬底前表面具有0.749μm的平坦度，在排除142mm×30mm中心区域的区域中的后表面具有0.552μm的平坦度，且排除152mm×30mm中心区域的衬底具有0.9μm的平行度。前表面经历了0.532μm的平坦度变化，后表面经历了0.077μm的平坦度变化，且衬底经历了0μm(低于检测极限)的平行度变化。152mm×30mm的沟道的底表面具有2μm的平坦度和10μm的平行度。沟道的底和侧表面具有至多9.21nm的表面粗糙度Ra。
比较例3
制备了前、后和端表面被抛光至镜面光洁度的尺寸为200mm×400mm×10mm(厚)的合成石英玻璃衬底作为起始衬底。起始衬底整体上具有2.39nm/cm的最大双折射率，在190mm×390mm中心区域中的衬底前表面具有2.045μm的平坦度，在190mm×360mm中心区域中的后表面具有3.302μm的平坦度，且在190mm×360mm中心区域中的衬底具有5.3μm的平行度。使用机加工中心和金刚石砂轮，在该起始衬底的后表面沿着两端进行机加工以形成深度为7.00mm、宽度为20.00mm和长度为200mm的台阶，其与端表面平行延伸。
机加工后，在190mm×390mm中心区域中的衬底前表面具有2.527μm的平坦度，在190mm×390mm中心区域中的后表面具有3.453μm的平坦度，且在190mm×390mm中心区域中的衬底具有5.5μm的平行度。前表面经历了0.482μm的平坦度变化，后表面经历了0.151μm的平坦度变化，且衬底经历了0.2μm的平行度变化。200mm×20mm的两个台阶的底表面分别具有4μm和3μm的平坦度以及10μm和10μm的平行度。台阶的底和侧表面具有至多8.24nm的表面粗糙度Ra。

Claims (10)

1.一种用于制造具有凹槽、沟道或台阶的电子级合成石英玻璃衬底的方法，包括步骤：
提供整体上具有至多3nm/cm的最大双折射率的合成石英玻璃衬底，
机加工该合成石英玻璃衬底的至少一个表面以在其中形成凹槽、沟道或台阶，
去除由机加工所致的残余应力，
其中应力去除步骤包括将机加工表面进行镜面精抛光以去除机加工表面中的加工影响层，
其中该镜面精抛光步骤包括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同时接触。
2.一种用于制造具有凹槽、沟道或台阶的电子级合成石英玻璃衬底的方法，包括步骤：
提供整体上具有至多3nm/cm的最大双折射率的合成石英玻璃衬底，
机加工该合成石英玻璃衬底的至少一个表面以在其中形成凹槽、沟道或台阶，
去除由机加工所致的残余应力，
其中应力去除步骤包括将机加工表面进行镜面精抛光以去除机加工表面中的加工影响层，
其中该镜面精抛光步骤包括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。
3.一种用于制造具有凹槽、沟道或台阶的电子级合成石英玻璃衬底的方法，包括步骤：
提供整体上具有至多3nm/cm的最大双折射率的合成石英玻璃衬底，
机加工该合成石英玻璃衬底的至少一个表面以在其中形成凹槽、沟道或台阶，
去除由机加工所致的残余应力，
其中应力去除步骤包括将机加工表面进行镜面精抛光以去除机加工表面中的加工影响层，
其中该镜面精抛光步骤包括通过旋转抛光工具的加工部抛光凹槽、沟道或台阶至镜面光洁度，同时在1到1000000Pa压力下保持加工部与凹槽、沟道或台阶接触。
4.如权利要求2所述的方法，其中在镜面精抛光步骤中，使旋转抛光工具和所述合成石英玻璃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，使旋转抛光工具绕着凹槽旋转或者使所述合成石英玻璃衬底保持平台旋转，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3所述的方法，其中在镜面精抛光步骤中，使旋转抛光工具或者所述合成石英玻璃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中所述的方法，其中应力去除步骤包括使用玻璃刻蚀溶液湿法刻蚀所述合成石英玻璃衬底以去除机加工表面中的加工影响层。
8.如权利要求7所述的方法，其中该玻璃刻蚀溶液是包含氢氟酸或氟化物的水溶液。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述合成石英玻璃衬底在其前表面具有0.01到0.5μm的平坦度和至多10μm的平行度，并且在凹槽、沟道或台阶的形成之前和之后，所述合成石英玻璃衬底在其表面上经历至多0.1μm的平坦度变化和至多0.3μm的平行度变化。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述合成石英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。
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