(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイド軸と、このガイド軸に沿って移動する移動体とを真空チャンバー内に設けてなり、この移動体には、移動体とガイド軸との隙間に外部から供給される気体を放出するエアパッドを形成し、かつ、前記エアーパッドの周囲には、前記隙間に放出された気体を回収して外部に配管を介して放出する大気圧溝を設け、さらに、前記大気圧溝の周囲には、前記大気圧溝にて回収できなかった気体を回収して外部に配管を介して放出する減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、前記大気圧溝から回収した気体を外部に放出する配管中には、この配管を介して外部から大気圧溝に気体が逆流しないように内部気圧が大気圧よりも高い一定の圧力とした圧力緩衝用チャンバーを設け、前記大気圧溝と、前記圧力緩衝用チャンバーと、が連通していることを特徴とする真空環境下で使用する静圧気体軸受。
【請求項２】
前記圧力緩衝用チャンバーには、大気圧溝から気体を回収するための配管を接続するガス回収用ポートと、圧力緩衝用チャンバー内の気圧が大気圧よりも高い一定の圧力となるように気体供給量を制御して気体を供給するための配管を接続するガス供給用ポートと、外部に圧力緩衝用チャンバー内の気体を常に放出する配管を接続するガスリーク用ポートと、を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受。
【請求項３】
前記圧力緩衝用チャンバー内に供給される気体が、純度の高い窒素であることを特徴とする請求項２に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受。
【請求項４】
前記圧力緩衝用チャンバー内に供給される気体が、ドライエアーであることを特徴とする請求項２に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受。
【請求項５】
移動体に設けたエアパッドからガイド軸と移動体との隙間に気体が放出され、前記エアーパッドの周囲に設けた大気圧溝から、前記隙間に放出された気体を回収し、さらに、前記大気圧溝の周囲に設けた減圧溝から、前記大気圧溝にて回収できなかった気体を回収してなる真空環境下で使用される静圧気体軸受の気体回収方法において、前記大気圧溝と、前記静圧気体軸受の外部に設けた圧力緩衝用チャンバーと、を連通し、前記圧力緩衝用チャンバー内の気圧を大気圧よりも高い一定の圧力に制御して、この圧力緩衝用チャンバーから常に外部に気体を放出させるとともに、前記大気圧溝から回収した気体も前記圧力緩衝用チャンバーを介して外部に放出させることを特徴とする真空環境下で使用する静圧気体軸受の気体回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境下で使用する静圧気体軸受、および、その静圧気体軸受の気体回収方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空環境下において使用される静圧気体軸受においては、エアーパッドの周囲に大気圧溝を設け、大気圧溝内の気圧を大気圧に保つような機構を設けることが望ましい。
その理由は、エアーパッド周囲に大気圧溝を設けることで、真空用の静圧気体軸受の設計においても、大気圧環境で利用される通常の静圧気体軸受と同様の設計手法にてエアーパッドの負荷容量や剛性等を設計することが出来るためである。
また、大気圧溝を設けない場合、エアーパッドから噴出した気体はすべて減圧溝を経由して排気ポンプへ流入するため、排気ポンプへの負担が大きくなってしまう。これを防止するためにも、大気圧溝を設けることが有効である。
【０００３】
そこで、大気圧溝内の圧力を大気圧に保つ機構として、従来は、エアーパッド周囲に設けられた大気圧溝に大気配管が接続され、大気配管の他端が真空チャンバー外部の大気へ単に開放されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、移動体の移動に伴って真空チャンバー内の気圧が上昇してまう問題が発生する。
なお、ガイド軸表面に吸着した空気が移動体の移動により、真空中に放出されて、真空度が著しく低下することの検証については、特開平２０００−３４６０７０にも触れられている。
特開平２０００−３４６０７０においては、エアーパッドから放出される気体がガイド軸に付着し、その後移動体が移動し、その表面が露出すると、ガイド軸表面に付着した多量の気体分子が外部に放出されることが原因であることを突き止めた。そして、ガイド軸表面に気体分子付着確率の低い材質でコーティングを行なう等の気体分子付着量低減処理を施すことを提案している。これにより、移動体の移動に伴って真空チャンバー内の気圧が上昇してまう現状を抑えることが出来るようになった。
そして、本発明者は、さらに真空度の高い環境下（１０ー5Ｐａ程度）で使用可能な静圧気体軸受の研究開発を開始した。この研究開発において、気体分子付着量低減処理を施したガイド軸を採用した場合においても、移動体の移動に伴って真空チャンバー内の気圧が上昇してまう現象が希に発生することが確認された。
そこで、この原因を追求し、より高性能な静圧気体軸受を提供すべく更なる鋭意研究開発に取り組んだ。
静圧気体軸受が搭載される真空チャンバーは、例えば半導体露光装置の場合は通常、温度、湿度が管理されたクリーンルーム内に設置されている。
軸受内部の大気圧溝が大気配管を介して真空チャンバー外部の大気へ単に開放される静圧気体軸受においては、通常は、軸受側から大気側へ気体が流出するが、軸受隙間等により変動する大気圧溝の圧力バランスによっては逆に大気側から軸受側へ気体が流入する場合もあり得ることを見出したのである。
【０００５】
このように大気側から軸受側へ気体が逆流してしまった場合、特定の湿度を持った大気が大気圧溝を介して軸受側に流入し、多量の水分子がガイド軸表面へ吸着してしまうことになる。この状態で軸受の移動体が移動を開始し、水分子が吸着したガイド軸表面が真空に曝されると、吸着していた水分子が真空環境内に放出され、この結果、真空チャンバー内の気圧が上昇してしまうのである。
吸着していた水分子の量が僅かでも、真空チャンバーの圧力が１０ー5Ｐａ程度の高真空であった場合は顕著な圧力上昇として観測される。このような現象は、例えば、電子ビーム露光装置内の軸受においてこのような圧力上昇が発生すると、光源部の故障や露光精度の悪化を引き起こすことがある。
特に真空度の高い真空環境下で使用する静圧気体軸受においては、真空チャンバー内の気圧上昇の要因を除去するように管理する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、真空環境下で用いられる静圧気体軸受において、真空環境下の軸受内部における大気圧溝内の圧力を一定に保ち、大気圧溝に配管を通じて外部の気体が逆流することによる気体の水分などの不純物の流入を阻止して、真空環境の真空度の低下を防ぐことが出来る真空環境下で使用する静圧気体軸受、および、その静圧気体軸受の気体回収方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１では、ガイド軸と、このガイド軸に沿って移動する移動体とを真空チャンバー内に設けてなり、この移動体には、移動体とガイド軸との隙間に外部から供給される気体を放出するエアパッドを形成し、かつ、前記エアーパッドの周囲には、前記隙間に放出された気体を回収して外部に配管を介して放出する大気圧溝を設け、さらに、前記大気圧溝の周囲には、前記大気圧溝にて回収できなかった気体を回収して外部に配管を介して放出する減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、前記大気圧溝から回収した気体を外部に放出する配管中には、この配管を介して外部から大気圧溝に気体が逆流しないように内部気圧が大気圧よりも高い一定の圧力とした圧力緩衝用チャンバーを設け、前記大気圧溝と、前記圧力緩衝用チャンバーと、が連通していることを特徴とする真空環境下で使用する静圧気体軸受としたことである。
【０００８】
これにより、軸受内部の大気圧溝に配管を通じて外部の気体が逆流することによる気体の水分などの不純物の流入を阻止して真空環境の低下を防ぐことが出来る。
特に真空度の高い真空環境下で使用する静圧気体軸受においては、本発明は多大な効果を奏する。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の請求項２では、前記圧力緩衝用チャンバーには、大気圧溝から気体を回収するための配管を接続するガス回収用ポートと、圧力緩衝用チャンバー内の気圧が大気圧よりも高い一定の圧力となるように気体供給量を制御して気体を供給するための配管を接続するガス供給用ポートと、外部に圧力緩衝用チャンバー内の気体を常に放出する配管を接続するガスリーク用ポートと、を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受としたことである。
【００１０】
これにより、圧力緩衝用チャンバーのガスリーク用ポートから常に外部に向かって気体を放出するため、外部から圧力緩衝用チャンバー内部への不純物の流入を防ぐことが出来る。
つまり、大気圧溝内に外部からの不純物の流入を防ぐことが出来、したがって、真空環境の低下を防ぐことが出来る。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の請求項３では、前記圧力緩衝用チャンバー内に供給される気体が、純度の高い窒素であることを特徴とする請求項２に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受としたことである。
【００１２】
これにより、圧力緩衝用チャンバーから大気圧溝に気体が流入したとしても、水分を多く含んだ大気中の気体が流れ込まず、圧力緩衝用チャンバー中の純度の高い窒素が流れ込み、真空環境を低下するおそれがない。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の請求項４では、前記圧力緩衝用チャンバー内に供給される気体が、ドライエアーであることを特徴とする請求項２に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受としたことである。
【００１４】
これにより、圧力緩衝用チャンバーから大気圧溝に気体が流入したとしても、水分を多く含んだ大気中の気体が流れ込まず、圧力緩衝用チャンバー中のドライエアーが流れ込み、真空環境を低下するおそれがない。
【００１５】
上記目的を達成するために本発明の請求項５では、移動体に設けたエアパッドからガイド軸と移動体との隙間に気体が放出され、前記エアーパッドの周囲に設けた大気圧溝から、前記隙間に放出された気体を回収し、さらに、前記大気圧溝の周囲に設けた減圧溝から、前記大気圧溝にて回収できなかった気体を回収してなる真空環境下で使用される静圧気体軸受の気体回収方法において、前記大気圧溝と、前記静圧気体軸受の外部に設けた圧力緩衝用チャンバーと、を連通し、前記圧力緩衝用チャンバー内の気圧を大気圧よりも高い一定の圧力に制御して、この圧力緩衝用チャンバーから常に外部に気体を放出させるとともに、前記大気圧溝から回収した気体も前記圧力緩衝用チャンバーを介して外部に放出させることを特徴とする真空環境下で使用する静圧気体軸受の気体回収方法としたことである。
【００１６】
これにより、圧力緩衝用チャンバーのガスリーク用ポートから常に外部に向かって気体を放出するため、外部から圧力緩衝用チャンバー内部への不純物の流入を防いで、軸受内部の大気圧溝よりエアパッドからの放出する気体を回収することが出来る。
つまり、軸受内部の大気圧溝よりエアパッドからの放出する気体を回収する際に、大気圧溝内に外部からの不純物の流入を防ぐことが出来、したがって、真空環境の低下を防ぐことが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に、本発明による静圧気体軸受装置１を示す。この静圧気体軸受装置１は、真空チャンバー２内に定盤３と静圧気体軸受４とを設けている。静圧気体軸受４が動作する真空チャンバー２の内部の真空環境は、１０−３〜１０−４Ｐａ以下にすることが求められており、さらに１０−５Ｐａ程度以下の真空環境での動作も将来は予想されている。静圧気体軸受４は、ガイド軸５と、このガイド軸５に沿って移動する移動体６とから構成される。そして、図２から図４に示すように、この移動体６には、移動体６とガイド軸５との隙間に外部から供給される気体を放出するエアーパッド７を形成し、さらに、エアーパッド７の周囲には、前記隙間に放出された気体を回収して外部に大気圧溝用配管１５ｂを介して放出する大気圧溝８を設けている。また、大気圧溝８の周囲には、大気圧溝８にて回収できなかった気体を回収して外部に配管を介して放出する減圧溝９を設けている。なお、大気圧溝８、大気圧溝用配管１５ｂならびに減圧溝９は、移動体６に設けるが、減圧溝用の配管は、ガイド軸５側に設けている。図３に示すように減圧溝９は、図面上の上下方向にも減圧溝９に連通する排気接続溝９ａを形成している。そしてガイド軸５には、この上下方向の排気接続溝９ａと対向する位置に減圧溝９（排気接続溝９ａを含む）から気体を回収するための排気孔２２を形成している。そのため、この移動体６は、図４（Ｂ）から図４（Ｃ）に示す範囲で移動しても前記排気孔２２が排気接続溝９ａにかかるため、排気孔２２を通じて減圧溝９（排気接続溝９ａを含む）の排気を行うことが出来る。
【００１８】
以上のようにすることで、静圧気体軸受４のエアーパッド７を取り囲む大気圧溝８、さらに大気圧溝８を取り囲むラビリンス排気機構により、真空チャンバー２内に流出する気体の量は真空チャンバー２の真空度に影響を与えないほど少量に抑えてある。要求される動作環境の真空度に応じて、減圧溝９を複数設けて気体の回収率をより向上させるようにすると良い。
【００１９】
また、減圧溝用の配管は、ガイド軸５内部に設けた場合を示したが、移動体６に設けることもできる。たとえば、移動体６を小型化し、また移動体６の移動距離の制限を受けないようにするには、排気性能をある程度犠牲に出来るならば移動体６に設けることが好ましい。この場合は、上述した上下方向の減圧溝９は不要となる。
しかしながら、真空引きポンプにより気体を回収するため、一般に減圧溝用の配管径はエアーパッド７や大気圧溝８に接続する配管径よりもかなり大きくなる。この場合、移動体６に減圧溝用の配管を接続すると、配管が抵抗、振動源となり、移動体６に求められる高い運動精度に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、通常は減圧溝用の配管はガイド軸５側に設けるようにするとよい。
つまり、移動体６の大きさ、移動距離、また、移動体６に配管を接続する場合は配管が移動体６に抵抗となって及ぼす影響、等を考慮し、減圧溝用の配管を移動体６に設けるかもしくはガイド軸５に設けるか決定すると良い。
【００２０】
なお、図１には、エアーパッド７へ気体を供給するための配管ならびに供給ポンプ、および、減圧溝用の配管ならびに真空引きポンプを省略している。
【００２１】
さて、この静圧軸受装置には、図１に示すように、大気圧溝８から回収した気体を外部に放出する大気圧溝用配管１５ａ中に、この大気圧溝用配管１５ａを介して外部から大気圧溝８に気体が逆流しないように、真空チャンバー２の外部に圧力緩衝用チャンバー１０を設けている。
そして、この圧力緩衝用チャンバー１０には、ガス回収用ポート１１とガス供給用ポート１２とガスリーク用ポート１３とが設けられている。
このガス回収用ポート１１には、真空チャンバー２の導入ポート１４を通じて大気圧溝８から気体を回収するための大気圧溝用配管１５ａを接続している。
また、ガス供給用ポート１２には、圧力緩衝用チャンバー１０内の気圧が大気圧よりも高い一定の圧力となるように気体供給量を制御して気体を供給するためのガス供給配管１５ａを接続している。そして、圧力緩衝用チャンバー１０の内部圧力を測定する圧力計１６が設けられ、また、マスフローコントローラ１７がガス供給配管１５ａ中に接続されている。そして、圧力緩衝用チャンバー１０内部の圧力が、大気圧よりも１０％程度高い圧力となるように圧力計１６から信号ケーブル２０を介してマスフローコントローラ１７に信号を送りガス供給流量の制御を行なうことで、窒素ボンベ１８からガス供給配管１５ａを介して流入する窒素の流量が制御されている。
また、ガスリーク用ポート１３には、外部に圧力緩衝用チャンバー１０内の気体を常に放出する配管を接続している。圧力緩衝用チャンバー１０に設けられたリークバルブ１９を適度に絞り、リークバルブ１９から外部に流出する窒素の流量が５〜１０リットル／分程度になるよう調節することが好ましい。これにより、リークバルブ１９から圧力緩衝用チャンバー１０への大気の流入を防ぎながらも、窒素の消費量を低く抑えることが出来る。
【００２２】
なお、上記窒素ボンベ１８から供給される窒素は、圧力緩衝用チャンバー１０中の気体が大気圧溝８に逆流しても、軸受周囲の真空度が低下しないように、純度の高い窒素とすることが好ましい。なお、純度の高い窒素とは、９９．９９％以上とすることが好ましい。特に、１０ー5Ｐａ程度の高真空内において使用する場合は、９９．９９９９％以上とすることが好ましい。
また、ガス供給配管１５ａから圧力緩衝用チャンバー１０内に供給される気体が、ドライエアーとしてもよい。この場合は、圧力緩衝用チャンバー１０中の気体が大気圧溝８に逆流しても、真空度が低下しないように、ドライエアーの露点は−３０℃以下とすることが好ましい。
【００２３】
次に、上述した真空環境下で使用される静圧気体軸受４の気体回収方法について、順を追って説明する。
まず、移動体６に設けたエアーパッド７からガイド軸５と移動体６との隙間に高圧の気体が放出される。この放出した気体の静力により移動体６とガイド軸５とが非接触の状態となることで、移動体６がほとんど摩擦抵抗を受けずにガイド軸５に沿って移動することが出来る。
次に、このエアーパッド７の周囲に設けた大気圧溝８から、前記隙間に放出された気体を回収する。
この際、この静圧気体軸受４の外部に設けた圧力緩衝用チャンバー１０内の気圧を大気圧よりも高い一定の圧力（たとえば大気圧の１０％増）に制御して、この圧力緩衝用チャンバー１０から常に外部に気体を放出させるとともに、前記大気圧溝８から回収した気体も前記圧力緩衝用チャンバー１０を介して外部に放出させるようにする。これにより、外部の大気が逆流して大気圧溝８に流れ込むことはなくなる。
さらに、移動体６の端部から真空内に放出される気体を低減するために、大気圧溝８の周囲に設けた減圧溝９から、大気圧溝８にて回収できなかった気体を回収する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により、大気圧溝８と大気が通じているのは圧力緩衝用チャンバー１０に設けたリークバルブ１９のみであるが、リークバルブ１９からは５〜１０リットル／分程度の窒素が流出しているため、大気からの不純物流入を抑えることが出来る。よって、大気圧溝８に流入する気体はエアーパッド７から流入する気体か、窒素ボンベ１８から圧力緩衝用チャンバー１０を経由して供給される窒素のみとなるため、不純物流入による軸受からのガス放出量増加などの不具合を防止することが出来る。
つまり、真空環境下で用いられる静圧気体軸受４において、真空環境下の軸受内部における大気圧溝８内の圧力を一定に保ち、大気圧溝８に大気圧溝用配管１５ａを通じて外部の気体が逆流することによる気体の水分などの不純物の流入を阻止して、真空環境の真空度の低下を防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施形態である静圧気体軸受装置を示す斜視図である。
【図２】本発明における一実施形態である移動体を示す斜視図である。
【図３】図２における移動体の上板部材の内側を示す平面図および断面図である。
【図４】図２における移動体とガイド軸との関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１  静圧気体軸受装置
２  真空チャンバー
３  定盤
４  静圧気体軸受
５  ガイド軸
６  移動体
６ａ  上板
７  エアーパッド
８  大気圧溝
９  減圧溝
９ａ排気接続溝
１０  圧力緩衝用チャンバー
１１  ガス回収用ポート
１２  ガス供給用ポート
１３  ガスリーク用ポート
１４  導入ポート
１５  配管
１５ａ  ガス供給配管
１５ｂ  大気圧溝用配管
１６  圧力計
１７  マスフローコントローラ
１８  窒素ボンベ
１９  リークバルブ
２０  信号ケーブル
２１  ねじ穴
２２  排気孔
【図１】
0004587113.tif 000002
【図２】
0004587113.tif 000003
【図３】
0004587113.tif 000004
【図４】
0004587113.tif 000005