JP2004314294A - マスクブランクス用基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 表面に研磨パッドが貼られた研磨定盤と、該研磨定盤上に載置するマスクブランクス用基板を保持するワーク保持手段とを有し、前記ワーク保持手段に保持された前記研磨パッド側のマスクブランクス用基板表面に研磨剤を供給して、前記マスクブランクス用基板と前記研磨パッドが相対運動することによりマスクブランクス用基板の表面を研磨する場合、研磨剤として、研磨剤の平均粒径が0.5〜3μmの凹系研磨剤と、研磨剤の平均粒径が0.03〜0.9μmの凸系研磨剤とを混合した研磨剤であって、前記凹系研磨剤と前記凸系研磨剤の平均粒径が異なる研磨剤を用いる。
【選択図】 図3
Description
そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、高い平坦度をするマスクブランクス用基板を安定して得ることのできるマスクブランクス用基板の製造方法の提供を目的とする。
第一は、研磨剤種が異なると、基板の表面形状(凹凸状態)とその程度が変化するということである。すなわち、ある種の結晶子を含む研磨剤を用いて研磨を行うと基板の表面形状が凹状になり、他のある種の結晶子を含む研磨剤を用いて研磨を行うと基板の表面形状が凸状になった。換言すると、研磨剤には、研磨によって基板の表面形状を凸状にする凸系研磨剤と、凹状にする凹系研磨剤のあることが判明した。
第二は、同一の研磨剤種(たとえば、酸化セリウム)を含む研磨剤を用いて研磨を行った場合でも、経時的に基板の平坦度が変化し、さらに、基板の表面形状が凸状から凹状に変化したり、凹状から凸状に変化するということである。
上記のように、研磨剤に含まれる結晶子の種類及び研磨剤の平均粒径ごとに特性があり、しかも、その特性が経時的に変化するということは、今まで、わからなかった。
これらのことは、片面研磨、両面研磨でも同じ傾向にあったが、連続研磨時における基板の凹状化及び平坦度の悪化は、両面研磨の場合に顕著であった。
なお、本発明における研磨剤の平均粒径は、光回折法により測定して得られた平均粒径とする。
好ましくは、前記凹系研磨剤の比表面積が2〜15m2/gである研磨剤を使用することによって、より安定した高い平坦度を有するワークを得ることができる。さらに好ましくは、凹系研磨剤の比表面積が4〜12m2/gが望ましい。
なお、比表面積は、単位重量の研磨剤中に含まれる全結晶子の表面積の総和(単位:m2/g)で表される。本発明における比表面積は、BET法により測定して得られた比表面積とする。
また、前記研磨パッドは、スウェードタイプの研磨パッドとすることによって、より凸系研磨剤、凹系研磨剤の作用を高めることができ、平坦度の制御性を向上させることができる。
また、前記研磨剤における凸系研磨剤と凹系研磨剤の混合比率は、ワーク表面の平坦度が所定値以下となるように決定することが好ましい。
このように、凸系研磨剤と凹系研磨剤の混合比率を研磨工程中に変更すると、研磨工程中に変化するマスクブランクス用基板の表面形状に応じた適切な研磨剤を選択使用することができる。
このように研磨剤として、酸化セリウムを用いると研磨効率が向上し、コロイダルシリカを用いた精密研磨の前工程で用いると、特に有効である。また、定盤精度が30μm以下(0を含まない)の研磨定盤を用いると研磨剤による基板表面の制御が容易となる。なお、定盤精度は、研磨パッドが貼られる側の研磨常磐の表面について、ある基準長さでその表面形状を測定したときに、最小自乗法で算出される基準面に対する表面形状における最大値と最小値との差で表される。
表面の高い平坦度と高い平滑性が要求されるマスクブランクス用基板の製造方法において、上記研磨方法も用いると、要求通りの平坦度及び平滑性、あるいはそれに近い平坦度及び平滑性のマスクブランクス用基板を得ることができる。
[研磨装置の概略説明]
まず、本発明のマスクブランクス用基板の製造方法を実施するための研磨装置の一例を、図1を参照して説明する。
図1に示すように、研磨装置は、下定盤10、上定盤20、太陽歯車30、内歯歯車40、キャリア50、研磨剤供給手段60などで構成される遊星歯車方式の研磨加工部を備えている。
また、上定盤20及び上部支持部材22は、垂直軸Aに沿って昇降自在に支持されるとともに、図示しない上定盤昇降駆動部の駆動によって昇降動作される。
なお、キャリア50は、キャリアに形成された孔に、ワークW(マスクブランクス用基板)の保持具をゆるく挿入して使用するダブルキャリア方式のものであってもよい。
つまり、キャリア50に保持されたワークW(マスクブランクス用基板)を上定盤20及び下定盤10で挟持し、この状態でキャリア50を公転及び自転させることにより、ワークW(マスクブランクス用基板)の上下両面が研磨加工される。
研磨剤貯留部61は、水平面上に環状の研磨剤貯溜路を形成しており、複数の支柱部材63を介して、上部支持部材22の上方位置に設けられている。
なお、図示は省略するが、研磨領域に供給された研磨剤は、所定の回収路を経由して、タンクに回収された後、ポンプ及びフィルタが介在する還元路を経由して、再び研磨剤貯留部61に送られる。
片面研磨装置の場合、研磨定盤は一つとなり、ワーク保持手段は、真空吸着やリテーナーなどを備えたプレッシャープレートを用いる。片面研磨方法は、プレッシャープレートに保持されたワークを、一方向に回転する研磨パッドが貼設された研磨定盤に押し当て、ワークの一方の表面を研磨する。プレッシャープレートは通常、研磨定盤の回転方向と同一方向に回転し、さらには揺動させて研磨を行う。
本発明のマスクブランクス用基板の製造方法は、後述するワーク(マスクブランクス用基板)の研磨方法を行う研磨工程を有する。なお、以下でいうワークは、研磨する対象物であって、マスクブランクス用基板を意味する。
つぎに、本発明のワーク研磨方法の一実施形態について説明する。
ワークを研磨するときは、下定盤10、上定盤20、太陽歯車30(内歯歯車40)の回転が停止した状態で、上定盤20を上昇させ、下定盤10と上定盤20を離間させる。この状態で、キャリア50のワーク保持孔50aにワークWをセットする。
なお、歯車駆動は、太陽歯車30、内歯歯車40の両方、又はいずれか一方でもよい。また、上定盤20、下定盤10の回転動作は必要に応じて行う。
研磨加工がなされたワークをキャリア50のワーク保持孔50aより搬出する。
研磨剤は、たとえば、炭化珪素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、コロイダルシリカなどである。
本実施形態では、ワーク表面を研磨したときに、ワーク表面の任意に設けた基準面に対するワーク表面の表面初期形状が凸形状となる凸系研磨剤と、凹状となる凹系研磨剤とを所定の比率で混合したものを用いる。
凸系研磨剤と凹系研磨剤の混合比率は、研磨工程中の任意の時期に変更することができる。たとえば、1バッチ工程内、1バッチごと、複数バッチ工程内、複数バッチごとに変更することができる。すなわち、1バッチまたは複数バッチ内において連続的に研磨剤の比率を変更しても、1バッチごと又は複数バッチごとに段階的に研磨剤の比率を変更してもよい。なお、ここでいう1バッチは、上述の研磨装置によって複数枚のワークを一度に研磨することができる複数枚のワークを1バッチとする。
なお、ここで、経時的とは、1バッチ内、複数バッチ内及び複数バッチにわたるなかにおける経時を意味する。
平均粒径が0.5〜3μmの研磨剤としては、たとえば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、ダイヤモンド、炭化珪素などが挙げられる。また、平均粒径が0.03〜0.9μmの研磨剤としては、たとえば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マンガン、コロイダルシリカ、ダイヤモンド、炭化珪素などが挙げられる。
このような知見にもとづけば、研磨剤の平均粒径を基準にして研磨剤種を選択することもできる。
しかしながら、洗浄性や傷発生防止などの観点からすると、なるべく同一種のものを使用することが好ましい。研磨後のワーク表面の表面形状が凸状、凹状のものが得られる研磨剤種としては、酸化セリウムがある。
この酸化セリウムは、一般に、コロイダルシリカを使った精密研磨を実施する場合においては、コロイダルシリカによる精密研磨工程の前の研磨工程で使用される。コロイダルシリカによる精密研磨工程は、ワークの表面を平滑にすることが主目的であり、精密研磨工程後のワークの表面形状(平坦度)は、精密研磨工程前の酸化セリウムによる研磨工程でほぼ決まる。
したがって、マスクブランクス用の基板、特に、ガラス基板を製造する場合の研磨工程などでは、酸化セリウムを含んだ研磨剤種を使用すると効果的である。
凸系研磨剤と凹系研磨剤の比率は、研磨定盤の定盤精度、研磨パッドの種類、加工条件(研磨定盤の回転数等)に応じて適宜調整される。たとえば、研磨定盤の定盤精度が30μm以下の場合、凸系研磨剤と凹系研磨剤の混合比率は、10:1〜1:10の範囲で設定することが好ましい。さらに好ましくは5:1〜1:10とし、さらには2:1〜1:10とすることが好ましい。
また、平坦度(平坦性)とは、ワーク表面の表面側に任意に設けた基準面からワーク表面内における表面形状の最大高さと最小高さの差(測定面から最小自乗法で算出される仮想絶対平面(焦平面)に対する測定面の最大値と最小値の差)をいう。この場合における平坦度の測定方法は特に限定されない。触針式の接触式平坦度測定方法や、光の干渉などを利用した非接触式平坦度測定方法などであってもよいが、測定精度、測定領域(広範囲)などの観点からすると非接触式平坦度測定方法が好ましい。
さらに、ワーク表面における好ましい平坦度の値(所定値)は、ワークの用途によって適宜決定される。たとえば、マスクブランクス用基板の場合、使用する露光波長、マスクにしたときにパターン位置精度や、パターン露光する際のパターン転写精度を考慮して、1μm以下、0.5μm以下、0.25μm以下を、ワーク表面における好ましい平坦度の値(所定値)とする。
たとえば、合成石英ガラス、アルミノシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス、ボロシリケートガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどが使用される。
その場合、研磨工程が進むにしたがって平均粒径が小さい研磨剤を使用する。また、基板の鏡面化の観点からすると最終研磨工程は単一の研磨剤によって研磨した方が好ましい。したがって、上記した研磨方法は、コロイダルシリカを研磨剤種とした研磨剤を用いた最終研磨工程の前の研磨工程で実施するようにすることが好ましい。
以下、本発明の実施例と、比較例について説明する。
まず、実施例と比較例にかかる研磨方法の共通する条件について説明する。
ワークとして、研削工程を終えた合成石英ガラスからなるマスクブランクス用基板(サイズ:152.4mm×152.4mm)(以下、単にガラス基板と称す。)を準備し、両面研磨装置に12枚のガラス基板をセットし、次の研磨条件で両面研磨を行った。
両面研磨装置による両面研磨は、図1に示す研磨装置を用いて行った。すなわち、円板状のキャリアに設けられた複数の保持孔にガラス基板を入れ、両面研磨装置における研磨パッドが貼設された下定盤及び上定盤により基板を挟持した状態で、上下定盤を互いに逆回転させることによって行った。これにより、ガラス基板を、自公転させながら、両面を同時に研磨した。
研磨は、10バッチ連続研磨で行い、研磨剤は、それぞれ下記のものを研磨開始から研磨終了まで循環して用いた。
また、
研磨定盤の定盤精度:5μm以下
研磨パッド:軟質ポリシャ(スウェードタイプ)
加工荷重:50〜150g/cm2
とした。
研磨液:混合研磨剤(研磨剤A+研磨剤B)+水
研磨剤A(凹系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径1μm)
研磨剤B(凸系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径0.7μm)
研磨剤A:研磨剤B=3:2
比較例1
研磨液:研磨剤A+水
研磨剤A(凹系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径1μm)
比較例2
研磨液:研磨剤B+水
研磨剤B(凸系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径0.7μm)
上述の平均粒径は、光回折法により測定した値である。
実施例1及び比較例1,2のいずれの場合も、1バッチごと12枚のガラス基板の平坦度を測定し、12枚のガラス基板の平坦度の平均値を、そのバッチの平坦度として、10バッチの平坦度を測定した。平坦度は、平坦度測定機(トロッペル社製:FM200)で測定した。測定した10バッチの平坦度の推移を図3に示す。
一方、研磨剤Aのみを使用した比較例1の場合は、10バッチ連続して研磨したときに得られるガラス基板の平坦度は、−0.9μmから−2.1μmで、絶対値は2.1μmであり、実施例1に比べて平坦度が悪化した。なお、ガラス基板の表面形状は全て凹形状となっていた。
また、研磨剤Bのみを使用した比較例2の場合は、10バッチ連続して研磨したときに得られるガラス基板の平坦度は、0.55μmから−1.1μmで、絶対値は1.1μmであり、平坦度で実施例1より良好であったが、ガラス基板の表面形状は凸形状、凹形状が混在していた。
実施例1、比較例1、2ともに、バッチを重ねるにしたがってガラス基板は凹形状になることがわかった。これは、研磨剤の破砕の進行と、研磨パッドへの研磨剤の保持量増加などによるものと考えられる。
また、ガラス基板の平均表面粗さRaは、それぞれ0.22nm(実施例1)、0.24nm(比較例1)、0.21nm(比較例2)となり、実施例1、比較例1、2ともにほぼ同じ表面粗さであった。
このように、凸系研磨剤と凹系研磨剤とを混合した研磨剤を用いることによって、ガラス基板の表面形状が揃って、かつ高い平坦度を有するガラス基板を得ることができる。
両面研磨装置への研磨剤の供給路を研磨剤Aと研磨剤Bとに分け、バッチごとにおける研磨剤Aと研磨剤Bの供給量を変更してこれらの研磨剤の配合比を制御した。その他は実施例1と同様にしてマスクブランクス用基板を作製した。
使用する研磨剤は常に新品の研磨剤が供給されるようにした。研磨剤Aと研磨剤Bの当初の配合比=3:2から、研磨剤Bの比率を次第に高めて、最終的に研磨剤Aと研磨剤Bの比率を1:10として、10バッチ連続研磨を行った。
研磨剤A : 研磨剤B
1バッチ 3 : 2
2バッチ 3 : 2
3バッチ 3 : 2
4バッチ 1 : 1
5バッチ 1 : 3
6バッチ 1 : 3
7バッチ 1 : 5
8バッチ 1 : 5
9バッチ 1 : 10
10バッチ 1 : 10
図3に示すように、常に新品の研磨剤を供給し、研磨剤Aと研磨剤Bの比率をポリシャの経時変化に合わせて制御することにより、複数バッチ連続して研磨した場合に得られるガラス基板表面の形状は、凹状と揃っており、ガラス基板の平坦度は、−0.4μmから−1.1μmと安定して高い平坦度が得られていることがわかる。
また、ガラス基板の平均表面粗さRaは、0.21nmで、実施例1と変わらなかった。
このように、1バッチあるいは複数バッチごとに凸系研磨剤と凹系研磨剤の比率を変更することによって、より一層安定して高い平坦度を有するガラス基板を得ることができることが判明した。
研磨液:コロイダルシリカ(平均粒径100nm)+水
研磨パッド:超軟質ポリシャ(スウェードタイプ)
加工荷重:50〜100g/cm2
各例それぞれ120枚のガラス基板の平坦度を測定したところ、実施例2で得られた基板表面の表面形状が凹状に揃っており、かつ高い平坦度のガラス基板を使用した場合、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の75%、平坦度1μm以下のガラス基板が97%と最も良好な結果が得られた。
実施例1で得られたガラス基板を使用した場合、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の63%、平坦度1μm以下のガラス基板が86%となった。
一方、比較例1で得られたガラス基板を使用した場合は、平坦度0.5μm以下のガラス基板が13%、平坦度1μm以下のガラス基板は58%と一番悪い結果となった。
また、比較例2で得られた基板の表面形状が凸状、凹状のばらついたガラス基板を使用した場合は、平坦度0.5μm以下のガラス基板は51%、平坦度1μm以下のガラス基板も78%と悪い結果となった。
つぎに、上述の実施例1において、研磨剤Aをさらに比表面積が2〜15m2/g(実施例3)、研磨剤Aの比表面積をさらに4〜12m2/gの範囲に調整された研磨剤を使用した以外は、実施例1と同様にして研磨を行った後、上述の超精密研磨を行ってガラス基板を得た。
その結果、実施例3の場合、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の80%、平坦度1μm以下のガラス基板が98%、また実施例4の場合、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の85%、平坦度1μm以下のガラス基板が99%となり、実施例1、2と比べてさらに良好な結果が得られた。このように、凹系研磨剤(研磨剤A)の比表面積をある範囲に抑えることによって、平坦度0.5μm、以下のガラス基板の割合が特に多くなることが確認された。
つぎに、上述の実施例1において、研磨剤A、Bを研磨剤C、Dに変更した以外は、実施例1と同様にして研磨を行った後、上述の超精密研磨を行ってガラス基板を得た。
研磨液:混合研磨剤(研磨剤C+研磨剤D)+水
研磨剤C(凹系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径3μm)
研磨剤D(凸系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径0.9μm)
研磨剤C:研磨剤D=1:1
その結果、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の65%、平坦度1μm以下のガラス基板が87%となった。
つぎに、上述の実施例1において、研磨剤A、Bを研磨剤E、Fに変更した以外は、実施例1と同様にして研磨を行った後、上述の超精密研磨を行ってガラス基板を得た。
研磨液:混合研磨剤(研磨剤E+研磨剤F)
研磨剤E(凹系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径0.5μm)
研磨剤F(凸系研磨剤)=コロイダルシリカ(平均粒径0.03μm)
研磨剤E:研磨剤F=4:3
その結果、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の60%、平坦度1μm以下のガラス基板が83%となった。
10 下定盤
20 上定盤
30 太陽歯車
40 内歯歯車
50 キャリア
60 研磨剤供給手段
Claims (6)
- 表面に研磨パッドが貼られた研磨定盤と、該研磨定盤上に載置するマスクブランクス用基板を保持するワーク保持手段とを有し、前記ワーク保持手段に保持された前記研磨パッド側のマスクブランクス用基板表面に研磨剤を供給して、前記マスクブランクス用基板と前記研磨パッドが相対運動することによりマスクブランクス用基板の表面を研磨する研磨工程を経てマスクブランクス用基板を製造するマスクブランクス用基板の製造方法であって、
前記研磨剤として、研磨剤の平均粒径が0.5〜3μmの凹系研磨剤と、研磨剤の平均粒径が0.03〜0.9μmの凸系研磨剤とを混合した混合研磨剤であって、前記凹系研磨剤と前記凸系研磨剤の平均粒径が異なる研磨剤を使用することを特徴とするマスクブランクス用基板の製造方法。 - 前記凹系研磨剤の比表面積が2〜15m2/gであることを特徴とする請求項1記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
- 前記研磨パッドは、スウェードタイプの研磨パッドであることを特徴とする請求項1又は2記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
- 前記研磨剤における凸系研磨剤と凹系研磨剤の混合比率を、ワーク表面の平坦度が所定値以下となるように決定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
- 前記研磨パッドが貼られる側の前記研磨定盤の表面について、ある基準長さでその表面形状を測定したときに、最小自乗法で算出される基準面に対する表面形状における最大値と最小値との差で表される前記研磨定盤の定盤精度が30μm以下(0を含まない)であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
- 前記研磨工程は、コロイダルシリカの研磨剤を用いた超精密研磨工程を有し、少なくとも前記超精密研磨工程の前の研磨工程で実施することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
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