KR20080077100A - 진동제어용 질량체 - Google Patents

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가부시끼가이샤 아라이도 마테리아루
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Abstract

본 발명에 따르면, 스테이지 등의 이동체의 고속 이동에 따른 진동을 높은 정밀도로 제어하기 위하여 사용되는 질량체에 있어서, 대형이고 또한 복잡한 형상을 부여할 수 있는 진동제어용 질량체를 제공한다. 진동제어용 질량체(100)는 복수의 판형 부재(10, 20)를 포함하고, 이 복수의 부재(10, 20) 각각이 텅스텐합금으로 이루어지며, 이 텅스텐합금은 주성분으로서 텅스텐을 80 질량% 이상 99 질량% 이하 포함한다. 진동제어용 질량체(100)는 이동체를 구비하는 스테이지 장치에 있어서 이동체의 이동에 따른 진동을 제어하기 위하여 사용된다.
진동제어, 질량체, 텅스텐합금, 스테이지장치, 이동체

Description

진동제어용 질량체{MASS BODY FOR CONTROLLING VIBRATION}
본 발명은 일반적으로 진동제어용 질량체에 관한 것으로, 특정적으로는 반도체 장치, 플랫 패널(flat panel) 디스플레이 등의 디바이스를 제조하기 위해서 사용되는 노광 장치 등의 이동체를 구비하는 스테이지 장치에 통합되는 진동제어용 질량체에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들면 반도체 장치의 제조공정으로서 노광 공정에 있어서는, 마스크 또는 기판을 유지해서 이동하는 이동체(레티클(reticle) 스테이지 또는 웨이퍼 스테이지)를 고속 및 높은 정밀도로 이동시킴으로써 패턴의 전사가 행해진다. 이동체의 이동에 따른 진동을 제어하기 위해서 질량체(mass body)가 사용된다.
예를 들면, 일본 특허공개 제2005-30486호 공보(특허문헌 1)에는 제진 장치를 매스 댐퍼(mass damper)로서 웨이퍼 스테이지에 구비한 노광 장치가 기재되어 있다. 이 매스 댐퍼는 질량체와 탄성체가 연결된 진동계를 포함한다. 질량체의 재료로서 텅스텐이나 납 등의 비중이 큰 것을 이용하는 것이 예시되어 있다.
또한, 예를 들면 일본 특허공개 제2005-72152호 공보(특허문헌 2)에는 제진 장치를 매스 댐퍼로서 웨이퍼 스테이지에 구비한 노광 장치가 기재되어 있다. 이 매스 댐퍼는 질량체와 탄성체가 접속되어 제1 방향으로 연성진동(coupled vibration)하는 제1 진동계 및 동일한 질량체에 제2의 탄성체가 접속되어 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 연성진동하는 제2 진동계를 구비한다.
또한, 소형진동발생장치에 사용되는 진동자의 관성체로 사용되는 내식성 텅스텐계 소결 합금과 그 제조 방법은 일본 특개평 7-150285호 공보(특허문헌 3)에 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 제2005-30486호 공보
특허문헌 2: 일본 특허공개 제2005-72152호 공보
특허문헌 3: 일본 특개평 7-150285호 공보
최근 웨이퍼 사이즈의 대형화에 따라, 상기와 같은 노광 장치에서는 스테이지 사이즈의 대형화가 요구되고 있다. 이 때문에, 스테이지의 이동에 따른 진동을 제어하기 위한 질량체에 대해서도 대형화가 요구되고 있다.
또한, 스테이지 사이즈의 대형화와 함께 장치 구성의 컴팩트화가 요구되고 있다. 이 요구에 대응하기 위해서는 질량체에 복잡한 형상을 부여하는 것이 요구되고 있다.
그러나 노광 장치 등의 스테이지 장치에 있어서, 스테이지 등의 이동체의 고속 이동에 따른 진동을 높은 정밀도로 제어할 수 있고, 대형이고, 또한 복잡한 형상을 부여하는 것이 가능한 하나의 구성 부재로서의 질량체를 제조하는 것은 곤란하다.
따라서, 본 발명의 목적은 스테이지 등의 이동체의 고속 이동에 따른 진동을 높은 정밀도로 제어하기 위해서 사용되는 질량체에 있어서, 대형이고, 또한 복잡한 형상을 부여할 수 있는 진동제어용 질량체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 진동제어용 질량체는 복수의 부재를 구비하고, 이 복수의 부재 각각이 텅스텐합금으로 되며, 이 텅스텐합금은 주성분으로서 텅스텐을 80 질량%이상 99 질량%이하 포함한다.
본 발명에 따른 진동제어용 질량체에 있어서, 텅스텐합금은 0 질량%을 초과하고 18 질량% 이하의 함유량의 니켈과, 철, 동 및 코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속 및 불가피적 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 진동제어용 질량체에 있어서, 텅스텐합금은 텅스텐을 90 질량% 이상 98 질량% 이하 포함하고, 비중이 17.0g/cm3 이상 18.8g/cm3 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 진동제어용 질량체는 요부(凹部)를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 진동제어용 질량체는 이동가능하고, 복수의 부재는 접합된 복수의 판형 부재를 포함하며, 복수의 판형 부재의 접합면은 해당 진동제어용 질량체의 이동 방향에 대하여 대략 수직인 것이 바람직하다.
이 경우, 판형 부재는 요부를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 진동제어용 질량체에 있어서, 복수의 부재는 나사에 의해 체결되는 것이 바람직하다. 이 경우, 나사 자체를 텅스텐합금으로 형성할 수도 있지만, 내충격성의 향상이나 저코스트화를 도모하기 위해서 몰리브덴이나 스테인레스강과 같이, 텅스텐합금보다 비중이 작은 금속 또는 합금으로 나사를 형성하게 된다. 이에 따라, 진동제어용 질량체의 전체의 겉보기 밀도(apparent density), 즉 진동제어용 질량체의 전체의 질량을 그 외측 표면에 의해 규정되는 형상의 체적으로 나눈 값은 저하한다. 필요 이상으로 부재 수를 증가시키거나, 나사의 수를 증가시킬 경우, 이 겉보기 밀도가 크게 저하할 우려가 있다. 나사의 수를 과도하게 감소시키면, 겉보기 밀도를 크게 할 수 있지만, 진동제어용 질량체의 강성이 부족하게 될 우려가 있다. 이를 고려할 경우, 바람직한 겉보기 밀도의 범위는 16.5g/cm3 이상 18.8g/cm3 이하이다. 또한, 나사는 겉보기 밀도의 향상이라는 관점으로부터 밀도가 10g/cm3 이상의 금속 또는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하고, 강성의 향상이라는 관점으로부터는, 인장 강도가 400N/mm2 이상인 금속 또는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 경우, 진동제어용 질량체는 이동가능하고, 나사가 진행되는 방향은 해당 진동제어용 질량체의 이동 방향에 대략 평행한 것이 바람직하다. 여기에서, 나사가 진행되는 방향으로는, 해당 진동제어용 질량체를 구성하는 복수의 부재를 접합하기 위해서 나사를 조일 경우 또는 해당 진동제어용 질량체를 구성하는 복수의 부재를 분리하기 위해서 나사를 풀 경우에서 나사가 이동하는 방향을 말한다.
본 발명에 따른 진동제어용 질량체에 있어서, 복수의 부재는 확산 접합(diffusion-jointed)되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 진동제어용 질량체에 있어서, 복수의 부재는 납땜 접합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 진동제어용 질량체에 있어서, 복수의 부재는 접착제에 의해 접합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 진동제어용 질량체는 복수의 부재를 수용하는 용기를 더 포함하고, 이 용기는 텅스텐합금과 다른 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 진동제어용 질량체는 이동체를 구비하는 스테이지 장치에 있어서 이동체의 이동에 따르는 진동을 제어하기 위해서 사용되는 것이 바람직하다.
이 경우, 이동체는 마스크 또는 기판을 유지해서 이동하는 것이고, 스테이지 장치는 노광 장치인 것이 바람직하다.
또한, 이 경우 진동제어용 질량체는 스테이지 장치에 연결하기 위한 연결 부재를 포함하고, 이 연결 부재의 두께는 5㎜ 이상 50㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이 연결 부재의 재질은 본 발명에 있어서 진동제어용 질량체에 요구되는 재질이면, 진동제어용 질량체의 다른 부분과 동일한 재질일 수 있고, 다른 재질일 수도 있다.
[발명의 효과]
본 발명에 따르면, 진동제어용 질량체가 복수의 부재로 구성되기 때문에, 상대적으로 작은 부재를 조합시킴으로써 전체로서 대형의 것을 제조할 수 있다. 또한, 이 복수의 부재 각각이 텅스텐합금으로부터 이루어지기 때문에, 금속 텅스텐보다 기계가공이 용이하고, 요부 등을 구비하는 복잡한 형상으로 가공할 수 있다. 또한, 진동제어용 질량체가 복수의 부재의 조합으로 구성되기 때문에, 하나의 텅스텐합금이 대략 단순한 직육면체 형상이더라도, 조합시킨 전체로서의 형상에서 요부 등을 구비하는 복잡한 형상을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 이 텅스텐합금은 주성분으로서 텅스텐을 80 질량% 이상 99 질량% 이하 포함하기 때문에, 높은 비중을 구비하여 강성이 높은 진동제어용 질량체를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 진동제어용 질량체의 전체 형상으로서 하나의 실시예를 나타내는 개략적인 사시도.
도 2는 분할된 복수의 부재로 이루어지는 진동제어용 질량체의 하나의 실시예를 나타내는 개략적인 사시도.
도 3은 분할된 복수의 부재로 이루어지는 진동제어용 질량체의 다른 하나의 실시예를 나타내는 개략적인 사시도.
도 4는 분할된 복수의 부재로 이루어지는 진동제어용 질량체의 또 다른 실시예를 나타내는 개략적인 사시도.
도 5는 본 발명의 진동제어용 질량체와 스테이지 장치의 구성부품의 연결 구조의 하나의 실시예를 나타내는 부분 단면도.
도 6은 본 발명의 진동제어용 질량체와 스테이지 장치의 구성부품의 연결 구 조의 다른 하나의 실시예를 나타내는 부분 단면도 (A) 및 저면도 (B).
도 7은 본 발명의 진동제어용 질량체와 스테이지 장치의 구성부품의 연결 구조의 또 다른 실시예를 나타내는 부분 단면도 (A) 및 저면도 (B).
도 8은 본 발명의 진동제어용 질량체와 스테이지 장치의 구성부품의 연결 구조의 또 다른 실시예를 나타내는 부분 단면도 (A) 및 저면도 (B).
도 9는 분할된 복수의 부재로 이루어지는 진동제어용 질량체의 또 다른 실시예를 나타내는 개략적인 사시도.
* 부호의 설명*
10, 20: 판형 부재 11, 21, 110: 요부
12, 22: 후크부 13, 23, 31, 220: 나사
14, 24, 32: 접합면 30: 통형 용기
40, 50, 60, 70, 100, 200: 진동제어용 질량체
41, 51, 61, 71: 진동제어용 질량체 본체
42, 52, 63, 64, 73, 74, 75: 연결용 나사
62, 72: 연결 부재
501: 선형 가이드
502: 레일
본 발명자는 노광 장치 등의 스테이지 장치에 있어서 이동체의 이동에 따른 진동을 제어하기 위해서 사용되는 진동제어용 질량체에 있어서, 대형화할 수 있음과 동시에, 복잡한 형상을 부여할 수 있고, 상대적으로 높은 비중을 가지며, 높은 강성을 얻도록 이하와 같이 검토했다.
종래부터 소형진동발생장치에 사용되는 진동자의 관성체의 재료로서, 텅스텐계 소결 합금이 이용되고 있다. 그러나 하나의 대형의 텅스텐계 소결 합금을 제조할 경우, 소결 공정에 있어서 불균일한 소결이 이루어지기 때문에 부분적으로 기공(porosity)이 발생하게 된다. 또한, 하나의 대형의 텅스텐계 소결 합금을 제조하는 것은 제조 코스트, 생산 능력의 관점으로부터 실용적이지 않다.
이상의 고찰에 의거하여 본 발명자는 진동제어용 질량체의 요구 특성에 착안해서 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 진동제어용 질량체를 복수의 부재에 분할해서 구성하고, 그 복수의 부재 각각을 텅스텐합금으로 형성하더라도 상기의 요구 특성을 만족하는 것을 발견했다. 이러한 발명자의 견지에 의거하여 본 발명이 이루어진 것이다.
본 발명의 진동제어용 질량체는 복수의 부재로 구성되고, 이 복수의 부재 각각이 텅스텐합금으로 되며, 이 텅스텐합금은 주성분으로서 텅스텐을 80 질량% 이상 99 질량% 이하 포함한다. 이와 같이 구성함으로써, 작은 조각의 텅스텐합금을 다수의 편(piece)으로 제조하고 조합시킴으로써, 전체로서 진동제어용 질량체를 대형화할 수 있음과 동시에, 금속 텅스텐보다 기계가공이 용이하기 때문에 복잡한 형상을 부여할 수 있고, 또한 복수의 부재의 조합으로 구성되기 때문에, 하나의 텅스텐합금이 대략 단순한 직육면체 형상이더라도, 조합시킨 전체로서의 형상에서 요부 등 을 구비하는 복잡한 형상을 용이하게 형성할 수 있고, 상대적으로 높은 비중을 가지며, 강성이 높은 것을 얻을 수 있다. 텅스텐의 함유량이 99 질량%를 초과하면, 성상이 순수한 텅스텐에 가깝게 되어 단단해서 부서지기 쉬운 텅스텐합금이 되기 때문에, 강성이 높은 것을 얻을 수 없다.
또한, 하나의 부재의 체적은 540cm3 이상 2700cm3 이하, 중량은 10kg 이상 50kg 이하가 바람직하다. 하나의 부재의 체적이 2700cm3보다 크고, 중량이 50kg보다 클 경우에는, 부재의 중량이 무거워져 부재의 핸들링(handling)이 곤란해진다. 하나의 부재의 체적이 540cm3보다 작고, 중량이 10kg보다 작을 경우에는, 부품 수가 증가함으로써 누적 공차가 커지기 때문에, 진동제어용 질량체의 전체로서의 치수정밀도가 나빠진다.
또한, 진동제어용 질량체 전체의 체적은 2700cm3 이상 54000cm3 이하, 중량은 50kg 이상 1000㎏ 이하가 바람직하다. 진동제어용 질량체 전체의 체적과 중량이 상기의 하한치 미만에서는, 진동제어용 질량체를 복수의 부재로 구성함으로써, 오히려 코스트가 높아질 우려가 있고, 진동제어용 질량체 전체의 체적과 중량이 상기의 상한치를 넘을 경우, 부품 수가 증가함으로써 치수 정밀도가 나빠질 우려가 있다.
본 발명의 진동제어용 질량체에 있어서, 텅스텐합금은 0 질량% 초과 18 질량% 이하의 함유량의 니켈과, 철, 동 및 코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어 도 1종의 금속 및 불가피적 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 진동제어용 질량체에 있어서, 텅스텐합금은 텅스텐을 90 질량% 이상 98 질량%이하 포함하고, 비중이 17.0g/cm3 이상인 것이 바람직하다. 또한, 텅스텐합금은 니켈과, 철, 동 및 코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속 및 불가피적 불순물을 포함하고, 이들 합계의 함유량이 2 질량% 이상 10 질량% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 텅스텐을 90 질량% 이상 함유하는 텅스텐합금으로부터 복수의 부재를 형성함으로써, 비중을 더욱 높게 할 수 있고, 진동 에너지를 감소시키는 효율을 높일 수 있다. 또한, 텅스텐을 98 질량% 이하 함유함으로써 텅스텐합금의 소결성을 높일 수 있다. 이들로부터, 진동제어용 질량체의 컴팩트화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 텅스텐 합금은 본 발명의 작용 효과를 손상시키지 않는 한도에서, 니켈, 철, 동, 코발트 이외의 다른 원소를 포함할 수 있는 것으로, 망간, 몰리브덴, 실리콘, 레늄(rhenium), 크롬, 티타늄, 바나듐(vanadium), 니오브(niobium), 탄탈(tantale) 등의 원소를 포함할 수도 있다.
니켈과 텅스텐 및 니켈을 제외한 잔부의 질량 비율이 5:5∼9:1인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 조성으로 함으로써, 텅스텐합금의 소결성을 더욱 높일 수 있고, 소결체의 형성이 용이하게 된다.
가장 바람직한 텅스텐합금의 조성 범위는 텅스텐: 95∼98 질량%, 니켈: 1∼4.5 질량%, 철: 0.2∼2.5 질량% 및 잔부가 불가피적 불순물이다. 이러한 조성으로 함으로써, 높은 비중을 가지며, 강도가 높은 텅스텐합금을 높은 소결성으로 제조할 수 있다. 또한, 상기 조성 범위의 철의 일부 또는 전부를 코발트로 치환할 수도 있다. 이 경우, 텅스텐합금에 내식성을 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 진동제어용 질량체의 전체 형상으로서 하나의 실시예를 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 1에 있어서 숫자는 각부의 치수(mm)의 예를 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 진동제어용 질량체(100)는 요부(110)를 구비한다. 이렇게 구성함으로써, 스테이지 장치에 있어서 이동체를 이동시키기 위한 구동원으로서 리니어 모터 등의 주변 장치를 진동제어용 질량체(100)의 요부(110)에 배치할 수 있기 때문에, 스테이지 장치의 장치 구성의 컴팩트화를 도모할 수 있다. 또한, 진동제어용 질량체(100)에 나사 구멍을 형성할 수도 있다. 이 나사 구멍을 이용하여 스테이지 등의 이동체에 장착할 수 있다. 또한, 복수의 요부를 진동제어용 질량체(100)에 제공할 수도 있다.
도 2는 분할된 복수의 부재로부터 이루어지는 진동제어용 질량체의 하나의 실시예를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이 진동제어용 질량체(100)는 화살표 P로 나타내는 방향으로 이동가능하다. 진동제어용 질량체(100)는 접합된 복수의 판형 부재(10, 20)를 포함한다. 판형 부재(10, 20)는 텅스텐합금으로 이루어진다. 판형 부재(10, 20)는 서로 조합되는 후크부(12, 22)를 구비한다. 복수의 판형 부재(10)는 화살표 P로 나타낸 방향으로 정렬되어 접합된다. 따라서, 복수의 판형 부재(10)의 접합면(14)은 진동제어용 질량체(100)의 이동 방향 P에 대하여 대략 수직으로 이루어진다. 또 한, 복수의 판형 부재(20)는 화살표 P로 나타낸 방향으로 정렬되어 접합된다. 따라서, 복수의 판형 부재(20)의 접합면(24)은 진동제어용 질량체(100)의 이동 방향 P에 대하여 대략 수직으로 이루어진다. 이와 같은 진동제어용 질량체(100)의 이동체(100)의 이동 방향에 대해서 대략 수직으로 되도록 접합면(14, 24)을 배치함으로써, 접합면(14, 24)에서 발생하는 전단 응력을 감소시킬 수 있고, 복수의 판형 부재(10, 20)로 이루어지는 진동제어용 질량체(100)의 전체로서의 강성을 높일 수 있다.
이 경우, 판형 부재(10)는 요부(11)를 구비하고, 판형 부재(20)는 요부(21)를 구비한다. 판형 부재(10, 20)는 텅스텐합금으로 이루어진다. 텅스텐합금은 순수한 텅스텐보다 기계가공이 용이하기 때문에, 요부(11, 21), 요철 형상의 후크부(12, 22) 등의 복잡한 형상을 용이하게 부여할 수 있다. 또한, 서로 조합되는 판형 부재(10, 20)에 요철형상을 부여함으로써, 조합 시의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 조합면의 가공 정밀도는 평면도(flatness)에서 0.05㎜보다 작고, 면조도(Ra)(surface roughness)에서 6.3㎛보다 작게 하는 것이 바람직하다.
진동제어용 질량체(100)에 있어서, 복수의 부재(10)는 나사(13)에 의해 서로 체결되고, 복수의 부재(20)는 나사(23)에 의해 서로 체결되며, 복수의 부재(10, 20)는 나사(31)에 의해 서로 체결된다. 이와 같이 복수의 부재(10, 20)를 나사로 체결함으로써, 전체로서 복잡한 형상을 갖는 진동제어용 질량체(100)를 용이하고 저렴하게 구성할 수 있다.
이 경우, 진동제어용 질량체(100)는 화살표 P로 나타내는 방향으로 이동가능 하고, 진동제어용 질량체(100)를 구성하는 복수의 부재(10, 20)를 접합하기 위해서 나사(13, 23)를 조일 경우 또는 진동제어용 질량체(100)를 구성하는 복수의 부재(10, 20)를 분리하기 위해서 나사(13, 23)를 풀 경우에 나사(13, 23)가 이동하는 방향, 즉 나사(13, 23)가 진행되는 방향은 진동제어용 질량체(100)의 이동 방향 P에 거의 평행하다. 이와 같이 구성함으로써, 전단 응력을 감소시킬 수 있고, 복수의 판형 부재(10, 20)로 이루어지는 진동제어용 질량체(100)의 전체로서의 강성을 높일 수 있다.
또한, 이러한 텅스텐합금끼리의 접합에는, 밀도가 10g/cm3 이상의 금속 또는 합금으로 이루어지는 나사를 사용할 경우, 진동제어용 질량체(100)의 전체로서의 비중이 상대적으로 저하하는 비율을 낮게 할 수 있다. 구체적으로, 나사의 재질로서, 상대적으로 높은 비중을 갖고, 가공성이 양호한 몰리브덴, 텅스텐합금, 몰리브덴합금 등을 예로 들 수 있다.
도 3은 분할된 복수의 부재로 이루어지는 진동제어용 질량체의 다른 하나의 실시예를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 3에 나타내는 진동제어용 질량체(100)에서는, 도 2의 진동제어용 질량체(100)와 달리 나사를 사용하지 않고, 복수의 부재(10)는 접합면(14)에서 서로 확산접합(diffusion-jointed) 되고, 복수의 부재(20)는 접합면(24)에서 서로 확산접합 되며, 복수의 부재(10, 20)는 접합면(32)에서 서로 확산접합 된다. 그 밖의 구성은 도 2의 진동제어용 질량체(100)와 동일하다. 이와 같이 복수의 부재(10, 20) 를 확산접합해서 일체화함으로써, 전체로서 복잡한 형상을 갖는 진동제어용 질량체(100)를 용이하고 저렴하게 형성할 수 있다. 확산접합은 온도 1400℃ 이상의 진공 또는 수소 가스 분위기 중에서 10시간 이상 열처리함으로써 행해진다.
또한, 도 3에 나타내는 진동제어용 질량체(100)에 있어서는, 복수의 부재(10)는 접합면(14)에서 서로 납땜되고, 복수의 부재(20)는 접합면(24)에서 서로 납땜되며, 복수의 부재(1O, 20)는 접합면(32)에서 서로 납땜될 수도 있다. 이와 같이 복수의 부재(10, 20)를 납땜 접합해서 일체화함으로써, 전체로서 복잡한 형상을 갖는 진동제어용 질량체(100)를 용이하고 저렴하게 형성할 수 있다. 납땜 접합은 표면에 니켈도금을 한 복수의 부재(10, 20)를 로(furnace) 내에 배치하고, 은 브레이징 재료를 이용하여 500∼1000℃의 온도에서 행해진다.
또한, 도 3에 나타낸 진동제어용 질량체(100)에 있어서, 복수의 부재(10)는 접합면(14)에서 고분자 화합물 등의 접착제로 서로 접합되고, 복수의 부재(20)는 접합면(24)에서 고분자 화합물 등의 접착제로 서로 접합되며, 복수의 부재(10, 20)는 접합면(32)에서 고분자 화합물 등의 접착제로 서로 접합될 수도 있다. 이와 같이 복수의 부재(10, 20)를 접착제로 접합해서 일체화함으로써, 전체로서 복잡한 형상을 갖는 진동제어용 질량체(100)를 용이하고 저렴하게 형성할 수 있다. 또한, 접착제는 유기 가스를 발생시키지 않는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
도 4는 분할된 복수의 부재로 이루어지는 진동제어용 질량체의 다른 실시예를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 진동제어용 질량체(100)는 복수의 부재(10, 20)를 수용하는 용기(30)를 더 포함한다. 이 용기(30)는 텅스텐합금과 다른 재료로 이루어진다. 도 4에 나타내는 진동제어용 질량체(100)는 복수의 부재(10, 20)가 서로 접합되지 않고 있는 점을 제외하고는, 도 2의 진동제어용 질량체(100)와 동일한 구성을 갖는다. 이와 같이 복수의 부재(1O, 20)를 직접 접합하지 않고 용기(30) 내에 수납함으로써 일체화하고 있기 때문에, 복수의 부재(10, 20)를 접합하기 위한 나사구멍가공, 도금 처리 등의 사전처리 공정을 생략할 수 있다. 이에 따라 전체로서 복잡한 형상을 갖는 진동제어용 질량체(100)를 용이하고 더욱 저렴하게 구성할 수 있다.
본 발명의 진동제어용 질량체(100)는 이동체를 구비하는 스테이지 장치에 있어서 이동체의 이동에 따른 진동을 제어하기 위해서 사용될 수 있다. 이에 따라 대형의 기판을 유지하는 이동 스테이지 등을 보다 컴팩트하고, 저코스트로 제조할 수 있다.
이 경우, 이동체는 마스크 또는 기판을 유지해서 이동하는 것이며, 스테이지 장치는 노광 장치인 것이 바람직하다. 특히, 반도체장치의 제조 공정에서 이용되는 노광 장치, 플라즈마 디스플레이의 제조 공정에서 이용되는 노광 장치 등에 본 발명의 진동제어용 질량체(100)를 적용함으로써, 상기의 효과를 더욱 발휘할 수 있다.
도 5는 본 발명의 진동제어용 질량체와 스테이지 장치의 구성부품의 연결 구조의 하나의 실시예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 진동제어용 질량체(40)는 스테이지 장치의 구성부 품으로서의 선형 가이드(502)에 연결된다. 선형 가이드(502)는 스테이지 장치 본체에 장착되는 레일(501)을 따라 이동한다. 따라서, 이동체에 장착되는 진동제어용 질량체(40)는 선형 가이드(502)를 통해 레일(501)을 따라 이동한다.
이 경우, 진동제어용 질량체(40)를 선형 가이드(502)에 장착하기 위해서는, 진동제어용 질량체 본체부(41)에 긴 나사 구멍을 형성하고, 연결용 나사(42)를 삽입해서 선형 가이드(502)에 진동제어용 질량체 본체부(41)를 체결할 필요가 있다. 이때, 나사 구멍과 연결용 나사(42)의 존재에 의해 진동제어용 질량체(40)의 전체로서의 비중이 상대적으로 저하한다. 또한, 이 경우 선형 가이드(502)의 진동제어용 질량체 본체부(41)에 대한 얼라인먼트(alignment)를 행하기 위해서 핀(43)을 진동제어용 질량체 본체부(41)에 고정할 필요가 있다.
도 6은 본 발명의 진동제어용 질량체와 스테이지 장치의 구성부품의 연결 구조의 다른 하나의 실시예를 나타내는 부분 단면도 (A)와 저면도 (B)이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 긴 나사 구멍과 연결용 나사의 존재에 의해 진동제어용 질량체(50)의 전체로서의 비중이 상대적으로 저하하는 것을 방지하기 위해서, 상대적으로 짧은 4개의 연결용 나사(52)에 의해 진동제어용 질량체 본체부(51)를 플랜지 구비 선형 가이드(502)에 장착하는 것이 고려된다. 그러나 이 경우 선형 가이드(502)의 플랜지 부분을 4개의 연결용 나사(52)에 의해 진동제어용 질량체 본체부(51)에 체결할 필요가 있기 때문에, 플랜지 부분의 면적에 해당하는 만큼, 진동제어용 질량체(50)의 바닥면의 면적이 증가한다. 이에 따라 스테이지 장치의 소형화가 곤란해진다. 또한, 이 경우에도 선형 가이드(502)의 진동제어용 질량체(50) 에 대한 얼라인먼트를 행하기 위해서 2개의 핀(53)을 진동제어용 질량체 본체부(51)에 고정할 필요가 있다.
도 7은 본 발명의 진동제어용 질량체와 스테이지 장치의 구성 부품의 연결 구조의 다른 실시예를 나타내는 부분 단면도 (A)와 저면도 (B)이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 나사 구멍과 연결용 나사의 존재에 의해 진동제어용 질량체(60)의 전체로서의 비중이 상대적으로 저하하는 것을 방지함과 동시에, 진동제어용 질량체(60)의 바닥면의 면적이 그다지 증가하지 않도록 하기 위해서, 진동제어용 질량체 본체부(61)와 동일한 재질의 연결 부재(62)를 통해 진동제어용 질량체 본체부(61)를 선형 가이드(502)에 장착하는 것이 고려된다. 이 경우, 상대적으로 짧은 4개의 연결용 나사(63)에 의해 진동제어용 질량체 본체부(61)와 연결 부재(62)를 연결하고, 상대적으로 짧은 4개의 연결용 나사(64)에 의해 선형 가이드(502)와 연결 부재(62)를 연결한다. 또한, 이 경우도 선형 가이드(502)의 진동제어용 질량체(60)에 대한 얼라인먼트를 행하기 위해서 2개의 핀(66)을 연결 부재(62)에 고정할 필요가 있다. 이때, 핀(66)과 연결용 나사(63)의 나사 구멍의 위치가 간섭하는 문제가 있다.
도 8은 본 발명의 진동제어용 질량체와 스테이지 장치의 구성부품의 연결 구조의 또 다른 실시예를 나타내는 부분 단면도 (A)와 저면도 (B)이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 나사 구멍과 연결용 나사의 존재에 의해 진동제어용 질량체(70)의 전체로서의 비중이 상대적으로 저하하는 것을 방지함과 동시에, 진동제어용 질량체(70)의 바닥면의 면적이 그다지 증가하지 않도록 하고, 핀을 사 용하지 않고 선형 가이드(502)의 진동제어용 질량체(70)에 대한 얼라인먼트를 행하기 위해서, 진동제어용 질량체 본체부(71)와 동일한 재질의 L형 형상의 연결 부재(72)를 통해 진동제어용 질량체 본체부(71)를 선형 가이드(502)에 장착하는 것이 고려된다. 이 경우, 상대적으로 짧은 4개의 연결용 나사(73, 75)에 의해 진동제어용 질량체 본체부(71)와 연결 부재(72)를 연결하고, 상대적으로 짧은 4개의 연결용 나사(74)에 의해 선형 가이드(502)와 연결 부재(72)를 연결한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 진동제어용 질량체가 이동체를 소유하는 스테이지 장치에 있어서 이동체의 이동에 따른 진동을 제어하기 위해서 이용되는 경우, 우선 진동제어용 질량체에 가동 부재로서 선형 가이드를 설치할 필요가 있다. 이 경우, 통상적으로 나사를 이용하여 진동제어용 질량체에 선형 가이드가 체결된다. 이 나사는 이동체의 급발진, 급정지의 충격을 견디도록 하기 위하여 충격값이 높은 재료로 제작되는 것이 요구된다. 즉, 진동제어용 질량체를 구성하는 텅스텐합금과 동일한 재질로 나사를 제작할 경우, 나사가 변형 또는 파괴되거나 할 우려가 있다. 이에 따라, 예를 들면 스테인레스강과 같은 충격값이 높은 재료로 나사를 제작할 경우, 나사 구멍과 연결용 나사의 존재에 의해 진동제어용 질량체의 전체로서의 비중이 상대적으로 저하하게 된다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이 진동제어용 질량체(40)를 일체로 구성할 경우, 연결용 나사(42)의 길이는 길어진다. 이 때문에, 진동제어용 질량체의 전체로서의 질량 손실이 발생한다. 또한, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이, 진동제어용 질량체(50)를 일체로 구성하고, 연결용 나사(52)의 길이를 짧게 할 경우, 플랜지 구비 선형 가이드(502)를 사용할 필요가 있어, 플 랜지 부분의 면적에 해당하는 만큼, 진동제어용 질량체(50)의 바닥면의 면적이 증가한다. 이에 따라 스테이지 장치의 소형화가 곤란해진다. 여기에서, 나사 구멍과 연결용 나사의 존재에 의해 진동제어용 질량체의 전체로서의 비중이 상대적으로 저하하는 것을 방지함과 동시에, 진동제어용 질량체의 바닥면의 면적이 그다지 증가하지 않도록 하기 위해서, 도 7 또는 도 8에 나타낸 바와 같이 연결용 나사(63, 64, 73, 74, 75)를 이용하고, 연결 부재(62, 72)를 통해 진동제어용 질량체 본체부(61, 71)를 선형 가이드(502)에 체결할 필요가 있다.
이 경우, 연결 부재(62, 72)의 두께 치수(L)는 이동체의 급발진, 급정지에 견딜 수 있을 만큼의 최저 한도의 두께이어야만 하고, 또한 나사 구멍과 연결용 나사의 존재에 의한 진동제어용 질량체의 전체로서의 질량손실을 가능한 한 작게 하며, 또한 나사에 가해지는 모멘트를 작게 하기 위해서는, 일정한 범위로 한정되어야만 한다. 이러한 조건을 만족하려면, 연결 부재(62, 72)의 두께 치수(L)는 5mm 이상 50㎜ 이하의 범위 내인 것이 바람직하고, 진동제어용 질량체의 전체로서 비중이 상대적으로 저하하는 것을 더 효과적으로 방지하기 위해서는 35mm 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 연결 부재의 형상은 도 8에 나타낸 바와 같이 L형 형상 또는 오목형 형상으로 함으로써, 스테이지 장치와의 얼라인먼트, 즉 선형 가이드(502)와의 얼라인먼트를 용이하고 정밀도 있게 행할 수 있다.
연결용 나사는 이동체의 급발진, 급정지에 견디기 위해서 충격값이 높은 재료로 제작되는 것이 요구되기 때문에, 그 재질로서는 스테인레스강을 사용하는 것 이 바람직하다.
도 9는 도 8에 나타낸 진동제어용 질량체(70)가 통합되며, 복수의 부재로 이루어지는 진동제어용 질량체의 또 다른 실시예를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 진동제어용 질량체(200)는 복수의 대략 직육면체형상을 한 부재를 조합시켜서 대형화될 수 있다. 도 9에 있어서 각 부의 치수 예(㎜)가 표시되어 있다. 나사(220)를 이용하여 대략 직육면체 형상의 부재를 접합해서 일체화함으로써, 높은 치수 정밀도의 진동제어용 질량체(200)를 용이하고 저렴하게 형성할 수 있다. 하나의 부재의 체적은 연결부를 제외하고 540cm3 이상 2700cm3 이하, 중량은 10kg 이상 50㎏ 이하인 것이 바람직하다. 체적이 2700cm3보다 크고, 중량이 50kg보다 클 경우에는, 부재의 중량이 무거워져 부재의 핸들링(handling)이 곤란해진다. 체적이 540cm3보다 작고, 중량이 10kg보다 작을 경우에는, 부재 수가 증가함으로써 누적 공차가 커지기 때문에 진동제어용 질량체의 전체로서의 치수 정밀도가 나빠진다.
각 부재는 텅스텐합금을 선반, 머시닝 센터(machining center) 등의 종래의 기계 가공에 의해 구멍 드릴링(hole-drilling)과 치수 조정을 행함으로써 제작된다. 이 가공 후, 각 부재의 외측 표면을 평면 연삭반(surface grinder)에 의해 연마 가공한다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같은 진동제어용 질량체(200)를 조립할 경우, 치수 200(㎜) 부분의 정밀도(평행도(parallelism): 0.025, 치수 공차 ±0.025)가 중요하다. 이 정밀도를 만족시키지 않을 경우, 진동제어용 질량체(200)에 선형 가이드를 설치할 때에 불량이 발생한다. 일체물(integrated object)로 가공할 경우에는, 방전 가공기(electirc discharge machine) 등의 대형 설비가 필요하다. 도 9에 나타낸 구성에서는, 각 직육면체의 부재를 평면 연삭 가공으로 정밀도 있게 가공하고, 특히 부재(210)를 고정밀도로 가공함으로써, 각 부재를 조립할 때 진동제어용 질량체 전체로서 만족하는 정밀도를 용이하게 얻을 수 있다. 즉, 각 부재의 평면도, 직각도 및 평행도를 0.01mm 이하, 면조도(Ra)를 1.6㎛ 이하, 구멍 공차를 0.05 이하로 하고, 특히 부재(210)의 평면도, 직각도 및 평행도를 0.01㎜ 이하, 길이 방향의 공차를 5㎛ 이하로 함으로써, 일체화해서 진동제어용 질량체(200)를 구성할 경우, 도 9에 나타낸 치수 200(mm) 부분의 정밀도(평행도 0.025, 치수 공차 ±0.025)을 달성할 수 있다.
실시예
이하 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다.
(실시예 1)
먼저, 질량 비율로 텅스텐(W) 분말: 97%, 니켈(Ni) 분말: 2%, 철(Fe) 분말: 1%를 배합하고, 믹서로 30분간 건식 혼합했다. 이후 상기의 금속 혼합분말을 체망(screen mesh)으로 1회 체질(sieve)했다. 타일러(Tyler) 입도 메쉬가 #150인 체망을 사용했다.
체질에 의해 분리된 #150 언더의 혼합 분말을 냉간정수압성형(CIP)에 의해 성형하고, 500mm×30mm×100mm의 크기의 성형체를 얻었다. 냉간정수압성형의 조건 은 압력 1.5ton/cm2(가압 속도: 0.1ton/min), 유지시간 60초 였다.
얻어진 성형체를 띠톱(band saw)으로 절단한 후, 숫돌을 사용하여 평면 연삭과 밀링(milling) 가공(프라이스 가공)을 행했다.
이후 가공된 성형체를 수소 가스 분위기 중(유량: 5m3/hr)에서 최고 온도가 1450℃가 되도록 12시간 소결했다.
얻어진 소결물을 프라이스 가공함으로써, 도 1에서 나타낸 치수의 진동제어용 질량체(100)를 구성하는 각 부재(10, 20)를 제작했다. JIS 호칭 Ml6의 나사(13, 23, 31)를 삽입하기 위한 나사 구멍은 머시닝 센터(MC)를 이용하여 구멍 드릴링함으로써 형성했다. 각 부재(1O, 20)의 평면도는 0.05㎜ 이하, 면조도(Ra)는 6.3㎛ 이하, 구멍 공차는 0.05mm 이하 였다.
이와 같이 해서 제작된 각 부재(1O, 20)를 조합시키고, JIS 호칭 Ml6의 텅스텐합금제의 나사(13, 23, 31)를 이용하여 접합했다. 얻어진 진동제어용 질량체(100)를 화살표 P로 나타내는 방향으로 이동 속도 12m/min로 이동시키더라도, 각 부재(10, 20)는 서로 분리되지 않고, 일체화된 진동제어용 질량체(100)는 높은 강성을 갖는 것이 확인되었다.
(실시예 2)
먼저, 질량 비율로 텅스텐(W) 분말: 97%, 니켈(Ni) 분말: 2%, 철(Fe) 분말: 1%를 배합하고, 믹서로 30분간 건식혼합했다. 이후 상기의 금속 혼합분말을 체망으로 1회 체질하였다. 타일러(Tyler) 입도 메쉬가 #150인 체망을 이용했다.
체질에 의해 분리된 #150 언더의 혼합분말을 냉간정수압성형(CIP)에 의해 성형하여 소정의 크기의 성형체를 얻었다. 냉간정수압성형의 조건은 압력 1.5 ton/cm2(가압 속도: 0.1ton/min), 유지시간 60초 였다.
얻어진 성형체를 띠톱으로 절단한 후, 숫돌을 이용하여 평면 연삭과 밀링 가공(프라이스 가공)을 행했다.
이후 가공된 성형체를 수소 가스 분위기 중(유량: 5m3/hr)에서 최고 온도가 1450℃이 되도록 12시간 소결했다.
얻어진 소결물(텅스텐합금의 비중: 18.5g/cm3)을 프라이스 가공함으로써, 도 8에서 나타내는 치수(㎜)의 진동제어용 질량체(70)를 구성하는 진동제어용 질량체 본체부(71)와 연결 부재(72)를 제작했다. 진동제어용 질량체 본체부(71)에 JIS호칭 M8의 연결용 나사(73, 75)를 삽입하기 위한 4개의 나사 구멍(공칭 직경(nominal diameter) M8, 등급 2급)을, 연결 부재(72)에는 8개의 관통구멍(구멍 직경 14mm, 깊이 8mm의 접시머리(countersunk) 구멍을 갖는 관통 도피 구멍(perforation escape hole) 직경 9mm)을, 각각 머시닝 센터(MC)를 이용하여 구멍 드릴링 가공함으로써 형성했다. 진동제어용 질량체 본체부(71)와 연결 부재(72)의 평면도는 0.05mm 이하, 면조도(Ra)는 6.3㎛ 이하, 구멍 공차는 0.05mm 이하 였다. 연결용 나사(73, 74, 75)의 재질은 JIS호칭 SUS304의 스테인레스강을 이용했다. 이와 같이 하여 얻어진 진동제어용 질량체(70)의 중량은 약 200㎏이었다.
도 8에서 나타내는 치수(L)가 3mm, 10㎜, 30㎜, 45㎜, 60mm인 5종류의 진동 제어용 질량체(70)를 제작하고, 각각 선형 가이드(502)를 부착하고, 스테이지 장치상의 레일(501)을 따라 20㎜/sec의 이동 속도로 이동시켰다. 이동 개시와 정지시의 가속도는 9.1m/sec2이었다. 이동 스트로크(stroke)를 100㎜로 하고, 각 진동제어용 질량체를 상기의 조건에서 이동과 정지를 반복하고, 반복 회수가 100 사이클, 500 사이클, 1000 사이클의 시점에서, 연결용 나사(73, 74, 75)로 체결된 부위를 확인했다.
그 결과, 치수(L)가 3㎜인 진동제어용 질량체(70)에서는 반복 회수가 100 사이클의 시점에서 연결 부재(72)에 균열이 발생했다. 치수(L)가 10㎜, 30㎜, 45mm인 진동제어용 질량체(70)에서는 반복 회수가 1000 사이클의 시점에서도 이상이 확인되지 않았다. 치수(L)가 60mm인 진동제어용 질량체(70)에서는 반복 회수가 500 사이클의 시점에서 진동제어용 질량체 본체부(71)와 연결 부재(72) 사이에서 0.3mm 정도의 위치 어긋남이 발생하였다. 이상의 결과로부터, 연결 부재(62, 72)의 두께 치수(L)는 5mm 이상 50㎜ 이하의 범위 내인 것이 바람직한 것임을 알았다.
이상에서 개시된 실시 형태나 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아닌 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 이상의 실시 형태나 실시예가 아니고, 청구범위에 의해 개시되며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 수정이나 변형을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 진동제어용 질량체는 반도체장치, 플라즈마 디스플레이 등의 디바이스를 제조하기 위해서 이용되는 노광 장치 등의 이동체를 구비하는 스테이지 장치에 통합되어 이용된다.

Claims (15)

  1. 복수의 부재(10, 20, 70)를 포함하고, 상기 복수의 부재(1O, 20, 70) 각각이 텅스텐합금으로 이루어지며, 상기 텅스텐합금은 주성분으로서 텅스텐을 80 질량% 이상 99 질량% 이하 포함하는
    진동제어용 질량체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐합금은 0 질량% 초과 18 질량% 이하의 함유량의 니켈과, 철, 동 및 코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속 및 불가피적 불순물을 포함하는
    진동제어용 질량체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐합금은 텅스텐을 90 질량% 이상 98 질량% 이하 포함하고, 비중이 17.0g/cm3 이상인
    진동제어용 질량체.
  4. 제1항에 있어서,
    해당 진동제어용 질량체는 요부(11O)를 구비하는
    진동제어용 질량체.
  5. 제1항에 있어서,
    해당 진동제어용 질량체는 이동가능하고, 상기 복수의 부재는 접합된 복수의 판형 부재(10, 20)를 포함하며, 상기 복수의 판형 부재(10, 20)의 접합면(14, 24)은 해당 진동제어용 질량체(100)의 이동 방향(P)에 대하여 대략 수직하는
    진동제어용 질량체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 판형 부재(10, 20)는 요부(11, 21)를 구비하는
    진동제어용 질량체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 부재(10, 20, 70)는 나사(13, 23, 31, 220)에 의해 체결되는
    진동제어용 질량체.
  8. 제7항에 있어서,
    해당 진동제어용 질량체는 이동가능하고, 상기 나사(13, 23)가 진행하는 방향은 해당 진동제어용 질량체의 이동 방향(P)에 대략 평행하는
    진동제어용 질량체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 부재(10, 20)는 확산접합 되는
    진동제어용 질량체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 부재(10, 20)는 납땜접합 되는
    진동제어용 질량체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 부재(10, 20)는 접착제에 의해 접합되는
    진동제어용 질량체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 부재(10, 20)를 수용하는 용기(30)를 더 포함하고, 상기 용기(30)는 텅스텐합금과 다른 재료로 이루어지는
    진동제어용 질량체.
  13. 제1항에 있어서,
    이동체를 구비하는 스테이지 장치에 있어서 이동체의 이동에 따른 진동을 제어하기 위하여 이용되는
    진동제어용 질량체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이동체는 마스크 또는 기판을 유지해서 이동하는 것이며, 상기 스테이지 장치는 노광 장치인
    진동제어용 질량체.
  15. 제13항에 있어서,
    스테이지 장치(502)에 연결하기 위한 연결 부재(62, 72)를 포함하고, 상기 연결 부재의 두께는 5mm 이상 50㎜ 이하인
    진동제어용 질량체.
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