(57)【要約】【課題】低い熱膨張係数と高い剛性（ヤング率）を有し、かつ低密度で比剛性が高い酸化物セラミックス焼結体を提供する。【解決手段】結晶相として、コーディエライト、ムライトおよびサフィリンの３相を含む酸化物セラミックス焼結体であって、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の含有量の合計を１００質量％とした場合に、ＭｇＯを１２質量％以上１４質量％以下、Ａｌ２Ｏ３を３４質量％以上３９質量％以下、ＳｉＯ２を４７質量％以上５１質量％以下含有し、ＭｇＯとＡｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２以外の物質の含有量が全体の１．５質量％未満であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶相として、コーディエライト、ムライトおよびサフィリンの３相を含む酸化物セラミックス焼結体であって、
ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の含有量の合計を１００質量％とした場合に、ＭｇＯを１２質量％以上１４質量％以下、Ａｌ２Ｏ３を３４質量％以上３９質量％以下、ＳｉＯ２を４７質量％以上５１質量％以下含有し、かつＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の３成分以外の成分の含有量が全体の１．５質量％未満であることを特徴とする酸化物セラミックス焼結体。
【請求項２】
前記コーディエライトを主結晶とする、請求項１に記載の酸化物セラミックス焼結体。
【請求項３】
２１℃〜２３℃における熱膨張係数が、−０．２×１０−６/℃以上０．２×１０−６/℃以下であり、かつヤング率が１４４ＧＰａ以上である、請求項１または２に記載の酸化物セラミックス焼結体。
【請求項４】
２１℃〜２３℃における熱膨張係数が、−０．０２×１０−６/℃以上０．０２×１０−６/℃以下である、請求項３に記載の酸化物セラミックス焼結体。
【請求項５】
ヤング率が１４４ＧＰａ以上であり、かつ曲げ強度が２００ＭＰａ以上で、そのワイブル係数が１２以上である、請求項４に記載の酸化物セラミックス焼結体。
【請求項６】
２１℃〜２３℃における熱膨張係数が、−０．００５×１０−６/℃以上０．００５×１０−６/℃以下である、請求項４または５に記載の酸化物セラミックス焼結体。
【請求項７】
比剛性が５７．０×１０６ｍ２/ｓ２以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸化物セラミックス焼結体。
【請求項８】
半導体製造装置用の部材である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の酸化物セラミックス焼結体。
【請求項９】
コーディエライト、ムライトおよびサフィリンの３種の結晶相からなり、２１℃〜２３℃における熱膨張係数が−０．００５×１０−６/℃以上０．００５×１０−６/℃以下で、かつヤング率が１４４ＧＰａ以上である酸化物セラミックス焼結体を製造する方法であって、
原料粉末として、コーディエライト粉末とムライト粉末とマグネシア粉末との混合粉末を用いることを特徴とする酸化物セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記コーディエライト粉末は、電融法により製造されたものである請求項９に記載の酸化物セラミックス焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物セラミックス焼結体に係り、特に、半導体製造装置用の部材に適した酸化物セラミックス焼結体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コーディエライトを主成分とするコーディエライト質焼結体は、従来から低熱膨張セラミックスとして知られており、フィルター、ハニカム、耐火物、精密機器部材等として利用されている。
【０００３】
近年、ＬＳＩ（大規模集積回路）等における高集積化にしたがって回路の微細化が急速に進められ、それに伴い、半導体製造に使用される精密加工機や精密測定機では高い精度が求められるようになっている。特に、シリコンウエハに高精密回路を形成するための露光装置等の部材においては、わずかな温度変化に伴う寸法変化や、高速移動直後の静止時に発生する振動に起因する露光精度の低下が問題となっている。そのため、前記加工機および測定器を構成する部材の低熱膨張性と高剛性、低密度、および剛性を密度で除した値である比剛性の高さが重要となる。
【０００４】
従来から、半導体製造装置用の低膨張材料としては、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックスが用いられてきたが、これらのセラミックスは、常温付近での熱膨張係数がいずれも１．０×１０−６／℃以上であり、半導体露光のような高い位置決め精度が要求される工程で使用されるには十分とは言えなかった。
【０００５】
これに対して、コーディエライト質焼結体は、低密度であり、かつアルミナや窒化ケイ素に比べて熱膨張係数が十分に低い点で優れているが、半導体露光装置等における部材の高速移動直後の振動を抑制するには、剛性が低いという問題があった。
【０００６】
そこで、コーディエライト質焼結体の剛性を高めるために、従来から、緻密質のコーディエライト質焼結体に高い剛性を有する副結晶を複合化する試みがなされてきた。コーディエライトの主結晶と複合させる副結晶としては、希土類元素の酸化物が知られているが、この酸化物は比重（密度）および熱膨張係数が高いため、希土類元素酸化物を副結晶とするコーディエライト質焼結体は、半導体露光装置等の精密機器の用途には好ましくなかった。
【０００７】
低比重でコーディエライトの剛性を改善できる副結晶として、アルミナ結晶が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、特許文献１に記載されたコーディエライト質焼結体においては、焼結の際にアルミナの一部がコーディエライトと反応してしまい、熱膨張係数の高い副結晶が発生することがあった。そのため、コーディエライトを主結晶とし、アルミナを副結晶とする低熱膨張係数の焼結体を、再現性よく製造するための制御が難しかった。
したがって、コーディエライトと複合させる副結晶として、高温においてコーディエライトと熱力学的に安定に存在するものが望まれていた。
【０００８】
コーディエライトを主結晶とし、副結晶として、低密度、低熱膨張でコーディエライトと高温においても安定に存在するムライトを含有させた焼結体が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このコーディエライト質焼結体では、コーディエライトにムライトを副結晶として分散させることで、剛性および比剛性を高めている。しかし、特許文献２に提示された焼結体では、加えるムライト量に比例して剛性が高くなると同時に熱膨張係数も高くなる。そのため、低い熱膨張係数を維持しながら、コーディエライト質焼結体の比剛性を向上させるには限界があり、５６．６ＧＰａ／ｇ／ｃｍ３（＝５６．６×１０６ｍ２/ｓ２）を超える比剛性の実現は困難であった。このように、特許文献２の焼結体では、半導体露光装置等の精密部材の振動を抑えるために十分な剛性および比剛性を得ることができなかった。
【０００９】
また、コーディエライトに副結晶としてムライトを分散させた焼結体では、特許文献２の段落［０００８］に記載のように、スピネル相、ガラス相あるいはクリストバライト相が析出する可能性があり、含有する結晶相の熱力学的な安定性が不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１７３８７８号公報
【特許文献２】特開２００３−２９２３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、低い熱膨張係数と高い剛性（ヤング率）を有し、かつ低密度で比剛性が高い酸化物セラミックス焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、結晶相として、コーディエライト、ムライトおよびサフィリンの３相を含む酸化物セラミックス焼結体であって、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の含有量の合計を１００質量％とした場合に、ＭｇＯを１２質量％以上１４質量％以下、Ａｌ２Ｏ３を３４質量％以上３９質量％以下、ＳｉＯ２を４７質量％以上５１質量％以下含有し、かつＭｇＯとＡｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２以外の成分の含有量が全体の１．５質量％未満であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の酸化物セラミックス焼結体は、前記コーディエライトを主結晶とすることが好ましい。また、本発明の酸化物セラミックス焼結体は、２１℃〜２３℃における熱膨張係数が、−０．２×１０−６/℃以上０．２×１０−６/℃以下であり、かつヤング率が１４４ＧＰａ以上であることが好ましい。また、２１℃〜２３℃における熱膨張係数は、−０．０２×１０−６/℃以上０．０２×１０−６/℃以下がより好ましく、−０．００５×１０−６/℃以上０．００５×１０−６/℃以下がさらに好ましい。さらに、ヤング率が１４４ＧＰａ以上であり、かつ曲げ強度が２００ＭＰａ以上で、そのワイブル係数が１２以上であることが好ましい。またさらに、比剛性率が５７．０×１０６ｍ２/ｓ２以上であることが好ましい。本発明の酸化物セラミックス焼結体は、半導体製造装置用の部材として使用できる。
【００１４】
本発明の酸化物セラミックス焼結体の製造方法は、コーディエライト、ムライトおよびサフィリンの３種の結晶相からなり、２１℃〜２３℃における熱膨張係数が−０．００５×１０−６/℃以上０．００５×１０−６/℃以下で、かつヤング率が１４４ＧＰａ以上である酸化物セラミックス焼結体を製造する方法であって、原料粉末として、コーディエライト粉末とムライト粉末とマグネシア粉末との混合粉末を用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明の酸化物セラミックス焼結体の製造方法において、前記コーディエライト粉末は、電融法により製造されたコーディエライト粉末であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の酸化物セラミックス焼結体は、室温付近における熱膨張係数が０（ゼロ）に極めて近いうえに、低密度で高い剛性および高い比剛性を有する。したがって、この酸化物セラミックス焼結体を、半導体露光プロセス等における精密機器の部材として用いることで、室温付近の温度変化に伴う部材の寸法変化や、高速移動直後の静止時に発生する部材の振動を抑制し、半導体装置の生産性や測定精度を向上できる。
【００１７】
また、本発明の酸化物セラミックス焼結体は、結晶相がコーディエライト、ムライトおよびサフィリンの３種からなり、熱膨張係数の変動要因となるガラス相の析出がほとんどない。ガラス相が析出する場合は、製造における焼成の際の冷却過程で、例えば冷却速度等の違いによりガラス相の析出量が異なるため、熱膨張係数の僅少な変化が生じるおそれがあるが、本発明ではガラス相の析出がほとんどないので、０（ゼロ）に極めて近い熱膨張係数を安定的に実現できる。
【００１８】
本発明の製造方法によれば、前記したように、室温付近における熱膨張係数が０に極めて近く、かつ低密度で高い剛性および高い比剛性を有する酸化物セラミックス焼結体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１〜５における原料粉末のアルミナ添加量と熱膨張係数（ＣＴＥ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の実施形態の酸化物セラミックス焼結体は、結晶相として、式：２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２で表されるコーディエライトと、式：３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２で表されるムライト、および式：４ＭｇＯ・４Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２で表されるサフィリンの３相を含む。コーディエライトとムライトとサフィリンの３相から成り、他の結晶相を含まないことが好ましい。また、コーディエライトを主結晶とし、ムライトとサフィリンを副結晶とすることが好ましい。
【００２１】
結晶相の確認は、Ｘ線回折装置を用いて同定することにより行うことができる。本発明においては、例えば、ＣｕのＫα線を用いたＸ線回折装置により測定されるムライトの主ピーク（２θ＝３０．７〜３１．３°）の強度をＩｍとし、コーディエライトの主ピーク（２θ＝２８．３〜２９．０°）の強度をＩｃとしたピーク強度比（Ｉｍ／Ｉｃ）が、０．００１以上であるとき、ムライト相が存在するという。同様に、ＣｕのＫα線を用いたＸ線回折装置により測定されるサフィリンの主ピーク（２θ＝２７．０〜２７．５°）の強度をＩｓとし、このピーク強度Ｉｓとコーディエライトのピーク強度Ｉｃとの比（Ｉｓ／Ｉｃ）が０．００１以上であるとき、サフィリン相が存在するという。
【００２２】
そして、本発明の酸化物セラミックス焼結体は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の含有量の合計を１００質量％とした場合に、ＭｇＯを１２質量％以上１４質量％以下、Ａｌ２Ｏ３を３４質量％以上３９質量％以下、ＳｉＯ２を４７質量％以上５１質量％以下含有し、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の３成分以外の成分の含有量が全体の１．５質量％未満となる化学組成を有する。
なお、前記化学組成は、例えばガラスビード法で作成した試料について、蛍光Ｘ線分析法により測定された値である。以下、ガラスビード法で試料を作成し、その試料について蛍光Ｘ線分析を行う方法を、ガラスビード蛍光Ｘ線分析法という。
【００２３】
本発明の酸化物セラミックス焼結体に含有される化学成分は、析出する結晶相が複雑になることなく、できるだけ単純で熱力学的に安定な結晶相とするために、コーディエライトと化学成分が同一のＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から実質的になることが好ましい。なお、前記の「実質的に」とは、原料に含まれる不純物あるいは製造工程において意図せずに混入する不純物を除いて、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の成分の合計が全体の９９．９質量％以上であることを意味する。
【００２４】
酸化物セラミックス焼結体の化学組成を前記範囲に限定したのは、この範囲を外れると、０に極めて近い値の熱膨張係数と高い剛性（ヤング率）を有し、かつ比剛性が高いセラミックス焼結体を得ることができないためである。
【００２５】
本発明の実施形態の酸化物セラミックス焼結体においては、低熱膨張で負の熱膨張係数を有するコーディエライトの主結晶に対して、正の熱膨張係数を有するムライトおよびサフィリンを副結晶として所定の量を含有させ、前記化学組成を有するように調整することで、室温付近における熱膨張係数を０（ゼロ）に極めて近い値に調整できる。具体的には、２１℃〜２３℃における熱膨張係数を、−０．２×１０−６/℃以上０．２×１０−６/℃以下に、より好ましくは−０．０２×１０−６/℃以上０．０２×１０−６/℃以下に、さらに好ましくは、−０．００５×１０−６/℃以上０．００５×１０−６/℃以下に制御することができる。
【００２６】
このように、熱膨張係数を極めて狭い範囲に制御するには、熱力学的に安定性の高い結晶を用いることが好ましい。本発明では、熱力学的に安定性の高い結晶である、コーディエライトとムライトおよびサフィリンの３相を含有することにより、上記のような極めて狭い範囲での熱膨張係数の制御を実現できる。ここで、熱膨張係数の値は、例えばレーザヘテロダイン干渉式熱膨張計を用いて測定することができる。
【００２７】
また、実施形態の酸化物セラミックス焼結体においては、緻密体におけるヤング率が約１４０ＧＰａであるコーディエライトに対して、ヤング率がより高いムライトおよびサフィリンを副結晶として適量含有させることで、ヤング率をより高く、具体的には１４４ＧＰａ以上にすることができる。なお、ヤング率は、ＪＩＳ  Ｒ１６０２（１９９５）で定める超音波パルス法により測定した値とする。
【００２８】
さらに、実施形態の酸化物セラミックス焼結体においては、比剛性を５６．５×１０６ｍ２/ｓ２以上にすることができる。セラミックス焼結体の比剛性を５６．５×１０６ｍ２/ｓ２以上にすることで、高速移動直後の静止時に発生する振動を効果的に抑制できる。比剛性は、５７．０×１０６ｍ２/ｓ２以上がさらに好ましい。比剛性を５７．０×１０６ｍ２/ｓ２以上にすることで、部材の振動をさらに低減できる。なお、比剛性は、ヤング率をかさ密度で除することで算定される値である。ここで、かさ密度は、ＪＩＳ  Ｒ１６３４（１９９８）で定めるアルキメデス法により測定した値とする。
【００２９】
またさらに、実施形態の酸化物セラミックス焼結体では、開気孔率を０．１体積％未満とし緻密化を達成することができる。酸化物セラミックス焼結体の開気孔率は、０．０９体積％以下であることがより好ましい。開気孔率が低くなるほど、強度および絶縁破壊特性が向上し、例えば誘電体電極や半導体製造装置用部材として好ましいものとなる。開気孔率はアルキメデス法により求めることができる。
【００３０】
また、実施形態の酸化物セラミックス焼結体では、曲げ強度が高く、かつ曲げ強度のワイブル係数が高い信頼性の高い焼結体を達成できる。なお、ワイブル係数は強度のばらつきの程度を表す指標であり、高いほどばらつきが小さくなる。
【００３１】
曲げ強度は１６５ＭＰａ以上であり、かつそのワイブル係数は９以上であることが好ましい。曲げ強度は高いほど好ましい。特にワイブル係数が高い場合には、ステッパ−ステージのような製品への適用において、一つの製品内および製品ごとの曲げ強度のばらつきが小さくなり、信頼性が高い。曲げ強度は１８０ＭＰａ以上であり、かつ曲げ強度のワイブル係数は１１以上がさらに好ましい。曲げ強度は２００ＭＰａ以上で、ワイブル係数は１２以上が特に好ましい。曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１（２００８）で定める室温曲げ強さの試験方法によって求めることができる。また、ワイブル係数は、ＪＩＳ  Ｒ１６２５（２０１０）で定める強さデータのワイブル統計解析法によって求めることができる。
【００３２】
本発明の実施形態の酸化物セラミックス焼結体では、室温近くにおける熱膨張係数をほぼ０に近い値（−０．００５×１０−６／℃〜０．００５×１０−６／℃）に制御することができるとともに、比剛性（＝ヤング率／かさ密度）を十分に高めることができる。したがって、この酸化物セラミックス焼結体を、例えば、半導体製造の露光装置用部材等に用いた場合、雰囲気温度の変化に対する寸法変化が小さく、優れた精度が得られるとともに、振動に伴う精度の低下も防止でき、半導体素子の品質と量産性を高めることができる。すなわち、ステージの高速移動と停止に対する制振性に優れ、露光精度、スループットが向上するため、例えば、シリコンウエハを載置し、露光処理を施す位置まで高速移動するような半導体露光装置のステージ等の部材に、好適に使用できる。
【００３３】
次に、本発明の実施形態の酸化物セラミックス焼結体を製造する方法について説明する。
実施形態の酸化物セラミックス焼結体を製造するには、まず、原料粉末として、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）粉末と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末と、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）粉末と、マグネシア（ＭｇＯ）粉末とを用意する。コーディエライト粉末としては、例えば、電融法によって製造された市販のコーディエライト粉末を使用できる。電融法によって製造されたコーディエライト粉末は、焼結性が良好で、均質であるので、本発明の原料粉末として好ましい。
【００３４】
そして、これらの原料粉末を、例えば、コーディエライト粉末とアルミナ粉末との組合せ、あるいはコーディエライト粉末とムライト粉末とマグネシア粉末との組合せで混合する。原料粉末の組合せとしては、コーディエライト粉末とムライト粉末とマグネシア粉末の組合せが、高強度かつ高ワイブル係数を実現する点で好ましい。この組合せでは、他の組み合わせより固相反応の量を小さくして、焼結中の粒成長を抑制できるので、焼結体の粒子を比較的小さくすることができる。
【００３５】
原料粉末の混合の際には、得られる焼結体の化学組成が、ＭｇＯが１２〜１４質量％、Ａｌ２Ｏ３が３４〜３９質量％、ＳｉＯ２が４７〜５１質量％であり、かつＭｇＯとＡｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計が１００質量％になるように、所定の割合で評量し混合する。なお、使用する原料粉末は、焼結体が前記した化学組成になるものであれば、特に限定されず、いかなる無機化合物の粉末を用いてもよい。
【００３６】
上記いずれの原料粉末の組合せにおいても、焼結体における結晶相がコーディエライトとムライトとサフィリンの３相となるように、適切な焼成温度、保持時間を選択し、焼結させることが好ましい。また、特に、原料粉末がコーディエライト粉末とアルミナ粉末との組合せの場合は、未反応のアルミナ相が残留しないようにすることが望ましい。焼結体中に結晶相としてアルミナ相が残ると、アルミナ相の残留量の精密な制御は困難であるので、所望の熱膨張係数から外れるおそれがある。評量した混合原料は、良好な焼結特性を得るために、平均粒径（Ｄ50）が１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以下になるまで湿式で粉砕し、乾燥する。
このように、コーディエライト粉末の平均粒径を小さくすることにより、強度の高い緻密質の焼結体にできる。なお、この平均粒径は、レーザー回折法により測定した値である。
【００３７】
粉砕の方法に特に制限はなく、例えばボールミル、アトライター、ビーズミル、ジェットミル等により粉砕することができる。このとき、通常の条件よりもより平均粒径を小さくすることができる条件で粉砕を行う。例えば、ボールミルを用いた場合には、使用するボールを小さくし、適切な粘度、処理時間を選択することで、より小さな平均粒径の粉末を得ることができる。なお、粉砕は、天然のコーディエライト鉱石に対して行ってもよい。
【００３８】
次に、得られたコーディエライト粉末とアルミナ粉末との混合粉末、あるいはコーディエライト粉末とムライト粉末とマグネシア粉末との混合粉末を、所定形状に成形する。成形の方法に特に制限はなく、一般的な成形法を使用できる。例えば、静水圧プレスにより１００ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下の加圧力をかけて成形することができる。また、混合粉末に有機バインダを加えた混合物を混練し、これをプレス成形や押出し成形、シート成形等により所定形状に成形することもできる。成形により得られる形状にも特に制限はなく、用途に応じて種々の形状とすることができる。例えば、円板状等の板状とすることができる。
【００３９】
次いで、得られた成形体を、大気中で１４００℃以上１４５０℃以下の温度で1〜４８時間加熱することによって焼成する。前記したように、コーディエライト粉末とアルミナ粉末とを本発明の焼結体の原料粉末として用いる場合、アルミナの残存を避け、結晶相をコーディエライトとムライトとサフィリンのみにするには、原料の平均粒径を２μｍ以下にするとともに、１４３０℃以上の温度で５時間以上加熱して焼成することが好ましい。
【００４０】
焼成温度が低すぎると、粉体の粒子同士が十分に焼結せず、十分な強度が得られない。一方、高すぎると、焼結体の一部が溶解して、焼結体が破損する、所望の寸法の焼結体が得られない、などの不具合発生のおそれが高まる。また、原料粉末としてコーディエライト粉末とムライト粉末とマグネシア粉末とを用いる場合には、コーディエライト粉末とアルミナ粉末とを原料粉末とする場合に比べて、結晶相をコーディエライトとムライトとサフィリンの３相のみにし易い。原料の平均粒径を２μｍ以下にするとともに、焼成温度は１４１０〜１４４０℃の温度とし、１時間以上加熱して焼成することが好ましい。
【００４１】
最高温度での保持時間に特に制限はないが、例えば１〜１２時間、さらに好ましくは２〜８時間である。焼成雰囲気にも特に制限はなく、例えば、大気雰囲気、窒素、アルゴン雰囲気等の不活性雰囲気、水素、または水素と窒素の混合雰囲気等の還元性雰囲気を選択できる。
【００４２】
こうして、本発明の実施形態のコーディエライト質焼結体を得ることができる。その後、この焼結体をより緻密化することが好ましい。緻密化は、例えば、熱間等方静水圧プレスによって行うことができる。具体的には、熱間等方静水圧プレスにより、１００ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下の加圧力をかけつつ、１０００℃以上１３５０℃以下の温度で加熱することにより、焼結体をより緻密化できる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
【００４４】
実施例１〜５、比較例１，２
＜セラミックス焼結体の作製＞
実施例１〜３および実施例５においては、電融法により製造されたコーディエライト粉末（ＡＧＣセラミックス社製；ＥＬＰ−１５０ＦＩＮＥ、平均粒径１４．１μｍ）に、平均粒径が０．２μｍのアルミナ粉末（住友化学社製；ＡＫＰ５０）を、表１に示す原料粉末組成になるように加えた。
実施例４においては、前記コーディエライト粉末にムライト粉末（共立マテリアル社製；ＫＭ１０１、平均粒径０．８μｍ）およびマグネシア粉末（高純度化学社製；４ＮＧ）を、表１に示す原料粉末組成になるように加えた。
さらに、比較例１および２においては、前記コーディエライト粉末に前記アルミナ粉末とクレイ粉末（Kentucky-Tennessee Clay社製；＃５Clay、平均粒径１．９μｍ）を、表１に示す原料組成になるように加えた。そして、混合粉末に対して、高純度アルミナボールを有するボールミルを用い、エタノールを分散媒として湿式混合粉砕を行った。粉砕後の原料粉末の平均粒径（Ｄ50）を、レーザー散乱法（測定装置；ＨＯＲＩＢＡ製 Ｐａｒｔｉｃａ ＬＡ-９５０２）によって測定したところ、表１に示す値が得られた。
【００４５】
次いで、得られた混合粉末を、室温で１８０ＭＰａの静水圧プレスをかけて成形した後、大気中において、実施例１〜３では１４５０℃で５時間加熱し、実施例４および５では１４３０℃で２時間加熱して、それぞれ焼成を行った。また、比較例１においては１４１０℃で５時間加熱し、比較例２においては１４１０℃で２時間加熱して焼成を行った。その後、得られた焼結体を、１３００℃において１４５ＭＰａの加圧力で熱間等方静水圧プレスし、緻密化した。
【００４６】
以上の工程を経て得られた焼結体の化学組成を、ガラスビード蛍光Ｘ線分析法により測定した。原料粉末の組成（コーディエライト、アルミナ、クレイ、ムライトおよびマグネシアの質量の合計を１００％とする。）、粉砕後の原料粉末の平均粒径（Ｄ50）、焼成温度、および焼結体の蛍光Ｘ線分析による化学組成分析の結果を、それぞれ表１に示す。蛍光Ｘ線分析の結果は、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＭｇＯの質量の合計を１００質量％としたときのそれぞれの割合（質量％）を示す。なお、得られた焼結体においては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯの３成分以外の物質の含有量の合計は、焼結体全体の１．５質量％未満であった。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
また、実施例１〜５および比較例１および２で得られたセラミックス焼結体について、構成する結晶相を以下に示すようにして調べた。また、セラミックス焼結体の物性（ヤング率、かさ密度、開気孔率、比剛性、熱膨張係数、曲げ強度およびワイブル係数）を、それぞれ以下に示すようにして測定した。これらの結果を表２に示す。
【００４９】
＜物性等の測定・評価方法＞
（ａ）結晶相
結晶相の確認は、Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製、装置名；ＲＩＮＴ２５００）により結晶を同定することにより行った。測定は、ＣｕＫα線を使用し、電圧および電流はそれぞれ４０ｋＶ、２００ｍＡとした。
そして、得られたＸ線スペクトルにおいて、サフィリン相のピーク(２７．０°≦２θ≦２７．５°)の強度Ｉｓと、コーディエライト相のピーク(２８．３°≦２θ≦２９．０°)の強度Ｉｃとの比が０．００１以上（Ｉｓ／Ｉｃ≧０．００１）であるとき、サフィリン相が存在するとした。ムライト相の確認も同様に行った。すなわち、ムライト相のピーク(３０．７°≦２θ≦３１．３°)の強度Ｉｍとコーディエライト相のピーク強度Ｉｃとの比が０．００１以上（Ｉｍ／Ｉｃ≧０．００１）であるとき、ムライト相が存在するとした。
【００５０】
（ｂ）ヤング率
セラミックス焼結体のヤング率は、ＪＩＳ  Ｒ１６０２（１９９５）で定める超音波パルス法によって測定した。
【００５１】
（ｃ）かさ密度および開気孔率
セラミックス焼結体のかさ密度および開気孔率は、ＪＩＳ  Ｒ１６３４（１９９８）で定めるアルキメデス法によって測定した。
【００５２】
（ｄ）比剛性
セラミックス焼結体の比剛性は、前記方法で求められた（ｂ）ヤング率を（ｃ）かさ密度で除することで算出した。
【００５３】
（ｅ）熱膨張係数
レーザヘテロダイン干渉式熱膨張計(ユニオプト社製、装置名；ＣＴＥ−０１)を用いて、セラミックス焼結体の２１℃〜２３℃における熱膨張係数を測定した。
【００５４】
（ｆ）曲げ強度
セラミックス焼結体の曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１（２００８）で定める方法によって、４点曲げ強さを測定した。試験治具は、外部支点間距離３０ｍｍ、内部支点間距離１０ｍｍのものを用いた。
【００５５】
（ｇ）ワイブル係数
セラミックス焼結体のワイブル係数は、前記曲げ強度の測定結果に対して、ＪＩＳ  Ｒ１６２５（２０１０）で定める方法で算出した。試験片数Ｎは３０とした。
【００５６】
【表２】
2013100216.tif 000004
【００５７】
表２から、以下のことがわかる。すなわち、実施例１〜５では、コーディエライトにムライトおよびサフィリンを含有させて結晶相とすることにより、熱膨張係数をコーディエライトに近い低熱膨張率（−０．２×１０−６/℃以上０．２×１０−６/℃以下）の範囲に調整しつつ、高いヤング率および比剛性を有する焼結体を得ることができた。
【００５８】
実施例１〜５について、表１に示す原料粉末全体に対するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の質量の割合と、表２に示す焼結体の熱膨張係数との関係を示すグラフ（以下、Ａｌ２Ｏ３−ＣＴＥの関係グラフと示す。）を作成した。このグラフを図１に示す。なお、実施例４においては、原料粉末としてアルミナ粉末を用いていないので、添加したムライト粉末の成分分析表からアルミナ量を求め、この値を基にして算出された割合を、図１に示した。
【００５９】
図１に示すように、本発明の酸化物セラミックス焼結体においては、熱膨張係数が０（ゼロ）の前後で、アルミナの含有量（含有割合）に対して、熱膨張係数が直線的に変化（上昇）することが見出された。したがって、本発明の酸化物セラミックス焼結体では、熱膨張係数を高い精度で制御することが容易になる。
【００６０】
このようにアルミナ含有量に対して熱膨張係数が直線的に変化するのは、本発明の酸化物セラミックス焼結体が、安定な結晶相であるコーディエライトとムライトとサフィリンとの３相から実質的に形成されたものであるからである。実施例４および５では、熱膨張係数として、０に極めて近い０．００２×１０−６／℃および−０．００２×１０−６／℃がそれぞれ得られたが、これは、実施例１〜３について作成されたＡｌ２Ｏ３−ＣＴＥの関係グラフから、熱膨張係数（ＣＴＥ）が０（ゼロ）となるアルミナ含有量を計算し、その値に合わせて調製した結果である。
【００６１】
さらに、実施例４および５では、曲げ強度が２００ＭＰａ以上で、曲げ強度のワイブル係数が１２以上と高い値が得られた。特に、コーディエライト粉末とムライト粉末とマグネシア粉末とを原料粉末として用いた実施例４では、曲げ強度２３０ＭＰａ以上、ワイブル係数１３以上が得られた。
【００６２】
また、表２からわかるように、実施例１〜５においては、５６．５×１０６ｍ２/ｓ２以上の比剛性を有する焼結体が得られ、特に実施例２〜５においては、５７．０×１０６ｍ２/ｓ２以上の比剛性を有する焼結体が得られた。
【００６３】
これに対して、比較例１および２の焼結体では、結晶相としてコーディエライトとムライトを含有し、サフィリンを含有していないので、０（ゼロ）に近い極めて低い熱膨張率を有しているものの、実施例１〜５の焼結体に比べてヤング率および比剛性が低いものであった。したがって、半導体製造装置用の部材として使用した場合、十分な制振性を達成することができない。また、比較例１および２の焼結体では、曲げ強度のワイブル係数が９未満と低い値であり、強度のばらつきが大きく、信頼性は高くないという結果であった。
【００６４】
実施例６、比較例３
＜セラミックス焼結体の安定性＞
実施例６では、焼成時の保持温度の１４３０℃から１０００℃までの冷却速度を表３に示すように変えた以外は、実施例４と同様にしてセラミックス焼結体を製造した。また、比較例３では、焼成時の保持温度の１４１０℃から１０００℃までの冷却速度を表３に示すように変えた以外は、比較例２と同様にしてセラミックス焼結体を製造した。実施例６および比較例３で得られたセラミックス焼結体の結晶相、前記冷却速度および２１℃〜２３℃における熱膨張係数を、実施例４および比較例２についてのそれとともに、表３に示す。
【００６５】
【表３】
2013100216.tif 000005
【００６６】
表３から、実施例４および実施例６のセラミックス焼結体は、冷却速度の違いに関わらず、ほぼ同じ熱膨張係数を有することがわかった。一方、比較例２と比較例３のセラミックス焼結体では、冷却速度の違いにより熱膨張係数に大きな差異が生じた。この結果から、本発明のセラミックス焼結体は、熱膨張係数に関して高い安定性を有することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、室温付近における熱膨張係数が０（ゼロ）に極めて近いうえに、低密度で高い剛性および高い比剛性を有する酸化物セラミックス焼結体を得ることができる。そして、この酸化物セラミックス焼結体を、半導体露光プロセス等における精密機器の部材として用いることで、室温付近の温度変化に伴う部材の寸法変化や、高速移動直後の静止時に発生する部材の振動を抑制し、半導体装置の生産性や測定精度を向上させることができる。さらに、本発明の製造方法により、安定性、信頼性の高い前記酸化物セラミックス焼結体を得ることができる。
【図１】
2013100216.tif 000006