TWI488713B - 大型合成石英玻璃基板的製造方法 - Google Patents

Description

大型合成石英玻璃基板的製造方法

本發明係關於，作為TFT液晶面板的陣列側的光罩基板、濾色器用光罩基板來使用之大型合成石英玻璃基板的製造方法。

一般在製造大型合成石英玻璃基板時所採用的方法，是將原料(板狀的合成石英)使用讓游離磨粒(氧化鋁等)懸濁在水中而構成的漿料進行研磨(lap)而除去表面凹凸後，使用讓研磨材(氧化鈰等)懸濁在水中而構成的漿料進行拋光(polish)等。

進行研磨加工時所使用之雙面加工機或單面加工機，是將基板按壓於加工定盤上，將對於這時所產生的彈性變形之反彈力利用在平坦度修正方面，隨著基板尺寸變大，其反彈力顯著降低，要將基板表面的平緩凹凸予以除去的能力變低。

因此，事先測定大型基板的平坦度及平行度，根據其資料藉由加工工具來局部除去基板的凸部及厚部的方法已被提出(參照專利文獻1：日本特開2003-292346號公報)。此外，對應於石英玻璃基板表面的位置而作成石英玻璃基板之平坦度和損傷的資料，調整浸漬在研磨液中的被加工物之姿勢，根據所作成的資料來將氣體導入研磨液中，藉此適當地實現高平坦度，而以良好的加工穩定性來製造基板之方法已被提出(專利文獻2：日本特開2007-001003號公報)。然而，隨著基板尺寸變大，加工時間會變長，而期望提供能以更短時間進行平坦度修正之經濟的方法。

[專利文獻1]日本特開2003-292346號公報

[專利文獻2]日本特開2007-001003號公報

本發明是有鑑於上述事情而開發完成的，其目的是為了提供一種能在短時間修正大型合成石英玻璃基板材料的平坦度及平行度之大型合成石英玻璃基板的製造方法。

本發明人等為了達成上述目的而深入探討的結果發現，在測定基板材料的表面背面的平坦度及平行度而根據該資料來局部除去基板的凸部及厚部時，藉由使用大小不同的二種加工工具，能在短時間修正平坦度及平行度，基於此構思出本發明。又得知，習知之僅使用直徑小的加工工具會在表面產生條痕，但依據本發明可減少該表面條痕。

因此，本發明是提供下述大型合成石英玻璃基板的製造方法。

[1]一種大型合成石英玻璃基板的製造方法，是將對角長度1000 mm以上的大型合成石英玻璃基板材料保持成垂直狀態而測定基板材料的表面背面之平坦度及平行度，根據該資料來局部除去基板的凸部及厚部之大型合成石英玻璃基板的製造方法，其特徵在於：上述除去，是使用直徑為基板對角長度的15~50%之第1加工工具進行加工除去後，使用比第1加工工具更小的第2加工工具進一步進行加工除去。

[2][1]記載的大型合成石英玻璃基板的製造方法中，其特徵在於：上述第2加工工具的直徑為第1加工工具的直徑之10~40%。

[3][1]或[2]記載的大型合成石英玻璃基板的製造方法中，其特徵在於：平坦度/基板對角長度為8×10^-6 以下

依據本發明，可在短時間修正大型合成石英玻璃基板材料的平坦度及平行度，而能獲得高平坦度及高平行度之大型合成石英玻璃基板。

以下詳細地說明本發明。

本發明之大型合成石英玻璃基板的製造方法，是將對角長度1000 mm以上的大型合成石英玻璃基板材料保持成垂直狀態而測定基板材料的表面背面之平坦度及平行度，根據該資料來局部除去基板的凸部及厚部之大型合成石英玻璃基板的製造方法；上述除去，是使用直徑為基板對角長度的15~50%之第1加工工具進行加工除去後，使用比第1加工工具更小的第2加工工具進一步進行加工除去。

以下分成下述步驟來作說明。

(1)測定大型合成石英玻璃基板材料的表面背面之平坦度及平行度

(2)計算第1加工工具的研磨除去量及移動速度

(3)根據上述(2)的計算值而使用第1加工工具進行加工

(4)計算使用第1加工工具進行加工後之基板形狀，根據此來計算第2加工工具之研磨除去量及移動速度

(5)根據上述(4)的計算值而使用第2加工工具進行加工。

(1)測定大型合成石英玻璃基板材料的表面背面之平坦度及平行度

將作為大型合成石英玻璃基板的原料之大型合成石英玻璃基板材料，以保持成垂直的狀態測定基板材料的表面背面之平坦度及平行度。較佳為事先藉由雙面研磨裝置來處理基板的平行度(基板內的厚度不均精度)。其乃基於，在基板平行度差的情況，修正時間會有變長的情形。此外，在測定平坦度時，為了去除合成石英板材料本身重量所產生的變形，是將其保持成垂直，例如可使用黑田精工製的平坦度測量儀(flatness tester)等來進行測定。平行度可藉由三豐製的測微器(micrometer)來進行測定。

第1圖係用來說明平坦度及平行度之基板截面的概念圖。在本發明，基板(基板材料)的平坦度，在以基板表面之最小平方平面為基準面時，是基準面和基板表面的凸部的距離之最大值、基準面和基板表面的凹部的距離之最大值兩者的和，亦即以第1圖中a、b的和來表示。另一方面，基板的平行度，是以基板背面至表面的距離之最大值c、最小值d的差來表示。在第1圖中，1為基板，11為基板表面，12為最小平方平面。

第2圖是用來說明最小平方平面之概念圖。最小平方平面是如下述般求出。

平面的高度z的式子，可用以下的式子來表示。

z=ax+by+c(a、b、c為任意的常數)

平坦度測定資料面上的測定點(x_i ,y_i )的高度測定值z_i (x_i ,y_i )，與該(x_i ,y_i )位置之上述式子所求出之高度(ax_i +by_i +c)的差為s。s能以下述式子來表示。

s={z_i (x_i ,y_i )-(ax_i +by_i +c)}²

對於平坦度測定全面(x_0→n ,y_0→n )求取上述s，經由計算算出其總和S成為最小之a、b、c值，假定a→A、b→B、c→C。在此情況，上述高度z的式子所表示之(z=Ax+By+C)成為代表最小平方平面的式子。第2圖中，11為基板表面，12為最小平方平面。

(2)計算第1加工工具的研磨除去量及移動速度

將上述(1)所獲得的測定資料(基板內各點的平坦度)當作高度資料儲存於電腦。根據該資料對於表面背面分別計算出為形成平坦所必要的研磨除去量(第3圖中的A)。對於表面背面各個，平坦化的加工面13是與表面背面各個的最小平方平面平行，且是與被測定面中最為凹陷的點接觸的面。

接著，計算求出兩面都進行平坦化後之基板的平行度。根據所獲得的平行度，計算研磨除去量(第3圖中的B)。研磨除去量，是以厚度與平坦化後的基板最薄部分一致的方式來決定。第3圖的A部分、B部分是顯示除去部分的概念圖。如此般，根據大型合成石英玻璃基板材料的表面背面之平坦度及平行度測定，可決定出理想的各面及各點之研磨除去量(I)。第3圖中，1為基板，11為基板表面，12為最小平方平面，13為平坦化的加工面。

以上述獲得的理想各面及各點之研磨除去量(I)為基礎，對於大小、表面背面之平坦度及平行度大致相同的大型合成石英玻璃基板材料，藉由第1加工工具適當地改變移動速度、旋轉數、加工工具的材質等而事先算出研磨除去量，藉此求出研磨輪廓(profile)。根據此計算出使用第1加工工具之各面及各點的研磨除去量(II)及移動速度。

(3)根據上述(2)的計算值而使用第1加工工具進行加工

根據上述(2)的研磨除去量(II)及移動速度，使用第1加工工具進行加工的情況，第1加工工具的直徑為基板對角長度的15~50%，較佳為30~45%。若小於15%，加工時間的縮短效果變小，若大於50%，平坦度修正效果變少，接下來的使用第2加工工具的加工時間變長，造成經濟性變差。第1加工工具的直徑宜為250~800 mm，更佳為400~600 mm。又關於第1加工工具的形狀，考慮到研磨布的安裝等的作業面等宜為圓形。

第4圖係顯示加工裝置的概要的立體圖。加工是使用第4圖所示的裝置；在除去量大的部分，是將加工工具21的移動速度減慢而使滯留時間變長；在除去量小的部分，相反地將加工工具的移動速度加快而使滯留時間變短，以這種方式來控制滯留時間而進行使用第1加工工具的加工。加工工具21係可沿X軸及Y軸方向任意移動之構造，可藉由電腦來控制其移動。

基板保持台20的材質，較佳為使用蕭氏A硬度80以下，更佳為15~70，且壓縮率5~80%，更佳為10~50%之發泡聚胺酯。若蕭氏A硬度超過80，基板容易發生損傷，若壓縮率未達5%，在基板全面未與保持台接觸的部分接觸壓力會增加，而有在該部分容易發生缺陷的情況。

加工工具21具有旋轉機構，旋轉數雖是取決於工具大小，但為了避免隨著加工工具21的旋轉而造成研磨液飛濺到裝置外部，旋轉數宜設定成30~300 rpm，更佳為30~120 rpm。此外，加工工具21，是透過萬向接頭來與旋轉軸接合，以跟隨基板表面的傾斜。安裝於加工工具21之研磨布，宜使用發泡聚胺酯或不織布。

所使用的研磨劑沒有特別的限制，作為一般研磨劑，較佳為氧化鈰研磨劑或膠體氧化矽研磨劑。研磨劑的平均粒徑宜為0.02~3μm，更佳為0.05~1μm。研磨劑可由工具中吐出，或以在研磨液中浸漬基板的狀態實施研磨。研磨液中的研磨劑比例宜為10~50質量%，更佳為10~40質量%，特佳為10~25質量%。此外，為了使研磨液容易進入研磨面而讓工具一邊旋轉一邊擺動的情況，是在該條件下調查研磨輪廓，根據此來計算移動速度即可。第4圖中，1為基板，20為基板保持台，21為加工工具。

第5圖係顯示加工工具21的移動態樣的立體圖。加工方法，如第5圖所示般，與X軸方向平行地以所計算的速度讓加工工具連續移動後，沿Y軸方向以一定節距移動。沿Y軸方向之進給節距，較佳為第1加工工具的直徑之30%以下，更佳為10~25%。若大於30%，平坦度修正效果變少，接下來的使用第2加工工具的加工時間變長，可能造成經濟性變差。第5圖中，20為基板保持台。

(4)計算使用第1加工工具進行加工後之基板形狀，根據此來計算第2加工工具之研磨除去量及移動速度

第1加工工具，是一邊沿著大型合成石英玻璃基板材料的表面移動一邊實施加工的，並無法一次就完成大型合成石英玻璃基板的整個表面之加工。因此，僅藉由第1加工工具，現實的研磨除去量，相較於根據上述大型合成石英玻璃基板材料的表面背面的平坦度及平行度測定所獲得之理想的各面及各點之研磨除去量(I)，兩者會有發生差異的部分。因此，為了去除該差異，藉由使用第2加工工具進行加工，可將第1加工工具尚未加工完成的部分，例如基板的四個角落施以研磨。具體而言，根據使用上述第1加工工具之研磨輪廓的結果而事先算出的第2加工工具加工前的平坦度及平行度的資訊，計算出為了形成上述研磨除去量(I)藉由第2加工工具所必須完成的研磨除去量及其移動速度。在此情況，與第1加工工具的情況同樣的，事前調查使用第2加工工具的研磨輪廓而進一步調整亦可。如此般，依據本發明，在使用第1加工工具進行加工後並不進行精度測定，因此可進行高效率的加工。

此外，事先在計算中包含第1加工工具的直徑、直徑對於基板對角長度的比例、移動速度、旋轉數等，而計算出藉由第2加工工具所必須完成的研磨除去量及其移動速度亦可。

(5)根據上述(4)的計算值而使用第2加工工具進行加工。

根據上述(4)所計算出的必須完成的研磨除去量及移動速度，藉由第2加工工具進行加工。第2加工工具的大小，必須比第1加工工具更小，具體而言較佳為直徑是第1加工工具的10~40%，更佳為15~30%。第2加工工具的直徑，若比第1加工工具的10%更小，平坦度修正效果雖大，但加工時間變長而造成經濟性不佳；若超過40%，無法精細地控制研磨除去量，會有平坦度修正效果變少的情況。第2加工工具的直徑宜為25~320 mm，更佳為100~200 mm。第2加工工具的形狀，與第1加工工具同樣地宜為圓形。加工方法，是使用與第1加工工具的情況同樣的方法來進行。此外，藉由組合第1加工工具和第2加工工具，可防止在基板上產生橫條痕。又進一步實施拋光步驟亦可，但即使沒有拋光步驟，也能獲得平坦度及平行度良好的大型合成石英玻璃基板。

在本發明，只要將對角長度1000 mm以上的大型合成石英玻璃基板材料，使用具有基板對角長度的15~50%的直徑之第1加工工具進行加工除去後，再使用比第1加工工具更小的第2加工工具進一步進行加工除去即可，第1加工工具及第2加工工具是使用複數次亦可。

依據本發明的製造方法，可在短時間修正大型合成石英玻璃基板的平坦度及平行度，而能獲得高平坦度及高平行度之大型合成石英玻璃基板。本發明之大型合成石英玻璃基板，是對角長度1000 mm以上，較佳為1500~2500 mm的尺寸。該大型基板的形狀，可為正方形、長方形、圓形等，在圓形的情況，對角長度是指直徑。此外，該大型基板的厚度沒有特別的限制，宜為5~50 mm，更佳為10~20 mm。

大型合成石英玻璃基板的平坦度/基板對角長度宜為8×10^-6 以下之高平坦度，更佳為6×10^-6 以下，特佳為5×10^-6 以下。其下限沒有特別的限制，通常為1×10^-6 。

本發明的大型基板之平行度宜為50μm以下，更佳為30μm以下，特佳為10μm以下。若超過50μm，在將基板設置於曝光裝置的情況，可能會對減少曝光間距偏差之校正等的作業造成負擔。

依據本發明，可在短時間修正大型合成石英玻璃基板的平坦度及平行度，而能獲得高平坦度及高平行度之大型合成石英玻璃基板。此外，使用所獲得的大型合成石英玻璃基板製作出大型光罩，藉由將該光罩使用於平板曝光，可提昇CD精度(尺寸精度)而能進行微細圖案的曝光。再者，也有助於面板良率的提昇。

[實施例]

以下，根據實施例及比較例來具體地說明本發明，但本發明並不限定於下述的實施例。

[實施例1]

將大小850×1200 mm、厚度10.2 mm的合成石英玻璃基板，藉由使用不二見研磨材公司製FO#1000並進行行星運動的雙面研磨裝置來加工，而製備原料基板。這時的原料基板的平行度為13μm，平坦度為50μm。平坦度是藉由黑田精工製的平坦度測量儀來測定，平行度是藉由三豐製的測微器來測定。根據所獲得的結果，決定目標的各面及各點之研磨除去量。

接著，將該基板裝設在第4圖所示的裝置之基板保持台20。基板保持台20的材質，是使用無蠟保持墊BP-102(富士紡愛媛公司製，蕭氏A硬度66，壓縮率25%)的發泡聚胺酯。第1加工工具，是在直徑500 mm的SUS304製板上貼合聚胺酯製的研磨布而構成；研磨劑，是讓平均粒徑1μm的氧化鈰研磨劑以20質量%的濃度懸濁在水中而構成。事前，使用大小、表面背面的平坦度及平行度大致相同的大型合成石英玻璃基板材料，藉由第1加工工具進行加工，調查研磨輪廓。結果如第6圖所示是具有：工具中央的研磨量多、外周部的研磨量少之研磨輪廓。於是，根據此結果考慮Y軸方向的移動節距而計算出第1加工工具的移動速度，根據此移動速度來進行研磨加工。與X軸方向平行地讓第1加工工具連續地移動，朝Y軸方向以相當於第1加工工具直徑的20%(100 mm)的節距移動。這時第1加工工具的旋轉數為60 rpm。

接下來，第2加工工具，是使用在直徑150 mm的SUS304製板上貼合聚胺酯製的研磨布；研磨劑，是讓平均粒徑1μm的氧化鈰研磨劑以20質量%的濃度懸濁在水中而構成。根據上述研磨輪廓而事先計算出第2加工工具加工前的平坦度及平行度的資訊，依據此資訊算出藉由第2加工工具所必須完成的研磨除去量，並決定第2加工工具的移動速度。這時Y軸方向的進給節距為第2加工工具直徑的20%(30 mm)。這時第2加工工具的旋轉數為150 rpm。第2加工工具朝X軸方向之進給速度最低為30 mm/min，在基板各部分的移動速度，是根據研磨速度計算出在基板各部分之第2加工工具的進給速度。實施表面處理之後，實施背面的處理。結果如表1所示。

若僅藉由第2加工工具進行加工的情況之研磨時間為100，其研磨時間比率為26，而能以約1/4的時間進行加工。此外，加工後的平坦度為7.8μm，平行度為7.6μm。又僅藉由第2加工工具進行加工的情況，會在表面產生條痕，但實施例1之加工後的表面並不存在條痕。

[實施例2~6及比較例1]

改變第1加工工具及第2加工工具的大小而進行與實施例1同樣的加工，結果顯示於表1。若僅藉由100 mmΦ的加工工具進行加工的情況之研磨時間為100，研磨時間比是相對於其的比率。

1．．．基板

11．．．基板表面

12．．．最小平方平面

20．．．基板保持台

21．．．加工工具

第1圖係用來說明平坦度及平行度之基板截面的概念圖。

第2圖是用來說明最小平方平面之概念圖。

第3圖係顯示除去部分之概念圖。

第4圖係顯示加工裝置的概要之立體圖。

第5圖係顯示加工工具的移動態樣之立體圖。

第6圖係顯示實施例1的研磨輪廓。

Claims (7)

1. 一種大型合成石英玻璃基板的製造方法，是將對角長度1000mm以上的大型合成石英玻璃基板材料保持成垂直狀態而測定基板材料的表面背面之平坦度及平行度，根據該資料來在基板保持台上局部除去基板的凸部及厚部之大型合成石英玻璃基板的製造方法，其特徵在於：上述除去，是使直徑為基板對角長度的15~50%之第1加工工具沿X軸方向及Y軸方向移動而進行加工除去後，使比第1加工工具更小的第2加工工具沿X軸方向及Y軸方向移動而進一步進行加工除去。
2. 如申請專利範圍第1項記載的大型合成石英玻璃基板的製造方法，其中，上述第2加工工具的直徑為第1加工工具的直徑之10~40%。
3. 如申請專利範圍第1或2項記載的大型合成石英玻璃基板的製造方法，係具有以下步驟(1)~(5)：(1)測定大型合成石英玻璃基板材料的表面背面之平坦度及平行度，(2)計算第1加工工具的研磨除去量及移動速度，(3)根據上述(2)的計算值而使用第1加工工具進行加工，(4)計算使用第1加工工具進行加工後之基板形狀，根據此來計算第2加工工具之研磨除去量及移動速度，(5)根據上述(4)的計算值而使用第2加工工具進行加 工。
4. 如申請專利範圍第3項記載的大型合成石英玻璃基板的製造方法，其中，第1加工工具及第2加工工具所進行的加工，分別在30~300rpm的旋轉速度下，使加工工具與X軸方向平行地以所計算的速度連續移動後，沿Y軸方向以加工工具的直徑之10~25%的進給節距移動而進行加工。
5. 如申請專利範圍第1或2項記載的大型合成石英玻璃基板的製造方法，其中，第1加工工具的直徑為250~800mm，第2加工工具的直徑為25~320mm。
6. 如申請專利範圍第1或2項記載的大型合成石英玻璃基板的製造方法，其中，用來保持待加工之大型合成石英玻璃基板之基板保持台的材質，是使用蕭氏A硬度80以下、壓縮率5~80%的發泡聚胺酯。
7. 如申請專利範圍第1或2項記載的大型合成石英玻璃基板的製造方法，其中，平坦度/基板對角長度為8×10^-6 以下。