(57)【要約】 【課題】  軽量高剛性セラミック部材を提供する。【解決手段】  セラミック部材１０は、隔壁１１により仕切られた多数の柱状空隙部１２を有するハニカム構造部材１３と、板部材１４とを有する。ハニカム構造部材１３の目開きを３ｍｍ〜２０ｍｍとし、隔壁１１のヤング率を２００ＧＰａ以上とし、隔壁１１の厚さを０．２ｍｍ〜３ｍｍとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のセラミックス材料からなり、隔壁により仕切られた多数の柱状空隙部を有するハニカム構造部材と、
所定のセラミックス材料からなり、前記ハニカム構造部材の少なくとも一方の、前記柱状空隙部の長手方向に垂直な面に取り付けられる板部材と、
を有する軽量高剛性セラミック部材であって、
前記ハニカム構造部材の目開きは３ｍｍ〜２０ｍｍであり、前記隔壁のヤング率が２００ＧＰａ以上であり、前記隔壁の厚さが０．２ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする軽量高剛性セラミック部材。
【請求項２】
前記隔壁の比重が４．５未満であることを特徴とする請求項１に記載の軽量高剛性セラミック部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造装置に装備される可動ステージ等に好適に用いられる軽量高剛性セラミック部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体装置の製造過程においては、フォトリソグラフィ技術によって半導体ウエハに所定のパターンを形成しており、このフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置において半導体ウエハを保持し移動させるステージには、近時の半導体装置の回路パターンの微細化と高集積化に対応した高精度の位置決め機能と、経済的に露光処理を行うための高速移動機能が求められている。
【０００３】
しかしながら、ステージを高速で移動させると必然的に振動が発生し、位置決め精度を低下させることとなる。特に、露光装置の可動部は、移動と静止を繰り返しており、静止時には慣性力による振動が発生する。このような振動は露光精度に影響するため、その大きさが許容レベル以下に減衰するまで待機する必要があり、それがスループット向上の阻害要因となってしまう。
【０００４】
ステージを一定の駆動力のもとで高速で動かすためには、可動部全体の軽量化が必要であり、移動、停止の振動による精度低下を抑制するためには荷重変形が小さい構造であることが好ましい。したがって、このように高速化と高位置決め精度を両立させるためには、軽量かつ荷重変形が小さい構造および材料が必要となる。ここで、慣性力による振動の大きさは部材の比剛性と相関関係があり、部材比剛性が大きいほど振動の大きさが小さくなるから、荷重変形を小さくすることは、比剛性を大きくすることと等価である。
【０００５】
このような状況において、特許文献１には、リブ構造を持つ部材の、リブ構造部分の内部構造がリブ構造である露光装置用部材が提案されている。この技術では、ステージ等の露光装置用部材を通常のリブ構造の場合よりも軽量化することができる。しかし、比剛性はリブ部分の空隙率が高い分だけ低くなり、またその構造上局所的な荷重変形量を考慮してリブの配置を設計しなければならず、また通常のリブ構造の荷重変形量以下の変形量とすることは困難である。
【特許文献１】特開２００３−１０９８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、半導体製造装置等において高速で移動させる部材に適した、軽量高剛性セラミック部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明によれば、所定のセラミックス材料からなり、隔壁により仕切られた多数の柱状空隙部を有するハニカム構造部材と、
所定のセラミックス材料からなり、前記ハニカム構造部材の少なくとも一方の、前記柱状空隙部の長手方向に垂直な面に取り付けられる板部材と、を有する軽量高剛性セラミック部材であって、
前記ハニカム構造部材の目開きは３ｍｍ〜２０ｍｍであり、前記隔壁のヤング率が２００ＧＰａ以上であり、前記隔壁の厚さが０．２ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする軽量高剛性セラミック部材、が提供される。
この軽量高剛性セラミック部材においては、隔壁の比重が４．５未満であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軽量で高い剛性を有するセラミック部材が得られる。したがって、本発明の軽量高剛性セラミック部材を、例えば半導体装置の製造に用いられる露光装置や検査装置の可動ステージ等として用いた場合には、高いスループットと高い位置決め精度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る軽量高剛性セラミック部材（以下単に「セラミック部材」という）１０の概略構造を示す斜視図であり、図２は図１に示す矢視ＡＡの断面図、図３は図２の部分拡大図である。
セラミック部材１０は、隔壁１１により仕切られた多数の柱状空隙部１２を有するハニカム構造部材１３と、ハニカム構造部材１３の少なくとも一方の、柱状空隙部１２の長手方向に垂直な面（以下「開口面」という）に設けられる板部材１４とを有しており、ハニカム構造部材１３と板部材１４とは、後述するように、所定の接合剤（図１に示さず）により接合されている。
【００１０】
ハニカム構造部材１３の目開きＬは３ｍｍ〜２０ｍｍとする。ここで、「目開き」とは、柱状空隙部１２の長手方向に垂直な断面における形状（以下、「開口形状」という）が正多角形の場合には、その一辺の長さをいうものとする。目開きＬが３ｍｍ未満では軽量化の効果が得られ難く、一方、目開きＬが２０ｍｍ超では、板部材１４の撓みが大きくなるために、好ましくない。ハニカム構造部材１３の目開きＬは、５ｍｍ〜１８ｍｍとすることが、より好ましい。
【００１１】
なお、ハニカム構造部材の柱状空隙部の開口形状は正多角形に限定されるものではなく、例えば、柱状空隙部の開口形状が長方形の場合には、短辺と長辺の両方の長さが前記範囲に収まっている必要があり、柱状空隙部の開口形状が円形の場合には、その直径が前記範囲に収まっている必要がある。
【００１２】
ハニカム構造部材１３の隔壁１１のヤング率は２００ＧＰａ以上とする。隔壁１１のヤング率が２００ＧＰａ未満の場合には、板部材１４の撓みが大きくなるために好ましくない。さらに、隔壁１１の厚さｔは０．２ｍｍ〜３ｍｍとする。隔壁１１の厚さｔが０．２ｍｍ未満ではハニカム構造部材１３が破損しやすくなり、一方、隔壁１１の厚さｔが３ｍｍ超では、軽量化の効果が得られ難い。
【００１３】
隔壁１１の比重は４．５未満であることが好ましい。隔壁１１の比重が４．５以上の場合には、軽量化の効果が得られ難い。隔壁１１の比重はハニカム構造部材１３を構成するセラミック材料とその組織に依存する。ハニカム構造部材１３に適用されるセラミックス材料としては、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、サイアロン、ＳｉＣ／Ａｌ複合材料、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料等を挙げることができる。但し、セラミックス材料は、ヤング率が２００ＧＰａ以上であり、好ましくは比重が４．５未満であれば、これらに限定されるものではない。板部材１４には、ハニカム構造部材１３と同じセラミックス材料が好適に用いられる。
【００１４】
セラミック部材１０の部材比重、つまりセラミック部材１０の単位体積当たりの重さは、セラミック部材１０全体を軽量化する観点から、１．６以下であることが好ましい。
【００１５】
板部材１４の製造方法としては、セラミックス原料粉末にバインダー等の成形助剤を添加して造粒処理し、これをプレス成形法等により板状に成形した後、脱脂、焼成して板状焼結体を得て、これを切削，研削，研磨加工する方法が挙げられる。また、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の場合には、最初にプレス成形法等によりＳｉＣ粉末とカーボン粉末を混合、成形してプリフォームを作製し、このプリフォームと金属Ｓｉとを不活性雰囲気において１６００℃程度に加熱して金属Ｓｉを溶融させ、溶融Ｓｉをプリフォームに含浸させることにより、ＳｉＣ−Ｓｉ複合材料を得ることができる。
【００１６】
ハニカム構造部材１３の製造方法としては、既知の押出成形法が好適に用いられる。すなわち、セラミックス原料粉末にバインダー等の成形助剤等を添加して混練し、得られた混練土を押出成形法によりハニカム形状に成形し、脱脂、焼成する方法が好適に用いられる。また、例えば、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の場合には、ＳｉＣ粉末とカーボン粉末の混練土を押出成形して、ハニカム形状のプリフォームを形成し、前記含浸法によりＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得る方法を採用することができる。
【００１７】
ハニカム構造部材１３と板部材１４との接合方法としては、慣用の方法、例えば、金属ろう材（Ａｕろう、Ａｇろう、Ａｌ合金ろう、Ｓｉ合金ろう等）によるろう付け、ガラスペーストやセラミックスペーストを溶融させることによる接合方法等が用いられる。
【００１８】
本発明のセラミック部材は、上記セラミック部材１０のように、ハニカム構造部材１３の一方の開口面に板部材１４が設けられた構成に限定されるものではなく、図４の斜視図に示すセラミック部材２０のように、ハニカム構造部材１３の両方の開口面にそれぞれ板部材１４・１５を設けたサンドイッチパネル状の構造としてもよい。セラミック部材１０・２０では、板部材１４（または１５）に必要に応じて穴部やネジ切り溝を形成し、このような穴部等を利用してステージ等を作製することができる。
【００１９】
セラミック部材１０においては、１枚の板部材１４と１個のハニカム構造部材１３とが接合されているが、これに限定されず、１枚の板部材１４に複数のハニカム構造部材が取り付けられた構造としてもよい。また、セラミック部材１０の外径は図１に示すような直方体に限定されるものではなく、円柱状であってもよい。
【００２０】
図４に示すサンドイッチパネル構造において各部の寸法を表１に示す値に設定したセラミック部材のモデルをＣＡＤで作製し、有限要素法により、各モデルの部材比重と撓みを求めた。ここで、ハニカム構造部材の柱状空隙部の開口形状は正方形としており、表１中の目開きＬの値はこの正方形の一辺の長さである。また、ハニカム構造部材の外寸を縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×高さ（厚さ）３０ｍｍ、板部材の形状を縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ５ｍｍとした。なお、モデル１〜７の隔壁の比重（＝２．７）はＳｉＣ／Ｓｉの一般的な比重である。
【００２１】
モデルの解析では、セラミック部材の下側四隅（つまり、一方の板部材の角部）を拘束し、上面中央（つまり、他方の板部材の中央部）２０ｍｍ×２０ｍｍの領域に５ｋｇの負荷を与えた。解析結果において、部材比重が１．６以下であり、かつ、撓みが２００ｎｍ以下となる場合を、実使用を考慮して、合格基準とした。
【００２２】
結果を表１に併記する。モデル１〜４のように、目開きが３〜２０ｍｍの範囲にある場合には、いずれも部材比重は１．６以下と軽量であり、かつ、撓みが２００ｎｍ以下と小さくなった。これに対して、モデル５のように目開きが２ｍｍと小さい場合やモデル６のように隔壁厚さが４ｍｍと厚い場合、モデル９のように隔壁の比重が４．５と大きい場合には、いずれの場合でも部材比重が１．６よりも大きくなった。部材比重が１．６よりも大きくなったモデルについては撓み解析は行っていない。また、モデル７のように目開きが２４ｍｍと大きい場合とモデル８のようにヤング率が小さい場合には、撓みがそれぞれ２２５ｎｍ、４８４ｎｍであり、合格基準として定めた２００ｎｍよりも大きくなった。
【００２３】
【表１】
2005203537.tif 000003
【実施例】
【００２４】
Ｓｉ粉末１００質量部に対して、Ｃ（カーボン）粉末を４０質量部、メチルセルロースを１５質量部、純水を２５質量部添加して混練し、得られた混練土を、押出成形して、ハニカム形状に成形した。この成形体を、アルゴンガス雰囲気中、２０００℃で焼成し、ＳｉＣハニカム構造部材を得た。このハニカム構造部材の目開きは１０ｍｍ、隔壁厚さは１ｍｍ、外寸は１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍである。また、Ｓｉ粉末とＣ粉末を前記比率で配合し、これに所定量のバインダを添加して造粒し、得られた造粒粉をプレス成形し、ハニカム構造部材と同じ条件で焼成して板部材を得た。この板部材の外寸は、１００ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍである。こうして作製したハニカム構造部材と板部材をＡｕろうを用いて接合して、前記表１に示したモデル１と同構成のセラミック部材を作製した。
【００２５】
このセラミック部材の中央部２０ｍｍ×２０ｍｍの領域に５ｋｇの荷重を負荷し、負荷した面の撓み量を電気マイクロ（ミツトヨ製、型番ＭＬＨ−３２２）で測定した結果、約１００ｎｍとなり、先のモデル解析結果とよく一致した。このことから、表１に示す構造パラメータを設定し、有限要素法解析することで、実質的に本発明に係る軽量で高剛性なセラミック部材の構造パラメータを決めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の軽量高剛性セラミック部材は、例えば、露光装置用ステージや検査装置用ステージ等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る軽量高剛性セラミック部材の一実施形態を示す斜視図。
【図２】図１の矢視ＡＡ断面図
【図３】図２の部分拡大図。
【図４】本発明に係る軽量高剛性セラミック部材の別の実施形態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２８】
１０；セラミック部材
１１；隔壁
１２；柱状空隙部
１３；ハニカム構造部材
１４；板部材
１５；板部材
２０；セラミック部材
【図１】
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【図２】
2005203537.tif 000005
【図３】
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【図４】
2005203537.tif 000007