JP2007287737A - 高平坦かつ高平滑なガラス基板の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高平坦かつ高平滑なガラス基板を生産性良く製造する加工方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板に対して、加工前のガラス基板面の表面形状を測定する工程と、場所ごとに加工条件を変えて基板面内を加工する工程（第１の加工工程）と、第１の加工工程が施されたガラス基板表面を仕上げ研磨する工程（第２の加工工程）と、を備える加工をおこなって、高平坦かつ高平滑なガラス基板を生産性良く得る。このとき、第１の加工工程における基板面内のそれぞれの場所の加工条件は、加工前のガラス基板面の凹凸形状と、同様の基板を用いて別途測定された第２の加工工程による加工量の面内分布と、から決められた加工量から決められる。
【選択図】なし

Description

本発明は、高平坦かつ高平滑なガラス基板の加工方法に関し、特に半導体製造工程のＥＵＶリソグラフィに用いられる反射型マスク基板のように、高度の平坦性および平滑性が要求されるガラス基板の表面を加工する方法に関する。

波長が０．２〜１００ｎｍ程度の軟Ｘ線領域または真空紫外域の光（ＥＵＶ光）を使用したリソグラフィ（以下ＥＵＶＬという）技術に用いる反射型マスクの基板（以下ＥＵＶＬ用基板という）においては、ＥＵＶ光照射しても転写像に歪が生じないように基板面の平坦度が高く、かつ高反射率が得られるように面粗さが小さい、すなわち高平坦で高平滑であることが要求される。さらに温度変化による影響を抑えるために熱膨張率が低いことが要求される。そのためＥＵＶＬ用基板としては、ＳｉＯ_２を主成分とする石英ガラス基板、とくにＴｉＯ_２をドーパントとして含有させて低熱膨張とされた低熱膨張石英ガラスを、高平坦かつ高平滑に加工した基板が好ましく用いられる。ＥＵＶＬ用基板の形状、大きさ、厚さなどは限定されないが、通常は平面形状が矩形または正方形の板状体であって、典型的には基板サイズは１５２ｍｍ角の正方形で、高平坦かつ高平滑とされる基板の有効部分は１４２ｍｍ角である。

機械研磨では、前記基板の表面を高平坦かつ高平滑に加工しようとしても、基板面内に凸部と凹部とが周期的に連なる凹凸形状を生じるという平坦性の問題がある。このような凹凸形状は、典型的には凸部が１山から２山程度、すなわちひとつの凸部から隣接する凸部までの距離である周期は典型的には７５〜１５０ｍｍである。そのため機械研磨のみでは、ＥＵＶＬ用反射型マスクの基板に求められる、ＰＶ（ピーク・ツー・バレー）で０．１５μｍ以下の平坦度を得ることは難しかった。このような凹凸形状を無くして所望の高平坦な表面を得るための方法としては、ガスクラスタイオンビームエッチング、プラズマエッチングのドライエッチング、あるいは磁気粘性流体研磨などの加工方法を用いて、局所的な加工量を最適に加工することにより、平坦な表面形状を得る方法が特許文献１、２、３に記載されている。

しかしながら、ガラス基板に対してドライエッチングをおこなうとドライエッチング固有の欠点が生じ、また磁気粘性流体研磨をおこなうと磁気粘性流体研磨固有の欠点が生じ、面粗さが大きくなる問題がある。ＥＥＭなどの非接触研磨を用いて、このような面粗さや欠点を改善する方法が特許文献３に記載されている。

特開平８−２９３４８３号公報 特開２００２−３１６８３５号公報 特開２００４−２９１２０９号公報

ガラス基板表面を、ガスクラスタイオンビームエッチングまたはプラズマエッチングのドライエッチング、磁気粘性流体研磨により加工すると面粗さが大きくなる問題があり、面粗さを除去または改善するために、Ｏ_２ガスクラスタによるスムージング工程や、ＥＥＭなどの非接触研磨を用いる必要がある。しかしながらこれらの加工は加工レートが低いので長時間を要し生産性が低下するという課題がある。

本発明は、従来技術が有する課題を解決することを目的として、生産性よくガラス基板表面を高平坦かつ高平滑に加工する加工方法、およびこのような加工方法により加工された高平坦かつ高平滑なガラス基板を提供する。すなわち、本発明はガラス基板の加工方法であって、前記加工方法は、加工前の前記ガラス基板の基板面内の場所ごとに平坦度を測定する工程（平坦度分布測定工程）と、平坦度分布が測定された前記ガラス基板面を、基板面内の場所ごとに加工条件を変えて加工する工程（第１の加工工程）と、第１の加工工程が施された前記ガラス基板面を仕上げ研磨する工程（第２の加工工程）と、を備える、前記ガラス基板面を高平坦かつ高平滑に加工する加工方法であって、第１の加工工程が、ガスクラスタイオンビームエッチング、プラズマエッチング、または磁気粘性流体研磨によりおこなわれるとともに、第２の加工工程による加工量の面内分布が、同様のガラス基板を用いて別途測定されていて、第１の加工工程における基板面内の場所ごとの加工条件が、平坦度分布測定工程で測定された加工前の基板面内の平坦度分布と、第２の加工工程による加工量の面内分布と、から求められた加工量から決められることを特徴とするガラス基板を提供する。

このとき、前記ガラス基板はＳｉＯ₂を主成分とする石英ガラスからなるガラス基板であることが好ましく、ＴｉＯ_２がドープされた低熱膨張の合成石英ガラスであることがより好ましい。

また、本発明のガラス基板の加工方法において、ガラス基板面内のドーパント濃度分布と、ガラス基板のドーパント濃度に対する第１の加工工程の加工レートとの関係と、が、第１の加工工程をおこなう前に別途求められていて、第１の加工工程における基板面内の場所ごとの加工条件が、第２の加工工程による加工量の面内分布と、平坦度分布測定工程で測定された加工前のガラス基板面の平坦度分布と、から求められた加工量と、ドーパント濃度の分布と、第１の加工工程の加工レートとドーパント濃度との関係と、から決められることがより好ましい。この構成により、加工をおこなうガラス基板がドーパントを含有するガラスからなる場合に、より高平坦な基板面が得られるという効果が得られる。

さらに本発明は、上記のガラス基板の加工方法により加工された、基板面の平坦度がＰＶで０．０５μｍ以下、原子間力顕微鏡で測定した面粗さがＲＭＳで０．２５ｎｍ以下である高平坦かつ高平滑なガラス基板を提供する。

本発明のガラス基板の加工方法を用いると、生産性良く高平坦かつ高平滑なガラス基板を製造することが可能になる。

本発明のガラス基板の加工方法では、加工前のガラス基板面の平坦度分布を測定する工程と、平坦度分布が測定されたガラス基板面を、基板面内の場所ごとに加工条件を変えて加工する工程（第１の加工工程工程）と、第１の加工工程が施されたガラス基板面を仕上げ研磨する工程（第２の加工工程）と、を備えた加工方法により、ガラス基板面を加工する。

ガラス基板の平坦度は、例えば１５２ｍｍ角の基板の場合は１４２ｍｍ角の有効部分に対して平坦度測定機を用いて表面形状を測定して求められる。すなわち、ガラス基板上の有効部分の表面形状を平坦度測定機を用いて測定し、測定された表面形状から最小二乗平面を求めて、これを基準面とした基板表面の変位を平坦度という。平坦度測定機としては、例えばＧ３１０Ｓフィゾー型レーザ干渉式平坦度測定機（フジノン社製）に例示されるレーザ干渉式平坦度測定機、レーザ変位計、超音波変位計または接触式変位計が挙げられるが、これらに限定されない。本明細書において基板が「高平坦である」とは、基板の有効部分の面内における平坦度がＰＶで０．１５μｍ以下であることをいうものとする。

ガラス基板の面粗さは、原子間力顕微鏡を用いて測定される。本明細書においては、セイコーインスツルメンツ社製ＳＰＡ４６０を用いて、代表的な先端曲率が１０ｎｍのプローブによりライン数５１２でスキャンして測定した面粗さのＲＭＳ（自乗平均面粗さ）値をいう。本明細書において基板が「高平滑である」とは、基板の有効部分の面粗さがＲＭＳで０．１５ｎｍ以下であることをいう。

本発明の加工方法で加工されるガラス基板は、とくに限定されないが、ＳｉＯ_２を主成分とする石英ガラス基板が好ましく用いられる。本発明のガラス基板の加工方法は、とくにドーパントを含有させて低熱膨張係数とされた低熱膨張石英ガラスからなるガラス基板を、高平坦かつ高平滑に加工してＥＵＶＬ用反射型マスクの基板を作製する加工方法として好ましく用いることができる。上記低膨張ガラスの例としては、熱膨張係数を減少させるドーパント例えばＴｉＯ_２を含有する合成石英ガラスが挙げられる。ガラス基板の形状、大きさ、厚さなどは限定されないが、形状は通常の形状は平面形状が矩形または正方形の板状体である。

第１の加工工程の加工方法としては、局所領域の加工をおこなうことが可能であって、ガラス基板表面に存在する凸部と凹部とが周期的に連なる凹凸形状の周期に対して充分小さい局所領域を加工できる加工方法が用いられる。すなわち、加工する局所領域の直径のＦＷＨＭ（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ）値を前記の凹凸形状の周期の１／２以下とすることが可能な加工方法が用いられる。具体的には、各種イオンビームを用いたイオンビームエッチング、プラズマエッチングあるいは磁気粘性流体研磨が用いられるが、これらに限定されない。中でもガスクラスタイオンビームエッチングが好ましく用いられる。加工する局所領域の直径のＦＷＨＭ値は、前記の凹凸形状の周期の１／４以下とすることがより好ましい。異なる周期の凹凸形状が複数存在する場合には、加工する局所領域の直径のＦＷＨＭ値は、最も周期が小さい凹凸形状の周期に対して上述の範囲とすることが好ましい。

加工領域が小さい加工方法により全基板面に加工を施すためには、基板全面を走査して加工をおこなうことが好ましい。走査方法としては、一方向に走査させながら、走査する場所を走査方向と垂直方向に順にずらすことで全面に照射する、いわゆるラスタースキャンをおこなうことが好ましいが、他の走査方法を用いることもできる。このとき、加工される局所領域における加工量プロファイルを考慮してスキャンピッチを決めることが好ましい。

ガスクラスタイオンビームエッチングとは、常温常圧で気体の反応性物質（ソースガス）を、真空装置内に断熱膨張させつつ噴出させてガスクラスタを生成させ、これに電子照射してイオン化させることにより生成させたガスクラスタイオンを、高電界で加速してガスクラスタイオンビームとし、これを被加工物に照射してエッチング加工する方法である。被加工物であるガラス基板表面にガスクラスタイオンビームが照射されると、ガスクラスタイオンとガラス基板表面の原子との間の多体衝突効果によりガラス基板表面が加工される。ガスクラスタイオンビームのビーム径を絞ることにより、局所領域を加工することができる。

ガスクラスタイオンビームエッチングに用いるソースガスとしては、ＳＦ_６、Ａｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、ＮＦ_３、Ｎ_２Ｏ、ＣＨＦ_３、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＳｉＦ_４、ＣＯＦ_２などのガスを単独で、または混合して使用することができる。これらの中でもＳＦ_６およびＮＦ_３は、ガラスとの反応性の点から、ガラス基板の加工に用いるソースガスとして優れている。ソースガスはより具体的には、ＳＦ_６またはＮＦ_３を含む混合ガス、すなわち、ＳＦ_６およびＯ_２の混合ガス、ＳＦ_６、ＡｒおよびＯ_２の混合ガス、ＮＦ_３およびＯ_２の混合ガス、またはＮＦ_３、ＡｒおよびＯ_２の混合ガス、ＮＦ_３およびＮ_２の混合ガス、またはＮＦ_３、ＡｒおよびＮ_２の混合ガスが好ましい。これらの混合ガスにおいて、各成分の好適な混合比率は照射条件等の条件によって異なるが、それぞれ下記の範囲であることが好ましい。

ＳＦ_６：Ｏ_２＝０．１〜５％：９５〜９９．９％（ＳＦ_６およびＯ_２の混合ガス）
ＳＦ_６：Ａｒ：Ｏ_２＝０．１〜５％：９．９〜４９．９％：５０〜９０％（ＳＦ_６、ＡｒおよびＯ_２の混合ガス）
ＮＦ_３：Ｏ_２＝０．１〜５％：９５〜９９．９％（ＮＦ_３およびＯ_２の混合ガス）
ＮＦ_３：Ａｒ：Ｏ_２＝０．１〜５％：９．９〜４９．９％：５０〜９０％（ＮＦ_３、ＡｒおよびＯ_２の混合ガス）
ＮＦ_３：Ｎ_２＝０．１〜５％：９５〜９９．９％（ＮＦ_３およびＮ_２の混合ガス）
ＮＦ_３：Ａｒ：Ｎ_２＝０．１〜５％：９．９〜４９．９％：５０〜９０％（ＮＦ_３、ＡｒおよびＮ_２の混合ガス）。

なお、ガスクラスタサイズ、ガスクラスタをイオン化させるためにガスクラスタイオンビームエッチング装置のイオン化電極に印加するイオン化電流、ガスクラスタイオンビームエッチング装置の加速電極に印加する加速電圧、およびガスクラスタイオンビームのドーズ量（加工されるそれぞれの場所における、ガスクラスタイオンビームの積算照射量）といった照射条件は、ソースガスの種類や第１の加工工程をおこなう前のガラス基板の表面性状に応じて適宜選択される。例えば、ガラス基板の面粗さを過度に悪化させることなしに、ガラス基板の表面から前記の周期的な凹凸形状を取り除いて平坦性を改善するためには、加速電圧は１５〜３０ｋＶとすることが好ましい。

第１の加工工程をおこなうと所望の表面形状が得られるが、他方、第１の加工工程により欠点が生じるため、面粗さが多少大きくなって平滑性が低下する。そのため第１の加工工程に引き続いて第２の加工工程、すなわち低荷重の機械研磨により微小量だけ研磨する仕上げ研磨をおこなう工程がおこなわれる。第２の加工工程を施すことにより、第１の加工工程により生じた欠点が除去され、面粗さが低減された高平滑な基板表面が短時間の加工により得られる。また第１の加工工程により表面に変質層が生じた場合には、第２の加工工程により該変質層を上述の欠点と同時に除去することができる。

仕上げ研磨は、研磨スラリーを用いておこなう機械研磨、すなわち仕上げ研磨によりおこなうことが好ましい。仕上げ研磨では、ガラス基板を、不織布または研磨布等の研磨パッドを取り付けた研磨盤で挟んでセットし、所定の性状に調整された研磨スラリーを供給しながら、ガラス基板に対して研磨盤を相対回転させることによって研磨することが好ましい。

研磨パッドは例えばカネボウ社製ベラトリックスＫ７５１２が用いられる。研磨スラリーとしてはコロイダルシリカを含有する研磨スラリーを用いておこなうことが好ましく、平均一次粒子径が５０ｎｍ以下のコロイダルシリカと水とを含み、ｐＨを０．５〜４の範囲となるように調整された研磨スラリーを用いることがより好ましい。研磨の面圧は２０〜１００ｇ_ｆ／ｃｍ^２とすることが好ましい。面圧が１００ｇ_ｆ／ｃｍ^２超ではスクラッチ傷が発生したり、研磨盤の回転負荷が大きくなったりするおそれがある。面圧が２０ｇ_ｆ／ｃｍ^２未満では加工に長時間を要するおそれがある。加工後に良好な表面性状を得るためには、面圧は６０ｇ_ｆ／ｃｍ^２以下とすることが好ましく、また、良好な生産性を得るためには３０ｇ_ｆ／ｃｍ^２以上とすることが好ましい。

ガラス基板の仕上げ研磨の加工量は１０〜２００ｎｍとすると、面粗さがＲＭＳで０．１５ｎｍ以下の高平滑な表面が得られて好ましい。面粗さがＲＭＳで０．１５ｎｍ以下の高平滑な表面のガラス基板は、高集積化と高精細化が一層強く求められる４５ｎｍ以降の世代の半導体製造用露光装置の光学系部品、例えばＥＵＶＬ用の反射型マスクやミラーなどのガラス基板として好ましく用いられる。仕上げ研磨による加工量は１０ｎｍ未満では、欠点が充分除去されず、面粗さの向上が不十分となるおそれがある。加工量が２００ｎｍ超では、平坦度が低下するおそれがある。研磨スラリーの供給量、研磨荷重および研磨盤の回転速度、研磨時間、等は、研磨速度や必要な研磨量などを考慮して適宜決められる。

コロイダルシリカの平均一次粒子径は、さらに好ましくは２０ｎｍ未満、とくに好ましくは１５ｎｍ未満である。コロイダルシリカの平均一次粒子径の下限は限定されないが、研磨効率を向上させる観点から５ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上である。コロイダルシリカの平均一次粒子径が５０ｎｍ超であると、ガラス基板を所望の面粗さに研磨することが困難となり、４５ｎｍ以降の世代の半導体製造用露光装置の光学系部品等に適合するガラス基板が得られなくなるおそれがある。また、コロイダルシリカとしては、粒子径をきめ細かく管理する観点から、一次粒子が凝集してできる二次粒子をできるだけ含有していないことが望ましい。二次粒子を含む場合でも、その平均粒子径は７０ｎｍ以下であるのが好ましい。なお、本発明におけるコロイダルシリカの粒子径は、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を用いて１５〜１０５×１０^３倍の画像を計測することによって得られたものである。

研磨スラリー中のコロイダルシリカの含有量が１０質量％未満では、研磨効率が悪くなり経済的な研磨が得られなくなるおそれがある。一方、コロイダルシリカの含有量が３０質量％を超えると、コロイダルシリカの使用量が増加するためコストや洗浄性の観点から支障が生じるおそれがある。すなわち、研磨スラリー中のコロイダルシリカの含有量は１０〜３０質量％が好ましい。より好ましくは１８〜２５質量％であって、特に好ましくは１８〜２２質量％である。

研磨スラリーのｐＨを上述の酸性の範囲とすると、ガラス基板の表面を化学的および機械的に研磨して、ガラス基板を平滑性よく効率的に研磨することが可能となる。すなわち、ガラス表面の凸部が研磨スラリーの酸によって軟化されるため、凸部を機械的研磨で容易に除去できようになる。これにより研磨効率が向上すると共に、研磨で取り除かれたガラス屑が軟化されているので、該ガラス屑等による新たな傷の発生が防止される。研磨スラリーのｐＨが０．５未満であると、仕上げ研磨に用いる研磨装置に腐食が発生するおそれがある。研磨スラリーの取り扱い性の観点からｐＨは１以上が好ましい。化学的研磨効果を充分得るためにはｐＨは４以下が好ましい。特に好ましくはｐＨは１．８〜２．５の範囲である。

研磨スラリーのｐＨ調整は、無機酸または有機酸を単独または組合せて添加しておこなうことができる。用いることができる無機酸として、硝酸、硫酸、塩酸、過塩素酸、リン酸などが挙げられ、取扱いの容易さの点から硝酸が好ましい。また、有機酸としては、シュウ酸、クエン酸などが例示される。

研磨スラリーに用いられる水は、異物を取り除いた純水または超純水が好ましく用いられる。すなわち、レーザ光等を用いた光散乱方式で計測した、最大径が０．１μｍ以上の微粒子が実質的に１個／ミリリットル以下の純水または超純水が好ましい。材質や形状にかかわらず異物が１個／ミリリットルより多く異物が混入していると、研磨面に引っ掻き傷やピットなどの表面欠点が生じるおそれがある。純水または超純水中の異物は、例えば、メンブレンフィルターによる濾過や限外濾過により除去できるが、異物の除去方法はこれに限定されない。

本発明のガラス基板の加工方法では、第１の加工工程における基板面内のそれぞれの場所の加工量は、第１の加工工程をおこなう前のガラス基板面の平坦度と、あらかじめ求められた第２の加工工程（仕上げ研磨）による加工量の面内分布と、から決められる。

第１の加工工程をおこなう前のガラス基板面の平坦度は、加工前のガラス基板上の前記有効部分の表面形状を平坦度測定機を用いて測定し、得られた表面形状の基準面からの変位として求められる。また、基準面と平行かつ凹凸形状の最も低い凹部と接する平面を目標加工面とする。第２の加工工程（仕上げ研磨）による加工量の面内分布は、同様の性状で既知の表面形状をもつガラス基板に対して同様の加工条件で第２の加工工程（仕上げ研磨）をおこなって、上述と同様の表面形状の測定をおこなうことにより求められる。

ガラス基板面上に二次元座標系を考えて、座標（ｘ，ｙ）の点における本発明の加工前の基板面の目標加工面からの変位をＳ（ｘ，ｙ）とすると、第１の加工工程による加工量Ｅ_１（ｘ，ｙ）と、第２の加工工程による加工量をＥ_２（ｘ，ｙ）と、の関係は（１）式のようになる。
Ｅ_１（ｘ，ｙ）＝Ｓ（ｘ，ｙ）−Ｅ_２（ｘ，ｙ） （１）
すなわちあらかじめ加工前の基板面の目標加工面からの変位Ｓ（ｘ，ｙ）と、第２の加工工程による加工量Ｅ_２（ｘ，ｙ）とを求めておけば、（１）式から求められる加工量Ｅ_１（ｘ，ｙ）で第１の加工工程をおこなうことにより、高平坦な基板表面が得られる。

基板面内のそれぞれの点（ｘ，ｙ）において所望の加工量Ｅ_１（ｘ，ｙ）の加工をおこなうためには、ガスクラスタイオンビームを基板面内をラスタースキャンさせるときに、基板上の場所ごとに、上述のソースガスの混合比、イオン化電極に印加するイオン化電流、および加速電圧などの条件を調整してガスクラスタイオンビームの照射強度を変化させることにより加工レートを変化させてもよいが、加工レートを一定としてガラス基板とガスクラスタイオンビームとの相対的な移動速度を調整して基板上のそれぞれの点に対するガスクラスタイオンビームのドーズ量を変化させると、容易にかつ安定して加工量を制御できて好ましい。

加工をおこなうガラス基板がＴｉＯ_２がドープされた低熱膨張の石英ガラスなどのドーパントを含有するガラスである場合には、基板面内でドーパント濃度が分布をもつことが考えられる。一般にガスクラスタイオンビームエッチングまたはプラズマエッチングによる加工レートはドーパントの濃度分布により異なるため、第１の加工工程により所望の表面形状を得るためには、基板面内のそれぞれの場所におけるドーパント濃度と、ドーパント濃度に対する第１の加工工程の加工レートとの関係と、から加工条件を決めて第１の加工工程をおこなうことが好ましい。このように第１の加工工程をおこなうことにより、より高平坦な基板表面が得られる。そのため、第１の加工工程をおこなう前に基板面内のドーパント濃度分布を測定しておくとともに、ドーパント濃度が既知のガラスを用いて、ガラス基板中のドーパント濃度と、第１の加工工程による加工レートとの関係を求めておくことが好ましい。

基板面内のドーパント濃度分布は、加工をおこなう基板ごとに測定してよいが、同様の性状をもつ一連の基板のうち、代表的なサンプルについてのみ測定をおこなって得られたドーパント濃度分布を代表として用いることもできる。

また、仕上げ研磨についても、基板面内のドーパント濃度分布による仕上げ研磨の加工量への影響がある場合には、基板面内のそれぞれの場所における第１の加工工程による加工量を、基板面内のドーパント濃度分布による仕上げ研磨の加工量の変化分を考慮して決めることが好ましい。

仕上げ研磨で加工されたガラス基板は、さらに洗浄される。この洗浄により、研磨されたガラス基板の表面に付着している研磨剤、研磨ガラス屑やその他の異物などが取り除かれて清浄にされ、さらにガラス基板の表面を中性化することができる。洗浄が不充分であると、後の検査工程に不都合を生じるばかりでなく、ガラス基板としての必要品質が得られなくなる。好ましい洗浄方法として、例えば最初に硫酸と過酸化水素水の熱溶液で洗浄したあと、純水ですすぎ洗浄し、次いで中性界面活性剤溶液で洗浄する方法が挙げられるが、これに限定されずにその他の方法を用いることもできる。

また、本発明のガラス基板の加工方法により加工するガラス基板は、本発明の加工を施す前に予備研磨をおこなって平坦度を向上させておくことが好ましい。それにより本発明の加工方法に要する時間を短縮することができる。さらに、本発明の加工後に、より優れた平坦度や面粗さが得られる。予備研磨の方法は特に限定されないが、ガラス表面の研磨に使用される公知の機械研磨方法から選択することができる。具体的にはラップ研磨およびポリッシュ研磨が例示されるがこれに限定されない。また使用する研磨パッドおよび研磨剤も公知のものから適宜選択することができる。また、砥粒による研磨作用のみによって研磨するもの以外に、砥粒による研磨作用と薬品による化学的研磨作用を併用する化学機械研磨方法であってもよい。

予備研磨は、ガラス基板の表面の平坦度がＰＶで５００ｎｍ以下となるようにおこなうことが好ましく、４００ｎｍ以下とすることがより好ましい。平坦度が５００ｎｍ超では、本発明の研磨方法で平坦度を改善するのに時間を要してコスト増の要因となる。また予備研磨は、ガラス基板の面粗さがＲＭＳで５ｎｍ以下となるようにおこなうことが好ましく、１ｎｍ以下とすることがより好ましい。予備研磨されたガラス基板の面粗さが５ｎｍ超では、本発明の研磨方法を用いて所望の面粗さまで研磨するのに時間を要してコスト増の要因となる。

また、本発明の加工方法をおこなうガラス基板は、本発明の加工を施す前に、面取り幅が０．２〜０．４ｍｍになるよう面取り加工することが好ましい。

以下、本発明を例１および例２の実施例に基づいて説明するが、本発明は以下に限定されない。

［例１］
公知の方法で製造されたＴｉＯ_２ドープ石英ガラス（ＴｉＯ_２ドープ量は７質量％）のインゴットを内周刃スライサーを用いて１５３ｍｍ角×厚さ６．７５ｍｍの板状に切断し、ＮＣ面取り機を用いて＃１２０のダイアモンド砥石により面取り幅が０．２〜０．４ｍｍになるよう面取り加工して、外径寸法が１５２ｍｍ角、厚さ６．７５ｍｍのＴｉＯ_２ドープ石英ガラス製のガラス基板を作成した。このガラス基板に対して、機械研磨により予備研磨をおこなった。予備研磨後のガラス基板の表面を、Ｇ３１０Ｓフィゾー型レーザ干渉式平坦度測定機（Ｆｕｊｉｎｏｎ社製）を用いて１４２ｍｍ角のエリアを測定した結果を図１に示す。図１は、二次元形状のガラス基板上の点（ｘ，ｙ）に対して、平坦度Ｓ（ｘ，ｙ）を等高線間隔１０ｎｍでプロットしたグラフであり、ＰＶは２８７ｎｍであった。

この予備研磨ガラス基板を、ガスクラスタイオンビームエッチングにより加工した。ガスクラスタイオンビームエッチングは装置Ｅｐｉｏｎ社製ＵＳ５０ＸＰを用いておこない、ガスクラスタイオンビームをラスタースキャンさせることにより基板全面を加工した（第１の加工工程）。
加工条件は、
ソースガス：ＮＦ_３５％とＯ_２９５％の混合ガス、
加速電圧：３０ｋＶ、
イオン化電流：７０μＡ、
ガスクラスタイオンビームのビーム径（ＦＷＨＭ値）：６ｍｍ
とした。

ガスクラスタイオンビームで加工した後のガラス基板の平坦度を測定し、等高線間隔１０ｎｍでプロットしたグラフを図２に示す。平坦度はＰＶで１０７ｎｍであった。また、面粗さを原子間力顕微鏡（セイコーインスツルメンツ社製ＳＰＡ４６０）で測定すると、ＲＭＳで１．５ｎｍであった。

次いでこのガラス基板に対して、コロイダルシリカを研磨スラリーとして用いた軽荷重での仕上げ研磨（第２の加工工程）をおこなった。このときの仕上げ研磨の加工条件は、
研磨試験機 ：浜井産業社製 両面２４Ｂ研磨機
研磨パッド ：カネボウ社製 ベラトリックスＫ７５１２
研磨常盤回転数：３５ｒｐｍ
研磨時間 ：２０分
研磨荷重 ：５１ｇ_ｆ／ｃｍ^２
希釈水 ：純水（０．１μｍ以上異物濾過）
スラリー流量 ：１０リットル／ｍｉｎ
研磨スラリー ：平均一次粒径２０ｎｍ未満のコロイダルシリカを２０質量％含有
とした。仕上げ研磨をおこなった後の基板表面の平坦度を測定した結果を、同様にプロットしたグラフを図３に示す。平坦度はＰＶで１８６ｎｍであった。また、仕上げ研磨後の基板表面の面粗さはＲＭＳで０．０７ｎｍであった。第２の加工工程の前後のガラス基板面の平坦度すなわち表面形状の差から、第２の加工工程による加工量の面内分布Ｅ_２（ｘ，ｙ）が求められる。求められた仕上げ加工（第２の加工工程）の加工量の面内分布Ｅ_２（ｘ，ｙ）をプロットしたグラフを図４に示す。加工量の面内分布はＰＶが１７０ｎｍであった。

以上により同様のガラス基板に対して求めた第２の加工工程の加工量の面内分布を用いて、ＴｉＯ_２ドープ石英ガラス基板に対して、本発明の加工方法による加工をおこなった。ます機械研磨により予備研磨をおこなって、図５に平坦度のグラフを示すようなＰＶが２３９ｎｍの基板表面を得た。次いでこの予備研磨ガラス基板に対して、図５に示す表面形状と、図４に示す仕上げ研磨による加工量の面内分布とから、面内のそれぞれの点（ｘ，ｙ）における第１の加工工程の加工量Ｅ_１（ｘ，ｙ）を（１）式により決めた。加工量Ｅ_１（ｘ，ｙ）の面内分布を図６のグラフを示した。

次いで、図６の加工量の面内分布に基づいて、基板全面をラスタースキャンしてガスクラスタイオンビームエッチングにより第１の加工工程をおこなった。面内のそれぞれの点（ｘ，ｙ）における加工量Ｅ_１（ｘ，ｙ）は、ガスクラスタイオンビームをスキャンする移動速度を変化させてガスクラスタイオンビームのドーズ量を変化させることにより設定した。このようにしてガスクラスタイオンビームエッチングをおこなった後の基板表面の平坦度を同様に測定したところ、図７に示すグラフの通りで平坦度はＰＶで１８６ｎｍであった。また、同様に測定した面粗さはＲＭＳで１．５ｎｍであった。

次いで、上記と同様の条件で仕上げ研磨（第２の加工工程）をおこなって、図８に示した平坦度の基板表面を得た。
仕上げ研磨後のガラス基板の平坦度はＰＶで０．０９７μｍであって、面粗さはＲＭＳで０．０７ｎｍであった。また、レーザーテック社製Ｍ１３５０により基板表面の有効部分である１４２ｍｍ×１４２ｍｍの範囲内の欠点を調べたところ、ドライエッチング固有の欠点は認められず、また幅が６０ｎｍ以上の凹状欠点が３個以下であり、幅６０ｎｍ以上の凸状欠点は、検出されない。

［例２］
例１と異なるロットのＴｉＯ_２ドープ石英ガラス（ＴｉＯ_２ドープ量は７質量％）インゴットから、同様に１５２．０ｍｍ角、厚さ６．７５ｍｍで面取り幅０．２〜０．４ｍｍで面取りされた正方形のＴｉＯ_２ドープ石英ガラス基板を用意し、機械研磨により予備研磨をおこなった。これと同じロットの基板サンプルを用いて、蛍光Ｘ線分析により基板中のＴｉＯ_２濃度分布を測定した。図９に基板中のＴｉＯ_２濃度分布を、基板中心からの距離を横軸にとってプロットしたグラフを示す。

次に、ドーパントとしてＴｉＯ_２を含有するドープ石英ガラスについて、ドーパント濃度とクラスタイオンビームエッチングによる加工レートとの関係の測定をおこなった。まず、ＳｉＯ_２に対する質量％で、０％、３．１％、５．１％、６．９％、８．７％のＴｉＯ_２を含有するドープ石英ガラスサンプル（２０×２０×１ｍｍｔ）を準備した。これらＴｉＯ_２濃度が異なる試験サンプルを同一の条件でクラスタイオンビームエッチングをおこなって加工レートを求めた。加工レートの測定には、加工前後における試験サンプルの重量変化から求める重量法を用いた。ガスクラスタイオンビームエッチングの条件は、
ソースガス：ＳＦ_６１．２５％，Ｏ_２２４％，Ａｒ７４．７５％
加速電圧：３０ｋＶ
イオン化電流：５０μＡ
ビーム径（ＦＷＨＭ値）：６ｍｍ
ドーズ量：６．２×１０^１５個イオン／ｃｍ^２
とした。

測定された加工レートを、ＴｉＯ_２濃度が０質量％の際の加工レートを１として規格化してプロットした結果を図１０に示す。ドーパント（ＴｉＯ_２）濃度Ｘ（質量％）と規格化加工レートＹとの相関は下記式（２）で表される。
Ｙ＝０．０５２２Ｘ＋１．０４４９ （２）。

次に、ガラス基板が含有するドーパント濃度とガラス基板表面の加工レートとの相関（以下、「ドーパント濃度と加工レートとの相関」とも言う。）と、ガラス基板面内でのドーパント濃度分布を用いて、加工条件を設定する。すなわち、ガラス基板表面を加工量Ｗ（μｍ）だけ加工するときの加工時間Ｔ（分）を、
Ｔ＝Ｗ／（Ｙ×Ｙ_０）
＝Ｗ／｛（０．０５２２Ｘ＋１．０４４９）×Ｙ_０｝ （３）
（ここでＹ_０はガラス中のＴｉＯ_２濃度が０質量％のとき加工レートである）
とし、ガラス基板の部位ごとにガスクラスタイオンビームのスキャン速度を変化させてドーズ量を変えることにより、基板表面のそれぞれの場所の加工量を設定する。

ガラス基板面上に二次元座標系を考えて、図９に対応するＴｉＯ_２濃度分布を表す関数をＣ（ｘ，ｙ）（質量％）とすると、ガラス基板の座標（ｘ，ｙ）の点における加工量をＥ_１（ｘ，ｙ）（μｍ）に対応する加工時間Ｔ（ｘ，ｙ）（分）は、
Ｔ（ｘ，ｙ）
＝Ｅ_１（ｘ，ｙ）／｛（０．０５２２・Ｃ（ｘ，ｙ）＋１．０４４９）×Ｙ_０｝
（４）
となる。ここでＥ_１（ｘ，ｙ）は前述の（１）式により求められる。

すなわち、（４）式により求められた加工時間となるように基板面内をラスタースキャンして加工をおこなって基板上の各点におけるドーズ量を制御することにより、ドーパントを含有するガラス基板面内を、所望の加工量分布からの変動を抑制して加工をおこなうことができる。

本発明のガラス基板の加工方法を用いると、高平坦かつ高平滑なガラス基板を生産性良く製造することが可能になる。さらに、ガラス基板面の傷（凹欠点）や突起物（凸欠点）などの欠点の除去も可能であり、低欠点が実現できる。

予備研磨後のガラス基板サンプルの平坦度測定結果のグラフである。 図１のガラス基板サンプルをガスクラスタイオンビーム（第１の加工工程）で加工した後の平坦度測定果のグラフである。 図２のガラス基板サンプルを仕上げ研磨（第２の加工工程）により加工した後の平坦度測定果のグラフである。 仕上げ研磨（第２の加工工程）による加工量の面内分布のグラフである。 本発明の加工をおこなう前のガラス基板サンプルの平坦度測定結果のグラフである。 ガスクラスタイオンビームエッチングによりおこなう第１の加工工程の加工量Ｅ_１（ｘ，ｙ）の面内分布をグラフである。 図６の加工量Ｅ_１（ｘ，ｙ）の面内分布で第１の加工工程をおこなった後のガラス基板サンプルの平坦度測定結果のグラフである。 図７のガラス基板サンプルを仕上げ研磨（第２の加工工程）により加工した後の平坦度測定果のグラフである。 例２のＴｉＯ_２ドープ石英ガラスが含有するＴｉＯ_２濃度分布を、基板中心からの距離を横軸にとってプロットしたグラフを示す。 ガスクラスタイオンビームエッチングによるＴｉＯ_２ドープ石英ガラスの加工レートのＴｉＯ_２濃度による変化をプロットしたグラフである。

Claims (5)

1. ガラス基板の加工方法であって、
   前記加工方法は、加工前の前記ガラス基板の基板面内の場所ごとに平坦度を測定する工程（平坦度分布測定工程）と、平坦度分布が測定された前記ガラス基板面を、基板面内の場所ごとに加工条件を変えて加工する工程（第１の加工工程）と、第１の加工工程が施された前記ガラス基板面を仕上げ研磨する工程（第２の加工工程）と、を備える、前記ガラス基板面を高平坦かつ高平滑に加工する加工方法であって、
   第１の加工工程が、ガスクラスタイオンビームエッチング、プラズマエッチング、または磁気粘性流体研磨によりおこなわれるとともに、
   第２の加工工程による加工量の面内分布が、同様のガラス基板を用いて別途測定されていて、
   第１の加工工程における基板面内の場所ごとの加工条件が、平坦度分布測定工程で測定された加工前の基板面内の平坦度分布と、第２の加工工程による加工量の面内分布と、から求められた加工量から決められることを特徴とするガラス基板の加工方法。
2. 前記ガラス基板はＳｉＯ₂を主成分とする石英ガラスからなるガラス基板である請求項１に記載のガラス基板の加工方法。
3. 前記石英ガラスはＴｉＯ_２がドープされた低熱膨張の合成石英ガラスである請求項２に記載のガラス基板の加工方法。
4. 前記ガラス基板の加工方法において、
   ガラス基板面内のドーパント濃度分布と、ガラス基板のドーパント濃度に対する第１の加工工程の加工レートとの関係と、が、第１の加工工程をおこなう前に別途求められていて、
   第１の加工工程における基板面内の場所ごとの加工条件が、第２の加工工程による加工量の面内分布と、平坦度分布測定工程で測定された加工前のガラス基板面の平坦度分布と、から求められた加工量と、ドーパント濃度の分布と、第１の加工工程の加工レートとドーパント濃度との関係と、から決められる、請求項３に記載のガラス基板の加工方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス基板の加工方法により加工された、基板面の平坦度がＰＶで０．０５μｍ以下、原子間力顕微鏡で測定した面粗さがＲＭＳで０．２５ｎｍ以下である高平坦かつ高平滑なガラス基板。
   

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