JP2007071293A

JP2007071293A - ガイド装置

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Publication number: JP2007071293A
Application number: JP2005258920A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 中村　　剛
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】
コーティングなどに頼ることなく、移動時の気体放出量を低減できるガイド装置を提供する。
【解決手段】
プロセス室Ｐ内の圧力を１０^-4Ｐａ以下としており、さらに３段排気の差動排気シール１５０，１６０を用いているので、差動排気シールからのリークを抑え、プロセス室Ｐ内の圧力上昇を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば電子ビーム装置などに用いられると好適な、真空環境に維持された室内でワークを移動可能なガイド装置に関する。

電子ビーム装置などにおいては、高真空環境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電子ビーム処理することが行われている。ところで、ステージを移動可能に支持するために、静圧軸受を備えたガイド装置を高真空環境に維持したプロセス室内に設けたときに、ステージ移動に伴ってプロセス室内の圧力が上昇することがある。これは、ガイド装置のガイドレールの表面に、静圧軸受から吐出された気体の分子が付着し、ガイドレールが高真空環境に露出したときに、付着した気体の分子が放出されることが主原因とされる。

これに対し特許文献１によれば、ガイドレールの表面を、気体付着率の低い素材でコーティングすることにより、移動時の気体放出量を抑制するようにしている。
特開２０００−３４６０７０号公報

しかし、ガイドレールの表面を適切にコーティングするにはコストがかかる。又、長時間の使用により、コーティングされた表面が劣化し、気体付着率が高まる恐れもある。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、コーティングなどに頼ることなく、移動時の気体放出量を低減できるガイド装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の本発明のガイド装置は、減圧下に曝されるプロセス室内に連通する開口を有する案内面を備えた筐体内において、前記案内面に対して所定の隙間を介して対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動ブロックをガイドするガイド装置において、
前記筐体に対して、前記移動ブロックを移動可能に支持する静圧軸受と、
前記開口を囲むようにして、前記筐体と前記移動ブロックとの間に設けられ、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールする差動排気シールとを有し、
前記プロセス室内の圧力を１０^-4Ｐａ以下としたことを特徴とする。

第２の本発明のガイド装置は、減圧されたプロセス室内で使用される、気体を用いた静圧軸受を有するガイド装置において、プロセス室内の圧力を１０^-4Ｐａ以下としたことを特徴とする。

本発明者は鋭意研究の結果、プロセス室内の真空度によって圧力上昇量が異なり、真空度が高い（即ち圧力が低い）ほど、プロセス室内の圧力上昇を抑制できることを見出した。

図１１は、本発明者の行った実験結果を示すグラフである。図１１の実験結果は、後述する図１（ｂ）に示すガイド装置のモデルにより得られたものであり、移動ブロックの移動量を横軸に、圧力変化量を縦軸に取っている。本発明者が、プロセス室内の真空度と圧力上昇の相関を確認した結果、プロセス室内の真空度を除き、条件を同一とした場合に、プロセス室内の真空度が高い（＝圧力が低い）ほど、圧力上昇を抑制できることがわかった。例えば、図１１に示す実験結果から、プロセス室の真空度を１．２５×１０^-4Ｐａに対して、１．０７×１０^-4Ｐａとすることで、圧力上昇を６．４×１０^-5Ｐａから４．８×１０^-5Ｐａへ抑制でき、更に、３．５５×１０^-5Ｐａとすると、２．８×１０^-5Ｐａに抑制できることが確認された。

特許文献１に記載されているように、従来技術では、４〜４．５×１０^-4Ｐａ程度の真空度であるために、ガイド装置動作時におけるプロセス室内の圧力上昇が顕著になっており、そのためガイドレール表面のコーティングなどの処理が必要となっているのである。これに対し、本発明のガイド装置によれば、前記移動ブロックにコーティングなどの処理が不要となる。

本発明の効果をより有効に発揮するには、前記差動排気シールの排気性能を高めることが望ましい。例えば前記差動排気シールからの前記プロセス室内へのリーク量が１０^-5Ｐａ以下であると好ましい。筐体、移動ブロック、ガイド装置を構成する要素は洗浄を行い、可能ならばベーキング処理を行うと良い。

更に、前記静圧軸受から吐出される気体は、除湿されていると好ましい。又、前記静圧軸受のみならず、前記筐体外の気体が流入するタイプのガイド装置においては、前記筐体外をチャンバ等で囲って密封空間を形成し、その内部を除湿した気体で満たすと良い。

前記差動排気シールは、排気ポンプに連通し前記開口を囲む３重の溝を有すると、前記差動排気シールからの前記プロセス室内へのリーク量が１０^-5Ｐａ以下とするのに好適となる。前記溝が２重以下であるとシールの大形化を招く一方、４重以上であると、ガイド装置の大型化を招くと共にシール性能が過剰になる傾向があるからである。

より具体的には、極めて大容量の排気ポンプを前記溝に連通させた場合、２重の溝では、前記差動排気シールからの前記プロセス室内へのリーク量として１０^-5Ｐａ以下を得るために、前記移動ブロックとのスキマ（シールスキマ）を極めて小さくするか、或いは溝と溝との間隔を大きく設定する必要が生じる。しかるに、シールスキマを小さくする場合、前記移動ブロックとの接触を招く恐れがあるが、前記移動ブロックとの接触を招かないようなシールスキマを形成すると、１０^-5Ｐａ以下のリーク量を得ることは困難である。一方、溝と溝との間隔を大きく設定する場合、外側の溝で加う面積が増大し、ガイド装置の大型化を招くこととなる。以上は、前記筐体の外部側（高圧側）の溝における排気効率については、例え大容量の排気ポンプを用いても、排気流量が多いため配管途中での圧力損失が生じて、所望の効率を得られないことによるものである。

これに対し、本発明のごとく３重の溝であれば、排気ポンプに連通させることで溝内の気圧を適正に低めることができ、大容量の排気ポンプを２重の溝に連通させた差動排気シールでは得られない、高いシール性能を得ることができる。なお、最もプロセス室に近い側の溝に接続する排気ポンプは、中間の溝に接続する排気ポンプより到達圧力が低い性能（即ち溝内の気圧をより低くできる性能）を有することが好ましい。

前記移動ブロックを挟んで前記プロセス室と反対側に、前記プロセス室外より低圧の減圧室を設けると、前記移動ブロックを挟んで、前記プロセス室の開口内の気圧と、前記減圧室内の気圧とを近づけることで、たとえ前記移動ブロックの肉厚を薄くしてもその変形を効果的に抑えることができ、それにより軽量でありながら高精度な位置決めを達成する位置決め装置を提供できる。尚、前記第１の開口内の気圧と前記減圧室内の気圧とは、必ずしも一致させる必要はない。

前記プロセス室内の圧力を１０^-5Ｐａ以下としたときに、前記プロセス室に流入する気体の圧力上昇量は、１０^-6Ｐａ以下であると好ましい。

ここで、差動排気シールとは、例えば対向する２面間の微小な間隙にある気体を排気することにより、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、排気面と排気溝を有する部材を差動排気シールという。なお、本明細書においては、例えば「２重」の溝と「２段」の溝を同義で用いるものとする。

更に、差動排気シールからのリークとは、差動排気シールの固定体と移動体が接触し隙間が無い状態や、真空中で使用される静圧気体ガイド装置では、軸受への給気が無い状態など、差動排気シールを通過する流入が無い状態に対するプロセス室へのシールを通過する流入（流入による圧力上昇）を示す。また、圧力上昇量とは、静止時の真空度に対するガイド装置の移動時の圧力の上昇量を意味する。

図１（ａ）は、本発明者の検討結果を示す図であって、差動排気シールのシールギャップとプロセス室の到達圧力との関係を示すグラフであり、差動排気シールの仕様を変えた場合について比較検討している。図１（ｂ）に、比較検討に用いたガイド装置の概略断面図を示す。図１（ｂ）において、第１の筐体Ｈ１と第２の筐体Ｈ２の向かい合う開口部Ａ１，Ａ２間に、移動ブロックＭＢが移動可能に配置されている。各開口部Ａ１，Ａ２の周囲に、プロセス室Ｐに近い順に溝Ｇ１〜Ｇ３が３重に取り巻くようにして形成され、それぞれポンプ１〜ポンプ３に接続されている。第１の筐体Ｈ１内のプロセス室Ｐは、ターボ分子ポンプに接続され、且つ圧力計で圧力を測定できるようになっている。第２の筐体Ｈ２内の減圧室Ｒは、移動部録ＭＢに設けた開口を介してプロセス室Ｐに連通している。

以下に結果を述べる検討において、移動ブロックＭＢと筐体との微小スキマ部の流れの状態を、最も外側を粘性流とし、それ以外の真空側のスキマは分子流としている。又、各溝と各ポンプとをつなぐ排気管の内部は、外側２段（ポンプ２，３）の配管は粘性流とし、最もプロセス室Ｐ側のポンプ１の配管は分子流としている。

検討の対象とした差動排気シールの仕様は以下の通りである。なお、差動排気シールの外形寸法は同一とし、排気ポンプの性能は表１に示す通りである。
仕様（１）：排気溝は２段（Ｇ１，Ｇ２）であり、それぞれの排気溝Ｇ１，Ｇ２にはポンプ１，２として大容量の排気ポンプＵＰが接続されている。ポンプ３はガイド装置に接続せず削除し、開口Ａ１，Ａ２とも、溝Ｇ１，Ｇ２の間隔を広げてより高いシール性能を得るようにしている。
仕様（２）：排気溝は３段（Ｇ１〜Ｇ３）であり、それぞれの排気溝Ｇ１〜Ｇ３には通常の排気ポンプＮＰが接続されている。
仕様（３）：排気溝は３段（Ｇ１〜Ｇ３）であり、最もプロセス室Ｐに近い排気溝Ｇ１には、到達圧力の低い排気ポンプＨＰが接続され、残りの排気溝Ｇ２，Ｇ３には通常の排気ポンプＮＰが接続されている。
仕様（４）：排気溝は３段（Ｇ１〜Ｇ３）であり、それぞれの排気溝Ｇ１〜Ｇ３には大容量の排気ポンプＵＰが接続されている。

図１において、仕様（１）の２段排気の差動排気シールによれば、プロセス室の圧力上昇を１０^-4Ｐａ以下に抑えるためには、高価な大容量の排気ポンプＵＰを用いたとしても、シールギャップを２．４μｍ以下に抑えなくてはならず、移動ブロックと筐体との干渉を招く恐れがある。これに対し、仕様（２）の３段排気の差動排気シールによれば、プロセス室の圧力上昇を１０^-4Ｐａ以下に抑えるためには、安価で入手しやすい通常の排気ポンプＮＰを用いたとしても、シールギャップを６．２μｍ以下に抑えれば足り、移動ブロックと筐体との干渉を抑制することができる。

更に、仕様（３）の差動排気シールによれば、最もプロセス室Ｐに近い排気溝を、到達圧力の低い排気ポンプＨＰで排気することによって、プロセス室の圧力上昇を１０^-4Ｐａ以下に抑えるのに、シールギャップを８．８μｍ以下とすることができ、移動ブロックと筐体との干渉を更に抑制することができる。又、プロセス室の圧力上昇を１０^-5Ｐａ以下に抑えるために、シールギャップを５．４μｍ以下とすればよく、この場合でも十分に実用可能範囲といえる。

これに対し、仕様（４）の差動排気シールにおいて、全ての排気溝を大容量の排気ポンプＵＰで排気した場合、プロセス室の圧力上昇を１０^-4Ｐａ以下に抑えるためには、シールギャップを９．０μｍ以下に抑えればよいが、仕様（３）に対してコストや消費電力等を増大させる割には効果が少ないことがわかる。以上より、プロセス室の圧力上昇を低く抑えるには、到達圧力の低いポンプを少なくともプロセス室側の排気溝に接続することが望ましいといえる。

なお、４段排気の差動排気シールにすれば、プロセス室の圧力上昇をより抑えることができるのは、以上の検討結果より明らかであり、例えばシールギャップを維持しつつ、プロセス室の圧力上昇を１０^-5Ｐａ以下に抑えるためには４段以上の排気溝が有効と考えられる。しかしながら、アウトガスの発生などによりプロセス室内を１０^-5Ｐａ以下の真空度に維持することは一般的には困難であるとされ、通常の要求に応えるためには、差動排気シールの能力として、プロセス室の圧力上昇を１０^-5Ｐａ〜１０^-4Ｐａ程度に抑えることができれば十分である。又、４段以上の排気溝を設けることで、差動排気シールのシール部（排気溝と微小スキマ部からなる）の外形が大きくなる恐れがある。差動排気シールのシール部の大きさは、微小スキマ部の幅よりも、排気溝や排気のための貫通孔などの加工性や製作性により決定されることが多いので、実際に設計を推し進めると、４段以上の排気溝を有する差動排気シールのシール部が大型化し、実用化が困難であることがわかる。

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。図２は、第１の実施の形態にかかるガイド装置を用いた位置決め装置１１０の正面断面図であり、密閉されている筐体の上部を省略し且つ差動排気シール及び静圧軸受に関しては簡略化して示している。図３は、図２の位置決め装置１１０を矢印III-IIIで切断して矢印方向に見た図である。図４は、図３の位置決め装置１１０を矢印IV-IVで切断して矢印方向に見た図である。図５〜７は、それぞれ図３の位置決め装置１１０をV-V、VI-VI、VII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。なお、後述する静圧軸受１８１，１８２，１８５と、差動排気シール１５０，１６０とでガイド装置を構成する。

図２に示すように、本実施の形態にかかるガイド装置を用いた位置決め装置１１０は、プロセス室Ｐを含む且つプロセス室Ｐとその外部とを連通する開口１２０ａを有する第１の筐体１２０と、第１の筐体１２０の開口１２０ａに対向して配置された移動ブロック１３０と、第１の筐体１２０と移動ブロック１３０との間に挟まれた中間ブロック１７０と、移動ブロック１３０を挟んで第１の筐体１２０（或いは中間ブロック１７０）の反対側に配置された第２の筐体１４０とから構成されている。プロセス室Ｐは、不図示のポンプにより吸引され負圧となっている。

図２，図５〜７で、移動ブロック１３０の両側の上面は、中間ブロック１７０に対して所定の隙間を介して、静圧軸受１８１（その下面が第１の案内面）で支持され、移動ブロック１３０の両側の下面は、第２の筐体１４０に対して所定の隙間を介して、静圧軸受１８２（その上面が第２の案内面）で支持され、移動ブロック１３０の両側面は、軸受ブロック１８３，１８４に設けられた静圧軸受１８５で支持されている。従って、移動ブロック１３０は、図２において紙面に垂直方向に（図３においては上下方向に）移動可能となっている。尚、本実施の形態では、静圧軸受１８１，１８２，１８５は、それぞれ略円筒形の多孔質グラファイトでなるもので、その軸受面が、中間ブロック１７０、筐体１４０、或いは軸受ブロック１８３，１８４と面一となるように固定されており、不図示のエア供給路を介してエアが供給されるようになっている。静圧軸受１８１に隣接し且つその内側における移動ブロック１３０の上面と、中間ブロック１７０との間は、第１の作動排気シール１５０で密封され、静圧軸受１８２に隣接し且つその内側における移動ブロック１３０の下面と、第２の筐体１４０との間は、第２の作動排気シール１６０により密封されている。静圧軸受１８１，１８２，１８５は、ポンプＰ４から圧送された空気により、対向する面を非接触に支持することができる。一方、差動排気シール１５０，１６０は、ポンプＰ２に吸引されることで負圧となっている。更に、静圧軸受１８１と第１の差動排気シール１５０との間の環状空間１５４（詳細は後述）と、静圧軸受１８２と第２の差動排気シール１６０との間の環状空間１６４（詳細は後述）とは、大気圧に維持されるようになっている。

不図示の定盤上に支持された筐体１２０は、その下壁１２０ｃに、長孔状の開口（第１の開口）１２０ａを形成している。図２で、筐体１２０の下壁１２０ｃの下面には、長円形状の浅い座繰り部１２０ｄが形成されている。下壁１２０ｃに対向する中間ブロック１７０の上面には、座繰り部１２０ｄの周囲に沿って溝部１７０ａが形成されている。溝部１７０ａ内には、変形吸収手段としてのＯ−リング１７１が配置されている。Ｏ−リング１７１は、筐体１２０の下壁１２０ｃの下面に当接し、中間ブロック１７０との間を密封するようになっている。尚、図２に明示されていないが、溝部１７０ａの外側の周囲においても、筐体１２０の下壁１２０ｃの下面と、中間ブロック１７０の上面との間には、隙間が設けられている。この外側の周囲の隙間は、０．１ｍｍ程度のものであるが、これにより中間ブロック１７０の上面と、下壁１２０ｃの下面との非接触状態が保たれる。

中間部材１７０の中央には長円の開口１７０ｂが形成されている。かかる開口１７０ｂ及び第１の筐体１２０の開口１２０ａを貫通するようにして、軸１３１が延在している。軸１３１は、移動ブロック１３０の上面に取り付けられて一体となっている。軸１３１内を貫通する通路１３２は、第１の筐体１２０内のプロセス室Ｐと、第２の筐体１４０と移動ブロック１３０と第２の差動排気シール１６０とで形成された減圧室Ｒとを連通している。減圧室Ｒが移動ブロック１３０の下面と対向している部分が、開口（第２の開口）１４０ａとなっている。尚、移動ブロック１３０は、不図示の駆動部に、連結部１３３（図３）を介して連結されている。駆動部としては、例えばモータとボールねじ等の送りねじとの組み合わせ、モータとベルト及びプーリとの組み合わせ、或いはリニアモータ等を用いることができる。又、静圧軸受１８５の代わりに或いはそれに加えて、第２の筐体１４０に対して移動ブロック１３０を駆動することができる超音波モータ（不図示）を設けることで、駆動部及び連結部１３３を省略することもできる。又、連結部１３３を設ける代わりに、移動ブロック１３０の長手方向端部に、連結部を設け、これを介して駆動部を連結するようにしても良い。この場合、移動ブロック１３０の短手方向の開口は遮蔽すると好ましい。

３段排気の差動排気シール１６０は、第１の開口１２０ａを囲む３重の溝１６１，１６２，１６３と，連通孔１６５，１６６，１６７と、排気孔１６９とから構成される。図３において、第２の筐体１４０の上面に形成された長円状の減圧室Ｒの周囲に沿って、４本の溝１６１〜１６４がトラック状に延在している。そのうち溝１６４（前記環状空間）は、接線方向両側に延び第２の筐体１４０の両端面で大気に開放している。図３，図６又は７に示すように、溝１６１〜１６３の溝底から、第２の筐体１４０の内部に向かって、それぞれ連通孔１６５〜１６７が形成され、図５〜７に示すごとく第２の筐体１４０の内部を長手方向に延在する６本の排気孔１６９に連通している。排気孔１６９は、両端が第２の筐体１４０の外部へと抜けており、それぞれ不図示の吸引ポンプに接続されているが、図５〜７に示すように、第２の筐体１４０の内部に向かうに連れ（すなわち開口１７０ｂ寄りのものほど）太くなる径を有していると好ましい。

３段排気の差動排気シール１５０は、第２の開口１４０ａを囲む３重の溝１５１，１５２，１５３と，連通孔１５５，１５６，１５７と、排気孔１５９とから構成される。中間ブロック１７０の長孔１７０ｂの周囲に沿って、４本の溝１５１〜１５４がトラック状に延在している。そのうち溝１５４は、接線方向両側に延び中間ブロック１７０の両端面で大気に開放している。図６、７に示すように、溝１５１〜１５３の溝底から、第２の筐体１４０の内部に向かって、それぞれ連通孔１５５〜１５７が形成され、図５〜７に示すごとく中間ブロック１７０の内部を長手方向に延在する６本の排気孔１５９に連通している。排気孔１５９は、両端が中間ブロック１７０の外部へと抜けており、それぞれ不図示の吸引ポンプに接続されているが、図５〜７に示すように、中間ブロック１７０の内部に向かうに連れ（すなわち開口１４０ａ寄りのものほど）太くなる径を有していると好ましい。

次に、本実施の形態に係る位置決め装置１１０の動作について説明する。不図示の駆動源の駆動力は、連結部材１３３を介して移動ブロック１３０に伝達され、それにより軸１３１も一体で移動するので、軸１３１の上端に取り付けられたテーブルに載置されたワーク（不図示）を、第１の筐体１２０内で任意の位置に位置決めできる。

ここで、第１の筐体１２０の内部が真空（プロセス室Ｐ内の圧力＝１０^-4Ｐａ以下）であった場合、第１の筐体１２０の内外の気圧差が大きくなり、それに応じて第１の筐体１２０が微小変形する。より具体的には、開口１２０ａの付近が最も剛性が低いので、図２で開口１２０ａを上方に押し上げるように変形する。本実施の形態においては、第１の筐体１２０の下壁１２０ｃの中央部が変形により上方に移動しても、変形吸収手段としてのＯ−リング１７１は、第１の筐体１２０の下壁１２０ｃの下面から離隔することがなく、第１の筐体１２０と中間ブロック１７０との間の密閉性は維持される。すなわち、予め第１の筐体１２０の変形量（かかる変形は第１の筐体１２０と中間ブロック１７０との間の微小隙間により保証される）を見込み、常にＯ−リング１７１が第１の筐体１２０と中間ブロック１７０との双方に密着した状態を保つように設定されている。つまり、プロセス室Ｐ内が減圧され、第１の筐体１２０の下壁１２０ｃがたわみにより上方に変位するにつれ、Ｏ−リング１７１の弾性変形量（つぶれ代）は小さくなってくるが、想定される最大変位量に達しても、Ｏ−リング１７１の弾性変形が完全になくなることがないようにしている。すなわち、第１の筐体１２０は、不図示の定盤上に不図示の支持脚を介して支持されており、一方、中間ブロック１７０，第２の筐体１４０，及び軸受ブロック１８３，１８４よりなる移動ブロック１３０の案内機構も、前記定盤上面を基準にして固定されているので、前記支持脚の高さと中間ブロック１７０の上面の高さの差が、上記の条件を満たすように設定されている。このように、変形吸収手段としてＯ−リング１７１を用いることにより、部品点数が少なくて済む簡単な構成を達成でき、移動ブロック１３０の案内機構を構成する中間ブロック１７０，第２の筐体１４０，及び軸受ブロック１８３，１８４に第１の筐体１２０の変形による影響を及ぼすことが回避される。

又、本実施の形態では、第２の筐体１４０の減圧室Ｒが通路１３２を介してプロセス室Ｐに連通しているので、減圧室Ｒの気圧はプロセス室Ｐの気圧に一致する。従って上下面の気圧が釣り合っているので、移動ブロック１３０の中央の変形を抑制できる。更に、本実施の形態では、Ｏ−リング１７１の位置は、差動排気シール１５０と静圧軸受１８２との間（大気に連通する溝１５４）と略一致するため、プロセス室Ｐにつながる中間ブロック１７０の上面の溝１７０ａの内側の範囲が真空になった場合に、中間ブロック１７０の反対側が差動排気シール１５０となることから、中間ブロック１７０の変形を効果的に抑制することができる。すなわち、差動排気シール１５０の部分の中間ブロック１７０と移動ブロック１３０との間の隙間内の気圧は、プロセス室Ｐ内とは同一ではないが、十分これに近いと考えることができる。一方、移動ブロック１３０は、その上下面に差動排気シール１５０，１６０と、静圧軸受１８１，１８２とをバランス良く対向させているため、それらから受ける力が釣り合って、すなわち上下面の気圧差が全くないので、それに起因する曲げ変形も全くないこととなる。これらにより、中間ブロック１７０の下面と移動ブロック１３０の上面との間隔は略初期状態に維持されるので、差動排気シール１５０及び静圧軸受１８１の機能を損なうことがなく、移動ブロック１３０の下面と第２の筐体１４０の上面との間隔も略初期状態に維持されるので、差動排気シール１６０及び静圧軸受１８２の機能を損なうことがない。又、プロセス室Ｐの内部と外部（大気圧下）との差圧に起因する軸受に対する負荷がないので、前記差圧が変動しても軸受に対する負荷は変動することはない。

本実施の形態によれば、プロセス室Ｐ内の圧力を１０^-4Ｐａ以下としており、さらに３段排気の差動排気シール１５０，１６０を用いているので、差動排気シールからのリークを抑え、プロセス室Ｐ内の圧力上昇を抑えることができる。

更に、移動ブロック１３０両側の気圧を同一にできるので、気圧差をなくすことによる変形の抑制という点に加え、中間ブロック１７０，第２の筐体１４０，及び軸受ブロック１８３，１８４で構成される移動ブロック１３０の案内機構は、不図示の定盤を基準にして組まれると共に、変形が全くないので高精度な移動が容易に得られるという点でも効果的である。又、プロセス室Ｐと減圧室Ｒを吸引するポンプを別個にした場合、一方のポンプに支障が生じたときに、上下面に作用する気圧差が激しくなり移動ブロックの過大な変形が生じる恐れがあるが、本実施の形態では、ポンプに支障が生じても、上下面に作用する気圧差はゼロであるから、移動ブロックの変形は生じることがない。尚、中間ブロック１７０の上下面に作用する気圧差は、厳密にはゼロではないが、上述のように十分小さいので変形も十分抑制できる。

尚、案内としては、作り込みの観点から静圧軸受１８１，１８２，１８５が優れている。案内面とシール面とを同一平面（或いは微小な段差を持った面）として、平行度・平面度を厳密に管理しながらも容易に形成できるからである。リニアガイドなどの別個の案内も利用することができるが、非接触シールである差動排気シールの特性を十分に引き出すためには、非接触式の案内がより優れているといえる。尚、非接触式の案内としては、磁気軸受や、磁気軸受と静圧軸受とを組み合わせたハイブリッド軸受なども含まれる。尚、通路１３２を設ける代わりに、減圧室Ｒ内を減圧するポンプを別個に設けるようにしてもよい。この場合、減圧室Ｒは、例えば１０³Ｐａ程度にすることにより、移動ブロック１３０等の変形を抑制できるので、このポンプ及び差動排気シール１６０のためのポンプの能力は低いもので済むという利点がある。

図８は、本実施の形態の変形例を示す正面断面図である。本変形例においては、第１の筐体１２０（開口１２０ａが拡大した点を除く）、中間ブロック１７０，移動ブロック１３０，第２の筐体１４０の構造自体は、第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。本変形例においては、Ｏ−リング１７１の代わりにベローズ１７２を用いている。ベローズ１７２は、上端がホルダ１７３により第１の筐体１２０に取り付けられ、下端がホルダ１７４により中間ブロック１７０に取り付けられている。

本変形例においても、第１の筐体１２０の下壁１２０ｃが変形により上方に移動すると、変形吸収手段としてのベローズ１７２は伸張することで、第１の筐体１２０と中間ブロック１７０との間の密閉性を維持するようになっている。又、本変形例でも、ホルダ１７４を中間ブロック１７０に対して密封するＯ−リング１７５の位置が、差動排気シール１５０と静圧軸受１８２との間（大気に連通する溝１７０ｃ）と略一致するため、Ｏ−リング１７５を収容する溝１７０ａの内側の範囲が真空になった場合に、中間ブロック１７０の反対側が差動排気シール１５０となることから、中間ブロック１７０の変形を抑制することができる。本変形例では、第１の筐体１２０の比較的大きな変形を、より高い信頼性で吸収することができる。

図９は、第２の実施の形態にかかるガイド装置を用いた位置決め装置２１０を示す正面断面図である。図１０は、図９の位置決め装置２１０をX-X線で切断し矢印方向に見た図である。図において、移動ブロック２３０は、上角板２３０ａと、中角軸２３０ｂと、下角板２３０ｃとを直列に連結した構成を有し、更に中央に通路２３２を形成している。通路２３２は、第１の筐体２２０のプロセス室Ｐと第２の筐体２４０の減圧室Ｒとを連通している。移動ブロック２３０の下角板２３０ｃは、静圧軸受２８１，２８２，２８５により案内され、図１０で左右方向に移動可能に支持されており、又、差動排気シール２６０により、第２の筐体２４０に対して密封されている。上角板２３０ａは、差動排気シール２５０により、中間ブロック２７０に対して密封されている。第１の筐体２２０と中間ブロック２７０とは、変形吸収手段であるＯ−リング２７１により密封されている。なお、静圧軸受２８１，２８２，２８５と、差動排気シール２５０，２６０とでガイド装置を構成する。

本実施の形態においても、第２の筐体２４０の減圧室Ｒが通路２３２を介してプロセス室Ｐに連通しているので、減圧室Ｒの気圧はプロセス室Ｐの気圧に一致する。従って移動ブロック２３０の中央の変形をその分だけ抑制できる。更に、プロセス室の内部と外部との差圧に起因する軸受に対する負荷がないので、前記差圧が変動しても軸受に対する負荷が変動することがない。

図１２は、別な実施の形態にかかるガイド装置の側面図であり、図１３は、図１２の構成をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た図である。図１２において、内部を例えば１０^-4Ｐａとしたプロセス室Ｐを有する筐体２の底面に、支柱４，４が植設され、支柱４，４の上端をガイドレール５が架橋してなる。ガイドレール５に対して移動ブロック３が移動自在に配置されている。

図１３において、移動ブロック３は、ガイドレール５を内包するようにして、上板３ａと下板３ｂの両端を、それぞれ側板３ｃ、３ｄで連結した形となっている。上板６ａのガイドレール５に対向する面には、中央に静圧軸受７Ａが配置され、その周囲に３重の溝（簡略化して図示）を含む差動排気シール６Ａが配置されている。下板６ｂのガイドレール５に対向する面には、中央に静圧軸受７Ｂが配置され、その周囲に３重の溝（簡略化して図示）を含む差動排気シール６Ｂが配置されている。左側の側板６ｃのガイドレール５に対向する面には、中央に静圧軸受７Ｃが配置され、その周囲に３重の溝（簡略化して図示）を含む差動排気シール６Ｃが配置されている。右側の側板６ｄのガイドレール５に対向する面には、中央に静圧軸受７Ｄが配置され、その周囲に３重の溝（簡略化して図示）を含む差動排気シール６Ｄが配置されている。

不図示の正圧ポンプに接続された静圧軸受７Ａ〜７Ｄからガイドレール５に向かって吐出される気体により、ガイドレール５に対して移動ブロック３は非接触的に支持され、不図示の駆動装置によりガイドレール５に対して移動可能となっている。静圧軸受７Ａ〜７Ｄから吐出された気体は、不図示の排気ポンプに接続された差動排気シール６Ａ〜６Ｄの３重の溝により捕獲され回収されるので、プロセス室Ｐの真空雰囲気を破壊することが抑制される。静圧軸受７Ａ〜７Ｄからプロセス室Ｐに流入する気体の圧力上昇量は、１０^-5Ｐａ以下であると好ましい。ただし、プロセス室Ｐの気圧が１０^-5Ｐａ以下である場合、静圧軸受７Ａ〜７Ｄからプロセス室Ｐに流入する気体の圧力上昇量は、１０^-6Ｐａ以下であることが望ましい。

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、差動排気シール１５０の溝部１５１，１５２、１５３及び差動排気シール１６０の溝部１６１，１６２、１６３は、３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、２列あるいは４列以上としても良い。また、第１の筐体１２０と、中間ブロック１７０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、リニアガイドや静圧軸受に限らず、例えばクロスローラガイド等、他の転がり軸受など各種の軸受を用いることができる。またＯ−リング等の位置決め用の溝部を中間ブロック側に設けるようにしたが、第１の筐体側、あるいは双方に設けられるようにしてもよい。

図１（ａ）は、本発明者の検討結果を示す図であって、差動排気シールのシールギャップとプロセス室の到達圧力との関係を示すグラフであり、図１（ｂ）は、比較検討に用いたガイド装置の概略断面図である。第１の実施の形態にかかるガイド装置を用いた位置決め装置１１０の正面断面図である。図２の位置決め装置１１０を矢印III-IIIで切断して矢印方向に見た図である。図４は、図３の位置決め装置１１０を矢印IV-IVで切断して矢印方向に見た図である。図３の位置決め装置１１０をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。図３の位置決め装置１１０をVI-VI線で切断して矢印方向に図である。図３の位置決め装置１１０をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。第１の実施の形態にかかる変形例の正面断面図である。第２の実施の形態にかかるガイド装置を用いた位置決め装置２１０を示す正面断面図である。図９の位置決め装置２１０をX-X線で切断し矢印方向に見た図である。本発明者の行った実験結果を示すグラフである。別な実施の形態にかかるガイド装置の側面図である。図１２の構成をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た図である。

符号の説明

１０，１１０、２１０位置決め装置
２０、１２０、２２０第１の筐体
３０，１３０、２３０移動ブロック
４０、１４０，２４０第２の筐体
７０，１７０，２７０中間ブロック
５０，６０，１５０，１６０，２５０，２６０差動排気シール
Ｐプロセス室
Ｒ減圧室

Claims

減圧下に曝されるプロセス室内に連通する開口を有する案内面を備えた筐体内において、前記案内面に対して所定の隙間を介して対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動ブロックをガイドするガイド装置において、
前記筐体に対して、前記移動ブロックを移動可能に支持する静圧軸受と、
前記開口を囲むようにして、前記筐体と前記移動ブロックとの間に設けられ、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールする差動排気シールとを有し、
前記プロセス室内の圧力を１０^-4Ｐａ以下としたことを特徴とするガイド装置。
前記プロセス室に流入する気体の圧力上昇量は、１０^-5Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガイド装置。
前記差動排気シールは、排気ポンプに連通し前記開口を囲む３重の溝を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のガイド装置。
前記移動ブロックを挟んで前記プロセス室と反対側に、前記プロセス室外より低圧の減圧室を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガイド装置。
前記プロセス室内の圧力を１０^-5Ｐａ以下としたときに、前記プロセス室に流入する気体の圧力上昇量は、１０^-6Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガイド装置。
減圧されたプロセス室内で使用される、気体を用いた静圧軸受を有するガイド装置において、プロセス室内の圧力を１０^-4Ｐａ以下としたことを特徴とするガイド装置。
前記静圧軸受から前記プロセス室に流入する気体の圧力上昇量は、１０^-5Ｐａ以下であることを特徴とする請求項６に記載のガイド装置。
前記静圧軸受の周囲に差動排気シールが設けられ、前記差動排気シールは、排気ポンプに連通し前記開口を囲む３重の溝を有することを特徴とする請求項６又は７に記載のガイド装置。
前記プロセス室内の圧力を１０^-5Ｐａ以下としたときに、前記静圧軸受から前記プロセス室に流入する気体の圧力上昇量は、１０^-6Ｐａ以下であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のガイド装置。