(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体及び液晶基板等の位置決め装置において、軽量かつ高剛性に優れ、高速・高精度の位置決めが実現できるセラミック構造体を提供する。【解決手段】セラミックスからなり、内部に複数の補強部１１を有する中空体であって、内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部１１を有するセラミック構造体を用いる。これにより、位置決め測定を行う側面であるミラーの変形や振動を抑制することができ、側面を加工する際の平面度の向上が達成できる。【選択図】図１
2006066733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなり、内部に複数の補強部を有する中空体であって、内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部を有することを特徴とするセラミック構造体。
【請求項２】
金属からなる骨材の表面にセラミック層を被覆してなり、内部に複数の補強部を有する中空体であって、内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部を有することを特徴とするセラミック構造体。
【請求項３】
両端が内周面と連続するように配置した第２補強部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック構造体。
【請求項４】
前記第１補強部が略並行に配置されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のセラミック構造体。
【請求項５】
前記第１補強部の開放端が曲面状であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のセラミック構造体。
【請求項６】
前記第１補強部の開放端がＴ字型の補助部を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のセラミック構造体。
【請求項７】
前記第２補強部より突出し、上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第３補強部を有することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のセラミック構造体。
【請求項８】
上記セラミックスがコージェライトセラミックスであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のセラミック構造体。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載のセラミック構造体を用いたことを特徴とする位置決め装置用部材。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れかに記載のセラミック構造体を用いたことを特徴とする半導体・液晶製造装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置または液晶製造装置等に用いられる部材を構成するセラミック構造体に関し、これを用いた位置決め装置用部材および半導体・液晶製造装置用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体や液晶製造装置用または液晶製造装置用部材として、金属部材より比重が軽く、高い剛性を持ったセラミックスからなる構造体が使用されている。
【０００３】
このようなセラミック構造体は、例えば、投影露光装置や各種精密加工装置または各種精密測定装置において、半導体ウエハ、マスク、レチクル等の基板を高精度で高速移動させ、位置決めを行うための位置決め用ステージなどの部材として使用されている。
【０００４】
また近年、ウエハ等の基板の大型化に伴い、その構成部材も大型化する傾向にあり、各種装置の部材としても、その装置の軽量化や部材の高剛性を求める要望が増えている。
【０００５】
図７は従来の位置決め装置におけるＸＹステージを示す構成斜視図であって、これは、例えば特許文献１に示されている。
【０００６】
図中において、４２はＸＹステージ装置を支持する基準面４３を有する定盤、３８は定盤４２に固定された固定Ｙガイドであり、側面を基準面としている。３７は移動体としてのＹステージであり、その両側に固定子３９と可動子４０を有するＹリニアモータ４１によって、固定Ｙガイド３８に案内されてＹ方向に移動する。３２はＸステージであり、不図示のＸリニアモータ可動子を備え、Ｙステージ３７に設けられたＸガイド３３によってＸ方向に案内され、同じくＹステージ３７に設けられたＸリニアモータ固定子３４によってＸ方向に推力が与えられる。
【０００７】
Ｘステージ３２を構成する天板３１は、図７に示すように平板形状になっている。天板３１には、Ｘ方向及びＹ方向の位置計測のためＸ方向ミラー４５及びＹ方向ミラー４６が設けられ、それぞれのミラーにレーザビームが照射され、反射光からＸ方向及びＹ方向の位置が計測される。そして、ウエハ等の基板を搭載した天板３１をＸ、Ｙ方向の所定の位置に移動するため、レーザ干渉計で天板のＸＹ方向の位置を管理しながら、ＸＹステージにより台盤がＸＹ方向に移動する。そして天板３１は、台盤からラジアル空気軸受の空気膜を介して駆動力を受け、所定の位置に移動する。
【０００８】
また、このＸＹステージ装置に図８に示すθＺＴ駆動機構を搭載することで、天板３１を露光光軸と平行な方向であるＺ方向及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの方向（θｘ、θｙ、θｚ）にも移動が可能となる。
【０００９】
このようなＸＹステージ装置に使用される天板３１、Ｘステージ３２、Ｙステージ３７等に用いるセラミック構造体は、駆動をできる限りスムーズに行うための軽量化と、高速駆動に耐えられるための高剛性を満足することが求められており、種々の構造が提案されている。
【００１０】
例えば、特許文献２には、図９に示すように、セラミックスからなり、軽量化のために中空構造としたセラミック構造体が考案されている。このセラミック構造体は、上板２０と下板２１を接合してなる中空構造体で、下板には助剤を脱脂する際の穴２２が設けられている。
【００１１】
また、特許文献３には、セラミック構造体として、中空構造に剛性を付与するために図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、天板６２の構造が同一種材質で形成され中空内部Ｈ２を有する一体中空構造であり、中空内部Ｈ２には該中空天板６２のねじれモードに対する固有振動数を高める補強部構造を有し、中空天板６２と外気を導通するための導通穴Ｈ２ａがあり、前記補強部構造は、ウエハＷのＸＹ移動方向に沿った断面四角形の補強部６３と該断面四角形の補強部に対し角度をなして接合された断面ひし形の補強部６４とを交互に入れる構成としていた。
【特許文献１】特開平８−２２９７５９号公報
【特許文献２】特開平１１−１４２５５５号公報
【特許文献３】特開２００３−１６３２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のＸＹステージ装置等の位置きめ装置に用いられるセラミック構造体は、図９のような中空構造体で構成した場合、その構造において補強部が無いため高速駆動に耐えられるだけの剛性を保有していない。このためＸＹステージの位置を検出する際に中空構造体の変形等により位相遅れが発生し、またステージ部材が往復移動する際に発生する振動により、ステージ側面に搭載された位置計測ミラー表面の振動につながり、位置決め精度の悪化を招くという問題があった。
【００１３】
これらの問題を緩和するために、特許文献３は、従来のステージ用の中空構造体６０において、最も精度に影響を及ぼす天板６２をセラミックスからなる一体の中空構造６０とし、その補強部が四角形の補強部６３やひし形の補強部６４を有していることによって、天板は、軽量、高強度、及び高剛性を実現することができ、制御特性に優れた位置決め装置を実現できるとしているが、その構造は図１０に示すように補強部６３、６４が、内部の中心側に大きく形成されているため、固有振動数をより周波数の高い領域までもっていけるように、補強部を厚くするなどの機構設計を強いられ、十分な軽量化を達成することができていなかった。
【００１４】
また、補強部６４の端部が内周面を形成する各側面の１箇所のみに繋がった形状であるため、セラミック構造体に応力が負荷した際に応力が均一に分散せず、変形し易いという問題があった。また、側面の中央部分のみの剛性が向上し、補強部６４と接していない部分が多い部分に変形が発生してしまうことで正しい位置を測定することが困難となる。
【００１５】
本発明の目的は、半導体及び液晶製造装置等の位置決め装置において、軽量かつ高剛性に優れ、高速・高精度な位置決めが実現できるセラミック構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題点に鑑みて本発明のセラミック構造体は、セラミックスからなり、内部に複数の補強部を有する中空構造体であって、内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部を有することを特徴とする。
【００１７】
また、金属からなる骨材の表面にセラミック層を被覆してなり、内部に複数の補強部を有する中空構造体であって、内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部を有することを特徴とする。
【００１８】
さらに、両端が内周面と連続するように配置した第２補強部を有することを特徴とする。
【００１９】
またさらに、前記第１補強部が略並行に配置されたことを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、前記第１補強部の開放端が曲面状であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記第１補強部の開放端がＴ字型の補助部を有することを特徴とする。
【００２２】
さらに、前記第２補強部より突出し、上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第３補強部を有することを特徴とする。
【００２３】
またさらに、上記セラミックスがコージェライトセラミックスであることを特徴とする。
【００２４】
さらにまた、位置決め装置用部材として、上記何れかに記載のセラミック構造体を用いたことを特徴とする。
【００２５】
また、半導体・液晶製造装置用部材として、上記何れかに記載のセラミック構造体を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
このように本発明のセラミック構造体は、内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部を有することにより、周面の剛性が向上し、位置決め装置用部材として用いた際に、位置決め測定を行う側面であるミラー表面の変形や振動を抑制することができる。
【００２７】
また、金属からなる骨材の表面にセラミック層を被覆してなり、内部に複数の補強部を有する中空構造体であって、内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部を有することにより、軽量化と表面層の耐食性の向上を達成することができる。
【００２８】
さらに、両端が内周面と連続するように配置した第２補強部を有することにより、構造体の中央部の剛性をより一層向上させることができる。
【００２９】
またさらに、前記第１補強部が略並行に配置されたことにより、側面を加工する際の平面度の向上が達成できる。
【００３０】
さらにまた、前記第１補強部の開放端が曲面状であることにより、その補強部を加工する際のカケや割れを防止できる。
【００３１】
また、前記第１補強部の開放端がＴ字型の補助部を有することにより、さらなる剛性の向上を達成できる。
【００３２】
また、前記第２補強部より突出し、上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第３補強部を有することにより、中央部の剛性がより一層向上し、ウエハを保持するための真空チャック等の重量による影響を緩和することができる。
【００３３】
さらに、上記セラミックスがコージェライトセラミックスであることにより、軽量化と高剛性、さらに低熱膨張体とすることができる。
【００３４】
またさらに、上記何れかに記載のセラミック構造体を用いた位置決め装置用部材とすることにより、位相ずれのない位置決め精度が良好な部材とすることができる。
【００３５】
また、上記何れかに記載のセラミック構造体を用いた半導体・液晶製造装置用部材とすることにより、部材が大型化しても軽量化と高剛性を満足させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明のセラミック構造体は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、セラミックスからなり、上面１、下面２および周面３に覆われた内部が中空の構造体であって、その内周面から上面１、下面２と連続して一方端が開放するような複数の第１補強部１１を有することを特徴とするものである。
【００３７】
例えば、半導体・液晶製造装置用部材として用いる場合には、このセラミック構造体の上面の中央部に静電チャック等を搭載し、ウエハやガラスを固定して前後左右に移動するステージ部材として用いられ、その寸法は、４５０ｍｍ×４５０ｍｍ、厚みが５０ｍｍの中空の箱型形状であるが、図１のようにその中空体の内部に複数の第１補強部１１を有するため、軽量化を達成するとともに、第１補強部１１を多数備えることで、その周面３を仕上げ加工する際の変形を最小限に抑えることができる。
【００３８】
このセラミック構造体は、半導体・液晶製造装置用部材である露光装置、レーザ検査装置等の位置決め装置のステージや天板等の部材として位置を検出するためのミラー面を有する部材として使用される際、周面３を成す側面は位置決めのためのミラー面として作用する。そのため、このセラミック構造体の周面３にダイヤモンド等の研磨スラリーを使用して超精密ラップ加工を施すことで数十ｎｍ〜数百ｎｍの平面度に加工し、さらにその仕上げた加工面上に例えばＡｌ−Ｓｉからなる反射膜を蒸着して、ミラー面とする。この研磨スラリーを使用して超仕上げ加工を施すには、被加工物に適度な荷重を加えながら加工を施す必要があるため、その周面３の仕上げ加工面は、その荷重に耐えうるだけの強度が必要となる。そのセラミック構造体の荷重に対する強度を向上させるためには、複数の第１補強部１１を備えることが重要となる。このミラー面の平面度が数百ｎｍを超えて悪い場合や、部材が変形しやすい場合などは、位置決め装置として使用した場合に、測定するレーザ光の出射と反射による位置が、平面度不良や変形による位相ずれが発生し、測定誤差が大きくなるためその位置精度を満足できない。
【００３９】
また、セラミック構造体をなすセラミックスは、アルミナ等の酸化物セラミックスでも良いが、ジルコニアセラミックス等の比重の重たい材料はその軽量化の妨げとなるため避けた方がよい。また窒化珪素や炭化珪素などの非酸化物セラミックスで構成してもかまわない。
【００４０】
特に、セラミック構造体１１をなすセラミックスは、コージェライトセラミックスであることが好ましく、ヤング率が１００ＧＰa以上、理論密度が９６％以上の緻密体から形成することにより、剛性が高く、周面３に超精密ラップ加工を施しミラー面とする際の負荷にも耐え、破損し難く、ステージ部材として稼動する際の位置決め精度も、材料のたわみなどの影響を受けることなく高精度に加工することができる。さらに、低熱膨張であるコージェライトセラミックスで形成することにより、温度変化による変形を防止することができるため好ましい。
【００４１】
また、第１補強部１１の厚みは、１〜５ｍｍであることが好ましい。この第１補強部１１の厚みは、セラミック構造体の軽量化を達成するために必要以上に厚くならないことが良いが、厚みが１ｍｍ未満では、強度が低下するし、周面３をミラー加工する際の荷重に耐えられず、また５ｍｍを超えると重量が増加し、剛性は高くなるものの軽量化が達成できないため有効ではない。さらには、第１補強部１１の厚みは２〜４ｍｍとすることがより好ましい。
【００４２】
また、図１に示すように内周面を成す各側面に形成された複数の第1補強部１１のうち中心にあたる補強部１１ｃを他の補強部１１より長いものとすることが好ましい。周面３を成す各側面の角部は２つの第1補強部１１や上面１、下面２、周面３の合成により強度が保てるのに対し、中心にあたる部分の強度は、その側面の１面の強度のみからなるため、荷重に対する変形等により最も破損しやすい部分である。これを補うために、この中心にあたる補強部１１ｃをより長くして合成による強度を向上させることができる。
【００４３】
さらに、第１補強部１１は、そのピッチ（Ｐ）寸法が、第1補強部１１の厚みをＴとした時、Ｐ＝Ｔ×（１０〜３０）であることが好ましい。第１補強部１１のピッチを厚みＴの１０〜３０倍とすることで、例えば、第１補強部１１の厚みを３ｍｍとし、そのピッチを４０ｍｍとすることで、ミラー加工を施す際の荷重にも十分耐えうることが可能である。
【００４４】
また、第１補強部１１のピッチが、厚みの１０倍未満である時は、第１補強部１１相互の間隔が小さく、強度は向上するが、その第１補強部１１の本数が増加するため軽量化が達成できず、位置決め装置として用いた際にステージの加速用のリニアモータへの負荷が増大し、その精度に悪影響を及ぼし、生産性を落とすこととなる。一方、３０倍を超える場合は、第１補強部１１相互の間隔が広くなり過ぎて、その中間部において強度が低下するため破損の原因となる。
【００４５】
また、上記セラミック構造体の上面１と周面３、下面２と周面３との境界部は、０．５ｍｍ以上の面取りを施すことが好ましい。ミラー加工を施す場合には、特に、これら境界部に大きな負荷がかかるため、研磨砥粒との摺動や加工時に片寄った負荷がかかることによりカケが発生し易く、ミラー加工を施す面のすべての境界部に０．５ｍｍ以上の面取りを施すことでこれを防止できる。この面取りの大きさは、０．５ｍｍ未満ではその効果が少なく、カケに至らなくともチッピングなどが発生する。さらには面取りの大きさは１〜３ｍｍがより好ましい。
【００４６】
さらに、内周面を形成する各側面に形成された第１補強部１１が、図２（ａ）、（ｂ）に示すように略並行に配置されることが好ましい。第１補強部１１が略並行に配置された周面３を反射面として使用するステージ部材として用いる際に平面度の向上が達成でき、また周面３を成す各側面を仕上げ加工する際に連続して同様の形状変化が期待できることや、その間隔を一定にすることで、平面度の変化レベルの推定が可能である。
【００４７】
なお、略並行とは内周面を形成する１つの側面に形成された第1補強部１１が±１０°の角度をなすものを言い、図２（ｂ）に示すように第１補強部１１が、内周面を形成する側面に対して垂直ではなく傾斜した第１補強部１１としてもよいが、その側面との合成により剛性を最大限に引き出す点から垂直に形成することがより好ましい。
【００４８】
また、図３に示すように、第１補強部１１の内周面との境界部１１ａは、曲面状であることが好ましく、その曲率半径Ｒは、０．３〜１０ｍｍであることが好ましい。これにより、第１補強部１１の強度を確保でき剛性をより向上させることができる。この周面３はミラー面と成す面であり、鏡面に加工するためにセラミック構造体に荷重を掛けながら超精密ラップ加工が行われる。したがって、この周面３の強度確保のため、周面３を支える一方端が開放されてなる第１補強部１１の強度が必要であり、周面３と第１補強部１１の接する境界部１１ａには、大きな負荷がかかるため、この隅部が曲率半径０．３〜１０ｍｍのＲ状であることが好ましい。また、この曲率半径Ｒが０．３ｍｍ以下であると隅部に加工時の応力が集中し、クラックが発生しやすくなり、境界部１１ａが１０ｍｍを越えると、多少ではあるが断面積が増えるため重量増加へと繋がることになる。したがって、この境界部１１ａは、重量増加に繋がらない範囲で小さいことが好ましく、０．３〜５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００４９】
さらに、図３に示すように、第１補強部１１の開放端１１ｂも同様に曲面状とすることが好ましく、加工時や接合時、また使用時の負荷に対してもエッジであるよりもカケや割れの発生が少なく、より信頼性が高く、寿命の長いセラミック構造体とすることができる。第１補強部１１の開放端１１ｂは、曲面状であれば良く、鋭角の角部を面取りするようなＲ形状でもかまわないが、信頼性をより向上させるためにはＲ状の曲面であることがより好ましい。
【００５０】
またさらに、図４に示すように、第１補強部１１の開放端１１ｂがＴ字型の補助部１１ｄを有することが好ましい。
【００５１】
図４に示すように、第１補強部１１の開放端１１ｂにＴ字型の補助部１１ｄを設けることで、使用時にその高速移動によるセラミック構造体へかかる荷重に対して、さらにその剛性を高いものとすることができる。それはＴ字型の補強部１１ｄの面積が増えることによる効果以外に、Ｔ字型の補強部１１ｄとすることで異なった方向への剛性が付加されるため、より剛性が高まることによる。
【００５２】
また、この第１補強部１１の開放端へ設けるＴ字型の補強部１１ｄは、図５に示すような板形状のものに限らず、円形状や多角形等の形状でも同様の効果を期待できるが、その軽量化を達成するためには薄肉形状で構成し、剛性を向上させるために第１補強部１１に対してその向きが異なる方向とすることがより好ましい。
【００５３】
さらに、図５に示すように、両端が内周面と連続するように配置した第２補強部１２を有することが好ましい。
【００５４】
このように複数の第１補強部１１に加え、さらに第２補強部１２を有することにより、補強部の剛性がさらに高くできるため、セラミック構造体が移動する際にかかる荷重による変形をより小さいものにできる。このとき複数の第１補強部１１より、必要な補強部のみをその中央部に向かって伸ばし、内周面と中央部で連結する第２補強部１２を形成することで中央部の剛性をより一層向上させることができる。特に、第２補強部１２によって中央部分に多角形を成すように形成することがより好ましく、中央部分の剛性をより高め、周面３にかかる外辺からの応力や、上面１、下面２からの応力にも強い剛性を示し、より精度の高い位置決めの効果が図れる。
【００５５】
さらに、この多角形からなる第２補強部１２は、円形、３角形、４角形、５角形等でも効果はあるものの、中でも６角形は、他方向からの応力に強いためより好ましい。
【００５６】
また、多角形を構成する第２補強部１２においても、上述の第1補強部１１と同様に隅部がＲ形状とすることが好ましく、Ｒが１〜１０ｍｍ程度のＲ形状であることがより好ましい。
【００５７】
特に、その位置精度を必要とする半導体・液晶製造装置用部材や、これらに用いられる位置決め装置用部材として用いる際には、内周面を形成する各側面にこの第２補強部１２を１箇所以上設け、さらに内周面を形成する各側面に対して傾斜した第２補強部１２を形成することが好ましい。これは、内周面を形成する各側面は、その側面両端部のみで他の側面に接しているため、荷重を受けた際にねじれによる変形が発生し易く、この側面両端の他に１箇所以上第２補強部１２を設け、他の側面に通じる第２補強部１２を形成することでそのねじれによる変形を抑制することができる。また、その第２補強部１２の形態は、上面から見た際に縦横に並んだ補強部のみでは、斜め方向からの荷重に弱いため、各側面に対して傾斜した斜め方向の第２補強部１２を備えることで解決できる。
【００５８】
この傾斜した第２補強部を備えることは、セラミック構造体には装置をミラー加工する際や稼働中においても、ねじれ等の複雑な荷重が加わることが予想できるため、出来る限りあらゆる方向に対してその剛性を向上させることが有効である。
【００５９】
また、図６に示すように、第２補強部１２より突出し、上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第３補強部１３を有することが好ましい。
【００６０】
このように、第1補強部１１と同様に、第２補強部１２から突出する複数の第３補強部１３を有することにより、各第２補強部１２に異なった方向の剛性を高めることができ、特に中央部分の剛性をより一層高めることができるため、ウエハを固定する静電チャックを搭載した際にも、この耐荷重を十分に発揮できる。この複数の第３補強部１３は、上面１と下面２からの荷重に耐えるものであれば良く、その厚みや数は、上面に搭載するものの荷重に合わせて自由に変えることができる。
【００６１】
また、第３補強部１３は、上述の第1補強部１１と同様に開放端が曲面状とし、その境界部をＲ状に、また、ピッチや厚み等も同様に形成することが好ましい。
【００６２】
さらに、ウエハ等を搭載する中心部分は、許す限り細かい第３補強部１３で構成し、その剛性を増すことが好ましい。上面部の中心付近は、ウエハを固定するための静電チャックが搭載されるため、その重量も加味して連続した細かい第３補強部１３で構成することが好ましく、さらには多角形に仕切られた細かいセル構造を持つ構造としてもよい。
【００６３】
また、上記セラミック構造体は、第１補強部１１、第２補強部１２、第３補強部１３の高さ方向の断面積の合計、即ち、図１（ａ）、図５、図６に示すような正面断面図における各補強部の断面積（周面３の斜線部を除く補強部のみの斜線部）の合計面積が、上面１の面積に対して５％〜３０％の範囲であることが好ましい。この面積比が５％未満では軽量化を進めるために各補強部の本数を減らすことや、極端に補強部の厚みを少なくするなどとなるため、ミラー加工時にかかる負荷や使用時の高速移動による加速による負荷に耐えるのに必要な剛性を確保することができない。また、３０％を超えると、セラミック構造体としての軽量化が図れず、高速移動するステージ用部材などとして使用する場合には、位置決め精度などに問題が生じる。
【００６４】
ここで、本発明のセラミック構造体のその他の実施形態を説明する。
【００６５】
本発明のセラミック構造体は、上述の実施形態と同様な構造をなし、金属からなる骨材の表面にセラミック層を被覆して形成する。
【００６６】
骨材をなす金属は、鉄、銅、アルミニウム等の比較的容易に加工できる材料で製作し、その表面に溶射により耐食性に優れたアルミナやイットリア、ＹＡＧ、コージェライト等からなる溶射膜を被覆することで、軽量化、高剛性の構造体を得ることができる。
【００６７】
このとき表面に溶射するセラミック層としては、密度が９５％以上であることが望ましい。
【００６８】
ここで、本発明のセラミック構造体の製造方法について説明する。
【００６９】
このようなセラミック構造体は、セラミック粉末原料をゴム型からなる成形用型へ投入し、約１００ＭＰａの圧力で成形して成形体を得る。その他金型を使用したプレス成形による方法で成形体を得ることもできる。
【００７０】
ついで、成形体に切削加工を施して所定の形状へと加工を行うが、このとき焼成の収縮率と焼成後の研削代を考慮して加工を施さなければならない。
【００７１】
また、周面３と各補強部の加工は、その肉厚を薄くしなければならないことから、切削工具の切れ味を保持するように管理することや、切り屑の除去を頻繁に行い、エアー等により集塵しながら加工を進めることが望ましい。
【００７２】
また、このように粉体を加圧成形した成形体を素材から削りだして製造する方法の他、鋳込み成形や光造形などの成形方法により同時に補強部を有する成形体を得ることができる。
【００７３】
また、このセラミック構造体は、上面１、下面２を別途別々に作製し、周面３の内部に各補強部が形成された成形体を準備し、これを接合した後に焼成することで一体的な構造体とすることができる。接合方法は、上面１と下面２のそれぞれ接合面に同材質からなるセラミックスのペーストを接合媒体として塗布し、加圧して接合することで一体化することができる。このとき使用する同材質のペーストは、同材質の粉末原料に成形助剤を添加して液状としたもので、水系、オイル系助剤を使用してもかまわないが、その添加量はなるべく少ないことが好ましい。それは接合面に塗布されたペーストは、セラミック構造体と同様に焼成により収縮を伴うが、助剤等を多く添加すると収縮が大きくなり、部材の収縮と差が生じることで隙間が発生することなどにより、接合強度の低下要因となる。
【００７４】
またペーストは真空脱包して、気泡を取り除き、接合面へ塗布した際に、気泡が発生しないようにすることが重要である。気泡が発生したまま接合をおこなうと、焼成後に大きなボイドとなって、これも接合強度の低下要因となる。
【００７５】
このように開放された第１補強部１１を互いに接合したものを焼成することで、焼成体としては一体的な構造となり、軽量で高剛性なセラミック構造体とすることができる。
【００７６】
このセラミック構造体を構成する少なくとも第１補強部１１、または第２補強部１２、または第３補強部１３において、各補強部により閉ざされた領域の少なくとも一箇所に、外辺に貫通したφ１ｍｍ以上の開口穴を設けることで、焼成時に揮発する成形助剤のガスが抜けることができるため、クラックを防止できるため好ましい。この開口穴がφ１ｍｍ未満であるときは、助剤の揮発がスムーズにできずに閉ざされた領域に留まることがあり、クラック等の発生原因となる。また、この開口穴は、閉ざされた領域の大きさが大きいほど、揮発する助剤の量が多くなるため、その開口穴の径を大きくすることが好ましい。但し、その閉ざされた領域の断面積に対して、１／３以下であることが望ましく、これを超えるような大きな開口穴を施工すると、この領域の補強部の強度が不足してしまう。
【００７７】
このようにして接合、焼成されたセラミック構造体は、その上面１、下面２、周面３からなる４側面を研削加工にて所定寸法へ加工されるが、このときミラー加工を施す面は、その後の超精密ラップ加工にかかる加工時間を短縮するために、出来る限りその平面度を小さく抑えることが重要で、好ましくは３μｍ以下、さらに１μｍ以下とすることがより好ましい。
【００７８】
このようにして製造されたセラミック構造体は、上述のようにミラー面を高精度に加工することができるため、ステージを備えた位置決め装置用部材として好適に用いることができる。
【００７９】
また、半導体・液晶製造装置用部材として、このようなセラミック構造体は、ウエハ等の基板の大型化に伴いその構造部材も大型化が進み、さらに処理能力の向上のために高速化が進む中で、装置全体の軽量化を満足でき、またステージ以外のガイド部材等の設備もその部材の軽量化と高剛性を達成できる。
【実施例】
【００８０】
次に、本発明の実施例を示す。ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００８１】
本発明実施例として図１、図５、図６に示すような内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部、及び第２補強部、第３補強部を有する中空体からなるセラミック構造体試料を製作して評価した。
【００８２】
形状寸法は、４５０ｍｍ×４５０ｍｍで厚みが５０ｍｍの箱型形状であり、図１の試料は、内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部を長さ３０ｍｍ、厚み３ｍｍとして周面を成す１つの側面に９箇所ずつ設け、その中心１箇所の第１補強部の長さを５０ｍｍ、厚み３ｍｍとした。また、図５の試料は、第１補強部に加えてその第１補強部の中心に両端が内周面と連続するように、各側面の長さが２００ｍｍとなる四角形状に配置した第２補強部を厚み３ｍｍで製作した。さらに、図６の試料は第１補強部、第２補強部に加え、図５に示す試料の第２補強部より突出し、上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第３補強部を長さ３０ｍｍで配置した補強部構造で構成している。
【００８３】
このような構造の試料をアルミナ及びコージェライト材料、また、鉄にアルミナを溶射して作製し、約６００ｍｍ×６００ｍｍ×８０ｍｍの成形体を湿式静水圧成形方法で得た後、焼成時の収縮率を考慮した所定寸法へ切削加工を施し、上面と下面を加工した後に同材質からなるペーストを使用して接合し、これを焼成して製作した。
【００８４】
比較例として従来の図９のような補強部の無い箱型の構造、また図１１のような補強部がその構造体の骨格となる各側面を連結された補強部のみからなり、外形が本発明の実施例と同様なセラミック構造体の試料を準備した。この比較例の試料としてＮｏ．１は補強部が無い箱型形状であり、またＮｏ．２は、骨格となる補強部のみで構成されている。
【００８５】
また、各試料を表１に示すように第１補強部の有無、各補強部の設置方向が平行かどうか、開放端の形状と先端がＴ型の補助部の有無、さらに第２補強部、第３補強部の有無、またさらに材質について種々条件を変えて実験を行った。
【００８６】
各試料を評価するための評価方法は、軽量化の目安として判定方法は１０ｋｇ以下を○、１０ｋｇを超えるものを×とした。
【００８７】
また剛性の測定方法としてセラミック構造体の一方側面を治具にて固定し、反対側の側面に上方から２００Ｎの荷重を加えた際の変形量を測定した。また判定方法は、変形量が５μｍ以下を○、５μｍを超え１０μｍ以下を△、１０μｍを超えるものを×とした。結果は表１に示す通りである。
【表１】
2006066733.tif 000003
【００８８】
表１に示すように、本発明実施例の試料（Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１８）は、軽量化はもとより、変形量が少なく剛性が高い状態であることが判った。
【００８９】
ここで本発明の内周面から上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第１補強部を有する図１の試料のうちＮｏ．３〜Ｎｏ．１２は、先端にＴ型の補助部を設けたものが特に良好で、その材料はアルミナ、コージェライト、金属にアルミナ溶射を施したものの準で良好であった。
【００９０】
また、両端が内周面と連続するように配置した第２補強部を有する試料Ｎｏ．１３〜１５は、重量が増加増えたものの、さらに変形量が小さくなり、剛性が向上している。
【００９１】
さらに、第２補強部１２より突出し、上下面と連続して一方端が開放するように配置した複数の第３補強部１３を有する試料（Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１８）は、これもさらにその重量が微増しているがさらに変形が少なくなり、その軽量化と高剛性を達成している。
【００９２】
これに対し、比較例である試料（Ｎｏ．１）は、箱型であるため試料中重量が最も少ないが、変形量大きいため剛性に問題がる。また比較例である他の試料（Ｎｏ．２）は、中空構造体の内部に補強部を持つ構造であるが、高い剛性を保持するだけの補強部が設けられていないことから、これも軽量化は良好であるが変形量が大きく剛性が判定×で問題があった。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】（ａ）は本発明のセラミック構造体の一実施形態である正面断面図であり、（ｂ）は同じく側面断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１補強部が略並行に配置されたセラミック構造体の部分拡大断面図であり、（ｂ）は本発明の第１補強部が略並行に配置されたセラミック構造体の他の例である部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第１補強部の開放端が曲面状であるセラミック構造体の部分拡大断面図である。
【図４】本発明の第１補強部の開放端がＴ字型の補助部を有するセラミック構造体の部分拡大断面図である。
【図５】本発明の第２補強部を有するセラミック構造体の正面断面図である。
【図６】本発明の第１〜第３補強部を有するセラミック構造体の正面断面図である。
【図７】位置決め装置の斜視図である。
【図８】位置きめ装置の稼動機構を説明する側面断面図である。
【図９】従来のセラミック構造体の斜視図である。
【図１０】従来のセラミック構造体の補強部構造を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１：上面
２：下面
３：周面
１１：第１補強部
１１ａ：第１補強部の境界部
１１ｂ：第１補強部の開放端
１１ｃ：中心の第１補強部
１１ｄ：Ｔ字型の補助部
１２：第２補強部
１３：第３補強部
２０：上板
２１：下板
２２：貫通穴
３１：天板
３２：Ｘステージ
３３：Ｘガイド
３４：Ｘリニアモータ固定子
３７：Ｙステージ
３８：固定Ｙガイド
３９：固定子
４０：稼働
４１：Ｙリニアモータ固定子
４２：定盤
４３：基準面
４５：Ｘ方向ミラー
４６：Ｙ方向ミラー
６１：補強部
６２：天板
６３：四角形の補強部
６４：ひし形の補強部
Ｈ２：中空内部
Ｈ２ａ：導通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006066733.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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