(57)【要約】【課題】  亀裂のない反射膜の形成が容易であり、なおかつ超精密な表面粗さと平面度を有しているＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面に反射膜を形成してなる光学反射ミラーを得る技術を提供する。【解決手段】  Ｓｉマトリックス中にＳｉＣ強化材が複合されたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面に直接に反射膜を形成してなる光学反射ミラーであって、前記ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料中のＳｉＣの含有率が６０〜９０体積％であり、かつ、前記基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする光学反射ミラー。さらに、前記ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料組織中のＳｉマトリックス相幅の平均値が１μm以下であり、かつ、ＳｉＣ強化材の平均粒径が３μm以下であることが好ましい。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉマトリックス中にＳｉＣ強化材が複合されたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面に直接に反射膜を形成してなる光学反射ミラーであって、前記ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料中のＳｉＣの含有率が６０〜９０体積％であり、かつ、前記基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする光学反射ミラー。
【請求項２】
前記ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料組織中のＳｉマトリックス相幅の平均値が１μm以下であり、かつ、ＳｉＣ強化材の平均粒径が３μm以下であることを特徴とする請求項１記載の光学反射ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光やＸ線等の光を反射させ、所望の光学系を実現するためのものであって、特に、半導体製造装置や液晶製造装置等に使用されるＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面に直接に反射膜を形成してなる光学反射ミラーに関するものである。例えば、半導体ウェハ、マスク及びレチクル等の基板を、高精度で高速移動し位置決めできるステージに使用される光学反射ミラーとして使われるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、精巧な光学系を搭載した露光装置のステージなど、高い位置決め精度を要求される装置に搭載される光学反射ミラーには、反射率だけではなく、その他の要求特性を満足するものが望まれている。
すなわち、半導体ウェハ、マスク及びレチクル等の基板を、高精度で高速移動し、位置決めできるステージは、軽量であり、高速化による負荷に耐えるようにヤング率の高いＳｉＣ系セラミックスが用いられているため、該ステージに搭載される位置決め用ミラーも、環境変化に左右されずに高い位置決め精度を付与するために、ステージ基材と同じ熱伝導率、及び熱膨張係数を有するＳｉＣ系セラミックが用いられていた。  
例えば、このようなステージ位置決め用ミラーとして、ＳｉＣ系セラミックスからなる基板上に、反射膜を蒸着して光学反射ミラーを作製する技術が提案されている（例えば、特許文献1参照）。
【特許文献１】特開平05-246764号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＳｉＣセラミックスを基板とする場合、その製造方法が焼結法であるため組織中に微小な孔が存在しており、研磨して得られる鏡面に反射膜を形成しても十分な表面粗さが得られず、反射率が不足する場合があった。
【０００４】
また、Ｓｉ金属マトリックス中にＳｉＣ強化材が複合されたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を基板とする場合、組織中に孔がないという利点があるものの、ラップ加工を施す際にＳｉＣとマトリクス相のＳｉの硬度に差があるためにＳｉ部分が選択的に加工されて、ＳｉＣ粒子とＳｉ部分の間に高低差ができ、表面粗さを小さくすることができないという課題があった。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、ＳｉＣと同等の熱膨張係数、熱伝導率を有し、軽量かつ高剛性であり、さらに、亀裂のない反射膜の形成が容易であり、なおかつ超精密な表面粗さと平面度を有しているＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面に反射膜を形成してなる光学反射ミラーを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究した結果、ミラーの基材としてＳｉ金属マトリックス中に平均粒径３μm以下のＳｉＣ強化材が複合されたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を使用することで、ＳｉＣと同等の熱膨張係数、熱伝導率を有し、かつ、Ｓｉマトリックス相幅が平均１μm以下に制御することで、硬度差のあるＳｉＣ−Ｓｉ複合材料でも容易に超精密な表面粗さが得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、課題を解決するための手段として以下の（１）、（２）を提供する。
【０００８】
（１）Ｓｉマトリックス中にＳｉＣ強化材が複合されたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面に直接に反射膜を形成してなる光学反射ミラーであって、前記ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料中のＳｉＣの含有率が６０〜９０体積％であり、かつ、前記基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする光学反射ミラー。
（２）前記ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料組織中のＳｉマトリックス相幅の平均値が１μm以下であり、かつ、ＳｉＣ強化材の平均粒径が３μm以下であることを特徴とする（１）記載の光学反射ミラー。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料組織中のＳｉマトリックス相幅の平均値が１μm以下であり、かつ、ＳｉＣ強化材の平均粒径が３μm以下であるＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板をミラーの基材として用いることにより、ＳｉＣと同等の熱膨張係数、熱伝導率を有し、軽量かつ高剛性であり、さらに、亀裂のない反射膜の形成が容易であり、なおかつ超精密な表面粗さと平面度を有している光学反射ミラーを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の光学反射ミラーについて、更に詳しく説明する。
本発明で、Ｓｉマトリックス中にＳｉＣ強化材が複合されたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面に直接に反射膜を形成してなる光学反射ミラーであって、前記ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料中のＳｉＣの含有率が６０〜９０体積％であり、かつ、前記基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする光学反射ミラーを提案している。
【００１１】
ここで、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板に用いた理由は、環境変化に左右されずに高い位置決め精度を付与するために、ミラーが取り付けられるＳｉＣ質ステージ基材と熱伝導率、及び熱膨張係数を略一致させるためであり、ＳｉＣと熱膨張係数及び熱伝導率が近いＳｉをマトリックスに使用したＳｉＣ−Ｓｉ複合材料であれば、ＳｉＣ質ステージ基材と同等の熱物性が得られるからである。
【００１２】
また、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料中のＳｉＣの含有率が６０〜９０体積％とした理由は、ＳｉＣの含有率が６０体積％より少ないとＳｉＣ−Ｓｉ複合材料の剛性が低下するため鏡面の平面度が低下するからである。逆に、ＳｉＣの含有率が９０体積％より多いものは製造自体が困難であり、緻密なＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を得ることが難しくなるからであるからである。
【００１３】
次に、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下とした理由は、１０ｎｍを超えて表面粗さが大きくなるとその上に反射膜を形成しても光学反射ミラーとして十分に高精度な反射率を得ることができないからである。
【００１４】
本発明では、前記ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料組織中のＳｉマトリックス相幅の平均値が１μm以下であり、かつ、ＳｉＣ強化材の平均粒径が３μm以下であることを特徴とする光学反射ミラーを提案している。
【００１５】
ここで、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料組織中のＳｉマトリックス相幅とは、ＳＥＭにより観察したＳｉＣ−Ｓｉの組織を画像データ形式に出力し、市販の画像処理、計測ソフトウエア（例えば、日本レーザー社製  寸法計測ＣＣＤ画像処理装置）により隣り合うＳｉＣ粒子表面の線間ピッチを計測することによって測定できる。
このようにして測定したＳｉマトリックス相幅の平均値が１μm以下とした理由は、Ｓｉマトリックス相幅の平均値が１μmを超えて大きいと、Ｓｉマトリックス相が選択的に研磨されて、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下とならないからである。  
【００１６】
また、ミラーの基板に用いるＳｉＣ−Ｓｉ複合材料のＳｉＣ強化材の平均粒径が３μm以下のものを用いる理由は、ラップ加工を施す際にＳｉＣとＳｉの硬度に差があるためにＳｉ部分が選択的に加工されて、ＳｉＣ粒子とＳｉ部分の間に高低差ができ、十分な表面粗さが得られないという課題を解決するための手段であって、ＳｉＣの微粉を使うことによりＳｉＣ−Ｓｉ組織中のＳｉマトリックス相の領域面積が小さくなり、Ｓｉ部分が選択的に加工されずに高精度な研磨が可能となるからである。
【００１７】
本発明では、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基板の少なくともミラーとなる面を鏡面研磨している。ここで、鏡面研磨法としては、公知のラップ加工等により研磨すればよい。
さらに、これにより得られた鏡面上に、例えばAlを直接蒸着して反射膜を形成すれば、本発明の光学反射ミラーを得ることができる。なお、ステージに設置する場合、ミラー面と垂直の基準面を設けても良く、これも本発明に包含される。
【００１８】
以下、本発明に係る光学反射ミラーの実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００１９】
〔実施例１〕
平均粒径０．７μmのＳｉＣ粉末(スタルク製、ＵＦ−１０)に焼結助剤としてホウ素を０．３重量％添加した。ＳｉＣ粉末に対し黒鉛換算で３重量％のカーボンブラック粉末（三菱化学製、ＭＡ−２００ＲＢ）を水、及び乳化剤(サンノプコ製、ＳＮディスパーサント５０４７)とともに混合することにより黒鉛エマルジョン液を作製した。この液に前述のＳｉＣ原料粉末を添加、混合した後乾燥、成形し、アルゴン雰囲気中1900℃で焼結した。
【００２０】
得られた焼結体にアルゴン雰囲気中1600℃でＳｉを含浸し、ミラーの基板となるＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を得た。得られたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料中のＳｉＣの含有率は80体積％であり、また、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料組織中のＳｉマトリックス相幅の平均値が0.8μmであり、かつ、ＳｉＣ強化材の平均粒径は2.7μmであった。
次に、複合材料の比重をアルキメデス法により測定したところ、3.02とＳｉＣ焼結体（比重：3.2）よりも軽かった。
また、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を3×4×40mmに加工し、共振法によりヤング率を測定したところ、350GPaであった。さらに試料を3×4×20mmに加工し、レーザー干渉式の熱膨張率測定装置にて23℃における熱膨張係数を測定したところ、2.35（ppm／K）であり、同試料をφ5×1mmに加工して、レーザーフラッシュ式の熱伝導率測定装置にて熱伝導率を測定したところ、100（W／m・K）とＳｉＣと同等の熱物性が得られた。
【００２１】
次に、上記と同じ方法で作製した10t×□50mmのＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を研削、ダイヤ研磨した後に接触式の表面粗さ測定器により表面粗さを測定したところ、表面粗さＲａが５nmと良好であった。次に、研磨面に直接に反射膜としてAlを膜厚130nm、保護膜としてSiO2を200ｎｍ蒸着し、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光の波長６３３ｎｍにて反射率を測定したところ、反射率として９０％を達成でき、良好な光学反射ミラーを得ることができた。
【００２２】
［比較例１］
ＳｉＣ強化材の平均粒径が３．５μmとなるようにした以外は実施例１と同様にしてＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を作成し、得られたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料組織中のＳｉマトリックス相幅の平均値を測定した結果、その値は１．５μmであった。
この複合材料から実施例１と同様にして、10t×□50mmのＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を研削、ダイヤ研磨した後に接触式の表面粗さ測定器により表面粗さを測定したところ、表面粗さＲａは１５nmと大きかった。次に、研磨面に反射膜としてAlを膜厚130nm、保護膜としてSiO2を200ｎｍ蒸着し、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光の波長６３３ｎｍにて反射率を測定したところ、反射率は７０％と低かった。