KR101856250B1 - 반도체용 유리 기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체용 유리 기판의 적어도 한쪽의 면에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖고, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 면 사이에 제1 모따기부가 존재하고, 상기 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면 및 저면이 경면임과 동시에, 상기 제1 모따기부가 경면인, 반도체용 유리 기판에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, IC 등의 제조에 중요한 광 리소그래피법에서 사용되는 포토마스크 기판용 합성 석영 유리 기판이나 나노임프린트용 몰드 기판 등의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 유리 기판에 있어서, 형상 정밀도가 높고, 저면 및 측면이 경면인 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖고, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차에 있어서 깨짐 및 흠집이 발생하기 어렵고, 높은 강도 및 청정도를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판을 제공할 수 있다.

Description

반도체용 유리 기판 및 그의 제조 방법{ELECTRONIC GRADE GLASS SUBSTRATE AND MAKING METHOD}
본 발명은 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 유리 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 관련 전자 재료 중, 최첨단 용도의 포토마스크용 유리 기판, 레티클용 유리 기판이나, 나노임프린트용 유리 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체용 유리 기판의 품질로서는, 기판 상의 결함 크기 및 결함 밀도, 평탄도, 면조도, 재질의 광화학적 안정성, 표면의 화학적 안정성 등을 들 수 있으며, 디자인 룰의 고정밀도화의 추세에 따라 점점 더 엄격하게 되었다.
반도체용 등에 이용되는 포토마스크 기판은 높은 형상 정밀도가 요구된다. 이것은 기판의 형상 정밀도가 나쁘고 변형이 있는 상태인 경우, 노광 시에 실리콘 웨이퍼 상의 촛점 어긋남이 발생하여, 패턴 균일성이 나빠지기 때문에, 미세 패턴을 형성할 수 없게 되기 때문이다. 현재, 반도체용 리소그래피 기술의 주류인 파장이 193 nm인 ArF 레이저 광원을 사용한 리소그래피 기술이나, 차세대 리소그래피 기술로서 개발이 진행되고 있는 연X선 파장 영역인 13.5 nm의 파장을 광원으로서 사용하는 EUV 리소그래피 기술에 있어서는, 포트마스크용 기판, 반사형 마스크 기판에 평탄도(일본 특허 공개 제2008-103512호 공보: 특허문헌 1), 평행도, 외형 공차와 같은 형상 정밀도가 높은 레벨로 요구된다. TFT 액정 패널의 어레이측의 포토마스크 기판이나, 컬러 필터용 포토마스크 기판에 대해서도 동일하다.
또한, 종래의 노광 방법에 비하여, 저비용이고 간편하고 고해상도인 방식으로서 연구가 진행되고 있는 나노임프린트 기술에 있어서도, 임프린트용의 몰드로서 고형상 정밀도를 갖는 기판이 요구되고 있다. 나노임프린트란 미세한 요철 패턴을 수지에 압박하여 전사하는 기술로서, 전사되는 패턴의 해상도는 몰드 상의 요철의 해상도에 의존한다. 그 때문에, 미세 패턴을 묘화하는 기판은 높은 형상 정밀도가 요구된다(일본 특허 공개(평)3-54569호 공보: 특허문헌 2).
그 외, 반도체 등의 제조 공정에서 사용되는 노광 장치 등의 여러가지 장치에 삽입되는 합성 석영 유리 부재에도 또한 높은 순도와 정밀도가 요구된다.
일본 특허 공개 제2008-103512호 공보 일본 특허 공개(평)3-54569호 공보 일본 특허 공표 2009-536591호 공보
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 크기, 저면의 잔류 두께, 평행도 등 형상이 고정밀도로 안정적으로 제어된, 저면 및 측면이 경면인 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖고, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차에 있어서 깨짐 및 흠집이 발생하기 어렵고, 높은 강도 및 청정도를 갖는 반도체용 유리 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면의 각 모서리의 각부에 모따기부를 설치하고, 이들 모든 부위를 경면으로 하는 것이 상기 과제의 해결에 유용하고, 이러한 형상으로 함으로써 이들 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 각 모서리의 각부의 깨짐, 흠집의 발생을 막아, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차에 반복적인 하중을 가하여, 상당한 응력을 부여하더라도 파괴가 발생되기 어려운 것을 지견하였다.
즉, 이러한 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 기판은 연삭 공정에 의해 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성한 후, 저면 및 측면의 연삭면을 경면 가공하여 얻어지는데, 종래의 형상에서는 연삭 공정에서, 특히 지석을 기판과 수평 방향이 아니라 수직 방향으로 위에서부터 아래로 깊게 절삭하여 연삭하는 경우에 있어서, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 각 모서리의 각부에 깨짐 및 흠집이 발생하기 쉽고, 또한 각부의 경면 가공도 하기 어렵다는 문제점이 있었다. 또한 기판을 장치에 조립하기 위해서 장치에 접촉시킬 때 등에도, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 각 모서리의 각부에서 용이하게 깨짐 및 흠집이 발생하기 쉽다는 문제점도 있었다.
또한, 이러한 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 기판은 기판의 표면에 포토마스크나 나노임프린트용의 가공을 실시하는 것인데, 기판의 한쪽의 면에 형성된 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면과 기판의 다른쪽의 면 사이의 거리(잔류 두께)는 0.05 내지 80 mm, 특히 바람직하게는 0.05 내지 11 mm이고, 바람직하게는 기판의 두께의 5 내지 50％, 특히 10 내지 30％이도록 형성된다. 이 경우, 잔류 두께는, 바람직하게는 얇게 형성할 것이 요구되는데, 종래의 형상에서는 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 저면 사이의 각부에 연삭 공정, 경면 가공 공정의 곤란함 때문에 잠재적인 균열을 함유하는 경우가 있어, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저부의 강도를 안정적으로 유지하기가 어렵고, 그 때문에 반복하여 하중을 가하면 비교적 용이하게 파괴가 발생되어 버리는 경우가 있다는 문제가 있어, 저부에 강도를 갖게 할 목적으로 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면과 기판의 다른쪽의 면 사이의 거리(잔류 두께)를 비교적 두껍게 형성하고 있었다.
그런데, 상기한 바와 같이, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면 및 저면의 각 모서리의 각부에 모따기부를 설치하고, 이들 모든 부위를 경면으로 함으로써, 각 모서리의 각부의 깨짐 및 흠집의 발생이 억제되고, 또한 측면과 저면 사이의 모따기부를 곡면으로 한 곡면 모따기부를 존재시킴으로써, 측면과 저면 사이의 강도가 곡면 모따기부의 존재에 의해 높아짐으로써, 후술하는 실시예에 기술한 바와 같이, 비관통의 구멍 또는 홈의 저면과 기판 표면 사이, 또는 단차의 저면과 기판 이면 사이의 거리(잔류 두께)를 상당히 얇게 형성한 경우에도, 이것에 상당한 하중을 반복하여 가하더라도 파괴되기 어려워, 이러한 응력에 충분히 견디는 것을 지견하여, 본 발명을 이루기에 이른 것이다.
따라서, 본 발명은 이하의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 유리 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
<1> 반도체용 유리 기판의 적어도 한쪽의 면에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖고, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 면 사이에 제1 모따기부가 존재하고, 상기 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면 및 저면이 경면임과 동시에, 상기 제1 모따기부가 경면인, 반도체용 유리 기판.
<2> 상기 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면와 저면 사이에 곡률 반경 0.1 내지 5.0 mm의 곡면의 제2 모따기부가 존재하고, 이 곡면의 제2 모따기부가 경면인 <1>에 기재된 반도체용 유리 기판.
<3> 상기 단차의 저면과 기판의 단부면 사이에 제3 모따기부가 존재하고, 이 제3 모따기부가 경면인, <1> 또는 <2>에 기재된 반도체용 유리 기판.
<4> 상기 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면, 저면, 상기 모따기부의 면조도(Ra)가 1 nm 이하인, <1> 내지 <3> 중 어느 하나에 기재된 반도체용 유리 기판.
<5> 상기 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저부의 강도가 20 MPa 이상인, <1> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재된 반도체용 유리 기판.
<6> 상기 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면의 평탄도가 0.01 내지 40 ㎛인, <1> 내지 <5> 어느 하나에 기재된 반도체용 유리 기판.
<7> 상기 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면의 평행도가 100 ㎛ 이하인, <1> 내지 <6> 중 어느 하나에 기재된 반도체용 유리 기판.
<8> 반도체용 합성 석영 유리 기판의 적어도 한쪽의 면에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성함과 동시에, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 면 사이에 제1 모따기부, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 저면 사이에 곡률 반경 0.1 내지 5.0 mm의 곡면의 제2 모따기부, 단차의 저면과 기판의 단부면 사이에 제3 모따기부 중 적어도 어느 하나의 모따기부를 형성하는 연삭 공정과, 형성된 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면 및 저면 및 형성된 모따기부에 회전 연마 도구의 영률이 7 GPa 이하인 부재를 포함하는 연마 가공부를 각각 독립적인 일정 압력으로 접촉시켜 측면, 저면 및 모따기부의 연삭면을 경면 가공하는 공정을 포함하는, 반도체용 유리 기판의 제조 방법.
<9> 경면 가공 공정이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차 및 형성된 모따기부에 회전 연마 도구의 연마 가공부를 1 내지 1,000,000 Pa의 압력으로 접촉시켜 경면 가공하는, <8>에 기재된 반도체용 유리 기판의 제조 방법.
<10> 경면 가공 공정이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면 및 형성된 모따기부에 회전 연마 도구의 연마 가공부를 각각 독립적인 압력으로 동시에 접촉시켜 경면 가공하는, <8> 또는 <9>에 기재된 반도체용 유리 기판의 제조 방법.
<11> 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차 및 형성된 모따기부의 형상을 따르도록 회전 연마 도구와 기판을 상대적으로 이동시켜 경면 가공하는, <8> 내지 <10> 중 어느 하나에 기재된 반도체용 유리 기판의 제조 방법.
<12> 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차 및 형성된 모따기부의 형상을 따르도록 회전 연마 도구를 공전 또는 기판 유지대를 회전시켜 경면 가공하는, <11>에 기재된 반도체용 유리 기판의 제조 방법.
본 발명에 따르면, IC 등의 제조에 중요한 광 리소그래피법에서 사용되는 포토마스크 기판용 합성 석영 유리 기판이나 나노임프린트용 몰드 기판 등의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 유리 기판에 있어서, 형상 정밀도가 높고, 저면 및 측면이 경면인 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖고, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차에 있어서 깨짐 및 흠집이 발생하기 어렵고, 높은 강도 및 청정도를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판을 제공할 수 있다.
또한, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차에 하중을 가할 때, 최대 응력이 가해지는 측면과 저면 사이에 곡면 모따기부를 설치함으로써 저부의 강도를 높일 수 있다. 이에 따라 소정의 하중에 의해서 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면의 형상을 변화시키더라도, 저면의 파괴가 발생되지 않는 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에서의 비관통의 구멍을 갖는 합성 석영 유리 기판의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 2는 동일한 예의 단면도이다.
도 3은 본 발명에서의 비관통의 구멍을 갖는 기판의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명에서의 홈을 갖는 합성 석영 유리 기판의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 5는 동일한 예의 단면도이다.
도 6은 본 발명에서의 단차를 갖는 합성 석영 유리 기판의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 7은 동일한 예의 단면도이다.
도 8은 본 발명에서의 단차를 갖는 기판의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명에서의 단차를 갖는 기판의 별도의 예를 도시하는 사시도이다.
도 10은 본 발명에서의 단차를 갖는 기판의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 11은 회전 연마 도구의 일례를 도시하는 개략 정면도이다.
본 발명의 반도체용 유리 기판의 제조 방법은 기판의 소용 개소에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하는 연삭 공정과, 형성된 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면에 회전 연마 도구를 일정 압력으로 접촉시켜 저면 및 측면의 연삭면을 경면 가공하는 공정을 포함하는 것이다.
여기서, 본 발명의 반도체용 유리 기판의 제조 방법에 이용되는 유리 기판은 공지된 방법에 의해 제조된 것이면 되고, 필요에 따라서 기판 표면에 Cr막 등이 성막되어 있거나, 나노미터 오더의 미세한 요철 패턴이 존재하고 있을 수도 있다.
반도체용 유리 기판의 형상은 사각 형상, 원형상 등으로 할 수 있고, 유리 기판의 크기는 IC 포토마스크 기판이나 나노임프린트용 기판의 크기부터, 대형 액정 텔레비젼 포토마스크용 대형 기판의 크기까지 적절하게 선정된다. 예를 들면, 사각 형상의 유리 기판에서는 20 mm×20 mm 내지 152 mm×152 mm의 크기부터 1,000 mm×2,000 mm의 크기의 기판이 바람직하게 이용된다. 환 형상의 유리 기판으로서는 6 인치φ, 8 인치φ의 웨이퍼 크기가 바람직하게 이용된다.
여기서, 반도체용 유리 기판의 두께는 적절하게 선정되는데, 0.1 내지 300 mm, 바람직하게는 0.1 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 30 mm이다.
필요에 따라서 유리 기판은 미리 평탄도 및 평행도를 측정하여, 정밀도의 확인을 행하여 두는 것이 바람직하다. 평탄도의 측정은 측정 정밀도의 관점에서 레이저광 등의 간섭성의 광을 기판 표면에 맞혀 반사시켜, 기판 표면의 높이의 차가 반사광의 위상의 어긋남으로서 관측되는 것을 이용한 광학 간섭식의 방법이 바람직하고, 예를 들면 자이고(Zygo)사 제조의 자이고 마크(Zygo Mark) IVxp를 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 평행도도 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 이용하여 측정할 수 있다.
이 경우, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하기 위한 연삭 공정을 행하기 전의 반도체용 유리 기판의 표리면의 평탄도는 0.01 내지 30 ㎛, 바람직하게는 0.01 내지 2 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 ㎛, 평행도는 0.1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 5 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3 ㎛인 것이 패턴 균일성의 점에서 바람직하다.
본 발명의 반도체용 유리 기판은, 노광 장치나 나노임프린트 장치에 조입(
Figure 112012086165115-pat00001
)하기 위해서, 장치의 형태나 용도에 맞추어서 비관통의 구멍, 홈, 또는 단차를 갖는 것이다.
즉, 도 1, 2는 사각 형상의 반도체용 유리 기판 (1)의 중앙부에 비관통의 구멍 (2)를 형성한 것이고, 도 3은 원형상의 기판 (1)의 중앙부에 비관통의 구멍 (2)를 형성한 것이다. 이 경우, 비관통의 구멍은, 통상 기판 (1)의 이면 (1b)에 형성되고, 기판 (1)의 표면 (1a)에는, 예를 들면 포토마스크나 나노임프린트용 가공이 실시된다. 도 4, 5는 사각 형상의 기판 (1)의 이면 (1b)의 중앙부에 폭방향을 따라서 홈 (3)을 형성한 것이다. 도 6, 7은 사각 형상의 기판 (1)의 표면 (1a)의 길이 방향 양단부에 각각 단차 (4), (4)를 형성한 것이다. 이 경우, 단차는 기판 (1)의 표면 (1a)가 아니라, 이면 (1b)에 형성할 수도 있고, 또한 도 8에 도시한 바와 같이 기판 (1)의 길이 방향 양단부의 표리면에 각각 단차 (4)를 형성할 수도 있다. 또한, 단차는 기판의 주연부를 따라 형성할 수도 있고, 도 9, 10은 이것을 도시한다. 또한, 도 9는 사각 형상의 기판 (1)의 주연부에 단차 (4)를 형성한 예, 도 10은 원형상의 기판 (1)의 주연부에 단차 (4)를 형성한 예를 도시한다. 또한, 도 9, 10에서는 단차 (4)는 기판 (1)의 표면 (1a)에 형성했지만, 이면 (1b)에 형성할 수도 있다.
또한, 기판의 한쪽면에 비관통의 구멍, 홈, 단차 중 2종 이상을 형성하거나, 기판의 한쪽의 면에 비관통의 구멍, 홈, 단차 중 어느 하나를 형성하고, 기판의 다른쪽의 면에 이것과 상이한 비관통의 구멍, 홈, 단차 중 어느 하나를 형성할 수도 있다.
비관통의 구멍의 형상은 평면 형상이 원형상, 타원형상, 장원(長圓)상, 사각상, 다각 형상으로 할 수 있는데, 도 1, 3에 도시한 바와 같은 원형상이 바람직하다. 그 크기는 원형상이면 직경, 타원 형상이나 장원상이면 장경, 각상이면 대각 길이가 5 내지 200 mm인 것이 바람직하다. 홈인 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 양측벽 (3a), (3b)가 서로 평행한 평면에 형성하는 것이 바람직한데, 양측벽이 평행이 아닐 수도 있고, 한쪽 또는 양쪽의 측벽이 볼록형 또는 오목형 곡면일 수도 있다. 또한, 단차의 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 그의 내벽 (4a)가 단차 (4)의 자유 선단 가장자리 (4b)에 연결되는 기판 단부면과 평행한 평면에 형성되는 것이 바람직한데, 상기 단부면과 평행하지 않을 수도 있고, 내벽이 볼록형 또는 오목형곡면일 수도 있다. 또한, 홈 및 단차는 그의 최대폭이 5 내지 200 mm인 것이 바람직하다.
상기 비관통의 구멍, 홈, 단차는 도 2, 5, 7과 같이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 면과의 사이에 제1 모따기부 (5)가 존재한다. 또한, 단차의 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 단차의 저면과 기판의 단부면 사이에 제3 모따기부 (6)이 존재할 수도 있다. 상기 모따기부 (5), (6)의 폭 C는 연삭 공정에서 발생한 미세한 흠집(치핑)의 제거 또는 기판의 접촉에 의한 깨짐 및 흠집을 막는 등의 점에서, 0.01 내지 5 mm, 바람직하게는 0.05 내지 1 mm이다.
상기 비관통의 구멍, 홈, 단차는 도 2, 5, 7과 같이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 저면 사이에 곡면을 갖는 제2 모따기부 (7)이 존재하는 것이 바람직하다. 상기 곡면 모따기부의 곡률 반경 R은 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면에 충분한 강도를 갖게 하고, 각부에 둥근 곡선의 형태를 갖게 하여 매끄럽게 함으로써 연삭 공정에서 발생하는 균열 및 깨짐을 막고, 경면 가공부의 부재의 끝을 접촉하기 쉽고 경면화를 하기 쉽게 하는 등의 점에서, 0.1 내지 5.0 mm, 바람직하게는 0.2 내지 2.0 mm이다.
상기 구멍 (2), 홈 (3), 단차 (4)의 깊이는 기판의 용도에 따라서 적절하게선정되는데, 반도체용 합성 석영 유리 기판의 잔류 두께(비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면과, 이들이 형성된 면과 반대측의 면의 거리(도면에 있어서 t로 도시됨)는 강도의 점에서 0.05 내지 80 mm, 바람직하게는 0.05 내지 29 mm, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 11 mm이고, 반도체용 합성 석영 유리 기판의 두께의 1 내지 90％, 보다 바람직하게는 5 내지 50％, 더욱 바람직하게는 10 내지 30％로 하는 것이 강도의 점에서 바람직하다.
또한, 예를 들면 나노임프린트용 기판의 경우, 상기 비관통의 구멍 (2), 홈 (3)은 기판의 이면측에 형성하고, 구멍 (2)나 홈 (3)의 저면에 대향하는 표면 부분에 나노임프린트를 실시하기 위한 요철이 형성된다. 또한, 단차 (4)는 기판의 표면측 및/또는 이면측에 형성하고, 표면측에 나노임프린트를 실시하기 위한 요철이 형성된다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 처음에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하는 연삭 공정에서는, 머시닝센터나 기타 수치 제어 공작 기계를 이용하여, 합성 석영 유리의 가공면에 깨짐, 금, 심한 치핑 등이 발생하지 않는 연삭 조건으로 지석을 회전, 이동시켜, 소정의 크기, 깊이의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 연삭을 실시하여 행한다. 이 때, 제1, 제2, 제3 모따기부 (5), (6), (7)도 마찬가지로 형성하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 다이아몬드 지립, CBN 지립 등을 전착 또는 메탈본드로 고정한 지석을 이용하여, 주축 회전수 100 내지 30,000 rpm, 특히 1,000 내지 15,000 rpm, 절삭 속도 1 내지 10,000 mm/min, 특히 10 내지 1,000 mm/min으로 연삭하는 것이 바람직하다.
이와 같이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 연삭, 형성한 단계에서, 이들 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면 및 모따기부의 면조도 Ra는 2 내지 500 nm, 특히 2 내지 100 nm이도록 연삭 지석, 연삭 조건을 선정하는 것이 바람직하고, 또한 저면의 평행도는 90 ㎛ 이하, 특히 1 내지 40 ㎛, 평탄도는 0.01 내지 20 ㎛, 특히 0.01 내지 10 ㎛인 것이 바람직하다.
다음으로, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면 및 모따기부의 각각의 연삭면을 경면 가공하는 공정은, 연삭면에 회전 연마 도구의 연마 가공부를 저면과 측면 및 모따기부에 각각 별개로 독립적인 일정 압력으로 접촉시키고, 일정 속도로 상대적으로 이동시켜 행한다. 일정 압력, 일정 속도의 조건으로 연마를 행함으로써, 일정한 연마 속도로 연삭면을 균일하게 연마할 수 있다. 구체적으로는, 회전 연마 도구의 연마 가공부의 접촉 시의 압력으로서는, 경제성 및 제어의 용이함 등의 점에서 1 내지 1,000,000 Pa, 특히 1,000 내지 100,000 Pa인 것이 바람직하다.
또한, 속도는 경제성 및 제어의 용이함 등의 점에서 1 내지 10,000 mm/min이 바람직하고, 특히 10 내지 1,000 mm/min이 바람직하다. 이동량은 합성 석영 유리 기판의 형상, 크기에 따라서 적절하게 결정된다.
회전 연마 도구는, 그의 연마 가공부가 연마 가능한 회전체이면 어떠한 것이어도 상관없지만, 도구 처킹부를 가진 스핀들, 류터에 연마 도구를 장착시키는 방식 등을 들 수 있다.
연마 도구의 재질로서는, 적어도 그의 연마 가공부가 세륨 패드, 고무 지석, 펠트버프, 폴리우레탄 등, 피가공물을 가공 제거할 수 있고, 또한 영률이 바람직하게는 7 GPa 이하, 더욱 바람직하게는 5 GPa 이하인 것이면 종류는 한정되지 않는다. 연마 도구의 재질을 영률 7 GPa 이하의 부재를 이용함으로써, 압력에 의해 연마 가공부를 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 모따기부의 형상을 따르도록 변형시켜, 저면 및 측면과 동시에 모따기부를 경면화하는 것이 가능해진다.
연마 도구의 연마 가공부의 형상은 원 또는 도우넛형의 평반, 원주형, 포탄형, 디스크형, 배럴형 등을 들 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시한 바와 같이, 연마 도구 (10)으로서, 피스톤 (11)에 진퇴 가능하게 수용되고, 도시하지 않은 모터 등의 회전원의 구동에 의해 회전하는 회전축 (12)의 선단에 연마 가공부 (13)을 부착한 것을 사용할 수 있다.
이 경우, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면을 동시에 연마하는 점에서, 연마 가공부 (13)의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 접촉하는 부분의 높이(도 11에 있어서 h1)는 상기 측면의 높이(도 2에 있어서 h0) 이상인 것이 바람직하다. 또한, 연마 가공부 (13)의 직경(도 11에 있어서 r1)은 비관통의 구멍이 원형인 경우에는 그의 직경(도 2에 있어서 r0), 타원상, 장원상 등의 경우에는 그의 단경의 각각 1/2 이상(r1≥r0/2)인 것이 바람직하다. 또한, 홈의 경우에는 그의 홈의 폭의 1/2 이상(r1≥W1/2), 단차의 경우에는 그의 폭 이상(r1≥W2)인 것이 바람직하다.
상술한 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면 및 모따기부의 연삭면에 회전 연마 도구의 연마 가공부를 접촉시켜 연마를 행하는 경우, 연마 지립 슬러리를 개재시킨 상태에서 가공을 행하는 것이 바람직하다.
이 경우, 연마 지립으로서는 실리카, 세리아, 알런덤, 화이트 알런덤(WA), 에메리, 지르코니아, SiC, 다이아몬드, 티타니아, 게르마니아 등을 들 수 있으며, 그의 입도는 10 nm 내지 10 ㎛가 바람직하고, 이들의 수(水)슬러리를 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 회전 연마 도구의 상대 이동 속도는, 상술한 바와 같이 1 내지 10,000 mm/min, 특히 10 내지 1,000 mm/min의 범위에서 선정할 수 있다. 회전 연마 도구의 연마 가공부의 회전수는 100 내지 10,000 rpm, 바람직하게는 1,000 내지 8,000 rpm, 더욱 바람직하게는 2,000 내지 7,000 rpm이다. 회전수가 작으면 가공 속도가 늦어져, 연삭면을 경면화하는 데에 너무 시간이 걸리는 경우가 있고, 회전수가 크면 가공 속도가 빨라지거나, 도구의 마모가 심해지기 때문에, 경면화의 제어가 어려워지는 경우가 있다.
본 발명의 반도체용 유리 기판의 제조 방법은, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면 및 모따기부를 각각 독립한 압력으로 회전 연마 도구를 접촉시켜 경면 가공할 수 있다. 압력의 조절은 공기압 피스톤, 로드셀 등을 사용할 수 있고, 예를 들면 도 11의 회전 연마 도구의 경우, 공기압 피스톤 (11)의 압력을 조정함으로써 저면에 대한 연마 가공부의 압력을 조정할 수 있고, 또한 도 11의 회전 연마 도구의 경우, 공기압 피스톤 (11)에 상기 피스톤 (11)을 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측부로 향하여 진퇴시키는 별도의 피스톤을 부착하고, 상기 별도의 피스톤의 압력을 조정하여 피스톤 (11)의 측부에의 압력을 조정하거나, 또는 또다른 피스톤을 설치하고, 이 피스톤에 진퇴하는 축체를, 기판을 유지하는 기판 유지대에 연결하고, 이 축체의 압력을 조정함으로써 가로 방향으로의 압력을 조정하여, 기판 유지대의 진퇴를 조정하는 등 하여, 연마 가공부의 상기 측면에 대한 압력을 조정할 수 있다.
이와 같이, 저면과 측면에의 압력을 독립시키고, 단독의 회전 연마 도구를 각각의 면에 독립적인 일정 압력으로 회전 연마 도구를 접촉시키면서, 일정 속도로 상대적으로 이동시킴으로써, 각각의 면을 동시에 독립적인 연마 속도로 균일하게 연마할 수 있다.
비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면을 회전 연마 도구에 의해 동시가 아니라 순서대로 따로따로 연마하는 방법은, 회전 연마 도구가 저면 및 측면에 동시에 접촉하는 부분이 발생하여, 해당 부분에서의 연마가 불균일하게 되는데다가, 연마 시간이 걸린다.
또한, 본 발명의 반도체용 유리 기판의 제조 방법은, 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차 및 모따기부의 형상을 따르도록 회전 연마 도구와 기판을 상대적으로 이동시켜 경면 가공할 수 있다. 이동시키는 방식은 이동량, 방향, 속도를 일정하게 제어할 수 있는 방식이면 어떠한 것이어도 된다. 예를 들면, 다축 로보트 등을 이용하는 방식 등을 들 수 있다.
회전 연마 도구와 기판을 상대적으로 이동시키는 방법에는, 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차 및 모따기부의 형상을 따르도록 회전 연마 도구를 공전 또는 기판을 회전시키는 방법과, 1축 이상의 직선축 상을 이동시키는 방법 등이 있다.
기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차 및 모따기부의 형상을 따르도록 회전 연마 도구를 공전 또는 기판을 회전시켜 경면화하는 방법으로서는, 회전수, 회전 속도를 일정하게 제어할 수 있는 방식이면 어떠한 것이어도 된다. 예를 들면, 모터 스핀들에 의해 회전 연마 도구 또는 기판 유지대를 회전수 0.1 내지 10,000 rpm, 특히 1 내지 100 rpm에서, 속도 1 내지 10,000 mm/min, 특히 10 내지 1,000 mm/min으로 회전시키는 방식 등을 들 수 있다. 이 방법은 진원형, 타원형 또는 벽면이 곡면상인 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면을 일정 속도로 각각 독립적인 일정 압력으로 균일하게 연마하여 경면화하는 경우에 특히 유효하다.
기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차 및 모따기부의 형상을 따르도록 회전 연마 도구 또는 기판을 1축 이상의 직선축 상을 이동시켜 경면 가공하는 방법으로서는, 이동량, 속도를 일정하게 제어할 수 있는 방식이면 어떠한 것이어도 되지만, 예를 들면 회전 연마 도구 또는 기판 유지대를 속도 1 내지 10,000 mm/min, 특히 10 내지 1,000 mm/min으로 서보모터 등에 의해 슬라이더 상을 이동시키는 방식 등을 들 수 있다. 이 방법은 각형 또는 벽면이 평면상인 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면을 일정 압력, 일정 속도로 균일하게 연마하여 경면화하는 경우에 특히 유효하다.
필요에 따라서 경면 가공 공정 후, 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저부 및 그의 주변에서의 흠집, 결함, 균열의 유무를 검사할 수 있다. 검사 방법은 깊이 200 nm 이상, 폭 1 ㎛ 이상의 흠집, 결함, 균열을 검출할 수 있는 방법이면 어떠한 것이어도 되지만, 예를 들면 고휘도 램프를 사용한 육안 관찰, 현미경 관찰, 레이저광 결함 검사 장치 등에 의한 검사 방법 등을 들 수 있다.
상기한 바와 같이하여 경면 연마하여 얻어지는 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면 및 모따기부는, 면조도 Ra가 1 nm 이하, 바람직하게는 0.5 nm 이하인 경면이다. 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면이 경면이 아니면 광을 투과시킬 수 없어, 노광을 할 수 없게 되는 경우나, 오염이 발생하면 오염이 광의 투과를 방해하게 되거나, 패턴이 오염되거나 하는 경우가 생겨서 바람직하지 않다. 또한, 면조도 Ra는 JIS B0601에 준거한 값이다.
이와 같이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면 및 측면을 경면으로 함으로써, 저면의 강도는 크게 증가한다. 특히, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 저면 사이에 곡면 모따기부를 설치함으로써, 저면에 하중을 가할 때 가장 큰 응력이 가해지는 측면과 저면의 부분이 두께를 갖고, 경면화도 충분히 이루어지기 때문에, 저면의 강도는 더욱 증가한다. 이에 따라, 소정의 범위의 하중에 의해서 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면의 형상을 변화시켜, 바람직하게는 100 MNm-2 이하, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 MNm-2, 특히 바람직하게는 5 내지 20 MNm-2의 응력을 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저부에 가하더라도 저면의 파괴는 발생되지 않고, 복수회 하중을 가하더라도 내구성이 손상되지 않아, 저면의 파괴는 발생되지 않게 된다.
여기서, 소정의 범위의 하중이란, 예를 들면 잔류 두께가 h mm, 직경이 a mm인 원형의 비관통의 구멍의 경우, 저면 전체에 약 1.3×108×h2/a2 Pa 이하, 특히 7.0×106×h2/a2 내지 7.0×107×h2/a2 Pa, 특히 7.0×106×h2/a2 내지 3.0×107×h2/a2 Pa의 등분포 하중을 말하며, 이 하중을 가한 경우에 100 MNm-2 이하의 응력이 저부에 가해진다. 마찬가지로, 잔류 두께가 h mm, 폭이 a mm, 길이가 b mm인 홈의 경우, 홈의 바닥의 중앙에 약 30×b/a×h2 N 이하, 특히 1×b/a×h2 내지 15×b/a×h2 N, 특히 1×b/a×h2 내지 6×b/a×h2 N의 집중 하중을 가한 경우에는, 100 MNm-2 이하의 응력이 저부에 가해진다. 또한, 잔류 두께가 h mm, 폭이 a mm, 길이가 b mm(b>3a)의 단차의 경우, 단차의 자유 선단 가장자리의 중앙부에 약 32×h2 N 이하, 특히 1×h2 내지 16×h2 N, 특히 1×h2 내지 6×h2 N의 집중 하중을 가한 경우에는, 100 MNm-2 이하의 응력이 저부에 가해진다. 비관통의 구멍에 대한 등분포 하중은 저부 전체를 공기압, 액압 등으로, 지정된 압력으로 지정된 횟수, 가압 또는 감압할 수 있는 시험 장치를 이용하는 등 하여 가할 수 있다. 집중 하중은 저부의 소정의 장소를 선단에 가는 막대나 바늘 등이 부착된 가압 장치 등으로 지정된 압력으로 지정된 횟수, 가압할 수 있는 시험 장치를 이용하는 등 하여 가할 수 있다.
본 발명의 반도체용 유리 기판의 경면 연마 후의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면의 평탄도는 기판의 파지의 점에서 0.01 내지 40 ㎛, 바람직하게는 0.01 내지 10 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5 ㎛이다. 평탄도가 낮으면 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면을 파지하여 노광 장치나 패터닝 장치에 조입하는 경우, 정밀하고 평행하게 파지할 수 없을 우려가 있다. 또한 평탄도가 낮으면 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 통해서 기체나 액체의 유입, 배출 등을 행하는 경우, 기체나 액체가 안정적으로 흐르지 않을 우려가 있다.
또한, 기판 표면과 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면의 평행도는 패턴의 어긋남의 점에서 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다. 평행도가 낮으면, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 변형시켜서 수지에 임프린트하는 경우, 매끈한 대칭 형태로 변형시킬 수 없고, 또한 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 저면을 파지하여 패터닝 장치에 조입하는 경우, 기판을 평행하고 정밀하게 파지할 수 없어, 촛점 어긋남, 패턴 어긋남이 생길 우려가 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 기술하여 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것이 아니다.
[실시예 1]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 100 mm×100 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판 A를 원료 기판으로서 준비하였다. 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에, 머시닝센터, 다이아몬드 지립 부착 지석을 사용하여, 깊이 5.32 mm, 직경 69.98 mmφ의 원형으로, 측면과 이면 사이에 폭 0.3 mm의 제1 모따기부를 갖는 비관통의 구멍을 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 기판 유지대에 고정하고, 1,000 rpm으로 회전하는 직경 50 mmφ, 높이 30 mm의 양모 펠트버프를 비관통의 구멍의 저면에 3,500 Pa, 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 10 rpm으로 회전시켜, 60분간 연마하여 경면화하였다. 연마 후, 합성 석영 유리 기판의 카운터보링 구멍의 깊이는 5.35 mm, 잔류 두께는 1.00 mm, 직경은 70 mmφ, 제1 모따기부의 폭은 0.4 mm가 되었다.
비관통의 구멍의 측면과 이면 사이를 현미경에 의해 관찰한 바, 미세한 흠집(치핑)은 관찰되지 않았다.
여기서, 경면화된 합성 석영 유리 기판 A의 평행도, 표리면의 평탄도, 표리면 및 측면의 면조도 Ra는 하기와 같았다:
평행도 0.6 ㎛
표면 평탄도 0.212 ㎛
면조도 0.14 nm
이면 평탄도 0.355 ㎛
면조도 0.16 nm
측면 면조도 0.84 nm.
또한, 평탄도, 평행도의 측정은 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 이용하여 행하고, 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다.
또한, 상기 합성 석영 유리 기판 A의 이면에 형성한 비관통의 구멍의 경면 연마 전의 저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 주벽면, 제1 모따기부의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 9 ㎛
평탄도 3 ㎛
면조도 7.06 nm
주벽면 면조도 8.08 nm
제1 모따기부 면조도 6.93 nm.
또한, 평탄도, 평행도의 측정은 자이고 마크 IVxp로는 측정할 수 없고, 마이크로미터를 이용하여 측정하였다. 또한, 면조도는 원자간력 현미경을 이용하였다.
경면 연마 후의 비관통의 구멍의 저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 주벽면, 제1 모따기부의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 10 ㎛
평탄도 4 ㎛
면조도 0.30 nm
주벽면 면조도 0.39 nm
제1 모따기부 면조도 0.81 nm.
[실시예 2]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 100 mm×100 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판 A를 원료 기판으로서 준비하였다. 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에 머시닝센터, 다이아몬드 지립 부착 지석을 사용하여, 깊이 5.32 mm, 직경 69.98 mmφ의 원형으로, 측면과 저면 사이에 곡률 반경 1.5 mm의 곡면의 제2 모따기부를, 측면과 이면 사이에 폭 0.3 mm의 제1 모따기부를 갖는 비관통의 구멍을 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 기판 유지대에 고정하고, 1,000 rpm으로 회전하는 직경 50 mmφ, 높이 30 mm의 양모 펠트버프를 비관통의 구멍의 저면에 3,500 Pa, 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 10 rpm으로 회전시켜, 60분간 연마하여 경면화하였다. 연마 후, 합성 석영 유리 기판의 카운터보링 구멍의 깊이는 5.35 mm, 잔류 두께는 1.00 mm, 직경은 70 mmφ, 곡면의 제2 모따기부의 곡률 반경은 1.6 mm, 제1 모따기부의 폭은 0.4 mm가 되었다.
여기서, 경면화된 합성 석영 유리 기판 A의 평행도, 표리면의 평탄도, 표리면 및 측면의 면조도 Ra는 하기와 같았다:
평행도 0.6 ㎛
표면 평탄도 0.154 ㎛
면조도 0.13 nm
이면 평탄도 0.325 ㎛
면조도 0.15 nm
측면 면조도 0.76 nm.
또한, 평탄도, 평행도의 측정은 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 이용하여 행하고, 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다.
또한, 상기 합성 석영 유리 기판 A의 이면에 형성한 비관통의 구멍의 경면 연마 전의 저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 주벽면, 제2 곡면 모따기부 및 제1 모따기부의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 8 ㎛
평탄도 3 ㎛
면조도 6.48 nm
주벽면 면조도 7.40 nm
제2 곡면 모따기부 면조도 4.61 nm
제1 모따기부 면조도 5.77 nm.
또한, 평탄도, 평행도의 측정은 자이고 마크 IVxp로는 측정할 수 없고, 마이크로미터를 이용하여 측정하였다. 또한, 면조도는 원자간력 현미경을 이용하였다.
경면 연마 후의 비관통의 구멍의 저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 주벽면, 제2 곡면 모따기부 및 제1 모따기부의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 9 ㎛
평탄도 4 ㎛
면조도 0.28 nm
주벽면 면조도 0.29 nm
제2 곡면 모따기부 면조도 1.24 nm
제1 모따기부 면조도 0.81 nm.
또한, 평탄도, 평행도의 측정은 자이고 마크 IVxp로 행하고, 면조도는 원자간력 현미경을 이용하였다.
또한, 상기와 동일한 조건으로 동일한 비관통의 구멍을 경면 연마한 동일한 합성 석영 유리 기판을 50매 제작한 바, 비관통의 구멍의 깊이는 5.35±0.01 mm, 직경은 70±0.01 mmφ였다.
상기 합성 석영 유리 기판에 대하여 고휘도 램프를 이용한 육안 관찰에 의해 균열이 없는 것을 확인하고, 비관통의 구멍을 -15 kPa로 감압하고, 대기압으로 복귀하는 사이클을 50,000회 행하여, 내구 시험을 행한 바, 50매 모두의 기판에서 비관통의 구멍의 저면의 파괴는 발생되지 않았다.
또한, 상기 합성 석영 유리 기판에 대하여 내구 시험을 행하기 전후에 비관통의 구멍을 -50 kPa로 감압하고, 약 46 MNm-2의 응력을 저부에 가하더라도, 50매 모두의 기판에서 비관통의 구멍의 저면의 파괴는 발생되지 않았다.
[실시예 3]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 152 mm×152 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판 B를 원료 기판으로서 준비하였다. 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에 머시닝센터, 다이아몬드 지립 부착 지석을 사용하여, 깊이4.98 mm, 폭 29.9 mm, 길이 152 mm이고, 측면과 저면 사이에 곡률 반경 0.9 mm의 제2 곡면 모따기부를, 측면과 이면 사이에 폭 0.3 mm의 제1 모따기부를 갖는 단부면과 평행한 홈을 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 기판 유지대에 고정하고, 1,000 rpm으로 회전하는 직경 30 mmφ, 높이 30 mm의 양모 펠트버프를 홈 저면에 2,000 Pa, 한쪽의 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 50 mm/min으로 5 왕복 이동시키고, 홈 저면 및 또다른 한쪽의 측면에 상기와 동일한 압력으로 가압하여 기판 유지대를 50 mm/min으로 5 왕복 이동시켜서 경면화하였다. 연마 후, 합성 석영 유리 기판의 홈의 깊이는 5 mm, 폭은 30.1 mm, 제2 곡면 모따기부의 곡률 반경은 1.0 mm, 제1 모따기부의 폭은 0.4 mm가 되었다.
여기서, 경면화된 합성 석영 유리 기판 B의 평행도, 표리면의 평탄도, 표리면 및 측면의 면조도 Ra는 하기와 같았다:
평행도 0.9 ㎛
표면 평탄도 0.252 ㎛
면조도 0.15 nm
이면 평탄도 0.471 ㎛
면조도 0.18 nm
측면 면조도 0.68 nm.
또한, 상기 합성 석영 유리 기판 B의 이면에 형성한 홈의 경면 연마 전의 저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 측벽면, 제2 곡면 모따기부 및 제1 모따기부의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 13 ㎛
평탄도 5 ㎛
면조도 7.51 nm
측벽면 면조도 8.97 nm
제2 곡면 모따기부 면조도 5.73 nm
제1 모따기부 면조도 7.82 nm.
경면 연마 후의 홈의 저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 측벽면, 제2 곡면 모따기부 및 제1 모따기부의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 16 ㎛
평탄도 8 ㎛
면조도 0.58 nm
측벽면 면조도 0.63 nm
제2 곡면 모따기부 면조도 1.01 nm
제1 모따기부 면조도 0.78 nm.
또한, 상기와 동일한 조건으로 동일한 홈을 경면 연마한 합성 석영 유리 기판을 50매 제작한 바, 홈의 깊이는 5±0.01 mm, 폭은 30±0.01 mm였다.
상기 합성 석영 유리 기판에 대하여 고휘도 램프를 이용한 육안 관찰에 의해 균열이 없는 것을 확인하여, 홈의 바닥의 중앙에 10 N의 하중을 가하고, 0으로 복귀하는 사이클을 10,000회 행한 바, 50매 모두의 기판에서 홈의 저면의 파괴는 발생되지 않았다.
또한, 상기 합성 석영 유리 기판에 대하여 내구 시험을 행하기 전후에 홈의 바닥의 중앙에 50 N의 하중을 가하고, 약 20 MNm-2의 응력을 저부에 가하더라도, 50매 모두의 기판에서 홈의 저면의 파괴는 발생되지 않았다.
[참고예 1]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 200 mm×400 mm, 두께 10 mm의 합성 석영 유리 기판 (C)를 원료 기판으로서 준비하였다. 이 합성 석영 유리 기판을 머시닝센터, 다이아몬드 지립 부착 지석을 사용하여, 기판 이면의 양단부에 깊이 6.95 mm, 폭 19.99 mm, 길이 200 mm이고, 측면과 저면 사이에 곡률 반경 2.0 mm의 곡면의 제2 모따기부를, 측면과 이면 사이에 폭 0.5 mm의 제1 모따기부를, 저면과 기판의 단부면 사이에 폭 0.5 mm의 제3 모따기부를 갖는 단차를 갖는 기판으로 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 기판 유지대에 고정하고, 1,000 rpm으로 회전하는 직경 30 mmφ, 높이 30 mm의 양모 펠트버프를 단차 저면에 2,000 Pa, 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 200 mm/min으로 5 왕복 이동시키고, 양변의 단차를 경면화하였다. 연마 후, 합성 석영 유리 기판의 단차의 깊이는 7 mm, 폭은 20 mm, 제2 곡면 모따기부의 곡률 반경은 2.1 mm, 제1 및 제3 모따기부의 폭은 0.6 mm가 되었다.
여기서, 경면화된 합성 석영 유리 기판 (C)의 평행도, 표리면의 평탄도, 표리면 및 측면의 면조도 Ra는 하기와 같았다:
평행도 5.3 ㎛
표면 평탄도 2.085 ㎛
면조도 0.18 nm
이면 평탄도 3.193 ㎛
면조도 0.21 nm
측면 면조도 0.74 nm.
또한, 상기 합성 석영 유리 기판 (C)의 이면에 형성한 단차의 경면 연마 전의 양저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 측벽면, 제2 곡면 모따기부 및 제1, 제3 모따기부의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 14 ㎛ 및 19 ㎛
평탄도 7 ㎛ 및 9 ㎛
면조도 10.49 nm
측벽면 면조도 9.54 nm
제2 곡면 모따기부 면조도 5.89 nm
제1 모따기부(측면-이면 사이) 면조도 4.97 nm
제3 모따기부(저면-단면 사이) 면조도 6.90 nm.
경면 연마 후의 단차의 양저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 측벽면, 제2 곡면 모따기부 및 제1, 제3 모따기부의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 16 ㎛ 및 20 ㎛
평탄도 8 ㎛ 및 10 ㎛
면조도 0.21 nm
측벽면 면조도 0.25 nm
제2 곡면 모따기부 면조도 0.78 nm
제1 모따기부(측면-이면 사이) 면조도 0.89 nm
제3 모따기부(저면-단면 사이) 면조도 0.78 nm.
합성 석영 유리 기판을 10매 제작한 바, 단차의 깊이는 7±0.01 mm, 폭은 20±0.01 mm였다.
상기 합성 석영 유리 기판에 대하여, 고휘도 램프를 이용한 육안 관찰에 의해 균열이 없는 것을 확인하여, 단차의 자유 선단 가장자리의 중앙부에 20 N의 하중을 가하고, 0으로 복귀하는 사이클을 5,000회 행한 바, 10매 모두의 기판에서 홈의 저면의 파괴는 발생되지 않았다.
또한, 상기 합성 석영 유리 기판에 대하여 내구 시험을 행하기 전후에 단차의 저면의 양끝의 단부면과 평행한 변의 중앙에 50 N의 하중을 가하고, 약 17 MNm-2의 응력을 저부에 가하더라도, 10매 모두의 기판에서 단차의 저면의 파괴는 발생되지 않았다.
[비교예 1]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 100 mm×100 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판 A를 원료 기판으로서 준비하였다. 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에 머시닝센터, 다이아몬드 지립 부착 지석을 사용하여, 깊이 5.32 mm, 직경 69.98 mmφ의 원형의 비관통의 구멍을 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 기판 유지대에 고정하고, 1,000 rpm으로 회전하는 직경 35 mmφ, 높이 30 mm의 양모 펠트버프를 비관통의 구멍의 저면에 3,500 Pa, 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 10 rpm으로 회전시켜, 60분간 연마하여 경면화하였다. 연마 후, 합성 석영 유리 기판의 카운터보링 구멍의 깊이는 5.35 mm, 잔류 두께는 1.00 mm, 직경은 70 mmφ가 되었다.
비관통의 구멍의 측면과 이면 사이를 현미경에 의해 관찰한 바, 최대폭 0.2 mm의 미세한 흠집(치핑)이 전체 둘레에서 관찰되었다.
여기서, 경면화된 합성 석영 유리 기판 A의 평행도, 표리면의 평탄도, 표리면 및 측면의 면조도 Ra는 하기와 같았다:
평행도 0.6 ㎛
표면 평탄도 0.194 ㎛
면조도 0.23 nm
이면 평탄도 0.326 ㎛
면조도 0.25 nm
측면 면조도 0.99 nm.
또한, 평탄도, 평행도의 측정은 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 이용하여 행하고, 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다.
또한, 상기 합성 석영 유리 기판 A의 이면에 형성한 비관통의 구멍의 경면 연마 전의 저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 주벽면의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 8 ㎛
평탄도 4 ㎛
면조도 5.92 nm
주벽면 면조도 7.06 nm.
또한, 평탄도, 평행도의 측정은 자이고 마크 IVxp로는 측정할 수 없고, 마이크로미터를 이용하여 측정하였다. 또한, 면조도는 원자간력 현미경을 이용하였다.
경면 연마 후의 비관통의 구멍의 저면의 평행도, 평탄도, 면조도 Ra, 및 주벽면의 면조도는 하기와 같았다:
저면 평행도 9 ㎛
평탄도 5 ㎛
면조도 0.24 nm
주벽면 면조도 0.33 nm.
또한, 평탄도, 평행도의 측정은 자이고 마크 IVxp로 행하고, 면조도는 원자간력 현미경을 이용하였다.
또한, 상기와 동일한 조건으로 동일한 비관통의 구멍을 경면 연마한 동일한 합성 석영 유리 기판을 50매 제작한 바, 비관통의 구멍의 깊이는 5.35±0.01 mm, 직경은 70±0.01 mmφ였다.
상기 합성 석영 유리 기판에 대하여, 고휘도 램프를 이용한 육안 관찰을 행한 바, 50매 중에서 3매로 육안 확인 가능한 크기의 균열이 발견되었다. 또한 50매 모두의 기판에서 비관통의 구멍의 측면과 저면 사이에 경면화 부족에 의한 연마 잔사의 흔적이 보였다. 계속해서 비관통의 구멍을 -15 kPa로 감압하고, 대기압으로 복귀하는 사이클을 50,000회 행하여 내구 시험을 행한 바, 50매 중 17매가 감압 횟수 100회 전후에 비관통의 구멍의 저면이 파괴되었다.
또한, 파괴되지 않았던 33매의 합성 석영 유리 기판에 대하여 비관통의 구멍을 -50 kPa로 감압하고, 약 46 MNm-2의 응력을 저부에 가한 바, 33매 모두의 기판의 비관통의 구멍의 저면이 파괴되었다.
1: 기판
1a: 기판 표면
1b: 기판 이면
2: 비관통의 구멍
3: 홈
3a, 3b: 측벽
4: 단차
5: 제1 모따기부
6: 제3 모따기부
7: 곡면의 제2 모따기부
10: 연마 도구
11: 피스톤
12: 회전축
13: 연마 가공부

Claims (12)

  1. 포토마스크용, 레티클용 또는 나노임프린트용의 유리 기판의 이면(裏面)에 비관통의 구멍 또는 홈을 갖고, 비관통의 구멍 또는 홈의 측면과 기판의 비관통의 구멍 또는 홈을 갖는 면 사이에 제1 모따기부가 존재하며, 상기 비관통의 구멍 또는 홈의 측면 및 저면이 경면임과 동시에, 상기 제1 모따기부가 경면이고, 상기 비관통의 구멍 또는 홈의 측면과 저면 사이에 곡률 반경 0.1 내지 5.0 mm의 곡면의 제2 모따기부가 존재하며, 이 곡면의 제2 모따기부도 경면인, 포토마스크용, 레티클용 또는 나노임프린트용의 유리 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비관통의 구멍 또는 홈의 측면, 저면, 상기 모따기부의 면조도(Ra)가 1 nm 이하인, 유리 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비관통의 구멍 또는 홈의 저면에 100 MNm-2 이하의 응력을 가하더라도 저면의 파괴가 발생하지 않는, 유리 기판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비관통의 구멍 또는 홈의 저면의 평탄도가 0.01 내지 40 ㎛인, 유리 기판.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비관통의 구멍 또는 홈의 저면의 평행도가 100 ㎛ 이하인, 유리 기판.
  6. 포토마스크용, 레티클용 또는 나노임프린트용의 유리 기판의 이면(裏面)에 비관통의 구멍 또는 홈을 형성함과 동시에, 비관통의 구멍 또는 홈의 측면과 기판의 비관통의 구멍 또는 홈을 갖는 면 사이에 제1 모따기부, 비관통의 구멍 또는 홈의 측면과 저면 사이에 곡률 반경 0.1 내지 5.0 mm의 곡면의 제2 모따기부 중 적어도 제1 모따기부를 형성하는 연삭 공정과, 형성된 비관통의 구멍 또는 홈의 측면 및 저면 및 형성된 모따기부에 회전 연마 도구의 영률이 7 GPa 이하인 부재를 포함하는 연마 가공부를 각각 독립적인 일정 압력으로 접촉시켜 측면, 저면 및 모따기부의 연삭면을 경면 가공하는 공정을 포함하는, 포토마스크용, 레티클용 또는 나노임프린트용의 유리 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 경면 가공 공정이 비관통의 구멍 또는 홈 및 형성된 모따기부에 회전 연마 도구의 연마 가공부를 1 내지 1,000,000 Pa의 압력으로 접촉시켜 경면 가공하는, 유리 기판의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 경면 가공 공정이 비관통의 구멍 또는 홈의 저면 및 측면 및 형성된 모따기부에 회전 연마 도구의 연마 가공부를 각각 독립적인 압력으로 동시에 접촉시켜 경면 가공하는, 유리 기판의 제조 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍 또는 홈 및 형성된 모따기부의 형상을 따르도록 회전 연마 도구와 기판을 상대적으로 이동시켜 경면 가공하는, 유리 기판의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍 또는 홈 및 형성된 모따기부의 형상을 따르도록 회전 연마 도구를 공전 또는 기판 유지대를 회전시켜 경면 가공하는, 유리 기판의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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