(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユークリプタイト６０〜７５体積％と酸化アルミニウム２５〜４０体積％とからなるミラー用低熱膨張セラミックスであって、前記セラミックスの最大気孔径が３μｍ未満であり、かつ、 前記セラミックスの室温における熱膨張係数が１．２×１０-6 ／℃〜２．５×１０-6 ／℃であり、ヤング率が１５０ＧＰａ以上であることを特徴とするミラー用低熱膨張セラミックス。
【請求項２】
ユークリプタイト６０〜７５体積％と酸化アルミニウム２５〜４０体積％を混合した粉末を成形後、常圧焼結した後に熱間静水圧加圧処理をすることを特徴とする請求項１に記載のミラー用低熱膨張セラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッパ等の半導体製造装置に用いられる低熱膨張セラミックスに関し、特に、室温における熱膨張係数を１．２×１０-6 ／℃〜２．５×１０-6 ／℃、ヤング率を１５０ＧＰａ以上としたミラー用低熱膨張セラミックスおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステッパ（半導体露光装置）では、ステージの上にミラーが固定された構造をしており、ミラーにレーザーを照射してステージの移動距離を測定する。したがって、ステージとミラーとの位置関係がずれると、半導体製品の歩留まり低下を招く原因となっている。そこで、従来一般には、ステージとミラーには同じ材質が用いられ、剛性および緻密性とさらに低熱膨張性が要求されるため窒化珪素や炭化珪素が多く用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ミラーには高い反射率が要求されるため、反射面を鏡面研磨加工する必要があるが、しかし、窒化珪素や炭化珪素は硬度が非常に高く、研磨が困難であるという課題があった。また、これらの材料は大気中での焼成が不可能であり、窒素やアルゴン等の不活性ガスの存在下で焼成するため、工程が煩雑となるという課題もあった。
【０００４】
本発明は、これらの課題を解決するために鋭意検討して完成したもので、その目的は、大気中で焼結することが可能であり、しかも低熱膨張で鏡面研磨加工が容易なセラミックス材料であって、半導体露光装置用材料として好適なミラー用低熱膨張セラミックスを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した本発明の目的は、ユークリプタイト６０〜７５体積％と酸化アルミニウム２５〜４０体積％とからなるミラー用低熱膨張セラミックスであって、前記セラミックスの最大気孔径が３μｍ未満であり、かつ、 前記セラミックスの室温における熱膨張係数が１．２×１０-6 ／℃〜２．５×１０-6 ／℃であり、ヤング率が１５０ＧＰａＰａ以上であるミラー用低熱膨張セラミックスによって達成される。
【０００６】
また、本発明の目的は、ユークリプタイト６０〜７５体積％と酸化アルミニウム２５〜４０体積％を混合した粉末を成形後、常圧焼結した後に熱間静水圧加圧処理をすることを特徴とするミラー用低熱膨張セラミックスの製造方法によって達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に関わるミラー用材料としては、室温における熱膨張係数が窒化珪素や炭化珪素と略同等であり、かつ、硬度の低い材料が適している。しかもミラーには、露光中のぶれを防止するためにも、剛性の高い材料が求められる。
そこで、本発明者らは、大気中で焼成可能な酸化物から負の熱膨張係数を持ち硬度の低い材料と、正の熱膨張係数を持ち剛性の高い材料とを複合させる方法を試みた。
鋭意研究を重ねた結果、負の熱膨張係数を持ち硬度の低い材料としてはユークリプタイトを、正の熱膨張係数を持ち剛性の高い材料としては酸化アルミニウムを用いることで、上記目的を達成できることを見出した。
【０００８】
すなわち本発明は、ユークリプタイト５５〜８０体積％と酸化アルミニウム２０〜４５体積％を複合することで室温における熱膨張係数を０．７×１０-6／℃〜３．０×１０-6 ／℃、ヤング率を１３０ＧＰａ以上に制御した低熱膨張セラミックスに関わる。
【０００９】
ここで室温における熱膨張係数を窒化珪素や炭化珪素と略同等とするためには、さらに望ましくは、ユークリプタイト６０〜７５体積％と酸化アルミニウム２５〜４０体積％を複合することで室温における熱膨張係数を１．２×１０-6 ／℃〜２．５×１０-6 ／℃、ヤング率を１５０ＧＰａ以上に制御した本発明のミラー用低熱膨張セラミックスが好ましい。
【００１０】
ここで、酸化アルミニウムの含有率を前記した数値に限定した理由は、それぞれの下限値より酸化アルミニウムの含有率が少ないと熱膨張係数とヤング率が所望の値より小さくなるからであり、それぞれの上限値より酸化アルミニウムの含有率が多いと熱膨張係数が所望の値より大きくなり好ましくないからである。
【００１１】
次に、本発明では、前記ミラー用低熱膨張セラミックスの最大気孔径が３μｍ未満であることを提案している。ここで、本発明で定義している最大気孔径とは、焼結して得られたセラミックス表面を鏡面研磨した後に、その研磨面中の１０箇所について走査型電子顕微鏡にて観察したときの最大気孔径を言う。
【００１２】
本発明で、前記低熱膨張セラミックスの最大気孔径が３μｍ未満であることを提案している理由は、本セラミックスをミラー材料として使用する場合、ミラーでは鏡面研磨した面を反射面とするが、内部に気孔（ポア）が残存していると反射率が低下し、半導体製品の歩留まり低下を招くからである。
【００１３】
そこで、本発明のミラー用低熱膨張セラミックスは、組織を緻密化してミラーに適した材質とする必要があり、その製造方法として、ユークリプタイト６０〜７５体積％と酸化アルミニウム２５〜４０体積％を混合した粉末を成形後、常圧焼結した後に熱間静水圧加圧処理をすることを提案している。
【００１４】
以下に本発明を更に詳細に説明する。
（１）評価用試料の作製
平均粒径４μｍの市販のユークリプタイト粉末、および平均粒径１μｍの酸化アルミニウム粉末を体積％で８５：１５〜５０：５０の割合で配合した。各々の粉末をボールミルで粉砕・混合し、バインダを混入してスプレードライヤにて造粒した。一軸成形後１５０ＭＰａでＣＩＰし、大気中において１３００℃で常圧焼結した。
得られた焼結体を２等分に切断し、１つは熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）処理を行った。ＨＩＰ処理は、アルゴンガスを媒体として、温度１２５０℃、圧力１５００ｋｇ／ｃｍ2の条件で３ｈ行った。
【００１５】
（２）評価
ＨＩＰ処理して得られたＨＩＰ処理品から各種評価用試験片を切り出し、熱膨張係数とヤング率を測定した。熱膨張係数はレーザー熱膨張計を用いて室温（２５℃）における値を測定し、ヤング率は共振法（ＪＩＳ  Ｒ１６０２「ファインセラミックスの弾性率試験方法」）を用いて測定した。それらの結果を表１にまとめて示した。（ここで、表中の配合量とは酸化アルミニウムの配合量を体積％で示したものであり、残部は、ユークリプタイトである。）
【００１６】
【表１】
0003970629.tif 000002
【００１７】
表１の結果より、酸化アルミニウムを２０〜４５体積％（残部は、ユークリプタイト５５〜８０体積％である）とすることで室温における熱膨張係数を０．７×１０-6／℃〜３．０×１０-6／℃、ヤング率を１３０ＧＰａ以上に制御した低熱膨張セラミックスが得られることが確認できた。さらに好ましくは、酸化アルミニウムを２５〜４０体積％（残部は、ユークリプタイト６０〜７５体積％である）とすることで室温における熱膨張係数を１．２×１０-6 ／℃〜２．５×１０-6 ／℃、ヤング率を１５０ＧＰａ以上に制御した本発明のミラー用低熱膨張セラミックスが得られることが確認できた。このようにすれば、室温における熱膨張係数を窒化珪素（１．４×１０-6 ／℃）や炭化珪素（２．３×１０-6 ／℃）と略同等とすることが可能である。
【００１８】
次に、酸化アルミニウムが３５体積％（残部は、ユークリプタイト６５体積％である）の常圧焼結体（比較例）とＨＩＰ処理品（実施例）の各々から１０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出し、鏡面研磨を行った。その研磨面中の任意の１０箇所について走査型電子顕微鏡にて３０００倍の倍率で観察したときの最大気孔径を求めた。また、研磨面を光学顕微鏡で観察し、視野１ｍｍ2内の３μｍ以上の気孔数を５箇所について観察しその個数の平均値を求めた。その結果を表２に示した。
【００１９】
【表２】
0003970629.tif 000003
【００２０】
表２の結果より明らかなように、本発明による低熱膨張セラミックスは、最大気孔径が３μｍ未満と小さくなり、３μｍ以上の気孔が皆無であることが確認できた。
【００２１】
次に、従来のセラミックスおよび本発明によるセラミックスを鏡面研磨するのに要する時間を比較した。単位面積あたりの荷重を一定にし、１μｍのダイヤモンド砥粒を用いて表面粗さＲａが０．５μｍから０．０２μｍとなるまでの研磨に要する時間を測定した。
その結果、窒化珪素は１ｈ、炭化珪素が１ｈ以上必要であったのに対し、本発明の実施例であるＨＩＰ処理品（ユークリプタイト６５体積％と酸化アルミニウム３５体積％からなる低熱膨張セラミックス）では３０分と、非常に短い時間で研磨処理することが可能であった。
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば大気中で焼結することが可能であり、低熱膨張で研磨加工が容易な半導体露光装置用材料として好適なミラー用低熱膨張セラミックスが得られることが分かった。
【００２３】
【発明の効果】
従来の窒化珪素や炭化珪素をステージとしたステッパにおいて、熱膨張係数を窒化珪素や炭化珪素と略同等として、かつ鏡面研磨が容易なミラー用材料を提供できる効果がある。