JP2001153140A - 気体軸受 - Google Patents

気体軸受

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JP2001153140A
JP2001153140A JP33551499A JP33551499A JP2001153140A JP 2001153140 A JP2001153140 A JP 2001153140A JP 33551499 A JP33551499 A JP 33551499A JP 33551499 A JP33551499 A JP 33551499A JP 2001153140 A JP2001153140 A JP 2001153140A
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vacuum
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Masafumi Asai
雅文 浅井
Ichiro Honjo
一郎 本荘
Kazuji Ishida
和司 石田
Akiyoshi Tsuda
章義 津田
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Fujitsu Ltd
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Advantest Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/74Sealings of sliding-contact bearings
    • F16C33/741Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体軸受に関し、空気軸受の移動に伴う真空
チャンバー内の圧力上昇を抑制する。 【解決手段】 真空中で用いる差動排気部を有する気体
軸受3をガイドするガイド軸1の表面にコーティング層
2を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は気体軸受に関するも
のであり、特に、ステッパや電子ビーム露光装置等の高
い真空度が要求される半導体製造装置等に用いられる気
体軸受の高速移動に伴う真空度の低下を防止するための
手段に特徴のある気体軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ステッパや電子ビーム露光装置等
の半導体製造装置においては、必要とするステージの高
精度化、粉塵対策、或いは、摩耗による寿命の低下対策
から、その軸受に気体軸受の使用が試みられるようにな
ってきた(必要ならば、特願平10−319182号、
或いは、特公昭62−63218号公報参照)。
【0003】その中でも、特に、電子ビーム露光装置な
ど10-1〜10-5Pa程度の高真空、もしくは、それ以
上の高真空が要求される製造装置に気体軸受を用いる場
合には、その気体軸受から製造装置を内在する真空チャ
ンバー内へのリーク量を極力抑える工夫が必要になり、
そのために、気体軸受内で差動排気を行うことがなされ
ている。
【0004】ここで、図3を参照して、従来の差動排気
機構を有する空気軸受を説明する。 図3参照 図3は従来の差動排気機構を有する空気軸受のガイド軸
に沿った横断面図であり、ガイド軸21に取り付けられ
た空気軸受22は、その上に設けたスライダー(図示せ
ず)の動作とともにガイド軸に沿って移動するものであ
る。
【0005】この空気軸受22は、主排気口23及び主
排気口ポケット24を備えた主排気部と、予備排気口2
6及び予備排気口ポケット27を備えた予備排気部によ
って差動排気部を構成するとともに、圧気口29、圧気
ポケット30、及び、空気軸受ノズル31を備えた圧気
部によって構成され、圧気部の両側に差動排気部が配置
される。
【0006】この様な空気軸受22においては、圧気部
においては圧気口への流入気体32を圧気口29を介し
て圧気口ポケット30へ導入し、空気軸受ノズル31か
らガイド軸21の周囲に圧気を噴射することによって空
気軸受22を浮かせる。噴射された圧気はまず予備排気
部において、予備排気ポケット27及び予備排気口26
を介して予備排気口からの流出気体28として真空チャ
ンバー外へ排気され、予備排気部近傍はほぼ大気圧とな
る。
【0007】次いで、主排気部において、大気圧程度に
なった空気は、主排気口ポケット24及び主排気口23
を介して主排気口からの流出気体25として真空チャン
バー外へ排気され、主排気部近傍は、例えば、102
a程度の減圧状態となり、排気しきれなかった空気は真
空中への流出気体33として真空チャンバー内にリーク
することになる。
【0008】次に、図4を参照して、空気軸受の移動に
伴うA点における圧力変化を説明する。図4は、空気軸
受22の移動の状態を上から順次図示したものであり、
空気軸受22が製造装置の基台34に固定された側板3
5に取り付けられたガイド軸21に沿って右側の方向へ
移動する状態を示している。まず、ガイド軸21のある
一点、即ち、A点は最初の状態においては圧気部41に
対向する位置に位置しているので圧気圧の状態になって
おり、次いで、A点が予備排気部42に対向する位置に
位置した状態においては予備排気部42において予備排
気が行われるので大気圧の状態となる。
【0009】次いで、A点が主排気部43に対向する位
置に位置した状態においては主排気部43において排気
が行われるので低真空状態となり、さらに、空気軸受2
2の移動に伴って中真空状態になり、最終的には真空チ
ャンバーの高真空に晒されることになる。したがって、
A点における気圧履歴は、圧気圧→大気圧→低真空→中
真空→高真空となる。
【0010】この様な空気軸受を用いることにより、摩
耗に伴う寿命の低下を抑制することができ、また、差動
排気機構を設けているので、真空チャンバー内は高真空
に保たれることになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、製造装置の処
理速度の向上とともに、空気軸受の移動速度を速くする
必要があるが、そうすると、真空チャンバー内の真空度
が大きく変化するという問題が生じ、例えば、電子ビー
ム露光装置等の電子ビームを扱う製造装置においては電
子源の寿命を縮める要因となる。
【0012】ここで、図5を参照して、空気軸受の移動
に伴う真空チャンバー内の圧力変化を説明する。 図5参照 空気軸受を移動させない状態においては、差動排気機構
の作用により真空チャンバー内の圧力PはほぼP0 の高
真空に保たれているが、空気軸受の高速移動とともに真
空チャンバー内の圧力Pは急激に上昇し、空気軸受の移
動停止とともに圧力はPは再び低くなって次第にP0
なっていく。
【0013】この様な真空チャンバー内の圧力の急激な
上昇に対応するためには、真空チャンバー内の排気を行
うポンプの排気速度を上げることによって対処すること
ができるが、そうすると、排気システム全体の排気能力
を本来必要とする能力より大きくする必要があり、排気
システム全体が複雑化或いは大型化するという問題があ
る。
【0014】本発明者等の鋭意研究の結果、この様な急
激な圧力の変化は、図4に示したような気圧履歴をへた
ガイド軸部分が短時間に大量に高真空環境にさらされ、
ガイド軸の表面に付着しているガスが脱ガスして真空度
を急激に低下させるためであるとの結論に至った。な
お、空気軸受の移動速度が遅い場合には、脱ガスが生じ
ても直ぐに平衡状態になるので、この様な急激な圧力変
化は生じない。
【0015】そこで、ガイド軸の表面の状態を調べてみ
たので、図6を参照して説明する。 図6(a)及び(b)参照 図6(a)及び(b)は、従来の研削加工或いはラップ
加工処理等で機械加工したガイド軸21の表面状態を概
念的に説明する断面図であり、図6(b)は図6(a)
の点線に示した円内の拡大図であり、図6(b)に示す
ように、ガイド軸21の表面には微小凹凸44が形成さ
れており、中心線平均粗さ(Ra )で0.3μm以上、
十点平均粗さ(Rz )で2μm以上であった。したがっ
て、この程度の表面粗さでは、ミクロな表面積が非常に
大きくなり、脱ガスが非常に問題となるとの結論に至っ
た。
【0016】したがって、本発明は、空気軸受の移動に
伴う真空チャンバー内の圧力上昇を抑制することを目的
とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図1は気
体軸受のガイド軸方向に沿った概略的な横断面図であ
る。 図1参照 (1)本発明は、真空中で用いる差動排気部を有する気
体軸受3において、気体軸受3をガイドするガイド軸1
の表面にコーティング層2を設けたことを特徴とする。
【0018】この様に、ガイド軸1の表面にコーティン
グ層2を設けることによって表面の微小凹凸を被覆して
表面をより滑らかにすることができ、それによって、ミ
クロな表面積を小さくすることができるので、脱ガス量
を少なくすることができ、それによって、真空チャンバ
ー内を排気する排気系の排気能力を高めることなく圧力
変化を抑制することができる。なお、差動排気部は予備
排気部5と主排気部6によって構成され、軸受部は圧気
部4によって構成される。
【0019】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、コーティング層2が、気相化学蒸着法或いは気相物
理蒸着法のいずれかによって成膜したコーティング層2
であることを特徴とする。
【0020】この様な、コーティング層2は、TiN、
TiC、或いは、DLC(ダイヤモンドライクカーボ
ン)等の硬質膜の形成が可能な気相化学蒸着法(CVD
法)或いは気相物理蒸着法(PVD法)のいずれかの気
相蒸着法によって形成することが望ましい。
【0021】(3)また、本発明は、上記(1)または
(2)において、コーティング層2が、非磁性且つ電気
的絶縁性を有する材料からなることを特徴とする。
【0022】コーティング層2としては、金属や半導体
等の導電性を有するものでも良いが、磁場の影響を受け
る電子ビーム露光装置等に用いるためには、コーティン
グ層2は、非磁性且つ電気的絶縁性を有する材料によっ
て形成する必要がある。
【0023】(4)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかにおいて、コーティング層2またはガ
イド軸1の少なくとも一方の表面が鏡面状であることを
特徴とする。
【0024】この様に、コーティング層2の表面を鏡面
研磨により鏡面状にすることによって、ガスの吸着を少
なくして脱ガス量を低減することができ、また、ガイド
軸1の表面を鏡面研磨により鏡面状にすることによって
コーティング層2の乗りを良くすることができる。な
お、ガイド軸1とコーティング層2の両方の表面を鏡面
状にしても良いものであり、それによって、相乗的な効
果が得られる。
【0025】
【発明の実施の形態】ここで、図2を参照して、本発明
の実施の形態のガイド軸を説明する。図2(a)は、ガ
イド軸の軸方向に沿った断面図であり、図2(b)は図
2(a)において点線で示した円内の拡大図であり、微
小凹凸の状況を概念的に示したものである。 図2(a)参照 まず、セラミックスからなる基材を焼成したのち、研削
或いはラップ加工処理等の機械加工されたガイド軸11
の表面にCVD法を施すことにより、厚さが5μm以
下、例えば、1μmのTiN膜12を設けてコーティン
グ層とする。
【0026】図2(b)参照 この様にTiN膜12からなるコーティング層を設ける
ことによって、十点平均粗さ(Rz )で2μm以上の微
小凹凸13を埋めて表面を滑らかにすることができる。
【0027】この様に、本発明においては、ガイド軸1
1の表面にコーティング層を設けているので、表面を滑
らかにしてミクロな表面積を小さくすることができ、そ
れによって脱ガス量を低減することができるので、空気
軸受の高速移動に伴う急激な圧力変化を抑制することが
できる。
【0028】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は、実施の形態に記載した構成・条件に限ら
れるものではなく、各種の変更が可能になる。例えば、
コーティング層としてTiN膜を設けているが、TiN
膜に限られるものではなく、SiN等の他の窒化膜を用
いても良いものである。
【0029】また、窒化膜に限られるものではなく、T
iC等の炭化膜、或いは、DLC(ダイヤモンドライク
カーボン)膜等をCVD法によって成膜しても良く、さ
らには、SiO2 膜等の酸化膜、或いは、セラミック材
料を用いても良いものである。
【0030】また、電子ビーム露光装置等の装置におい
ては磁場の影響を受けるので、コーティング層として
は、非磁性且つ電気的絶縁性材料が望ましいが、制御精
度の要求が厳しくない場合、或いは、磁場の影響を受け
ない製造装置においては、必ずしも非磁性且つ電気的絶
縁性材料である必要はなく、コーティング層として金属
や半導体を用いても良いものである。
【0031】また、コーティング層の成膜方法はCVD
法に限られるものではなく、蒸着法やスパッタリング法
等のPVD法によって成膜しても良いものである。
【0032】また、コーティング層の種類にもよるが、
コーティング層の形成後に、コーティング層の表面を化
学的或いは物理的な方法によって研磨処理、特に、鏡面
状に研磨処理を行っても良いものであり、それによって
ミクロな表面積をより小さくすることができるので、脱
ガス量を低減することができる。
【0033】さらには、堆積するコーティング層の表面
をより滑らかにするために、コーティング前に研削処理
やラップ加工処理等により機械加工したガイド軸の表面
をさらに鏡面研磨しても良いものであり、それによっ
て、コーティング層の乗りを良くすることができる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、気体軸受をガイドする
ガイド軸の表面にコーティング層を設けているので、ガ
イド軸の表面のミクロな表面積を小さくすることがで
き、それによって、脱ガス量を低減することができるの
で、空気軸受の移動に伴う真空チャンバー内の圧力の急
上昇を抑制することができる。したがって、真空チャン
バーを排気する排気系の排気速度を小さくすることがで
きるので、製造装置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の実施の形態のガイド軸の横断面図であ
る。
【図3】差動排気機構を有する空気軸受の断面図であ
る。
【図4】空気軸受の移動に伴うA点における圧力変化の
説明図である。
【図5】空気軸受の移動に伴う真空チャンバー内の圧力
変化の説明図である。
【図6】従来のガイド軸における問題点の説明図であ
る。
【符号の説明】
1 ガイド軸 2 コーティング層 3 気体軸受 4 圧気部 5 予備排気部 6 主排気部 11 ガイド軸 12 TiN膜 13 微小凹凸 21 ガイド軸 22 空気軸受 23 主排気口 24 主排気口ポケット 25 主排気口からの流出気体 26 予備排気口 27 予備排気口ポケット 28 予備排気口からの流出気体 29 圧気口 30 圧気口ポケット 31 空気軸受ノズル 32 圧気口への流入気体 33 真空中への流出気体 34 基台 35 側板 41 圧気部 42 予備排気部 43 主排気部 44 微小凹凸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本荘 一郎 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 石田 和司 東京都練馬区旭町1丁目32番1号 株式会 社アドバンテスト内 (72)発明者 津田 章義 東京都練馬区旭町1丁目32番1号 株式会 社アドバンテスト内 Fターム(参考) 3J102 AA02 BA06 CA36 EA02 EA07 EA22 FA12 GA01 GA19 5F046 CC03 CC17 CC20 5F056 EA14

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空中で用いる差動排気部を有する気体
    軸受において、前記気体軸受をガイドするガイド軸の表
    面にコーティング層を設けたことを特徴とする気体軸
    受。
  2. 【請求項2】 上記コーティング層が、気相化学蒸着法
    或いは気相物理蒸着法のいずれかによって成膜したコー
    ティング層であることを特徴とする請求項1記載の気体
    軸受。
  3. 【請求項3】 上記コーティング層が、非磁性且つ電気
    的絶縁性を有する材料からなることを特徴とする請求項
    1または2に記載の気体軸受。
  4. 【請求項4】 上記コーティング層または上記ガイド軸
    の少なくとも一方の表面が鏡面状であることを特徴とす
    る請求項1乃至3のいずれか1項に記載の気体軸受。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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