JP2024004824A - セラミック構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量、高剛性、及び高固有振動数を実現するセラミック構造体を提供すること。
【解決手段】セラミック構造体において、複数のリブは、第１～第４側板のいずれに対しても傾斜する第１リブと、第１リブと平行であり、第１リブから第１距離離れて設けられた第２リブと、第１～第４側板のいずれに対しても傾斜し、上板及び第１～第４側板により区画される空間内において第１リブと交差する第３リブと、第３リブと平行であり、前記空間内において第２リブと交差し、且つ第３リブから第１距離離れて設けられた第４リブと、を少なくとも有する。第１リブと第４リブとの第１交差部、第２リブと第３リブとの第２交差部、第３リブと第１リブとの第３交差部、及び第４リブと第２リブとの第４交差部のうち少なくとも２つの交差部が、第１～第４側板のいずれとも接続せず、前記空間内に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明の態様は、一般的に、セラミック構造体に関する。

半導体デバイスやＦＤＰ（Flat Panel Display）の微細化に伴い、それらの製造装置には高精度化が求められる。例えば、露光装置などにおいて重要な要素であるエアスライドステージに高精度化が求められる。従来、エアスライドステージを構成する部材には、金属よりも軽量で剛性の高いセラミックを用いることで高精度化が図られている。近年ＩｏＴの発展に伴い、半導体デバイスやＦＤＰの性能は急速に進化しており、更なる微細化に加えて、低コストが求められている。そのため、製造装置においても、更なる高精度化及び高スループット化が要求される。特にエアスライドステージは、高精度化及び高スループット化の実現に重要な役割を担い得る。

特開２００３－１６３２５７号公報 特開２０１６－５０９５３９号公報

高スループットを実現する手段として、エアスライドステージを駆動させるモーターの出力を上げることでステージの加速度を上げる方法がある。しかし、加速度を上げると、エアスライドステージを構成する部材にかかる力が大きくなり、部材が変形して所望の運動精度を達成できなくなるおそれがある。また、ステージの高速移動により高周波振動が発生し得るが、この振動数がエアスライドステージを構成する部材の固有振動数と一致した場合には共振を生じる。この共振によって、エアスライドステージを構成する部材の振動が増幅されるため、所望の運動精度を達成できなくなるおそれがある。これを解決するために、部材の高剛性化及び固有振動数の向上が考えられる。部材の高剛性化には単純に部材の重量を増加させる方法があるが、固有振動数の向上には重量の削減が有効であるため、重量の増加による高剛性化と固有振動数の向上は相反する。加えて、部材の重量が増加すると、スループットの低下が懸念される。

本発明の態様は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、軽量、高剛性、及び高固有振動数を実現するセラミック構造体を提供することを目的とする。

第１の発明は、被処理物が載置される上板と、前記上板に交わるように設けられる第１～第４側板と、前記上板及び前記第１～第４側板により区画される空間内において前記上板に接続される複数のリブであって、前記複数のリブのそれぞれが前記第１～第４側板のいずれかに接続する、前記複数のリブと、を備えた、セラミックを主成分とするセラミック構造体であって、前記第１側板及び前記第２側板は互いに平行であり、
前記第３側板及び前記第４側板は、互いに平行であり、且つ前記第１側板及び前記第２側板に垂直であり、前記複数のリブは、前記第１～第４側板のいずれに対しても傾斜する第１リブと、前記第１リブと平行であり、前記第１リブから第１距離離れて設けられた第２リブと、前記第１～第４側板のいずれに対しても傾斜し、前記空間内において前記第１リブと交差する第３リブと、前記第３リブと平行であり、前記空間内において前記第２リブと交差し、且つ前記第３リブから前記第１距離離れて設けられた第４リブと、を少なくとも有し、前記第１リブと前記第４リブとの第１交差部、前記第２リブと前記第３リブとの第２交差部、前記第３リブと前記第１リブとの第３交差部、及び前記第４リブと前記第２リブとの第４交差部のうち少なくとも２つの交差部が、前記第１～第４側板のいずれとも接続せず、前記空間内に位置する、セラミック構造体である。

第１の発明において、第１～第４リブは、各辺が第１～第４側板に対して傾斜した菱形を形成し、第１～第４交差部のそれぞれは、第１～第４リブによって形成される菱形の頂点に位置する。また、リブのそれぞれが第１～第４側板のいずれかに接続するため、リブによって側板を支えることができる。第１の発明によれば、第１～第４側板のいずれかに平行に格子状にリブを設ける場合に比べて、軽量化のためリブの数を制限しつつも、高剛性及び高固有振動数を実現できる。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１交差部、前記第２交差部、前記第３交差部、及び前記第４交差部のすべてが、前記第１～第４側板のいずれとも接続せず、前記空間内に位置する、セラミック構造体である。

第２の発明によれば、交差部が第１～第４側板のいずれとも接続しないということは、異なるリブの端どうしが側板における同じ位置で接続しない。これにより、応力が分散され、剛性を高くできる。

第３の発明は、第２の発明において、前記空間の平面視において、前記第１側板の中心と前記第２側板の中心とを結ぶ第１対称線と、前記第３側板の中心と前記第４側板の中心とを結ぶ第２対称線とによって前記空間を第１～第４領域に分割すると、
前記第１～第４リブのそれぞれは、前記第１～第４領域のうち、前記第１対称線と前記第２対称線との交点を挟んだ対角位置にある２つの領域の一方の領域から他方の領域に延びる、セラミック構造体である。

第３の発明によれば、リブが、第１対称線と第２対称線との交点を挟まずに隣接する領域間を延びる場合に比べて、ねじれに対して強くできる。

第４の発明は、第３の発明において、前記第１リブの一端は前記第３側板と、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、前記第２リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第４側板とそれぞれ接続され、前記第３リブの一端は前記第３側板と、他端は前記第２側板とそれぞれ接続され、前記第４リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第４側板とそれぞれ接続される、セラミック構造体である。

第４の発明によれば、菱形を形成する第１～第４リブの延長部が、それぞれ、側板に接続して側板を支えることで、側板のねじれや変形を抑制することができる。

第５の発明は、第３の発明において、前記第１リブの一端は、前記第２側板と前記第３側板とが形成する第１角部に接続され、前記第１リブの他端は、前記第１側板に接続され、前記第２リブの一端は、前記第２側板に接続され、前記第２リブの他端は、前記第１側板と前記第４側板とが形成する第２角部に接続され、前記第３リブの一端は、前記第１側板と前記第３側板とが形成する第３角部に接続され、前記第３リブの他端は、前記第２側板に接続され、前記第４リブの一端は、前記第１側板に接続され、前記第４リブの他端は、前記第２側板と前記第４側板とが形成する第４角部に接続される、セラミック構造体である。

第５の発明によれば、菱形を形成する第１～第４リブの延長部が、それぞれ、側板に接続して側板を支えることで、側板のねじれや変形を抑制することができる。

第６の発明は、第３の発明において、前記第１側板の長さ及び前記第２側板の長さは、前記第３側板の長さ及び前記第４側板の長さよりも長く、前記第１リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、前記第２リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、前記第３リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第２側板とそれぞれ接続され、前記第４リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第２側板とそれぞれ接続される、記載のセラミック構造体である。

第６の発明によれば、菱形を形成する第１～第４リブの延長部が、それぞれ、側板に接続して側板を支えることで、側板のねじれや変形を抑制することができる。

第７の発明は、第１～第６の発明のいずれか１つにおいて、前記第１交差部と前記第２交差部とを結ぶ第１仮想線は、前記第３側板及び前記第４側板と平行である、セラミック構造体である。

第７の発明によれば、比剛性低下を抑制することができる。

第８の発明は、第１～第６の発明のいずれか１つにおいて、前記複数のリブは、前記第１側板及び前記第２側板と接続される第５リブをさらに有する、セラミック構造体である。

第８の発明によれば、特に１次モードの振動に対して剛性をより高くすることができる。

第９の発明は、第８の発明において、前記第５リブは、前記第３側板及び前記第４側板と平行である、セラミック構造体である。

第９の発明によれば、特に１次モードの振動に対して剛性をより高くすることができる。

第１０の発明は、第９の発明において、前記第５リブは、前記第１交差部及び前記第２交差部と交わる、セラミック構造体である。

第１０の発明によれば、特に１次モードの振動に対して剛性をより高くすることができる。

第１１の発明は、第１または第２の発明において、前記複数のリブは、前記第１側板及び前記第２側板と接続される第５リブと、前記第１リブ及び前記第２リブと平行であり、前記第１リブ及び前記第２リブから離れて設けられた第６リブと、前記第６リブと平行であり、前記第６リブから第２距離離れて設けられた第７リブと、前記第３リブ及び前記第４リブと平行であり、前記空間内において前記第６リブ及び前記第７リブと交差する第８リブと、前記第８リブと平行であり、前記空間内において前記第６リブ及び前記第７リブと交差し、且つ前記第８リブから前記第２距離離れて設けられた第９リブと、をさらに有し、前記第１リブの一端は前記第３側板と、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、前記第２リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第５リブとそれぞれ接続され、前記第３リブの一端は前記第３側板と、他端は前記第２側板とそれぞれ接続され、前記第４リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第５リブとそれぞれ接続され、前記第６リブの一端は前記第５リブと、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、前記第７リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第４側板とそれぞれ接続され、前記第８リブの一端は前記第５リブと、他端は前記第２側板とそれぞれ接続され、前記第９リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第４側板とそれぞれ接続される、セラミック構造体である。

第１１の発明によれば、リブの数を多くすることで、より剛性を高めることができる。

第１２の発明は、第１～６の発明のいずれか１つにおいて、前記上板の厚さは、前記第１～第４側板の厚さ、および前記複数のリブの厚さと同じ、または大きいことを特徴とする、セラミック構造体である。

第１２の発明によれば、前記上板の厚さを、前記第１～第４側板の厚さ、および前記複数のリブの厚さより大きくすることで、直接的に力がかかる上板の剛性を高めることができる。これにより、断面二次モーメントが増加し、変形しにくくなる。また、前記第１～第４側板の厚さ、および前記複数のリブの厚さを前記上板の厚さより大きくする場合と比べて、重量の増加を抑制しつつ、剛性を高めることができる。これにより、高剛性化と軽量化とをさらにバランスよく両立できる。

本発明の態様によれば、軽量、高剛性、及び高固有振動数を実現するセラミック構造体を提供することができる。

第１実施形態のセラミック構造体の斜視図である。 （ａ）は第１実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第１実施形態のセラミック構造体の上面の平面図である。 （ａ）は第２実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第３実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図である。 （ａ）は第４実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第５実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図である。 （ａ）は第１比較例のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第２比較例のセラミック構造体の空間側の平面図である。 （ａ）は第３比較例のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第４比較例のセラミック構造体の空間側の平面図である。 （ａ）は第１０実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第１１実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図である。 （ａ）は第１２実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第１３実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図である。 （ａ）は第５比較例のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第６比較例のセラミック構造体の空間側の平面図である。 （ａ）は第７比較例のセラミック構造体の空間側の平面図であり、（ｂ）は第８比較例のセラミック構造体の空間側の斜視図である。 第１～第９実施形態、及び第１～第４比較例のシミュレーション結果を示す表である。 第１２～第１３実施形態、及び第５～第９比較例のシミュレーション結果を示す表である。 第６～９実施形態のセラミック構造体の空間側の平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態のセラミック構造体１について、図１、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。なお、図２（ｂ）に示すセラミック構造体１の上面図は、後述する他の実施形態のセラミック構造体及び比較例の構造体にも適用される。

セラミック構造体１は、セラミックを主成分とする。セラミック構造体１は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、コージエライト（Ｍｇ_２Ａｌ_３（ＡｌＳｉ_５Ｏ_１８）等の酸化物、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）等の窒化物、あるいは、珪素（Ｓｉ）と炭化珪素（ＳｉＣ）との混合物（ＳｉＳｉＣ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の炭化物を主成分とする。
ここで主成分とは、例えばセラミック構造体１のＸ線回折（Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）による定量又は準定量分析により、セラミック構造体１に含まれる他の化合物よりも相対的に多く含まれる化合物をいう。例えば、主成分は、セラミック構造体中に最も多く含まれる化合物であり、セラミック構造体において主成分が占める割合は、体積比又は質量比で５０％よりも大きい。主成分が占める割合は、より好ましくは７０％より大きく、９０％より大きいことも好ましい。主成分が占める割合が１００％であってもよい。

セラミック構造体１は、上板１０と、上板１０に交わるように設けられる第１～第４側板１１～１４と、上板１０及び第１～第４側板１１～１４により区画される空間Ｓ内に配置された複数のリブ２１～２４とを備える。
本明細書において「リブ」とは、空間Ｓ内に配置された板状の部材である。リブは、セラミックを主成分とする。リブを構成する材料は上板、第１～第４側板と同じ材料である。あるいは、リブを構成する材料は上板、第１～第４側板と異なる材料としてもよい。例えば、リブの厚さ（リブの延びる方向に直交する方向の長さ）は、上板の厚さより薄くてもよい。例えば、リブの厚さは、第１～４側板のいずれかの厚さより薄くてもよい。

第１側板１１及び第２側板１２は互いに平行である。第３側板１３及び第４側板１４は、互いに平行であり、且つ第１側板１１及び第２側板１２に垂直である。第１側板１１及び第２側板１２が延びる方向を、第１方向Ｘとする。第３側板１３及び第４側板１４が延びる方向を、第２方向Ｙとする。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに直交する方向を、第３方向Ｚとする。第１～第４側板１１～１４は、４つの角部４１～４４を有する。
本明細書において「平行」「垂直」とは、厳密に「平行」「垂直」である場合のみならず、セラミック構造体の用途、例えばステージ、において利用可能な範囲であれば多少のずれを許容するものである。例えば角部４１～４４の角度は９０°である場合だけでなく、±数°を許容するものである。

上板１０は、図１及び図２（ａ）に示す第１面１０ａと、第３方向Ｚにおいて第１面１０ａの反対側に位置する図２（ｂ）に示す第２面１０ｂとを有する。第３方向Ｚは、第１面１０ａ及び第２面１０ｂに垂直である。上板１０の第１面１０ａが被処理物が載置される載置面となる。

空間Ｓは、上板１０の第２面１０ｂ、第１側板１１の内側面、第２側板１２の内側面、第３側板１３の内側面、及び第４側板１４の内側面によって区画される。平面視において、第１側板１１、第２側板１２、第３側板１３、及び第４側板１４は、空間Ｓを連続して囲んでいる。各側板の内側面及び外側面は、第３方向Ｚに平行である。

第１実施形態では、第１側板１１の第１方向Ｘの長さと第２側板１２の第１方向Ｘの長さとは同じである。第３側板１３の第２方向Ｙの長さと第４側板１４の第２方向Ｙの長さとは同じである。第１側板１１の第１方向Ｘの長さ及び第２側板１２の第１方向Ｘの長さは、第３側板１３の第２方向Ｙの長さ及び第４側板１４の第２方向Ｙの長さよりも長い。上板１０の第１面１０ａ及び第２面１０ｂは、例えば長方形である。なお、第１側板１１の第１方向Ｘの長さ、第２側板１２の第１方向Ｘの長さ、第３側板１３の第２方向Ｙの長さ、及び第４側板１４の第２方向Ｙの長さは同じであり、上板１０の第１面１０ａ及び第２面１０ｂは、正方形であってもよい。第１側板１１の第１方向Ｘの長さ、第２側板１２の第１方向Ｘの長さ、第３側板１３の第２方向Ｙの長さ、及び第４側板１４の第２方向Ｙの長さは、それぞれ、例えば１０００ｍｍ以上である。該長さはそれぞれ、３００ｍｍ以上でもよい。

複数のリブは、第１リブ２１と、第２リブ２２と、第３リブ２３と、第４リブ２４とを有する。各リブ２１～２４の側面は、第３方向Ｚに平行である。各リブ２１～２４の第３方向Ｚにおける上板１０側の端部は、空間Ｓ内において、上板１０の第２面１０ｂに接続されている。

第１リブ２１は、第１～第４側板１１～１４のいずれに対しても傾斜する。第１リブ２１の一端２１ａは、第２側板１２と第３側板１３とが形成する第１角部４１に接続されている。第１リブ２１の他端２１ｂは、第１側板１１に接続されている。

第２リブ２２は、第１リブ２１と平行であり、第１リブ２１から第１距離ｄ１離れて設けられている。本明細書において、特定的な記載がない限りは、「距離」は２つの対象間を結ぶ最短距離を表す。第２リブ２２の一端２２ａは、第２側板１２に接続されている。第２リブ２２の他端２２ｂは、第１側板１１と第４側板１４とが形成する第２角部４２に接続されている。

第３リブ２３は、第１～第４側板１１～１４のいずれに対しても傾斜し、空間Ｓ内において第１リブ２１と交差する。第１実施形態では、第３リブ２３は、空間Ｓ内において第２リブ２２とも交差する。第３リブ２３の一端２３ａは、第１側板１１と第３側板１３とが形成する第３角部４３に接続されている。第３リブ２３の他端２３ｂは、第２側板１２に接続されている。

第４リブ２４は、第３リブ２３と平行であり、空間Ｓ内において第２リブ２２と交差し、且つ第３リブ２３から第１距離ｄ１離れて設けられている。第１実施形態では、第４リブ２４は、空間Ｓ内において第１リブ２１とも交差する。第４リブ２４の一端２４ａは、第１側板１１に接続されている。第４リブ２４の他端２４ｂは、第２側板１２と第４側板１４とが形成する第４角部４４に接続されている。

第１リブ２１と第４リブ２４との交差部を第１交差部３１、第２リブ２２と第３リブ２３との交差部を第２交差部３２、第３リブ２３と第１リブ２１との交差部を第３交差部３３、及び第４リブ２４と第２リブ２２との交差部を第４交差部３４とする。第１～第４交差部３１～３４のうち少なくとも２つの交差部が、第１～第４側板１１～１４のいずれとも接続せず、空間Ｓ内に位置する。第１実施形態では、第１交差部３１、第２交差部３２、第３交差部３３、及び第４交差部３４のすべてが、第１～第４側板１１～１４のいずれとも接続せず、空間Ｓ内に位置する。第１～第４交差部３１～３４は、第１～第４リブ２１～２４が形成する菱形の頂点に位置する。

図２（ａ）に示すように、空間Ｓの平面視において、第１側板１１の第１方向Ｘの中心と第２側板１２の第１方向Ｘの中心とを結ぶ直線を第１対称線Ｌ１とし、第３側板１３の第２方向Ｙの中心と第４側板１４の第２方向Ｙの中心とを結ぶ直線を第２対称線Ｌ２とする。第１対称線Ｌ１及び第２対称線Ｌ２は、互いに直交する。第１対称線Ｌ１及び第２対称線Ｌ２によって空間Ｓを第１～第４領域Ｓ１～Ｓ４に分割すると、第１～第４リブ２１～２４のそれぞれは、第１～第４領域Ｓ１～Ｓ４のうち、第１対称線Ｌ１と第２対称線Ｌ２との交点を挟んだ対角位置にある２つの領域の一方の領域から他方の領域に延びる。第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２が、第１対称線Ｌ１と第２対称線Ｌ２との交点を挟んだ対角位置にあり、第３領域Ｓ３と第４領域Ｓ４が、第１対称線Ｌ１と第２対称線Ｌ２との交点を挟んだ対角位置にある。

第１リブ２１は、第１領域Ｓ１から第２領域Ｓ２に延びている。第２リブ２２は、第１領域Ｓ１から第２領域Ｓ２に延びている。第３リブ２３は、第３領域Ｓ３から第４領域Ｓ４に延びている。第４リブ２４は、第３領域Ｓ３から第４領域Ｓ４に延びている。

第１交差部３１と第２交差部３２とを結ぶ直線を第１仮想線Ｌ３とすると、第１仮想線Ｌ３は第３側板１３及び第４側板１４と平行である。第１実施形態では、第１仮想線Ｌ３は、第１対称線Ｌ１に一致する。

以下、他の実施形態について、第１実施形態と異なる構成について主に説明する。なお、他の実施形態のそれぞれにおける記載及び図面と矛盾がない限り、第１実施形態で説明した事項は、他の実施形態にも適用される。

［第２実施形態］
図３（ａ）に示す第２実施形態のセラミック構造体２によれば、第１リブ２１の一端２１ａは、第２側板１２に接続されている。第２リブ２２の他端２２ｂは、第１側板１１に接続されている。第３リブ２３の一端２３ａは、第１側板１１に接続されている。第４リブ２４の他端２４ｂは、第２側板１２に接続されている。

［第３実施形態］
図３（ｂ）に示す第３実施形態のセラミック構造体３によれば、第１リブ２１の他端２１ｂと第４リブ２４の一端２４ａとが、第１側板１１において互いに接続している。換言すると、第１リブ２１と第４リブ２４との第１交差部３１が、第１側板１１に接続している。

また、第３リブ２３の他端２３ｂと第２リブ２２の一端２２ａとが、第２側板１２において互いに接続している。換言すると、第２リブ２２と第３リブ２３との第２交差部３２が、第２側板１２に接続している。

［第４実施形態］
図４（ａ）に示す第４実施形態のセラミック構造体４によれば、第１リブ２１の一端２１ａは、第３側板１３に接続されている。第２リブ２２の他端２２ｂは、第４側板１４に接続されている。第３リブ２３の一端２３ａは、第３側板１３に接続されている。第４リブ２４の他端２４ｂは、第４側板１４に接続されている。

［第５実施形態］
図４（ｂ）に示す第５実施形態のセラミック構造体５によれば、第１リブ２１の一端２１ａは、第３側板１３に接続されている。第１リブ２１の他端２１ｂは、第１側板１１と第４側板１４との間の第２角部４２に接続されている。第２リブ２２の一端２２ａは、第２側板１２と第３側板１３との間の第１角部４１に接続されている。第２リブ２２の他端２２ｂは、第４側板１４に接続されている。第３リブ２３の一端２３ａは、第３側板１３に接続されている。第３リブ２３の他端２３ｂは、第２側板１２と第４側板１４との間の第４角部４４に接続されている。第４リブ２４の一端２４ａは、第１側板１１と第３側板１３との間の第３角部４３に接続されている。第４リブ２４の他端２４ｂは、第４側板１４に接続されている。

［第６～９実施形態］
第６～９実施形態のセラミック構造体は、図１３に示すように、平面視において、第１交差部３１と第２交差部３２とを結ぶ第１仮想線Ｌ３が、第３側板１３及び第４側板１４に対して傾斜している点で、第４実施形態のセラミック構造体４と異なる。

第６～９実施形態において、４つのリブ２１～２４によって形成される菱形の重心を通り、第１側板１１及び第２側板１２に垂直な線Ｌ５と、第２側板１２の平面視における最も外側に位置する外縁との交点を第１交点Ｐ１とする。第１交差部３１と第２交差部３２とを結ぶ第１仮想線Ｌ３と、第２側板１２の上記外縁との交点を第２交点Ｐ２とする。第６～９実施形態においては、第１交点Ｐ１と第２交点Ｐ２とが第１方向Ｘにおいて、一致せず、離れて位置する。

第６実施形態においては、第１交点Ｐ１と第２交点Ｐ２との間の第１方向Ｘの距離が、２５ｍｍである。
第７実施形態においては、第１交点Ｐ１と第２交点Ｐ２との間の第１方向Ｘの距離が、５０ｍｍである。
第８実施形態においては、第１交点Ｐ１と第２交点Ｐ２との間の第１方向Ｘの距離が、１００ｍｍである。
第９実施形態においては、第１交点Ｐ１と第２交点Ｐ２との間の第１方向Ｘの距離が、１３５ｍｍである。

次に、前述した第１～第９実施形態、及び図５（ａ）～図６（ｂ）に示す第１～第４比較例について、固有振動数、変形量、比剛性をシミュレーションした結果について説明する。

図５（ａ）に示す第１比較例のセラミック構造体１０１によれば、第１リブ２１と第４リブ２４との第１交差部３１、第２リブ２２と第３リブ２３との第２交差部３２、第３リブ２３と第１リブ２１との第３交差部３３、及び第４リブ２４と第２リブ２２との第４交差部３４のすべてが、空間Ｓ内に位置しない。図６（ｂ）に示す第４比較例では、各リブの交差部が存在しない。

図５（ｂ）に示す第２比較例のセラミック構造体１０２によれば、第１交差部３１と第２交差部３２は空間Ｓ内に位置するが、第３交差部及び第４交差部が存在しない。図６（ａ）に示す第３比較例のセラミック構造体１０３によれば、第３交差部３３と第４交差部３４は空間Ｓ内に位置するが、第１交差部及び第２交差部が存在しない。

第１～第９実施形態及び第１～第４比較例において、第１側板１１及び第２側板１２の第１方向Ｘの長さを２０００ｍｍ、第３側板１３及び第４側板１４の第２方向Ｙの長さを１０００ｍｍとした。また、各側板の延びる方向に直交する方向の厚さを１０ｍｍ、各リブの延びる方向に直交する方向の厚さを５ｍｍとした。また、各側板及び各リブの第３方向Ｚにおける厚さを１０ｍｍとした。

図１１に、シミュレーション結果を示す。

固有振動数［Ｈｚ］は、セラミック構造体を第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び第３方向Ｚのいずれの方向においても拘束しない状態で、１次モードの固有振動数を表す。１次モードは、第１対称線Ｌ１または第２対称線Ｌ２で折れ曲がるような振動モードである。

固有振動数観点の比剛性［Ｈｚ/ｋｇ］は、固有振動数［Ｈｚ］／質量［ｋｇ］により計算した。

変形量［μｍ］は、セラミック構造体を第１～第４角部の四隅で４点支持した状態で、第３方向Ｚにおける自重変形量を表す。

変形観点の比剛性［１/（ｍ・ｋｇ）］は、１/（変形量［ｍ］×質量［ｋｇ］）により計算した。

固有振動数・変形観点の比剛性［Ｈｚ/（ｍ・ｋｇ）］は、固有振動数［Ｈｚ］／｛変形量［ｍ］×質量［ｋｇ］｝により計算した。

図１１の結果より、第１～第９実施形態の固有振動数・変形観点の比剛性は、第１～第４比較例の固有振動数・変形観点の比剛性よりも高い。すなわち、第１～第９実施形態のセラミック構造体によれば、軽量化のため４本のリブだけとしても、その配置を工夫することで、高剛性及び高固有振動数を実現できる。

第１～第９実施形態のセラミック構造体は、以下の共通の特徴をすべて備える。
特徴１．４つのリブ２１～２４によって形成される菱形の頂点に位置する４つの交差部３１～３４を有する。
特徴２．４つの交差部３１～３４のうち少なくとも２つの交差部が、第１～第４側板１１～１４のいずれとも接続せず、空間Ｓ内に位置する。

第１～第４比較例のうち、上記特徴１と特徴２の両方を兼ね備えたものはない。したがって、上記特徴１と特徴２の両方を兼ね備えることで、軽量、高剛性、及び高固有振動数を実現するセラミック構造体を提供することができる。

また、第１～第９実施形態によれば、各リブ２１～２４において、菱形を形成する部分から交差部を越えて延びる部分（各リブ２１～２４の少なくとも一端）が、第１側板～第４側板１１～１４のいずれか（角部４１～４４も含む）に接続する。菱形のリブの延長部が側板を支えることで、側板のねじれや変形を抑制することができる。

また、第１～第９実施形態によれば、第１～第４リブ２１～２４のそれぞれは、第１～第４領域Ｓ１～Ｓ４のうち、第１対称線Ｌ１と第２対称線Ｌ２との交点を挟んだ対角位置にある２つの領域の一方の領域から他方の領域に延びる。これにより、リブが、第１対称線Ｌ１と第２対称線Ｌ２との交点を挟まずに、第１方向Ｘまたは第２方向Ｙにおいて隣接する領域間を延びる場合に比べて、ねじれに対して強くできる。

また、第１～第５実施形態によれば、第１交差部３１と第２交差部３２とを結ぶ第１仮想線Ｌ３は、第３側板１３及び第４側板１４と平行である。これにより、第１仮想線Ｌ３が第３側板１３及び第４側板１４に非平行であり傾斜している第６～９実施形態に比べて、特に固有振動数の低下を抑制し、結果として比剛性の低下を抑制することができる。

各交差部３１～３４が第１～第４側板１１～１４のいずれとも接続しないということは、異なるリブの端どうしが側板における同じ位置で接続しない。これにより、応力が分散され、剛性を高くできる。また、第１側板１１の長さ及び第２側板１２の長さが、第３側板１３の長さ及び第４側板１４の長さよりも長い場合、第１実施形態のように、４つの交差部３１～３４のすべてを空間Ｓ内に位置させ且つ各リブ２１～２４の端を長辺側の側板１１、１２若しくは角部４１～４４に接続させる、または、第２実施形態のように、４つの交差部３１～３４のすべてを空間Ｓ内に位置させ且つ各リブ２１～２４の端をすべて長辺側の側板１１、１２に接続させることで、他の実施形態よりも固有振動数・変形観点の比剛性を高くすることができる。

［第１０実施形態］
図７（ａ）に示す第１０実施形態のセラミック構造体６によれば、複数のリブは第５リブ２５をさらに有する。第５リブ２５の一端２５ａは第１側板１１と接続され、第５リブ２５の他端２５ｂは第２側板１２と接続されている。第５リブ２５により、特に１次モードの振動に対して剛性をより高くすることができる。

剛性を高くするため、第５リブ２５は第３側板１３及び第４側板１４と平行であることが好ましい。また、剛性を高くするため、第５リブ２５は、第１交差部３１及び第２交差部３２と交わることが好ましい。

［第１１実施形態］
図７（ｂ）に示す第１１実施形態のセラミック構造体７によれば、複数のリブは、前述した第１～第５リブ２１～２５に加えて、第６～第９リブ２６～２９をさらに有する。第１～第４リブ２１～２４は第１領域Ｓ１及び第３領域Ｓ３に位置し、第６～第９リブ２６～２９は第２領域Ｓ２及び第４領域Ｓ４に位置する。第５リブ２５は、第１対称線Ｌ１上に位置する。

第１リブ２１の一端２１ａは第３側板１３と、他端２１ｂは第１側板１１とそれぞれ接続されている。第２リブ２２の一端２２ａは第２側板１２と、他端２２ｂは第５リブ２５とそれぞれ接続されている。第３リブ２３の一端２３ａは第３側板１３と、他端２３ｂは第２側板１２とそれぞれ接続されている。第４リブ２４の一端２４ａは第１側板１１と、他端２４ｂは第５リブ２５とそれぞれ接続されている。

第６リブ２６は、第１リブ２１及び第２リブ２２と平行であり、第１リブ２１及び第２リブ２２から離れて設けられている。第６リブ２６の一端２６ａは第５リブ２５と、他端２６ｂは第１側板１１とそれぞれ接続されている。

第７リブ２７は、第６リブ２６と平行であり、第６リブ２６から第２距離ｄ２離れて設けられている。第２距離ｄ２は、前述した第１距離ｄ１と同じである。第７リブ２７の一端２７ａは第２側板１２と、他端２７ｂは第４側板１４とそれぞれ接続されている。

第８リブ２８は、第３リブ２３及び第４リブ２４と平行であり、空間Ｓ内において第６リブ２６及び第７リブ２７と交差する。第８リブ２８の一端２８ａは第５リブ２５と、他端２８ｂは第２側板１２とそれぞれ接続されている。

第９リブ２９は、第８リブ２８と平行であり、空間Ｓ内において第６リブ２６及び第７リブ２７と交差し、且つ第８リブ２８から第２距離ｄ２離れて設けられている。第９リブ２９の一端２９ａは第１側板１１と、他端２９ｂは第４側板１４とそれぞれ接続されている。

第６リブ２６と第９リブ２９との第５交差部３５、第７リブ２７と第８リブ２８との第６交差部３６、第８リブ２８と第６リブ２６との第７交差部３７、及び第９リブ２９と第７リブ２７との第８交差部３８は、第１～第４側板１１～１４のいずれとも接続せず、空間Ｓ内に位置する。第５～第８交差部３５～３８は、第６～第９リブ２６～２９が形成する菱形の頂点に位置する。第３交差部３３、第４交差部３４、第７交差部３７、及び第８交差部３８は、第２対称線Ｌ２上に位置する。第５交差部３５と第６交差部３６とを結ぶ第２仮想線Ｌ４は、第１仮想線Ｌ３及び第１対称線Ｌ１に平行である。

第１１実施形態のセラミック構造体７によれば、第１～第１０実施形態に比べてリブの数を多くすることで、より剛性を高めることができる。

側板１１～１４どうしは、直接つながることに限らず、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、突出部５１～５４を介してつながってもよい。第２側板１２と第３側板１３とは、第１突出部５１を介してつながる。第１側板１１と第４側板１４とは、第２突出部５２を介してつながる。第１側板１１と第３側板１３とは、第３突出部５３を介してつながる。第２側板１２と第４側板１４とは、第４突出部５４を介してつながる。

第１突出部５１は第２側板１２の一端から第２方向Ｙに突出し、第４突出部５４は第２側板１２の他端から第２方向Ｙに突出する。第３突出部５３は第１側板１１の一端から第１突出部５１の突出方向の反対方向に突出し、第２突出部５２は第１側板１１の他端から第４突出部５４の突出方向の反対方向に突出する。

［第１２実施形態］
図８（ａ）に示す第１２実施形態のセラミック構造体８によれば、複数のリブが、第１～第４リブ２１～２４及び第６～第９リブ２６～２９を有する点で、第１１実施形態と共通する。なお、第１２実施形態のセラミック構造体８は、第５リブ２５を有さない。

また、第２リブ２２が第１領域Ｓ１から第２領域Ｓ２に延びている点、第４リブ２４が第３領域Ｓ３から第４領域Ｓ４に延びている点、第６リブ２６が第１領域Ｓ１から第２領域Ｓ２に延びている点、及び第８リブ２８が第３領域Ｓ３から第４領域Ｓ４に延びている点で、第１１実施形態と異なる。第２リブ２２の一端２２ａは第１領域Ｓ１において第２側板１２に接続され、第２リブ２２の他端２２ｂは第２領域Ｓ２において第１側板１１に接続されている。第４リブ２４の一端２４ａは第３領域Ｓ３において第１側板１１に接続され、第４リブ２４の他端２４ｂは第４領域Ｓ４において第２側板１２に接続されている。第６リブ２６の一端２６ａは第１領域Ｓ１において第２側板１２に接続され、第６リブ２６の他端２６ｂは第２領域Ｓ２において第１側板１１に接続されている。第８リブ２８の一端２８ａは第３領域Ｓ３において第１側板１１に接続され、第８リブ２８の他端２８ｂは第４領域Ｓ４において第２側板１２に接続されている。

［第１３実施形態］
図８（ｂ）に示す第１３実施形態のセラミック構造体９によれば、複数のリブの構成は第１１実施形態と同じである。

次に、第１２実施形態、第１３実施形態、及び第５～第９比較例について、固有振動数、変形量、比剛性をシミュレーションした結果について説明する。

図９（ａ）に示す第５比較例のセラミック構造体１０５によれば、第２リブ２２の他端２２ｂ、第４リブ２４の他端２４ｂ、第６リブ２６の一端２６ａ、及び第８リブ２８の一端２８ａが、第１～第４側板１１～１４のいずれとも接続していない。

図９（ｂ）に示す第６比較例のセラミック構造体１０６及び図１０（ａ）に示す第７比較例のセラミック構造体１０７によれば、第１リブ２１の両端、第２リブ２２の両端、第４リブ２４の他端２４ｂ、第６リブ２６の一端２６ａ、第８リブ２８の両端、及び第９リブ２９の両端が、第１～第４側板１１～１４のいずれとも接続していない。

図１０（ｂ）に示す第８比較例のセラミック構造体１０８によれば、複数のリブ７１が第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに格子状に設けられている。

第９比較例のセラミック構造体は、リブを有さず、上板１０、第１～第４側板１１～１４、及び第１～第４突出部５１～５４のみからなる。

第１２実施形態、第１３実施形態、及び第５～第９比較例において、第１側板１１及び第２側板１２の第１方向Ｘの長さを２０００ｍｍ、第３側板１３及び第４側板１４の第２方向Ｙの長さを１０００ｍｍとした。また、各側板の延びる方向に直交する方向の厚さを１０ｍｍ、各リブの延びる方向に直交する方向の厚さを１０ｍｍとした。また、各側板及び各リブの第３方向Ｚにおける厚さを１０ｍｍとした。

図１２に、シミュレーション結果を示す。
固有振動数［Ｈｚ］、固有振動数観点の比剛性［Ｈｚ/ｋｇ］、変形量［μｍ］、変形観点の比剛性［１/（ｍ・ｋｇ）］、及び固有振動数・変形観点の比剛性［Ｈｚ/（ｍ・ｋｇ）］は、前述した図１１に結果が示されるシミュレーションと同様に計算した。

図１２の結果より、第１２実施形態及び第１３実施形態の固有振動数・変形観点の比剛性は、第５～第９比較例の固有振動数・変形観点の比剛性よりも高くすることができる。第１２実施形態及び第１３実施形態のセラミック構造体によれば、図１０（ｂ）に示す第８比較例に比べてリブの数を減らして大幅な軽量化を実現しつつも、リブの配置を工夫することで、高剛性及び高固有振動数を実現できる。

以上説明した各実施形態のセラミック構造体は、例えば、半導体デバイスやＦＰＤの製造装置（例えば露光装置など）に具備されるエアスライドステージに用いることができる。セラミック構造体の上板１０の第１面１０ａに、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物が載置される。各実施形態のセラミック構造体によれば、軽量、高剛性、及び高固有振動数を実現できるため、各実施形態のセラミック構造体をエアスライドステージに用いた場合にはエアスライドステージの位置決め精度を高くできる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

１～９…セラミック構造体、１０…上板、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１１…第１側板、１２…第２側板、１３…第３側板、１４…第４側板、２１…第１リブ、２２…第２リブ、２３…第３リブ、２４…第４リブ、２５…、第５リブ、２６…第６リブ、２７…第７リブ、２８…第８リブ、２９…第９リブ、３１…第１交差部、３２…第２交差部、３３…第３交差部、３４…第４交差部、３５…第５交差部、３６…第６交差部、３７…第７交差部、３８…第８交差部、４１…第１角部、４２…第２角部、４３…第３角部、４４…第４角部、５１…第１突出部、５２…第２突出部、５３…第３突出部、５４…第４突出部、Ｓ…空間、Ｓ１…第１領域、Ｓ２…第２領域、Ｓ３…第３領域、Ｓ４…第４領域、Ｌ１…第１対称線、Ｌ２…第２対称線、Ｌ３…第１仮想線

Claims (12)

1. 被処理物が載置される上板と、
   前記上板に交わるように設けられる第１～第４側板と、
   前記上板及び前記第１～第４側板により区画される空間内において前記上板に接続される複数のリブであって、前記複数のリブのそれぞれが前記第１～第４側板のいずれかに接続する、前記複数のリブと、
   を備えた、セラミックを主成分とするセラミック構造体であって、
   前記第１側板及び前記第２側板は互いに平行であり、
   前記第３側板及び前記第４側板は、互いに平行であり、且つ前記第１側板及び前記第２側板に垂直であり、
   前記複数のリブは、
   前記第１～第４側板のいずれに対しても傾斜する第１リブと、
   前記第１リブと平行であり、前記第１リブから第１距離離れて設けられた第２リブと、
   前記第１～第４側板のいずれに対しても傾斜し、前記空間内において前記第１リブと交差する第３リブと、
   前記第３リブと平行であり、前記空間内において前記第２リブと交差し、且つ前記第３リブから前記第１距離離れて設けられた第４リブと、
   を少なくとも有し、
   前記第１リブと前記第４リブとの第１交差部、前記第２リブと前記第３リブとの第２交差部、前記第３リブと前記第１リブとの第３交差部、及び前記第４リブと前記第２リブとの第４交差部のうち少なくとも２つの交差部が、前記第１～第４側板のいずれとも接続せず、前記空間内に位置する、セラミック構造体。
2. 前記第１交差部、前記第２交差部、前記第３交差部、及び前記第４交差部のすべてが、前記第１～第４側板のいずれとも接続せず、前記空間内に位置する、請求項１に記載のセラミック構造体。
3. 前記空間の平面視において、前記第１側板の中心と前記第２側板の中心とを結ぶ第１対称線と、前記第３側板の中心と前記第４側板の中心とを結ぶ第２対称線とによって前記空間を第１～第４領域に分割すると、
   前記第１～第４リブのそれぞれは、前記第１～第４領域のうち、前記第１対称線と前記第２対称線との交点を挟んだ対角位置にある２つの領域の一方の領域から他方の領域に延びる、請求項２に記載のセラミック構造体。
4. 前記第１リブの一端は前記第３側板と、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、
   前記第２リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第４側板とそれぞれ接続され、
   前記第３リブの一端は前記第３側板と、他端は前記第２側板とそれぞれ接続され、
   前記第４リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第４側板とそれぞれ接続される、請求項３に記載のセラミック構造体。
5. 前記第１リブの一端は、前記第２側板と前記第３側板とが形成する第１角部に接続され、
   前記第１リブの他端は、前記第１側板に接続され、
   前記第２リブの一端は、前記第２側板に接続され、
   前記第２リブの他端は、前記第１側板と前記第４側板とが形成する第２角部に接続され、
   前記第３リブの一端は、前記第１側板と前記第３側板とが形成する第３角部に接続され、
   前記第３リブの他端は、前記第２側板に接続され、
   前記第４リブの一端は、前記第１側板に接続され、
   前記第４リブの他端は、前記第２側板と前記第４側板とが形成する第４角部に接続される、請求項３に記載のセラミック構造体。
6. 前記第１側板の長さ及び前記第２側板の長さは、前記第３側板の長さ及び前記第４側板の長さよりも長く、
   前記第１リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、
   前記第２リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、
   前記第３リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第２側板とそれぞれ接続され、
   前記第４リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第２側板とそれぞれ接続される、請求項３に記載のセラミック構造体。
7. 前記第１交差部と前記第２交差部とを結ぶ第１仮想線は、前記第３側板及び前記第４側板と平行である、請求項１～６のいずれか１つに記載のセラミック構造体。
8. 前記複数のリブは、前記第１側板及び前記第２側板と接続される第５リブをさらに有する、請求項１～６のいずれか１つに記載のセラミック構造体。
9. 前記第５リブは、前記第３側板及び前記第４側板と平行である、請求項８に記載のセラミック構造体。
10. 前記第５リブは、前記第１交差部及び前記第２交差部と交わる、請求項９に記載のセラミック構造体。
11. 前記複数のリブは、
    前記第１側板及び前記第２側板と接続される第５リブと、
    前記第１リブ及び前記第２リブと平行であり、前記第１リブ及び前記第２リブから離れて設けられた第６リブと、
    前記第６リブと平行であり、前記第６リブから第２距離離れて設けられた第７リブと、
    前記第３リブ及び前記第４リブと平行であり、前記空間内において前記第６リブ及び前記第７リブと交差する第８リブと、
    前記第８リブと平行であり、前記空間内において前記第６リブ及び前記第７リブと交差し、且つ前記第８リブから前記第２距離離れて設けられた第９リブと、
    をさらに有し、
    前記第１リブの一端は前記第３側板と、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、
    前記第２リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第５リブとそれぞれ接続され、
    前記第３リブの一端は前記第３側板と、他端は前記第２側板とそれぞれ接続され、
    前記第４リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第５リブとそれぞれ接続され、
    前記第６リブの一端は前記第５リブと、他端は前記第１側板とそれぞれ接続され、
    前記第７リブの一端は前記第２側板と、他端は前記第４側板とそれぞれ接続され、
    前記第８リブの一端は前記第５リブと、他端は前記第２側板とそれぞれ接続され、
    前記第９リブの一端は前記第１側板と、他端は前記第４側板とそれぞれ接続される、請求項１または２に記載のセラミック構造体。
12. 前記上板の厚さは、前記第１～第４側板の厚さ、および前記複数のリブの厚さと同じ、または大きいことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１つに記載のセラミック構造体。

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