專利名稱：用于生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板的方法，所述大尺寸合成石英玻璃 基板適于用作TFT液晶面板中的陣列側(cè)和濾色器側(cè)光掩?；?。
背景技術(shù)：
通常，通過使用游離的研磨劑的漿料(例如水中的氧化鋁)研磨板狀的合成石英 原料，以磨去凸起和凹進的部分(凸凹不平之處)并使用例如水中的氧化鈰的研磨劑漿料 拋光來制造大尺寸合成石英玻璃基板。在研磨加工中使用的雙側(cè)和單側(cè)研磨機被設(shè)計成將基板壓在研磨板上并將產(chǎn)生 的相對于彈性形變的反作用力用于平面度的修正。它們的缺點是當(dāng)基板尺寸變得更大時， 反作用力顯著減小，導(dǎo)致去除基板表面上的中等程度的凸凹不平之處的能力降低。如JP-A2003-292346中所公開的，這個問題可以通過測量大尺寸基板的平面度和 平行度，并基于測量數(shù)據(jù)部分去除基板的凸起部分和厚的部分來解決。如JP-A2007-001003 中所公開的，石英玻璃基板也可通過下述方法進行拋光將所述基板浸在拋光液中，調(diào)整基 板的姿態(tài)并將氣體鼓泡注入拋光液中，氣體鼓泡的步驟基于指示基板平面度和缺陷相對于 其表面位置的關(guān)系的數(shù)據(jù)。具有高平面度的石英玻璃基板以高的加工穩(wěn)定性生產(chǎn)。但是， 當(dāng)基板尺寸變大時，加工時間延長。這就需要一種能夠在短時間內(nèi)進行平面度修正的經(jīng)濟 的方法。引用清單專利文獻(xiàn)1 JP-A 2003-292346專利文獻(xiàn)2 JP-A 2007-00100
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板的方法，所述方法 能夠在短時間內(nèi)對平面度和平行度進行修正。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)通過測量基板原料的前表面和后表面的平面度和平行度并基于 測量的數(shù)據(jù)部分地去除基板原料的凸起部分和厚的部分生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板時， 可以通過在去除步驟中使用兩種不同尺寸的加工工具在短時間內(nèi)對所述基板的平面度和 平行度進行修正。盡管傳統(tǒng)的加工工具直徑小，當(dāng)單獨使用時，經(jīng)常在基板表面產(chǎn)生條痕， 但是本發(fā)明將這些表面條痕減至最小。因此，本發(fā)明提供一種用于生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板的方法，該方法包含以 下步驟在使大尺寸合成石英玻璃基板原料保持豎直時，測量該基板原料的前表面和后表 面的平面度和平行度，所述基板原料的對角線長度至少為IOOOmm ；基于測量的平面度和平 行度的數(shù)據(jù)部分地去除所述基板原料的凸起部分和厚的部分，以生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃 基板。去除步驟包括使用第一加工工具的研磨加工和使用第二加工工具的研磨加工，所述 第一加工工具的直徑對應(yīng)于基板對角線長度的15到50%，第二加工工具的直徑小于第一加工工具的直徑。 優(yōu)選地，第二加工工具的直徑對應(yīng)于第一加工工具直徑的10到40%。典型地，生產(chǎn)的大尺寸合成石英玻璃基板的平面度/對角線長度至多為8X 10_6。發(fā)明有益效果本發(fā)明的方法能夠有效地在短時間內(nèi)對大尺寸合成石英玻璃基板原料平面度和 平行度進行修正，成功地生產(chǎn)了具有高平面度和平行度的大尺寸合成石英玻璃基板。


圖1是基板橫截面的示意圖，說明了平面度和平行度。圖2示意性地說明了一個最小二乘方平面。圖3示意性地說明了要被去除的部分。圖4是加工裝置的透視圖。圖5是說明加工工具的往返移動模式的透視圖。圖6說明了實施例1中的加工剖面。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板的方法包含以下步驟在使大尺 寸合成石英玻璃基板原料保持豎直時，測量該基板原料的前表面和后表面的平面度和平行 度，所述基板原料的對角線長度至少IOOOmm ；基于測量的平面度和平行度的數(shù)據(jù)部分地去 除所述基板原料的凸起部分和厚的部分，以生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板。去除步驟包括 使用第一加工工具的研磨加工和使用第二加工工具的研磨加工，所述第一加工工具的直徑 對應(yīng)于基板對角線長度的15 50%，第二加工工具的直徑小于第一加工工具的直徑。該方法通常包括以下步驟(1)測量大尺寸合成石英玻璃基板原料的前表面和后表面的平面度和平行度，(2)計算第一加工工具的材料去除量和往返移動速度，(3)基于(2)的計算數(shù)據(jù)使用第一加工工具進行加工，(4)計算使用第一加工工具加工的基板的構(gòu)形，并基于所計算的構(gòu)形數(shù)據(jù)計算第 二加工工具的材料去除量和往返移動速率，和(5)基于(4)的計算數(shù)據(jù)使用第二加工工具進行加工。每一個步驟描述如下。(1)測量大尺寸合成石英玻璃基板原料的前表面和后表面的平面度和平行度步驟(1)是在基板原料保持豎直時，測量用于制成大尺寸合成石英玻璃基板的大 尺寸合成石英玻璃基板原料的前表面和后表面的平面度和平行度。優(yōu)選地，通過雙面研磨 機使該基板原料具有確定的平行度(基板內(nèi)的厚度變化精度)。這是因為如果基板原料的 平行度差，則需要更長的修正時間。可使用例如由Kuroda Precision Industries Ltd. 商品化提供的平面度儀進行平面度的測量，為了消除任何由于基板原料自身重量導(dǎo)致的偏 差，同時保持基板原料豎直。平行度可通過例如由Mitsutoyo Corp商品化提供的測微計測 量。圖1是基板1的橫截面的示意圖，用于說明平面度和平行度。假如將從基板表面11計算的最小二乘方平面12作為參考平面，平面度是基板表面11的凸起側(cè)和參考表面12 之間的距離的最大值“a”與基板表面11的凹入側(cè)和參考表面12之間的距離的最大值“b” 之和。平行度是前表面和后表面之間距離的最大值“C”和最小值“d”之差。圖2示意性地說明了如何計算最小二乘方平面。圖2中所示出的是基板表面11 和最小二乘方平面12。平面可以通過表示高度的ζ的方程式來表示 z= ax+by+c其中a，b和c是任意常數(shù)。假定“S”表示平面度測量數(shù)據(jù)平面上特定測量點(Xi， Yi)的高度測量值Zi (Xi，yi)和在相同位置(Xi，yi)從上述方程式確定的高度(aXi+yi+c)之 間的差。于是，“S”可由下面的方程式確定 在整個平面度測量表面(X(l — n，y0.n)上計算s值，并且計算在它們的和S最小時 的a，b和C。假定a — A，b — B和c — C。那么，表示高度的ζ的方程式z = Ax+By+C成 為表示最小二乘方平面的方程式。(2)計算材料的去除量和第一加工工具的往返移動速率。圖3示出的是基板1、基板表面11、最小二乘方平面12和被加工平坦的表面13。通過將基板內(nèi)的特定點的平面度作為高度數(shù)據(jù)，將(1)中獲得的測量數(shù)據(jù)存貯在 計算機中。基于這些數(shù)據(jù)，對前表面和后表面各自計算為了使基板平坦，需要從基板表面研 磨去除的材料的量(在圖3中命名為A)。前表面和后表面各自加工成平坦的表面13與前 表面和后表面各自的最小二乘方平面平行，并向測量表面中最凹入的點延伸接近。隨后，在兩個表面都被加工平坦后，計算基板的平行度。根據(jù)計算的平行度，計算 材料的去除量(在圖3中命名為B)。確定材料的去除量，以便使基板的厚度等于經(jīng)過平坦 化的基板的最薄的部分。圖3示意性地夸大說明了材料的去除部分，因此可以容易地理解 去除部分A和B。這樣，根據(jù)測量的大尺寸合成石英玻璃基板原料的前表面和后表面的平面 度和平行度，可以確定理想表面和點上的材料的去除量(I)。通過第一加工工具對具有基本相同的尺寸、前表面和后表面的平面度和平行度的 大尺寸合成石英玻璃基板原料進行加工，同時改變加工工具的往返移動速率、轉(zhuǎn)動和材料。 這樣，預(yù)先計算出材料的去除量，由此，基于在理想表面和點處的材料去除量(I)獲得加工 剖面?；诖?，計算使用第一加工工具的每個表面和點處的材料去除量(II)和往返移動速率。(3)基于(2)的計算數(shù)據(jù)使用第一加工工具進行加工基于(2)的材料去除量(II)和往返移動速率，使用第一加工工具對基板原料進行 研磨加工。第一加工工具的直徑對應(yīng)于基板原料對角線長度的15 50%，優(yōu)選30 45%。 如果第一加工工具的直徑小于基板對角線長度的15%，無法足夠降低加工時間。如果第一 加工工具的直徑超過基板對角線長度的50%，平面度修正變小，并由于隨后的第二加工工 具的加工時間延長而不經(jīng)濟。特別地，第一加工工具優(yōu)選的直徑是250 800mm，更優(yōu)選的 是400 600mm。當(dāng)考慮例如附加砂布的操作時，第一加工工具優(yōu)選是圓形。圖4是加工裝置的示意性透視圖。圖4中，基板1被固定于平臺20上，加工工具 21可在X和Y方向于基板1上方移動。加工工具21的運動可以通過計算機控制。使用如圖4中示出的加工裝置，在進行研磨加工時控制加工工具的滯留時間，使得在需要較大去 除量的區(qū)域，加工工具21的往返移動速率降低以延長滯留時間；相反地，在需要較小去除 量的區(qū)域，加工工具21的往返移動速率增加以縮短滯留時間。 基板保持平臺20優(yōu)選由發(fā)泡聚氨酯制成，該發(fā)泡聚氨酯具有至多80，更優(yōu)選15 70的肖氏A硬度(Shore A hardness)，以及5 80%，更優(yōu)選10 50%的壓縮率。具有 超過80肖氏A硬度的平臺可能在基板上產(chǎn)生缺陷。在壓縮率小于5%的情況下，基板的整 個表面可能無法與平臺緊密接觸，并且接觸壓力可能局部增加導(dǎo)致在這些位置形成缺陷。加工工具21連接至旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。雖然加工工具的旋轉(zhuǎn)數(shù)可以隨工具尺寸而改變，但 優(yōu)選將加工工具21的旋轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)為使得研磨漿料不會飛濺出裝置，具體為30 300rpm，更 優(yōu)選30 120rpm。加工工具21通過萬向接頭與旋轉(zhuǎn)軸連接，使得工具可以符合基板表面 的斜度。附加于加工工具21上的是砂布，其典型地是聚氨酯泡沫體或非織造襯墊。此處使用的研磨顆粒未作特別限定。氧化鈰或膠態(tài)氧化硅顆粒都優(yōu)選作為通常的 研磨劑。優(yōu)選地，研磨顆粒的平均顆粒尺寸為0. 02 3 μ m，更優(yōu)選為0. 05 μ m 1 μ m。當(dāng) 研磨漿料從工具中流出或?qū)⒒褰胙心{料中時，開始進行加工。優(yōu)選的漿料含有10 50重量％，更優(yōu)選10 40重量％，進一步優(yōu)選10 25重量％的研磨顆粒。優(yōu)選地，該工 具在轉(zhuǎn)動的同時擺動，以便于漿料進入被加工的位置。在這種情況下，在此條件下預(yù)先檢驗 加工剖面，基于其計算出往返移動速率。圖5是示出如何使加工工具21往返移動穿過平臺20上的基板的透視圖。如圖5 所示，可通過使加工工具以預(yù)定的速率平行于X軸方向連續(xù)往返移動，然后使其在Y軸方向 移動特定間距，依此類推來進行研磨操作。在Y軸方向的給進間距優(yōu)選至多為第一加工工 具直徑的30%，更優(yōu)選為10 25%。如果該間距超過直徑的30%，平面度修正會變小，并 因為隨后的第二加工工具的加工時間延長而不經(jīng)濟。(4)計算使用第一加工工具加工后的基板的構(gòu)形，并基于所計算的構(gòu)形數(shù)據(jù)計算 第二加工工具的材料的去除量和往返移動速率。在第一加工工具往返移動穿過大尺寸合成石英玻璃基板原料表面的同時，進行研 磨加工。大尺寸合成石英玻璃基板原料的整個表面無法一次被加工。因此，當(dāng)只使用第一加 工工具時，在一些區(qū)域?qū)嶋H材料的去除量和在根據(jù)測量的基板原料的前表面和后表面的平 面度和平行度計算得到的每個理想表面和點的材料的去除量(I)之間會出現(xiàn)差別。為了消 除該差別，使用第二加工工具研磨通過第一加工工具未能全部研磨的區(qū)域，例如，基板的四 個角。具體地，在第二加工工具加工前，根據(jù)基于使用第一加工工具得到的加工剖面通過計 算預(yù)先確定的平面度和平行度的數(shù)據(jù)，計算由第二加工工具將要去除的必要的材料去除量 和往返移動速率，以符合材料去除量(I)。如第一加工工具的情況，預(yù)先檢驗通過第二加工 工具可實現(xiàn)的加工剖面，并可基于此剖面做進一步調(diào)整。這樣，本發(fā)明可進行有效的加工， 因為精度測量不是在使用第一加工工具所進行的加工后進行的。當(dāng)預(yù)先在計算中包括了直徑、直徑/基板對角線長度、往返移動速率和第一加工 工具旋轉(zhuǎn)數(shù)時，可以計算出由第二加工工具去除的必要的材料去除量和往返移動速率。(5)基于(4)的計算數(shù)據(jù)使用第二加工工具加工。依照(4)中計算的必要的材料去除量和往返移動速率，使用第二加工工具對基板 進行加工。第二加工工具的尺寸應(yīng)當(dāng)比第一加工工具的小。具體地，第二加工工具優(yōu)選具有對應(yīng)于第一加工工具直徑的10 40%，更優(yōu)選15 30%的直徑。如果第二加工工具的 直徑小于第一加工工具直徑的10 %，平面度修正效果會更大，但會需要更長的加工時間，這 并不經(jīng)濟。如果第二加工工具的直徑超過第一加工工具直徑的40%，則材料的去除量無法 精確控制并且平面度修正效果會降低。具體地，第二加工工具優(yōu)選具有25mm 320mm，更 優(yōu)選IOOmm 200mm的直徑。與第一加工工具類似，第二加工工具優(yōu)選具有圓形形狀。加 工方法可與第一加工工具相同。第一加工工具與第二工具的組合能夠防止在基板上形成條 痕?？梢噪S后進行進一步的拋光步驟。然而，即使沒有拋光步驟，該方法也能夠成功生產(chǎn)具 有滿意的平面度和平行度的大尺寸合成石英玻璃基板。根據(jù)本發(fā)明，使用第一加工工具對對角線長度為 至少IOOOmm的大尺寸合成石英 玻璃基板原料進行研磨加工，然后進一步使用第二加工工具進行研磨加工，所述第1加工 工具的直徑是基板對角線長度的15 50%，所述第二加工工具的直徑小于第一加工工具 的直徑。對于第一加工工具和第二加工工具，可以重復(fù)一個以上的加工步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以在短時間內(nèi)修正大尺寸合成石英玻璃基板原料的平面度 和平行度，生產(chǎn)具有高平面度和平行度的大尺寸合成石英玻璃基板。大尺寸合成石英玻璃 基板的對角線長度至少為1000mm，優(yōu)選1500mm 2500mm。大尺寸基板的形狀可以是正方 形、矩形、圓形或其它形狀。在圓形基板的情況下，對角線長度指的是直徑。大尺寸基板的 厚度并不特別限制，盡管優(yōu)選為5mm 50mm，更優(yōu)選IOmm 20mm。優(yōu)選所生產(chǎn)的大尺寸合成石英玻璃基板是高度平坦的，如由平面度/對角線長度 達(dá)到8X10_6，更優(yōu)選達(dá)到6 X 10_6，甚至更優(yōu)選達(dá)到5X10_6所證明的。通常地，平面度/對 角線長度至少為1X10_6，盡管不限于此。還優(yōu)選所生產(chǎn)的大尺寸合成石英玻璃基板的平行度達(dá)到50μπι，更優(yōu)選達(dá)到 30 μ m,甚至更優(yōu)選達(dá)到10 μ m。如果平面度超過50 μ m,當(dāng)基板安裝于曝光工具中時，為了 使曝光間隙的變化最小，修正操作面臨更多的負(fù)擔(dān)。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以在短時間內(nèi)對大尺寸合成石英玻璃基板原料的平面度和 平行度進行修正，可生產(chǎn)具有高平面度和平行度的大尺寸合成石英玻璃基板。使用所述大 尺寸合成石英玻璃基板可制備大尺寸光掩模。大尺寸光掩?？捎糜诿姘迤毓庖詫崿F(xiàn)CD精 度的改進并能夠?qū)?xì)的特征圖案進行曝光。這最終將導(dǎo)致面板生產(chǎn)成品率的改進。實施例下面給出實施例和對比例，盡管本發(fā)明不限于此。實施例1通過在行星式運動雙側(cè)研磨機上使用研磨劑F0#1000(Fujimi Abrasive Co., Ltd.)研磨具有850mmX1200mmX10. 2mm(厚度)尺寸的合成石英玻璃基板原料制備合成石 英玻璃基板原料?；逶系钠叫卸葹?3 μ m，平面度為50 μ m。使用Kuroda Precision Industries Ltd.的平面度測試儀測量平面度，使用Mitsutoyo Corp的測微計測量平行度。 根據(jù)測試的數(shù)據(jù)，確定每一相關(guān)表面和點處的材料去除量。然后，將基板原料裝在圖4中所示的裝置的平臺20上。使用的平臺20為具有肖氏 A硬度66和壓縮率25%的發(fā)泡聚氨酯的無蠟保持襯墊BP-102 (FujiboEhime Co.，Ltd.)。 第一加工工具是不銹鋼SUS304盤，其直徑為500mm，其上附加有聚氨酯砂布。通過在水中 以20wt%的濃度懸浮平均顆粒尺寸1 μ m的氧化鈰顆粒來制備漿料。在之前的測試中，通過提供尺寸、前表面和后表面的平面度和平行度基本相同的大尺寸合成石英玻璃基板原料，并使用第一加工工具進行加工來確定加工剖面。測試表明加工剖面在工具中心處去除量較 大，而在工具邊緣去除量較小，如圖6所示。基于這種結(jié)果，加上Y軸方向的給進間距，計算 第一加工工具的往返移動速率。研磨加工基于往返移動速率得以實現(xiàn)，平行X軸連續(xù)往返 移動第一加工工具，并在Y軸方向給進對應(yīng)于第一加工工具直徑的20%的間距(100mm)。第 一加工工具以60rpm旋轉(zhuǎn)。第二加工工具是不銹鋼SUS304盤，其直徑為150mm，其上附加有聚氨酯砂布。通過 在水中以20wt%的濃度懸浮平均顆粒尺寸Iym的氧化鈰顆粒制備漿料。基于前述的加工 剖面計算得到的使用第二加工工具加工前的平面度和平行度的數(shù)據(jù)，計算使用第二加工工 具要去除的必要材料去除量并確定第二加工工具的往返速率。Y軸方向的給進間距是第二 加工工具直徑的20%，即30mm。第二加工工具以150rpm旋轉(zhuǎn)。第二加工工具在X軸方向 的往返移動速率最小是30mm/min。在基板不同區(qū)域上的第二加工工具的往返移動速率根 據(jù)該區(qū)域的去除速率計算?；宓那氨砻嬉赃@種方式處理，此后對后表面進行相似的處理。 結(jié)果在表1中示出。假設(shè)使用第二加工工具單獨完成加工時所經(jīng)歷的加工時間為100，則加工時間 是26。也就是說，在大概1/4的時間內(nèi)完成了加工。經(jīng)如此加工的基板具有的平面度為 7. 8 μ m，平行度為7. 6 μ m。盡管使用第二加工工具單獨加工的基板有條痕，但實施例1中經(jīng) 加工的基板表面沒有顯示出條痕。實施例2 6和對比例1按照實施例1對基板進行加工，不同之處在于使用不同尺寸的第一加工工具和第 二加工工具。以使用直徑為IOOmm的單一加工工具進行加工時所經(jīng)歷的加工時間為100作 為條件，記錄加工時間。表 權(quán)利要求
一種用于生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板的方法，包含以下步驟在使大尺寸合成石英玻璃基板原料保持豎直時，測量該基板原料的前表面和后表面的平面度和平行度，所述基板原料的對角線長度至少為1000mm；和基于測量的平面度和平行度的數(shù)據(jù)部分地去除基板原料的凸起部分和厚的部分，以生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板，所述去除步驟包括使用第一加工工具的研磨加工和使用第二加工工具的研磨加工，所述第一加工工具的直徑對應(yīng)于基板對角線長度的15～50％，所述第二加工工具的直徑小于第一加工工具的直徑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第二加工工具的直徑對應(yīng)于第一加工工具直徑的 10 40%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中大尺寸合成石英玻璃基板的平面度/對角線長度至 多為 8X1CT6。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板的方法。該方法通過測量合成石英玻璃基板原料的前表面和后表面的平面度和平行度，所述合成石英玻璃基板原料的對角線長度至少為1000mm，并基于測量的平面度和平行度的數(shù)據(jù)部分地去除基板原料的凸起部分和厚的部分，生產(chǎn)大尺寸合成石英玻璃基板。去除步驟包括使用第一加工工具的研磨加工和使用第二加工工具的研磨加工，第一加工工具的直徑對應(yīng)于基板對角線長度的15～50％，第二加工工具具有較小的直徑。
文檔編號G03F1/60GK101856805SQ20101019048
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者柴野由紀(jì)夫, 渡部厚 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社