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KR102047598B1 - 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법 - Google Patents

반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법 Download PDF

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KR102047598B1
KR102047598B1 KR1020180027006A KR20180027006A KR102047598B1 KR 102047598 B1 KR102047598 B1 KR 102047598B1 KR 1020180027006 A KR1020180027006 A KR 1020180027006A KR 20180027006 A KR20180027006 A KR 20180027006A KR 102047598 B1 KR102047598 B1 KR 102047598B1
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groove
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 기판 전체의 복굴절량의 최대치가 3 nm/cm 이하인 반도체용 합성 석영 유리 기판의 적어도 한쪽면에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하는 연삭 공정과, 연삭에 의한 잔류 응력을 제거하는 공정을 포함하는, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 포토마스크 기판용 합성 석영 유리 기판이나 나노임프린트용 몰드 기판 등의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조에 있어서, 비교적 간편한 방법으로 형상 정밀도가 높은 기판을 얻을 수 있고, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 가공을 실시하기 전후의 기판 전체의 형상 변화를 억제하는 것이 가능해진다.

Description

반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRONIC GRADE SYNTHETIC QUARTZ GLASS SUBSTRATE}
본 발명은 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판, 특히 반도체 관련 전자 재료 중, 최선단 용도의 포토마스크용 유리 기판, 노광기 등의 부재용 유리 기판, 레티클용 유리 기판이나, 나노임프린트용 유리 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
합성 석영 유리 기판의 품질로서는, 기판 상의 결함 크기 및 결함 밀도, 평탄도, 면조도, 재질의 광화학적 안정성, 표면의 화학적 안정성 등을 들 수 있고, 디자인 룰의 고정밀도화의 추세에 따라 점점더 엄격하게 되어오고 있다.
반도체용 또는 액정 디스플레이용 등에 이용되는 포토마스크 기판은 높은 형상 정밀도가 요구된다. 이것은, 기판의 형상 정밀도가 나쁘고, 변형을 가진 상태인 경우, 노광 시에 실리콘 웨이퍼 상의 촛점 어긋남을 발생시켜, 패턴 균일성이 나빠지기 때문에, 미세 패턴을 형성할 수 없게 되기 때문이다. 현재, 반도체용 리소그래피 기술의 주류인 파장이 193 nm인 ArF 레이저 광원을 사용하거나 리소그래피 기술이나, 차세대 리소그래피 기술로서 개발이 진행되고 있는 연 X선 파장 영역인 13.5 nm의 파장을 광원으로서 사용하는 EUV 리소그래피 기술에 있어서는, 포토마스크용 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 관해서도 마찬가지이다.
또한, 종래의 노광 방법에 비교하여, 저비용, 간편하고 고해상도의 방식으로서 연구가 진행되고 있는 나노임프린트 기술에 있어서도, 임프린트용의 몰드로서 고형상 정밀도를 갖는 기판이 요구되고 있다. 나노임프린트란 미세한 요철 패턴을 수지에 가압하여 전사하는 기술로서, 전사되는 패턴의 해상도는 몰드상의 요철의 해상도에 의존한다. 그 때문에, 미세 패턴을 묘화하는 기판은 높은 형상 정밀도가 요구된다(일본 특허 공개(평)3-54569호 공보: 특허문헌 2).
기타, 반도체, 디스플레이 부재 등의 제조 공정에서 사용되는 노광 장치 등의 다양한 장치에 내장되는 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, 비교적 간편한 방법으로 크기, 바닥면의 나머지 두께, 평행도 등, 형상이 고정밀도로 안정적으로 제어되어, 가공을 실시하기 전후의 기판 전체의 형상 변화를 억제한, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 기판에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하는 연삭 공정 및 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면의 연삭면을 경면 가공함으로써, 또는 유리 에칭 용액을 이용하여 기판을 습식 에칭함으로써 가공 변질층을 제거하여 가공 변형에 의한 잔류 응력을 제거하는 것이 상기 과제의 해결에 유용한 것을 발견하였다.
즉, 본 발명에 따른 반도체용 합성 석영 유리 기판은 한쪽면에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖고, 기판의 표면에 포토마스크나 나노임프린트용의 가공을 실시하는 것인데, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 가공하기 전후에 있어서, 표면의 평탄도, 평행도가 크게 변화하면, 표면의 조정이 재차 필요해지는 경우가 생겨, 평탄도, 평행도가 크게 변화한 채로 포토마스크나 나노임프린트의 용도에 사용한 경우, 노광 시의 촛점 어긋남이나 전사 시의 패턴 어긋남이 생길 우려가 있다.
이에 비하여, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하여야 할 기판으로서, 복굴절량의 최대치를 3 nm/cm 이하의 기판, 바람직하게는 또한 표면의 평탄도를 0.5 ㎛ 이하, 평행도를 10 ㎛ 이하로 한 기판을 이용하여, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 연삭 가공한 후, 이 연삭 가공에 의해 생긴 잔류 응력을 제거함으로써, 연삭 가공 전후의 형상 정밀도가 높고, 기판의 표면의 평탄도 변화량을 0.1 ㎛ 이하, 평행도 변화량을 0.3 ㎛ 이하로 할 수 있어, 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법으로서 유효한 것을 지견하였다. 또한, 잔류 응력을 제거하지 않은 경우 또는 잔류 응력의 제거가 불충분한 경우에는, 기판 표면의 평탄도 변화량, 평행도 변화량이 상기한 값이 되지 않는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 이하의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
청구항 1:
기판 전체의 복굴절량의 최대치가 3 nm/cm 이하인 반도체용 합성 석영 유리 기판의 적어도 한쪽면에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하는 연삭 공정과, 연삭에 의한 잔류 응력을 제거하는 공정을 포함하는, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 2:
상기 연삭에 의한 잔류 응력을 제거하는 공정이 경면 가공 공정에 의해 연삭면의 가공 변질층을 제거하는, 청구항 1에 기재된 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 3:
상기 경면 가공 공정이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면에 회전 연마 툴의 연마 가공부를 각각 독립적인 일정 압력으로 접촉시켜 경면 가공하는, 청구항 1 또는 2에 기재된 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 4:
상기 경면 가공 공정이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차에 회전 연마 툴의 연마 가공부를 1 내지 1,000,000 Pa의 압력으로 접촉시켜 경면 가공하는, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 5:
상기 경면 가공 공정이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면에 회전 연마 툴의 연마 가공부를 각각 독립적인 일정 압력으로 동시에 접촉시켜 경면 가공하는, 청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 6:
상기 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴과 기판을 상대적으로 이동시켜 경면 가공하는, 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 7:
상기 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴을 공전시키거나 또는 기판 유지대를 회전시켜 경면 가공하는, 청구항 6에 기재된 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 8:
상기 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴 또는 기판 유지대를 1축 이상의 직선축 상을 이동시켜 경면 가공하는, 청구항 6에 기재된 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 9: 상기 연삭에 의한 잔류 응력을 제거하는 공정이 유리 에칭 용액을 이용하여 반도체용 합성 석영 유리 기판을 습식 에칭하여 연삭면의 가공 변질층을 제거하는, 청구항 1에 기재된 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖는 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 10:
상기 유리 에칭 용액이 불화수소산 또는 불소화물염을 포함하는 수용액인, 청구항 9에 기재된 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 11:
반도체용 합성 석영 유리 기판의 표면 평탄도가 0.01 내지 0.5 ㎛, 평행도가 10 ㎛ 이하이고, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하기 전후의 기판 표면의 평탄도의 변화량이 0.1 ㎛ 이하이고, 평행도의 변화량이 0.3 ㎛ 이하인, 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
청구항 12:
반도체용 합성 석영 유리 기판이 포토마스크용, 노광기 부재용, 레티클용 또는 나노임프린트용인 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 반도체용 합성 석영 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 합성 석영 유리 기판의 제조에 있어서, 기판 전체의 복굴절량의 최대값이 일정한 범위인 반도체용 합성 석영 유리 기판을 이용하여 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 연삭 공정 후, 경면 가공 또는 습식 에칭에 의해 연삭면의 가공 변질층을 제거하고 연삭에 의한 잔류 응력을 제거함으로써, 비교적 간편한 방법으로 형상 정밀도가 높은 기판을 얻을 수 있어, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 가공을 실시하기 전후의 기판 전체의 형상 변화를 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에서의 비관통의 구멍을 갖는 합성 석영 유리 기판의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 2은 동일 예의 단면도이다.
도 3은 본 발명에서의 비관통의 구멍을 갖는 기판의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명에서의 홈을 갖는 합성 석영 유리 기판의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명에서의 단차를 갖는 합성 석영 유리 기판의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명에서의 단차를 갖는 기판의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 7은 본 발명에서의 단차를 갖는 기판의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 8은 본 발명에서의 단차를 갖는 기판의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 9는 회전 연마 툴의 일례를 도시하는 개략정면도이다.
본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법은 원료 합성 석영 유리 기판으로서 기판 전체의 복굴절량의 최대치가 3 nm/cm 이하인 합성 석영 유리 기판을 이용하여, 기판의 소용 개소에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하는 연삭 공정과, 연삭에 의한 잔류 응력을 제거하는 공정을 포함하는 것이다.
여기서, 본 발명의 원료 합성 석영 유리 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 바람직하게는 3 nm/cm 이하, 더욱 바람직하게는 2 nm/cm 이하, 특히 바람직하게는 1 nm/cm 이하이다. 이와 같이 복굴절량을 낮게 함으로써, 기판을 내부의 응력 변형이 적은 상태로 하여, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 가공을 실시하기 전후의 기판 전체의 형상 변화를 억제하는 것이 가능해진다. 복굴절량의 최대치는 예를 들면 UNIOPT사 제조의 복굴절 측정 장치 ABR-1OA를 사용하여, 기판 전체의 복굴절량을 측정하여, 그 최대치로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 양태로서, 원료 합성 석영 유리 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 가공을 하는 부분의 복굴절량의 최대치는 바람직하게는 2 nm/cm 이하, 더욱 바람직하게는 1 nm/cm 이하, 특히 바람직하게는 0.5 nm/cm 이하이다. 이와 같이 가공하는 부분의 복굴절량을 낮게 함으로써, 가공하는 부분의 응력 변형이 적은 상태로 함으로써 가공 전후의, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차가 실시된 면의 반대측의 면인 기판 표면에 있어서의 형상 변화를 억제하는 것이 가능해진다.
여기서, 본 발명의 원료 합성 석영 유리 기판으로서 이용되는 기판 전체의 복굴절량의 최대값이 3 nm/cm 이하인 합성 석영 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. 복굴절량은 예를 들면 합성 석영 유리를 1,200℃부터 800℃까지 서냉함으로써 감소시킬 수 있다. 이 서냉은 원하는 형상으로 합성 석영 유리 잉곳을 성형할 때에 동시에 실시하는 것도 가능하다. 또한, 성형 후에 행하는 합성 석영 유리의 어닐링 처리 후에 대기중 또는 산소 분위기 중에서 서냉하는 것도 가능하다.
반도체용 합성 석영 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 기판에서는 6 인치φ, 8 인치φ의 웨이퍼 크기가 바람직하게 이용된다.
여기서, 반도체용 합성 석영 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 합성 석영 유리 기판은 미리 평탄도 및 평행도를 측정하여, 정밀도의 확인을 행하여 두는 것이 바람직하다. 평탄도의 측정은 측정 정밀도 측면에서, 레이저광 등의 코히어런트한 광을 기판 표면에 비추어 반사시키고, 기판 표면의 높이의 차가 반사광의 위상의 어긋남으로서 관측되는 것을 이용한 광학 간섭식의 방법이 바람직하고, 예를 들면 자이고(Zygo)사 제조의 자이고 마크(Zygo Mark) IVxp나 트로펠(TROPEL)사 제조의 울트라 플랫(Ultra Flat) M200을 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 평행도도 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명에서는, 이러한 반도체용 합성 석영 유리 기판에 노광 장치나 나노임프린트 장치에 내장하기 위해서, 장치의 형태나 용도에 맞추어서 비관통의 구멍, 홈, 또는 단차를 형성하는 것이다.
즉, 도 1, 2는 사각 형상의 반도체용 합성 석영 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 표면에는 예를 들면 포토마스크나 나노임프린트용 가공이 실시된다. 도 4는 사각 형상의 기판 (1)의 중앙부에 폭 방향을 따라서 홈 (3)을 형성한 것이다. 도 5는 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 6에 도시한 바와 같이, 기판 (1)의 길이 방향 양단부의 표리면에 각각 단차 (4)를 형성할 수도 있다. 또한, 단차는 기판의 주연부를 따라서 형성할 수도 있고, 도 7, 8은 이것을 나타낸다. 또한, 도 7은 사각 형상의 기판 (1)의 주연부에 단차 (4)를 형성한 예, 도 8은 원형상의 기판 (1)의 주연부에 단차 (4)를 형성한 예를 도시한다. 또한, 도 7, 8에서는 단차 (4)는 기판 (1)의 표면 (1a)에 형성했지만, 이면 (1b)에 형성할 수도 있다.
또한, 기판의 한쪽면에 비관통의 구멍, 홈, 단차의 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, 장원상, 사각상, 다각 형상으로 할 수 있지만, 도 2, 3에 도시한 바와 같은 원형상이 바람직하다. 그 크기는 원형상이면 직경, 타원형상이나 장원상이면 장경, 각상이면 대각 길이가 5 내지 200 mm인 것이 바람직하다. 홈의 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 양측벽 (3a), (3b)가 서로 평행한 평면으로 형성하는 것이 바람직하지만, 양측벽이 평행하지 않을 수도 있고, 한쪽 또는 양쪽의 측벽이 볼록상 또는 오목상 곡면일 수도 있다. 또한, 단차의 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 그 내벽 (4a)가 단차 (4)의 자유 선단 가장자리부 (4b)에 연결되는 기판 단부면과 평행한 평면으로 형성하는 것이 바람직하지만, 상기 단부면과 평행하지 않을 수도 있고, 내벽이 볼록상 또는 오목상 곡면일 수도 있다. 또한, 홈 및 단차는 그 최대폭이 5 내지 200 mm인 것이 바람직하다.
상기 구멍 (2), 홈 (3), 단차 (4)의 깊이는 기판의 용도에 따라서 적절하게 선정되지만, 반도체용 합성 석영 유리 기판의 나머지 두께(비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면과, 이들이 형성된 면과 반대측의 면과의 거리(도면에서 t로 나타냄))는 강도 면에서 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 강도 면에서 바람직하다.
또한, 예를 들면 나노임프린트용 기판의 경우, 상기 비관통의 구멍 (2), 홈 (3)은 기판의 이면 측에 형성하고, 구멍 (2)나 홈 (3)의 바닥면에 대향하는 표면 부분에 나노임프린트를 실시하기 위한 요철이 형성된다. 또한, 단차 (4)는 기판의 표면측 및/또는 이면측에 형성하고, 표면측에 나노 임프린트를 실시하기 위한 요철이 형성된다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 처음에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하는 연삭 공정에서는, 머시닝 센터나 기타 수치 제어 공작 기계를 이용하여, 합성 석영 유리의 가공면에 깨어짐, 금, 심한 치핑 등이 발생하지 않는 연삭 조건으로 지석을 회전, 이동시켜, 소정의 크기, 깊이의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 연삭을 실시하여 행한다.
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/분, 특히 10 내지 1,000 mm/분으로 연삭하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기한 연삭 공정에서 생긴 잔류 응력을 제거하는 것인데, 연삭에 의한 잔류 응력을 제거하는 공정으로서는, 경면 가공 공정에 의해 연삭면을 경면화하거나, 또는 유리 에칭 용액을 이용하여 원료 합성 석영 유리 기판을 습식 에칭하여, 연삭면의 가공 변질층을 제거할 수 있다.
비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면의 각각의 연삭면을 경면 가공하는 공정은, 연삭면에 회전 연마 툴의 연마 가공부를 바닥면과 측면에 각각 별개로 독립적인 일정 압력으로 접촉시켜, 일정 속도로 상대적으로 이동시켜 행한다. 일정 압력, 일정 속도의 조건으로 연마를 행함으로써, 일정한 연마 레이트로 연삭면을 균일하게 연마할 수 있다. 구체적으로는, 회전 연마 툴의 연마 가공부의 접촉 시의 압력으로서는, 경제성 및 제어의 용이함 등의 면에서 1 내지 1,000,000 Pa, 특히 1,000 내지 100,000 Pa인 것이 바람직하다.
또한, 속도는 경제성 및 제어의 용이함 등의 면에서 1 내지 10,000 mm/분이 바람직하고, 특히 10 내지 1,000 mm/분이 바람직하다. 이동량은 합성 석영 유리 기판의 형상, 크기에 따라서 적절하게 결정된다.
회전 연마 툴은, 그 연마 가공부가 연마 가능한 회전체이면 어떠한 것이라도 상관없지만, 툴척킹부를 가진 스핀들, 류터에 연마 툴을 장착시키는 방식 등을 들 수 있다.
연마 툴의 재질로서는, 적어도 그 연마 가공부가 GC 지석, WA 지석, 다이아몬드 지석, 세륨 지석, 세륨 패드, 고무 지석, 펠트버프, 폴리우레탄 등, 피가공물을 가공 제거할 수 있는 것이면 종류는 한정되지 않는다.
연마 툴의 연마 가공부의 형상은 원 또는 도우넛형의 평반, 원주형, 포탄형, 디스크형, 배럴형 등을 들 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 연마 툴 (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 바닥면 및 측면을 동시에 연마하는 점에서, 연마 가공부 (13)의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면과 접촉하는 부분의 높이(도 9에 있어서 h1)는 상기 측면의 높이(도 2에 있어서 h0) 이상인 것이 바람직하다. 또한, 연마 가공부 (13)의 직경(도 9에 있어서 r1)은 비관통의 구멍이 원형인 경우에는 그 직경(도 2에 있어서 r0), 타원상, 장원상 등의 경우에는 그 단경의 각각 1/2 이상(r1≥r0/2)인 것이 바람직하다. 또한, 홈의 경우에는 그 홈의 폭의 1/2 이상(r1≥W1/2), 단차의 경우에는 그 폭 이상(r1≥W2)인 것이 바람직하다.
상술한 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면의 연삭면에 회전 연마 툴의 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 있고, 그 입도는 10 nm 내지 10 ㎛가 바람직하고, 이들의 물 슬러리를 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 회전 연마 툴의 상대 이동 속도는 상술한 바와 같이 1 내지 10,000 mm/분, 특히 10 내지 1,000 mm/분의 범위에서 선정할 수 있다. 회전 연마 툴의 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 레이트가 늦어져서, 연삭면을 경면화하는 데 시간이 너무 걸리는 경우가 있고, 회전수가 크면 가공 레이트가 빨라지거나, 툴의 마모가 심해지기 때문에, 경면화의 제어가 어려워지는 경우가 있다.
본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법은 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면을 각각 독립적인 압력으로 회전 연마 툴을 접촉시켜 경면 가공할 수 있다. 압력의 조절은 공기압 피스톤, 로드셀 등을 이용할 수 있고, 예를 들면 도 9의 회전 연마 툴의 경우, 공기압 피스톤 (11)의 압력을 조정함으로써 바닥면에 대한 연마 가공부의 압력을 조정할 수 있고, 또한 도 9의 회전 연마 툴의 경우, 공기압 피스톤 (11)에 상기 피스톤 (11)을 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측부로 향하여 진퇴시키는 별도의 피스톤을 설치하고, 상기 별도의 피스톤의 압력을 조정하여 피스톤 (11)의 측부에의 압력을 조정하거나, 추가로 다른 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, 바닥면과 측면에의 압력을 독립시키고, 단독의 회전 연마 툴을 각각의 면에 독립적인 일정 압력으로 회전 연마 툴을 접촉시키면서, 일정 속도로 상대적으로 이동시킴으로써 각각의 면을 동시에 독립적인 연마 레이트로 균일하게 연마할 수 있다.
비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면을 회전 연마 툴에 의해 동시가 아니라 순서대로 각각으로 연마하는 방법은 회전 연마 툴이 바닥면 및 측면에 동시에 접촉하여 버리는 부분이 생겨, 해당 부분에서의 연마가 불균일하게 되는데다가, 연마 시간이 걸린다.
또한, 본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법은 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴과 기판을 상대적으로 이동시켜 경면 가공할 수 있다. 이동시키는 방식은 이동량, 방향, 속도를 일정하게 제어할 수 있는 방식이면 어떤 것이어도 된다. 예를 들면, 다축 로보트 등을 이용하는 방식 등을 들 수 있다.
회전 연마 툴과 기판을 상대적으로 이동시키는 방법에는, 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴을 공전시키거나 또는 기판을 회전시키는 방법과, 1축 이상의 직선축 상을 이동시키는 방법 등이 있다.
기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴을 공전시키거나 또는 기판을 회전시켜 경면화하는 방법에서는, 회전수, 회전 속도를 일정하게 제어할 수 있는 방식이면 어떠한 것이어도 되지만, 예를 들면 모터 스핀들에 의해, 회전 연마 툴 또는 기판 유지대를 회전수 0.1 내지 10,000 rpm, 특히 1 내지 100 rpm에서, 속도 1 내지 10,000 mm/분, 특히 10 내지 1,000 mm/분으로 회전시키는 방식 등을 들 수 있다. 이 방법은 진원형, 타원형 또는 벽면이 곡면상인 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면을 일정 속도로 각각 독립적인 일정 압력으로 균일하게 연마하여 경면화하는 경우에 특히 유효하다.
기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴 또는 기판을 1축 이상의 직선축 상을 이동시켜 경면 가공하는 방법에서는, 이동량, 속도를 일정하게 제어할 수 있는 방식이면 어떠한 것이어도 좋지만, 예를 들면, 회전 연마 툴 또는 기판 유지대를 속도 1 내지 10,000 mm/분, 특히 10 내지 1,000 mm/분으로 서보모터 등에 의해 슬라이더 상을 이동시키는 방식 등을 들 수 있다. 이 방법은 각형 또는 벽면이 평면상인 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면을 일정 압력, 일정 속도로 균일하게 연마하여 경면화하는 경우에 특히 유효하다.
한편, 유리 에칭 용액을 이용하여 연삭한 합성 석영 유리 기판을 습식 에칭하는 공정은, 바람직하게는 유리 에칭 용액으로서 농도 1 내지 60 질량％, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 질량％의 불화수소산 또는 불소화물염을 포함하는 수용액을 이용하여, 원료 합성 석영 유리 기판을 유리 에칭 용액에 침지시켜 행한다. 불소화합물염으로서는, 불화나트륨, 불화암모늄 등을 들 수 있다. 유리 에칭 용액은 에칭의 균일성 향상이나 안정성을 위해 불화수소산과 불소화물염의 혼합 수용액이나, 계면 활성제 등의 첨가도 효과가 있다.
이 경우, 처리 온도, 처리 시간은 유리 에칭 용액의 농도에 따라서 상이한데, 통상, 처리 온도는 10 내지 80℃, 특히 20 내지 40℃로 하는 것이 바람직하고, 처리 시간은 10 초 내지 10 시간, 특히 30 초 내지 5시간으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경면 연마에 의한 연마 두께, 습식 에칭에 의한 에칭 두께는 잔류 응력을 제거할 수 있는 양인데, 통상 0.01 내지 5 ㎛, 특히 0.1 내지 3 ㎛이다.
또한, 경면 가공 공정에 의해 연삭면의 가공 변질층을 제거한 경우의 합성 석영 유리의, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 측면 및 바닥면의 면조도 Ra는 1 nm 이하, 바람직하게는 0.5 nm 이하인 것이 바람직하다. 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 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.
본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판에 있어서의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 가공을 실시하기 전후의 기판 표면의 평탄도 변화량은, 0.1 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.05 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.02 ㎛ 이하이다. 기판 표면의 평탄도 변화량이 크면, 기판 표면을 고평탄도로 정밀 연마된 합성 석영 유리 기판을 원료로 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 가공을 실시한 경우, 기판 표면의 평탄도가 가공 후에 악화할 우려가 있다.
또한, 본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판의 기판 표면의 평탄도는, 패턴 균일성 면에서 0.01 내지 0.5 ㎛, 바람직하게는 0.01 내지 0.3 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1 ㎛이다. 평탄도가 낮으면 기판 표면에 포토마스크 패턴이나 전사용 미소 요철 패턴이 있는 경우, 노광 시의 촛점 어긋남이나 전사 시의 패턴 어긋남이 생길 우려가 있다.
본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판에 있어서의 가공 전후의 기판 이면의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 제외한 부분의 평탄도 변화량은, 0.1 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.05 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.02 ㎛ 이하이다. 평탄도 변화량이 크면, 기판 표면을 고평탄도로 정밀 연마된 합성 석영 유리 기판을 원료로 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 가공을 실시한 경우, 기판 이면의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 제외한 부분의 평탄도가 가공 후에 악화할 우려가 있다.
또한, 본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판에 있어서의 기판 이면의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 제외한 부분의 평탄도는, 기판의 파지 면에서 0.01 내지 1.0 ㎛, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1 ㎛이다. 평탄도가 낮으면, 기판 이면의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 제외한 부분을 진공 흡착, 클램프 등으로 파지하여 노광 장치나 패터닝 장치에 내장하는 경우, 공기 누설, 클램프 압력의 불균일 등에 의해, 파지할 수 없거나, 파지할 수 있더라도 정밀하고 평행하게 파지할 수 없을 우려가 있다.
본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판의 경면 연마 후의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면의 평탄도는, 기판의 파지 면에서 0.01 내지 40 ㎛, 바람직하게는 0.01 내지 10 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5 ㎛이다. 평탄도가 낮으면, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면을 파지하여 노광 장치나 패터닝 장치에 내장하는 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 바닥면의 평행도는, 패턴의 어긋남 면에서 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다. 평탄도가 낮으면, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 변형시켜 수지에 임프린트하는 경우, 완전한 대칭 형태로 변형시킬 수 없고, 또한 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면을 파지하여 노광 장치나 패터닝 장치에 내장하는 경우, 기판을 평행하고 정밀하게 파지할 수 없어, 촛점 어긋남, 패턴 어긋남이 생길 우려가 있다.
또한, 기판 주면과, 기판 이면의 홈 또는 단차를 제외한 부분의 가공 전후의 평행도 변화량은 0.3 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.2 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 이하이다. 평행도 변화량이 크면, 고평행도로 정밀 연마된 합성 석영 유리 기판을 원료로 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 가공을 실시한 경우, 기판의 평행도가 가공 후에 악화할 우려가 있다.
또한, 본 발명의 반도체용 합성 석영 유리 기판의 기판 표면과, 기판 이면의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 제외한 부분과의 평행도는, 패턴의 어긋남 면에서 5 ㎛ 이하, 바람직하게는 3 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 이하이다. 평행도가 낮으면, 기판 이면을 진공 흡착 등으로 파지하여 노광 장치나 패터닝 장치에 내장하는 경우, 기판을 평행하고 정밀하게 파지할 수 없어, 촛점 어긋남, 패턴 어긋남이 생길 우려가 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 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 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 0.93 nm/cm, 기판의 중심 부분 90 mm×90 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 0.091 ㎛, 이면의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평탄도는 0.121 ㎛, 기판의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평행도는 0.3 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에, 머시닝 센터, 다이아몬드 지립부 지석을 사용하여, 기판의 이면의 중심 부분에 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 50 mmφ, 높이 30 mm의 양모 펠트버프를 비관통의 구멍의 바닥면에 3.500 Pa, 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 10 rpm으로 회전시켜, 60분간 연마하여 경면화하였다. 합성 석영 유리 기판의 비관통의 구멍의 깊이는 5.35 mm, 나머지 두께는 1.00 mm, 직경은 70 mmφ가 되었다. 연마 후, 기판의 중심 부분 90 mm×90 mm에 있어서의, 표면의 평탄도는 0.081 ㎛, 이면의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평탄도는 0.105 ㎛, 기판의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평행도는 0.3 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.010 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.016 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0 ㎛(검출 한계 이하)였다. 비관통의 구멍의 바닥부 70 mmφ의 범위에서의 평탄도는 2 ㎛, 평행도는 9 ㎛였다. 또한, 비관통의 구멍의 바닥면 및 측면의 면조도 Ra는 0.25 nm 이하였다. 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다. 또한, 기판 표면의 평탄도 변화량, 평행도 변화량이 충분히 작은 것으로부터, 연삭 가공에 의한 잔류 응력은 제거되었다고 판단되었다.
[실시예 2]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 152 mm×152 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 1.53 nm/cm, 기판의 중심 부분 142 mm×142 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 0.235 ㎛, 이면의 중심 142 mm×30 mm를 제외한 부분의 평탄도는 0.481 ㎛, 기판의 중심 152 mm×30 mm를 제외한 부분의 평행도는 0.9 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에 머시닝 센터, 다이아몬드 지립이 있는 지석을 사용하여, 깊이 4.98 mm, 폭 29.98 mm, 길이 152 mm의 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 바닥면에 2,000 Pa, 한 쪽의 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 50 mm/분으로 5 왕복 이동시켜, 홈 바닥면 및 또다른 한쪽의 측면에 상기와 동일 압력으로 가압하고 기판 유지대를 50 mm/분으로 5 왕복 이동시켜서 경면화하였다. 합성 석영 유리 기판의 홈의 깊이는 4.00 mm, 나머지 두께 2.35 mm, 폭은 30 mm가 되었다. 연마 후, 기판의 중심 부분 142 mm×142 mm에서의 표면의 평탄도는 0.249 ㎛, 이면의 중심 142 mm×30 mm를 제외한 부분의 평탄도는 0.503 ㎛, 기판의 중심 152 mm×30 mm를 제외한 부분의 평행도는 0.9 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.014 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.022 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0 ㎛(검출 한계 이하)였다. 홈의 바닥부 152 mm×30 mm의 범위에서의 평탄도는 3 ㎛, 평행도는 15 ㎛였다. 또한, 홈의 바닥면 및 측면의 면조도 Ra는 0.21 nm 이하였다. 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다. 또한, 기판 표면의 평탄도 변화량, 평행도 변화량이 충분히 작은 것으로부터, 연삭 가공에 의한 잔류 응력은 제거되었다고 판단되었다.
[실시예 3]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 200 mm×400 mm, 두께 10 mm의 합성 석영 유리 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 2.43 nm/cm, 기판의 중심 부분 190 mm×390 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 2.303 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 이면의 평탄도는 3.145 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 평행도는 5.3 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 양단부에 머시닝 센터, 다이아몬드 지립이 있는 지석을 사용하여, 깊이 6.95 mm, 폭 19.99 mm, 길이 200 mm의 단부면과 평행한 단차를 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 기판 유지대에 고정하고, 1,000 rpm으로 회전하는 직경 30 mmφ, 높이 30 mm의 양모 펠트버프를 단차 바닥면에 2,000 Pa, 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 200 mm/분으로 5 왕복 이동시켜서 양변의 단차를 경면화하였다. 합성 석영 유리 기판의 단차의 깊이는 7.00 mm, 나머지 두께 3.00 mm, 폭은 20 mm가 되었다. 연마 후, 기판의 중심 부분 190 mm×390 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 2.409 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 이면의 평탄도는 3.233 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 평행도는 5.5 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.106 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.088 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0.2 ㎛였다. 양 변의 단차의 바닥부 200 mm×20 mm의 범위에서의 평탄도는 각각 10 ㎛와 9 ㎛, 평행도는 각각 21 ㎛와 19 ㎛였다. 또한, 단차의 바닥면 및 측면의 면조도 Ra는 0.28 nm 이하였다. 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다. 또한, 기판 표면의 평탄도 변화량, 평행도 변화량이 충분히 작은 것으로부터, 연삭 가공에 의한 잔류 응력은 제거되었다고 판단되었다.
[실시예 4]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 100 mm×100 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 1.43 nm/cm, 기판의 중심 부분 90 mm×90 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 0.115 ㎛, 이면의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평탄도는 0.191 ㎛, 기판의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평행도는 0.3 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에 머시닝 센터, 다이아몬드 지립부 지석을 사용하여, 깊이 5.34 mm, 직경 69.98 mmφ의 원형의 비관통의 구멍을 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 10 질량％ 불화수소산 수용액 중에 실온에서 1 시간 침지시켜서 에칭하였다. 합성 석영 유리 기판의 비관통의 구멍의 깊이는 5.35 mm, 나머지 두께는 1.00 mm, 직경은 70 mmφ가 되었다.
에칭 후, 기판의 중심 부분 90 mm×90 mm에서의 표면의 평탄도는 0.131 ㎛, 이면의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평탄도는 0.220 ㎛, 기판의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평행도는 0.3 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.017 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.029 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0 ㎛(검출 한계 이하)였다. 비관통의 구멍의 바닥부 70 mmφ의 범위에서의 평탄도는 3 ㎛, 평행도는 11 ㎛였다. 또한, 기판 표면의 평탄도 변화량, 평행도 변화량이 충분히 작은 것으로부터, 연삭 가공에 의한 잔류 응력은 제거되었다고 판단되었다.
[실시예 5]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 152 mm×152 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 1.36 nm/cm, 기판의 중심 부분 142 mm×142 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 0.217 ㎛, 이면의 중심 142 mm×30 mm를 제외한 부분의 평탄도는 0.492 ㎛, 기판의 중심 152 mm×30 mm를 제외한 부분의 평행도는 0.9 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에, 머시닝 센터, 다이아몬드 지립이 있는 지석을 사용하여, 깊이 4.00 mm, 폭 30.00 mm, 길이 152 mm의 단부면과 평행한 홈을 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 50 질량％ 불화수소산 수용액 중에 실온에서 1 분간 침지시켜서 에칭하였다.
에칭 후, 기판의 중심 부분 142 mm×142 mm에서의, 표면의 평탄도는 0.240 ㎛, 이면의 중심 142 mm×30 mm를 제외한 부분의 평탄도는 0.525 ㎛, 기판의 중심 152 mm×30 mm를 제외한 부분의 평행도는 0.9 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.023 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.033 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0 ㎛(검출 한계 이하)였다. 홈의 바닥부 152 mm×30 mm의 범위에서의 평탄도는 4 ㎛, 평행도는 10 ㎛였다. 또한, 기판 표면의 평탄도 변화량, 평행도 변화량이 충분히 작은 것으로부터, 연삭 가공에 의한 잔류 응력은 제거되었다고 판단되었다.
[실시예 6]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 200 mm×400 mm, 두께 10 mm의 합성 석영 유리 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 2.36 nm/cm, 기판의 중심 부분 190 mm×390 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 2.202 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 이면의 평탄도는 3.217 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 평행도는 5.3 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 양단부에, 머시닝 센터, 다이아몬드 지립이 있는 지석을 사용하여, 깊이 7.00 mm, 폭 20 mm, 길이 200 mm의 단부면과 평행한 단차를 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 50 질량％ 불화수소산 수용액 중에 실온에서 1 분간 침지시켜서 에칭하였다.
에칭 후, 기판의 중심 부분 190 mm×390 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 2.253 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 이면의 평탄도는 3.291 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 평행도는 5.5 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.051 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.074 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0.2 ㎛였다. 양변의 단차의 바닥부 200 mm×20 mm의 범위에서의 평탄도는 각각 9 ㎛와 11 ㎛, 평행도는 각각 17 ㎛와 19 ㎛였다. 또한, 기판 표면의 평탄도 변화량, 평행도 변화량이 충분히 작은 것으로부터, 연삭 가공에 의한 잔류 응력은 제거되었다고 판단되었다.
[비교예 1]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 100 mm×100 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 10.94 nm/cm, 기판의 중심 부분 90 mm×90 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 0.151 ㎛, 이면의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평탄도는 0.167 ㎛, 기판의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평행도는 0.3 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에, 머시닝 센터, 다이아몬드 지립이 있는 지석을 사용하여, 깊이 5.32 mm, 직경 69.98 mmφ의 원형의 비관통의 구멍을 가공 하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 기판 유지대에 고정하고, 1,000 rpm으로 회전하는 직경 50 mmφ, 높이 30 mm의 양모 펠트버프를 비관통의 구멍의 바닥면에 3,500 Pa, 측면에 2,000 Pa로 가압하고, 기판 유지대를 10 rpm으로 회전시켜, 60분간 연마하여 경면화하였다. 합성 석영 유리 기판의 비관통의 구멍의 깊이는 5.35 mm, 나머지 두께 1.00 mm, 직경은 70 mmφ가 되었다.
연마 후, 기판의 중심 부분 90 mm×90 mm에서의, 표면의 평탄도는 0.732 ㎛, 이면의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평탄도는 0.191 ㎛, 기판의 중심 70 mmφ를 제외한 부분의 평행도는 0.3 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.581 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.024 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0 ㎛(검출 한계 이하)였다. 비관통의 구멍의 바닥부 70 mmφ의 범위에서의 평탄도는 4 ㎛, 평행도는 10 ㎛였다. 또한, 비관통의 구멍의 바닥면 및 측면의 면조도 Ra는 0.25 nm 이하였다. 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다.
[비교예 2]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 152 mm×152 mm, 두께 6.35 mm의 합성 석영 유리 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 1.66 nm/cm, 기판의 중심 부분 142 mm×142 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 0.217 ㎛, 이면의 중심 142 mm×30 mm를 제외한 부분의 평탄도는 0.475 ㎛, 기판의 중심 152 mm×30 mm를 제외한 부분의 평행도는 0.9 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 중심에 머시닝 센터, 다이아몬드 지립이 있는 지석을 사용하여, 깊이 5.00 mm, 폭 30.00 mm, 길이 152 mm의 단부면과 평행한 홈을 가공하였다.
다음으로, 합성 석영 유리 기판을 50 질량％ 불화수소산 수용액 중에 실온에서 1 분간 침지시켜서 에칭하였다.
에칭 후, 기판의 중심 부분 142 mm×142 mm에서의, 표면의 평탄도는 0.749 ㎛, 이면의 중심 142 mm×30 mm를 제외한 부분의 평탄도는 0.552 ㎛, 기판의 중심 152 mm×30 mm를 제외한 부분의 평행도는 0.9 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.532 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.077 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0 ㎛(검출 한계 이하)였다. 홈의 바닥부 152 mm×30 mm의 범위에서의 평탄도는 2 ㎛, 평행도는 10 ㎛였다. 또한, 홈의 바닥면 및 측면의 면조도 Ra는 9.21 nm 이하였다. 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다.
[비교예 3]
단부면 및 표리면이 연마에 의해 경면화된 크기 200 mm×400 mm, 두께 10 mm의 합성 석영 유리 기판을 원료 기판으로서 준비하였다. 이 때 원료 기판 전체의 복굴절량의 최대치는 2.39 nm/cm, 기판의 중심 부분 190 mm×390 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 2.045 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 이면의 평탄도는 3.302 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 평행도는 5.3 ㎛였다. 또한, 평탄도 및 평행도의 측정에는 자이고사 제조의 자이고 마크 IVxp를 사용하였다. 그리고, 이 합성 석영 유리 기판의 이면의 양단부에, 머시닝 센터, 다이아몬드 지립이 있는 지석을 사용하여, 깊이 7.00 mm, 폭 20.00 mm, 길이 200 mm의 단부면과 평행한 단차를 가공하였다.
연삭 가공 후, 기판의 중심 부분 190 mm×390 mm의 범위에서의 표면의 평탄도는 2.527 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 이면의 평탄도는 3.453 ㎛, 기판의 중심 부분 190 mm×360 mm의 범위에서의 평행도는 5.5 ㎛였다. 기판의 표면 평탄도 변화량은 0.482 ㎛, 이면의 평탄도 변화량은 0.151 ㎛, 기판의 평행도 변화량은 0.2 ㎛였다. 양변의 단차의 바닥부 200 mm×20 mm의 범위에서의 평탄도는 각각 4 ㎛와 3 ㎛, 평행도는 각각 10 ㎛와 10 ㎛였다. 또한, 단차의 바닥면 및 측면의 면조도 Ra는 8.24 nm 이하였다. 면조도의 측정에는 원자간력 현미경을 사용하였다.
1: 기판
1a: 기판 표면
1b: 기판 이면
2: 비관통의 구멍
3: 홈
4: 단차
10: 연마 툴
11: 피스톤
12: 회전축
13: 연마 가공부

Claims (8)

  1. 기판 전체의 복굴절량의 최대치가 3 nm/cm 이하인 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 이면에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하는 연삭 공정과, 연삭에 의한 잔류 응력을 제거하는 공정을 포함하며, 상기 연삭에 의한 잔류 응력을 제거하는 공정이 경면 가공 공정에 의해 연삭면의 가공 변질층을 제거하는 것인, 이면에 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 갖고, 표면에 나노임프린트를 실시하기 위한 요철을 형성하는 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경면 가공 공정이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면에 회전 연마 툴의 연마 가공부를 각각 독립적인 일정 압력으로 접촉시켜 경면 가공하는, 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경면 가공 공정이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차에 회전 연마 툴의 연마 가공부를 1 내지 1,000,000 Pa의 압력으로 접촉시켜 경면 가공하는, 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경면 가공 공정이 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 바닥면 및 측면에 회전 연마 툴의 연마 가공부를 각각 독립적인 일정 압력으로 동시에 접촉시켜 경면 가공하는, 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴과 기판을 상대적으로 이동시켜 경면 가공하는, 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴을 공전시키거나 또는 기판 유지대를 회전시켜 경면 가공하는, 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 경면 가공 공정이 기판의 비관통의 구멍, 홈 또는 단차의 형상을 따르도록 회전 연마 툴 또는 기판 유지대를 1축 이상의 직선축 상을 이동시켜 경면 가공하는, 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 표면 평탄도가 0.01 내지 0.5 ㎛, 평행도가 10 ㎛ 이하이고, 비관통의 구멍, 홈 또는 단차를 형성하기 전후의 기판 표면의 평탄도의 변화량이 0.1 ㎛ 이하이고, 평행도의 변화량이 0.3 ㎛ 이하인, 나노임프린트용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법.
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