JP5598371B2 - ガラス基板の研磨方法 - Google Patents
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Description
反射型マスクや反射型ミラーの製造に用いられる基材(EUVL光学基材)としては、EUV光照射の下においても歪みが生じないよう低熱膨張係数を有する材料が必要とされ、低熱膨張係数を有するガラスや結晶化ガラスで作製されたガラス基板(EUVL光学基材用ガラス基板)が検討されている。EUVL光学基材用ガラス基板は、これらガラスや結晶化ガラスの素材を、高精度に研磨、洗浄することによって製造される。
ガラス基板表面の凸欠点や凹欠点を減少させることが求められるのは、凸欠点や凹欠点が存在するガラス基板表面上に反射多層膜を形成すると、反射多層膜の周期構造が乱され、位相欠陥を生じるからである。
したがって、EUVL光学基材用ガラス基板において、表面平滑性の向上が特に重要となるのは、反射型マスクや反射型ミラーの製造時に反射多層膜や吸収体層が形成されるガラス基板の成膜面である。以下、本明細書において、EUVL光学基材用ガラス基板の成膜面といった場合、ガラス基板の両主表面(すなわち、ガラス基板の表裏面)のうち、反射型マスクや反射型ミラーの製造時に反射多層膜や吸収体層が形成される側の主表面を指す。
両面研磨機を用いてガラス基板を研磨する場合、特許文献3、4、8、9に示すように、それぞれ研磨パッドが取り付けられた上定盤と、下定盤と、で、キャリアに保持されたガラス基板を挟持し、上下定盤の研磨パッドと、ガラス基板と、の間に研磨液(研磨スラリー)を供給しつつ、ガラス基板を保持するキャリアを公転および自転させながら、ガラス基板の両主表面を同時に研磨する。
両面研磨機を用いてガラス基板を研磨する場合、ガラス基板の下面は、自重により定盤(下定盤)に取り付けられた研磨パッドに吸着しやすく、下定盤に取り付けられた研磨パッドから取り外す際に傷が生じるおそれがあるので、EUVL光学基材用ガラス基板の成膜面側を上向きにした状態(すなわち、ガラス基板の成膜面が上定盤に取り付けられた研磨パッドと対面した状態)で両面研磨を行うことが好ましいと考えられていた。
両面研磨機を用いてガラス基板を研磨する場合、ガラス基板と、上下定盤に取り付けられた研磨パッドと、の間に研磨スラリーを供給するが、この際、重力を利用して、ガラス基板と、上下定盤に取り付けられた研磨パッドと、の間に研磨液(研磨スラリー)を供給するために、特許文献8、9に示すように、上定盤および該上定盤に取り付けられた研磨パッドに研磨液(研磨スラリー)供給用の孔を設け、該孔から研磨液(研磨スラリー)を供給することが好ましいとされている。
本願発明者は、この研磨液(研磨スラリー)供給用の孔の存在が、上定盤に取り付けられた研磨パッドで研磨されるガラス基板の成膜面に、ピットやスクラッチと呼ばれる凹欠点が生じる原因であることを見出した。
EUVL光学基材での成膜面が、前記下定盤の研磨面と対面するように前記ガラス基板を挟持することを特徴とするEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法を提供する。
前記キャリアを、その中心が前記研磨面上の前記定盤の回転軸と一致しない位置に配置し、前記研磨面上で前記ガラス基板を保持する前記キャリアを前記定盤の回転軸を中心に相対的に公転させ、かつ、前記キャリアの中心を回転軸として前記研磨面上で該キャリアを自転させることによって、前記ガラス基板の両主表面を研磨することが好ましい。
ここで、前記ドレス板が電着ダイヤであることが好ましい。
本発明のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法において、前記研磨粒子が平均一次粒子径が5〜100nmのコロイダルシリカであることがより好ましい。
本発明のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法において、前記研磨粒子を含む流体におけるコロイダルシリカの含有率が5〜40質量%であることがより好ましい。
本発明のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法において、前記研磨粒子を含む流体のpHが8以下のコロイダルシリカ水溶液であることがより好ましい。
本発明において、上定盤に取り付けられる研磨パッドの平均開口径を、下定盤に取り付けられる研磨パッドの平均開口径よりも小さくした場合、研磨終了後、上定盤の研磨面(研磨パッドのパッド面)にガラス基板が吸着することになり、ガラス基板の成膜面が下定盤の研磨面(研磨パッドのパッド面)に吸着することがない。この結果、両面研磨装置からガラス基板を取り外す際に、ガラス基板の成膜面に傷が生じるおそれがない。
本発明の基板研磨方法では、両面研磨装置を用いてEUVL光学基材用ガラス基板の両主表面を研磨する。ここで、ガラス基板の主表面とは使用時に基板として機能する面を指し、具体的には端面を除く表裏面である。以下、本明細書において、ガラス基板の両面研磨といった場合、ガラス基板の両主表面、すなわち、ガラス基板の表裏面を研磨することを指す。
両面研磨装置には様々な構成のものがあるが、上下定盤の研磨面でキャリアに保持されたガラス基板を挟持し、上定盤に設けられた供給孔から研磨粒子を含む流体(以下、本明細書において、「研磨スラリー」という。)を供給しつつ、上下定盤と、キャリアに保持されたガラス基板と、を相対的に移動させることにより、ガラス基板の両面を研磨する点では共通である。
以下、図面を参照して両面研磨装置について説明するが、本発明の基板研磨方法に用いる両面研磨装置は上記を満たすものであればよく、両面研磨装置の構成、動作機構、両面研磨装置でのガラス基板の配置等はこれに限定されない。
図1に示す両面研磨装置10は、ガラス基板22の両面を研磨する遊星歯車方式の研磨装置である。図1に示す両面研磨装置10は、上定盤12、下定盤14、太陽歯車16、及び内歯歯車18を備える。詳しくは後述するが、太陽歯車16及び内歯歯車18は、上下両定盤(上定盤12、下定盤14)と、キャリア20に保持されたガラス基板22と、を相対的に移動させる手段である。
上下両定盤(上定盤12、下定盤14)は、中心部に空洞12a,14aを有するドーナツ状である。
また、キャリア20は、ガラス基板22を収容する4角穴状の貫通部を中央に有する円板状体であり、外周に歯車が設けられており、外周部において太陽歯車16及び内歯歯車18と噛み合う。各キャリア20は、ガラス基板22をそれぞれ1枚保持する。なお、図2では、各キャリア20は、ガラス基板22をそれぞれ1枚保持しているが、各キャリアが複数のガラス基板を保持していてもよい。
上定盤12及び下定盤14は、基板22と対向する面に研磨パッド24が取り付けられている。本明細書において、上下両定盤(上定盤12、下定盤14)の研磨面と言った場合、上下両定盤(上定盤12、下定盤14)に取り付けられた研磨パッド24のパッド表面を指す。
複数の供給孔30は、上定盤12の回転軸側から外側に、かつ上定盤12の回転方向の進行側に向かって、螺旋状に等間隔で配置されている。但し、図3は、上定盤12における研磨スラリー供給孔30の配置の一構成例を示したものであり、上定盤12における研磨スラリー供給孔30の配置はこれに限定されない。
なお、キャリア20の中心(回転軸104)を定盤の回転軸(定盤中心軸102)と一致しない位置に配置するのは、定盤中心軸102に対してキャリア20が相対的に公転させるためである。
上述したように、上定盤12(および上定盤12に取り付けられた研磨パッド)には研磨スラリーの供給孔30が設けられている。研磨スラリーの供給孔30は、多孔体である研磨パッド表面の孔径を示す目的で用いる平均開口径(後述)と比較した場合、(1)供給孔30のほうがはるかに径が大きいこと(供給孔30の径は通常5〜10mm程度である)、(2)研磨パッド表面には凹凸形状が均一に分布しているのに対して、図3に示すように、上定盤12(および上定盤12の研磨面に設けられた研磨パッド)における供給孔30の分布は不均一であること、(3)研磨パッド表面の凹凸形状とは違い、上定盤12(および上定盤12の研磨面に設けられた研磨パッド)に貫通孔として設けられた供給孔30は端部が粗く、両面研磨機を用いてガラス基板を研磨する際に、ガラス基板の被研磨面のうち、上定盤12の研磨面による被研磨面にはピットやスクラッチと呼ばれる凹欠点が生じるおそれがある。
位相欠点に関する要求は、EUVLを実施して作製する半導体デバイスによって異なるが、たとえば32nmハーフピッチの半導体デバイスの作製時に使用する反射型マスクや反射型ミラーの場合、球相当直径(SEVD)換算で30nm以上の欠点が、反射多層膜において、10個未満であることが求められる可能性がある。
なお、反射多層膜での位相欠陥の防止という観点からは、該EUVL光学基材の成膜面には深さ3nm超の凹欠点が存在しないことが好ましく、深さ2nm超の凹欠点が存在しないことがより好ましい。
研磨終了時において、ガラス基板の下面(すなわち、EUVL光学基材での成膜面)は、自重によって下定盤の研磨面に吸着するおそれがある。このような吸着が起こると、下定盤の研磨面からガラス基板を取り外す際に、ガラス基板の下面(すなわち、EUVL光学基材での成膜面)に傷が生じるおそれがある。
このため、本発明のガラス基板研磨方法を実施する際には、下定盤の研磨面へのガラス基板の吸着が起こらないようにする必要がある。または、ガラス基板の下面の吸着が起こった場合であっても、下定盤の研磨面からガラス基板を取り外す際に、ガラス基板の下面(すなわち、EUVL光学基材での成膜面)に傷が生じないようにする必要がある。
上定盤の研磨面とガラス基板との接触面積を大きくする方法としては、たとえば研磨パッドとして、後述するスウェード系研磨パッドを使用する場合には、上定盤に取り付ける研磨パッドの平均開口径を、下定盤に取り付ける研磨パッドの平均開口径よりも小さくすればよい。なお、研磨パッドの平均開口径については後述する。
また、上定盤の研磨面とガラス基板との接触面積を大きくする方法としては、上定盤の研磨面に取り付ける研磨パッドを、下定盤の研磨面に取り付けられる研磨パッドよりも軟質の研磨パッドとする方法がある。
また、下定盤の研磨面と、ガラス基板ガラス基板の下面と、の間に窒素ガス等を吹き付けて、両者の間に存在する研磨スラリーを強制的に除去して、吸着力を下げることで、ガラス基板の下面(すなわち、EUVL光学基材での成膜面)に傷が生じないようにすることもできる。
本発明の基板研磨方法を用いて研磨するガラス基板は、EUVL光学基材用ガラス基板であることから、該ガラス基板を構成するガラスは、熱膨張係数が小さくかつそのばらつきの小さいガラスであることが好ましい。具体的には20℃における熱膨張係数が0±30ppb/℃の低膨張ガラスが好ましく、20℃における熱膨張係数が0±10ppb/℃の超低膨張ガラスがより好ましく、20℃における熱膨張係数が0±5ppb/℃の超低膨張ガラスがさらに好ましい。
上記低膨張ガラスおよび超低膨張ガラスとしては、SiO2を主成分とするガラス、典型的には石英ガラスが使用できる。具体的には例えばSiO2を主成分とし1〜12質量%のTiO2を含有する合成石英ガラス、ULE(登録商標:コーニングコード7972)を挙げることができる。ガラス基板は通常四角形状の板状体で研磨されるが、形状はこれに限定されない。
上述したように、本発明における研磨スラリーとは、研磨粒子を含む流体である。
研磨粒子としては、コロイダルシリカ又は酸化セリウムなどが好ましい。コロイダルシリカを使用した場合には、より精密にガラス基板を研磨することが可能になり、その結果、より良好な精度で、凹状の欠陥が低減された又は除去されたガラス基板を得ることができるので、特に好ましい。
研磨粒子が凝集すると、ガラス基板上に付着しやすくなると考えられるが、研磨スラリーのpHが8を超えると、研磨粒子が付着していない部分のガラス基板の表面が、研磨スラリーによって溶解し、凸状の欠陥を生じさせるおそれがある。研磨スラリーのpHが8以下であることにより、このような凸状の欠陥は生じにくいものと考えられる。研磨スラリーのpHは7以下であることがより好ましい。pHは1〜4であることがさらに好ましい。
研磨スラリーのpHは、無機酸及び/又は有機酸を用い調整できる。例えば、無機酸としては、硝酸、硫酸、塩酸、過塩素酸、リン酸などが挙げられ、硝酸が好ましい。有機酸としては、シュウ酸、クエン酸などが挙げられる。
上下両定盤の研磨面には研磨パッドが設けられていることが好ましい。研磨パッドとしては、不織布などの基布に、ポリウレタン樹脂を含浸させ、湿式凝固処理を行って得られたポリウレタン樹脂発泡層を有する研磨パッドなどが挙げられる。研磨パッドとしては、スウェード系研磨パッドが好ましい。
スウェード系研磨パッドにおけるナップ層の厚さは0.3〜1.0mm程度が実用上で好ましい。また、スウェード系研磨パッドとしては、適度の圧縮弾性率を有する軟質の樹脂発泡体が好ましく使用でき、具体的には例えばエーテル系、エステル系、カーボネート系などの樹脂発泡体が挙げられる。
ここで、研磨パッドの平均開口径とは、多孔体である研磨パッド表面の孔径を示す目的で用いる平均開口径を指し、後述する方法で算出することができる。
研磨パッドの平均開口径が100μm超であると、研磨荷重の分布が生じ、所定の研磨品質を維持することが困難になるおそれがある。また、研磨パッドの平均開口径が5μm未満であると、研磨スラリーを保持してムラなく研磨することができなくなるおそれがある。
なお、上記最大高さ差Rhは、例えば表面粗さ測定装置を用いて求めることができる。具体的には、上記した平均開口径の測定箇所と同じ研磨パッドの半径方向の3箇所x、y、zの研磨面粗さを、表面粗さ測定装置を使用して測定して各測定箇所のそれぞれの最大高さ差Rhを求め、それらの中の最大のものを該研磨パッドの最大高さ差Rhとすることができる。
すなわち、最大高さ差Rhの大きいパッド表面を有する研磨パッドでガラス基板を研磨した場合、研磨荷重の分布や研磨粒子に偏りが生じるために凹状欠点が生じやすく、かつ均一な研磨が得られ難くい。また、突出度の高い凹凸が主体にガラス基板に接触して研磨が行われるため、研磨パッドとガラス基板との接触部が少なくなり、研磨効率が低下してしまうという問題も生じる。
パッド表面の最大高さ差Rhが50μm以下であると、研磨荷重を小さくしても所定の研磨効率を維持し、また凹状欠点を抑制しながらガラス基板を均一かつ高精緻に研磨できる。
ドレッシング加工は、図示した両面研磨装置10のキャリア20にガラス基板22の代わりにドレス板を設置し、研磨を実施することで容易に実施できる。
ドレッシング加工に用いるドレス板としては平坦度の良い基板にダイヤ微粒子を接着したものが好ましく使用できる。具体的には電着ダイヤ、メタルボンドダイヤ、レジンボンドダイヤ、ビトリファイドボンドダイヤ等が挙げられる。なかでも、電着ダイヤは表面の凹凸を小さく抑えやすく、またダイヤの脱落が稀少であり、脱落ダイヤが研磨パッドに残存してガラス基板の被研磨面に引掻き傷を発生させることが少ないので好ましい。上記基板の材質としては耐薬品性の高いSUSが優れている。その平坦度は10μm以下であることが好ましい。
基板に接着するダイヤ微粒子のサイズは限定されないが、ドレッシング加工の作業性と所望の最大高さ差Rhが得られるように#100〜#1200メッシュのものが好ましく、#300〜#1000メッシュのものがより好ましく、#300〜#600メッシュのものが特に好ましい。
また、ドレス板のサイズや形状は、両面研磨装置10のキャリア20に対応して適宜決めることができ限定されない。例えば、形状としては円形または正方形が好ましく、サイズは30〜700mmの範囲を目安に径または辺の長さを決めることができる。
また、本発明の基板研磨方法の実施時における研磨荷重は一定であってもよく、徐々にまたは段階的に変化させてもよい。例えば、研磨開始時は大きい荷重とし、徐々にまたは段階的に研磨荷重を下げ、研磨終了時は小さい荷重としてもよい。逆に、研磨開始時は小さい荷重とし、徐々にまたは段階的に研磨荷重を上げ、研磨終了時は大きい荷重としてもよい。
例えば、研磨荷重50〜120g/cm2で、好ましくは、50〜100g/cm2で研磨を開始し、徐々にまたは段階的に研磨荷重を下げ、研磨終了時の荷重を5〜50g/cm2で、より好ましくは、5〜20g/cm2とすることができる。また、逆に、研磨開始時は荷重を5〜50g/cm2、より好ましくは、5〜20g/cm2として、徐々にまたは段階的に研磨荷重を上げ、荷重50〜120g/cm2で、好ましくは、50〜100g/cm2で研磨を終了してもよい。
また、例えば、50〜120g/cm2、好ましくは、50〜100g/cm2の一定荷重で研磨することもできる。
火炎加水分解法で製造されたTiO2を7質量%含有する合成石英ガラスのインゴットを、縦153mm×横153mm×厚さ6.75mmの板状に内周刃スライサーを用いて切断し、60枚の合成石英ガラスの板材試料(以下、「試料基材」という)を作製した。さらに、これら試料基材を市販のダイアモンド砥石を用い、縦、横の外形寸法が152mm、面取り幅が0.2〜0.4mmになるよう面取り加工した。
次に、この試料基材を両面ラップ機(スピードファム社製)を使用して厚さが6.51mmになるまでその主表面を研磨したあと、両面ポリッシュ機(スピードファム社製)を使用して、表面粗さ(Rms)が約0.8nm、平坦度(P−V値)が約0.6μmになるように予備研磨した。試料基材の外周も研磨して端面を表面粗さRa0.05μmに鏡面加工した。
(研磨条件)
研磨機 :両面研磨装置
研磨パッド :スウェード系研磨パッド
Rh :3μm
平均開口径 :12μm
研磨定盤回転数 :35rpm
研磨荷重 :80g/cm2
研磨時間 :50分
希釈水 :純水(比抵抗値4.2MΩ・cm、0.2μm以上異物濾過)
スラリー流量 :10L/min
上記条件で試料基材を仕上げ研磨したあと、第一槽目が界面活性剤溶液による洗浄槽、これ以降を超純水によるすすぎ槽とIPAによる乾燥槽で構成した多段式自動洗浄機で洗浄した。この洗浄した試料基材の表面対象面をフォトマスク用表面欠点検査機(レーザーテック社製M1350A)で検査し、142mm×142mm内における凹欠点数を実施例1および比較例1で検出した。検査はそれぞれ15枚全てについて行い、凹欠点の検出数を比較した。その結果、実施例1では15枚全てで凹欠点は検出されなかった。一方、比較例では凹欠点の検出数の平均値が5個/枚であった。
なお、Si膜およびMo膜の成膜条件は以下の通りである。
Si膜の成膜条件
ターゲット:Siターゲット(ホウ素ドープ)
スパッタガス:Arガス(ガス圧0.02Pa)
電圧:700V
成膜速度:0.077nm/sec
膜厚:4.5nm
Mo膜の成膜条件
ターゲット:Moターゲット
スパッタガス:Arガス(ガス圧0.02Pa)
電圧:700V
成膜速度:0.064nm/sec
膜厚:2.3nm
Si/Mo多層反射膜の表面(キャップ層としてのSi層表面)をフォトマスク用表面欠点検査機(レーザーテック社製M1350A)で検査し、142mm×142mm内における凹欠点数を実施例1および比較例1で検出した。検査はそれぞれ15枚全てについて行い、SEVD34nmの凹欠点の検出数を比較した。その結果、実施例1では検出数の平均値が15個/枚であったのに対して、比較例1では検出数の平均値が120個/枚であった。
12:上定盤
12a:空洞
14:下定盤
14a:空洞
16:太陽歯車
18:内歯歯車
20:キャリア
22:ガラス基板
24:研磨パッド
30:研磨スラリー供給孔
102:定盤中心軸
104:キャリアの回転軸
Claims (13)
- 両面研磨装置の上下定盤の研磨面でキャリアに保持されたガラス基板を挟持し、下定盤の研磨面には研磨スラリーの供給孔が存在せず、上定盤に設けられた供給孔から研磨粒子を含む流体を供給しつつ、前記上下定盤と、前記キャリアに保持された前記ガラス基板と、を相対的に移動させて前記ガラス基板の両主表面を研磨するEUVリソグラフィ(EUVL)光学基材用ガラス基板の研磨方法であって、
EUVL光学基材での成膜面が、前記下定盤の研磨面と対面するように前記ガラス基板を挟持することを特徴とするEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。 - 前記上下両定盤を同心の回転軸で回転させつつ、
前記キャリアを、その中心が前記研磨面上の前記定盤の回転軸と一致しない位置に配置し、前記研磨面上で前記ガラス基板を保持する前記キャリアを前記定盤の回転軸を中心に相対的に公転させ、かつ、前記キャリアの中心を回転軸として前記研磨面上で該キャリアを自転させることによって、前記ガラス基板の両主表面を研磨することを特徴とする請求項1に記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。 - 前記上下両定盤の研磨面による研磨荷重が1〜120g/cm2である、請求項1または2に記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記上下両定盤には、表面の最大山と最小山の高低差が50μm以下のパッド表面を有するスウェード系研磨パッドが取り付けられている、請求項1〜3のいずれかに記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記研磨パッドの平均開口径が5〜100μmである、請求項4に記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記下定盤に取り付けられた研磨パッドの平均開口径と、前記上定盤に取り付けられた研磨パッドの平均開口径と、の差(下定盤の研磨パッドの平均開口径 − 上定盤の研磨パッドの平均開口径)が、0.01μm以上であることを特徴とする請求項5に記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記研磨パッドのパッド表面がドレス板でドレッシング加工されている、請求項4〜6のいずれかに記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記ドレス板が電着ダイヤである、請求項7に記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記研磨粒子がコロイダルシリカまたは酸化セリウムである、請求項1〜8のいずれかに記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記研磨粒子が、平均一次粒子径が5〜100nmのコロイダルシリカである、請求項9に記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記研磨粒子を含む流体におけるコロイダルシリカの含有率が5〜40質量%である、請求項10に記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 前記研磨粒子を含む流体が、pHが8以下のコロイダルシリカ水溶液である、請求項10または11に記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
- 表面粗さ(Rms)が1nm以下、平坦度(P−V値)が1μm以下となるように、前記ガラス基板の両主表面が予備研磨されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載のEUVL光学基材用ガラス基板の研磨方法。
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