JP6954231B2

JP6954231B2 - 合成石英ガラス基板の製造方法

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Publication number: JP6954231B2
Application number: JP2018107892A
Authority: JP
Inventors: 洋行石塚; 厚渡部; 竹内　正樹; 正樹竹内
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: JP2019209436A; US20190366510A1; KR20190138588A; US11465260B2; TWI801591B; KR102605176B1; EP3578298B1; TW202003159A; CN110561277B; CN110561277A; EP3578298A1

Description

本発明は、合成石英ガラス基板の製造方法に関する。

大型サイズのフラットパネルディスプレイ等、マスクの大面積化が進んでいる分野では、原料となる大型合成石英ガラス基板を製造する際、合成石英ガラスのブロックから、特定のサイズに基板をスライスし、研磨加工等により最終的に高平坦度の合成石英ガラス基板に仕上げる過程において、原料ロスや加工時間の削減が極めて重要である。

サンドブラストを用いて合成石英ガラス基板を加工する場合、サンドブラストの加工特性として、表面と面取り面との稜線部が除去されやすく、サンドブラストの除去量が多い場合には稜線部分が大きく加工除去されるという現象がある。この現象により、面取り幅が基板の各辺で異なったり、同じ辺においても部分的に面取り幅が大きくなったりすることがあり、後工程の研磨加工後にこのような面取り幅のばらつきが残るということが稀に発生して、製品規格を外れたり、最悪の場合には面取り面との稜線部が内側に切れ込み過ぎて、露光時等にバキュームリークして吸着ができないという実用上の問題が起こる場合が考えられる。

このような問題解決のために、サンドブラスト時に基板の面取り稜線部の局部摩耗を防ぐ方法としては、基板周辺を特定の高さの板材で囲むことで気流の影響を抑制する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−３０６２１９号公報

サンドブラストでは、ノズルのエアー圧力や滞留時間を合成石英ガラス基板上の位置毎に変化させることにより、基板上の各位置における加工量を調節する。この際、同じ加工条件の中でも基板上の位置による加工量のばらつきが存在すると、基板の平坦度が悪くなり、後工程での加工時間が増加してしまう。例えば、特許文献１の方法では、基板の寸法ばらつきがある場合、板材と基板側面の間に隙間が生じてしまうと、気流の影響を完全に防ぐことができず、隙間内にエアー及び砥粒が回り込むことにより、基板側面部が摩耗したり、側面付近の加工量にばらつきが生じるおそれがある。

一方で、隙間を作らないように板材と基板を密着させると、接触により基板側面にキズが生じるおそれがある。このキズの除去のために、後工程での加工時間が増加する可能性がある。また、サンドブラストのエアー圧力を加工途中で段階別に変化させる等、複雑な加工条件に対しては気流の影響を抑制しきれなくなるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、合成石英ガラス基板をサンドブラスト加工するに当たり、基板表面と面取り面との稜線部分の加工量ばらつきや基板側面部分の摩耗を防止し、面取り形状及び側面形状の変化を防止する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、サンドブラストを用いて特に面取りが施された合成石英ガラス基板表面を処理するに当たり、スペーサーを基板外周側面に当接するように配置し、更に、板材を基板表面より高く突出させた状態で前記スペーサーの外周側面に当接するように配置して、基板表面をサンドブラスト加工することにより、基板側面と板材との間に隙間が生じるのを防ぐことができ、気流の影響を効果的に抑制できるため、基板表面と面取り面との稜線部分の加工量ばらつきを抑えることができ、更に板材によって基板側面にキズが生じることもないため、基板側面部分の摩耗を防止することができ、面取り形状及び側面形状の変化を抑制することができることを見出し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は以下の合成石英ガラス基板の製造方法を提供する。
〔１〕
合成石英ガラス基板表面をサンドブラスト加工するに当たり、スペーサーを基板外周側面に当接するように配置し、更に、板材を基板表面より突出させた状態で前記スペーサーの外周側面に当接するように配置して、基板表面をサンドブラスト加工する合成石英ガラス基板の製造方法。
〔２〕
前記スペーサーの高さが、前記加工すべき合成石英ガラス基板の厚さと同じであるか、又は該基板の表面より高い〔１〕に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
〔３〕
前記スペーサーにおける合成石英ガラス基板の表面からの突出高さが、１０ｍｍ以内である〔２〕に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
〔４〕
前記スペーサーの幅が、５〜１５ｍｍである〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
〔５〕
前記加工すべき合成石英ガラス基板が、該基板表面の周縁部に面取り面を有し、スペーサーを該基板外周側面に加えて、更に該面取り面にも当接するように配置した〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
〔６〕
前記スペーサーが、幅方向に伸縮可能な弾性高分子化合物又は不織布からなるものである〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
〔７〕
前記弾性高分子化合物が、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ネオプレンゴム及びイソプレンゴムから選ばれる〔６〕に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。

本発明によれば、合成石英ガラス基板の側面や、基板表面と面取り面との稜線部分の局部摩耗がなくなり、これにより特に露光時の基板吸着でのバキュームリーク発生の危険性を防止でき、露光時の吸着不良をなくすことができる。

合成石英ガラス基板、スペーサー及び板材の配置を示し、（Ｉ）は平面図、（ＩＩ）は（Ｉ）のｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図である。基板保持台上の合成石英ガラス基板、基板側面のスペーサー及び板材の配置と、これらと加工ツールとの位置関係を示す断面図である。基板保持台上の合成石英ガラス基板、基板側面及び面取り面のスペーサー並びに板材の配置と、これらと加工ツールとの位置関係を示す断面図である。稜線付近の基板表面の除去が進まないことによる盛り上がり現象を示す一部省略断面図である。基板保持台上の合成石英ガラス基板、スペーサー及び板材の配置と、これらと加工ツールとの位置関係を示す平面図である。加工ツールの移動方向を示す斜視図である。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の合成石英ガラス基板の製造方法は、特に大型合成石英ガラス基板に適用され、フォトマスク基板、ＴＦＴ液晶のアレイ側基板等として用いられるものが好ましい。大きさは、好ましくは対角長が５００ｍｍ以上、より好ましくは５００〜２，０００ｍｍの寸法を有するものである。なお、この基板の形状は、正方形、長方形、円形等であってもよく、円形の場合、対角長とは直径を意味する。また、この基板の厚さは特に制限されるものではないが、好ましくは１〜２０ｍｍ、より好ましくは１〜１５ｍｍ、更に好ましくは５〜１２ｍｍである。

加工する合成石英ガラス基板は、周縁部が面取りされているものと面取りされていないものがあるが、面取りされているものが好適に用いられる。面取りされているものに関しては、面取り幅は特に制限されないが、０．３〜１．５ｍｍであることが好ましい。

本発明は、このような合成石英ガラス基板表面をサンドブラスト加工するが、本発明においては、図１（Ｉ），（ＩＩ）に示したように、スペーサー３をサンドブラスト加工すべき合成石英ガラス基板１の全外周側面２に当接するように配置し、更に、板材４を前記スペーサーの全外周側面に当接するように配置する。このようにして、スペーサー３を介して板材４で囲まれた合成石英ガラス基板１を基板保持台５に固定し、合成石英ガラス基板１の表面１ａをサンドブラスト加工する。

ここで、合成石英ガラス基板の側面に当接するスペーサーの高さは、加工すべき合成石英ガラス基板の厚さ（高さ）と同じであるか（図１（ＩＩ））、又は該基板表面１ａより突出してもよい（図２）。図２中、スペーサーの突出高さｈ₁は、好ましくは１０ｍｍ以内、より好ましくは５ｍｍ以内であり、０ｍｍ以上であることが好ましい。スペーサーの高さが合成石英ガラス基板の厚さ（高さ）より低いと、スペーサーに当接されていない合成石英ガラス基板の側面部分に砥粒が回り込み、局部摩耗が生じる場合がある一方、突出高さが１０ｍｍを超えると、スペーサーにエアーがぶつかって周辺の気流が変化し、合成石英ガラス基板の側面付近の加工量にばらつきが生じる場合がある。

また、図２中、合成石英ガラス基板の側面に当接するスペーサーの幅Ｗ₁は、好ましくは５〜１５ｍｍ、より好ましくは８〜１２ｍｍである。側面に当接するスペーサーの幅が５ｍｍより小さいと、エアーが板材にぶつかったり、スペーサーと基板間の隙間に回り込む等の影響により、板材とスペーサー周辺の気流が変化した際に、基板側面付近の加工量が乱れ、局部摩耗が生じる場合がある。一方、スペーサーの幅が１５ｍｍより大きいと、スペーサーと板材とを隙間なく当接させる際に反発力がかかるので、合成石英ガラス基板を基板保持台に装着する際及び基板保持台から取り出す際に、合成石英ガラス基板に余計な力が加わり、作業性が悪くなる場合がある。

スペーサーは、図３に示すように、必要に応じて基板外周側面以外に、更に面取り面６にも当接するように配置することができる。スペーサー８を面取り面に配置することにより、より確実に基板表面と面取り面との稜線部７の摩耗を防止することができる。この場合、面取り面に当接するスペーサー８は、基板の面取り幅、面取り面の角度に応じて調整することが好ましいが、面取り面全面に当接し、かつ基板外周側面に当接するスペーサー３との間に隙間が生じないように配置することが好ましい。この場合、面取り面に当接するスペーサー幅Ｗ₂は、好ましくは０．５〜６ｍｍ、より好ましくは２〜６ｍｍ、更に好ましくは３〜５ｍｍである。また、面取り面に当接するスペーサーの高さｈ₃は、エアーが面取り面に当接するスペーサーに当たってしまい基板付近の気流が乱れるのを防ぐ観点から、基板外周側面に当接するスペーサーと同じ高さになるように（基板表面１ａから突出しないように）配置することが好ましい。

スペーサーの材質としては、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ネオプレンゴム、イソプレンゴム等の幅方向に伸縮可能な弾性高分子化合物、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂からなる不織布等が挙げられる。基板外周側面に配置するスペーサーと、面取り面に配置するスペーサーのいずれにもこれらの材質が用いられる。例えば、スペーサーの材質が金属等の素材であると、サンドブラスト砥粒によって削られて隙間が生じることにより、付近の気流が乱れ、加工量の制御が難しくなったり、削られた異物が加工基板に衝突してキズの原因になる場合がある。

一方、図２，３に示すように、板材４は、合成石英ガラス基板１の高さ（厚さ）より高く、合成石英ガラス基板１の表面１ａより突出させた状態とするが、合成石英ガラス基板１の表面１ａからの板材４の突出高さｈ₂は、好ましくは０．１〜１５ｍｍ、より好ましくは０．３〜１０ｍｍである。この突出高さｈ₂が低すぎると、合成石英ガラス基板１の表面と面取り面６との稜線部７の稜線部分の摩耗が進み、本発明の目的を達成することができない場合がある。また、高すぎると稜線部分の摩耗は抑えられるが、稜線部７付近の基板表面の除去が進まないため盛り上がってしまい（図４）、後工程でも盛り上がり部分２０が除去できない場合がある。そして、この盛り上がり部分２０が残った場合は、真空吸着でのリーク原因となってしまうおそれがある。

また、板材の高さは、スペーサーを基板外周側面に当接させる際のスペーサーと基板当接面との接触をズレにくくする観点から、基板外周側面に当接されるスペーサーの高さと同じかこれより高いことが好ましい。板材の高さをスペーサーの高さより高くする場合、板材の高さとスペーサーの高さとの差（ｈ₂−ｈ₁）は、好ましくは１０ｍｍ以内、より好ましくは５ｍｍ以内である。上記の差は０ｍｍ以上、特に０．２ｍｍ以上であることが好ましい。

板材の材質は、サンドブラスト加工により摩耗し難い材質が好ましく、例えばポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、ナイロン樹脂等が挙げられる。

合成石英ガラス基板と板材を配置する際には、スペーサーと板材とをしっかり当接させ、隙間ができないように配置することが望ましい。隙間ができてしまうと、サンドブラスト加工の際にこの隙間に砥粒及びエアーが侵入し、付近の気流が乱れて基板の側面部分に局所摩耗が生じるおそれがある。

サンドブラスト加工の方法としては、公知の方法を採用することができ、例えば、研磨砥粒としてアルミナ砥粒、炭化ケイ素砥粒等を用いることができ、粒径は＃６００〜＃３０００が好ましい。エアー圧力は、特に制限されないが、０．０１〜０．３ＭＰａが好ましい。

加工ツールとしては、例えば図５、６に示すものを用いることができる。加工ツール１０は、Ｘ、Ｙ軸方向に任意に移動できる構造を有し、移動についてはコンピューターで制御できるものである。また、Ｘ−θ機構でも加工は可能である。エアー圧力は、使用砥粒や加工ツールと基板間との距離に関係しており、一義的に決められず、除去速度と加工歪深さを考慮して調整することができる。

本発明に従ってサンドブラスト加工する際、予め測定しておいた平坦度データに基づき、高さデータをコンピューターに記憶させ、高い部分では加工ツールの移動速度を遅くして滞留時間を長くする一方、低い部分では逆に加工ツールの移動速度を早くし、滞留時間を短くするといったように滞在時間をコントロールして加工を行うことができる。

加工の前後に、基板の面取り面及び側面部分の表面粗さ（Ｒａ）測定を行う。表面粗さの測定は、一般的な粗さ測定機であれば特に制限されないが、ミツトヨ社製の粗さ測定機を用いることができる。

また、本発明の製造方法では基板の高い部分のみを選択的に除去するため、平坦度の悪い基板を確実に改善することが可能であり、加工ツールの精密制御により高平坦度基板を取得することができるだけでなく、ラフな制御により基板の平坦度改善を短時間で実現することができる。

本発明のサンドブラスト加工によって得られた合成石英ガラス基板は、洗浄後、金属膜の形成、レジスト膜の形成、露光工程により回路パターンが描画され、レジスト膜除去等の工程を経て、フォトマスク基板、ＴＦＴ液晶のアレイ側基板等として用いることができる。

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。
なお、下記例において、平坦度及び平行度の測定は、フラットネステスター（黒田精工社製）を使用し、表面粗さの測定は粗さ測定機（ミツトヨ社製）を使用した。
キズの有無は、暗室内での集光目視検査で確認した。集光箇所に、明確に判別できる輝点や輝線が現れる場合は「あり」とし、輝点や輝線が見られない場合は「なし」とした。

［実施例１］
大きさ１２２０×１４００ｍｍ、厚さ１３．６ｍｍの合成石英ガラス基板を炭化ケイ素砥粒ＧＣ＃６００（不二見研磨材（株）製）を用いて、ラップ装置で加工を行い、原料基板を準備した。このときの面取り面の角度は４５°、面取り幅は０．９ｍｍであり、表面の平坦度は８０μｍ、平行度が４μｍであった。また、側面部分について検査を行ったところ、表面粗さ（Ｒａ）は０．０４μｍであり、目視レベルで判別できるキズは無かった。

得られた原料基板を、図３に示すように、装置の基板保持台に装着した。その際、高さが原料基板の厚さと同じ１３．６ｍｍであり、幅ｗ₁が１０ｍｍであるシリコーンゴムをスペーサーとして原料基板外周側面の四辺に当接するように配置し、面取り部分には面取り幅と同じ幅ｗ₂０．９ｍｍであり、高さｈ₃が３ｍｍであるシリコーンゴムを被せてテープにて固定し、基板を保持台に設置した。

基板保持台には、高さ１４．０ｍｍ（ｈ₂＝０．４ｍｍ）のポリウレタン樹脂製板材を板材としてスペーサーの外周側面に当接するように配置した。加工装置は、図５に示すように、図示していないモーターに加工ツール１０であるサンドブラストノズルを取り付け、回転できる構造と加工ツールにエアーで加圧できる構造のものを使用した。また、サンドブラストノズルは、Ｘ、Ｙ軸方向に基板保持台に対してほぼ平行に移動できる構造となっている。

ブラスト材の砥粒は、アルミナ砥粒ＦＯ＃１０００（不二見研磨材（株）製）を使用し、エアー圧力は０．１ＭＰａとした。加工方法は、図６における矢印のように、Ｘ軸に平行に加工ツール１０であるサンドブラストノズルを連続的に移動させ、Ｙ軸方向へは３０ｍｍピッチで移動させる方法を採った。サンドブラストノズルの移動速度は、原料基板形状で最も低い基板外周部で５０ｍｍ／ｓｅｃとし、基板各部分での移動速度は加工速度から基板各部分でのサンドブラストノズルの必要滞在時間を求め、これから移動速度を計算してサンドブラストノズルの移動により加工位置を移動させ、両面の処理を実施した。また、基板の短辺の最も高い位置でのサンドブラスト除去量を１００μｍに設定し、加工を行った。

その後、合成石英ガラス基板を取出して側面及び面取り面の表面粗さの測定と、暗室内での集光目視によるキズの検査を行った。結果を表１に示す。

［実施例２］
原料基板に、大きさ１２２０×１４００ｍｍ、厚さ１３．６ｍｍの面取り加工を行っていない合成石英ガラス基板を用いた以外は、実施例１と同じように加工を行った。得られた合成石英ガラス基板の側面を実施例１と同じように評価した。結果を表１に示す。

［実施例３］
サンドブラスト加工時のエアー圧力を０．３ＭＰａとした以外は、実施例１と同じようにサンドブラスト加工を行った。得られた合成石英ガラス基板の側面及び面取り面を実施例１と同じように評価した。結果を表１に示す。

［実施例４］
スペーサーとしてシリコーンゴムの代わりにイソプレンゴムを用いた以外は、実施例１と同じようにサンドブラスト加工を行った。得られた合成石英ガラス基板の側面及び面取り面を実施例１と同じように評価した。結果を表１に示す。

［実施例５］
スペーサーとして高さ１８．０ｍｍ（ｈ₁＝４．４ｍｍ）のシリコーンゴムを用いて、板材として高さ２０．０ｍｍ（ｈ₂＝６．４ｍｍ）のポリウレタン樹脂製板材を用いた以外は、実施例１と同じようにサンドブラスト加工を行った。得られた合成石英ガラス基板の側面及び面取り面を実施例１と同じように評価した。結果を表１に示す。

［実施例６］
サンドブラスト加工時のエアー圧力を０．３ＭＰａとした以外は、実施例５と同じようにサンドブラスト加工を行った。得られた合成石英ガラス基板の側面及び面取り面を実施例１と同じように評価した。結果を表１に示す。

［比較例１］
原料基板を基板保持台に装着する際に、基板外周側面及び面取り面にスペーサーを当接しない以外は、実施例１と同じようにサンドブラスト加工を行った。得られた合成石英ガラス基板の側面及び面取り面を実施例１と同じように評価した結果を表１に示す。

１合成石英ガラス基板
２側面
３，８スペーサー
４板材
５基板保持台
６面取り面
７稜線部
１０加工ツール
２０盛り上がり部分

Claims

合成石英ガラス基板表面をサンドブラスト加工するに当たり、スペーサーを基板全外周側面に当接するように配置し、更に、板材を基板表面より突出させた状態で前記スペーサーの外周側面に当接するように配置して、基板表面をサンドブラスト加工する合成石英ガラス基板の製造方法であって、
前記スペーサーが、幅方向に伸縮可能な弾性高分子化合物又は不織布からなるものであり、前記弾性高分子化合物が、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ネオプレンゴム及びイソプレンゴムから選ばれるものである製造方法。
前記スペーサーの高さが、前記加工すべき合成石英ガラス基板の厚さと同じであるか、又は該基板の表面より高い請求項１に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
前記スペーサーにおける合成石英ガラス基板の表面からの突出高さが、１０ｍｍ以内である請求項２に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
前記スペーサーの幅が、５〜１５ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
前記加工すべき合成石英ガラス基板が、該基板表面の周縁部に面取り面を有し、スペーサーを該基板外周側面に加えて、更に該面取り面にも当接するように配置した請求項１〜４のいずれか１項に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
前記板材の高さが、前記スペーサーの高さと同じかこれより高く、該板材の高さと該スペーサーの高さとの差が１０ｍｍ以内である請求項１〜５のいずれか１項に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。
前記加工すべき合成石英ガラス基板が、対角長５００ｍｍ以上、厚さ１〜２０ｍｍのものである請求項１〜６のいずれか１項に記載の合成石英ガラス基板の製造方法。