(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラビリンスと真空ポケットを具備する差動排気機構のための排気装置であって、
前記真空ポケットの排気を行う排気手段と、
前記排気手段の排気通路と前記差動排気機構の周辺空間との間の連通／遮断が可能な連通機構と、
前記連通機構の連通と遮断を制御する制御手段とを備えることを特徴とする排気装置。
【請求項２】
前記差動排気機構を囲み、前記周辺空間を形成するチャンバーを更に備え、
前記連通機構は、前記排気手段の排気通路と前記チャンバーとを、前記制御手段によって開閉制御が可能なバルブを介して接続することを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
【請求項３】
前記バルブは、ノーマルオープンタイプのバルブであることを特徴とする請求項２記載の排気装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記チャンバー内の真空引きの開始から、該チャンバー内が所定の真空度に到達するまでは、前記バルブを連通状態にすることを特徴とする請求項２または３に記載の排気装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記チャンバー内圧力および前記真空ポケットの圧力を測定する圧力測定手段を有し、該圧力測定手段による圧力の測定結果に基づいて前記バルブの開閉を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の排気装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記圧力測定手段による圧力測定の結果、前記チャンバー内と前記真空ポケットとの圧力差が所定値以上となった場合に前記バルブを開放することを特徴とする請求項５に記載の排気装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記差動排気機構の発振を検出する発振検出手段を有し、該発振検出手段による検出結果に基づいて前記バルブの開閉を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の排気装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記発信検出手段によって前記差動排気機構の発振が検出された場合に前記バルブを開放することを特徴とする請求項７に記載の排気装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記差動排気機構を含む装置の異常が検出された場合に前記バルブを開放することを特徴とする請求項２または３に記載の排気装置。
【請求項１０】
ラビリンスと真空ポケットを具備する差動排気機構のための排気装置であって、
前記真空ポケットの排気を行う排気手段と、
前記真空ポケットと前記差動排気機構の周辺空間との間の圧力差に応じて、前記排気手段の排気通路と該周辺空間との間の連通／遮断が可能な連通機構とを備えることを特徴とする排気装置。
【請求項１１】
前記連通機構は、前記真空ポケットと前記周辺空間とを連通する通路に逆止弁を設けたものであることを特徴とした請求項１０に記載の排気装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の排気装置と静圧軸受をと組み合わせたことを特徴とする真空内静圧軸受。
【請求項１３】
ラビリンスと真空ポケットを具備する差動排気機構に接続されて該真空ポケットの排気を行う排気手段と、該排気手段の排気通路と前記差動排気機構の周辺空間との間の連通／遮断が可能な連通機構とを備えた排気装置の制御方法であって、
前記真空ポケットと前記周辺空間との間の圧力差に応じて前記連通機構による前記連通と遮断を制御する制御工程を備えることを特徴とする排気装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差動排気機構のための排気装置、及び該差動排気機構を備えた真空内静圧軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は真空チャンバー内に設置された差動排気機構を用いた真空用平面型静圧軸受の一般的な構成を示す図である。また、図８は、図７に示す差動排気機構（フレーム４）をガイド面からみた様子を示す図である。
【０００３】
静圧パット５はフレーム４に取り付けられており、静圧パット５を囲むようにラビリンス面および真空ポケット６１〜６３が形成されている。ガイド９とフレーム４のラビリンス部分とは微小隙間をもって対向している。静圧パット５には給気配管８を介して通常１気圧以上の圧力＃４で気体が供給されており、軸受として機能している。給気された気体（Ｈｅ、Ｎ２、空気など）は、ラビリンスとガイド９との微小隙間を通って１段目の真空ポケットに流れ、排気配管７１より真空ポンプ２１で排気される。この際、ラビリンスでのコンダクタンスは非常に小さいのと真空ポケット６１を排気しているため、軸受部圧力（静圧パット５の部分の圧力）＃４と１段目の真空ポケット６１の圧力＃３との間に大きな圧力差を生じさせることができる。
【０００４】
また、排気配管７１を通して排気しきれなかった気体は、さらに外側のラビリンスとガイド９との微小隙間を通って２段目の真空ポケット６２に流れる。この真空ポケット６２に流れた気体を別の真空ポンプ２２で排気することで、２段目の真空ポケット６２圧力＃２を、１段目の真空ポケット６１の圧力＃３より低くしている。
【０００５】
以下同様に、外周にいくほど圧力を下げて、最外周の真空ポケット６３の圧力（＃１）とチャンバー１０内の圧力（＃０）を近づけることによって、静圧パット５からチャンバー１０内への気体の漏れを最小限にしている。つまり、ラビリンス部での低コンダクタンス効果と真空ポケット６１〜６３の排気効果により、各部の圧力の関係は、＃４＞＃３＞＃２＞＃１＞＃０となっており、また通常は圧力＃１〜＃３は、10000[Pa] より十分小さい。
【０００６】
また、排気配管７１〜７３はチャンバー１０の外で直接またはバルブ１１ａ〜１３ａを介して真空ポンプ２１〜２３につながっており、各段の真空ポケット６１〜６３の排気を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した差動排気構成は、＃０≦＃１≦＃２≦＃３≦＃４であり、かつ＃１〜＃３と＃０との差は10000Paより十分小さいという条件の元で、軸受特性が安定するように静圧パット５およびそれに付随した部材の設計がなされている。つまり、上記条件において、静圧パット５の負荷剛性によるガイド９の面から引き離す方向の力と、重力などのフレームに働くガイド９の面に押し付ける力が安定的に釣り合うように設計している。そして、このとき真空ポケット６１〜６３に働く圧力＃３〜＃１は、チャンバー圧力＃０とほぼ同じとみなして、ガイド９の面から引き離す方向の力として寄与しない設計をしている。
【０００８】
つまり、＃１〜＃３と＃０との圧力差が10000Pa以上になった場合には、真空ポケット６１〜６３の部分も軸受の一部として機能してしまい、軸受の安定性が悪化し発振する可能性がある。また静圧パット５に給気していないで真空ポケット６１〜６３が軸受として機能した場合、極端に安定性が悪化するため、さらに低い圧力差でも発振する（フレーム４が上下に振動する）可能性がある。
【０００９】
このように発振を抑えるためには各真空ポケット６の圧力を管理する必要があるが、従来技術のように排気をポンプ２１〜２３に直結させる構成では、ポンプ異常時や、チャンバー１０の真空引き時などの装置立ち上げ時において、上記の圧力状態が保たれない可能性が高い。
【００１０】
例えば、チャンバー内圧力＃０が１Pa以下の真空で上記の設計条件が成り立っている場合において、差動排気の真空ポンプ２１〜２３のいずれかが異常を起こして圧力＃１〜＃３のいずれかが大気に近い圧力になると、チャンバー内圧力＃０との圧力差が10000[Pa]以上になり（＃０＜＜＃１，＃２，＃３）、設計時では考慮されていない真空ポケット６１〜６３の軸受効果が発生し、軸受としての釣り合い安定が崩れて発振する可能性がある。この場合、真空ポンプ２１〜２３の異常を検知して、対応するバルブ１１ａ〜１３ａをすぐに閉じても、一度発振してしまうと真空ポケット６１〜６３の圧力を下げない限り発振は止まらない。装置立ち上げ・たち下げ時など静圧パット５に給気していない場合は、特性上さらに発振をしやすい。
【００１１】
装置立ち上げで真空チャンバー１０を大気圧から真空引きする場合、＃０〜＃４の設計圧力を保ちながら行うことは、従来の構成では難しい。つまり、図７のバルブ１１ａ〜１４ａを連通させて真空ポンプ２１〜２４をすべて同時に起動させたとしても、排気容量の違い等の原因で、チャンバー内の圧力＃０に対して真空ポケット内の圧力＃１〜＃３が急激に低下し（＃０＞＞＃１，＃２，＃３）、圧力差が10000[Pa]を超えてしまう。この場合、真空ポケット６１〜６３の部分には、通常には発生しないガイド９に押し付ける力が過度に働いてしまいフレーム４を支持する構造体の変形が生じるなどが懸念される。また、差動排気につながるバルブ１１ａ〜１３ａを閉じて、真空チャンバー１０の排気のみを行った場合でも、チャンバー１０内と真空ポケット６１〜６３はラビリンスの微小隙間でしか気体の移動が出来ず、やはり10000[Pa]以上の圧力差を生じ（＃０＜＜＃１，＃２，＃３）、ガイド９から引き離す力が働き不安定な軸受けとして機能してしまい発振しやすい。通常、真空引きする場合、静圧パット５への給気をしないで行うことが多く、ラビリンスの微小隙間はさらに小さくなり、圧力差を生じやすく、さらに安定性が悪化するため発振しやすい。
【００１２】
つまり従来例の課題は、通常の状態では問題ないが、チャンバーの真空引きを行ったり、排気系に問題（ポンプの異常、配管の破損など）が生じたときに、真空ポケット６とチャンバー１０内との圧力差が設計許容値以上になってしまう可能性があるにも関わらず、これに対応する構成になっていない点にある。
【００１３】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、チャンバーの真空引き時や排気系に問題が発生した場合等において、静圧軸受に過大な負荷がかかることを防止可能とすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の一態様による排気装置は以下の構成を備える。すなわち、
ラビリンスと真空ポケットを具備する差動排気機構のための排気装置であって、
前記真空ポケットの排気を行う排気手段と、
前記排気手段の排気通路と前記差動排気機構の周辺空間との間の連通／遮断が可能な連通機構と、
前記連通機構の連通と遮断を制御する制御手段とを備える。
【００１５】
また、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による排気装置は以下の構成を備える。すなわち、
ラビリンスと真空ポケットを具備する差動排気機構のための排気装置であって、
前記真空ポケットの排気を行う排気手段と、
前記真空ポケットと前記差動排気機構の周辺空間との間の圧力差に応じて、前記排気手段の排気通路と該周辺空間との間の連通／遮断が可能な連通機構とを備える。
【００１６】
また、本発明によれば、上記排気装置のための制御方法が提供される。更に本発明によれば、上記排気装置と静圧軸受をと組み合わせた真空内静圧軸受が提供される。
【００１７】
【本発明の実施形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１８】
＜実施形態１＞
図１は実施形態１による静圧軸受及び排気装置の構成を説明する図である。図８の装置構成に対して、差動排気につながる排気配管７１〜７３にバルブ１１ｂ〜１３ｂを介してチャンバー配管７４と接続し、チャンバー１０と通じる連通配管を設けたことが特徴である。各差動排気系統にはそれぞれ真空計３１〜３３が、真空チャンバー１０には真空計３０が取り付けられており、各真空ポケット６１〜６３と真空チャンバー１０（つまり差動排気機構の周辺空間）との圧力差が異常になっていないか監視している。これにより、以下に説明する手順を踏むことで真空ポケット６１〜６３の圧力異常に対処できる。１００は制御装置であり、以下に説明するバルブの開閉制御等を行なう。
【００１９】
図２は、実施形態１による排気装置における、制御装置１００の処理手順を説明するフローチャートである。なお、図２では制御装置100が実行する処理としてバルブの開閉制御を説明しているが、制御装置１００がポンプ２０〜２３の駆動制御等、各種制御を司っても良いことは明らかである。
【００２０】
チャンバー１０を真空引きする際は、まず、静圧パット５の給気を止め（ステップＳ２０）、連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂのすべてを開状態にして真空引きを行う（ステップＳ２１、Ｓ２２）。ここで、ポンプ２０に接続されるバルブ１０ａは当然開状態にするが、差動排気用ポンプ２１〜２３に接続されるバルブ１１ａ〜１３ａは閉状態にする。しかし、真空引きの際、真空ポケット６１〜６３と真空チャンバー１０の圧力差が生じないような排気系の構成が可能であれば（たとえば、後述の実施形態４に示す構成を採用した場合）、差動排気用バルブ１１ａ〜１３ａを開状態にしてチャンバー１０の真空引きを助けても構わない。
【００２１】
以上のようにしてチャンバー１０の真空引きを行なうことにより、チャンバー１０内の真空引きの際に、真空ポケット６１〜６３の圧力とチャンバー１０内の圧力とは常にほぼ同じになる。このため、真空ポケット６１〜６３とチャンバー１０内との間に10000Pa以上の圧力差が生じることはなくなり、フレーム４をガイド９の面に押し付ける力が過度にかかることによる悪影響（構造体の変形等）が防止される。そして、チャンバー１０内の圧力が十分小さくなった段階（例えば数100Pa以下）、すなわちチャンバー１０内の圧力が所定値よりも小さくなったならば（ステップＳ２３）、チャンバー１０の真空引きによるチャンバーと真空ポケットとの間の過度の圧力差（10000Paを超える圧力差）は生じ得ないので、連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂを閉状態にし、差動排気バルブ１１ａ〜１３ａを開状態にすることができる（ステップＳ２４）。
【００２２】
以上のようなバルブ制御によれば、フレーム４がガイド９の面に過度に押しつけられることなく、チャンバー１０の真空引きを実行することができる。
【００２３】
また、チャンバー１０の真空引きをある程度終え、連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂを閉じた状態の時に、何らかのトラブルで、差動排気系とチャンバー１０に設置された真空計３０〜３１によって、真空ポケット６１〜６３の少なくともいずれかの圧力が設計外になってしまった、もしくはなりそうと判断された時には（ステップＳ２５）、軸受の発振を防ぐため（発振してしまった場合には発振を止めるため）、速やかに連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂを開状態にする（ステップＳ２６）。これにより、どんな状態であってもチャンバー１０内圧力と真空ポケット６の圧力をほぼ同一にして、真空ポケット６１〜６３内圧力の悪影響を取り除ける。また、異常検出のために、圧力計３０〜３３からの信号だけでなく、真空ポンプ２０〜２３の異常信号や、加速度計などの軸受発振検出機構からの信号を用いても良い。
【００２４】
ここで、連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂはノーマルオープンタイプになっており、停電時においても自動的に連通管バルブが開状態になる。このため、ポンプ停止などによる軸受（フレーム４）の発振が防止される。また、各ポンプにつながるバルブ１０ａ〜１３ａはノーマルクローズタイプにして、停電時にポンプ２０〜２３からチャンバー１０内および真空ポケット６１〜６３に大気が流入することを防いでいる。
【００２５】
以上のように、実施形態１によれば、差動排気のための排気配管７１〜７３と差動排気機構を囲む真空チャンバー１０内とを連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂを介して接続可能とした。すなわち、真空ポケットと排気機構周辺の雰囲気とを圧力的に随時接続できる機構を設けた。このため、チャンバー内の真空引き時や、排気系における異常発生時等において、ガイド９とフレーム４との間に過大な力が働くことを防止できる。
【００２６】
また、連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂには、ノーマルオープンタイプのバルブが用いられるので、停電発生時には真空ポケットと排気機構周辺の雰囲気とが接続されることになり、停電時における装置保護が図られる。
【００２７】
また、チャンバー１０と差動排気配管７１〜７３に真空計３０〜３３を設置し、それらの出力信号に応じて各バルブの開閉を行うので、稼働時における排気系の異常検出を迅速かつ的確に行なうことができ、異常が検出された場合は直ちに連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂを開状態とするので、確実に静圧軸受装置を保護することができる。或は、加速計等により軸受の発振を検出し、その出力に応じて連通管バルブ１１ｂ〜１３ｂの開閉を行うことにより、静圧軸受装置を保護できる。
【００２８】
＜実施形態２＞
実施形態１では平面型の静圧軸受を説明したが、ラジアル型の静圧軸受にも本発明は適用可能である。実施形態２では、ラジアル型の静圧軸受について説明する。
【００２９】
図３は実施形態２による真空用ラジアル型静圧軸受の例を示す図である。図３に示されているのは、図面左右方向に固定された円柱型ガイド３０９にたいして、ラジアル方向に静圧パット３０５で拘束した真空内用軸受の例である。フレーム３０４は、平面型と同様にラビリンス部とともに静圧パット３０５および真空ポケット３６１〜３６３を有し、それぞれがガイド３０９を覆うように構成されている。また、各真空ポケット３６１〜３６３はそれぞれ真空ポンプ３２１〜３２３にバルブ３１１ａ〜３１３ａを介して接続されており、静圧パット５に供給される気体を回収している。
【００３０】
実施形態２においても、実施形態１と同様の目的で配管３７１〜３７３とチャンバー配管３７４とをつなぐ連通管バルブ３１１ｂ〜３１３ｂ、真空計３３０〜３３３が設けられ、制御装置３００によって各バルブの開閉制御が行なわれる。なお、実施形態１で説明した配管形態は実施形態２にも適用可能であることはいうまでもない。同様に実施形態２の配管形態を実施形態１に適用可能であることももちろんである。また、制御装置３００は、図２で説明した手順でバルブの開閉制御を行なうが、その詳細は上述したとおりであり、ここでは説明を省略する。なお、実施形態１と実施形態２の配管形態では機能上の際はほとんどない。あえて挙げれば、実施形態２のほうがバルブ不良に対する影響を少なくできる。たとえば、図１のバルブ１１ｂが機能しない場合、全真空ポケットに対して連通機能は働かない。しかしながら、図３の配管形態では、ある一つのバルブが機能しなくても、対応する真空ポケットに対してのみ機能しないので、バルブ不良による影響を低減できる。
【００３１】
以上のように実施形態２の構成においても、実施形態１で述べた真空用平面型静圧軸受と同様の原理で、静圧パット３０５からチャンバー３１０内への漏れを最小限に抑えている。また、実施形態１と同様に、差動排気系はチャンバー３１０内と連通管バルブ３１１ｂ〜３１３ｂを介して接続されており、排気系の故障等による真空ポケット３６１〜３６３の圧力異常の時や、もしくはチャンバー３１０の真空引き時などの圧力異常になる可能性がある場合は、連通管バルブ３１１ｂ〜３１３ｂを開状態にして、圧力異常を防止する構造となっている。
【００３２】
＜実施形態３＞
実施形態３では、静圧パット５からの排気気体を可動部（静圧軸受のフレーム）から固定部（ガイド）へ受け渡し可能とする構造について説明する。
【００３３】
図４は、実施形態３によるフレーム及びガイドの構造を説明する図である。図４においてフレーム４０４の右側部材は実施形態１で説明した真空用平面型静圧軸受である。ここでは、右側部材の静圧パット５から出る排気を可動側であるフレーム４０４の右側部材から固定側であるガイド４０９に受渡す機構について述べる。
【００３４】
ガイド４０９の面からみたフレーム４０４の左側部材の様子と、フレーム４０４の左側部材からみたガイド４０９の面の様子をそれぞれ図５の（ａ）、（ｂ）に示す。静圧パット５からの気体の排気をする真空ポケット４６１〜４６３は、それぞれ真空ポケット６１〜６３と配管７１〜７３、通気口４７１〜４７３を介して接続されており、それぞれ＃１〜＃３の圧力を有する。これらを圧力の高い順に並べると＃３，＃２，＃１の順となり、これにより、ラビリンス効果を生じ、チャンバー１０内への気体の漏れが最小限に抑えられる。
【００３５】
また、ガイド４０９の面上で各真空ポケット４６１〜４６３に常に対向する部分に排気孔４８１〜４８３がそれぞれ設置されている。そして、ガイド４０９側から排気気体を排気できるように各排気孔４８１〜４８３に対して真空ポンプ（不図示）がつながった構成になっている。ここでは図示していないが、実施形態１或いは実施形態２と同様に、真空ポケットの排気系は真空チャンバー（不図示）内と連通管バルブ（不図示）を介してつながっており、チャンバー真空引き時や差動排気異常時において圧力が等価になるように動作する。
【００３６】
以上のように、実施形態３によれば、静圧軸受のフレーム４０４からガイド４０９を介して排気することを可能としたので、チャンバーの壁面と静圧軸受のフレームとを結ぶ配管を除去することが可能となる。このため、静圧軸受の動作がよりスムーズになる。
【００３７】
＜実施形態４＞
実施形態４を図６に示す。実施形態４では、実施形態１〜３のようにバルブを用いてチャンバー内と接続するのではなく、逆止弁を用いて所定の圧力差になったときに真空ポケットとチャンバー内とを連通させ、両者を圧力的に接続させて、両者間の圧力を近いものあるいは等しいものとしている。図６では、Ｏ−リング１１と弁１２によって逆止弁を構成した例を示している。この例では、逆止弁は真空ポケット６の圧力が真空チャンバー内の圧力より大きくなり、その圧力差が所定値以上となった場合に作動する。逆に真空チャンバーの圧力が真空ポケットより大きくなり、その圧力差が所定値以上となった時に作動するものも設置が可能である。もちろん、両方の状態に対応させるため上記２つのタイプの逆止弁を各真空ポケットに通じる箇所に取り付けるのが望ましい。
【００３８】
以上のように、実施形態４によれば、真空ポケットに圧力的に通じる箇所に差圧弁を設けたことにより、チャンバーの真空引き時や排気系に問題が発生した時において、静圧軸受に過大な負荷がかかることを防止する。また、これらは、静圧軸受をと組み合わせた場合には特に有効に機能する。
【００３９】
以上説明したように、上記各実施形態によれば、真空ポケットと排気機構周辺の雰囲気とを圧力的に随時接続できる機構を設けることで、真空ポケットにかかる圧力に起因する悪影響（軸受の発振、構造体の変形など）を防止または止めることが出来る。
【００４０】
特に実施形態１〜３によれば、差動排気のための排気配管と、差動排気機構を囲む真空チャンバーに圧力的に通じるチャンバー配管とをバルブを介して接続するので構造が簡素となる。また、このバルブは、ノーマルオープンタイプのバルブを用いれば停電時など電力供給がない場合でも、連通管バルブが開状態にできるので、好ましい。
【００４１】
また、チャンバーおよび差動排気のための排気配管に圧力測定手段（例えば真空計）を設置し、圧力測定手段の出力に応じて、このバルブの開閉を行うことで異常時に速やかに対処できる。また、差動排気機構の発振を検出する検出手段（例えば加速度計）の検出結果に基づいて連通管バルブの開閉制御を行えば確実に発振時に対して対処できる。なお、バルブは装置異常時において開く様に設定されているものであり、上記検出手段以外からの異常情報も活用できることは明らかであろう。
【００４２】
また、実施形態４によれば、真空ポケットに圧力的に通じる箇所に差圧弁を設けることで真空ポケットの圧力異常に対応する。これらは、発振の可能性を特に有する静圧軸受と組み合わせると特に有効に機能することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チャンバーの真空引き時や排気系に問題が発生した場合等に、静圧軸受に過大な負荷がかかることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１による静圧軸受及び排気装置の構成を説明する図である。
【図２】実施形態１による排気装置における、制御装置の処理手順を説明するフローチャートである。
【図３】実施形態２による真空用ラジアル型静圧軸受の例を示す図である。
【図４】実施形態３によるフレーム及びガイドの構造を説明する図である。
【図５】（ａ）はガイド４０９の面からみたフレーム４０４の左側部材の様子を、（ｂ）はフレーム４０４の左側部材からみたガイド４０９の面の様子を示す図である。
【図６】実施形態４による差動排気機構及び真空内平面型静圧軸受の構造を示す図である。
【図７】真空チャンバー内に設置された差動排気機構を用いた真空用平面型静圧軸受の一般的な構成を示す図である。
【図８】図７に示す差動排気機構（フレーム４）をガイド面からみた様子を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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