JP3946132B2 - 位置測定用ミラーおよびミラー用部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置のステージ等の試料を水平に保持する試料ステージに設けられ、照射光を反射させて位置測定用の反射光を得て精密位置合わせを行う位置測定用ミラーおよびミラー用部材に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体回路は益々精細化、高集積化する傾向にあり、それにともなって、露光装置に対してはより高い精度が要求され、露光の際の位置合わせ誤差が製品の品質向上や歩留まり向上を左右しており、露光の際にいかに高精度で位置合わせを行うかが課題となっている。
【０００３】
この露光の際の位置合わせのための位置測定は、レーザー光をミラーで反射させて位置測定用の反射光を得ることによって行っているため、その際の測定精度は、このような位置測定用のミラーに負うところが大きく、このミラーの材料として金属よりも熱膨張係数が小さいアルミナや窒化珪素などが用いられてきた。
【０００４】
しかしながら、近時における半導体回路の飛躍的な微細化にともない、ミラー用材料としてアルミナや窒化珪素では、熱膨張係数が十分とはいえず所要の精度を得難くなってきつつある。
【０００５】
これに対して、特許文献１には、ステージ位置測定ミラーとして適用可能な材料としてコージェライトを主体とする低熱膨張セラミックスが開示されている。コージェライトを主体とする低熱膨張セラミックスは熱膨張係数を安定して１×１０−６／℃以下とすることができ、ガラスよりも高い剛性を示すので、より優れたミラー特性を得ることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２０９１７１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウエハ、マスク材の大型化による露光装置の大型化にともない、装置部品の重量増加が問題となっており、特に、位置測定用ミラーは長尺状であって長さが５００〜１２００ｍｍにもなり、その重量によりステージが移動・停止したときの位置決め精度が低下するため、さらなる軽量化が求められている。
【０００８】
位置測定ミラーの軽量化の方法としては、その内部を中空構造にすることが考えられるが、セラミックスを機械加工で中空構造にすることは、非常に困難である。また、溝を設けた部材に蓋部材をガラスにより接合する方法も考えられるが、長尺形状の場合、母材と接合層との熱膨張差による残留応力により反射面の平面度に経時変化が生じてしまい、測定精度が経時的に低下してしまう。また、ガラスは剛性が低いため、接合後の部材全体の剛性が低下し、高速移動時の歪みが生産性低下をもたらす。
【０００９】
また、ミラーの反射部を軽量な基台に接着または機械固定することにより軽量化する方法も考えられるが、軽量基台とミラー反射部との熱膨張差により高い測定精度が得られない。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、困難性や特性の劣化をもたらすことなく軽量化を図ることができ、測定精度の高い位置測定用ミラーおよびミラー用部材を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、▲１▼低熱膨張セラミックスで溝部を有する部材およびその溝部を塞ぐ部材を構成し、これら部材をこれらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してミラー本体またはミラー部材として用いることにより、また、▲２▼低熱膨張セラミックスで多孔質の部材および反射膜が形成される面を有する緻密質の部材を、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合することにより、機械加工の困難性や、熱膨張率差および低剛性の問題が生じることなく軽量化を図ることができることを見出した。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づいて完成されたものであり、以下の（１）〜（８）を提供する。
（１）試料を水平に保持する試料ステージに設けられ、照射光を反射させて位置測定用の反射光を得る位置測定用ミラーであって、ミラー本体と、その表面に設けられた反射膜とを有し、前記ミラー本体は、低熱膨張セラミックスからなるとともに少なくとも一方に溝部を有する第１の部材および第２の部材を、当該溝部が中空部となるように、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなり、前記反射膜が形成される面の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下であることを特徴とする位置測定用ミラー。
（２）上記（１）において、前記ミラー本体の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることを特徴とする位置測定用ミラー。
（３）上記（１）、（２）において、前記第１および第２の部材を構成する低熱膨張セラミックスならびに前記接合材を構成する低熱膨張セラミックスが、いずれも、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、Ｂ４Ｃから選ばれる１種以上の第２の材料とが複合してなる複合材料で構成されていることを特徴とする位置測定用ミラー。
（４）上記（１）〜（３）において、母材と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを特徴とする位置測定用ミラー。
（５）試料を水平に保持する試料ステージに設けられ、照射光を反射させて位置測定用の反射光を得る位置測定用ミラーに用いる部材であって、低熱膨張セラミックスからなるとともに少なくとも一方に溝部を有する第１の部材および第２の部材を、当該溝部が中空部となるように、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなり、反射膜が形成される面の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下であることを特徴とするミラー用部材。
（６）上記（５）において、前記ミラー本体の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることを特徴とするミラー用部材。
（７）上記（５）、（６）において、前記第１および第２の部材を構成する低熱膨張セラミックスならびに前記接合材を構成する低熱膨張セラミックスが、いずれも、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、Ｂ４Ｃから選ばれる１種以上の第２の材料とが複合してなる複合材料で構成されていることを特徴とするミラー用部材。
（８）上記（５）〜（７）において、母材と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを特徴とするミラー用部材。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の位置測定用ミラーが搭載された露光装置用ステージ機構を示す平面図である。この露光装置用ステージ機構は半導体ウエハ１０を載置するステージ本体１と、ステージ本体１をＸ方向に移動させるＸ方向モータ２と、ステージ本体１をＹ方向に移動させるＹ方向モータ３と、ステージ本体１の端部に固定されＹ方向に延材する角柱状をなすＸ方向位置測定用のミラー４と、このＸ方向位置測定用のミラー４と直交するようにステージ本体１の端部に設けられた角柱状をなすＹ方向位置測定用のミラー５と、Ｘ方向位置測定用のミラー４にレーザー光を照射するＸ方向位置測定用レーザー干渉計６と、Ｙ方向位置測定用のミラー５にレーザー光を照射してするＹ方向位置測定用レーザー干渉計７とを有している。
【００１４】
Ｘ方向位置測定用およびＹ方向位置測定用のミラー４、５は、図２の側面図に示すように、ミラー本体１１と、ミラー本体１１のレーザー光が照射される表面に形成された反射膜１２とを有している。
【００１５】
第１の実施形態では、ミラー本体１１は、図３の（ａ）の部分断面斜視図に示すように、低熱膨張セラミックスで構成された溝部１４を有する第１の部材１３と、同様の低熱膨張セラミックスで構成された溝部１４を塞ぐ蓋として機能する第２の部材１５とが、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材１６で接合してなっており、外形が角柱状をなし内部に中空部を有している。また、図３の（ｂ）の部分断面斜視図に示すように、蓋として機能する第２の部材１５ではなく、第１の部材と同様に溝部１４′を有する第２の部材１５′を用いて、溝部１４および１４′が中空部を構成するようにしてもよい。なお、この例では、第１の部材１３の表面に反射層１２が形成されているが、第２の部材１５，１５′の表面に反射層を形成してもよい。
【００１６】
このように接合材１６として被接合材である第１の部材１３および第２の部材１５，１５′よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスを用いることにより、接合に際して接合材１６の溶融温度よりも高く、第１の部材１３および第２の部材１５の溶融温度よりも低い温度で加熱することにより、接合材１６のみが溶融して第１の部材１３と第２の部材１５，１５′とを接合することができる。これにより、内部に中空部を有する接合体が形成され、中実材の場合よりも４０％程度も軽量化することができる。
【００１７】
この場合に、第１の部材１３、または第１の部材１３および第２の部材１５′に先に溝部１４または溝部１４，１４′を形成してから接合すればよいから、溝部の加工を容易に行うことができ、困難性をともなうことなく軽量化を図ることができる。また、接合材１６が低熱膨張セラミックスであるから、第１および第２の部材１３，１５，１５′と同程度の熱膨張係数とすることができ、熱膨張差による測定精度の経時変化が生じ難い。また、接合部に残留する応力が小さく、接合部の剛性が高いため部材全体の剛性が高く、かつ接合部自体の強度がガラスより大きいから接合強度が大きい。
【００１８】
また、第２の実施形態では、ミラー本体１１は、図４の部分断面斜視図に示すように、低熱膨張セラミックスで構成された多孔質の第１の部材２３および同様の低熱膨張セラミックスで構成された反射膜１２が形成される面を有する緻密質の第２の部材２４とが、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材２５で接合してなっており、外形が角柱状をなしている。
【００１９】
このように接合材２５として被接合材である第１の部材２３および第２の部材２４よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスを用いることにより、接合に際して接合材２５の溶融温度よりも高く、第１の部材２３および第２の部材２４の溶融温度よりも低い温度で加熱することにより、接合材２５のみが溶融して第１の部材２３と第２の部材２４とを接合することができる。多孔質の第１の部材２３の存在により、中実材の場合よりも３０％程度も軽量化することができる。
【００２０】
この場合に、多孔質は良好な表面粗さが得られないが、緻密質の第２の部材２４を接合してその面を反射面とするので良好なミラー特性を得ることができる。また、溝部の加工が不要であるから困難性をともなうことなく軽量化を図ることができる。また、接合材２５が低熱膨張セラミックスであるから、第１および第２の部材２３，２４と同程度の熱膨張係数とすることができ、熱膨張差による測定精度の経時変化が生じ難い。また、接合部に残留する応力が小さく、接合部の剛性が高いため部材全体の剛性が高く、かつ接合部自体の強度がガラスより大きいから接合強度が大きい。
【００２１】
ここで、第１および第２の実施形態ともミラー本体１１の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることが好ましい。熱膨張係数が１×１０-6／℃よりも大きい、あるいは−１×１０-6／℃よりも小さいと、僅かな雰囲気温度の変化で１００ｎｍ以上の変形が生じる結果、位置測定精度が低下してしまう。また、第１および第２の実施形態とも、第１および第２の部材と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることが好ましい。熱膨張係数の差がこの範囲を超えると、接合のための熱処理後、冷却過程で内部応力がたまり、強度低下を招くおそれがある。
【００２２】
被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４、ならびに接合材１６，２５を構成する低熱膨張セラミックスは、いずれも２種以上の材料からなる複合材料であることが好ましい。このように被接合材を構成する材料の配合割合を変化させれば、要求される種々の熱膨張に対応することが可能であるし、接合材は被接合材に適合した熱膨張になるように構成材料の配合を変化させることができるから、所望の低熱膨張を有するミラー本体１１を容易に得ることができ、しかも自由度が高い適用が可能である。
【００２３】
被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４、ならびに接合材１６，２５を構成する複合材料としては、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、Ｂ４Ｃから選ばれる１種以上の第２の材料とからなるものが好適である。これら構成材料のうち第１の材料は熱膨張が極めて小さく、第２の材料は熱膨張係数は第１の材料よりも大きいがヤング率が高く、これらを複合化することにより、所望の低熱膨張および高剛性を兼備した材料とすることができる。
【００２４】
上記第１の材料としては、リチウムアルミノシリケートであるβ−ユークリプタイトやスポジューメンが好ましい。また、その中でもβ−ユークリプタイトはマイナスの熱膨張を示すので、プラスの熱膨張を示す第２の材料と組み合わせることにより、極めて低い熱膨張係数を得ることが可能であるし、また、配合を調節することにより熱膨張係数をマイナスからプラスの広い範囲で調節することが可能となる。なお、β−ユークリプタイトやスポジューメンに代表されるリチウムアルミノシリケートは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｋ、Ｔｉ、Ｚｎ等の他の成分と固溶体を形成するが、本発明ではこのような固溶体も適用可能である。
【００２５】
一方、第２の材料は、接合材１６，２５の溶融温度が被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４の溶融温度よりも低くなるように上記材料の中から適宜選択される。
【００２６】
接合材１６，２５を構成する複合材料としては、具体的には、βーユークリプタイトと窒化珪素とからなるものが好ましい。この複合材料は、低熱膨張であり、剛性も高く、溶融温度が１３００〜１３６０℃と比較的低い。本発明において、接合材はその溶融温度よりも高い温度で焼結する低熱膨張セラミックスからなる母材を接合することが可能であるから、このような比較的低温で溶融する接合材は適用範囲が広い。また、上述したようにβ−ユークリプタイトは負の熱膨張係数を有しており、窒化珪素は正の熱膨張係数を有することから、これらの配合比を変えることで、マイナス膨張からプラス膨張まで、任意に熱膨張係数を変化させることが可能であり、したがって、被接合材の熱膨張係数に応じてこれらの配合比を適宜選択することにより、どのような材質の母材も接合部に応力を生じさせずに良好に接合することができる。
【００２７】
なお、被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４、ならびに接合材１６，２５を構成する複合材料において、実質的な化学的反応が生じなければ、第１の材料として複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。また、第２の材料も同様に、実質的な化学的反応が生じなければ、複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。
【００２８】
このように被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４、ならびに接合材１６，２５を構成する低熱膨張セラミックスがいずれも複合材料である場合に、被接合材を構成する複合材料の構成材料のうち１種以上が、接合材を構成する複合材料の構成材料と共通であることが好ましい。これにより、共通の構成材料が拡散しやすく強固に接合することができるとともに、接合面がきれいである。
【００２９】
被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４および接合材１６，２５がいずれも複合材料である場合の具体的材料の組み合わせは、接合材の溶融温度が被接合材の溶融温度よりも低い低熱膨張セラミックスであれば任意であり、種々の組み合わせを採用することができる。その中でも、被接合材としてβ−ユークリプタイトと炭化珪素との複合材料を用い、接合材として上述のβ−ユークリプタイトと窒化珪素との複合材料を用いたものが好適である。β−ユークリプタイトと炭化珪素との複合材料からなる被接合体は、溶融温度が１３７０〜１４３０℃と、接合材を構成するβ−ユークリプタイトと窒化珪素との複合材料の溶融温度である１３００〜１３６０℃よりも高く、接合材を溶融させて接合する際に、被接合材母材を溶融させるおそれがない。しかも、母材と接合材にβ−ユークリプタイトが共通に含まれているから接合が強固であり、さらにこれらはいずれも低熱膨張であり組成を調整することによりほぼ同等の熱膨張係数とすることができ、かつ母材も接合材もともに剛性が高い。この場合に、母材の組成としてはβ−ユークリプタイト５０〜９５質量％と炭化珪素５〜５０質量％であり、接合材の組成としてはβ−ユークリプタイト４０〜８５質量％と窒化珪素１５〜６０質量％であることが好ましい。
【００３０】
なお、必ずしも被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，２４、ならびに接合材１６，２５の両方が複合材料である必要はなく、接合材１６，２５のみが複合材料であってもよい。接合材１６，２５を構成する低熱膨張セラミックスとして複合材料を用いることにより、被接合材に適合した熱膨張になるように構成材料の配合を変化させることができ、適用の自由度を極めて高くすることができる。
【００３１】
ミラー本体１１の反射膜１２が形成される表面の表面粗さはＲａで１０ｎｍ以下とする。これにより反射膜１２形成した後に高い反射率が得られる。好ましくは６ｎｍ以下である。例えば、入射光が波長６３３ｎｍのレーザーの場合の反射率は、表面粗さＲａが１０ｎｍのとき反射率８０％以上、さらに表面粗さ６ｎｍのとき反射率８５％以上の高反射率が得られる。
【００３２】
このようなミラー本体１１は、接合材粉末を適宜のバインダーとともに混練して粘糊性のあるペーストとし、このペーストを介して第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′、２４を接着させ、接合材１６，２５は溶融するけれども第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４は溶融しない温度で熱処理する。これにより、接合材１６，２５が溶融し、一部は第１の部材１３，２３および／または第２の部材１５，１５′、２４に拡散してこれら部材を接合する。
【００３３】
この際の熱処理雰囲気は、材料が全て酸化物系のものであれば、大気雰囲気を用いることができるが、非酸化物系の材料が含まれている場合には、非酸化雰囲気を用いることが好ましい。
【００３４】
また、第１の実施形態の緻密質の第１の部材１３および第２の部材１５、１５′、および第２の実施形態の緻密質の第２の部材２４は、原料粉末、例えば、低熱膨張セラミックス粉末と高ヤング率セラミックス粉末とを所定の割合で混合し、混合粉末をプレス成形等で成形体とし、所定の温度で焼成して焼結体とし、加工することにより製造することができる。焼成条件は、酸化物系材料またはそれに準ずる材料の場合には酸化性雰囲気で焼成すればよいが、非酸化物セラミックスが含まれている場合には、非酸化性雰囲気で焼成することが好ましい。焼結後、反射膜１２が形成される反射面の表面粗さが上述のようにＲａで１０ｎｍ以下になるように鏡面加工され、ミラー面とされる。
【００３５】
また、第２の実施形態における多孔質の第１の部材２３は、どのような形態であってもよいが、主な形態としてフォーム状やフィルタ状が挙げられる。フォーム状の多孔質体を形成する場合には、ボールミルで粉砕・混合したスラリーにカルボキシメチルセルロースやヒドロキシエチルセルロース等のチクソトロピー性を付与可能で形状保持能のあるバインダーを添加し、そのスラリーを粉砕軟質ウレタンフォーム等のフォームに含浸させ、乾燥して焼成する。これにより、フォームが消失した部分が気孔となる多孔質体が形成される。フィルタ状の多孔質体を形成する場合には、セラミックスラリーに気孔の基となる粒子として加熱で分解する有機物、例えば樹脂ビーズ、カーボンビーズ等を混合し、押出、鋳込み、プレス等の適宜の方法で成形し、焼成する。これにより、粒子が消失した部分が気孔となる多孔質体が形成される。
【００３６】
反射膜１２は、ミラー本体１１の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下に鏡面加工されたミラー面に厚さ０．１〜１ｎｍ程度に形成される。具体的には、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属膜を下地として蒸着した後、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の誘電体薄膜と金属膜とを交互に蒸着し、多層構造の反射膜１２を形成する。例えば、Ａｌ−ＳｉＯ２積層膜の場合には、ミラー本体１１の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下でレーザー周波数６３３ｎｍにおいて８０％以上の反射率が得られる。また、Ａｌ−Ｔｉ−ＴｉＯ２積層膜で構成される増反射膜を反射膜１２として形成することにより、特定周波数範囲でＡｌ−ＳｉＯ２積層膜等の通常の反射膜と比較して、約５％の反射率の向上が見込まれ、約８５％以上の極めて高い反射率が得られる。
【００３７】
また、上記複合材料からなるミラー本体１１の上に形成された反射膜の面精度としては、平面度でλ／２０を得ることが可能である。ここで、平面度は、一般的に可視光線の波長である３６０〜７００ｎｍの光による干渉縞から算出され、このような平面度評価に使用されるレーザー干渉計は、レーザー源にＨｅ−Ｎｅレーザー（λ＝６３３ｎｍ）が用いられ、この波長λ＝６３３ｎｍを基準として平面度が示される。通常、反射鏡として要求される平面度はλ／４〜λ／１０程度であるから、λ／２０は極めて高い平面度である。
【００３８】
以上のように、ミラー本体１１に反射膜１２を蒸着等により成膜して位置測定用のミラーが完成されるが、焼成後に焼結体を加工して反射面を１０ｎｍ以下に仕上げたものをミラー用部材として作成し、ユーザー側で反射膜を蒸着するようにしてもよい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを表１のＮｏ．１〜３に示す割合でポットミル混合して乾燥させ、原料混合粉末を作製した。この混合粉末を１２０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形して（Ａ）４０ｍｍ×３５ｍｍ×６２０ｍｍ、（Ｂ）４０ｍｍ×１１ｍｍ×６２０ｍｍの２種類の成形体を作製し、（Ａ）の成形体内部を各壁面から８ｍｍ残すようにくり抜いた。各成形体を５００℃で脱脂した後、窒素雰囲気において１３７０℃で焼成し、β−ユークリプタイトと炭化珪素とが複合されたセラミックス焼結体を得た。得られた焼結体は、（Ａ）３２ｍｍ×２７ｍｍ×５００ｍｍ、（Ｂ）３２ｍｍ×８ｍｍ×５００ｍｍに機械仕上げ加工を施した。
【００４０】
次に、β−ユークリプタイトと窒化珪素を表１に示す割合でポットミル混合して乾燥させ、接合材用の混合粉末を作製した。この混合粉末を無機分が３０ｖｏｌ％となるようにエチルセルロースの１５％α−テルピネオール溶液と混合し、三本ロールを用いてペースト状にし、接合材ペーストを作製した。
【００４１】
上記（Ａ）の成形体の壁面端部および（Ｂ）の成形体の片面の対応する部分に、上記接合材ペーストをスクリーンマスクを用いて厚さ３０μｍに印刷して接合材とした。５００℃で脱脂した後、印刷面同士を接着して１．５ｇ／ｍｍ２の荷重をかけた。引き続き、窒素雰囲気で１３００〜１３５０℃の温度で熱処理し、接合材を溶融させて焼結体（Ａ）、（Ｂ）の間に接合材が介在された接合体を得た。
【００４２】
焼結体（Ａ）の一つの長面を鏡面加工して表面粗さＲａを１０ｎｍ以下とした。したがって、このようにして得られた接合体はミラー本体として機能する。
【００４３】
このミラー本体の鏡面加工した面に、金属膜および誘電体薄膜を交互に蒸着して反射膜を形成した。反射膜としてはＡｌ−ＳｉＯ２積層膜を用いた。
【００４４】
これとは別に、上記焼結体から４ｍｍ×４ｍｍ×１２ｍｍの試験片を切り出し、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製 LIX-1）を用いて２０〜３０℃において試験片の変位量を測定し、熱膨張係数を求めた。また、接合材については、同じ組成の焼結体を作製して同様にして熱膨張係数を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００４５】
また、上記鏡面加工した面の表面粗さを触針式表面粗さ測定機ＴＡＬＹＳＵＲＦ（Ｔａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ社製）により測定した。さらに、反射膜を形成後の反射率は、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光をミラー面に対して垂直に照射し、反射光強度および面精度を測定し、面精度の経時変化を測定した。さらにまた、ミラーの重量も計測した。これらの結果を表２に示す。
【００４６】
（実施例２）
β−ユークリプタイト粉末：５６質量部（Ｄ５０＝５μｍ）、炭化珪素粉末：１８質量部（Ｄ５０＝０．７μｍ）を水媒体でボールミルにて粉砕混合した後、樹脂（球状アクリルビーズ）：２４質量部、バインダ（ポリビニルアルコール）：２質量部を添加し混合してスラリーとした後、スプレー乾燥で顆粒化した。この顆粒を１２０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形し、加工してて４０ｍｍ×３５ｍｍ×６２０ｍｍの成形体を作製し、成形体を５００℃で脱脂した後、窒素雰囲気において１３５０℃で焼成し、β−ユークリプタイトと炭化珪素とが複合された気孔率４０％の多孔質セラミックス焼結体を得た。得られた焼結体は、３２ｍｍ×２７ｍｍ×５００ｍｍ機械仕上げ加工を施した。
【００４７】
一方、実施例１と同様にして、３２ｍｍ×８ｍｍ×５００ｍｍの緻密質のβ−ユークリプタイトと炭化珪素とが複合された焼結体を得、実施例１と同様の接合材および同様の接合方法を用いて上記多孔質焼結体とこの緻密質焼結体を接合し、接合体を得た。
【００４８】
緻密質焼結体の一つの長面を鏡面加工して表面粗さＲａを１０ｎｍ以下とした。したがって、このようにして得られた接合体はミラー本体として機能する。
【００４９】
このミラー本体の鏡面加工した面に、金属膜および誘電体薄膜を交互に蒸着して反射膜を形成した。反射膜としてはＡｌ−ＳｉＯ２積層膜を用いた。
【００５０】
これとは別に、上記焼結体から４ｍｍ×４ｍｍ×１２ｍｍの試験片を切り出し、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製 LIX-1）を用いて２０〜３０℃において試験片の変位量を測定し、熱膨張係数を求めた。また、接合材については、同じ組成の焼結体を作製して同様にして熱膨張係数を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００５１】
また、上記鏡面加工した面の表面粗さを触針式表面粗さ測定機ＴＡＬＹＳＵＲＦ（Ｔａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ社製）により測定した。さらに、反射膜を形成後の反射率は、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光をミラー面に対して垂直に照射し、反射光強度および面精度を測定し、面精度の経時変化を測定した。さらにまた、ミラーの重量も計測した。これらの結果を表２に示す。
【００５２】
（比較例）
表１に示すように、実施例１の焼結体と同様の組成および同様の条件で焼結させた中実の複合材料（Ｎｏ．５）、実施例１と同様の接合体ではあるが接合材としてガラスを用いたもの（Ｎｏ．６）、実施例２と同様の接合体ではあるが接合材としてガラスを用いたもの（Ｎｏ．７）、実施例１と同様の接合体ではあるが、反射面の表面粗さが大きいもの（Ｎｏ．８）でミラー本体を製造したものについて同様に評価した。その結果も表１および表２に示す。
【００５３】
表１および表２に示すように、実施例１、２は、同じ材料の中実材である比較例のＮｏ．５よりも、それぞれ４０％および３０％程度軽量化することができ、また、いずれも熱膨張係数が１．０×１０-6／℃以下と小さく、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であるから反射膜の反射率が８０％以上と十分な値を示し、面精度λ／２０が実現された。また、面精度の経時変化もほとんど生じなかった。
【００５４】
これに対して、同じ複合材料ではあるが中実のＮｏ．５は、上述したように重量が大きく、またガラスを用いて接合したＮｏ．６，７では、面精度が悪く、また面精度の経時変化も生じた。また、反射面の表面粗さが大きいＮｏ．８では、反射率が７０％と低い結果となった。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低熱膨張セラミックスからなるとともに少なくとも一方に溝部を有する第１の部材および第２の部材を、当該溝部が中空部となるように、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してミラー本体を形成し、または、低熱膨張セラミックスからなる、多孔質の第１の部材および前記反射膜が形成される面を有する緻密質の第２の部材を、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してミラー本体を形成し、かつ前記反射膜が形成される面の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下としたので、十分なミラー特性を確保しつつ、困難性や特性の劣化をもたらすことなく軽量化を図ることができ、測定精度の高い位置測定用ミラーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置測定用ミラーが搭載された露光装置用ステージ機構を示す平面図。
【図２】本発明の位置測定用ミラーを示す側面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る位置測定用ミラーを示す部分断面斜視図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る位置測定用ミラーを示す部分断面斜視図。
【符号の説明】
１；ステージ
２；Ｘ方向モータ
３；Ｙ方向モータ
４，５；ミラー
６；Ｘ方向位置測定用レーザー干渉計
７；Ｙ方向位置測定用レーザー干渉計
１０；半導体ウエハ
１１；ミラー本体
１２；反射膜
１３，２３；第１の部材
１５，１５′，２４；第２の部材
１６，２５；接合材
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置のステージ等の試料を水平に保持する試料ステージに設けられ、照射光を反射させて位置測定用の反射光を得て精密位置合わせを行う位置測定用ミラーおよびミラー用部材に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体回路は益々精細化、高集積化する傾向にあり、それにともなって、露光装置に対してはより高い精度が要求され、露光の際の位置合わせ誤差が製品の品質向上や歩留まり向上を左右しており、露光の際にいかに高精度で位置合わせを行うかが課題となっている。
【０００３】
この露光の際の位置合わせのための位置測定は、レーザー光をミラーで反射させて位置測定用の反射光を得ることによって行っているため、その際の測定精度は、このような位置測定用のミラーに負うところが大きく、このミラーの材料として金属よりも熱膨張係数が小さいアルミナや窒化珪素などが用いられてきた。
【０００４】
しかしながら、近時における半導体回路の飛躍的な微細化にともない、ミラー用材料としてアルミナや窒化珪素では、熱膨張係数が十分とはいえず所要の精度を得難くなってきつつある。
【０００５】
これに対して、特許文献１には、ステージ位置測定ミラーとして適用可能な材料としてコージェライトを主体とする低熱膨張セラミックスが開示されている。コージェライトを主体とする低熱膨張セラミックスは熱膨張係数を安定して１×１０−６／℃以下とすることができ、ガラスよりも高い剛性を示すので、より優れたミラー特性を得ることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２０９１７１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウエハ、マスク材の大型化による露光装置の大型化にともない、装置部品の重量増加が問題となっており、特に、位置測定用ミラーは長尺状であって長さが５００〜１２００ｍｍにもなり、その重量によりステージが移動・停止したときの位置決め精度が低下するため、さらなる軽量化が求められている。
【０００８】
位置測定ミラーの軽量化の方法としては、その内部を中空構造にすることが考えられるが、セラミックスを機械加工で中空構造にすることは、非常に困難である。また、溝を設けた部材に蓋部材をガラスにより接合する方法も考えられるが、長尺形状の場合、母材と接合層との熱膨張差による残留応力により反射面の平面度に経時変化が生じてしまい、測定精度が経時的に低下してしまう。また、ガラスは剛性が低いため、接合後の部材全体の剛性が低下し、高速移動時の歪みが生産性低下をもたらす。
【０００９】
また、ミラーの反射部を軽量な基台に接着または機械固定することにより軽量化する方法も考えられるが、軽量基台とミラー反射部との熱膨張差により高い測定精度が得られない。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、困難性や特性の劣化をもたらすことなく軽量化を図ることができ、測定精度の高い位置測定用ミラーおよびミラー用部材を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、▲１▼低熱膨張セラミックスで溝部を有する部材およびその溝部を塞ぐ部材を構成し、これら部材をこれらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してミラー本体またはミラー部材として用いることにより、また、▲２▼低熱膨張セラミックスで多孔質の部材および反射膜が形成される面を有する緻密質の部材を、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合することにより、機械加工の困難性や、熱膨張率差および低剛性の問題が生じることなく軽量化を図ることができることを見出した。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づいて完成されたものであり、以下の（１）〜（８）を提供する。
（１）試料を水平に保持する試料ステージに設けられ、照射光を反射させて位置測定用の反射光を得る位置測定用ミラーであって、ミラー本体と、その表面に設けられた反射膜とを有し、前記ミラー本体は、低熱膨張セラミックスからなるとともに少なくとも一方に溝部を有する第１の部材および第２の部材を、当該溝部が中空部となるように、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなり、前記反射膜が形成される面の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下であることを特徴とする位置測定用ミラー。
（２）上記（１）において、前記ミラー本体の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることを特徴とする位置測定用ミラー。
（３）上記（１）、（２）において、前記第１および第２の部材を構成する低熱膨張セラミックスならびに前記接合材を構成する低熱膨張セラミックスが、いずれも、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、Ｂ４Ｃから選ばれる１種以上の第２の材料とが複合してなる複合材料で構成されていることを特徴とする位置測定用ミラー。
（４）上記（１）〜（３）において、母材と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを特徴とする位置測定用ミラー。
（５）試料を水平に保持する試料ステージに設けられ、照射光を反射させて位置測定用の反射光を得る位置測定用ミラーに用いる部材であって、低熱膨張セラミックスからなるとともに少なくとも一方に溝部を有する第１の部材および第２の部材を、当該溝部が中空部となるように、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなり、反射膜が形成される面の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下であることを特徴とするミラー用部材。
（６）上記（５）において、前記ミラー本体の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることを特徴とするミラー用部材。
（７）上記（５）、（６）において、前記第１および第２の部材を構成する低熱膨張セラミックスならびに前記接合材を構成する低熱膨張セラミックスが、いずれも、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、Ｂ４Ｃから選ばれる１種以上の第２の材料とが複合してなる複合材料で構成されていることを特徴とするミラー用部材。
（８）上記（５）〜（７）において、母材と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを特徴とするミラー用部材。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の位置測定用ミラーが搭載された露光装置用ステージ機構を示す平面図である。この露光装置用ステージ機構は半導体ウエハ１０を載置するステージ本体１と、ステージ本体１をＸ方向に移動させるＸ方向モータ２と、ステージ本体１をＹ方向に移動させるＹ方向モータ３と、ステージ本体１の端部に固定されＹ方向に延材する角柱状をなすＸ方向位置測定用のミラー４と、このＸ方向位置測定用のミラー４と直交するようにステージ本体１の端部に設けられた角柱状をなすＹ方向位置測定用のミラー５と、Ｘ方向位置測定用のミラー４にレーザー光を照射するＸ方向位置測定用レーザー干渉計６と、Ｙ方向位置測定用のミラー５にレーザー光を照射してするＹ方向位置測定用レーザー干渉計７とを有している。
【００１４】
Ｘ方向位置測定用およびＹ方向位置測定用のミラー４、５は、図２の側面図に示すように、ミラー本体１１と、ミラー本体１１のレーザー光が照射される表面に形成された反射膜１２とを有している。
【００１５】
第１の実施形態では、ミラー本体１１は、図３の（ａ）の部分断面斜視図に示すように、低熱膨張セラミックスで構成された溝部１４を有する第１の部材１３と、同様の低熱膨張セラミックスで構成された溝部１４を塞ぐ蓋として機能する第２の部材１５とが、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材１６で接合してなっており、外形が角柱状をなし内部に中空部を有している。また、図３の（ｂ）の部分断面斜視図に示すように、蓋として機能する第２の部材１５ではなく、第１の部材と同様に溝部１４′を有する第２の部材１５′を用いて、溝部１４および１４′が中空部を構成するようにしてもよい。なお、この例では、第１の部材１３の表面に反射層１２が形成されているが、第２の部材１５，１５′の表面に反射層を形成してもよい。
【００１６】
このように接合材１６として被接合材である第１の部材１３および第２の部材１５，１５′よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスを用いることにより、接合に際して接合材１６の溶融温度よりも高く、第１の部材１３および第２の部材１５の溶融温度よりも低い温度で加熱することにより、接合材１６のみが溶融して第１の部材１３と第２の部材１５，１５′とを接合することができる。これにより、内部に中空部を有する接合体が形成され、中実材の場合よりも４０％程度も軽量化することができる。
【００１７】
この場合に、第１の部材１３、または第１の部材１３および第２の部材１５′に先に溝部１４または溝部１４，１４′を形成してから接合すればよいから、溝部の加工を容易に行うことができ、困難性をともなうことなく軽量化を図ることができる。また、接合材１６が低熱膨張セラミックスであるから、第１および第２の部材１３，１５，１５′と同程度の熱膨張係数とすることができ、熱膨張差による測定精度の経時変化が生じ難い。また、接合部に残留する応力が小さく、接合部の剛性が高いため部材全体の剛性が高く、かつ接合部自体の強度がガラスより大きいから接合強度が大きい。
【００１８】
また、第２の実施形態では、ミラー本体１１は、図４の部分断面斜視図に示すように、低熱膨張セラミックスで構成された多孔質の第１の部材２３および同様の低熱膨張セラミックスで構成された反射膜１２が形成される面を有する緻密質の第２の部材２４とが、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材２５で接合してなっており、外形が角柱状をなしている。
【００１９】
このように接合材２５として被接合材である第１の部材２３および第２の部材２４よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスを用いることにより、接合に際して接合材２５の溶融温度よりも高く、第１の部材２３および第２の部材２４の溶融温度よりも低い温度で加熱することにより、接合材２５のみが溶融して第１の部材２３と第２の部材２４とを接合することができる。多孔質の第１の部材２３の存在により、中実材の場合よりも３０％程度も軽量化することができる。
【００２０】
この場合に、多孔質は良好な表面粗さが得られないが、緻密質の第２の部材２４を接合してその面を反射面とするので良好なミラー特性を得ることができる。また、溝部の加工が不要であるから困難性をともなうことなく軽量化を図ることができる。また、接合材２５が低熱膨張セラミックスであるから、第１および第２の部材２３，２４と同程度の熱膨張係数とすることができ、熱膨張差による測定精度の経時変化が生じ難い。また、接合部に残留する応力が小さく、接合部の剛性が高いため部材全体の剛性が高く、かつ接合部自体の強度がガラスより大きいから接合強度が大きい。
【００２１】
ここで、第１および第２の実施形態ともミラー本体１１の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることが好ましい。熱膨張係数が１×１０-6／℃よりも大きい、あるいは−１×１０-6／℃よりも小さいと、僅かな雰囲気温度の変化で１００ｎｍ以上の変形が生じる結果、位置測定精度が低下してしまう。また、第１および第２の実施形態とも、第１および第２の部材と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることが好ましい。熱膨張係数の差がこの範囲を超えると、接合のための熱処理後、冷却過程で内部応力がたまり、強度低下を招くおそれがある。
【００２２】
被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４、ならびに接合材１６，２５を構成する低熱膨張セラミックスは、いずれも２種以上の材料からなる複合材料であることが好ましい。このように被接合材を構成する材料の配合割合を変化させれば、要求される種々の熱膨張に対応することが可能であるし、接合材は被接合材に適合した熱膨張になるように構成材料の配合を変化させることができるから、所望の低熱膨張を有するミラー本体１１を容易に得ることができ、しかも自由度が高い適用が可能である。
【００２３】
被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４、ならびに接合材１６，２５を構成する複合材料としては、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、Ｂ４Ｃから選ばれる１種以上の第２の材料とからなるものが好適である。これら構成材料のうち第１の材料は熱膨張が極めて小さく、第２の材料は熱膨張係数は第１の材料よりも大きいがヤング率が高く、これらを複合化することにより、所望の低熱膨張および高剛性を兼備した材料とすることができる。
【００２４】
上記第１の材料としては、リチウムアルミノシリケートであるβ−ユークリプタイトやスポジューメンが好ましい。また、その中でもβ−ユークリプタイトはマイナスの熱膨張を示すので、プラスの熱膨張を示す第２の材料と組み合わせることにより、極めて低い熱膨張係数を得ることが可能であるし、また、配合を調節することにより熱膨張係数をマイナスからプラスの広い範囲で調節することが可能となる。なお、β−ユークリプタイトやスポジューメンに代表されるリチウムアルミノシリケートは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｋ、Ｔｉ、Ｚｎ等の他の成分と固溶体を形成するが、本発明ではこのような固溶体も適用可能である。
【００２５】
一方、第２の材料は、接合材１６，２５の溶融温度が被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４の溶融温度よりも低くなるように上記材料の中から適宜選択される。
【００２６】
接合材１６，２５を構成する複合材料としては、具体的には、βーユークリプタイトと窒化珪素とからなるものが好ましい。この複合材料は、低熱膨張であり、剛性も高く、溶融温度が１３００〜１３６０℃と比較的低い。本発明において、接合材はその溶融温度よりも高い温度で焼結する低熱膨張セラミックスからなる母材を接合することが可能であるから、このような比較的低温で溶融する接合材は適用範囲が広い。また、上述したようにβ−ユークリプタイトは負の熱膨張係数を有しており、窒化珪素は正の熱膨張係数を有することから、これらの配合比を変えることで、マイナス膨張からプラス膨張まで、任意に熱膨張係数を変化させることが可能であり、したがって、被接合材の熱膨張係数に応じてこれらの配合比を適宜選択することにより、どのような材質の母材も接合部に応力を生じさせずに良好に接合することができる。
【００２７】
なお、被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４、ならびに接合材１６，２５を構成する複合材料において、実質的な化学的反応が生じなければ、第１の材料として複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。また、第２の材料も同様に、実質的な化学的反応が生じなければ、複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。
【００２８】
このように被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４、ならびに接合材１６，２５を構成する低熱膨張セラミックスがいずれも複合材料である場合に、被接合材を構成する複合材料の構成材料のうち１種以上が、接合材を構成する複合材料の構成材料と共通であることが好ましい。これにより、共通の構成材料が拡散しやすく強固に接合することができるとともに、接合面がきれいである。
【００２９】
被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４および接合材１６，２５がいずれも複合材料である場合の具体的材料の組み合わせは、接合材の溶融温度が被接合材の溶融温度よりも低い低熱膨張セラミックスであれば任意であり、種々の組み合わせを採用することができる。その中でも、被接合材としてβ−ユークリプタイトと炭化珪素との複合材料を用い、接合材として上述のβ−ユークリプタイトと窒化珪素との複合材料を用いたものが好適である。β−ユークリプタイトと炭化珪素との複合材料からなる被接合体は、溶融温度が１３７０〜１４３０℃と、接合材を構成するβ−ユークリプタイトと窒化珪素との複合材料の溶融温度である１３００〜１３６０℃よりも高く、接合材を溶融させて接合する際に、被接合材母材を溶融させるおそれがない。しかも、母材と接合材にβ−ユークリプタイトが共通に含まれているから接合が強固であり、さらにこれらはいずれも低熱膨張であり組成を調整することによりほぼ同等の熱膨張係数とすることができ、かつ母材も接合材もともに剛性が高い。この場合に、母材の組成としてはβ−ユークリプタイト５０〜９５質量％と炭化珪素５〜５０質量％であり、接合材の組成としてはβ−ユークリプタイト４０〜８５質量％と窒化珪素１５〜６０質量％であることが好ましい。
【００３０】
なお、必ずしも被接合材である第１の部材１３，２３および第２の部材１５，２４、ならびに接合材１６，２５の両方が複合材料である必要はなく、接合材１６，２５のみが複合材料であってもよい。接合材１６，２５を構成する低熱膨張セラミックスとして複合材料を用いることにより、被接合材に適合した熱膨張になるように構成材料の配合を変化させることができ、適用の自由度を極めて高くすることができる。
【００３１】
ミラー本体１１の反射膜１２が形成される表面の表面粗さはＲａで１０ｎｍ以下とする。これにより反射膜１２形成した後に高い反射率が得られる。好ましくは６ｎｍ以下である。例えば、入射光が波長６３３ｎｍのレーザーの場合の反射率は、表面粗さＲａが１０ｎｍのとき反射率８０％以上、さらに表面粗さ６ｎｍのとき反射率８５％以上の高反射率が得られる。
【００３２】
このようなミラー本体１１は、接合材粉末を適宜のバインダーとともに混練して粘糊性のあるペーストとし、このペーストを介して第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′、２４を接着させ、接合材１６，２５は溶融するけれども第１の部材１３，２３および第２の部材１５，１５′，２４は溶融しない温度で熱処理する。これにより、接合材１６，２５が溶融し、一部は第１の部材１３，２３および／または第２の部材１５，１５′、２４に拡散してこれら部材を接合する。
【００３３】
この際の熱処理雰囲気は、材料が全て酸化物系のものであれば、大気雰囲気を用いることができるが、非酸化物系の材料が含まれている場合には、非酸化雰囲気を用いることが好ましい。
【００３４】
また、第１の実施形態の緻密質の第１の部材１３および第２の部材１５、１５′、および第２の実施形態の緻密質の第２の部材２４は、原料粉末、例えば、低熱膨張セラミックス粉末と高ヤング率セラミックス粉末とを所定の割合で混合し、混合粉末をプレス成形等で成形体とし、所定の温度で焼成して焼結体とし、加工することにより製造することができる。焼成条件は、酸化物系材料またはそれに準ずる材料の場合には酸化性雰囲気で焼成すればよいが、非酸化物セラミックスが含まれている場合には、非酸化性雰囲気で焼成することが好ましい。焼結後、反射膜１２が形成される反射面の表面粗さが上述のようにＲａで１０ｎｍ以下になるように鏡面加工され、ミラー面とされる。
【００３５】
また、第２の実施形態における多孔質の第１の部材２３は、どのような形態であってもよいが、主な形態としてフォーム状やフィルタ状が挙げられる。フォーム状の多孔質体を形成する場合には、ボールミルで粉砕・混合したスラリーにカルボキシメチルセルロースやヒドロキシエチルセルロース等のチクソトロピー性を付与可能で形状保持能のあるバインダーを添加し、そのスラリーを粉砕軟質ウレタンフォーム等のフォームに含浸させ、乾燥して焼成する。これにより、フォームが消失した部分が気孔となる多孔質体が形成される。フィルタ状の多孔質体を形成する場合には、セラミックスラリーに気孔の基となる粒子として加熱で分解する有機物、例えば樹脂ビーズ、カーボンビーズ等を混合し、押出、鋳込み、プレス等の適宜の方法で成形し、焼成する。これにより、粒子が消失した部分が気孔となる多孔質体が形成される。
【００３６】
反射膜１２は、ミラー本体１１の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下に鏡面加工されたミラー面に厚さ０．１〜１ｎｍ程度に形成される。具体的には、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属膜を下地として蒸着した後、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の誘電体薄膜と金属膜とを交互に蒸着し、多層構造の反射膜１２を形成する。例えば、Ａｌ−ＳｉＯ２積層膜の場合には、ミラー本体１１の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下でレーザー周波数６３３ｎｍにおいて８０％以上の反射率が得られる。また、Ａｌ−Ｔｉ−ＴｉＯ２積層膜で構成される増反射膜を反射膜１２として形成することにより、特定周波数範囲でＡｌ−ＳｉＯ２積層膜等の通常の反射膜と比較して、約５％の反射率の向上が見込まれ、約８５％以上の極めて高い反射率が得られる。
【００３７】
また、上記複合材料からなるミラー本体１１の上に形成された反射膜の面精度としては、平面度でλ／２０を得ることが可能である。ここで、平面度は、一般的に可視光線の波長である３６０〜７００ｎｍの光による干渉縞から算出され、このような平面度評価に使用されるレーザー干渉計は、レーザー源にＨｅ−Ｎｅレーザー（λ＝６３３ｎｍ）が用いられ、この波長λ＝６３３ｎｍを基準として平面度が示される。通常、反射鏡として要求される平面度はλ／４〜λ／１０程度であるから、λ／２０は極めて高い平面度である。
【００３８】
以上のように、ミラー本体１１に反射膜１２を蒸着等により成膜して位置測定用のミラーが完成されるが、焼成後に焼結体を加工して反射面を１０ｎｍ以下に仕上げたものをミラー用部材として作成し、ユーザー側で反射膜を蒸着するようにしてもよい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを表１のＮｏ．１〜３に示す割合でポットミル混合して乾燥させ、原料混合粉末を作製した。この混合粉末を１２０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形して（Ａ）４０ｍｍ×３５ｍｍ×６２０ｍｍ、（Ｂ）４０ｍｍ×１１ｍｍ×６２０ｍｍの２種類の成形体を作製し、（Ａ）の成形体内部を各壁面から８ｍｍ残すようにくり抜いた。各成形体を５００℃で脱脂した後、窒素雰囲気において１３７０℃で焼成し、β−ユークリプタイトと炭化珪素とが複合されたセラミックス焼結体を得た。得られた焼結体は、（Ａ）３２ｍｍ×２７ｍｍ×５００ｍｍ、（Ｂ）３２ｍｍ×８ｍｍ×５００ｍｍに機械仕上げ加工を施した。
【００４０】
次に、β−ユークリプタイトと窒化珪素を表１に示す割合でポットミル混合して乾燥させ、接合材用の混合粉末を作製した。この混合粉末を無機分が３０ｖｏｌ％となるようにエチルセルロースの１５％α−テルピネオール溶液と混合し、三本ロールを用いてペースト状にし、接合材ペーストを作製した。
【００４１】
上記（Ａ）の成形体の壁面端部および（Ｂ）の成形体の片面の対応する部分に、上記接合材ペーストをスクリーンマスクを用いて厚さ３０μｍに印刷して接合材とした。５００℃で脱脂した後、印刷面同士を接着して１．５ｇ／ｍｍ２の荷重をかけた。引き続き、窒素雰囲気で１３００〜１３５０℃の温度で熱処理し、接合材を溶融させて焼結体（Ａ）、（Ｂ）の間に接合材が介在された接合体を得た。
【００４２】
焼結体（Ａ）の一つの長面を鏡面加工して表面粗さＲａを１０ｎｍ以下とした。したがって、このようにして得られた接合体はミラー本体として機能する。
【００４３】
このミラー本体の鏡面加工した面に、金属膜および誘電体薄膜を交互に蒸着して反射膜を形成した。反射膜としてはＡｌ−ＳｉＯ２積層膜を用いた。
【００４４】
これとは別に、上記焼結体から４ｍｍ×４ｍｍ×１２ｍｍの試験片を切り出し、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製 LIX-1）を用いて２０〜３０℃において試験片の変位量を測定し、熱膨張係数を求めた。また、接合材については、同じ組成の焼結体を作製して同様にして熱膨張係数を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００４５】
また、上記鏡面加工した面の表面粗さを触針式表面粗さ測定機ＴＡＬＹＳＵＲＦ（Ｔａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ社製）により測定した。さらに、反射膜を形成後の反射率は、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光をミラー面に対して垂直に照射し、反射光強度および面精度を測定し、面精度の経時変化を測定した。さらにまた、ミラーの重量も計測した。これらの結果を表２に示す。
【００４６】
（実施例２）
β−ユークリプタイト粉末：５６質量部（Ｄ５０＝５μｍ）、炭化珪素粉末：１８質量部（Ｄ５０＝０．７μｍ）を水媒体でボールミルにて粉砕混合した後、樹脂（球状アクリルビーズ）：２４質量部、バインダ（ポリビニルアルコール）：２質量部を添加し混合してスラリーとした後、スプレー乾燥で顆粒化した。この顆粒を１２０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形し、加工してて４０ｍｍ×３５ｍｍ×６２０ｍｍの成形体を作製し、成形体を５００℃で脱脂した後、窒素雰囲気において１３５０℃で焼成し、β−ユークリプタイトと炭化珪素とが複合された気孔率４０％の多孔質セラミックス焼結体を得た。得られた焼結体は、３２ｍｍ×２７ｍｍ×５００ｍｍ機械仕上げ加工を施した。
【００４７】
一方、実施例１と同様にして、３２ｍｍ×８ｍｍ×５００ｍｍの緻密質のβ−ユークリプタイトと炭化珪素とが複合された焼結体を得、実施例１と同様の接合材および同様の接合方法を用いて上記多孔質焼結体とこの緻密質焼結体を接合し、接合体を得た。
【００４８】
緻密質焼結体の一つの長面を鏡面加工して表面粗さＲａを１０ｎｍ以下とした。したがって、このようにして得られた接合体はミラー本体として機能する。
【００４９】
このミラー本体の鏡面加工した面に、金属膜および誘電体薄膜を交互に蒸着して反射膜を形成した。反射膜としてはＡｌ−ＳｉＯ２積層膜を用いた。
【００５０】
これとは別に、上記焼結体から４ｍｍ×４ｍｍ×１２ｍｍの試験片を切り出し、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製 LIX-1）を用いて２０〜３０℃において試験片の変位量を測定し、熱膨張係数を求めた。また、接合材については、同じ組成の焼結体を作製して同様にして熱膨張係数を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００５１】
また、上記鏡面加工した面の表面粗さを触針式表面粗さ測定機ＴＡＬＹＳＵＲＦ（Ｔａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ社製）により測定した。さらに、反射膜を形成後の反射率は、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光をミラー面に対して垂直に照射し、反射光強度および面精度を測定し、面精度の経時変化を測定した。さらにまた、ミラーの重量も計測した。これらの結果を表２に示す。
【００５２】
（比較例）
表１に示すように、実施例１の焼結体と同様の組成および同様の条件で焼結させた中実の複合材料（Ｎｏ．５）、実施例１と同様の接合体ではあるが接合材としてガラスを用いたもの（Ｎｏ．６）、実施例２と同様の接合体ではあるが接合材としてガラスを用いたもの（Ｎｏ．７）、実施例１と同様の接合体ではあるが、反射面の表面粗さが大きいもの（Ｎｏ．８）でミラー本体を製造したものについて同様に評価した。その結果も表１および表２に示す。
【００５３】
表１および表２に示すように、実施例１、２は、同じ材料の中実材である比較例のＮｏ．５よりも、それぞれ４０％および３０％程度軽量化することができ、また、いずれも熱膨張係数が１．０×１０-6／℃以下と小さく、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であるから反射膜の反射率が８０％以上と十分な値を示し、面精度λ／２０が実現された。また、面精度の経時変化もほとんど生じなかった。
【００５４】
これに対して、同じ複合材料ではあるが中実のＮｏ．５は、上述したように重量が大きく、またガラスを用いて接合したＮｏ．６，７では、面精度が悪く、また面精度の経時変化も生じた。また、反射面の表面粗さが大きいＮｏ．８では、反射率が７０％と低い結果となった。
【００５５】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低熱膨張セラミックスからなるとともに少なくとも一方に溝部を有する第１の部材および第２の部材を、当該溝部が中空部となるように、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してミラー本体を形成し、または、低熱膨張セラミックスからなる、多孔質の第１の部材および前記反射膜が形成される面を有する緻密質の第２の部材を、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してミラー本体を形成し、かつ前記反射膜が形成される面の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下としたので、十分なミラー特性を確保しつつ、困難性や特性の劣化をもたらすことなく軽量化を図ることができ、測定精度の高い位置測定用ミラーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置測定用ミラーが搭載された露光装置用ステージ機構を示す平面図。
【図２】本発明の位置測定用ミラーを示す側面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る位置測定用ミラーを示す部分断面斜視図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る位置測定用ミラーを示す部分断面斜視図。
【符号の説明】
１；ステージ
２；Ｘ方向モータ
３；Ｙ方向モータ
４，５；ミラー
６；Ｘ方向位置測定用レーザー干渉計
７；Ｙ方向位置測定用レーザー干渉計
１０；半導体ウエハ
１１；ミラー本体
１２；反射膜
１３，２３；第１の部材
１５，１５′，２４；第２の部材
１６，２５；接合材
Claims (8)
- 試料を水平に保持する試料ステージに設けられ、照射光を反射させて位置測定用の反射光を得る位置測定用ミラーであって、
ミラー本体と、その表面に設けられた反射膜とを有し、
前記ミラー本体は、低熱膨張セラミックスからなるとともに少なくとも一方に溝部を有する第１の部材および第２の部材を、当該溝部が中空部となるように、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなり、前記反射膜が形成される面の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下であることを特徴とする位置測定用ミラー。 - 前記ミラー本体の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定用ミラー。
- 前記第１および第２の部材を構成する低熱膨張セラミックスならびに前記接合材を構成する低熱膨張セラミックスが、いずれも、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、Ｂ４Ｃから選ばれる１種以上の第２の材料とが複合してなる複合材料で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置測定用ミラー。
- 母材と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置測定用ミラー。
- 試料を水平に保持する試料ステージに設けられ、照射光を反射させて位置測定用の反射光を得る位置測定用ミラーに用いる部材であって、
低熱膨張セラミックスからなるとともに少なくとも一方に溝部を有する第１の部材および第２の部材を、当該溝部が中空部となるように、これらを構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなり、反射膜が形成される面の表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下であることを特徴とするミラー用部材。 - 前記ミラー本体の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることを特徴とする請求項５に記載のミラー用部材。
- 前記第１および第２の部材を構成する低熱膨張セラミックスならびに前記接合材を構成する低熱膨張セラミックスが、いずれも、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、Ｂ４Ｃから選ばれる１種以上の第２の材料とが複合してなる複合材料で構成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のミラー用部材。
- 母材と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のミラー用部材。
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