JP4062059B2

JP4062059B2 - 低熱膨張セラミックス部材およびその製造方法ならびに半導体製造装置用部材

Info

Publication number: JP4062059B2
Application number: JP2002327037A
Authority: JP
Inventors: 靖樹吉富; 学田中
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP2004161512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路あるいは液晶集積回路などを作製する際に、半導体ウェーハあるいは液晶ガラス基板に露光処理を施す際に用いられる半導体あるいは液晶露光装置用部材、具体的には真空チャック、ステージあるいはステージ位置測定ミラーなどの半導体製造プロセスにおける治具などに適した、コーディエライト、スポジューメンまたはユークリプタイトを主体とする低熱膨張セラミックス部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩなどの高集積化に伴い、回路の超微細化が進められ、その線幅は半導体においては０．１ミクロンを切るレベルにまで到達しようとしている。そして、このような回路を形成するための露光装置に要求される精度も年々高くなってきており、それに伴い、露光装置に使用される部材として熱膨張係数の低いものが開発されてきている。たとえば、コーディエライトを８０質量％以上、望ましくは希土類元素を酸化物換算で１〜２０質量％含有し、気孔率が０．１％以下、１０〜４０℃における熱膨張係数が１×１０^-6／℃以下である緻密質低熱膨張セラミックスからなる半導体製造装置用部材が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、コーディエライトを８０質量％以上、望ましくは希土類元素を酸化物換算で１〜２０質量％含有し、気孔率が０．５％以下、カーボン含有量が０．１〜２．０質量％であり、１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下である低熱膨張性黒色セラミックスおよびそのような緻密質低熱膨張セラミックスからなる半導体製造装置用部材が開示されている（特許文献２参照）。
【０００４】
さて、回路の超微細化が進むにつれて、半導体あるいは液晶ガラス基板の露光精度を確保するため、たとえば、露光装置用真空チャック、ステージ位置測定ミラー向けの材料には、低い熱膨張係数および高い剛性（ヤング率）が求められる。従来より、低熱膨張材として利用されてきた材料のうち、石英、β−スポジューメン、チタン酸アルミニウム、結晶化ガラスなどは、剛性に問題がある。一方、従来の緻密質コーディエライト材、あるいは、コーディエライトを主成分とする低熱膨張セラミックス（特許文献１、特許文献２参照）、あるいは、ユークリプタイトを主成分とする低熱膨張セラミックス（特許文献３参照）は、低い熱膨張係数および製品として使用し得るレベルの高い剛性という上記の条件を満たし得る。
【０００５】
これらのセラミックスは、一般には常圧焼結、高圧付与のホットプレス焼結あるいはＨＩＰ焼結などの手法により、焼結される。しかし、この焼結により素材には応力が残留する。また、焼結後の加工においても、加工面には応力が残留する。かかる残留応力により、製品は変形および割れなどの影響を受けることとなる。
【０００６】
たとえば、変形においては、これらのセラミックスは前述のとおり製品として使用しうるレベルの剛性を備えてはいるが、アルミナまたはＳｉＣセラミックスに比べて約１／２〜１／３程度のヤング率しか備えておらず、付加された応力により変形しやすい。また、焼結または加工工程で製品に付与された残留応力が瞬間的にあるいは長期間をかけて解放される際に、製品は変形し、たとえば、平面度が変化するなど、精度が狂いやすい。さらに、このように長期間をかけて製品平面度などの製品精度の経時変化が発生した場合、折角、初期に高精度に加工したとしても残留応力解放要因による製品精度が変化し、あらためて修正加工が必要とされるケースが生じうる。一方、割れにおいては、焼結体を所望の形状に加工する際に加工応力が素材に付与され、素材中に残留応力があれば、加工割れが発生するリスクが高まる。
【０００７】
さて、研削加工により製品表層に生じたマイクロクラックによる素材強度回復策としては、たとえば、セラミックス焼結体を所定の形状に研削加工した後、８００〜１１００℃で１〜２４時間の熱処理を施す方法があり、これにより研削加工の際に生じたミクロな鋭角状の切欠きが丸められ、機械的強度が向上することができる（特許文献４参照）。また、研削加工が施された焼結体に最後に加熱処理として１０００〜１５５０℃の温度で０．１〜６時間にわたり加熱処理する方法があり、マイクロクラックの先端部が丸みを帯びるようになり、割れ感受性が低下し、プラズマイオンの照射を受けてもセラミックス粒子の飛散を抑止することが可能である（特許文献５参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２０９１７１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−３４３１６８号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２０００−２１９５７２号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開昭６３−５５１８０号公報
【００１２】
【特許文献５】
特許３１２６６３５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらはいずれもアルミナ、窒化ケイ素、ＳｉＣなど高いヤング率を有し、応力により変形しにくいセラミックスに対するマイクロクラック対策であり、コーディエライトなどの低熱膨張セラミックスのように比較的ヤング率が低く、応力の解放により変形が生じやすいセラミックス製品について精度の向上を図るという課題認識はない。
【００１４】
本発明の課題は、コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトなどを含む低熱膨張セラミックス部材において、加工による割れを抑え、高精度に仕上げた表面の残留応力を極小にし、かつ精度の変化を極小にするための処理方法を明らかにし、高精度を維持した部材を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題に対し鋭意研究を重ねた結果、１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下で、気孔率が０．５％以下のセラミックスの焼結後、最終の加工工程までの間に、５００〜１２００℃で０．３〜２００時間の熱処理を少なくとも１回行なうことにより、加工による割れを抑え、セラミックス部材の表面における残留応力を低減し、高精度を維持した低熱膨張セラミックス部材を製造することができることを見出した。かかる熱処理は、セラミックスの焼結後、最初の加工工程までの間に、５００〜１２００℃で０．３〜２００時間の熱処理を行ない、最終の加工工程の直前に、５００〜１１００℃で０．３〜２００時間の熱処理をさらに行なう態様が望ましい。また、熱処理においては、加熱後、６００℃以下の温度までの冷却速度を毎時２０℃以下とすることが望ましい。
【００１６】
本発明の低熱膨張セラミックス部材は、１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下で、気孔率が０．５％以下の低熱膨張セラミックスからなり、残留応力が２０ＭＰａ以下であることを特徴とし、かかるセラミックスとしては、コーディエライトと、スポジューメンと、ユークリプタイトとからなる群より選択された少なくとも１種を含むものが好適である。また、本発明の半導体製造装置用部材は、１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下で、気孔率が０．５％以下で、残留応力が２０ＭＰａ以下である低熱膨張セラミックス部材からなることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（低熱膨張セラミックス部材の製造方法）
本発明の低熱膨張セラミックス部材の製造方法は、セラミックスの焼結後、最終の加工工程までの間に、５００〜１２００℃で０．３〜２００時間の熱処理を少なくとも１回行なうことを特徴とする。かかる熱処理を施すことにより、焼結時あるいは加工時に付与された残留応力を緩和して、加工時の割れのリスクを低減し、セラミックス部材の製品精度を高く維持することができるようになる。セラミックス部材の表面における残留応力を２０ＭＰａ以下にすると、精度変化を低減することができる。部材表面の残留応力は、加工時の割れをより少なくし、製品精度をより高める点で、１５ＭＰａ以下が望ましい。ここに加工とは、セラミックスの焼結後に行なう厚み加工、外径加工、両面粗研磨加工または両面精度出し研磨加工などを指す。コーディエライト、ユークリプタイトなどの低熱膨張セラミックスは低強度材であるため、残留応力があると、加工時の加工応力により割れが生じやすい。
【００１８】
熱処理の温度は、５００〜１２００℃とする。５００℃未満では応力の解放は少なくなり、１２００℃より高温では、素材の変形が大きくなる。なお、最高温度については、たとえば、コーディエライトを主成分とする場合は、１２００℃を上限とし、スポジューメンを主成分とする場合は、１１５０℃を上限とし、また、ユークリプタイトを主成分とする場合は、１１００℃を上限とするのが望ましい。
【００１９】
熱処理の時間は、０．３〜２００時間とする。たとえば、外径３０ｍｍ程度の小型製品であれば０．３時間が最低必要で、０．３時間未満では充分な効果が望めない。また、外径３００ｍｍ以上の大型製品においては、２時間以上が望ましく、より望ましくは３時間以上である。処理時間は長い方が効果があるが、２００時間を超える処理時間は実用上困難である。
【００２０】
熱処理の回数は、少なくとも１回である。たとえば、加工毎に予め熱処理を実施するなど、製品の特性に影響を及ぼさない範囲内で、何度実施しても良い。また、製品の要求精度により、たとえば、１回だけの熱処理としてもよい。
【００２１】
熱処理の時期は、セラミックスの焼結後、最終の加工工程までの間である。焼結や加工により付与された残留応力を緩和し、割れおよび変形を抑制するためである。熱処理の時期は、セラミックスの焼結後、最初の加工工程までの間、および最終の加工工程の直前に行なうことが望ましい。セラミックスの焼結後、最初の加工工程までの間に熱処理を行なうことにより、焼結時に焼結体に残留している応力を解放し、以降の加工時に付与される加工応力による製品の割れを抑えることができる。
【００２２】
焼結後、最初の加工工程までの間に熱処理を行なうことにより、焼結体中の残留応力を緩和できるが、その後の加工工程で製品表面に応力が付与されるため、加工工程における残留応力によって、製品加工中の精度、あるいは製品化後の製品精度を高く維持することができなくなる可能性がある。そのため、製品化直前において、たとえば、最終の精度出し加工前に熱処理を行なうのが望ましい。熱処理により応力が解放し、これに伴い加工品の形状がわずかに変形するから、熱処理後に最終の精度出し加工を行なうことにより、所期の形状寸法に調整することができる。なお、最終の精度出し加工によっても製品に応力が付与されるが、かかる応力は微小であるため、影響は小さい。
【００２３】
最終の加工工程の直前に行なう熱処理は、５００〜１１００℃で０．３〜２００時間とするのが望ましい。処理温度が、５００℃未満では応力の解放は少なく、製品の変形を抑えるためには１１００℃以下とするのが望ましい。処理時間は、０．３〜２００時間とするのが望ましい。外径３０ｍｍ程度の小型製品でも０．３時間未満では充分な効果が望めない。また、外径３００ｍｍ以上の大型製品においては、２時間以上が望ましく、より望ましくは３時間以上である。処理時間は長い方が効果があるが、２００時間を超える処理時間は実用上困難である。
【００２４】
熱処理における冷却操作は、加熱後、６００℃以下の温度までの冷却速度を、毎時２０℃以下で徐冷することが望ましい。加熱により残留応力は緩和するが、冷却時の温度勾配が大きいと、製品に温度分布が大きく生じ、それにより残留応力が付与されるためである。最高温度から毎時２０℃以下の温度で徐冷する温度範囲（以下、「徐冷区間」という。）は、６００℃あるいは、それ以下の温度までとするのが望ましい。徐冷区間の下限は、６００℃以下の温度まで行なえば、残留応力が付与されるのを低減することができるが、たとえば、下記に示す転移点を下回る温度とすると、より望ましい。
【００２５】
図２に、温度変化と熱膨張係数の変化の関係を示す。図２は、純度９９％以上で平均粒径３μｍのコーディエライト粉末、平均粒径１μｍの窒化珪素粉末、平均粒径０．１μｍのカーボン粉末を、各々９６．５ｖｏｌ％、２ｖｏｌ％、１．５ｖｏｌ％となるように調合し、焼結して得たサンプル（３ｍｍ×３ｍｍ×１５ｍｍ）について、線膨張計により熱膨張係数を測定して作成したものである。測定条件は、
（１）測定区間：ＲＴ〜１３５０℃
（２）加熱速度：１０℃／分
（３）測定環境：Ｎ₂ガスフロー中
コーディエライトなどの低熱膨張セラミックスの場合、図２に示すように温度の上昇に従い、熱膨張係数は直線的に増加するが、たとえば、３００〜６００℃の間でグラフに屈曲が見られる。この屈曲が生じる温度（以下、「転移点」と称する。）以下まで徐冷することが望ましい。転移点以下の温度では、徐冷による残留応力の緩和や製品平面度の抑制効果はあまり見られないため、たとえば１００℃以下の温度まで徐冷しても時間がかかるばかりであり、転移点以下で、３００〜４００℃程度の温度を徐冷区間の下限とすることが望ましい。
【００２６】
熱処理炉は、主原料以外の添加材が非酸化物である場合、または、カーボン分を添加材として使用している場合においては、窒素またはアルゴン雰囲気に置換が可能な炉を使用する。真空炉に、これらの不活性ガスを置換する手法が望ましいが、製品の導電性や膨張係数などの特性に悪影響がない範囲ならば、たとえば真空構造でなく、ガスフローのみの炉であっても使用は可能である。真空炉を使用する場合には、炉内は真空ではなく、少なくとも０．５気圧以上のガス圧がある方が望ましい。これは、真空ならば、製品への熱伝達が輻射および熱伝導に頼る必要があって、炉内の位置により温度分布が生じやすくなり、製品に温度分布が発生すると、製品の残留応力が強くなりやすいためである。一方、ガス圧があれば、熱伝達に炉内の対流が加わるため、製品への熱伝達が比較的均一に進行し、製品の温度分布を小さくし、製品の残留応力を抑えることができる。主原料以外の添加材が酸化物である場合には、大気雰囲気炉、たとえばガス炉や電気炉を使用することができる。
【００２７】
本発明の低熱膨張セラミックス部材の製造方法において使用するセラミックスは、１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下であり、気孔率が０．５％以下である。１０〜４０℃における熱膨張係数を０．５×１０^-6／℃以下と限定しているのは、高精度が要求される部材においては使用時の温度変化による精度への影響が無視できないからである。たとえば、露光装置用真空チャックまたはステージ位置測定ミラー向け材料では、１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下、より望ましくは０．３×１０^-6／℃以下である。一方、気孔率を０．５％以下と限定しているのは、０．５％より大きくなると、強度およびヤング率などの特性が低下するためであり、また、たとえば、製品をＳｉウェーハ搭載用の治具として使用した場合においては、気孔へのパーティクル付着によるウェーハ自体の精度変化、および製品の吸水による精度変化が問題となるからである。
【００２８】
かかるセラミックスは、コーディエライト、スポジューメン、ユークリプタイトまたはそれらの組合せを主材とするものが好適である。低熱膨張材として知られているチタン酸アルミニウムは、緻密化が困難であり、緻密化できたとしても剛性が低く使用に耐えることができない。前述したとおりスポジューメンは、それ自体剛性が比較的低いが、比較的高い剛性を有するコーディエライトまたはユークリプタイトとともに焼結体を構成することにより、剛性の高いセラミックス材料をもたらすことができる。
【００２９】
かかるセラミックスには、必要な特性に応じて、４ａ族元素、５ａ族元素もしくは６族の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物、ＳｉＣ、Ｂ₄Ｃ、窒化珪素またはカーボン源を、低熱膨張性を阻害しない程度に添加しても良い。また、セラミックスは、希土類元素を含んでいても、含まなくともよい。希土類元素の化合物、典型的には希土類元素酸化物を使用しなくとも、下記に示すような製造方法により十分緻密な低熱膨張セラミックスを得ることができる。
【００３０】
かかるセラミックスは、具体的には、つぎの方法により焼結する。主材としては、平均粒径が１０μｍ以下、たとえば、２〜３μｍのコーディエライト粉末、β−スポジューメン粉末、β−ユークリプタイト粉末のうちの少なくとも１種を使用する。特性上、必要に応じて、４ａ族元素、５ａ族元素もしくは６族の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物、ＳｉＣ、Ｂ₄Ｃ、窒化珪素またはカーボン源を低熱膨張性を阻害しない程度に添加する。これらは市販されているが、カーボン源については粉末カーボンでもフェノール樹脂やフラン樹脂などを使用しても良い。
【００３１】
熱処理前の焼結体の調製方法には、たとえば、つぎの３種の方法がある。第１の方法としては、常圧で焼結する方法がある。まず、原料を調合し、アルコールまたは水などの溶媒を加え、必要に応じて、ＰＶＡやアクリル樹脂などの樹脂バインダを配合してボールミル混合し、乾燥させて、原料粉末を得る。得られた粉末から、金型プレス成形あるいはＣＩＰ成形などの手法によって、成形体を得る。その成形体を所望の形状に生加工し、焼結を実施する。
【００３２】
焼結は、大気雰囲気、不活性雰囲気または非酸化性雰囲気下で実施し、たとえば、コーディエライト主材においては１３００〜１４５０℃、β−スポジューメン主材においては１２００〜１３５０℃、β−ユークリプタイト主材においては１１５０〜１３００℃などの焼結温度が適している。得られた焼結体は、研削や研磨などにより所望の製品形状に機械加工することができる。
【００３３】
焼結体の別の調製方法としては、ホットプレス焼結をする方法がある。この方法は、まず、原料を調合し、アルコールや水などの溶媒でボールミル混合する。それを乾燥させて、原料粉末を得、この原料粉末を窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下でホットプレスにより焼結する。たとえば、コーディエライト主材においては１３００〜１４５０℃で４．９〜４９ＭＰａ、β−スポジューメン主材においては１２００〜１３５０℃で４．９〜４９ＭＰａ、β−ユークリプタイト主材においては１１５０〜１３００℃で４．９〜４９ＭＰａなどの条件が適している。得られた焼結体は、研削や研磨などにより所望の製品形状に機械加工することができる。
【００３４】
焼結体の別の調製方法としては、高温等方加圧焼結（ＨＩＰ）をする方法がある。この方法によれば、たとえば、常圧で焼結したコーディエライト主材の焼結体を、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下、１２５０〜１４００℃、雰囲気圧力が２０〜２００ＭＰａなどの条件で焼結する。得られた焼結体は、研削や研磨などにより所望の製品形状に機械加工することができる。
【００３５】
（低熱膨張セラミックス部材）
本発明の低熱膨張セラミックス部材は、１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下で、気孔率が０．５％以下のセラミックスからなり、残留応力が２０ＭＰａ以下であることを特徴とする。焼結時または加工時に付与された残留応力が緩和されているため、セラミックス部材の製品精度を高く維持することができる。セラミックスとしては、コーディエライトと、スポジューメンと、ユークリプタイトとからなる群より選択された少なくとも１種を含むものが好適である。
【００３６】
（半導体製造装置用部材）
本発明の半導体製造装置用部材は、１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下で、気孔率が０．５％以下のセラミックスで、残留応力が２０ＭＰａ以下である低熱膨張セラミックス部材からなることを特徴とする。かかる半導体製造装置用部材は、表面の残留応力が低いため変形が少なく、精度の経時変化も小さい。したがって、特に、高精度が要求される露光装置用真空チェック、ステージ部材などの半導体製造装置用部材あるいは液晶製造装置用部材、加えて、光学精密部品や精密測定治具類など幅広い分野に適用することができる。
【００３７】
【実施例】
実施例１
純度９９％以上で平均粒径３μｍのコーディエライト粉末、平均粒径１μｍの窒化珪素粉末、平均粒径０．１μｍのカーボン粉末を、各々９６．５ｖｏｌ％、２ｖｏｌ％、１．５ｖｏｌ％となるように調合した後、溶媒としてエタノールを使用し、ボールミルで２４時間混合した。得られた混合物を乾燥した後、１３８０℃で窒素雰囲気下、４９ＭＰａの圧力下でホットプレス焼結した。得られた焼結体のサイズは外径３２０ｍｍ×高さ２３ｍｍであり、気孔率は０．１％以下であり、１０〜４０℃における熱膨張係数は０．１×１０^-6／℃であった。
【００３８】
焼結体の気孔率は、外径３２０ｍｍ×高さ２３ｍｍの試料について、アルキメデス法により測定した。また、焼結体の熱膨張係数は、３ｍｍ×３ｍｍ×１５ｍｍの試料について、レーザ干渉法により測定した。レーザ干渉法は、レーザ熱膨張計を用いて、ヘリウム中、温度１０〜４０℃、昇温速度１℃／分で測定した。
【００３９】
得られた焼結体を、図１の製法１に示す方法で処理した。すなわち、焼結体に、第１回目の熱処理を施した後、厚み加工、外径加工、両面粗研磨加工、第２回目の熱処理をし、最後に両面精度出し加工を行なった。また、第１回目の熱処理は、１１００℃で５時間、４００℃までの冷却速度１５℃／時とした。厚み加工は、ロータリ平面研削盤により、素材の厚さ２０．１ｍｍ、平面度１０μｍ程度になるように粗加工を実施した。平面度は、接触型真直度測定機（測定子は電気マイクロメータを使用した。）を用いて評価した。
【００４０】
外径加工は、万能研削盤により、外径３００ｍｍに仕上げた。両面粗研磨加工は、両面研磨機で平均粒径１０μｍのダイヤモンド砥粒を使用し、素材の両面を同時に研磨をした。加工後の両面の平面度は２〜３μｍであった。第２回目の熱処理は、１０００℃で２０時間、３５０℃までの冷却速度１５℃／時とした。最後の両面精度出し加工は、片面研磨機により、平均粒径４μｍのダイヤモンド砥粒を使用し、素材の片面ずつ研磨した。加工後の両面の平面度は、０．５〜１．０μｍであり、加工後、外径３００ｍｍ×高さ２０ｍｍの円板状になるようにした。
【００４１】
得られたセラミックス部材について、平面度の変化と残留応力を測定した。平面度の変化は、最終加工日から１日後と、１０日後の平面度を測定し、両面の平面度の平均値を計算し、最初の平面度からの変化量で表した。残留応力は、表１に示す条件で測定し、最終加工直後の表面の残留応力を、表、裏の各面について、外周部２方向（箇所）、中心部２方向（箇所）測定し、表裏全８方向（箇所）の平均値を計算し、この絶対値をもって残留応力とした。平面度の変化と残留応力の測定結果を表２に示す。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【表２】

【００４４】
実施例２
実施例１における第１回目の熱処理条件を、９００℃で４０時間、４００℃までの冷却速度１０℃／時とし、また、第２回目の熱処理条件を、４００℃で１００時間、３５０℃までの冷却速度１０℃／時とした以外は、実施例１と同様にして、セラミックス部材を製造し、平面度変化および残留応力を測定した。その結果を表２に示す。
【００４５】
実施例３
実施例１で実施した製造方法を、図１における製法２とし、第１回目の熱処理時間を８時間とした以外は、実施例１と同様にして、セラミックス部材を製造し、平面度変化および残留応力を測定した。その結果を表２に示す。
【００４６】
実施例４
実施例３で実施した熱処理条件を、８００℃で１００時間、４００℃までの冷却速度１０℃／時とした以外は、実施例３と同様にして、セラミックス部材を製造し、平面度変化および残留応力を測定した。その結果を表２に示す。
【００４７】
比較例１
実施例１で実施した製造方法を、図１における製法３とし、熱処理を一切行なわなかった以外は、実施例１と同様にして、セラミックス部材を製造し、平面度変化および残留応力を測定した。その結果を表２に示す。
【００４８】
比較例２
実施例１における第１回目の熱処理を、２５０℃で２００時間、１５０℃までの冷却速度１０℃／時とし、また、第２回目の熱処理を、２５０℃で２００時間、１００℃までの冷却速度１０℃／時とした以外は、実施例１と同様にして、セラミックス部材を製造し、平面度変化および残留応力を測定した。その結果を表２に示す。
【００４９】
比較例３
実施例３で実施した熱処理を、２５０℃で２００時間とした以外は、実施例３と同様にして、セラミックス部材を製造し、平面度変化および残留応力を測定した。その結果を表２に示す。
【００５０】
表２の結果から明らかなとおり、実施例１〜実施例４においては、最終加工日から１日後の平面度変化は０．０〜０．１５μｍであり、また、最終加工から１０日後の平面度変化はいずれも０．３μｍ以下であり、精度が高く維持されていた。これに対して、比較例１〜比較例３においては、１０日後の平面度変化が１．５〜２μｍであり、本発明の実施例と比較して精度の維持が困難であることがわかった。
【００５１】
また、残留応力については、実施例１〜実施例４では５〜１５ＭＰａであるのに対して、比較例１〜比較例３では２５〜４０ＭＰａであり、本発明の実施例では熱処理により製品表面の残留応力が十分に緩和されていることがわかった。また、セラミックス部材の表面の残留応力を２０ＭＰａ以下とすることにより、精度変化を低減できることがわかった。
【００５２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の低熱膨張セラミックス部材は、焼結時または加工時に付与された残留応力が緩和されているため、セラミックス部材の製品精度を高く維持することができる。かかる低熱膨張セラミックス部材は、セラミックスの焼結後、最終の加工工程までの間に、５００〜１２００℃で０．３〜２００時間の熱処理を少なくとも１回行なうことにより製造することができる。本発明の半導体製造装置用部材は、表面の残留応力が低いため変形が少なく、精度の経時変化も小さい。したがって、特に、高精度が要求される半導体製造装置用部材、液晶製造装置用部材、光学精密部品および精密測定治具類などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼結後、最終加工工程が終了するまでの、低熱膨張セラミックス部材の製造方法を示す工程図である。
【図２】温度変化と熱膨張係数の変化の関係を示す図である。

Claims

１０〜４０℃における熱膨張係数が０．５×１０^-6／℃以下で、気孔率が０．５％以下の低熱膨張セラミックスからなり、残留応力が２０ＭＰａ以下であることを特徴とする低熱膨張セラミックス部材。
前記低熱膨張セラミックスが、コーディエライトと、スポジューメンと、ユークリプタイトとからなる群より選択された少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の低熱膨張セラミックス部材。
セラミックスの焼結後、最終の加工工程までの間に、５００℃以上、１２００℃以下の温度で０．３〜２００時間の熱処理を少なくとも１回行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
セラミックスの焼結後、最初の加工工程までの間に、５００℃以上、１２００℃以下の温度で０．３〜２００時間の熱処理を行ない、最終の加工工程の直前に、５００℃以上、１１００℃以下の温度で、０．３〜２００時間の熱処理をさらに行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
前記熱処理において、加熱後、６００℃以下の温度までの冷却速度が、毎時２０℃以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
請求項１または２に記載の低熱膨張セラミックス部材からなる半導体製造装置用部材。