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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば外部環境から隔離された室内でワークを移動可能な位置決め装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造装置などにおいては、真空や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをステージに載置して移動させて加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内に位置決め装置を設けると、その可動部に補給する潤滑剤などが飛散してプロセス室内を汚染するおそれがある。
【0003】
このような問題に対して、たとえば米国特許第4191385号には、一体型負圧密封式ガス軸受組立体が開示されている。かかる従来技術においては、軸受ブロック上に2次元方向に移動可能な可動部を設け、さらに軸受ブロックと可動部との間にプロセス室を形成し、差動排気シールによりプロセス室と外部とを密封することによって、プロセス室を負圧環境に維持したまま、その内部で可動部上に載置したワークの処理を行えるようにしている。従って、ワークを駆動する駆動部をプロセス室外に設置することができ、それによりプロセス室の汚染を抑止でき、また駆動部のメンテナンスも容易に行えるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなプロセス室内における加工処理は、半導体の製造など、極めて高い精度を要するワークに適用されるものである。ここで、加工の基準となる面を筐体の内面とすることも考えられる。しかしながら、例えばプロセス室を真空にした場合、プロセス室を覆う筐体には、筐体内外の気圧差に基づく大きな力が加わるので、微小な変形が生ずる。又、プロセス室と連通する開口を、移動ブロックに対峙させたとき、開口内が真空であることから、移動ブロック自体にも微小な変形が生じることとなる。かかる場合、移動ブロックが変形すると、加工の基準となる加工基準位置が変化して、精度の良い加工処理が行えない恐れがある。そのような問題に対し、移動ブロック等の肉厚を増大させることによって変形を抑えるという考えもある。しかしながら、移動ブロック等の肉厚を増大させると、装置全体が重くなるという新たな問題が生じる。
【0005】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、移動ブロックの変形を抑え、精度の良い位置決めを達成し、すなわち軽量化と高精度位置決めとを両立できる位置決め装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、第1の本発明の位置決め装置は、減圧下に曝されるプロセス室内に連通する第1の開口を有する第1の案内面を備えた第1の筐体と、前記第1の案内面に対して所定の隙間を介して対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動ブロックと、前記第1の開口を囲むようにして、前記第1の筐体と前記移動ブロックとの間に設けられ、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールする第1の差動排気シールとを備えた位置決め装置において、前記移動ブロックを挟んで前記プロセス室と反対側に、前記プロセス室外より低圧の減圧室を設け、前記減圧室は、前記プロセス室に対応した第2の開口を有する第2の筐体内に形成され、前記第2の開口には、前記移動ブロックとの間に、所定の隙間を介して対向した状態で案内する第2の案内面と、前記第2の案内面と前記移動ブロックとの対向面に設けられ、前記減圧室内と、前記減圧室内よりも高圧の減圧室外との間をシールする第2の差動排気シールとが設けられており、前記プロセス室と前記減圧室とは互いに連通されており、前記第1の開口と前記第2の開口とは、同じ形状を有し、且つ対向する位置に配置されており、前記移動ブロックと前記第1の筐体との間に配置された中間ブロックが前記第1の筐体に対して固定され、前記中間ブロックと前記第1の筐体との間は、前記第1の筐体の変形を吸収する変形吸収手段により密封されていることを特徴とする。
第2の本発明の位置決め装置は、減圧下に曝されるプロセス室内に連通する第1の開口を有する第1の案内面を備えた第1の筐体と、前記第1の案内面に対して所定の隙間を介して対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動ブロックと、前記第1の開口を囲むようにして、前記第1の筐体と前記移動ブロックとの間に設けられ、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールする第1の差動排気シールとを備えた位置決め装置において、前記移動ブロックを挟んで前記プロセス室と反対側に、前記プロセス室外より低圧の減圧室を設け、前記減圧室は、前記プロセス室に対応した第2の開口を有する第2の筐体内に形成され、前記第2の開口には、前記移動ブロックとの間に、所定の隙間を介して対向した状態で案内する第2の案内面と、前記第2の案内面と前記移動ブロックとの対向面に設けられ、前記減圧室内と、前記減圧室内よりも高圧の減圧室外との間をシールする第2の差動排気シールとが設けられており、前記プロセス室と前記減圧室とは互いに非連通状態に維持されており、前記減圧室を減圧するためのポンプが設けられており、前記移動ブロックと前記第1の筐体との間に配置された中間ブロックが前記第1の筐体に対して固定され、前記中間ブロックと前記第1の筐体との間は、前記第1の筐体の変形を吸収する変形吸収手段により密封されていることを特徴とする。
【0007】
【作用】
本発明の位置決め装置によれば、減圧下に曝されるプロセス室内に連通する第1の開口を有する第1の案内面を備えた第1の筐体と、前記第1の案内面に対して所定の隙間を介して対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動ブロックと、前記第1の開口を囲むようにして、前記第1の筐体と前記移動ブロックとの間に設けられ、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールする第1の差動排気シールとを備えた位置決め装置において、前記移動ブロックを挟んで前記プロセス室と反対側に、前記プロセス室外より低圧の減圧室を設けたので、前記移動ブロックを挟んで、前記プロセス室の第1の開口内の気圧と、前記減圧室内の気圧とを近づけることで、たとえ前記移動ブロックの肉厚を薄くしてもその変形を効果的に抑えることができ、それにより軽量でありながら高精度な位置決めを達成する位置決め装置を提供できる。尚、前記第1の開口内の気圧と前記減圧室内の気圧とは、必ずしも一致させる必要はない。
【0008】
更に、前記減圧室は、前記プロセス室に対応した第2の開口を有する第2の筐体内に形成され、前記第2の開口には、前記移動ブロックとの間に、所定の隙間を介して対向した状態で案内する第2の案内面と、前記第2の案内面と前記移動ブロックとの対向面に設けられ、前記減圧室内と、前記減圧室内よりも高圧の減圧室外との間をシールする第2の差動排気シールと、が設けられていれば、前記第2の筐体に対して、前記移動ブロックを移動可能に案内でき、且つ前記減圧室内を、前記減圧室外の気圧に関わらず所定の気圧に維持することができる。尚、第2の筐体は、第1の筐体と一体でも別体でも良い。
【0009】
又、前記プロセス室と前記減圧室とは互いに連通されており、前記第1の開口と前記第2の開口とは、同じ形状を有し、且つ対向する位置に配置されていれば、前記移動ブロックの表裏面に作用する負圧による変形モードを均衡させることができ、前記移動ブロックの肉厚に関わらず、その変形を極力抑制できる。又、前記減圧室を減圧するためのポンプを設ける必要もなくなり、それにより装置のコストを抑制できる。
【0010】
一方、前記プロセス室とは前記減圧室とは互いに非連通状態に維持されており、前記減圧室を減圧するためのポンプが設けられていれば、前記減圧室を減圧するポンプを別個なものとすることで、減圧効率を高めることができる。又、前記減圧室の気圧は、前記プロセス室ほど低める必要がないので、その分だけ、前記減圧室を減圧するポンプを低容量で低コストなものとして、装置全体としてのコスト低減を図ることができる。更に、前記プロセス室内の気圧に関わらず、前記減圧室内を所定の気圧に調整することによって、前記移動ブロックの変形の微調整など高度な動作を行うこともできる。
【0011】
更に、前記移動ブロックと前記第1の筐体との間には中間ブロックが設けられ、前記中間ブロックと前記第1の筐体との間は、前記第1の筐体の変形を吸収する変形吸収手段により密封されていると、前記第1の筐体が変形しても、その変形が前記移動ブロックに伝わることが抑制され、より高精度の位置決めを達成できる。尚、前記変形吸収手段を設ける位置を、前記第1の差動排気シールを囲う領域と略等しくすることで、前記中間ブロックの変形を極力抑制することができる。
【0012】
又、前記移動ブロックを、前記第1の筐体に対して移動可能に支持する軸受を有すると、前記移動ブロックの移動が円滑となるため好ましい。
【0013】
更に、前記軸受は、非接触形の軸受であると、組立性に優れ、精度を出しやすいという利点がある。
【0014】
ここで、差動排気シールとは、例えば対向する2面間の微小な間隙にある気体を排気することにより、非接触の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気(例えば大気圧と高真空)を一定の状態に保つように機能するものをいう。以下に述べる実施の形態においては、排気面を有する部材を差動排気シールという。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる位置決め装置の正面断面図であり、差動排気シールについては簡略化して示している。図1に示すように、本実施の形態の位置決め装置10は、プロセス室P並びにプロセス室Pとその外部とを連通する開口(第1の開口)20aを有する第1の筐体20と、第1の筐体20の開口20aを遮蔽するように配置された移動ブロック30と、移動ブロック30を挟んで第1の筐体20に対向して配置された第2の筐体40とから構成されている。プロセス室Pは、簡略化して示す配管を介してポンプP1により吸引され負圧となっており、第2の筐体40内に形成された減圧室Rは、簡略化して示す配管を介してポンプP3により吸引されており、同様に負圧となっている。減圧室Rは、開口(第2の開口)40aにより囲われている。尚、開口20aと開口40aとは、同じ形状を有し、対向する位置に形成されている。
【0016】
移動ブロック30は、その両端を不図示の軸受で支持され大気圧下に設けられる不図示の駆動部(例えばモータ+ボールねじ、又はリニアモータ等)により、図において左右方向に移動可能となっており、また中央にワーク(不図示)を支持するテーブル31を載置している。第1の筐体20の開口20aの周囲であって、移動ブロック30に対向する面には、所定の隙間を介して第1の差動排気シール50が設けられている。一方、第2の筐体40の、移動ブロック30に対向する面には、所定の隙間を介して第2の差動排気シール60が設けられている。第1の差動排気シール50と、第2の差動排気シール60は、それぞれ簡略化して示す配管を介してポンプP2により吸引されており、プロセス室P及び減圧室Rと外部とを密閉している。尚、本実施の形態では、移動ブロック30の上面に対向する不図示の軸受面が第1の案内面を構成し、移動ブロック30の下面に対向する不図示の軸受面が第2の案内面を構成する。
【0017】
ここで、第2の筐体40が設けられていない場合を想定する。かかる場合には、移動ブロック30の下面には大気圧(約105Pa)が常に作用しているので、プロセス室Pの真空度が高まるに連れ、移動ブロック30は、その上面中央が図において上方に引っ張られるように変形する。図1において、二点鎖線でかかる変形を誇張して示している。このような変形が微小であっても、テーブル31の高さ位置が変化することで、ワークの高精度な加工が困難となる。
【0018】
これに対し、本実施の形態においては、第1の筐体20に対向して第2の筐体40を設け、しかもその内部の減圧室Rを負圧としているため、それにより移動ブロック30の下面が図において下方に引っ張られ、プロセス室Pの負圧による変形を抑制し、移動ブロック30を略無変形の状態に維持することができる。従って、テーブル31の高さ位置が変化しないため、高精度な位置決めが達成できる。又、開口20aと開口40aとを、同じ形状とし、対向する位置に形成することで、移動ブロック30の変形モードを均衡させ、より高精度な位置決めを達成できる。
【0019】
尚、減圧室Rの真空度は、プロセス室Pの真空度に一致させる必要はなく、たとえばプロセス室Pの気圧を10−5Paとしたときに、減圧室Rの気圧を104Pa程度(大気圧の1/10程度)としても、移動ブロック30の変形を、減圧室Rを設けない場合に比べて1/10程度に抑えることができる。それにより、減圧室RのポンプP3を、より低容量で安価なポンプとすることができ、装置の低コスト化を図れる。但し、移動ブロック30に減圧室Rとプロセス室Pとを連通する通路を設ければ、減圧室用のポンプP3は不要となる。また、移動ブロック30を駆動する駆動部として、移動ブロック30を一方向に移動可能なものを示したが、例えばXYステージや回転テーブル、又は両者の組み合わせ等としても良い。
【0020】
図2は、第2の実施の形態にかかる位置決め装置110の正面断面図であり、密閉されている筐体の上部を省略し且つ差動排気シール及び静圧軸受に関しては簡略化して示している。図3は、図2の位置決め装置110を矢印III-IIIで切断して矢印方向に見た図である。図4は、図3の位置決め装置110を矢印IV-IVで切断して矢印方向に見た図である。図5〜7は、それぞれ図3の位置決め装置110をV-V、VI-VI、VII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。
【0021】
図2に示すように、本実施の形態の位置決め装置110は、プロセス室Pを含む且つプロセス室Pとその外部とを連通する開口120aを有する第1の筐体120と、第1の筐体120の開口120aに対向して配置された移動ブロック130と、第1の筐体120と移動ブロック130との間に挟まれた中間ブロック170と、移動ブロック130を挟んで第1の筐体120(或いは中間ブロック170)の反対側に配置された第2の筐体140とから構成されている。プロセス室Pは、不図示のポンプにより吸引され負圧となっている。
【0022】
図2,図5〜7で、移動ブロック130の両側の上面は、中間ブロック170に対して所定の隙間を介して、静圧軸受181(その下面が第1の案内面)で支持され、移動ブロック130の両側の下面は、第2の筐体140に対して所定の隙間を介して、静圧軸受182(その上面が第2の案内面)で支持され、移動ブロック130の両側面は、軸受ブロック183,184に設けられた静圧軸受185で支持されている。従って、移動ブロック130は、図2において紙面に垂直方向に(図3においては上下方向に)移動可能となっている。尚、本実施の形態では、静圧軸受181,182,185は、それぞれ略円筒形の多孔質グラファイトでなるもので、その軸受面が、中間ブロック170、筐体140、或いは軸受ブロック183,184と面一となるように固定されており、不図示のエア供給路を介してエアが供給されるようになっている。静圧軸受181に隣接し且つその内側における移動ブロック130の上面と、中間ブロック170との間は、第1の作動排気シール150で密封され、静圧軸受182に隣接し且つその内側における移動ブロック130の下面と、第2の筐体140との間は、第2の作動排気シール160により密封されている。静圧軸受181,182,185は、ポンプP4から圧送された空気により、対向する面を非接触に支持することができる。一方、差動排気シール150,160は、ポンプP2に吸引されることで負圧となっている。更に、静圧軸受181と第1の差動排気シール150との間の環状空間154(詳細は後述)と、静圧軸受182と第2の差動排気シール160との間の環状空間164(詳細は後述)とは、大気圧に維持されるようになっている。
【0023】
不図示の定盤上に支持された筐体120は、その下壁120cに、長孔状の開口(第1の開口)120aを形成している。図2で、筐体120の下壁120cの下面には、長円形状の浅い座繰り部120dが形成されている。下壁120cに対向する中間ブロック170の上面には、座繰り部120dの周囲に沿って溝部170aが形成されている。溝部170a内には、変形吸収手段としてのO−リング171が配置されている。O−リング171は、筐体120の下壁120cの下面に当接し、中間ブロック170との間を密封するようになっている。尚、図2に明示されていないが、溝部170aの外側の周囲においても、筐体120の下壁120cの下面と、中間ブロック170の上面との間には、隙間が設けられている。この外側の周囲の隙間は、0.1mm程度のものであるが、これにより中間ブロック170の上面と、下壁120cの下面との非接触状態が保たれる。
【0024】
中間部材170の中央には長円の開口170bが形成されている。かかる開口170b及び第1の筐体120の開口120aを貫通するようにして、軸131が延在している。軸131は、移動ブロック130の上面に取り付けられて一体となっている。軸131内を貫通する通路132は、第1の筐体120内のプロセス室Pと、第2の筐体140と移動ブロック130と第2の差動排気シール160とで形成された減圧室Rとを連通している。減圧室Rが移動ブロック130の下面と対向している部分が、開口(第2の開口)140aとなっている。尚、移動ブロック130は、不図示の駆動部に、連結部133(図3)を介して連結されている。駆動部としては、例えばモータとボールねじ等の送りねじとの組み合わせ、モータとベルト及びプーリとの組み合わせ、或いはリニアモータ等を用いることができる。又、静圧軸受185の代わりに或いはそれに加えて、第2の筐体140に対して移動ブロック130を駆動することができる超音波モータ(不図示)を設けることで、駆動部及び連結部133を省略することもできる。又、連結部133を設ける代わりに、移動ブロック130の長手方向端部に、連結部を設け、これを介して駆動部を連結するようにしても良い。この場合、移動ブロック130の短手方向の開口は遮蔽すると好ましい。
【0025】
差動排気シール160は、溝161,162,163と,連通孔165,166,167と、排気孔169とから構成される。図3において、第2の筐体140の上面に形成された長円状の減圧室Rの周囲に沿って、4本の溝161〜164がトラック状に延在している。そのうち溝164(前記環状空間)は、接線方向両側に延び第2の筐体140の両端面で大気に開放している。図3,図6又は7に示すように、溝161〜163の溝底から、第2の筐体140の内部に向かって、それぞれ連通孔165〜167が形成され、図5〜7に示すごとく第2の筐体140の内部を長手方向に延在する6本の排気孔169に連通している。排気孔169は、両端が第2の筐体140の外部へと抜けており、それぞれ不図示の吸引ポンプに接続されているが、図5〜7に示すように、第2の筐体140の内部に向かうに連れ(すなわち開口170b寄りのものほど)太くなる径を有していると好ましい。
【0026】
差動排気シール150は、溝151,152,153と,連通孔155,156,157と、排気孔159とから構成される。中間ブロック170の長孔170bの周囲に沿って、4本の溝151〜154がトラック状に延在している。そのうち溝154は、接線方向両側に延び中間ブロック170の両端面で大気に開放している。図6、7に示すように、溝151〜153の溝底から、第2の筐体140の内部に向かって、それぞれ連通孔155〜157が形成され、図5〜7に示すごとく中間ブロック170の内部を長手方向に延在する6本の排気孔159に連通している。排気孔159は、両端が中間ブロック170の外部へと抜けており、それぞれ不図示の吸引ポンプに接続されているが、図5〜7に示すように、中間ブロック170の内部に向かうに連れ(すなわち開口140a寄りのものほど)太くなる径を有していると好ましい。
【0027】
次に、本実施の形態に係る位置決め装置110の動作について説明する。不図示の駆動源の駆動力は、連結部材133を介して移動ブロック130に伝達され、それにより軸131も一体で移動するので、軸131の上端に取り付けられたテーブルに載置されたワーク(不図示)を、第1の筐体120内で任意の位置に位置決めできる。
【0028】
ここで、第1の筐体120の内部が真空であった場合、第1の筐体120の内外の気圧差が大きくなり、それに応じて第1の筐体120が微小変形する。より具体的には、開口120aの付近が最も剛性が低いので、図2で開口120aを上方に押し上げるように変形する。本実施の形態においては、第1の筐体120の下壁120cの中央部が変形により上方に移動しても、変形吸収手段としてのO−リング171は、第1の筐体120の下壁120cの下面から離隔することがなく、第1の筐体120と中間ブロック170との間の密閉性は維持される。すなわち、予め第1の筐体120の変形量(かかる変形は第1の筐体120と中間ブロック170との間の微小隙間により保証される)を見込み、常にO−リング171が第1の筐体120と中間ブロック170との双方に密着した状態を保つように設定されている。つまり、プロセス室P内が減圧され、第1の筐体120の下壁120cがたわみにより上方に変位するにつれ、O−リング171の弾性変形量(つぶれ代)は小さくなってくるが、想定される最大変位量に達しても、O−リング171の弾性変形が完全になくなることがないようにしている。すなわち、第1の筐体120は、不図示の定盤上に不図示の支持脚を介して支持されており、一方、中間ブロック170,第2の筐体140,及び軸受ブロック183,184よりなる移動ブロック130の案内機構も、前記定盤上面を基準にして固定されているので、前記支持脚の高さと中間ブロック170の上面の高さの差が、上記の条件を満たすように設定されている。このように、変形吸収手段としてO−リング171を用いることにより、部品点数が少なくて済む簡単な構成を達成でき、移動ブロック130の案内機構を構成する中間ブロック170,第2の筐体140,及び軸受ブロック183,184に第1の筐体120の変形による影響を及ぼすことが回避される。
【0029】
又、本実施の形態では、第2の筐体140の減圧室Rが通路132を介してプロセス室Pに連通しているので、減圧室Rの気圧はプロセス室Pの気圧に一致する。従って上下面の気圧が釣り合っているので、移動ブロック130の中央の変形を抑制できる。更に、本実施の形態では、O−リング171の位置は、差動排気シール150と静圧軸受182との間(大気に連通する溝154)と略一致するため、プロセス室Pにつながる中間ブロック170の上面の溝170aの内側の範囲が真空になった場合に、中間ブロック170の反対側が差動排気シール150となることから、中間ブロック170の変形を効果的に抑制することができる。すなわち、差動排気シール150の部分の中間ブロック170と移動ブロック130との間の隙間内の気圧は、プロセス室P内とは同一ではないが、十分これに近いと考えることができる。一方、移動ブロック130は、その上下面に差動排気シール150,160と、静圧軸受181,182とをバランス良く対向させているため、それらから受ける力が釣り合って、すなわち上下面の気圧差が全くないので、それに起因する曲げ変形も全くないこととなる。これらにより、中間ブロック170の下面と移動ブロック130の上面との間隔は略初期状態に維持されるので、差動排気シール150及び静圧軸受181の機能を損なうことがなく、移動ブロック130の下面と第2の筐体140の上面との間隔も略初期状態に維持されるので、差動排気シール160及び静圧軸受182の機能を損なうことがない。又、プロセス室Pの内部と外部(大気圧下)との差圧に起因する軸受に対する負荷がないので、前記差圧が変動しても軸受に対する負荷は変動することはない。
【0030】
第1の実施の形態に比較すると、移動ブロック130両側の気圧を同一にできるので、気圧差をなくすことによる変形の抑制という点に加え、中間ブロック170,第2の筐体140,及び軸受ブロック183,184で構成される移動ブロック130の案内機構は、不図示の定盤を基準にして組まれると共に、変形が全くないので高精度な移動が容易に得られるという点でも効果的である。又、プロセス室Pと減圧室Rを吸引するポンプを別個にした場合、一方のポンプに支障が生じたときに、上下面に作用する気圧差が激しくなり移動ブロックの過大な変形が生じる恐れがあるが、本実施の形態では、ポンプに支障が生じても、上下面に作用する気圧差はゼロであるから、移動ブロックの変形は生じることがない。尚、中間ブロック170の上下面に作用する気圧差は、厳密にはゼロではないが、上述のように十分小さいので変形も十分抑制できる。
【0031】
尚、案内としては、作り込みの観点から静圧軸受181,182,185が優れている。案内面とシール面とを同一平面(或いは微小な段差を持った面)として、平行度・平面度を厳密に管理しながらも容易に形成できるからである。リニアガイドなどの別個の案内も利用することができるが、非接触シールである差動排気シールの特性を十分に引き出すためには、非接触式の案内がより優れているといえる。尚、非接触式の案内としては、磁気軸受や、磁気軸受と静圧軸受とを組み合わせたハイブリッド軸受なども含まれる。尚、通路132を設ける代わりに、減圧室R内を減圧するポンプを別個に設けるようにしてもよい。この場合、減圧室R内は、例えば104Pa程度にすることにより、移動ブロック130等の変形を抑制できるので、このポンプ及び差動排気シール160のためのポンプの能力は低いもので済むという利点がある。
【0032】
図8は、本実施の形態の変形例を示す正面断面図である。本変形例においては、第1の筐体120(開口120aが拡大した点を除く)、中間ブロック170,移動ブロック130,第2の筐体140の構造自体は、第2の実施の形態と同様であるので説明を省略する。本変形例においては、O−リング171の代わりにベローズ172を用いている。ベローズ172は、上端がホルダ173により第1の筐体120に取り付けられ、下端がホルダ174により中間ブロック170に取り付けられている。
【0033】
本変形例においても、第1の筐体120の下壁120cが変形により上方に移動すると、変形吸収手段としてのベローズ172は伸張することで、第1の筐体120と中間ブロック170との間の密閉性を維持するようになっている。又、本変形例でも、ホルダ174を中間ブロック170に対して密封するO−リング175の位置が、差動排気シール150と静圧軸受182との間(大気に連通する溝170c)と略一致するため、O−リング175を収容する溝170aの内側の範囲が真空になった場合に、中間ブロック170の反対側が差動排気シール150となることから、中間ブロック170の変形を抑制することができる。本変形例では、第1の筐体120の比較的大きな変形を、より高い信頼性で吸収することができる。
【0034】
図9は、第3の実施の形態の位置決め装置210を示す正面断面図である。図10は、図9の位置決め装置210をX-X線で切断し矢印方向に見た図である。図において、移動ブロック230は、上角板230aと、中角軸230bと、下角板230cとを直列に連結した構成を有し、更に中央に通路232を形成している。通路232は、第1の筐体220のプロセス室Pと第2の筐体240の減圧室Rとを連通している。移動ブロック230の下角板230cは、静圧軸受281,282,285により案内され、図10で左右方向に移動可能に支持されており、又、差動排気シール260により、第2の筐体240に対して密封されている。上角板230aは、差動排気シール250により、中間ブロック270に対して密封されている。第1の筐体220と中間ブロック270とは、変形吸収手段であるO−リング271により密封されている。
【0035】
本実施の形態においても、第2の筐体240の減圧室Rが通路232を介してプロセス室Pに連通しているので、減圧室Rの気圧はプロセス室Pの気圧に一致する。従って移動ブロック230の中央の変形をその分だけ抑制できる。更に、プロセス室の内部と外部との差圧に起因する軸受に対する負荷がないので、前記差圧が変動しても軸受に対する負荷が変動することがない。
【0036】
図11は、第4の実施の形態の位置決め装置310を示す正面断面図である。第4の実施の形態においては、図2の実施の形態に対して、静圧軸受を設ける代わりにリニアガイドを用いている点が主として異なっているので、共通するそれ以外の点については詳細な説明を省略する。図11において、定盤Aに対して中間ブロック370は支持脚372によって固定されている。移動ブロック330は、中央の軸331を貫通する通路332を形成している。通路332は、第1の筐体320のプロセス室Pと第2の筐体340の減圧室Rとを連通している。移動ブロック330は、軸受としてのリニアガイド380により案内され、紙面垂直方向に移動可能に支持されている。又、移動ブロック330は、差動排気シール350,360により、中間ブロック370,第2の筐体340に対して密封されている。第1の筐体320と中間ブロック370とは、変形吸収手段であるO−リング371により密封されている。本実施の形態においても、上述の実施の形態と同様な作用効果を奏する。
【0037】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、差動排気シール150の溝部151,152、153及び差動排気シール160の溝部161,162、163は、3列にしたが、これに限定されず、吸引ポンプの性能、プロセス室内外の差圧の大きさ、等に応じ、2列あるいは4列以上としても良い。また、第1の筐体120と、中間ブロック170との隙間の大きさも、吸引ポンプ等の性能との兼ね合いで決まるもので、数μmから数100μmまで適宜選択可能である。さらに、軸受としては、リニアガイドや静圧軸受に限らず、例えばクロスローラガイド等、他の転がり軸受など各種の軸受を用いることができる。またO−リング等の位置決め用の溝部を中間ブロック側に設けるようにしたが、第1の筐体側、あるいは双方に設けられるようにしてもよい。
【0038】
【発明の効果】
本発明の位置決め装置によれば、減圧下に曝されるプロセス室内に連通する第1の開口を有する第1の案内面を備えた第1の筐体と、前記第1の案内面に対して所定の隙間を介して対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動ブロックと、前記第1の開口を囲むようにして、前記第1の筐体と前記移動ブロックとの間に設けられ、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールする第1の差動排気シールとを備えた位置決め装置において、前記移動ブロックを挟んで前記プロセス室と反対側に、前記プロセス室外より低圧の減圧室を設けたので、前記移動ブロックを挟んで、前記プロセス室の第1の開口内の気圧と、前記減圧室内の気圧とを釣り合わせることで、前記移動ブロックの肉厚を薄くしてもその変形を効果的に抑えることができ、それにより軽量でありながら高精度な位置決めを達成する位置決め装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかる位置決め装置10の正面断面図である。
【図2】第2の実施の形態にかかる位置決め装置110の正面断面図である。
【図3】図2の位置決め装置110を矢印III-IIIで切断して矢印方向に見た図である。
【図4】図4は、図3の位置決め装置110を矢印IV-IVで切断して矢印方向に見た図である。
【図5】図3の位置決め装置110をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。
【図6】図3の位置決め装置110をVI-VI線で切断して矢印方向に図である。
【図7】図3の位置決め装置110をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。
【図8】第2の実施の形態にかかる変形例の正面断面図である。
【図9】第3の実施の形態の位置決め装置210を示す正面断面図である。
【図10】図9の位置決め装置210をX-X線で切断し矢印方向に見た図である。
【図11】第4の実施の形態の位置決め装置310を示す正面断面図である。
【符号の説明】
10,110、210,310 位置決め装置
20、120、220、320 第1の筐体
30,130、230,330 移動ブロック
40、140,240、340 第2の筐体
70,170,270,370 中間ブロック
50,60,150,160,250,260,350,360 差動排気シール
P プロセス室
R 減圧室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a positioning device capable of moving a workpiece in a room isolated from, for example, an external environment.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing apparatus or the like, a workpiece is placed on a stage and moved to process in a process chamber maintained in a vacuum or a special gas atmosphere. Here, when the positioning device is provided in the process chamber, there is a possibility that the lubricant or the like replenished to the movable part is scattered and contaminates the process chamber.
[0003]
For such a problem, for example, U.S. Pat. No. 4,191,385 discloses an integrated negative pressure sealed gas bearing assembly. In such prior art, a movable part movable in a two-dimensional direction is provided on the bearing block, a process chamber is formed between the bearing block and the movable part, and the process chamber and the outside are sealed by a differential exhaust seal. By doing so, the workpiece placed on the movable part can be processed inside the process chamber while maintaining the negative pressure environment. Therefore, the drive unit for driving the workpiece can be installed outside the process chamber, whereby contamination of the process chamber can be suppressed, and maintenance of the drive unit can be easily performed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, such processing in the process chamber is applied to workpieces that require extremely high accuracy, such as semiconductor manufacturing. Here, it is also conceivable that the surface serving as the processing reference is the inner surface of the housing. However, for example, when the process chamber is evacuated, a large force based on a pressure difference between the inside and outside of the housing is applied to the housing covering the process chamber, so that minute deformation occurs. Further, when the opening communicating with the process chamber is opposed to the moving block, since the inside of the opening is in a vacuum, the moving block itself is slightly deformed. In such a case, if the moving block is deformed, the machining reference position serving as a machining reference changes, and there is a possibility that accurate machining cannot be performed. For such a problem, there is also an idea of suppressing deformation by increasing the thickness of a moving block or the like. However, when the thickness of the moving block or the like is increased, there arises a new problem that the entire apparatus becomes heavy.
[0005]
Therefore, in view of the problems of the conventional technology, the present invention has an object to provide a positioning device that suppresses deformation of a moving block and achieves accurate positioning, that is, can achieve both weight reduction and high-accuracy positioning. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objective,FirstA positioning apparatus according to the present invention includes a first housing having a first guide surface having a first opening communicating with a process chamber exposed to a reduced pressure, and a predetermined amount with respect to the first guide surface. A moving block provided to be movable in at least one direction in a state of being opposed to each other through a gap, and provided between the first housing and the moving block so as to surround the first opening, In a positioning device comprising a process chamber and a first differential exhaust seal that seals between the process chamber and a pressure chamber outside the process chamber, the process chamber is disposed on the opposite side of the process chamber with the moving block interposed therebetween. A decompression chamber with a lower pressure than the outside is installed.The decompression chamber is formed in a second housing having a second opening corresponding to the process chamber, and the second opening is interposed between the moving block and a predetermined gap. A second guide surface that is guided in a state of being opposed to each other, and a facing surface between the second guide surface and the moving block, and seals between the decompression chamber and the decompression chamber that is higher in pressure than the decompression chamber. A second differential exhaust seal is provided, the process chamber and the decompression chamber communicate with each other, and the first opening and the second opening have the same shape, And an intermediate block disposed between the movable block and the first housing is fixed to the first housing, and the intermediate block and the first Between the housing, the deformation absorbing means for absorbing the deformation of the first housing It has been more sealedIt is characterized by that.
A positioning device of a second aspect of the present invention is provided with a first housing having a first guide surface having a first opening communicating with a process chamber exposed under reduced pressure, and the first guide surface. And provided between the first housing and the moving block so as to surround the first opening and a moving block provided so as to be movable in at least one direction with a predetermined gap therebetween. And a first differential exhaust seal that seals between the process chamber and the outside of the process chamber whose pressure is higher than that of the process chamber. A decompression chamber having a lower pressure than the outside of the process chamber, the decompression chamber is formed in a second casing having a second opening corresponding to the process chamber, and the second opening includes the moving block and Between the given A second guide surface that is guided in a state of being opposed to each other, and a facing surface between the second guide surface and the moving block, the decompression chamber, and a decompression chamber that is higher in pressure than the decompression chamber, A second differential exhaust seal that seals between the process chamber, the process chamber and the decompression chamber are maintained in a non-communication state, and a pump for decompressing the decompression chamber is provided. An intermediate block disposed between the moving block and the first casing is fixed to the first casing, and between the intermediate block and the first casing, It is sealed by a deformation absorbing means for absorbing deformation of the first casing.
[0007]
[Action]
According to the positioning device of the present invention, the first housing having the first guide surface having the first opening communicating with the process chamber exposed to the reduced pressure, and the first guide surface. Provided between the first housing and the moving block so as to surround the first opening and a moving block provided so as to be movable in at least one direction while facing each other with a predetermined gap. In a positioning device including a first differential exhaust seal that seals between the process chamber and the outside of the process chamber having a pressure higher than that of the process chamber, on the opposite side of the process chamber with the moving block interposed therebetween, Since the decompression chamber having a lower pressure than the outside of the process chamber is provided, the air pressure in the first opening of the process chamber and the air pressure in the decompression chamber are brought close to each other with the moving block interposed therebetween, Reduced thickness can also suppress the deformation effectively and, thereby provide a positioning device to achieve high-precision positioning, yet lightweight. Note that the atmospheric pressure in the first opening and the atmospheric pressure in the decompression chamber are not necessarily matched.
[0008]
Further, the decompression chamber is formed in a second casing having a second opening corresponding to the process chamber, and the second opening is interposed between the moving block and a predetermined gap. A second guide surface that is guided in a state of being opposed to each other, and a facing surface between the second guide surface and the moving block, and seals between the decompression chamber and the decompression chamber that is higher in pressure than the decompression chamber. And a second differential exhaust seal that can move the moving block relative to the second housing in a movable manner, and the pressure reducing chamber is related to the pressure outside the pressure reducing chamber. It can be maintained at a predetermined pressure. Note that the second housing may be integral with or separate from the first housing.
[0009]
The process chamber and the decompression chamber are in communication with each other, and the first opening and the second opening have the same shape and are arranged at positions facing each other. The deformation mode due to the negative pressure acting on the front and back surfaces of the block can be balanced, and the deformation can be suppressed as much as possible regardless of the thickness of the moving block. Further, it is not necessary to provide a pump for depressurizing the decompression chamber, thereby reducing the cost of the apparatus.
[0010]
On the other hand, the process chamber and the decompression chamber are maintained in a non-communication state, and if a pump for decompressing the decompression chamber is provided, a pump for decompressing the decompression chamber is separated from the process chamber. By doing so, pressure reduction efficiency can be improved. In addition, since the pressure in the decompression chamber does not need to be lowered as in the process chamber, the pump for decompressing the decompression chamber can be reduced by a corresponding amount to reduce the cost of the entire apparatus. it can. Furthermore, it is possible to perform advanced operations such as fine adjustment of deformation of the moving block by adjusting the pressure reducing chamber to a predetermined pressure regardless of the pressure in the process chamber.
[0011]
Further, an intermediate block is provided between the moving block and the first housing, and the deformation between the intermediate block and the first housing absorbs the deformation of the first housing. When sealed by the absorbing means, even if the first casing is deformed, the deformation is suppressed from being transmitted to the moving block, and more accurate positioning can be achieved. In addition, the deformation | transformation of the said intermediate | middle block can be suppressed as much as possible by making the position which provides the said deformation | transformation absorption means substantially equal to the area | region which surrounds the said 1st differential exhaust seal.
[0012]
In addition, it is preferable to have a bearing that supports the moving block so as to be movable with respect to the first housing, because the moving block moves smoothly.
[0013]
Furthermore, when the bearing is a non-contact type bearing, there are advantages that it is excellent in assembling and easy to obtain accuracy.
[0014]
Here, the differential exhaust seal is, for example, an atmosphere on both sides sandwiching the opposing surfaces in a non-contact state (for example, atmospheric pressure and high vacuum) by exhausting a gas in a minute gap between the two opposing surfaces. That functions to maintain a certain state. In the embodiment described below, a member having an exhaust surface is referred to as a differential exhaust seal.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view of a positioning device according to a first embodiment of the present invention, and a differential exhaust seal is shown in a simplified manner. As shown in FIG. 1, the
[0016]
The moving
[0017]
Here, it is assumed that the
[0018]
On the other hand, in the present embodiment, the
[0019]
Note that the degree of vacuum in the decompression chamber R need not match the degree of vacuum in the process chamber P.-5When Pa is set, the pressure in the decompression chamber R is 104Even when the pressure is about Pa (about 1/10 of the atmospheric pressure), the deformation of the moving
[0020]
FIG. 2 is a front cross-sectional view of the
[0021]
As shown in FIG. 2, the
[0022]
2 and 5 to 7, the upper surfaces on both sides of the moving
[0023]
The
[0024]
An
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
Next, the operation of the
[0028]
Here, when the inside of the
[0029]
In the present embodiment, since the decompression chamber R of the
[0030]
Compared to the first embodiment, since the air pressure on both sides of the moving
[0031]
As guides,
[0032]
FIG. 8 is a front sectional view showing a modification of the present embodiment. In the present modification, the structures of the first casing 120 (except for the
[0033]
Also in this modification, when the
[0034]
FIG. 9 is a front sectional view showing a
[0035]
Also in the present embodiment, since the decompression chamber R of the
[0036]
FIG. 11 is a front sectional view showing a
[0037]
The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the
[0038]
【The invention's effect】
According to the positioning device of the present invention, the first housing having the first guide surface having the first opening communicating with the process chamber exposed to the reduced pressure, and the first guide surface. Provided between the first housing and the moving block so as to surround the first opening and a moving block provided so as to be movable in at least one direction while facing each other with a predetermined gap. In a positioning device including a first differential exhaust seal that seals between the process chamber and the outside of the process chamber having a pressure higher than that of the process chamber, on the opposite side of the process chamber with the moving block interposed therebetween, Since the decompression chamber having a lower pressure than the outside of the process chamber is provided, the pressure in the first opening of the process chamber and the pressure in the decompression chamber are balanced by sandwiching the moving block, so The be thinned can suppress the deformation effectively, thereby providing a positioning apparatus to achieve high-precision positioning, yet lightweight.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a
FIG. 2 is a front sectional view of a
FIG. 3 is a view of the
4 is a view of the
5 is a view of the
6 is a view in the direction of the arrow of the
7 is a view of the
FIG. 8 is a front sectional view of a modified example according to the second embodiment.
FIG. 9 is a front sectional view showing a
10 is a view of the
FIG. 11 is a front sectional view showing a
[Explanation of symbols]
10, 110, 210, 310 Positioning device
20, 120, 220, 320 first housing
30, 130, 230, 330 Moving block
40, 140, 240, 340 Second housing
70, 170, 270, 370 Intermediate block
50, 60, 150, 160, 250, 260, 350, 360 Differential exhaust seal
P Process room
R decompression chamber
Claims (2)
前記第1の案内面に対して所定の隙間を介して対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動ブロックと、
前記第1の開口を囲むようにして、前記第1の筐体と前記移動ブロックとの間に設けられ、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールする第1の差動排気シールとを備えた位置決め装置において、
前記移動ブロックを挟んで前記プロセス室と反対側に、前記プロセス室外より低圧の減圧室を設け、
前記減圧室は、前記プロセス室に対応した第2の開口を有する第2の筐体内に形成され、前記第2の開口には、前記移動ブロックとの間に、所定の隙間を介して対向した状態で案内する第2の案内面と、前記第2の案内面と前記移動ブロックとの対向面に設けられ、前記減圧室内と、前記減圧室内よりも高圧の減圧室外との間をシールする第2の差動排気シールとが設けられており、
前記プロセス室と前記減圧室とは互いに連通されており、前記第1の開口と前記第2の開口とは、同じ形状を有し、且つ対向する位置に配置されており、
前記移動ブロックと前記第1の筐体との間に配置された中間ブロックが前記第1の筐体に対して固定され、前記中間ブロックと前記第1の筐体との間は、前記第1の筐体の変形を吸収する変形吸収手段により密封されていることを特徴とする位置決め装置。A first housing having a first guide surface having a first opening communicating with a process chamber exposed under reduced pressure;
A moving block provided to be movable in at least one direction in a state of being opposed to the first guide surface with a predetermined gap;
A first difference is provided between the first housing and the moving block so as to surround the first opening and seals between the process chamber and the outside of the process chamber having a higher pressure than the process chamber. In a positioning device provided with a dynamic exhaust seal,
On the opposite side of the process chamber across the moving block, set the decompression chamber of lower pressure than the process outside,
The decompression chamber is formed in a second casing having a second opening corresponding to the process chamber, and faces the second opening with a predetermined gap between the moving block and the second opening. A second guide surface that is guided in a state, and a surface that faces the second guide surface and the moving block, and seals between the decompression chamber and the decompression chamber that is higher in pressure than the decompression chamber. 2 differential exhaust seals are provided,
The process chamber and the decompression chamber are in communication with each other, and the first opening and the second opening have the same shape and are arranged at opposing positions,
An intermediate block disposed between the moving block and the first housing is fixed to the first housing, and the space between the intermediate block and the first housing is the first. of being sealed by the deformation absorbing means for absorbing the deformation of the housing positioning device according to claim Rukoto.
前記第1の案内面に対して所定の隙間を介して対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動ブロックと、
前記第1の開口を囲むようにして、前記第1の筐体と前記移動ブロックとの間に設けられ、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールする第1の差動排気シールとを備えた位置決め装置において、
前記移動ブロックを挟んで前記プロセス室と反対側に、前記プロセス室外より低圧の減圧室を設け、
前記減圧室は、前記プロセス室に対応した第2の開口を有する第2の筐体内に形成され、前記第2の開口には、前記移動ブロックとの間に、所定の隙間を介して対向した状態で案内する第2の案内面と、前記第2の案内面と前記移動ブロックとの対向面に設けられ、前記減圧室内と、前記減圧室内よりも高圧の減圧室外との間をシールする第2の差動排気シールとが設けられており、
前記プロセス室と前記減圧室とは互いに非連通状態に維持されており、前記減圧室を減圧するためのポンプが設けられており、
前記移動ブロックと前記第1の筐体との間に配置された中間ブロックが前記第1の筐体に対して固定され、前記中間ブロックと前記第1の筐体との間は、前記第1の筐体の変形を吸収する変形吸収手段により密封されていることを特徴とする位置決め装置。 A first housing having a first guide surface having a first opening communicating with a process chamber exposed under reduced pressure;
A moving block provided to be movable in at least one direction in a state of being opposed to the first guide surface with a predetermined gap;
A first difference is provided between the first housing and the moving block so as to surround the first opening and seals between the process chamber and the outside of the process chamber having a higher pressure than the process chamber. In a positioning device provided with a dynamic exhaust seal,
On the opposite side of the process chamber across the moving block, a decompression chamber having a lower pressure than the outside of the process chamber is provided,
The decompression chamber is formed in a second casing having a second opening corresponding to the process chamber, and faces the second opening with a predetermined gap between the moving block and the second opening. A second guide surface that is guided in a state, and a surface that faces the second guide surface and the moving block, and seals between the decompression chamber and the decompression chamber that is higher in pressure than the decompression chamber. 2 differential exhaust seals are provided ,
The process chamber and the decompression chamber are kept out of communication with each other, and a pump for decompressing the decompression chamber is provided,
An intermediate block disposed between the moving block and the first housing is fixed to the first housing, and the space between the intermediate block and the first housing is the first. A positioning device, wherein the positioning device is sealed by a deformation absorbing means for absorbing deformation of the casing .
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