JP2001027280A - アクティブ除振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動に起因する機器の上下方向位置における
水平方向相対変位、特に、搭載機器内部にある加振源に
よる機器本体の振動による水平方向相対変位を抑制す
る。 【解決手段】 筒状弾性体２３と粘弾性体３０ａとから
なるパッシブ除振部材と、前記筒状弾性体２３内に配置
された高さ調整機構５５に支持された上下方向用アクチ
ュエータ３２ａと、水平方向用アクチュエータ３２ｂと
を一体にしたアクティブ除振マウント３で支持された基
板４と、基板４に搭載された機器５０に設けたアクティ
ブマスダンパ２０と、前記基板４と機器５０の振動を検
出する振動センサ１７と、機器５０に内装された加振源
を駆動する機器用コントローラ９及び振動センサ１７の
出力を入力としてアクチュエータ３２ａ，３２ｂ、３２
ｃを制御する除振用コントローラ１８と、を含んでアク
ティブ除振装置を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は精密機器を床振動に
対して振動的に絶縁するアクティブ除振装置に係わり、
特に機器自体が持つ振動源による機器本体の振動を制振
するのに好適なアクティブ除振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画装置や縮小投影露光装置
等の半導体製造装置や電子顕微鏡のような精密機器で
は、装置の高精度化もしくは振動環境の悪い場所への設
置拡大等のために、床面の振動がますます精密機器の精
度に影響するようになり、それら装置の精度維持のた
め、精密機器をアクティブ除振装置上に設置するように
なってきた。アクティブ除振装置の従来技術としては、
例えば、特開平５ー１４９３７９号公報に記載されてい
るように、精密機器が搭載される搭載台を水平方向及び
上下方向に駆動するアクチュエータを配置して、該搭載
台の振動を検出する振動検出器により基板の振動状態を
コントローラにフィードバックして前記アクチュエータ
を制御することにより、搭載台の振動を抑制するものが
知られている。

【０００３】例えば、アクティブ除振装置を電子ビーム
描画装置に適用した場合について説明する。電子ビーム
描画装置においては、基板上に設けられたチャンバ内に
ウエーハを任意の位置に移動させるステージが設けられ
ており、チャンバ上に電子ビームを集光及び偏光させる
電磁レンズを含む鏡筒が設けられ、鏡筒の最上部には電
子ビームを発射する電子銃が設けられる。従って、この
ような構造の機器では重心が高くなるだけでなく、鏡筒
を支持するチャンバの上面の面外変形によるばね作用と
鏡筒の質量により振動系が形成されるため、１００Ｈｚ
以上の振動モードが存在する。この振動系はステージが
ウエーハを移動させる際にステージの移動に伴なって加
振され、電子銃が設けられている鏡筒の上部が最も大き
な振幅で振動して、ステージ上のウエーハとの間に水平
方向の相対変位が生じるため、従来、ステージの移動速
度に制限が設けられ、スループットの向上が困難であっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、搭載台に搭載される機器が剛体とみなされる場合に
は、除振効果及び制振効果が得られる。しかしながら、
電子ビーム描画装置、縮小投影露光装置等の精密機器で
は、機器内部にウェーハーを移動させるのに用いるＸ―
Ｙステージ等の振動源を持っており、機器本体は一般に
数百Ｈｚに固有振動数を持っているのに対して、従来技
術では床振動の振動数成分（１〜５０Ｈｚ程度）を能動
的に（アクティブに）除振することを主要な目的として
いるため、搭載機器の振動特性を誤差要因として扱い、
搭載機器の固有振動数を励振しないように、高振動数帯
域の制御ゲインを落としていることから、搭載機器内部
の加振源により搭載機器本体が直接加振されると大きな
制振効果が得られない。このような状態では、電子ビー
ム描画装置や縮小投影露光装置等の半導体製造装置や電
子顕微鏡のような精密機器では、描画の対象や縮小投影
の対象物と電子ビームを発射する電子銃との相対変位が
生じ、加工精度の低下、あるいは顕微鏡視野の揺らぎが
避けられない。

【０００５】従って、今後、精密機器の精度向上及びス
ループットの向上のためには、機器内部の加振力に対し
て機器本体の振動を抑制する制振技術が重要になってく
る。

【０００６】本発明の目的は、床振動に対する除振効果
だけでなく、機器内部にある加振源に対して機器本体の
上下位置における振動による相対変位を抑制する効果の
高いアクティブ除振装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が対象とするの
は、アクティブ除振マウントを備えた搭載台（以下、基
板という）とこの基板に搭載設置された機器からなり、
この機器が加振源となる可動部を内装している系であ
る。このような系において、上記課題を達成するため
に、制御系としては、パッシブ除振部材である弾性体と
これに並列に設けられるアクチュエータを含んで構成さ
れるアクティブ除振マウントと、これによって支持され
る基板からなる振動モデルだけでなく、前記基板に搭載
された機器本体の振動モデルをも制御の対象とする。そ
して基板だけではなく、基板上に搭載される搭載機器の
例えばその最上部等にも、振動を検出するセンサを設
け、機器の主要な振動モードの固有振動数をも制御範囲
とする。上述した電子ビーム描画装置や縮小投影露光装
置などでは、例えば、電子銃とウエーハーまたは試料間
あるいはマスクとウエーハー間のように、機器の高さ方
向の部材間の水平相対変位を低減することが重要である
ことから、基板の６自由度の絶対変位だけでなく、積極
的に搭載機器の上下位置の部材間の水平方向相対変形を
抑制するために、搭載機器の絶対変位、もしくは搭載機
器と基板とに設けた振動検出手段（振動センサ）間の相
対変位を抑制する制御を加える。このような制御によ
り、基板に搭載された機器の上下位置の部材間の水平方
向相対変位を、基板自体の振動に優先して抑制すること
ができる。

【０００８】さらに、搭載機器の可動部の運動に起因す
る加振力に対しては、搭載機器に発生する振動を効果的
に抑制するために、搭載機器に振動抑制用のアクティブ
マスダンパを装着し、除振コントローラを、前項に記載
した制御に加え、前記基板の振動を検出する振動センサ
の出力と、搭載機器の振動を検出する振動センサの出力
とを入力として、前記アクティブ除振マウントのアクチ
ュエータやアクティブマスダンパのアクチュエータの動
作を制御する構成とする。このように制御することによ
り、床振動に起因する機器、基板の振動だけでなく、機
器自体に内蔵された加振源による機器振動や機器の上下
位置の部材間の水平方向相対変形をも抑制することがで
きる。

【０００９】搭載機器に設けるアクティブマスダンパ
は、基本的に、搭載機器に対して相対移動可能に配置さ
れかつ当該機器にその自重を支持された錘部材とこの錘
部材を搭載機器に対して相対的に振動させるアクチュエ
ータとから構成される。例えば精密機器の上部が筒形を
している場合、その筒形部に取り付けられた円筒部材
と、この円筒部材の下部外周に張り出すように環状に形
成されたつば部材と、搭載機器の上部を囲うようにかつ
該搭載機器に対して相対移動可能に配置され弾性体を介
して前記つば部材に重量を支持されたリング形状の錘部
材と、前記円筒部材とリング状の錘部材との間に放射状
に配置されて前記錘部材を円筒部材に対して相対移動さ
せる複数本の水平方向アクチュエータと、を含んで構成
される。この水平方向用アクチュエータの前記錘部材に
当接している側と反対の側は、前記円筒部材に固定さ
れ、錘部材を移動させるときの反力はこの円筒部材を介
して搭載機器本体に作用する。錘の自重によりアクチュ
エータにせん断力が加わるのを防止するために円筒部材
の下部に設けたつば部材により弾性体を介してリング状
の錘部材を支持し、さらにこの錘部材の振動状態を測定
する振動センサを複数台設ける。このようなアクティブ
マスダンパを設け、アクティブマスダンパ設置位置の機
器の振動状態を検出し、検出した振動状態を入力として
アクティブマスダンパを駆動制御することにより、床振
動と機器に内蔵された加振源による機器の上下位置の部
材間の水平方向相対変形を抑制できる。

【００１０】さらに、搭載機器内の可動部、例えばＸＹ
ステージ等の動き及びこれによる加振力は、その大きさ
や方向を予め測定しておくことができるので、可動部の
動作を制御する信号の情報を生かしたフィードフォワー
ド的な制御を併用することにより、さらに効果的に機器
に内蔵された加振源による機器の上下位置の部材間の水
平方向相対変形を抑制できる。

【００１１】基板を支持するアクティブ除振マウント
は、基本的には、互いに対向して上下に間隔をおいて配
置された上板及び下板と、この上板と下板の間に軸線を
上下方向にして配置されたコイルばね等の筒状弾性体
と、この筒状弾性体の内部（好ましくは中央）に設けら
れた上下方向用アクチュエータと、上板に下方に突出し
て取り付けられた荷重伝達部材に対して下板に支持され
て水平方向に力を作用させるように配置された水平方向
アクチュエータとを含んで構成される一体型アクティブ
除振マウントとする。筒状弾性体は下板上に配置された
台座上に設けられ、上板を介して基板及び搭載機器等の
荷重を支持する。筒状弾性体の内部に配置された上下方
向用アクチュエータの下部は該アクチュエータ下端の下
板面からの高さを変更できる高さ調整部材に支持されて
いる。また、下板に支持されて設けられた水平方向用ア
クチュエータは、上板に固定されて下方に突出した前記
荷重伝達部材に水平方向に力を加えるように構成され、
水平方向の振動を制御する。

【００１２】１つのアクティブ除振マウントには少なく
とも１つの水平方向用アクチュエータを設置し、互いに
反対方向に力を加えるアクチュエータを備えたアクティ
ブ除振マウントを、両アクチュエータの作用線が同一直
線上にあるように組み合わせて配置する。１つのアクテ
ィブ除振マウントに、互いに反対方向に作用する一対の
水平方向用アクチュエータを、上板に固定された荷重伝
達部材に対して互いに反対側から当接させ、かつ作用線
が同一直線上に並ぶように設置してもよい。また、１つ
のアクティブ除振マウントに、互いに直交する方向に作
用する一対の水平方向用アクチュエータを、上板に固定
された荷重伝達部材に対して互いに異なる方向から当接
させ、かつ作用線が交叉するように設置してもよい。こ
のような互いに直交する方向に作用する一対の水平方向
用アクチュエータを設けたアクティブ除振マウントを用
いる場合は、同様な水平方向用アクチュエータ（互いに
直交する方向に作用する一対の水平方向用アクチュエー
タ）を備えたアクティブ除振マウントを組合せ、両者の
水平方向用アクチュエータのうちのそれぞれ一方の作用
線が同一直線上にあって互いに反対方向に作用するよう
に配置する。

【００１３】これらの上下方向用と水平方向用のアクチ
ュエータには、例えば積層型圧電アクチュエータもしく
は超磁歪アクチュエータを用いる。

【００１４】また、基板及び搭載機器の重量を支持する
筒状弾性体としてコイルばねやゴムのような軸方向に柔
らかい部材を用いる場合には、搭載機器の重量により比
較的大きく圧縮されるので、搭載機器の設置の際の作業
性を考慮して、搭載重量で圧縮されるたわみ量よりも幾
分小さな圧縮たわみを予め加えておけるように、下板と
上板もしくは台座と上板間を締めつける棒部材もしくは
ワイヤ部材等の予圧縮手段を設けることが望ましい。ま
た、筒状弾性体としてコイルばねのような金属ばねを用
いる場合には、振動減衰効果がほとんど得られないので
サージング等が発生する可能性があるため、これを防止
するためにコイルばねの隙間に粘弾性体を設けることが
望ましい。

【００１５】また、アクティブ除振マウントの上下方向
用アクチュエータ、水平方向用アクチュエータと、アク
ティブマスダンパの水平方向用アクチュエータを制御す
る除振用コントローラは、基板や搭載機器、錘部材に設
置された振動センサからの入力、搭載機器に内装された
可動部を駆動する機器用コントローラからの前記可動部
の運動を制御する信号、すなわち前記可動部の運動に起
因する加振力に関する入力のいずれかもしくは双方に基
づいて、前記基板の絶対加速度あるいは絶対変位、及び
搭載機器の上下の部材間または搭載機器の部材と基板と
の相対加速度あるいは相対変位を低減させるように構成
される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。

【００１７】まず、本発明の第１の実施の形態を図１、
図２、図３、図４、図５及び図６により説明する。図５
は電子ビーム描画装置に本発明のアクティブ除振マウン
ト３を適用した実施の形態の例である。図５に示す実施
の形態の電子ビーム描画装置は、床１上に設置された四
角形の平板である架台２と、この架台２の四つの隅それ
ぞれの上に１台づつ固定設置されたアクティブ除振マウ
ント３と、この４台のアクティブ除振マウント３上に搭
載、固定された四角形の基板４と、基板４の上面中央に
設けられてウエーハを移動させるステージ７と、ステー
ジ７を囲うように基板４上に設けられた箱状のチャンバ
５と、チャンバ５の天板で支持されステージ７の上方に
位置する電子銃１０を有する鏡筒６と、鏡筒６の円筒部
に設けられている電磁レンズ（図では省略されている）
と、鏡筒６の上部周縁を囲うように設けられているアク
ティブマスダンパ２０と、ステージ７にボールねじ等を
介して連結されチャンバ５の外部に設けられてステージ
７を移動させるモータ８と、前記電子銃１０及びモータ
８を制御する機器用コントローラ９と、基板４、前記鏡
筒６の頂部及び前記アクティブマスダンパ２０の振動を
検出して出力する複数の振動センサ１７と、前記複数の
振動センサ１７及び機器用コントローラ９の出力を入力
として前記４台のアクティブ除振マウント３及びアクテ
ィブマスダンパ２０を制御する除振用コントローラ１８
と、を含んで構成されている。

【００１８】除振用コントローラ１８は、前記複数の振
動センサ１７に接続されたローパスフィルタ１１と、こ
のローパスフィルタ１１に接続されたＡ／Ｄ変換器１２
と、このＡ／Ｄ変換器１２及び前記機器用コントローラ
９に接続されたＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセ
ッサ）１３と、ＤＳＰ１３に接続されたパーソナルコン
ピュータ１４及びＤ／Ａ変換器１５と、Ｄ／Ａ変換器１
５に接続されたローパスフィルタ１１と、このローパス
フィルタ１１に接続されたアンプ１６と、を含んで構成
され、アンプ１６の出力は前記４台のアクティブ除振マ
ウント３及びアクティブマスダンパ２０の各アクチュエ
ータに伝送されるようになっている。

【００１９】本実施の形態では、図５の平面図である図
６に示すように、アクティブマスダンパ２０が鏡筒６の
上部を囲うように設けられており、アクティブマスダン
パ２０は錘部材とこの錘部材を水平方向に動かす複数本
のアクチュエータを含んで構成されている。

【００２０】電子ビーム描画装置においては、機器用コ
ントローラ９の指令により、モータ８が駆動されてウェ
ーハが載置されたステージ７が移動され、それに合わせ
てステージ上のウエーハに前記電子銃１０から電子ビー
ムが照射される。

【００２１】図６にはアクティブ除振マウント３及び各
振動センサ１７の配置例が示されている。これらの振動
センサ１７からの信号はローパスフィルタ１１、Ａ／Ｄ
変換器１２を通してＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロ
セッサー）１３に入力される。このＤＳＰ１３にはアク
ティブ除振マウント３とアクティブマスダンパ２０の各
アクチュエータを、各振動センサ１７の出力を入力とし
て基板４と鏡筒６の上部の相対変位（あるいは相対加速
度）が少なくなるように制御する実行用プログラムが書
き込まれており、除振用コントローラ１８は、ＤＳＰ１
３で高速に計算された信号を、Ｄ／Ａ変換器１５、ロー
パスフィルタ１１及びアンプ１６を経て各アクチュエー
タに送ってそれらのアクチュエータの動作を制御する。
前記実行用プログラムはさらに、電子ビーム描画装置の
ステージ７及び電子銃１０を制御する機器用コントロー
ラ９からＤＳＰ１３に入力される、ステージ７の動作状
態及び動作速度等を指示する指令信号、並びに電子ビー
ムの照射状態に関する情報に基づいて、各状態に適した
アクチュエータの制御をフィードフォワード的に実施す
ることが可能なものになっている。

【００２２】図１と図２に、図５に示すアクティブ除振
マウント３の縦断面図と横断面図を示す。図１に示すよ
うに、アクティブ除振マウント３は、基本的には、架台
２上に固定配置される大略四角形の平板である下板２１
と、下板２１と同形をなし前記下板２１の上方に下板２
１に平行に配置される上板２９と、下板２１と上板２９
の間に軸線を上下方向にしかつ下板２１の中央位置に配
置されたコイルばね等の筒状弾性体２３と、筒状弾性体
２３の内部中央に設けられた上下方向用アクチュエータ
３２ａと、上板２９に下方に突出するように取り付けら
れた荷重伝達部材３９ａと、この荷重伝達部材３９ａを
作動端で挟むように互いに対向してかつ軸線を一致させ
て下板２１に設けられた一対の水平方向用アクチュエー
タ３２ｂと、を含んで構成されている。なお、筒状弾性
体２３の上端部には、底付きの円筒状のストッパ部材３
５が底を上にしてかぶせられ、筒状弾性体２３の上端部
と上板２９の間にストッパ部材３５の底部が位置してい
る。筒状弾性体２３は上記ストッパ部材３５の底部を介
して上板２９の下面を支持し、上下方向用アクチュエー
タ３２ａはストッパ部材３５の底部を介して上板２９に
力を作用する。

【００２３】以下、さらにアクティブ除振マウント３の
構造を詳細に説明する。前記筒状弾性体２３（本実施の
形態では、金属製のコイルばねである）は、下板２１上
に軸線を上下方向にして配置されたつば付き円筒状の台
座２２の上に、該台座２２と同心状に設けられて、搭載
機器（本実施の形態においては、電子ビーム描画装置）
５０及び基板４を支持する。台座２２は、円筒部上部に
円筒部外周から外径側に環状に張り出したつば部を備
え、前記水平方向用アクチュエータ３２ｂは、このつば
部の上に設置されている。また、台座２２の円筒部内周
側は、内径が上部で大きく下部で小さくなっていて階段
状になっており、その階段状のふみ面に当る部分に、筒
状弾性体２３の下端が支持されている。この筒状弾性体
２３の中央に配置された上下方向用アクチュエータ３２
ａの下部は、下板２１からの高さが調整可能な高さ調整
部材５５に支持されている。この高さ調整部材５５は、
下板２１上の中央付近に設けられた垂直断面がコ字型形
状の上下用支持部材２４と、この上下用支持部材２４の
上部水平部に上下方向に貫通して形成されたねじ穴に螺
合されたねじ部材２６と、このねじ部材２６の下端中央
部に形成された矩形断面の穴部に同じく矩形断面の軸を
挿入して配置された傘歯車２５と、傘歯車２５と噛み合
うとともに軸２７を支持部材２４の垂直部と台座２２を
貫通させて設けられた傘歯車２５Ａと、軸２７の末端に
装着された回転ノブ部材２８と、ねじ部材２６の上端部
に軸線を上下方向にして設けられた円形の穴部と、この
穴部にその下部に設けられた円柱部を挿入して配置され
低摩擦材を介して上下方向用アクチュエータ３２の下端
を支持するブロック部材３１と、上下用支持部材２４の
上面に固定されかつ前記ブロック部材３１の側面に形成
された平面の一部に面で当接して設けられた回り止め部
材３４と、を含んで構成されている。

【００２４】高さ調整部材５５は次のように作用する。
すなわち、回転ノブ部材２８を回転させると、傘歯車２
５Ａ，２５によってねじ部材２６が回転される。傘歯車
２５の軸に対してねじ部材２６の下端中央部に設けた矩
形断面の穴部は上下方向にスライドすることができるよ
うになっているから、ねじ部材２６は回転すると共に上
下用支持部材２４のねじ穴に対して上下方向に移動す
る。また、ねじ部材２６の上端部には円形の穴部が設け
られ、この穴部に低摩擦材を介して上下方向用アクチュ
エータ３２の下端を支持するブロック部材３１の下部に
設けられた円柱部が挿入されており、さらにブロック部
材３１の側面の平面の一部が上下用支持部材２４に設け
られた回り止め部材３４と面で接しているため、ねじ部
材２６が傘歯車２５によって回転されて上下方向に移動
すると、上下方向用アクチュエータ部材３２ａも回転す
ることなしに一緒に上下移動する。したがって、上下方
向用アクチュエータ３２ａの高さ方向位置を調節して、
上下方向用アクチュエータ３２ａの上端をストッパ部材
３５に（すなわち、上板２９に）押し付けることが可能
である。なお、上下方向用アクチュエータ３２ａの上端
部にはせん断変形を許すせん断弾性部材３３が設けられ
ている。

【００２５】また、上板２９と台座２２のつば部とを締
結するボルトナット式の圧縮部材３６が設けられ、この
圧縮部材３６により、筒状弾性体２３に基板４を含む搭
載機器５０の重量による圧縮変位分に略等しい変位だけ
予め圧縮変位（予備圧縮変位）を加えることができるよ
うになっている。圧縮部材３６と台座２２のつば部側と
の間に、下板２１と上板２９との相対変位を拘束しない
ように、弾性保持部材３７を設け、実際にアクティブ防
振マウント３に基板４及び搭載機器５０を搭載した時、
筒状弾性体２３がさらに若干圧縮されるように予備圧縮
変位を調整しておく。

【００２６】さらに、本実施の形態では、前述のよう
に、筒状弾性体２３の上端部に底付きの円筒状のストッ
パ部材３５が底を上にしてかぶせられ、筒状弾性体２３
の上端部と上板２９の間にストッパ部材３５の底部が位
置している。また、このストッパ部材３５の円筒部下端
は筒状弾性部材２３と台座２２の内径の大きい部分の内
周面との間に位置し、両者との間にある程度の間隙を保
っている。このストッパ部材３５は地震が発生した場合
に、特に、水平方向の地震力に対して、本アクティブ除
振マウント３の破損を防止するものである。上下方向の
地震力に対しては、圧縮部材として圧縮方向に剛性を持
つ棒部材（例えば、図１における圧縮部材３６に上板２
９の下側に所要の間隔をおいて締めつけナットを設けた
もの）を用いることによって本アクティブ除振マウント
３の破損を防止することができる。なお、上下方向用の
ストッパ部材として圧縮部材３６を用いない場合は、予
備圧縮のための圧縮部材としてワイヤを用いてもよい。

【００２７】また、台座２２のつば部上には、一方の端
部が開放された溝を備えた一対の水平支持部材３８が、
前記溝の軸線を互いに一致させ、かつ開放側端部を前記
荷重伝達部材３９ａを挟んで対向させて前記つば部に固
定されており、水平方向用アクチュエータ３２ｂが作動
端を溝の開放側端部に向けてこの溝に装着されている。
水平支持部材３８の前記溝の他方の端部の壁面には、装
着された水平方向用アクチュエータ３２ｂの軸線に軸線
を一致させてねじ穴が形成され、このねじ穴にボルト部
材４２が頭を溝の外にして（先端を溝の中にして）螺合
されている。ボルト部材４２の先端は、前記溝に溝軸線
方向に移動可能に挿入された加圧部材４０ａを介して水
平方向用アクチュエータ３２ｂの後端（作動端と反対側
端部）に当接し、ボルト部材４２の頭を回すことで、水
平方向用アクチュエータ３２ｂを前記荷重伝達部材３９
ａ側に押付けることができるようになっている。加圧部
材４０ａは、前記溝の壁面に面で接しており、ボルト部
材４２が回転しても加圧部材４０ａは回転しない。２つ
の水平方向用アクチュエータ３２ｂの作動端間に上板２
９に取り付けられた荷重伝達部材３９ａの下部が位置
し、この２つの水平方向用アクチュエータ３２ｂの作動
端は、ボルト部材４２の回転により荷重伝達部材３９ａ
を挟み付けることができる。なお、この実施の形態では
２つの水平方向用アクチュエータ３２ｂの作動端と荷重
伝達部材３９ａとの間にはせん断部材３３が設けられて
いる。

【００２８】この実施の形態では、各アクティブ除振マ
ウント３の一対の水平方向用アクチュエータ３２ｂはそ
の軸線方向が同じ方向（軸線が同じ直線上にある方向）
になるように配置されている。この場合のアクティブ除
振マウント３は、架台２に対し、図９のように、対角線
上のアクティブ除振マウント３の水平方向用アクチュエ
ータの軸線が互いに平行になるように、かつ一方の対角
線上のアクティブ除振マウント３の水平方向用アクチュ
エータの軸線と、他の対角線上のアクティブ除振マウン
ト３の水平方向用アクチュエータの軸線とが、互いに直
交するように配置される。また、これらの上下方向用と
水平方向用アクチュエータには、高即応性及び高精度な
分解能を有する積層型圧電アクチュエータもしくは超磁
歪アクチュエータを用いることが望ましい。さらに筒状
弾性体であるコイルばねのサージング等を防止するため
に、コイルばねの隙間に粘弾性部材３０ａを設けてい
る。また、筒状弾性体２３として、コイルばねの他に中
空の防振ゴムを用いてもよい。なお、上下方向用アクチ
ュエータを筒状弾性体の中央に設ける大きな理由は、ア
クティブ除振マウントのコンパクト化のためであるが、
搭載荷重が小さいために、筒状弾性体が用いられない場
合には、通常の弾性体と上下方向用アクチュエータを隣
接して並列に配置してもよい。

【００２９】上記アクティブ除振マウントの各アクチュ
エータは、当該アクティブ除振マウント内で動作するよ
うに構成され、据え付け後も基板４或いは架台２など当
該アクティブ除振マウント外部の構造には連結されな
い。したがって、アクティブ除振マウント単体でアクチ
ュエータの調整を行うことが可能であり、据え付け後の
調整作業が少なくて済む。

【００３０】次に、鏡筒５の上部を囲うように設けたア
クティブマスダンパ２０の詳細を、図３と図４を参照し
て説明する。アクティブマスダンパ２０は、断面がＬ字
形のリング状をなし縦の辺を鏡筒５の上部外周面に接し
て固着された取付部材４４と、この取付部材４４の横の
辺（つば部）の上にせん断弾性部材３３ｃを介して載置
されて鏡筒５の上部を囲うリング状の錘部材４５と、取
付部材４４の縦の辺の外周面と錘部材４５の内周面の間
に、放射状に配置され取付部材４４の縦の辺に支持され
た複数個（本実施の形態では、直交する水平２軸方向に
均等に分散配置された４個）の水平方向用アクチュエー
タ３２ｃと、錘部材４５の前記水平方向用アクチュエー
タ３２ｃの軸線に対応する位置に形成されたねじ穴に頭
を外側にして螺合され先端側を加圧部材４０ａとせん断
部材３３を介して水平方向用アクチュエータ３２ｃに当
接したボルト部材４２と、を含んで構成されている。な
お、錘部材４５の上面には、その振動状態を測定する複
数個の振動センサ１７が装着されている。また、水平方
向用アクチュエータ３２ｃの取付部材４４側の端部は、
取付部材４４のねじ孔に螺合されて固定されている。

【００３１】この構成により、取付部材４４の下部に設
けたつば部によりせん断弾性部材３３ｃを介してリング
状の錘部材４５が支持されるので、錘部材４５の自重に
より水平方向用アクチュエータ３２ｃに加わるせん断力
が防止され、錘部材４５にねじ込まれたボルト部材４２
により加圧部材４０ａとせん断部材３３を介して水平方
向用アクチュエータ３２ｃに圧縮荷重が加えられる。な
お、ここで用いられる水平方向用アクチュエータ３２ｃ
は積層型圧電アクチュエータもしくは超磁歪アクチュエ
ータが望ましい。

【００３２】今、鏡筒６とこれを支持するチャンバ５の
天板の面外変形により生じる振動モードの固有振動数は
数百Ｈｚにあるが、この固有振動数が低い場合の方がア
クチュエータのストロークを長くとる必要がある。そこ
で、仮にこの固有振動数を１００Ｈｚとし、錘部材４５
を５００ｃｍ／ｓ₂の加速度で動かす必要があった場合
について、ここで用いられる水平方向用アクチュエータ
３２ｃのストロークを試算すると、水平方向用アクチュ
エータ３２ｃのストロークは２５μｍで十分である。従
って、積層型圧電アクチュエータを用いることが可能で
ある。また、本アクティブマスダンパ２０は、水平２方
向のマスダンパ効果が得られる構成になっているが、リ
ング状の錘部材４５を共通にすることによって、主質量
系の鏡筒６に対して質量比を大きくすることができ、従
って、大きなマスダンパ効果を得ることができる。

【００３３】次に、図１及び図５を用いて、この実施の
形態の作用を説明する。床振動あるいはステージ７等の
可動部材の移動あるいは基板上のその他の加振源によ
り、基板４及び電子ビーム描画装置の鏡筒６等が加振さ
れると、除振用コントローラ１８は、基板４及び鏡筒６
等に設けた振動センサ１７の信号に基づいて、アクティ
ブ除振マウント３の各アクチュエータ３２ａ，３２ｂ及
びアクティブマスダンパ２０のアクチュエータ３２ｃ
を、基板４の絶対加速度あるいは絶対変位及び電子ビー
ム描画装置本体の部材間又は部材と基板間の相対変位も
しくは相対加速度を抑制するように制御する。特に、基
板４及び鏡筒６等に設けた振動センサ１７の水平方向振
動（変位）を示す出力の差、すなわち、基板４と鏡筒６
の水平方向相対変位が少なくなるように制御して、電子
ビーム描画装置本体の部材間（電子銃とウェハー間）又
は部材（電子銃）と基板間の水平方向相対変位を優先的
に抑制する。

【００３４】除振用コントローラ１８は、制御系として
は、パッシブ除振部材である筒状弾性体２３とこれに並
列に設けられる上下方向用アクチュエータ３２ａ及び水
平方向用アクチュエータ３２ｂを含んで構成されるアク
ティブ除振マウント３と、これによって支持される基板
４からなる振動モデルだけでなく、前記基板４に搭載さ
れた機器本体の振動モデルをも制御の対象とし、機器の
主要な振動モードの固有振動数をも制御範囲とする。

【００３５】除振用コントローラ１８はまた、アクティ
ブマスダンパ２０のアクチュエータとして積層型圧電ア
クチュエータを用いることにより、数１００Ｈｚの高振
動数の振動モードも制御可能であり、例えば、鏡筒６と
チャンバ５の天板からなる振動系に対しても、鏡筒６の
振動状態を鏡筒６の上部に設置した振動センサ１７によ
って把握することにより、鏡筒６の振動を抑制すること
ができる。特に、機器内の加振源によって鏡筒６が振動
することにより発生していたステージ７と電子銃１０と
の相対変位が抑制されることによって、ステージ７が高
速で移動しても描画ずれを抑制することが可能となる。
さらに、アクティブマスダンパ２０によって直接的に鏡
筒６に大きな制振力を加えることができるため、ステー
ジ７の大きな加速度での加減速によって発生する衝撃的
な加振力に対しも、鏡筒６の振動を抑制することができ
る。

【００３６】また、ステージ７等の可動部材の作動状態
を予め、機器用コントローラ９から移動方向、移動速
度、タイミングなどの情報として、除振用コントローラ
１８に取り込むことにより、アクティブマスダンパ２０
をフィドフォワード的に制御し、衝撃的な加振力に対し
ても最初の応答から制振効果を発揮することが可能であ
る。なお、搭載機器にアクティブマスダンパ２０を設け
ることができない場合は、基板４に設けてもよい。ま
た、万一、アクティブ除振装置の稼働中に大きな地震が
発生しても振動センサ１７により地震の大きさを判断し
て制御を中止すると共に、水平方向の地震力はストッパ
部材３５により、上下方向の地震力は圧縮部材３６によ
り、それぞれストッパ機能が発揮され、アクティブ除振
装置の損傷が防止される。

【００３７】上述のように前記実施の形態によれば、基
板および機器本体に設けられた振動センサによる信号が
除振用コントローラに入力され、基板と基板を支持する
アクティブ除振マウントからなる振動モデルに加えて機
器本体（電子ビーム描画装置）の振動モデル（床振動の
周波数範囲だけでなく、機器の主要な振動モードの固有
振動数範囲をも含む）を考慮したフィードバック制御信
号とフィードフォワード制御信号によりアクティブ除振
マウントに設けられた上下方向用及び水平方向用アクチ
ュエータを制御することにより、床振動及び精密機器内
の加振力に対する基板及び精密機器本体の振動を速やか
に抑制することができる。さらに、機器内に衝撃力を発
生する振動源（加振源）があっても、機器本体に設けら
れたアクティブマスダンパにより制振力を発生させて、
インパルスのような振動に対しても効果的な振動抑制が
可能である。しかも発生外力の振動特性及び精密機器の
動作を制御する機器コントローラから、インパルス外乱
を発生するタイミングを知らせる信号（例えば、ステー
ジの動作を制御する信号）を予め除振用コントローラに
もらうことによって、高精度なフィードフォワード制御
が可能となる。

【００３８】図７と図８は本発明の第２の実施の形態の
縦断面図と横断面図を示したものである。この実施の形
態と図１、図２に示す実施の形態との違いは、アクティ
ブ除振マウント３の水平方向用アクチュエータの配置の
仕方にあり、本実施の形態では水平方向用アクチュエー
タ３２ｂが互いに直交する軸方向に１本づつ、２軸方向
に配置されている点である。これらの水平方向用アクチ
ュエータ３２ｂと荷重伝達部材３９ｂとの取り付けは、
例えば、図１０のように本アクティブ除振マウント３を
配置して、軸線（作用線）が一直線上に並ぶ２本の水平
方向用アクチュエータ３２ｂについて同時に行う。この
ように行うことにより、アクティブ除振マウント３の初
期設定の際、基板４の位置を変えないで済む。

【００３９】以下、図７と図８に示す実施の形態の詳細
を説明する。前記図１、図２に示す実施の形態と異なる
点につき説明し、同じ部分については説明を省略する。
台座２２のつば部の上に、断面Ｌ字形の一対の水平支持
部材３８が、その縦の辺の表面の延長面を互いに直交さ
せるようにして、かつ、その面がほぼ四角形をした下板
２１の角部の一つにそれぞれ対向するようにして、断面
Ｌ字形の横の辺を前記つば部上面に固定して設置され
る。水平支持部材３８の前記縦の辺の、前記角部に対向
する面の反対側の面に対向して、荷重伝達部材３９ｂが
上板２９から下方に向かって突出した状態で固定され
る。すなわち、本実施の形態においては、荷重伝達部材
３９ｂは、水平方向用アクチュエータ３２ｂ１台ごとに
配置されている。荷重伝達部材３９ｂの水平支持部材３
８の前記縦の辺に対向する側には、軸線を前記縦の辺に
垂直にして断面角形の貫通しない穴（角穴）が形成され
ており、この角穴に断面が同じ角形の加圧部材４０ｂが
挿入されている。加圧部材４０ｂの水平支持部材３８側
端部にはせん断部材３３が装着されている。荷重伝達部
材３９ｂの前記角穴の底となる部分には、前記角穴と軸
線を一致させ前記角穴よりも小さい径の丸穴が貫通させ
てある。

【００４０】加圧部材４０ｂの前記丸穴に対向する側に
は、軸線を前記丸穴に軸線を一致させてねじ孔が形成さ
れており、このねじ穴に、前記丸穴を通して挿入され
た、ねじ軸部と回転ノブ部を持つ回転部材５４のねじ軸
部が螺合している。回転部材５４のねじ軸部には、回転
ノブ部に近い位置にくびれ部が形成され、回転部材５４
はこのくびれ部に嵌めこまれ前記荷重伝達部材３９ｂの
前記丸穴周囲に固定された半割れ部材５３により、荷重
伝達部材３９ｂに対し軸方向に移動しないように拘束さ
れている。水平方向用アクチュエータ３２ｂは、一端を
前記水平支持部材３８の前記縦の辺に支持され、他端は
せん断部材３３を介して前記加圧部材４０ｂの軸方向前
記水平支持部材３８側の端部と当接している。

【００４１】したがって、回転部材５４の回転ノブ部を
回すと、軸部のくびれ部が半割れ部材５３により支持さ
れて軸方向の動きが拘束されているため、回転部材５４
は軸方向には移動できないが、加圧部材４０ｂのねじ孔
に螺合したねじ軸部の回転により、加圧部材４０ｂを軸
方向に移動させることができる。しかも加圧部材４０ｂ
の断面が矩形であることにより、加圧部材４０ｂは荷重
伝達部材３９ｂ内では回転せず、水平方向用アクチュエ
ータ３２ｂには回転力を与えずに、加圧部材４０ｂを介
して水平方向用アクチュエータ３２ｂを前記水平支持部
材３８に押し付ける方向の力を加えることが可能とな
る。

【００４２】図７、図８に示すアクティブ除振マウント
を用いる場合の架台２へのアクティブ除振マウント配置
例を図１０に示す。図示のように、同様な水平方向用ア
クチュエータを備えたアクティブ除振マウントを組合
せ、各水平方向用アクチュエータの軸線（作用線）が他
のいずれかのアクティブ除振マウントの水平方向用アク
チュエータの一つの作用線と同一直線上にあって互いに
反対方向に作用するように配置する。

【００４３】また、本実施の形態では、粘弾性部材３０
は上下方向用アクチュエータ３２ａと並列に、上下支持
部材２４上部の水平板上に配置されたホルダ部材５１と
上板２９との間に設けられる。粘弾性部材３０の作用
は、図１と図２の実施の形態と同じである。上板２９の
下面に装着された外れ防止部材５２は、前記図１に示し
たストッパ部材３５に相当し、水平方向の地震動に対し
て筒状弾性体２３の外れを防止する。

【００４４】図１１に、本発明を電子顕微鏡５６に適用
した例を示す。電子顕微鏡の場合、チャンバ５の下方に
延在する部分が長いので、図示のように架台２Ａを床１
から起ちあがる枠状に形成し、この枠状の起ちあがり部
分に支持台を設けて前記図１、図２に示したと同様のア
クティブ除振マウント３を設置している。前記図５に示
す実施の形態と同様に、アクティブ除振マウント３で基
板４を支持し、基板４上にチャンバ５が設置され、チャ
ンバ５の上に鏡筒６が立てられている。チャンバ５内に
試料台７Ａが設置され、鏡筒６上部に設置された電子銃
１０により、試料が照射される。電子顕微鏡の場合、装
置内部の可動部の動作による振動は制御の対象にするほ
どではないが、鏡筒６の振動による顕微鏡視野のゆれを
防止するために、鏡筒６上部外周にアクティブマスダン
パ２０を設置してある。アクティブマスダンパ２０の構
成は、前記図３、図４に示したものと同じであり、鏡筒
６上部及びアクティブマスダンパ２０に設置した振動セ
ンサ１７から出力される振動情報に基づいて、鏡筒６の
変位を防止するように水平方向アクチュエータ３２Ｃが
駆動される。床からの振動入力による基板４の振動の防
止については、前記電子ビーム描画装置について説明し
たと同様であり、ここでは説明を省略する。

【００４５】縮小投影露光装置についても、同様の構成
により、投影の光源と投影の受光面の振動に基づく相対
変位を防止することができる。

【００４６】なお、前記各実施の形態におけるアクティ
ブ除振マウントは、図１、図２に記載されたものでも、
図７、図８に記載されたものでも、同様な効果が得られ
る。

【００４７】上記各実施の形態では、鏡筒６の上部にア
クティブマスダンパ２０が装着され、除振コントローラ
１８は、アクティブ除振マウント３とアクティブマスダ
ンパ２０の双方を制御して機器の除振を行う構成となっ
ているが、アクティブマスダンパ２０が装着されていな
い場合でも、基板４に搭載された機器の基板との相対変
位を抑制したい位置に振動センサを装着し、この振動セ
ンサと基板の振動を検出する振動センサの出力を入力と
し、機器の振動数範囲をも制御対象範囲としてアクティ
ブ除振マウント３の各アクチュエータの動作を制御する
除振コントローラを設けることにより、基板４に搭載さ
れた機器の上下に離れた位置の水平方向相対変位を抑制
してその機器の精度を向上させるとともに、スループッ
トを向上させることが可能となる。基板に搭載される機
器が前記電子ビーム描画装置のように加振源を内蔵して
いる場合には、さらに、その加振源を駆動制御する機器
コントローラの制御信号を用いてフィードフォワード的
にアクティブ除振マウント３の各アクチュエータの動作
制御をおこなうことにより、効果的に振動や、相対変位
を低減させることが可能である。

【００４８】すなわち、アクティブ除振マウントと機器
本体に設置したアクティブマスダンパを併用し、アクテ
ィブ除振装置で支持された基板とその基板に搭載される
機器の振動データを入力として前記アクティブ除振マウ
ントと機器本体に設置したアクティブマスダンパのアク
チュエータを制御することによって、床振動入力及び機
器内部に作用する加振力による振動を低減するととも
に、床振動入力及び機器内部に作用する加振力による基
板の絶対変位や機器の部材間の相対変位を低減させ、機
器の精度向上及びスループットの向上という効果が得ら
れる。

【００４９】

【発明の効果】上述のとおり本発明によれば、床からの
振動入力に起因する機器振動による機器本体上下での相
対変位を抑制することが可能になる。また、機器本体内
部の可動部の運動による機器本体上下での相対変位を抑
制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクティブ除振マウントの一実施の形
態の縦断面図である。

【図２】図１に示す実施の形態の横断面図である。

【図３】本発明のアクティブマスダンパの一実施の形態
の縦断面図である。

【図４】図３に示す実施の形態の横断面図である。

【図５】本発明のアクティブ除振装置を電子ビーム描画
装置に適用した一実施の形態の縦断面図である。

【図６】図５に示す実施の形態の平面図である。

【図７】本発明のアクティブ除振マウントの別の実施の
形態の縦断面図である。

【図８】図７に示す実施の形態の横断面図である。

【図９】図１、図２に示す実施の形態の配置例を示す横
断面図である。

【図１０】図７、図８に示す実施の形態の配置例を示す
横断面図である。

【図１１】本発明のアクティブ除振装置を電子顕微鏡に
適用した実施の形態の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 床 ２、２Ａ 架台 ３ アクティブ除振マウント ４ 基板 ５ チャンバ ６ 鏡筒 ７ ステージ ７Ａ 試料台 ８ モータ ９ 機器用コントローラ １０ 電子銃 １１ ローパスフィルタ １２ Ａ／Ｄ変換器 １３ ＤＳＰ １４ パーソナルコンピュータ １５ Ｄ／Ａ変換器 １６ アンプ １７ 振動センサ １８ 除振用コントローラ ２０ アクティブマスダンパ ２１ 下板 ２２ 台座 ２３ 筒状弾性体 ２４ 上下用支持部材 ２５、２５Ａ 傘歯車 ２６ ねじ部材 ２７ 軸部材 ２８ 回転ノブ部材 ２９ 上板 ３０ 粘弾性部材 ３１ ブロック部材 ３２ａ 上下方向用アクチュエータ ３２ｂ 水平方向用アクチュエータ ３２ｃ アクティブマスダンパの水平方向用アクチュエ
ータ ３３ せん断弾性部材 ３４ 回り止め部材 ３５ ストッパ部材 ３６ 圧縮部材 ３７ 弾性保持部材 ３８ 水平支持部材 ３９ 荷重伝達部材 ４０ 加圧部材 ４２ ボルト部材 ４４ 取付部材 ４５ 錘部材 ５０ 搭載機器 ５１ ホルダ部材 ５２ 外れ防止部材 ５３ 半割れ部材 ５４ 回転部材 ５５ 高さ調整部材 ５６ 電子顕微鏡

フロントページの続き (72)発明者 大竹 生司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 今野 隆雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 (72)発明者 中村 富男 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 Ｆターム(参考） 3J048 AA02 AB07 AD01 BC02 BD08 BF12 CB22 DA01 EA13 3J069 BB01 CC01 EE61 5F046 AA23 CC20 DA04 DB14 DC14

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機器が搭載された基板に水平方向の力を
   加える水平方向用アクチュエータと、前記基板に上下方
   向の力を加える上下方向用アクチュエータと、前記基板
   の振動を検出する振動センサと、該振動センサの出力を
   入力として前記水平方向用及び上下方向用アクチュエー
   タの動作を制御する除振用コントローラと、を含んで構
   成されて前記機器の振動を抑制するアクティブ除振装置
   において、 前記機器の振動を検出する振動センサを設け、 前記除振用コントローラは、前記基板の振動を検出する
   振動センサの出力と前記機器の振動を検出する振動セン
   サの出力を入力として前記水平方向用アクチュエータの
   動作を制御するように構成されていることを特徴とする
   アクティブ除振装置。
2. 【請求項２】 機器が搭載された基板に水平方向の力を
   加える水平方向用アクチュエータと、前記基板に上下方
   向の力を加える上下方向用アクチュエータと、前記基板
   の振動を検出する振動センサと、該振動センサの出力を
   入力として前記水平方向用及び上下方向用アクチュエー
   タの動作を制御する除振用コントローラと、を含んで構
   成されて前記機器の振動を抑制するアクティブ除振装置
   において、 前記機器あるいは基板に対して水平方向に移動可能に配
   置され自重を前記機器或いは基板に支持された錘部材
   と、該錘部材を前記機器あるいは基板に対して水平方向
   用アクチュエータと、を含んでなるアクティブマスダン
   パと、 前記機器の振動を検出する振動センサ及び前記錘部材の
   振動を検出する振動センサと、を有してなり、 前記除振用コントローラは、前記機器の振動を検出する
   振動センサ及び前記錘部材の振動を検出する振動センサ
   の出力を入力として、前記基板に水平方向の力を加える
   水平方向用アクチュエータと前記錘部材を水平方向に移
   動させる水平方向用アクチュエータの動作を制御するよ
   うに構成されていることを特徴とするアクティブ除振装
   置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のアクティブ除振装置
   において、前記除振用コントローラは、前記機器の振動
   を検出する振動センサの出力と前記基板の振動を検出す
   る振動センサの出力を入力として、両者の水平方向の変
   位を表す出力の差を検出し、前記基板に水平方向の力を
   加える水平方向用アクチュエータの動作を、前記差を低
   減させるように制御するものであることを特徴とするア
   クティブ除振装置。
4. 【請求項４】請求項２記載のアクティブ除振装置におい
   て、前記錘部材は前記機器の一部を囲うように一体型リ
   ング状に形成され、前記錘部材を水平方向に移動させる
   水平方向用アクチュエータは前記機器と前記錘部材との
   間に配置され、前記錘部材の自重を支持する環状の部材
   が前記機器に設けられていることを特徴とするアクティ
   ブ除振装置。
5. 【請求項５】 請求項２または３に記載のアクティブ除
   振装置において、基板に搭載された前記機器は加振源と
   なる可動部と該可動部を制御駆動する機器コントローラ
   を有してなり、 前記除振用コントローラは、前記各振動センサの出力に
   加え、前記機器コントローラから出力される前記可動部
   の動作状態を示す信号を入力として、前記基板に力を加
   える水平方向用アクチュエータと前記錘部材を水平方向
   に移動させる水平方向用アクチュエータの動作を制御す
   るように構成されていることを特徴とするアクティブ除
   振装置。