(57)【要約】【課題】高真空環境で使用可能な静圧気体案内装置であって、差動排気部の小型化軽量化したステージ装置を提供する。【解決手段】静圧気体直線案内装置において、移動体を浮上させるための気体噴出部と、気体を排気するための排気溝を複数備え、噴出部から一番遠い排気部に通気性部材を埋設したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定軸体と、該固定軸体を囲繞した可動体とを備え、上記固定軸体と対向する可動体の軸受面に、圧縮気体を供給する気体噴出部と、前記圧縮気体を回収するための複数の排気溝を形成して成り、前記気体噴出部から圧縮気体を供給することで前記可動体と固定軸体との隙間に静圧流体層を形成するとともに、上記可動体を固定軸体上に浮上させて移動可能に構成した真空対応型静圧気体軸受において、
前記排気溝は、少なくとも第一排気溝と、該第一排気溝の外側に設けた第二排気溝からなり、該第二排気溝の内部を通気性部材で埋設したことを特徴とする真空対応型静圧気体軸受。
【請求項２】
前記第二排気溝に埋設する通気性部材は、第二排気溝の両端の平面と段差の無いように平面加工されていることを特徴とする請求項１記載の真空対応型静圧気体軸受。
【請求項３】
前記通気性部材は、気孔率２０％以上７０％未満の多孔質セラミックスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空対応型静圧気体軸受。
【請求項４】
前記通気性部材は、アルミナ又は炭化珪素を主成分とするセラミックス部材の全面にφ０．５ｍｍ以上φ２ｍｍ未満の細孔加工を複数箇所施したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の真空対応型静圧気体軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境下において真空度を大きく低下させることなく使用することが可能な静圧気体軸受に関するものであり、例えば、真空環境下で動作する半導体露光工程や検査工程あるいは成膜工程等に用いられる装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には図２に示す様に、断面が円形の固定軸体１と、固定軸体１を囲繞した可動体２とからなり、固定軸体１と対向する可動体２の軸受面の微小間隔Ｇに圧縮気体を供給し可動体と固定軸体との隙間に静圧流体層を形成する気体噴出部３と、圧縮気体を回収するための排気溝１４とからなり、上記可動体２を固定軸体１上に浮上させて円滑に移動させるようにした静圧気体軸受が示されている。
【０００３】
さらに、この排気溝１４は、大気開放溝１２と外側に設けた第一排気溝１４ａと、さらに第一排気溝１４ａの外側に設けた第二排気溝１４ｂからなる。なお、不図示であるが、静圧気体軸受の可動体の端部に多孔質部材を接合したことが記載されている。
【０００４】
最近の半導体製造装置においては、高精度、高速、高加速で動作し且つクリーン及び１０−４Ｐａ以上の高真空環境で動作することが要求されるように成ってきた。
【０００５】
こういった要求に対して静圧気体軸受けを用いた案内装置は有力な候補であり上記従来技術をはじめ幾つかの研究開発がなされている。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術である、静圧気体軸受の可動体の端部に接合した多孔質部材は当該軸受けの可動体が何らかのアクシデントによって傾いた時に軸受けと可動体が接触し軸受け面を破損してしまうことを回避するためのものであり供給気体の排気効率を向上させるためのものでは無く上記の高真空環境で動作する構造とはなっていない。
【０００７】
静圧気体軸受を真空環境下で動作させるためには、可動体２と固定軸体１との微少隙間Ｇに供給した圧縮気体を回収する機構が必要であり、例えば、図３は本願発明者が本願発明以前に試作した真空対応型の静圧流体軸受の一部を破断した分解斜視図である（特許文献２参照）。
【０００８】
この静圧流体軸受は、角柱状をしたセラミック製の固定軸体を微少隙間（不図示）を設けて囲繞するセラミック製の可動体は四枚の板状体からなり底板３０（下板）と同一形状の天板（不図示：上板）が側板３１を挟み込む構造となっており、しかも、底板３０の両端側に側板３１が配置されるようになっている。各板状体３０，３１の内側壁面である軸受面中央には、「田」字状をした静圧パッド３２を備えるとともに、各静圧パッド３２の中心には、圧縮気体を噴出するための給気口３２ｂを備えており、各給気口３２ｂより固定軸体との微少隙間に噴出された圧縮気体を静圧パッド３２によって全体に広げ静圧流体層を形成するようになっている。
【０００９】
また、可動体を形成する板状体３０，３１の両端部には二重の排気溝６，７を形成してあり、排気溝６はホースを介して不図示のロータリーポンプと接続するとともに、排気溝７はホースを介して不図示のターボ分子ポンプ又はロータリポンプと接続し、可動体と固定軸体との微少隙間に供給された圧縮気体を回収することにより、可動体と固定軸体との微少隙間より外部に漏れることを防止するようにしてある。
【００１０】
なお、この構造では、最も内側の排気溝３３は大気開放され、残りの排気溝６，７は不図示の真空排気ポンプによって吸引排気されるようになっている。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６３−１９２８６４号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００１−４４１０７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように静圧気体軸受けを真空チャンバー内に導入する場合は、エアパッドの周囲には大気解放溝３３，並びに複数の排気溝６，７を設ける必要があり、軸受け自体が大きくなってしまい、製作上も困難であり、装置自体の駆動にも大きな駆動力が必要となる等の課題があり可動体の小型化が望まれるところである。
【００１４】
また、複数の排気溝６，７を設けた場合、外側の排気溝７に近づくにしたがって気体の圧力は低下していくので排気溝７を大きく取る必要があるが、排気溝７を大きく形成することで最も外側の排気溝と真空チャンバーの距離が近くなるこのため、この部分の管路抵抗が小さくなって気体は排気溝に吸引され難くなり真空チャンバーへ流出してしまう可能性があった。
【００１５】
本発明は上述した不都合に鑑みてなされたものであり、大気解放溝並びに複数の排気溝を配設する構造ではあるが、排気溝での漏れが少なく、ステージ機構系の小型軽量化が可能であり、ひいてはステージ装置の高速度化、高加速度化、長寿命化が可能となり、かつ高精度が長期間にわたって維持することができ、１０−４Ｐａ以上の高真空環境で使用可能な静圧気体案内装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成によれば、固定軸体と、該固定軸体を囲繞した可動体とを備え、上記固定軸体と対向する可動体の軸受面に、圧縮気体を供給する気体噴出部と、前記圧縮気体を回収するための複数の排気溝を形成して成り、前記気体噴出部から圧縮気体を供給することで前記可動体と固定軸体との隙間に静圧流体層を形成するとともに、上記可動体を固定軸体上に浮上させて移動可能に構成した真空対応型静圧気体軸受において、前記排気溝は、少なくとも第一排気溝と、該第一排気溝の外側に設けた第二排気溝からなり、該第二排気溝の内部に通気性部材で埋設したことを特徴とする真空対応型静圧気体軸受を提供する。
【００１７】
また、前記第二排気溝に埋設する通気性部材は、第二排気溝の両端の平面と段差の無いように平面加工されている真空対応型静圧気体軸受を提供する。
【００１８】
さらに、前記通気性部材は、気孔率２０％以上７０％未満の多孔質セラミックスであることを特徴とする真空対応型静圧気体軸受を提供する。
【００１９】
また、前記通気性部材は、アルミナ又は炭化珪素を主成分とするセラミックス部材の全面にφ０．５ｍｍ以上φ２ｍｍ未満の細孔加工を複数箇所施したことを特徴とする真空対応型静圧気体軸受を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態として、真空対応型静圧気体軸受として、半導体製造装置に用いるステージに適用した静圧気体直線案内装置について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態の断面図である。
【００２２】
真空チャンバ（不図示）内に、可動体２の固定軸体１に対する摺動面には、可動体２を浮上させるための気体の噴出部であるエアーパッド３と、エアーパッド３の周囲に当該気体の大気解放部１２と、この大気解放部１２の外側に第一排気溝１４ａと、さらに第一排気溝１４ａの外側に第二排気溝１４ｂとを備えている。
【００２３】
また、エアーパッド３には、圧縮気体を供給するための気体供給パイプ４が連結されており、当該気体の大気解放溝１２には吸引パイプ１５を介し排気管２１を通して大気に放出される。
【００２４】
さらに、真空チャンバー内への流入を防止するための排気溝１４ａ，１４ｂにはそれぞれ吸引パイプ１６、１７が連結され、排気管２２、２３を通してそれぞれ排気ポンプ２５，２６により真空チャンバー外部に排出される。
【００２５】
この静圧気体軸受は、まず、気体給気パイプ４より供給した圧縮気体はエアパット３によって固定軸体１に拡散噴出され可動体２と固定軸体１との微小隙間Ｇに静圧気体層を形成することで可動体２を固定軸体１上に静圧支持する。
【００２６】
可動体２は固定軸体１と非接触であることから、この間での摺動抵抗は皆無であり、可動体２を固定軸体１に沿って滑らかに移動させることができる。また、供給された圧縮気体は、エアーパッド３の周囲に形成された大気解放溝１２と、二重の排気溝１４ａ，１４ｂより吸引パイプ１６，１７を介して回収することにより供給した気体が真空チャンバーに漏れることを防止することができ、１０−４Ｐａを越える高真空環境下でもその真空度を低下させることなく作動させることができる。
【００２７】
ところで、このような効果を奏するためには、前述したように、二重の排気溝１４ａ，１４ｂのうち、高真空領域に近い排気溝１４ｂの摺動面の凹部は通気性の部材１４ｃで埋設されている。これにより、気体分子が通気性の部材１４ｃを通過し真空チャンバーに流出するまでの実質的な経路を長くさせることができるため管路抵抗が大きくなり、真空チャンバーへの気体流出を妨げることができる。
【００２８】
なお、高真空領域に近い排気溝１４ｂに通気性の部材１４ｃを配置したのは高真空領域に近い排気溝１４ｂの付近は希薄気体であるため、気体分子はこの通気性部材１４ｃを通過して吸引でき、かつ、真空チャンバーまでの管路を長くできるからである。
【００２９】
従って、本発明の埋設する通気性部材１４ｃは複数の排気溝を形成する場合には最も高真空領域に近い位置の排気溝に配置するのが好ましい。
【００３０】
さらに、埋設後に固定軸体１に対する可動体２の面は平面加工し、第二排出溝の両端に形成される段差の無いようにすることが重要である。これにより、可動体と固定軸体との隙間に静圧流体層が形成でき、可動体を固定軸体上に浮上させて円滑に移動することができる。
【００３１】
本願発明では通気性の部材１４ｃとして気孔率２０％以上７０％未満の多孔質セラミックスを埋設すると良い。第二排気溝１４ｂに埋設する多孔質セラミックの気孔率は２０％以上７０％未満が適しており、２０％以下の気孔率すなわち緻密体に近い部材では排気溝のコンダクタンス（排気効率）が悪く、逆に気孔率７０％以上の部材では通気性が良いために排気溝の排気効率は良いが管路抵抗の効果が低くなってしまう。
【００３２】
さらに同様の効果を得るためには排気溝１４ｂの摺動面の凹部にアルミナ又は炭化珪素を主成分とするセラミックス部材を埋設し、その全面にφ０．５ｍｍ以上φ２ｍｍ未満の細孔加工を施しても良い。このような緻密体の全面にφ０．５ｍｍ以上φ２ｍｍ未満の細孔加工複数箇所を施しても同様の効果が得られるが、φ０．５ｍｍ以下の細孔では排気溝１４ａ、１４ｂが閉塞した状態となるため排気効率が悪く、逆にφ２ｍｍ以上の細孔では管路抵抗の効果が低くなってしまう。
【００３３】
また、固定軸体１と可動体２の微小隙間Ｇに噴出された圧縮気体を効率良く回収するためには、第一、第二排気溝１４ａ、１４ｂを可能な限り大きく取り吸引パイプ１６，１７への気体の流れ易さ（コンダクタンス）を良くすると同時に、真空チャンバーへの気体の漏れ易さ（リーク）を悪くする必要がある。このためには第一、第二排気溝１４ａ、１４ｂの間の距離１３ｃ（ランド１）並びに第二排気溝１４ｂと真空チャンバーの距離１３ｄ（ランド２）を可能な限り大きく取ることでこの間の管路抵抗を大きく出来る。
【００３４】
この実施形態では、固定軸体１の断面及び、可動体２の開口部断面を長方形または正方形としてもよい。この理由は、可動体２の軸受剛性を高めることと、該可動体軸受けの製造の容易さからである。
【００３５】
大気解放用溝１２の作用は、エアーパッドから排出した圧縮気体の圧力をほぼ大気圧まで減圧し、排気溝１４ａ，１４ｂの排気効率を高めることにある。
【００３６】
排気溝１４ａ，１４ｂは、固定体を取り囲むように配置され、前記排気溝１４ａは、大気圧を低真空圧力（１０−１Ｐａ程度）まで減圧する、さらに排気溝１４ｂは中真空圧力（１０−３Ｐａ程度）と、ほぼ真空チャンバー内の真空度まで減圧するためのものである。
【００３７】
たとえば、排気溝１４ａには高圧領域で動作するロータリーポンプが接続され、排気溝１４ｂにはターボ分子ポンプ、もしくはロータリーポンプあるいはドライリポンプが接続される。
【００３８】
また、本実施形態において、可動体２の摺動面に設けられた排気溝１４ａ、１４ｂはそれぞれ２つの溝から構成されているが、これに限られるものではない、たとえば、ＶＵＶやＥＵＶの露光装置のように比較的低真空で使用されるものは、上述した排気溝１４ａ，１４ｂを１つにすることができる。
【００３９】
その際、上述のように排気溝１４ｂに多孔質セラミックを埋設するか、細孔加工を施したアルミナ又は炭化珪素を主成分とするセラミックス部材であることが好ましい。
【００４０】
また、超高真空で使用される電子ビーム露光装置等では、さらに溝数を増やすことにより真空チャンバー内を所定の真空環境に保つことができる。
【００４１】
本実施形態において、主要な構成要素である固定軸体１，可動体２、エアーパッド３には高剛性、軽量、かつ、非磁性材料であるセラミックが使用される。この構成により軽量化が図れ、高精度、高速、高加速で動作し且つクリーンなステージ装置を提供できる。
【００４２】
特に、大型構造部品の製作及び高精度加工が比較的容易なアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とするセラミックスが用いられる。アルミナセラミックスとしては、Ａｌ２Ｏ３を主成分としてＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯ等の焼結助剤を含むものを用い、炭化珪素質セラミックスとしては、ＳｉＣを主成分としてＢ，Ｃ、またはＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３等の焼結助材を含むものを用いる。そして、これらの原料を加圧成形法や鋳込成形法等の方法で所定形状に成形した後、焼成することで上記各部材を製造することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、第二排気溝を大きく取ることが出来、且つ第二排気溝が真空チャンバーへ漏れようとする気体に取っては管路抵抗となるために１０−４Ｐａを越える高真空環境下においても、その真空度を低下させることなく静圧軸受けを作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】従来の静圧軸受けを示す縦断面図である。
【図３】従来の静圧軸受けの分解斜視図である。
【符号の説明】
１：固定軸体
２：可動体
３：エアーパッド（気体噴出部）
４：気体供給パイプ
１２：大気解放部
１３ｃ：ランド１
１３ｄ：ランド２
１４ａ：第一排気溝
１４ｂ：第二排気溝
１５：大気解放パイプ
１６：吸引パイプ１
１７：吸引パイプ２
２１：排気管１
２２：排気管２
２３：排気管３
２５：排気ポンプ１
２６：排気ポンプ２
【図１】
2005048795.tif 000003
【図２】
2005048795.tif 000004
【図３】
2005048795.tif 000005