JP5036471B2 - セラミック構造体およびその製造方法ならびにこれを用いた半導体または液晶製造装置用部材 - Google Patents

Description

本発明は、従来よりもより軽量で、かつ高い剛性を有することが可能な長尺板状体のセラミック構造体およびその製造方法ならびにこれを用いた半導体または液晶製造装置用部材に関するものである。

近年、半導体および液晶製造装置の大型化に伴い、半導体ウェハや液晶基板等を支持し、様々な加工を施す際に使用される部材として、長さが１ｍを超えるような長尺板状体のセラミック構造体が用いられている。このような長尺板状体のセラミック構造体は、セラミック構造体自体が重いために取扱いが困難なばかりか、これを組み付けた装置も搬送や移動などの取扱いが困難になるという問題があった。また、これらの装置には、ＬＳＩの高集積化と超微細化とに伴う回路配線の細線化が進んでいることから、その部材に対して、高速で移動しながら、高精度の位置決めができることが要求されている。しかしながら、半導体または液晶製造装置に搭載されて半導体ウェハや液晶基板等を支持しつつＸ，Ｙ方向へ移動するステージ部材を例にとると、大型化した質量の大きなステージ部材は駆動に多大なエネルギーを必要とするばかりか、質量の大きなステージ部材を所定位置で速やかに停止させることは困難であるため、これらの要求に応えることが難しいという問題があった。

このような問題に対し、セラミック構造体の一部に中空部を形成して軽量化した種々のセラミック構造体が提案されている。

特許文献１には、全体がセラミックスからなり、かつＹステージもしくはＸおよびＹステージが一体成形した中空体の部材からなるＸ−Ｙステージが提案されている。これによれば、全体を金属類と比べて軽量のセラミックスから形成し、さらに少なくともＹステージもしくは、ＸおよびＹステージが一体成形した中空状の部材から構成したので、Ｘ−Ｙステージとして理想的な軽量化とともに、低熱膨張率，高耐磨耗性，高剛性，非磁性の面から十分に満足できるというものである。また、実施例に示された第１図には、中空部にリブを設けた定盤が開示されている。

また、特許文献２には、少なくとも片方に複数の連続する溝部が形成された凹凸面を有するセラミックスからなる平板と、凹凸面に対向する平坦面を有するセラミックスからなる平板を互いに一体に接合したセラミック構造体が提案されている。これによれば、複数の連続する溝部を形成して、セラミック材料の肉抜きの効果により軽量化が図られ、溝部が形成されている凹凸面にもう１枚の平板の平坦面を積層するだけで上下の平板を支持するだけの接合面積を十分に取ることができるので、高剛性を確保できるというものである。
特開平３−131442号公報 特開2007−84397号公報

しかしながら、特許文献１に提案されている中空部を有するセラミック構造体は、Ｘ−Ｙステージの稼働機能から見て、移動方向に平行なリブが設けられており、セラミック構造体の移動方向となるリブに平行方向の両端部に荷重をかけた場合には、撓みも少なくＸ−Ｙステージとして理想的な軽量化とともに、低熱膨張率，高耐磨耗性，高剛性，非磁性の面から十分に満足できるものを得ることができると考えられるが、移動方向となるリブに直角に交わる方向の両端部に荷重をかけると、大きな撓みが生じるおそれがある。

また、特許文献２に提案されている中空部を有するセラミック構造体は、複数の連続する溝部が形成された凹凸面を有するセラミックスからなる平板と、前記凹凸面に対向する平坦面を有するセラミックスからなる平板とを接合してセラミック構造体としているため、平板の形状は矩形に限らず、曲面を有するものなど用途に応じて適宜の形状とすることが可能であると考えられる。しかしながら、大型のセラミック構造体を得ようとすれば、接合面積を大きく取って接合部の信頼性を高める必要があるが、信頼性を高めるために凹凸の径を小さくし、かつ溝部の間隔を広げてしまえば、中空部の体積が減少して軽量化の効果が損なわれ、自重による撓みが生じるおそれがある。

本発明は、上記問題を解決すべく案出されたものであり、長尺板状体のセラミック構造体の軽量化を図るとともに、自重や荷重による撓み等の変形の少ない高剛性を有するセラミック構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明のセラミック構造体からなることによって、高速で移動し、かつ高精度の位置決めが可能な半導体または液晶製造装置用部材を提供することを目的とする。

本発明のセラミック構造体は、長手方向にのびる最大肉厚が３０ｍｍ以下の中実部を挟んで、該中実部からのびて、長手方向に沿った向かい合う側面のそれぞれに開口する中空部を複数有する長尺板状体からなり、前記中空部は、三角柱状であり、長手方向に沿って上下逆向きに交互に並ぶように設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明のセラミック構造体の製造方法は、１次原料粉末にバインダ，溶媒，分散剤，消泡剤および焼結助剤を混合してスラリーとする工程と、前記スラリーを、外形が長尺板状体の空間を有し、該空間は、幅が３０ｍｍ以下で長手方向に沿ってのびる中実部用の空間を備えており、該中実部用の空間につながって前記中実部用の空間の長手方向に沿って、形状が三角柱状で、上下逆向きに交互に並ぶ複数の張出部を有する非吸液性の成形型に充填する工程と、前記成形型を加熱して充填した前記スラリーを固化させた後に、前記成形型から取り外して固化体を得る工程と、前記固化体を乾燥して乾燥体を得る工程と、前記乾燥体を焼成する工程とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の半導体または液状製造装置用部材は、上記の構成の本発明のセラミック構造体からなることを特徴とするものである。

本発明のセラミック構造体によれば、長手方向にのびる最大肉厚が３０ｍｍ以下の中実部を挟んで、中実部からのびて、長手方向に沿った向かい合う側面のそれぞれに開口する中空部を複数有する長尺板状体からなり、中空部は、三角柱状であり、長手方向に沿って上下逆向きに交互に並ぶように設けられていることにより、軽量化を図ることができるとともに、特に中空部の間に長手方向にのびる中実部を存在させているので、自重や荷重による撓みが生じにくい高い剛性を有するセラミック構造体とすることができる。

本発明のセラミック構造体の製造方法によれば、１次原料粉末にバインダ，溶媒，分散剤，消泡剤および焼結助剤を混合してスラリーとする工程と、前記スラリーを、外形が長尺板状体の空間を有し、該空間は、幅が３０ｍｍ以下で長手方向に沿ってのびる中実部用の空間を備えており、該中実部用の空間につながって前記中実部用の空間の長手方向に沿って、形状が三角柱状で、上下逆向きに交互に並ぶ複数の張出部を有する非吸液性の成形型に充填する工程と、前記成形型を加熱して充填した前記スラリーを固化させた後に、前記成形型から取り外して固化体を得る工程と、前記固化体を乾燥して乾燥体を得る工程と、前記乾燥体を焼成する工程とを備えていることにより、ボルト締結や接合法を用いることなく一体的に形成された本発明のセラミック構造体を得ることができるため、接合部への応力集中によって起こる破損や、接合部の膨張係数の違いによって起こる微少な位置ずれ等を防止でき、より変形が少なく剛性の高いセラミック構造体を製造することが可能となる。

また、本発明の半導体または液晶製造装置用部材によれば、本発明のセラミック構造体からなることから、これを組み付けた装置は軽量化が図られ、運搬や移動などの取り扱いを従来よりも容易にすることができる。また、半導体ウェハや液晶基板等を支持し、様々な加工を施す際に使用される半導体または液晶製造装置用部材として用いれば、剛性が高く、しかも従来と比較して軽量なために、高速度で移動させることができ、かつ高精度な位置決めが可能となる。

以下、本発明のセラミック構造体の実施の形態の例について図面を参照しつつ詳細を説明する。

図１は、本発明のセラミック構造体の実施の形態の一例を示す、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。

本発明のセラミック構造体１は、長さが１ｍを超える長尺板状体のセラミック構造体１であって、長手方向にのびる中実部５を挟んで、中実部５からのびて、長手方向に沿った向かい合う側面２のそれぞれに開口する中空部３を複数有する長尺板状体からなり、中空部５は、三角柱状であり、長手方向に沿って上下逆向きに交互に並ぶように設けられている。このような構造とすることにより、図１（ｂ）に示すように、中空部３の間に長手方向にのびる中実部５を存在させることができるので、自重や荷重による撓みが生じにくい高い剛性を有するセラミック構造体１とすることができる。特に、長手方向の中央に長手方向に連なる中実部５を存在させることにより、長さが１ｍを超える大型の長尺板状体のセラミック構造体１であっても、軽量化できるとともに自重によって撓みにくい高い剛性を有するセラミック構造体１とすることができる。

また、図１に示す長尺板状体のセラミック構造体１は、軽量化して自重による撓みを少なくしつつ剛性の高いものとするために、複数の中空部３をセラミック構造体１の長手方向において左右対称の配置とし、長手方向の中央にそれら中空部３の間で長手方向に連なって形成されることとなる中実部５や中空部３同士の間に形成されることとなるリブ４の肉厚の均一なものを示しているが、セラミック構造体１を部材として用いる箇所やセラミック構造体１の荷重の掛かる箇所が特異な場合には、中空部３の配置を長手方向において左右非対称としたり、または中空部３の大きさや間隔を変えて中実部５およびリブ４の肉厚を位置によって変えたりすることも可能である。

図２は、セラミック構造体の中空部の形状の一例を示す、（ａ）は三角柱状の中空部を上下逆向きに交互に並べた本発明の模式図であり、（ｂ）は四角柱状の中空部を並べた参考例の模式図であり、（ｃ）は円柱状の中空部を並べた参考例の模式図である。

図２に示したように、本発明のセラミック構造体１の中空部３の形状は、三角形状がよく、他にも多角柱状や楕円柱状などいずれでも形成可能であるが、図２（ａ）に示すように、中空部３は開口が三角柱状であり、長手方向に沿って上下逆向きに交互に並んでいればよい。長尺板状体のセラミック構造体１の主面に、図２中に白抜き矢印で示した長手方向に垂直な荷重が掛かったときには、中実部５の上部には圧縮の応力が、下部には引っ張りの応力が、リブ４には圧縮の応力が掛かることとなる。このとき、図２（ａ）に示す構造であれば、リブ４に掛かる応力が図２中に点線矢印で示した方向に分散して掛かり、１ヶ所のリブ４に掛かる応力を軽減できるため、長手方向に垂直な荷重が掛かることによる撓みを防止することができる。また、１ヶ所のリブ４に掛かる応力を軽減できるため、リブ４の肉厚を薄くでき、セラミック構造体１の重量をより軽減することができる。

これと比較して、図２（ｂ），（ｃ）に示す構造では、１箇所のリブ４に圧縮の応力が集中しやすく、この応力の集中により破損しないようにリブ４の肉厚を厚くする必要があるので、軽量化の面では必ずしも好ましくない。また、多角柱状や楕円柱状の中空部３とした構造では、軽量化を図るために中空部３同士の間隔を詰めたときには、リブ４に強度が劣る薄肉部が形成されることとなり、一方、間隔を広げると軽量化が図れず、自重による撓みが生じて長尺板状体のセラミック構造体１とすることが困難となる。

そして、図２（ａ）に示す開口形状の三角形の頂部は、丸みを帯びていることがより好ましい。開口形状の三角形の頂部が丸みを帯びていれば、頂部が鋭角なものと比較して頂部に応力が集中せず、頂部を起点とした亀裂や破損を生じるおそれが少なくなるからである。

さらに、中実部５の最大肉厚が30ｍｍ以下であればよい。それは、長手方向にのびる中実部５を挟んで、中実部５からのびて、長手方向に沿った向かい合う側面２のそれぞれに開口する中空部３が複数設けてある構造とし、中空部３の総体積を中実部５の体積より大きくして軽量化を図ったとしても、中実部５の最大肉厚が30ｍｍを超える部分があれば、中実部５について乾燥不良が生じやすく、内部まで緻密化した焼結体が得られなくなって不具合が生じるおそれが高くなるからである。中実部５の最大肉厚が30ｍｍ以下であれば、軽量化を図りつつも中実体５の内部まで緻密化して焼結させることができるので、リブ４も含む中実部５の強度が高まり、セラミック構造体１の剛性を高めることができる。

また、本発明のセラミック構造体１は、アルミナ，イットリア，コージェライト，ムライト，窒化珪素，炭化珪素のいずれか１種のセラミックスからなることが好ましい。アルミナ，イットリアを用いたときには、本発明の長尺板状体のセラミック構造体１が半導体または液晶製造装置用部材として用いられる環境において、ハロゲン系腐食性ガスやそのプラズマ等に対して良好な耐食性を示す。また、コージェライト，ムライトを用いたときには、熱膨張係数が小さいため、温度変化による変形が少なく、半導体または液晶製造装置用部材、例えばステージ部材として用いれば、より高精度な位置決めが可能となる。また、炭化珪素，窒化珪素は、他の材料と比較して優れた機械的特性を有しているため、本発明のセラミック構造体１に用いれば、より剛性の高い構造体とすることができる。

次に、図３は、本発明のセラミック構造体の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は側面
図であり、（ｂ）は背面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。図１に示した例と比較すると、より自重が掛かりやすい長尺板状体からなるセラミック構造体１の中央部付近にのみ、長手方向にのびる中実部５を挟んで、中実部５からのびて、長手方向に沿った向かい合う側面２のそれぞれに開口する中空部３が複数設けてある。そして端部付近は、図３（ｂ），（ｃ）を見れば分かるように、より軽量化するために中空部３の開口の大きさや奥行きを変えた構造としている。この構造では、自重が掛かりにくい端部のみを剛性よりもむしろ軽量化を重視した構造とし、自重による撓みの負荷の掛かる中央部付近のみを剛性を重視した、三角柱状の中空部３が上下逆向きに交互に並んだ構造としているため、自重による撓みを考慮した場合には、図１よりもさらに軽量，剛性の両方において優れた構造とすることができる。

また、図４は、本発明のセラミック構造体の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。図１に示した例と比較すると、中空部３は三角柱状の柱状であるが、側面２の長手方向に沿って並べた中空部３の開口の向きを変更してある。これにより斜めおよび縦のリブ４が形成され、これは軽量化よりもむしろ剛性を重視した構造といえる。図３に示す例は自重による撓みを考慮した構造であったが、図４に示す例は特に荷重が掛かる場合を考慮した構造である。この例における中空部３は、三角柱状であり、側面２の長手方向に沿って、上下逆向きに交互に並んでいる。

このように、本発明のセラミック構造体１は様々な形状とできるものであり、図１，３，４に示す形状はほんの一例に過ぎない。この他にも、さらに複数の中空部３を形成して長尺化したもの等、長手方向にのびる中実部５を挟んで、中実部５からのびて、長尺板状体の長手方向に沿った向かい合う側面２のそれぞれに開口する中空部３が複数有する長尺板状体からなり、中空部５は、三角柱状であり、長手方向に沿って上下逆向きに交互に並ぶように設けてあれば、用途に応じて様々な形状とすることが可能である。

次に、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。

本発明のセラミック構造体１の製造方法は、１次原料粉末にバインダ，溶媒，分散剤，消泡剤および焼結助剤を混合してスラリーとする工程と、このスラリーを、外形が長尺板状体の空間を有し、該空間は、幅が３０ｍｍ以下で長手方向に沿ってのびる中実部用の空間を備えており、該中実部用の空間につながって前記中実部用の空間の長手方向に沿って、形状が三角柱状で、上下逆向きに交互に並ぶ非吸液性の成形型に充填する工程と、この
成形型を加熱して充填したスラリーを固化させた後に、成形型から取り外して固化体を得る工程と、この固化体を乾燥して乾燥体を得る工程と、この乾燥体を焼成する工程とを備えている製造方法である。

従来のプレス成形法や押出成形法では、各部を部分的に成形して、これらをボルト締結や接着剤により接合しなければ、本発明のような長手方向の向かい合う一組の側面２のそれぞれ少なくとも一部に、長尺板状体の中央からそれぞれ一組の側面２に向かって開口した中空部３が複数設けてあるセラミック構造体１を製造することは困難である。接合を用いた構造体では、接合部のずれや接合部の接着剤の熱膨張や強度の問題が発生するため、好ましくない。また、従来の吸液性の成形型を用いた泥しょう鋳込法では、石膏型等の吸液性の成形型にスラリーを充填し、水分を吸収させた後に成形型から取り外して成形体を取り出そうとすると、型が成形体へ食い込んで外れなくなるため、成形型からの取り外しが困難である。

したがって、本発明のセラミック構造体の製造方法は、１次原料粉末を用いてスラリーを作製し、このスラリーを特徴的な構造の非吸液性の成形型に充填して固化させた後、この固化体を乾燥後に焼成してセラミック構造体を得るようにして、上述の問題点を解決したことが重要なポイントである。

以下、本発明のセラミック構造体１の製造方法について、アルミナセラミックスを用いた場合の一例を用いて詳細を説明する。

まず、１次原料粉末として平均粒径が0.5〜２μｍのα−アルミナ１次原料粉末を用意する。α−アルミナ１次原料粉末の平均粒径が0.5〜２μｍの範囲内であれば、スラリーの良好な流動性を確保し、乾燥や焼成時の変形や破損を生じにくく、緻密化した焼結体を得ることができる。これに対し、0.5μｍ未満の平均粒径では、原料粒子の粒径が細かく、粉体の全表面積（比表面積）が大きくなり、スラリーを作製する際に、用いるバインダ，溶媒，分散剤および消泡剤の量を多くしなければスラリーの良好な流動性を確保できなくなるからである。バインダ，溶媒，分散剤および消泡剤は焼成で焼失する成分であり、これらの量が多ければ、乾燥，焼成時の収縮が大きくなり、固化体や焼結体が変形や破損を生じやすくなるために好ましくない。また、２μｍを超える平均粒径では、焼結しにくく緻密化が困難となるために好ましくない。

次に、バインダは、スラリーの固化のためにエマルジョン状態のバインダを用いる。エマルジョン状態のバインダとしては、スチレン，ブタジエン，イソブレン，（メタ）アクリロニトリル，アクリルアミド，エチレン，酢酸ビニル，アクリル樹脂等より得られる種々の共重合体や不飽和カルボン酸またはジカルボン酸等との多元共重合体を用いることが可能である。バインダの添加量としては、α−アルミナ１次原料粉末100質量％に対し10〜30質量％の割合で添加すればよい。

また、溶媒としては、水系および有機系のいずれを用いることも可能である。有機系の溶媒を用いる場合には、パラフィン，イソパラフィン，トルエン，キシレン，石油，エーテル等を用いることが可能である。しかしながら、スラリーの取り扱いや乾燥工程における安全性を考慮した場合には、水を溶媒として用いるのがより好適である。溶媒の添加量としては、α−アルミナ１次原料粉末100質量％に対し10〜30質量％添加すればよい。

さらに、分散剤としては、非イオン性化合物，アニオン性化合物またはカチオン性化合物を用いることが可能であり、これら１種以上の分散剤を同時に使用することも可能である。分散剤は、原料粒子間の界面張力を下げ、濡れ性を改良したり、粒子表面の電荷をコントロールしたり、粒子表面に厚く安定した吸着層を形成できるため、粒子間のファンデルワールス力に勝る斥力が付与され、原料粒子のスラリー中での自由度向上に寄与できるという効果が発揮されるものと考えられる。分散剤の添加量としては、α−アルミナ１次原料粉末100質量％に対し0.01〜３質量％添加すればよい。

また、消泡剤としては、ミネラルオイル系，シリコン系，非シリコンポリマー系等の消泡剤を用いることができ、これらをα−アルミナ１次原料粉末100質量％に対し0.01〜１質量％の割合で添加すればよい。さらに、焼結助剤としては、一般的なセラミックスの製造に用いられるマグネシア（ＭｇＯ），シリカ（ＳｉＯ_２），カルシア（ＣａＯ）を加えればよい。焼結助剤の添加量としては、α−アルミナ１次原料粉末100質量％に対し0.3〜２質量％添加すればよい。

そして、これらの１次原料粉末にバインダ，溶媒，分散剤，消泡剤および焼結助剤を混合してスラリーを作製する。このとき、α−アルミナ１次原料粒子の粒子体積分率（スラリー中のα−アルミナ１次原料粒子の体積分率）を25〜45体積％とすることが好ましい。この範囲内であれば、スラリー中の粒子間の間隔を拡げて粒子間のファンデルワールス力等の相互作用を低減させることができ、かつスラリー粘度を低下させ、スラリー充填時にスラリーに作用するせん断応力を小さくすることが可能となる。これにより、スラリーを充填する際に、スラリーの流れ方向に沿って生じる粒子の配向性を防止することができる。これに対し、粒子体積分率が25体積％未満では、スラリー中の粒子が少なすぎ、スラリーを固化させ、成形型から外して固化体を乾燥する際に、乾燥工程における収縮が大きくなり、固化体の変形が大きくなってしまうために好ましくない。一方、粒子体積分率が45体積％を超えると、スラリー中での粒子間同士の距離が短くなり、粒子のスラリー中での移動自由度が著しく低下する。このため、スラリーを成形型へ充填する際に、スラリーの流れに沿って粒子が配向しやすく、さらに隣り合う粒子が互いに影響しあい、これにファンデルワールス力も手伝って、配向した粒子近辺の他の粒子も同方向に粒子配向しやすくなることが考えられるために好ましくない。

また、スラリーはその粘度を0.02〜0.5Ｐａ・ｓとすることが好ましい。このスラリー粘度は、スラリー中の粒子体積分率やバインダ，溶媒，分散剤の含有量に左右されやすく、これらを適正範囲内に調整する必要がある。スラリーの粘度がこの範囲内であれば、密度が高く、配向の生じていない固化体を得ることができて、乾燥工程における亀裂や破損を生じることを抑えることができる。これに対し、スラリー粘度が0.02Ｐａ・ｓより低いものは、溶媒等の量が多いということであり、スラリー中のα−アルミナ１次原料粒子の粒子体積分率が低下し、固化体を高密度化させることが困難になる。また、スラリー固化後の乾燥工程における乾燥収縮が大きくなるために、乾燥後に亀裂や破損が生じやすくなる。スラリー粘度が0.5Ｐａ・ｓより高いと、スラリーを非吸液性の成形型に充填しにくくなるばかりか、スラリーを成形型に充填する際に、充填されたスラリーが成形型内の各部分で流れ性が均一化しにくく、α−アルミナの結晶粒子の配向が起こりやすく好ましくない。なお、この粘度は、市販のＥ型粘度計にて測定することができる。

次に、この作製したスラリーを成形型へ充填する。成形型の形状は、外形が長尺板状体の空間を有し、該空間は、幅が３０ｍｍ以下で長手方向に沿ってのびる中実部用の空間を備えており、該中実部用の空間につながって前記中実部用の空間の長手方向に沿って、形状が三角柱状で、上下逆向きに交互に並ぶ複数の張出部が設けられている。この空間が本発明のセラミック構造体１の中実部５およびリブ４に対応し、張出部が中空部３に対応する。

そして、本発明のセラミック構造体１の製造方法では、スラリーを充填する成形型として非吸液性の成形型を用いる。成形型が非吸液性であれば、従来の泥しょう鋳込成形法で用いていた吸液性の成形型を使用する場合に起こる目詰まり等の問題がなく、成形型の寿命が延びる。非吸液性の成形型の材質としては、金属や樹脂等の非吸液性の特性を有しているものであれば、どのような材質のものでも使用可能である。特に、本発明のセラミック構造体１の製造方法では、寸法精度やスラリーを固化させた後の固化体の取り外しやすさ、および加熱時の熱伝導性の点から、金属製の成形型を用いるのがより好適である。具体的な金属製の成形型の材質としては、アルミニウム，アルミニウム合金，チタン，チタン合金，マグネシウム合金等が、軽量で充分な強度，耐熱性を有しているためによい。

次に、成形型を加熱してスラリーを固化させる。この本発明に用いるスラリーは固化性を有しており、成形型を50〜100℃に加熱して成形型内のスラリーの温度を変化させ、分散剤の作用によりエマルジョン状態のバインダのエマルジョン状態を破壊させることにより、バインダ同士やバインダと原料粒子とがファンデルワールス力や水素結合により結びつき、溶媒を含んだ形で寒天状に固化する。そして、成形型から固化体を取り外し、この固化体を乾燥機に入れて、120〜200℃の温度で24〜250時間乾燥する。これにより、固化体から溶媒成分が蒸発して乾燥体を得ることができる。

その後、この乾燥体を焼成炉に入れて、1550〜1700℃の最高温度で２〜10時間保持して焼成することにより、アルミナ製の本発明のセラミック構造体１を得ることができる。得られた本発明のセラミック構造体１は、必要に応じて研削による仕上げ加工を施すことも可能である。

なお、本発明のセラミック構造体１の製造方法の一例としてアルミナを用いて説明したが、イットリア，コージェライト，ムライト，炭化珪素または窒化珪素を用いて、所望のバインダ，溶媒，分散剤，消泡剤および焼結助剤を混合してスラリーを作製し、同様の工程を経て、用いた原料粉末に適した雰囲気および温度で焼成することにより、各種原料粉末からなる本発明のセラミック構造体１を得ることが可能である。

このようにして製造された本発明のセラミック構造体１は、軽量であり、かつ高い剛性を有していることから、半導体または液晶製造装置に部材として搭載され、半導体ウェハや液晶基板等を支持してＸ，Ｙ方向に移動するステージ部材や、このステージ部材の制御に用いられるミラー部材や、ステージ部材の移動の軸となるガイド部材として適用可能である。このように本発明のセラミック構造体１を半導体または液晶製造装置用部材として用いれば、高速度で移動し、高精度な位置決めができることから、ＬＳＩの高集積化と超微細化とに伴う回路配線の細線化に対応することができる。

以上、本発明の実施の形態の例について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の改良や変更を施すことができることは言うまでもない。特に、半導体または液晶製造装置用ステージ部材以外の用途に適合した長尺板状体の部材に適用すれば、軽量で、かつ剛性の高い構造体であるために、装置全体の重量を減らすことができ、運搬の問題を軽減できる効果等が期待できる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明および従来のセラミック構造体を製造し、自重または荷重を掛けたときの撓み量を測定する試験を実施した。以下に詳細を示す。

まず、純度が99％以上で平均粒径が１μｍのα−アルミナ１次原料粉末を用意した。次に、このα−アルミナ１次原料粉末100質量％に対し、エマルジョン状態のバインダが16質量％，溶媒が20質量％，分散剤が３質量％，消泡剤が１質量％および焼結助剤が１質量％を攪拌機に入れて攪拌・混合することにより、粒子体積分率が35％で、市販のＥ型粘度計で測定した粘度が0.1Ｐａ・ｓのスラリーを得た。

次に、このスラリーを、外形が長尺板状体の空間を有し、該空間は、幅が３０ｍｍ以下で長手方向に沿ってのびる中実部用の空間を備えており、該中実部用の空間につながって前記中実部用の空間の長手方向に沿って、形状が三角柱状で、上下逆向きに交互に並ぶ複数の張出部が設けられた非吸液性の、図１に示す形状の成形体が得られる成形型に充填し、成形型の表面を60〜90℃の温度で加熱して内部のスラリーをエマルジョン状態のバインダの破壊による作用によって固化させた後に、成形型から固化体を取り外し、さらにこの固化体を150℃の温度で100時間乾燥させて乾燥体とし、この乾燥体を焼成炉内で1600℃前後の最高温度で６時間保持して焼成することにより、本発明のセラミック構造体１を得た。

また、従来のセラミック構造体については、図５の斜視図に示す構造のセラミック構造体50を、押出成形法にて製造した。押出成形に用いる原材料については、前述と同様のα−アルミナ１次原料粉末を用いた。そして、このα−アルミナ１次原料粉末100質量％に対し、バインダが20質量％および溶媒としての水が15質量％を攪拌機に入れて攪拌・混合して押出成形用の坏土を作製し、図５に示す形状の成形体が得られる成形型が設置された大型押出成形機に坏土を投入して、セラミック構造体50の成形体を得た。しかる後、この成形体を焼成炉内で1600℃前後の最高温度で６時間保持して焼成することにより、従来のセラミック構造体50を得た。

なお、本発明のセラミック構造体１および従来のセラミック構造体50の焼成後の寸法は、長さが2000ｍｍ，高さが150ｍｍ，幅が250ｍｍの長尺板状体とした。本発明のセラミック構造体１については、図１に示す形状であり、底辺が322ｍｍ，高さが116ｍｍ，奥行きが110ｍｍの大きい方の三角形状の中空部３が片方の側面２の長手方向に沿って上下逆向きに交互に９個並んでおり、底辺が50ｍｍ，高さが50ｍｍ，奥行きが110ｍｍの小さい方の三角形状の中空部３が片方の側面２の両端に２個設けてある。これにより、本発明のセラミック構造体１としては、一組の側面２で大きな中空部３を24個，小さな中空部３を４個有し、長手方向の中央に長手方向に連なる中実部５を有している。従来のセラミック構造体50については、図５に示す形状であり、高さＴが150ｍｍ、中空部51の高さＴ１が117ｍｍ，幅Ｗ１が40ｍｍ，長さＬが2000ｍｍであって、長手方向に貫通する中空部51が４個設けてある。これらの大きさおよび数の中空部３，51とすることにより、本発明のセラミック構造体１および従来のセラミック構造体50の重量が等しくなるようにした。

そして、本発明のセラミック構造体１および従来のセラミック構造体50について、長手方向の両端で支持して、自重による撓み量と、主面のうち上面に50ｋｇの荷重を掛けたときの撓み量を測定した。測定は、定盤上において、セラミック構造体の長手方向の両端部から10ｍｍの位置となる２箇所に金属製のブロックを置き、この上にセラミック構造体１，50を置いた。これにより、セラミック構造体１，50の中央近傍は宙に浮いた状態となり、精密測定が可能なデジタル式のノギスを用いて、まず定盤からセラミック構造体１，50の端部の上面までの距離を測り、次にセラミック構造体１，50の中央部の上面までの距離を測って、前者から後者を差し引くことにより撓み量を算出した。

その結果、自重による撓み量は、従来のセラミック構造体50が0.02ｍｍであり、本発明のセラミック構造体１が0.016ｍｍであった。また、50ｋｇの荷重を掛けたときの撓み量は、従来のセラミック構造体50が0.08ｍｍであり、本発明のセラミック構造体１が0.05ｍｍであった。これにより、自重による撓み量および荷重を掛けたときの撓み量のいずれにおいても、従来のセラミック構造体50より本発明のセラミック構造体１は優れており、本発明の特徴的な構成である長尺板状体の中央からそれぞれ一組の側面２に向かって中空部３が開口しており、中央の長手方向に中実部５を存在させているものであることによって、軽量で、かつ自重や荷重による撓みが生じにくい高い剛性を有するセラミック構造体１とできることが確認された。

また、側面２の長手方向に沿って、上下逆向きに交互に三角形状の中空部３が並んでいることから、中空部３同士の間に形成される斜めのリブ４が応力を分散して、自重や荷重による撓みが生じにくい高い剛性を有するセラミック構造体１とできることが確認された。

さらに、本発明のセラミック構造体１は、幅が250ｍｍでそれぞれの側面２に開口した中空部３の奥行きが110ｍｍであることから、中央の長手方向に形成された中実部５の肉厚30ｍｍが最大肉厚であり、内部まで緻密化して焼結しているので、強度が高まりセラミック構造体１の剛性を高められることが確認された。

また、本発明のセラミック構造体１は、長手方向の向かい合う一組の側面２のそれぞれ少なくとも一部に、長尺板状体の中央からそれぞれ一組の側面２に向かって開口した中空部３が複数設けてある構成であることから、プレス成形法や押出成形法では製造することは困難であり、本発明のセラミック構造体１の製造方法が優れていることが確認された。

さらに、本発明のセラミック構造体１を半導体または液晶製造装置に搭載され、半導体ウェハや液晶基板等を支持してＸ，Ｙ方向に移動するステージ部材や、このステージ部材の制御に用いられるミラー部材や、ステージ部材の移動の軸となるガイド部材として用いれば、軽量で、かつ高い剛性を有していることから、高速度で移動し、高精度な位置決めができるものとなり、ＬＳＩの高集積化と超微細化とに伴う回路配線の細線化に対応できて好適である。

本発明のセラミック構造体の実施の形態の一例を示す、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。 セラミック構造体の中空部の形状の一例を示す、（ａ）は三角柱状の中空部を上下逆向きに交互に並べた本発明の模式図であり、（ｂ）は四角柱状の中空部を並べた参考例の模式図であり、（ｃ）は円柱状の中空部を並べた参考例の模式図である。 本発明のセラミック構造体の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は背面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。 本発明のセラミック構造体の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。 従来のセラミック構造体の斜視図である。

符号の説明

１：セラミック構造体
２：側面
３：中空部
４：リブ
５：中実部

Claims (3)

1. 長手方向にのびる最大肉厚が３０ｍｍ以下の中実部を挟んで、該中実部からのびて、長手方向に沿った向かい合う側面のそれぞれに開口する中空部を複数有する長尺板状体からなり、前記中空部は、三角柱状であり、長手方向に沿って上下逆向きに交互に並ぶように設けられていることを特徴とするセラミック構造体。
2. １次原料粉末にバインダ，溶媒，分散剤，消泡剤および焼結助剤を混合してスラリーとする工程と、前記スラリーを、外形が長尺板状体の空間を有し、該空間は、幅が３０ｍｍ以下で長手方向に沿ってのびる中実部用の空間を備えており、該中実部用の空間につながって前記中実部用の空間の長手方向に沿って、形状が三角柱状で、上下逆向きに交互に並ぶ複数の張出部を有する非吸液性の成形型に充填する工程と、前記成形型を加熱して充填した前記スラリーを固化させた後に、前記成形型から取り外して固化体を得る工程と、前記固化体を乾燥して乾燥体を得る工程と、前記乾燥体を焼成する工程とを備えていることを特徴とするセラミック構造体の製造方法。
3. 請求項１に記載のセラミック構造体からなることを特徴とする半導体または液晶製造装置用部材。

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