JP2006036557A

JP2006036557A - 軽量高剛性構造部材

Info

Publication number: JP2006036557A
Application number: JP2004215100A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuto; 宏之津戸; Tomoyuki Hikita; 友幸引田; Ichiro Aoki; 一郎青木; Tadashi Matsumoto; 匡史松本; Tatsuya Shiogai; 達也塩貝
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】ボルトの締結等に十分な厚さが得られ、なお、軽量で比剛性が高い構造部材を容易に提供する。
【解決手段】隔壁により仕切られた多数の柱状空隙部を有するSiC質ハニカム構造部材からなるコア部と、前記ハニカム構造部材の両方の、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SiC質板部材からなる平板部と、を有する軽量高剛性構造部材であって、前記コア部のハニカム構造部材に形成された空隙の所望の箇所にSiC質緻密部を設けたことを特徴とする軽量高剛性構造部材。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路などの作製時、半導体ウエハなどの被露光物に露光処理を施す際に用いられる露光装置ステージなどに使用される軽量高剛性構造部材に関するものである。

高精度の位置決め機能が必要な移動体装置としては平面状物体のパターンを形成するための露光機を挙げることができる。このような高精度の位置決め装置を備えた移動体装置においては、主として静圧流体軸受け装置が用いられている。また、特に最近の半導体ウエハを製造するにあたってはパターンの微細化に対応したさらに高精度の位置決め機能が求められていると共に、経済的にパターンを形成するために、半導体ウエハなどの被露光物が搭載された移動体を高速で動かして装置のスループットを向上させることが求められている。しかしながら、移動体を高速で動かすことは必然的に振動が発生することであり、位置決め精度に関してはマイナスの要因である。また、一定の駆動力のもとで移動体を高速で動かすためには、可動部分の軽量化が必須となってきた。

このような高速化と高位置決め精度を両立させるためには、荷重変形が小さく軽量な構造と材料の部材で構成された移動体装置を用いる必要がある。
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。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ため待機する必要があるが、これはスループットを悪化させることになる。
なお、振動の大きさは部材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。このように露光装置の高速化、高精度化のためには、振動の軽減を図るために部材比剛性を大きくしなくてはならないという問題があった。

また、例えば、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。この方法では通常のリブ構造より軽量化できるものの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という課題があった。
特開2003-109892号

こうした問題を解決するため本発明者らは、SiC質からなるハニカム構造部材を有するコア部の両側に平板部を形成したサンドイッチパネルを提案した。ハニカム構造部材は十分大きな空隙率を有しており、その構造がステージ部材などの軽量化に大きく寄与する。また、該部材は荷重変形が小さく、かつ局所的な部材ヤング率の低下を考慮しなくて良いという優れた特徴を有する。従来のリブ構造によるステージなどの部材は、その上に載置される部材の重量に応じ、荷重変形量が小さくなるようリブの構造を設計する必要があるが、ハニカム構造の部材は、基本的に局所的な荷重変形の違いを考慮する必要がないため、その上に載置する部材のレイアウトなどの自由度が大きくなるという特長がある。

しかしながら、その上に載置する部材の締結を強固に行うためには、大きなボルトなどを用いる必要がでてきて、場合によっては表面の板部材の厚さではボルトの締結に十分な厚さが得られない場合があった。
したがって、本発明の目的は、ボルトの締結等に十分な厚さが得られ、なお、軽量で比剛性が高い構造部材を容易に提供することを目的にしている。

すなわち、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、課題を解決するための手段として以下の（１）、（２）を提供する。
（１）隔壁により仕切られた多数の柱状空隙部を有するSiC質ハニカム構造部材からなるコア部と、前記ハニカム構造部材の両方の、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SiC質板部材からなる平板部と、を有する軽量高剛性構造部材であって、前記コア部のハニカム構造部材に形成された空隙の所望の箇所にSiC質緻密部を設けたことを特徴とする軽量高剛性構造部材。
（２）前記SiC質ハニカム構造部材およびSiC質板部材が、比剛性７０GPa・cm³/g以上、ヤング率２００GPa以上のSiC焼結体、あるいは、SiC−Si複合材料からなることを特徴とする前記の軽量高剛性構造部材。

本発明によれば、ステージなどの軽量で比剛性が高い部材を容易に作製でき、局所的な部材ヤング率の低下を考慮しなくて良いという構造上の利点をより発揮できる。そのため従来のように荷重変形量が小さくなるようリブの構造を設計する必要はなく、基本的に局所的な荷重変形の違いを考慮する必要がないため、ボルト等で締結する方法を採用する際、その上に載置する部材のレイアウトなどの自由度が大きくなるという効果を有する。

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究した結果、半導体集積回路などの作製時、半導体ウエハなどの被露光物に露光処理を施す際に用いられる露光装置ステージなどの軽量高剛性部材にSiC質ハニカム構造部材を有するサンドイッチパネルを用いる場合、コア部のハニカム構造部材に形成された空隙の所望の箇所にSiC質の緻密部を設けることで上記課題を解決できることを見出した。

すなわち本発明は、隔壁により仕切られた多数の柱状空隙部を有するSiC質ハニカム構造部材からなるコア部と、前記ハニカム構造部材の両方の、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SiC質板部材からなる平板部と、を有する軽量高剛性構造部材であって、前記コア部のハニカム構造部材に形成された空隙の所望の箇所にSiC質緻密部を設けたことを特徴とする軽量高剛性構造部材を提案している。（請求項１）

また、本発明による軽量高剛性構造部材のSiC質ハニカム構造部材およびSiC質板部材は、比剛性７０GPa・cm³/g以上、ヤング率２００GPa以上のSiC焼結体、あるいは、SiC−Si複合材料からなることを特徴としている。（請求項２）
ここで、本発明において、SiC焼結体、あるいは、SiC-Si複合材料とした理由は、両方とも比重が２．５〜３．３程度と、Al₂O₃焼結体に比べ小さく、またヤング率２００GPa以上と比剛性の高い材料であり、部材の軽量化に効果があるからである。
特に、SiC-Si複合材料は、その比重と比剛性をSiCとSiの配合割合により調整でき、SiC/Si比の体積比で２０/８０〜１００/０の間で比剛性を７０GPa・cm³/g以上とすることができる。
このように、本発明において軽量高剛性構造部材のSiC質ハニカム構造部材およびSiC質板部材を比剛性を７０GPa・cm³/g以上、ヤング率２００GPa以上とすることで、例えば露光装置の構造部材として用いても、高速化に対応可能となり、振動の軽減が図れるため高精度の露光ができる。

次に、本発明においてコア部のハニカム構造部材に形成された空隙の所望の箇所にSiC質緻密部を設ける方法としては慣用の方法を用いることができる。例えばSiC粉末に焼結助剤、成形助剤を添加し成形し後に焼成しSiC焼結体を得た後、Auろう、Agろう、Al合金ろう、Si合金ろうなどのろう材によるろう付けなどが利用できる。
また、Si粉末とC粉末の混合粉末を同様に成形、平板部に接着後焼成し一体化したSiC-Si複合材料を得る方法でも良い。こうした方法以外にガラス接合や嵌め込みでも良く、これらの方法も本発明に包含される。
こうして得られたSiC質の緻密部の部分に、必要に応じて穴あけ、ネジ切り加工を施すことが可能である。このようにして、例えば露光機のステージなどに好適に用いられる軽量高剛性部材を得ることができる。

以下に、SiC質ハニカム構造部材およびSiC質板部材およびSiC質緻密部が、SiC−Si複合材料である場合を実施例として示すが、前記各部材がSiC焼結体でも同様の効果が得られるのは勿論である。
［実施例］
次に、図１に示した本発明に係わる軽量高剛性構造部材の一部を切り欠いた概略構成図（斜視図）に基いて、本発明の実施例について説明する。
Si粉末100重量部に、C粉末を35重量部、メチルセルロースを15重量部、水25重量部添加、混練、押し出し成形しハニカム(目開き5mm正方形、壁厚さ0.5mm、100×100×30mm)を得た。これをアルゴン雰囲気中2000℃で焼成して、図１に示した隔壁により仕切られた多数の柱状空隙部を有するSiC質ハニカム構造部材からなるコア部１を得た。得られたコア部は、SiC−Si複合材料からなり該複合材料のSiC/Si比は体積比で８０/２０（複合材料中にSiC充填率は80体積％）であった。さらに、得られたコア部の表面の略中央部に10×10×20mmの空隙を機械加工により形成した。
次に、上記原料配合で100×100×5mm板をプレス成形し焼成して、図１に示したSiC−Si複合材料板部材からなる平板部２を得た。また、上記原料配合で10×10×20mm板をプレス成形し焼成してSiC−Si複合材料からなるSiC質緻密部３を得た。このSiC−Si緻密部３とSiC−Si平板部２をAl合金ろうを用いて互いに接合した。
このSiC−Si複合材料からなる平板部２をさらにAl合金ろうを用いてSiC−Si緻密部３がコア部の表面に形成した空隙に嵌合するように接合し、さらに、もう片方のコア部の表面にもSiC−Si複合材料からなるSiC質平板部２をAl合金ろうを用いて接合して、本発明の軽量高剛性構造部材を得た。本発明の構成部材のSiC−Si複合材料からなるSiC質部材の比重は３．０、ヤング率は３４０Gpa（比剛性は、１１３GPa・cm³/gとなる。）であった。
次に、この本発明の軽量高剛性構造部材の平板部２の表面からSiC質緻密部３に至るまでM6×15mmLのネジ穴加工部４を設け、ボルトで他部材を締結したところ、使用に十分な締結状態が得られた。

以上説明したように、本発明の軽量高剛性構造部材をステージなどに用いた場合、基本的に局所的な荷重変形の違いを考慮する必要がないため、その上に載置する部材のレイアウトなどの自由度がより大きくなり、従来例と比較して構造に対する設計上の優位性が高まる効果がある。

本発明に係わる軽量高剛性構造部材の概略構成図である。

符号の説明

１；コア部
２；平板部
３；SiC質緻密部
４；ネジ穴加工部

Claims

隔壁により仕切られた多数の柱状空隙部を有するSiC質ハニカム構造部材からなるコア部と、前記ハニカム構造部材の両方の、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SiC質板部材からなる平板部と、を有する軽量高剛性構造部材であって、前記コア部のハニカム構造部材に形成された空隙の所望の箇所にSiC質緻密部を設けたことを特徴とする軽量高剛性構造部材。
前記SiC質ハニカム構造部材およびSiC質板部材が、比剛性７０GPa・cm³/g以上、ヤング率２００GPa以上のSiC焼結体、あるいは、SiC−Si複合材料からなることを特徴とする請求項１記載の軽量高剛性構造部材。