JP2002313885A

JP2002313885A - 位置決め装置

Info

Publication number: JP2002313885A
Application number: JP2001115298A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 中村　　剛; Nobuhito Saji; 伸仁佐治
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】プロセス室内に挿入された導入軸が受ける吸引
力（或いは反発力）を減少させる位置決め装置を提供す
る。【解決手段】プロセス室の気密を保った状態で、プロセ
ス室外からプロセス室内のワークを位置決めするための
位置決め装置は、互いに対向する一対の開口２２ａ、２
２ｂ、および、前記一対の開口２２ａ、２２ｂを介して
外部と連通したプロセス室Ｐを有する筐体２０と、少な
くとも１自由度で移動可能であって、前記プロセス室Ｐ
をシールしつつ前記一対の開口２２ａ、２２ｂを貫通す
る軸部材３０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロセス室の気密
を保った状態で、プロセス室外からプロセス室内のワー
クを位置決めするための位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置などにおいては、真空や
特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをス
テージに載置して移動させて加工処理することが行われ
ている。

【０００３】このような用途に用いられる装置（例え
ば、米国特許第４７２６６８９号に記載の装置）では、
導入軸が、その軸方向の断面積（Ａ）、および、プロセ
ス室（真空）と室外（大気圧）との差圧（ΔＰ）の積
（ΔＰ×Ａ）に比例した力を吸引力（室外よりもプロセ
ス室のほうが高圧の場合は反発力）として受ける。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この吸引力は、導入軸
の断面積が小さいときにはそれほど問題とはならない
が、導入軸の断面積が大きくなるに連れて無視できない
大きさとなる。

【０００５】そこで、本発明は、かかる従来技術の問題
点に鑑み、プロセス室内に挿入された導入軸が受ける吸
引力（或いは反発力）が小さい位置決め装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の位置決め装置は、互いに対向する一対の
開口、および、前記一対の開口を介して外部と連通した
プロセス室を有する筐体と、少なくとも１自由度で移動
可能であって、前記プロセス室をシールしつつ前記一対
の開口を貫通する導入軸とを備えてなる。

【０００７】

【作用】本発明の位置決め装置は、導入軸が対向する一
対の開口を貫通していることにより、導入軸に作用する
吸引力（或いは反発力）がキャンセルされる。つまり、
導入軸にスラスト力がまったく作用しないため、導入軸
の駆動装置に余計な負担がかからず移動方向による不均
衡さがなくなる。また、例えば導入軸が水平に近い状態
に配置される場合では、一対の開口で支持されることに
より、片側のみで支持される場合と比べて、導入軸のた
わみも抑えられる。従って、位置決め精度も向上する。

【０００８】ここで、シールとしては、例えば差動排気
シールを用いることができる。差動排気シールとは、筐
体の排気面と対向面との微小な間隙から洩れ込む気体を
排気することにより、筐体の排気面と対向面間が非接触
の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気（例えば大気圧と
高真空）を一定の状態に保つように機能するものをい
う。以下に述べる実施の形態においては、排気面を有す
る部材を差動排気シールという。

【０００９】本発明において、導入軸は、対向する一対
の開口の一方または両方の外側において、支持部材によ
って支持される。この支持部材は、固定されたものでも
よいし、導入軸の軸方向とは実質的に直交する方向に移
動するもの（いわゆる、Ｘ軸ステージ）であってもよ
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態について説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１の実施の形態の位置
決め装置の正面図である。図１において、上下方向をＹ
軸方向とし、左右方向をＸ軸方向とする。また、図２
は、図１の軸受部を含む開口付近の詳細図である。

【００１２】図１に示すように、本実施の形態の位置決
め装置においては、プロセス室Ｐを有する筐体２０の対
向する面に設けられた一対の孔２２ａ、２２ｂに、Ｙ軸
方向に駆動される円柱状の軸部材３０が貫通挿入されて
いる。孔２２ａ、２２ｂの内周面には、差動排気シール
５０がそれぞれ設けられており、これにより、プロセス
室Ｐがシールされている。また、孔２２ａ、２２ｂの外
側には、軸部材３０を取り囲むように軸受部７０がそれ
ぞれ設けられている。

【００１３】図２に示すように（図２には孔２２ａだけ
を示すが孔２２ｂについても同様）、孔２２ａ内には、
Ｙ軸差動排気シール５０が設けられている。Ｙ軸差動排
気シール５０は、孔２２ａ、２２ｂに嵌合する略円筒形
状のハウジング５６を有し、その内周面５０ａが排気面
を構成している。排気面５０ａは、２列の環状の溝部５
２、５３を備え、これら環状の溝部５２、５３から筐体
２０に形成された連通孔５４、５５を介して不図示の吸
引ポンプまで接続されている。

【００１４】なお、ハウジング５６の角部には、Ｏリン
グ５７がそれぞれ配置されている。また、ハウジング５
６の最も軸受部７０よりで軸部材３０に接する部分に
は、溝部５８が設けられている。溝部５８はハウジング
５６内に形成された連通路５９を介して、後述する軸受
部７０内の通路７５と接続されている。

【００１５】Ｙ軸差動排気シール５０において、排気面
５０ａ（溝部５２、５３を除く）及び軸受部７０の静圧
軸受７２、７３の部分は、他の部分に比べ、軸部材３０
外周面との隙間が十分小さくなるように設定されてい
る。

【００１６】また、孔２２ａ、２２ｂの外側には筐体２
０に隣接して、略円筒状の軸受部７０が取り付けられて
いる。図２に示すように、軸受部７０は、ハウジング５
６に一端を嵌合されたハウジング７１と、ハウジング７
１内に配置された一対の円筒状の静圧軸受（静圧気体軸
受）７２、７３とから構成されている。

【００１７】静圧軸受７２、７３は、軸部材３０を包囲
しており、ハウジング７１に形成された連通孔や給気管
（図示せず）を介して、不図示の圧送ポンプに接続され
ている。又、ハウジング７１内には２つの静圧軸受７
２、７３の側部から排出された気体を大気中に逃がすた
めの通路７５を備えている。なお、静圧軸受に関して
は、多孔質絞り式のものを用いているが、これに限定さ
れるものではない。また、本実施の形態では、静圧軸受
に供給する流体として空気を用いているが、他の気体や
磁性流体などを用いても良い。

【００１８】次に、本実施の形態に係る位置決め装置の
動作について説明する。軸部材３０の端部は、駆動源
（不図示）に接続されており、軸部材３０をＹ軸方向に
駆動するようになっている。このとき、不図示の圧送ポ
ンプから、軸受部７０の不図示の連通路を介して空気が
圧送され、静圧軸受７２、７３の内周面から噴出するよ
うになっているので、かかる空気圧により、軸部材３０
は、静圧軸受７２、７３に対して非接触的に支持され、
摩擦などの抵抗なく、筐体２０に対して相対移動可能と
なっている。

【００１９】また、排気面５０ａを有するＹ軸差動排気
シール５０は、不図示の吸引ポンプにより、溝部５２、
５３及び連通路５４、５５を介して軸部材３０の周面３
０ａ（対向シール面）との間の空気を吸引しているの
で、排気面５０ａと軸部材３０との間のスキマ（静圧軸
受７２、７３により一定に維持）を介して、外部から
の、あるいは静圧軸受７２、７３から漏れ出た空気が侵
入することを防止できる。特に、ワークの加工処理のた
め、筐体２０内のプロセス室Ｐを負圧環境にしたような
場合にも、差動排気シール５０により、外部からの空気
の侵入を阻止できるので、プロセス室Ｐの負圧環境を維
持でき好ましい。

【００２０】このように、本実施の形態によると、軸部
材３０が対向する一対の孔２２ａ、２２ｂを貫通してい
ることにより、軸部材３０に作用する吸引力（或いは反
発力）がキャンセルされる。つまり、軸部材３０にスラ
スト力がまったく作用しないため、軸部材３０の駆動装
置に余計な負担がかからず移動方向による不均衡さがな
くなる。また、例えば軸部材３０が水平に近い状態に配
置される場合では、一対の孔２２ａ、２２ｂで支持され
ることにより、片側のみで支持する場合と比べて軸部材
３０のたわみも抑えられる。従って、位置決め精度も向
上する。

【００２１】さらに、本実施の形態によれば、軸部材３
０を筐体２０の外部から駆動しているので、プロセス室
Ｐ内に駆動系を設ける必要がなく、プロセス室Ｐ内の汚
染などを防止できると共に、駆動系のメンテナンスが容
易となる。また、本実施の形態では、軸部材３０が２点
で支持されるので、軸部材３０のたわみが小さいという
利点もある。

【００２２】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。例えば、排気面５０ａの溝部は、それ
ぞれ２列にしたが、これに限定されず、吸引ポンプの性
能、プロセス室内外の差圧の大きさ、等に応じ、１列あ
るいは３列以上としても良い。また、排気面と対向シー
ル面との隙間の大きさも吸引ポンプ等の性能との兼ね合
いで決まるもので、数μｍから数１００μｍまで適宜選
択可能である。さらに、軸受としては、実施の形態に示
す静圧軸受７２、７３に限らず、各種の軸受を用いるこ
とができ、たとえば転がり軸受（玉軸受、ころ軸受な
ど）を用いることもできる。又、差動排気シール５０と
筐体２０とは一体でも別体でも良い。

【００２３】加えて、本実施の形態においては、筐体２
０を固定部とし、軸部材３０を移動部としているが、こ
れとは逆に、軸部材３０を固定部として、筐体２０を移
動部とすることもできる。また、軸部材３０をその軸回
りに回転させるようにしてもよい。これにより、２自由
度での位置決めが可能になる。

【００２４】なお、本実施の形態において用いる軸部材
３０と筺体２０の開口２２ａと２２ｂとのシールは、例
えばＯリングや筐体の外側において軸部材を被覆するよ
うに設けられた伸縮自在の金属ベローズなどの差動排気
シール以外のシールであってもよい。

【００２５】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の位置決
め装置において、軸部材をＹ軸方向に移動させる代わり
にその軸回りに回転可能としたものである。図３に、本
実施の形態の位置決め装置の要部断面図を示す。なお、
本実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部材
には同じ符号を付してその説明を省略する。

【００２６】図３に示すように、本実施の形態は、段付
きとなった軸部材３０の一端側の凹部となった部分に軸
受部７０’が設けられている点において、第１の実施の
形態と相違している。軸受部７０’は、ハウジング５６
に一端を嵌合されたハウジング７６と、ハウジング７６
内に配置された一対の円筒状の静圧軸受（静圧気体軸
受）７７、７８とから構成されている。

【００２７】静圧軸受７７、７８は、軸部材３０を包囲
しており、ハウジング７６に形成された連通孔や給気管
（図示せず）を介して、不図示の圧送ポンプに接続され
ている。又、ハウジング７６内には２つの静圧軸受７
７、７８の側部から排出された気体を大気中に逃がすた
めの通路７９を備えている。なお、静圧軸受に関して
は、サイズが異なる点、および、軸部材３０の段部側面
と対向する静圧軸受７７、７８の両端面も軸受面とされ
ている点を除けば、静圧軸受７２、７３と同様の構成で
ある。また、本実施の形態では、静圧軸受に供給する流
体として空気を用いているが、他の気体や磁性流体など
を用いても良い。

【００２８】段付きとなった軸部材３０の一端は、軸受
部７０’の外側において、図示しない駆動装置によって
回転自在に支持されている。これにより、軸部材３０
は、その軸回りに回転することができる。

【００２９】本実施の形態によっても、第１の実施の形
態と同様に、軸部材３０が対向する一対の孔２２ａ、２
２ｂを貫通していることにより、軸部材３０に作用する
吸引力（或いは反発力）がキャンセルされる。つまり、
軸部材３０にスラスト力がまったく作用しないため、軸
部材３０の駆動装置に余計な負担がかからず移動方向に
よる不均衡さがなくなる。また、例えば軸部材３０が水
平に近い状態に配置される場合では、一対の孔２２ａ、
２２ｂで支持されることにより、片側のみで支持する場
合と比べて軸部材３０のたわみも抑えられる。従って、
位置決め精度も向上する。

【００３０】さらに、本実施の形態によれば、軸部材３
０を筐体２０の外部から駆動しているので、プロセス室
Ｐ内に駆動系を設ける必要がなく、プロセス室Ｐ内の汚
染などを防止できると共に、駆動系のメンテナンスが容
易となる。また、本実施の形態では、軸部材３０が２点
で支持されるので、軸部材３０のたわみが小さいという
利点もある。

【００３１】本実施の形態においても、シールとしては
差動排気シール以外のシールを用いることができる。ま
た、静圧軸受としては、転がり軸受なども用いることが
できる。

【００３２】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の位置決
め装置において、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸ステージに
軸部材を支持させたものである。図４（ａ）は、本実施
の形態の位置決め装置の平面図である。図４（ｂ）は、
本実施の形態の位置決め装置の正面図である。図４
（ａ）において、上下方向をＸ軸方向とし、左右方向を
Ｙ軸方向とし、図４（ｂ）において、上下方向をＺ軸方
向とする。なお、本実施の形態において、第１の実施の
形態と同様の部材には同じ符号を付してその説明を省略
する。

【００３３】図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施
の形態の位置決め装置は、プロセス室Ｐを有する筐体２
０の対向する面に設けられたＸ軸方向に伸延する一対の
スリット状の長孔２２ａ、２２ｂに円柱状の軸部材３０
が貫通挿入されていると共に、軸部材３０が貫通されて
これをＹ軸方向にスライド可能に支持する一対のＸ軸ス
テージ９、１０が一対の長孔２２ａ、２２ｂを塞いだ状
態で筐体２０の外壁面に沿ってＸ軸方向に相対的にスラ
イド可能となるように筐体２０の外側にそれぞれ配置さ
れたものである。

【００３４】Ｘ軸ステージ９、１０は、それぞれ中央に
円形の開口１１ａ、１１ｂを有している。開口１１ａ、
１１ｂ内には、第１の実施の形態で説明したＹ軸差動排
気シール（第２の差動排気シール手段）５０がそれぞれ
設けられている。Ｘ軸ステージ９、１０の開口１１ａ、
１１ｂ内には、円柱状の軸部材３０がともに挿通されて
おり、差動排気シール５０に、シール面であるその周面
の一部を包囲されている。

【００３５】Ｘ軸ステージ９の右側面およびＸ軸ステー
ジ１０の左側面には、断面がコ字状のスライダ１２が配
置されている。かかるスライダ１２は、固定部である筐
体２０に配置されたガイドレール１３に、スライダ１２
内を循環する不図示の多数の転動体を介して係合してお
り、ガイドレール１３に沿ってＸ軸方向に滑動自在とな
っている。これらスライダ１２、ガイドレール１３及び
多数の転動体で転がり案内軸受の一種であるリニアガイ
ドが構成される。

【００３６】また、図４（ｂ）に示すように、筐体２０
の左右の側面には、Ｘ軸差動排気シール６０が設けられ
ている。差動排気シール６０は、筐体２０に形成された
長孔２２ａ、２２ｂの周囲に沿って延在するトラック状
となっている。このトラック状の部分のＸ軸ステージ
９、１０と対向する面６０ａが排気面として機能する。
さらに、差動排気シール６０は、２本のトラック状の溝
部（図示せず）を形成しており、これらの溝部は、差動
排気シール６０の内部通路６２、６３を介して、筐体２
０に形成された連通路６４に連通している。この連通孔
は、不図示の吸引ポンプに接続されている。排気面６０
ａのうち、溝部を除く部分は、その外側の筐体２０がＸ
軸ステージ９、１０と対向している部分に比べ、Ｘ軸ス
テージ９、１０側にわずかに突出している。そしてリニ
アガイド１２、１３により、この突出部分と、これに対
向するＸ軸ステージ９、１０の面（対向シール面）と
が、外側の部分に比べ十分に小さな間隔を隔てて対向す
るように設定されている。

【００３７】また、Ｘ軸ステージ９、１０の開口１１
ａ、１１ｂに、第１の実施の形態で説明した略円筒状の
軸受部７０が取り付けられている。

【００３８】次に、本実施の形態に係る位置決め装置の
動作について説明する。Ｘ軸ステージ９、１０は、リニ
アガイド１２、１３により低フリクション状態で筐体２
０に対して支持されているので、不図示の外部駆動源に
より連動して駆動されることで、筐体２０に対してＸ軸
方向に移動可能となっている。このとき、軸部材３０
は、Ｘ軸ステージ９、１０と共にＸ軸方向に移動する
が、筐体２０の（本発明の開口に該当する）長孔２２
ａ、２２ｂは、かかる軸部材３０のＸ軸方向移動を許容
するようになっている。言い換えると、Ｘ軸ステージ
９、１０は、長孔２２ａ、２２ｂの長手方向長さに規定
される範囲内で、筐体２０に対してＸ軸方向に相対移動
可能となっている。

【００３９】この際、排気面６０ａを有する差動排気シ
ール６０は、不図示の吸引ポンプからの吸引力に基づ
き、筐体２０の連通路を介して、Ｘ軸ステージ９、１０
の左右の側面（対向シール面）との間の空気を吸引して
いるので、Ｘ軸ステージ９、１０と筐体２０との間のス
キマを介して、外部より空気や異物が侵入することを防
止できる。従って、ワークの加工処理のため、筐体２０
内のプロセス室Ｐを負圧環境にしたような場合にも、差
動排気シール６０により、外部からの空気の侵入を阻止
できるので、プロセス室Ｐの負圧環境を維持でき好まし
い。

【００４０】一方、軸部材３０の左端は、Ｘ軸ステージ
９上に設置された駆動源（不図示）に接続されており、
軸部材３０を左右方向に駆動するようになっている。こ
のとき、不図示の圧送ポンプから、軸受部７０の不図示
の連通路を介して空気が圧送され、第２の軸受である静
圧軸受の内周面から噴出するようになっているので、か
かる空気圧により、軸部材３０は、静圧軸受に対して非
接触的に支持され、摩擦などの抵抗なく、Ｘ軸ステージ
９、１０に対して相対移動可能となっている。

【００４１】また、排気面５０ａを有する差動排気シー
ル５０は、不図示の吸引ポンプにより、溝部及び連通路
を介して軸部材３０の周面（対向シール面）との間の空
気を吸引しているので、排気面５０ａと軸部材３０との
間のスキマ（静圧軸受により一定に維持）を介して、外
部からの、あるいは静圧軸受から漏れ出た空気が侵入す
ることを防止できる。特に、ワークの加工処理のため、
筐体２０内のプロセス室Ｐを負圧環境にしたような場合
にも、差動排気シール５０により、外部からの空気の侵
入を阻止できるので、プロセス室Ｐの負圧環境を維持で
き好ましい。

【００４２】本実施の形態によっても、第１の実施の形
態と同様に、軸部材３０が対向する一対の長孔２２ａ、
２２ｂを貫通していることにより、軸部材３０に作用す
る吸引力（或いは反発力）がキャンセルされる。つま
り、軸部材３０にスラスト力がまったく作用しないた
め、軸部材３０の駆動装置に余計な負担がかからず移動
方向による不均衡さがなくなり、また、軸部材３０のた
わみも抑えられる。従って、位置決め精度も向上する。

【００４３】さらに、本実施の形態によれば、軸部材３
０を筐体２０の外部から駆動しているので、プロセス室
Ｐ内に駆動系を設ける必要がなく、プロセス室Ｐ内の汚
染などを防止できると共に、駆動系のメンテナンスが容
易となる。また、本実施の形態では、軸部材３０が２点
で支持されるので、軸部材３０のたわみが小さいという
利点もある。

【００４４】また、差動排気シール６０の吸引力は、上
述したトラック状の範囲に限られるので、たとえ筐体２
０を大型化しても差動排気シール６０の全長は長くなら
ず、従って軸受を構成するスライダとガイドレールの支
持反力は変わらない。しかも、Ｘ軸ステージ９、１０の
筐体２０と対向する面のうち、排気面６０ａより外側の
部分の受ける力は大気圧と等しくなるので、Ｘ軸ステー
ジ９、１０の表裏面に働く圧力分布を考えると、表裏で
差圧が存在するのは、排気面６０ａから内側の限られた
部分となる。従って、リニアガイド１２、１３が支持す
べき力は、この限られた面積の差圧の総和に抗する力で
よいから小さくて済む。また、プロセス室Ｐを負圧とし
た場合、筐体２０の容積を大きくして、軸部材３０のス
トローク量を増大させたとしても、軸部材３０の受ける
力は不変であり、軸部材３０の端面に加わるプロセス室
内外の差圧による力は変わらない。

【００４５】また、本実施の形態の位置決め装置は、構
造がコンパクトであるという利点を有している。

【００４６】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。例えば、排気面５０ａ及び６０ａの溝
部は、それぞれ２列にしたが、これに限定されず、吸引
ポンプの性能、プロセス室内外の差圧の大きさ、等に応
じ、１列あるいは３列以上としても良い。また、排気面
と対向シール面との隙間の大きさも吸引ポンプ等の性能
との兼ね合いで決まるもので、数μｍから数１００μｍ
まで適宜選択可能である。さらに、軸受としては、実施
の形態に示す静圧軸受やリニアガイド１２、１３に限ら
ず、各種の軸受を用いることができ、たとえば軸部材３
０の軸受として転がり軸受（玉軸受、ころ軸受など）を
用いることもでき、Ｘ軸ステージ９、１０の案内軸受と
して、リニアガイド１２、１３の代わりに公知の気体や
磁性流体を媒体とした静圧案内軸受や他の転がり案内軸
受（クロスローラガイド等）を用いてもよい。

【００４７】又、差動排気シール６０と筐体２０とは一
体でも別体でも良い。さらに、排気面６０ａを筐体２０
の外側の部分より突出させる代わりに、排気面６０ａの
２本の溝部のうち、外側の方の溝部を大気と連通させる
ように、大気と連通する溝を設けても良い。加えて、軸
部材３０に回転駆動機構を設ければ、外部より、Ｘ軸ス
テージ９、１０に対して軸部材３０を任意に相対回転さ
せることができ、それにより３軸の位置決め装置を構成
することができる。それとは逆に相対回転を阻止したい
場合には、軸部材として断面が矩形などの多角形状の軸
や、楕円状の軸あるいはスプライン軸などを用いると、
別個に相対回転阻止手段などを設ける必要がなく好まし
い。さらに、長孔２２ａ、２２ｂ、排気面６０ａ、排気
面の溝部の形状も、上述した形状に限定されない。

【００４８】また、本実施の形態では、差動排気シール
６０を長孔２２ａ、２２ｂに隣接して筐体２０の側に設
けたが、これに代え、Ｘ軸ステージ９、１０の側に設け
るようにしても良い。この場合、Ｘ軸ステージ９、１０
の移動可能な全範囲において、長孔２２ａ、２２ｂに正
対する方向から見た場合、排気面６０ａが長孔２２ａ、
２２ｂを囲んでいるように排気面６０ａを形成する必要
がある。但し、その条件を満たす範囲で、できるだけ排
気面６０ａで囲まれる面積が小さくなるように設定する
ことが案内軸受の受ける支持反力の大きさを抑制する上
で好ましい。

【００４９】加えて、本実施の形態においては、筐体２
０を固定部とし、Ｘ軸ステージ９、１０を移動部として
いるが、これとは逆に、Ｘ軸ステージ９、１０を固定部
として、筐体２０を移動部とすることもできる。かかる
場合、２つの差動排気シールを固定部となったＸ軸ステ
ージ側に集約して設置することで、配管などの取りまわ
しを容易にすることができる。

【００５０】次に、上述の第１〜第３の実施の形態をよ
り具体化した第４〜第９の実施の形態について説明す
る。これらの実施の形態では、高真空中に設置されるワ
ークに所定の処理等を施す設備で、特に磁場の影響を嫌
うようなものに好適に用いることのできるものについて
述べる。すなわち、これらの実施の形態では、磁場に影
響を与えるモータをプロセス室からできるだけ離し、か
つ、モータ自体が移動しない構成としている。

【００５１】まず、本発明の第４の実施の形態につい
て、図５〜図８に基づいて説明する。図５は、本実施の
形態の位置決め装置の平面図（一部断面図）である。図
６は、図５に示した位置決め装置の正面図である。図７
は、図５に示した位置決め装置の右側側面図である。図
８は、図５に示した位置決め装置の左側側面図（（ａ）
は全体図、（ｂ）は一部を示す図）である。図５におい
て、上下方向をＸ軸方向とし、左右方向をＹ軸方向と
し、図６において、上下方向をＺ軸方向とする。

【００５２】本実施の形態の位置決め装置は、第３の実
施の形態と同様に、プロセス室Ｐを有する筐体（チャン
バ）１２０の対向する面に設けられたＸ軸方向に伸延す
る一対のスリット状の長孔１２２ａ、１２２ｂに円柱状
の軸部材１３０が貫通挿入されていると共に、軸部材１
３０が貫通されてこれをＹ軸方向にスライド可能に支持
する一対のＸ軸ステージ１０９、１１０が一対の長孔１
２２ａ、１２２ｂを塞いだ状態で筐体１２０の外壁面に
沿ってＸ軸方向に相対的にスライド可能となるように筐
体１２０の外側にそれぞれ配置されたものである。そし
て、本実施の形態では、２つのＸ軸ステージ１０９、１
１０が連結部材１４１、１４２で連結されており、これ
らがモータ１４３ｅを含むアクチュエータ１４３により
一体として駆動される。

【００５３】なお、軸部材１３０からは、プロセス室Ｐ
内に位置するように、ワークが載置されるテーブル１０
１が突設されている。また、本実施の形態において、Ｘ
軸ステージ１０９、１１０、筐体１２０、および、軸部
材１３０等は、ベース１０２上に配置されている。筐体
１２０の上面には、不図示の処理装置用の部屋に連通す
る開口１２０ａが設けられている。場合によっては、こ
の開口に例えば石英ガラス等の窓が取付られる。また、
テーブル１０１上には、Ｘバーミラー１２４、Ｙバーミ
ラー１２５が配置されているとともに、これらに対向し
て筐体１２０内には、位置決め用のＸ軸レーザ干渉計１
２６およびＹ軸レーザ干渉計１２７がそれぞれ配置され
ている。１２８は不図示のレーザ光源から出射されるレ
ーザ光を２つのレーザ干渉計１２６、１２７に導くべく
分岐させるためのビームスプリッタ、１２９はレーザ光
の向きを変え、レーザ干渉計１２７へ導くためのビーム
ベンダである。また、筐体１２０の側面には、ウェハな
どを移載するためのゲートバルブ１２０ｄが設けられて
いる。なお、筺体１２０の底面およびベース１０２に設
けられている開口は、筺体内の真空引きのための真空ポ
ンプが取付られるための空間である。プロセス室Ｐの形
状はテーブル１０１が収まる上部を広く、床面１２０ｂ
寄りの下部を狭くしている。これはテーブル１０１の移
動範囲を確保しつつ、プロセス室の容積を最小限にする
ためであり、テーブル１０１を支柱１０１ａを介して立
設しているのもそのためである。このようにすることに
より、プロセス室の受ける真空引きによる力を最小限に
できることに加え、下部の幅が短いことにより、軸部材
１３０のたわみの最小化を図れるメリットもある。

【００５４】Ｘ軸ステージ１０９、１１０は、それぞれ
中央に円形の開口１１１ａ、１１１ｂを有している。開
口１１１ａ、１１１ｂ内には、第１の実施の形態で説明
したＹ軸差動排気シール１５０がそれぞれ設けられてい
る。Ｘ軸ステージ１０９、１１０の開口１１１ａ、１１
１ｂ内には、円柱状の軸部材１３０がともに挿通されて
おり、差動排気シール１５０に、シール面であるその周
面の一部を包囲されている。

【００５５】固定部である筺体１２０の右側面および左
側面には、それぞれ断面がコ字状のスライダ１１２が配
置されている。かかるスライダ１１２は、Ｘ軸ステージ
１０９および１１０に配置されたガイドレール１１３
に、スライダ１１２内を循環する不図示の多数の転動体
を介して係合しており、ガイドレール１１３に沿ってＸ
軸方向に滑動自在となっている。これらスライダ１１
２、ガイドレール１１３及び多数の転動体で転がり案内
軸受の一種であるリニアガイドが構成される。

【００５６】また、筐体１２０の左右の側面には、第３
の実施の形態で説明したのと同様のＸ軸差動排気シール
１６０が設けられている。差動排気シール１６０は、筐
体１２０に形成された長孔１２２ａ、１２２ｂの周囲に
沿って延在するトラック状となっている。このトラック
状の部分のＸ軸ステージ１０９、１１０と対向する面１
６０ａが排気面として機能する。さらに、差動排気シー
ル１６０の排気面１６０ａには、２本のトラック状の溝
部（図示せず）を形成しており、これらの溝部は、差動
排気シール１６０の内部通路（図示せず）を介して、筐
体１２０に形成された連通路（図示せず）に連通してい
る。この連通孔は、不図示の吸引ポンプに接続されてい
る。排気面１６０ａ（溝部を除く）は、その外側の筐体
１２０がＸ軸ステージ１０９、１１０と対向している部
分に比べ、Ｘ軸ステージ１０９、１１０側にわずかに突
出している。そしてリニアガイド１１２、１１３によ
り、この突出部分と、これに対向するＸ軸ステージ１０
９、１１０の面（対向シール面）とが、外側の部分に比
べ十分に小さな間隔を隔てて対向するように設定されて
いる。

【００５７】また、Ｘ軸ステージ１０９、１１０の開口
１１１ａ、１１１ｂに、第１の実施の形態で説明した略
円筒状の軸受部１７０ａ、１７０ｂがそれぞれ取り付け
られている。

【００５８】上述したように、本実施の形態では、２つ
のＸ軸ステージ１０９、１１０が連結部材１４１、１４
２で連結されており、これらがアクチュエータ１４３に
より一体として駆動される。アクチュエータ１４３は、
ナットベアリングユニット１４３ａと、案内レール１４
３ｂと、ボールネジねじ軸１４３ｃと、カップリング１
４３ｄと、モータ１４３ｅとを含んでいる。連結部材１
４２と固定接続されたナットベアリングユニット１４３
ａは、ボールネジねじ軸１４３ｃの回転に伴い、Ｘ軸方
向に移動する。

【００５９】そして、Ｘ軸ステージ１０９、１１０を駆
動するための機構として、連結部材１４１、１４２およ
びモータ１４３以外に、軸部材１３０が挿入固定された
回転止め１４５下に、Ｘ軸補助案内軸受１４６およびＸ
軸補助案内レール１４７を具備するリニアガイドが設け
られている。軸部材１３０の径方向に力が加わるのを防
ぐために、回転止め１４５とＸ軸補助案内軸受１４６と
の間は、板ばね１４９が配置されている。また、回転止
め１４５はその両端が回転止めガイド１４８ａ、１４８
ｂで静圧軸受によって支持されている。回転止めガイド
１４８ａ及び１４８ｂの一端はＸ軸ステージ１０９に固
定され、他端は受け部材１４８ｃに固定されている。

【００６０】一方、本実施の形態では、軸部材１３０を
Ｙ軸方向に駆動するために、アクチュエータ１８１（モ
ータ１８１ａ、カップリング１８１ｂ、プーリ支持部１
８１ｃ、駆動プーリ１８１ｄを含む）、駆動プーリ１８
１ｄに架張された駆動ベルト１８２、駆動プーリ１８１
ｄと対になった従動プーリ１８３、駆動ベルト１８２の
上側に固定されたＹ軸スライダ１８４、Ｙ軸スライダ１
８４と平行に配置された２本のＹ軸案内レール１８５
ａ、１８５ｂ、Ｙ軸案内レール１８５ａ、１８５ｂと対
をなし、Ｙ軸スライダ１８４の底部に固定されたＹ軸案
内軸受１８６ａ、１８６ｂ（１８６ｂのみ図示せず）等
が設けられている。これにより、モータ１８１ａを駆動
することにより、軸部材１３０をＹ方向に移動させるこ
とが可能となっている。なお、Ｙ軸スライダ１８４の上
面には前記Ｘ軸補助案内レール１４７が固定されてい
る。

【００６１】つまり、本実施の形態の位置決め装置は、
Ｘ軸アクチュエータと、Ｙ軸アクチュエータと、補助ス
テージとを備えている。そして、Ｘ軸アクチュエータ
は、ベースに固定されたＸ軸モータ１４３ｅと、モータ
の回転運動をＸ軸方向の直線運動に変換し、Ｘ軸ステー
ジをＸ軸方向に位置決めするＸ軸駆動機構とを備えてい
る。一方、Ｙ軸アクチュエータは、ベースに固定された
Ｙ軸モータ１８１ａと、モータの回転運動をＹ軸方向の
直線運動に変換し、軸部材１３０をＹ軸方向に位置決め
するＹ軸駆動機構とを備えている。また、補助ステージ
は、Ｘ軸アクチュエータによるＸ軸ステージの移動に伴
い軸部材がＸ軸方向に移動するのを許容するようになっ
ている。なお、レーザ干渉計１２６、１２７、ビームス
プリッタ１２８、ビームベンダ１２９は、筺体１２０の
底面１２０ｂに固定された支持部材１２０ｃに載置、固
定されている。支持部材１２０ｃは、筺体１２０とは、
床面１２０ｂとのみ接しており、側壁や上部の広くなっ
ている部分の床面とは接しないようにしてある。これは
不図示の除振機構により最も振動の少ない床面１２０ｂ
に支持部材を介してレーザ干渉計等を設置することによ
り、振動の影響の極小化をはかり、位置決め精度を高め
るためである。また、筐体１２０の側壁から上の部分は
プロセス室内部を減圧したときにプロセス室内外の圧力
差によりわずかではあるが変形を生じる。従って、この
ことからもプロセス室内外の圧力差による変形がほとん
どない床面１２０ｂに固定された支持部材１２０ｃを介
してレーザ干渉計等を設けていることは、高精度な位置
決めのために好ましい。

【００６２】本実施の形態によっても、上述した第３の
実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本
実施の形態では、２つのＸ軸ステージ１０９、１１０が
連結されて一体として駆動させられるという特徴があ
る。さらに、本実施の形態では、ＸＹ２方向への駆動の
ためのモータ１４３ｅ、１８１ａがプロセス室Ｐから離
れており、モータ１４３ｅ、１８１ａ自体も移動しない
ので、プロセス室Ｐでの処理に用いられるビームがモー
タからの磁場の影響を受けるのを最小限にすることがで
きる。

【００６３】次に、本発明の第５の実施の形態につい
て、図９および図１０に基づいて説明する。図９は、本
実施の形態の位置決め装置の平面図（一部断面図）であ
る。図１０は、本実施の形態のＹ軸軸受部の詳細図であ
る。図９において、上下方向をＸ軸方向とし、左右方向
をＹ軸方向とする。また、本実施の形態において、第４
の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付すことと
し、その説明を省略する。

【００６４】本実施の形態の位置決め装置は、Ｘ軸ステ
ージ１０９、１１０のそれぞれにアクチュエータ１４３
が連結部材１４２を介して接続されている点において、
上述した第４の実施の形態の位置決め装置と相違してい
る。そして、２つのアクチュエータ１４３は同期して駆
動させられる。

【００６５】又、第４の実施の形態では、Ｙ軸スライダ
１８４の駆動にプーリ及びベルトを使用していたのに対
し、本実施の形態では、ボールねじ１８７を用いてい
る。ボールねじのナットが、Ｙ軸スライダ１８４の下面
に固定されている。

【００６６】本実施の形態によっても、上述した第４の
実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本
実施の形態では、２つのＸ軸ステージ１０９、１１０が
それぞれ別に設けられたアクチュエータ１４３によって
同期駆動させられるという特徴がある。さらに、本実施
の形態では、ＸＹ２方向への駆動のためのモータ１４３
ｅ、１８１ａがプロセス室Ｐから離れており、モータ１
４３ｅ、１８１ａ自体も移動しないので、プロセス室Ｐ
での処理に用いられるビームがモータからの磁場の影響
を受けるのを最小限にすることができる。

【００６７】なお、本実施の形態では、図１０（ａ）に
示すように、２つのＸ軸ステージ１０９、１１０が同じ
量だけ変位した場合には、軸部材１３０と２つのＸ軸ス
テージ１０９、１１０との間隔は保たれる。しかし、２
つのＸ軸ステージ１０９、１１０の変位量が異なる場合
には、図１０（ｂ）に示すように、２つのＸ軸ステージ
１０９、１１０と軸部材１３０との間隔が場所によって
異なってしまう。そこで、このような傾きを生じさせな
いためには、２つのアクチュエータによるＸ軸ステージ
１０９、１１０のＸ方向変位量が等しくなるように制御
すればよい。逆に、２つのアクチュエータ１４３による
Ｘ軸ステージ１０９、１１０のＸ方向変位量をわずかに
変えるように制御することにより、軸部材１３０のＺ軸
を中心としたＸＹ平面内における傾き角度を微調整する
ことができる。但し、この場合の調整可能な範囲は、図
１０（ｂ）に示すように、軸部材１３０と１５０及び１
７０とが接触しない範囲内に限られる。これにより、高
精度の位置決めが可能になる。

【００６８】次に、本発明の第６の実施の形態につい
て、図１１に基づいて説明する。図１１は、本実施の形
態の位置決め装置の側面図であって、図７に相当する図
である。また、本実施の形態において、第４の実施の形
態と同様の部材には同じ符号を付すこととし、その説明
を省略する。

【００６９】本実施の形態は、連結部材１４１とＸ軸ス
ライダ１０９、１１０との間を、供給された電気信号に
応じて伸縮自在の圧電素子１４９を介して接続した点に
おいてのみ第４の実施の形態と相違している。これによ
り、左右の圧電素子１４９の伸縮量を制御することによ
り、軸部材１３０をＺ軸回りに微小回転させることが可
能になる。すなわち第５の実施の形態と同様の作用、効
果が得られる。なお、同様の効果を得ることができる素
子として圧電素子１４９のほかに磁歪素子を用いること
もできるが、磁場変動を考えると、圧電素子を用いるこ
とが好ましい。

【００７０】次に、本発明の第７の実施の形態につい
て、図１２〜図１４に基づいて説明する。図１２は、本
実施の形態の位置決め装置の要部側面図（図１３のＹ−
Ｙ線での断面で示す）である。図１３は、図１２のX-X
線での断面図である。図１４は、本実施の形態の位置決
め装置の回転止め部分の模式図である。また、本実施の
形態において、第４の実施の形態と同様の部材には同じ
符号を付すこととし、その説明を省略する。

【００７１】図１２および図１３に示すように、本実施
の形態では、内周部に差動排気シール１５０及び軸受部
１７０を備えたハウジング１７１とＸ軸ステージ１０９
との間にＯリング１５７が配置されている。また、ハウ
ジング１７１の外側に円環状の予圧リング１９３が配置
されており、予圧リング１９３の内向きフランジ部とＸ
軸ステージ１０９との間に、ハウジング１７１の外向き
フランジ部が挟まれている。また、ハウジング１７１の
フランジ部の上下２カ所の切り欠き部には２つの圧電素
子１９１ａ、１９１ｂが配置されており、予圧リング１
９３とハウジング１７１との間に保持されている。ま
た、予圧リング１９３は、ボルト１９７、皿ばね１９
８、スリーブ１９９，後述する鋼球１９５，及びハウジ
ング１７１のフランジ１７１ａを介してＸ軸ステージ１
０９に固定されている。ハウジング１７１のフランジ部
１７１ａ及び圧電素子１９１ａ、１９１ｂの前後には、
リング状の保持器１９２ａ、１９２ｂが配置されてい
る。保持器１９２ａ、１９２ｂのハウジング１７１のフ
ランジ部と対向する部分には多数の孔が形成されてお
り、各孔には小径（保持器１９２ａ、１９２ｂの幅より
も若干大きい）の鋼球１９５がはめ込まれている。そし
て、予圧リング１９３とＸ軸ステージ１０９との間には
わずかな間隙があり、皿ばね１９８の弾性力により、ハ
ウジング１７１のフランジ部には前後から鋼球１９５に
より予圧を受けた状態で保持されている。又、ボルト１
９７にはスリーブ１９９が挿入される。スリーブ１９９
の長さは、ボルト１９７をスリーブ１９９の端面に当接
するまで締め付け、スリーブ１９９をボルト１９７とＸ
軸ステージ１０９との間に挟持した状態としたときに、
皿ばね１９８による予圧が適度な値となるように設定さ
れている。更に、ハウジング１７１とＸ軸ステージ１０
９との間には、僅かな間隙が設けられている。これらの
予圧リング１９３のフランジ部、保持器１９２ａ、１９
２ｂおよび鋼球１９５からなるＸＺ平面案内により、軸
受部１７０のハウジング１７１はＹ方向には動けず、Ｘ
Ｚ平面内の微動のみ許される。なお、鋼球１９５などを
具備した転がり案内に代えて、静圧案内を用いてもよ
い。Ｘ軸ステージ１１０の側も同様の構成である。

【００７２】本実施の形態では、圧電素子１９１ａ、１
９１ｂが外部から供給された信号に基づいてＺ方向に伸
縮する。このとき、圧電素子１９１ａの伸縮量と圧電素
子１９１ｂの伸縮量とを符号を逆で同じ大きさに制御す
ることで、圧電素子１９１ａ、１９１ｂのラジアル方向
の伸縮とＯリング１５７の変形とによってハウジング１
７１がラジアル方向（Ｚ軸方向）に微動する。そして、
Ｘ軸ステージ１０９及び１１０のハウジング１７１が互
いに逆方向に微動するよう制御することにより、軸部材
１３０をＸ軸を中心として、軸部材１３０とハウジング
１７１及び軸受１７２とのすきまの範囲内で回転させる
ことができる。これにより、軸部材１３０のＸ軸を中心
としたＹＺ平面内における傾き角度の微調整を実現する
ことができる。

【００７３】また、本実施の形態では、回転止め１４
５’において、軸部材１３０が、２つの腕部１９６ａ、
１９６ｂを有する微動回転部１９６に挿入固定されてい
る。腕部１９６ａ、１９６ｂと回転止め１４５’に設け
られた開口の上下壁との間には、圧電素子１９４ａ、１
９４ｂが配置されている。従って、圧電素子１９４ａの
伸縮量と圧電素子１９４ｂの伸縮量とを同じ大きさに制
御することによって、軸部材１３０のＹ軸回りの回転角
度を微調整することができる。なお、本実施の形態と前
記第５、または第６の実施の形態とを組み合わせること
により、軸部材１３０をＸ軸まわり、Ｙ軸まわりに加
え、Ｚ軸まわりについても微小回転させることが可能と
なる。また、圧電素子１９１ａ、１９１ｂのいずれか一
方を例えばコイルバネ、ゴム、その他の弾性体と置換え
てもよい。

【００７４】更に、複数の鋼球１９５に代えて、予圧リ
ング１９３及びＸ軸ステージ１０９，１１０と、ハウジ
ング１７１の外向きフランジとの間にそれぞれＯリング
を挟むようにし、予圧リングは皿ばねを介さず、Ｘ軸ス
テージ１０９，１１０に固定するようにしても良い。こ
の場合、ハウジング１７１は、ラジアル方向（Ｚ軸方
向）の微動のみではなく、傾きも変化しうるので、更に
調整可能な範囲を広くできる。

【００７５】次に、本発明の第８の実施の形態につい
て、図１５に基づいて説明する。図１５は、本実施の形
態の位置決め装置に含まれる軸部材の断面図である。ま
た、本実施の形態において、第７の実施の形態と同様の
部材には同じ符号を付すこととし、その説明を省略す
る。

【００７６】本実施の形態の位置決め装置は、対向する
圧電素子１９１ａ、１９１ｂ；１９１ｃ、１９１ｄが２
組配置されていると共に、各圧電素子１９１ａ、１９１
ｂ；１９１ｃ、１９１ｄと予圧リング１９３との間に小
径のボール２００ａ、２００ｂ；２００ｃ、２００ｄが
配置されている点においてのみ、第７の実施の形態と相
違している。これにより、本実施の形態では、軸部材１
３０のＸ軸を中心としたＹＺ平面内における傾き角度お
よびＺ軸を中心としたＸＹ平面内における傾き角度の微
調整を実現することができる。なお、ボール２００ａ、
２００ｂ；２００ｃ、２００ｄは、伸縮量が微量なら省
くことができる。また、ボール２００ａ、２００ｂ；２
００ｃ、２００ｄの代わりにヒンジを用いることもでき
る。また、２組の圧電素子のそれぞれの組の一方の圧電
素子をコイルバネやその他の弾性体に置き換えてもよ
い。

【００７７】

【発明の効果】本発明の位置決め装置は、導入軸が対向
する一対の開口を貫通していることにより、導入軸に作
用する吸引力（或いは反発力）がキャンセルされる。つ
まり、導入軸にスラスト力がまったく作用しないため、
導入軸の駆動装置に余計な負担がかからず移動方向によ
る不均衡さがなくなり、また、導入軸のたわみも抑えら
れる。従って、位置決め精度も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の位置決め装置の正
面図である。

【図２】図１の軸受部を含む開口付近の詳細図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の位置決め装置の要
部断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の位置決め装置の平
面図および正面図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態の位置決め装置の平
面図（一部断面図）である。

【図６】図５に示した位置決め装置の正面図である。

【図７】図５に示した位置決め装置の右側側面図であ
る。

【図８】図５に示した位置決め装置の左側側面図であ
る。

【図９】本発明の第５の実施の形態の位置決め装置の平
面図（一部断面図）である。

【図１０】図９の位置決め装置のＹ軸軸受部の詳細図で
ある。

【図１１】本発明の第６の実施の形態の位置決め装置の
側面図である。

【図１２】本発明の第７の実施の形態の位置決め装置の
要部側面図である。

【図１３】図１２のX-X線での断面図である。

【図１４】図１２に示す位置決め装置の回転止め部分の
模式図である。

【図１５】本発明の第８の実施の形態の位置決め装置に
含まれる軸部材の断面図である。

【符号の説明】２０筐体２２ａ、２２ｂ孔３０軸部材５０差動排気シール７０軸受部

フロントページの続きＦターム(参考） 2F078 CA01 CB09 CB16 CC02 CC13 3J102 AA02 CA36 EA02 EA13 EA22 GA18 5F031 HA53 HA57 HA58 HA59 HA60 KA06 KA07 KA08 KA10 LA02 MA11 NA04 NA05 NA07 NA13 PA06 PA18 PA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する一対の開口、および、前
記一対の開口を介して外部と連通したプロセス室を有す
る筐体と、少なくとも１自由度で移動可能であって、前記プロセス
室をシールしつつ前記一対の開口を貫通する導入軸とを
備えてなる位置決め装置。