JP2005114805A - 光学系ミラー - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の高温プロセスで形成したミラー用反射膜は、残留応力により、超精密な平面粗さを得ることが困難なばかりか、その研磨条件によっては膜に亀裂が生じるという課題があった。本発明によれば、亀裂のない反射膜の形成が容易であり、放熱性に優れ、なおかつ超精密な表面粗さと平面度を有している光学系ミラーが得られる。
【解決手段】 強化材がＳｉＣであり、該強化材の含有率が40〜80体積％であるＳｉＣ−Ｓｉ複合材料により基体を構成し、該基体の少なくとも一面を鏡面研磨し、これにより得られた鏡面上にダイヤモンドライクカーボンの平滑膜を形成して光学系ミラーを得る。
【選択図】 なし
Description
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光学系ミラー、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系ミラーに関するものである。
近年、精巧な光学系を搭載した装置に使用される光学系ミラーは、益々精密な表面粗さと平面度を有することが要求されている。
精巧な光学系を搭載した装置として、たとえば、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おいては、これを満足するために、高速化による力の増大に耐えるようヤング率が高く、環境変化に強くなるよう熱伝導率が高く、熱膨張係数の低い炭化珪素系セラミックが用いられつつある。
さらには、基体としてＳｉＣ-Ｓｉ複合材料を用い、その表面にＳｉＣ膜とＡｌ膜を積層して光学系ミラーを作製する技術も開示されている（例えば、特許文献1参照）。
特開平１５−５７４１９号公報
精巧な光学系を搭載した装置として、たとえば、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おいては、これを満足するために、高速化による力の増大に耐えるようヤング率が高く、環境変化に強くなるよう熱伝導率が高く、熱膨張係数の低い炭化珪素系セラミックが用いられつつある。
さらには、基体としてＳｉＣ-Ｓｉ複合材料を用い、その表面にＳｉＣ膜とＡｌ膜を積層して光学系ミラーを作製する技術も開示されている（例えば、特許文献1参照）。
しかしながら、炭化珪素を基体とする場合、炭化珪素の焼結体（熱伝導率約150W／mK）は比較的熱伝導率が高いが、その製造方法が焼結法であるため表面に微小な孔が多数存在しており、その上面に形成される膜の平滑度に影響を与えるという課題がある。この孔の中に入った光は孔の内壁で反射・散乱を繰り返し、反射率が悪化するという欠点がある。
また、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を基体とする場合、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料にラップ加工を施すと、ＳｉＣとＳｉとの硬度に差があるために、Ｓｉが先に加工されてしまい、ＳｉＣがラウンド状に残り表面の平坦性は低くなり、仮にＡｌ膜を蒸着させたとしても得られるミラーの平面度が悪くなるため、Ａｌ膜の蒸着に先立ちＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を形成する必要がある。しかし、ＣＶＤ法によるＳｉＣ膜の形成は一般に高温プロセスであり、1000℃を超える温度で形成されることも珍しくはない。そのため、基体との熱膨張係数の一致がきわめて重要である。基体としてＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を用いた場合は、比較的熱膨張係数が近いため表面に膜を形成することも可能であるが、ＳｉＣ膜の熱膨張係数はその結晶方位によりわずかに異なり、高温プロセスで形成した膜にはわずかではあるが残留応力が生じ、超精密な平面粗さを得ることが困難なばかりか、その研磨条件によっては膜に亀裂が生じる場合があるという課題があった。
また、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を基体とする場合、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料にラップ加工を施すと、ＳｉＣとＳｉとの硬度に差があるために、Ｓｉが先に加工されてしまい、ＳｉＣがラウンド状に残り表面の平坦性は低くなり、仮にＡｌ膜を蒸着させたとしても得られるミラーの平面度が悪くなるため、Ａｌ膜の蒸着に先立ちＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を形成する必要がある。しかし、ＣＶＤ法によるＳｉＣ膜の形成は一般に高温プロセスであり、1000℃を超える温度で形成されることも珍しくはない。そのため、基体との熱膨張係数の一致がきわめて重要である。基体としてＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を用いた場合は、比較的熱膨張係数が近いため表面に膜を形成することも可能であるが、ＳｉＣ膜の熱膨張係数はその結晶方位によりわずかに異なり、高温プロセスで形成した膜にはわずかではあるが残留応力が生じ、超精密な平面粗さを得ることが困難なばかりか、その研磨条件によっては膜に亀裂が生じる場合があるという課題があった。
したがって、本発明の目的は、亀裂のない反射膜の形成が容易であり、放熱性に優れ、なおかつ超精密な表面粗さと平面度を有している光学系ミラーを得ることを目的としている。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究した結果、100℃程度という従来より著しく低い温度で緻密な膜を形成できるダイヤモンドライクカーボンが光学系ミラーの平滑膜として好適であることを見出して本発明を完成した。
即ち本発明の目的は、下記する手段により達成される。
（１）基体がＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなり、該基体の少なくともミラーとなる面にダイヤモンドライクカーボンの平滑膜を形成したことを特徴とする光学系ミラー。
（２）前記複合材料の強化材がＳｉＣであり、該強化材の含有率が40〜80体積％であることを特徴とする（１）記載の光学系ミラー。
即ち本発明の目的は、下記する手段により達成される。
（１）基体がＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなり、該基体の少なくともミラーとなる面にダイヤモンドライクカーボンの平滑膜を形成したことを特徴とする光学系ミラー。
（２）前記複合材料の強化材がＳｉＣであり、該強化材の含有率が40〜80体積％であることを特徴とする（１）記載の光学系ミラー。
以下に詳細に説明する通り、本発明の光学系ミラーによれば、放熱性に優れ、なおかつ超精密な表面粗さと平面度を有している光学系ミラーを得ることが可能となる。
以下、本発明の光学系ミラーについて、更に詳しく説明する。
上記で述べたように本発明の光学系ミラーは、基体がＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなり、該基体の少なくとも該基体の少なくともミラーとなる面にダイヤモンドライクカーボンの平滑膜を形成したことを特徴とするものである。（請求項1）
上記で述べたように本発明の光学系ミラーは、基体がＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなり、該基体の少なくとも該基体の少なくともミラーとなる面にダイヤモンドライクカーボンの平滑膜を形成したことを特徴とするものである。（請求項1）
ここで、本発明でダイヤモンドライクカーボンを用いたのは、100℃程度という従来より著しく低い温度で緻密な膜を形成できるために残留応力が少なく、亀裂等の問題なく大面積への膜形成が可能であるからである。
また、ダイヤモンドライクカーボンは、チャンバ内に導体を介して被処理物となる基体を配し、被処理物周囲をプラズマ状態とした上で、前記導体に負の高電圧パルスを印加して、被処理物にイオン誘引を行う表面改質方法により得られ、かかる成膜プロセスによって、厚さが10〜40μmに達するダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。したがって、Ａｌ膜の蒸着の場合と比べ、膜厚が十分厚いため、鏡面研磨の前処理であるＣＶＤ法によるＳｉＣ膜の形成を省略できる。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜の成膜手法として、陰極アーク法やスパッタリング成膜法を用いてもよい。
また、ダイヤモンドライクカーボンは、チャンバ内に導体を介して被処理物となる基体を配し、被処理物周囲をプラズマ状態とした上で、前記導体に負の高電圧パルスを印加して、被処理物にイオン誘引を行う表面改質方法により得られ、かかる成膜プロセスによって、厚さが10〜40μmに達するダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。したがって、Ａｌ膜の蒸着の場合と比べ、膜厚が十分厚いため、鏡面研磨の前処理であるＣＶＤ法によるＳｉＣ膜の形成を省略できる。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜の成膜手法として、陰極アーク法やスパッタリング成膜法を用いてもよい。
そのダイヤモンドライクカーボン膜を形成する基体としては、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料が好ましい。ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料（熱伝導率約200W／mK）は、焼結ＳｉＣ（熱伝導率約150W／mK）等の従来の基体に比して熱伝導率が高く、放熱性に優れているという作用を持つ。
また、焼結ＳｉＣは、その製造方法が焼結法であるため表面に微小な孔が多数存在しており、その上面に形成される膜の平滑度に影響を与えるという課題がある。この孔の中に入った光は孔の内壁で反射・散乱を繰り返し、反射率が悪化するという欠点がある。この点に関しても、本発明のＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を基体として用いると、その製造方法がＳｉの凝固膨張を利用する方法であるので、緻密な表面を形成できるという優位性がある。
また、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ等のセラミックスは絶縁体であるが、ＳｉＣ−Ｓｉ合材料は導電体である。従って、ダイヤモンドライクカーボン膜を形成するに際し、前処理として基体に電極を形成する必要がなく、工程を簡略化できるという利点も有している。
また、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ等のセラミックスは絶縁体であるが、ＳｉＣ−Ｓｉ合材料は導電体である。従って、ダイヤモンドライクカーボン膜を形成するに際し、前処理として基体に電極を形成する必要がなく、工程を簡略化できるという利点も有している。
本発明では、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなる基体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、ダイヤモンドライクカーボンを成膜し、例えばラップ加工により平面度が0.1μm以下、表面粗さRaが1nm以下になるように鏡面加工し、平滑膜と成せば、本発明の光学系ミラーを得ることができる。
さらに、これにより得られた鏡面上に、ダイヤモンドライクカーボンを成膜し、例えばラップ加工により平面度が0.1μm以下、表面粗さRaが1nm以下になるように鏡面加工し、平滑膜と成せば、本発明の光学系ミラーを得ることができる。
また、本発明の光学系ミラーは、前記複合材料の強化材がＳｉＣであり、該強化材の含有率が40〜80体積％であることを特徴ととしている。（請求項2）
ここで、ＳｉＣ強化材の含有率を40〜80体積％に限定したのは、ＳｉＣ含有率が40体積％より少ないと場合では、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。さらには、熱伝導率が150W／mK以下に低下し好ましくない。また、ＳｉＣ含有率を80体積％以下とする理由は、これよりＳｉＣ含有率が多いと緻密なＳｉＣ−Ｓｉ複合材料が得られなくなるからである。
ここで、ＳｉＣ強化材の含有率を40〜80体積％に限定したのは、ＳｉＣ含有率が40体積％より少ないと場合では、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。さらには、熱伝導率が150W／mK以下に低下し好ましくない。また、ＳｉＣ含有率を80体積％以下とする理由は、これよりＳｉＣ含有率が多いと緻密なＳｉＣ−Ｓｉ複合材料が得られなくなるからである。
以下、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。
〔実施例〕
市販のＳｉＣ粉末の粗粒（信濃電気精錬社製、平均粒径50μｍ）60重量部と微粒（信濃電気精錬社製、平均粒径10μｍ）40重量部に有機バインダーとしてフェノール樹脂10重量部（炭素換算３重量部）を混合し、プレス成形した後、窒素雰囲気中で1000℃の温度で3時間加熱処理を行った。これにより、フェノール樹脂は炭化されＳｉＣ充填率70体積％のプリフォームを得た。得られたプリフォームと金属Ｓｉとをアルゴン雰囲気中で1500℃の温度で3時間保持して溶融したＳｉとプリフォーム中に含まれている炭素とを反応させてＳｉＣとすると同時にＳｉを浸透させることによりＳｉＣ−Ｓｉ複合材料（強化材ＳｉＣの含有率は、７０体積％）を作製した。
〔実施例〕
市販のＳｉＣ粉末の粗粒（信濃電気精錬社製、平均粒径50μｍ）60重量部と微粒（信濃電気精錬社製、平均粒径10μｍ）40重量部に有機バインダーとしてフェノール樹脂10重量部（炭素換算３重量部）を混合し、プレス成形した後、窒素雰囲気中で1000℃の温度で3時間加熱処理を行った。これにより、フェノール樹脂は炭化されＳｉＣ充填率70体積％のプリフォームを得た。得られたプリフォームと金属Ｓｉとをアルゴン雰囲気中で1500℃の温度で3時間保持して溶融したＳｉとプリフォーム中に含まれている炭素とを反応させてＳｉＣとすると同時にＳｉを浸透させることによりＳｉＣ−Ｓｉ複合材料（強化材ＳｉＣの含有率は、７０体積％）を作製した。
得られたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からφ200×t10mmの試験片を切り出し、一面をラップ加工により鏡面研磨しミラーとなる面を得た。次に、得られた鏡面上にイオン注入法によりダイヤモンドライクカーボン膜を20μmの厚さに成膜した。さらに、このダイヤモンドライクカーボン膜をラップ加工により平面度が0.1μm以下、表面粗さRaが1nm以下になるように鏡面加工して平滑膜となし、光学系ミラーを作製した。
このようにして得られた光学系ミラーの反射率を測定したところ、反射率は90%であり、光学系ミラーとして十分な反射率が得られた。
このようにして得られた光学系ミラーの反射率を測定したところ、反射率は90%であり、光学系ミラーとして十分な反射率が得られた。
［比較例］
実施例と同様の方法で得られたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料から、同形状（φ200×t10mm）の試験片を切り出し、一面をラップ加工により鏡面研磨した。次に、この鏡面にCVD法でＳｉＣ皮膜を20μmの厚さに成膜した。さらに、このＳｉＣ膜をラップ加工したが、表面粗さRaが1nm以下に達する前に、膜内に亀裂が発生し、光学系ミラーを得ることができなかった。
実施例と同様の方法で得られたＳｉＣ−Ｓｉ複合材料から、同形状（φ200×t10mm）の試験片を切り出し、一面をラップ加工により鏡面研磨した。次に、この鏡面にCVD法でＳｉＣ皮膜を20μmの厚さに成膜した。さらに、このＳｉＣ膜をラップ加工したが、表面粗さRaが1nm以下に達する前に、膜内に亀裂が発生し、光学系ミラーを得ることができなかった。
Claims (2)
- 基体がＳｉＣ−Ｓｉ複合材料からなり、該基体の少なくともミラーとなる面にダイヤモンドライクカーボンの平滑膜を形成したことを特徴とする光学系ミラー。
- 前記複合材料の強化材がＳｉＣであり、該強化材の含有率が40〜80体積％であることを特徴とする請求項１記載の光学系ミラー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003345418A JP2005114805A (ja) | 2003-10-03 | 2003-10-03 | 光学系ミラー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003345418A JP2005114805A (ja) | 2003-10-03 | 2003-10-03 | 光学系ミラー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2005114805A true JP2005114805A (ja) | 2005-04-28 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010002776A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Canon Electronics Inc | マイクロミラーデバイス、光走査装置及び画像形成装置 |
| JP2022164770A (ja) * | 2019-01-09 | 2022-10-27 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置およびリングアセンブリ |
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2003
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