JP4203109B2 - 振動制御用質量体 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には振動制御用質量体に関し、特定的には、半導体装置、フラットパネルディスプレイ等のデバイスを製造するために用いられる露光装置等の移動体を有するステージ装置に組み込まれる振動制御用質量体に関するものである。

従来から、たとえば、半導体装置の製造工程として露光工程においては、マスクまたは基板を保持して移動する移動体（レチクルステージまたはウエハステージ）を高速度で高精度に移動させてパターンの転写が行われる。移動体の移動に伴う振動を制御するために質量体が用いられている。

たとえば、特開２００５−３０４８６号公報（特許文献１）には、制振装置をマスダンパーとしてウエハステージに備えた露光装置が記載されている。このマスダンパーは、質量体と弾性体とが連結された振動系を有する。質量体の材料としてタングステンや鉛などの比重の大きなものを用いることが例示されている。

また、たとえば、特開２００５−７２１５２号公報（特許文献２）には、制振装置をマスダンパーとしてウエハステージに備えた露光装置が記載されている。このマスダンパーは、質量体と弾性体とが接続されて第１方向に連成振動する第１振動系と、同一の質量体に第２の弾性体が接続されて第１方向とは異なる第２方向に連成振動する第２振動系とを有する。

なお、小型振動発生装置に使用される振動子の慣性体に用いられる耐食性タングステン基焼結合金とその製造方法は、特開平７−１５０２８５号公報（特許文献３）に記載されている。
特開２００５−３０４８６号公報 特開２００５−７２１５２号公報 特開平７−１５０２８５号公報

近年、ウエハサイズの大型化に伴い、上記のような露光装置では、ステージサイズの大型化が要求されている。このため、ステージの移動に伴う振動を制御するための質量体に対しても大型化が要求されている。

また、ステージサイズの大型化とともに装置構成のコンパクト化が要求されている。この要求に応じるためには、質量体に複雑な形状を付与することが求められている。

しかし、露光装置等のステージ装置において、ステージ等の移動体の高速移動に伴う振動を高精度に制御することができ、大型で、かつ、複雑な形状を付与することが可能な一つの構成部材としての質量体を製造することは困難である。

そこで、この発明の目的は、ステージ等の移動体の高速移動に伴う振動を高精度に制御するために用いられる質量体において、大型で、かつ、複雑な形状を付与することが可能な振動制御用質量体を提供することである。

この発明に従った振動制御用質量体は、移動体を有するステージ装置において移動体の移動に伴う振動を制御するために用いられる振動制御用質量体であって、略直方体形状をした複数の部材を備える。この複数の部材の各々がタングステン合金からなる。このタングステン合金は主成分としてタングステンを８０質量％以上９９質量％以下含む。略直方体形状をした複数の部材が、対向する二つの部材を形成している。対向する二つの部材は、リニアガイドに取り付けられるものである。略直方体形状をした複数の部材を組み合わせて凹部が形成されている。凹部の幅は、略直方体形状をした部材の一辺寸法で規定され、かつ、対向する二つの部材の間の間隔を規定する。

この発明に従った振動制御用質量体において、上記の対向する二つの部材は、連結部材を介材させてリニアガイドに取り付けられていることが好ましい。この連結部材の材質は、本発明において振動制御用質量体に要求される材質であれば、振動制御用質量体のその他の部分と同じ材質でもよく、異なった材質でもよい。

また、この発明に従った振動制御用質量体において、移動体がマスクまたは基板を保持して移動するものであり、ステージ装置が露光装置であることが好ましい。

なお、この発明に従った振動制御用質量体においては、複数の部材は、ネジにより締結されているのが好ましい。この場合、ネジ自体をタングステン合金で形成してもよいが、耐衝撃性の向上や低コスト化を図るためには、モリブデンやステンレス鋼のような、タングステン合金よりも比重の小さい金属または合金でネジを形成することになる。これにより、振動制御用質量体の全体の見かけ密度、すなわち、振動制御用質量体の全体の質量をその外表面で規定される形状の体積で除した値は低下する。必要以上に部材数を増やしたり、ネジの数を増やした場合、この見かけ密度が大きく低下する恐れがある。ネジの数を過度に減らすと、見かけ密度を大きくすることができるが、振動制御用質量体の剛性が不足する恐れがある。これらを考慮した場合、好ましい見かけ密度の範囲は、１６．５ｇ／ｃｍ^３以上１８．８ｇ／ｃｍ^３以下である。また、ネジは、見かけ密度の向上という観点からは、密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の金属または合金からなるのが好ましく、剛性の向上という観点からは、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上である金属または合金からなるのが好ましい。

この発明によれば、振動制御用質量体が複数の部材から構成されるので、相対的に小さな部材を組み合わせることによって全体として大型のものを製造することができる。また、この複数の部材の各々がタングステン合金からなるので、金属タングステンよりも機械加工が容易であり、凹部等を有する複雑な形状に加工することができる。また、振動制御用質量体が複数の部材の組み合わせで構成されるので、１つのタングステン合金が単純なほぼ直方体形状であっても、組み合わせた全体としての形状で凹部などを有する複雑な形状を容易に形成することができる。さらに、このタングステン合金は主成分としてタングステンを８０質量％以上９９質量％以下含むので、高い比重を有し、剛性の高い振動制御用質量体を得ることができる。

この発明の振動制御用質量体の全体形状として一つの実施の形態を示す概略的な斜視図である。 分割された複数の部材からなる振動制御用質量体の一つの実施の形態を示す概略的な斜視図である。 分割された複数の部材からなる振動制御用質量体のもう一つの実施の形態を示す概略的な斜視図である。 分割された複数の部材からなる振動制御用質量体の別の実施の形態を示す概略的な斜視図である。 この発明の振動制御用質量体とステージ装置の構成部品との連結構造の一つの実施の形態を示す部分断面図である。 この発明の振動制御用質量体とステージ装置の構成部品との連結構造のもう一つの実施の形態を示す部分断面図（Ａ）と底面図（Ｂ）である。 この発明の振動制御用質量体とステージ装置の構成部品との連結構造の別の実施の形態を示す部分断面図（Ａ）と底面図（Ｂ）である。 この発明の振動制御用質量体とステージ装置の構成部品との連結構造のさらに別の実施の形態を示す部分断面図（Ａ）と底面図（Ｂ）である。 分割された複数の部材からなる振動制御用質量体のさらに別の実施の形態を示す概略的な斜視図である。

符号の説明

１０，２０：板状部材、１１，２１，１１０：凹部、１２，２２：かぎ状部、１３，２３，３１，２２０：ネジ、１４，２４，３２：接合面、３０：筒状容器、４０，５０，６０，７０，１００，２００：振動制御用質量体、４１，５１，６１，７１：振動制御用質量体本体部、４２，５２，６３，６４，７３，７４，７５：連結用ネジ、６２，７２：連結部材、５０１：レール、５０２：リニアガイド。

本発明者は、露光装置等のステージ装置において移動体の移動に伴う振動を制御するために用いられる振動制御用質量体において、大型化することができるとともに、複雑な形状を付与することができ、相対的に比重が高く、剛性の高いものを得るために以下のとおり検討した。

従来から、小型振動発生装置に使用される振動子の慣性体の材料として、タングステン基焼結合金が用いられている。しかし、一つの大型のタングステン基焼結合金を製造しようとすると、焼結工程において不均一な焼結が行われるために部分的に巣が生じてしまう。また、一つの大型のタングステン基焼結合金を製造することは、製造コスト、生産能力の観点から実用的ではない。

以上の考察に基づいて、本発明者は振動制御用質量体の要求特性に着目して鋭意研究を重ねた。その結果、振動制御用質量体を複数の部材に分割して構成し、その複数の部材の各々をタングステン合金で形成しても、上記の要求特性を満足することを見出した。このような発明者の知見に基づいて本発明はなされたものである。

この発明の振動制御用質量体は、複数の部材から構成され、この複数の部材の各々がタングステン合金からなり、このタングステン合金は主成分としてタングステンを８０質量％以上９９質量％以下含む。このように構成することにより、小片のタングステン合金を複数個、製造し、組み合わせることによって、全体として振動制御用質量体を大型化することができるとともに、金属タングステンよりも機械加工が容易であるので複雑な形状を付与することができ、また複数の部材の組み合わせで構成されるので、１つのタングステン合金が単純なほぼ直方体形状であっても、組み合わせた全体としての形状で凹部などを有する複雑な形状を容易に形成することができ、相対的に比重が高く、剛性の高いものを得ることができる。タングステンの含有量が９９質量％を超えると、性状が純タングステンに近くなり、硬くて脆いタングステン合金になるので、剛性の高いものを得ることができない。

なお、１つの部材の体積は５４０ｃｍ^３以上２７００ｃｍ^３以下、重量は１０ｋｇ以上５０ｋｇ以下が好ましい。１つの部材の体積が２７００ｃｍ^３よりも大きく、重量が５０ｋｇよりも大きい場合には、部材の重量が重くなり、部材のハンドリングが困難になる。１つの部材の体積が５４０ｃｍ^３よりも小さく、重量が１０ｋｇよりも小さい場合には、部品点数が増えることによって累積公差が大きくなるので、振動制御用質量体の全体としての寸法精度が悪くなる。

また、振動制御用質量体全体の体積は２７００ｃｍ^３以上５４０００ｃｍ^３以下、重量は５０ｋｇ以上１０００ｋｇ以下が好ましい。振動制御用質量体全体の体積と重量が上記の下限値未満では、振動制御用質量体を複数の部材で構成することによって、かえってコストが高くなる恐れがあり、振動制御用質量体全体の体積と重量が上記の上限値を超えると、部品点数が増えることによって寸法精度が悪くなる恐れがある。

この発明の振動制御用質量体においては、タングステン合金は、０質量％を超え１８質量％以下の含有量でニッケルと、鉄、銅およびコバルトからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属と、不可避的不純物とを含むのが好ましい。

また、この発明の振動制御用質量体においては、タングステン合金はタングステンを９０質量％以上９８質量％以下含み、比重が１７．０ｇ／ｃｍ^３以上であるのが好ましい。また、タングステン合金は、ニッケルと、鉄、銅およびコバルトからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属と、不可避的不純物とを含み、これらの合計の含有量が２質量％以上１０質量％以下であるのが好ましい。このようにタングステンを９０質量％以上含有するタングステン合金から複数の部材を形成することによって、比重をより高くすることができ、振動エネルギを減少させる効率を高めることができる。また、タングステンを９８質量％以下含有することによってタングステン合金の焼結性を高めることができる。これらのことから、振動制御用質量体のコンパクト化を図ることができる。なお、この発明のタングステン合金は、本発明の作用効果を損なわない限度において、ニッケル、鉄、銅、コバルト以外の他の元素を含んでいてもよく、たとえば、マンガン、モリブデン、シリコン、レニウム、クロム、チタン、バナジウム、ニオブ、タンタル等の元素を含んでいてもよい。

さらに好ましくは、ニッケルと、タングステンおよびニッケルを除いた残部との質量比率が５：５〜９：１である。このような組成にすることにより、タングステン合金の焼結性をさらに高めることができ、焼結体の形成が容易になる。

最も好ましいタングステン合金の組成範囲は、タングステン：９５〜９８質量％、ニッケル：１〜４．５質量％、鉄：０．２〜２．５質量％、および、残部が不可避的不純物である。このような組成にすることにより、比重が高く、強度が高いタングステン合金を高い焼結性で製造することができる。なお、上記組成範囲の鉄の一部または全部をコバルトで置き換えてもよい。この場合、タングステン合金に耐食性を付与することができる。

図１は、この発明の振動制御用質量体の全体形状として一つの実施の形態を示す概略的な斜視図である。図１において数字は各部の寸法例（ｍｍ）を示す。

図１に示すように、振動制御用質量体１００は、凹部１１０を有する。このように構成することによって、ステージ装置において移動体を移動させるための駆動源としてリニアモータ等の周辺装置を振動制御用質量体１００の凹部１１０に配置することができるので、ステージ装置の装置構成のコンパクト化を図ることができる。なお、振動制御用質量体１００にねじ穴を形成してもよい。このねじ穴を用いて、ステージ等の移動体に取り付けることができる。なお、複数の凹部を振動制御用質量体１００に設けてもよい。

図２は、分割された複数の部材からなる振動制御用質量体の一つの実施の形態を示す概略的な斜視図である。

図２に示すように、振動制御用質量体１００は矢印Ｐで示される方向に移動可能である。振動制御用質量体１００は接合された複数の板状部材１０と２０を含む。板状部材１０と２０はタングステン合金からなる。板状部材１０と２０は、互いに組み合わせられるかぎ状部１２と２２を有する。複数の板状部材１０は矢印Ｐで示される方向に整列して接合されている。したがって、複数の板状部材１０の接合面１４は振動制御用質量体１００の移動方向Ｐに対してほぼ垂直である。また、複数の板状部材２０は矢印Ｐで示される方向に整列して接合されている。したがって、複数の板状部材２０の接合面２４は振動制御用質量体１００の移動方向Ｐに対してほぼ垂直である。このように振動制御用質量体１００の移動方向に対してほぼ垂直になるように接合面１４、２４を配置することによって、接合面１４、２４に生じるせん断応力を低減することができ、複数の板状部材１０と２０とからなる振動制御用質量体１００の全体としての剛性を高めることができる。

この場合、板状部材１０は凹部１１を有し、板状部材２０は凹部２１を有する。板状部材１０と２０はタングステン合金からなる。タングステン合金は純タングステンよりも機械加工が容易であるため、凹部１１と２１、凹凸形状のかぎ状部１２と２２等の複雑な形状を容易に付与することができる。また、互いに組み合わせられる板状部材１０と２０に凹凸形状を付与することによって、組み合わせ時の位置精度を向上させることができる。なお、組み合わせ面の加工精度は平面度で０．０５ｍｍよりも小さく、面粗度Ｒａで６．３μｍよりも小さくするのが好ましい。

振動制御用質量体１００においては、複数の部材１０は互いにネジ１３により締結され、複数の部材２０は互いにネジ２３により締結され、複数の部材１０と２０とは互いにネジ３１により締結されている。このように複数の部材１０と２０とをネジで締結することにより、全体として複雑な形状を有する振動制御用質量体１００を容易にかつ安価に構成することができる。

この場合、振動制御用質量体１００は矢印Ｐで示される方向に移動可能であり、振動制御用質量体１００を構成する複数の部材１０と２０とを接合するためにネジ１３と２３を締める場合、または、振動制御用質量体１００を構成する複数の部材１０と２０とを分離するためにネジ１３と２３を緩める場合にネジ１３と２３が移動する方向、すなわち、ネジ１３と２３の進む方向は振動制御用質量体１００の移動方向Ｐにほぼ平行である。このように構成することにより、せん断応力を低減することができ、複数の板状部材１０と２０とからなる振動制御用質量体１００の全体としての剛性を高めることができる。

また、このようなタングステン合金同士の接合には、密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の金属または合金からなるネジを用いると、振動制御用質量体１００の全体としての比重が相対的に低下する割合を小さくすることができる。具体的には、ネジの材質として、相対的に高い比重を有し、加工性の良好なモリブデン、タングステン合金、モリブデン合金等を挙げることができる。

図３は、分割された複数の部材からなる振動制御用質量体のもう一つの実施の形態を示す概略的な斜視図である。

図３に示す振動制御用質量体１００では、図２の振動制御用質量体１００と異なり、ネジを用いないで、複数の部材１０は接合面１４で互いに拡散接合され、複数の部材２０は接合面２４で互いに拡散接合され、複数の部材１０と２０とは接合面３２で互いに拡散接合されている。その他の構成は、図２の振動制御用質量体１００と同様である。このように複数の部材１０と２０とを拡散接合して一体化することにより、全体として複雑な形状を有する振動制御用質量体１００を容易にかつ安価に形成することができる。拡散接合は、温度１４００℃以上の真空または水素ガス雰囲気中で１０時間以上熱処理を施すことにより行われる。

また、図３に示す振動制御用質量体１００においては、複数の部材１０は接合面１４で互いにろう付けされ、複数の部材２０は接合面２４で互いにろう付けされ、複数の部材１０と２０とは接合面３２で互いにろう付けされていてもよい。このように複数の部材１０と２０とをろう付け接合して一体化することにより、全体として複雑な形状を有する振動制御用質量体１００を容易にかつ安価に形成することができる。ろう付け接合は、表面にニッケルめっきを施した複数の部材１０と２０とを炉内に配置し、銀ろう材を用いて５００〜１０００℃の温度で行われる。

さらに、図３に示す振動制御用質量体１００においては、複数の部材１０は接合面１４で互いに高分子化合物等の接着剤で接合され、複数の部材２０は接合面２４で互いに高分子化合物等の接着剤で接合され、複数の部材１０と２０とは接合面３２で互いに高分子化合物等の接着剤で接合されていてもよい。このように複数の部材１０と２０とを接着剤で接合して一体化することにより、全体として複雑な形状を有する振動制御用質量体１００を容易にかつ安価に形成することができる。なお、接着剤は、有機ガスを発生させないものを用いるのが好ましい。

図４は、分割された複数の部材からなる振動制御用質量体の別の実施の形態を示す概略的な斜視図である。

図４に示すように、振動制御用質量体１００は、複数の部材１０と２０を収容する容器３０をさらに備える。この容器３０はタングステン合金と異なる材料からなる。図４に示す振動制御用質量体１００は、複数の部材１０と２０とが互いに接合されていない点を除いては、図２の振動制御用質量体１００と同様の構成を有する。このように複数の部材１０と２０とを直接接合しないで容器３０内に収納することによって一体化しているので、複数の部材１０と２０を接合するためのねじ穴加工、メッキ処理等の前処理工程を省くことができる。これにより、全体として複雑な形状を有する振動制御用質量体１００を容易にかつより安価に構成することができる。

この発明の振動制御用質量体１００は、移動体を有するステージ装置において移動体の移動に伴う振動を制御するために用いられる。これにより、大型の基板を保持する移動ステージ等をよりコンパクトに、かつ低コストで製造することができる。

この場合、移動体がマスクまたは基板を保持して移動するものであり、ステージ装置が露光装置であるのが好ましい。特に、半導体装置の製造工程で用いられる露光装置、プラズマディスプレイの製造工程で用いられる露光装置等に本発明の振動制御用質量体１００を適用することにより、上記の効果をより発揮することができる。

図５は、この発明の振動制御用質量体とステージ装置の構成部品との連結構造の一つの実施の形態を示す部分断面図である。

図５に示すように、振動制御用質量体４０は、ステージ装置の構成部品としてのリニアガイド５０２に連結されている。リニアガイド５０２は、ステージ装置本体に取り付けられたレール５０１に沿って移動する。したがって、移動体に取り付けられる振動制御用質量体４０は、リニアガイド５０２を介在してレール５０１に沿って移動する。

この場合、振動制御用質量体４０をリニアガイド５０２に取り付けるためには、振動制御用質量体本体部４１に長いネジ穴を形成し、連結用ネジ４２を挿入してリニアガイド５０２に振動制御用質量体本体部４１を締結する必要がある。このとき、ネジ穴と連結用ネジ４２の存在により振動制御用質量体４０の全体としての比重が相対的に低下する。なお、この場合、リニアガイド５０２の振動制御用質量体本体部４１に対する位置合わせを行うためにピン４３を振動制御用質量体本体部４１に固着する必要がある。

図６は、この発明の振動制御用質量体とステージ装置の構成部品との連結構造のもう一つの実施の形態を示す部分断面図（Ａ）と底面図（Ｂ）である。

図６に示すように、長いネジ穴と連結用ネジの存在により振動制御用質量体５０の全体としての比重が相対的に低下することを防止するために、４本の相対的に短い連結用ネジ５２によって振動制御用質量体本体部５１をフランジ付きのリニアガイド５０２に取り付けることが考えられる。しかし、この場合、リニアガイド５０２のフランジ部分を４本の連結用ネジ５２によって振動制御用質量体本体部５１に締結する必要があるので、フランジ部分の面積に相当する分、振動制御用質量体５０の底面の面積が増加する。これにより、ステージ装置の小型化が困難になる。なお、この場合も、リニアガイド５０２の振動制御用質量体５０に対する位置合わせを行うために２本のピン５３を振動制御用質量体本体部５１に固着する必要がある。

図７は、この発明の振動制御用質量体とステージ装置の構成部品との連結構造の別の実施の形態を示す部分断面図（Ａ）と底面図（Ｂ）である。

図７に示すように、ネジ穴と連結用ネジの存在により振動制御用質量体６０の全体としての比重が相対的に低下することを防止するとともに、振動制御用質量体６０の底面の面積があまり増加しないようにするために、振動制御用質量体本体部６１と同様の材質の連結部材６２を介在させて振動制御用質量体本体部６１をリニアガイド５０２に取り付けることが考えられる。この場合、４本の相対的に短い連結用ネジ６３によって振動制御用質量体本体部６１と連結部材６２とを連結し、４本の相対的に短い連結用ネジ６４によってリニアガイド５０２と連結部材６２とを連結する。なお、この場合も、リニアガイド５０２の振動制御用質量体６０に対する位置合わせを行うために２本のピン６６を連結部材６２に固着する必要がある。このとき、ピン６６と連結用ネジ６３のネジ穴との位置が干渉するという問題がある。

図８は、この発明の振動制御用質量体とステージ装置の構成部品との連結構造のさらに別の実施の形態を示す部分断面図（Ａ）と底面図（Ｂ）である。

図８に示すように、ネジ穴と連結用ネジの存在により振動制御用質量体７０の全体としての比重が相対的に低下することを防止するとともに、振動制御用質量体７０の底面の面積があまり増加しないようにし、ピンを用いないでリニアガイド５０２の振動制御用質量体７０に対する位置合わせを行うために、振動制御用質量体本体部７１と同じ材質のＬ型形状の連結部材７２を介在させて振動制御用質量体本体部７１をリニアガイド５０２に取り付けることが考えられる。この場合、４本の相対的に短い連結用ネジ７３、７５によって振動制御用質量体本体部７１と連結部材７２とを連結し、４本の相対的に短い連結用ネジ７４によってリニアガイド５０２と連結部材７２とを連結する。

以上のことから、本発明の振動制御用質量体が、移動体を有するステージ装置において移動体の移動に伴う振動を制御するために用いられる場合、まず、振動制御用質量体に可動部材としてリニアガイドを取付ける必要がある。この場合、通常、ネジを用いて振動制御用質量体にリニアガイドが締結される。このネジは、移動体の急発進、急停止の衝撃に耐え得るために衝撃値の高い材料で作製されることが求められる。すなわち、振動制御用質量体を構成するタングステン合金のような材質でネジを作製すると、ネジが変形したり、破断したりする恐れがある。そうすると、たとえば、ステンレス鋼のような衝撃値の高い材料でネジを作製すると、ネジ穴と連結用ネジの存在により振動制御用質量体の全体としての比重が相対的に低下することになる。たとえば、図５に示すように、振動制御用質量体４０を一体で構成すると、連結用ネジ４２の長さが長くなる。このため、振動制御用質量体の全体としての質量損失が生じる。また、たとえば、図６に示すように、振動制御用質量体５０を一体で構成し、連結用ネジ５２の長さを短くすると、フランジ付きのリニアガイド５０２を用いる必要があり、フランジ部分の面積に相当する分、振動制御用質量体５０の底面の面積が増加する。これにより、ステージ装置の小型化が困難になる。そこで、ネジ穴と連結用ネジの存在により振動制御用質量体の全体としての比重が相対的に低下することを防止するとともに、振動制御用質量体の底面の面積があまり増加しないようにするために、図７または図８に示すように、連結用ネジ６３、６４、７３、７４、７５を用いて、連結部材６２、７２を介在させて振動制御用質量体本体部６１、７１をリニアガイド５０２に締結する必要がある。

この場合、連結部材６２、７２の厚み寸法Ｌは、移動体の急発進、急停止に耐え得るだけの最低限度の厚みでなければならず、また、ネジ穴と連結用ネジの存在による振動制御用質量体の全体としての質量損失をできるだけ小さくし、かつ、ネジに加えられるモーメントを小さくするためには、一定の範囲に限定されなければならない。このような条件を満足するためには、連結部材６２、７２の厚み寸法Ｌは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内であるのが好ましく、振動制御用質量体の全体としての比重が相対的に低下するのをより効果的に防止するためには３５ｍｍ以下であるのがさらに好ましい。

また、連結部材の形状は、図８に示すようにＬ型形状、または凹型形状にすることによって、ステージ装置との位置合わせ、すなわち、リニアガイド５０２との位置合わせを容易にかつ精度よく行うことができる。

連結用ネジは、移動体の急発進、急停止に耐え得るために衝撃値の高い材料で作製されることが求められるので、その材質としてはステンレス鋼を用いるのが好ましい。

図９は、図８に示される振動制御用質量体７０が組み込まれた、複数の部材からなる振動制御用質量体のさらに別の実施の形態を示す概略的な斜視図である。

図９に示すように、振動制御用質量体２００は、複数のほぼ直方体形状をした部材を組み合わせて大型化すればよい。図９において各部の寸法例（ｍｍ）が示されている。ネジ２２０を用いて、ほぼ直方体形状の部材を接合して一体化することにより、高い寸法精度の振動制御用質量体２００を容易にかつ安価に形成することができる。１つの部材の体積は連結部を除いて５４０ｃｍ^３以上２７００ｃｍ^３以下、重量は１０ｋｇ以上５０ｋｇ以下であるのが好ましい。体積が２７００ｃｍ^３よりも大きく、重量が５０ｋｇよりも大きい場合には、部材の重量が重くなり、部材のハンドリングが困難になる。体積が５４０ｃｍ^３よりも小さく、重量が１０ｋｇよりも小さい場合には、部材点数が増えることによって累積公差が大きくなるので振動制御用質量体の全体としての寸法精度が悪くなる。

各部材は、タングステン合金を旋盤、マシニングセンタなどの従来の機械加工により穴あけと寸法調整を行うことによって作製される。この加工後、各部材の外表面を平面研削盤によって研磨加工する。たとえば、図９に示されるような振動制御用質量体２００を組立てる場合、寸法２００（ｍｍ）の部分の精度（平行度０．０２５、寸法公差±０．０２５）が重要である。この精度を満たさない場合には、振動制御用質量体２００にリニアガイドを取付ける際に不具合が生じる。一体物で加工する場合には、放電加工機などの大型設備が必要となる。図９に示される構成では、各直方体の部材を平面研削加工で精度よく加工し、特に部材２１０を高精度に加工することによって、各部材を組み立てた際に振動制御用質量体全体として満足した精度を容易に得ることができる。すなわち、各部材の平面度、直角度および平行度を０．０１ｍｍ以下、面粗度Ｒａを１．６μｍ以下、穴公差を０．０５以下とし、特に、部材２１０の平面度、直角度および平行度を０．０１ｍｍ以下、長手方向の寸法公差を５μｍ以下にすることによって、一体化して振動制御用質量体２００を構成した場合、図９に示される寸法２００（ｍｍ）の部分の精度（平行度０．０２５、寸法公差±０．０２５）を達成することができる。

以下、この発明の実施例について説明する。

（実施例１）
まず、質量比率でタングステン（Ｗ）粉末：９７％、ニッケル（Ｎｉ）粉末：２％、鉄（Ｆｅ）粉末：１％を配合し、ミキサで３０分間乾式混合した。その後、上記の金属混合粉を篩目で１回篩い分けした。タイラ（Ｔｙｌｅｒ）粒度メッシュが＃１５０の篩目を用いた。

篩い分けによって分離された＃１５０アンダーの混合粉を冷間静水圧成形（ＣＩＰ）によって成形し、５００ｍｍ×３０ｍｍ×１００ｍｍの大きさの成形体を得た。冷間静水圧成形の条件は、圧力１．５ｔｏｎ／ｃｍ^２（加圧速度：０．１ｔｏｎ／ｍｉｎ）、保持時間６０秒であった。

得られた成形体を帯鋸で切断した後、砥石を用いて平面研削と転削加工（フライス加工）を行った。

その後、加工された成形体を水素ガス雰囲気中（流量：５ｍ^３／ｈｒ）で最高温度が１４５０℃になるように１２時間焼結した。

得られた焼結体をフライス加工することにより、図１で示す寸法の振動制御用質量体１００を構成する各部材１０と２０を作製した。ＪＩＳ呼称Ｍ１６のネジ１３、２３、３１を挿入するためのねじ穴は、マシニングセンタ（ＭＣ）を用いて穴あけ加工することにより形成した。各部材１０と２０の平面度は０．０５ｍｍ以下、面粗度Ｒａは６．３μｍ以下、穴公差は０．０５ｍｍ以下であった。

このようにして作製された各部材１０と２０を組み合わせて、ＪＩＳ呼称Ｍ１６のタングステン合金製のネジ１３、２３、３１を用いて接合した。得られた振動制御用質量体１００を矢印Ｐで示す方向に移動速度１２ｍ／ｍｉｎで移動させても、各部材１０と２０は互いに分離することなく、一体化された振動制御用質量体１００が高い剛性を有することが確認された。

（実施例２）
まず、質量比率でタングステン（Ｗ）粉末：９７％、ニッケル（Ｎｉ）粉末：２％、鉄（Ｆｅ）粉末：１％を配合し、ミキサで３０分間乾式混合した。その後、上記の金属混合粉を篩目で１回篩い分けした。タイラ（Ｔｙｌｅｒ）粒度メッシュが＃１５０の篩目を用いた。

篩い分けによって分離された＃１５０アンダーの混合粉を冷間静水圧成形（ＣＩＰ）によって成形し、所定の大きさの成形体を得た。冷間静水圧成形の条件は、圧力１．５ｔｏｎ／ｃｍ^２（加圧速度：０．１ｔｏｎ／ｍｉｎ）、保持時間６０秒であった。

得られた成形体を帯鋸で切断した後、砥石を用いて平面研削と転削加工（フライス加工）を行った。

その後、加工された成形体を水素ガス雰囲気中（流量：５ｍ^３／ｈｒ）で最高温度が１４５０℃になるように１２時間焼結した。

得られた焼結体（タングステン合金の比重：１８．５ｇ／ｃｍ^３）をフライス加工することにより、図８で示す寸法（ｍｍ）の振動制御用質量体７０を構成する振動制御用質量体本体部７１と連結部材７２を作製した。振動制御用質量体本体部７１にはＪＩＳ呼称Ｍ８の連結用ネジ７３、７５を挿入するための４個のネジ穴（呼び径Ｍ８、等級２級）を、連結部材７２には８個の貫通穴（穴径１４ｍｍ、深さ８ｍｍのザグリ穴が付いた貫通逃がし穴径９ｍｍ）を、それぞれ、マシニングセンタ（ＭＣ）を用いて穴あけ加工することにより形成した。振動制御用質量体本体部７１と連結部材７２の平面度は０．０５ｍｍ以下、面粗度Ｒａは６．３μｍ以下、穴公差は０．０５ｍｍ以下であった。連結用ネジ７３、７４、７５の材質はＪＩＳ呼称 ＳＵＳ３０４のステンレス鋼を用いた。このようにして得られた振動制御用質量体７０の重量は約２００ｋｇであった。

図８で示す寸法Ｌが３ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ、６０ｍｍの５種類の振動制御用質量体７０を作製し、それぞれ、リニアガイド５０２を取付けて、ステージ装置上のレール５０１に沿って２０ｍｍ／ｓｅｃの移動速度で移動させた。移動開始時と停止時の加速度は９．１ｍ／ｓｅｃ^２であった。移動ストロークを１００ｍｍとして、各振動制御用質量体を上記の条件で移動と停止を繰り返し、繰り返し回数が１００サイクル、５００サイクル、１０００サイクルの時点で、連結用ネジ７３、７４、７５で締結された箇所を確認した。

その結果、寸法Ｌが３ｍｍの振動制御用質量体７０では、繰り返し回数が１００サイクルの時点で連結部材７２に亀裂が生じた。寸法Ｌが１０ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍの振動制御用質量体７０では、繰り返し回数が１０００サイクルの時点でも異常が認められなかった。寸法Ｌが６０ｍｍの振動制御用質量体７０では、繰り返し回数が５００サイクルの時点で振動制御用質量体本体部７１と連結部材７２との間で０．３ｍｍ程度の位置ずれが発生していた。以上の結果から、連結部材６２、７２の厚み寸法Ｌは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内であるのが好ましいことがわかる。

以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。

この発明に従った振動制御用質量体は、半導体装置、プラズマディスプレイ等のデバイスを製造するために用いられる露光装置等の移動体を有するステージ装置に組み込まれて用いられる。

Claims (3)

1. 移動体を有するステージ装置において移動体の移動に伴う振動を制御するために用いられる振動制御用質量体であって、
   略直方体形状をした複数の部材を備え、この複数の部材の各々がタングステン合金からなり、このタングステン合金は主成分としてタングステンを８０質量％以上９９質量％以下含み、
   前記略直方体形状をした複数の部材が、対向する二つの部材を形成し、
   前記対向する二つの部材は、リニアガイドに取り付けられるものであり、
   前記略直方体形状をした複数の部材を組み合わせて凹部が形成され、
   前記凹部の幅は、前記略直方体形状をした部材の一辺寸法で規定され、かつ、前記対向する二つの部材の間の間隔を規定することを特徴とする、振動制御用質量体。
2. 前記対向する二つの部材は、連結部材を介材させてリニアガイドに取り付けられている、請求項１に記載の振動制御用質量体。
3. 前記移動体がマスクまたは基板を保持して移動するものであり、前記ステージ装置が露光装置である、請求項１に記載の振動制御用質量体。

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