JP2011149675A - Ｆｆｕのモータ駆動ファンの振動吸収・抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体回路パターンの測定装置の性能を確保できるＦＦＵのモータ駆動ファンの振動吸収・抑制装置を得る。
【解決手段】ＦＦＵ筐体上のモータ駆動ファンをリング状に取り囲む位置に、リング状に薄い金属板を多層に積み重ねることにより剛性を低下させたリング状多層金属板を設置し、モータ駆動ファンからＦＦＵ筐体へ伝達される振動エネルギーを熱エネルギーとして消費し、振動を吸収・抑制する。多層金属板をＦＦＵに採用することにより、固有振動のＱ値が低くなり、共振しにくくなるとともに、モータ駆動ファン取り付け部の重量が増し、振動が抑制され、ＦＦＵ筐体への振動の伝播が低減される。
【選択図】図３

Description

この発明は半導体・液晶用の精密測定装置用クリーンブース等に搭載されるＦＦＵに関する。

現在、半導体・製造ラインでは、半導体回路パターンの測定に、高倍率の画像拡大機能を組み込んだ測定装置が数多く使用されている。これら測定装置はウエハの表面のパターンを測定するためにクリーンな測定環境が必要であり、測定装置はクリーンブースに収納されている。上記クリーンブースの天井には、外気を取り込み清浄化した空気をクリーンブース内に供給するためのＦＦＵが搭載されている。

測定装置の画像拡大倍率は極めて高く、クリーンブース内の測定環境は、清浄度だけでなく、測定装置への振動の伝播が測定性能の低下の原因になっている。
そのため、測定装置の測定部は除振台の上に設置されているが、外部から伝播する振動を十分に防止できていない。
測定部へ伝播する振動源で最も大きいものは、クリーンブースの天井に設置されているＦＦＵのモータ駆動ファンある。

半導体回路の微細化はますます進み、現状は半導体のデザインルールは３２ｎｍになり、従来レベルの測定環境の振動でも測定装置の性能に重大な悪影響を及ぼすようになってきた。
振動源であるクリーンブースのＦＦＵのモータ駆動ファンの振動を抑制するために、ＦＦＵに防振対策を施したり、クリーンブースの筐体の剛性を強めるなど色々な対策が採られているが、測定装置の性能を確保するのには十分ではない。

筆者らは、ＦＦＵのモータ駆動ファンの振動抑制対策として、加震源であるモータ駆動ファンをスプリングを介してＦＦＵの吸気口に取り付けることにより、ＦＦＵ筐体へ伝播する
モータ駆動ファンの振動エネルギーを上記スプリングで吸収する方法を採用し、ある程度の効果を得てきた。従来のモータ駆動ファンを搭載したＦＦＵと上記スプリング付モータ駆動ファンを搭載したＦＦＵにおいて、それぞれのＦＦＵ筐体への振動伝播測定結果を図１４と図１５に示す。
図１４、図１５に示される様に、従来のモータ駆動ファン搭載ＦＦＵより上記スプリング付モータ駆動ファン搭載ＦＦＵの方がＦＦＵ筐体へ伝播するは軽減できたが、上記スプリング付モータ駆動ファンの場合、特定回転数で共振が発生し、全回転数領域で振動を抑えるのは困難であった。

半導体回路の微細化が進み、測定環境の振動が測定性能に及ぼす影響が益々大きくなる中、ＦＦＵのモータ駆動ファンの回転数の全領域で振動を抑制できる新たな振動低減・抑制技術の開発が急務になってきた。

請求項１は吸気口と排気口を備えた密閉容器の吸気口に、ファンと駆動モータとが一体連結されたモータ駆動ファンが取付金具で上記吸気口に取り付けられ、上記排気口にはフィルターが取り付けられ、上記吸気口のモータ駆動ファンにより上記密閉容器に取り込まれた空気は上記密閉容器内で加圧され、上記排気口のフィルターで塵を取り除かれた後、外部へ清浄空気として吐き出される装置（ファンフィルターユニット、以後ＦＦＵと言う）において、上記ＦＦＵ筐体上に、上記モータ駆動ファンを取り囲む位置に、薄い金属板を多層に積み重ねることにより剛性を低下させたリング状多層金属板が設置され、上記モータ駆動ファンから発生され上記ＦＦＵ筐体へ伝達される振動エネルギーを、上記リング状多層金属板により吸収し、さらに上記リング状多層金属板の設置により上記ＦＦＵ筐体上の上記モータ駆動ファン取り付け部の重量が増し、振動が抑制され、上記ＦＦＵ筐体への振動の伝播が低減されることを特徴とするＦＦＵのモータ駆動ファンの振動吸収・抑制装置である。

請求項２は、請求項１において、上記モータ駆動ファンの上記吸気口への取付が、取付金具で固定されるタイプのＦＦＵにおいて、上記リング状多層金属板が上記取付金具と一緒にネジで上記吸気口に固定され、上記取り付金具を介し伝播される上記モータ駆動ファンの振動エネルギーが上記リング状多層金属板で吸収・抑制され、上記ＦＦＵ筐体への振動の伝播が低減されることを特徴とするＦＦＵのモータ駆動ファンの振動吸収・抑制装置である。

請求項３は、請求項１において、上記モータ駆動ファンが、空気取り入れ口にベルマウスが取り付けられているベルマウス付モータ駆動ファンであって、上記ベルマウスと上記モータ駆動ファンが上記取付金具で固定される位置に、上記リング状多層金属板が設置され、上記取付金具にネジで一緒に固定され、上記取り付金具を介して伝達される
上記モータ駆動ファンの振動エネルギーが上記リング状多層金属板で吸収・抑制され、上記ベルマウスを介して上記ＦＦＵ筐体への振動の伝播が低減されることを特徴とするＦＦＵのモータ駆動ファンの振動吸収・抑制装置である。

ＦＦＵにおいて、ＦＦＵ筐体へ固定されるモータ駆動ファンの外周上に、リング状多層金属板を設置し、固定し、上記モータ駆動ファンが発生する振動エネルギーが上記リング状多層金属板で吸収・抑制され、上記ＦＦＵ筐体へ伝播する振動が吸収・抑制される。
高倍率の測定装置を収納するクリーンブースの天井に上記の振動吸収・抑制対策されたＦＦＵを搭載することにより、クリーンブース内に設置される高倍率の測定装置への振動外乱を防げ、測定性能の低下を防止できる。

以下にこの発明の実施の形態について説明する。
図１にクリーンブース天井１２に設置されたＦＦＵの外形図、図２にその断面図を示す。
ＦＦＵ筐体１には、吸気口２と排気口４がある。吸気口２には、モータ駆動ファン５が取付金具８と取付ネジＡ１１で取り付けられている。
図１３に、モータ駆動ファン５を吸気口２の取り付けるための取付金具８を示す。
排気口３にはフィルター４が取り付けられている。上記ＦＦＵはクリーンブース天井１２に設置されている。

モータ駆動ファン５により吸気口２よりＦＦＵ筐体１に取り込まれた吸気９は、内部で加圧されフィルター４で塵を除去された後、クリーンブース内１３へ排気１０される。

クリーンブース内１３にはＦＦＵ２０により、排気１０として清浄空気が送風されるが、このときモータ駆動ファン５の振動１４、は取付金具８、取付ネジＡ１１、ＦＦＵ筐体１フィルター４を経由してクリーンブース天井１２に伝達され、クリーンブース内１３の測定装置に伝播される。結果として、測定装置に振動が伝わり、性能を低下させる。

一般に剛性の高い金属は振動の伝達インピーダンスが低く、振動が伝わりやすい。
さらに、金属で出来た物体はその重量と形状できまる固有振動数を持っており、伝達される振動エネルギーの特定周波数と共振すると、伝達される振動以上に振動を引き起こすことがある。上記多層金属板のように薄い金属板を多層にすると、上記多層金属板自体の剛性が低くなり、振動伝達インピーダンスが大きくなり、伝達振動エネルギーが内部で熱して消費され、結果として振動が伝わり難くなる。
また、上記多層金属板の固有振動のＱ値が極めて低くなり、共振しにくくなる。
さらに、上記多層金属板の重量がＦＦＵ筐体上のモータ駆動ファン取り付け部に加わり、振動を抑制する効果がある。

本発明は、この多層金属板の特性利用して、モータ駆動ファン５の振動１４がＦＦＵ筐体１に伝播されるのを低減・抑制し、更にクリーンブース天井１２を介してクリーンブース内１３に設置される測定装置への振動１４の伝播を低減すものである。

請求項１は、ＦＦＵ筐体へのＦＦＵ用モータ駆動ファンの振動の伝播吸収・抑制技術の基本的な適用方法をのべてある。

請求項２について、説明する。
図３に、本発明の薄い金属板を多層にしたリング状多層金属板（以降、振動吸収板１５と言う）が設置されたＦＦＵの断面図を示す。図２１、図２２に、振動吸収板を示す。
本発明の振動吸収板１５の効果を確認するために、１５０Ｗのモータ駆動ファン５をＦＦＵ筐体１に取付金具８で取り付ける位置に、振動吸収板１５を取付ネジＡ１１で取付金具８と一緒に取り付け、固定した。振動吸収板１５を構成する金属板の厚みは０．８ｍｍと２．３ｍｍの２種類を準備した。
また、振動吸収板１５のＴＯＴＡＬ厚みは、４ｍｍと９ｍｍの２種類とした。

実験条件：実験条件は下記の通り。
・金属板材質；スレンレス
・金属板厚さ；２．３ｍｍ、０．８ｍ
・振動吸収板Ｔｏｔａｌ厚み；約４ｍｍ、約９ｍｍ
・振動吸収板形状；リング状、リングの一部を切り欠いた形状
・モータ駆動ファンタイプ；ベルマウスなしモータ駆動ファン、ベルマウス付モータ駆動ファン
・モータ駆動ファンタイプ容量；１５０Ｗ
・モータ駆動ファン回転数；５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ
・測定器及び測定位置；ＦＦＵ筐体上の吸気口の近くに加速度測定器を置く。
・測定項目；各回転数での振動加速度

図３に、振動吸収板１５の取り付け位置を示す。
〔００１８〕の実験条件での実験結果を図１６、図１７、図１８、図１９に示す。
・振動吸収板１５を設置した場合と設置しない場合のモータ駆動ファン５の回転数と加速度を測定した。
・振動吸収板１５は、Ｔｏｔａｌ厚み４ｍｍの場合よりＴｏｔａｌ厚み９ｍｍの場合のほうが、振動吸収・抑制効果が大きかった。
更に、構成金属板は、０．８ｍｍの場合が最も効果が大きかった。
・振動吸収板１５のリングの一部を切り欠いた形状のものでも試験したが、振動吸収効果は切り欠きの無いものより振動吸収効果は低かった。
振動吸収板１５の切り欠いた部分から振動がＦＦＵ筐体１に流れ出てしまうと考えれられる。
・振動吸収板１５の振動吸収のメカニズムは、土嚢による振動エネルギーの伝達抑制と同じメカニッズムと考えられる。薄い金属板を多重にすることで、振動吸収板１５の剛性が低くなり、振動伝達インピーダンスが大きくなり、振動エネルギー１４が熱として消費され、伝播しにくくなる。また、薄い金属板を多層にした振動吸収板１５は固有振動のＱ値が低くなり、振動エネルギー１４が振動吸収板１５を通過する時、振動吸収板１５の共振が起きにくくなる。
さらに、振動吸収板１５の重量がＦＦＵ筐体１のモータ駆動ファン５の取付部に加わり、ＦＦＵ筐体１のモータ駆動ファン５の取付部の振動を抑制していると考えられる。

振動吸収板１５の取付位置は、図３以外に図４、図５、図６、があるが、いずれもＦＦＵ筐体１への振動吸収・抑制がある。

図７にベルマウス１２付モータ駆動ファン５を搭載したＦＦＵをクリーンブース天井１２へ設置した図、図８にその断面図を示す。
モータ駆動ファン５は、取付金具８にて、ベルマウス１２に取り付けられ、上記ベルマウス１２付きモータ駆動ファン５は、取り付けネジ１１でＦＦＵ筐体１に取り付けられる。モータ駆動ファン５が発生する振動１４は、取付金具８、ベルマウス１２経てＦＦＵ筐体１に伝播し、更にフィルター４を経て、クリーンブース天井１２に伝播する。さらに、上記クリーンブース内１３に設置されている測定装置に伝播し、測定性能を低下させている。

請求項２について説明する。
図９に、ベルマウス１２付モータ駆動ファン５を搭載したＦＦＵへの振動吸収板１５の取付方法を示す。
図９に示すように、ベルマウス１２付モータ駆動ファン５が発生する振動エネルギー１４は振動吸収板１５にて吸収・抑制される。
請求項１の場合と同じく、クリーンブース内１３に設置される測定装置の性能低下を防止できる。

振動吸収板１５の取付位置は、図以外に図１０、図１１、図１２、があるが、いずれもＦＦＵ筐体１への振動吸収・抑制がある。

図１４は、図１に示される、従来のモータ駆動ファン５を搭載したＦＦＵの振動測定結果である。

図２０は、モータ駆動ファン５をモータ取り付け座１８に取り付け、取付金具８との間にスプリング１９を挿入し、ＦＦＵ筐体１に取り付けた構造図を示す。
上記スプリング１９を介してモータ駆動ファン５をＦＦＵ筐体１に取り付けた場合のＦＦＵの振動測定結果を図１５に示す。

上記の従来のモータ駆動ファン５を搭載したＦＦＵと、スプリング１９を介してモータ駆動ファン５を搭載したＦＦＵの振動測定は、本発明の振動吸収・抑制対策を採用したＦＦＵとの効果の比較をする為に、ＦＦＵ筐体１、モータ出力、回転数、測定器など測定条件は、同じ条件で行った。

ＦＦＵ ＦＦＵ断面図 振動吸収板取り付け位置Ａ 振動吸収板取り付け位置Ｂ 振動吸収板取り付け位置Ｃ 振動吸収板取り付け位置Ｄ ＦＦＵ（ベルマス付） ＦＦＵ（ベルマス付）断面図 振動吸収板取り付け位置Ｅ 振動吸収板取り付け位置Ｆ 振動吸収板取り付け位置Ｇ 振動吸収板取り付け位置Ｈ 取り付け金具 振動特性（従来タイプＦＦＵ） 振動特性（スプリング付モーター駆動ファン付ＦＦＵ） 振動特性Ａ（本発明） 振動特性Ｂ（本発明） 振動特性Ｃ（本発明） 振動特性Ｄ（本発明） ＦＦＵ（スプリング付モーター駆動ファン付） 振動吸収板（平面図） 振動吸収板（断面図）

１、ＦＦＵ筐体
２、吸気口
３、排気口
４、フィルター
５、モータ駆動ファン
６、モータ
７、羽根
８、取付金具
９、吸気
１０、排気
１１、取付ネジＡ
１２、クリーンブース天井
１３、クリーンブース内
１４、振動
１５、振動吸収板
１６、取付ネジＢ
１７、取付ネジＣ
１８、モーター取り付け座
１９、スプリング
２０、ＦＦＵ
２１、取り付け穴

Claims (3)

1. 吸気口と排気口を備えた密閉容器の吸気口に、ファンと駆動モータとが一体連結されたモータ駆動ファンが取付金具で上記吸気口に取り付けられ、上記排気口にはフィルターが取り付けられ、上記吸気口のモータ駆動ファンにより上記密閉容器に取り込まれた空気は上記密閉容器内で加圧され、上記排気口のフィルターで塵を取り除かれた後、外部へ清浄空気として吐き出される装置（ファンフィルターユニット、以後ＦＦＵと言う）において、上記ＦＦＵ筐体上に、上記モータ駆動ファンを取り囲む位置に、薄い金属板を多層に積み重ねることにより剛性を低下させたリング状多層金属板が設置され、上記モータ駆動ファンから発生され上記ＦＦＵ筐体へ伝達される振動エネルギーを、上記リング状多層金属板により吸収し、さらに上記リング状多層金属板の設置により上記ＦＦＵ筐体上の上記モータ駆動ファン取り付け部の重量が増し、振動が抑制され、上記ＦＦＵ筐体への振動の伝播が低減されることを特徴とするＦＦＵのモータ駆動ファンの振動吸収・抑制装置。
2. 請求項１において、上記モータ駆動ファンの上記吸気口への取付が、取付金具で固定されるタイプのＦＦＵにおいて、上記リング状多層金属板が上記取付金具と一緒にネジで上記吸気口に固定され、上記取り付金具を介し伝播される上記モータ駆動ファンの振動エネルギーが上記リング状多層金属板で吸収・抑制され、上記ＦＦＵ筐体への振動の伝播が低減されることを特徴とするＦＦＵのモータ駆動ファンの振動吸収・抑制装置。
3. 請求項１において、上記モータ駆動ファンが、空気取り入れ口にベルマウスが取り付けられているベルマウス付モータ駆動ファンであって、上記ベルマウスと上記モータ駆動ファンが上記取付金具で固定される位置に、上記リング状多層金属板が設置され、上記取付金具にネジで一緒に固定され、上記取り付金具を介して伝達される上記モータ駆動ファンの振動エネルギーが上記リング状多層金属板で吸収・抑制され、上記ベルマウスを介して上記ＦＦＵ筐体への振動の伝播が低減されることを特徴とするＦＦＵのモータ駆動ファンの振動吸収・抑制装置。