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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung großformatiger
Substrate, insbesondere synthetischer Quarzglassubstrate für Photomasken
und Substrate zur Verwendung in TFT-Flüssigkristallplatten.
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HINTERGRUND
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Im
Allgemeinen werden TFT-Flüssigkristallplatten
durch das Einfüllen
von Flüssigkristallen
zwischen einem Substrat für
die Array-Seite mit darin eingebauten TFT-Vorrichtungen und einem Farbfiltersubstrat
hergestellt. Sie beruhen auf dem aktiven Matrixadressierungsschema,
bei dem Spannung durch die TFT zur Steuerung der Anordnung der Flüssigkristalle
angelegt wird.
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Bei
der Herstellung des Substrats für
die Array-Seite werden Muster in mehreren Schichten auf einem Mutterglas,
wie z.B. einem nicht-alkalischen Glas, durch wiederholte Belichtung
durch Originalschablonen mit darauf aufgezeichneten Schaltungsmustern,
die als großformatige
Photomasken bekannt sind, ausgebildet. Das Substrat für die Farbfilter-Seite
wird andererseits durch ein lithographisches Verfahren, das als
Farbstoffimmersionsverfahren bekannt ist, hergestellt. Bei der Herstellung
der Substrate für
die Array- und die Farbfilter-Seite sind großformatige Photomasken erforderlich.
Um eine hoch-präzise
Belichtung durchzuführen,
werden solche großformatigen
Photomasken typischerweise aus synthetischem Quarzglas hergestellt,
das durch einen niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
gekennzeichnet ist.
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Bisher
wurden Flüssigkristallplatten
zu höheren
Bildauflösungen
weiterentwickelt – von
VGA auf SVGA, XGA, SXGA, UXGA und QXGA. Es wird angenommen, dass
ein Maß der
Bildauflösung
im Bereich von 100 Bildpunkten pro Zoll (ppi) bis 200 ppi erforderlich
ist. Dementsprechend wird der TFT-Array-Seite eine strenge Belichtungsgenauigkeit,
insbesondere eine Überdeckungsgenauigkeit,
auferlegt.
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Manche
Platten werden unter Einsatz einer als Niedertemperatur-Polysilicium
bekannten Technologie hergestellt. In diesem Fall wurde untersucht,
einen Ansteuerschaltkreis oder dergleichen auf einen Umfangsabschnitt
aus Glas, neben den Plattenbildpunkten, einzubrennen, was die Belichtung
mit höherer
Auflösung erfordert.
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In
Bezug auf Substrate, die großformatige
Photomasken bilden, ist bekannt, dass ihre Form die Genauigkeit
der Belichtung beeinflusst. Wenn die Belichtung, beispielsweise
wie in 1 dargestellt, unter Einsatz
von zwei Substraten mit verschiedener Flachheit zur Bildung von
großformatigen
Photomasken erfolgt, sind die Muster aufgrund des Unterschieds zwischen
den Lichtwegen verschoben. Genauer gesagt zeigen die gestrichelten
Linien in 1A und 1B die
Lichtwege, wenn Licht sich gerade ausbreitet und die Maske ideal
flach ist. Tatsächlich
sind die Lichtwege nach außen
oder innen verschoben, wie durch die durchgehenden Linien dargestellt,
in Abhängigkeit
davon, ob die obere Substratoberfläche konkav oder konvex ist.
Bei Verwendung einer Belichtungsvorrichtung unter Einsatz eines
fokussierenden optischen Systems entsteht ein Phänomen, dass der Fokus von der
Belichtungsebene verschoben wird, wodurch es zu einer Beeinträchtigung der
Auflösung
kommt. Für
die Belichtung mit größerer Präzision ist
demnach ein flacheres Substrat zur Bildung von großformatigen
Photomasken erforderlich.
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Um
das Mehrfachbildverfahren mit nur einer einzigen Belichtung zur
Steigerung der Produktivität
bei der Herstellung von Platten umzusetzen, besteht ein Bedarf an
einem Substrat zur Bildung einer großformatigen Photomaske mit
einer Diagonallänge
von 1500 mm. Eine größere Länge und
eine gesteigerte Flachheit sind gleichzeitig erforderlich.
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Substrate
zur Bildung von großformatigen
Photomasken werden im Allgemeinen durch das Läppen von plattenförmigem synthetischem
Quarz mit einer Aufschlämmung
aus losen, in Wasser suspendierten Schleifmitteln (z.B. Aluminiumoxid)
hergestellt, wodurch Unregelmäßigkeiten
auf der Oberfläche
entfernt werden, wonach das Polieren mit einer Aufschlämmung aus
in Wasser suspendierten Schleifmitteln (z.B. Ceroxid) folgt. Zu
diesem Zweck wird eine Verarbeitungsmaschine für zwei Seiten oder eine Seite
eingesetzt.
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Diese
Verarbeitungsverfahren, bei denen zur Korrektur der Flachheit die
Reaktionskraft gegen die elastische Verformung eingesetzt wird,
die entsteht, wenn das Substrat selbst gegen die Verarbeitungsplatte gedrückt wird,
haben den Nachteil, dass die Reaktionskraft bei gesteigerter Größe des Substrats
deutlich zurückgeht,
wodurch es zu einer Reduktion der Fähigkeit kommt, mäßige Unregelmäßigkeiten
auf der Substratoberfläche
zu entfernen. 2A veranschaulicht die Form
eines Substrats 1, wenn es senkrecht gehalten wird. 2B zeigt
die Form des Substrats 1 während der Verarbeitung, was
anzeigt, dass sich das Substrat 1 den Platten anpasst. 2C zeigt
die Reaktionskraft gegen die elastische Verformung des Substrats 1 zu
diesem Zeitpunkt, was anzeigt, dass durch die Kraft (∆P)
mehr Verarbeitung erfolgt als an anderen Positionen.
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Es
entspricht auch einer gängigen
Praxis, die Flachheit unter Einsatz einer Oberflächenschleifmaschine zu verbessern.
Im Allgemeinen ist die Oberflächenschleifmaschine
so angepasst, dass ein Arbeitsstück
einen vorbestimmten Spalt zwischen einem Träger, auf dem das Arbeitsstück angebracht
ist, und einem Abschleifwerkzeug passiert, um die Abschnitte des
Arbeitsstücks
zu entfernen, die größer als
der vorbestimmte Spalt sind. Wenn das Arbeitsstück auf der Rückseite
nicht ausreichend flach ist, kann keine Verbesserung der Flachheit
erreicht werden. Das liegt daran, dass das Arbeitsstück durch
die Schleifkraft des Schleifwerkzeugs gegen den Träger gedrückt wird,
auf dem es angebracht ist, und in der Folge entspricht die Flachheit
der Vorderseite der Flachheit der Rückseite.
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Um
diese Probleme zu lösen,
schlägt
das Patent der Anmelder der vorliegenden Erfindung
JP-A 2003-292346 , das
US-2003-0143403-A1 und
EP 1.333.313 A1 entspricht,
ein Verfahren zur Verarbeitung eines Substrats zur Bildung von großformatigen
Photomasken durch die teilweise Entfernung von erhöhten Abschnitten
und dicken Abschnitten auf dem Substrat durch ein Werkzeug zur teilweisen
Verarbeitung vor.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines großformatigen synthetischen Quarzglassubstrats,
in
EP 1.333.313 offenbart,
umfasst folgende Schritte:
Messen der Flachheit und Parallelität eines
großformatigen
synthetischen Quarzglassubstrats mit einer Diagonallänge von
zumindest 500 mm;
und teilweises Entfernen hervorstehender
Abschnitte und dicker Abschnitte des Substrats durch den Einsatz eines
Bearbeitungswerkzeugs, um das Substrat unter Einsatz von Druckluft
sandzustrahlen, und zwar auf der Grundlage von Messdaten, um so
die Flachheit des Substrats zu verbessern,
worin die Druckluft
einen Druck von z.B. 0,1 MPa aufweist.
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Wenn
Schleifen oder Sandstrahlbehandlung als Werkzeug zur teilweisen
Bearbeitung eingesetzt wird, kann die teilweise Verarbeitung jedoch
einen Sprödbruch
des Substrats verursachen, wobei die Möglichkeit besteht, dass Mikrosprung-artige
Fehler auf der Substratoberfläche
entstehen. Wenn gewünscht
wird, fehlerfreie großformatige
Substrate herzustellen, müssen
solche sprungartige Fehler durch Polieren unter Einsatz einer Poliermaschine
für eine
oder zwei Seiten nach der teilweisen Bearbeitung entfernt werden.
Die Poliermaschine, die nach der teilweisen Bearbeitung eingesetzt
wird, erfordert mehr Arbeit und Zeit, um die Präzision der Poliermaschine zu
steuern und beizubehalten, so dass das Polieren die Flachheit des
Substrats und/oder die Präzision
der Dickenschwankung nicht beeinträchtigt. Wenn die Flachheit
des Substrats oder die Präzision der
Dickenschwankung durch das Polieren nach der teilweisen Bearbeitung,
wie z.B. der Sandstrahlbehandlung, beeinträchtigt werden und nicht länger die
gewünschten
Werte aufweisen, ist es erforderlich, erneut eine teilweise Bearbeitung,
wie z.B. eine Sandstrahlbehandlung, und darauf folgendes Polieren
durchzuführen.
Es wäre
wünschenswert, über ein
Verarbeitungsverfahren zu verfügen,
bei dem die Präzision
ohne das Auftreten von Sprödbruch
und ohne dass danach Polieren erforderlich ist, angepasst werden
kann.
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Es
wird auch ein Bearbeitungswerkzeug vorgeschlagen, bei dem Schleifleinen
an einer Platte angebracht ist, um das Auftreten von Sprödbruch zu
vermeiden. Da die Bearbeitungsgeschwindigkeit aufgrund der Abnutzung
des Schleifleinens während
des Verfahrens schrittweise reduziert wird, muss das Bearbeitungswerkzeug
häufig
ersetzt werden, was einen Arbeits- und Zeitaufwand bedeutet. Es
besteht der Wunsch, über ein
Bearbeitungsverfahren zu verfügen,
bei dem die teilweise Bearbeitung in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft
mit konstanter Bearbeitungsgeschwindigkeit erfolgen kann, ohne dass
Sprödbruch
auftritt und anschließendes
Polieren erforderlich ist.
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Das
Ziel hierin ist es, neue und nützliche
Bearbeitungsverfahren zur Herstellung von großformatigen Substraten, typischerweise
von Substraten zur Bildung von großformatigen Photomasken, mit
hoher Flachheit bereitzustellen. Bevorzugte Ziele umfassen die teilweise
Bearbeitung bei beibehaltener oder konstanter Bearbeitungsgeschwindigkeit,
was einen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet, wobei Sprödbruch und
der Bedarf nach anschließendem
Polieren vermieden werden.
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Die
Flachheit eines großformatigen
Substrats, typischerweise eines Substrats zur Bildung von großformatigen
Photomasken, kann durch das Messen der Flachheit einer Oberfläche oder
entgegengesetzter Oberflächen,
vorzugsweise entgegengesetzter Oberflächen, eines großformatigen
Ausgangssubstrats mit einer Diagonallänge von zumindest 500 mm, und
gegebenenfalls der Parallelität
des Substrats, vorzugsweise bei senkrechtem Halten des Substrats,
und das teilweise Entfernen erhöhter
Abschnitte (und vorzugsweise erhöhter
Abschnitte und dicker Abschnitte der entgegengesetzten Oberflächen des
Substrats, wenn die Parallelität
auch verbessert werden soll) durch ein Bearbeitungswerkzeug, basierend
auf den Messdaten, verbessert werden, wobei die Flachheit, und gegebenenfalls
die Parallelität,
des Substrats verbessert werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben festgestellt, dass, wenn das Bearbeitungswerkzeug so gestaltet
wird, dass es eine Aufschlämmung
aus Mikroteilchen (z.B. Ceroxid, Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid,
vorzugsweise mit einer Teilchengröße von bis zu 3 μm) in Wasser
mithilfe von Druckluft gegen das Substrat schleudert, das großformatige
Substrat auf ökonomische
Weise bearbeitet wer den kann, so dass es eine höhere Flachheit aufweist, ohne
dass es zu Sprödbruch
auf der Substratoberfläche
kommt.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
großformatigen synthetischen
Quarzglassubstrats bereit, das folgende Schritte umfasst:
Messen
der Flachheit einer Oberfläche
oder von entgegengesetzten Oberflächen eines großformatigen
synthetischen Quarzglassubstrats mit einer Diagonallänge von
zumindest 500 mm;
Bereitstellen einer Aufschlämmung von
Mikroteilchen in Wasser; und
teilweises Entfernen erhöhter Abschnitte
auf der einen Oberfläche
oder auf den entgegengesetzten Oberflächen des Substrats durch den
Einsatz eines Bearbeitungswerkzeugs, mit dem die Aufschlämmung von
Mikroteilchen in Wasser mithilfe von Druckluft gegen das Substrat
geschleudert wird, und zwar auf der Grundlage von Messdaten, um
so die Flachheit des Substrats zu verbessern,
worin die Mikroteilchen
aus Ceroxid, Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid bestehen und die
Druckluft einen Druck von 0,05 bis 0,5 MPa aufweist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Messschritt das Messen der Flachheit von entgegengesetzten
Oberflächen
eines großflächigen Substrats
und das Messen ihrer Parallelität;
und der Schritt des teilweisen Entfernens umfasst die teilweise
Entfernung von erhöhten
Abschnitten und dicken Abschnitten auf den entgegengesetzten Oberflächen des
Substrats mithilfe eines Bearbeitungswerkzeugs auf der Grundlage von
Messdaten.
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Die
Mikroteilchen bestehen aus Ceroxid, Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid
und weisen vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von bis zu 3 μm auf. Die
Druckluft hat einen Druck von 0,05 bis 0,5 MPa. Das großformatige
Substrat ist ein synthetisches Quarzglassubstrat und vorzugsweise
ein Substrat für
die Array-Seite von TFT-Flüssigkristallen.
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Die
Erfinder sind der Ansicht, dass ein großformatiges Substrat unter
Einsatz solcher Verfahren bearbeitet werden kann, ohne dass Sprödbruch der
Substratoberfläche
verursacht wird, wodurch der Arbeits- und Zeitaufwand eliminiert
wird, der sonst durch das anschließende Polieren zur Beibehaltung
der Maschinenpräzision
entsteht. Somit kann ein großformatiges
Substrat mit einer hohen Flachheit auf ökonomische Weise erhalten werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt Lichtwege durch ein Photomaskensubstrat
bei Belichtung, wobei 1A und 1B jeweils
ein Substrat mit konkaver bzw. konvexer Oberfläche zeigen.
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2 zeigt das Polieren eines Substrats durch
Bearbeitungsplatten, wobei 2A eine
Seitenansicht ist, die die Form eines senkrecht gehaltenen Substrats
zeigt, 2B eine Seitenansicht ist, die
die Form des Substrats zeigt, das sich während der Bearbeitung an die
Platten anpasst, und 2 die Reaktionskraft
zeigt, die auf die untere Platte wirkt.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungsvorrichtung.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Quermodus eines Bearbeitungswerkzeugs
zeigt.
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WEITERE ERLÄUTERUNGEN; OPTIONEN UND BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
großformatigen
Substrate, mit denen sich die vorliegende Erfindung beschäftigt, sind:
synthetische
Quarzglassubstrate, die typischerweise als Substrate zur Bildung
von Photomasken und als Substrate für Array-Seiten von TFT-Flüssigkristallplatten
eingesetzt werden. Die Substrate weisen eine Diagonallänge von
zumindest 500 mm, vorzugsweise von 500 mm bis 2.000 mm, auf. Die
großformatigen
Substrate können
quadratisch, rechteckig, rund oder dergleichen sein. Im Fall von
runden Substraten bezieht sich die Diagonallänge auf den Durchmesser. Die
Dicke des großformatigen
Substrats beträgt
vorzugsweise 1 mm bis 20 mm, noch bevorzugter 5 mm bis 12 mm, wenngleich
diese nicht wesentlich ist. Es ist anzumerken, dass ein abzuflachendes
Substrat ein Paar entgegengesetzter Hauptoberflächen aufweist, die oft als
Vorder- und Rückseiten
bezeichnet werden.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst den ersten Schritt
des Messens der Flachheit einer Oberfläche oder entgegengesetzter
Oberflächen
(der Vorder- und Rückseite)
eines großformatigen
Substrats, das abgeflacht werden soll. Wenn gewünscht wird, die Parallelität des Substrats
ebenfalls zu verbessern, umfasst der Messschritt das Messen der
Flachheit der gegenüberliegenden
Oberflächen
eines großformatigen Substrats
und das Messen der Parallelität
der entgegengesetzten Oberflächen
des Substrats. Um die gesamte Bearbeitungszeit zu reduzieren, wurde
die Ausgangsplatte in einer bevorzugten Ausführungsform, z.B. durch eine
Poliermaschine für
eine oder zwei Seiten, hochglanzpoliert, um eine Anfangsflachheit
und/oder Parallelität
bereitzustellen, die so hoch ist, wie es unter Einsatz solcher Mittel
möglich
ist. Die Erfindung funktioniert mit Substraten mit einer rauen Oberfläche, wie
z.B. einem geläppten
Substrat, wobei dies aufgrund einer längeren Bearbeitungszeit in
wirtschaftlicher Hinsicht nachteilig ist. Um die Flachheit und Parallelität zu messen,
kann beispielsweise eine Flachheitstestvorrichtung FTT-1500 von
Kuroda Precision Industries Ltd. eingesetzt werden. Es wird empfohlen,
dass die Messung der Flachheit und der Parallelität durchgeführt werden,
während das
Substrat senkrecht gehalten wird, um die Verformung des Substrats
durch sein Eigengewicht zu verhindern.
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Als
Nächstes
werden die Messdaten in einem Computer als Höhendaten an verschiedenen Positionen auf
der relevanten Oberfläche
des Substrats (oder der Vor der- und Rückseite, wenn die Flachheit
auf beiden Oberflächen
gemessen wurde) gespeichert, und zusätzlich dazu als Dickedaten,
wenn die Parallelität
auch gemessen wurde. Um die Flachheit der abzuflachenden Substratoberfläche, d.h.
der Substratoberfläche,
deren Flachheit gemessen wurde (gewöhnlicherweise die Vorder- und Rückseite
des Substrats, wenn beide Oberflächen
abgeflacht werden sollen), auf Grundlage dieser Daten zu korrigieren,
wird die Materialmenge berechnet, die in verschiedenen Bereichen
der Oberflächen
entfernt werden soll, z.B. unter Einsatz der Fläche des kleinsten Quadrats,
die für
die abzuflachende Oberfläche
(beide Oberflächen,
wenn beide Oberflächen
abgeflacht werden sollen) berechnet wurde, als Bezugsoberfläche, so
dass die resultierende Höhe
dem niedrigsten Punkt auf der abzuflachenden Oberfläche nahe
kommt. Ein entsprechendes Entfernungsmuster (z.B. ein Verweilzeitmuster)
für das
Bearbeitungswerkzeug in den verschiedenen Bereichen der Oberfläche(n) wird
anhand dessen berechnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform,
bei der auch die Parallelität
verbessert wird, wird die Parallelität, die das Substrat am Ende
des Abflachverfahrens erreichen wird, berechnet. Um die Parallelität zu korrigieren,
wird eine Materialmenge berechnet, die zu entfernen ist, damit die
resultierende Dicke dem Bereich der Substratoberfläche nahe
kommt, deren Dicke als die geringste berechnet wird. Dann wird ein
Entfernungs-(z.B. ein Verweilzeit-)Muster für das Bearbeitungswerkzeug
anhand dessen berechnet.
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In
diesem Fall kann die Rückseite,
wenn diese annehmbar flach ist, als Bezugsoberfläche herangezogen werden, und
die Verweilzeit des Bearbeitungswerkzeugs wird so berechnet, dass
die Vorderseite parallel zu der Rückseite wird. Anhand dieser
Verweilzeit kann in Kombination mit der zuvor berechneten Verweilzeit, die
für das
Abflachen der Vorderseite erforderlich ist, die endgültige Verweilzeit
des Bearbeitungswerkzeugs bestimmt werden, die für die Bearbeitung der Oberflächen erforderlich
ist. Noch bevorzugter wird eine Ebene in dem Substrat angenommen,
zu der die zu bearbeitenden Oberflächen parallel sind, und es
wird eine Verweilzeit für
die Vorder- und die Rückseite
berechnet, so dass die Dicke der anderen Positionen auf der Vorder- und
Rückseite
der Dicke an der Position auf der Vorder- und Rückseite nahe kommt, die dem
dünnsten
Abschnitt auf der Substratoberfläche
entspricht. Unter Einsatz der Verweilzeit in Kombination mit der
zuvor berechneten Verweilzeit, die für das Abflachen der Vorder-
und Rückseite
erforderlich ist, kann eine endgültige Materialmenge,
die zu entfernen ist, und somit eine endgültige Verweilzeit bestimmt
werden, die für
das Bearbeitungswerkzeug an jeder Position zur Korrektur von Flachheit
und Parallelität
auf beiden Oberflächen
erforderlich ist. Dann wird das Substrat auf jeder Oberfläche bearbeitet,
während
die Geschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeugs auf jeder Oberfläche zur
Steuerung der Verweilzeit gemäß dem Plan
der endgültigen
Verweildauer gesteigert oder reduziert wird.
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Die
obenstehende Beschreibung bezieht sich auf die Anpassung der Verweilzeit
des Bearbeitungswerkzeugs in einem bestimmten Bereich, z.B. durch
die Steuerung der Geschwindigkeit, in der es sich über die
Oberfläche
bewegt. Zusätzlich
oder alternativ dazu kann die Anpassung die Anpassung der Intensität des Aufschlämmungsstrahls,
z.B. des Luftdrucks, umfassen, wie später beschrieben wird.
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Das
hierin verwendete Bearbeitungswerkzeug ist so angepasst, dass es
eine Aufschlämmung
aus in Wasser suspendierten Mikroteilchen mithilfe von Druckluft
gegen das Substrat schleudert. Wenn die Mikroteilchen nicht in Wasser
suspendiert sind, wie beispielsweise im Fall einer trockenen Sandstrahlbehandlung,
besteht die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Sprödbruch kommt. Das liegt daran,
dass die Wahrscheinlichkeit, dass sich Mikroteilchen zu größeren Teilchen
zusammenballen, größer ist,
wenn ihre Teilchengröße abnimmt, und
dass es zu Sprödbruch
kommen kann, wenn solche größeren Teilchen
auf der Substratoberfläche
auftreffen.
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Die
zur Bildung der Aufschlämmung
für das
Bearbeitungswerkzeug in Wasser suspendierten Teilchen sind aus Ceroxid,
Siliciumdioxid und Aluminiumoxid ausgewählt. Die Mikroteilchen weisen
vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von bis zu 3 μm, noch bevorzugter
von 0,5 μm
bis 2 μm,
auf. Bei einer mittleren Teilchengröße von mehr als 3 μm kann es
als Folge der Bearbeitung zum Auftreten von Mikrosprüngen auf
der Substratoberfläche
kommen. Bei einer mittleren Teilchengröße von weniger als 0,5 μm kann es
zu einer geringeren Entfernungsrate kommen, wodurch eine längere Bearbeitungszeit
erforderlich wird. Die mittlere Teilchengröße wird, wie hierin verwendet,
durch ein Teilchengrößenverteilungsmessgerät des Laserlichtstreuungstyps,
einen Counter-Counter oder dergleichen bestimmt.
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Die
Menge an Mikroteilchen in der Aufschlämmung beträgt vorzugsweise zumindest 2
Gew.-%, noch bevorzugter zumindest 5 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt sie nicht
mehr als 30 Gew.-%, noch bevorzugter nicht mehr als 15 Gew.-%. Eine
zu geringe Mikroteilchenkonzentration kann die Bearbeitungszeit
verlängern.
Eine zu hohe Mikroteilchenkonzentration kann zu einer unzureichenden
Dispersion der Mikroteilchen im Wasser führen, was ermöglicht,
dass die Mikroteilchen Agglomerate bilden, die dazu neigen, Mikrosprünge auf
der Substratoberfläche
zu erzeugen. Die Aufschlämmung
kann durch herkömmliche
Verfahren hergestellt werden. Zu der Aufschlämmung können Additive zugesetzt werden,
wie z.B. Dispersionsmittel zur Unterstützung der Dispersion der Mikroteilchen,
und Tenside, um das Austrocknen zu verhindern oder die Reinigungsfähigkeit
zu verbessern.
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Unter
Einsatz von Luftdruck wird die Aufschlämmung gegen das Substrat geschleudert.
Der Luftdruck wird an die Art der Mikroteilchen und den Abstand
zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Substrat angepasst und
kann nicht eindeutig festgelegt werden. Vorzugsweise wird der Luftdruck
durch Beobachtung der Entfernungsrate sowie des Auftretens oder
Nicht-Auftretens von Sprödbruch
angepasst. Der Luftdruck beträgt
0,05 bis 0,5 MPa, vorzugsweise 0,05 MPa bis 0,3 MPa. Ein Luftdruck
von weniger als 0,05 MPa kann eine längere Bearbeitungszeit bedingen,
während
ein Luftdruck von mehr als 0,5 MPa die Entstehung von Mikrosprüngen in
der Substratoberfläche
verursachen kann.
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Die
Struktur, die so ausgerichtet ist, dass sie die Aufschlämmung mithilfe
von Luftdruck gegen das Substrat schleudert, ist nicht speziell
beschränkt.
Eine typische Struktur besteht aus einer doppelröhrigen Düse, in der die Aufschlämmung durch
das zentrale Röhrchen
und Luft durch den umgebenden Raum zugeführt wird. Die Geschwindigkeit
der Aufschlämmung
und der Luft variieren in Abhängigkeit
von der Düsengröße, wenngleich
sie vorzugsweise angepasst werden, dass das A/B-Verhältnis 20
bis 500, noch bevorzugter 50 bis 300, beträgt, vorausgesetzt, dass die
Geschwindigkeit der Aufschlämmung
A ml/min und die Geschwindigkeit der Luft B Nm3/min
beträgt.
Ein A/B-Verhältnis
von weniger als 20 kann eine längere
Bearbeitungszeit bedingen, während
ein A/B-Verhältnis
von mehr als 500 die Entstehung von Mikrosprüngen auf der Substratoberfläche verursachen
kann.
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In
Hinblick auf das Bearbeitungsverfahren zur Anpassung von Parallelität und Flachheit
kann die Bearbeitung beispielsweise unter Einsatz einer in 3 dargestellten
Vorrichtung erfolgen. In 3 wird ein Substrat 1 auf
einer Plattform 10 gehalten, und ein Bearbeitungswerkzeug 11 kann
in X- und Y-Richtung über
das Substrat 1 bewegt werden. Die Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 11 kann
computergesteuert erfolgen. Eine äquivalente Bearbeitung ist
mit einem X-θ-Mechanismus
möglich.
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In
einer Ausführungsform,
bei der ein solches Bearbeitungswerkzeug eingesetzt wird, um eine
Oberfläche
von Interesse (eine Oberfläche
oder beide Oberflächen)
eines großformatigen
Substrats zu bearbeiten, so dass es eine gewünschte Flachheit und gegebenenfalls
eine gewünschte
Parallelität
aufweist, werden erhöhte
Abschnitte und dicke Abschnitte auf der Substratoberfläche von
Interesse teilweise durch das Bearbeitungswerkzeug in Übereinstimmung
mit der Verweilzeit desselben an jedem Punkt, der anhand der Messdaten berechnet
wurde, entfernt.
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Die
Bezeichnung "erhöhte Abschnitte" bezieht sich, wie
hierin verwendet, auf die Abschnitte auf einer abzuflachenden Oberfläche, die
höher sind
als der niedrigste Punkt, wenn die Fläche des kleinsten Quadrats als
Bezugsoberfläche
herangezogen wird. Die Bezeichnung "dicke Abschnitte" bezieht sich, wie hierin verwendet,
auf die Abschnitte, die dicker als der Abschnitt sind, der als der
dünnste
bestimmt wurde, wenn die Bearbeitung auch zur Anpassung der Parallelität bestimmt
ist.
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In
der oben angeführten
Ausführungsform
wird die Geschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeugs, während der
Druck der Druckluft des Bearbeitungswerkzeugs kon stant eingestellt
wird, an dem Punkt, an dem eine größere Materialmenge entfernt
werden soll, reduziert, um die Verweilzeit zu steigern. An dem Punkt,
an dem eine geringere Materialmenge entfernt werden soll, wird die
Geschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeugs andererseits beschleunigt,
um die Verweilzeit zu reduzieren. Die Bearbeitung erfolgt, indem
die Verweilzeit auf diese Weise gesteuert wird.
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Die
Bearbeitung kann anstatt dessen auch durch eine Steuerung des Drucks
erfolgen, während
die Geschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeugs konstant eingestellt
wird, wie z.B. durch eine Steigerung des Drucks der Druckluft des
Bearbeitungswerkzeugs an dem Punkt, an dem eine größere Materialmenge
zu entfernen ist, und eine Reduktion des Drucks der Druckluft an
dem Punkt, an dem eine geringere Materialmenge zu entfernen ist.
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In
der vorliegenden Erfindung variiert die Entfernungsrate durch die
Bearbeitung in Abhängigkeit
von der Teilchengröße der suspendierten
Mikroteilchen, dem Substratmaterial, dem Luftdruck, dem Abstand
zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und der Substratoberfläche und
dergleichen. Es ist dann erforderlich, dass die Bearbeitungseigenschaften
zuvor unter Einsatz des verwendeten Bearbeitungswerkzeugs und der
eingesetzten Bearbeitungsbedingungen bestimmt werden, und anhand
dessen dann die Verweilzeit und der Druck der Druckluft des Bearbeitungswerkzeugs
bestimmt werden.
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Vorzugsweise
erfolgt die Bearbeitung auf der Vorder- und Rückseite, wobei die Flachheit
beider Oberflächen
verbessert wird. Noch bevorzugter erfolgt die Verarbeitung auch
zur Verbesserung der Parallelität.
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Vorausgesetzt,
dass das großformatige
Substrat vor der Bearbeitung auf der Vorder- und Rückseite eine Flachheit von
10 bis 50 μm,
insbesondere von 10 bis 30 μm,
und eine Parallelität
von 2 bis 30 μm,
insbesondere von 2 bis 15 μm,
aufweist, kann die Bearbeitung von ausschließlich der Vorder- und Rückseite,
wie hierin vorgeschlagen, zum Erhalt eines Substrats mit einer Flachheit
von 2 bis 20 μm,
insbesondere von 2 bis 10 μm,
auf der Vorder- und Rückseite
und einer Parallelität
von 1 bis 20 μm,
insbesondere von 1 bis 10 μm, führen und
tut dies vorzugsweise auch. Das bedeutet, dass die Flachheit auf
der Vorder- und Rückseite
nach der Bearbeitung 1/2 bis 1/20, insbesondere 1/5 bis 1/20, der
Werte vor der Bearbeitung entspricht und die Parallelität nach der
Bearbeitung 1/2 bis 1/10, insbesondere 1/5 bis 1/10, der Werte vor
der Bearbeitung entspricht. Wenngleich diese Verbesserungen durch
die Bearbeitung der Vorder- und Rückseite erfolgen, kann auch
nur die Vorderseite bearbeitet werden, wenn nur für diese
Oberfläche
eine bestimmte Flachheit erforderlich ist.
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Bei
einer Bearbeitung wie oben beschrieben ist eine Nachbearbeitung
nicht immer erforderlich. Im Zusammenhang mit dem Oberflächenpolieren
kann das Polieren durch das erfindungsgemäße Verfahren dem Nachpolieren
entsprechen.
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Durch
die hierin beschriebenen Herstellungsverfahren können erhöhte Abschnitte und dicke Abschnitte
des Substrats selektiv entfernt werden, ohne dass Sprödbruch verursacht
wird. Dadurch besteht nicht länger ein
Bedarf nach anschließendem
Polieren, d.h. ein Bedarf nach der Steuerung der Maschinenpräzision in
den folgenden Schritten. Ein hochflaches Substrat kann in kurzer
Zeit hergestellt werden.
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BEISPIELE
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Beispiele
der vorliegenden Erfindung werden untenstehend zur Veranschaulichung
und nicht zur Einschränkung
angeführt.
In den Beispielen wurden die Flachheit und die Parallelität unter
Einsatz einer Flachheitstestvorrichtung FTT-1500 von Kuroda Precision
Industries Ltd. gemessen.
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Beispiel 1
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Ein
Ausgangssubstrat wurde durch Läppen
eines synthetischen Quarzsubstrats mit den Dimensionen 520 mm × 800 mm
(Diagonallänge
954 mm) × 10,5
mm (Dicke) mithilfe einer Planetenläppmaschine für zwei Seiten
unter Einsatz der Schleifmittel GC#600 (Fujimi Abrasive Co., Ltd.)
und das darauffolgende Polieren beider Oberflächen unter Einsatz von Ceroxidschleifmitteln
mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm hergestellt. Das
Ausgangssubstrat war präzise
mit einer Flachheit von 20 μm
auf der Vorderseite, einer Flachheit von 22 μm auf der Rückseite und einer Parallelität von 4 μm und wies
eine Form mit einem höheren
zentralen Abschnitt auf.
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Das
Ausgangssubstrat wurde auf der Plattform 10 der in 3 dargestellten
Vorrichtung angebracht. Das Bearbeitungswerkzeug 11 konnte
in X- und Y-Richtung bewegt werden und war im Wesentlichen parallel zu
der Plattform 10. Die Düse
des Bearbeitungswerkzeugs 11 zum Ausschleudern der Aufschlämmung war 100
mm von der Oberfläche
des Substrats 1 beabstandet. Das Bearbeitungswerkzeug 11 wies
eine Doppelröhrenanordnung
auf, bei der eine Aufschlämmung
durch das zentrale Röhrchen
und Luft durch den umgebenden ringförmigen Raum zugeführt wird,
um die durch die Luft getragene Aufschlämmung gegen das Substrat zu
schleudern. Die eingesetzte Aufschlämmung wurde durch das Suspendieren
von Ceroxid-Mikroteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm in Wasser
zur Bildung einer Aufschlämmung
mit 10 Gew.-% hergestellt.
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Das
Bearbeitungsverfahren umfasste das kontinuierliche Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs
parallel zur X-Achse, dann die Veränderung des Abstands oder der
Entfernung um 10 mm in Y-Achsenrichtung usw., wie in 4 dargestellt.
Während
des Verfahrens betrug die Geschwindigkeit der Aufschlämmung 400 ml/min,
der Luftdruck 0,3 MPa und die Geschwindigkeit der Luft 2 Nm3/min. Anhand von zuvor gemessenen Werten
wurde berechnet, dass die Bearbeitungsrate unter diesen Bedingungen
1 μm/min
betrug und an Positionen nahe des Umfangs niedriger eingestellt
wurde. Die Geschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeugs betrug 50 mm/s
in dem Abschnitt, in dem gemäß den Berechnungen
die geringste Materialmenge entfernt werden sollte. Die Geschwindigkeit
des Bearbeitungswerkzeugs an einer bestimmten Stelle im Verlauf
des Substrats wird anhand der erforderlichen Verweilzeit des Bearbeitungswerkzeugs
an dieser Position berechnet, die wiederum durch die Bearbeitungsgeschwindigkeit
und das Bearbeitungsprofil bestimmt wird. Die Bearbei tungsposition
wird durch die entsprechende Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs
verlagert. Auf diese Weise wurden beide Hauptoberflächen des
Substrats bearbeitet.
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Das
bearbeitete Substrat wies präzise
eine Flachheit von 3,6 μm
auf der Vorderseite, eine Flachheit von 3,7 μm auf der Rückseite und eine Parallelität von 2,1 μm auf, wobei
kein Sprödbruch
auftrat.
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Beispiel 2
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Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, nur dass Ceroxid-Mikroteilchen
mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μm eingesetzt
wurden.
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Beispiel 3
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Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, nur dass Aluminiumoxid-Mikroteilchen
mit einer mittleren Teilchengröße von 2 μm eingesetzt
wurden.
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Beispiel 4
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Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, nur dass Siliciumdioxid-Mikroteilchen
mit einer mittleren Teilchengröße von 2 μm eingesetzt
wurden.
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Beispiel 5
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Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, nur dass der Luftdruck
0,5 MPa betrug.
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Beispiel 6
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Das
Ausgangssubstrat wies eine Flachheit von 22 μm auf der Vorderseite, eine
Flachheit von 24 μm auf
der Rückseite
und eine Parallelität
von 15 μm
auf. Es wurde wie in Beispiel 1 bearbeitet.
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Die
Ergebnisse aus den Beispielen 1 bis 6 sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1
| | Flachheit vor
Bearbeitung Vorderseite/Rückseite
(μm) | Parallelität vor Bearbeitung (μm) | Luftdruck (MPa) | Mikroteilchen
und Größe | Flachheit nach
Bearbeitung Vorderseite/Rückseite
(μm) | Parallelität nach Bearbeitung
(μm) | Sprödbruch |
| Bsp.
1 | 20/22 | 4 | 0,3 | Ceroxid
1 μm | 3,6/3,7 | 2,1 | kein |
| Bsp.
2 | 18/18 | 5 | 0,3 | Ceroxid
3 μm | 2,5/3,0 | 2,2 | kein |
| Bsp.
3 | 22/17 | 8 | 0,3 | Aluminiumoxid
2 μm | 2,8/3,3 | 1,9 | kein |
| Bsp.
4 | 20/20 | 6 | 0,3 | Siliciumdioxid
2 μm | 3,0/2,9 | 2,4 | kein |
| Bsp.
5 | 22/19 | 5 | 0,5 | Ceroxid
1 μm | 2,3/3,5 | 2,3 | kein |
| Bsp.
6 | 22/24 | 15 | 0,3 | Ceroxid
1 μm | 3,5/3,9 | 2,3 | kein |
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Vergleichsbeispiel 1
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Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, nur dass Aluminiumoxidteilchen
mit einer mittleren Teilchengröße von 10 μm in trockenem
Zustand, ohne in Wasser suspendiert zu werden, gegen das Substrat geschleudert
wurden.
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Vergleichsbeispiel 2
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Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, nur dass Ceroxidteilchen
mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm in trockenem
Zustand, ohne in Wasser suspendiert zu werden, gegen das Substrat
geschleudert wurden.
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Die
Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 2
| | Flachheit vor
Bearbeitung Vorderseite/Rückseite
(μm) | Parallelität vor Bearbeitung (μm) | Luftdruck (MPa) | Mikroteilchen
und Größe | Flachheit nach
Bearbeitung Vorderseite/Rückseite
(μm) | Parallelität nach Bearbeitung
(μm) | Sprödbruch |
| Vergl.-Bsp. 1 | 22/18 | 8 | 0,3 | Aluminiumoxid
10 μm | 3,2/3,2 | 2,5 | überall |
| Vergl.-Bsp. 2 | 20/16 | 6 | 0,3 | Ceroxid
1 μm | 3,2/3,8 | 2,9 | stellenweise |