JP4273743B2 - 位置決め装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば外部環境から隔離された室内でワークを移動可能な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。ここで、プロセス室内に位置決め装置を設けると、その可動部に補給する潤滑剤などが飛散してプロセス室内を汚染するおそれがある。
【０００３】
このような問題に対して、たとえば米国特許第４１９１３８５号（特許文献１）には、一体型負圧密封式ガス軸受組立体が開示されている。かかる従来技術においては、軸受ブロック上に２次元方向に移動可能な可動部を設け、さらに軸受ブロックと可動部との間にプロセス室を形成し、差動排気シールによりプロセス室と外部とを密封することによって、プロセス室を負圧環境に維持したまま、その内部で可動部上に載置したワークの処理を行えるようにしている。従って、ワークを駆動する駆動部をプロセス室外に設置することができ、それによりプロセス室の汚染を抑止でき、また駆動部のメンテナンスも容易に行えるようになっている。
【特許文献１】
米国特許第４１９１３８５号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなプロセス室内における加工処理は、半導体の製造など、極めて高い精度を要するワークに適用されるものである。ここで、加工の基準となる面を筐体の内面とすることも考えられる。しかしながら、例えばプロセス室を真空にした場合、プロセス室を覆う筐体には、筐体内外の気圧差に基づく大きな力が加わるので、微小な変形が生ずる。又、プロセス室と連通する開口を、移動ブロックに対峙させたとき、開口内が真空であることから、移動ブロック自体にも微小な変形が生じることとなる。かかる場合、移動ブロックが変形すると、加工の基準となる加工基準位置が変化して、精度の良い加工処理が行えない恐れがある。そのような問題に対し、移動ブロック等の肉厚を増大させることによって変形を抑えるという考えもある。しかしながら、移動ブロック等の肉厚を増大させると、装置全体が重くなるという新たな問題が生じる。
【０００５】
かかる観点から、本願発明者は、移動ブロックを挟んでプロセス室と反対側に、プロセス室外より低圧の減圧室を設けた位置決め装置を提案している。しかるに、かかる提案された位置決め装置は、減圧室が、プロセス室に対応した第２の開口を有する第２の筐体内に形成され、この第２の開口には、移動ブロックとの間に、所定の隙間を介して対向した状態で案内する第２の案内面を設けているものである。すなわち、移動ブロックは、所定の隙間を介して両面で、第１の案内面と第２の案内面に対峙していることとなる。
【０００６】
ところで、近年においては、移動ブロックの大型化（ストロークの長大化）の要求が高まり、それにより微小隙間で対向する差動排気シールのシール面積が大きくなる傾向がある。例えば、３００ｍｍのストロークを達成するためには、差動排気シールにおいて、１５０ｍｍ×４００ｍｍの面積にわたって数μｍで２面が対向する必要がある。更に、差動排気シール以外に静圧軸受を配置したり、プロセス室との連結部の剛性を確保するためにた、例えば２００ｍｍ×６００ｍｍの面積にわたって数μｍで対向している必要がある。
【０００７】
このように大きな領域を数μｍで対向させるためには、現在の加工技術における精度限界から、小さな領域の場合に比べ広めの隙間を設定するという実情がある。また、装置の輸送時などに設置面の精度が保証されない場合に、設置面の極端な凹凸に起因して位置決め装置が変形し、差動排気シール面が接触してかじり付きなどが生じることを防止するためにも、より広めの隙間を確保したい。しかしながら、かかる事情により広めの隙間を設定すると、その分、差動排気シールの機能が低下することになる。
【０００８】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、プロセス室に通じる開口をシールする差動排気シールのシール面に、かじり付き等の発生することを防止しつつ、高いシール性能を得ることができる位置決め装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、
減圧下に曝されるプロセス室内に連通する第１の開口を有する第１の案内面を備えた第１の筐体と、
前記第１の案内面に対して第１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と、
前記第１の開口を囲むようにして、前記第１の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第１の差動排気シールとを備えた位置決め装置において、
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ており、
前記減圧室は、前記プロセス室に対応した第２の開口を有する第２の筐体内に形成され、前記第２の開口には、前記移動ブロックとの間に、第２の隙間を介して対向した状態で案内する第２の案内面と、前記第２の案内面と前記移動ブロックとの対向面に設けられ、前記減圧室内と、前記減圧室内よりも高圧の減圧室外との間をシールする第２の差動排気シールとが設けられており、
動作時において、前記第１の隙間は前記第２の隙間より小さいことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
輸送時など、装置の非動作時における差動排気シールのカジリなどを抑制するためには、前記移動ブロックと前記第１の案内面（第１の差動排気シールのシール面）との第１の隙間、及び前記移動ブロックと前記第２の案内面（第２の差動排気シールのシール面）との第２の隙間をそれぞれ広くすることが考えられる。しかしながら、装置の動作時（使用時）に所定の環境を維持したい前記プロセス室に連通する前記移動ブロックと前記第１の案内面との第１の隙間を広くすることは、前記プロセス室の環境を損なう恐れがあるので回避したい。そこで、本発明においては、前記移動ブロックの両面に対し、前記第１の隙間と前記第２の隙間とが存在することに着目し、この点を利用することにした。すなわち、少なくとも使用時（動作時）における第２の隙間を第１の隙間より広めに設定している。さらに、必要に応じ、輸送時など非動作時には、前記移動ブロックを前記第２の案内面側に寄せることで前記第２の隙間を狭くし、その分だけ前記第１の隙間を広くして不用意なカジリなどを抑制できるようにしている。特に、前記第１の案内面及び前記第２の案内面に静圧軸受を設けた場合、静圧軸受が機能せず案内面と移動ブロックが接触した状態になるため、本発明の効果が大きいといえる。但し、輸送中など振動が付与されることを考慮した場合、例えば輸送固定具によって、隙間が常に一定に維持されるような機構が必要である。一方、動作時には、前記移動ブロックを前記第１の案内面側に寄せることで前記第１の隙間を狭くし、それにより前記プロセス室の環境を保護することができる。
【００１１】
尚、動作時に、前記第１の隙間と前記第２の隙間をいくらに設定するかであるが、前記プロセス室内を高真空にすることを考えた場合、前記第１の隙間は数μｍ、前記第２の隙間は十〜数十μｍと設定することが望ましいと考えられる。このような隙間の差を差動排気シールに隣接して設けた静圧軸受で達成する場合、静圧軸受は数μｍと狭い隙間での支持性能は高いが、隙間が広くなると支持性能が低下するため、その分軸受面積を大きくする必要が生じる。搭載重量によるが、狙いの性能を実現するためには、軸受面積が非現実的な大きさとなることも発生するので、静圧軸受以外の手段で、隙間の差を実現する必要もある。
【００１２】
更に、前記第１の差動排気シールのシール面積は、前記第２の差動排気シールのシール面積より大きいと、動作時に、例えば前記移動ブロックを前記第１の案内面側に寄せることで前記第１の隙間を狭くし、それにより前記プロセス室の環境を保護することができる。
【００１３】
又、前記第１の案内面に、媒体を介して前記移動ブロックを支持する非接触式の第１の軸受（例えば静圧軸受や磁気軸受等）が設けられ、前記第２の案内面に、媒体を介して前記移動ブロックを支持する非接触式の第２の軸受（例えば静圧軸受や磁気軸受等）が設けられ、前記第１の軸受の支持面の面積は、前記第２の軸受の支持面の面積より小さいと、動作時に、例えば前記移動ブロックを前記第１の案内面側に寄せることで前記第１の隙間を狭くし、それにより前記プロセス室の環境を保護することができる。
【００１４】
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、排気面を有する部材を差動排気シールという。
【００１５】
【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。図１は、第１の実施の形態にかかる位置決め装置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。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態の位置決め装置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。また、減圧室Ｒも不図示のポンプにより吸引され、負圧となっている。尚、本実施の形態及び後述する実施の形態において、第１の筐体１２０及び中間ブロック１７０が、本発明の第１の筐体を構成している。
【００１７】
図１で、移動ブロック１３０の上面は、中間ブロック１７０の下面（第１の案内面）に設けられた第１の差動排気シール１５０に対して、第１の隙間Δ１を有するように転がり式の案内装置であるリニアガイド１８９に支持されている。このとき、移動ブロック１３０の下面の、第２の筐体１４０の上面（第２の案内面）に設けられた第２の差動排気シール１６０に対する第２の隙間Δ２が、前記第１の隙間Δ１に対し、Δ２＞Δ１となるよう設定されている。第２の差動排気シールにより密封される空間が減圧室Ｒとなる。差動排気シール１５０，１６０は、移動ブロック１３０との間の隙間以外は同一の仕様であり、同一の条件で吸引されることで負圧となっており、内部への異物や空気の流入等を阻止する機能を有する。差動排気シール１５０及び１６０はそれぞれ３列の差圧室を備えており（詳細は後述の第２の実施の形態で説明する）、排気手段Ｐ１は、３つの排気ポンプからなり、差動排気シール１５０及び１６０の最も内側の差圧室同士、２番目の差圧室同士、最も外側の差圧室同士が、それぞれの排気ポンプにより排気されている。但しこのように同じ位置同士の差圧室に対応する排気ポンプを共通化する代わりに、別々にしてもよい。
【００１８】
定盤Ｇ上に、脚部１９０及び中間ブロック１７０を介して支持された筐体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１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１に明示されていないが、筐体１２０は不図示の脚部を介して定盤Ｇ上に支持されており、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、隙間が設けられるように設定されている。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。
【００１９】
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。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３参照）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。
【００２０】
差動排気シール１５０，１６０については、後述する第２の実施の形態で詳細に説明する。
【００２１】
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内で開口１２０ａ、１７０ｂに沿って移動可能な範囲内で、任意の位置に位置決めできる。
【００２２】
ここで、第１の筐体１２０の内部が真空であった場合、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、定盤Ｇ上に不図示の脚部を介して支持されており、一方、中間ブロック１７０，脚部１９０を介して定盤Ｇ上面を基準にして固定されているので、前記不図示の脚部への高さ、すなわち第１の筐体１２０の底面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、第１の筐体１２０の変形の影響を、移動ブロック１３０に及ぼさないようにできる。
【００２３】
又、本実施の形態では、減圧室Ｒは、第２の差動排気シール１６０により、外部に対して減圧されている。従って上下面の圧力が近くなっているので、移動ブロック１３０の中央の変形を抑制できる。
【００２４】
本実施の形態では、輸送時などの非動作時もΔ１＜Δ２の状態である。剛性の高いリニアガイドの採用などにより、中間ブロック１７０と移動ブロック１３０との接触を最小限に抑えることは可能である。しかし、特に、輸送時の部材の変形や振動が問題になる場合には、輸送時など非動作時には、移動ブロック１３０を第２の差動排気シール１６０（第２の案内面）側に寄せることで第２の隙間Δ２を狭くし、その分だけ第１の隙間Δ１を広くしてプロセス室Ｐに通じる側の開口のシール面の不用意なカジリなどを抑制するようにするのが、より好ましい。具体的には、Δ１＞Δ２となるように組立て、動作時にはΔ１＜Δ２となるように吸引力を作用させるようにする。これにより、動作時には、移動ブロック１３０を第１の差動排気シール１５０（第１の案内面）側に寄せることで第１の隙間Δ１を狭くし、それによりプロセス室Ｐの環境を保護することができる。そのようにするための具体的方策としては、後述の第２の実施の形態のように、差動排気シール１５０の排気能力を、差動排気シール１６０の排気能力に対して相対的に高くする方法や、第３の実施の形態のようにシール有効面積を１５０の側を相対的に大きくする、あるいは両者の組み合わせ等がある。
【００２５】
図２は、第２の実施の形態にかかる位置決め装置２１０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２１０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２１０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２１０をV-V、VI-VI、VII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。
【００２６】
図２に示すように、本実施の形態の位置決め装置２１０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。同様に減圧室Ｒも不図示のポンプにより吸引され負圧になっている。
【００２７】
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に対して第１の隙間Δ１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に対して第２の隙間Δ２（＞Δ１、但し動作時）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、簡略化して示す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の差動排気シール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の差動排気シール１６０により密封されている。静圧軸受１８１，１８２，１８５は、ポンプＰ３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、第１の差動排気シール１５０は排気ポンプＰ１に吸引され、第２の差動排気シール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。
【００２８】
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、筐体１２０は不図示の脚部を介して定盤Ｇ上に支持されており、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。
【００２９】
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。第２の差動排気シール囲われた空間が減圧室Ｒを構成している。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してもよい。
【００３０】
差動排気シール１６０は、溝（差圧室）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、溝１６１〜１６３に対応してそれぞれ別個の不図示の吸引ポンプに接続されている（これらを代表して図２では排気手段Ｐ２として示している。）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。
【００３１】
差動排気シール１５０は、溝（差圧室）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、中間ブロック１７０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、溝１５１〜１５３に対応してそれぞれ別個の不図示の吸引ポンプに接続されている（これらを代表して図２では排気手段Ｐ１として示している。）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。
【００３２】
次に、本実施の形態に係る位置決め装置２１０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内で開口１２０ａ、１７０ｂに沿って移動可能な範囲内で、任意の位置に位置決めできる。
【００３３】
ここで、第１の筐体１２０の内部が真空であった場合、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、定盤Ｇ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（すなわち、第１の筐体１２０の底面の高さ）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。
【００３４】
又、本実施の形態では、第２の筐体１４０の減圧室Ｒが第２の差動排気シール１６０により減圧されている。従って移動ブロック１３０の上下面の気圧が近づいているので、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１８１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。
【００３５】
本実施の形態において、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、定盤Ｇを基準にして組まれると共に、変形が抑制されている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。
【００３６】
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。第１の実施の形態のように転がり式（接触式）の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。但し、本実施の形態のように、静圧軸受を使用すると、差動排気シールの部分と静圧軸受の部分とで、移動ブロックとの隙間をほぼ同一とすることができるので、好ましい。更に上述の通り、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いる。この場合、減圧室Ｒ内は、例えば１０^４Ｐａ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。
【００３７】
特に、本実施の形態では、排気手段Ｐ１（溝１５１，１５２，１５３に対応して設けられる排気ポンプ等を含む。）とＰ２（溝１６１，１６２，１６３に対応して設けられる排気ポンプ等を含む）の性能を異ならせ、例えば排気手段Ｐ１を構成する排気ポンプの性能を、排気手段Ｐ２を構成する排気ポンプより高めると、移動ブロック１３０は、中間ブロック１７０側に接近することとなる。すなわち、動作時には、移動ブロック１３０を第１の差動排気シール１５０（第１の案内面）側に寄せることで第１の隙間Δ１を狭くし、それによりプロセス室Ｐの環境を保護することができる。このとき、図２で上下方向（重力方向）の力の釣り合いを考えると、移動ブロック１３０が中間ブロック１７０と第２の筐体１４０の中間位置にあるとした場合において（すなわちΔ１＝Δ２のとき）、移動ブロック１３０の重量をＷとし、第１の差動排気シール１５０の吸引力及びプロセス室Ｐの排気による吸引力の和をＦ１とし、第２の差動排気シール１６０の吸引力及び減圧室Ｒの排気による吸引力の和をＦ２とし、第１の静圧軸受１８１の支持力をｆ１とし、第２の静圧軸受１８２の支持力をｆ２とすると、以下の式が成立する場合に、Δ１＜Δ２とすることができる。
Ｗ＋２×Ｆ２＋２×ｆ１＜２×Ｆ１＋２×ｆ２
すなわち、静圧軸受１８１及び１８２のエアの供給圧力が等しいとすれば（従ってΔ１＝Δ２の状態でｆ１＝ｆ２）、Ｆ１の大きさが少なくともＦ２＋Ｗ／２より大きくなるようにすればよい。この条件を満たすように排気手段Ｐ１による吸引力を、排気手段Ｐ２による吸引力に対し相対的に強めるようにすればよい。そうすることで、Δ１＝Δ２のとき、上記不等式が成立する。静圧軸受の場合、軸受隙間が狭くなると支持力は大きくなり、軸受隙間が広くなると支持力は小さくなる。従って、移動ブロック１３０が前記中間位置から上方へ変位するにつれ、ｆ１が大きく、ｆ２が小さくなる。そして、上記の左辺と右辺の値が等しくなるまで隙間が変化したとき、つり合いが取れた状態となる。すなわち、移動ブロック１３０は、中間ブロック１７０の下面に対し第１の隙間Δ１が隙間Δ２より小さくなるように（Δ１＜Δ２）位置することとなる。
【００３８】
一方、輸送時など非動作時（静圧軸受、差動排気シール等すべて作動していない状態）には、不図示の固定具により移動ブロック１３０を第２の差動排気シール１６０（第２の案内面）側に寄せることで第２の隙間Δ２を狭くし、その分だけ第１の隙間Δ１を広くした状態で固定することにより、不用意なカジリなどを抑制することができる。特に、本実施の形態のように静圧軸受のような非接触式軸受を使用する場合、軸受部、差動排気シール部のいずれか（両者が面一でない場合）、または両方（面一の場合）の作用面を移動ブロック１３０の対向面に密着させた状態（Δ２＝０）で固定するのが、より好ましい。第２の案内面側へ寄せる（あるいは密着させる）のは、使用時、実際に高真空を必要とされるのがプロセス室Ｐの側であり、そのため第１の案内面は、よりカジリ等の発生を抑制したいからである。
【００３９】
尚、以上の実施の形態では、排気ポンプＰ１とＰ２とに性能差を持たせるようにしたが、同じ排気ポンプを用い、第２の差動排気シール１６０側の配管に絞りを設けるなどにより、差動排気シール部の圧力分布を変える、及び／または減圧室Ｒとプロセス室Ｐとで内部圧力差を設けるようにしても良いし、静圧軸受１８１，１８２に性能差を持たせる（ｆ２＞ｆ１とする）ようにしても良いし、これらを組み合わせてもよい。
【００４０】
図８は、第３の実施の形態にかかる位置決め装置３１０の正面断面図である。本実施の形態においては、第２の実施の形態に対し、差動排気シール１５０，１６０の排気の条件を同じにしている（上記第１の実施の形態と同様）が、第１の差動排気シール１５０の有効面積（シール面積）に対して、第２の差動排気シール１６０の有効面積（シール面積）を小さくしている点が異なる。すなわち、有効面積の差によって差動排気シール１５０，１６０に性能差を持たせる（Ｆ１＞Ｆ２とする）ことで、移動ブロック１３０が中間ブロック１７０と第２の筐体１４０の中間位置にあるとした場合（Δ１＝Δ２）において、以下の式を成立させている。具体的には、差動排気シール１６０を構成する溝（差圧室）の幅及び／または溝同士の間隔を、差動排気シール１５０を構成する溝（差圧室）の幅及び／または溝同士の間隔よりも小さく設定している。
Ｗ＋２×Ｆ２＋２×ｆ１＜２×Ｆ１＋２×ｆ２
【００４１】
上記第３の実施の形態では、溝の幅あるいは溝同士の間隔を異ならせることにより、差動排気シール１５０と１６０とで有効面積（シール面積）に差を持たせ、排気手段は同一条件としたが、溝（差圧室）の列数を差動排気シール１５０と１６０とで異ならせ、差動排気シール１５０の側の列数を差動排気シール１６０の側の列数より多くなる（差動排気シール１６０の側は列数ゼロを含む）ようにしてもよい。その場合、従って必要な排気ポンプの数も両差動排気シールで異なることになる。なお、その場合、排気ポンプは各溝に対応してすべて別個にしてもよいし、一部を共通化してもよい。例えば、差動排気シール１５０の側を３列、差動排気シール１６０の側を２列とし、最も大気側寄りの溝同士を１台の排気ポンプに、２番目に大気側寄りの溝同士を別の１台の排気ポンプに、残った差動排気シール１５０の最も内側の溝をもう１台の排気ポンプに、それぞれ接続するようにしてもよい。
【００４２】
図９は、第４の実施の形態にかかる位置決め装置４１０の正面断面図である。本実施の形態においては、第３の実施の形態に対し、更に静圧軸受１８１，１８２を同一の排気ポンプＰ３に接続しているが、第１の静圧軸受１８１の有効面積（支持面積）に対して、第２の静圧軸受１８２の有効面積（支持面積）を大きくしている点が異なる。すなわち、差動排気シール１５０，１６０及び静圧軸受１８１，１８２に性能差を持たせる（Ｆ１＞Ｆ２且つｆ１＜ｆ２）とすることで、移動ブロック１３０が中間ブロック１７０と第２の筐体１４０の中間位置にあるとした場合（Δ１＝Δ２）において、以下の式を成立させている。
Ｗ＋２×Ｆ２＋２×ｆ１＜２×Ｆ１＋２×ｆ２
【００４３】
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との第１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、移動ブロック１３０と第２の筐体１４０との第２の隙間より小さければ、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。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の位置決め装置によれば、広めの隙間を設定しても、差動排気シールの機能の低下を抑制できる位置決め装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる位置決め装置１１０の正面断面図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる位置決め装置２１０の正面断面図である。
【図３】図２の位置決め装置２１０を矢印III-IIIで切断して矢印方向に見た図である。
【図４】図４は、図３の位置決め装置２１０を矢印IV-IVで切断して矢印方向に見た図である。
【図５】図３の位置決め装置２１０をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。
【図６】図３の位置決め装置２１０をVI-VI線で切断して矢印方向に図である。
【図７】図３の位置決め装置２１０をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。
【図８】第３の実施の形態にかかる位置決め装置３１０の正面断面図である。
【図９】第４の実施の形態にかかる位置決め装置４１０の正面断面図である。
【符号の説明】
１１０、２１０，３１０、４１０ 位置決め装置
１２０ 第１の筐体
１３０ 移動ブロック
１４０ 第２の筐体
１７０ 中間ブロック
１５０，１６０ 差動排気シール
Ｐ プロセス室
Ｒ 減圧室

Claims (3)

1. 減圧下に曝されるプロセス室内に連通する第１の開口を有する第１の案内面を備えた第１の筐体と、
   前記第１の案内面に対して第１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と、
   前記第１の開口を囲むようにして、前記第１の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第１の差動排気シールとを備えた位置決め装置において、
   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ており、
   前記減圧室は、前記プロセス室に対応した第２の開口を有する第２の筐体内に形成され、前記第２の開口には、前記移動ブロックとの間に、第２の隙間を介して対向した状態で案内する第２の案内面と、前記第２の案内面と前記移動ブロックとの対向面に設けられ、前記減圧室内と、前記減圧室内よりも高圧の減圧室外との間をシールする第２の差動排気シールとが設けられており、
   動作時において、前記第１の隙間は前記第２の隙間より小さいことを特徴とする位置決め装置。
2. 前記第１の差動排気シールのシール面積は、前記第２の差動排気シールのシール面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記第１の案内面に、媒体を介して前記移動ブロックを支持する非接触式の第１の軸受が設けられ、前記第２の案内面に、媒体を介して前記移動ブロックを支持する非接触式の第２の軸受が設けられ、前記第１の軸受の支持面の面積は、前記第２の軸受の支持面の面積より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め装置。

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