JP2002005168A - 静圧気体軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空環境下においても、真空圧力を上昇させる
ことなく、利用することができる静圧気体軸受を提供す
る。特に、小型で、真空環境内で利用可能で、かつ軸受
外部への気体リーク量を低減した静圧気体軸受を提供す
る。 【解決手段】静圧気体軸受の移動部分の合わせ面内部に
気体排出用の合わせ面内排気溝を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体露光装
置内の軸受として用いられる静圧気体軸受に関するもの
である。特に、真空環境下で使用される静圧気体軸受に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、主に半導体露光装置内の軸受とし
て用いられる静圧気体軸受は、その高精度な運動性能か
ら、今後登場する次世代の半導体露光装置についても引
き続き採用されていくものと思われる。静圧気体軸受は
気体の圧力により移動部分を固定部分から浮上させて運
動するため、従来は気体を軸受外部に放出しながら利用
されていた。ところが次世代の半導体露光装置に用いら
れる光源の一つとして考えられている電子ビームは、大
気圧の環境においては利用できず、高真空の環境中に限
られるため、従来のような気体を外部に放出しながら運
動する静圧気体軸受は次世代の半導体露光装置内では利
用できない。そこで、真空中で静圧気体軸受を利用可能
とするために、図２に示したようにエアーパッド５の周
囲にラビリンス機構を設けることで気体を回収し、外部
に流出させない構造にすることで真空中で利用可能な静
圧気体軸受が開発され、採用されている。ところが、図
２に示したようなラビリンス機構の配置では、移動部分
２の内面全てにラビリンス機構のパッド周囲排気溝６が
配置されているためにガイド軸の断面は巨大化してしま
うという問題がある。この問題の解決方法としては、図
３のようなラビリンス機構の配置が考案されている。こ
のような配置ならば、ガイド軸１の断面は大気中で使用
される従来の静圧気体軸受とほとんど代わらない大きさ
で設計することが可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが図３に示した
ようなラビリンス機構の配置では、先述のように軸受の
小型化が実現できるものの、真空環境内で動作中、設計
値よりも気体のリーク量が増加してしまい超高真空の環
境内では軸受が利用できなくなるという問題が発生し
た。以下、図面を基にその問題が発生した理由を説明す
る。

【０００４】図１に、本発明の対象となる静圧気体軸受
の外観を示した。同図のように静圧気体軸受のガイド軸
１断面が四角形の場合、それを取り囲む移動部分２は天
板２ａ、側板２ｂ、底板２ｃの四枚の板により取り囲む
構造とする必要があり、移動部分２は四枚の板をそれぞ
れの合わせ面７にてネジ止めにより固定することで形成
されている。

【０００５】ネジ止めにより固定された前記合わせ面７
は、合わせ面７の加工精度の限界から部分的に１μｍ程
度の隙間が空いているため、軸受内部においてこの隙間
部分に気体圧力がかかるような構造だと、前記合わせ面
７の隙間を通って気体が流出してしまう。即ち、図３に
示したラビリンス機構の配置において気体のリーク量が
増加してしまった原因は、エアーパッドから噴出した気
体がラビリンス機構のパッド周囲排気溝６に回収される
前、即ち高圧の状態で前記合わせ面７の隙間に流入し、
隙間を通過した気体が軸受外部の真空チャンバーへ流出
することである。

【０００６】これを防止する方法としては、例えば前記
合わせ面７を接着することで固定する方法も考えられる
が、移動部分２とガイド軸１との間に形成される浮上隙
間１１の調整が困難なため、現実的でない。

【０００７】よって結局、高真空で静圧気体軸受を利用
する場合のラビリンス機構の配置は、巨大化というデメ
リットはあるものの図２に示したような構造とし、前記
移動部分２の合わせ面７にかかる気体の圧力が低くなる
ようにする必要があった。

【０００８】本発明の目的は、真空環境下においても、
真空圧力を上昇させることのない静圧気体軸受を提供す
ることである。特に、図２に示したようにラビリンス機
構を配置することで静圧気体軸受を小型化しながら、か
つ静圧気体軸受外部への気体リーク量を低減した静圧気
体軸受を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、静圧気体軸受の移動部分２の合わせ面７内
部に、気体排出用の合わせ面内排気溝１０を形成するこ
ととした。

【００１０】上記構成にすることにより、静圧気体軸受
内部において前記合わせ面７に気体の圧力がかかり合わ
せ面７の隙間に気体が流入しても、合わせ面内排気溝１
０にて気体を回収し、静圧気体軸受外部への流出を防ぐ
ことが可能となる。

【００１１】本発明の好ましい形態は、移動部分２の内
部にエアーパッド５を形成し、かつ、この移動部分２の
両端内部にラビリンス機構を形成し、さらに、この移動
部分２を形成している前記天板２ａと前記側板２ｂとの
合わせ面７の内部、及び前記底板２ｃと前記側板２ｂと
の合わせ面７の内部に、気体排出用の合わせ面内排気溝
１０を形成することとした。

【００１２】上記構成にすることにより、移動部分を小
型化することができるとともに、静圧気体軸受内部にお
いて前記合わせ面７に気体の圧力がかかり合わせ面７の
隙間に気体が流入しても、合わせ面内排気溝１０にて気
体を回収し、静圧気体軸受外部への流出を防ぐことが可
能となる。

【００１３】本発明の好ましい形態は、合わせ面内排気
溝１０とパッド周囲排気溝６とが接続されていることで
ある。

【００１４】上記構成にすることにより、合わせ面内排
気溝１０に流入した気体を排気する流路を移動部分２内
部に新たに設ける必要が無くなり、静圧気体軸受装置の
構成を単純化することができる。

【００１５】本発明の好ましい形態は、前記ラビリンス
機構が複数段の前記パッド周囲排気溝６を有し、更に前
記パッド周囲排気溝６と同数の前記合わせ面内排気溝１
０を有し、複数の前記パッド周囲排気溝６と複数の前記
合わせ面内排気溝１０とがそれぞれ一対一で接続されて
いることである。

【００１６】上記構成にすることにより、エアーパッド
５周囲の排気と同様に合わせ面７内部の排気も段階的に
行われることとなるため、合わせ面７部の隙間を通過す
る気体の回収を効率的に行うことが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】これより解説する本発明の実施例
である静圧気体軸受の外観は、図１に示した従来の静圧
気体軸受と同様である。この静圧気体軸受は、ガイド軸
１からなる固定部分と、ガイド軸１を取り囲むように配
置された天板２ａ、両側板２ｂ、底板２ｃとからなる移
動部分２とによって構成されている。この移動部分２
は、天板２ａ、両側板２ｂ、底板２ｃの四枚の板をそれ
ぞれの合わ面７を合わせて、ネジ穴８からネジでネジ止
めすることにより固定している。この静圧気体軸受への
気体の供給は移動部分２の天板２ａに接続された気体供
給外部配管４より行われ、図１１に示したように移動部
分２の内部に設けられた移動部分内部給気配管１２を通
じて各エアーパッド５へと供給される。また、本実施例
におけるラビリンス機構の配置も、図２や図３に示した
ような従来型の配置と同様であり、移動部分２の内部に
エアーパッド５とその周囲にラビリンス機構を形成した
パッド周囲排気溝６（パッド周囲内側排気溝６ａ、パッ
ド周囲外側排気溝６ｂ）を設けた構成としている。そし
て、この静圧気体軸受は、パッド周囲排気溝６（もしく
はパッド周囲外側排気溝６ｂ）からの排気をガイド軸排
気配管３より回収する構成となっている。特に、図３
は、前記移動部分の内部にエアーパッド５を形成し、か
つ、この移動部分２の両端内部にラビリンス機構を形成
している。なお、図９は、ガイド軸１である。このガイ
ド軸１の中央部分に排気穴９が設けられており、この排
気穴９からパッド周囲排気溝６に流れ込んでくる気体を
回収し、ガイド軸排気配管３を介して外部に気体を排出
することができるようになっている。

【００１８】本実施例の構造が従来のものと異なるの
は、移動部分２の合わせ面７内部の構造である。この合
わせ面７内部の構造を説明するため、図４に、従来の静
圧気体軸受における移動部分２の天板２ａに形成された
エアーパッド５及びラビリンス機構の配置を示した。ま
た、図５には底板２ｃ、図６には側板２ｂにおけるエア
ーパッド５及びラビリンス機構の配置を示している。こ
れらの図で明らかなように、点線で示した合わせ面７の
境界部にはエアーパッド５部から噴出した気体が流入
し、合わせ面７部の隙間を通過してしまう。

【００１９】図７に、本発明による静圧気体軸受の一実
施例における移動部分２の天板２ａに形成されたエアー
パッド５及びラビリンス機構の配置を示した。また、図
８には底板２ｃにおけるエアーパッド５及びラビリンス
機構の配置を示している。側板２ｂの構造は図６に示し
た従来のものと同様である。

【００２０】これらの図に示したように、天板２ａ及び
底板２ｃの合わせ面７内部には、気体排出用の合わせ面
内排気溝１０が形成されており、点線で示した合わせ面
７の境界部を通過した気体は前記合わせ面内排気溝１０
に流入する。本実施例においては、前記合わせ面内排気
溝１０は二段にて構成されており、それぞれパッド周囲
内側排気溝６ａ及びパッド周囲外側排気溝６ｂへと接続
されているため、前記合わせ面内排気溝１０へ流入した
気体は全て回収され、ガイド軸１の排気穴９からガイド
軸排気配管３を通じて、図示されない真空排気ポンプへ
と排気される。

【００２１】図１０、図１１には、静圧気体軸受の断面
図をそれぞれ示している。図１０は、ガイド軸１の中央
に移動部分２が位置している場合の断面図である。断面
図で示すように、このガイド軸１の中央部分に設けられ
た排気穴９からパッド周囲排気溝６に流れ込んでくる気
体を回収し、ガイド軸排気配管３を介して外部に気体を
排出することができるようになっている。なお、このパ
ッド周囲排気溝６により回収できなかった気体が、たと
え合わせ面７の隙間を通って外部に流れ出ようとして
も、合わせ面内排気溝１０により回収されるため、合わ
せ面７の隙間から外部に気体が流れ出て気圧を上昇させ
て真空環境を悪化させることはない。図１１は、エアー
パッド５の部分の断面図である。気体供給外部配管４よ
り各エアパッド５に気体を供給している。この気体が移
動部分２とガイド軸１との隙間に供給され、非接触の状
態となり移動部分２がガイド軸１に沿って抵抗なく移動
することができる。そして、供給された気体をパッド周
囲排気溝６により回収するが、回収できなかった気体
が、たとえ合わせ面７の隙間を通って外部に流れ出よう
としても、合わせ面内排気溝１０により回収されるた
め、合わせ面７の隙間から外部に気体が流れ出て気圧を
上昇させて真空環境を悪化させることはない。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上記構成により、従来、合わせ
面７の隙間を通過して軸受外部へ流出していた気体のリ
ーク量を大幅に低減することが可能となった。そのた
め、真空環境下においても、真空圧力を上昇させること
なく、静圧気体軸受を利用することができる。特に、本
発明の構成にすることにより、真空環境下で使用される
静圧気体軸受を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象となる静圧気体軸受の外観を示し
た斜視図である。

【図２】従来の静圧気体軸受における移動部分の、側板
と底板との接合部分を示す斜視図である。

【図３】従来の静圧気体軸受における移動部分の、側板
と底板との接合部分を示す斜視図である。

【図４】従来の静圧気体軸受における移動部分の天板に
形成されたエアーパッド及びラビリンス機構の配置を示
す図である。

【図５】従来の静圧気体軸受における移動部分の底板に
形成されたエアーパッド及びラビリンス機構の配置を示
す図である。

【図６】従来の静圧気体軸受における移動部分の側板に
形成されたエアーパッド及びラビリンス機構の配置を示
す図である。

【図７】本発明による静圧気体軸受の、移動部分の天板
に形成されたエアーパッド及びラビリンス機構の配置を
示す図である。

【図８】本発明による静圧気体軸受の、移動部分の底板
に形成されたエアーパッド及びラビリンス機構の配置を
示す図である。

【図９】本発明による静圧気体軸受の、ガイド軸を示す
斜視図である。

【図１０】本発明による静圧気体軸受を、ガイド軸中央
の排気穴部にて切断した断面図である。

【図１１】本発明による静圧気体軸受を、エアーパッド
にて切断した断面図である。

【符号の説明】

１…ガイド軸 ２…移動部分 ２ａ…天板 ２ｂ…側板 ２ｃ…底板 ３…ガイド軸排気配管 ４…気体供給外部配管 ５…エアーパッド ６…パッド周囲排気溝 ６ａ…パッド周囲内側排気溝 ６ｂ…パッド周囲外側排気溝 ７…合わせ面 ８…ネジ穴 ９…排気穴 １０…合わせ面内排気溝 １１…浮上隙間 １２…移動部分内部給気配管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイド軸からなる固定部分と、ガイド軸
   を取り囲むように配置された天板、底板、側板からなる
   移動部分とによって構成され、前記移動部分の内部にエ
   アーパッドとその周囲にラビリンス機構を形成した静圧
   気体軸受において、 前記天板と前記側板との合わせ面内部、及び前記底板と
   前記側板との合わせ面内部に、気体排出用の合わせ面内
   排気溝が形成されていることを特徴とする静圧気体軸
   受。
2. 【請求項２】 ガイド軸からなる固定部分と、ガイド軸
   を取り囲むように配置された天板、底板、側板からなる
   移動部分とによって構成された静圧気体軸受において、 前記移動部分の内部にエアーパッドを形成し、かつ、こ
   の移動部分の両端内部にラビリンス機構を形成し、 さらに、この移動部分を形成している前記天板と前記側
   板との合わせ面内部、及び前記底板と前記側板との合わ
   せ面内部に、気体排出用の合わせ面内排気溝が形成され
   ていることを特徴とする静圧気体軸受。
3. 【請求項３】 エアーパッドの周囲にラビリンス機構を
   形成し、真空中で利用可能とした請求項１又は２記載の
   静圧気体軸受において、前記ラビリンス機構の一部であ
   るパッド周囲排気溝と、前記合わせ面内排気溝とが接続
   されていることを特徴とする静圧気体軸受。
4. 【請求項４】 前記ラビリンス機構が複数段の前記パッ
   ド周囲排気溝を有し、更に前記パッド周囲排気溝と同数
   の前記合わせ面内排気溝を有し、複数の前記パッド周囲
   排気溝と複数の前記合わせ面内排気溝とがそれぞれ一対
   一で接続されていることを特徴とする請求項３記載の静
   圧気体軸受。