[发明专利]堇青石质烧结体

说明书

技术领域

本发明涉及适合用作超精密镜或者超精密镜基材的堇青石质烧结体。

背景技术

近来，由于半导体的高集成化、非球面透镜的高精密化等，因此对这些半导体、非球面透镜模具的制造装置、测定装置，要求有高的形状尺寸精度、形状尺寸精度的经时稳定性。

在这些超精密装置中，作为激光、极紫外线反射用的基准镜、定位用镜而需要精密性的镜，这些越来越需要同时具有超精密性与形状的经时稳定性。

作为像这样的镜所使用的以往的材料，已知有零膨胀玻璃。该零膨胀玻璃可以研磨精加工成平均表面粗糙度（Ra）为1nm以下的非常平滑的面。但是，零膨胀玻璃的弹性模量（杨氏模量）为较低的50～90GPa，因此自重变形、受到加速度时的变形成为问题。而且，如非专利文献1所示，已知零膨胀玻璃材料显示出非常大的经时变化，在形状的经时稳定性上也存在问题。

另一方面，作为本发明的作为对象的以堇青石为主要成分的堇青石质烧结体，在专利文献1以及专利文献2中公开有如下致密质堇青石低膨胀烧结体，使其含有0.3～8质量%或者0.01～10质量%的稀土类元素氧化物。但是，这些烧结体为含有数%孔隙率的烧结体，无论如何不可以作为镜用基材来使用，而且其热膨胀系数也不十分小。

在专利文献3中，公开有可以使用作为基台位置测定用镜的含有80质量%以上堇青石的低热膨胀黑色陶瓷，优选其最大孔径为5μm以下。实际上，在实施例中测定了数μm的最大孔径。但是，如果存在这样大的孔隙就不能得到像Ra1nm以下的非常平滑的研磨精加工面。而且，在专利文献3中同时使添加有1～10质量%的Y₂O₃、Yb₂O₃等的稀土类氧化物作为硅酸盐（RE₂O₃·SiO₂/RE为稀土类元素）、二硅酸盐（RE₂O₃·2SiO₂）的结晶相析出，这样，在堇青石和其以外的结晶相混合的烧结体中，由于结晶的硬度、化学稳定性的不同，导致在精密研磨的微小的研磨速度上产生差异从而产生微小的凹凸，因而难以得到像Ra1nm以下的平滑的精加工面。

在专利文献4中，同样公开有可以使用作为基台位置测定用镜的含有80质量%以上堇青石的致密质低热膨胀陶瓷。该专利文献4中虽然没有记载有关同时添加有1～20质量%的Y₂O₃、Yb₂O₃等的稀土类氧化物是否形成硅酸盐、二硅酸盐结晶，但是其最大孔径为5μm以下，另外也在实施例中观察有最小为0.7μm的孔径。产生这样的孔隙是由于未能充分调整作为堇青石的主要成分的SiO₂、MgO及Al₂O₃的比例。如果存在如上所述的孔隙，就不能得到像Ra1nm以下的非常平滑的研磨精加工面。

在专利文献5～7中，公开有由低热膨胀陶瓷形成的位置测定用镜、天体望远镜用镜。这些文献涉及的低热膨胀陶瓷，其特征为，由从硅铝酸锂、磷酸锆、堇青石中选择1种以上的第1材料，和从碳化硅、氮化硅、赛隆（Sialon）、氧化铝、氧化锆、莫来石、锆石、氮化铝、硅酸钙、B₄C中选择1种以上的第2材料复合形成的复合材料构成，并且其平均表面粗糙度（Ra）为10nm以下。

在这些文献中，尤其β﹣锂霞石与碳化硅的复合材料为好。但是，如这些文献所记载，在将硬度大不相同的2种以上材质混合的复合材料中，在精密研磨的研磨速度上会产生微小的差异从而产生微小的凹凸，因而难以得到像平均表面粗糙度（Ra）1nm以下的平滑的精加工面。实际上，在这些文献中只可以得到Ra为6～10nm非常粗糙的研磨面。

而且，这样，在热膨胀系数大不相同的2种结晶粒子混合的多结晶体中，存在由于以在材料烧结中产生的粒子间热膨胀差为起因的剩余应力残留在烧结体中，因此容易产生经时的形状变化，尤其是在受到数十℃的温度循环时会产生大的形状变化的问题。

专利文献1：日本国特公昭58﹣15461号公报

专利文献2：日本国特开昭57﹣38371号公报

专利文献3：日本国特开平11﹣343168号公报

专利文献4：日本国特开平11﹣209171号公报

专利文献5：日本国特许3946132号公报

专利文献6：日本国特开2005﹣234338号公报