一种高弹性模量致密堇青石陶瓷材料的制备方法

技术领域

本发明涉及无机新材料领域，尤其涉及高弹性模量致密堇青石陶瓷材料的制备方法。

背景技术

移动平台是光刻机等高精密设备中的核心部件，其运动精度和重复精度直接决定了所生产芯片质量，而移动平台的材料体系设计则是光刻机等设备获得高精度和高速度的关键所在。由于光刻机所处的环境温度难免会有一定幅度的波动，同时机器在长时间运行后各部件也难免会有不同幅度的温度升高，尽管温度变化的绝对值不大，但是对于套刻精度要求1～2nm的光刻机而言，微小的温度变化就有可能因热胀冷缩而导致移动平台本身尺寸的微量变化，从而导致光刻机套刻精度出现严重误差，因此选用低热膨胀系数的材料用于运动平台是确保其套刻精度的关键。此外，光刻机在加工过程中难免会有部分零部件会因各种不可抗力而形成内应力，若移动平台所用材料的弹性模量较小，则材料在较小的应力作用下就可能产生一定幅度的位移，这种位移对于高精度的光刻机而言无疑至致命的，因此，在移动平台的材料体系选择时需确保所选材料具有较大的弹性模量。

当前，荷兰的ASML光刻机几乎垄断了国内外高端芯片设备市场，其所用移动平台的材料经历了从石英玻璃、微晶玻璃到堇青石陶瓷的转变。尽管石英玻璃和Zerodur等微晶玻璃都具有很低的热膨胀系数，但是其弹性模量均在100 GPa以下，而堇青石陶瓷在具备低热膨胀系数的同时具有高达150GPa左右的弹性模量，同时玻璃及微晶玻璃类材料中所存在的大量玻璃相，在EUV离子蚀刻的过程中很容易被腐蚀而导致平台磨损从而影响套刻精度，因此堇青石陶瓷是作为移动平台最为理想的材料。当前国内光刻机移动平台所用材料主要为SiC材料，尽管SiC具有高达400GPa的弹性模量，但是其热膨胀系数较高，难以满足光刻机对温度变化引起精度误差的严苛要求，只能用于中低端光刻机的设计制造。

堇青石陶瓷是一种典型的低热膨胀陶瓷材料，由于堇青石晶体膨胀系数的各向异性，导致高温烧成后在冷却过程中难免出现微裂纹，因而低膨胀的堇青石陶瓷材料往往强度较低。此外，堇青石是基于MgO-Al

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、可规模化应用的高弹性模量致密堇青石陶瓷材料的制备方法。

本发明的技术方案是：一种高弹性模量致密堇青石陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：制备GeO

步骤二：按重量百分比：MgO 11～16%、Al

所述步骤一中GeO

所述步骤二堇青石陶瓷原料中的MgO以氧化镁引入、Al

所述高岭土中K

所述步骤二中非晶添加剂的添加量为堇青石陶瓷原料重量的1～6wt%，自来水的添加量为原料和水总质量的30～35wt%，有机解胶剂的添加量为原料和水总质量的0.3～0.5wt%。

所述步骤二球磨工序中所用球磨子为ZrO

所述步骤二过筛工序中的筛网为100～200目；生坯干燥工序中的温度为60～80℃，时间为2～6h。

所述步骤二高温烧制工序的制度为以3～20℃/min升温速度加热至1290～1360℃并保温1～3h。

所述步骤二获得高性能堇青石陶瓷材料的机械强度为69～156MPa、弹性模量为152～173GPa、吸收率为0.01～0.02wt%、热膨胀系数为室温～600℃，0.9～1.6×10

所述步骤二获得高性能堇青石陶瓷材料可应用于光刻机等精密设备的移动平台。

本发明具有以下有益效果：

(1) 由于GeO

(2) GeO

(3) 所制备的堇青石陶瓷材料具有较高的机械强度（69～156MPa）、较高的弹性模量（152～173GPa），较低的吸收率（0.01～0.02wt.%）和较低的热膨胀系数（室温～600℃，0.9～1.6×10

具体实施方式

为更进一步阐述本发明、为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对本发明进行详细说明：

实施例1

取63份GeO

实施例2

取56份GeO

实施例3

取78份GeO