KR100976994B1

KR100976994B1 - 정압 슬라이더

Info

Publication number: KR100976994B1
Application number: KR1020087016955A
Authority: KR
Inventors: 타케시 무네이시
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2010-08-19
Also published as: JP5149627B2; KR20080078061A; WO2007069713A1; EP1975431A4; JPWO2007069713A1; US20090297075A1; EP1975431A1

Abstract

본 발명은 고정체와 가동체 사이에 가압 유체에 의해 형성되는 정압 유체층을 개재시킨 상태로 고정체에 대하여 가동체를 상대적으로 이동시키는 정압 슬라이더에 관한 것이다.

운동 안내면을 갖는 고정체(2), 및 운동 안내면을 따라 상대적으로 이동 가능하게 되는 가동체(3)를 구비한 정압 슬라이더에 있어서, 운동 안내면과 가동체의 단부에 있어서의 상기 운동 안내면에 대한 대향면 사이의 거리를 직접 측정하기 위한 측정 수단을 구비하였다. 바람직하게, 측정 수단은 상기 운동 안내면에 형성된 제 1 도체층(25)~(28)과, 상기 대향면에 형성된 제 2 도체층(31A)~(34A)을 포함하고 있고, 상기 제 1 및 제 2 도체층을 이용하여 이들의 유체층의 사이의 정전 용량을 측정하도록 구성된다. 가동체는 가동체 본체(30), 및 가동체의 이동 방향에 직교하는 방향으로 가동체 본체에 대하여 상대적으로 변위가능하고, 또한 그 단면(端面)이 상기 대향면을 구성하는 변위체(31)-(34)를 구비하고 있고, 측정 수단에서의 측정 결과에 의거하여 상기 운동 안내면과 상기 대향면 사이의 거리를 조정하기 위해서 변위체의 위치를 제어하는 제어 수단을 더 구비하고 있다.

정압 슬라이더, 고정체, 가동체

Description

정압 슬라이더{HYDROSTATIC SLIDER}

본 발명은 고정체와 가동체 사이에 가압 유체에 의해 형성되는 정압 유체층을 개재시킨 상태로 고정체에 대하여 가동체를 상대적으로 이동시키는 정압 슬라이더에 관한 것이다. 더 상세하게, 본 발명은 진공 챔버 내에 있어서 워크를 반송하는데 적합한 정압 슬라이더에 관한 것이다.

반도체 제조 장치에 있어서 웨이퍼나 마스크 등의 워크의 반송에는 스테이지라고 불리는 반송 장치가 사용되고 있다. 스테이지는 가동체를 일정 방향으로 안내하는 가이드를 갖는 것이다. 가이드로서는, 예를 들면 미끄럼 가이드, 복수개의 롤러나 구(球)를 사용하는 구름 가이드, 정압 유체를 사용하는 정압 가이드가 대표적이다. 가이드의 구조는 스테이지에 있어서의 가동체의 이동 정밀도, 즉 스테이지 안내 정밀도[자세 정밀도, 진직(眞直) 정밀도]에 영향을 주는 것이다. 스테이지 안내 정밀도의 면에 있어서는 정압 가이드가 가장 뛰어나므로 정압 가이드를 채용한 스테이지가 일반적으로 널리 사용되고 있다.

정압 가이드를 갖는 스테이지는 정압 슬라이더라고 불리고, 가이드를 구성하는 고정체, 및 워크를 탑재하기 위한 가동체를 구비한 구조를 갖고 있다. 이 정압 슬라이더에서는 고정체와 가동체 사이에 가압 유체를 공급하여 유체층을 형성함으 로써 그 유체층에 의해 가동체를 고정체에 접촉시키는 일 없이 일정 방향으로 운동시킬 수 있다. 정압 슬라이더에 있어서 유체층은 베어링부로서 기능하고 있고, 일반적으로 3~5기압의 가압 유체를 공급함으로써 두께가 5~10㎛로 형성되어 있다.

이와 같이, 정압 슬라이더는 유체층을 베어링부로서 기능시켜 비접촉으로 가동체를 안내하는 구조이므로 접촉 방식을 채용한 다른 가이드(미끄럼 가이드, 구름 가이드)를 채용한 스테이지와 같이 고정체의 평면도나 진직도의 영향을 받기 어렵다. 그 때문에, 정압 슬라이더는 접촉식의 다른 가이드를 갖는 스테이지보다 뛰어난 안내 정밀도를 나타낸다. 그리고, 정압 슬라이더는 유체층의 두께를 작게 함으로써 가동체의 자세를 보다 한층 안정시켜 스테이지 안내 정밀도를 향상시킬 수 있다.

한편, 반도체 제조 공정은 다방면에 걸쳐 이를 위해 여러가지 장치가 사용되고 있다. 그들 장치의 일부인 스테이지는 진공 또는 감압 분위기로 된 챔버(진공 챔버) 내에서 사용될 필요가 있다. 예를 들면, 진공 챔버 내에서 사용되는 장치의 대표적인 것으로서는 전자빔이나 이온빔 등의 하전 입자, 또는 X선 등의 단파장 전자파에 의해 워크를 가공·검사하는 장치, 예를 들면 주사형 전자 현미경(SEM), 전자선(EB) 묘화 장치, 포커스 이온빔(FIB) 묘화 장치, X선 노광 장치가 있다.

상술한 바와 같이, 정압 슬라이더는 고정체와 가동체 사이에 고압의 유체층(예를 들면, 3~5기압)이 개재되므로 진공 챔버에서 사용하는 스테이지로서 사용하는 경우에는 유체가 가동체의 외부, 즉 진공 챔버 내로 누설되는 것을 억제할 수 있는 구조로 할 필요가 있다. 이러한 정압 슬라이더는 진공 에어 슬라이더라고 불 리고, 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같은 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

도 14에 나타낸 진공 에어 슬라이더(9)는 고정체(90) 및 가동체(91)를 구비한 것이며, 가동체(91)에 있어서 에어 공급 및 배기가 가능하게 구성된 것이다. 가동체(91)는 고정체(90)와의 사이에 가압 유체를 공급하기 위한 에어 공급부(92), 및 공급된 에어를 배기하기 위한 배기부(93)를 구비하고 있다. 에어 공급부(92)는 고정체(90)와 가동체(91) 사이에 두께 5~10㎛ 정도의 유체층을 형성하기 위한 것으로서 공급 유로(94) 및 스로틀부(95)를 갖고 있다. 스로틀부(95)는 공급 유체의 유량을 제한하기 위한 것으로서 오리피스 스로틀, 표면 스로틀 또는 다공질 스로틀로서 구성되어 있다. 한편, 배기부(93)는 배기구(96) 및 배기 유로(97)를 갖고 있고, 도면 밖의 펌프에 접속됨으로써 공급 유체를 배기할 수 있게 구성되어 있다.

상술한 바와 같이, 진공 에어 슬라이더(9)를 비롯한 정압 슬라이더에서는 유체층의 두께를 작게 함으로써 가동체(91)의 자세가 안정되고 안내 정밀도가 향상된다. 한편, 진공 에어 슬라이더(9)에서는 고정체(90)나 가동체(91)의 평면도를 크게 확보하는 것에는 한계가 있고, 또한 고정체(90)의 자중 휨 등에 의한 왜곡이 발생된다. 그 때문에, 유체층의 두께를 부당하게 작게 하면 가동체(91)가 이동할 때에 가동체(91)가 고정체(90)에 접촉하여 마모 등이 발생될 수 있다. 이러한 불량을 회피하기 위해서는 유체층의 두께를 일정 이상 확보할 필요가 있어 진공 에어 슬라이더(9)에서 유체층의 두께는 8㎛ 정도가 한계로 되어 있었다.

그래서, 마모 등의 발생을 억제하기 위해 도 15에 나타낸 진공 에어 슬라이 더(9')도 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 동일한 도면에 나타낸 진공 에어 슬라이더(9')는 기본 구성이, 도 13에 나타낸 진공 에어 슬라이더(9)와 같이, 고정체(가이드 바)(90') 및 가동체(91')를 구비하고 있다. 그리고, 진공 에어 슬라이더(9')에서는 가동체(91')에 있어서의 래비린스(labyrinth) 격벽(98')을 스로틀부(다공질 패드)(95')와 동일한 내마모성 다공질재에 의해 형성함으로써 고정체(90')와 가동체(91') 사이에서의 금속끼리의 접촉을 억제하여 마모 등의 발생을 회피하려고 하고 있다. 이 진공 에어 슬라이더(9')에서는 유체층의 두께를 5㎛ 정도로 하고, 가동체(91')의 자세를 안정시켜 안내 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 15에 나타낸 진공 에어 슬라이더(9')에서는, 확실히 도 14의 진공 에어 슬라이더(9)에 비해 유체층의 두께를 작게 할 수 있다. 그러나, 진공 챔버 내로 누설되는 유체량에 가장 영향을 주는 유체층의 두께, 즉 고정체(90')과 가동체(91') 사이의 간극을 5㎛ 정도밖에 할 수 없다. 그 때문에, 진공 에어 슬라이더(9')로부터의 가압 유체의 누설을 방지하기 위해서 진공 챔버를 배기하는 진공 펌프, 또는 가동체(91')에 있어서의 배기 유로(97')에 접속된 진공 펌프는 큰 배기 속도를 가지고 구동될 필요가 있다. 게다가, 진공 에어 슬라이더(9')에 공급하는 가압 유체의 양도 여전히 많아서 이것이 진공 에어 슬라이더(9')를 사용하는 장치의 런닝 코스트를 높이고 있었다.

진공 에어 슬라이더로서는 또, 도 16A 내지 도 16C에 나타낸 바와 같이, 가동체(91")에 지지된 래비린스부(98")와 고정체(90")의 가이드면(90") 사이의 간극을 센서(99A")에 의해 검지하고, 그 검지 결과에 의거하여 간극 조정 기구를 제어 하여 간극을 조정하도록 구성된 것도 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조). 센서(99A")로서는, 예를 들면 정전 용량형 변위계, 와전류형 변위계 또는 광픽업 등의 비접촉형 변위계가 사용되고 있다. 한편, 간극 조정 기구는 예를 들면 피에조(piezo) 소자, 초자왜(超磁歪) 소자 또는 전자석 등의 액츄에이터(99B")를 이용하여 래비린스부(98")를 이동시키도록 구성된 것이다.

특허 문헌 1: 미국 특허 제4749283호 명세서

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 평2-212624호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 2002-3495569호 공보

그러나, 도 16A 내지 도 16C에 나타낸 진공 에어 슬라이더(9")는 센서(99A")가 가동체(91")의 측방에 위치한 상태로 가동체(91")에 지지되어 있고, 이 상태에서 래비린스부(98") 간극의 변동량을 감시하고 있다. 즉, 진공 에어 슬라이더(9")에서는 래비린스부(98")로부터 이격된 위치에 있고, 게다가 고정체(90")의 가이드면(90")과 래비린스부(98")에 있어서의 가이드면(90")과의 대향면(98A") 사이의 거리를 감시하도록 구성되어 있다. 이러한 진공 에어 슬라이더(9")에서는 가이드면(90")과 래비린스부(98") 사이의 간극(hr)의 거리를 직접 측정하지 않고 래비린스부(98")와 다른 장소에서 래비린스부(98")과 가이드면(90") 사이의 변동량을 감시하도록 하고 있으므로 정확한 측정이 곤란하고, 래비린스부(98")가 가이드면(90")에 접촉한 사실을 바로 파악할 수 없어 여전히 마모가 발생하기 쉽다는 문제를 갖고 있었다.

본 발명은 정압 슬라이더에 있어서 고정체에 대한 가동체의 마모 등의 발생 및 정압 슬라이더의 외부로의 가압 유체의 누설을 억제하면서 유체층의 두께를 보다 작게 함으로써 가동체의 자세 안정성을 향상시킴과 아울러, 가압 유체의 공급량을 작게 하여 런닝 코스트를 저감시키는 것을 과제로 하고 있다.

본 발명에 있어서는 운동 안내면을 갖는 고정체, 및 상기 운동 안내면과의 사이에 가압 유체에 의해 형성되는 정압 유체층을 개재시킨 상태로 상기 운동 안내면을 따라 상기 고정체에 대하여 상대적으로 이동 가능하게 이루어진 가동체를 구비한 정압 슬라이더에 있어서, 상기 운동 안내면과 상기 가동체의 단부에 있어서의 상기 운동 안내면에 대한 대향면 사이의 거리를 직접 측정하기 위한 측정 수단을 더 구비하는 정압 슬라이더가 제공된다.

측정 수단은, 예를 들면 운동 안내면과 대향면 사이의 정전 용량을 측정하도록 구성된다. 이 측정 수단은, 예를 들면 운동 안내면에 형성된 제 1 도체층, 및 대향면에 형성된 제 2 도체층을 포함한 것으로 하고, 제 1 및 제 2 도체층을 이용하여 이들 도체층의 사이의 정전 용량을 측정하도록 구성된다.

제 1 및 제 2 도체층의 표면은 최대 높이(Rz)가 1㎛ 이하인 활면(滑面)으로 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 도체층은, 예를 들면 금속 또는 단결정에 의해 형성된다. 제 1 및 제 2 도체층은 이들을 금속에 의해 형성할 경우에는 후막(厚膜)으로 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우의 제 1 및 제 2 도체층의 두께는 0.1㎛ 이상 0.1㎜ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 도체층은 비자성 재료에 의해 형성되어도 좋다.

가동체는 가동체 본체, 및 가동체의 이동 방향에 직교하는 방향으로 가동체 본체에 대하여 상대적으로 변위가능하며, 또한 그 단면(端面)이 상기 대향면을 구성하는 변위체를 구비한 것으로서 구성된다. 이 경우, 본 발명의 정압 슬라이더는 측정 수단에서의 측정 결과에 의거하여 운동 안내면과 대향면 사이의 거리를 조정하기 위해서 변위체의 위치를 제어하는 제어 수단을 더 구비한 것으로 한다.

상기 가동체 본체는, 예를 들면 상기 가압 유체를 외부로 배기하기 위한 배기 홈을 구비하고 있다. 상기 변위체는 상기 배기 홈에 인접하는 단부측에 구비되어 있다.

가동체는 변위체를 위치 변위시키기 위한 압전 소자를 더 구비한 것으로서 구성할 수도 있다. 압전 소자는 제어 수단에 의해 신축 상태가 제어된다.

변위체는 운동 안내면으로부터 이간되는 방향으로 바이어싱(biasing)된 상태로 가동체 본체에 지지되어 있는 것이 바람직하고, 또한 가동체 본체와 변위체 사이에는 이들 사이의 간극을 밀봉하기 위한 시일 부재를 배치해 두어도 좋다.

상기 변위체는 상기 가동체의 이동 방향에 직교하는 방향으로 나열된 복수개의 압전 소자를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 변위체는, 예를 들면 탄성 변형가능하게 이루어진 전달 부재를 구비한 것으로 하고, 상기 복수개의 압전 소자는 상기 전달 부재에 고정된다.

상기 전달 부재는, 예를 들면 상기 압전 소자가 고정되는 복수개의 후육부(厚肉部), 및 인접한 후육부의 사이에 형성된 박육부(薄肉部)를 갖는 것으로 한다.

상기 변위체는 복수개의 압전 소자의 주위를 둘러싸는 보호 수지를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.

상기 제 1 및 제 2 도체층 중 적어도 한쪽은 상기 복수개의 압전 소자에 대응한 위치에 형성된 복수개의 개별 전극을 포함하고 있는 것이 바람직하다.

<발명의 효과>

본 발명에 의한 정압 슬라이더에서는 고정체와 가동체의 거리를 고정체와 가동체가 상대적으로 이동하고 있는 동안에 운동 안내면과 대면하는 대향면의 거리를 측정 수단에 의해 직접 측정할 수 있도록 구성되어 있으므로 고정체와 가동체의 거리를 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 고정체와 가동체의 거리를 운동 안내면에 대면하는 대향면 이외의 부분의 거리로서 변위 센서를 이용하여 측정한 다음에 이 측정 결과에 의거하여 고정체와 가동체의 거리를 간접적으로 파악하는 방법에 비해서 본 발명의 정압 슬라이더에서는 고정체와 가동체의 거리의 측정 정밀도가 현저하게 개선된다.

또한, 정확하게 측정된 거리에 의거하여 가동체(변위체)를 변위시키도록 하면 고정체와 가동체 사이의 거리를 적정하게 유지할 수 있게 되어 가동체가 고정체에 대하여 필요 이상으로 지나치게 접근하는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 고정체에 대하여 가동체가 접촉하는 것을 방지할 수 있으므로 고정체에 가동체가 접촉하는 것에 기인하는 마모 등의 발생을 방지하고, 고정체 및 가동체가 손상되는 것을 억제할 수 있다. 특히, 고정체로부터 이간되는 방향으로 바이어싱된 상태로 변위체를 지지한 구성을 채용하면 변위체를 위치 변위시키는 액츄에이터에 의해 변위체를 응답성 좋게 고정체로부터 퇴피시킬 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 정압 슬라이더에서는 마모 등의 발생을 방지하기 위해서 필요한 고정체와 가동체 사이의 거리를 작게 설정할 수 있게 되어 고정체와 가동체 사이에 형성해야 하는 유체층의 두께를 작게 할 수 있다.

그 결과, 본 발명의 정압 슬라이더에서는 고정체에 대한 가동체의 자세 정밀도를 향상시킬 수 있음과 아울러, 고정체와 가동체의 거리를 상시 약간의 일정량으로 유지할 수 있게 되고, 고정체와 가동체 사이에 공급해야 하는 가압 유체의 양을 적게 할 수 있게 된다. 또한, 고정체에 대하여 가동체가 접촉했다고 하여도 접촉시에는 정전 용량이 제로가 되므로 정전 용량에 큰 변위점이 생긴다. 그 때문에, 측정 수단에서 측정되는 정전 용량 등에 의거하여 가동체가 고정체에 접촉한 사실을 바로 파악할 수 있으므로 접촉에 의해 발생되는 불량을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 고정체로부터 이간되는 방향으로 변위체를 바이어싱한 상태로 해 두면 변위체를 고정체로부터 응답성 좋게 퇴피시킬 수 있으므로 접촉에 의해 발생되는 불량을 최소한으로 억제할 수 있다.

이와 같이 고정체와 가동체의 거리를 상시 약간의 일정량으로 유지할 수 있으므로 고정체와 가동체의 간극 외부로의 가압 유체의 누설을 억제할 수 있다. 이에 따라, 정압 슬라이더로부터 가압 유체를 배기하기 위한 진공 펌프는 배기 속도를 보다 작게 할 수 있음과 아울러, 소비 전력도 억제할 수 있다. 그 결과, 가압 유체를 배기하기 위한 비용을 저감시키는 것이 가능하다. 또한, 정압 슬라이더로부터의 가압 유체의 누설을 억제함으로써 진공 챔버(도시 생략)에 있어서의 진공도의 악화를 억제할 수 있으므로 진공 챔버의 진공도를 유지하기 위한 진공 펌프의 배기 속도, 소비 전력을 작게 할 수 있기 때문에, 이 점에 있어서도 런닝 코스트를 저감시킬 수 있게 된다.

또한, 측정 수단의 제 1 및 제 2 도체층을 활면으로서 형성하면 그들 도체층이 거친 면으로 형성되었을 경우에 비해서 제 1 및 제 2 도체층이 접촉할 가능성, 즉 고정체에 대하여 가동체가 접촉할 가능성을 저감시킬 수 있고, 고정체 및 가동 체 표면의 빈 구멍을 삭감할 수 있고, 제 1 도체층 및 제 2 도체층 사이의 정전 용량을 정확하게 측정할 수 있음과 아울러, 가압 유체의 누설을 더 확실하게 억제하는 것이 가능해진다. 즉, 마모 등의 발생을 방지하기 위해서 필요한 고정체와 가동체 사이의 거리를 작게 설정할 수 있게 되어 고정체와 가동체 사이에 형성되는 유체층의 두께를 보다 한층 작게 하는 것이 가능해진다.

또한, 제 1 및 제 2 도체층을 비자성 재료에 의해 형성하면 본 발명의 정압 슬라이더를, 예를 들면 주사형 전자 현미경(SEM), 전자선(EB) 묘화 장치, 포커스 이온빔(FIB) 묘화 장치 등의 하전 입자를 사용하는 장치에 적용하는 경우에 제 1 및 제 2 도체층이 그들 장치의 동작에 악영향을 줄 일도 없다. 그 때문에, 본 발명에 의한 정압 슬라이더는 하전 입자를 사용하는 장치에 대하여 문제없이 적용될 수 있다.

또한, 가동체 본체와 변위체 사이에 시일 부재를 배치하면 가동체 본체와 변위체 사이로부터 유체층을 형성하기 위한 가압 유체가 누설되는 것을 억제할 수 있다. 특히, 가동체 본체에 대하여 변위체를 위치 변위시키는 구성을 채용하는 경우에는 시일 부재에 의해 가압 유체의 누설을 억제하는 것의 이점은 크다.

변위체가 복수개의 압전 소자를 구비한 것으로 하면 복수개의 압전 소자를 개별적으로 신축시킴으로써 각 압전 소자에 의해 간극의 조정이 가능해진다. 예를 들면, 탄성 변형가능한 전달 부재에 복수개의 압전 소자를 고정했을 경우에는 압전 소자의 신축보다 전달 부재를 변형시킴으로써 변위체(가동체)과 고정체 사이의 거리의 미소한 조정이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 의한 진공 에어 슬라이더의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 전체 사시도이다.

도 2는 도 1의 II-II선을 따른 단면도이다.

도 3은 도 1의 III-III선을 따른 단면도이다.

도 4는 도 1에 나타낸 진공 에어 슬라이더에 있어서의 가동체의 일부를 분해하여 나타낸 사시도이다.

도 5는 도 4의 V-V선을 따른 단면도이다.

도 6은 도 3의 VI-VI선을 따른 단면도이다.

도 7은 도 3의 VII-VII선을 따른 단면도이다.

도 8은 도 6의 요부를 확대하여 나타낸 단면도이다.

도 9는 도 1에 나타낸 진공 에어 슬라이더의 블럭도이다.

도 10은 본 발명에 의한 진공 에어 슬라이더의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 전체 사시도이다.

도 11은 도 10의 XI-XI선을 따른 단면도이다.

도 12는 도 11의 XII-XII선을 따른 단면도이다.

도 13은 도 11의 요부를 확대하여 나타낸 단면도이다.

도 14는 종래의 정압 슬라이더의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 15는 종래의 정압 슬라이더의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 16A는 종래의 정압 슬라이더의 또 다른 예를 나타내는 단면도, 도 16B는 그 저면도, 도 16C는 도 16B의 XVIC-XVIC선을 따른 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,1': 진공 에어 슬라이더(정압 슬라이더)

2: 고정체 21~24: 운동 안내면

25~28,25'~28': (고정체의) 제 1 도체층

25A'~28A': 개별 전극 3,3': 가동체

30: 본체부(가동체 본체) 31~34,31'~34': 변위체

31B'~34B': (변위체의) 전달 부재 31Ba'~34Ba': (전달 부재의) 후육부

31Bb'~34Bb': (전달 부재의) 박육부 31C'~34C': (변위체의) 압전 소자

31D'~34D': (변위체의) 보호 수지 31A~34A: (변위체의) 제 2 도체층

31b~34b: (변위체의) 하방 단면 61: 압전 소자

63: 패킹(시일 부재) 70: 측정부(측정 수단)

72: 제어부(제어 수단)

이하에 있어서는 본 발명에 의한 정압 슬라이더에 대해서 진공 에어 슬라이 더를 예로 들어 제 1 및 제 2 실시형태로서 도면을 참조하면서 설명한다.

우선, 본 발명의 제 1 실시형태의 진공 에어 슬라이더에 대해서 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

도 1에 나타낸 진공 에어 슬라이더(1)는 본 발명에 의한 정압 슬라이더의 일례에 해당하는 것으로서 진공 챔버 내에서 워크를 반송하기 위해서 사용되는 것이다. 이 진공 에어 슬라이더(1)는 고정체(2) 및 가동체(3)를 구비하고 있고, 가압 유체에 의해 형성되는 유체층을 개재시킨 상태로 고정체(2)에 대하여 가동체(3)를 D1,D2 방향으로 상대적으로 이동가능하게 구성되어 있다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 고정체(2)는 가동체(3)의 운동을 안내하기 위한 것으로서 4개의 운동 안내면(21,22,23,24)을 갖는 각기둥 형상으로 형성되어 있다. 이 고정체(2)는 예를 들면 알루미나 또는 탄화 규소를 주성분으로 하는 세라믹스에 의해 형성되어 있다.

각 운동 안내면(21~24)은 가동체(3)의 이동 경로를 규정하기 위한 것이다. 이들 운동 안내면(21~24)은 도 1의 D1,D2 방향으로 연장되어 있고, 예를 들면 활면에 마무리되어 있다. 각 운동 안내면(21~24)에는 제 1 도체층(25,26,27,28)이 형성되어 있다. 상세하게는 후술되지만 각 제 1 도체층(25~28)은 가동체(3)의 단부[후술하는 변위체(31~35)]와 고정체(2) 사이의 거리 크기를 측정하기 위해서 이용되는 것으로서, 운동 안내면(21~24)의 대략 전역을 덮도록 고정체(2)의 축 방향으로 연장되는 띠형상으로 형성되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 가동체(3)는 고정체(2)를 걸친 상태로 고정체(2) 의 운동 안내면(21~24)을 따라 D1,D2 방향으로 이동되는 것으로서, 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본체부(30) 및 변위체(31,32,33,34)를 구비하고 있다.

본체부(30)는 4매의 판재(35,36,37,38)를 포함하고 있고, 그들 판재(35~38)를 서로 연결함으로써 고정체(2)를 걸칠 수 있도록 직사각형 단면의 관통 구멍(30A)을 갖는 통 형상으로 형성되어 있다.

판재(35~38)는 평면으로 볼 때 긴 직사각형 형상을 갖고 있고, 사이즈가 큰 수평 판재(35,36), 및 사이즈가 작은 수직 판재(37,38)를 포함하고 있다. 각 판재(35~38)는 에어 패드부(40A,40B,40C,40D), 환상 배기 홈(50A,50B,50C,50D,51A, 51B,51C,51D) 및 직선상 배기 홈(52A,52B,52C,52D)을 갖고 있고, 고정체(2)와 마찬가지로 예를 들면 알루미나 또는 탄화 규소를 주성분으로 하는 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 또한, 각 판재(35~38)를 접합하는 접합면에는 진공 그리스가 도포되어 있는 것이 바람직하고 이 접합면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

에어 패드부(40A~40D)는 공급 유체의 유량을 제한하기 위한 것으로서 스로틀로서 기능하는 것이며, 예를 들면 오리피스 스로틀, 표면 스로틀 또는 다공질 스로틀로서 구성되어 있다. 도 2에 잘 나타낸 바와 같이, 에어 패드부(40A~40D)는 공급 유로(41A,41B,41C,41D)를 갖고 있고, 이들 공급 유로(41A~41D)는 수직 판재(37)에 있어서 급기관(給氣管)(42)이 접속된 주회(周回) 공급 유로(43)에 연통하고 있다. 그 때문에, 각 에어 패드(40A~40D)로부터는 급기관(42), 주회 공급 유로(43) 및 공급 유로(41A~41D)를 유통하여 온 가압 유체를 분출시킬 수 있다.

환상 배기 홈(50A~50D,51A~51D)은 에어 패드부(40A~40D)를 통하여 공급된 가압 유체를 회수하기 위해서 이용되는 것으로서, 도 2 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 에어 패드부(40A~40D)를 둘러싸도록 형성되어 있다. 이들 환상 배기 홈(50A~ 50D,51A~51D)은 도면 상에 나타내지 않지만 배기관을 통하여 진공 챔버(도시 생략)의 외부로 연통하고 있고, 가압 유체를 진공 챔버의 외부로 배기할 수 있게 구성되어 있다.

도 4 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 직선상 배기 홈(52A~52D)은 각 판재(35~38)를 연결한 상태에서 서로 연통되고, 본체부(30)의 전체로서는 환상의 배기 홈을 구성하는 것이다. 이들 직선상 배기 홈(52A~52D)은, 도 4에 잘 나타낸 바와 같이, 판재(35~38)에 있어서 길이 방향(D1,D2)의 단부에 있어서 폭 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 수직 판재(37,38)에 있어서는 직선상 배기 홈(52B,52D)이 측방 가장자리까지 도달하도록 형성되어 폭 방향에 있어서 개방되어 있다. 이에 대하여 수평 판재(35,36)에 있어서는 직선상 배기 홈(52A,52C)이 측방 가장자리부를 제외한 부분에 형성되어 있어 단부가 폐쇄된 것으로 되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 수평 판재(35)의 직선상 배기 홈(52A)은 각각 배기 유로(53,54)에 연통하고 있다. 이들 배기 유로(53,54)는 공통 유로(55) 및 배기관(56)을 통하여 진공 챔버 외에 배치된 진공 펌프(도시 생략)에 접속되어 있다. 즉, 각 직선상 배기 홈(52A~52D)으로부터는 진공 펌프를 구동시킴으로써 배기 유로(53,54), 공통 유로(55) 및 배기관(56)을 통하여 가압 유체를 진공 챔버의 외부로 배기할 수 있다.

도 1, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 변위체(31~34)는 가동체(3)의 단부 와 고정체(2) 사이의 간극을 작게 유지하면서도 가동체(3)가 고정체(2)와 접촉하는 것을 회피하기 위한 것으로서 직사각형 단면을 갖는 봉 형상으로 형성되어 있다. 이들 변위체(31~34)는 판재(35~38)에 있어서의 D1,D2의 단부에 있어서 볼트(60)를 개재시켜 지지되어 있음과 아울러, 액츄에이터(61)에 의해 판재(35~38)의 두께 방향으로 변위가능하게 구성되어 있다.

도 3 및 도 5 ~ 도 7에 나타낸 바와 같이, 변위체(31~34)는 판재(35~38)의 단부에 있어서 직선상 배기 홈(52A~52D)에 인접하여 형성된 오목부(39)에 수용된 상태로 볼트(60)에 의해 판재(35~38)에 대하여 일체화되어 있다. 이 상태에서는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 변위체(31~34)는 직선상 배기 홈(52A~52D)에 인접한 위치에서 가동체(3)의 본체부(30)로부터 약간(1~10㎛ 정도) 돌출한 상태로 하방 단면(31b,32b,33b,34b)이 고정체(2)의 운동 안내면(21~24)(도체층(25~28)의 표면)에 대하여 대략 평행한 상태로 대면시켜져 있다. 즉, 변위체(31~34)를 가동체(3)의 본체부(30)로부터 돌출시킴으로써 가동체(3)의 외부로 가압 유체가 누설되는 것을 억제하고 직선상 배기 홈(52A~52D)에 대하여 적절하게 가압 유체를 유도할 수 있다. 또한, 직선상 배기 홈(52A~52D)이 가동체(3)의 본체부(30) 단면보다 중앙측에 형성되어 있는 경우에는 변위체(31~34)도 직선상 배기 홈(52A~52D)의 근방에 형성되면 좋고, 또한 직선상 배기 홈(52A~52D)에 인접하는 단면측에 형성되는 것이 바람직하다.

볼트(60)는 헤드부(60A)와 판재(35~38)의 표면 사이에 코일 스프링(62)을 개재시킨 상태로 나사부(60B)가 판재(35~38)의 관통 구멍(35A,36A,37A,38A)에 삽입되 어 있다. 코일 스프링(62)은 자연상태보다 압축되어 있고, 관통 구멍(35A~38A)은 볼트(60)의 나사부(60B)보다 큰 직경으로 되어 있다. 그 때문에, 변위체(31~34)는 코일 스프링(62)의 탄발력에 의해 헤드부(60A)를 향한 방향으로 바이어싱되어 있음과 아울러, 판재(35~38)에 대하여 판재(35~38)의 두께 방향으로 상대 이동가능하게 되어 있다.

도 3 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 판재(35~38)에는 또한 변위체(31~34)를 판재(35~38)의 두께 방향으로 변위시키기 위한 액츄에이터(61)가 설치되어 있다. 1개의 변위체(31~34)에 대해서는 2개의 액츄에이터(61)가 담당하고 있고, 그들 액츄에이터(61)는 변위체(31~34)에 있어서의 길이 방향의 양단부에 대하여 부하를 작용시키도록 구성되어 있다. 액츄에이터(61)는 압전 소자를 포함하는 것으로서, 후술하는 제어부(72)(도 9 참조)에 의해 신축됨으로써 변위체(31~34)에 부하를 작용시켜 변위체(31~34)를 판재(35~38)에 대하여 상대 이동시키도록 구성되어 있다.

액츄에이터(61)로서는 압전 소자에 한정되지 않고, 초자왜 소자, 전자석 등의 공지의 여러가지 것을 적용해도 좋다.

도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 변위체(31~34)와 본체부(30) 사이에는 시일 부재로서의 패킹(63)이 배치되어 있다. 이 패킹(63)은 도면 상에는 명확하게 나타내지 않지만 평면으로 볼 때 직사각형 프레임 형상의 형태를 가짐과 아울러, 단면 원형상으로 형성되어 있다. 이 패킹(63)은 고무 등에 의해 탄성을 갖는 것으로 되어 있고, 판재(35~38)의 오목부(39)에 형성된 환상 홈(39A)에 배치되어 있다. 이 환상 홈(39A)은 변위체(31~34)의 상방 단면(31a,32a,33a,34a)에 대면함과 아울 러, 변위체(31~34)의 상방 단면(31a~34a)의 가장자리를 따라 연장되어 있다. 이 환상 홈(39A)에 패킹(63)을 수용시킨 상태에서는 패킹(63)은 판재(35~38)[환상 홈(39A)]와 변위체(31~34)의 상방 단면(31a~34a) 양쪽에 접촉한 상태로 그들 사이에 개재되어 있음과 아울러, 판재(35~38)의 관통 구멍(35A~38A) 단부를 둘러싸고 있다. 그 때문에, 도 8A 및 도 8B에 나타낸 바와 같이, 변위체(31~34)를 변위시켰을 경우에는 패킹(63)은 자신이 갖는 탄성에 의해 변위체(31~34)의 변위에 추종해서 신축됨으로써 판재(35~38)와 변위체(31~34) 사이에 생기는 간극을 밀봉할 수 있다. 그 결과, 판재(35~38)와 변위체(31~34) 상방 단면(31a~34a)의 간극으로부터 가압 유체가 진공 에어 슬라이더(1)의 외부로 유체가 누설되는 것을 방지하고, 또한 판재(35~38)의 관통 구멍(35A~38A)으로부터 가압 유체가 진공 에어 슬라이더(1)의 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

물론, 시일 부재로서는 직사각형 프레임 형상의 패킹(63)에 한정되지 않고, 다른 형태의 탄성체를 사용할 수도 있다.

도 3, 도 4, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 변위체(31~34)의 단면(31b, 32b,33b,34b)에는 고정체(2)의 제 1 도체층(25~28)에 대면된 제 2 도체층(31A,32A, 33A,34A)이 형성되어 있다. 이들 제 2 도체층(31A~34A)은 고정체(2)의 제 1 도체층(25~28)과 함께 가동체(3)의 단부와 고정체(2) 사이의 거리를 측정하기 위해서 이용되는 것으로서 후술하는 측정부(70)(도 9 참조)를 구성하고 있다. 제 2 도체층(31A~34A)은 평면으로 볼 때 긴 직사각형 형상으로 형성되어 있고, 길이 치수가 고정체(2)의 제 1 도체층(25~28)의 폭 치수와 같은 정도로 되어 있고, 폭 치수가 변위체(31~34)의 폭 치수와 같은 정도로 되어 있다.

고정체(2) 및 변위체(31~34)의 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)은 활면으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 표면 거칠기는 예를 들면 최대 높이(Rz)가 1㎛ 이하가 되도록 형성된다. 도체층(25~28) 및 제 2 도체층(31A~34A)을 활면으로 함으로써 제 1 도체층(25~28) 및 제 2 도체층(31A~34A)이 거친 면으로 형성된 경우에 비해 제 1 도체층(25~28) 및 제 2 도체층(31A~34A)이 서로 접촉할 가능성, 즉 고정체(2)에 대하여 가동체(3)의 단부[변위체(31~34)]가 접촉할 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 고정체(2)와 변위체(31~34)가 접촉했다고 하여도 그 사실을 바로 파악할 수 있고, 또한 고정체(2)와 변위체(31~34) 사이에 형성된 간극이 균일하게 되므로 가압 유체가 누설되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 마모 등의 발생을 방지하기 위해서 필요한 고정체(2)와 가동체(3) 사이의 거리를 작게 설정할 수 있게 되고, 고정체(2)와 가동체(3) 사이에 형성하는 유체층의 두께를 보다 한층 작게 하는 것이 가능해진다.

제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)은 연마 등에 의해 활면으로 형성해도 좋지만, 단결정에 의해 형성함으로써 활면으로 하여도 좋다. 또한, 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)을 금속에 의해 후막으로 형성함으로써 고정체(2)의 운동 안내면(21~24) 및 변위체(31~34)의 하방 단면(31b~34b)에 있어서의 표면 요철이나 빈 구멍을 흡수하여 고정체(2) 및 변위체(31~34)의 평활성을 확보하도록 하여도 좋다. 예를 들면 고정체(2), 변위체(31~34)가 세라믹스로 이루어지는 경우에 연삭 가공후의 표면 거칠기는 최대 높이(Rz)가 수㎛~수십㎛가 되므로 표면의 요 철이나 빈 구멍을 효과적으로 흡수하기 위해서는 제 1 도체층(25~28) 및 제 2 도체층(31A~34A)의 두께는 예를 들면 0.1㎛ 이상 0.1㎜ 이하로 설정된다. 또한, 표면 거칠기[최대 높이(Rz), 산술 평균 높이(Ra)]는 JIS B0601-2001(ISO 24287-1997에 준거)에 준해서 측정한 값이다.

제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)은 이들이 접촉했을 때에 마모 등이 발생하기 어렵게 경질막으로서 형성해도 좋다. 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)의 접촉시에 있어서의 마모 등의 불량을 저감함으로써 고정체(2)와 가동체(3) 사이에 형성하는 유체층의 두께를 보다 한층 작게 하는 것이 가능해진다.

제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)의 경도는, 예를 들면 비커스 경도(Hv)를 기준으로 하여 1200 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 경도를 갖는 경질막[도체층(25~28,31A~34A)]은 예를 들면 TiN, TiC, 서멧, AlTiC, WC에 의해 형성될 수 있다. 또한, 비커스 경도(Hv)는 JIS R1610-2003(ISO 14705-2000에 준거)에 준해서 측정한 값이다.

제 1 도체층(25~28) 및 제 2 도체층(31A~34A)은 또한 비자성체로서 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)을 비자성체로서 형성하면 진공 에어 슬라이더(1)를 예를 들면 주사형 전자 현미경(SEM), 전자선(EB) 묘화 장치, 포커스 이온빔(FIB) 묘화 장치 등의 하전 입자를 사용하는 장치에 적용할 경우에 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)이 그들 장치의 하전 입자 제어에 악영향을 줄 일도 없다. 그 때문에, 본 발명에 의한 진공 에어 슬라이더(1)는 하전 입자를 사용하는 장치에 대하여 문제없이 적용할 수 있다.

진공 에어 슬라이더(1)는 고정체(2) 및 가동체(3) 이외에, 도 9에 나타낸 바와 같이 측정부(70), 연산부(71) 및 제어부(72)를 더 구비하고 있다.

측정부(70)는 고정체(2) 및 가동체(3)의 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)를 포함하고 있음과 아울러, 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)에 전위차를 주기 위한 교류 전원(도시 생략)을 더 포함하고 있다. 이 측정부(70)는 교류 전원(도시 생략)에 의해, 예를 들면 주파수가 500㎑, 5V의 고주파 전압을 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A) 사이에 인가하는 한편, 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 정전 용량을 측정하는 것이다. 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 정전 용량은 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 거리에 상관하는 것이므로 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 정전 용량을 측정함으로써 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)의 사이의 거리, 나아가서는 변위체(31~34)의 하방 단면(31b~34b)과 고정체(2)의 운동 안내면(21~24) 사이의 거리를 파악할 수 있다.

연산부(71)는 측정부(70)에 있어서 측정된 정전 용량에 의거하여 변위체(31~34)의 제어량을 연산하는 것이다. 즉, 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 거리[변위체(31~34)의 하방 단면(31b~34b)과 고정체(2)의 운동 안내면(21~24) 사이의 거리]가 기준값으로부터 어긋난 경우에는 그 어긋남량에 대응되는 제어량을 연산하는 것이다. 더 구체적으로, 연산부(71)는 변위체(31~34)를 변위시키기 위한 액츄에이터(압전 소자)(61)에 입력하는 제어량을 제 1 도체층(25~28) 및 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 거리를 기준값으로 하기 위해서 필요한 변위량(어긋남량)에 상관시켜 연산한다. 예를 들면, 변위체(31~34)를 변위시키기 위한 액츄에이터(압전 소자)(61)로서 압전 소자를 사용하는 경우에 연산부(71)에 있어서는 변위량에 대응되는 압전 소자의 신축량(삐뚤어짐량)을 압전 소자에 인가하는 전압값으로 연산한다.

또한, 연산부(71)의 기능을 측정부(70)에 담보시킴으로써 연산부(71)를 생략할 수도 있다.

제어부(72)는 연산부(71)에서 연산된 제어량에 의거하여 변위체(31~34)를 변위시키는 것이다. 예를 들면, 액츄에이터(61)(압전 소자)로서 압전 소자를 사용하는 경우에는 압전 소자에 인가하는 전압을 제어해서 압전 소자를 신축시키고 변위체(31~34)를 변위시키는 역할을 달성하는 것이다.

상술한 연산부(71) 및 제어부(72)는 예를들면 CPU, RAM 및 ROM을 조합시켜 ROM에 저장된 프로그램을 RAM을 사용하면서 CPU에 실행시킴으로써 구축될 수 있고, 또한 연산부(71) 및 제어부(72)는 1개의 변위체(31~34)에 대하여 개별적으로 설치되어도 좋고, 모든 변위체(31~34)에 대해서 1개의 연산부(71) 및 제어부(72)에 의해 대응되도록 해도 좋고, 1개의 변위체(31~34)에 대해서 연산부(71)를 개별적으로 설치하는 한편, 모든 변위체(31~34)에 대해서 1개의 제어부(72)에 대응되도록 해도 좋다. 또한, 연산부(71) 및 제어부(72)는 진공 에어 슬라이더(1)에 설치되지 않고 진공 에어 슬라이더(1)와 별도로 형성해도 좋다. 예를 들면, 진공 에어 슬라이더(1)를 조립하여 사용하는 장치에 있어서 그 장치의 연산부 및 제어부에 의해 진공 에어 슬라이더(1)의 변위체(31~34)에 있어서의 위치를 제어하도록 해도 좋다.

다음에, 진공 에어 슬라이더(1)의 동작에 관하여 설명한다. 다만, 이하에 있어서는 변위체(31~34)를 변위시키기 위한 액츄에이터(61)로서 압전 소자가 사용되고 있는 것으로 한다.

진공 에어 슬라이더(1)에서는, 예를 들면 도면 외의 액츄에이터에 의해 고정체(2)를 따라 가동체(3)가 상대 이동된다. 이때, 가동체(3)는 고정체(2)와의 사이에 유체층을 개재시킨 상태로 이동될 수 있다.

유체층은 도면 외의 펌프를 이용하여 가압 유체를 급기관(42), 주회 공급 유로(43) 및 공급 유로(41A~41D)를 유통시켜서 각 에어 패드(40A~40D)로부터 분출시킴으로써 형성된다. 그 한편, 가압 유체는 각 판재(35~38)의 환상 배기 홈(50A~50D,51A~51D), 도면 외의 배기관을 통하여 진공 챔버(도시 생략)의 외부로 배기된다. 환상 배기 홈(50A~50D,51A~51D)에 있어서 배기할 수 없는 가압 유체에 대해서는 각 판재(35~38)의 직선상 배기 홈(52A~52D)에 의해 형성되는 환상의 배기 홈을 이용하여 배기된다. 이 환상의 배기 홈(52A~52D)의 가압 유체는 배기 유로(53,54), 공통 유로(55) 및 배기관(56)을 통하여 진공 챔버 외에 배치된 진공 펌프(도시 생략)에 의해 흡인·배기된다.

한편, 측정부(70)에 있어서는 고정체(2)와 가동체(3)의 단부 사이의 거리가 고정체(2)의 제 1 도체층(25~28)과 가동체(3)에 있어서의 변위체(31~34)의 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 정전 용량으로서 직접적으로 측정된다.

또한, 연산부(71)에 있어서는 측정부(70)에서 측정되는 정전 용량에 의거하여 기준값에 대한 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 거리[변위 체(31~34)의 단면(31b~34b)과 고정체(2)의 운동 안내면(21~24) 사이의 거리]의 어긋남량을 파악하고 그 어긋남량에 대응되는 제어량이 연산된다. 이 제어량의 연산 결과는 제어부(72)에 의해 변위체(31~34)의 위치로서 반영된다. 즉, 연산부(71)는 제어량을 인가 전압값으로서 연산하는 한편, 제어부(72)는 연산부(71)에서 연산된 인가 전압값이 되도록 측정부(70)의 교류 전원(도시 생략)을 제어하고 압전 소자(61)의 신축량을 제어한다.

예를 들면, 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)의 거리가 기준값보다 작은 경우, 즉 변위체(31~34)[가동체(3)의 단부]가 고정체(2)에 지나치게 가까이 있는 경우에는 압전 소자(61)에 인가하는 전압을 작게 하여 압전 소자(61)를 수축시켜 고정체(2)로부터 멀어지는 방향으로 변위체(31~34)를 이동시킨다. 그것과는 반대로, 제 1 도체층(25~28), 제 2 도체층(31A~34A)의 거리가 기준값보다 큰 경우, 즉 변위체(31~34)[가동체(3)의 단부]가 고정체(2)로부터 지나치게 떨어져 있는 경우에는 압전 소자(61)에 인가하는 전압을 크게 하여 압전 소자(61)를 늘여서 고정체(2)에 가까워지는 방향으로 변위체(31~34)를 이동시킨다.

진공 에어 슬라이더(1)에서는 고정체(2)와 가동체(3)의 단부[변위체(31~34)] 사이의 거리를 이들이 대면하는 부분에서 직접 측정할 수 있도록 구성되어 있으므로 고정체(2)와 가동체(3)의 단부[변위체(31~34)] 사이의 거리를 정확하게 파악할 수 있다. 예를 들면, 고정체(2)와 가동체(3)의 단부[변위체(31~34)] 사이의 거리를 그들이 대면하는 부분 이외의 거리로서 측정한 다음에 이 측정 결과에 의거하여 간접적으로 파악하는 방법에 비해 측정 정밀도는 현저하게 개선된다.

또한, 정확하게 측정된 거리에 의거하여 가동체(3)의 단부[변위체(31~34)]를 변위시키도록 하면 고정체(2)와 가동체(3) 사이의 거리를 미소량으로 유지할 수 있게 됨과 아울러, 고정체(2)가 가동체(3)에 대하여 필요 이상으로 지나치게 접근하는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 고정체(2)에 대하여 가동체(3)가 접촉하는 것을 방지할 수 있으므로 고정체(2)에 가동체(3)가 접촉하는 것에 기인하는 마모 등의 발생을 방지할 수 있다. 특히, 변위체(31~34)를 고정체(2)로부터 멀어지는 방향으로 바이어싱한 상태로 지지해 둠으로써 압전 소자(61)를 수축했을 때에 응답성 좋게 변위체(31~34)를 고정체(2)로부터 퇴피시킬 수 있다. 그 때문에, 마모 등의 발생을 방지하기 위해서 필요한 고정체(2)와 가동체(3) 사이의 거리를 작게 설정할 수 있게 되어 고정체(2)와 가동체(3) 사이에 형성해야 할 유체층의 두께를 작게 할 수 있다. 그 결과, 진공 에어 슬라이더(1)에서는 고정체(2)에 대한 가동체(3)의 자세정밀도를 향상시킬 수 있고 고정체(2)와 가동체(3) 사이에 공급해야 할 가압 유체의 양을 줄일 수 있게 된다. 그리고, 공급해야 할 가압 유체의 양을 줄일 수 있으면 진공 에어 슬라이더(1)의 외부로의 가압 유체의 누설을 억제할 수 있다. 이에 따라, 진공 에어 슬라이더(1)로부터 가압 유체를 배기하기 위한 진공 펌프는 배기 속도를 보다 작게 할 수 있고 소비 전력도 억제할 수 있다. 그 결과, 가압 유체를 배기하기 위한 코스트를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 정압 슬라이더로부터의 가압 유체의 누설을 억제함으로써 진공 챔버(도시 생략)에 있어서의 진공도의 악화를 억제할 수 있으므로 진공 챔버의 진공도를 유지하기 위한 진공 펌프의 배기 속도, 소비 전력을 작게 할 수 있기 때문에 이 점에 있어서도 런닝 코스트를 저감 할 수 있게 된다.

또한, 고정체(2)에 대하여 가동체(3)가 접촉했다고 하여도 측정부(70)에서 측정되는 정전 용량에 의거하여 가동체(3)가 고정체(2)에 접촉한 사실을 바로 파악할 수 있다. 또한, 변위체(31~34)는 고정체(2)로부터 이간되는 방향으로 바이어싱되고 있는 것은 상술한 바와 같다. 그 때문에, 제어부(72)에 의해 변위체(31~34)를 퇴피시킴으로써 접촉에 의해 생기는 불량을 최소한으로 억제할 수 있다.

한편, 고정체(2)와 가동체(3) 사이의 거리를 적정하게 유지할 수 있으면 고정체(2)와 가동체(3) 사이에 필요 이상으로 큰 간극이 형성되는 것을 억제할 수 있으므로 진공 에어 슬라이더(1)의 외부로 가압 유체가 누설되는 것을 억제할 수 있다. 이것은 동시에 진공 에어 슬라이더(1)로부터 가압 유체를 배기하기 위한 코스트, 진공 챔버(도시 생략)의 진공도를 유지하기 위한 코스트를 저감할 수 있는 것을 의미하고 있다.

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 도 10 내지 도 13을 참조하여 설명한다. 이들 도면에 있어서는 도 1 내지 도 9를 참조하여 앞에 설명한 제 1 실시형태에 있어서의 진공 에어 슬라이더(1)와 동일한 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 이하에 있어서의 중복 설명은 생략한다.

도 10 내지 도 13에 나타낸 진공 에어 슬라이더(1')는 변위체(31',32',33', 34') 및 제 1 도체층(25',26',27',28')의 구성이 앞에 설명한 정압 슬라이더(1)(도 1 내지 도 9 참조)와는 다르다.

변위체(31'~34')는 가동체(3')의 단부와 고정체(2) 사이의 간극을 작게 유지 하면서도 가동체(3)가 고정체(2)와 접촉하는 것을 회피하기 위한 것으로서, 전달 부재(31B',32B',33B',34B') 및 복수개의 압전 소자(31C',32C',33C',34C')를 구비하고 있다.

전달 부재(31B'~34B')는 가동체(3')의 단부[변위체(31'~34')]와 고정체(2) 사이의 간극을 조정하기 위한 것으로서 탄성 변형가능한 판 형상으로 형성되어 있다. 이 전달 부재(31B'~34B')는 압전 소자(31C'~34C')가 고정되는 복수개의 후육부(31Ba',32Ba',33Ba',34Ba'), 및 인접한 후육부(31Ba'~34Ba') 사이에 형성된 박육부(31Bb',32Bb',33Bb',34Bb')를 갖고 있고 판 스프링 형상의 탄성을 갖는 것으로 되어 있다. 전달 부재(31B'~34B')는 그 단부에 있어서 에폭시 수지 등의 접착제(31E')를 개재하여 고정되어 있다(도 13 참조). 이러한 전달 부재(31B'~34B')는 예를 들면 산화 지르코늄, 사파이어, 질화 규소 등의 인성이 뛰어난 재료에 의해 형성될 수 있다. 또한, 접착제(31E')는 압전 소자(31C'~34C')의 상하면에도 제공되어도 좋고, 압전 소자(31C'~34C')와 전달 부재(31B'~34B'), 압전 소자(31C'~34C')와 판재(35~38)도 접착제(31E')를 개재하여 고정되어 있다.

복수개의 압전 소자(31C'~34C')는 전달 부재(31B'~34B')를 탄성 변형시키기 위한 것으로서 전달 부재(31B'~34B')의 후육부(31Ba'~34Ba')에 에폭시계 수지 등의 접착제을 개재하여 고정되어 있다. 즉, 복수개의 압전 소자(31C'~34C')는 전달 부재(31B'~34B')에 있어서 열(列) 형상으로 나열되도록 고정되어 있다. 각 압전 소자(31C'~34C')는 도면 외의 제어부(도 9 참조)에 의해 개별적으로 신축가능하게 되어 있다. 이와 같이 하여 각 압전 소자(31C'~34C')를 개별적으로 신축가능하게 함 으로써 전달 부재(31B'~34B')를 소망하는 부위에 있어서 변형시켜 가동체(3')의 단부[변위체(31'~34')]와 고정체(2) 사이의 간극을 조정할 수 있다.

복수개의 압전 소자(31C'~34C')의 주위는 보호 수지(31D',32D',33D',34D')에 의해 둘러싸여 있다. 이러한 보호 수지(31D'~34D')로서는 압전 소자(31C'~34C')의 신축을 저해하지 않도록 탄성 변형가능한 재료, 예를 들면 실리콘계 수지 또는 불소계 수지 등을 사용할 수 있다. 보호 수지(31D'~34D')에 의해 압전 소자(31C'~34C')의 주위를 둘러쌈으로써 진공의 리크(leak)를 방지할 수 있고, 또한 압전 소자(31C'~34C')를 보호할 수 있다.

이러한 변위체(31'~34')는 판재(35~38)의 단부에 있어서 직선상 배기 홈(52A~52D)에 인접하여 형성된 오목부(39)에 대하여 에폭시계 수지 등의 접착제를 개재하여 고정되어 있다. 이 상태에서 변위체(31'~34')는 직선상 배기 홈(52A~52D)에 인접한 위치에서 가동체(3')의 본체부(30)로부터 약간(1~10㎛ 정도) 돌출한 상태로 제 2 도체층(31A"~34B")이 고정체(2)의 운동 안내면(21~24)[제 1 도체층(25'~28')의 표면]에 대하여 대략 평행한 상태로 대면시켜져 있다. 즉, 변위체(31'~34')를 가동체(3')의 본체부(30)로부터 돌출시킴으로써 가동체(3')의 외부로 가압 유체가 누설되는 것을 억제하고 직선상 배기 홈(52A~52D)에 대하여 적절하게 가압 유체를 유도할 수 있다. 또한, 직선상 배기 홈(52A~52D)이 가동체(3')의 본체부(30)의 단면보다 중앙측에 형성되어 있는 경우에는 변위체(31'~34')도 직선상 배기 홈(52A~52D)의 근방에 형성되면 좋고, 또한 직선상 배기 홈(52A~52D)에 인접하는 단면측에 형성되는 것이 바람직하다.

제 1 도체층(25'~28')은 가동체(3')의 단부[변위체(31'~35')]와 고정체(2) 사이의 거리의 크기를 측정하기 위해서 이용되는 것으로서 복수개의 개별 전극(25A',26A',27A',28A')을 포함하고 있다. 각 개별 전극(25A'~28A')은 압전 소자(31C'~34C')에 대응시킨 위치에서 고정체(2)의 축 방향으로 연장되는 띠형상으로 형성되어 있다.

이러한 진공 에어 슬라이더(1')에서는 각 개별 전극(25A'~28A')과 제 2 도체층(31A~34A) 사이의 정전 용량을 개별적으로 측정함으로써 각 압전 소자(31C'~ 34C')에 대응되는 부분에서 고정체(2)와 가동체(3') 사이의 거리를 직접 측정할 수 있다. 이러한 정전 용량(거리)에 관한 정보는 도면 외의 제어부(도 9 참조)에서 처리되어 각 압전 소자(31C'~34C')의 신축 상태가 개별적으로 제어된다. 각 압전 소자(31C'~34C')는 탄성 변형가능하게 이루어진 전달 부재(31B'~34B')의 후육부(31Ba'~34Ba')에 고정되므로 변위체(31'~34')에 있어서의 복수개의 장소에서 개별적으로 고정체(2)에 대한 거리가 조정된다. 그 결과, 진공 에어 슬라이더(1')에서는 가동체(3')의 이동 방향(D1,D2)에 직교하는 직교 방향에 있어서 변위체(31'~34')와 고정체(2) 사이의 간극을 미조정할 수 있고 상기 직교 방향에서의 간극을 같은 것으로 할 수 있다.

진공 에어 슬라이더(1')에 있어서는 제 1 도체층(25'~28')이 복수개의 개별 전극(25A'~28A')을 포함하는 구성 대신에, 또는 제 1 도체층(25'~28')이 복수개의 개별 전극(25A'~28A')을 포함하는 구성에 추가로 제 2 도체층(31A~34A)이 복수개의 개별 전극을 포함하는 구성을 채용해도 좋다.

또한, 진공 에어 슬라이더(1')에서는 전달 부재(31B'~34B')를 도전성을 갖는 것으로서 형성하고, 전달 부재(31B'~34B')에 대하여 제 2 도체층(31A"~34B")의 기능을 부여해도 좋다. 이 경우의 전달 부재(31B'~34B')는 예를 들면 동 및 티탄 등의 금속, 또는 탄화 규소, Al₂O₃-TiC(알틱:알루미나와 탄화티탄의 복합 재료), 및 서멧 등의 도전성 세라믹에 의해 형성된다.

본 발명에 의한 정압 슬라이더는 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 여러가지로 변경가능하다. 예를 들면, 고정체와 가동체 사이의 거리를 측정하는 수단은 이들 거리를 직접 측정할 수 있는 것이면 좋으므로 반드시 슬라이더에 만들어 넣을 필요는 없고, 예를 들면 고정체나 가동체와 별체로서 공지의 변위계를 가동체에 일체화시키는 구성을 채용해도 좋다. 이 경우에 사용할 수 있는 변위계로서는, 예를 들면 정전 용량형 변위계, 와전류형 변위계, 또는 광픽업 등의 광학적 방법을 이용한 광학 변위계를 들 수 있다.

또한, 변위체를 생략하고 가동체의 전체를 고정체에 대하여 변위시키는 구성을 채용한 것이어도 좋다.

본 발명은 상술한 형태의 정압 슬라이더에는 한정되지 않고, 다른 형태의 정압 슬라이더에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 고정체가 원기둥 형상으로 형성되어 있는 한편 가동체가 원통 형상으로 형성된 것, 또는 가동체가 평판 형상으로 형성된 단순 부상식의 정압 슬라이더에도 적용할 수 있다.

Claims

운동 안내면을 갖는 기둥형상의 고정체; 및

상기 운동 안내면에 대향하는 복수의 대향면을 갖고, 상기 복수의 대향면과 상기 운동 안내면과의 사이에 가압 유체에 의해 형성되는 정압 유체층을 개재시킨 상태로 상기 운동 안내면을 따라 상기 고정체에 대하여 상대적으로 이동 가능하게 이루어진 가동체를 구비한 정압 슬라이더에 있어서,

상기 가동체는, 상기 복수의 대향면으로 이루어지는 내주면을 구비한 통형상의 가동체본체와 상기 내주면에 있어서 상기 복수의 대향면에 대응하도록 설치되어, 상기 가동체의 이동방향에 직교하는 방향으로, 상기 가동체 본체에 대해 각각 상대적으로 변위가능한 복수의 변위체를 구비하고 있으며,

상기 운동 안내면과 상기 각 변위체 사이의 거리를 측정하기 위한 측정수단과,

상기 측정수단에서의 측정결과에 의거하여, 상기 운동 안내면과 상기 각 변위체 사이의 거리를 조정하기 위해서, 상기 복수의 변위체의 위치를 각각 제어하는 제어수단을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 1 항에 있어서,

상기 측정 수단은 상기 운동 안내면과 상기 복수의 변위체 사이의 정전 용량을 각각 측정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 2 항에 있어서,

상기 측정 수단은 상기 운동 안내면에 형성된 복수의 제 1 도체층, 및 상기 복수의 변위체에 형성된 복수의 제 2 도체층을 포함하고 있고, 상기 복수의 제 1 도체층과 상기 복수의 제 2 도체층은 대응하고 있고, 대응하는 상기 제 1 및 제 2 도체층을 이용하여 이들 도체층 사이의 정전 용량을 측정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 도체층의 표면은 최대 높이(Rz)가 1㎛ 이하인 활면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 도체층은 금속 또는 단결정에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 5항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 도체층은 금속에 의해 후막으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 도체층의 두께는 0.1㎛ 이상 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 도체층은 비자성 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 가동체는 또한 상기 복수의 변위체를 위치 변위시키기 위한 복수의 압전 소자를 더 구비하고 있고;

상기 복수의 압전 소자는 상기 제어 수단에 의해 신축 상태가 각각 제어되는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 변위체는 상기 운동 안내면으로부터 이간되는 방향으로 바이어싱된 상태로 상기 가동체 본체에 각각 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 1 항에 있어서,

상기 가동체 본체와 상기 복수의 변위체 사이를 각각 밀봉하기 위한 복수의 시일 부재를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 12 항에 있어서,

상기 복수의 시일 부재는 상기 복수의 시일부재에 대응하는 상기 복수의 변위체에 의해 바이어싱된 상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 1 항에 있어서,

상기 가동체 본체는 상기 가압 유체를 외부로 배기하기 위한 배기 홈을 구비하고 있고;

상기 복수의 변위체는 상기 배기 홈에 인접하는 단부측에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 변위체는 상기 가동체의 이동 방향에 직교하는 방향으로 나열된 복수개의 압전 소자를 각각 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 15 항에 있어서,

상기 복수의 변위체는 탄성 변형가능하게 이루어진 전달 부재를 각각 구비하고 있고;

상기 복수개의 압전 소자는 상기 전달 부재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 16 항에 있어서,

상기 전달 부재는 상기 복수개의 압전 소자가 고정되는 복수개의 후육부, 및 인접한 후육부 사이에 형성된 박육부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 15 항에 있어서,

상기 복수의 변위체는 상기 복수개의 압전 소자의 주위를 둘러싸는 보호 수지를 각각 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.
제 15 항에 있어서,

상기 측정 수단은 상기 운동 안내면에 형성된 복수의 제 1 도체층, 및 상기 복수의 변위체에 대응하여 형성된 복수의 제 2 도체층을 포함하고 있고;

상기 제 1 및 제 2 도체층 중 적어도 한쪽은 상기 복수개의 압전 소자에 대응한 위치에 형성된 복수개의 개별 전극을 포함하고 있으며;

상기 측정 수단은 복수개의 개별 전극을 이용하여 제 1 및 제 2 도체층 사이의 정전 용량을 측정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 슬라이더.