JP5664470B2 - ナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法 - Google Patents

ナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、非貫通の穴、溝又は段差を有するナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法に関する。
合成石英ガラス基板の品質としては、基板上の欠陥サイズ及び欠陥密度、平坦度、面粗度、材質の光化学的安定性、表面の化学的安定性などが挙げられ、デザイン・ルールの高精度化のトレンドに伴ってますます厳しくなってきている。
半導体用又は液晶ディスプレイ用等に用いられるフォトマスク基板は、高い形状精度が求められる。これは、基板の形状精度が悪く、歪みを持った状態の場合、露光時にシリコンウェハ上の焦点ずれを生じ、パターン均一性が悪くなるため、微細パターンを形成することができなくなるからである。現在、半導体用リソグラフィ技術の主流である波長が１９３ｎｍであるＡｒＦレーザー光源を使用したリソグラフィ技術や、次世代リソグラフィ技術として開発が進められている軟Ｘ線波長領域である１３．５ｎｍの波長を光源として使用するＥＵＶリソグラフィ技術においては、フォトマスク用基板、反射型マスク基板に平坦度（特開２００８−１０３５１２号公報：特許文献１）、平行度、外形公差といった形状精度が高いレベルで求められる。ＴＦＴ液晶パネルのアレイ側のフォトマスク基板や、カラーフィルター用フォトマスク基板に関しても同様である。
また、従来の露光方法に比べて、低コスト、簡便で高解像度な方式として研究が進められているナノインプリント技術においても、インプリント用のモールドとして高形状精度を持つ基板が求められている。ナノインプリントとは、微細な凹凸パターンを樹脂に押し付けて転写する技術で、転写されるパターンの解像度はモールド上の凹凸の解像度に依存する。そのため、微細パターンを描画する基板は、高い形状精度が求められる（特開平３−５４５６９号公報：特許文献２）。
その他、半導体、ディスプレイ部材等の製造工程で使用される露光装置等の様々な装置に組み込まれる合成石英ガラス部材にも、また高い純度と精度が求められる。
特開２００８−１０３５１２号公報 特開平３−５４５６９号公報 特表２００９−５３６５９１号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、比較的簡便な方法でサイズ、底面の残し厚さ、平行度等、形状を高精度に安定的に制御された、底面及び側面が鏡面である非貫通の穴、溝又は段差を有し、このため非貫通の穴、溝又は段差において高い強度を有するナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、基板に非貫通の穴、溝又は段差を形成する研削工程及び非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面に回転研磨ツールをそれぞれ独立した一定圧力で接触させて底面及び側面の研削面を鏡面加工することにより、加工歪みによる残留応力を除去することが前記課題の解決に有用であり、このように非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面を鏡面加工することで、これら非貫通の穴、溝又は段差に繰り返しの荷重を加え、かなりの応力を付与しても破壊が生じ難いことを知見した。
即ち、このような非貫通の穴、溝又は段差を有する基板は、基板の表面にナノインプリント用の加工を施すものであるが、基板の一方の面に形成された非貫通の穴、溝又は段差の底面と基板の他方の面との間の距離（残し厚さ）は０．０５〜８０ｍｍ、特に好ましくは０．０５〜１１ｍｍで、好ましくは基板の厚さの５〜５０％、特に１０〜３０％であるように形成される。この場合、残し厚さは好適には薄く形成することが望まれるが、従来においては、非貫通の穴、溝又は段差内は鏡面加工することなく、また鏡面加工しにくい点もあって、非貫通の穴、溝又は段差を研削加工したままの状態で用いていた。しかし、このように研削加工したままの非貫通の穴、溝又は段差の状態では、繰り返し荷重を加えると、比較的容易に破壊が生じてしまう問題があり、このため非貫通の穴もしくは溝の底面と基板表面との間、又は段差の底面と基板裏面との間の距離（残し厚さ）を比較的厚く形成していた。
ところが、上記のように、非貫通の穴、溝又は段差の底面と側面を鏡面加工することにより、強度が高まり、後述する実施例に示したように、非貫通の穴もしくは溝の底面と基板表面との間、又は段差の底面と基板裏面との間の距離（残し厚さ）をかなり薄く形成した場合にも、これにかなりの荷重を繰り返し加えても破壊し難く、かかる応力に十分耐えることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
従って、本発明は以下の非貫通の穴、溝又は段差を有するナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法を提供するものである。
請求項１：
ナノインプリント用合成石英ガラス基板の少なくとも一方の面に非貫通の穴、溝又は段差を形成する研削工程と、形成された非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面に回転研磨ツールの研磨加工部をそれぞれ独立した一定圧力で同時に接触させて底面及び側面の研削面を鏡面加工する工程とを含む、非貫通の穴、溝又は段差を有するナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
請求項２：
鏡面加工工程が、非貫通の穴、溝又は段差に回転研磨ツールの研磨加工部を１〜１，０００，０００Ｐａの圧力で接触させて鏡面加工する請求項１記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
請求項３：
鏡面加工工程が、基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールと基板とを相対的に移動させて鏡面加工する請求項１又は２記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
請求項４：
鏡面加工工程が、基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールを公転あるいは基板保持台を回転させて鏡面加工する請求項３記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
請求項５：
鏡面加工工程が、基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールあるいは基板保持台を１軸以上の直線軸上を移動させて鏡面加工する請求項３記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
請求項６：
基板の厚さが０．１〜３００ｍｍで、基板の一方の面に形成された非貫通の穴、溝又は段差の底面と基板の他方の面との間の距離が０．０５〜８０ｍｍであり、基板厚さの５〜５０％である請求項１〜５のいずれか１項記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
請求項７：
非貫通の穴、溝又は段差を形成するための研削工程を行う前のナノインプリント用合成石英ガラス基板の表裏面の平坦度が０．０１〜３０μｍ、平行度が０．１〜５０μｍであり、非貫通の穴、溝又は段差の鏡面研磨する前の底面及び側面の面粗度Ｒａが２〜５００ｎｍであり、鏡面研磨した後の非貫通の穴、溝又は段差の底面の平坦度が０．０１〜４０μｍ、平行度が１００μｍ以下であり、該底面及び側面の面粗度Ｒａが１ｎｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
本発明によれば、ＩＣ等の製造に重要な光リソグラフィ法において使用される非貫通の穴、溝又は段差を有するナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造において、比較的簡便な方法で、形状精度が高く、全面が鏡面化された基板を得ることができる。また、非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面を独立の研磨レートで研磨することで、同時に同時間研磨する際のそれぞれの面の研磨量を制御することができ、研磨後の非貫通の穴、溝又は段差の大きさ及び残し厚さを精密に制御しながら、短時間で研磨することができる。これにより所定の荷重によって非貫通の穴、溝又は段差の底面の形状を変化させても、底面の破壊が起きない基板を得ることができる。
本発明における非貫通の穴を有する合成石英ガラス基板の一例を示す斜視図である。 同例の断面図である。 本発明における非貫通の穴を有する基板の一例を示す斜視図である。 本発明における溝を有する合成石英ガラス基板の一例を示す斜視図である。 本発明における段差を有する合成石英ガラス基板の一例を示す斜視図である。 本発明における段差を有する基板の他の例を示す斜視図である。 本発明における段差を有する基板の別の例を示す斜視図である。 本発明における段差を有する基板の更に別の例を示す斜視図である。 回転研磨ツールの一例を示す概略正面図である。
本発明のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法は、基板の所用箇所に非貫通の穴、溝又は段差を形成する研削工程と、形成された非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面に回転研磨ツールを一定圧力で接触させて底面及び側面の研削面を鏡面加工する工程とを含むものである。
ここで、本発明のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法に用いられる合成石英ガラス基板は、公知の方法により製造されたものであればよく、必要に応じて基板表面にＣｒ膜等が成膜されていたり、ナノメートルオーダーの微細な凹凸パターンが存在していてもよい。
ナノインプリント用合成石英ガラス基板の形状は四角形状、円形状等とすることができ、ガラス基板の大きさは、適宜選定される。例えば、四角形状のガラス基板では２０ｍｍ×２０ｍｍ〜１５２ｍｍ×１５２ｍｍのサイズから１，０００ｍｍ×２，０００ｍｍのサイズの基板が好適に用いられる。丸形状のガラス基板では６インチφ、８インチφのウェハサイズが好適に用いられる。
ここで、ナノインプリント用合成石英ガラス基板の厚さは適宜選定されるが、０．１〜３００ｍｍ、好ましくは０．１〜１００ｍｍ、更に好ましくは０．２〜３０ｍｍである。
必要に応じて合成石英ガラス基板は、予め平坦度及び平行度を測定して、精度の確認を行っておくことが好ましい。平坦度の測定は、測定精度の観点から、レーザー光などのコヒーレントな光を基板表面に当てて反射させ、基板表面の高さの差が反射光の位相のずれとして観測されることを利用した光学干渉式の方法が好ましく、例えばＺｙｇｏ社製Ｚｙｇｏ Ｍａｒｋ ＩＶｘｐを用いて測定できる。また、平行度も、Ｚｙｇｏ社製Ｚｙｇｏ Ｍａｒｋ ＩＶｘｐを用いて測定できる。
この場合、非貫通の穴、溝又は段差を形成するための研削工程を行う前のナノインプリント用合成石英ガラス基板の表裏面の平坦度は０．０１〜３０μｍ、好ましくは０．０１〜２μｍ、更に好ましくは０．０１〜０．５μｍ、平行度は０．１〜５０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍ、更に好ましくは０．１〜３μｍであることが、パターン均一性の点で好ましい。
本発明においては、このようなナノインプリント用合成石英ガラス基板に、露光装置やナノインプリント装置に組み込むために、装置の形態や用途に合わせて非貫通の穴、溝、又は段差を形成するものである。
即ち、図１，２は四角形状のナノインプリント用合成石英ガラス基板１の中央部に非貫通の穴２を形成したものであり、図３は円形状の基板１の中央部に非貫通の穴２を形成したものである。この場合、非貫通の穴は、通常基板１の裏面１ｂに形成され、基板１の表面には例えばナノインプリント用加工が施される。図４は四角形状の基板１の中央部に幅方向に沿って溝３を形成したものである。図５は四角形状の基板１の表面１ａの長さ方向両端部にそれぞれ段差４，４を形成したものである。この場合、段差は基板１の表面１ａではなく、裏面１ｂに形成してもよく、また、図６に示したように、基板１の長さ方向両端部の表裏面にそれぞれ段差４を形成してもよい。更に、段差は基板の周縁部に沿って形成してもよく、図７，８はこれを示す。なお、図７は四角形状の基板１の周縁部に段差４を形成した例、図８は円形状の基板１の周縁部に段差４を形成した例を示す。なお、図７，８では段差４は基板１の表面１ａに形成したが、裏面１ｂに形成することもできる。
また、基板の一方の面に非貫通の穴、溝、段差の２種類以上を形成したり、基板の一方の面に非貫通の穴、溝、段差のいずれかを形成し、基板の他方の面にこれと異なる非貫通の穴、溝、段差のいずれかを形成してもよい。
非貫通の穴の形状は、平面形状が円形状、楕円形状、長円状、四角状、多角形状とすることができるが、図２，３に示すような円形状が好ましい。その大きさは、円形状であれば直径、楕円形状や長円状であれば長径、角状であれば対角長が５〜２００ｍｍであることが好ましい。溝の場合は、図４に示したように、両側壁３ａ，３ｂが互いに平行な平面に形成することが好ましいが、両側壁が平行でなくてもよく、一方又は双方の側壁が凸状又は凹状曲面であってもよい。更に、段差の場合、図５に示したように、その内壁４ａが段差４の自由先端縁部４ｂにつながる基板端面と平行な平面に形成することが好ましいが、該端面と平行でなくてもよく、内壁が凸状又は凹状曲面であってもよい。なお、溝及び段差はその最大幅が５〜２００ｍｍであることが好ましい。
上記穴２、溝３、段差４の深さは基板の用途に応じて適宜選定されるが、ナノインプリント用合成石英ガラス基板の残し厚さ（非貫通の穴、溝又は段差の底面と、これらが形成された面と反対側の面との距離（図においてｔで示す））は、強度の点から０．０５〜８０ｍｍ、好ましくは０．０５〜２９ｍｍ、更に好ましくは０．０５〜１１ｍｍであり、ナノインプリント用合成石英ガラス基板の厚さの１〜９０％、より好ましくは５〜５０％、更に好ましくは１０〜３０％とすることが強度の点から好ましい。
なお、ナノインプリント用基板の場合、上記非貫通の穴２、溝３は、基板の裏面側に形成し、穴２や溝３の底面に対向する表面部分にナノインプリントを施すための凹凸が形成される。また、段差４は、基板の表面側及び／又は裏面側に形成し、表面側にナノインプリントを施すための凹凸が形成される。
本発明の製造方法において、初めに非貫通の穴、溝又は段差を形成する研削工程では、マシニングセンターやその他数値制御工作機械を用いて、合成石英ガラスの加工面に、割れ、ヒビ、激しいチッピング等の発生しない研削条件で砥石を回転、移動させ、所定のサイズ、深さの非貫通の穴、溝又は段差の研削を施して行う。
具体的には、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒等を電着又はメタルボンドで固定した砥石を用いて、主軸回転数１００〜３０，０００ｒｐｍ、特に１，０００〜１５，０００ｒｐｍ、切削速度１〜１０，０００ｍｍ／ｍｉｎ、特に１０〜１，０００ｍｍ／ｍｉｎで研削することが好ましい。
このように非貫通の穴、溝又は段差を研削、形成した段階において、これら非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面の面粗度Ｒａは２〜５００ｎｍ、特に２〜１００ｎｍであるように研削砥石、研削条件を選定することが好ましく、また底面の平行度は９０μｍ以下、特に１〜４０μｍ、平坦度は０．０１〜２０μｍ、特に０．０１〜１０μｍであることが好ましい。
次に、非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面のそれぞれの研削面を鏡面加工する工程は、研削面に回転研磨ツールの研磨加工部を底面と側面とにそれぞれ別個に独立した一定圧力で接触させて、一定速度で相対的に移動させて行う。一定圧力、一定速度の条件で研磨を行うことにより、一定の研磨レートで研削面を均一に研磨することができる。具体的には、回転研磨ツールの研磨加工部の接触時の圧力としては、経済性及び制御のし易さ等の点で１〜１，０００，０００Ｐａ、特に１，０００〜１００，０００Ｐａであることが好ましい。
また、速度は、経済性及び制御のし易さ等の点で１〜１０，０００ｍｍ／ｍｉｎが好ましく、特に１０〜１，０００ｍｍ／ｍｉｎが好ましい。移動量は合成石英ガラス基板の形状、大きさに応じて適宜決められる。
回転研磨ツールは、その研磨加工部が研磨可能な回転体であればいかなるものでも構わないが、ツールチャッキング部を持ったスピンドル、リューターに研磨ツールを装着させる方式などが挙げられる。
研磨ツールの材質としては、少なくともその研磨加工部がＧＣ砥石、ＷＡ砥石、ダイヤモンド砥石、セリウム砥石、セリウムパッド、ゴム砥石、フェルトバフ、ポリウレタンなど、被加工物を加工除去できるものであれば種類は限定されない。
研磨ツールの研磨加工部の形状は円又はドーナツ型の平盤、円柱型、砲弾型、ディスク型、たる型等が挙げられる。例えば、図９に示したように、研磨ツール１０として、ピストン１１に進退可能に収容され、図示していないモータ等の回転源の駆動により回転する回転軸１２の先端に研磨加工部１３を取り付けたものが使用し得る。
この場合、非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面を同時に研磨する点から、研磨加工部１３の非貫通の穴、溝又は段差の側面と接触する部分の高さ（図９においてｈ1）は該側面の高さ（図２においてｈ0）以上であることが好ましい。また、研磨加工部１３の直径（図９においてｒ1）は、非貫通の穴が円形である場合にはその直径（図２においてｒ0）、楕円状、長円状等の場合にはその短径のそれぞれ１／２以上（ｒ1≧ｒ0／２）であることが好ましい。また、溝の場合にはその溝の幅の１／２以上（ｒ1≧Ｗ1／２）、段差の場合にはその幅以上（ｒ1≧Ｗ2）であることが好ましい。
上述した非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面の研削面に回転研磨ツールの研磨加工部を接触させて研磨を行う場合、研磨砥粒スラリーを介在させた状態で加工を行うことが好ましい。
この場合、研磨砥粒としてはシリカ、セリア、アランダム、ホワイトアランダム（ＷＡ）、エメリー、ジルコニア、ＳｉＣ、ダイヤモンド、チタニア、ゲルマニア等が挙げられ、その粒度は１０ｎｍ〜１０μｍが好ましく、これらの水スラリーを好適に用いることができる。
また、回転研磨ツールの相対移動速度は、上述したように、１〜１０，０００ｍｍ／ｍｉｎ、特に１０〜１，０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲で選定することができる。回転研磨ツールの研磨加工部の回転数は１００〜１０，０００ｒｐｍ、好ましくは１，０００〜８，０００ｒｐｍ、更に好ましくは２，０００〜７，０００ｒｐｍである。回転数が小さいと加工レートが遅くなり、研削面を鏡面化するのに時間がかかりすぎる場合があり、回転数が大きいと加工レートが速くなったり、ツールの磨耗が激しくなるため、鏡面化の制御が難しくなる場合がある。
本発明のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法は、非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面をそれぞれ独立の圧力で回転研磨ツールを接触させて鏡面加工することができる。圧力の調節は、空気圧ピストン、ロードセル等を用いることができ、例えば図９の回転研磨ツールの場合、空気圧ピストン１１の圧力を調整することで底面に対する研磨加工部の圧力を調整することができ、また、図９の回転研磨ツールの場合、空気圧ピストン１１に該ピストン１１を非貫通の穴、溝又は段差の側部に向けて進退させる別のピストンを取り付け、該別のピストンの圧力を調整してピストン１１の側部への圧力を調整し、あるいは更に別のピストンを設け、このピストンに進退する軸体を、基板を保持する基板保持台に連結し、この軸体の圧力を調整することで横方向への圧力を調整し、基板保持台の進退を調整するなどして、研磨加工部の上記側面に対する圧力を調整することができる。
このように、底面と側面への圧力を独立させ、単独の回転研磨ツールをそれぞれの面に独立した一定圧力で回転研磨ツールを接触させながら、一定速度で相対的に移動させることにより、それぞれの面を同時に独立の研磨レートで均一に研磨することができる。
非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面を回転研磨ツールにより同時ではなく順番に別々に研磨する方法は、回転研磨ツールが底面及び側面に同時に接触してしまう部分が生じ、当該部分における研磨が不均一になる上、研磨時間がかかる。
なお、本発明のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法は、基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールと基板とを相対的に移動させて鏡面加工することができる。移動させる方式は移動量、方向、速度を一定に制御できる方式であればいかなるものでもよい。例えば、多軸ロボット等を用いる方式等が挙げられる。
回転研磨ツールと基板とを相対的に移動させる方法には、基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールを公転あるいは基板を回転させる方法と、１軸以上の直線軸上を移動させる方法等がある。
基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールを公転あるいは基板を回転させて鏡面化する方法では、回転数、回転速度を一定に制御できる方式であればいかなるものでもよいが、例えばモータースピンドルにより、回転研磨ツールあるいは基板保持台を回転数０．１〜１０，０００ｒｐｍ、特に１〜１００ｒｐｍで、速度１〜１０，０００ｍｍ／ｍｉｎ、特に１０〜１，０００ｍｍ／ｍｉｎで回転させる方式等が挙げられる。この方法は、真円形、楕円形あるいは壁面が曲面状の非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面を一定速度でそれぞれ独立した一定圧力にて均一に研磨して鏡面化する場合に特に有効である。
基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールあるいは基板を１軸以上の直線軸上を移動させて鏡面加工する方法では、移動量、速度を一定に制御できる方式であればいかなるものでもよいが、例えば、回転研磨ツールあるいは基板保持台を速度１〜１０，０００ｍｍ／ｍｉｎ、特に１０〜１，０００ｍｍ／ｍｉｎでサーボモーター等によりスライダー上を移動させる方式等が挙げられる。この方法は、角形あるいは壁面が平面状の非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面を一定圧力、一定速度で均一に研磨して鏡面化する場合に特に有効である。
必要に応じて鏡面加工工程後、基板の非貫通の穴、溝又は段差の底部及びその周辺におけるキズ、欠陥、クラックの有無を検査することができる。検査方法は、深さ２００ｎｍ以上、幅１μｍ以上のキズ、欠陥、クラックを検出できる方法であればいかなるものでもよいが、例えば高輝度ランプを使用した目視観察、顕微鏡観察、レーザー光欠陥検査装置等による検査方法等が挙げられる。
上記のようにして鏡面研磨して得られる非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面は、面粗度Ｒａが１ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下の鏡面である。非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面が鏡面でないと、光を透過させることができず、露光ができなくなる場合や、汚れが発生すると汚れが光の透過を邪魔してしまったり、パターンが汚染されたりする場合が生じて好ましくない。なお、面粗度ＲａはＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠した値である。
しかも、このように非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面を鏡面にすることにより、所定の範囲の荷重によって非貫通の穴、溝又は段差の底面の形状を変化させて、１００ＭＮｍ-2以下、特に５〜５０ＭＮｍ-2、とりわけ５〜２０ＭＮｍ-2の応力を非貫通の穴、溝又は段差の底部に加えても、底面の破壊は起きず、複数回荷重を加えても、耐久性が損なわれず、底面の破壊は起きない。
ここで、所定の範囲の荷重とは、例えば残し厚さがｈｍｍ、直径がａｍｍの円形の非貫通の穴の場合、底面全体に約１．３×１０8×ｈ2／ａ2Ｐａ以下、特に７．０×１０6×ｈ2／ａ2〜７．０×１０7×ｈ2／ａ2Ｐａ、とりわけ７．０×１０6×ｈ2／ａ2〜３．０×１０7×ｈ2／ａ2Ｐａの等分布荷重をいい、この荷重を加えた場合に、１００ＭＮｍ-2以下の応力が底部にかかる。同様に、残し厚さがｈｍｍ、幅ａｍｍ、長さｂｍｍの溝の場合、溝の底の中央に約３０×ｂ／ａ×ｈ2Ｎ以下、特に１×ｂ／ａ×ｈ2〜１５×ｂ／ａ×ｈ2Ｎ、とりわけ１×ｂ／ａ×ｈ2〜６×ｂ／ａ×ｈ2Ｎの集中荷重を加えた場合には、１００ＭＮｍ-2以下の応力が底部にかかる。また、残し厚さがｈｍｍ、幅ａｍｍ、長さｂｍｍ（ｂ＞３ａ）の段差の場合、段差の自由先端縁部の中央部に約３２×ｈ2Ｎ以下、特に１×ｈ2〜１６×ｈ2Ｎ、とりわけ１×ｈ2〜６×ｈ2Ｎの集中荷重を加えた場合には、１００ＭＮｍ-2以下の応力が底部にかかる。非貫通の穴に対する等分布荷重は、底部全体を空気圧、液圧等で、指定の圧力で指定の回数、加圧又は減圧することのできる試験装置を用いる等して加えることができる。集中荷重は、底部の所定の場所を先端に細い棒や針等が付いた加圧装置等で、指定の圧力で指定の回数、加圧することのできる試験装置を用いる等して加えることができる。
本発明のナノインプリント用合成石英ガラス基板の鏡面研磨後の非貫通の穴、溝又は段差の底面の平坦度は、基板の把持の点で０．０１〜４０μｍ、好ましくは０．０１〜１０μｍ、更に好ましくは０．０１〜５μｍである。平坦度が低いと、非貫通の穴、溝又は段差の底面を把持して露光装置やパターニング装置に組み込む場合、精密に平行に把持することができないおそれがある。また平坦度が低いと、非貫通の穴、溝又は段差を通して気体や液体の流入、排出等を行う場合、気体や液体が安定的に流れないおそれがある。
また、基板表面と非貫通の穴、溝又は段差の底面の平行度は、パターンのずれの点で１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以下である。平行度が低いと、非貫通の穴、溝又は段差を変形させて樹脂にインプリントする場合、きれいな対称形に変形させることができず、また非貫通の穴、溝又は段差の底面を把持してパターニング装置に組み込む場合、基板を平行に精密に把持することができず、焦点ずれ、パターンずれが生じるおそれがある。
なお、上述した鏡面研磨法を採用し、非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面をそれぞれ一定圧力で、また一定速度で研磨することによって上記平坦度値、平行度値を得ることができる。この場合、上記鏡面研磨により上記底面及び側面の面粗度Ｒａは、鏡面研磨前の面粗度Ｒａに比べて十分に改善されるものであるが、研磨ツールの底面は中心よりも外側の方が研磨レートが速く、研磨レートに分布を持つため、上記底面の全面を同一の研磨レートで均一に研磨することが困難であるという理由により、上記底面の平坦度、平行度は、鏡面研磨前より鏡面研磨後の方が悪くなる。しかし、上述した本発明の方法の採用により、平坦度、平行度を上記値の範囲内にとどめ、それ以上の悪化を回避し得るものである。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
［実施例１］
端面及び表裏面が研磨により鏡面化された大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの合成石英ガラス基板Ａを、原料基板として用意した。この合成石英ガラス基板の裏面の中心に、マシニングセンター、ダイヤモンド砥粒付砥石を使用して、深さ５．３２ｍｍ、直径６９．９８ｍｍφの円形の非貫通の穴を加工した。
次に、合成石英ガラス基板を基板保持台に固定して、１，０００ｒｐｍで回転する直径３５ｍｍφ、高さ３０ｍｍの羊毛フェルトバフを非貫通の穴の底面に３，５００Ｐａ、側面に２，０００Ｐａで押し当てて、基板保持台を１０ｒｐｍで回転させ、６０分間研磨し、鏡面化した。研磨後、合成石英ガラス基板のザグリ穴の深さは５．３５ｍｍ、残し厚さは１．００ｍｍ、直径は７０ｍｍφとなった。
ここで、鏡面化された合成石英ガラス基板Ａの平行度、表裏面の平坦度、表裏面及び側面の面粗度Ｒａは下記の通りであった。
平行度 ０．６μｍ
表面 平坦度 ０．１８３μｍ
面粗度 ０．１５ｎｍ
裏面 平坦度 ０．３１１μｍ
面粗度 ０．１５ｎｍ
側面 面粗度 ０．９５ｎｍ
なお、平坦度、平行度の測定はＺｙｇｏ社製Ｚｙｇｏ Ｍａｒｋ ＩＶｘｐを用いて行い、面粗度の測定には原子間力顕微鏡を使用した。
また、上記合成石英ガラス基板Ａの裏面に形成した非貫通の穴の鏡面研磨前の底面の平行度、平坦度、面粗度Ｒａ、及び周壁面の面粗度は下記の通りであった。
底面 平行度 ８μｍ
平坦度 ３μｍ
面粗度 ６．８２ｎｍ
周壁面 面粗度 ６．５８ｎｍ
なお、平坦度、平行度の測定はＺｙｇｏ Ｍａｒｋ ＩＶｘｐでは測定できず、マイクロメーターを用いて測定した。また、面粗度は原子間力顕微鏡を用いた。
鏡面研磨後の非貫通の穴の底面の平行度、平坦度、面粗度Ｒａ、及び周壁面の面粗度は下記の通りであった。
底面 平行度 ９μｍ
平坦度 ４μｍ
面粗度 ０．２５ｎｍ
周壁面 面粗度 ０．２５ｎｍ
なお、平坦度、平行度の測定はＺｙｇｏ Ｍａｒｋ ＩＶｘｐにて行い、面粗度は原子間力顕微鏡を用いた。
また、上記と同条件で同様の非貫通の穴を鏡面研磨した同様の合成石英ガラス基板を５０枚製作したところ、非貫通の穴の深さは５．３５±０．０１ｍｍ、直径は７０±０．０１ｍｍφであった。
この合成石英ガラス基板に対して、高輝度ランプを用いた目視観察によりクラックがないことを確認し、非貫通の穴を−１５ｋＰａで減圧し、大気圧に戻すというサイクルを５０，０００回行い、耐久試験を行ったところ、５０枚全ての基板で非貫通の穴の底面の破壊は起きなかった。
また、この合成石英ガラス基板に対して、耐久試験を行う前後で非貫通の穴を−５０ｋＰａで減圧し、約４６ＭＮｍ-2の応力を底部に加えても、５０枚全ての基板で非貫通の穴の底面の破壊は起きなかった。
［実施例２］
端面及び表裏面が研磨により鏡面化された大きさ１５２ｍｍ×１５２ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの合成石英ガラス基板Ｂを、原料基板として用意した。この合成石英ガラス基板の裏面の中心に、マシニングセンター、ダイヤモンド砥粒付砥石を使用して、深さ４．９８ｍｍ、幅２９．９ｍｍ、長さ１５２ｍｍの端面と平行な溝を加工した。
次に、合成石英ガラス基板を基板保持台に固定して、１，０００ｒｐｍで回転する直径３０ｍｍφ、高さ３０ｍｍの羊毛フェルトバフを溝底面に２，０００Ｐａ、片方の側面に２，０００Ｐａで押し当てて、基板保持台を５０ｍｍ／ｍｉｎで５往復移動させ、溝底面及びもう一方の側面に上記と同じ圧力で押し当てて基板保持台を５０ｍｍ／ｍｉｎで５往復移動させて鏡面化した。研磨後、合成石英ガラス基板の溝の深さは５ｍｍ、幅は３０．１ｍｍとなった。
ここで、鏡面化された合成石英ガラス基板Ｂの平行度、表裏面の平坦度、表裏面及び側面の面粗度Ｒａは下記の通りであった。
平行度 ０．９μｍ
表面 平坦度 ０．２３１μｍ
面粗度 ０．１４ｎｍ
裏面 平坦度 ０．４７５μｍ
面粗度 ０．１５ｎｍ
側面 面粗度 ０．８３ｎｍ
また、上記合成石英ガラス基板Ｂの裏面に形成した溝の鏡面研磨前の底面の平行度、平坦度、面粗度Ｒａ、及び側壁面の面粗度は下記の通りであった。
底面 平行度 １３μｍ
平坦度 ５μｍ
面粗度 ７．０６ｎｍ
側壁面 面粗度 １０．７０ｎｍ
鏡面研磨後の溝の底面の平行度、平坦度、面粗度Ｒａ、及び側壁面の面粗度は下記の通りであった。
底面 平行度 １５μｍ
平坦度 ７μｍ
面粗度 ０．４５ｎｍ
側壁面 面粗度 ０．３７ｎｍ
なお、上記と同条件で同様の溝を鏡面研磨した合成石英ガラス基板を５０枚製作したところ、溝の深さは５±０．０１ｍｍ、幅は３０±０．０１ｍｍであった。
この合成石英ガラス基板に対して、高輝度ランプを用いた目視観察によりクラックがないことを確認し、溝の底の中央に１０Ｎの荷重を加え、０に戻すというサイクルを１０，０００回行ったところ、５０枚全ての基板で溝の底面の破壊は起きなかった。
また、この合成石英ガラス基板に対して、耐久試験を行う前後で溝の底の中央に５０Ｎの荷重を加え、約２０ＭＮｍ-2の応力を底部に加えても、５０枚全ての基板で溝の底面の破壊は起きなかった。
［実施例３］
端面及び表裏面が研磨により鏡面化された大きさ２００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの合成石英ガラス基板Ｃを、原料基板として用意した。この合成石英ガラス基板をマシニングセンター、ダイヤモンド砥粒付砥石を使用して、基板裏面の両端部に深さ６．９５ｍｍ、幅１９．９９ｍｍ、長さ２００ｍｍの段差を持つ基板に加工した。
次に、合成石英ガラス基板を基板保持台に固定して、１，０００ｒｐｍで回転する直径３０ｍｍφ、高さ３０ｍｍの羊毛フェルトバフを段差底面に２，０００Ｐａ、側面に２，０００Ｐａで押し当てて、基板保持台を２００ｍｍ／ｍｉｎで５往復移動させ、両辺の段差を鏡面化した。研磨後、合成石英ガラス基板の段差の深さは７ｍｍ、幅は２０ｍｍとなった。
ここで、鏡面化された合成石英ガラス基板Ｃの平行度、表裏面の平坦度、表裏面及び側面の面粗度Ｒａは下記の通りであった。
平行度 ５．３μｍ
表面 平坦度 ２．１１７μｍ
面粗度 ０．１１ｎｍ
裏面 平坦度 ３．１５１μｍ
面粗度 ０．１２ｎｍ
側面 面粗度 １．１３ｎｍ
また、上記合成石英ガラス基板Ｃの裏面に形成した段差の鏡面研磨前の両底面の平行度、平坦度、面粗度Ｒａ、及び側壁面の面粗度は下記の通りであった。
底面 平行度 １３μｍ及び１７μｍ
平坦度 ８μｍ及び ８μｍ
面粗度 １１．５１ｎｍ
側壁面 面粗度 １２．１５ｎｍ
鏡面研磨後の段差の両底面の平行度、平坦度、面粗度Ｒａ、及び側壁面の面粗度は下記の通りであった。
底面 平行度 １５μｍ及び１９μｍ
平坦度 １０μｍ及び ９μｍ
面粗度 ０．２８ｎｍ
側壁面 面粗度 ０．２７ｎｍ
合成石英ガラス基板を１０枚製作したところ、段差の深さは７±０．０１ｍｍ、幅は２０±０．０１ｍｍであった。
この合成石英ガラス基板に対して、高輝度ランプを用いた目視観察によりクラックがないことを確認し、段差の自由先端縁部の中央部に２０Ｎの荷重を加え、０に戻すというサイクルを５，０００回行ったところ、１０枚全ての基板で溝の底面の破壊は起きなかった。
また、この合成石英ガラス基板に対して、耐久試験を行う前後で段差の底面の両端の端面と平行な辺の中央に５０Ｎの荷重を加え、約１７ＭＮｍ-2の応力を底部に加えても、１０枚全ての基板で段差の底面の破壊は起きなかった。
［比較例１］
実施例１と同様の原料基板を用いて、実施例１と同様に加工を施し、深さ５．３５ｍｍ、残し厚さ１．００ｍｍ、直径７０ｍｍφの円形の非貫通の穴を加工した。
ここで、上記合成石英ガラス基板Ａの裏面に形成した非貫通の穴の底面及び周壁面の面粗度Ｒａは下記の通りであった。
底面 面粗度 ７．１３ｎｍ
周壁面 面粗度 ８．４２ｎｍ
なお、面粗度の測定は原子間力顕微鏡を用いた。
この合成石英ガラス基板を鏡面加工せずに、非貫通の穴を−９０ｋＰａで減圧したところ、非貫通の穴の底面が破壊された。
１ 基板
１ａ 基板表面
１ｂ 基板裏面
２ 非貫通の穴
３ 溝
４ 段差
１０ 研磨ツール
１１ ピストン
１２ 回転軸
１３ 研磨加工部

Claims (7)

  1. ナノインプリント用合成石英ガラス基板の少なくとも一方の面に非貫通の穴、溝又は段差を形成する研削工程と、形成された非貫通の穴、溝又は段差の底面及び側面に回転研磨ツールの研磨加工部をそれぞれ独立した一定圧力で同時に接触させて底面及び側面の研削面を鏡面加工する工程とを含む、非貫通の穴、溝又は段差を有するナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
  2. 鏡面加工工程が、非貫通の穴、溝又は段差に回転研磨ツールの研磨加工部を１〜１，０００，０００Ｐａの圧力で接触させて鏡面加工する請求項１記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
  3. 鏡面加工工程が、基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールと基板とを相対的に移動させて鏡面加工する請求項１又は２記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
  4. 鏡面加工工程が、基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールを公転あるいは基板保持台を回転させて鏡面加工する請求項３記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
  5. 鏡面加工工程が、基板の非貫通の穴、溝又は段差の形状に沿うように回転研磨ツールあるいは基板保持台を１軸以上の直線軸上を移動させて鏡面加工する請求項３記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
  6. 基板の厚さが０．１〜３００ｍｍで、基板の一方の面に形成された非貫通の穴、溝又は段差の底面と基板の他方の面との間の距離が０．０５〜８０ｍｍであり、基板厚さの５〜５０％である請求項１〜５のいずれか１項記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
  7. 非貫通の穴、溝又は段差を形成するための研削工程を行う前のナノインプリント用合成石英ガラス基板の表裏面の平坦度が０．０１〜３０μｍ、平行度が０．１〜５０μｍであり、非貫通の穴、溝又は段差の鏡面研磨する前の底面及び側面の面粗度Ｒａが２〜５００ｎｍであり、鏡面研磨した後の非貫通の穴、溝又は段差の底面の平坦度が０．０１〜４０μｍ、平行度が１００μｍ以下であり、該底面及び側面の面粗度Ｒａが１ｎｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項記載のナノインプリント用合成石英ガラス基板の製造方法。
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