JP4496678B2

JP4496678B2 - Positioning device

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Publication number: JP4496678B2
Application number: JP2001197622A
Authority: JP
Inventors: 中村　　剛; 伸仁佐治
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003017546A

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１０^５Ｐａ）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１０^４Ｐａ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１０^４Ｐａ程度にすることにより、移動ブロック１３０等の変形を抑制できるので、このポンプ及び差動排気シール１６０のためのポンプの能力は低いもので済むという利点がある。
【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 positioning device 10 of the present embodiment includes a first housing 20 having a process chamber P and an opening (first opening) 20 a that communicates the process chamber P with the outside thereof, The moving block 30 is arranged so as to shield the opening 20a of one casing 20, and the second casing 40 is arranged opposite to the first casing 20 with the moving block 30 interposed therebetween. ing. The process chamber P is sucked by the pump P1 through a simplified pipe and has a negative pressure, and the decompression chamber R formed in the second housing 40 is pumped through the simplified pipe. It is sucked by P3 and similarly has a negative pressure. The decompression chamber R is surrounded by an opening (second opening) 40a. Note that the opening 20a and the opening 40a have the same shape and are formed at opposing positions.
[0016]
The moving block 30 is movable in the left-right direction in the drawing by a driving unit (not shown) (for example, a motor + ball screw or a linear motor) that is supported by a bearing (not shown) at both ends and provided under atmospheric pressure. In addition, a table 31 for supporting a work (not shown) is placed in the center. A first differential exhaust seal 50 is provided around the opening 20a of the first housing 20 on the surface facing the moving block 30 via a predetermined gap. On the other hand, a second differential exhaust seal 60 is provided on a surface of the second casing 40 facing the moving block 30 via a predetermined gap. The first differential exhaust seal 50 and the second differential exhaust seal 60 are sucked by the pump P2 through pipes shown in a simplified manner, and seal the process chamber P and the decompression chamber R from the outside. ing. In the present embodiment, a bearing surface (not shown) facing the upper surface of the moving block 30 constitutes the first guide surface, and a bearing surface (not shown) facing the lower surface of the moving block 30 is the second guide surface. Configure.
[0017]
Here, it is assumed that the second housing 40 is not provided. In such a case, an atmospheric pressure (about 10⁵Since Pa) always acts, as the degree of vacuum in the process chamber P increases, the moving block 30 is deformed so that the center of the upper surface is pulled upward in the drawing. In FIG. 1, such a deformation is exaggerated by a two-dot chain line. Even if such deformation is minute, it is difficult to process the workpiece with high accuracy by changing the height position of the table 31.
[0018]
On the other hand, in the present embodiment, the second housing 40 is provided facing the first housing 20 and the decompression chamber R in the interior thereof is set to a negative pressure. The lower surface is pulled downward in the figure, so that deformation due to the negative pressure in the process chamber P can be suppressed, and the moving block 30 can be maintained in a substantially undeformed state. Therefore, since the height position of the table 31 does not change, highly accurate positioning can be achieved. Further, by forming the opening 20a and the opening 40a in the same shape and forming the openings at opposite positions, the deformation modes of the moving block 30 are balanced, and more accurate positioning can be achieved.
[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 block 30 can be suppressed to about 1/10 compared to the case where the decompression chamber R is not provided. As a result, the pump P3 in the decompression chamber R can be a lower capacity and cheaper pump, and the cost of the apparatus can be reduced. However, if the moving block 30 is provided with a passage that connects the decompression chamber R and the process chamber P, the pump P3 for the decompression chamber becomes unnecessary. Moreover, although the thing which can move the moving block 30 to one direction was shown as a drive part which drives the moving block 30, for example, it is good also as an XY stage, a rotary table, or a combination of both.
[0020]
FIG. 2 is a front cross-sectional view of the positioning device 110 according to the second embodiment, omitting the upper part of the sealed housing and showing the differential exhaust seal and the hydrostatic bearing in a simplified manner. . FIG. 3 is a view of the positioning device 110 of FIG. 2 taken along arrows III-III and viewed in the direction of the arrows. FIG. 4 is a view of the positioning device 110 of FIG. 3 taken along arrow IV-IV and viewed in the direction of the arrow. 5 to 7 are views in which the positioning device 110 of FIG. 3 is cut along the lines VV, VI-VI, and VII-VII, respectively, and viewed in the direction of the arrows.
[0021]
As shown in FIG. 2, the positioning device 110 according to the present embodiment includes a first casing 120 including an opening 120 a that includes the process chamber P and communicates the process chamber P and the outside thereof, and the first casing. The moving block 130 disposed to face the opening 120a of the 120, the intermediate block 170 sandwiched between the first housing 120 and the moving block 130, and the first housing 120 with the moving block 130 interposed therebetween. (Alternatively, the second housing 140 is arranged on the opposite side of the intermediate block 170). The process chamber P is sucked by a pump (not shown) and has a negative pressure.
[0022]
2 and 5 to 7, the upper surfaces on both sides of the moving block 130 are supported by the hydrostatic bearing 181 (the lower surface is the first guide surface) through a predetermined gap with respect to the intermediate block 170 and moved. The lower surfaces on both sides of the block 130 are supported by a hydrostatic bearing 182 (the upper surface is a second guide surface) via a predetermined gap with respect to the second housing 140, and both side surfaces of the moving block 130 are It is supported by hydrostatic bearings 185 provided on the bearing blocks 183 and 184. Therefore, the moving block 130 is movable in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2 (up and down in FIG. 3). In the present embodiment, the hydrostatic bearings 181, 182 and 185 are each made of substantially cylindrical porous graphite, and the bearing surfaces thereof are the intermediate block 170, the casing 140, or the bearing blocks 183 and 184. And air is supplied through an air supply path (not shown). A space between the upper surface of the moving block 130 adjacent to and inside the hydrostatic bearing 181 and the intermediate block 170 is sealed with a first working exhaust seal 150, and the moving block adjacent to and inside the hydrostatic bearing 182. A space between the lower surface of 130 and the second housing 140 is sealed with a second working exhaust seal 160. The hydrostatic bearings 181, 182 and 185 can support the opposing surfaces in a non-contact manner by the air pumped from the pump P4. On the other hand, the differential exhaust seals 150 and 160 have a negative pressure by being sucked by the pump P2. Furthermore, an annular space 154 between the hydrostatic bearing 181 and the first differential exhaust seal 150 (details will be described later), and an annular space 164 between the hydrostatic bearing 182 and the second differential exhaust seal 160 ( (Details will be described later) is designed to be maintained at atmospheric pressure.
[0023]
The casing 120 supported on a surface plate (not shown) has a long hole-shaped opening (first opening) 120a formed in the lower wall 120c. In FIG. 2, an oval shallow countersunk portion 120 d is formed on the lower surface of the lower wall 120 c of the housing 120. A groove 170a is formed on the upper surface of the intermediate block 170 facing the lower wall 120c along the periphery of the counterbore 120d. An O-ring 171 as a deformation absorbing means is disposed in the groove 170a. The O-ring 171 is in contact with the lower surface of the lower wall 120c of the housing 120 so as to seal between the intermediate block 170. Although not clearly shown in FIG. 2, a gap is provided between the lower surface of the lower wall 120 c of the housing 120 and the upper surface of the intermediate block 170 also around the outside of the groove 170 a. The outer peripheral clearance is about 0.1 mm, and thereby, the non-contact state between the upper surface of the intermediate block 170 and the lower surface of the lower wall 120c is maintained.
[0024]
An oblong opening 170 b is formed at the center of the intermediate member 170. The shaft 131 extends so as to penetrate the opening 170b and the opening 120a of the first housing 120. The shaft 131 is attached to and integrated with the upper surface of the moving block 130. A passage 132 penetrating through the shaft 131 is a decompression chamber R formed by the process chamber P in the first casing 120, the second casing 140, the moving block 130, and the second differential exhaust seal 160. And communicate with. A portion where the decompression chamber R faces the lower surface of the moving block 130 is an opening (second opening) 140a. The moving block 130 is connected to a driving unit (not shown) via a connecting unit 133 (FIG. 3). As the drive unit, for example, a combination of a motor and a feed screw such as a ball screw, a combination of a motor and a belt and a pulley, or a linear motor can be used. Further, by providing an ultrasonic motor (not shown) that can drive the moving block 130 with respect to the second housing 140 instead of or in addition to the hydrostatic bearing 185, the driving unit and the coupling unit 133 are provided. Can be omitted. Further, instead of providing the connecting portion 133, a connecting portion may be provided at the longitudinal end portion of the moving block 130, and the driving portion may be connected via the connecting portion. In this case, it is preferable to shield the opening in the short direction of the moving block 130.
[0025]
The differential exhaust seal 160 includes grooves 161, 162, 163, communication holes 165, 166, 167, and an exhaust hole 169. In FIG. 3, four grooves 161 to 164 extend in a track shape along the periphery of an oval decompression chamber R formed on the upper surface of the second housing 140. Among them, the groove 164 (the annular space) extends to both sides in the tangential direction and is open to the atmosphere on both end faces of the second casing 140. As shown in FIGS. 3, 6, or 7, communication holes 165 to 167 are formed from the groove bottoms of the grooves 161 to 163 toward the inside of the second housing 140, as shown in FIGS. The inside of the second housing 140 communicates with six exhaust holes 169 extending in the longitudinal direction. Both ends of the exhaust hole 169 go out of the second casing 140 and are connected to suction pumps (not shown). As shown in FIGS. It is preferable to have a diameter that becomes thicker toward the inside (that is, the closer to the opening 170b).
[0026]
The differential exhaust seal 150 includes grooves 151, 152, 153, communication holes 155, 156, 157, and an exhaust hole 159. Four grooves 151 to 154 extend in a track shape along the periphery of the long hole 170b of the intermediate block 170. Among them, the groove 154 extends to both sides in the tangential direction and is open to the atmosphere at both end faces of the intermediate block 170. As shown in FIGS. 6 and 7, communication holes 155 to 157 are formed from the groove bottoms of the grooves 151 to 153 toward the inside of the second housing 140, respectively. As shown in FIGS. Is communicated with six exhaust holes 159 extending in the longitudinal direction. Both ends of the exhaust hole 159 go out to the outside of the intermediate block 170 and are connected to suction pumps (not shown), respectively, but as shown in FIGS. That is, it is preferable to have a diameter that is thicker toward the opening 140a.
[0027]
Next, the operation of the positioning device 110 according to the present embodiment will be described. The driving force of a driving source (not shown) is transmitted to the moving block 130 via the connecting member 133, and thereby the shaft 131 also moves together, so that the workpiece (which is placed on the table attached to the upper end of the shaft 131 ( (Not shown) can be positioned at any position within the first housing 120.
[0028]
Here, when the inside of the first housing 120 is in a vacuum, the pressure difference between the inside and outside of the first housing 120 is increased, and the first housing 120 is slightly deformed accordingly. More specifically, since the vicinity of the opening 120a has the lowest rigidity, the opening 120a is deformed to be pushed upward in FIG. In the present embodiment, even if the central portion of the lower wall 120c of the first casing 120 moves upward due to the deformation, the O-ring 171 as the deformation absorbing means is the lower wall of the first casing 120. The airtightness between the first casing 120 and the intermediate block 170 is maintained without being separated from the lower surface of 120c. That is, the deformation amount of the first casing 120 (the deformation is guaranteed by a minute gap between the first casing 120 and the intermediate block 170) is anticipated in advance, and the O-ring 171 is always in the first casing 120. It is set so as to keep in close contact with both the body 120 and the intermediate block 170. That is, as the inside of the process chamber P is depressurized and the lower wall 120c of the first casing 120 is displaced upward due to the deflection, the elastic deformation amount (crushing allowance) of the O-ring 171 decreases. Even when the maximum displacement amount is reached, the elastic deformation of the O-ring 171 is not completely eliminated. That is, the first housing 120 is supported on a surface plate (not shown) via support legs (not shown), while the intermediate block 170, the second housing 140, and the bearing blocks 183 and 184 are used. Since the guide mechanism of the moving block 130 is also fixed with respect to the upper surface of the surface plate, the difference between the height of the support leg and the height of the upper surface of the intermediate block 170 is set so as to satisfy the above condition. ing. Thus, by using the O-ring 171 as the deformation absorbing means, a simple configuration that requires a small number of parts can be achieved, and the intermediate block 170, the second casing 140, and the second casing 140 that constitute the guide mechanism of the moving block 130 can be achieved. In addition, the influence of the deformation of the first housing 120 on the bearing blocks 183 and 184 is avoided.
[0029]
In the present embodiment, since the decompression chamber R of the second casing 140 communicates with the process chamber P via the passage 132, the pressure in the decompression chamber R matches the pressure in the process chamber P. Therefore, since the pressures on the upper and lower surfaces are balanced, deformation of the center of the moving block 130 can be suppressed. Furthermore, in the present embodiment, the position of the O-ring 171 substantially coincides with the space between the differential exhaust seal 150 and the hydrostatic bearing 182 (groove 154 communicating with the atmosphere), so that the intermediate block connected to the process chamber P When the area inside the groove 170a on the upper surface of 170 becomes a vacuum, the opposite side of the intermediate block 170 becomes the differential exhaust seal 150, so that deformation of the intermediate block 170 can be effectively suppressed. That is, the pressure in the gap between the intermediate block 170 and the moving block 130 in the differential exhaust seal 150 is not the same as in the process chamber P, but can be considered to be sufficiently close to this. On the other hand, the moving block 130 has the differential exhaust seals 150 and 160 and the static pressure bearings 181 and 182 facing the upper and lower surfaces in a balanced manner, so that the forces received from them are balanced, that is, the pressure difference between the upper and lower surfaces. Therefore, there is no bending deformation caused by it. As a result, the distance between the lower surface of the intermediate block 170 and the upper surface of the moving block 130 is maintained in a substantially initial state, so that the functions of the differential exhaust seal 150 and the hydrostatic bearing 181 are not impaired. And the upper surface of the second housing 140 are also maintained in a substantially initial state, so that the functions of the differential exhaust seal 160 and the hydrostatic bearing 182 are not impaired. Further, since there is no load on the bearing due to the differential pressure between the inside and outside of the process chamber P (under atmospheric pressure), the load on the bearing does not vary even if the differential pressure varies.
[0030]
Compared to the first embodiment, since the air pressure on both sides of the moving block 130 can be made the same, in addition to suppressing deformation by eliminating the pressure difference, the intermediate block 170, the second housing 140, and the bearing block The guide mechanism of the moving block 130 composed of 183 and 184 is effective in that it can be assembled with reference to a surface plate (not shown) and can be easily moved with high accuracy because there is no deformation. In addition, when the pumps for sucking the process chamber P and the decompression chamber R are separately provided, when trouble occurs in one of the pumps, the pressure difference acting on the upper and lower surfaces becomes intense, and the moving block may be excessively deformed. However, in this embodiment, even if a problem occurs in the pump, since the pressure difference acting on the upper and lower surfaces is zero, the moving block is not deformed. The pressure difference acting on the upper and lower surfaces of the intermediate block 170 is not strictly zero, but is sufficiently small as described above, so that deformation can be sufficiently suppressed.
[0031]
As guides, hydrostatic bearings 181, 182 and 185 are excellent from the viewpoint of manufacturing. This is because the guide surface and the seal surface can be easily formed while the parallelism and flatness are strictly controlled by setting the same plane (or a plane having a minute step). A separate guide such as a linear guide can also be used, but it can be said that the non-contact type guide is more excellent in order to fully exploit the characteristics of the differential exhaust seal which is a non-contact seal. The non-contact type guide includes a magnetic bearing and a hybrid bearing combining a magnetic bearing and a hydrostatic bearing. Instead of providing the passage 132, a pump for reducing the pressure in the decompression chamber R may be provided separately. In this case, the inside of the decompression chamber R is, for example, 10⁴Since the deformation of the moving block 130 and the like can be suppressed by setting the pressure to about Pa, there is an advantage that the capacity of the pump for the pump and the differential exhaust seal 160 may be low.
[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 enlarged opening 120a), the intermediate block 170, the moving block 130, and the second casing 140 are the same as in the second embodiment. Therefore, explanation is omitted. In this modification, a bellows 172 is used instead of the O-ring 171. The bellows 172 has an upper end attached to the first housing 120 by a holder 173 and a lower end attached to the intermediate block 170 by a holder 174.
[0033]
Also in this modification, when the lower wall 120c of the first casing 120 moves upward due to deformation, the bellows 172 as the deformation absorbing means expands, so that the first casing 120 and the intermediate block 170 are expanded. It is designed to maintain the airtightness. Also in this modified example, the position of the O-ring 175 that seals the holder 174 with respect to the intermediate block 170 is substantially the same as that between the differential exhaust seal 150 and the hydrostatic bearing 182 (groove 170c communicating with the atmosphere). Therefore, when the area inside the groove 170a that accommodates the O-ring 175 is evacuated, the opposite side of the intermediate block 170 becomes the differential exhaust seal 150, so that deformation of the intermediate block 170 can be suppressed. it can. In this modification, a relatively large deformation of the first housing 120 can be absorbed with higher reliability.
[0034]
FIG. 9 is a front sectional view showing a positioning device 210 according to the third embodiment. FIG. 10 is a view of the positioning device 210 of FIG. 9 taken along the line XX and viewed in the direction of the arrow. In the figure, the moving block 230 has a configuration in which an upper square plate 230a, a middle square shaft 230b, and a lower square plate 230c are connected in series, and a passage 232 is formed at the center. The passage 232 communicates the process chamber P of the first housing 220 and the decompression chamber R of the second housing 240. The lower square plate 230 c of the moving block 230 is guided by hydrostatic bearings 281, 282, 285, and is supported so as to be movable in the left-right direction in FIG. 10, and the second casing 240 is supported by a differential exhaust seal 260. Sealed against. The upper square plate 230 a is sealed with respect to the intermediate block 270 by a differential exhaust seal 250. The first housing 220 and the intermediate block 270 are sealed by an O-ring 271 that is a deformation absorbing means.
[0035]
Also in the present embodiment, since the decompression chamber R of the second housing 240 communicates with the process chamber P via the passage 232, the pressure in the decompression chamber R matches the pressure in the process chamber P. Therefore, the deformation at the center of the moving block 230 can be suppressed accordingly. Furthermore, since there is no load on the bearing due to the pressure difference between the inside and outside of the process chamber, the load on the bearing does not fluctuate even if the pressure difference fluctuates.
[0036]
FIG. 11 is a front sectional view showing a positioning device 310 according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 2 mainly in that a linear guide is used instead of providing a hydrostatic bearing. Description is omitted. In FIG. 11, the intermediate block 370 is fixed to the surface plate A by support legs 372. The moving block 330 forms a passage 332 that passes through the central shaft 331. The passage 332 communicates the process chamber P of the first housing 320 and the decompression chamber R of the second housing 340. The moving block 330 is guided by a linear guide 380 as a bearing, and is supported so as to be movable in the direction perpendicular to the paper surface. The moving block 330 is sealed with respect to the intermediate block 370 and the second housing 340 by differential exhaust seals 350 and 360. The first housing 320 and the intermediate block 370 are sealed by an O-ring 371 that is a deformation absorbing means. Also in this embodiment, the same operational effects as those of the above-described embodiment are obtained.
[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 groove portions 151, 152, and 153 of the differential exhaust seal 150 and the groove portions 161, 162, and 163 of the differential exhaust seal 160 are arranged in three rows, but the present invention is not limited to this. Depending on the magnitude of the differential pressure, etc., two or four or more rows may be used. Further, the size of the gap between the first housing 120 and the intermediate block 170 is also determined in consideration of the performance of the suction pump and the like, and can be appropriately selected from several μm to several hundred μm. Further, the bearing is not limited to a linear guide or a hydrostatic bearing, and various bearings such as other rolling bearings such as a cross roller guide can be used. Further, the positioning groove such as the O-ring is provided on the intermediate block side, but it may be provided on the first housing side or both.
[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 positioning device 10 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a front sectional view of a positioning device 110 according to a second embodiment.
FIG. 3 is a view of the positioning device 110 of FIG. 2 taken along arrows III-III and viewed in the direction of the arrows.
4 is a view of the positioning device 110 of FIG. 3 taken along arrows IV-IV and viewed in the direction of the arrows.
5 is a view of the positioning device 110 of FIG. 3 taken along the line VV and viewed in the direction of the arrow.
6 is a view in the direction of the arrow of the positioning device 110 of FIG. 3 cut along the VI-VI line.
7 is a view of the positioning device 110 of FIG. 3 taken along line VII-VII and viewed in the direction of the arrow.
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 positioning device 210 according to a third embodiment.
10 is a view of the positioning device 210 of FIG. 9 taken along the line XX and viewed in the direction of the arrow.
FIG. 11 is a front sectional view showing a positioning device 310 according to a fourth embodiment.
[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

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.

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 .