WO2007069713A1 - 静圧スライダ - Google Patents

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WO2007069713A1
WO2007069713A1 PCT/JP2006/325020 JP2006325020W WO2007069713A1 WO 2007069713 A1 WO2007069713 A1 WO 2007069713A1 JP 2006325020 W JP2006325020 W JP 2006325020W WO 2007069713 A1 WO2007069713 A1 WO 2007069713A1
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static pressure
movable body
conductor layers
pressure slider
guide surface
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PCT/JP2006/325020
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takeshi Muneishi
Original Assignee
Kyocera Corporation
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Publication date
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    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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    • F16C33/741—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid
    • F16C33/748—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid flowing to or from the sealing gap, e.g. vacuum seals with differential exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/40—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions
    • F16C2300/62—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions low pressure, e.g. elements operating under vacuum conditions

Definitions

  • the present invention relates to a static pressure slider that moves a movable body relative to a fixed body with a static pressure fluid layer formed by a pressurized fluid interposed between the fixed body and the movable body. More particularly, the present invention relates to a static pressure slider adapted to transport a workpiece in a vacuum chamber.
  • a transfer device called a stage is used for transferring a workpiece such as a wafer or a mask.
  • the stage has a guide for guiding the movable body in a certain direction.
  • Typical examples of the guide include a sliding guide, a rolling guide using a plurality of rollers and balls, and a static pressure guide using a static pressure fluid.
  • the structure of the guide affects the moving accuracy of the movable body in the stage, that is, the stage guiding accuracy (posture accuracy, straightness accuracy).
  • stage guide accuracy a static pressure guide is considered to be the best, and a stage employing a static pressure guide is generally widely used.
  • a stage having a static pressure guide is called a static pressure slider, and has a structure including a fixed body constituting the guide and a movable body on which a workpiece is placed.
  • a fluid layer is formed by supplying a pressurized fluid between the stationary body and the movable body, and the fluid layer moves in a fixed direction without contacting the movable body with the stationary body. It can be made.
  • the fluid layer functions as a bearing, and is generally formed to have a thickness of 5 to LOm by supplying a pressurized fluid of 3 to 5 atmospheres.
  • the static pressure slider since the static pressure slider has a structure in which the fluid layer functions as a bearing portion and guides the movable body in a non-contact manner, other guides (sliding guides, rolling guides) employing a contact method are used. ) Is less affected by the flatness and straightness of the fixed body. Therefore, the static pressure slider shows better guide accuracy than the stage with other contact type guides. And the static pressure slider reduces the thickness of the fluid layer, The posture can be further stabilized and the stage guide accuracy can be improved.
  • semiconductor manufacturing processes are diverse, and various apparatuses are used for this purpose.
  • the stage that is a part of these devices must be used in a chamber (vacuum chamber) in a vacuum or reduced pressure atmosphere.
  • typical devices used in vacuum chambers are devices that process and inspect workpieces with charged particles such as electron beams and ion beams, or short-wave electromagnetic waves such as X-rays, such as scanning.
  • SEM scanning electron microscope
  • EB electron beam
  • FIB focus ion beam
  • X-ray exposure equipment X-ray exposure equipment.
  • the static pressure slider has a high-pressure fluid layer (for example, 3 to 5 atm) between the stationary body and the movable body. It is necessary to have a structure that can prevent leakage of the liquid into the outside of the movable body, that is, into the vacuum chamber.
  • a static pressure slider is called a vacuum air slider, for example, as shown in FIG. 14 (see, for example, Patent Document 1).
  • a vacuum air slider 9 shown in FIG. 14 includes a fixed body 90 and a movable body 91, and the movable body 91 is configured to be able to supply and exhaust air.
  • the movable body 91 includes an air supply portion 92 for supplying pressurized fluid to and from the fixed body 90, and an exhaust portion 93 for exhausting the supplied air.
  • the air supply section 92 is for forming a fluid layer having a thickness of about 5 to 10 m between the fixed body 90 and the movable body 91, and has a supply flow path 94 and a throttle section 95.
  • the restrictor 95 is for limiting the flow rate of the supply fluid, and is configured as an orifice restrictor, a surface restrictor, or a porous restrictor.
  • the exhaust section 93 has an exhaust port 96 and an exhaust passage 97, and is configured to be able to exhaust the supplied fluid by being connected to a pump not shown.
  • the posture of the movable body 91 is stabilized and the guiding accuracy is improved by reducing the thickness of the fluid layer.
  • the air slider 9 there is a limit in securing a large flatness of the fixed body 90 and the movable body 91, and bending due to the dead weight of the fixed body 90 occurs. Therefore, if the thickness of the fluid layer is unreasonably reduced, the movable body 91 may come into contact with the fixed body 90 when the movable body 91 moves, and a force may be generated. To avoid such problems, keep the fluid layer thickness constant. In the vacuum air slider 9, the thickness of the fluid layer is limited to about 8 m.
  • FIG. 15 has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • the basic structure of the vacuum air slider 9 ′ shown in the figure is the same as that of the vacuum air slider 9 shown in FIG. 13, and includes a fixed body (guide bar) 90 ′ and a movable body 91 /.
  • the labyrinth partition wall 98 'in the movable body 91 / is formed of the same wear-resistant porous material as the throttle part (porous pad) 95', so that the fixed body 9 (and We are trying to suppress the contact of metal between the movable body 91 / and avoid the occurrence of force squeezing etc.
  • the thickness of the fluid layer is about 5 m, and the movable body 9 It is possible to stabilize the posture and improve the guidance accuracy.
  • the thickness of the fluid layer can surely be reduced as compared with the vacuum air slider 9 in Fig. 14.
  • the thickness of the fluid layer that most affects the amount of fluid leaking into the vacuum chamber that is, the gap between the fixed body 90 'and the movable body 91' can only be about 5 ⁇ m. Therefore, in order to prevent the leakage of the pressurized fluid of the vacuum air slider force, the vacuum pump exhausting the vacuum chamber or the vacuum pump connected to the exhaust passage 97 'in the movable body 91' is driven with a high exhaust speed. There is a need. In addition, the amount of pressurized fluid supplied to the vacuum air slider is still large, which has increased the running cost of the device using the vacuum air slider.
  • a gap between the labyrinth portion 98 supported by the movable body 91 ′′ and the guide surface 90A of the fixed body 90 is provided as a sensor 99A.
  • a sensor 99A which is configured to adjust the gap by controlling the gap adjustment mechanism based on the detection result (see, for example, Patent Document 3).
  • Non-contact type displacement meters such as eddy current displacement meters or optical pickups are used, while the gap adjustment mechanism uses labyrinths such as an actuator 99B such as a piezo element, a giant magnetostrictive element, or an electromagnet. It is configured to move part 9 8.
  • Patent Document 1 US Patent No. 4749283
  • Patent Document 2 JP-A-2-212624
  • Patent Document 3 JP 2002-3495569 A
  • the vacuum air slider 9 ⁇ shown in FIGS. 16A to 16C is supported by the movable body 91 ′′ with the sensor 99A positioned on the side of the movable body 91 ′′.
  • the amount of fluctuation in the gap in the labyrinth section 98 is monitored. That is, the vacuum air slider 9 monitors the distance between the guide surface 90A of the fixed body 90 and the facing surface 98A of the labyrinth portion 98 with the guide surface 90A at a position away from the force of the labyrinth portion 98. It is configured.
  • the labyrinth portion 98 and the guide surface 90A are different from the labyrinth portion 98, which is not for directly measuring the distance hr between the guide surface 9OA" and the labyrinth portion 98. Therefore, it is difficult to measure accurately, and the fact that the labyrinth section 98 ⁇ has contacted the guide surface 90A ⁇ cannot be immediately grasped, and The problem is that it tends to occur.
  • the thickness of the fluid layer is further reduced while suppressing generation of force of the movable body with respect to the fixed body and leakage of pressurized fluid to the outside of the static pressure slider.
  • it is an object to improve the posture stability of the movable body and to reduce the running cost by reducing the supply amount of the pressurized fluid.
  • a stationary body having a motion guide surface and a static pressure fluid layer formed by a pressurized fluid are interposed between the motion guide surface and along the motion guide surface.
  • a static pressure slider comprising: a movable body that is movable relative to the fixed body; and a distance between the motion guide surface and a surface facing the motion guide surface at an end of the movable body.
  • a static pressure slider is further provided, further comprising a measuring means for directly measuring.
  • the measuring means is configured to measure the capacitance between the motion guide surface and the facing surface, for example. Made.
  • This measuring means includes, for example, a first conductor layer formed on the motion guide surface and a second conductor layer formed on the opposing surface. Using the first and second conductor layers, It is configured to measure the capacitance between these conductor layers.
  • the surfaces of the first and second conductor layers are preferably formed on a smooth surface having a maximum height Rz of Lm or less.
  • the first and second conductor layers are made of, for example, metal or single crystal.
  • the first and second conductor layers are preferably formed in a thick film when they are formed of metal. In this case, the thickness of the first and second conductor layers is preferably set to 0.1 111 or more and 0.1 mm or less.
  • the first and second conductor layers may be formed of a nonmagnetic material.
  • the movable body is displaceable relative to the movable body main body in a direction orthogonal to the moving direction of the movable body, and the end surface of the movable body is a displacement that constitutes the facing surface. It is composed of a body and In this case, the static pressure slider of the present invention further includes control means for controlling the position of the displacement body in order to adjust the distance between the motion guide surface and the facing surface based on the measurement result of the measurement means. It is assumed.
  • the movable body main body includes, for example, an exhaust groove for exhausting the pressurized fluid to the outside.
  • the displacement body is provided on the end side adjacent to the exhaust groove.
  • the movable body may be configured to further include a piezoelectric element for displacing the displacement body.
  • the expansion / contraction state of the piezoelectric element is controlled by the control means.
  • the displacement body is supported by the movable body while being urged in the direction in which the motion guide surface force is separated, and the gap between the movable body and the displacement body is between these. Place a sealing member to seal the gap between the two!
  • the displacement body may include a plurality of piezoelectric elements arranged in a direction orthogonal to a moving direction of the movable body.
  • the displacement body includes, for example, a transmission member that can be elastically deformed, and the plurality of piezoelectric elements are fixed to the transmission member.
  • the transmission member has, for example, a plurality of thick portions to which the piezoelectric element is fixed and a thin portion provided between adjacent thick portions.
  • the displacement body further includes a protective resin surrounding the periphery of the plurality of piezoelectric elements.
  • At least one of the first and second conductor layers corresponds to the plurality of piezoelectric elements. It is preferable to include a plurality of individual electrodes formed at the specified positions.
  • the distance between the fixed body and the movable body is measured, and the distance between the opposing surface facing the motion guide surface is measured while the fixed body and the movable body are relatively moving. Therefore, it is possible to accurately grasp the distance between the fixed body and the movable body.
  • the distance between the fixed body and the movable body is measured using a displacement sensor as the distance of the portion other than the facing surface facing the motion guide surface, and based on the measurement results, the fixed body and the movable body are Compared with the method of indirectly grasping the distance, the hydrostatic slider of the present invention significantly improves the measurement accuracy of the distance between the fixed body and the movable body.
  • the movable body (displacement body) is displaced based on the accurately measured distance, the distance between the fixed body and the movable body can be properly maintained.
  • the movable body can be prevented from approaching the fixed body more than necessary.
  • the movable body can be prevented from coming into contact with the fixed body, so that the occurrence of force kinking caused by the movable body coming into contact with the fixed body is prevented, and the fixed body and the movable body are damaged. It can be suppressed.
  • the displacement body can be retreated from the fixed body force with high responsiveness by an actuator that displaces the displacement body. Therefore, in the static pressure slider of the present invention, the distance between the fixed body and the movable body necessary for preventing the occurrence of galling or the like can be set small, and the gap between the fixed body and the movable body is formed. The thickness of the fluid layer to be reduced can be reduced.
  • the static pressure slider of the present invention can improve the posture accuracy of the movable body with respect to the fixed body, and can always keep the distance between the fixed body and the movable body at a slight constant amount.
  • the amount of pressurized fluid to be supplied between the fixed body and the movable body can be reduced.
  • the capacitance becomes zero at the time of contact, so a large displacement point occurs in the capacitance. Therefore, the fact that the movable body has contacted the fixed body can be immediately grasped based on the capacitance measured by the measuring means, so that the problems caused by the contact can be minimized.
  • the displacement body is biased away from the fixed body, the displacement body will be Since it can be evacuated well, problems caused by contact can be minimized.
  • the vacuum pump for exhausting the pressurized fluid by the static pressure slider can reduce the exhaust speed and also reduce the power consumption. As a result, it is possible to reduce the cost for exhausting the pressurized fluid.
  • the leakage of the pressurized fluid from the static pressure slider it is possible to suppress the badness of the vacuum degree in the vacuum chamber (not shown), so that the vacuum for maintaining the vacuum degree of the vacuum chamber is maintained. The pumping speed and power consumption of the pump can be reduced, so that the running cost can be reduced in this respect as well.
  • the first and second conductor layers of the measuring means are formed as smooth surfaces, the first and second conductor layers can be in contact with each other as compared with the case where the conductor layers are formed as rough surfaces.
  • the possibility of the movable body coming into contact with the fixed body can be reduced, the number of holes on the surface of the fixed body and the movable body can be reduced, and the electrostatic capacitance between the first conductor layer and the second conductor layer can be accurately
  • leakage of pressurized fluid can be more reliably suppressed.
  • the distance between the fixed body and the movable body necessary to prevent the occurrence of galling or the like can be set small, and the thickness of the fluid layer formed between the fixed body and the movable body can be further increased. It becomes possible to make it smaller.
  • the hydrostatic slider of the present invention can be used, for example, by a scanning electron microscope (SEM), an electron beam (EB) drawing device, a focus ion beam ( When applied to devices that use charged particles, such as FIB drawing devices, the first and second conductor layers do not adversely affect the operation of those devices. Therefore, the static pressure slider according to the present invention can be applied without problem to an apparatus using charged particles.
  • SEM scanning electron microscope
  • EB electron beam
  • a focus ion beam When applied to devices that use charged particles, such as FIB drawing devices, the first and second conductor layers do not adversely affect the operation of those devices. Therefore, the static pressure slider according to the present invention can be applied without problem to an apparatus using charged particles.
  • a seal member is disposed between the movable body main body and the displacement body, it is possible to suppress leakage of pressurized fluid for forming a fluid layer between the movable body main body and the displacement body.
  • the advantage of suppressing the leakage of the pressurized fluid by the seal member is great.
  • the displacement body includes a plurality of piezoelectric elements
  • the plurality of piezoelectric elements are individually expanded and contracted. Therefore, the gap can be adjusted by each piezoelectric element. For example, when a plurality of piezoelectric elements are fixed to an elastically deformable transmission member, the distance between the displacement body (movable body) and the fixed body is reduced by deforming the transmission member by expansion and contraction of the piezoelectric elements. Adjustment is possible.
  • FIG. 1 is an overall perspective view for explaining a first embodiment of a vacuum air slider according to the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II—II in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a part of the movable body in the vacuum air slider shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a part of the movable body in the vacuum air slider shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line V—V in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI—VI in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VI in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing the main part of FIG.
  • FIG. 9 is a block diagram of the vacuum air slider shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is an overall perspective view for explaining a second embodiment of a vacuum air slider according to the present invention.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line XI—XI in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII—XII in FIG.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing the main part of FIG.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of a conventional static pressure slider.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing another example of a conventional static pressure slider.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view showing still another example of a conventional static pressure slider
  • FIG. 16B is a bottom view thereof
  • FIG. 16C is a cross-sectional view taken along line XVIC-XVIC in FIG. 16B.
  • a vacuum air slider 1 shown in FIG. 1 corresponds to an example of a static pressure slider according to the present invention, and is used to transport a workpiece in a vacuum chamber.
  • This vacuum air slider 1 is provided with a fixed body 2 and a movable body 3, and the movable body 3 is placed in the direction of Dl and D2 with respect to the fixed body 2 with a fluid layer formed by a pressurized fluid interposed therebetween. It is configured to allow relative movement.
  • the fixed body 2 is for guiding the movement of the movable body 3. It is formed in a prismatic shape having four motion guide surfaces 21, 22, 23, 24.
  • the fixed body 2 is formed of a ceramic mainly composed of alumina or silicon carbide, for example.
  • Each of the motion guide surfaces 21 to 24 is for defining a moving path of the movable body 3. These motion guide surfaces 21 to 24 extend in the directions of Dl and D2 in FIG. 1, and are finished to a smooth surface, for example.
  • a first conductor layer 25, 26, 27, 28 is formed on each motion guide surface 21-24. The force described later for details The first conductor layers 25 to 28 are used to measure the distance between the end of the movable body 3 (displacement bodies 31 to 35 described later) and the fixed body 2. Thus, it is formed in a strip shape extending in the axial direction of the fixed body 2 so as to cover substantially the entire region of the motion guide surfaces 21-24.
  • the movable body 3 is moved in the directions Dl and D2 along the motion guide surfaces 21 to 24 of the fixed body 2 with the fixed body 2 covered. As shown in Fig. 2 to Fig. 4, it has a main body ⁇ 30 and displacement bodies 31, 32, 33, 34!
  • the main body 30 includes four plate members 35, 36, 37, and 38, and has a rectangular cross section so that the fixed member 2 can be covered by connecting the plate members 35 to 38 to each other. It is formed in a cylindrical shape having a through hole 30A.
  • the plate members 35 to 38 have a long rectangular shape in a plan view, and include large horizontal plate members 35 and 36 and size / J, and vertical plate members 37 and 38.
  • Each plate 35-38 has air throats 40A, 40B, 40C, 40D, annular exhaust grooves 50A, 50B, 50C, 50D, 51A, 51B, 51C, 51D and linear exhaust grooves 52A, 52B, 52C, 52D
  • it is made of ceramics mainly composed of alumina or silicon carbide, for example.
  • vacuum grease is applied to the joining surfaces for joining the plate members 35 to 38. This joining surface force can also prevent the fluid from leaking.
  • the air pad portions 40A to 40D are for restricting the flow rate of the supplied fluid and function as a restriction, and are configured as, for example, an orifice restriction, a surface restriction, or a porous restriction. As clearly shown in FIG. 2, the air pad portions 40A to 40D have supply flow paths 41A, 41B, 41C, and 41D. These supply flow paths 41A to 41D are air supply pipes in the vertical plate 37. 42 communicates with the circulation supply passage 43 connected thereto. Therefore, each The pressurized fluid that has circulated through the air supply pipe 42, the circulation supply passage 43, and the supply passages 41A-4 ID can be ejected from the pad 40A-40D.
  • the annular exhaust grooves 50A to 50D and 51A to 51D are used for recovering the pressurized fluid supplied through the air pad portions 40A to 40D, as can be seen from FIGS. 2 and 4.
  • the air pad portions 40A to 40D are formed so as to surround them.
  • these annular exhaust grooves 50A to 50D and 51A to 51D are not shown in the drawing, they communicate with the outside of a vacuum chamber (not shown) through an exhaust pipe, and pressurized fluid is supplied to the vacuum chamber. It is configured to be able to exhaust outside.
  • the straight exhaust grooves 52A to 52D are communicated with each other in a state where the plate members 35 to 38 are connected, and the main body portion 30 as a whole constitutes an annular exhaust groove.
  • These linear exhaust grooves 52A to 52D are formed so as to extend in the width direction at the ends in the longitudinal directions Dl and D2 of the plate members 35 to 38, as clearly shown in FIG.
  • the straight exhaust grooves 52B and 52D are formed so as to reach the side edges and open in the width direction.
  • the straight exhaust grooves 52A and 52C are formed in portions excluding the side edge portions, and the end portions are closed.
  • the straight exhaust grooves 52A of the horizontal plate member 35 communicate with the exhaust passages 53 and 54, respectively.
  • These exhaust passages 53 and 54 are connected via a common passage 55 and an exhaust pipe 56 to a vacuum pump (not shown) disposed outside the vacuum chamber. That is, from each of the straight exhaust grooves 52A to 52D, by driving the vacuum pump, the pressurized fluid is brought out of the vacuum chamber via the exhaust passages 53 and 54, the common passage 55 and the exhaust pipe 56. Can exhaust.
  • the displacement bodies 31 to 34 maintain the gap between the end of the movable body 3 and the fixed body 2 small, while the movable body 3 This is to avoid contact with the fixed body 2 and is formed in a rod shape having a rectangular cross section.
  • These displacement bodies 31 to 34 are supported by bolts 60 at the ends of Dl and D2 in the plate materials 35 to 38, and are configured to be displaceable in the thickness direction of the plate materials 35 to 38 by the actuator 61. Has been.
  • the displacement bodies 31 to 34 are disposed at the ends of the plate members 35 to 38, respectively.
  • the bolts 60 are integrated with the plate members 35 to 38 while being accommodated in the recesses 39 provided adjacent to the straight exhaust grooves 52A to 52D.
  • the displacement bodies 31 to 34 are slightly (1 to: L0) from the main body 30 of the movable body 3 at positions adjacent to the straight exhaust grooves 52A to 52D.
  • the lower end faces 31b, 32b, 33b, and 34b face each other in a substantially parallel state to the motion guide surfaces 21 to 24 (surfaces of the conductor layers 25 to 28) of the fixed body 2 in the protruding state.
  • the displacement bodies 31 to 34 are also provided in the vicinity of the linear exhaust grooves 52A to 52D. More preferably, it is preferably provided on the end face side adjacent to the straight exhaust grooves 52A to 52D.
  • the bolt 60 has a threaded portion 60B extending through the through holes 35A, 36A, 37A, 38A of the plate members 35-38 with the coil panel 62 interposed between the head portion 60A and the surfaces of the plate members 35-38.
  • the coil panel 62 is compressed more than the natural state, and the through holes 35A to 38A have a larger diameter than the threaded portion 60B of the bolt 60. Therefore, the displacement bodies 31 to 34 are urged in the direction toward the head portion 60A by the repulsive force of the coil panel 62 and move relative to the plate members 35 to 38 in the thickness direction of the plate members 35 to 38. It is possible.
  • each plate member 35-38 is further provided with an actuator 61 for displacing the displacement bodies 31-34 in the thickness direction of the plate members 35-38.
  • the two actuators 61 are in charge of one displacement body 31 to 34, and these actuators 61 are configured to apply loads to both longitudinal ends of the displacement bodies 31 to 34.
  • the actuator 61 includes a piezoelectric element.
  • the actuator 61 is expanded and contracted by a control unit 72 (see FIG. 9), which will be described later, so that a load is applied to the displacement bodies 31 to 34, and the displacement bodies 31 to 34 are moved to the plate materials 35 to 35. It is configured to move relative to 38.
  • the actuator 61 is not limited to a piezoelectric element, and various known elements such as a giant magnetostrictive element and an electromagnet may be applied.
  • a seal member is provided between the displacement bodies 31 to 34 and the main body 30.
  • a packing 63 is arranged.
  • the packing 63 is not clearly shown in the drawing, but has a rectangular frame shape in a plan view and is formed in a circular cross section.
  • the packing 63 has elasticity by rubber or the like, and is disposed in an annular groove 39A provided in the recess 39 of the plate members 35 to 38.
  • the annular groove 39A faces the upper end surfaces 31a, 32a, 33a, 34a of the displacement bodies 31-34 and extends along the edges of the upper end surfaces 3la-34a of the displacement bodies 31-34.
  • the pressurized fluid is prevented from leaking outside the vacuum air slider 1 from the gap between the plate members 35 to 38 and the upper end surfaces 3 la to 34a of the displacement bodies 31 to 34, and the plate members 35 to 38 It is possible to prevent the pressurized fluid from leaking out of the vacuum air slider 1 from the through holes 35A to 38A.
  • the sealing material is not limited to the rectangular frame shaped knock 63, and other forms of elastic bodies can be used.
  • the end surfaces 31b, 32b, 33b, 34b of the displacement bodies 31 to 34 are arranged on the first conductor layers 25 to 28 of the fixed body 2.
  • the second conductor layers 31A, 32A, 33A, and 34A facing each other are provided. These second conductor layers 31A to 34A, together with the first conductor layers 25 to 28 of the fixed body 2, are used for measuring the distance between the end of the movable body 3 and the fixed body 2. And constitutes a measuring unit 70 (see FIG. 9) to be described later.
  • the second conductor layers 31A to 34A are formed in a long rectangular shape in plan view, the length dimension is approximately the same as the width dimension of the first conductor layers 25 to 28 of the fixed body 2, and the width dimension is the displacement body 31. It is about the same as the width dimension of ⁇ 34.
  • the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A of the fixed body 2 and the displacement bodies 31 to 34 are preferably formed on a smooth surface.
  • Rz is formed to be 1 m or less.
  • Conductive layers 25-28 and second conductive layers 31A-34A should be smooth surfaces.
  • the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A are in contact with each other as compared with the case where the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A are formed to have rough surfaces. This can reduce the possibility that the end of the movable body 3 (displacement bodies 31 to 34) contacts the fixed body 2.
  • the fixed body 2 and the displacement bodies 31 to 34 come into contact with each other, the fact can be immediately grasped, and further, a gap formed between the fixed body 2 and the displacement bodies 31 to 34 can be obtained. Since it becomes uniform, it can suppress that a pressurized fluid leaks. In other words, the distance between the fixed body 2 and the movable body 3 necessary to prevent the occurrence of galling can be set small, and the fluid layer formed between the fixed body 2 and the movable body 3 It is possible to further reduce the thickness of the film.
  • the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A may be formed on the smooth surface by polishing or the like, but may be formed by a single crystal. Also, by forming the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A in a thick film with metal, the motion guide surfaces 21 to 24 of the fixed body 2 and the lower end surfaces 31b to 31b of the displacement bodies 31 to 34 The surface unevenness and holes in 34b may be absorbed to ensure the smoothness of the fixed body 2 and the displacement bodies 31 to 34. For example, when the fixed body 2 and the displacement bodies 31 to 34 have a ceramic force, the surface roughness after grinding is such that the maximum height Rz is several / zm to several tens / zm.
  • the thicknesses of the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A are set to 0.1 111 to 0.1 mm, for example.
  • the surface roughness (maximum height Rz, arithmetic average height Ra) is a value measured according to JIS B0601-2001 (based on ISO 24287-1997).
  • the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A may be formed as hard films so that galling or the like is unlikely to occur when they contact each other.
  • 1st conductor layer 25-28, 2nd conductor layer 3 Thickness of the fluid layer formed between fixed body 2 and movable body 3 is reduced by reducing problems such as force squeezing at the time of contact of 1A-34A. It becomes possible to make it even smaller.
  • the hardness of the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A is preferably set to 1200 or more based on the Vickers hardness Hv, for example.
  • the hard film (conductor layers 25 to 28, 31 to 34) having such hardness can be formed of, for example, TiN, TiC, cermet, AlTiC, and WC.
  • Vickers hardness Hv is JIS R1610-2003 (ISO 147 05-2000)).
  • the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A are also preferably formed as non-magnetic materials. If the first conductor layers 25-28 and the second conductor layers 31A-34A are formed as non-magnetic materials, the vacuum air slider 1 can be used, for example, by a scanning electron microscope (SEM), an electron beam (EB) drawing device, or focus ions. When applied to devices that use charged particles such as beam (FIB) lithography equipment, the first conductor layers 25-28 and the second conductor layers 31A-34A may also adversely affect the charged particle control of those devices. Absent. Therefore, the vacuum air slider 1 according to the present invention can be applied without problems to an apparatus using charged particles.
  • the vacuum air slider 1 further includes a measurement unit 70, a calculation unit 71, and a control unit 72 as shown in FIG.
  • the measurement unit 70 includes the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A of the fixed body 2 and the movable body 3, and the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers. It further includes an AC power supply (not shown) for applying a potential difference to 31A to 34A.
  • the measuring unit 70 applies a high-frequency voltage of, for example, 500 kHz and 5 V between the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A by an AC power source (not shown), while the first conductor The capacitance between the layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A is measured.
  • the capacitance between the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A is correlated to the distance between the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A.
  • the distance between the first conductor layer 25-28 and the second conductor layer 31A-34A by measuring the capacitance between the first conductor layer 25-28, the second conductor layer 31A-34A, As a result, the distance between the lower end surfaces 31b to 34b of the displacement bodies 31 to 34 and the motion plan inner surfaces 21 to 24 of the fixed body 2 can be grasped.
  • the calculation unit 71 calculates the control amount of the displacement bodies 31 to 34 based on the capacitance measured by the measurement unit 70. That is, the distance between the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A (the distance between the lower end surfaces 31b to 34b of the displacement bodies 31 to 34 and the motion guide surfaces 21 to 24 of the fixed body 2) When the reference value force is also shifted, the control amount corresponding to the shift amount is calculated. More specifically, the computing unit 71 uses the control amounts input to the actuators (piezoelectric elements) 61 for displacing the displacement bodies 31 to 34 as the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31 A.
  • Displacement required to set the distance between ⁇ 34A as the reference value (deviation amount) ) To calculate. For example, when a piezoelectric element is used as the actuator (piezoelectric element) 61 for displacing the displacement bodies 31 to 34, the calculation unit 71 determines the expansion / contraction amount (distortion amount) of the piezoelectric element corresponding to the displacement amount. It is calculated as the voltage value applied to.
  • calculation unit 71 can be omitted by having the measurement unit 70 secure the function of the calculation unit 71.
  • the control unit 72 displaces the displacement bodies 31 to 34 based on the control amount calculated by the calculation unit 71. For example, when a piezoelectric element is used as the actuator 61 (piezoelectric element), the voltage applied to the piezoelectric element is controlled to expand and contract the piezoelectric element, thereby displacing the displacement bodies 31 to 34.
  • the calculation unit 71 and the control unit 72 described above can be constructed, for example, by combining a CPU, RAM, and ROM, and causing the CPU to execute a program stored in the ROM while using the RAM.
  • the calculation unit 71 and the control unit 72 correspond to all the displacement bodies 31 to 34 that may be individually provided for one displacement body 31 to 34 by the single calculation unit 71 and the control unit 72.
  • the calculation unit 71 may be individually provided for one displacement body 31 to 34, while one control unit 72 may be provided for all the displacement bodies 31 to 34.
  • the calculation unit 71 and the control unit 72 may be provided separately from the vacuum air slider 1 without being provided in the vacuum air slider 1.
  • the position of the vacuum air slider 1 in the displacement bodies 31 to 34 may be controlled by a calculation unit and a control unit of the device.
  • the movable body 3 is relatively moved along the fixed body 2 by an actuator (not shown), for example. At this time, the movable body 3 is moved with the fluid layer interposed between the movable body 3 and the fixed body 2.
  • the fluid layer uses a pump (not shown) to cause the pressurized fluid to flow from the air pads 40A to 40D through the air supply pipe 42, the circulation supply passage 43, and the supply passages 41A to 41D. thing It is formed by.
  • the pressurized fluid is exhausted to the outside of the vacuum chamber (not shown) through the annular exhaust grooves 50A to 5OD and 51A to 51D of the plate members 35 to 38 and the exhaust pipe not shown.
  • the pressurized fluid that cannot be exhausted in the annular exhaust grooves 50A to 50D and 51A to 51D is exhausted using the annular exhaust grooves formed by the linear exhaust grooves 52A to 52D of the respective plate members 35 to 38.
  • the pressurized fluid in the annular exhaust groove (52A to 52D) is supplied to a vacuum pump (not shown) disposed outside the vacuum chamber via the exhaust flow paths 53, 54, the common flow path 55, and the exhaust pipe 56. Sucked by 'exhausted.
  • the distance force between the fixed body 2 and the end of the movable body 3 The first conductor layers 25 to 28 of the fixed body 2 and the first of the displacement bodies 31 to 34 of the movable body 3 It is directly measured as the capacitance between the two conductor layers 31A to 34A.
  • the calculation unit 71 based on the capacitance measured by the measurement unit 70, the distance between the first conductor layers 25 to 28 and the second conductor layers 31A to 34A with respect to the reference value (displacement body) The distance between the end surfaces 31b to 34b of 31 to 34 and the motion guide surfaces 21 to 24 of the fixed body 2 is grasped, and a control amount corresponding to the amount of deviation is calculated.
  • the control amount calculation result is reflected by the control unit 72 as the positions of the displacement bodies 31 to 34. That is, the calculation unit 71 calculates the control amount as an applied voltage value, while the control unit 72 controls the AC power supply (not shown) of the measurement unit 70 so that the applied voltage value calculated by the calculation unit 71 is obtained.
  • the expansion / contraction amount of the piezoelectric element 61 is controlled.
  • the displacement bodies 31 to 34 ends of the movable body 3
  • the voltage applied to the piezoelectric element 61 is reduced to contract the piezoelectric element 61 and move the displacement bodies 31 to 34 in the direction away from the fixed body 2 force.
  • the distance between the first conductor layer 25 to 28 and the second conductor layer 31A to 34A is larger than the reference value, that is, the displacement body 31 to 34 (the end of the movable body 3) is separated from the fixed body 2. If it has passed, the voltage applied to the piezoelectric element 61 is increased to extend the piezoelectric element 61 and move the displacement bodies 31 to 34 in the direction approaching the fixed body 2.
  • the vacuum air slider 1 is configured so that the distance between the end of the fixed body 2 and the end of the movable body 3 (displacement bodies 31 to 34) can be directly measured at the portion where they face each other.
  • the distance between the fixed body 2 and the movable body 3 can be reduced.
  • the distance can be maintained at a minute amount, and the fixed body 2 can be prevented from approaching the movable body 3 more than necessary.
  • the movable body 3 can be prevented from coming into contact with the fixed body 2, so that the occurrence of a force fold caused by the movable body 3 coming into contact with the fixed body 2 can be prevented.
  • the displacement bodies 31 to 34 are retracted from the fixed body 2 with good responsiveness when the piezoelectric element 61 is contracted. be able to. For this reason, the distance between the fixed body 2 and the movable body 3 necessary to prevent the occurrence of force-tampering can be set small, and the fluid to be formed between the fixed body 2 and the movable body 3 The thickness of the layer can be reduced. As a result, in the vacuum air slider 1, the posture accuracy of the movable body 3 with respect to the fixed body 2 can be improved, and the amount of pressurized fluid to be supplied between the fixed body 2 and the movable body 3 can be reduced. Become.
  • the vacuum pump for exhausting the pressurized fluid from the vacuum air slider 1 can further reduce the exhaust speed and suppress the power consumption.
  • the cost for exhausting the pressurized fluid can be reduced.
  • by suppressing the leakage of pressurized fluid from the static pressure slider it is possible to suppress the deterioration of the degree of vacuum in the vacuum chamber (not shown), so a vacuum pump for maintaining the degree of vacuum in the vacuum chamber. The pumping speed and power consumption of the vehicle can be reduced, so that the running cost can be reduced in this respect as well.
  • the displacement bodies 31 'to 34' prevent the movable body 3 from coming into contact with the fixed body 2 while keeping the gap between the end of the movable body 3 'and the fixed body 2 small.
  • the transmission members 31B 'to 34' are for adjusting the gap between the end of the movable body 3 '(displacement bodies 31 / to 34') and the fixed body 2, and are elastically deformable. It is formed in a plate shape.
  • the transmission members 31B 'to 34' are arranged between a plurality of thick portions 31Ba ', 32Ba', 33Ba 'and 34Ba' to which the piezoelectric elements 31C 'to 34 are fixed and adjacent thick portions 31Ba' to 34Ba '. , 32Bb,, 33Bb,, and 34Bb, which are provided with a plate panel-like elasticity.
  • the transmission members 31B 'to 34B ⁇ are fixed at their ends via an adhesive 3IE' such as epoxy resin (see Fig. 13).
  • Such transmission members 31B 'to 34B ⁇ can be formed of a material having excellent toughness, such as zirconia, sapphire, and silicon nitride.
  • the piezoelectric element 31C'-34 and the transmission member 31B'-34 ⁇ ', the piezoelectric element 31C'-34C' and the plate member 35-38 which may be provided on the upper and lower surfaces of the adhesive 31 or the piezoelectric element 31C-34, Is also fixed via an adhesive 31E '.
  • the plurality of piezoelectric elements 31C 'to 34C' are for elastically deforming the transmission members 31B 'to 34 ⁇ ', and the thick portions 31Ba ⁇ to 34Ba ⁇ of the transmission members 31B 'to 34 ⁇ It is fixed via an adhesive such as a system resin. That is, the plurality of piezoelectric elements 31 to 34 are fixed so as to be arranged in a row in the transmission members 31B ′ to 34B ⁇ .
  • Each of the piezoelectric elements 31C ′ to 34C ′ can be individually expanded and contracted by a control unit (see FIG. 9) not shown.
  • each of the piezoelectric elements 31 to 34 expandable and contractable individually in this way, the transmission members 31B 'to 34B ⁇ are deformed at a desired portion and fixed to the end of the movable body (displacement bodies 3 to 34'). The gap between the body 2 can be adjusted.
  • the periphery of the plurality of piezoelectric elements 31C 'to 34C' is surrounded by protective resins 31D ', 32D', 33D ', and 34.
  • protective resin 3 ID′-34D ′ an elastically deformable material such as silicon-based resin or fluorine-based resin can be used so as not to inhibit expansion and contraction of the piezoelectric elements 31-34. .
  • the protective resins 31D ′ to 34D ′ it is possible to prevent vacuum leakage and further protect the piezoelectric elements 31 to 34.
  • Such displacement bodies 31 / to 34 ' have epoxy resin or the like for the recesses 39 provided adjacent to the straight exhaust grooves 52A to 52D at the ends of the plate members 35 to 38. It is fixed via an adhesive. In this state, the displacement bodies 31 ′ to 34 ′ protrude slightly from the main body 30 of the movable body (1 to about LO / zm) at positions adjacent to the linear exhaust grooves 52A to 52D.
  • the second conductor layers 31A "to 34B" face each other in a state substantially parallel to the motion guide surfaces 21 to 24 (the surfaces of the first conductor layers 25 'to 28') of the fixed body 2.
  • the displacement body 31 / -34 'to protrude from the main body 30 of the movable body 3' it is possible to prevent the pressurized fluid from leaking to the outside of the movable body 3 ', and the linear exhaust groove 52A--
  • the pressurized fluid can be guided appropriately to 52D. If the straight exhaust grooves 52A to 52D are provided closer to the center than the end face of the main body 30 of the movable body 3 ', the displacement bodies 31' to 34 'are also located near the straight exhaust grooves 52A to 52D. If provided, it is preferable to provide it on the end face side adjacent to the straight exhaust grooves 52A to 52D.
  • the first conductor layers 2 to 28 ' are used for measuring the distance between the end of the movable body (displacement bodies 3 to 3) and the fixed body 2, Individual electrode 25A ', 26A', 27 ⁇ ', 28 ⁇ ' are included.
  • Each of the individual U electrodes 25A ′ to 28 ′ is formed in a strip shape extending in the axial direction of the fixed body 2 at a position corresponding to the piezoelectric elements 31C ′ to 34C ′.
  • Such a vacuum air slider! In /, by measuring the capacitance between each individual electrode 25A'-28A ⁇ and the second conductor layer 31A-34A individually, in the portion corresponding to each piezoelectric element 31-34C ' Directly measure the distance between 2 and the movable body. Information regarding such capacitance (distance) is processed by a control unit (not shown) (see FIG. 9), and the expansion and contraction states of the piezoelectric elements 31C ′ to 34C ′ are individually controlled. Each piezoelectric element 31C'-34C 'is fixed to the thick part 31Ba ⁇ -34a ⁇ of the transmission member 3IB'-34 ⁇ ' that can be elastically deformed.
  • the distance to the fixed body 2 is adjusted individually.
  • the gap between the displacement bodies 31' to 34 'and the fixed body 2 can be finely adjusted in the orthogonal direction perpendicular to the moving direction Dl, D2 of the movable body.
  • the gap can be made uniform.
  • the first conductor layers 25 'to 28' include a plurality of individual electrodes 25A 'to 28', or the first conductor layers 25 'to 28' include a plurality of individual electrodes 25A 'to 28'.
  • the second conductor layers 31 to 34 may include a plurality of individual electrodes.
  • the transmission members 31B 'to 34 ⁇ are formed as conductive materials, and the functions of the second conductor layers 31 ⁇ and ⁇ to 34 ⁇ are imparted to the transmission members 31B and ⁇ 34 ⁇ .
  • the transmission member 3 W to 34 ′ ′ can be made of, for example, a metal such as copper and titanium, or silicon carbide, Al 2 O—TiC (Altic: alumina and titanium carbide).
  • the static pressure slider according to the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be variously changed.
  • the means for measuring the distance between a fixed body and a movable body should be able to directly measure these distances, so it is not always necessary to build in a slider.
  • a configuration in which a known displacement meter is integrated with the movable body may be employed.
  • a displacement meter that can be used in this case, for example, a capacitance Examples include an optical displacement meter using an optical method such as a quantitative displacement meter, an eddy current displacement meter, or an optical pickup.
  • the present invention is not limited to the static pressure slider of the above-described form, but can be applied to a slider for other forms of static pressure.
  • the present invention can be applied to a static floating slider in which a fixed body is formed in a columnar shape while a movable body is formed in a cylindrical shape, or a movable body is formed in a flat plate shape. .

Landscapes

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Description

明 細 書
静圧スライダ
技術分野
[0001] 本発明は、固定体と可動体との間に加圧流体により形成される静圧流体層を介在 させた状態で、固定体に対して可動体を相対移動させる静圧スライダに関する。より 詳細には、本発明は、真空チャンバ内においてワークを搬送するのに適合した静圧 スライダに関するものである。
背景技術
[0002] 半導体製造装置においては、ウェハやマスク等のワークの搬送にはステージと呼 ばれる搬送装置が用いられている。ステージは、可動体を一定方向に案内するガイ ドを有するものである。ガイドとしては、たとえば滑りガイド、複数個のローラや球を用 いる転がりガイド、静圧流体を用いる静圧ガイドが代表的である。ガイドの構造は、ス テージにおける可動体の移動精度、すなわちステージ案内精度 (姿勢精度、真直精 度）に影響を与えるものである。ステージ案内精度の面においては、静圧ガイドが最 も優れて ヽるとされ、静圧ガイドを採用したステージが一般的に広く用いられて 、る。
[0003] 静圧ガイドを有するステージは、静圧スライダと呼ばれており、ガイドを構成する固 定体と、ワークを載置するための可動体と、を備えた構造を有している。この静圧スラ イダでは、固定体と可動体との間に加圧流体を供給して流体層を形成することにより 、その流体層によって、可動体を固定体に接触させることなく一定方向に運動させる ことができる。静圧スライダにおいては、流体層は、軸受け部として機能しており、一 般的に、 3〜5気圧の加圧流体を供給することにより厚みが 5〜： LO mに形成されて いる。
[0004] このように、静圧スライダは、流体層を軸受け部として機能させ、非接触で可動体を 案内する構造であるために、接触方式を採用した他のガイド (滑りガイド、転がりガイ ド)を採用したステージのように、固定体の平面度や真直度の影響を受けにくい。そ のため、静圧スライダは、接触式の他のガイドを有するステージよりも優れた案内精 度を示す。そして、静圧スライダは、流体層の厚みを小さくすることにより、可動体の 姿勢をより一層安定させ、ステージ案内精度を向上させることができる。
[0005] 一方、半導体製造工程は多岐にわたり、そのために種々の装置が使用されている 。それら装置の一部であるステージは、真空または減圧雰囲気とされたチャンバ (真 空チャンバ）内において使用する必要がある。たとえば、真空チャンバ内において使 用される装置の代表的なものとしては、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子、あ るいは X線等の短波長電磁波によりワークを加工 ·検査する装置、たとえば走査型電 子顕微鏡 (SEM)、電子線 (EB)描画装置、フォーカスイオンビーム (FIB)描画装置 、 X線露光装置がある。
[0006] 上述のように、静圧スライダは、固定体と可動体の間に高圧の流体層（たとえば 3〜 5気圧）が介在するため、真空チャンバで使用するステージとして用いる場合には、 流体が可動体の外部、すなわち真空チャンバ内に漏洩するのを抑制できる構造とす る必要がある。このような静圧スライダは、真空エアスライダと呼ばれており、たとえば 図 14に示すようなものが知られている（たとえば特許文献 1参照)。
[0007] 図 14に示した真空エアスライダ 9は、固定体 90および可動体 91を備えたものであ り、可動体 91において、エア供給および排気が可能なように構成されたものである。 可動体 91は、固定体 90との間に加圧流体を供給するためのエア供給部 92、および 供給されたエアを排気するための排気部 93を備えている。エア供給部 92は、固定体 90と可動体 91との間に、厚みが 5〜10 m程度の流体層を形成するためのもので あり、供給流路 94および絞り部 95を有している。絞り部 95は、供給流体の流量を制 限するためのものであり、オリフィス絞り、表面絞り、あるいは多孔質絞りとして構成さ れている。一方、排気部 93は、排気口 96および排気流路 97を有しており、図外のポ ンプに接続されることにより、供給流体を排気することができるように構成されている。
[0008] 上述のように、真空エアスライダ 9をはじめとする静圧スライダでは、流体層の厚み を小さくすることで可動体 91の姿勢が安定し、案内精度が向上する。その一方で、真 空エアスライダ 9では、固定体 90や可動体 91の平面度を大きく確保するには限界が あり、また固定体 90の自重橈み等による曲げが発生する。そのため、流体層の厚み を不当に小さくすれば、可動体 91が移動する際に可動体 91が固定体 90に接触し、 力じり等が発生しうる。このような不具合を回避するためには、流体層の厚みを一定 以上確保する必要があり、真空エアスライダ 9では、流体層の厚みは 8 m程度が限 界とされていた。
[0009] そこで、かじり等の発生を抑制するために、図 15に示した真空エアスライダ^ も提 案されている（たとえば特許文献 2参照)。同図に示した真空エアスライダ 9' は、基 本構成が図 13に示した真空エアスライダ 9と同様であり、固定体 (ガイドバー） 90' および可動体 91/ を備えている。そして、真空エアスライダ^ では、可動体 91/ に おけるラビリンス隔壁 98' を、絞り部（多孔質パッド) 95' と同一の耐磨耗性多孔質 材により形成することにより、固定体 9( と可動体 91/ との間での金属どうしの接触 を抑制し、力じり等の発生を回避しょうとしている。この真空エアスライダ^ では、流 体層の厚みを 5 m程度とし、可動体 9 の姿勢を安定させて案内精度を向上させ ることがでさる。
[0010] 図 15に示した真空エアスライダ^ では、確かに図 14の真空エアスライダ 9に比べ れば流体層の厚みを小さくすることができる。し力しながら、真空チャンバ内に漏洩す る流体量に最も影響を与える流体層の厚み、すなわち固定体 90' と可動体 91' と の間の隙間を 5 μ m程度しかできない。そのため、真空エアスライダ^ 力 の加圧 流体の漏洩を防ぐために、真空チャンバを排気する真空ポンプ、あるいは可動体 91 ' における排気流路 97' に接続された真空ポンプは、大きな排気速度をもって駆動 する必要がある。その上、真空エアスライダ^ に供給する加圧流体の量も依然とし て多ぐこのことが真空エアスライダ^ を使用する装置のランニングコストを押し上げ ていた。
[0011] 真空エアスライダとしてはさらには、図 16Aないし図 16Cに示したように、可動体 91 " に支持されたラビリンス部 98 と固定体 90 のガイド面 90A との間の隙間をセ ンサ 99A〃 によって検知し、その検知結果に基づいて隙間調整機構を制御して隙 間を調整するように構成されたものもある (たとえば特許文献 3参照)。センサ 99A としては、たとえば静電容量型変位計、渦電流型変位計あるいは光ピックアップなど の非接触型の変位計が用いられている。一方、隙間調整機構は、たとえばピエゾ素 子、超磁歪素子あるいは電磁石などのァクチユエータ 99B を用いて、ラビリンス部 9 8 を移動させるように構成されたものである。 [0012] 特許文献 1：米国特許第 4749283号明細書
特許文献 2：特開平 2 - 212624号公報
特許文献 3：特開 2002— 3495569号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0013] しかしながら、図 16Aないし図 16Cに示した真空エアスライダ 9〃 は、センサ 99A が可動体 91" の側方に位置した状態で可動体 91" に支持されており、この状態に おいてラビリンス部 98 の隙間の変動量を監視している。すなわち、真空エアスライ ダ 9 では、ラビリンス部 98 力ら離れた位置において、し力も固定体 90 のガイド 面 90A とラビリンス部 98 におけるガイド面 90A との対向面 98A との間の距 離を監視するように構成されている。このような真空エアスライダ 9"では、ガイド面 9 OA" とラビリンス部 98 との間の隙間 hrの距離を直接測定するものではなぐラビリ ンス部 98 とは異なる箇所においてラビリンス部 98 とガイド面 90A との間の変 動量を監視するようにしているために正確な測定が困難であり、ラビリンス部 98〃 が ガイド面 90A〃 に接触した事実を即座に把握することができず、依然として、力じりが 発生しやす 、と 、う問題を有して 、た。
[0014] 本発明は、静圧スライダにおいて、固定体に対する可動体の力じり等の発生および 静圧スライダの外部への加圧流体の漏洩を抑制しつつ、流体層の厚みをより小さく することにより、可動体の姿勢安定性を向上させるとともに加圧流体の供給量を小さく してランニングコストを低減することを課題として 、る。
課題を解決するための手段
[0015] 本発明においては、運動案内面を有する固定体と、前記運動案内面との間に加圧 流体により形成される静圧流体層を介在させた状態で、前記運動案内面に沿って前 記固定体に対して相対移動可能とされた可動体と、を備えた静圧スライダにおいて、 前記運動案内面と、前記可動体の端部における前記運動案内面に対する対向面と の間の距離を直接測定するための測定手段をさらに備えた、静圧スライダが提供さ れる。
[0016] 測定手段は、たとえば運動案内面と対向面との間の静電容量を測定するように構 成される。この測定手段は、たとえば運動案内面に形成された第 1導体層と、対向面 に形成された第 2導体層と、を含んだものとされ、第 1および第 2導体層を利用して、 これらの導体層の間の静電容量を測定するように構成される。
[0017] 第 1および第 2導体層の表面は、最大高さ Rzが： L m以下の滑面に形成するのが 好ましい。第 1および第 2導体層は、たとえば金属または単結晶により形成される。第 1および第 2導体層は、これらを金属により形成する場合には厚膜に形成するのが好 ましい。この場合の第 1および第 2導体層の厚みは、 0. 1 111以上0. 1mm以下に設 定するのが好ましい。第 1および第 2の導体層は、非磁性材料により形成してもよい。
[0018] 可動体は、可動体本体と、可動体の移動方向に直交する方向に、可動体本体に対 して相対的に変位可能であり、かつ、その端面が前記対向面を構成する変位体と、 を備えたものとして構成される。この場合、本発明の静圧スライダは、測定手段での 測定結果に基づいて、運動案内面と対向面との間の距離を調整するために、変位体 の位置を制御する制御手段をさらに備えたものとされる。
[0019] 前記可動体本体は、たとえば前記加圧流体を外部に排気するための排気溝を備え ている。前記変位体は、前記排気溝に隣接する端部側に備えられている。
[0020] 可動体は、変位体を位置変位させるための圧電素子をさらに備えたものとして構成 することもできる。圧電素子は、制御手段により伸縮状態が制御される。
[0021] 変位体は、運動案内面力 離間する方向に付勢された状態で可動体本体に支持 させておくのが好ましぐまた可動体本体と変位体との間には、これらの間の隙間を 封止するためのシール部材を配置してぉ 、てもよ!/、。
[0022] 前記変位体は、前記可動体の移動方向に直交する方向に並んだ複数の圧電素子 を備えていてもよい。この場合、前記変位体は、たとえば弾性変形可能とされた伝達 部材を備えたものとされ、前記複数の圧電素子は、前記伝達部材に固定される。
[0023] 前記伝達部材は、たとえば前記圧電素子が固定される複数の厚肉部と、隣接する 厚肉部の間に設けられた薄肉部と、を有するものとされる。
[0024] 前記変位体は、複数の圧電素子の周囲を囲む保護榭脂をさらに備えているのが好 ましい。
[0025] 前記第 1および第 2導体層のうちの少なくとも一方は、前記複数の圧電素子に対応 した位置に形成された複数の個別電極を含んで ヽるのが好まし 、。
発明の効果
[0026] 本発明に係る静圧スライダでは、固定体と可動体との距離を、固定体と可動体とが 相対移動している間、運動案内面と対面する対向面との距離を測定手段により直接 測定できるように構成されているため、固定体と可動体との距離を正確に把握するこ とが可能となる。たとえば、固定体と可動体との距離を、運動案内面に対面する対向 面以外の部分の距離として変位センサを用いて測定した上で、この測定結果に基づ いて、固定体と可動体との距離を間接的に把握する方法に比べて、本発明の静圧ス ライダでは固定体と可動体との距離の測定精度が著しく改善される。
[0027] また、正確に測定された距離に基づ!/、て可動体 (変位体)を変位させるようにすれ ば、固定体と可動体との間の距離を適正に維持することができるようになり、可動体 が固定体に対して必要以上に近づき過ぎてしまうことを抑制することができる。これに より、固定体に対して可動体が接触するのを防止できるため、固定体に可動体が接 触することに起因する力じりなどの発生を防止し、固定体および可動体が損傷してし まうことを抑制できる。とくに、固定体力 離間する方向に付勢した状態で変位体を支 持した構成を採用すれば、変位体を位置変位させるァクチユエータによって、変位体 を応答性良く固定体力ゝら退避させることができる。そのため、本発明の静圧スライダで は、かじりなどの発生を防止するために必要な固定体と可動体との間の距離を小さく 設定できるようになり、固定体と可動体との間に形成すべき流体層の厚みを小さくこと ができる。
[0028] その結果、本発明の静圧スライダでは、固定体に対する可動体の姿勢精度を向上 させることができるととも〖こ、固定体と可動体との距離を常時僅かな一定量に保持可 能となり、固定体と可動体との間に供給すべき加圧流体の量を少なくできるようになる 。また、固定体に対して可動体が接触したとしても、接触時には静電容量がゼロとな ることから静電容量に大きな変位点が生じる。そのため、測定手段において測定され る静電容量などに基づいて、可動体が固定体に接触した事実を即座に把握すること ができため、接触により生じる不具合を最小限に留めることができる。また、固定体か ら離間する方向に変位体を付勢した状態としておけば、変位体を固定体力 応答性 良く退避させることができるため、接触により生じる不具合を最小限に留めることがで きる。
[0029] このように固定体と可動体との距離を常時僅かな一定量に保持できることから、固 定体と可動体との隙間の外部への加圧流体の漏洩を抑制できる。これにより、静圧ス ライダカも加圧流体を排気するための真空ポンプは、排気速度をより小さくできるとと もに消費電力も抑制できる。その結果、加圧流体を排気するためのコストを低減する ことが可能となる。また、静圧スライダからの加圧流体の漏洩を抑制することにより、真 空チャンバ（図示略）における真空度の悪ィ匕を抑制できるために、真空チャンバの真 空度を維持するための真空ポンプの排気速度、消費電力を小さくできるために、この 点においても、ランニングコストを低減できるようになる。
[0030] また、測定手段の第 1および第 2導体層を滑面として形成すれば、それらの導体層 が粗面として形成された場合に比べて、第 1および第 2導体層が接触する可能性、す なわち固定体に対して可動体が接触する可能性を低減でき、固定体および可動体 表面の空孔を削減でき、第 1導体層および第 2導体層間の静電容量を正確に測定 することができるとともに、加圧流体の漏洩をより確実に抑制することが可能となる。す なわち、かじりなどの発生を防止するために必要な固定体と可動体との間の距離を 小さく設定できるようになり、固定体と可動体との間に形成する流体層の厚みをより一 層小さくすることが可能となる。
[0031] さらに、第 1および第 2導体層を非磁性材料により形成すれば、本発明の静圧スラ イダを、たとえば走査型電子顕微鏡 (SEM)、電子線 (EB)描画装置、フォーカスィォ ンビーム (FIB)描画装置などの荷電粒子を用いる装置に適用する場合に、第 1およ び第 2導体層がそれらの装置の動作に悪影響を与えることもない。そのため、本発明 に係る静圧スライダは、荷電粒子を用いる装置に対して問題なく適用できる。
[0032] また、可動体本体と変位体との間にシール部材を配置すれば、可動体本体と変位 体との間から流体層を形成するための加圧流体が漏洩することを抑制できる。とくに 、可動体本体に対して変位体を位置変位させる構成を採用する場合には、シール部 材により加圧流体の漏洩を抑制することの利点は大きい。
[0033] 変位体が複数の圧電素子を備えたものとすれば、複数の圧電素子を個別に伸縮さ せることにより、各圧電素子により隙間の調整が可能となる。たとえば、弾性変形可能 な伝達部材に複数の圧電素子を固定した場合には、圧電素子の伸縮より伝達部材 を変形させることにより、変位体 (可動体)と固定体との間の距離を微小な調整が可能 となる。
図面の簡単な説明
[0034] [図 1]本発明に係る真空エアスライダの第 1の実施の形態を説明するための全体斜視 図である。
[図 2]図 1の II— II線に沿う断面図である。
[図 3]図 1の III III線に沿う断面図である。
[図 4]図 1に示した真空エアスライダにおける可動体の一部を分解して示した斜視図 である。
[図 5]図 4の V— V線に沿う断面図である。
[図 6]図 3の VI— VI線に沿う断面図である。
[図 7]図 3の VII— VI線に沿う断面図である。
[図 8]図 6の要部を拡大して示した断面図である。
[図 9]図 1に示した真空エアスライダのブロック図である。
[図 10]本発明に係る真空エアスライダの第 2の実施の形態を説明するための全体斜 視図である。
[図 11]図 10の XI— XI線に沿う断面図である。
[図 12]図 11の XII— XII線に沿う断面図である。
[図 13]図 11の要部を拡大して示した断面図である。
[図 14]従来の静圧スライダの一例を示す断面図である。
[図 15]従来の静圧スライダの他の例を示す断面図である。
[図 16]図 16Aは従来の静圧スライダのさらに他の例を示す断面図、図 16Bはその底 面図、図 16Cは図 16Bの XVIC—XVIC線に沿う断面図である。
符号の説明
[0035] 1, 1' 真空エアスライダ (静圧スライダ）
2 固定体 21〜24 運動案内面
25〜28, 25' 〜28' (固定体の）第 1導体層
25Α' 〜28Α' 個別電極
3, 3' 可動体
30 本体部（可動体本体）
31〜34, 31/ 〜34' 変位体
31B' 〜34Β^ (変位体の）伝達部材
31Ba' 〜34Ba^ (伝達部材の）厚肉部
31Bb' 〜34B1 (伝達部材の）薄肉部
31 〜34 （変位体の）圧電素子
31び 〜34び （変位体の)保護榭脂
31A〜34A (変位体の)第 2導体層
31b〜34b (変位体の）下方端面
61 圧電素子
63 パッキン（シール部材）
70 測定部 (測定手段）
72 制御部 (制御手段）
発明を実施するための最良の形態
[0036] 以下においては、本発明に係る静圧スライダについて、真空エアスライダを例にと つて、第 1および第 2の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
[0037] まず、本発明の第 1の実施の形態の真空エアスライダについて、図 1ないし図 9を参 照して説明する。
[0038] 図 1に示した真空エアスライダ 1は、本発明に係る静圧スライダの一例に相当するも のであり、真空チャンバ内においてワークを搬送するために使用されるものである。こ の真空エアスライダ 1は、固定体 2および可動体 3を備えており、加圧流体により形成 される流体層を介在させた状態で、固定体 2に対して可動体 3を Dl, D2方向に相対 移動可能させるように構成されて 、る。
[0039] 図 1ないし図 3に示したように、固定体 2は、可動体 3の運動を案内するためのもの であり、 4つの運動案内面 21, 22, 23, 24を有する角柱状に形成されている。この 固定体 2は、たとえばアルミナあるいは炭化珪素を主成分とするセラミックスにより形 成されている。
[0040] 各運動案内面 21〜24は、可動体 3の移動経路を規定するためのものである。これ らの運動案内面 21〜24は、図 1の Dl, D2方向に延びており、たとえば滑面に仕上 げられている。各運動案内面 21〜24には、第 1導体層 25, 26, 27, 28が形成され ている。詳細については後述する力 各第 1導体層 25〜28は、可動体 3の端部（後 述する変位体 31〜35)と固定体 2との間の距離の大きさを測定するために利用され るものであり、運動案内面 21〜24の略全域を覆うように固定体 2の軸方向に延びる 帯状に形成されている。
[0041] 図 1に示したように、可動体 3は、固定体 2を外套した状態で固定体 2の運動案内面 21〜24に沿って Dl, D2方向に移動させられるものであり、図 2ないし図 4に示した よう【こ、本体咅 30および変位体 31, 32, 33, 34を備えて!/ヽる。
[0042] 本体部 30は、 4枚の板材 35, 36, 37, 38を含んでおり、それらの板材 35〜38を 互いに連結することにより、固定体 2を外套しうるように、矩形断面の貫通孔 30Aを有 する筒状に形成されている。
[0043] 板材 35〜38は、平面視において長矩形状を有しており、サイズの大きな水平板材 35, 36と、サイズの/ J、さな垂直板材 37, 38を含んでいる。各板材 35〜38は、エア ノッド部 40A, 40B, 40C, 40D、環状排気溝 50A, 50B, 50C, 50D, 51A, 51B , 51C, 51Dおよび直線状排気溝 52A, 52B, 52C, 52Dを有しており、固定体 2と 同様に、たとえばアルミナあるいは炭化珪素を主成分とするセラミックスにより形成さ れている。また、各板材 35〜38を接合する接合面には真空グリスが塗布されている ことが好ましぐこの接合面力も流体が漏洩するのを防止することができる。
[0044] エアパッド部 40A〜40Dは、供給流体の流量を制限するためのものであり、絞りと して機能するものであり、たとえばオリフィス絞り、表面絞り、あるいは多孔質絞りとして 構成されている。図 2に良く表れているように、エアパッド部 40A〜40Dは、供給流路 41A, 41B, 41C, 41Dを有しており、これらの供給流路 41A〜41Dは、垂直板材 3 7において給気管 42が接続された周回供給流路 43に連通している。そのため、各ェ ァパッド 40A〜40Dからは、給気管 42、周回供給流路 43および供給流路 41A〜4 IDを流通してきた加圧流体を噴出させることができる。
[0045] 環状排気溝 50A〜50D, 51A〜51Dは、エアパッド部 40A〜40Dを介して供給さ れた加圧流体を回収するために利用されるものであり、図 2および図 4から分かるよう にエアパッド部 40A〜40Dを囲むように形成されて 、る。これらの環状排気溝 50A 〜50D, 51A〜51Dは、図面上には表されていないが、排気管を介して真空チャン バ（図示略)の外部に連通しており、加圧流体を真空チャンバの外部に排気できるよ うに構成されている。
[0046] 図 4および図 5から分かるように、直線状排気溝 52A〜52Dは、各板材 35〜38を 連結した状態において互いに連通させられ、本体部 30の全体としては環状の排気 溝を構成するものである。これらの直線状排気溝 52A〜52Dは、図 4に良く表れてい るように板材 35〜38における長手方向 Dl , D2の端部において、幅方向に延びるよ うに形成されている。垂直板材 37, 38においては、直線状排気溝 52B, 52Dが側縁 にまで至るように形成されおり、幅方向において開放している。これに対して、水平板 材 35, 36においては、直線状排気溝 52A, 52Cが側縁部を除いた部分に形成され ており、端部が閉じたものとされている。図 5に示したように、水平板材 35の直線状排 気溝 52Aは、それぞれ排気流路 53, 54に連通している。これらの排気流路 53, 54 は、共通流路 55および排気管 56を介して、真空チャンバ外に配置された真空ボン プ（図示略）に接続されている。すなわち、各直線状排気溝 52A〜52Dからは、真空 ポンプを駆動させることにより、排気流路 53, 54、共通流路 55および排気管 56を介 して、加圧流体を真空チャンバの外部に排気できる。
[0047] 図 1、図 3および図 4に示したように、変位体 31〜34は、可動体 3の端部と固定体 2 との間の隙間を小さく維持しつつも、可動体 3が固定体 2と接触するのを回避するた めのものであり、矩形断面を有する棒状に形成されている。これらの変位体 31〜34 は、板材 35〜38における Dl , D2の端部においてボルト 60を介して支持されている とともに、ァクチユエータ 61によって板材 35〜38の厚み方向に変位可能なように構 成されている。
[0048] 図 3および図 5から図 7に示したように、変位体 31〜34は、板材 35〜38の端部に おいて、直線状排気溝 52A〜52Dに隣接して設けられた凹部 39に収容された状態 で、ボルト 60によって板材 35〜38に対して一体化されている。この状態では、図 6お よび図 7に示したように変位体 31〜34は、直線状排気溝 52A〜52Dに隣接した位 置において、可動体 3の本体部 30から若干（1〜： L0 m程度)突出した状態で、下 方端面 31b, 32b, 33b, 34bが固定体 2の運動案内面 21〜24 (導体層 25〜28の 表面）に対して略平行な状態で対面させられている。すなわち、変位体 31〜34を可 動体 3の本体部 30から突出させることにより、可動体 3の外部へ加圧流体が漏洩する のを抑制し、直線状排気溝 52A〜52Dに対して適切に加圧流体を導くことができる 。なお、直線状排気溝 52A〜52D力 可動体 3の本体部 30の端面より中央寄りに設 けられている場合には変位体 31〜34も直線状排気溝 52A〜52Dの近傍に設けら れればよぐさらには、直線状排気溝 52A〜52Dに隣接する端面側に設けることが 好ましい。
[0049] ボルト 60は、ヘッド部 60Aと板材 35〜38の表面との間にコイルパネ 62を介在させ た状態で、ネジ部 60Bが板材 35〜38の貫通孔 35A、 36A, 37A, 38Aに揷通され ている。コイルパネ 62は自然状態よりも圧縮されており、貫通孔 35A〜38Aはボルト 60のネジ部 60Bよりも大径とされている。そのため、変位体 31〜34は、コイルパネ 6 2の弹発力によってヘッド部 60Aに向けた方向に付勢されているとともに、板材 35〜 38に対して、板材 35〜38の厚み方向に相対動可能とされて 、る。
[0050] 図 3および図 7に示したように、各板材 35〜38にはさらに、変位体 31〜34を板材 3 5〜38の厚み方向に変位させるためのァクチユエータ 61が設けられている。 1つの 変位体 31〜34に対しては、 2っァクチユエータ 61が担当しており、それらのァクチュ エータ 61は、変位体 31〜34における長手方向の両端部に対して負荷を作用させる ように構成されている。ァクチユエータ 61は、圧電素子を含むものであり、後述する制 御部 72 (図 9参照）によって伸縮させられることにより変位体 31〜34に負荷を作用さ せ、変位体 31〜34を板材 35〜38に対して相対動させるように構成されている。
[0051] ァクチユエータ 61としては、圧電素子に限らず、超磁歪素子、電磁石などの公知の 種々のものを適用してもよい
[0052] 図 6ないし図 8に示したように、変位体 31〜34と本体部 30との間には、シール部材 としてのパッキン 63が配置されている。このパッキン 63は、図面上には明確に表れさ れていないが、平面視において矩形枠状の形態を有するとともに、断面円形状に形 成されている。このパッキン 63は、ゴムなどにより弾性を有するものとされており、板材 35〜38の凹部 39に設けられた環状溝 39Aに配置されている。この環状溝 39Aは、 変位体 31〜34の上方端面 31a, 32a, 33a, 34aに対面するととちに、変位体 31〜3 4の上方端面 3 la〜34aの縁に沿って延びている。この環状溝 39Aにパッキン 63を 収容させた状態では、ノ ッキン 63は、板材 35〜38 (環状溝 39A)と変位体 31〜34 の上方端面 31a〜34aの双方に接触した状態で、それらの間に介在しているとともに 、板材 35〜38の貫通孔 35A〜38Aの端部を囲んでいる。そのため、図 8Aおよび図 8Bに示したように、変位体 31〜34を変位させた場合には、パッキン 63は、自身が有 する弾性により、変位体 31〜34の変位に追従して伸縮することで、板材 35〜38と変 位体 31〜34との間に生じる隙間を封止することができる。その結果、板材 35〜38と 変位体 31〜34の上方端面 3 la〜34aとの隙間から加圧流体が真空エアスライダ 1 の外部に流体が漏洩するのを防止し、また、板材 35〜38の貫通孔 35A〜38Aから 加圧流体が真空エアスライダ 1の外部に漏洩するのを防止することができる。
[0053] もちろん、シール材としては、矩形枠状のノ ッキン 63に限らず、他の形態の弾性体 を使用することちできる。
[0054] 図 3、図 4、図 6および図 7【こ示したよう【こ、変位体 31〜34の端面 31b, 32b, 33b, 34bには、固定体 2の第 1導体層 25〜28に対面させられた第 2導体層 31A, 32A, 33A, 34Aが設けられている。これらの第 2導体層 31A〜34Aは、固定体 2の第 1導 体層 25〜28とともに、可動体 3の端部と固定体 2との間の距離を測定するために利 用されるものであり、後述する測定部 70 (図 9参照）を構成している。第 2導体層 31A 〜34Aは、平面視において長矩形状に形成されており、長さ寸法が固定体 2の第 1 導体層 25〜28の幅寸法と同程度とされ、幅寸法が変位体 31〜34の幅寸法と同程 度とされている。
[0055] 固定体 2および変位体 31〜34の第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34Aは、 滑面に形成するのが好ましぐその表面粗さは、たとえば最大高さ Rzが 1 m以下と なるように形成される。導体層 25〜28および第 2導体層 31 A〜34Aを滑面とするこ とにより、第 1導体層 25〜28および第 2導体層 31A〜34Aが粗面とし形成された場 合に比べて、第 1導体層 25〜28および第 2導体層 31A〜34Aが相互に接触する可 能性、すなわち固定体 2に対して可動体 3の端部 (変位体 31〜34)が接触する可能 性を低減できる。また、固定体 2と変位体 31〜34とが接触したとしても、その事実を 即座に把握することができ、さらには、固定体 2と変位体 31〜34との間に形成された 隙間が均一となるため、加圧流体が漏洩するのを抑制することができる。すなわち、 力じりなどの発生を防止するために必要な固定体 2と可動体 3との間の距離を小さく 設定できるようになり、固定体 2と可動体 3との間に形成する流体層の厚みをより一層 小さくすることが可能となる。
[0056] 第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34Aは研磨などにより滑面に形成してもよ いが、単結晶により形成することにより滑面としてもよい。また、第 1導体層 25〜28, 第 2導体層 31A〜34Aを金属により厚膜に形成することで、固定体 2の運動案内面 2 1〜24および変位体 31〜34の下方端面 31b〜34bにおける表面凹凸や空孔を吸 収し、固定体 2および変位体 31〜34の平滑性を確保するようにしてもよい。例えば、 固定体 2、変位体 31〜34がセラミックス力も成る場合には、研削加工後の表面粗さ は、最大高さ Rzが数/ z m〜数十/ z mとなるため、表面の凹凸や空孔を効果的に吸 収するためには、第 1導体層 25〜28および第 2導体層 31A〜34Aの厚みは、たとえ ば 0. 1 111以上0. 1mm以下に設定される。なお、表面粗さ（最大高さ Rz、算術平 均高さ Ra)は、 JIS B0601 - 2001 (ISO 24287— 1997に準拠）に準じて測定し た値である。
[0057] 第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34Aは、これらが接触したときにかじり等が 発生しにくいように、硬質膜として形成してもよい。第 1導体層 25〜28,第 2導体層 3 1A〜34Aの接触時における力じり等の不具合を低減することにより、固定体 2と可動 体 3との間に形成する流体層の厚みをより一層小さくすることが可能となる。
[0058] 第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34Aの硬さは、たとえばビッカース硬度 Hv を基準として 1200以上に設定するのが好ましい。このような硬度を有する硬質膜 (導 体層 25〜28, 31Α〜34Α)は、たとえば TiN、 TiC、サーメット、 AlTiC、 WCにより 形成することができる。なお、ビッカース硬度 Hvは、 JIS R1610— 2003 (ISO 147 05— 2000に準拠）に準じて測定した値である。
[0059] 第 1導体層 25〜28および第 2導体層 31A〜34Aはまた、非磁性体として形成する のが好ましい。第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34Aを非磁性体として形成す れば、真空エアスライダ 1を、たとえば走査型電子顕微鏡 (SEM)、電子線 (EB)描画 装置、フォーカスイオンビーム (FIB)描画装置などの荷電粒子を用いる装置に適用 する場合に、第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31 A〜34Aがそれらの装置の荷電粒 子制御に悪影響を与えることもない。そのため、本発明に係る真空エアスライダ 1は、 荷電粒子を用いる装置に対して問題なく適用できる。
[0060] 真空エアスライダ 1は、固定体 2および可動体 3の他に、図 9に示したように測定部 7 0、演算部 71および制御部 72をさらに備えている。
[0061] 測定部 70は、固定体 2および可動体 3の第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜3 4Aを含んでいるとともに、第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34Aに電位差を 与えるための交流電源（図示略)をさらに含んでいる。この測定部 70は、交流電源（ 図示略）によって、たとえば周波数が 500kHz、 5Vの高周波電圧を第 1導体層 25〜 28,第 2導体層 31A〜34Aの間に印加する一方で、第 1導体層 25〜28,第 2導体 層 31 A〜34Aの間の静電容量を測定するものである。第 1導体層 25〜28,第 2導 体層 31A〜34Aの間の静電容量は、第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34A の間の距離に相関するものであるため、第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34 Aの間の静電容量を測定することにより、第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34 Aの間の距離、ひいては変位体 31〜34の下方端面 31b〜34bと固定体 2の運動案 内面 21〜24との間の距離を把握することができる。
[0062] 演算部 71は、測定部 70において測定された静電容量に基づいて、変位体 31〜3 4の制御量を演算するものである。すなわち、第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A 〜34Aの間の距離（変位体 31〜34の下方端面 31b〜34bと固定体 2の運動案内面 21〜24との間の距離）が基準値力もズレている場合には、そのズレ量に応じた制御 量を演算するものである。より具体的には、演算部 71は、変位体 31〜34を変位させ るためのァクチユエータ (圧電素子） 61に入力する制御量を、第 1導体層 25〜28お よび第 2導体層 31 A〜34Aの間の距離を基準値とするために必要な変位量 (ズレ量 )に相関させて演算する。たとえば変位体 31〜34を変位させるためのァクチユエータ (圧電素子） 61として圧電素子を用いる場合には、演算部 71においては、変位量に 対応する圧電素子の伸縮量 (歪み量)を、圧電素子に印加する電圧値として演算さ れる。
[0063] なお、演算部 71の機能を測定部 70に担保させることにより、演算部 71を省略する ことちでさる。
[0064] 制御部 72は、演算部 71において演算された制御量に基づいて、変位体 31〜34 を変位させるものである。たとえばァクチユエータ 61 (圧電素子）として圧電素子を使 用する場合には、圧電素子に印加する電圧を制御して圧電素子を伸縮させ、変位体 31〜34を変位させる役割を果すものである。
[0065] 上述の演算部 71および制御部 72は、たとえば CPU、 RAMおよび ROMを組み合 わせ、 ROMに格納したプログラムを、 RAMを使用しつつ CPUに実行させることによ り構築することができ、また、演算部 71および制御部 72は、 1つの変位体 31〜34に 対して個別に設けてもよぐ全ての変位体 31〜34について、 1つの演算部 71および 制御部 72により対応するようにしてよぐ 1つの変位体 31〜34について演算部 71を 個別に設ける一方で、全ての変位体 31〜34について 1つの制御部 72に対応するよ うにしてもよい。また、演算部 71および制御部 72は、真空エアスライダ 1に設けずに、 真空エアスライダ 1とは別に設けてもよい。たとえば、真空エアスライダ 1を組み込んで 使用する装置において、その装置の演算部および制御部によって真空エアスライダ 1の変位体 31〜34における位置を制御するようにしてもよい。
[0066] 次に、真空エアスライダ 1の動作について説明する。ただし、以下においては、変位 体 31〜34を変位させるためのァクチユエータ 61としては、圧電素子が使用されて！/ヽ るちのとする。
[0067] 真空エアスライダ 1では、たとえば図外のァクチユエータによって、固定体 2に沿つ て可動体 3が相対動させられる。このとき、可動体 3は、固定体 2との間に流体層を介 在させた状態で移動させられる。
[0068] 流体層は、図外のポンプを利用して、加圧流体を、給気管 42、周回供給流路 43お よび供給流路 41A〜41Dを流通させて各エアパッド 40A〜40Dから噴出させること により形成される。その一方で、加圧流体は、各板材 35〜38の環状排気溝 50A〜5 OD, 51A〜51D、図外の排気管を介して真空チャンバ（図示略)の外部に排気され る。環状排気溝 50A〜50D, 51A〜51Dにおいて排気できない加圧流体について は、各板材 35〜38の直線状排気溝 52A〜52Dによって形成される環状の排気溝 を利用して排気される。この環状の排気溝（52A〜52D)の加圧流体は、排気流路 5 3, 54、共通流路 55および排気管 56を介して、真空チャンバ外に配置された真空ポ ンプ（図示略）によって吸引 '排気される。
[0069] 一方、測定部 70においては、固定体 2と可動体 3の端部との間の距離力 固定体 2 の第 1導体層 25〜28と可動体 3における変位体 31〜34の第 2導体層 31A〜34Aと の間の静電容量として直接的に測定される。
[0070] また、演算部 71においては、測定部 70において測定される静電容量に基づいて、 基準値に対する第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34Aの間の距離 (変位体 31 〜34の端面 31b〜34bと固定体 2の運動案内面 21〜24との間の距離）のズレ量を 把握し、そのズレ量に応じた制御量が演算される。この制御量の演算結果は、制御 部 72によって変位体 31〜34の位置として反映される。すなわち、演算部 71は制御 量を印加電圧値として演算する一方で、制御部 72は演算部 71において演算された 印加電圧値となるように測定部 70の交流電源（図示略)を制御し、圧電素子 61の伸 縮量を制御する。
[0071] たとえば、第 1導体層 25〜28,第 2導体層 31A〜34Aの距離が基準値よりも小さ い場合、すなわち変位体 31〜34 (可動体 3の端部）が固定体 2に近づき過ぎている 場合には、圧電素子 61に印加する電圧を小さくして圧電素子 61を縮ませて固定体 2 力も離れる方向に変位体 31〜34を移動させる。それとは逆に、第 1導体層 25〜28, 第 2導体層 31A〜34Aの距離が基準値よりも大きい場合、すなわち変位体 31〜34 ( 可動体 3の端部）が固定体 2から離れ過ぎている場合には、圧電素子 61に印加する 電圧を大きくして圧電素子 61を伸ばして固定体 2に近づく方向に変位体 31〜 34を 移動させる。
[0072] 真空エアスライダ 1では、固定体 2と可動体 3の端部 (変位体 31〜34)との間の距離 を、これらが対面する部分において直接測定できるように構成されているため、固定 体 2と可動体 3の端部（変位体 31〜34)との間の距離を正確に把握することができる 。たとえば、固定体 2と可動体 3の端部（変位体 31〜34)との間の距離を、それらが対 面する部分以外の距離として測定した上で、この測定結果に基づいて間接的に把握 する方法に比べれば、測定精度は著しく改善される。
[0073] また、正確に測定された距離に基づ!/、て可動体 3の端部（変位体 31〜34)を変位 させるようにすれば、固定体 2と可動体 3との間の距離を微小量に維持することができ るようになるとともに、固定体 2が可動体 3に対して必要以上に近づき過ぎてしまうこと を抑制することができる。これにより、固定体 2に対して可動体 3が接触するのを防止 できるため、固定体 2に可動体 3が接触することに起因する力じりなどの発生を防止 できる。とくに、変位体 31〜34を固定体 2から離れる方向に付勢した状態で支持して おくことにより、圧電素子 61を縮めたときに応答性良く変位体 31〜34を固定体 2から 退避させることができる。そのため、力じりなどの発生を防止するために必要な固定体 2と可動体 3との間の距離を小さく設定できるようになり、固定体 2と可動体 3との間に 形成すべき流体層の厚みを小さくことができる。その結果、真空エアスライダ 1では、 固定体 2に対する可動体 3の姿勢精度を向上させることができ、固定体 2と可動体 3と の間に供給すべき加圧流体の量を少なくできるようになる。そして、供給すべき加圧 流体の量を少なくできれば、真空エアスライダ 1の外部への加圧流体の漏洩を抑制 できる。これにより、真空エアスライダ 1から加圧流体を排気するための真空ポンプは 、排気速度をより小さくでき消費電力も抑制できる。その結果、加圧流体を排気する ためのコストを低減することが可能となる。また、静圧スライダからの加圧流体の漏洩 を抑制することにより、真空チャンバ（図示略）における真空度の悪ィ匕を抑制できるた めに、真空チャンバの真空度を維持するための真空ポンプの排気速度、消費電力を 小さくできるために、この点においても、ランニングコストを低減できるようになる。
[0074] また、固定体 2に対して可動体 3が接触したとしても、測定部 70において測定される 静電容量に基づいて、可動体 3が固定体 2に接触した事実を即座に把握することが できる。また、変位体 31〜34は、固定体 2から離間する方向に付勢されているのは 上述した通りである。そのため、制御部 72によって変位体 31〜34を退避させること により、接触により生じる不具合を最小限に留めることができる。 [0075] その一方で、固定体 2と可動体 3との間の距離を適正に維持できれば、固定体 2と 可動体 3との間に必要以上に大きな隙間が形成されるのを抑制できるために、真空 エアスライダ 1の外部に加圧流体が漏洩するのを抑制できる。このことは同時に、真 空エアスライダ 1から加圧流体を排気するためのコスト、真空チャンバ（図示略)の真 空度を維持するためのコストを低減できることを意味している。
[0076] 次に、本発明の第 2の実施の形態について、図 10ないし図 13を参照して説明する
。これらの図面においては、図 1ないし図 9を参照して先に説明した第 1の実施の形 態における真空エアスライダ 1と同一の要素については同一の符号を付してあり、以 下における重複説明は省略する。
[0077] 図 10ないし図 13に示した真空エアスライダ！/ は、変位体 31/ , 32' , 33' , 34
' および第 1導体層 2 , 2 , 21' , 28' の構成が先に説明した静圧スライダ 1
(図 1ないし図 9参照）とは異なっている。
[0078] 変位体 31' 〜34' は、可動体 3' の端部と固定体 2との間の隙間を小さく維持し つつも、可動体 3が固定体 2と接触するのを回避するためのものであり、伝達部材 31
Β' , 32B' , 33B' , 34B' および複数の圧電素子 31 , 32C' , 33C' , 34
C を備えている。
[0079] 伝達部材 31B' 〜34Β' は、可動体 3' の端部（変位体 31/ 〜34' )と固定体 2 との間の隙間を調整するためのものであり、弾性変形可能な板状に形成されている。 この伝達部材 31B' 〜34Β^ は、圧電素子 31C' 〜34 が固定される複数の肉 厚部 31Ba' , 32Ba' , 33Ba' , 34Ba' と、隣接する厚肉部 31Ba' 〜34Ba' の間に設けられた薄肉咅 31Bb, , 32Bb, , 33Bb, , 34Bb, と、を有しており、板 パネ様の弾性を有するものとされている。伝達部材 31B' 〜34B^ は、その端部に おいてエポキシ榭脂などの接着剤 3 IE' を介して固定されている（図 13参照)。この ような伝達部材 31B' 〜34B^ は、たとえばジルコユア、サフアイャ、窒化珪素など の靭性に優れた材料により形成することができる。なお、接着剤 31ΕΊま圧電素子 31 C 〜34 の上下面にも設けられてもよぐ圧電素子 31C' 〜34 と伝達部材 31B' 〜34Β' 、圧電素子 31C' 〜34C' と板材 35〜38も接着剤 31E' を介し て固定されている。 [0080] 複数の圧電素子 31C' 〜34C' は、伝達部材 31B' 〜34Β' を弾性変形させる ためのものであり、伝達部材 31B' 〜34Β^ の厚肉部 31Ba^ 〜34Ba^ にェポキ シ系榭脂等の接着剤を介して固定されている。すなわち、複数の圧電素子 31 〜 34 は、伝達部材 31B' 〜34B^ において列状に並ぶように固定されている。各 圧電素子 31C' 〜34C' は、図外の制御部（図 9参照）によって個別に伸縮可能と されている。このようにして各圧電素子 31 〜34 を個別に伸縮可能とすること により、伝達部材 31B' 〜34B^ を所望の部位において変形させ、可動体 の端 部 (変位体 3 〜34' )と固定体 2との間の隙間を調整することができる。
[0081] 複数の圧電素子 31C' 〜34C' の周囲は、保護榭脂 31D' , 32D' , 33D' , 34び により囲まれている。このような保護榭脂 3 ID' 〜34D' としては、圧電素子 31 〜34 の伸縮を阻害しないように、弾性変形可能な材料、たとえばシリコン 系榭脂あるいはフッ素系榭脂などを用いることができる。保護榭脂 31D' 〜34D' により圧電素子 31 〜34 の周囲を囲むことにより、真空のリークを防ぐことが でき、さらに圧電素子 31 〜34 を保護することができる。
[0082] このような変位体 31/ 〜34' は、板材 35〜38の端部において、直線状排気溝 52 A〜52Dに隣接して設けられた凹部 39に対して、エポキシ系榭脂等の接着剤を介し て固定されている。この状態では、変位体 31' 〜34' は、直線状排気溝 52A〜52 Dに隣接した位置において、可動体 の本体部 30から若干（1〜： LO /z m程度)突 出した状態で、第 2導体層 31A" 〜34B" が固定体 2の運動案内面 21〜24 (第 1 導体層 25' 〜28' の表面）に対して略平行な状態で対面させられている。すなわ ち、変位体 31/ 〜34' を可動体 3' の本体部 30から突出させることにより、可動体 3' の外部へ加圧流体が漏洩するのを抑制し、直線状排気溝 52A〜52Dに対して 適切に加圧流体を導くことができる。なお、直線状排気溝 52A〜52D力 可動体 3' の本体部 30の端面より中央寄りに設けられている場合には変位体 31' 〜34' も直 線状排気溝 52A〜52Dの近傍に設けられればよぐさら〖こは、直線状排気溝 52A〜 52Dに隣接する端面側に設けることが好ましい。
[0083] 第 1導体層 2 〜28' は、可動体 の端部（変位体 3 〜3 ）と固定体 2と の間の距離の大きさを測定するために利用されるものであり、複数の個別電極 25A ' , 26A' , 27Α' , 28Α' を含んでいる。各個另 U電極 25A' 〜28Α' は、圧電 素子 31C' 〜34C' に対応させた位置において、固定体 2の軸方向に延びる帯状 に形成されている。
[0084] このような真空エアスライダ！/ では、各個別電極 25A' 〜28A^ と第 2導体層 31 A〜34Aとの間の静電容量を個別に測定することにより、各圧電素子 31 〜34C ' に対応する部分において、固定体 2と可動体 との間の距離を直接測定すること 力 Sできる。このような静電容量 (距離)に関する情報は、図外の制御部（図 9参照）に おいて処理され、各圧電素子 31C' 〜34C' の伸縮状態が個別に制御される。各 圧電素子 31C' 〜34C' は、弾性変形可能とされた伝達部材 3 IB' 〜34Β' の厚 肉部 31Ba^ 〜34a^ に固定されるため、変位体 31/ 〜34' における複数の箇所 において、個別に固定体 2に対する距離が調整される。その結果、真空エアスライダ \' では、可動体 の移動方向 Dl, D2に直交する直交方向において、変位体 31 ' 〜34' と固定体 2との間の隙間を微調整でき、前記直交方向での隙間を一様なも のとすることができる。
[0085] 真空エアスライダ!/ においては、第 1導体層 25' 〜28' が複数の個別電極 25A ' 〜28Α' を含む構成に代えて、あるいは第 1導体層 25' 〜28' が複数の個別電 極 25A' 〜28Α' を含む構成にカ卩えて、第 2導体層 31Α〜34Αが複数の個別電 極を含む構成を採用してもょ 、。
[0086] また、真空エアスライダ！/ では、伝達部材 31B' 〜34Β^ を、導電性を有するも のとして形成し、伝達部材 31B, 〜34Β, に対して第 2導体層 31 Α,, 〜34Β„の機 能を付与してもよい。この場合の伝達部材 3 W 〜34Β' は、たとえば銅およびチタ ンなどの金属、あるいは炭化珪素、 Al O—TiC (アルティック:アルミナと炭化チタン
2 3
の複合材料）、およびサーメットなどの導電性セラミックにより形成される。
[0087] 本発明に係る静圧スライダは、上述した実施の形態には限定されず、種々に変更 可能である。たとえば、固定体と可動体との間の距離を測定する手段は、これらの距 離を直接測定できるものであればょ 、ため、必ずしもスライダに造り込む必要はなぐ たとえば固定体や可動体とは別体として公知の変位計を可動体に一体化させる構成 を採用してもよい。この場合に使用することができる変位計としては、たとえば静電容 量型変位計、渦電流型変位計、あるいは光ピックアップなどの光学的手法を利用し た光学変位計を挙げることができる。
[0088] また、変位体を省略し、可動体の全体を固定体に対して変位させる構成を採用した ものであってもよい。
[0089] 本発明は、上述した形態の静圧スライダには限定させず、他の形態の静圧にスライ ダにも適用することができる。たとえば、本発明は、固定体が円柱状に形成されてい る一方で可動体が円筒状に形成されたもの、あるいは可動体が平板状に形成された 単純浮上式の静圧スライダにも適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 運動案内面を有する固定体と、
前記運動案内面との間に加圧流体により形成される静圧流体層を介在させた状態 で、前記運動案内面に沿って前記固定体に対して相対移動可能とされた可動体と、 を備えた静圧スライダにぉ 、て、
前記運動案内面と、前記可動体の端部における前記運動案内面に対する対向面 との間の距離を直接測定するための測定手段をさらに備えている、静圧スライダ。
[2] 前記測定手段は、前記運動案内面と前記対向面との間の静電容量を測定するよう に構成されている、請求項 1に記載の静圧スライダ。
[3] 前記測定手段は、前記運動案内面に形成された第 1導体層と、前記対向面に形成 された第 2導体層と、を含んでおり、前記第 1および第 2導体層を利用して、これらの 導体層の間の静電容量を測定するように構成されている、請求項 2に記載の静圧ス ライダ。
[4] 前記第 1および第 2導体層の表面は、最大高さ Rzが 1 m以下の滑面に形成され ている、請求項 3に記載の静圧スライダ。
[5] 前記第 1および第 2導体層は、金属または単結晶により形成されている、請求項 3 に記載の静圧スライダ。
[6] 前記第 1および第 2導体層は、金属により厚膜に形成されている、請求項 5に記載 の静圧スライダ。
[7] 前記第 1および第 2導体層の厚みは、 0. 1 m以上 0. 1mm以下である、請求項 3 に記載の静圧スライダ。
[8] 前記第 1および第 2の導体層は、非磁性材料により形成されている、請求項 3に記 載の静圧スライダ。
[9] 前記可動体は、可動体本体と、前記可動体の移動方向に直交する方向に、前記 可動体本体に対して相対的に変位可能であり、かつ、その端面が前記対向面を構 成する変位体と、を備えており、
前記測定手段での測定結果に基づいて、前記運動案内面と前記対向面との間の 距離を調整するために、前記変位体の位置を制御する制御手段をさらに備えて 、る 、請求項 1に記載の静圧スライダ。
[10] 前記可動体は、かつ前記変位体を位置変位させるための圧電素子をさらに備えて おり、
前記圧電素子は、前記制御手段により伸縮状態が制御される、請求項 9に記載の 静圧スライダ。
[11] 前記変位体は、前記運動案内面から離間する方向に付勢された状態で前記可動 体本体に支持されて ヽる、請求項 9に記載の静圧スライダ。
[12] 前記可動体本体と前記変位体との間を封止するためのシール部材をさらに備えて いる、請求項 9に記載の静圧スライダ。
[13] 前記シール部材は、前記変位体により付勢された状態で配置されて 、る、請求項 12 に記載の静圧スライダ。
[14] 前記可動体本体は、前記加圧流体を外部に排気するための排気溝を備えており、 前記変位体は、前記排気溝に隣接する端部側に備えられている、請求項 9に記載 の静圧スライダ。
[15] 前記変位体は、前記可動体の移動方向に直交する方向に並んだ複数の圧電素子 を備えている、請求項 9に記載の静圧スライダ。
[16] 前記変位体は、弾性変形可能とされた伝達部材を備えており、
前記複数の圧電素子は、前記伝達部材に固定されている、請求項 15に記載の静 圧スライダ。
[17] 前記伝達部材は、前記圧電素子が固定される複数の厚肉部と、隣接する厚肉部の 間に設けられた薄肉部と、を有している、請求項 16に記載の静圧スライダ。
[18] 前記変位体は、前記複数の圧電素子の周囲を囲む保護榭脂をさらに備えている、 請求項 15に記載の静圧スライダ。
[19] 前記測定手段は、前記運動案内面に形成された第 1導体層と、前記対向面に形成 された第 2導体層と、を含んでおり、
前記第 1および第 2導体層のうちの少なくとも一方は、前記複数の圧電素子に対応 した位置に形成された複数の個別電極を含んでおり、
前記測定手段は、複数の個別電極を利用して、第 1および第 2導体層の間の静電 容量を測定するように構成されて ヽる、請求項 15に記載の静圧スライダ。
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