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本非临时申请根据35u.s.c.§119(a)要求2016年8月23日在日本提交的专利申请no.2016-162363的优先权，该日本专利申请的全部内容通过引用纳入本申请。
本发明涉及生产基板、特别是大尺寸合成石英玻璃基板的方法。
背景技术：
通常，合成石英玻璃基板通过如下制造:通过切割工具例如线锯将合成石英玻璃块体切割成板，用磨研剂浆料研磨该玻璃板，以及抛光该玻璃板直到达到期望的尺寸、厚度和平整度。
当制造需要具有高表面平整度的高精度大尺寸合成石英玻璃基板时，为了实现期望的表面精度，需要面对于凹部和凸部的拓扑分布测量基板表面，和基于测得的数据部分地抛光掉该基板表面的凸部的步骤。
作为部分地控制基板表面上抛光余量的方法，专利文献1提出了一种方法，其包括从具有不同加工面积的多个工具选择一种工具，和依照基板上的特定位置控制移动该工具的速率，从而控制在每个位置的抛光余量。此外，专利文献2描述了这样的方法，包括在基板上前后移动抛光工具，该抛光工具具有小于待抛光的基板表面的抛光表面，和通过压力流体控制施加到该抛光工具的压力。专利文献3描述了抛光基板的方法，包括以下步骤：将压力流体从基板后表面施加到基板以部分地对该基板加压，和用夹具将磨研布逼迫至该基板。
引用列表
专利文献1：jp-a2010-254552(usp8,460,061，ep2236246)
专利文献2：jp-a2010-064196
专利文献3：jp-a2008-229846
发明概述
在部分地抛光掉基板表面上的凸部的步骤中，同时调节基板总体的厚度。如果该加工工具的加工面与该基板之间的接触面积小，则该步骤能有效地部分抛光掉凸部，但需要较长的加工时间用于总体厚度调节。如果该加工工具的加工面与该基板之间的接触面积大，则总体厚度调节需要的抛光时间变得更短，但在凸部的抛光期间，周围部分广泛地被抛光，说明难以精确控制表面精度。由于专利文献1的方法包括从多个具有不同加工面积的工具选择一种工具和使其横跨基板的步骤，该过程期间工具的更换是麻烦的，增加了加工时间。在专利文献2中，旋转台上的基板通过前后移动加工工具来抛光。由于基板上的去除余量仅依据基板直径方向上的分布来控制，因此难以选择性地去除基板上的部分凸部。在专利文献3中，其中磨研布的抛光面与基板总体接触，该基板总体都被抛光，而不是选择性地仅抛光掉凸部。从而最终基板的去除余量变大并且加工时间变长。
本发明的目的是提供制造基板的方法，其能够精确抛光而无需更换加工工具。
本发明的发明人发现，基板通过以下方式来抛光：使用包括抛光板、磨研布和置于其间的弹性体片材的加工工具，和操作该加工工具同时使该磨研布的表面依照在多个位置施加到该弹性体片材的不同的压力来变形成倒凸状。从而消除了更换加工工具所花费的时间。
本发明提供了制造基板的方法，其包括以下步骤：
提供加工工具，其包括可旋转安装的抛光板，连接到该抛光板的下表面的可伸缩的弹性体片材，连接到该弹性体片材的下表面的磨研布，和在多个位置以各自预定的不同压力按压该弹性体片材从而使该磨研布的下表面依据在多个位置施加到该弹性体片材的不同的按压力变形到期望的倒凸的形状的装置，
使该磨研布的倒凸的变形表面与基板接触，和
旋转并移动该加工工具以在选定面积抛光该基板。
在优选的实施方案中，该按压装置包括在该抛光板上并围绕其中心对称布置的多个贯通孔，插入所述孔中的多个圆柱体，和可滑动地配合到该圆柱体中的多个活塞，其中当该活塞选择性地下降时，该弹性体片材在与该活塞相对的位置依照该活塞的下降距离被迫向下，从而该磨研布的选定的区域向下突出以形成期望的倒凸的形状。
在优选的实施方案中，该弹性体片材由选自以下的可伸缩的弹性体制成：硅橡胶，聚氨酯橡胶，氯丁橡胶，和异戊二烯橡胶；该磨研布为无纺织物、麂皮或发泡聚氨酯；和该基板为具有对角线长度至少1,000mm的合成石英玻璃基板。
发明的有利效果
当基板表面的平整度被校正且厚度被调节时，可以使用单一加工工具选择性地抛光掉该基板上的凸部和调节基板总体的厚度，无需更换工具。由于消除了麻烦的工具更换步骤，能进行快速抛光和提高生产率。可以以经济的方式制造基板。
附图说明
图1为根据本发明的一种实施方案的加工工具的示意截面图。
图2为一种示例的具有孔的抛光板的俯视图，其中省略了旋转轴。
图3为图1的加工工具的截面图，显示了磨研布的倒凸变形的状态。
图4示意地展示了如何操作加工工具。
优选实施方案的说明
在以下说明中，附图中显示的若干视图中相同的附图标记表示相似或相应的部件。还应理解的是，与图1的主视图联用的术语例如“上”、“下”、“向外”、“向内”等是为了方便的词语而不应被解释为限制性术语。
参考图1，展示了用于本发明方法实践中的一种示例加工工具1。该加工工具1包括短轴圆柱体形状的基座2，连接到该基座2的下表面的盘形抛光板3，连接到该抛光板3的下表面用于在竖直方向(或弹性体片材4的厚度方向)上伸缩的弹性体片材4，和固定到该弹性体片材4的下表面的磨研布5。旋转轴6在其下端在该基座2的上表面的中心固定到该基座2的上表面。该轴6联接到旋转机构(未示出)。当该旋转机构被开动时，该旋转轴6旋转，并且该基座2、抛光板3、弹性体片材4和磨研布5与其一起旋转。
如图2中所示，该基座2和抛光板3贯穿了多个通孔7，所述多个通孔7围绕中心对称布置并隔开预定的距离。中空圆柱体8被插入每个通孔7。活塞9可滑动地装配到每个圆柱体8中。通过顶着活塞9的上端将空气供入该圆柱体8以向其施加气动压力，使活塞9下降(向下移动)。每个活塞9的下降距离可以依照向其施加的气动压力大小来控制。当该活塞9下降时，通过该活塞9的下端经由该弹性体片材4迫使该磨研布5与所述下降距离成比例地向下，从而该磨研布5向下和凸起地突出。控制施加到多个活塞9的水力压力，从而布置在中心附近的那些活塞9较多地向下移动，而布置在周边附近的那些活塞9较少向下移动。从而，该磨研布5呈精确的(或倒凸形)形状，其中中心区域突出向下，如图3中所示。由于该弹性体片材4根据本发明设置在该磨研布5和该抛光板3之间，该磨研布5的抛光面相对于该抛光板3经由该弹性体片材4变形为任意凸起形状。在此状态下，工具在基板上移动(如图4中所示)以选择性地抛光该基板上的凸部。值得注意的是，通过对应于施加到该活塞9的受控的水力压力的任意按压力实现的该磨研布5的变形还可通过将杆连接到该活塞和通过驱动机构(未示出)经由该杆独立地移动该活塞来实现。
该抛光板优选由选自以下的金属材料制成：不锈钢(sus)，铝合金，钛，和黄铜。该抛光板优选具有直径100-800mm，更优选300-600mm。优选地，该抛光板中的通孔具有直径20-50mm并隔开至少10mm的距离。还优选4-28个，更优选8-20个，和甚至更优选10-16个孔围绕该抛光板的中心对称布置。当通过该孔轴向施加的气动压力以0.01-0.05mpa的压力起到按压该弹性体片材的作用时，该弹性体片材的变形可以与施加到工具中每个活塞的压力大小成比例地控制。
该弹性体片材优选由选自以下的可伸缩的弹性体制成：有机硅橡胶，聚氨酯橡胶，氯丁橡胶，和异戊二烯橡胶。该弹性体片材的直径等于该工具的直径。该弹性体片材的厚度考虑该片材的变形、劣化或磨损来确定并且优选为5-20mm，更优选为10-15mm的范围。
该磨研布优选为选自无纺织物，麂皮和发泡聚氨酯，并用粘结剂固定到该弹性体片材。这里使用的粘结剂没有特别限制，只要其具有足够的粘接强度以防止该磨研布与该弹性体片材在抛光操作期间分离。丙烯酸系粘结剂、环氧系粘结剂和氨基甲酸酯系的粘结剂是合适的。
现参考一实例，其使用不锈钢sus304的直径300mm的抛光板2，其中具有直径20mm的圆形孔7布置在中心周围，如图2中所示。厚度10mm的聚氨酯橡胶作为弹性体片材连接到该抛光板。如果相等的水力压力通过孔7被施加到活塞9，则该弹性体片材4和磨研布5成平面形状，如图1中所示。当在较远的位置施加到该弹性体片材的水力压力相比于在中心附近施加到该弹性体片材的水力压力下降很多时，由按压力造成变形而产生的位移距离在越接近该弹性体片材中心的位置越大。从而该弹性体片材4和磨研布5呈倒凸形形状，如图3中所示。圆柱体的选择、该弹性体片材的所选部分的按压程度和凸起(突出)程度可依照去除余量和基板的形状来确定。
根据该方法，对角线长度为至少1,000mm的合成石英玻璃基板原料可通过以下方式抛光：提供具有在磨研布和抛光板之间的弹性体片材的加工工具，在多个位置将不同按压力施加到该工具以使该磨研布面变形为倒凸形形状，和在该基板上移动该工具。期望的基板以这样的方式生产。
实践中，抛光基板的方法包括以下步骤：
(1)测量基板原料前、后表面的平整度和平行度，
(2)计算当该基板原料在第一按压条件下通过迫使该磨研布抵靠该基板原料进行抛光时材料的去除量和加工工具的移动速率,
(3)在第一按压条件下基于(2)的计算数据加工,
(4)计算在第一按压条件下加工的基板的形状(或拓扑学)，和计算材料当该基板原料在第二按压条件下通过迫使该磨研布抵靠该基板原料进行抛光时的去除量和加工工具的移动速率，和
(5)在第二按压条件下基于(4)的计算的数据加工。
更详细地描述这些步骤。
(1)测量基板原料前、后表面的平整度和平行度
步骤(1)是在基板原料保持竖立时测量基板原料前、后表面的平整度和平行度。优选地，该基板原料通过双侧抛光机而被预先赋予一定平行度。平整度的测量可使用平整度计进行，该平整度计例如可购自kurodaprecisionindustriesltd.。平行度可通过千分尺测量，该千分尺例如可购自mitsutoyocorp.。如果由基板原料表面计算的最小的方形平面被用作参考平面，则平整度为基板表面上的凸部与该参考表面之间的最大距离和基板表面上的凹部和该参考表面之间的最大距离之和。平行度为基板原料前、后表面的最大和最小距离之差。
(2)计算当基板原料在第一按压条件下通过用磨研布挤压基板原料进行抛光时抛光中材料的去除量和加工工具的移动速率
将步骤(1)的测量数据(基板内在多个点的平整度数据)作为高度数据存储在计算机中。基于这些数据，计算使基板在各前、后表面上变平所需的抛光中材料的去除量。对于各前、后表面，经平整加工的表面为这样的表面，其在测量时平行于各前、后表面的平均平面并与该表面中最凹点相切。
接着，通过计算来确定两个表面都已变平整的基板的平行度。由这样确定的平行度，计算抛光中材料的去除量。确定抛光中材料的去除量，从而使厚度与已变平整的基板的最薄部分一致。以此方式，每个理想平面和每个理想点处的抛光中材料的去除量(i)由基板原料前、后表面的平整度和平行度的测量数据来确定。
基于每个理想平面和每个理想点处的抛光中材料的去除量(i)，通过在第一按压条件下将在前、后表面上具有基本上相同尺寸和相同平整度和平行度的基板原料抛光，同时改变加工工具的移动速率和旋转速度和磨研布的类型由此预先计算抛光中的材料去除量，来检验抛光形态。基于该抛光形态，计算在第一按压条件下每个平面和每个点处的抛光中材料的去除量(ii)和加工工具的移动速率。
(3)在第一按压条件下基于(2)的计算数据加工
当该基板原料在第一按压条件下基于步骤(2)中的抛光中材料的去除量(ii)和加工工具的移动速率来加工时，期望地，引起弹性体片材的相对小变形的0.01-0.015mpa的压力通过圆柱体被均匀地施加到弹性体片材。当按压条件在抛光平面内均匀时，抛光平面的接触面积等于工具面积，并且抛光面积是大的。从而基板总体的总体精度校正和厚度调节在相对短时间内完成。
图4为加工装置的透视图。图4中绘制的为加工工具1，基板夹具10，基板11和背垫12。对于加工，在伴随大量材料去除的部分上，降低加工工具的移动速率以延长停留时间。在伴随少量材料去除的部分上，提高加工工具的移动速率以缩短停留时间。以此方式控制基板上每个位置处的材料去除量。加工工具具有这样的结构，使得其可在x和y轴方向上任意移动，并且该加工工具的移动是计算机能控制的。
加工工具联接到旋转机构以使轴6旋转。加工工具的转速优选考虑洒出装置外的磨研剂浆料和加工时间来设定，并且具体地设定到30-300rpm，特别是30-120rpm。加工工具通过万向接头偶联到旋转轴6，从而该加工工具可适应基板表面的任何梯度。
虽然这里使用的磨研剂浆料没有特别限制，其优选选自本领域常用的氧化铈浆料、胶体二氧化硅浆料和碳化硅晶粒浆料。抛光粒优选的平均粒度为0.02-3μm，更优选为0.05-1μm。可通过加工工具注入磨研剂浆料，或在将基板保持浸渍在磨研剂浆料中的同时进行抛光。抛光晶粒优选存在磨研剂浆料中的浓度为10-50重量％，更优选为10-40重量％，和甚至更优选为10-25重量％。当加工工具旋转和振荡从而促进磨研剂浆料进入到抛光表面上时，预检验在这些条件下的抛光形态，并基于该预检验数据计算移动速率。
加工工序可包括使平行于x轴方向的加工工具以计算的速率连续地横越，之后，在y轴方向上以一定间距进给工具。考虑在第二按压条件下的平整度校正和加工时间，在y轴方向上的进给间距优选为抛光板直径的至多30％，更优选为10-25％。具体地，使该加工工具优选以0.05-300mm/min、更优选2-50mm/min速率平行于x轴方向横越。优选地，以1-200mm、更优选5-100mm的间距在y轴方向进给工具。
(4)计算在第一按压条件下加工的基板的形状，和当在第二按压条件下通过使该磨研布挤压基板原料将该基板原料抛光时计算抛光中的材料去除量和加工工具的移动速率
仅具有在第一按压条件下的加工，材料去除的真实量在一些部分不同于由在基板原料的前、后表面处测量平整度和平行度获得的在每个理想平面和每个理想点处抛光中的材料的去除量(i)。因此，为了消除该差异，进行用加工工具在第二按压条件下的抛光以抛光在第一按压条件下没有被完全加工的那些部分，例如，基板的四个角落和局部凸部。具体地，从在第二按压条件下用加工工具进行加工之前的通过计算确定的平整度和平行度的数据，基于在第一按压条件下使用加工工具的抛光形态的数据，计算在第二按压条件下用加工工具加工达到材料去除量(i)所需的抛光中材料的去除量和加工工具的移动速率。在这种情况中，类似于在第一按压条件下的加工，对利用加工工具在第二按压条件下的抛光形态进行预检验，并相应地调节加工工具的移动速率。由此，本发明确保了有效的加工，因为在在第一按压条件下的加工后，不需要精度测量。
(5)基于(4)的计算的数据在第二按压条件下的加工
基板用加工工具在第二按压条件下依照步骤(4)中计算的抛光中材料的去除量和加工工具的移动速率来加工。为了更精细地校正在第一按压条件下加工的基板的平整度，在加工工具的加工面积比在第一按压条件下的加工工具的加工面积减少时进行在第二按压条件下的加工。关于施加到抛光板中通过孔的弹性体片材的压力，将施加到抛光板中心附近的压力设定为大于施加到抛光板周边附近的压力，从而弹性体片材的中心部分突出到原始厚度的2-10％的程度，具体地0.1-2.0mm，也就是说，在弹性体片材比在第一按压条件下形状更凸起时进行抛光。使磨研布的形状变形以与弹性体片材的变形一致，并且使与基板的接触面的形状变形。由于该接触面凸起变形(倒凸形)，在加工工具的中心和周边处的去除余量变化，从而加工工具中心处的去除余量相对来说大于加工工具周边处的去除余量，使得能够更精细地校正基板的平整度。具体地，通过在抛光板中心附近施加0.02-0.04mpa的压力，将该压力从中心向抛光板周边逐渐降低，并在抛光板周边附近施加0.01-0.02mpa的压力，使弹性体片材变形成中心凸起形状(倒凸形状)。如果从中心到抛光板周边的距离(或半径)为100，则抛光板的具有距该中心0-30径向距离的部分被称为中心部分，而抛光板的具有70-100径向距离的部分被称为周边部分。当在第二按压条件下磨研布和基板之间的接触面的形状比在第一按压条件下更凸起时，平整度校正效果变得更强，但与基板的接触面积变得更小。如果接触面积太小，则必要的加工时间变得更长，不利地影响经济性。因此，弹性体片材的变形量依照期望的平整度和加工时间来确定。
加工以与在第一按压条件下的加工相同的方式进行。具体地，在第二加压条件下，优选地，使加工工具平行于x轴方向以0.05-300mm/min、更优选2-50mm/min的速率横越。优选地，在y轴方向以1-50mm、更优选5-30mm的间距进给该工具。在第一按压条件下的加工与在第二按压条件下的加工的组合可防止在基板上形成条纹。如需要，可进行抛光步骤。取决于期望的加工精度，可在三种或更多种按压条件例如第三按压条件和第四按压条件中进行选择。
根据本发明的方法，通过控制加工工具的按压条件，可以控制抛光表面上的去除余量分布，而无需更换加工工具。该方法在短时间内有效地校正基板原料的平整度和平行度，并成功地生产具有高平整度和平行度的基板。
将根据本发明加工的基板原料应优选具有至少为1,000mm，更优选为1,000-3,500mm，和甚至更优选为1,500-3,000mm的对角线长度。基板形状可为正方形、长方形、圆形或其它形状。在圆形形状的情况下，对角线长度被视为直径。大尺寸基板的厚度没有特别限制，但其优选为5-50mm，更优选为10-20mm。
优选地，所生产的基板是高度平整的，显示为至多8×10-6，更优选为至多6×10-6，和甚至更优选为至多5×10-6的平整度/对角长度。平整度/对角长度的下限典型地为1×10-6，但不是关键的。
还优选地，当该基板安装在曝光工具中时，考虑用于最小化曝光间隙的变化的校正操作，所制造的基板具有平行度至多50μm，更优选为至多30μm，和甚至更优选为至多10μm，。
利用本发明的方法,可在短时间内校正基板原料的平整度和平行度，产生具有高平整度和平行度的基板。光掩模可使用该基板制备并用于平板曝光以实现cd精度的改进并使得能够进行精细特征图案的曝光。这可最终带来平板制造产率的改进。
实施例
以下给出了实施例和比较例，但本发明不限制于此。
实施例1
通过研磨具有尺寸1600mm×1800mm×17.5mm(厚)的合成石英玻璃基板原料的两个表面来提供合成石英玻璃基板原料。该粗研磨的基板原料具有前表面上100μm的平整度，后表面上120μm的平整度，和50μm的平行度。平整度通过kurodaprecisionindustriesltd.的平整度测试仪测量，平行度通过mitsutoyocorp.的千分尺测量。从平整度和平行度的测得数据，确定了在各前、后表面上和在每个点处的抛光中材料的去除量。
如图4中所示，该基板原料11放在粘接到基板夹具10的发泡聚氨酯背垫12上并在基板原料周边的周围通过树脂框固定到其上。加工工具由以下构建：具有直径500mm的不锈钢sus304抛光板，具有直径500mm和厚度10mm的聚氨酯橡胶弹性体片材，和连接到其上的聚氨酯磨研布。这里使用的磨研剂浆料为具有平均粒度1μm的氧化铈粒子在水中的20wt％浓度的悬浮液。
具有相同尺寸和相同前、后表面平整度和平行度的合成石英玻璃基板用作基板原料。预先确定按压机构造成的凸起(或突出)程度改变时的抛光形态和磨研布面的变形。依照该确定的数据，使加工工具以平行于x轴方向连续地移动并在y轴方向上以对应于100mm的间距给进。加工工具在x轴方向上的移动速度为最小30mm/min，而工具的转速为60rpm。
首先，作为第一按压条件将0.01mpa均匀压力通过孔施加到聚氨酯橡胶时进行加工，从而实现在相对宽范围上的总体平整度校正和总体厚度均等化，接近期望的抛光中材料去除的分布。
接着，作为第二按压条件，通过在抛光板中心附近布置的那些孔施加到聚氨酯橡胶的压力为0.03mpa，将通过所述孔施加到聚氨酯橡胶的压力从中心到抛光板周边逐渐降低，并且通过布置在抛光板周边附近的那些孔施加到聚氨酯橡胶的压力为0.01mpa。从而该弹性体的中心部分从其原状突出2mm。在这些按压条件下，该弹性体片材和磨研布比在第一按压条件下变形得更凸起(倒凸形)，从而在加工表面处的抛光形态的宽度降低，实现了在基板上窄范围内的凸部去除和在基板四个角落处的精细精度校正。基于在第二按压条件下的加工之前的平整度和平行度的数据(其是由前述加工形态预先计算的)，计算在第二按压条件下的必需的抛光中材料的去除量并确定在第二按压条件下的加工工具的移动速率。在第二按压条件下，加工工具在x轴方向上的横向速率最小，为30mm/min，在y轴方向上的进给间距为30mm，并且该工具以60rpm旋转。加工工具跨越基板不同部分的移动速率由每个部分抛光中的材料的必需的去除量，基于在第二按压条件下预先检验的抛光形态来计算。在前表面被加工后，加工后表面。表1显示了在第一和第二按压条件下的抛光时间和加工后平整度、平行度和加工余量的数据。必需的加工时间以基于比较例1的数值100的相对值来表达。
实施例2
提供了具有800mm×900mm×8.3mm(厚)尺寸和具有80μm前表面上的平整度、100μm的后表面上的平整度，和40μm的平行度的合成石英玻璃基板原料。它是在与实施例1中的相同条件下加工的，结果示于表1。加工最终需要的时间为实施例1的约1/4。
比较例1
提供了具有与实施例1中的相同尺寸的合成石英玻璃基板原料。它是仅在第一按压条件下加工的，没有加工工具按压条件的任何改变。结果示于表1。由于加工工具与基板之间的接触面积大，因此难以有效地抛光掉局部凸部，额外的加工余量是必须的。另外，最终平整度大于实施例1中的最终平整度。
比较例2
提供了具有与实施例1中的相同尺寸的合成石英玻璃基板原料。依照实施例1的工序至第一次加工。之后，将加工工具更换为具有100mm的较小直径的第二加工工具，其中直接将磨研布连接至没有弹性体片材的抛光板。该第二加工工具的移动速率依照该第二加工工具的加工余量分布来计算，并且凸部通过磨研加工来去除。结果示于表1。最终平整度和余量的体量基本上等于实施例1，但最终加工时间长于实施例1，因为加工工具的更换消耗了额外的时间。
比较例3
提供了具有与实施例2中的相同尺寸的合成石英玻璃基板原料。依照实施例2的工序至第一次加工。之后，加工工具更换为具有100mm较小直径的第二加工工具，其中直接将磨研布连接至没有弹性体片材的抛光板。该第二加工工具的移动速率依照该第二加工工具的抛光形态来计算，并且凸部通过抛光加工来去除。结果示于表1。最终平整度和余量的体量基本上等于实施例2，但最终加工时间长于实施例2，因为加工工具的更换消耗了额外的时间。
表1
日本专利申请no.2016-162363通过引用纳入本申请。
虽然已描述了一些优选的实施方案，根据以上教导可以对它们进行许多改变和变形。因此，应理解本发明可以未具体描述的方式实施而不会背离所附权利要求的范围。