JP2007001003A - 基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高平坦度の大型基板を、表面粗さを向上させると共に、高い加工安定性で製造する基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 研磨装置の容器に研磨液を満たし（ステップＳ１０）、被加工物を研磨液に浸す（ステップＳ１１）。次に、研磨液に浸された被加工物の姿勢を調整し（ステップＳ１２）、研磨液中にエアーを導入する（ステップＳ１３）。そして、エアー圧力の測定・変更（ステップＳ１４）、エアーを噴出するノズルと被加工物との間の距離の測定・変更（ステップＳ１５）、エアーが被加工物に衝突する角度の変更（ステップＳ１６）等の調整を行って被加工物に研磨加工を施した後、研磨加工され製造された基板を容器から取り出す（ステップＳ１７）。
【選択図】 図３

Description

この発明は、フォトマスク用の基板やＴＦＴ液晶用の大型基板を研磨液を用いて研磨加工することにより製造する基板の製造方法に関するものである。

従来、基板の加工は、例えば、図５に示すように、載置台１６に置かれた被加工物１２に、砥石と水等の混合物である研磨液１３をノズル１１のノズル孔から噴射し、被加工物１２に研磨液１３を衝突させることによって行われている。また、例えば、サンドブラストにより、基板上の凸部分を除去することによって基板の加工が行われている（特許文献１参照）。
特開２００３−２９２３４６号公報

ところで、例えば、大型フォトマスク用基板は、その形状が露光精度に影響を及ぼすことが知られている。即ち、平坦度の異なる２つの大型フォトマスク用基板を用いて露光を行った場合には、光路に差ができパターンのずれが生じる。また、焦点を結ぶ光学系を使用する露光装置の場合、平坦度の異なる大型フォトマスク用基板を用いることにより、フォーカス位置が露光面からずれて解像度が悪くなる。このため、更なる高精度露光の実現には、従来よりもより一層平坦度の高い大型フォトマスク用基板が必要になる。更に、一回の露光で多面取りを行い、パネルの生産性を向上させる目的から、より大型のフォトマスク用基板が必要とされており、大サイズ、且つ高平坦度の基板を、高い加工再現性で製造するための技術が必要とされている。更には、高精度露光の実現のために、基板に対するキズの要求もきびしくなってきている。

しかしながら、従来の方法では、例えば、ノズルを介して研磨液を噴射しているため、砥粒によってノズル自身が加工され、又は、ノズルが砥粒によって詰まる等により、加工再現性が悪いという問題があった。また、加工後の表面粗さが荒く、高精度露光を実現するために必要な平坦度を有する大型基板の加工には適していなかった。また、砥粒が直接基板に衝突するために、キズが発生しやすくなったり、キズの深さが深くなるという欠点があった。更に、平坦度を上げるための追加研磨によって、基板にキズを発生させてしまうという問題があった。

この発明の課題は、高平坦度の大型基板を、表面粗さを向上させると共に、高い加工安定性で製造することができる基板の製造方法を提供することである。

この発明の基板の製造方法は、平坦度が５０μｍ以下、長さが５μｍ以上のキズのない基板を製造する基板の製造方法であって、容器の中に研磨液を満たす工程と、前記研磨液に被加工物である前記基板を浸す工程と、前記容器中における前記被加工物の姿勢を調整する工程と、前記研磨液中に気体を導入する工程とを含むことを特徴とする。

この発明の基板の製造方法によれば、研磨液に浸された被加工物の姿勢を調整して、研磨液中に気体を導入することによって基板を研磨加工している。従って、被加工物が適切な姿勢に保たれた状態で研磨加工を施すことができるため、大型の基板を製造する場合であっても高い平坦度を適切に実現することができる。また、平坦度の局所的に悪い部分や、キズの入った部分にのみ研磨を施すように、被加工物の姿勢、角度を調節することにより、平坦度が５０μｍ以下で、５μｍ以上のキズのない基板を提供できる。

また、この発明の基板の製造方法は、石英ガラス基板の平坦度を測定する工程と、前記石英ガラス基板のキズを検査する工程と、前記平坦度と前記キズとを、前記石英ガラス基板表面の位置と対応させたデータを作成する工程と、容器の中に研磨液を満たす工程と、前記研磨液に被加工物である前記石英ガラス基板を浸す工程と、前記溶液中における前記被加工物の姿勢を調整する工程と、前記研磨液中に気体を導入する工程とを含み、前記気体を導入する工程は、前記データに基づいて気体を導入する位置を決定することを特徴とする。

この発明の基板の製造方法によれば、石英ガラス基板の平坦度とキズとを、石英ガラス基板表面の位置と対応させたデータを作成し、研磨液に浸された被加工物の姿勢を調整して、作成されたデータに基づいて研磨液中に気体を導入することによって基板を研磨加工している。従って、被加工物の研磨工程を適切に管理することによって、高い平坦度を適切に実現し、高い加工安定性で基板を製造することができる。

この発明の基板の製造方法によれば、研磨液に浸された被加工物の姿勢を調整し、研磨液中に気体を導入することによって基板を研磨している。即ち、大型の基板を製造する場合であっても、被加工物の姿勢を適切な状態に保つことにより、被加工物に自重による歪みが生じることを防止している。従って、研磨加工が施されている間、被加工物の姿勢を例えば水平等の所定の状態に保つことにより、平坦度が高く、表面粗さを向上させた大型基板を安定的に製造することができる。

また、この発明の基板の製造方法によれば、石英ガラス基板の平坦度とキズとを、石英ガラス基板表面の位置と対応させたデータに基づいて研磨液中に気体を導入することによって基板を研磨加工している。即ち、被加工物表面の平坦度とキズの位置を対応させたデータに基づいて研磨液中に気体を導入しているため、高い精度で研磨を行い、平坦度が高く、表面粗さを向上させた大型基板を安定的に製造することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態に係る基板の製造方法について説明する。図１は、この発明の実施の形態に係る基板の製造方法に用いられる研磨装置の概略構成を示す図である。研磨装置が備える容器５には、砥粒と水とを混合させた研磨液３が入っており、被加工物（基板）２は、研磨液３に浸されるように載置台６上に載置される。研磨装置においては、不図示のタンクから供給されるエアー４が、ノズル１のノズル孔を通り、ノズル１の噴出口周辺の研磨液３を巻き込みながら被加工物２に衝突し、エアー４に巻き込まれた研磨液３が被加工物２の表面に衝突することによって、被加工物２の表面が研磨される。

ここで、エアー４は不図示の圧力計によってその圧力が測定され、不図示のバルブによって、エアー４の噴出量及び圧力が制御される。また、不図示の計測装置によって、ノズル１のノズル噴射口（先端）から被加工物２までの距離が計測され、計測結果に基づいてノズル１を不図示のノズル移動機構により、図中を上下、左右、前後に移動させることができる。また、ノズル１には、不図示のノズル回転機構が接続されており、該ノズル回転機構により、ノズル１を図中矢印で示すように回転させ、ノズル１から噴出させるエアー４の被加工物２の被加工面に衝突する角度を調整することができる。即ち、通常の状態では、被加工物２に対して垂直方向に向いているノズル１を、ノズル回転機構により回転させることによって、被加工物２に対してノズル１が有する角度を調整することができる。

また、載置台６は、図１に示すように、例えば、被加工物２である対角長が５００ｍｍ以上の合成石英ガラスの基板を水平に載置可能に構成されている。即ち、大型の基板である被加工物２に自重による歪みが生じることを防止すべく、載置台６は被加工物２と略同一又は、被加工物２以上の大きさに構成されている。

ここで、載置台６は、図２に示すように、板状部６ａ、支持部６ｂ及び基底部６ｃにより構成されている。即ち、載置台６においては、図示しない姿勢調整部により各支持部６ｂの板状部６ａの高さ方向の支持位置を調整することによって、被加工物２の姿勢を調整することができる。

なお、図２においては、３つの支持部６ｂを示しているが、支持部６ｂは、図２に示す支持部６ｂの前後にもそれぞれ配置されており、例えば、図２に示すように、３つの支持部６ｂを１列として、３列の支持部６ｂが、それぞれの支持部６ｂ間の距離が等しくなるように配置されている。また、１列に配置される支持部６ｂの数は、被加工物２を所定の姿勢で載置するために必要な数であり、例えば、被加工物２を載置する板状部６ａの大きさに応じて任意の数の支持部６ｂを設置することができる。

図３は、この発明の実施の形態に係る基板の製造方法について説明するためのフローチャートである。基板を製造する際には、図３に示すように、まず、図１に示す研磨装置の容器５内に研磨液３、例えば、シリカ系の研磨材である砥粒と水とを混合させた研磨液３を満たす（ステップＳ１０）。

次に、容器５内に満たされた研磨液３に被加工物２を浸す（ステップＳ１１）。即ち、容器５内の載置台６に被加工物２を載置することによって、被加工物２を研磨液３に浸す。なお、被加工物２としては、合成石英ガラスの基板を用いる。

次に、載置台６に載置された被加工物２の姿勢を調整する（ステップＳ１２）。即ち、各支持部６ｂの板状部６ａの高さ方向の支持位置を、図示しない姿勢調整部により調整することによって、板状部６ａ上における被加工物２の姿勢を、例えば水平になるように調整する。

次に、載置台６上に載置されている被加工物２を研磨加工すべく、容器５内に満たされた研磨液３中にノズル１を介してエアー４を導入する（ステップＳ１３）。次に、ノズル１を介して研磨液３中に導入されるエアー４の圧力を図示しない圧力計により測定し、測定結果に基づいて、図示しないバルブによりエアー４の圧力を変更する（ステップＳ１４）。なお、図示しないバルブによってエアー４の圧力と共に、エアー４の噴出量が調整される。

次に、図示しない計測装置によりノズル１の噴射口（先端）から被加工物２までの距離を計測し、計測結果に基づいて図示しないノズル移動機構によりノズル１を移動させることによって、ノズル１の先端から被加工物２までの距離を変更する（ステップＳ１５）。

次に、エアー４が被加工物２に衝突する角度を調整する（ステップＳ１６）。即ち、図示しないノズル回転機構によりノズル１を図１における矢印で示すように回転させることによって、ノズル１が被加工物２に対して有する角度を調整し、ノズル１を介して研磨液３中に導入されるエアー４が被加工物２に衝突する際の角度を調整する。

次に、ステップＳ１４〜ステップＳ１６において調整された状態で研磨液３中にノズル１を介してエアー４を導入し、被加工物２を研磨加工した後、加工された被加工物２を容器５から取り出す（ステップＳ１７）。即ち、被加工物２を研磨加工することによって製造された基板を、研磨液３が満たされた容器５から取り出す。

この実施の形態に係る基板の製造方法によれば、載置台に載置された被加工物に自重による歪みが生じるのを防止すべく、被加工物を載置している板状部の姿勢を調整することによって、被加工物の姿勢を例えば水平に保っている。即ち、大型の基板を製造する場合であっても、被加工物に研磨加工を施している間は被加工物の姿勢が例えば水平に保たれているため、高い平坦度を有する大型の基板を安定的に製造することができる。従って、例えば、高解像度を実現するために必要な平坦度を有した大型フォトマスク用基板や、ＴＦＴ液晶アレイ側基板に適した平坦度が５０μｍ以下、長さが５μｍ以上のキズのない大型の基板を安定的に製造することができる。

また、この実施の形態に係る基板の製造方法によれば、ノズルから噴出されるエアーの圧力やノズルの先端から被加工物までの距離を調整して研磨加工を行っている。即ち、圧力や距離を調整することによって精密な研磨加工を実現することができ、大型基板の平坦度を一層向上させることができる。

また、この実施の形態に係る基板の製造方法によれば、エアーの圧力やノズルの先端と被加工物との間の距離に加えて、エアーが被加工物の被加工面に衝突する際の角度を調整することができる。従って、一層精密な研磨加工を行うことができ、大型基板の平坦度をより一層向上させることができる。

なお、本実施の形態では、被加工物に合成石英ガラスを用いたが、被加工物は合成石英ガラス基板に限定されるものではなく、一般的な多成分系ガラスで形成される基板を用いてもよい。また、研磨材としてはＳｉＯ_２を用いたが、研磨材はＳｉＯ_２に限らず酸化物系（ＣｅＯ_２，ＺｒＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等）のものを用いてもよい。

また、本実施の形態では、支持部の板状部の高さ方向の支持位置を調整することによって被加工物の姿勢を調整しているが、例えば、被加工物を容器の底面に対して垂直になるように配置し、被加工物を傾けることによって姿勢を調整するようにしてもよい。

図４は、この発明の基板の製造方法におけるパラメータを説明する図である。具体的には、図４において横軸は加工深さを示し、縦軸はノズル噴射口から被加工物までの距離（ワークノズル間距離）を示している。それぞれの軸は、右及び上にいくほど、その値が大きくなる。また、図４においては、エアー圧が大・中・小と三段階に分けた結果、即ち、エアー圧が大の場合を「●」で、エアー圧が中の場合を「×」で、エアー圧が小の場合を「○」として、それぞれの場合における結果を示している。なお、被加工物としては、合成石英ガラスの基板を用い、ノズル内径を０．５ｍｍとして、研磨材はシリカ（ＳｉＯ_２）系のものを用いた。

図４から明らかなようにエアー圧が大きくなるにしたがって、加工深さが深くなること、即ち、加工除去量が多くなることが判る。更に、図４の右側に示す４つの図は、エアー圧を大とした場合の加工における、深さ方向の断面形状を示している。上から順番にその形状は、ガウス形状、似ガウス形状、似Ｗ型、Ｗ型と呼ばれ、下にいくほど、その加工精度が悪くなることが知られている。なお、本発明においては、ノズル先端と被加工物との距離、エアーの圧力及びノズル内径に基づいて加工除去分布を算出し、断面形状がガウス形状になるように調整している。

本発明によって加工された２０個の合成石英ガラス基板を測定した結果、表面粗さＲＭＳ０．３ｎｍで、深さ方向のばらつきは４％であった。

まず、表裏を同時に研磨した方形の石英ガラス基板を用意する。

石英ガラス基板の端面を測定機の保持機構により保持し、被測定面が垂直になるように保持する。石英ガラス基板の表面を、レーザー変位計を相対的に移動させながら測定し、得られたデータから石英ガラス基板の平坦度を求める。さらに、石英ガラス基板の一端を基準位置とした座標上に、測定で求めた基準平面からの凹凸を表面の凹凸として表示する。このような測定を行う測定装置としては、黒田精工社製ガラス基板測定装置ＦＴＴ−１５００などを用いることができる。

次に、石英ガラス基板を垂直に保持したまま表面のキズを検査する。キズの検査は作業者が目視で行う。キズの位置を平坦度測定で得られたマップ上に記入していく。さらにキズの深さの測定を行う。キズの深さの測定はコンフォーカル顕微鏡を用いて１０ｎｍ程度の精度で測定することができる。

研磨液を満たした容器に被加工物である石英ガラス基板を浸す。このとき、載置台の基準位置と石英ガラス基板の基準位置とを合わせる。まず、直径０．７ｍｍのノズルを準備し、平坦度測定後のマップで基準平面より２０μｍ以上凸となる部分に対向する位置にこのノズルを移動させる。加工条件は、エアー圧を大とし、目的とする除去量（加工深さ）に応じて、ワークノズル間距離と加工時間を決定する。また、広い範囲に渡って加工を行う場合は、ノズルと被加工物とを相対的に移動させる。例えば、加工する範囲内でノズルを往復させたり、螺旋を描くように移動させる。

次に、キズの除去を行う。石英ガラス基板表面の、幅数μｍ程度の局所的な凹部がキズとして視認される。フォトマスク基板の表面にキズがある場合、後の工程で成膜した後にキズの部分の膜が剥がれ、正しい配線パターンをフォトマスクに形成できないという不都合が生じる。このため、フォトマスク基板では微細なキズの除去が重要である。

キズの除去では、キズとその周辺部分を除去して、局所的な凹部をなだらかな形状とする。キズの加工条件決定のため、次のような予備実験を行った。石英ガラスのテストピースにエアー圧とワークノズル間距離を同じ条件として、加工時間のみを変更して加工を行い、干渉計で深さを測定した。ノズル内径０．５ｍｍでの予備実験の加工深さの例を図６及び図７に示す。この例では、ノズルを固定して加工除去された部分の形状は、直径１ｍｍ〜２ｍｍで断面はガウス形状となっている。

このような予備実験をもとに個々のキズの加工条件を決定する。目視で得られたキズの位置とコンフォーカル顕微鏡で得られたキズ深さのデータをもとに、加工時間やノズルの動かし方を決定し、加工を行う。

本実施例では、平坦度およびキズのデータから、石英ガラス基板一面の中の狭い範囲での加工条件を、それぞれの範囲に応じた加工条件とすることにより、キズを除去しさらに平坦度を改善することができる。したがって、平坦度５０μｍ以下で長さ５μｍ以上のキズがない石英ガラス基板を、確実に工程を管理しながら得ることができる。

比較例

図５に示す従来の装置を用い、従来の加工方法、即ち、砥粒と水等の混合物である研磨液１３をノズル１１のノズル孔から噴射して、載置台１６に置かれた被加工物１２に混合物を衝突させることによって、被加工物１２を研磨した。この図５に示す装置を用いた加工方法により加工された２０個の合成石英ガラス基板を測定した結果、表面粗さＲＭＳ１．２ｎｍで、深さ方向のばらつきは１２％であった。即ち、従来のように研磨液が細いノズルを介して噴射される場合には、ノズル内面に砥粒が付着するため、付着した砥粒によって、研磨液が固化し、必要な研磨液量及び圧力に基づいて加工することが困難になり、表面粗さが荒く、かつ、ばらつきが大きくなる。

それに対して本発明においては、図１に示す研磨装置においては、容器５と接触している領域Ａの部分から研磨液の固化が始まる。しかしながら、本発明においては、図１に示すように研磨液にエアーを噴出しているため、噴射されたエアーにより研磨液が撹拌され、研磨液の固化を遅らせており、安定した加工を繰り返し行うことができる。従って、本発明の基板の製造方法により加工された基板は、表面粗さが小さく、かつ、平坦度が高いため、高精度露光を行うための大型フォトマスク用基板等として用いることができる。

この発明の実施の形態に係る基板の製造方法に用いる装置の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態に係る載置台の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態に係る基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。 この発明に係るパラメータを説明するための図である。 従来の加工方法に用いる装置の概略構成を示す図である。 この発明の実施例２に係る予備実験のデータを示す図である。 この発明の実施例２に係る予備実験のデータをグラフで示した図である。

符号の説明

１、１１・・・ノズル、２、１２・・・被加工物、３、１３・・・研磨液、４・・・エアー、５・・・容器、６、１６・・・載置台、６ａ・・・板状部、６ｂ・・・支持部、６ｃ・・・基底部。

Claims (11)

1. 平坦度が５０μｍ以下、長さ５μｍ以上のキズのない基板を製造する基板の製造方法であって、
   容器の中に研磨液を満たす工程と、
   前記研磨液に被加工物である前記基板を浸す工程と、
   前記容器中における前記被加工物の姿勢を調整する工程と、
   前記研磨液中に気体を導入する工程と
   を含むことを特徴とする基板の製造方法。
2. 前記気体の圧力を測定し該圧力を変更する工程と、
   前記ノズルと前記被加工物との距離を測定し該距離を変更する工程との内、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 前記基板の一部に研磨液が衝突するように調整する工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板の製造方法。
4. 前記研磨液中に導入する前記気体が前記被加工物に衝突する角度を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の基板の製造方法。
5. 前記研磨液は、砥粒と水溶液との混合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の基板の製造方法。
6. 前記気体は、エアーであることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の基板の製造方法。
7. 前記被加工物は、合成石英ガラスからなる基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の基板の製造方法。
8. 前記被加工物は、大型フォトマスク用基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の基板の製造方法。
9. 前記被加工物は、ＴＦＴ液晶のアレイ側基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の基板の製造方法。
10. 石英ガラス基板の平坦度を測定する工程と、
    前記石英ガラス基板のキズを検査する工程と、
    前記平坦度と前記キズとを、前記石英ガラス基板表面の位置と対応させたデータを作成する工程と、
    容器の中に研磨液を満たす工程と、
    前記研磨液に被加工物である前記石英ガラス基板を浸す工程と、
    前記溶液中における前記被加工物の姿勢を調整する工程と、
    前記研磨液中に気体を導入する工程とを含み、
    前記気体を導入する工程は、前記データに基づいて気体を導入する位置を決定することを特徴とする基板の製造方法。
11. 前記気体を導入する工程はさらに、前記データに基づいて気体を導入する時間を決定することを特徴とする基板の製造方法。
    

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