JP3880976B2 - マスクブランクス用基板の製造方法 - Google Patents
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Description
た両面研磨方法によって、ガラス表面を、酸化セリウムを主材とする研磨剤を用
いて研磨したのち、コロイダルシリカを用いて仕上げ研磨を行う方法がある(特
許文献1)。
謂バッチ式の研磨方法において、粒径の大きい酸化セリウムを主材とする研磨剤
を用いて高速研磨を行ったのちに、この研磨で発生した加工変質層を粒径の小さ
いコロイダルシリカを用いて仕上げ研磨するものである。
基板の表面粗さを考慮して研磨剤に含まれる結晶子の種類(研磨剤種)や研磨剤の平均粒径を選定している。しかしながら、このようにして研磨剤種や研磨剤の平均粒径を選定したとしても、複数段階の研磨工程を経て得られる基板は、基板ごとに平坦度がばらついてしまい、高い平坦度を有する基板を安定して製造することができなかった。
そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、高い平坦度をするマスクブランクス用基板を安定して得ることのできるマスクブランクス用基板の製造方法の提供を目的とする。
剤種、研磨剤の平均粒径が異なる多数の研磨剤を使用して膨大な実験を行い、多くの知見を得たが、そのうちの代表的なものがつぎのことである。
第一は、研磨剤種が異なると、基板の表面形状(凹凸状態)とその程度が変化
するということである。すなわち、ある種の結晶子を含む研磨剤を用いて研磨を行うと基板の表面形状が凹状になり、他のある種の結晶子を含む研磨剤を用いて研磨を行うと基板の表面形状が凸状になった。換言すると、研磨剤には、研磨によって基板の表面形状を凸状にする凸系研磨剤と、凹状にする凹系研磨剤のあることが判明した。
第二は、同一の研磨剤種(たとえば、酸化セリウム)であっても、平均粒径が
異なると、研磨後の表面形状が凹状になる場合と、凸状になる場合があるということである。
磨を行った場合でも、経時的に基板の平坦度が変化し、さらに、表面形状が凸状
から凹状に変化したり、凹状から凸状に変化するということである。
さらに、第四は、同一種、同一粒径の研磨剤を用いた場合でも、研磨パッドの経時的変化に起因して、基板の表面形状が経時的に凸状化するということである。
これらのことは、片面研磨、両面研磨でも同じ傾向にあったが、連続研磨時における基板の凹状化及び平坦度の悪化は、両面研磨の場合に顕著であった。
上述の凹系研磨剤は、該研磨剤を使用してマスクブランクス用基板表面(ワーク表面)を研磨したときに、研磨された基板表面において、基板表面に任意に設けた基準面(好ましくは、最小自乗法で算出される仮想絶対平面(焦平面))に対する基板表面の表面初期形状が凹状に作用する研磨剤であり、また、凸系研磨剤は、基板表面の表面所期形状が凸状に作用する研磨剤である。そして、これらの表面初期形状が凹状に作用する凹系研磨剤と、表面初期形状が凸状に作用する凸系研磨剤の特性を有効に使い分けて研磨を行うことにより、最終的に、表面精度が所定値以下の平坦度を有するマスクブランクス用基板を得ることができる。
なお、本発明における研磨剤の平均粒径は、光回折法により測定して得られた平均粒径とする。
好ましくは、前記凹系研磨剤の比表面積が2〜15m2/gである研磨剤を使用することによって、より安定した高い平坦度を有するマスクブランクス用基板を得ることができる。さらに好ましくは、凹系研磨剤の比表面積が4〜12m2/gが望ましい。
なお、比表面積は、単位重量の研磨剤中に含まれる全結晶子の表面積の総和(単位:m2/g)で表される。本発明における比表面積は、BET法により測定して得られた比表面積とする。
また、前記研磨パッドは、スウェードタイプの研磨パッドとすることによって、より凸系研磨剤、凹系研磨剤の作用を高めることができ、平坦度の制御性を向上させることができる。
また、研磨パッドを複数バッチ連続して使用する場合、研磨パッドの経時変化により基板表面形状が凸状化になる傾向があることから、複数バッチに渡る研磨において、前半のバッチを前記凸系研磨剤を用い、後半のバッチを前記凹系研磨剤を用いて研磨することにより、より安定した高い平坦度を有するマスクブランクス用基板を得ることができる。
研磨定盤としては、定盤精度が30μm以下(0を含まない)のものを用いることが好ましい。
このように研磨剤として、酸化セリウムを用いると研磨効率が向上し、コロイダルシリカを用いた精密研磨の前工程で用いると、特に有効である。また、定盤精度が30μm以下(0を含まない)の研磨定盤を用いると研磨剤による基板表面の制御が容易となる。なお、定盤精度は、研磨パッドが貼られる側の研磨定盤の表面について、ある基準長さでその表面形状を測定したときに、最小自乗法で算出される基準面に対する表面形状における最大値と最小値との差で表される。
表面の高い平坦度と高い平滑性が要求されるマスクブランクス用基板の製造方法において、上記研磨方法を用いると、要求通りの平坦度及び平滑性、あるいはそれに近い平坦度及び平滑性のマスクブランクス用基板を得ることができる。
[研磨装置の概略説明]
まず、本発明のマスクブランクス用基板の製造方法を実施するための研磨装置の一例を、図1を参照して説明する。
図1に示すように、研磨装置は、下定盤10、上定盤20、太陽歯車30、内歯歯車40、キャリア50、研磨剤供給手段60などで構成される遊星歯車方式の研磨加工部を備えている。
また、上定盤20及び上部支持部材22は、垂直軸Aに沿って昇降自在に支持されるとともに、図示しない上定盤昇降駆動部の駆動によって昇降動作される。
の外方に同心円状に配置されている。本実施形態の内歯歯車40は、回転不能に
固定されているが、垂直軸Aを中心として回転可能とし、内歯歯車回転駆動部(図示せず)の駆動に応じて、回転動作するようにしてもよい。
なお、キャリア50は、キャリアに形成された孔に、ワークW(マスクブランクス用基板)の保持具をゆるく挿入して使用するダブルキャリア方式のものであってもよい。
つまり、キャリア50に保持されたワークW(マスクブランクス用基板)を上定盤20及び下定盤10で挟持し、この状態でキャリア50を公転及び自転させることにより、ワークW(マスクブランクス用基板)の上下両面が研磨加工される。
研磨剤貯留部61は、水平面上に環状の研磨剤貯溜路を形成しており、複数の支柱部材63を介して、上部支持部材22の上方位置に設けられている。
なお、図示は省略するが、研磨領域に供給された研磨剤は、所定の回収路を経由して、タンクに回収された後、ポンプ及びフィルタが介在する還元路を経由して、再び研磨剤貯留部61に送られる。
片面研磨装置の場合、研磨定盤は一つとなり、ワーク保持手段は、真空吸着やリテーナーなどを備えたプレッシャープレートを用いる。片面研磨方法は、プレッシャープレートに保持されたマスクブランクス用基板を、一方向に回転する研磨パッドが貼設された研磨定盤に押し当て、マスクブランクス用基板の一方の表面を研磨する。プレッシャープレートは通常、研磨定盤の回転方向と同一方向に回転し、さらには揺動させて研磨を行う。
本発明のマスクブランクス用基板の製造方法は、後述するワーク(マスクブランクス用基板)の研磨方法を行う研磨工程を有する。なお、以下でいうワークは研磨する対象物であって、マスクブランクス用基板を意味する。
つぎに、本発明のワーク研磨方法の一実施形態について説明する。
ワークを研磨するときは、下定盤10、上定盤20、太陽歯車30(内歯歯車40)の回転が停止した状態で、上定盤20を上昇させ、下定盤10と上定盤20を離間させる。この状態で、キャリア50のワーク保持孔50aにワークWをセットする。
び下定盤10で挟み、研磨剤供給手段60から研磨領域に研磨剤を供給するとともに、下定盤10、上定盤20、太陽歯車30(内歯歯車40)を回転動作させ、ワークWの研磨加工を開始する。
なお、歯車駆動は、太陽歯車30、内歯歯車40の両方、又はいずれか一方でもよい。また、上定盤20、下定盤10の回転動作は必要に応じて行う。
研磨加工がなされたワークをキャリア50のワーク保持孔50aより搬出する。
研磨剤は、たとえば、炭化珪素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、コロイダルシリカなどである。
本実施形態では、ワーク表面を研磨したとき、ワーク表面の任意に設けた基準面に対するワーク表面の表面初期形状が凸状となる凸系研磨剤と、凹状となる凹系研磨剤とを、1バッチまたは複数バッチごとに使い分けて用いる。
研磨剤の変更時に、研磨剤の混入を防ぐには、研磨剤の変更に先立って、前のバッチで使用していた研磨剤の洗浄を行うことが好ましい。
平均粒径が0.03〜0.9μmの研磨剤としては、たとえば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マンガン、コロイダルシリカ、ダイヤモンド、炭化珪素などが挙げられる。また、平均粒径が0.5〜3μmの研磨剤としては、たとえば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、ダイヤモンド、炭化珪素などが挙げられる。
このような知見にもとづけば、研磨剤の平均粒径を基準にして研磨剤種を選択することもできる。
しかしながら、洗浄性や傷発生防止などの観点からすると、なるべく同一種のものを使用することが好ましい。研磨後のワーク表面の表面形状が凸状、凹状のものが得られる同一の研磨剤種としては、酸化セリウムがある。
この酸化セリウムは、一般に、コロイダルシリカを使った超精密研磨を実施する場合においては、コロイダルシリカによる超精密研磨工程の前の研磨工程で使用される。コロイダルシリカによる超精密研磨工程は、ワークの表面を平滑にすることが主目的であり、超精密研磨工程後のワークの表面形状(平坦度)は、超精密研磨工程前の酸化セリウムによる研磨工程でほぼ決まる。
したがって、マスクブランクス用の基板、特に、ガラス基板を製造する場合の研磨工程などでは、酸化セリウムを含んだ研磨剤種を使用すると効果的である。
凸系研磨剤と凹系研磨剤をどの段階で変更するかは、研磨パッドの経時的変化(使用期間)とともに、研磨定盤の定盤精度、研磨パッドの種類、加工条件(研磨定盤の回転数等)に応じて適宜決定する。たとえば、研磨定盤の定盤精度が30μm以下で、同じ研磨パッドを使用して連続的に研磨を行う場合は、凸系研磨剤を用いた研磨を全バッチ数の1/3程度にわたって行い、その後、凹系研磨剤を用いて研磨を行うことが好ましい。
また、平坦度(平坦性)とは、ワーク表面の表面側に任意に設けた基準面からワーク表面内における表面形状の最大高さと最小高さの差(測定面から最小自乗法で算出される仮想絶対平面(焦平面)に対する測定面の最大値と最小値の差)をいう。この場合における平坦度の測定方法は特に限定されない。触針式の接触式平坦度測定方法や、光の干渉などを利用した非接触式平坦度測定方法などであってもよいが、測定精度、測定領域(広範囲)などの観点からすると非接触式平坦度測定方法が好ましい。
さらに、ワーク表面における好ましい平坦度の値(所定値)は、ワークの用途によって適宜決定される。たとえば、マスクブランクス用基板の場合、使用する露光波長、マスクにしたときにパターン位置精度や、パターン露光する際のパターン転写精度を考慮して、1μm以下、0.5μm以下、0.25μm以下を、ワーク表面における好ましい平坦度の値(所定値)とする。
たとえば、合成石英ガラス、アルミノシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス、ボロシリケートガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどが使用される。
その場合、研磨工程が進むにしたがって平均粒径が小さい研磨剤を使用する。また、基板の鏡面化の観点からすると最終研磨工程は単一の研磨剤によって研磨した方が好ましい。したがって、上記した研磨方法は、コロイダルシリカを研磨剤種とした研磨剤を用いた超精密研磨工程の前の研磨工程で実施するようにすることが好ましい。
以下、本発明の実施例と、比較例について説明する。
<実施例1>
ワークとして、研削工程を終えた合成石英ガラスからなるマスクブランクス用基板(サイズ:152.4mm×152.4mm)(以下、単にガラス基板と称す。)を準備し、両面研磨装置に12枚のガラス基板をセットし、以下の両面研磨装置により両面研磨(精密研磨)を行った。
両面研磨装置による両面研磨は、図1に示す研磨装置を用いて行った。すなわち、円板状のキャリアに設けられた複数の保持孔にガラス基板を入れ、両面研磨装置における研磨パッドが貼設された下定盤及び上定盤により基板を挟持した状態で、上下定盤を互いに逆回転させることによって行った。これにより、ガラス基板を、自公転させながら、両面を同時に研磨した。
なお、研磨剤は、初期の研磨剤を使ってガラス基板を研磨したときに、基板表面の表面形状が凸形状となる凸系研磨剤Aを1バッチ目から6バッチ目、凹形状となる凹系研磨剤Bを7バッチ目から18バッチ目と使い分け、研磨開始から研磨終了まで、18バッチ連続研磨(研磨剤は循環)した。3バッチごとに研磨剤を新品に交換して研磨を行った。なお、1バッチから18バッチまで同じ研磨パッドを使用した。
研磨剤A(凸系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径0.7μm)
研磨剤B(凹系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径1μm)
で、研磨液は、研磨剤A+水、研磨剤B+水
とし、
使用した研磨パッドは、軟質ポリシャ(スウェードタイプ)とした。
上述の平均粒径は、光回折法により測定した値である。
また、研磨定盤(上下定盤)の定盤精度は、5μm以下のものを使用し、研磨時の加工荷重は、加工荷重:50〜150g/cm2とした。
なお、1バッチごと12枚のガラス基板の平坦度を測定し、12枚のガラス基板の平坦度の平均値を、そのバッチの平坦度とした。そのときにおける、18バッチの平坦度の推移を図3に示す(平坦度は、平坦度測定機(トロッペル社製FM200)で測定した。(以下の比較例同じ。))。
図3に示すように、18バッチ連続して研磨した場合に得られるガラス基板の平坦度は、ほとんどの基板形状が凹形状であり、約0.5μmから1.5μmで、絶対値で1.5μm未満に抑えることできた。
研磨液:コロイダルシリカ(平均粒径70nm)+水
研磨パッド:超軟質ポリシャ(スウェードタイプ)
加工荷重:50〜100g/cm2
実施例216枚のガラス基板の平坦度を測定したところ、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の72%、平坦度1μm以下のガラス基板が96%と良好な結果が得られた。
上述の実施例1において用いた研磨剤A、Bの使い分けを行わず、それぞれの研磨剤A(比較例1)、研磨剤B(比較例2)のみを使用(3バッチごとに新品に交換)して18バッチ連続して研磨を行った以外は、実施例1と同様にしてガラス基板を作成した。 精密研磨を18バッチ連続して行った場合の、平坦度の推移を図3に示す。図3に示すように、研磨剤Aを使用した場合、平坦度としては約0.4μmから約1.1μmで、絶対値で1.2μm未満に抑えられ実施例1と比べて良好であったが、基板の表面形状として比較的凸形状のものが多い結果となった。一方、研磨剤Bを使用した場合、平坦度としては約0.4μmから約1.7μmで、実施例1と比べて平坦度がばらついた。なお、基板の表面形状としては、比較的凹形状のものが多い結果となった。
また、実施例1と同様に、超精密研磨を終えた後に、比較例1、2で研磨した216枚のガラス基板の平坦度を測定したところ、比較例1の場合では、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の21%、平坦度1μm以下のガラス基板は53%であった。また、比較例2の場合は、平坦度0.5μm以下のガラス基板は48%、平坦度1μm以下のガラス基板は82%であった。
つぎに、上述の実施例1において、研磨剤Bの比表面積を2〜15m2/g(実施例2)、研磨剤Bの比表面積をさらに4〜12m2/gの範囲に調整された研磨剤を使用した以外は、実施例1と同様にして研磨を行った後、上述の超精密研磨を行ってガラス基板を得た。
その結果、実施例2の場合、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の75%、平坦度1μm以下のガラス基板が98%となり、また、実施例3の場合、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の80%、平坦度1μm以下のガラス基板が98%となり、実施例1と比べてさらに良好な結果が得られた。このように、凹系研磨剤(研磨剤B)の比表面積をある範囲に抑えることによって、平坦度0.5μm以下のガラス基板の割合が特に多くなることが確認された。
つぎに、上述の実施例1において、研磨剤A、Bを研磨剤C、D(実施例4)、研磨剤E、F(実施例5)に変更した以外は、実施例1と同様にして研磨を行った後、上述の超精密研磨を行ってガラス基板を得た。
研磨剤C(凸系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径0.9μm)
研磨剤D(凹系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径3μm)
研磨剤E(凸系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径0.3μm)
研磨剤F(凹系研磨剤)=酸化セリウム(平均粒径0.5μm)
その結果、実施例4においては、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の70%、平坦度1μm以下のガラス基板が90%となり、実施例5においては、平坦度0.5μm以下のガラス基板が全体の75%、平坦度1μm以下のガラス基板が全体の97%となった。
なお、上述の実施例において、凸系研磨剤としては、超精密研磨工程で使用する研磨剤よりも平均粒径が大きく、下限値として0.03μm程度まで本発明の効果を確認することができた。
10 下定盤
20 上定盤
30 太陽歯車
40 内歯歯車
50 キャリア
60 研磨剤供給手段
Claims (6)
- 表面に研磨パッドが貼られた研磨定盤と、該研磨定盤上に載置するマスクブランクス用基板を保持するワーク保持手段とを有し、前記ワーク保持手段に保持された前記研磨パッド側のマスクブランクス用基板表面に研磨剤を供給して、前記マスクブランクス用基板と前記研磨パッドが相対運動することによりマスクブランクス用基板の表面を研磨する研磨工程を経てマスクブランクス用基板を製造するマスクブランクス用基板の製造方法であって、
前記ワーク保持手段にマスクブランクス用基板を保持して一度に研磨することができる前記基板の単位を一バッチとし、この一バッチの研磨終了後、前記基板とは別の基板の研磨を複数バッチにわたって研磨を行い複数枚のマスクブランクス用基板を製造するマスクブランクス用基板の製造方法であって、
前記研磨剤として、研磨剤の平均粒径が0.5〜3μmの凹系研磨剤と、研磨剤の平均粒径が0.03〜0.9μmの凸系研磨剤とを、一バッチまたは複数バッチごとに使い分けて用いることを特徴とするマスクブランクス用基板の製造方法。 - 前記凹系研磨剤の比表面積が2〜15m2/gであることを特徴とする請求項1記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
- 前記研磨パッドは、スウェードタイプの研磨パッドであることを特徴とする請求項1又は2記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
- 複数バッチに渡る研磨において、前半のバッチを前記凸系研磨剤を用い、後半のバッチを前記凹系研磨剤を用いて研磨することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
- 前記研磨パッドが貼られる側の前記研磨定盤の表面について、ある基準長さでその表面形状を測定したときに、最小自乗法で算出される基準面に対する表面形状における最大値と最小値との差で表される前記研磨定盤の定盤精度が30μm以下(0を含まない)であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
- 前記研磨工程は、コロイダルシリカの研磨剤を用いた超精密研磨工程を有し、少なくとも前記超精密研磨工程の前の研磨工程で実施することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマスクブランクス用基板の製造方法。
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