JP5117911B2 - セラミックスおよび炭素繊維強化プラスチックを含む構造体 - Google Patents
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しかしCFRP成形体は、高い平面度、あるいは鏡面研磨を実現する事が困難であった。これは研削等の加工において、剛性の高い炭素繊維に比べ剛性の低いプラスチックの加工されやすさが異なるため、一方が加工されやすく、他方が加工されにくくなることが主たる原因と考えられる。従って、CFRPでは表面の平面度に優れた部材を得ることが困難であった。
[1](A)炭素繊維強化プラスチック部材、および
(B)前記炭素繊維強化プラスチック部材に接合されたセラミックス部材を含み、
前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材と前記(B)セラミックス部材を接合する為に、炭素繊維強化プラスチック部材の未硬化状態の接着力を使用する事を特徴とする構造体。
[2]前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材、および(B)セラミックス部材は、前記接合面に平行な方向の10〜40℃における熱膨張係数がそれぞれ−1.15×10−6/℃以上1.15×10−6/℃以下であって、
前記(B)セラミックス部材は、前記接合面以外の面の平面度が5μm以下である[1]記載の構造体。
[3]前記構造体は、前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材と前記(B)セラミックス部材を(A)炭素繊維強化プラスチック部材の未硬化状態の接着力を使用して接合された後に、セラミック部材の前記接合面以外のいずれかの面が研磨加工されて平面度が5μm以下にされていることを特徴とする、[1]または[2]記載の構造体。
[4]前記(B)セラミックス部材は、接合後の加工により厚みが3mm以下の板状にされていることを特徴とする[1]〜[3]いずれかに記載の構造体。
[5]前記接合は前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材の一枚のプリプレグによりなされることを特徴とする[1]〜[4]いずれかに記載の構造体。
[6]前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材、または(B)セラミックス部材は、無機物によりコーティングされている、[1]〜[5]いずれかに記載の構造体。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載の構造体を用いた半導体製造装置用部材。
[8]基板を保持して移動する基板ステージを有し、前記基板ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、
前記基板ステージは、[1]〜[6]のいずれかに記載の構造体を含む、ことを特徴とする露光装置。
[9] [8]に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
本発明の構造体は、(A)炭素繊維強化プラスチック部材、および(B)前記炭素繊維強化プラスチック部材に接合されたセラミックス部材を含み、前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材と前記(B)セラミックス部材を接合する為に、(A)炭素繊維強化プラスチック部材の未硬化状態の接着力を使用する事を特徴とする。
さらに、前述のCFRP部材、およびセラミックス部材の熱膨張係数は、10〜40℃の範囲で、構造体の使用温度において、それぞれ−1.15×10−6/℃以上1.15×10−6/℃以下であればよい。例えば、使用温度が23〜24℃であれば、その温度範囲で−1.15×10−6/℃以上1.15×10−6/℃以下であればよい。
このような範囲に前記熱膨張係数の値が存在すると、当該構造体をLSI等の製造装置に用いた際に、装置の稼働による発熱に起因する寸法変化が低減され、高精度のLSI等の加工が可能となる。
または、セラミックス部材、CFRP部材を接合して得た構造体のセラミックス部材表面、CFRP部材表面にひずみゲージをそれぞれ配置して、各部材の熱膨張係数を測定してもよい。例えば、板状のCFRP部材とセラミックス部材を接合した構造体である場合、CFRP部材の接合面とは反対の面およびセラミックス部材の接合面とは反対の面にひずみゲージを配置して、熱膨張係数を測定することができる。
CFRP部材は等方性ではないため、接合面に平行な方向の10〜40℃における熱膨張係数(「平行方向の熱膨張係数」ともいう)を微視的に見た場合、成形体の厚み方向において均一でないことがある。たとえば、表層から0.5mmの領域と、表層から0.5〜2mmの領域における平行方向の熱膨張係数が異なることがある。しかしながら巨視的に見た熱膨張係数、すなわちCFRP成形体全体の熱膨張係数は、概ね厚み方向で異なる熱膨張係数の値を平均した値となる。従って本発明におけるCFRP部材の熱膨張係数は、部材全体の平均値すなわち、成形されたCFRP部材を前記光干渉法またはひずみゲージにより測定した値を意味する。
また、セラミックス部材32の接合面に平行な方向の10〜40℃における熱膨張係数(平行方向の熱膨張係数)が前記範囲に存在することが好ましく、同部材の接合部と反対の面の平面度も前記範囲に存在することが好ましい。
さらには、CFRP部材21の接合面に平行な方向の前記熱膨張係数が前記範囲にあることがより好ましい。
前述のとおり、炭素繊維強化プラスチック部材は炭素繊維強化プラスチックを成形して得られる。炭素繊維強化プラスチック(CFRP)とは、炭素繊維を高分子材料中に分散させて強化した材料をいう。CFRPは高い比剛性を有するため、本発明の構造体は高い比剛性を有する。
炭素繊維は単繊維から構成される長繊維束(フィラメントともいう)として用いてもよく、繊維を織り込んだ織布(クロスともいう)として用いてもよい。この場合は、フィラメントまたはクロスに樹脂を含浸させてプリプレグとし、複数のプリプレグを重ね合わせてプレス成形、オートクレーブ成型等によりCFRP成形体を得ることができる。
また長繊維を切断した短繊維を用いてもよい。この場合は、樹脂と短繊維をニーダー等で混練してコンパウンドとし、当該コンパウンドを射出成形する等によりCFRP成形体を得ることができる。
CFRP部材は繊維の配向方向、繊維径、繊維の強度・剛性、繊維の含有率等によりその物性が異なる。従って、前記繊維の配向方向、繊維径等は所望の物性を満たすように選択してよい。
クロスプリプレグは、炭素繊維含有量が40〜70体積%であることが好ましい。クロスプリプレグもUDプリプレグと同様に製造できる。
前述のとおり、セラミックス部材はセラミックスを成形して得られる。セラミックスとは成形・焼成等の工程を経て得られる非金属性無機材料である。研削、ラッピング等により表面の平面度を向上させることができる。そのため本発明の構造体は平面度に優れた表面を有する。
本発明の構造体は、前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材と(B)セラミックス部材を接合する為に、(A)炭素繊維強化プラスチック部材の未硬化状態の接着力を使用する事を特徴とする。
このようにして得られたCFRP部材とセラミックス部材の接合面に平行な方向の10〜40℃における熱膨張係数は、−1.15×10−6/℃以上1.15×10−6/℃以下であることが好ましい。
前記無機物の例には、ニッケル、アルミ、銅等の金属やセラミックスが含まれる。これらをコーティングするには公知の方法が用いられる。その方法には、セラミックスや金属を溶射する方法、スパッタリングする方法、無電解メッキを施す方法が含まれる。
本発明の構造体の好ましい製造方法を説明する。
本発明の構造体は、a)所望の形状に成形されたCFRP部材およびセラミックス部材を準備する工程、b)これらを接合する工程、を経て製造されることが好ましい(第一の方法という)。第一の方法は、さらにこの後にc)構造体のセラミックス部材を研削や研磨等の加工により、セラミックス部材の平面度を5μm以下とする工程を含んでいてもよい。
または、d)未硬化のプリプレグを積層し、所望の形状に成型した未硬化CFRP部材を準備する工程、e)所望の形状に成形されたセラミックス部材を準備する工程、f)前記未硬化CFRP部材、前記セラミックス部材を重ね合わせる工程、g)前工程で得られた未硬化の構造体を加熱して接合する工程、を含み製造されることが好ましい(第二の方法という)。第二の方法は、さらにこの後にh)構造体のセラミックス部材を研削や研磨等の加工により、セラミックス部材の平面度を5μm以下とする工程を含んでいてもよい。
なお、a)工程においてCFRP成型体自体のそりが加工後のセラミックス部材の厚さに対して大きい場合、予め研削等により平面度を向上させておくことが好ましい。
c)またはh)工程は公知の方法で行ってよい。例えば、まずダイヤモンド砥石を使用した湿式研削加工により粗加工〜中仕上げ加工を行い、次いでラップまたはポリッシングにより仕上げ加工を行うことが好ましい。
ホットメルトタイプエポキシ樹脂組成物を調製した。
前記樹脂組成物をピッチ系炭素繊維フィラメント(日本グラファイトファイバー製、XN80)に、樹脂組成物含有量が樹脂組成物と炭素繊維の合計の57体積%となるように含浸させた。こうして得た樹脂含有炭素繊維を一方向に並べ、厚み0.2〜0.22mm、幅500mm、長さ800mmのプリプレグを調製した。
このようにして得た積層体を130℃で120分間加熱し、セラミックス部材とCFRP部材の接合体を得た。
得られた接合体のセラミックス部材31の上面を、ダイヤモンド砥石を使用して湿式研削し、続いてラップ加工により仕上げ研磨を行った。その結果、セラミックス部材31の厚みを0.5mmとすることができた。また、研削面の平面度をJIS B 6191−1999の5.325に準拠し、3次元座標測定機(株式会社東京精密製、ザイザックスSAV−A)で測定したところ、1μmであることが確認された。
以上により未硬化状態のプリプレグの接着力を使用して接合後、セラミックス部材を研磨して、平面度を5μm以下にすることができた。
実施例1と同様にして、CFRP部材とセラミックス部材の接合体(セラミックス部材を切削する前の接合体)を得た。ただし、CFRP部材とセラミックス部材を接着させる工程は、プリプレグを用いずに、市販の液状接着剤(Ciba−Gaigie社製、アラルダイトAV138)を塗布して行った。
接合体の天面に接合されたセラミックス部材(図6の31に相当)を実施例1と同様にして研削および研磨を行い、厚みを0.5mmとした。実施例1と同様にして切削面の平面度を測定したところ、亀裂があることが確認された。亀裂部分を観察したところ、接着面内に気泡が確認された。
本例では接着剤として市販の液状接着剤を用いたため、接着層に気泡が存在し接着層の厚みが不均一となり、研削および研磨によってセラミックス部材の厚さにも不均一が生じ亀裂が生じたものと推察される。
以下、本発明の構造体が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は、典型的には、図7に示すように、照明装置501、レチクル(原版またはマスクともいう)を保持するレチクルステージ502、投影光学系503、基板(例えば、半導体ウェハ)を保持する基板ステージ504とを有する。露光装置は、レチクルに形成されたパターンを介して基板を露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式およびステップアンドスキャン投影露光方式のいずれであってもよい。なお、基板ステージ504に保持された基板と光ビーム(荷電粒子ビームであってもよい)とを相対走査することにより、レチクルを利用せずに基板を露光してパターンを基板に転写する露光方式であってもよい。
照明光学系はレチクルを照明する光学系であり、例えば、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。
上述の露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイス、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド、または液晶表示素子等、微細な構造を有するデバイスの製造に利用されうる。そこで、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法を説明する。デバイスは、上述の実施例の露光装置を用いて、感光剤が塗布された基板(ウエハ、ガラスプレート等)を露光する工程と、該工程で露光された基板を現像する工程と、他の周知の工程とを経ることにより製造される。
2 CFRP部材
21 箱型に成形されたCFRP部材
22 補強用CFRP部材
3 セラミックス部材
31 セラミックス部材
32 セラミックス部材
501 照明装置
502 レチクルステージ
503 投影光学系
504 基板ステージ
Claims (8)
- (A)炭素繊維強化プラスチック部材、および
(B)前記炭素繊維強化プラスチック部材に接合されたセラミックス部材を含み、
前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材と前記(B)セラミックス部材を接合する為に、炭素繊維強化プラスチック部材の未硬化状態の接着力を使用し、
前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材、および(B)セラミックス部材は、前記接合面に平行な方向の10〜40℃における熱膨張係数がそれぞれ−1.15×10 −6 /℃以上1.15×10 −6 /℃以下であって、
前記(B)セラミックス部材は、前記接合面以外のいずれかの面の平面度が5μm以下である、構造体。 - 前記構造体は、前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材と前記(B)セラミックス部材を(A)炭素繊維強化プラスチック部材の未硬化状態の接着力を使用して接合された後に、セラミック部材の前記接合面以外のいずれかの面が研磨加工されて平面度が5μm以下にされていることを特徴とする、請求項1記載の構造体。
- 前記(B)セラミックス部材は、接合後の加工により厚みが3mm以下の板状にされていることを特徴とする請求項1または2記載の構造体。
- 前記接合は前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材の一枚のプリプレグによりなされることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記(A)炭素繊維強化プラスチック部材、または(B)セラミックス部材は、無機物によりコーティングされている請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の構造体。
- 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の構造体を用いた半導体製造装置用部材。
- 基板を保持して移動する基板ステージを有し、前記基板ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、
前記基板ステージは、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の構造体を含む、
ことを特徴とする露光装置。 - 請求項7に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
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