JP4269711B2 - 静圧気体軸受 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境下で使用する静圧気体軸受に関する発明である。
【0002】
【従来の技術】
半導体露光装置の光源が将来、レーザー光から更に短波長の電子ビーム、X線へと移行して行くにあたり、露光装置内部の可動機構に用いられる静圧気体軸受には真空環境内で動作可能であることが求められている。
静圧気体軸受は従来、エアーパッドから噴出する気体を軸受外部へ自由に放出しながら利用されてきたが、真空環境内で静圧気体軸受を動作させる場合、この軸受外部への気体放出を極力低減する必要がある。
これを実現するために、例えば特許文献1のように静圧気体軸受のエアーパッド周囲にラビリンスシール機構を設けた構造の静圧気体軸受が考案され、10−5Paの高真空環境内で利用できるものが既に実用化されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−333022公報(第9図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、真空環境内で利用可能な静圧気体軸受として、本発明者らは、上記特許文献1にその最適な構造を開示し、静圧気体軸受の移動体から真空環境下へのリークをなくすことができたが、静圧気体軸受に接続される配管類の状況は以下のようになっている。
例えば、エアーパッド部に気体を供給するための気体供給配管においては約5気圧、即ち500000Pa前後の高圧気体を内包しており、大気圧溝及び大気圧溝に接続された大気開放配管においては約1気圧、即ち100000Pa前後の気体を内包している。更に、真空ポンプで排気を行う減圧溝、ガイド軸及びガイド軸に接続された排気配管においても、その内部の圧力は数Pa〜数千Paであり、静圧気体軸受周囲の圧力(10−5Pa)よりもはるかに高圧である。
このため、静圧気体軸受の各配管接続部や部品の締結部等において1箇所でもリーク箇所が存在すると、静圧気体軸受の周囲圧力が上昇し、所望の真空を得ることができない。このような不具合を防止するため、製作後に静圧気体軸受のリークチェックを行い不具合箇所の修正を行うことが必須である。
【0005】
しかしながら、静圧気体軸受特有の問題により、リークチェックは経験と勘を要するかなり難しい作業となっていた。
すなわち、静圧気体軸受は微小隙間を介して静圧気体軸受外部と通じているため、例えばプローブ法によりヘリウムガスを吹き付けリークを検査する際、吹き付けられたヘリウムガスは静圧気体軸受周辺の空間を漂い、その一部は前記微小隙間を通って静圧気体軸受の内部空間へ流入してしまう可能性がある。
その結果、検査箇所に問題が無い場合でもヘリウムリークディテクタは反応を示し、その箇所で検査不合格と判定してしまうのである。
【0006】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ヘリウムリークディテクタによるリークチェックが可能な圧力領域まで静圧気体軸受内部の圧力を減少させること、及び、微小隙間へのヘリウムガス流入を完全に防止することができ、リークチェックを容易に且つ正確に行うことが可能な静圧気体軸受、及びそのリークチェック方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1は、少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、前記減圧溝の更に外周には遮断溝を設けてあることとした。
遮断溝を有する構成としたので、遮断溝を利用して微小隙間への気体流入経路を一時的に遮断することが可能となる。
【0008】
上記目的を達成するために請求項2は、前記遮断溝内に前記可動部の外部から液体を注入することが可能であることとした。
液体を遮断溝に注入することで、気体流入経路の一時的な遮断ができるのでより容易に遮断できるようになる。
【0009】
上記目的を達成するために請求項3は、前記遮断溝の深さが1mm以下であることとした。
上記構成とすることで、静圧気体軸受の外形寸法に影響を与えることなく遮断溝を設けることが可能となる。また、遮断溝内に液体を注入した際、表面張力により液体を遮断溝内に一定時間留めることが可能となり、更には使用する液体も少量でよい。
【0010】
上記目的を達成するために請求項4は、少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、大気中において静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行う際、全ての前記減圧溝をポンプにて排気しながら行うこととした。
上記構成とすることで、静圧気体軸受内部の全空間の圧力が1000Pa以下となるので、全空間に対してヘリウムによるリークチェックを行うことが可能となる。
【0011】
上記目的を達成するために請求項5は、前記遮断溝内に液体を注入することで、前記可動部と前記固定部の平滑面とが対抗し形成される微小隙間に対して外部から気体が流入する経路を一時的に遮断した状態で、静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行うこととした。
上記構成とすることで、微小隙間へヘリウムガスが流入することを防止し、リークチェックの合否判定を確実に行うことが出来る。
【0012】
上記目的を達成するために請求項6は、前記遮断溝内に注入する液体として、揮発性の有機溶剤を使用することとした。
上記構成とすることで、リークチェックが完了した後において、遮断溝内に注入した液体を除去することが容易となる。
【0013】
上記目的を達成するために請求項7は、前記揮発性の有機溶剤として、イソプロピルアルコールを使用することとした。
上記構成とすることで、イソプロピルアルコールの蒸発速度はアセトンなどに比べて低いため遮断溝内に10分以上留めることが出来、リークチェック完了後は遮断溝内に空気を導入することで完全に除去することが容易である。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。
まず、具体的に、静圧気体軸受に対してヘリウムガスを用いたプローブ法によりリークチェックを行う方法を図面に基づき説明する。
プローブ法とは、検査対象となる真空機器の内部を排気しながら、真空機器の外部からプローブによりヘリウムガスを局所的に吹き付け、真空機器内部へ流入してくるヘリウムガスの量を分析計にて観察することで、プローブをあてた箇所におけるリークの有無を判定する方法である。
【0015】
説明のために、リークチェックの対象となる静圧気体軸受の一例として、特許文献1に示された静圧気体軸受を取り上げることとし、その全体図を図1に示した。
図1は、4面が平滑面となっている固定部に、天板2a、側板2b、底板cからなり、外部から供給されるエアーを介して固定部に対して左右に移動する可動部とを備える静圧気体軸受を示している。
また、この静圧気体軸受の具体的な内部構造を示すために、その各部品の詳細を図2から図7に示した。構造の詳細については特許文献1に記載されているため省略するが、要となるのは、固定部1はセラミックスからなるガイド軸であり、その内部にはリブ構造による空洞5が存在すること。及び、可動部2の内部においては減圧溝7が2重に配置され、それらは固定部内の前記空洞5を介して、真空チャンバー外部へ設置された真空ポンプへと接続されていることである。
また、エアーパッド9への気体供給配管20、及び大気圧溝10を大気へ開放するための大気開放配管21については、可動部2へ配管が直接接続された構造となっている。尚、これら気体供給配管20及び大気開放配管21の接続口(それぞれ15、16)は、可動部2を構成する天板2a、測板2b、底板2cの全てに設けられているが、図においては簡単のために測板2bにおいてのみ図示している。
以上でわかるように静圧気体軸受の内部空間は、気体供給系、大気開放系、内側減圧溝系、外側減圧溝系の4つの空間に分かれており、4つの空間についてそれぞれ個別にリークチェックを行っていくこととなる。
【0016】
まず、気体供給系の空間についてリークチェックを行うための配管接続方法を図8に示した。リークチェックの対象が気体供給系であるから、気体供給配管接続口15にヘリウムリークディテクタを接続することは当然であるが、それだけの状態でヘリウムリークディテクタを始動しても、気体供給配管20内部の圧力が所定の圧力以下(1000Pa以下)まで下がらない。これは、静圧気体軸受においては固定部1と可動部2との間に数μmの微小隙間が存在するため、前記4つの内部空間はこの微小隙間を介して全て通じており、更には静圧気体軸受外部の空間とも通じていることに起因する。
したがって、図8に示したように大気開放配管21を封止し、さらに内側減圧溝7aと外側減圧溝7bとを真空ポンプにて排気しながらヘリウムリークディテクタを始動する。
【0017】
こうすると、気体供給系の空間の圧力は10Pa程度まで下がるため、リークチェックを行うことが可能となる。尚、大気開放配管21を封止したのと同様に、固定部1両端の減圧溝排気配管接続口4を封止しても良いように思われるが、そうした場合は減圧溝7に残った大気圧の気体がゆっくりと気体供給配管20内に流入するため、気体供給配管20の圧力が十分に下がらず、高精度のリーク検査が難しくなってしまう。このため、図8のように減圧溝7をポンプで排気しながらリークチェックを行う必要がある。
【0018】
次に、大気開放系の空間についてリークチェックを行うための配管接続方法を図9に示した。この場合は大気開放配管接続口16にヘリウムリークディテクタを接続し、気体供給配管20を封止する。図8と同様に、内側減圧溝7aと外側減圧溝7bとを真空ポンプにて排気しながらヘリウムリークディテクタを始動する。
【0019】
また、内側減圧溝系、外側減圧溝系のリークチェックを行う際は、気体供給配管20、大気開放配管21の両方を封止し、減圧溝7はやはり真空ポンプで排気しながら、リークチェック対象となる配管にヘリウムリークディテクタを接続してリークチェックを行うことが出来る。その様子はそれぞれ図10及び図11に示した。
【0020】
図12に示したのは、本実施例における静圧気体軸受の可動部2を構成する天板2bを示す図である。図5に示した従来の形状と異なるのは、外側減圧溝7bの更に外側に、幅1mm、深さ0.5mmの遮断溝17a,17bが形成されていることである。またこの遮断溝17a,17bの片側端部においては、遮断溝17a,17bに液体を注入するための液体注入穴18a,18bが天板2aを貫通して設けられている。
ここで、この液体注入穴は、天板に設けた例を示したが、側板に設けてもよい。
【0021】
本実施例における静圧気体軸受の可動部2を構成する2枚の側板2b及び底板2cを、それぞれ図14、図15、図13に示した。これらにおいても図12の天板2aと同様に、外側減圧溝7bの更に外側で可動部の移動方向の内面の両端付近に幅1mm、深さ0.5mmの遮断溝17a,17bが形成されており、これらの部材を組み立てて可動部2を構成した状態においては、天板2a、側板2b、底板2cのそれぞれの遮断溝17aが接続され連続して固定部1を取囲むように形成され、同様に遮断溝17bも固定部1を取囲むように設計されている。この状態で可動部2の移動方向の内面の両端部に外部から微小隙間を通って流入する気体を遮断することができる遮断溝17aおよび遮断溝17bがそれぞれ形成される。また、片側の側板2bにおいては図15に示したように、天板2aの液体注入穴18a、18bから注入された液体の出口として、液体吐出穴19a、19bが側板2bを貫通して設けられている。
ここで、液体注入穴を側板に設けた場合は、液体吐出穴を天板に設けるようにすると良い。
【0022】
可動部2において、天板2aに形成された液体注入穴18a、18bへ注入された液体が、可動部2を構成する各部品に形成された遮断溝17a、17bに供給され、最終的には片側の側板2bに形成された液体吐出穴19a、19bから吐出されるまでに通過する経路を図16に示した。同図にて明らかなように、液体注入穴18a、18bに注入された液体は固定部1の周りをほぼ一周するような経路で遮断溝17a、17bへ供給され、その後は蒸発するまでの一定時間、遮断溝17a、17b内にとどまり、微小隙間へ気体が流入する経路を遮断することが出来る。尚、同図では液体の通過する経路において液体吐出穴19a、19bの近辺で隙間が開いているように見えるが、実際には微小隙間内にも液体が僅かに浸透するため、微小隙間へ気体が流入する経路は完全に遮断される。
【0023】
尚、本発明においては「遮断溝17は外側減圧溝7bの更に外周に設ける」と記述してきたが、この意味は、外側減圧溝7bから静圧気体軸受の外部に向かって気体が流出し得る経路を全て遮断できるように遮断溝17を配置することを示す。
例えば、図17のように、固定部が三つの平滑面を有し、この三つの平滑面に対して、可動部2が1枚の天板2aと2枚の側板2bの3部品からなる3面拘束の構造である静圧気体軸受の場合、側板2bにおける遮断溝の配置は図18のようなものが考えられる。このとき、液体注入穴18へ注入された液体が、可動部2を構成する各部品に形成された遮断溝17に供給され、最終的には片側の側板2bに形成された液体吐出穴19から吐出されるまでに通過する経路は図19に示すようになる。
【0024】
注入する液体は、リークチェックの作業中には遮断溝17内にとどまり、リークチェック完了後は速やかに除去できることが望ましい。発明者が行った実験においてはイソプロピルアルコールを使用した際に最も良好な使用感が得られた。
注入後10分はリークチェックを行うことが可能であり、さらに検査が長時間にわたる場合には、液体を注入後、液体注入穴18及び液体吐出穴19をゴムキャップで封止しておけば、1時間以上に渡りリークチェックが可能であった。また、リークチェック完了後は液体注入穴18に加圧空気を導入し、可動部2を固定部1に対して2〜3回ほどスライドさせることで完全に除去することが出来た。
【0025】
遮断溝17にイソプロピルアルコールを注入した後、ヘリウムガスによるリークチェックを行ったところ、微小隙間に対して直接ヘリウムガスを吹き付けた際においてもヘリウムリークディテクタは反応を示さず、静圧気体軸受の内部空間と外部の空間とは完全に遮断されていることがわかった。即ち、これまでのように微小隙間にヘリウムガスが流入しないように注意を払う必要も無く、静圧気体軸受の全ての箇所に対して確実にリークチェックを行うことが可能であることを確認した。
【0026】
上記実施例では、固定部、可動部として記載したが、上記の可動部を固定し、上記の固定部を左右に移動させて用いる場合であっても、同様の構造と検査方法が適用できる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、微小隙間へのヘリウムガス流入を完全に防止することができ、全ての内部空間に対してリークチェックを容易に且つ正確に行うことが可能な静圧気体軸受、及びそのリークチェック方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の静圧気体軸受の外観を示す斜視図である。
【図2】 従来の静圧気体軸受におけるガイド軸の構造を示す斜視図である。
【図3】 従来の静圧気体軸受における可動部の構造を示す斜視図である。
【図4】 従来の静圧気体軸受における可動部の構造を示す斜視図である。
【図5】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する天板を示す図である。
【図6】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する底板を示す図である。
【図7】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する側板を示す図である。
【図8】 静圧気体軸受の内部空間のうち、気体供給系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図9】 静圧気体軸受の内部空間のうち、大気開放系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図10】 静圧気体軸受の内部空間のうち、内側減圧溝系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図11】 静圧気体軸受の内部空間のうち、外側減圧溝系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図12】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する天板を示す図である。
【図13】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する底板を示す図である。
【図14】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する一方の側板を示す図である。
【図15】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する他方の側板を示す図である。
【図16】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部において、天板の液体注入穴から遮断溝へ注入された液体が通る経路を示す図である。
【図17】 本発明にかかる静圧気体軸受の外観を示す斜視図である。
【図18】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部の構造を示す斜視図である。
【図19】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部において、天板の液体注入穴から遮断溝へ注入された液体が通る経路を示す図である。
【符号の説明】
1…固定部(ガイド軸)
2…可動部
2a…天板、2b…側板、2c…底板
3…支柱
4…排気配管接続口
4a…内側排気配管接続、4b…外側排気配管接続
5…空洞
6…排気穴
6a…内側排気穴、6b…外側排気穴
7…減圧溝
7a…内側減圧溝、7b…外側減圧溝
8…ボルト穴
9…エアーパッド
10…大気圧溝
11…大気開放穴
12…締結面
13…シール剤供給穴
14…シール剤封入溝
15…気体供給配管接続口
16…大気開放配管接続口
17、17a、17b…遮断溝
18、18a、18b…液体注入穴
19、19a、19b…液体吐出穴
20…気体供給配管
21…大気開放配管
Claims (6)
- 少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、
前記減圧溝の更に外周には
大気中においてヘリウムによるリークチェックを行う際、外部から液体を注入することで、前記液体が蒸発するまでの一定時間、前記液体が遮断溝にとどまり、前記微小隙間にヘリウムガスが流入することを遮断するための遮断溝を設けてあることを特徴とする静圧気体軸受。 - 前記遮断溝の深さが1mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の静圧気体軸受。
- 少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、
大気中において静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行う際、全ての前記減圧溝をポンプにて排気しながら行うことを特徴とする静圧気体軸受の検査方法。 - 前記減圧溝の更に外周には遮断溝を設け該遮断溝内に液体を注入し、前記可動部と前記固定部の平滑面とが対抗し形成される微小隙間に対して外部から気体が流入する経路を一時的に遮断した状態で、静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行うことを特徴とする請求項3に記載の静圧気体軸受の検査方法。
- 前記遮断溝内に注入する液体として、揮発性の有機溶剤を使用することを特徴とする請求項4に記載の静圧気体軸受の検査方法。
- 前記揮発性の有機溶剤として、イソプロピルアルコールを使用することを特徴とする請求項5に記載の静圧気体軸受の検査方法。
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