(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離炭素の脱離及び／又は研磨により遊離炭素の一部が削除されて発生する表面に存在するくぼみの深さが０．５μｍ以下であり、吸水率が０．１％以下である炭化珪素焼結体。
【請求項２】
表面に存在するくぼみの最大幅が６μｍ以下である請求項１に記載の炭化珪素焼結体。
【請求項３】
硼素又はその化合物及び炭素粉又は焼成過程で炭素を生成する物質と炭化珪素粉末を含む混合物を成形した後、常圧焼成して常圧焼結体を作製し、次いで常圧焼結体を熱間静水圧処理した後、得られた熱間静水圧処理体の表面をブリネル硬さＨＢＳ（１０／５００）が５０以下の定盤のみを用いて研磨することを特徴とする吸水率が０．１％以下で、遊離炭素の脱離及び／又は研磨により遊離炭素の一部が削除されて発生する表面に存在するくぼみの深さが０．５μｍ以下の炭化珪素焼結体の製造法。
【請求項４】
硼素又はその化合物及び炭素粉又は焼成過程で炭素を生成する物質と炭化珪素粉末を含む混合物をホットプレス焼結した後、得られたホットプレス焼結体の表面をブリネル硬さＨＢＳ（１０／５００）が５０以下の定盤のみを用いて研磨することを特徴とする吸水率が０．１％以下で、遊離炭素の脱離及び／又は研磨により遊離炭素の一部が削除されて発生する表面に存在するくぼみの深さが０．５μｍ以下の炭化珪素焼結体の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ、液晶基板等の搬送や保持部材、露光装置におけるステージ位置測定用ミラー、精密光学機器用ミラー等に適した炭化珪素焼結体及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＬＳＩなどの半導体製造工程において、半導体ウェーハの搬送、保持部材等にはステンレスなどの金属が用いられてきた。しかし、近年回路パターンの高密度化、高精度化に伴い、半導体ウェーハを始め、液晶基板などの搬送や保持装置にセラミック部材が用いられるようになってきた。また露光装置におけるステージ位置測定用ミラー、精密光学機器用ミラー等にもセラミックが用いられるようになってきた。中でも、ヤング率が高く、半導体ウェーハに対して汚染が比較的少ない材料として、炭化珪素が多く使用されるようになってきた。
【０００３】
これらのセラミック部材は、その表面に塵埃などが付着して露光不良などの悪影響を与えないように、通常、セラミック部材の表面を研削後、ラッピング、ポリシング等の研磨を行い、平滑化して使用されている。
【０００４】
しかし、常圧で焼結したセラミックは気孔（以下ポアとする）を有しており、研磨を行っても表面にポアが残留してしまう。これを半導体ウェーハ、液晶基板等の搬送や保持装置の部材に使用すると、ポアの部分に塵埃などが入り込み、回路形成の際の露光不良となる。
【０００５】
また、上記に示す常圧で焼結したセラミックを露光装置におけるステージ位置測定用ミラー、精密光学機器用ミラー等に使用すると、ポアなどの凹凸の存在がレーザー光の乱反射の原因となり、位置測定において問題となっていた。
【０００６】
これらの問題点の対策として、例えば特許第2779968号公報に示されるように、セラミックの表面に化学気相析出法（ＣＶＤ法）などの方法により炭化珪素などの膜を形成する真空チャックが提案されている。
【０００７】
しかし、ＣＶＤ法で成膜した炭化珪素などの膜は遊離炭素を含んでいないため、研磨すれば実質的にポアのない表面を得ることができるが、コストが高くなると共に、厚い炭化珪素の膜を形成することが困難である。
【０００８】
また、特開平10-203870号公報に示されるように、熱間静水圧処理［以下ＨＩＰ（ホットアイソスタティックプレス）処理とする］することにより、ポリシングした面に存在する１０μｍ以上のポア数が１×１０-6m2（１mm2）当たり１００個以下の炭化珪素焼結体が提案されている他、特開平11-147766号公報に示されるように、ＨＩＰ処理した炭化珪素の表面を２μｍ以下のダイヤモンド砥粒で研磨する方法が提案されている。
【０００９】
ＨＩＰ処理に関しては、これらの特許出願以前に、例えば「F.C.Report」・vo13・no4・P140〜145(1985年)、「粉体及び粉末冶金」・第34巻・第2号・P66〜72(1987年)、「窯業協会誌」・第95巻・第2号・P223〜228(1987年)等に示されるように、ＨＩＰ処理を行った炭化珪素焼結体には１０μｍ以上のポアが存在しないことが示されており、ＨＩＰ処理が炭化珪素焼結体の緻密化に有効であることが既に一般的に知られている。
【００１０】
しかしながら、焼結体中に存在する遊離炭素は、研磨時の定盤が硬い場合、特にブリネル硬さＨＢＳ（１０／５００）（以下単にブリネル硬さＨＢＳとする）が５０を超える定盤を使用すると、２μｍ以下の平均粒径を有するダイヤモンド砥粒で研磨しても遊離炭素の脱離部分、遊離炭素の一部が削除された部分等にくぼみが発生して、その部分に塵埃などが入り込み易くなるという問題点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
請求項１、２及び３記載の発明は、極めて平滑な表面を有し、安価でかつ半導体ウェーハ、液晶基板等の搬送や保持部材、露光装置におけるステージ位置測定用ミラー、精密光学機器用ミラー等に適した炭化珪素焼結体を提供するものである。
請求項４及び５記載の発明は、極めて平滑な表面を有し、安価でかつ半導体ウェーハ、液晶基板等の搬送や保持部材、露光装置におけるステージ位置測定用ミラー、精密光学機器用ミラー等に適した炭化珪素焼結体を効率よく製造することが可能な炭化珪素焼結体の製造法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の問題点を解消するために研究を重ねた結果、焼結体の研磨面に存在するくぼみの深さが０．５μｍ以下であれば、塵埃などの影響を受け難いことを突き止め、さらにブリネル硬さＨＢＳが５０以下の定盤を用いて研磨すれば、遊離炭素の脱離部分、研磨により遊離炭素の一部が削除された部分等に発生するくぼみの深さを０．５μｍ以下にできることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明は、表面に存在するくぼみの深さが０．５μｍ以下である炭化珪素焼結体に関する。
また、本発明は、吸水率が０．１％以下である炭化珪素焼結体に関する。
また、本発明は、くぼみが、遊離炭素の脱離部分及び／又は研磨により遊離炭素の一部が削除された部分である炭化珪素焼結体に関する。
【００１４】
また、本発明は、硼素又はその化合物及び炭素粉又は焼成過程で炭素を生成する物質と炭化珪素粉末を含む混合物を成形した後、常圧焼成して常圧焼結体を作製し、次いで常圧焼結体を熱間静水圧処理した後、得られた熱間静水圧処理体の表面をブリネル硬さＨＢＳが５０以下の定盤を用いて研磨することを特徴とする吸水率が０．１％以下で、表面に存在するくぼみの深さが０．５μｍ以下の炭化珪素焼結体の製造法に関する。
【００１５】
さらに、本発明は、硼素又はその化合物及び炭素粉又は焼成過程で炭素を生成する物質と炭化珪素粉末を含む混合物をホットプレス焼結した後、得られたホットプレス焼結体の表面をブリネル硬さＨＢＳが５０以下の定盤を用いて研磨することを特徴とする０．１％以下で、表面に存在するくぼみの深さが０．５μｍ以下の炭化珪素焼結体の製造法に関する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明によって得られる炭化珪素焼結体の研磨面に存在するくぼみの深さは、０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下であるが、０μｍであれば最も好ましい。０．５μｍを超えるとくぼみの部分に塵埃等が入り込み易いという問題点が生じる。なおくぼみの最大幅については特に制限はないが、１０μｍ以下が好ましく、６μｍ以下がよりが好ましく、２μｍ以下がさらに好ましく、０μｍであれば最も好ましい。
くぼみの深さ及び幅は、任意の１×１０-6m2（１mm2）の範囲について、レーザー顕微鏡で測定して求めることができる。
【００１７】
また、本発明によって得られる炭化珪素焼結体の吸水率は、０．１％以下が好ましく、０．０８％以下がより好ましく、０．０５％以下がさらに好ましく、０％であれば最も好ましい。０．１％を超えると、ポアの無い表面を得ることが困難となる傾向である。
吸水率は、ＪＩＳ  Ｃ  ２１４１に準じて求めることができる。
【００１８】
本発明に用いられる炭化珪素粉末としては、α型、β型のいずれでもよいが、価格が安く、焼成時の結晶構造変化の少ないα型の炭化珪素粉末を用いることが好ましい。また純度は高純度の粉末を用いれば高純度化し易いので好ましいが、本発明においては通常用いられるＧＣグレードの焼結用炭化珪素粉末であっても差し支えない。炭化珪素粉末の粒径は、平均粒径が１μｍ以下、好ましくは０．８μｍ以下、さらに好ましくは０．１〜０．８μｍの範囲とされ、１μｍを超えるとＨＩＰ処理を行ってもポアを無くすことが困難である。
炭化珪素粉末の平均粒径は、レーザー式粒度分布測定器（ＭＡＬＶＥＲＮ社製のマスターサイザー）で測定して求めることができる。
【００１９】
また、硼素化合物としては、炭化硼素を用いることが好ましい。硼素又はその化合物の添加量は、炭化珪素粉末１００重量部に対して０．１〜１重量部とすることが好ましく、０．２〜０．８重量部とすることがより好ましい。
【００２０】
さらに、焼成過程で炭素を生成する物質としては、添加時に溶媒に可溶で、かつ液体状態で混合時に炭化珪素粉末の表面を均一に被覆できるものが好ましく、例えば焼成過程で炭素となるフェノール樹脂のような炭化率の高い熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。その添加量は、炭化珪素粉末１００重量部に対して０．１〜５重量部とすることが好ましく、０．５〜３重量部とすることがより好ましい。
【００２１】
本発明においては、上記成分の他に、スラリーやシート作製時のバインダー、分散剤、可塑剤さらには成形時の離型剤など焼成によって揮散するものを添加することが好ましい。
【００２２】
上記バインダーとしては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルブチラール等が用いられ、その添加量は、炭化珪素粉末１００重量部に対して固形分で０．５〜３重量部とすることが好ましく、０．７〜２重量部とすることがより好ましい。分散剤としては界面活性剤等が用いられ、その添加量は、炭化珪素粉末１００重量部に対して固形分で０．３〜１重量部とすることが好ましく、０．４〜０．７重量部とすることがより好ましい。
【００２３】
また、可塑剤としては、ポリエチレングリコール、ディオクチルフタレート等が用いられ、その添加量は、炭化珪素粉末１００重量部に対して固形分で０．５〜３重量部とすることが好ましく、１〜２重量部とすることがより好ましい。溶剤は水が好ましいが、その添加量については特に制限はない。離型剤としては、ステアリン酸、ワックス等が用いられ、その添加量は、炭化珪素粉末１００重量部に対して固形分で０．５〜３重量部とすることが好ましく、０．７〜２重量部とすることがより好ましい。
【００２４】
上記成分と炭化珪素粉末との混合物の成形は、金型プレス成形、冷間静水圧（ＣＩＰ）成形、鋳込み成形、射出成形、押し出し成形等の方法で所望の形状に成形することができる。なお成形圧力は、各々成形方法により異なるため特に制限はない。
【００２５】
常圧焼成する場合の雰囲気は、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で焼成することが好ましい。また常圧焼成する場合の温度は２０００〜２２００℃が好ましく、２０５０〜２１５０℃がより好ましい。
【００２６】
ＨＩＰ処理する場合の雰囲気は、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で処理することが好ましい。ＨＩＰ処理するときの圧力は、７５MPa以上であることが好ましく、９８MPa以上であることがより好ましく、１４５〜２００MPaの範囲であることがさらに好ましい。圧力が７５MPa未満であるとＨＩＰ処理してもポアの発生を抑制することが困難になる傾向がある。
【００２７】
また、ＨＩＰ処理温度は、１７００〜２１００℃が好ましく、１８００〜２０５０℃がより好ましく、１８５０〜２０００℃がさらに好ましい。１７００℃未満であると、ＨＩＰ処理してもポアの発生を抑制することが困難になる傾向があり、２１００℃を超えると、遊離炭素が粒成長し、研磨時に生じるくぼみの深さが０．５μｍを超え易くなる傾向がある。
ＨＩＰ処理時間は、１０分〜３時間が好ましく、３０分〜２時間がより好ましい。１０分未満であると、ポアの発生を抑制することが困難になる傾向がある。
【００２８】
本発明においては、上記成分と炭化珪素粉末を含む混合物を直接ホットプレス焼結してもよく、またホットプレス焼結する前に、金型プレス成形、冷間静水圧（ＣＩＰ）成形等の方法で成形してもよい。成形圧力は、９．８〜１９６MPaであることが好ましく、２９．４〜１４７MPaであることがさらに好ましい。
【００２９】
ホットプレス焼結する場合の雰囲気は、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で焼結することが好ましい。ホットプレス焼結するときの圧力は、９．８MPa以上であることが好ましく、１９．６MPa以上であることがより好ましく、２４．５〜４９MPaの範囲であることがさらに好ましい。圧力が９．８MPa未満であると、ホットプレス焼結してもポアの発生を抑制することが困難になる傾向がある。
【００３０】
また、ホットプレス焼結温度は、１９００〜２１５０℃であることが好ましく、１９５０〜２１００℃であることがより好ましく、１９５０〜２０５０℃であることがさらに好ましい。１９００℃未満であると、嵩密度を向上させる効果が小さいため低密度の焼結体になり、ポアの発生を抑制することが困難になる傾向があり、２１５０℃を超えると遊離炭素が粒成長するため、研磨時に生じるくぼみが０．５μｍを超え易くなる傾向がある。
【００３１】
本発明の研磨に用いられる定盤のブリネル硬さＨＢＳは５０以下、好ましくは４０〜１、３０〜５とされ、ブリネル硬さＨＢＳが５０を超えると研磨時に発生する遊離炭素のくぼみが０．５μｍ以下の表面を得ることが困難である。
定盤の材質は、ブリネル硬さＨＢＳを５０以下にするために、錫、錫と鉛の合金等を用いることが好ましい。
本発明におけるブリネル硬さＨＢＳは、圧子に直径が１０mmの軸受用鋼球を用い、４９０３Ｎ（５００kgf）の荷重を１５秒間加え、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４３に準じて求めたものである。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
【００３３】
実施例１
平均粒径が０．６μｍのα型炭化珪素粉末９９重量部に、フェノール樹脂〔昭和高分子(株)製、商品名ＢＲＬ−２１９（不揮発分７０重量％）〕を固形分で２重量部（炭素分として１重量部）、ポリビニルアルコール〔クラレ(株)製、商品名クラレポバール２０５の水溶液（不揮発分１０重量％）〕を固形分で１重量部、ステアリン酸〔中京油脂(株)製、商品名セロゾール９２０（不揮発分１８重量％）〕を固形分で１重量部、平均粒径が１．５μｍの炭化硼素を０．３重量部及び純水を１００重量部加えて、合成樹脂製ボールミルで２４時間混合した後、スプレードライヤーで造粒し、成形粉を得た。
【００３４】
この後、成形粉を金型内に充填し、９８MPaの圧力で金型プレス成形し、次いでアルゴンガス雰囲気中で表１に示す温度で１時間保持して常圧焼成し、直径が１６２mm及び厚さが１１mmの円盤状の常圧焼結体を得た。
この後、得られた常圧焼結体をさらにアルゴンガス雰囲気中で表１に示す温度及び圧力下で１時間保持してＨＩＰ処理し、炭化珪素焼結体を得た。
【００３５】
次に、上記で得た炭化珪素焼結体の表面及び外周を研削後、平均粒径が表１に示すダイヤモンド砥粒及び表１に示す材質で、かつブリネル硬さＨＢＳが表１に示す硬さの定盤を用いて鏡面研磨し、直径が１６０mm、厚さが１０mm及び平面度が２μｍの評価試料を得た。
【００３６】
この評価試料について、ＪＩＳ  Ｃ  ２１４１に準じて、吸水率を求めた。またレーザー顕微鏡で、任意の１×１０-6m2（１mm2）の範囲について、表面に生じたくぼみの深さを測定し、最大くぼみの深さを求めると共に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、ポアの有無を調べた。なおくぼみの最大幅は全て６μｍ以下であった。
【００３７】
さらに、クリーンルーム内において、６インチのシリコンウェーハを上記評価試料の表面に１５秒間接触させ、これを５回繰り返した後、パーティクル検出器を用いて、評価試料と接触した側におけるシリコンウェーハ表面の塵埃の付着数を調べた。その結果、シリコンウェーハ表面の塵埃の付着数が１００個未満を◎、１００〜５００個未満を△及び５００個以上を×とした。実施例２についても同じである。  これらの結果をまとめて表１に示す。
【００３８】
【表１】
0004766289.tif 000002
【００３９】
実施例２
実施例１で得た成形粉を金型内に充填し、９８MPaの圧力で金型プレス成形し、次いでアルゴンガス雰囲気中で表２に示す温度及び圧力下で１時間保持してホットプレス焼結し、炭化珪素焼結体を得た。
【００４０】
上記で得た炭化珪素焼結体の表面を研削後、平均粒径が表２に示すダイヤモンド砥粒及び表２に示す材質で、かつブリネル硬さＨＢＳが表２に示す硬さの定盤を用いて鏡面研磨し、直径が１６０mm、厚さが１０mm及び平面度が２μｍの評価試料を得た。
次に、前記評価試料について、実施例１と同様の方法で、吸水率、最大くぼみの深さ、ポアの有無及び塵埃の付着数を調べた。これらの結果をまとめて表２に示す。なおくぼみの最大幅は全て６μｍ以下であった。
【００４１】
【表２】
0004766289.tif 000003
【００４２】
表１及び表２に示されるように、本発明になる炭化珪素焼結体は、吸水率が０．１％以下で、研磨面に存在するくぼみの深さが０．５μｍ以下の表面を有し、ポアの発生がなく、シリコンウェーハ表面の塵埃の付着数も少ないことが明らかである。
これに対し、本発明に含まれない試料No.１、２、７及び８の炭化珪素焼結体は、研磨に用いた定盤のブリネル硬さＨＢＳが５０を超えたため、くぼみの深さが０．５μｍを超え、シリコンウェーハ表面の塵埃の付着数も多かった。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１、２及び３記載の炭化珪素焼結体は、極めて平滑な面を有し、安価でかつ半導体ウェーハ、液晶基板等の搬送や保持部材、露光装置におけるステージ位置測定用ミラー、精密光学機器用ミラー等に適した炭化珪素焼結体である。
請求項４及び５記載の方法により得られる炭化珪素焼結体は、極めて平滑な面を有し、安価でかつ半導体ウェーハ、液晶基板等の搬送や保持部材、露光装置におけるステージ位置測定用ミラー、精密光学機器用ミラー等に適した炭化珪素焼結体を効率よく製造することが可能な炭化珪素焼結体である。