JP2005291413A - 制振除振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で、取り扱いが容易で、除振性能と制振性能を併せ持つ除振制振装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
試料室（機器搭載台）５と空気ばね３とからなる系の振動に、第１減衰力と、該第１減衰力より大きな第２減衰力とのうちの一方の減衰力を選択的に加えることが可能な減衰手段（エアシリンダ１１、ゴムダンパ１５）と、除振を行う場合には減衰手段の第１減衰力を試料室５と空気ばね３とからなる系に加え、制振を行う場合には減衰手段の第２減衰力を試料室５と空気ばねとからなる系に加える制御手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動するステージを有する機器搭載台がベースに対して空気ばねを介して支持される放射線ビーム装置に設けられる制振除振装置に関する。

放射線ビーム装置、例えば、ウエハ観察用走査型電子顕微鏡は、図５に示すように、架台（ベース）１上に空気ばね３を介して試料室（機器搭載台）５が設けられる。試料室５内には、試料が設けられ、移動するステージ７が配置され、試料室５上には、内部に電子銃、集束レンズ、対物レンズ等が設けられ、ステージ７上の試料に対して電子線（放射線ビーム）を照射する鏡筒９が設けられる。

一般に、空気ばね３は、図６のＡ（除振重視）に示すような伝達特性が得られるように設計されている。この場合、空気ばね３の（固有振動数×√２）より高い周波数では、振動が減衰する。すなわち、床からの振動の侵入を抑えることができる。但し、空気ばねの固有振動数と同じ周波数の振動が床にある場合は共振現象を起こし、試料室５が大きく振動してしまう。

また、試料室５に外力が加わった場合、例えば、試料室５のステージ７を移動させた場合でも、試料室５が空気ばね３の固有振動数で揺れてしまう。試料室を揺れにくくする、又は揺れてもすぐに振動が収まるようにするには、図６のＢ（制振重視）のような特性にすればよい。しかし、この場合、共振倍率が減るものの、空気ばね３の（固有振動数×√２）より高い周波数では減衰率が小さくなってしまい、高倍率・高分解能で観察する際に、床からの振動の影響を受け、高倍率の性能を維持できない問題点がある。

空気ばねの減衰を調整する手法は様々なものがある。しかし、除振と、制振との相反する機能を両立できないので、いずれかを重視した調整がなされている。このような除振装置をパッシブ(Passive)型除振装置という。

このようなパッシブ型除振装置に対して、アクティブ(Active)制御型の除振装置が提案されている。アクティブ型除振装置の一例として、空気ばね上の振動を加速度計等で測定し、その振動を打ち消すようにリニアモータ等のアクチュエータで力を加えるフィード・バック制御を用いると共に、ステージの移動情報等により予め振動が発生しないようにリニアモータ等のアクチュエータで力を加えるフィード・フォワード制御を用いるタイプがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−８７２３５号公報（第４頁−第７頁、図１）

しかし、アクティブ型除振装置は、加速度計等のセンサやアクチュエータや複雑な制御回路等が必要となり、非常に高価である。また、チューニングに高い技術が必要で客先で長期間性能を維持することが難しい。更に、予測外の力が作用した場合に制御不能となり発振してしまう場合もある。

本発明上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、安価で、取り扱いが容易で、除振性能と制振性能を併せ持つ除振制振装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、移動するステージを有する機器搭載台がベースに対して空気ばねを介して支持される放射線ビーム装置に設けられる制振除振装置おいて、前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系の振動に、第１減衰力と、該第１減衰力より大きな第２減衰力とのうちの一方の減衰力を選択的に加えることが可能な減衰手段と、除振を行う場合には前記減衰手段の第１減衰力を前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系に加え、制振を行う場合には前記減衰手段の第２減衰力を前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系に加える制御手段と、を有することを特徴とする制振除振装置である。

制御手段は、除振を行う場合には前記減衰手段の第１減衰力を前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系に加え、制振を行う場合には前記減衰手段の第２減衰力を前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系に加える。

請求項２に係る発明は、前記減衰手段は、前記ベースに設けられ、前記機器搭載台に離反／当接可能な弾性体と、該弾性体を駆動する駆動部と、を有し、前記弾性体が前記機器搭載台に離反した状態では前記第１減衰力、前記弾性体が前記機器搭載台に当接した状態では前記第２減衰力であることを特徴とする請求項１記載の制振除振装置である。

制御手段は、除振を行う場合には減衰手段の駆動部を駆動して弾性体を機器搭載台から離反させ、制振を行う場合には減衰手段の駆動部を駆動して弾性体を機器搭載台に当接させる。

具体的な構成の一例として、エア、油圧、電動シリンダと、このシリンダのスピンドルに設けられたゴム等の弾性体とからなるものある。
請求項３に係る発明は、前記減衰手段は、前記空気ばねに空気を供給する管路に設けられる第１オリフィスと、前記空気ばねに空気を供給する管路に設けられ、前記第１オリフィスのオリフィス径より径が小さな第２オリフィスと、前記第１オリフィス、前記第２オリフィスを切り替える駆動部とを有し、前記第１オリフィスを前記管路に設けた状態では前記第１減衰力、前記第２オリフィスを前記管路に設けた状態では前記第２減衰力であることを特徴とする請求項１記載の制振除振装置である。

制御手段は、除振を行う場合には減衰手段の駆動部を駆動して第１オリフィスを管路に設け、制振を行う場合には減衰手段の駆動部を駆動して第２オリフィスを管路に設ける。
具体的な構成の一例としては、第１オリフィスが設けられた第１管路と、第２オリフィスが設けられた第２管路と、第１管路、第２管路を切り替える電磁切り替え弁とがある。

請求項１から５に係る発明によれば、前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系の振動に、第１減衰力と、該第１減衰力より大きな第２減衰力とのうちの一方の減衰力を選択的に加えることが可能な減衰手段と、除振を行う場合には前記減衰手段の第１減衰力を前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系に加え、制振を行う場合には前記減衰手段の第２減衰力を前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系に加える制御手段とを有している。

除振を行う場合と制振を行う場合との２つの場合に応じて、制御手段は機器搭載台と空気ばねとからなる系に加える減衰力を切り替えるだけなので、制御が容易で、チューニングも不要で、長期間性能を維持することが可能で、予測外の力が作用した場合に制御不能とならない。更に、高価なセンサや複雑な制御回路等が不要となるので、安価である。

請求項２に係る発明によれば、弾性体の材質、形状を変えることで、所望の第２減衰力を得ることができる。
請求項３に係る発明によれば、第１オリフィス、第２オリフィスのオリフィス径を変えることで、所望の第１減衰力、第２減衰力を得ることができる。

（第１形態例）
第１形態例をウエハ観察用走査型電子顕微鏡に適用した場合の発明部分の構成図である図１、図１の電気的構成を説明する図２を用いて説明する。

図１において、機器搭載台としての試料室５は空気ばね３を介してベースとしての架台１に支持されている。本形態例の試料室５と空気ばね３とからなる系の振動に、減衰力を与える減衰手段は、架台１に設けられ、駆動部としてのエアシリンダ１１と、このエアシリンダ１１のスピンドル１３の先端に設けられた弾性体としてのゴムダンパ１５とからなっている。エアシリンダ１１を駆動することにより、ゴムダンパ１５は試料室５に離反（図において２点鎖線で示す）／当接（図において実線で示す）可能となっている。すなわち、ゴムダンパ１５が試料室５から離反した状態では第１減衰力を、ゴムダンパ１５が試料室５に当接した状態では第２減衰力を試料室５と空気ばね３とからなる系の振動に与えるようになっている。

１９はエアシリンダ１１を駆動する圧縮エアのエアシリンダ１１に対する導入方向を切り替える電磁切り替え弁である。
次に、図２を用いて図１の電気的構成を説明する。２１は操作者が選択的に押す除振スイッチ２３、制振スイッチ２５からの信号を取り込んで、電磁切り替え弁１９を駆動する制御手段である。

ここで、上記構成の作動を説明する。高倍率・高分解能で観察する場合（除振性能を重視する場合）には、操作者は、除振スイッチ２３を押す。制御手段２１は除振スイッチ２３が押されると、電磁切り替え弁１９を駆動して、エアシリンダ１１のスピンドル１３を引っ込める。すなわち、ゴムダンパ１５を試料室５から離反させる。すると、空気ばね３は図６のＡ除振重視の特性となる。

一方、試料室５のステージを移動させる場合（制振性能を重視する場合）には、操作者は制振スイッチ２５を押す。制御手段２１は制振スイッチ２５が押されると、電磁切り替え弁１９を駆動して、エアシリンダ１１のスピンドル１３を出す。すなわち、ゴムダンパ１５を試料室５に当接させる。すると、空気ばね３は図６のＢ制振重視の特性となる。

このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）除振を行う場合と制振を行う場合との２つの場合に応じて、制御手段２１は試料室５と空気ばねとからなる系に加える減衰力を切り替えるだけなので、制御が容易で、チューニングも不要で、長期間性能を維持することが可能で、予測外の力が作用した場合に制御不能とならない。更に、高価なセンサや複雑な制御回路等が不要となるので、安価である。
（２）ゴムダンパの材質、形状を変えることで、所望の第２減衰力、すなわち、制振性能を得ることができる。
（第２形態例）
第２形態例をウエハ観察用走査型電子顕微鏡に適用した場合の発明部分の構成図である図３、図３の電気的構成を説明する図４を用いて説明する。尚、本形態例と第１形態例との相違点は、本形態例ではエアシリンダやゴムダンパがない点である。

そして、本形態例の減衰手段は、図３に示すように、空気ばねに３に接続され、空気ばね３に圧縮空気を供給可能な第１管路４１に設けられた第１オリフィス４５と、第２管路４３に設けられ、オリフィス径が第１オリフィス４５の径より小さな第２オリフィス４７と、第１管路４１、第２管路４３とを切り替える駆動部としての電磁切り替え弁４９とからなっている。本形態例では、第１オリフィス４５の直径を０．８ｍｍ、第２オリフィス４７の直径を０．３ｍｍとした。

電磁切り替え弁４９を切り替えることにより、圧縮空気は第１オリフィス４５が設けられた第１管路４１又は第２オリフィス４７が設けられた第２管路４３を介して空気ばね３に導入されるようになっている。すなわち、空気ばね３に導入される圧縮空気が第１オリフィス（第１管路４１）４５を通過すると第１減衰力を、第２オリフィス（第２管路４３）４７を通過すると第２減衰力を試料室５と空気ばね３とからなる系の振動に与えるようになっている。

次に、図４を用いて図３の電気的構成を説明する。５１は操作者が選択的に押す除振スイッチ２３、制振スイッチ２５からの信号を取り込んで、電磁切り替え弁４９を駆動する制御手段である。

ここで、上記構成の作動を説明する。高倍率・高分解能で観察する場合（除振性能を重視する場合）には、操作者は、除振スイッチ２３を押す。制御手段５１は除振スイッチ２３が押されると、電磁切り替え弁４９を駆動して、空気ばね３に導入される圧縮空気が第１オリフィス（第１管路４１）４５を通過するようにする。すると、空気ばね３は図６のＡ除振重視の特性となる。

一方、試料室のステージを移動させる場合（制振性能を重視する場合）には、操作者は制振スイッチ２５を押す。制御手段５１は制振スイッチ２５が押されると、電磁切り替え弁４９を駆動して、空気ばね３に導入される圧縮空気が第２オリフィス（第２管路４３）４７を通過するようにする。すると、空気ばね３は図６のＢ制振重視の特性となる。

このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）除振を行う場合と制振を行う場合との２つの場合に応じて、制御手段５１は試料室と空気ばねとからなる系に加える減衰力を切り替えるだけなので、制御が容易で、チューニングも不要で、長期間性能を維持することが可能で、予測外の力が作用した場合に制御不能とならない。更に、高価なセンサや複雑な制御回路等が不要となるので、安価である。
（２）第１オリフィス４５、第２オリフィス４７のオリフィス径を変えることで、所望の第１減衰力、第２減衰力を得ることができる。

尚、本発明は上記形態例に限定するものではない。上記形態例では、ウエハ観察用走査型電子顕微鏡に適用した場合で説明を行ったが、他の放射線ビーム装置、例えば、電子ビーム描画装置や半導体プロセス評価装置・分析装置等にも適用できる。

第１形態例をウエハ観察用走査型電子顕微鏡に適用した場合の発明部分の構成図である。 図１の電気的構成を説明する図である。 第２形態例をウエハ観察用走査型電子顕微鏡に適用した場合の発明部分の構成図である。 図３の電気的構成を説明する図である。 ウエハ観察用走査型電子顕微鏡の構成図である 空気ばねの伝達特性（周波数と振動伝達率との関係）を説明する図である。

符号の説明

３ 空気ばね
５ 試料室
１１ エアシリンダ
１５ ゴムダンパ
１９ 電磁切り替え弁
２１ 制御部

Claims (3)

1. 移動するステージを有する機器搭載台がベースに対して空気ばねを介して支持される放射線ビーム装置に設けられる制振除振装置おいて、
   前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系の振動に、第１減衰力と、該第１減衰力より大きな第２減衰力とのうちの一方の減衰力を選択的に加えることが可能な減衰手段と、
   除振を行う場合には前記減衰手段の第１減衰力を前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系に加え、制振を行う場合には前記減衰手段の第２減衰力を前記機器搭載台と前記空気ばねとからなる系に加える制御手段と、
   を有することを特徴とする制振除振装置。
2. 前記減衰手段は、
   前記ベースに設けられ、前記機器搭載台に離反／当接可能な弾性体と、
   該弾性体を駆動する駆動部と、
   を有し、
   前記弾性体が前記機器搭載台に離反した状態では前記第１減衰力、前記弾性体が前記機器搭載台に当接した状態では前記第２減衰力であることを特徴とする請求項１記載の制振除振装置。
3. 前記減衰手段は、
   前記空気ばねに空気を供給する管路に設けられる第１オリフィスと、
   前記空気ばねに空気を供給する管路に設けられ、前記第１オリフィスのオリフィス径より径が小さな第２オリフィスと、
   前記第１オリフィス、前記第２オリフィスを切り替える駆動部と、
   を有し、
   前記第１オリフィスを前記管路に設けた状態では前記第１減衰力、前記第２オリフィスを前記管路に設けた状態では前記第２減衰力であることを特徴とする請求項１記載の制振除振装置。

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