KR20190083981A - 제진 시스템 및 그 제진 시스템을 구비하는 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

피제진체의 진동을 제진하기 위한 제진 시스템 및 그 제진 시스템을 구비하는 광학 장치가 개시된다.
제진 시스템은, (i) 수축 가능한 압전 소자를 각각 갖고, 피제진체의 측면과 기체의 사이를 연결하듯이, 피제진체의 측면으로부터 기체로 신장되는 압전 소자와, (ii) 압전 소자를 수축시키기 위해, 액추에이터 유닛의 압전 소자에 구동 전압을 공급하는 구동 전원과, (iii) 피제진체의 진동의 상태를 검출하는 진동 검출부와, (iv) 진동 검출부에 의해 검출된 진동의 상태에 기초하여, 구동 전원에 의해 액추에이터 유닛의 압전 소자에 공급되는 전압을 제어함으로써, 피제진체의 진동의 제진을 제어하는 컨트롤러를 구비한다.

Description

제진 시스템 및 그 제진 시스템을 구비하는 광학 장치{VIBRATION CONTROL SYSTEM AND OPTICAL DEVICE HAVING VIBRATION CONTROL SYSTEM}
본 발명은 하나 또는 복수의 액추에이터 유닛을 사용한 제진 시스템 및 그 제진 시스템을 구비하는 광학 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 구조물이나 장치 등에 발생하는 진동 또는 흔들림(이하, 총칭하여 「진동」이라고 칭함)을 억제하기 위해, 여러 가지 제진 기구나 제진 시스템이 이용된다. 특히, 진동에 의해, 복수의 물체 사이에서 상대 변위가 생기는 것은 바람직하지 않다.
예를 들어, 전자 빔을 조사하기 위한 경통과, 묘화 대상인 시료를 갖는 전자 빔 묘화 장치에서는, 진동에 기인하는 경통과 시료의 사이의 상대 변위는 바람직하지 않다. 따라서, 전자 빔 묘화 장치는, 시료를 보유 지지하는 스테이지의 이동에 의한 스테이지의 가감속에 의해 생기는 경통의 진동을 감소시키기 위한 제진 기구를 구비한다. 그것은, 경통과 시료의 사이에 상대 변위가 생기면, 시료 상으로의 전자 빔의 입사 위치에 어긋남이 발생하기 때문이다.
본 발명은, 충분한 제진을 실현하고 소형이고 간이하게 구성되며, 여러 가지 구조물이나 장치에 있어서, 후장착 기구로서 공통으로 사용 가능한 범용성을 갖는 제진 시스템 및 그 제진 시스템을 구비하는 광학 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 일 양태의 제진 시스템은, 기체 상에 마련된 피제진체에 전반된 진동을 제진하도록 구성된 제진 시스템이다. 이 제진 시스템은, (i) 신축 가능한 압전체를 가짐과 함께, 피제진체의 측면의 적어도 3개의 상이한 주위 위치의 각각으로부터 기체의 상면으로 뻗어서, 피제진체의 측면과 기체의 상면의 사이를 연결하는 액추에이터 유닛과, (ii) 액추에이터 유닛의 압전체를 신축시키기 위해, 압전체에 구동 전압을 공급하도록 구성된 구동 전원과, (iii) 피제진체의 진동의 크기 및 방향을 포함하는 피제진체의 진동 상태를 검출하는 진동 검출부와, (iv) 진동 검출부에 의해 검출된 피제진체의 진동 상태에 따라, 피제진체가 액추에이터 유닛으로부터 이격되는 방향으로 움직일 때 액추에이터 유닛이 수축되고, 피제진체가 액추에이터 유닛을 향하는 방향으로 움직일 때 액추에이터 유닛이 신장되도록, 액추에이터 유닛의 압전체에 대하여 공급되는 구동 전압을 제어함으로써, 피제진체의 진동을 억제하도록 구성된 제어부를 구비한다.
또한, 본 발명에 관한 다른 양태의 광학 장치는, 이동 가능한 스테이지가 마련된 하우징 상에, 경통을 구비한다. 이 광학 장치는, 스테이지의 이동에 기인하여 경통에 생긴 진동을 억제하는 제진 시스템을 구비한다. 이 제진 시스템은, (i) 신축 가능한 압전체를 갖고, 경통의 측면의 적어도 세 개소 각각으로부터 하우징의 상면으로 뻗어서, 경통의 측면과 하우징의 상면의 사이를 연결하는 액추에이터 유닛과, (ii) 압전체를 신축하는 구동 전압을 공급하는 구동 전원과, (iii) 경통의 진동의 크기 및 진동의 방향을 포함하는 진동 상태를 검출하는 진동 검출부와, (iv) 진동 검출부에 의해 검출된 진동 상태에 따라, 경통이 액추에이터 유닛으로부터 이격되는 방향으로 진동할 때 액추에이터 유닛이 수축되고, 경통이 액추에이터 유닛에 가까워지는 방향으로 진동할 때 액추에이터 유닛이 신장되도록, 액추에이터 유닛의 압전체에 대하여 공급되는 구동 전압을 제어함으로써, 피제진체의 진동을 억제하도록 구성된 제어부를 구비한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 제진 시스템의 개념적인 구성을 도시하는 도면.
도 2의 (a)는, 제1 실시 형태에 관한 액추에이터 유닛을 정면에서 보았을 때의 외관도.
도 2의 (b)는, 제1 실시 형태에 관한 액추에이터 유닛을 위에서 보았을 때의 외관도.
도 3은, 제2 실시 형태에 관한 압전 소자에 있어서의 압전체의 구성예를 도시한 도면.
도 4는, 제3 실시 형태에 관한 압전 소자에 있어서의 압전체의 적층 구성예를 도시한 도면.
도 5는, 제4 실시 형태에 관한 압전 소자에 있어서의 압전체의 배치 구성예를 도시한 도면.
도 6은, 제5 실시 형태에 관한 압전 소자에 있어서의 압전체의 배치 구성예를 도시한 도면.
도 7은, 제1 변형예의 액추에이터 유닛을 위에서 보았을 때의 외관도.
도 8은, 제2 변형예의 액추에이터 유닛을 위에서 보았을 때의 외관도.
도 9는, 제진 시스템의 변형예에 있어서의 액추에이터 유닛의 배치예를 개념적으로 도시한 도면.
도 10은, 제3 변형예의 액추에이터 유닛을 측방에서 보았을 때의 외관도.
도 11은, 제1 실시 형태에 관한 제진 시스템을 적용한 광학 장치인 전자 빔 묘화 장치의 개념적인 구성예를 도시한 도면.
도 12의 (a)는, 경통의 진동 상태가 제1차 진동 모드 A에 있음을 도시한 도면.
도 12의 (b)는, 경통의 진동 상태가 제2차 진동 모드 B에 있음을 도시한 도면.
도 12의 (c)는, 경통의 진동 상태가 제3차 진동 모드 C에 있음을 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 제진 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 제진 시스템(1)의 구성을 개념적으로 도시한다. 예를 들어, 제진 시스템(1)은, 기체(2) 상에 마련된 통 형상 또는 상자 형상의 피제진체(3)에 적용된다. 그 피제진체(3)에 생긴 진동에 의한 피제진체(3)의 움직임을 억제하기 위한 제진 시스템이 설명된다. 후술하는 제1 실시 형태에 관한 제진 시스템이 반도체 웨이퍼나 포토마스크 원판 상에 미세 패턴을 묘화하는 묘화 장치에 사용되는 예가 설명된다. 기체(2)는, 시료인 포토마스크가 적재되는 스테이지를 수납하는 묘화실이어도 된다. 피제진체(3)는, 투영계를 수납하는 경통이어도 된다. 피제진체(3)에 생기는 진동은, 외부로부터 전반되는 진동, 및 도시되지 않았지만, 피제진체(3) 자체에 마련되는 구동계로부터의 진동을 포함한다.
제진 시스템(1)은, 피제진체(3)의 움직임을 억제하기 위해 제진을 행하도록 구성된 액추에이터 유닛(4)과, 피제진체(3)의 진동을 검출하도록 구성된 진동 검출부(5)와, 액추에이터 유닛(4)을 구동하는 전압을 공급하도록 구성된 전원(8)과, 진동 검출부(5)에 의해 검출된 진동에 관한 정보(진동 정보)에 기초하여 전원(8)의 출력을 제어함으로써, 피제진체(3)의 진동을 억제하기 위해 액추에이터 유닛(4)을 제어하도록 구성된 컨트롤러(7)를 구비한다.
진동 검출부(5)는, 피제진체(3)에 있어서 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출 센서(6)를 구비한다. 이 예에서는, 진동 검출 센서(6)로서, 피제진체(3)에 접촉하여 배치되는 제1 센서(6a)와, 피제진체(3)로부터 이격되어 배치되는 제2 센서(6b)를 사용한다.
제1 센서(6a)는, 예를 들어 가속도 센서, 또는 변형 센서이다. 가속도 센서로서, 공지 구조의 센서를 이용할 수 있다. MEMS 반도체 기술을 이용한 3축 가속도 센서를, 가속도 센서로서 사용할 수 있다. 또한, 피에조 저항형 3축 가속도 센서를 이용할 수도 있다. 또한, 피제진체(3)가 원기둥이나 각기둥 형상인 경우에, 그 상면의 평면 방향(XY 방향)으로 2축 가속도 센서의 2축을 맞추도록 마련한다면, 3축 가속도 센서 대신에 2축 가속도 센서를 이용해도 된다. 이것은, 피제진체(3)의 상면에 있어서, 진동에 의해 수직 방향으로 상승한 개소와 수직 방향으로 하강한 개소가, 수직 방향에서 동일한 변위량이므로, 그 두 개소에 있어서의 수직 방향의 가속도 벡터가 상쇄되기 때문이다.
제2 센서(6b)는, 예를 들어 레이저광 등의 빔에 의해 비접촉으로 거리를 계측하기 위한 광학 센서이며, 피제진체(3)와 제2 센서(6b)의 사이의 거리의 변화가, 진동 폭(진동의 진폭)으로서 검출된다. 후술하는 바와 같이, 피제진체(3)에 있어서의 진동 진폭이 가장 커지는 위치에 이들 진동 검출 센서(6)를 배치하는 것이 바람직하다.
진동 검출부(5)는, 진동 검출 센서(6)에 의해 검출되고, 출력된 피제진체(3)의 움직임의 값에 기초하여, 진동 정보(진동 폭 및 진동 방향을 포함함)를 생성하여, 컨트롤러(7)에 출력한다. 예를 들어, 3축형 가속도 센서로 한 경우, 진동 검출 센서(6)는, 각각의 축 방향의 가속도를 나타내는 전기 신호로부터 진동 정보를 생성한다.
본 제진 시스템에 사용하는 액추에이터 유닛(4)에 대하여 설명한다. 도 2의 (a)는, 액추에이터 유닛(4)을 정면에서 보았을 때의 외관도이고, 도 2의 (b)는, 액추에이터 유닛(4)을 위에서 보았을 때의 외관도이다. 제1 실시 형태에 있어서, 이하에 설명되는 바와 같이, 액추에이터 유닛(4)은 긴 판 형상이다. 액추에이터 유닛(4)의 면적이 큰 표리면을 주면 또는 주면측이라고 칭하고, 긴 변 방향에서 양단측의 면적이 작은 면을 단부면 또는 단부라고 칭한다.
각 액추에이터 유닛(4)은, (i) 대략 중앙에 배치되고, 제진 부재로서 작용하는 직사각형의 압전 소자(10)와, (ii) 압전 소자(10)의 신축 방향(m)인 긴 변 방향의 양측에 연결되는 고정부(13, 14)와, (iii) 압전 소자(10)와 고정부(13, 14)를 연결하기 위한 지지 부재(12)로 구성된다. 이 일 양태에서는, 압전 소자(10)에 고정부(13, 14)를 포함하는 구성이 액추에이터 유닛(4)이다. 이와 대체하여, 액추에이터 유닛(4)에 있어서, 압전 소자(10)의 후술하는 기재(15)(core member)와 고정부(13, 14)가, 금속 재료 등의 동일 부재에 의해 일체적으로 형성되어도 된다. 또한, 도 2는, 압전 소자(10)와 고정부(13, 14)가 지지 부재(12)를 사용하여 연결된 액추에이터 유닛(4)의 구성을 도시하지만, 압전 소자(10)의 기재(15)를 각 고정부(13, 14)가 집는 구조로 하면, 반드시 지지 부재(12)를 사용할 필요는 없다.
또한, 도 2에 도시된 고정부(13, 14)의 형상은 일례이며, 고정부(13, 14)가 고정되는 피제진체(3)의 형상이나 설치 위치에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 이 액추에이터 유닛(4)에 있어서, 지지 부재(12)는, 압전 소자(10)와 고정부(13, 14)의 각각의 단부에 걸치고, 각각에 형성된 고정용 구멍에 볼트(16)를 관통시켜, 너트로 고정함으로써, 또는 코오킹에 의해 고정된다. 이 고정에 의해, 액추에이터 유닛(4)은, 일직선형으로 배치되고, 서로 연결된 압전 소자(10)와 고정부(13, 14)를 구비한다.
압전 소자(10)는, 코어재인, 탄성 변형 가능한 평판형 기재(15)와, 기재(15)의 양쪽 주면 상에 설치되는 박막 압전체(11)를 구비한다. 압전체(11)는, 가해지는 구동 전압에 따라 신축된다. 압전 소자(10)는, 전원(8)으로부터 그 구동 전압을 공급하기 위한 배선(기재(15) 상에 형성된 회로 패턴을 포함함)을 갖는다. 압전체(11)는, 이들 배선을 통하여 전원(8)으로부터 공급되는 구동 전압에 따라, 역압전 효과로 신축되고, 이에 의해 액추에이터 유닛(4)이 신축된다. 압전체(11)의 신축에 따라, 기재(15)의 면에 교차하는 방향으로 기재(15)가 젖혀지거나 또는 휨으로써, 또는 기재(15)가 면을 따른 방향으로 신축됨으로써, 압전 소자(10)의 긴 변 방향의 길이가 변한다. 후술하는 실시 형태 및 변형예는, 이러한 압전 소자(10)를 참조하여 설명된다.
기재(15)는, 바람직하게는 휨 변형과 원래 형상으로의 복원이 반복 가능한 탄성 변형의 특성을 갖는 금속 재료를 사용한 판형의 부재이며, 예를 들어 얇은 강판을 사용할 수 있다. 그 밖에도, 휨 변형이 가능한 탄성 변형의 특성을 갖는 수지 부재를 적용하는 것도 가능하다. 이와 같이, 기재(15)의 재료는, 금속 재료에 한정되는 것은 아니며, 수지 재료, 또는 액추에이터 유닛(4)이 피제진체(3)에 설치되었을 때 필요한 신축량을 제공하기에 충분하게 탄성 변형 가능하며, 어느 정도 경질인 재료이면 된다.
제1 실시 형태에 관한 기재(15)의 외형은 직사각형 형상이며, 기재(15)의 신축 방향(여기서, 액추에이터 유닛(4)이 신축되는 방향에 대응함)은, 직사각형의 장축 방향을 따른다. 이 예에서는, 기재(15)는, 압전체(11)를 지지하기 위해 직사각형 형상의 기재(15)의 중앙 부분에 마련된, 얇은 평탄부(15a)와, 기재(15)의 양단부(15b)의 각각에서 기재(15)를 고정부(13, 14)와 연결하기 위해, 테이퍼를 두어 두께를 늘린 단부(15b)를 갖는다. 단, 기재(15)의 압전체(11)를 지지하는 영역은, 압전체(11)의 변위에 응답할 수 있는 것이라면, 반드시 다른 부분보다 얇지는 않아도 된다. 제1 실시 형태에서는, 압전 소자(10)와 고정부(13, 14)를 지지 부재(12)에 의해 접속하기 위해, 단부(15b)는 테이퍼를 두어 증가된 두께를 갖는다. 또한, 기재(15)의 평탄부(15a)와 접속용의 단부(15b)는, 동일 재료로 일체적으로 형성될 필요는 없다. 접속용의 단부(15b)는, 평탄부(15a)와는 다른 재료로 이루어져도 된다. 또한, 접속용의 단부(15b)는, 평탄부(15a)와 별체이며, 평탄부(15a)의 양단을 집는 구조를 갖고 있어도 된다. 또한, 고정부(13, 14)의 각각이, 압전 소자(10)의 양단의 각각을 집어서 보유 지지하는 구조를 갖는 것이라면, 접속용의 단부(15b)는 평탄부(15a)와 동일한 두께여도 된다.
고정부(13, 14)의 각각은, 그 일단에서 압전 소자(10)에 연결되고, 그 타단에 있어서, 피제진체(3) 또는 기체(2)의 상면에 액추에이터 유닛(4)을 고정하기 위한 접속부(13a, 14a)를 갖는다. 접속부(13a, 14a)는, 긴 변 방향으로 신장되는 고정부(13, 14)에 비스듬하게 교차하도록 마련된다. 접속부(13a, 14a)의 단부면(피제진체(3) 또는 기체(2)의 상면에 액추에이터 유닛(4)에 접함)의 기울기는, 액추에이터 유닛(4)을 피제진체(3) 및 기체(2)의 상면에 고정할 때의 액추에이터 유닛(4)의 경사 각도(도 1에 도시하는 각도 a)를 규정한다. 접속부(13a, 14a)는, 예를 들어 도시하지 않은 나사 구멍을 갖고, 피제진체(3) 및 기체(2)에 대하여 볼트 등을 사용한 나사 고정에 의해 고정된다. 또한, 메인터넌스 등을 위해 피제진체(3)를 기체(2)로부터 분리하는 것이 필요한 경우, 액추에이터 유닛(4)은, 용이하게 분리 가능한 구조여도 된다. 이 경우, 접속부(13a, 14a)는, 액추에이터 유닛(4)을 위해 피제진체(3) 및 기체(2)의 상면에 마련된 설치용 금속 부재(예를 들어, C 형상의 레일의 받침구 부재)에 접속부(13a, 14a)를 꽂음으로써, 접속부(13a, 14a)를 설치용 금속 부재에 걸기 위한 구성을 가져도 된다.
압전체(11)는, 예를 들어 지르콘산티타늄산납세라믹(PZT) 등의 압전체 재료를 섬유형으로 가공하고, 에폭시 수지로 접착하여 막형으로 형성된 압전 세라믹스이다. 도시하지 않았지만, 압전체(11)는, 압전 세라믹스의 주면에 에폭시 수지를 사용하여 결합되어 있는, 전극을 갖는 폴리이미드 필름을 구비한다.
압전체(11)는, 기재(15)의 압전체 지지 영역인 평탄부(15a)에 접착제 등을 사용하여 첩부된다. 이 전극은, 전술한 구동 전압을 공급하기 위한 배선과 전기적으로 접속된다. 압전체(11)는, 예를 들어 Micro Fiber Composite(MFC)라고 칭해지는 압전 액추에이터 유닛과 마찬가지로 기능한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 액추에이터 유닛(4)은, 피제진체(3)의 측면과 기체(2)의 상면의 사이를 직선적으로 연결하듯이, 비스듬하게 마련된다. 액추에이터 유닛(4)이, 피제진체(3)의 측면과 기체(2)의 상면의 사이를 비스듬하게 직선적으로 연결할 때, 액추에이터 유닛(4)의 주면이, 피제진체(3)의 측면에 교차하는 가상 평면을 따르도록, 액추에이터 유닛(4)의 주면이 피제진체(3)의 측면에 고정된다. 이 예에 있어서, 액추에이터 유닛(4)의 주면은, 피제진체(3)의 측면과 직교하는 방향으로, 액추에이터 유닛(4)이 고정된다. 피제진체(3)가 원통 형상이라면, 액추에이터 유닛(4)의 주면은, 피제진체(3)의 반경 방향을 따라 배치된다.
이 예에서는, 4개의 액추에이터 유닛(4)이, 피제진체(3)의 주위에 등간격(90도 간격)으로 위치한 개소로부터 기체(2)의 상면으로, 경사 하향으로 뻗는다. 제1 실시 형태의 구조는, 상향으로 세워지는 하나 또는 복수의 지지 부재가, 기체(2) 상에 마련되어, 피제진체(3)를 고정하기 때문에, 액추에이터 유닛이 지지 부재와 피제진체(3)의 사이에 마련되는 종래 구조와는 상이하다. 제1 실시 형태에 있어서, 일체적으로 구성된 액추에이터 유닛(4)이, 피제진체(3)를, 기체(2)에 직접적으로 연결하고 있다. 또한, 본 실시 형태는, 4개의 액추에이터 유닛(4)을 사용하지만, 액추에이터 유닛(4)의 개수는 그에 한정되지 않는다. 적어도 3개의 액추에이터 유닛(4)을 사용하여, 피제진체(3)의 주위에 등간격(120도 간격)으로 배치함으로써, 마찬가지의 피제진체(3)의 제진을 실현할 수 있다. 또한, 피제진체(3)가, 그 횡단면이, 예를 들어 5각형과 같은 다각형인, 다각기둥 형상인 경우에는, 피제진체(3)의 3면 이상의 측면에 액추에이터 유닛(4)을 배치하면 된다. 또한, 다각기둥의 각각의 측면에 액추에이터 유닛(4)을 배치해도 된다.
컨트롤러(7)는, 진동 검출부(5)로부터 출력된 진동 정보(진동 폭 및 진동 방향을 포함함)에 기초하여, 전원(8)의 출력을 제어하여 압전 소자(10)를 신축시키고, 피제진체(3)의 진동을 억제한다. 즉, 피제진체(3)가 액추에이터 유닛(4)의 어느 것으로부터 이격되는 방향으로 움직였을 때에는, 압전체(11)는, 컨트롤러(7)에 의해 기재(15)가 줄어들도록 수축되고, 따라서 액추에이터 유닛(4)의 전체 길이를 수축시킨다. 반대로, 피제진체(3)가 근접하는 방향으로 움직였을 때에는, 압전체(11)는, 컨트롤러(7)에 의해 기재(15)가 신장되도록 신장 확대되고, 액추에이터 유닛(4)의 전체 길이를 신장시킨다.
이상 설명한 제1 실시 형태에 관한 제진 시스템(1)은, 충분한 제진을 실현하기 위해 소형이며 간이한 구성을 갖는다. 제진 시스템(1)은, 여러 가지 장치에 후장착 가능한 범용성을 갖는다. 제진 시스템(1)의 액추에이터 유닛(4)은, 압전 소자의 사이즈나 구성, 및 다른 압전체와의 조합이나 그 배치에 자유도가 있다. 또한, 액추에이터 유닛(4)에 대하여, 신축량(신축 길이) 및 신축에 의한 힘은, 필요에 따라 설정할 수 있다. 압전 소자(10)에 탑재하는 압전체(11)의 신축량 및 신축력을 적절하게 설정함으로써, 피제진체(3)에 생기는 다양한 진동을 제진하기 위한 적절한 성능을 용이하게 얻을 수 있다. 이 제진 시스템(1)은, 간이한 구성이기 때문에, 기존의 여러 가지 장치에 대하여 후장착으로 마련할 수 있는 범용성을 갖는다.
제진 시스템(1)은, 액추에이터 유닛(4)을, 진동이 생기는 피제진체(3)와, 피제진체(3)를 탑재하는 기체(2)의 사이에 직접 연결시키는 단순한 구성이다. 따라서, 압전 소자(10)를 위해, 기둥 부재, 가대, 스탠드 등의 특별한 구조물을 기체(2)나 주변에 마련하는 것이 불필요하다. 또한, 압전 소자(10)의 설치 시에 지주 등의 구조물이 불필요하기 때문에, 액추에이터 유닛(4)의 장치로의 설치를 위한 스페이스가 적어도 된다. 또한, 설치 위치의 자유도가 제한되지 않으므로, 진동에 대하여 효과적인 피제진체(3)의 개소에 액추에이터 유닛(4)을 배치할 수 있다.
또한, 상술한 제1 실시 형태는, 제진 시스템(1)은, 기체(2)의 상면에 세워진 피제진체(3)의 제진을 행하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 또한, 제진 시스템(1)의 액추에이터 유닛(4)은, 피제진체(3)의 제진을 위해 기능하지만, 피제진체(3)를 효과적으로 고정하도록 기능하지는 않기 때문에, 피제진체(3)가 기체(2)의 상면 이외의 면, 예를 들어 하면에 마련되어 있는 구성이라도, 당해 피제진체(3)에 마찬가지로 제진 시스템(1)을 설치하면, 동등한 효과를 발휘할 수 있다.
이어서, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 다른 실시 형태에 관한 액추에이터 유닛(4)에 사용되는 압전 소자(11)에 대하여 설명한다. 도 3은, 제2 실시 형태의 압전 소자(18)에 사용되는 압전체(11)의 구성을 도시한다. 도 4는, 제3 실시 형태의 압전 소자(19)에 있어서의 압전체(11)의 적층 구성을 도시한다. 도 5는, 제4 실시 형태의 압전 소자(21)에 있어서의 압전체(22, 23)의 배치 구성을 도시한다. 도 6은, 제5 실시 형태의 압전 소자(25)에 있어서의 압전체(26, 27)의 배치 구성을 도시한다.
도 3을 참조하여, 제2 실시 형태의 압전 소자(18)에 대하여 설명한다.
전술한 압전 소자(10)에서는, 기재(15)의 평탄부(15a)의 표리의 양쪽 주면의 각각의 위에 하나의 압전체(11)가 실린다. 이에 비해, 제2 실시 형태의 압전 소자(18)에서는, 기재(15)의 평탄부(15a)의 한쪽 주면에 하나의 압전체(11)가 마련된다. 이러한 압전 소자(18)를 사용하는 액추에이터 유닛은, 압전 소자(10)를 사용하는 액추에이터 유닛에 비하여 신축력이 작아지지만, 경량이며 진동 에너지가 작은 피제진체에 적합하다.
도 4를 참조하여, 제3 실시 형태의 압전 소자(19)에 대하여 설명한다.
제3 실시 형태의 압전 소자(19)는, 기재(15)의 평탄부(15a)의 양쪽 주면의 각각의 위에, 적층된 복수의 압전체(11)(11a 내지 11d)를 갖는 구조이다. 도 4에 도시하는 예에서는, 평탄부(15a)의 주면의 한쪽 위에, 압전체(11a, 11c)가 적층되고, 주면의 다른 쪽 위에는, 압전체(11b, 11d)가 적층된다. 이들 압전체(11a 내지 11d)는, 각각에 전술한 전극이 형성된 폴리이미드 필름이 붙여진다. 또한, 압전체(11a 내지 11d)의 각각에 있어서, 전극이 개별적인 전원 공급선과 접속되므로, 압전체(11a 내지 11d)는 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서, 여러 가지 피제진체에 고유한 진동이나 움직임에 대하여 최적의 제진이 행해지도록, 압전체(11a 내지 11d)를 선택적으로 구동할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 하나의 압전 소자(19)를 다양한 타입의 피제진체에 대하여 범용적으로 이용하는 것이 가능하다.
이들 압전체(11a 내지 11d)는, (1) 압전체의 압전체 재료가 동일하고, 동일한 신축량을 갖는 압전체를 사용해도 되고, (2) 주면별로 압전체 재료 및 신축량이 서로 다른 압전체를 사용해도 된다. 또한, 압전체(11a 내지 11d)는, (3) 압전체 재료 및 신축량 중 어느 한쪽이 상이한 압전체로 구성해도 된다. 또한, 압전체(11a 내지 11d)는, 상이한 특성의 압전체의 적합한 조합이어도 된다.
압전체(11a 내지 11d)를 압전체 재료 및 신축량이 모두 동일한 압전체로 구성한 경우 (1)에는, 압전 소자(10)와 신축량은 동일하지만, 신축 시에 발생하는 힘(신장력 및 압축력)이, 압전 소자(10)의 힘의 거의 배가 된다. 따라서, 제3 실시 형태의 압전 소자(19)는, 중량이 무겁거나, 또는 강성이 큰 피제진체의 진동을 제진하는 경우에 적합하다.
압전체(11a 내지 11d)가 압전체 재료가 상이하며, 신축량이 상이한 압전체로 구성하는 경우 (2)에는, 예를 들어 제1 예와 제2 예가 제시된다. 제1 예에서는, 기재(15)의 각 주면이, 상이한 압전체 재료로 구성되고, 상이한 신축량의 압전체의 상이한 조합을 갖는다. 제2 예에서는, 기재(15)의 각각의 주면이, 상이한 압전체 재료로 구성되고, 상이한 신축량의 압전체의 동일한 조합을 갖는다. 제1 예에서는, 압전체(11a, 11b)는, 동일한 압전체 재료로 구성되고, 동일한 신축량을 갖지만, 압전체(11c, 11d)는, 압전체(11a, 11b)와는 상이하지만, 동일한 압전체 재료로 구성되고, 동일한 신축량을 갖는다. 즉, 제1 예에서는, 기재(15)의 두 주면은, 특성이 동일한, 압전체(11a, 11c)의 조합과 압전체(11b, 11d)의 조합을 각각 갖는다.
제2 예에서는, 한쪽 주면(상면) 상의 압전체(11a, 11c)가 동일한 압전체 재료로 형성되고, 동일한 신축량을 가지며, 다른 쪽 주면(하면) 상의 압전체(11b, 11d)가, 압전체(11a, 11c)의 재료와 신축량은 상이하지만, 동일한 압전체 재료로 형성되고, 동일한 신축량을 갖는다. 즉, 제2 예에서는, 주면의 한쪽에 마련된 압전체(11a, 11c)의 조합은, 주면의 다른 쪽에 마련된 압전체(11b, 11d)의 조합과 상이한 특성을 갖는다. 이들 압전체(11a 내지 11d)는, 각각 개별적으로 전원 공급선과 접속되어, 선택적으로 구동될 수 있다. 따라서, 여러 가지 피제진체에 고유의 진동이나 움직임에 대하여 최적의 제진이 행해지도록, 압전체(11a 내지 11d)는 선택적으로 구동될 수 있다. 이와 같이 압전체 재료 및 신축량이 상이한 압전체로 구성하면, 구동시킬 압전체를 선택함으로써 신축량의 범위를 선택할 수 있고, 여러 가지 진동에 대하여, 효율적으로 제진을 행할 수 있다.
여기서, 압전체(11a 내지 11d)가, 압전체 재료 또는 신축량 중 어느 한쪽의 특성이 상이한 압전체를 사용하여 구성되는 경우 (3)이 설명된다. 예를 들어, 압전체(11c, 11d)의 압전체 재료는, 압전체(11a, 11b)의 압전체 재료와 동일하지만, 압전체(11c, 11d)의 신축량은, 압전체(11a, 11b)의 신축량과 상이하다.
또한, 전술한 (1) 내지 (3)의 경우에 있어서의 압전 소자(19)의 구성예에 있어서, 기재(15)의 평탄부(15a)의 양쪽 주면에 동일한 수의 압전체(11a 내지 11d)가 적층된다. 그러나, 적층되는 압전체의 수는, 주면의 각각에 대하여 상이해도 된다. 구체적으로는, 주면의 한쪽에, 두 압전체를 배치하고, 주면의 다른 쪽에는, 하나의 압전체를 배치한다. 이와 같이, 전술한 (1) 내지 (3)의 경우에 있어서의 압전 소자(19)의 한쪽 주면과 다른 쪽 주면에 대하여, 압전체의 상이한 배치(열로 배치 또는 적층)나 상이한 수(1층 또는 복수의 층)의 임의의 적합한 조합을 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 압전 소자(19)에서 사용되는 복수의 압전체는, 컨트롤러(56)에 의해 개별적으로 구동되어도 된다. 이와 대체하여, 이들 복수의 압전체가 그룹 분류되어, 각각의 그룹이 컨트롤러(56)에 의해 개별적으로 구동되어도 된다.
피제진체(3)의 진동 특성에 맞춘 액추에이터 유닛(4)에 의한 제진을 실현하기 위해, 미리 검출되어 있거나, 또는 추정된 당해 피제진체(3)의 진동의 크기(폭)나 주파수에 따라 압전 소자(19)에 있어서의 압전체의 구성이나 배치(예를 들어, 단층 또는 적층, 기재(15)의 주면의 배치 위치)를 설정함으로써, 압전 소자(19)는 적절한 신축량이나 신축력을 가질 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하여, 제4 실시 형태의 압전 소자(21)에 대하여 설명한다.
이 압전 소자(21)에 있어서, 복수의 압전체(22, 23)가, 기재(24)의 주면 상에, 신축 방향(m)을 따라 종렬로 배치된다. 구체적으로는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 압전 소자(21)는, 기재(24)의 평탄부(24a)의 주면 상에, 압전 소자(21)의 긴 변 방향(신축 방향(m))을 따라 종렬로 배치된 두 압전체(22, 23)를 갖는다. 이들 압전체(22, 23)는, 각각이 전술한 압전체(11)(도 2의 (a)에 도시됨)와 동일한 압전체이다.
이들 압전체(22, 23)의 각각은, 구동 전압을 수취하는 개별적인 전극을 갖는다. 전술한 컨트롤러(7)는, 압전체(22, 23)별로 개별적으로 구동 전압을 공급함으로써, 압전체(22, 23) 개개의 신축을 제어한다. 단, 기기의 사양에 따라, 압전체(22, 23)는, 동시에 신축되도록, 컨트롤러(7)에 의해 공통으로 제어되어도 된다. 압전체(22, 23)는, 동일하게 신축되어도 되고, 또는 동일한 신축량을 가져도 된다. 이와 대체하여, 압전체(22, 23)는, 상이하게 신축되어도 되고, 또는 상이한 신축량을 가져도 된다. 또한, 압전체(22, 23)의 압전체 재료는, 동일한 재료여도 되고, 상이한 재료여도 된다. 압전체의 개수는, 2개에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절하게 설정되어도 된다.
제4 실시 형태에 있어서, 압전체(22, 23)를 압전 소자(21)의 신축 방향(m)을 따라 종렬로 배치하게 되면, 압전 소자(21)의 신축량을 크게 하고, 그에 의해, 액추에이터 유닛(4)의 신축 길이를 크게 할 수 있다. 따라서, 이 구성은, 피제진체(3)의 진동의 진폭이 비교적 큰 경우에 적합하다. 압전체(22, 23) 중 어느 한쪽의 압전체만을 신축하게 되면, 압전 소자(21)의 신축량을 작게 할 수 있으며, 전술한 압전체(11)와 동등한 작용 효과를 얻을 수 있다.
한편, 전술한 압전체(11)를 2개의 하프사이즈의 압전체(22, 23)로 분할하고, 평탄부(24a)의 주면 상에, 압전 소자(21)의 긴 변 방향(신축 방향(m))을 따라 압전체(22, 23)를 종렬로 배치하는 구성이 고려된다. 이들 압전체(22, 23) 중 한쪽이 신축되도록 구동된 경우, 전술한 압전 소자(10)(도 2의 (a)에 도시됨)의 신축량보다 압전 소자(21)의 신축량이 작아진다. 이 경우, 압전 소자(21)의 기재(24)에 있어서의 짧은 신축의 길이에 기인하여, 액추에이터 유닛의 신축량이 작으므로, 진동수가 많은(진동의 주파수가 높은) 진동의 제진에 적합하다.
따라서, 압전 소자(21)에 있어서, 동일한 사이즈 또는 상이한 사이즈의 복수의 압전체를 조합하여 사용함으로써, 공급되는 구동 전압값의 가변 범위 내에서, 압전 소자(21)의 신축량의 최댓값과 최솟값의 사이의 범위를 바꿀 수 있다. 또한, 사이즈나 재료가 상이한 압전체 중에서 적합한 압전체를 선택하여 사용하여, 액추에이터 유닛(4)의 양호한 응답성을 실현함으로써, 시간당 진동수가 많은(주파수가 높은) 진동을 효율적으로 제진할 수 있다.
이상과 같이, 제4 실시 형태의 압전 소자(21)는, 피제진체의 흔들림에 대하여, 진폭이 큰 진동부터 진폭이 작은 진동까지 넓은 범위에 대응할 수 있으며, 또한 주파수가 높은 진동부터 주파수가 낮은 진동까지 제진할 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하여, 제5 실시 형태에 따른 압전 소자(25)에 대하여 설명한다.
여기서 설명하는 압전 소자(25)에 있어서, 신축 방향(m)으로 신장되는 복수의 압전체(26, 27)가, 기재(28)의 주면 상에 병렬로 배치된다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 압전 소자(25)는, 압전 소자(25)의 긴 변 방향(신축 방향(m))으로 신장되고, 기재(28)의 평탄부(28a)의 주면 상에 병렬로 배치된 2종류의 압전체(26, 27)를 갖는다.
전술한 압전 소자(21)와 마찬가지로, 이들 압전체(26, 27)는, 신축을 위해 개별적으로 컨트롤러(7)에 의해 제어되어도 되고, 동시에 신축되도록, 컨트롤러(7)에 의해 공통으로 제어되어도 된다. 압전체(26, 27)는, 동일하게 또는 상이하게 신축에 의해 변화되어도 되며, 동일한 신축량 또는 상이한 신축량을 가져도 된다. 또한, 압전체(26, 27)는, 동일한 압전체 재료로 구성되어도 되고, 상이한 압전체 재료로 구성되어도 된다. 물론, 압전체(26, 27)는, 각각 2개로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 그 개수는 적절하게 설정 가능하다.
압전 소자(25)에서는, 압전체(26, 27) 중 어느 한쪽을, 또는 그들 양쪽을 구동시킴으로써, 압전 소자(25)의 신축에 의해 미쳐지는 힘을 전환할 수 있다. 따라서, 압전 소자(25)는, 제진에 있어서, 큰 진폭 때문에 큰 제진력(에너지)이 필요한 경우라도, 압전 소자(25)가 발생시키는 제진력을 높일 수 있다. 압전 소자(25)를 사용한 액추에이터 유닛(4)은, 진폭이 큰 진동부터 진폭이 작은 진동까지 넓은 범위의 진동에 대응할 수 있다.
또한, 압전체(26, 27)에 있어서, 상이한 신축 변화 또는 신축량의 압전체를 사용한 경우에는, 대소의 진폭이 혼재되는 진동을, 압전체(26, 27)로부터 그들 진폭에 적합한 압전체를 선택함으로써, 보다 빠르게 효율적으로 제진할 수 있다.
이어서, 도 7을 참조하여, 액추에이터 유닛의 제1 변형예에 대하여 설명한다.
도 7은, 제1 변형예의 액추에이터 유닛(31)을 위에서 보았을 때의 외관도이다.
제1 변형예의 액추에이터 유닛(31)에 있어서, 2개의 압전 소자(10a, 10b)가 적층되어, 병렬로 배치된다. 적층된 2개의 압전 소자(10a, 10b)는 고정부(13, 14)에 연결된다. 압전 소자(10a, 10b)는, 모두 전술한 압전 소자(10)와 동등한 구성을 갖는다.
액추에이터 유닛(31)에 있어서, 압전 소자(10a, 10b)의 단부(15b)가, 고정부(13, 14)의 단부의 주면의 각각에 배치되고, 정렬된 고정용 구멍에 고정구(16)를 삽입함으로써 고정된다. 액추에이터 유닛(31)의 구성은, 2개의 압전 소자(10a, 10b)를 탑재하는 것을 제외하고, 도 2의 (b)에 도시한 액추에이터 유닛(4)의 구성과 동등하다.
제1 변형예의 액추에이터 유닛(31)은, 적층된 압전 소자(10a, 10b)를 탑재하고 있기 때문에, 압전 소자(10a, 10b)를 동시에 구동시킨 경우에 압전 소자(10a, 10b)의 신축이 미치는 힘은, 단일의 액추에이터 유닛(4)의 신축이 미치는 힘에 대하여 2배가 된다. 물론, 압전 소자(10a, 10b)는, 항상 동시에 구동될 필요는 없다. 컨트롤러(7)는, 압전 소자(10a, 10b) 중 어느 한쪽을 구동하도록, 압전 소자(10a, 10b)를 제어해도 된다. 피제진체(3)의 진동이 액추에이터 유닛(31)의 비틀림을 일으키는 경우, 액추에이터 유닛(31)은, 액추에이터 유닛(4)에 비하여, 당해 비틀림에 대한 내성이 높다. 따라서, 액추에이터 유닛(31)에 있어서, 압전 소자(10a, 10b)의 압전체(11)의 신축은, 보다 효율적으로 제진에 기여한다. 또한, 경년 변화나 열 등에 의한 피제진체(3)의 변형이, 액추에이터 유닛(31)을 변형시키는 힘을 생기게 하는 경우라도, 액추에이터 유닛(31)의 구성에 의해, 그 힘이 압전 소자(10)에 비틀림을 일으키는 것을 피할 수 있다.
이어서, 도 8을 참조하여, 액추에이터 유닛의 제2 변형예에 대하여 설명한다.
도 8은, 제2 변형예의 액추에이터 유닛(32)을 위에서 보았을 때의 외관도이다.
제2 변형예에 있어서, 액추에이터 유닛(32)은, 신축 방향으로 직렬로 배치된 두 압전 소자(10a, 10b)를 구비한다. 압전 소자(10a, 10b)의 외측의 단부는, 각각 고정부(13, 14)에 연결되고, 압전 소자(10a, 10b)와 직선형으로 배치된다. 압전 소자(10a, 10b) 각각은, 전술한 압전 소자(10)와 동등한 구성을 갖는다.
액추에이터 유닛(32)에 있어서, 압전 소자(10a)의 일단과 압전 소자(10b)의 일단이, 지지 부재(35)를 사용하여 연결된다. 압전 소자(10a)의 타단과 압전 소자(10b)의 타단은, 각각 지지 부재(35)를 사용하여, 고정부(33, 34)에 연결된다. 지지 부재(35)는, 볼트ㆍ너트나 리벳 등의 고정구(16)를 사용하여, 압전 소자(10a, 10b)와 고정부(33, 34)를 고정한다.
제2 변형예의 액추에이터 유닛(32)에 있어서, 직렬로 배치된 압전 소자(10a)와 압전 소자(10b)는, 액추에이터 유닛(32)의 신축량을 크게 할 수 있다. 따라서, 액추에이터 유닛(32)은, 큰 진폭부터 작은 진폭까지, 또한 높은 주파수부터 낮은 주파수까지의 넓은 범위의 피제진체(3)의 진동을 제진할 수 있다. 또한, 다른 연결부 기구가, 압전 소자(10a)와 압전 소자(10b)의 사이에 제공되어도 된다.
이어서, 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 제진 시스템의 변형예를 설명한다. 도 9는, 제진 시스템의 변형예에 있어서의 액추에이터 유닛(36)의 배치를 개념적으로 도시한다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 전술한 제진 시스템의 액추에이터 유닛(4)은, 피제진체(3)의 측면과 기체(2)의 상면의 사이를 직선적으로 비스듬하게 연결하듯이 기체(2)와 피제진체(3)에 고정되지만, 액추에이터 유닛(4)의 주면(전술한 바와 같이, 긴 판의 면적이 큰 표리의 면)은, 피제진체(3)의 측면과 직교 또는 교차하는 방향을 좇는다.
이에 비해, 본 변형예에 있어서, 액추에이터 유닛(36)의 주면과 압전 소자(10)의 주면이, 피제진체(3)의 원주 방향을 좇도록, 액추에이터 유닛(36)이 기체(2)와 피제진체(3)에 고정된다. 또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 피제진체(3)가 원통 형상인 경우, 액추에이터 유닛(36)의 주면이, 피제진체(3)의 반경 방향과 직교하는 방향으로, 또는 바꿔 말하면, 피제진체(3)의 측면의 접선 방향을 좇도록, 액추에이터 유닛(36)이 기체(2)와 피제진체(3)에 고정된다.
이어서, 도 10을 참조하여, 제3 변형예의 액추에이터 유닛을 설명한다.
도 10은, 제3 변형예의 액추에이터 유닛(37)을 측방에서 보았을 때의 외관도이다. 도 2에 도시되는 전술한 액추에이터 유닛(4)에 있어서, 압전 소자(10)와 고정부(13, 14)가 직선형으로 배치된다. 그에 비해, 제3 변형예의 액추에이터 유닛(37)은, 부채를 닮은, 만곡된 측면 형상을 갖는다.
액추에이터 유닛(37)에 있어서, 예를 들어 리본 형상의 직사각형의 압전 소자(38)와 부채 형상의 고정부(39)가 교대로 배치되어, 볼트ㆍ너트 등의 고정구(16)에 의해 고정된다. 이 예에서는, 고정부(39)의 부채의 개방 각도의 조정과, 사용할 고정부(39)의 수의 설정에 의해, 액추에이터 유닛(37)은, 원하는 바와 같이 만곡된 측면 형상을 가질 수 있다. 액추에이터 유닛(37)의 각 압전 소자(38)는, 도 10에 「m」으로 나타난 방향으로 신축된다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기체(2)와 피제진체(3)가 접속된 영역의 근처에 스페이스가 있으므로, 직선 형상의 액추에이터 유닛(4)이 그 영역에 마련될 수 있다. 그러나, 당해 영역의 근처에 다른 유닛이 배치되어 있는 경우에는, 다른 유닛이 방해물로 되어, 직선 형상의 액추에이터 유닛(4)을 설치할 수 없는 경우가 있다. 또는, 그 다른 유닛들을 피하기 위해, 긴 액추에이터 유닛(4)이 필요하게 될지도 모른다. 액추에이터 유닛(37)은, 이 문제에 대한 하나의 해결책을 제공한다.
제3 변형예에 대하여, 도 10은, 만곡된 부채형의 측면 형상을 갖는 액추에이터 유닛(37)의 예를 도시한다. 그러나, 액추에이터 유닛(37)의 측면 형상은 이것에 한정되지 않는다. 액추에이터 유닛(37)은, 도 8에 도시한 바와 같은 직선 형상의 부분과 만곡된 부분을 조합한 측면 형상을 가져도 된다.
제3 변형예의 액추에이터 유닛(37)은, 원하는 바와 같이 만곡된 측면 형상을 가질 수 있으므로, 장해가 되는 다른 유닛을 우회하여, 기체(2)와 피제진체(3)에 설치할 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 제진 시스템(1)을 광학 장치에 적용한 예에 대하여 설명한다. 도 11은, 제1 실시 형태에 관한 제진 시스템을 적용한 광학 장치로서, 반도체 웨이퍼나 포토마스크의 원판 상에 미세 패턴을 묘화하기 위한 전자 빔 묘화 장치(41)의 구성을 개념적으로 도시한다. 이 예에서는, 광학 장치로서, 예시적으로 전자 빔 묘화 장치가 나타난다. 그러나, 이 중에 개시된 제진 시스템은, 경통 등이 묘화실 등의 하우징 상에 마련되는 임의의 장치에 적용될 수 있다. 또한, 빔은 전자 빔에 한정되지 않고, 레이저나 X선 등의 임의의 전자파여도 된다. 따라서, 본 명세서에 있어서의 「광학」이라는 용어는, 소위 「광」 외에, 「전자선」이나 「전자파」와 같은 것도 포함한다고 해석된다. 또한, 제1 실시 형태에 관한 제진 시스템을 사용하는 전자 빔 묘화 장치에 대하여, 전술한 제어 시스템과 동등한 컴포넌트에 동일한 참조 부호를 붙여, 그들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
전자 빔 묘화 장치(41)는, 장치 본체에 있어서, 경통(42)과 하우징(43)을 구비한다. 하우징(43)은, 시료(49)를 보유 지지하는 이동 가능한 스테이지(48)를 수용한다. 경통(42)은, 하우징(43) 상에 마련되고, 스테이지(48) 상의 시료(49)에 전자 빔(55)을 조사하는 광원인 전자총(46)을 구비한다. 또한, 하우징(43)의 저부에 다리부(45)가 마련된다. 방진 부재(44)가, 하우징(43)과 다리부(45)의 사이에 마련된다. 다리부(45)는, 클린 룸 등의 바닥면 상에 설치된다. 하우징(43)과 다리부(45)의 사이에 방진 부재(44)를 마련함으로써, 바닥면의 진동이 장치 본체로 전반되는 것이 방지된다. 또한, 하우징(43)의 저부와 방진 부재(44)의 사이에 견고한 정반을 배치해도 된다. 또한, 시료(49)는, 예를 들어 포토마스크용 유리 기판이어도 된다.
하우징(43)은, 예를 들어 스테인리스 합금 등의 금속제 중공 상자여도 되며, 진공 유지가 가능하게 구성된다. 하우징(43)은, 시료(49)를 출입시키기 위한 개구(도시되지 않음)와, 개구를 기밀하게 덮는 개폐 가능한 게이트(58)를 구비한다. 게이트(58)가 개방된 후에, 시료(49)는, 시료 반송 기구(59)에 의해 외부로부터 반입되어, 스테이지(48)에 적재된다. 마찬가지로, 패턴이 시료(49)에 묘화된 후, 시료(49)는, 시료 반송 기구(59)에 의해, 스테이지(48) 상으로부터 외부로 반출된다.
또한, 시료(49)에 임의의 패턴을 묘화할 때 스테이지(48)를 이동시키기 위해, 스테이지 구동 기구(50)가, 스테이지 내부 또는 스테이지의 근처에 마련된다. 패턴이 묘화될 때에 스테이지(48)를 수평 방향으로 이동시킴으로써, 적재되는 시료(49)가 2차원적(예를 들어, XY 방향)으로 이동한다. 패턴을 묘화하기 위해 시료(49)를 약간 이동하는 대신에, 후술하는 렌즈 구동부(52)에 의해 전자 빔이 구부러지거나, 또는 주사되어도 된다. 시료(49)를 대강 이동시키기 위해, 스테이지(48)가 움직여져도 된다. 스테이지 구동 기구(50)는, 시료(49)의 높이 조정을 위해, 스테이지(48)를 승강(Z 방향: 중력 방향)시켜도 된다. 스테이지(48)의 이동에 있어서의 가감속에 의한 관성력의 반력이, 진동으로서 하우징(43)에 전달될 수 있다. 스테이지(48)의 이동이 고속화되면 될수록, 이 영향은 크다.
전자 빔 묘화 장치(41)는, 전자총(46)으로부터 전자 빔을 출사시키기 위한 고전압을 공급하는 고압 전원(51)과, 광학계(47)를 구동하는 렌즈 구동부(52)와, 하우징(43)과 경통(42)의 내부를 진공 상태까지 흡인하는 흡인 시스템(53)과, 스테이지 구동 기구(50)를 구동시키는 스테이지 구동 제어부(54)와, 전술한 액추에이터 유닛(4)을 구동하는 액추에이터 구동 전원(57)과, 가속도 센서(61)와 변형 센서(63)로부터 후술하는 진동 정보를 취득하는 진동 검출부(5)와, 시스템의 각 컴포넌트를 제어하는 컨트롤러(56)를 구비한다. 전자 빔 묘화 장치(41)는, 또한 경통(42)의 상면 또는 전자총(46)의 상면에 배치되는 가속도 센서(61)와, 경통(42)의 측면에 배치되는 변형 센서(63)를 구비한다.
흡인 시스템(53)은, 예를 들어 조(粗) 흡인용 드라이 펌프와, 초고진공 흡인용 이온 펌프 또는 터보모리큘러 펌프 등을 조합하여 사용할 수 있다. 각 펌프와 하우징(43) 및 경통(42)을 연결하는 관 위에, 전환하여 흡인을 행하기 위한 진공 밸브(도시되지 않음)가 마련된다. 또한, 하우징(43) 및 경통(42)에는, 하우징(43) 및 경통(42)의 실내를 대기압으로 복귀시키는 누설 밸브가 마련된다. 이 예에서는, 하우징(43)은 하나의 실을 갖는다. 그러나, 흡기 시간을 단축하기 위해, 예비 배기실인 버퍼 챔버가 추가되어도 된다.
상세하게는 설명되지 않지만, 조명 렌즈, 애퍼처, 투영 렌즈, 편광기, 대물 렌즈 등으로 구성되는 광학계(47)가, 경통(42)에 마련된다. 이 광학계(47)는, 렌즈 구동부(52)에 의해 구동되고, 스테이지(48)를 이동하면서 전자 빔(55)으로 시료(49)를 조사함으로써 시료(49) 상에 원하는 패턴을 묘화하기 위해, 전자총(46)으로부터 출사된 전자 빔(55)을 조정하여, 편향시켜, 주사된다. 시료(49)의 원하는 위치 또는 영역을 전자 빔(55)으로 정확하게 조사하는 것이 필요하다. 따라서, 묘화되는 패턴이 미세화되면 될수록, 경통(42) 내의 광학계(47)와 시료의 타깃 위치의 상대 변위를 줄이는 것의 중요성이 증가한다.
전자 빔 묘화 장치(41)에 마련되는 제진 시스템은, 전술한 바와 같이, 액추에이터 유닛(4)과, 진동 검출부(5)와, 가속도 센서(61)와, 변형 센서(63)와, 컨트롤러(56)를 구비한다.
도 2의 (a)에 도시되는 바와 같이, 각 액추에이터 유닛(4)에 있어서, 직사각형 압전 소자(10)와, 신축 방향(m)을 따른 압전 소자(10)의 양단의 각각이, 지지 부재(12)를 사용하여 연결된 고정부(13, 14)가, 직선적으로 배치된다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 액추에이터 유닛(4)은, 경통(42)의 측면으로부터, 등간격인 방사형의 4 방향으로, 경사 하향으로 뻗어, 하우징(43)의 상면에 달한다. 고정부(13, 14)의 선단에 마련된 접속부(13a, 14a)는, 각 액추에이터 유닛(4)의 기울기각 a를 유지하도록, 나사 고정 등에 의해 경통(42)과 하우징(43)에 고정된다.
이 예에 있어서, 가속도 센서(61)가, 경통(42) 상에 마련된 전자총(46)의 상면에 배치된다. 변형 센서(63)는, 경통(42)의 측면의 상방에 배치된다. 후술하지만, 어느 센서도 진동의 진폭이 큰 개소에 마련되어도 된다.
가속도 센서(61)는, 스테이지 구동 기구(50)에 의해 구동되는 스테이지(48)의 이동에 의한 진동에 기인하여 생기는 경통(42)의 변위의 크기(진동 폭)와 방향(진동 방향)을 검출한다. 변형 센서(63)는, 상술한 진동에 의한 경통(42)의 변형으로부터 진동의 크기를 검출한다. 특히, 가속도 센서(61)는, 스테이지(48)가 정지 상태로부터 이동 상태로, 및 이동 상태로부터 정지 상태로 이행할 때 생기는 진동을 검출한다. 가속도 센서(61)는, 또한 스테이지(48)의 이동 속도가 변화하였을 때 생기는 진동을 검출한다. 가속도 센서(61)에 의해 출력되는 검출 신호는, 진동 검출부(5)의 가속도 검출부(62)에 보내진다. 가속도 검출부(62)는, 수취한 검출 신호에 기초하여, 적어도 진동 폭과 진동 방향을 나타내는 진동 정보를 생성한다.
변형 검출부(64)는, 변형 센서(63)로부터 수취한 변형 검출 신호에 기초하여, 진동의 크기를 나타내는 진동 정보를 생성한다. 진동 검출부(5)는, 가속도 검출부(62)에 의해 생성된 진동 정보에 대하여, 변형 검출부(64)에 의해 생성된 진동 정보를 보완적으로 사용하여, 진동 정보를 생성하고, 컨트롤러(56)에 출력한다. 또한, 이 예에서는, 가속도 검출부(62)로부터의 진동 정보와 변형 검출부(64)로부터의 진동 정보를 조합하여, 진동 정보를 얻었다. 그러나, 진동 정보는, 가속도 검출부(62)로부터의 진동 정보와 변형 검출부(64)로부터의 진동 정보 중 어느 하나를 사용하여 얻어져도 된다. 또한, 전술한 바와 같이, 레이저광 등의 광속을 사용한 비접촉의 거리 계측을 위해, 광학 센서가 사용되어도 된다.
컨트롤러(56)는, 적어도 진동 폭과 진동 방향을 나타내는 진동 정보에 기초하여, 액추에이터 구동 전원(57)의 전압 출력을 제어함으로써, 피제진체(3)의 진동이 감소하도록, 각각의 액추에이터 유닛(4)의 신축을 제어한다. 즉, 각 액추에이터 유닛(4)은, 경통(42)의 진동에 의해, 경통(42)이 그 액추에이터 유닛(42)으로부터 이격되는 방향으로 움직였을 때 수축되고, 반대로 경통(42)이 그 액추에이터 유닛(42)에 근접하는 방향으로 움직였을 때 신장되도록, 컨트롤러(56)에 의해 제어된다.
이어서, 도 12의 (a), (b), (c)를 참조하여, 경통(42)의 진동을 감소시키기 위한 액추에이터 유닛(4)의 설치 위치에 대하여 설명한다.
도 12의 (a)는, 경통(42)의 진동 상태가 제1차 진동 모드 A임을 도시하는 도면이다.
전술한 바와 같이, 전자 빔 묘화 장치(41)의 경통(42) 내는, 조명 렌즈, 애퍼처, 투영 렌즈, 편광기, 대물 렌즈 등의 복수의 구성 부품을 구비하는 광학계(47)를 수용한다. 이들 구성 부위는, 각각이 서로 다른 중량을 갖고 있기 때문에, 경통(42)의 구조는, 진동에 있어서 복수의 질점(예를 들어, 대표 질점(101c))을 갖는다. 경통(42)의 진동 상태(예를 들어, 진동 폭)에 따라, 질점(101c)의 존재는, 질점(101)이 대략 직선인 선(101a 내지 101b)의 사이에서 동기하여 진동하는 제1차 진동 모드 A의 진동을 낳는다. 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1차 진동 모드 A에 있어서, 하우징(43) 상에 세워지는 경통(42)은, 근원을 지지점으로 하여 진동한다. 따라서, 도 11에 도시한 바와 같이, 경통(42) 상에 위치하는 전자총(46)의 상면(정상부)에 가속도 센서(61)(또는 변형 센서(63))를 배치함으로써, 가속도 센서(61)(또는 변형 센서(63))는, 경통(42)의 진동을, 가장 큰 진동 폭(가장 큰 진동 진폭)으로 검출할 수 있다. 가장 큰 진동 폭의 진동을 검출함으로써, 진동을 제진함에 따른 진동의 감소를 정확하게 파악할 수 있다.
도 12의 (b)는, 경통(42)의 진동 상태가 제2차 모드 B임을 도시하는 도면이다.
제2차 진동 모드 B에 있어서, 경통(42)의 복수의 질점이, 복수의 질점 중 하나의 질점(102c)에서 굴곡되고, 하나의 교점을 만드는 선(102a 내지 102b)의 사이에서 진동한다.
도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2차 진동 모드 B에 있어서, 하우징(43) 상에 세워지는 경통(42)의 근원에 있는 지지점과, 경통(42)의 상방에 있는 지지점의 둘을 지지점으로 하여 진동한다. 따라서, 경통(42)의 정상부에 가속도 센서(61)(또는 변형 센서(63))를 배치함으로써, 가속도 센서(61)(또는 변형 센서(63))는, 경통(42)의 진동을, 가장 큰 진동 폭으로 검출할 수 있다. 가장 큰 진동 폭으로 경통(42)의 진동을 검출함으로써, 진동을 제진함에 따른 진동의 감소를 정확하게 파악할 수 있다.
도 12의 (c)는, 경통(42)의 진동 상태가 제3차 진동 모드 C임을 도시하는 도면이다.
제3차 진동 모드 C에 있어서, 경통(42)의 복수의 질점은, 복수의 질점 중 2개의 질점(103c, 103d)의 각각에 있어서 굴곡되는 선(103a 내지 103b)의 사이에서 진동한다.
도 12의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제3차 진동 모드 C에 있어서, 하우징(43) 상에 세워지는 경통(42)은, 경통(42)의 근원에 위치하는 지지점과, 경통(42)의 중간에 위치하는 지지점과, 경통(42)의 상방에 위치하는 지지점의 셋을 지지점으로 하여 진동한다. 따라서, 가속도 센서(61)(또는 변형 센서(63))를, 경통(42)의 상방에 있는 진동 폭이 큰 질점(103c)에 배치함으로써, 가속도 센서(61)(또는 변형 센서(63))는, 가장 큰 진동 폭으로, 경통(42)의 진동을 검출할 수 있다. 가장 큰 진동 폭으로 경통(42)의 진동을 검출함으로써, 진동을 제진함에 따른 진동의 감소를 정확하게 파악할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 전자 빔 묘화 장치(41)에 탑재되는, 여러 가지 실시 형태에 관한 제진 시스템은, 직선적으로 신장되는 액추에이터 유닛(4)이 경통(42)과 하우징(43)의 사이에 마련되는 간이한 구성을 갖는다. 그들 제진 시스템은, 종래의 제진 시스템에 비하여, 소형, 경량이므로, 액추에이터 유닛을 위한 견고한 지지 구조가 불필요하며, 전자 빔 묘화 장치(41)의 대형화나 중량의 증가를 방지할 수 있다. 액추에이터 유닛의 설치를 위한, 지주나 벽 등의 추가의 지지 구조가 불필요하므로, 액추에이터 유닛을 설치하기 위한 장치 내의 스페이스를 보다 적게 할 수 있다. 또한, 액추에이터 유닛을 설치하는 위치의 자유도가 높으므로, 진동에 대하여 보다 효과적인 개소에 액추에이터 유닛을 배치할 수 있다.
전자 빔 묘화 장치(41)는, 바닥면으로부터의 진동의 전파를 방지하기 위한 제진 기구나 면진 기구를 갖지만, 제진 시스템을 탑재함에 따른 전자 빔 묘화 장치(41)의 중량의 증가가 적다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 제진 시스템을 탑재하는 전자 빔 묘화 장치(41)는, 큰 설치 면적을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 실시 형태에 관한 제진 시스템을 탑재함에 따른 장치(41)의 중량 증가가 적으므로, 전자 빔 묘화 장치(41)의 설치 장소의 바닥을, 장치(41)의 중량에 견디도록 더 보강하지 않아도 된다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그의 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (16)

  1. 기체 상에 탑재되는 피제진체의 진동을 제진하는 제진 시스템이며,
    수축 가능한 압전 소자를 각각 갖고, 상기 피제진체의 측면과 상기 기체의 사이를 연결하기 위해, 상기 피제진체의 측면의 적어도 3개의 주위 방향으로 상이한 위치로부터, 적어도 3개의 상이한 방향으로, 상기 기체까지 신장되는 액추에이터 유닛과,
    상기 압전 소자를 신축시키기 위해, 상기 액추에이터 유닛의 상기 압전 소자에 구동 전압을 공급하는 구동 전원과,
    상기 진동의 양과 방향을 포함하는, 상기 피제진체의 진동의 상태를 검출하는 진동 검출부와,
    상기 액추에이터 유닛의 각각이, 상기 피제진체가 상기 액추에이터 유닛으로부터 이격되는 방향으로 움직였을 때 수축되고, 상기 피제진체가 상기 액추에이터 유닛을 향하는 방향으로 움직였을 때 신장되도록, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 상기 진동의 상태에 기초하여, 상기 구동 전원이 상기 압전 소자에 공급하는 전압을 제어함으로써, 상기 피제진체의 진동의 제진을 제어하는 컨트롤러
    를 구비하는, 제진 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛의 각각이,
    변형 가능한 평판형 기재와,
    상기 압전 소자를 형성하기 위해 상기 기재 상에 탑재된 압전체
    를 더 구비하는, 제진 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛의 각각은, 상기 압전 소자와 열을 이루어 배치되고, 상기 압전 소자를 상기 피제진체의 측면과 상기 기체에 고정하도록 구성된 고정 부재를 더 구비하는, 제진 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛은, 상기 피제진체의 측면과 상기 기체의 사이에 배치되었을 때, 상기 피제진체의 측면으로부터 상기 기체를 향하여 비스듬하게 신장되는, 제진 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛의 각각은, 복수의 압전체를 병렬로 또는 직렬로 갖는 상기 압전 소자를 구비하는, 제진 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛의 각각은, 병렬로 또는 직렬로 배치된 복수의 압전 소자를 구비하는, 제진 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진동 검출부는, 상기 피제진체의 진동이 가장 큰 진폭을 갖는 위치에 마련되는, 제진 시스템.
  8. 이동 가능한 스테이지를 수용하는 하우징과,
    상기 하우징 상에 배치된 경통과,
    상기 스테이지의 이동에 의해 생긴 상기 경통의 진동을 제진하는 제진 시스템을 구비하는 광학 장치이며,
    상기 제진 시스템은,
    수축 가능한 압전 소자를 각각 갖고, 상기 경통의 측면과 상기 하우징의 사이를 연결하기 위해, 상기 경통의 측면의 적어도 3개의 주위 방향으로 상이한 위치로부터, 적어도 3개의 상이한 방향으로, 상기 하우징까지 신장되는 액추에이터 유닛과,
    상기 압전 소자를 신축시키기 위해, 상기 액추에이터 유닛의 상기 압전 소자에 구동 전압을 공급하는 구동 전원과,
    상기 진동의 양과 방향을 포함하는, 상기 피제진체의 진동의 상태를 검출하는 진동 검출부와,
    상기 액추에이터 유닛의 각각이, 상기 경통이 상기 액추에이터 유닛으로부터 이격되는 방향으로 움직였을 때 수축되고, 상기 경통이 상기 액추에이터 유닛을 향하는 방향으로 움직였을 때 신장되도록, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 상기 진동의 상태에 기초하여, 상기 구동 전원이 상기 압전 소자에 공급하는 전압을 제어함으로써, 상기 경통의 진동의 제진을 제어하는 컨트롤러
    를 구비하는, 광학 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛의 각각이, 추가로,
    변형 가능한 평판형 기재와,
    상기 압전 소자를 형성하기 위해 상기 기재 상에 탑재된 압전체
    를 구비하는, 광학 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛의 각각은, 추가로, 상기 압전 소자와 열을 이루어 배치되어, 상기 압전 소자를 상기 경통의 측면과 상기 하우징에 고정하도록 구성된 고정 부재를 구비하는, 광학 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 진동 검출부가, 상기 경통의 상기 진동의 상태를 검출하는 가속도 검출기를 갖는, 광학 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 진동 검출부가, 상기 경통의 진동의 상태를 검출하는 변형 검출기를 갖는, 광학 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 진동 검출부는, 상기 경통까지의 거리를 광학적으로 계측함으로써 상기 경통의 진동 상태를 검출하는 광 검출기를 갖는, 광학 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛은, 상기 경통의 측면과 상기 하우징의 사이에 배치되었을 때, 상기 경통의 측면의 적어도 3개의 주위 방향으로 상이한 위치로부터, 적어도 3개의 상이한 방향으로, 상기 하우징을 향하여 비스듬하게 신장되는, 광학 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛의 각각은, 복수의 압전체를 병렬로 또는 직렬로 갖는 상기 압전 소자를 구비하는, 광학 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛의 각각은, 병렬로 또는 직렬로 배치된 복수의 압전 소자를 구비하는, 광학 장치.
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