JP2009033005A - シール機構、ステージ装置、及び電子線描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から真空チャンバ内に引き込まれた移動体に外力を作用させることなく、真空チャンバと移動体との間を気密する。
【解決手段】
ガイド部材５１の一側及び他側と、スライダ６０のバランスプレート６０ｂの一側と他側とに、伸縮可能で相互に外径の異なる第１ベローズ６１及び第２ベローズ６２の一側と他側をそれぞれ固定することで、ガイド部材５１の内部を第１ベローズ６１と第２ベローズ６２とに囲まれる空間Ｖ２、Ｖ３と、その他の空間Ｖ１の相互に気密された３つの空間Ｖ１〜Ｖ３に分割する。そして、空間Ｖ１の内部圧力を調圧ユニット８０によって調圧することで、中空シャフト５２Ａの位置に応じて作用する第１ベローズ６１と第２ベローズ６２の復元力の合力と、空間Ｖ１,Ｖ２相互間の差圧等によって移動体に作用する外力をキャンセルする。
【選択図】図３

Description

本発明は、シール機構、ステージ装置、及び電子線描画装置に係り、更に詳しくは、真空チャンバと、該真空チャンバの内部に引き込まれた移動体との間の気密を維持するシール機構、真空チャンバ内で基板を移動するステージ装置、及び基板にパターンを描画する電子線描画装置に関する。

近年、情報のデジタル化に伴い、光ディスクやハードディスクの大容量化に対する要求が高まっており、ＣＤ（Compact Disk）や、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの従来型光ディスクに代わり、例えば波長が４００ｎｍ程度の紫外光により情報の記録及び再生が行なわれる次世代型の光ディスクや、高密度記録が可能なパターンドメディアの研究開発が盛んに行なわれている。

次世代型光ディスクの原盤（スタンパ）やパターンドメディアの記録媒体等の製造工程では、記録層に形成されるパターンが従来型の光ディスクに比べて微細であることから、例えば、極細線描画が可能な電子線描画装置がよく用いられている。この電子線描画装置は、基板を回転させるとともに水平面内で移動可能に保持するステージ装置を備え、基板をステージ装置で駆動しながら電子線を照射することで、基板表面にスパイラル状又は同心円状の微細パターンを描画する装置である（例えば特許文献１参照）。

この種の電子線描画装置では、基板を保持するステージ装置は、所定の真空度に維持された例えば真空室内に配置されている。このため、ステージ装置に駆動エアや電力等を供給するケーブルや管路（以下、管路等という）などは、例えばフレキシブルチューブ等によって屈曲された状態で配置されるのが一般的である。しかしながら、このような状態で配置された管路等は、ステージ装置が稼動することで生じる反力の発生要因の一つとなっていた。そこで、最近では描画パターンの微細化に伴って、この反力を抑制しつつ真空室内に駆動エアや電力等を供給する手段が種々提案されている（例えば特許文献２、及び特許文献３参照）。

特許文献２に記載の装置は、１対のスライド軸が貫通する真空チャンバの貫通部とエアスライド軸受との間に、真空チャンバ内へ気体が流入するのを防止する蛇腹状の隔壁を有する露光装置である。この装置では、隔壁を収縮可能な蛇腹状の金属製剛体で構成することで，真空引き等による真空室壁面の変形を蛇腹作用で吸収し、スライド軸とエアスライド軸受への影響を抑えている。

また、特許文献３に記載の装置は、大気空間と真空空間の仕切り部にベローズが配置された装置である。この装置では、ベローズの先端側が可動物体に連結され、可動物体の移動はベローズの軸方向の伸縮により確保される構造になっている。そして、ベローズの内部空間と外部空間との圧力は一定に維持されている。このため、ベローズは気圧差の影響を受けることなくスムースに伸縮することが可能となっている。

特開２００４−２１８６６２号公報 特開２００１−３０８１６１号公報 特開２００３−２８７１４６号公報

しかしながら、特許文献２記載された装置では、真空引きにより真空室の底面の中央部が盛り上がるように変形するため、例えば底面に取付けられたベース上にある４つのエアスライド軸受の支持部材もさまざまな方向に変形し、エアスライド軸受の軸芯の高さや方向に差異が生じることがある。さらに、スライド軸は、ステージのガイドとしても使用されているため、１対のスライド軸の真直度や平行度の狂いはそのまま露光精度の低下につながる。また、この装置では、真空引きの前後でエアスライド軸受の姿勢が変化するので、大気圧状態での組付け状態と実使用状態とが異なり、組付調整が困難となる。また、メンテナンス等により真空引きと大気開放とを繰り返し行なった場合には、ステージ機構に無理な力がその都度作用することとなり、耐久性を損ない、ひいては精度劣化を起こし、露光精度の低下につながるという問題もある。

また、特許文献３に記載の装置では、ベローズの伸縮に伴って可動物体に作用するベローズの復元力をキャンセルすることができないため、ベローズの復元力はステージ機構にそのまま外力として作用してしまう。したがって、ステージ装置を駆動するための推力を向上する必要が生じる。また、ステージ装置の駆動に伴って移動する案内管をガイドする機構を配置するスペースが十分に設けられていないため、案内管を片持ちで支持することしかできない。したがって、耐振動性を向上させることが困難であり、結果として露光精度の低下につながる。

本発明は上述の事情の下になされたもので、その第１の目的は、外部から真空チャンバ内に引き込まれた移動体に外力を作用させることなく、真空チャンバと移動体との間を気密することが可能なシール機構を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、真空チャンバ内で基板を精度よく移動することが可能なステージ装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、真空チャンバ内で基板に精度よくパターンを描画することが可能な電子線描画装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に引き込まれた移動体との間の気密を維持するシール機構であって、前記真空チャンバの内部に配置される一側と、前記真空チャンバの外部に配置される他側に、前記移動体が貫通する開口が形成された中空部材と；前記移動体を保持して前記中空部材の内部を摺動する摺動部材と；前記移動体を包囲した状態で、一端が前記摺動部材の一端面の第１部分を包囲するように固定され、他端が前記中空部材の一側に前記開口を包囲するように固定された、前記摺動部材の摺動方向へ伸縮する第１ベローズと；前記移動体を包囲した状態で、一端が前記中空部材の他側に前記開口を包囲するように固定され、他端が前記摺動部材の他端面の前記第１部分と面積の異なる第２部分を包囲するように固定された、前記摺動部材の摺動方向へ伸縮する第２ベローズと；前記中空部材の内部の圧力を調整する調圧装置と：を有するシール機構である。

これによれば、シール機構は、一側と他側に開口が形成された中空部材と、中空部材の内部を摺動する摺動部材とを有している。そして、中空部材の一側及び他側と、摺動部材の一側と他側とに、伸縮可能な第１ベローズ及び第２ベローズの一側と他側がそれぞれ固定されることで、中空部材の内部が第１ベローズと第２ベローズとに囲まれる空間と、その他の空間の相互に気密された３つの空間に分割される。また、この状態で摺動部材は、３つの空間相互間の機密性を維持したままで中空部材に対して摺動可能である。

したがって、移動体を、第１ベローズ及び第２ベローズに包囲された状態で、摺動部材を介して真空チャンバ内へ引き込むことで、真空チャンバ内の機密性を維持したまま移動体を移動可能とすることができる。また、摺動部材の第１ベローズ及び第２ベローズによって包囲される部分の面積が異なるため、中空部材の内部空間の圧力を、調圧装置によって調圧することで、移動体の位置に応じて作用する第１ベローズと第２ベローズの復元力の合力と、真空チャンバの内部空間と外部空間の差圧等によって移動体に作用する外力をキャンセルすることができる。

また、本発明は第２の観点からすると、真空チャンバ内で基板を移動するステージ装置であって、前記真空チャンバ内で前記基板を鉛直軸回りに回転可能に保持する保持装置と；前記保持装置を水平面内で移動する移動ステージと；前記真空チャンバに設けられた本発明のシール機構と；一端が保持装置に接続され他端が前記真空チャンバの外部に引き出されるとともに、前記シール機構の摺動部材に移動可能に支持される中空シャフトと；前記中空シャフトを移動させる移動機構と；を備えるステージ装置である。

これによれば、ステージ装置では、中空シャフトが外部空間から本発明のシール機構を介して真空チャンバの内部空間に引き込まれ、保持装置に接続されている。したがって、真空チャンバ内の気密を維持したまま、中空シャフトを介して保持装置へ電源、駆動エアを供給し、また信号線を引き込むことが可能となる。また、移動ステージの移動に伴って中空シャフトが移動した場合にも、調圧装置によって中空部材の内部空間の圧力を調整することで、中空シャフトに作用する外力をキャンセルすることができ、結果的に真空チャンバ内で基板を精度よく移動することが可能となる。

また、本発明は第３の観点からすると、基板にパターンを描画する電子線描画装置であって、本発明のステージ装置と；前記ステージ装置に載置された基板に電子線を照射する電子線照射装置と；を備える電子線描画装置である。

これによれば、電子線描画装置は、本発明のステージ装置を備えている。したがって、真空チャンバ内で基板を精度よく移動することができるため、結果的に基板に精度よくパターンを描画することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１には本実施形態に係る電子線描画装置１００の概略構成が示されている。この電子線描画装置１００は、例えば真空度が１０^−４Ｐａ程度の環境下において、レジスト材がコーティングされた基板Ｗに電子線を照射することにより、基板Ｗの描画面に微細パターンを描画する電子線描画装置である。

図１に示されるように、電子線描画装置１００は、電子線を基板Ｗに照射する照射装置１０、基板Ｗを保持する移動ユニット３０、移動ユニット３０を収容する真空チャンバ２０、及び上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置などを備えている。

前記照射装置１０は、長手方向をＺ軸方向とするケーシング１０ａと、該ケーシング１０ａの内部上方から下方に向かって順次配置された、電子銃１１、ブランキング電極１２、電界レンズ１３、アパーチャ部材１４、走査電極１５、対物レンズ１６、及び動的焦点補正レンズ１７を備えている。

前記ケーシング１０ａは、下方が開放された円筒状のケーシングであり、真空チャンバ２０上面に形成された開口に、上方から隙間なく嵌合されている。また、真空チャンバ２０内部に位置する部分は、その直径が−Ｚ方向に向かって小さくなるテーパー形状となっている。

前記電子銃１１は、前記ケーシング１０ａの内部上方に配置されている。この電子銃１１は、陰極から熱と電界により取り出した電子を射出する熱電界放射型の電子銃であり、例えば、直径２０〜５０ｎｍ程度の電子線を下方（−Ｚ方向）へ射出する。

前記ブランキング電極１２は、電子銃１１の下方に配置されている。このブランキング電極１２は、Ｘ軸方向に相互に対向するように配置された１対の電極を有し、制御装置より（偏向電極に）印加される電圧に応じて、電子銃１１から射出された電子線を＋Ｘ方向又は−Ｘ方向へ偏向する。

前記電界レンズ１３は、ブランキング電極１２の下方に配置された環状のレンズであり、ブランキング電極１２を通過した電子線に対して集束する方向のパワーを作用させる。

前記アパーチャ部材１４は、中央に電子線が通過する開口が設けられた板状の部材である。このアパーチャ部材１４は、電界レンズ１３を通過した電子線が収束する点近傍に開口が位置するように配置されている。

前記走査電極１５は、アパーチャ部材１４の下方に配置されている。この走査電極１５は、Ｘ軸方向に相互に対向するように配置された１対の電極と、Ｙ軸方向に相互に対向するように配置された１対の電極とを有し、印加される電圧に応じて、アパーチャ部材１４を通過した電子線をＸ軸方向又Ｙ軸方向へ偏向する。

前記対物レンズ１６は、走査電極１５の下方に配置され、走査電極１５を通過した電子線を、回転テーブル７０ｃに載置された基板Ｗの表面に収束する。

前記動的焦点補正レンズ１７は、前記対物レンズ１６により基板Ｗの表面に収束された電子線のビームスポット径の微調整を行う。

上述した照射装置１０では、電子銃１１から射出された電子線は、電界レンズ１３を通過することにより集束され、アパーチャ部材１４に設けられた開口近傍（以下、クロスオーバポイントという）で一旦交差される。次に、クロスオーバポイントを通過した電子線は、発散しつつアパーチャ部材１４を通過することによりそのビーム径が整形される。そして、対物レンズ１６によって、回転テーブル７０ｃに載置された基板Ｗの表面に収束される。

また、上記動作と並行して、ブランキング電極１２に所定の電圧を印加して、電子線をＸ軸方向に偏向させることで、アパーチャ部材１４で電子線を遮蔽し、基板Ｗに対する電子線のブランキングをすることができるようになっている。また、走査電極１５に印加する電圧を制御して、電子線をＸ軸方向又はＹ軸方向に偏向させることにより、基板Ｗ上の電子線照射位置の調整を行うことができるようになっている。

前記真空チャンバ２０は、直方体状の中空部材であり上面には円形の開口が形成され、該開口には、上述した照射装置１０のケーシング１０ａの下端部が挿入されている。

図２は、前記移動ユニット３０を上方から見た図である。この図２と図１を総合して見るとわかるように、前記移動ユニット３０は、真空チャンバ２０の内部底面に載置された定盤４１、定盤４１上をＸ軸方向に移動するメインステージ４２、メインステージ４２に保持される回転ユニット７０、一端が回転ユニット７０にそれぞれ固定された１組の中空シャフト５２Ａ,５２Ｂ、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂと真空チャンバ２０との間をそれぞれ気密するシール機構５０Ａ,５０Ｂ、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂを移動する駆動機構５５、シール機構５０Ａ,５０Ｂへ圧縮空気の供給等を行う調圧ユニット８０などを含んで構成されている。

前記定盤４１は、長手方向をＸ軸方向とする長方形板状の部材であり、真空チャンバ２０の内部に、上面がほぼ水平になるように載置されている。

前記メインステージ４２は、長手方向をＸ軸方向とする長方形板状の部材であり、定盤４１上に転がりガイド４３を介して、Ｘ軸方向に所定のストロークで往復移動可能に配置されている。このメインステージ４２の＋Ｘ側端部には、長手方向をＸ軸方向とするボールネジ４５ａが羅合されている。そして、このボールネジ４５ａが、真空チャンバ２０の＋Ｘ側の外壁面に固定された駆動機構４５によって回転されることで、メインステージ４２は、Ｘ軸方向に所定の速度で移動されるようになっている。また、駆動機構４５には、例えばボールネジ４５ａの回転数に基づいて、メインステージ４２の移動量を検出する位置検出器４６が設けられている。この位置検出器４６としては、メインステージ４２の絶対位置を検出することができるものが好ましく、例えばバッテリなどによって電源がオフの場合にも位置情報を保持することが可能なものが望ましい。

前記回転ユニット７０は、メインステージ４２の上面に固定されている。この回転ユニット７０は、回転テーブル７０ｃ、回転装置７０ａ、及びシール７０ｂを備えている。

前記回転テーブル７０ｃは、円形板状の部材であり基板Ｗを保持した状態で、鉛直軸回りに回転可能に支持されている。

前記回転装置７０ａは、回転テーブル７０ｃを浮上支持するとともに、所定の線速度又は角速度で回転させる回転機構を有している。また、回転装置７０ａには、＋Ｙ側及び−Ｙ側に突出する引き込み部７０ｄが形成され、回転機構の駆動源である電気、駆動エアなどは、引き込み部７０ｄを介して引き込まれるケーブル、エア配管、（以下引き込み管路８２（図３参照）という）などによって外部から供給される。また、この回転装置７０ａと回転テーブル７０ｃとの間はシール７０ｂによって気密されている。これにより、回転装置７０ａと真空チャンバ２０の内部との気密が維持されている。

前記中空シャフト５２Ａ,５２Ｂは、外径が５０ｍｍ程度の長手方向をＸ軸方向とする筒状の部材である。これら中空シャフト５２Ａ,５２Ｂは、真空チャンバ２０の＋Ｘ側の側壁の＋Ｙ側端部及び−Ｙ側端部から、シール機構５０Ａ,５０Ｂを介して真空チャンバ２０の内部空間にそれぞれ引き込まれている。そして、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂそれぞれの−Ｘ側端部は、Ｘ軸方向に伸縮する接続部材７２を介して、回転装置７０ａに形成された引き込み部７０ｄに接続されている。接続部材７２の＋Ｘ側及び−Ｘ側端は、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂの−Ｘ側端部と回転装置７０ａの引き込み部７０ｄに隙間なく接続され、これによって真空チャンバ２０内部と中空シャフト５２内部及び回転装置７０ａ内部の気密が維持されている。また、前記引き込み管路８２は、この中空シャフト５２を介して、回転装置７０ａに引き込まれている。

前記シール機構５０Ａ,５０Ｂそれぞれは、真空チャンバ２０の＋Ｘ側の側壁の＋Ｙ側端部及び−Ｙ側端部にそれぞれ設けられている。これらのシール機構５０Ａ,５０Ｂは相互に同等の構成を有しているため、以下、シール機構５０Ａを代表的に取り上げて、その構成及び動作について説明する。

図３は、前記シール機構５０ＡのＺＸ断面図である。図３に示されるように、シール機構５０Ａは、長手方向をＸ軸方向として真空チャンバ２０の側壁に固定されたガイド部材５１、ガイド部材５１の内部空間をＸ軸方向に摺動するスライダ６０、スライダ６０の−Ｘ側及び＋Ｘ側に設けられた第１ベローズ６１、及び第２ベローズ６２、などを含んで構成されている。

前記ガイド部材５１は、長手方向をＸ軸方向とする筒状の筒状部と、この筒状部の両側を塞ぐ円形板状の側壁部からなる部材である。そして、ガイド部材５１の−Ｘ側の側壁部には、内径が中空シャフト５２Ａの外径よりも十分大きい円形開口５１ａが形成され、＋Ｘ側の側壁部には、内径が中空シャフト５２Ａの外径とほぼ等しい円形開口５１ｂが形成されている。また、ガイド部材５１の内壁面中央部からは連通路５１ｅを介して圧縮空気が吐出されるようになっており、後述するスライダ６０に対する静圧軸受が形成されている。

前記スライダ６０は、ガイド部材５１の内部空間を移動する筒状のエアブッシュ６０ａと、エアブッシュ６０ａの内部に設けられた環状のバランスプレート６０ｂの２部分からなる部材である。

前記エアブッシュ６０ａは、多孔質材料を素材とし形成され、その外径がガイド部材５１の筒状部の内径とほぼ等しくなっている。そして、ガイド部材５１の内壁面中央部から連通路５１ｅを介して吐出される圧縮空気により、エアブッシュ６０ａは、ガイド部材５１の内壁面に対して、例えば１０μｍ程度のクリアランスを介して摺動可能に保持されている。

前記バランスプレート６０ｂは、中央に中空シャフト５２Ａの外径とほぼ同径の円形開口が形成され、その周囲にバランスプレート６０ｂの＋Ｘ側と−Ｘ側の空間を連通する開口部が複数形成されている。そして、バランスプレート６０ｂとエアブッシュ６０ａは、バランスプレート６０ｂの外周面がエアブッシュ６０ａの内壁面に固定されることで一体化されている。

前記第１ベローズ６１は、外周面が蛇腹形状となったＸ軸方向に伸縮自在なベローズであり、＋Ｘ側端部が、バランスプレート６０ｂの−Ｘ側の面に円形開口を囲むように固定され、−Ｘ側端部が、ガイド部材５１の側壁部に開口５１ａを囲むように固定されている。

前記第２ベローズ６２は、内径が第１ベローズ６１よりも大きく、外周面が蛇腹形状となったＸ軸方向に伸縮自在なベローズであり、−Ｘ側端部が、バランスプレート６０ｂの−Ｘ側の面に円形開口を囲むように固定され、＋Ｘ側端部が、ガイド部材５１の側壁部に開口５１ｂを囲むように固定されている。

上述したシール機構５０Ａでは、図３に示されるように、中空シャフト５２Ａが、ガイド部材５１の円形開口５１ａ,５１ｂに挿入されるとともに、バランスプレート６０ｂの円形開口に嵌合されている。これにより、中空シャフト５２Ａは、スライダ６０によって、Ｘ軸方向に移動可能に保持された状態となっている。また、中空シャフト５２Ａとバランスプレート６０ｂとの嵌合部は気密性が維持されており、真空チャンバ２０の内部空間は、ガイド部材５１と、第１ベローズ６１と、バランスプレート６０ｂとによって、外部空間に対して気密された状態となっている。そして、中空シャフト５２Ａとガイド部材５１の円形開口５１ｂとの間隙は２０μｍ程度で、Ｘ軸方向の長さが１０ｍｍであり、４×１０_４Ｐａ程度の真空度を十分に維持することが可能なシール構造となっている。また、第１ベローズ６１、及び第２ベローズ６２とは、中空シャフト５２Ａに取り付けられたガイドリング６３,６４によって、自重による撓みが生じないように支持されている。

以下、説明の便宜上、図３に示されるように、シール機構５０Ａの、第１ベローズ６１の内部空間を空間Ｖ２と、第２ベローズの内部空間を空間Ｖ３と、ガイド部材５１の内部空間のうち、空間Ｖ２と空間Ｖ３以外の空間を空間Ｖ１と定義する。

前記駆動機構５５は、図２及び図３を参酌するとわかるように、シール機構５０Ａ,５０Ｂそれぞれに設けられたガイド部材５１の＋Ｘ側の側壁部から、＋Ｘ方向へ延設された支持部材５３によって支持されている。この駆動機構５５は中空シャフト５２Ａ,５２Ｂの＋Ｘ側端部に取り付けられた突出部５４に螺合するボールネジ５５ａをＸ軸に平行な軸回りに回動することで、スライダ６０に支持される中空シャフト５２Ａ,５２ＢをＸ軸方向へ移動させる。

また、駆動機構５５には、例えばボールネジ５５ａの回転数に基づいて、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂの移動量を検出する位置検出器５６がそれぞれ設けられている。この位置検出器５６としては、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂの絶対位置を検出することができるものが好ましく、例えばバッテリなどによって電源がオフの場合にも位置情報を保持することが可能なものが望ましい。

前記調圧ユニット８０は、例えば圧縮ポンプ、真空ポンプ及び精密レギュレータなどを含んで構成され、図３に示されるように、ガイド部材５１に形成された開口部５１ｃを介して、空間Ｖ１の内部圧力を所望の値に調整する。

次に、駆動機構５５によって中空シャフト５２Ａ,５２Ｂが駆動されたときの、シール機構５０Ａ,５０Ｂの動作について、シール機構５０Ａを代表的に取り上げて説明する。本実施形態では、前提として、図３に示されるように、スライダ６０が、ガイド部材５１の内部空間の中央位置にあるとき、第１ベローズ６１及び第２ベローズ６２は自然長であるものとする。また、空間Ｖ２は真空チャンバ２０の内部と同等の真空度（＝４×１０^−４Ｐａ）となっており、空間Ｖ３は不図示の真空ポンプなどにより、例えば内部圧力が４×１０^４Ｐａ程度に真空引きされているものとする。また、バランスプレート６０ｂについては、＋Ｘ側及び−Ｘ側の面の面積をそれぞれＳとし、第１ベローズ６１によって区画される面積をＳ２、第２ベローズ６２によって区画される面積をＳ３（Ｓ３＞Ｓ２）とする。そして、空間Ｖ２及び空間Ｖ３の内部圧力をそれぞれＰ２、Ｐ３（Ｐ２＜Ｐ３）と定義し、調圧ユニット８０によって調整される空間Ｖ１の内部圧力をＰ１と定義する。

図３に示されるように、スライダ６０が中央位置にある場合には、第１ベローズ６１、及び第２ベローズ６２は自然長であるため、各ベローズ６１,６２の復元力は０である。したがって、この状態のときにバランスプレート６０ｂに作用する力Ｆ３は、各空間Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３の内部圧力差によって決まり、次式（１）で示される。ただし、＋Ｘ方向を正とする。

Ｆ３＝［Ｓ２・Ｐ２＋（Ｓ−Ｓ２）・Ｐ１］−［Ｓ３・Ｐ３＋（Ｓ−Ｓ３）・Ｐ１］
＝Ｓ２・（Ｐ２−Ｐ１）−Ｓ３・（Ｐ３−Ｐ１）
＝（Ｓ３−Ｓ２）・Ｐ１−（Ｓ３・Ｐ３−Ｓ２・Ｐ２） …（１）

また、本実施形態では、第１ベローズ６１により区画される面積Ｓ２は、第２ベローズ６２により区画される面積Ｓ３よりも小さいため、（Ｓ３−Ｓ２）を正の定数Ａに置きかえ、空間Ｖ３の内部圧力Ｐ３は、空間Ｖ２の内部圧力Ｐ２よりも大きいため、（Ｓ３・Ｐ３−Ｓ２・Ｐ２）を正の整数Ｂに置きかえると、式（１）は次式（２）のように変形することができる。
Ｆ３＝Ａ・Ｐ１−Ｂ …（２）

上記式（２）は、Ａ及びＢの値は一定であるため、調圧ユニット８０を介して、空間Ｖ１の内部圧力Ｐ１の大きさを調整することで、スライダ６０のバランスプレート６０ｂに任意の大きさの力Ｆ３を作用させることが可能であることを示している。したがって、図３に示されるように、スライダ６０がガイド部材５１に形成された中空部の中央位置にある場合には、各ベローズ６１,６２が自然長であるため、Ｆ３の大きさが０となるように、調圧ユニット８０を駆動して空間Ｖ３の内部圧力Ｐ１を調整する。

図４（Ａ）は、駆動機構５５によって、中空シャフト５２Ａが左端（−Ｘ方向）に移動したときのシール機構５０Ａの様子を示す図である。図４（Ａ）に示されるように、中空シャフト５２Ａが左端に移動するとスライダ６０も左端に移動する。そして、これにより第１ベローズ６１は収縮され、第２ベローズ６２は伸長されるため、バランスプレート６０ｂには、図４（Ｂ）に示されるように、第１ベローズ６１による右向きの復元力Ｆ１と、第２ベローズ６２による右向きの復元力Ｆ２とが作用する。

この場合には、大きさが復元力Ｆ１と復元力Ｆ２の合力と等しい左向きの力Ｆ３を作用させることで、バランスプレート６０ｂに作用する力をキャンセルすることが可能となる。したがって、図４（Ａ）に示されるように、中空シャフト５２Ａとともにスライダ６０が左端に移動している場合には、第１ベローズ６１による右向きの復元力Ｆ１と、第２ベローズ６２による右向きの復元力Ｆ２との合力を打ち消すように、内部圧力Ｐ１の大きさを調整して、図４（Ｂ）に概念的に示される力Ｆ３を、バランスプレート６０ｂに作用させ、中空シャフト５２Ａに作用するＸ軸方向の外力をキャンセルする。

また、図５（Ａ）は、駆動機構５５によって、中空シャフト５２Ａが右端（＋Ｘ方向）に移動したときのシール機構５０Ａの様子を示す図である。図５（Ａ）に示されるように、中空シャフト５２Ａが右端に移動するとスライダ６０も右端に移動する。そして、これにより第１ベローズ６１は伸長され、第２ベローズ６２は収縮されるため、バランスプレート６０ｂには、図５（Ｂ）に示されるように、第１ベローズ６１による左向きの復元力Ｆ１と、第２ベローズ６２による左向きの復元力Ｆ２とが作用する。

この場合には、大きさが復元力Ｆ１と復元力Ｆ２の合力と等しい右向きの力Ｆ３を作用させることで、バランスプレート６０ｂに作用する力をキャンセルすることが可能となる。したがって、図５（Ａ）に示されるように、中空シャフト５２Ａとともにスライダ６０が右端に移動している場合には、第１ベローズ６１による復元力Ｆ１と、第２ベローズ６２による復元力Ｆ２との合力を打ち消すように、内部圧力Ｐ１の大きさを調整して、図５（Ｂ）に概念的に示される力Ｆ３を、バランスプレート６０ｂに作用させ、中空シャフト５２Ａに作用するＸ軸方向の外力をキャンセルする。

ところで、第１ベローズ６１と第２ベローズ６２との伸縮による復元力は、第１ベローズ６１及び第２ベローズ６２それぞれのバネ定数に伸縮量を乗じた大きさとなるため、空間Ｖ１の内部圧力Ｐ１は、一例として図６に示されるように、リニアに変化させればよい。本実施形態ではスライダ６０が中央位置にある場合には、内部圧力Ｐ１はＰ_０となり、右端及び左端にある場合には、内部圧力Ｐ１はそれぞれＰ₋及びＰ_＋となる。

なお、本実施形態では、Ｓ１とＳ２との面積差が２０ｃｍ^２程度であり、各ベローズ６１,６２の合成バネ定数が１Ｎ／ｍｍ程度である。そして、スライダ６０の片側の移動量が８０ｍｍである。このため、各ベローズ６１,６２によって、バランスプレート６０ｂに最大８０Ｎの復元力が作用する。したがって、上記Ｐ_０,Ｐ₋,Ｐ_＋はそれぞれの大きさは、０．１５ＭＰａ、０．１１ＭＰａ、０．１９ＭＰａ程度となっている。

本実施形態にかかる電子線描画装置１００では、上述したシール機構５０Ａ,５０Ｂ動作と並行して、描画開始指令が入力または通知されると、制御装置（不図示）により、まず移動ユニット３０のメインステージ４２が駆動機構４５を介してＸ軸方向へ移動されるとともに、駆動機構５５を介して中空シャフト５２Ａ,５２Ｂが、メインステージ４２に追従するように移動される。そして、回転テーブル７０ｃが回転されることによって所定の線速度又は角速度で回転される基板Ｗに、照射装置１０によって描画パターンに基づいて変調された電子線が照射され、基板Ｗの表面に同心円状又はスパイラル状のパターンが形成される。

以上説明したように、本実施形態では、シール機構５０Ａ,５０Ｂは、調圧ユニット８０を駆動して、空間Ｖ１の内部圧力Ｐ１を調整することで、真空チャンバ２０の外部から引き込まれ、真空チャンバ２０の内部に配置された移動ユニット３０の回転装置７０ａに接続された中空シャフト５２Ａ,５２Ｂに作用する外力をキャンセルしつつ、真空チャンバ２０の内部空間と中空シャフト５２Ａ,５２Ｂとの間を精度よく気密することが可能となる。

また、本実施形態にかかる電子線描画装置１００では、回転ユニット７０の回転装置７０ａに、メインステージ４２に追従して移動する中空シャフト５２Ａ,５２Ｂを介して、引き込み管路８２が引き込まれている。したがって、引き込み管路８２の移動によって回転装置７０ａに外力が作用することがなく、基板Ｗを精度よく真空チャンバ２０の内部で移動させ、また回転させることが可能となる。また、基板Ｗに精度よく電子線を照射することができ、結果的に基板Ｗに精度よくパターンを描画することが可能となる。

また、本実施形態では、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂそれぞれは、接続部材７２を介して、回転装置７０ａに形成された引き込み部７０ｄに接続されている。したがって、メインステージ４２の移動に対して中空シャフト５２Ａ,５２Ｂの追従が遅れたとしても、接続部材７２の伸縮で吸収し、メインステージ４２の移動精度に与える影響を低減することが可能となる。

また、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂを介して伝播される振動のうち、接続部材７２によって、高周波成分を遮断することが可能となる。なお、振動に含まれる低周波成分（数Ｈｚ〜数十Ｈｚ）の振動はメインステージ４２の応答性によって制御することが可能である。

また、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂによって、引き込み管路８２を屈曲させることなく、真空チャンバ２０から外部へ引き出すことができるため、引き込み管路８２の屈曲部の伸展に伴って生じる外力が発生することがなく、基板Ｗの位置決め精度の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、シール機構５０Ａ,５０Ｂが中空シャフト５２Ａ,５２Ｂに外力を作用させることがないため、駆動機構５５を大型化することなく、中空シャフト５２Ａ,５２Ｂの移動感度を向上することが可能となる。

また、スライダ６０はガイド部材５１に非接触で支持されているため、シール機構５０Ａ,５０Ｂで発生する振動を低減することが可能となる。
《変形例》

例えば、上記式（１）は、空間Ｖ１及び空間Ｖ２の内部圧力が一定であると考えると、次式（３）のように変形でき、空間Ｖ３の内部圧力Ｐ３以外の値を一定とすると、次式（３）は次式（４）のように変形できる。ただしＡ’、Ｂ’は定数である。

Ｆ３＝［Ｓ２・Ｐ２＋（Ｓ−Ｓ２）・Ｐ１］−［Ｓ３・Ｐ３＋（Ｓ−Ｓ３）・Ｐ１］
＝Ｓ２・Ｐ２−Ｓ２・Ｐ１−Ｓ３・Ｐ３＋Ｓ３・Ｐ１
＝（Ｓ２・Ｐ２−Ｓ２・Ｐ１＋Ｓ３・Ｐ１）−Ｓ３・Ｐ３…（３）
Ｆ３＝Ａ’−Ｂ’．Ｐ３…（４）

上記式（４）は、Ａ’及びＢ’の値は一定であるため、空間Ｖ３の内部圧力Ｐ３の大きさを調整することで、スライダ６０のバランスプレート６０ｂに任意の大きさの力Ｆ３を作用させることが可能であることを示している。したがって、上述したように調圧ユニット８０によって、空間Ｖ１の内部圧力Ｐ１を調整するのではなく、空間Ｖ３の内部圧力Ｐ３を調整することにより、バランスプレート６０ｂに作用する力をキャンセルすることとしてもよい。

本実施形態では連通路５１ｅを介して圧縮空気が空間Ｖ１の内部へ供給されているため、空間Ｖ１の内部圧力を正圧とすることのほうが容易である。そこで、例えば空間Ｖ１の内部圧力Ｐ１を０．１１ＭＰａに維持したとすると、図３に示されるように、スライダ６０がガイド部材５１に形成された中空部の中央位置にある場合には、各ベローズ６１,６２が自然長であるため、Ｆ３の大きさが０となるように、調圧ユニット８０を駆動して空間Ｖ３の内部圧力Ｐ３を調整する。

また、図４（Ａ）に示されるように、空シャフト５２Ａとともにスライダ６０が左端に移動している場合には、第１ベローズ６１は収縮され、第２ベローズ６２は伸長されるため、バランスプレート６０ｂには、図４（Ｂ）に示されるように、第１ベローズ６１による右向きの復元力Ｆ１と、第２ベローズ６２による右向きの復元力Ｆ２とが作用する。したがって、この場合には、大きさが復元力Ｆ１と復元力Ｆ２の合力と等しい左向きの力Ｆ３を作用させることで、バランスプレート６０ｂに作用する力をキャンセルすることが可能となる。

また、図５（Ａ）に示されるように、空シャフト５２Ａとともにスライダ６０が右端に移動している場合には、第１ベローズ６１は収縮され、第２ベローズ６２は伸長されるため、バランスプレート６０ｂには、図５（Ｂ）に示されるように、第１ベローズ６１による右向きの復元力Ｆ１と、第２ベローズ６２による右向きの復元力Ｆ２とが作用する。したがって、この場合には、大きさが復元力Ｆ１と復元力Ｆ２の合力と等しい左向きの力Ｆ３を作用させることで、バランスプレート６０ｂに作用する力をキャンセルすることが可能となる。

変形例においても、第１ベローズ６１と第２ベローズ６２との伸縮による復元力は、第１ベローズ６１及び第２ベローズ６２それぞれのバネ定数に伸縮量を乗じた大きさとなるため、空間Ｖ３の内部圧力Ｐ３は、一例として図７に示されるように、リニアに変化させればよい。本実施形態ではスライダ６０が中央位置にある場合には、内部圧力Ｐ３はＰ_０となり、右端及び左端にある場合には、内部圧力Ｐ３はそれぞれＰ₋及びＰ_＋となる。なお、本変形例では、上記Ｐ_０,Ｐ₋,Ｐ_＋それぞれの大きさは、０．０７ＭＰａ、０．０５ＭＰａ、０．０９ＭＰａ程度となる。

以上説明したように、本発明のシール機構は、真空チャンバと移動体との間を気密するのに適している。また、本発明のステージ装置は、真空チャンバ内で基板を精度よく移動するのに適している。また、本発明の電子線描画装置は、真空チャンバ内で基板に精度よくパターンを描画するのに適している。

本発明の一実施形態に係る電子線描画装置１００の概略的な構成を示す図である。 移動ユニット３０を上方から見た図である。 シール機構５０ＡのＺＸ断面図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、シール機構５０Ａの動作を説明するための図（その１、その２）である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、シール機構５０Ａの動作を説明するための図（その３、その４）である。 空間Ｖ１の内部圧力Ｐ１の変化を示す図である。 空間Ｖ３の内部圧力Ｐ３の変化を示す図である。

符号の説明

１０…照射装置、１０ａ…ケーシング、１１…電子銃、１２…ブランキング電極、１３…電界レンズ、１４…アパーチャ部材、１５…走査電極、１６…対物レンズ、１７…動的焦点補正レンズ、２０…真空チャンバ、３０…移動ユニット、４１…定盤、４２…メインステージ、４３…転がりガイド、４５…駆動機構、４５ａ…ボールネジ、４６…位置検出器、５０Ａ,５０Ｂ…シール機構、５１…ガイド部材、５１ａ,５１ｂ…円形開口、５１ｃ…開口部、５１ｅ…連通路、５２Ａ,５２Ｂ…中空シャフト、５４…突出部、５５…駆動機構、５５ａ…ボールネジ、５６…位置検出器、６０…スライダ、６０ａ…エアブッシュ、６０ｂ…バランスプレート、６１…第１ベローズ、６２…第２ベローズ、７０…回転ユニット、７０ａ…回転装置、７０ｂ…シール、７０ｃ…回転テーブル、７０ｄ…引き込み部、７２…接続部材、８０…調圧ユニット、８２…引き込み管路、１００…電子線描画装置、Ｗ…基板。

Claims (14)

1. 真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に引き込まれた移動体との間の気密を維持するシール機構であって、
   前記真空チャンバの内部に配置される一側と、前記真空チャンバの外部に配置される他側に、前記移動体が貫通する開口が形成された中空部材と；
   前記移動体を保持して前記中空部材の内部を摺動する摺動部材と；
   前記移動体を包囲した状態で、一端が前記摺動部材の一端面の第１部分を包囲するように固定され、他端が前記中空部材の一側に前記開口を包囲するように固定された、前記摺動部材の摺動方向へ伸縮する第１ベローズと；
   前記移動体を包囲した状態で、一端が前記中空部材の他側に前記開口を包囲するように固定され、他端が前記摺動部材の他端面の前記第１部分と面積の異なる第２部分を包囲するように固定された、前記摺動部材の摺動方向へ伸縮する第２ベローズと；
   前記中空部材の内部の圧力を調整する調圧装置と：を有するシール機構。
2. 前記調圧装置は、前記中空部材の内部のうち、前記第１ベローズ及び前記第２ベローズの外部の空間の圧力、又は前記第２ベローズの内部の空間の圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載のシール機構。
3. 前記調圧装置は、前記第１ベローズ、及び前記第２ベローズの復元力の差をキャンセルするように、前記中空部材の内部の圧力を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のシール機構。
4. 前記摺動部材と前記中空部材とは、ガイド機構を構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール機構。
5. 前記中空部材は前記摺動部材を摺動可能に保持する静圧軸受であり、
   前記静圧軸受へ空気を供給する空気供給装置を更に備えることを特徴とする請求項４に記載のシール機構。
6. 前記中空部材には、前記摺動部材の移動範囲の中央位置又はその近傍に、前記空気を吐出する孔が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のシール機構。
7. 前記調圧装置は、レギュレータを含んで構成され、該レギュレータを用いて、前記中空部材の内部の圧力を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のシール機構。
8. 真空チャンバ内で基板を移動するステージ装置であって、
   前記真空チャンバ内で前記基板を鉛直軸回りに回転可能に保持する保持装置と；
   前記保持装置を水平面内で移動する移動ステージと；
   前記真空チャンバに設けられた請求項１〜７のいずれか一項に記載のシール機構と；
   一端が保持装置に接続され他端が前記真空チャンバの外部に引き出されるとともに、前記シール機構の摺動部材に移動可能に支持される中空シャフトと；
   前記中空シャフトを、前記移動ステージに追従して移動させる移動機構と；を備えるステージ装置。
9. 前記保持装置の信号線は、前記中空シャフトを介して供給されることを特徴とする請求項８に記載のステージ装置。
10. 前記保持装置の電源は、前記真空チャンバの外部から前記中空シャフトの内部に配線された電線を介して供給されることを特徴とする請求項８又は９に記載のステージ装置。
11. 前記保持装置の駆動エアは、前記真空チャンバの外部から前記中空シャフトの内部に配管された管路を介して供給されるとともに排気されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載のステージ装置。
12. 前記中空シャフトは、伸縮自在な連結部材を介して、前記保持装置へ連結されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載のステージ装置。
13. 前記移動機構は、
    前記真空チャンバの外部に設けられ、前記中空シャフトを移動させる駆動機構と；
    前記中空シャフトの位置を検出する位置検出装置と；
    前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記移動ステージとの相対位置を算出する演算装置と；
    前記演算装置の演算結果に基づいて、前記中空シャフトが前記移動ステージに追従して移動するように、前記駆動機構を制御する制御装置と；を備える請求項８〜１２のいずれか一項に記載のステージ装置。
14. 基板にパターンを描画する電子線描画装置であって、
    請求項８〜１３のいずれか一項に記載のステージ装置と；
    前記ステージ装置に載置された基板に電子線を照射する電子線照射装置と；を備える電子線描画装置。
    

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