TWI568699B - 合成石英玻璃基板及其製造方法 - Google Patents

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Description

合成石英玻璃基板及其製造方法
本發明係關於一種適宜使用作為光罩用途之合成石英玻璃基板，尤其是基板表面為高平坦、低缺陷且面粗糙度較少，而使用於最尖端用途之EUV微影術或微米壓印技術之合成石英玻璃基板及其製造方法。
以如軟X射線區域之波長短的光進行微影術時，雖可細微描繪，但會有焦點深度淺之缺點。為了描繪細微且精密之圖型，使用之反射型遮罩用基板被要求為基板表面係高平坦、低缺陷，且表面粗糙度較少之基板表面之完整性。
且，使用目前使用之ArF準分子雷射(波長193nm)，即使作為朝以EUV光之微影術(以下簡稱為「EUVL」)移行之前之延長壽命用遮罩基板，亦考慮使用高平坦之合成石英玻璃基板。
目前，為了對應於EUVL等細的圖型所需之高平坦化基板必須為基板表面之中央142mm×142mm方形之平坦度為50nm以下者，用以對應於此之基板提出有某些種類。例如，專利文獻1：特開2007-287737號公報記載藉由局部氣體團簇離子束(Gas Cluster Ion Beam)蝕刻等進行研磨後，進行最終研磨所得之高平坦且高平滑之基板。又，專利文獻2：日本專利第4219718號公報記載以電漿蝕刻進行局部研磨，隨後進行非接觸研磨，製作高平坦且低缺陷之基板。
然而，認為以上述方法，會產生對於使基板平坦化之裝置較大或製程等之缺點，其結果所產生的問題是加工成本或加工時間增加。例如，氣體團簇離子束蝕刻等為作成用以進行加工之真空環境須花費時間，或若進行如浮動拋光之非接觸研磨，為減小研磨速率而有拉長研磨加工時間之缺點。且，由於裝置為大規模故產生之極大設備費用、用以加工所使用之昂貴氣體等之固定資產折舊攤提(減價償卻)費用彈升經加工基板之加工費用，使基板之價格變高而成為問題點。玻璃基板之價格高漲對於需要者及供給者任一方均不利。
另一方面，專利文獻3：國際公開第2004/083961號說明書記載有可藉由規定距離主表面與倒角面之邊界之基準面的最大高度及形狀，而使真空夾盤時之基板之平坦度良好之基板。然而，如說明書等所述，實際之該基板之平坦度約為0.2μm。進而，考慮安裝於步進器等上且吸附時之形狀變化，而進行使外周平整或朝外傾斜之基板設計，但該區域設定由於隨著外周形狀變化對於朝有效範圍內之平坦度之影響較少故難以控制。據此，對於EUVL用基板等之嚴格要求基板表面之平坦度之高平坦基板不否認有能力不足的感覺。
即使製作不僅是可對應於ArF準分子雷射且亦可對應於EUVL之高平坦基板，若安裝於步進器進行吸附，則由於其平坦度會崩壞，故考慮吸附時之基板形狀變化，具有形狀之玻璃基板有其必要。且於基板朝步進器吸附時亦有必要使有效範圍之平坦度成為50nm以下，以可對應於EUVL。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]特開2007-287737號公報
[專利文獻2]日本專利第4219718號公報
[專利文獻3]國際公開第2004/083961號說明書
本發明係鑑於上述問題而完成者，其目的係提供一種為高平坦、低缺陷、具有面粗糙度小之基板表面，且適合作為光罩用之合成石英玻璃基板及其製造方法。
本發明人等為解決上述課題，發現將6吋方形基板之基板表面區分為後述三個區域，使各區域中之形狀經規定之基板，對於控制安裝吸附於步進器上時之基板表面之平坦度有用，而提供亦可對應於EUVL之合成石英玻璃基板。
亦即，本發明提供以下之合成石英玻璃基板及其製造方法。
申請專利範圍第1項：
一種合成石英玻璃基板，其為自表面中央132mm×132mm方形之外周朝向表面外周緣傾斜之6英吋方形之合成玻璃基板，其特徵為表面中央132mm×132mm方形之平坦度為50nm以下，表面中央148mm×148mm方形內除表面中央132mm×132mm方形以外之框緣部分之平坦度為150nm以下。
申請專利範圍第2項：
如申請專利範圍第1項之合成石英玻璃基板，其中前述合成石英玻璃基板中之表面中央132mm×132mm方形區域之平均平面，位於比前述框緣部分之區域之表面平均平面高100nm以下之位置。
申請專利範圍第3項：
如申請專利範圍第1或2項之合成石英玻璃基板，其中將前述合成石英玻璃基板安裝於步進器中，在靠近合成石英玻璃基板之表面外周緣之內側2mm與內側5mm之間之3mm範圍內進行吸附時，表面中央142mm×142mm方形區域之平坦度為50nm以下。
申請專利範圍第4項：
如申請專利範圍第1至3項中任一項之合成石英玻璃基板，其中前述合成石英玻璃基板之6英吋方形區域中之表面粗糙度(RMS)為0.10nm以下。
申請專利範圍第5項：
如申請專利範圍第1至4項中任一項之合成石英玻璃基板，其中前述合成石英玻璃基板之6英吋方形區域中，不存在有凸缺陷、凹缺陷及條紋狀瑕疵。
申請專利範圍第6項：
如申請專利範圍第1至5項中任一項之合成石英玻璃基板，其中摻雜有TiO2。
申請專利範圍第7項：
如申請專利範圍第1至6項任一項之合成石英玻璃基板，其係光罩用合成石英玻璃基板。
申請專利範圍第8項：
一種如申請專利範圍第1至7項中任一項之合成石英玻璃基板之製造方法，其特徵為包含下列步驟：粗研磨合成石英玻璃基板之步驟，測定基板表面之平坦度之步驟，基於所測定之平坦度進行部分研磨之步驟，整飾研磨經部分研磨之合成石英玻璃基板之步驟。
依據本發明之合成石英玻璃基板，可活用作為於以光微影法等使用之光罩用合成石英玻璃基板等中進行更細微描繪時所要求之基板表面之平坦度良好且低缺陷之面粗糙度小者。再者，安裝於步進器裝置上進行吸附時，基板表面之平坦度可滿足可在EUVL之有效範圍內使用之要求規格。
本發明之玻璃基板能使用作為例如利用ArF準分子雷射光源進行微影技術，或使用EUV光進行微細描繪之微影技術時之半導體用合成石英玻璃基板。大小宜為一般之光罩用基板所使用之6吋方形基板。例如，相當於四角形狀之152mm×152mm×6.35mm之6025基板等。
本文中，圖1、2為顯示本發明之6英吋方形之合成玻璃基板1。該基板1可分成3個區域A、B、C，更詳言之，可分成4個區域A、B0、B1、C。區域A為基板表面中央132mm×132mm方形之區域。區域B為表面中央132mm×132mm方形之外周部與表面中央148mm×148mm方形之外周部之間之區域，該區域B由上述區域A之外圍部分朝向區域C傾斜，將此作為框緣部分。區域C為表面中央148mm×148mm方形之外周部與基板外周緣之間之區域，將此作為最外部分。該區域C之外圍部分亦可設有倒角面。該情況下，區域B更分成表面中央132mm×132mm方形之外周部與表面中央142mm×142mm方形之外周部之間之區域B0，與表面中央142mm×142mm方形之外周部與表面中央148mm×148mm方形之外周部之間之區域B1。
上述區域B1為於圖3所示吸附於步進器平台上之吸附部的部分，如此般吸附時，上述區域A與區域B0成為進行微影術時之微影有效區域。
本發明中之6英吋方形合成石英玻璃基板，於圖1、2所示之表面中央132mm×132mm方形內之區域A之平坦度為50nm以下，較好為40nm以下，更好為30nm以下。該區域A為了使吸附安裝於步進器等上之基板因其力道所致之變形亦較小，故自吸附前即要求高平坦。又，亦係用以進行EUVL等微細之描繪所必要之最低限度之平坦度。且，其平坦度之下限並無限制，雖亦可為0nm，但通常為5nm以上。
基板表面之平坦度係表示基板表面之翹曲，係將設於基板主表面上之以最小平方法求得之任意平面作為焦平面(focal plane)，由位於比該焦平面高之基板表面之最高位置與位於比焦平面低之基板表面之最低位置之高低差之絕對值計算出。
表面平坦度之測定方法，就測定精度之觀點而言，宜為將雷射光等之聚集(coherent)光碰觸基板表面並反射，利用以反射光之相位偏移觀測基板表面之高低差之光學干涉式之方法，例如使用TROPEL公司製造之Ultra Flat M200測定。
圖4為說明平坦度及平行度之基板剖面之概念圖。本發明中，基板(基板材料)之平坦度為以基板表面之最小平方平面作為基準面時之基準面與基板表面之凸部分之距離的最大值及基準面與基板表面之凹部分之距離的最大值之和，以圖4中之a與b之和表示。另一方面，基板之平行度係以自基板背面至表面之距離之最大值c與最小值d之差表示。又，圖4中，1為基板，11為基板表面，12為最小平方平面。
即使基板多麼高平坦，若在安裝於步進器上且吸附時等進行實際描繪之環境下，基板非高平坦則無價值。因此，規定表面中央148mm×148mm方形內之區域中除表面中央132mm×132mm方形內之區域A以外之框緣部分2(區域B)之平坦度，以使藉步進器等進行吸附時之基板成為高平坦。
上述框緣部分2(區域B)為了考慮進行吸附時之變化量且維持基板中央部分之平坦度或者使之更為良好，故而規定框緣部分2(區域B)之平坦度為150nm以下，較好為120nm以下。又，平坦度之下限通常為30nm以上，最好為50nm以上。
基板係如圖3所示，其框緣部分2(區域B)中之區域B1由於為了吸附於步進器平台21上之吸附部22，若考慮吸附後使基板表面高平坦化，則必須自表面中央132mm×132mm方形部分(區域A)之外周朝向表面外周緣傾斜。然而，最外部分(區域C)中，為了不會因受到吸附之影響亦影響到基板中央部，於該範圍內即可而不管形狀。
上述傾斜之程度較好由使表面中央132mm×132mm方形部分(區域A)之最小平方平面位於比框緣部分2(區域B)之最小平方平面高100nm以下，更好高50nm以上且100nm以下，又更好高50nm以上且80nm以下之位置而決定。
此係因為，若考慮安裝於步進器等上並吸附時之基板表面之平坦度之變化量，則朝向基板表面外周緣傾斜之框緣部分2(區域B)中，若過度傾斜則較不好之故。亦即，框緣部分2過度低於表面中央132mm×132mm方形部分之區域A時，難以使成為例如EUVL之有效範圍之表面中央142mm×142mm方形部分(區域A+區域B0)中之平坦度達到50nm以下之故。
表面中央132mm×132mm方形部分之區域A中，即使將基板裝設於步進器等上並吸附時，相較於基板外周部，對於基板表面平坦度之影響程度極低。因此，表面中央132mm×132mm方形部分之區域A係如上述，較好平坦度為50nm以下，更好為40nm以下，最好為30nm以下之範圍。
本發明之合成石英玻璃基板係設計為可對應於EUVL世代。進行EUVL時之有效範圍，於例如係6025基板使用有效範圍，係使表面中央142mm×142mm方形部分之區域(區域A+區域B0)之平坦度為50nm以下。為了滿足該條件，本發明之合成石英玻璃基板係設計為使安裝於步進器等並吸附時之表面中央142mm×142mm方形部分3區域(區域A+區域B0)之平坦度成為50nm以下。然而，實際上表面中央142mm×142mm方形部分之區域之平坦度較好為40nm以下，表面中央142mm×142mm方形部分之區域之平坦度若為30nm以下則更佳。
基板之背面若愈接近基板之安裝於步進器時之平面愈好，但若係進行微影術時不會對表面造成影響之程度之平坦度即可。具體而言，吸附時表面中央142mm×142mm方形之區域之平坦度只要在500nm以下即已足夠。但，進行EUVL時背面亦與表面同樣，較好於安裝步進器時表面中央142mm×142mm方形之區域之平坦度為50nm以下。
又，本發明之石英合成基板之平行度，為了能夠使步進器吸附時之基板變形較少，而為5μm以下，較好為4μm以下，更好為3μm以下。
本發明之合成石英基板之表面粗糙度(RMS)較好為0.10 nm以下，更好為0.08nm以下。此係因為在進行微影術時，基板表面之RMS較大時，會對於描繪之微細度或精度造成影響之故。且，為了對應於EUVL，亦必須為比ArF或KrF微影術所要求之RMS更小之值。RMS之下限並無特別限制，但通常為0.05nm以上。
又，本發明之合成石英玻璃基板於6英吋方形之區域中，較好並無長徑為數十nm~500nm左右且高度為數nm~數十nm左右之凸缺陷或長徑為數十nm~500nm左右且深度數nm~100nm左右之凹缺陷，或者深度淺至1~5nm，長度為1μm~數十μm之淺條紋狀瑕疵等之缺陷。此係因為若於基板表面上存在如上述之缺陷，則進行微影術時，該缺陷亦會一併轉印，而難以進行微細描繪之故。該等缺陷可於後述之研磨步驟中去除。
本發明之基板使用於EUVL時，基板表面之平坦度、面粗糙度、缺陷數以外，材料本身亦有規定。該情況下，為了降低熱膨脹係數，較好為以5~12質量%濃度摻雜TiO2者。
本發明之玻璃基板可使用於半導體相關之電子材料中，尤其是可適當使用作為光罩。
本發明之玻璃基板係經過粗研磨玻璃之步驟，測定經粗研磨之基板表面之平坦度之步驟，進行部分研磨之步驟，進行整飾研磨之步驟而製造。
使合成石英玻璃錠塊係進行成型、退火、切割加工、倒角、研磨，利用使基板表面鏡面化之粗研磨的粗研磨步驟。
接著，測定基板表面之平坦度，但為了精心製作基板之形狀，經粗研磨之基板表面平坦度係使用平坦度為0.3~1.0 μm者。
為了精心製作本發明之合成石英玻璃基板之形狀，而採用使用小型旋轉加工工具之部分研磨技術。以於上述測定之基板表面之測定數據為基準，決定基板表面中各處之研磨量，朝向預先設定之目標形狀進行部分研磨。研磨量係藉由移動工具之速度控制。亦即，加大研磨量時，使工具通過基板表面之速度變慢，接近目標形狀時減少研磨量時則相反地使工具通過基板表面之速度加速藉此控制研磨量。
部分研磨之加工部係採用使用leutor式(電動切削工具)之旋轉加工工具者。另外，就減輕對玻璃之研磨損傷等之觀點而言，與玻璃接觸之旋轉工具之材料係選自硬度A50~75(依據JIS K6253)之聚胺基甲酸酯、高密度壓縮羊毛氈(Felt buffing)、橡膠、硬質聚胺基甲酸酯發泡體(Cerium Pad)等，但只要是可研削玻璃表面者即不限制種類。另外，旋轉工具之研磨加工部之形狀列舉為圓或甜甜圈型、圓柱型、砲彈型、碟型、圓桶型等。
部分研磨後之基板表面之平坦度為0.01~0.50μm，最好為0.01~0.30μm之平坦度者，形狀係依據最終整飾之研磨條件，可依據凸型、凹型等花樣任意選擇。
施以部分研磨之基板係以一般之葉片式研磨進行批次式研磨作為整飾研磨，進行於部分研磨步驟前之缺陷和面粗糙度之改善。此時，研磨布較好使用絨面革(suede)製造者，不使研磨速率太高時，由於可使於部分研磨所精密製作之形狀不會一下子朝最終之目標形狀變化故而較佳。此時，作為研磨粒適宜使用粒徑30~150nm，較好粒徑30~100nm之膠體二氧化矽水分散液。
如上述獲得之合成石英玻璃基板可依據部分研磨之整飾之形狀決定整飾研磨後之形狀。亦即，可藉由部分研磨完成之形狀控制最終基板之表面形狀。
整飾研磨之研磨量以葉片式研磨較好為4~8μm。係於部分研磨步驟，可有效去除工具直接對石英玻璃基板表面研磨時造成之研磨傷害之故。
經整飾研磨所得之基板亦可藉由測定表面平坦度，基於該測定數據控制安裝於步進器上時之吸附力，而可控制步進器安裝時之基板平坦度。
[實施例]
以下例示實施例具體說明本發明，但本發明並不限於下述實施例。
[實施例1]
自塊錠切割之合成石英玻璃基板原料(6英吋)以進行行星運動之兩面研磨機予以研削後，以進行行星運動之兩面拋光機進行粗研磨，準備原料基板。此時原料基板表面之平坦度在6英吋方形之範圍內為0.398μm。又，平坦度之測定係使用TROPEL公司製造之Ultra Flat M200。
隨後，將上述基板設定在使用研磨加工部係口徑20mmΦ×口徑長度25mm之砲彈型高密度壓縮羊毛氈工具(日本精密機械工作(股)製造之F3620)作為加工工具之部分研磨機上。加工條件設為加工工具之轉數係5,000rpm，加工壓力係160g/mm2，於被加工物上移動，對基板整面進行加工。此時，使用膠體二氧化矽水分散液作為研磨液。加工方法係採用使加工工具於對於基板之X軸平行地連續移動，朝Y軸方向以0.25mm間距移動之方法。以該條件之最適加工速度設為預先測定之1.9μm/min，加工工具之移動速度於基板形狀於最低基板之部分係設為50mm/sec，加工設為98分鐘。經部分研磨後之基板形狀係預先考慮最終整飾研磨中之基板之研削加以設定。經部分研磨處理後，基板整體之平坦度為0.286μm。又，該基板係以使基板成為點對稱之最終研磨對基板施加均等力而製作。
接著，使用軟質豬皮製研磨布，使用SiO2濃度為40質量%之膠體二氧化矽水分散液作為研磨劑，以研磨荷重100gf進行最終精密研磨。代之，研磨4μm作為充分去除在粗研磨步驟及部分研磨步驟中造成之瑕疵之量。
研磨結束後，自洗淨‧乾燥後測定表面平坦度，於中央132mm×132mm方形之範圍為37nm。又，框緣部分之範圍為121nm。以原子間力顯微鏡測定面粗糙度，結果RMS為0.07nm。使用雷射聚集光學系統高感度缺陷檢查裝置(LaserTech公司製造)進行缺陷檢查，結果未檢出凸缺陷、凹缺陷及條紋狀瑕疵。
將該基板以基板表面中央148mm×148mm方形之正方形邊上安裝在步進器上，進行上述區域B1部分之吸附後，表面中央142mm×142mm方形之平坦度成為47nm。
[實施例2]
將自摻雜有7.0質量%TiO2之錠塊切出之合成石英玻璃基板原料(6英吋)，進行與實施例1相同之粗研磨，準備原料基板。此時原料基板表面之平坦度在6英吋方形之範圍內為0.371μm。
隨後之部分研磨加工條件為加工工具轉數為6,000rpm，加工壓力為160g/mm2，於被加工物上方移動，對基板整面進行加工。此時，使用膠體二氧化矽水分散液作為研磨液。加工方法採用使加工工具對於基板之X軸平行地連續移動，朝Y軸方向以0.25mm間距移動之方法。該條件之最適加工速度設為預先測定之1.1μm/min，加工工具之移動速度於基板形狀之最低基板之部分設為50mm/sec，加工102分鐘。經部分研磨處理後，基板整體之平坦度為0.277μm。又，該基板係以使基板成為點對稱之最終研磨對基板均等施加力之方式精密製作。
接著，以與實施例1相同之條件進行最終精密研磨。代之，研磨5μm作為充分去除於粗研磨步驟及部分研磨步驟造成之瑕疵之量。
研磨結束後，自洗淨‧乾燥後測定表面平坦度，結果在中央132mm×132mm方形之範圍為41nm。且，框緣部分之範圍為108nm。以原子間力顯微鏡測定面粗糙度，結果RMS為0.07nm。使用雷射聚集光學系統高感度缺陷檢查裝置(LaserTech公司製造)進行缺陷檢查，未檢出凸缺陷、凹缺陷及條紋狀瑕疵。
將該基板安裝於步進器上，進行於上述區域B1之吸附後，表面中央142mm×142mm方形之平坦度成為48nm。
[實施例3]
將自錠塊切出之合成石英玻璃基板原料(6英吋)進行與實施例1同樣之粗研磨，準備原料基板。此時原料基板表面之平坦度在6英吋方形之範圍內為0.303μm。
隨後之部分研磨加工條件係加工工具轉數設為3,000rpm，加工壓力設為160g/mm2，在被加工物上方移動，使基板整面進行加工。此時，使用膠體二氧化矽水分散液作為研磨液。加工方法採用使加工工具對於基板之X軸平行地連續移動，朝Y軸方向以0.25mm間距移動之方法。以該條件之最適加工速度係設為預先測定之1.9μm/min，加工工具之移動速度，於基板形狀之最低基板之部分係設為50mm/sec，加工102分鐘。經部分研磨處理後，基板整體之平坦度為0.222μm。又，該基板係以使基板成為點對稱之最終研磨力對基板均等施加力而精密製作。
接著，以與實施例1相同之條件進行最終精密研磨。代之，研磨4.2μm作為充分去除於粗研磨步驟及部分研磨步驟造成之瑕疵之量。研磨取代，為了進行更精密之研磨，係基於預先獲得之研磨數據解析基板之研削，由最小平方法求得最適研磨取代，控制至小數點下一位而設定。
研磨結束後，自洗淨‧乾燥後測定表面平坦度，結果在中央132mm×132mm方形之範圍為21nm。且，框緣部分之範圍為98nm。以原子間力顯微鏡測定面粗糙度，結果RMS為0.07nm。使用雷射聚集光學系統高感度缺陷檢查裝置(LaserTech公司製造)進行缺陷檢查，未檢出凸缺陷、凹缺陷及條紋狀瑕疵。
將該基板安裝在步進器上，於上述區域B1進行吸附後，表面中央142mm×142mm方形之平坦度為27nm。
1‧‧‧基板
2‧‧‧框緣部分
11‧‧‧基板表面
12‧‧‧最小平方平面
21‧‧‧步進器平台
22‧‧‧步進器吸附部
A‧‧‧基板表面中央132mm×132mm方形部分之區域
B‧‧‧基板表面中央132mm×132mm方形部分與表面中央148mm×148mm方形部分間之區域
B0‧‧‧基板表面中央132mm×132mm方形部分與表面中央142mm×142mm方形部分間之區域
B1‧‧‧基板表面中央142mm×142mm方形部分與表面中央148mm×148mm方形部分間之區域
C‧‧‧基板表面中央148mm×148mm方形部分與基板表面外周緣間之區域
圖1為顯示本發明之合成石英玻璃基板之三區域之平面圖。
圖2為本發明之合成石英玻璃基板之剖面圖之一例。
圖3為將本發明之合成石英玻璃基板安裝於步進器上進行吸附之概略圖。
圖4為說明玻璃基板之平坦度及平行度之基板剖面之概念圖。

Claims (7)

  1. 一種合成石英玻璃基板，其為自表面中央132mm×132mm方形之外周朝向表面外周緣傾斜之6英吋方形之合成玻璃基板，其特徵為表面中央132mm×132mm方形之平坦度為50nm以下，表面中央148mm×148mm方形內除表面中央132mm×132mm方形以外之框緣部分之平坦度為150nm以下，吸附時的背面的中央142mm×142mm方形之區域之平坦度為500nm以下，前述表面中央132mm×132mm方形區域之平均平面，位於比前述框緣部分之區域之表面平均平面高100nm以下之位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之合成石英玻璃基板，其中將前述合成石英玻璃基板安裝於步進器，在靠近合成石英玻璃基板之表面外周緣之內側2mm與內側5mm之間之3mm範圍內進行吸附時，表面中央142mm×142mm方形區域之平坦度為50nm以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之合成石英玻璃基板，其中前述合成石英玻璃基板之6英吋方形區域中之表面粗糙度(RMS)為0.10nm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項之合成石英玻璃基板，其中前述合成石英玻璃基板之6英吋方形區域中，不存在有凸缺陷、凹缺陷及條紋狀瑕疵。
  5. 如申請專利範圍第1項之合成石英玻璃基板，其中 摻雜有TiO2。
  6. 一種如申請專利範圍第1至5項任一項之合成石英玻璃基板所成的光罩用合成石英玻璃基板。
  7. 一種如申請專利範圍第1至5項中任一項之合成石英玻璃基板之製造方法，其特徵為包含下列步驟：粗研磨合成石英玻璃基板之步驟，測定基板表面之平坦度之步驟，基於所測定之平坦度進行部分研磨之步驟，整飾研磨經部分研磨之合成石英玻璃基板之步驟。
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