(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め装置に用いるセラミック部材であって、セラミックスからなる複数の板状体と梁とを組み合わせて成り、上記板状体同士の間および上記板状体と上記梁との間を、当接面に接着剤を介在させて接着するとともに、金属製のブッシュを埋め込み接着し、ボルトで締結して接合したことを特徴とする位置決め装置用部材。
【請求項２】
上記板状体と上記梁とが異種のセラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置用部材。
【請求項３】
上記板状体と上記梁とがそれぞれアルミナ，窒化珪素，炭化珪素，コージライトのいずれかより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置用部材。
【請求項４】
上記接着剤はフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の硬化樹脂を主体とし、弾性率が４０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の位置決め装置用部材。
【請求項５】
上記接着剤の厚みが１０〜１００μｍであり、接合部位の面積の６５％以上が接着されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の位置決め装置用部材。
【請求項６】
上記梁とその両端に配置した上記板状体との隙間が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の位置決め装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種精密加工機や精密測定器、または半導体ウエハー検査装置用ステージ部品や露光装置用ステージ部品等に用いられる精密位置決め装置において、高速移動を繰り返す位置決め装置用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は代表的な位置決め装置の基本構造である。１１は試料積載用ステージ部品であり、Ｘ軸ガイド１４とＹスライド１９とを連結しＹ軸ガイド２１に沿ってＹ軸リニアモーター１６にてＸ軸ガイド１４がＹ軸方向の移動を行ない、Ｘ軸ガイド１４に沿ってＸスライド１５がＸ軸方向の移動を行ない、ミラー１７，１８でレーザー光にて位置決めポイントを制御する機構である。
【０００３】
検査装置や露光装置用ステージ部品の位置決め装置は、半導体のパターン線幅の細線化が進み装置の位置決め精度の要求が高まり、またスループットの高速化に伴い、試料積載用ステージ部品１１の高剛性化，軽量化のために、図３に示すような中実体５に剛性が高く、低比重のセラミック材が使われてきている。
【０００４】
しかし、材質を変更するだけでは軽量化に限界があり、図４に示すように肉抜き部６と梁２を備えた肉抜き形状とし、必要に応じて蓋体で覆うことにより中空体を構成し、さらなる軽量化を進めている。これを、例えば図５に示す試料積載用ステージ部品１１として用いることにより重量を軽量化できる（特開平１１−１４２５５５号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４のような肉抜き形状にするため、一般的には中実体５から削り出しを行なって製作していた。この方法は原料の無駄や切削加工の時間が大幅にかかるという問題があった。
【０００６】
また、図４に示すような蓋体を備えない片側からの肉抜き形状では剛性の低下が大きく性能を大幅に改善できないため、これを覆うような蓋体を接合して中空体とする必要がある。
【０００７】
しかし、図４の肉抜き形状に蓋体を接合する場合、接合技術が必要であるが、現実には十分なセラミックスの接合技術が確立していないため実施されていなかった。
【０００８】
すなわち、単に蓋体を接着剤で固定するだけでは、接着直後テープ等で固定、または重石を乗せるなどの仮固定で行なっていたため、接着層が２００〜５００μｍ以上と厚かったり、圧力が不十分だったりして未接着部などが発生し、充分に一体化した中空体を得られず、特性を上げることができなかった。また単にボルト締結で固定するだけでは、部品同士の面接触が不十分で点当たりとなり、振動特性を低下させてしまっていた。
【０００９】
特に剛性の低下により共振振動が低周波数帯で生じてしまうため、位置決め装置の重要な特性であるゲイン特性も低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、その目的は、軽量化しかつ剛性を低下させない位置決め装置用部材を容易に形成しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の位置決め装置用部材は、位置決め装置に用いるセラミック部材であって、セラミックスからなる複数の板状体と梁とを組み合わせて成り、上記板状体同士の間および上記板状体と上記梁との間を、当接面に接着剤を介在させて接着するとともに、金属製のブッシュを埋め込み接着し、ボルトで締結して接合したことを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の位置決め装置用部材は、上記板状体と上記梁とが異種のセラミックスからなることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに本発明の位置決め装置用部材は、上記板状体と上記梁とがそれぞれアルミナ，窒化珪素，炭化珪素，コージライトのいずれかより形成されることを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の位置決め装置用部材は、上記接着剤がフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の硬化樹脂を主体とし、弾性率が４０ＧＰａ以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに本発明の位置決め装置用部材は、上記接着剤の厚みが１０〜１００μｍであり、接合部位の面積の６５％以上が接着されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明は、上記梁とその両端に配置した上記板状体との隙間が５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、位置決め装置用部材を軽量化しかつ剛性を低下させないように形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図によって説明する。
【００１９】
図１は、本発明の位置決め装置用部材の透視図であり、セラミックスからなる複数の板状体１と梁２とを組み合わせて成り、板状体１同士の間および板状体１と梁２との間を、当接面に接着剤２２を介在させて接着するとともに、金属製のブッシュを埋め込み接着し、ボルト２３で締結して接合し中空の構造体としたものである。
【００２０】
板状体１としては、蓋体１ａ，底板１ｂ，側板１ｃを組み合わせ、中央部には２本の梁２を備え、これらの当接面に接着剤２２を介在させて接着するとともに、ネジを形成したブッシュ２４を埋め込み接着し、ボルト２３で締結してある。接着剤２２の厚みは１０〜１００μｍの範囲が好ましく、また梁２の両端と側板１ｃとの間の隙間は５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】
また、板状体１と梁２とが異種のセラミックスからなることが好ましい。これは、板状体１と梁２とを異種のセラミックスより構成することによって、同種のセラミックスで構成した場合に比べ共振振動数を高くすることが可能となる。例えば、板状体１および梁２をアルミナだけで構成した場合に比べ、板状体１をアルミナ，梁２を炭化珪素によりそれぞれ構成することで共振振動数を高くすることができる。
【００２２】
さらに、板状体１と梁２とを形成するセラミックスとしては、アルミナ，窒化珪素，炭化珪素，コージライトを用いることが好ましい。
【００２３】
これら各セラミックスの組み合わせのうち、板状体１または梁２の一方をアルミナによって構成した場合、コストを大幅に増加させることなく剛性を改善することができる。また、炭化珪素を用いた場合には、ヤング率が高く剛性が高いため、アルミナ同士の組み合せに比べて共振振動数を高くすることができる。特に、板状体１をアルミナ，梁２の少なくとも一部を炭化珪素によって形成することによって、剛性が高く、軽量の構造体を得ることができる。
【００２４】
さらに、コージライトは剛性が低いため構造体としては使用に制限があったが、例えば板状体１をコージライト，梁２を熱膨張の小さい窒化珪素の組み合わせとすることによりコージライトの低熱膨張の特性を損なうことなく同種のセラミックスで構成した場合に比べ剛性の高い構造体として用途を広げることができる。
【００２５】
なお、上述の組み合わせでは共振振動数を高くする組み合わせを示したが、板状体１および梁２の組み合わせによって、各部材を同じ材質によって形成した場合の共振振動数よりも低くする等、所望の共振振動数にすることができる。
【００２６】
またさらに、従来の肉抜き形状等は同一原料でないと製作できなかったが、設計の都合上で梁２の数を増やすことができない場合等、一部の部品を高剛性のセラミックスで形成することによって部分的に剛性を向上させることもできる。
【００２７】
上述の各部品はセラミック原料をＣＩＰなどにより成形を行ない、切削加工して焼成後、研削加工を行なったものであり、必要な個所にボルト２３を締結するための金属製のブッシュ２４を埋め込み接着し、それぞれの部品の当接面を接着剤２２で接着し、かつボルト２３で締結して固定し、固定後の接着剤２２の厚みを確認しながら再度ボルト２３を締め付け、最終的な接着剤２２の厚みを１０〜１００μｍに管理して組立を行なったものである。
【００２８】
従来の接着のみでは、接着剤２２の厚みの管理ができず接着剤２２の厚みにばらつきが発生し、接合部位の接着されている面積も不均一であったが、接着剤２２を介在させて接着するとともに、金属製のブッシュを埋め込み接着し、ボルト２３で締結することで、接着剤２２の厚みを均一にし、かつボルト２３を均等に配置することで接着面を均等に加圧できるために、接着部位の接着されている面積も均等に分布させることができる。
【００２９】
このように、接着剤２２を介在させて接着するとともに、金属製のブッシュを埋め込み接着し、ボルト２３で締結することにより、接着剤２２の厚みを薄く均一にすることが可能となり、これによって共振振動数を高くすることができる。
【００３０】
図５は代表的な位置決め装置の基本構造を示す斜視図である。１１は試料積載用ステージ部品であり、Ｘ軸ガイド１４とＹスライド１９とを連結し、Ｙ軸ガイド２１に沿ってＹ軸リニアモーター１６にてＸ軸ガイド１４がＹ軸方向の移動を行ない、Ｘ軸ガイド１４に沿ってＸスライド１５がＸ軸方向の移動を行ない、ミラー１７，１８でレーザー光にて位置決めポイントを制御する機構である。
【００３１】
ここで、試料積載用ステージ部品１１として、図１に示したような板状体１と梁２とからなる本発明の位置決め装置用部材を用いることができる。
【００３２】
なお、梁２の形状はステージ形状によりＦＥＭ等のシミュレーション技術を利用し任意に設計可能である。また本発明の位置決め装置用部材は、梁２と板状体１とで構成できることにより、原料を最小限にできることに加え、成形後の切削工程を必要最小限にできるため製造コストが大幅に軽減できる。
【００３３】
また、接着剤２２は、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の硬化樹脂を主体とし、弾性率が４０ＧＰａ以上であることが好ましい。
【００３４】
これは、接着剤２２の弾性が小さいと減衰効果のため共振振動数が低くなりゲイン特性が低下してしまうためであり、弾性率が４０Ｇｐａ以上であることにより接着剤２２の厚みを薄くできるので振動特性に影響を与えない組立構造体が可能となる。
【００３５】
また、接着剤２２の厚みは１０〜１００μｍ、望ましくは５０μｍ以下が良く、接合部位の面積の６５％以上が接着されていることが好ましい。
【００３６】
さらに、梁２は連続していなくても良く、梁２の端部と側板１ｃとの間の隙間が５ｍｍ以下であれば良い。この範囲であれば、剛性に大きな影響もなく、また共振振動も連続した梁２と変わらない。
【００３７】
逆に、隙間を設けることで、撓み等の剛性への影響が少ない状態で分割でき、肉抜きに限定されず梁２と板状体１との組立が可能となる。なお、この隙間は望ましくは２ｍｍ以下が良い。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
図２に示すように、５００ｍｍ×５００ｍｍ×３０ｍｍのステージ板３を各種セラミックスで作製し、ガイド４に接着剤２２とボルト２３で接合した。
【００３９】
本発明の実施例として、ステージ板３を図１に示すような板状体１と梁２とからなる中空形状とし、比較例として図３に示す中実体，図４に示す肉抜き形状のサンプルを作製した。それぞれ、質量，自重撓みおよびＦＦＴアナライザーにて共振振動数の測定を実施し表２の結果が得られた。接着剤２２はエポキシ樹脂系接着剤を使用し、また使用した各種セラミック材の特性は表１に示す通りである。
【００４０】
表２の質量の結果より、全てのセラミック材において、中実体よりも中空形状とすることにより軽量化が図られ、自重撓み量を小さくすることができた。また、中実体との共振振動数の比が０．８３〜１．１４と同等の特性が得られた。
【００４１】
また、板状体１をアルミナ，梁２を炭化珪素にて形成した中空形状のステージ板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のみで構成された中空形状のステージ板より重量で０．４１ｋｇ，自重撓みで０．１５×１０−３ｍｍ小さくなり、剛性を高め軽量化が可能であることがわかった。
【００４２】
さらに、板状体１をコージライト，梁２を窒化珪素で形成した中空形状のステージ板３は、コージライトの低熱膨張の特性を損なうことなく、コージライトのみで構成された中空形状のステージ板３より共振振動数が高く、高剛性の構造体となることがわかる。
【００４３】
またさらに、従来の肉抜き形状等は同一原料でないと製作できなかったが、設計の都合上で梁２を増やすことができない場合などにおいて、本発明は一部の部品を高剛性のセラミック材と組み合わせることにより部分的に剛性を向上させることも可能である。
【００４４】
【表１】
0004183166.tif 000002
【００４５】
【表２】
0004183166.tif 000003
【００４６】
さらに、接合方法による共振振動数の影響を確認した。図２に示すように、ステージ板３をガイド４上に接合する方法をボルト締結のみ，接着のみ，一体形成品、そして、接着するとともに金属製のブッシュを埋め込み接着しボルトで締結（表３には「本発明の接合方法」と表示）した４種類のサンプルを作製し、共振振動数を測定した結果を表３に示す。
【００４７】
ボルト締結のみでは部品を一体化するための接合が不十分で共振振動数が大幅に低下し実用に耐えない物であった。また、接着のみでは機能は十分ではなく、接着するとともに金属製のブッシュ２４を埋め込み接着しボルト２３で締結することにより、接着剤２２の厚み管理が可能となり一体形成品と同等の特性が得られた。
【００４８】
【表３】
0004183166.tif 000004
【００４９】
（実施例２）
接着剤２２として、２液混合エポキシ樹脂接着剤（弾性率が６５ＧＰａ，４０ＧＰａの２種）とシリコン接着剤（弾性率が２０ＧＰａ，１５ＧＰａの２種）を用いて、図１に示す本発明の中空体を製作し、ＦＦＴアナライザーにて共振振動数を測定した。
【００５０】
表４に結果を示すように、２液混合エポキシ樹脂接着剤は２種類とも一次共振振動数が８６０Ｈｚ台に対し、シリコン接着剤はいずれも４００Ｈｚ以下で大幅に低下した。したがって、接着剤の弾性率が４０ＧＰａ以上であれば振動特性に影響を与えないことが確認された。
【００５１】
【表４】
0004183166.tif 000005
【００５２】
（実施例３）
接着剤２２の厚みと接着せん断強さとの関係をテストピースにて測定し、図６に示す結果を得た。接着剤２２の厚みが１０〜１００μｍ付近で強い接着せん断強さを示し、接着剤２２の厚みとして５０μｍ程度が最も望ましいことが判明した。
【００５３】
また、接合部位の接着されている面積と共振振動数との関係を確認するためテストピースを作製し、接合部位の接着されている面積を超音波探傷測定器にて測定した。図７にその結果を示す。接合部位の接着されている面積が６０％以下となると共振振動数が低下することより、接合部位の面積の６５％以上が接着されていることが望ましい。
（実施例４）
次に、梁２を不連続とした場合のテストとして図１に示す中空体の中央の梁２の側面およびセンター部それぞれに隙間を設けて、実施例１と同様の測定をＦＦＴアナライザーにて実施した結果を表５に示す。１次振動，２次振動数共に数パーセントの減少で、使用上全く問題無い結果が得られた。ＦＥＭのシミュレーションの結果、隙間は５ｍｍ以下であれば剛性に影響ないことも確認された。
【００５４】
【表５】
0004183166.tif 000006
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、位置決め装置に用いるセラミック部材であって、セラミックスからなる複数の板状体と梁とを組み合わせて成り、上記板状体同士の間および上記板状体と上記梁との間を、当接面に接着剤を介在させて接着するとともに、金属製のブッシュを埋め込み接着し、ボルトで締結して接合したことにより、従来の接合等では製作できなかった中空構造の位置決め装置用部材も容易に製作可能となった。
【００５６】
また、梁と板状体のみで部品構成できることにより、原料を最小限にできることに加え、成形後の切削工程を必要最小限にできる。
【００５７】
また、梁と板状体とを異種のセラミックスを組み合わせて構成することで、同一材質の構造体よりも軽量かつ高剛性にすることができる。例えば板状体をアルミナにして梁を炭化珪素の各セラミックスにより構成することによって、両部材をアルミナで構成した場合に比べて梁の重量が２０％程度軽量化できる。また、炭化珪素のヤング率はアルミナの約１．１５倍あり、剛性も向上することができる。さらに、コージライトは剛性が低いため構造体としては使用に制限があったが、板状体をコージライト，梁を熱膨張の小さい窒化珪素の組み合わせとすることにより、両部材をコージライトで構成した場合に比べて、高剛性にでき用途を広げることができる。
【００５８】
さらに、上記接着剤として、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の硬化樹脂を主体とし、弾性率が４０ＧＰａ以上のものを用いることにより、振動特性に影響を与えない位置決め装置用部材の製作が可能となる。
【００５９】
また、上記接着剤の厚みを１０〜１００μｍとし、接合部位の面積の６５％以上が接着されていることにより、共振振動数の低下を防止できる。
【００６０】
さらに、上記梁とその両端に配置した板状体との隙間を５ｍｍ以下とすることにより、剛性に大きな影響もなくまた、共振振動数も梁を連続させたときと変わらないことから、撓み等の剛性への影響が少ない状態で分割でき、肉抜きに限定されず梁と板状体とからなる位置決め装置用部材の製作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の位置決め装置用部材を示す透視図である。
【図２】  本発明の位置決め装置用部材の振動測定サンプルの形状を示す斜視図である。
【図３】  従来の位置決め装置用部材を示す斜視図である。
【図４】  従来の位置決め装置用部材を示す斜視図である。
【図５】  位置決め装置を示す斜視図である。
【図６】  本発明の位置決め装置用部材における接着剤の厚みと接着せん断強さの関係を示すグラフである。
【図７】  本発明の位置決め装置用部材における接合部位の接着されている面積と共振振動との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：板状体
２：梁
３：ステージ板
４：ガイド
５：中実体
１１：試料積載用ステージ部品
１４：Ｘ軸ガイド
１５：Ｘスライド
１６：Ｙ軸リニアモーター
１７，１８：ミラー
１９：Ｙスライド
２１：Ｙ軸ガイド
２２：接着剤
２３：ボルト
２４：ブッシュ
【図１】
0004183166.tif 000007
【図２】
0004183166.tif 000008
【図３】
0004183166.tif 000009
【図４】
0004183166.tif 000010
【図５】
0004183166.tif 000011
【図６】
0004183166.tif 000012
【図７】
0004183166.tif 000013