(57)【要約】【課題】被描画材料や試料を所定の位置にセットする際、振動が発生しても正確に装填することができる精密機器における除振装置を実現する。【解決手段】空気バネ容器４と固定容器６とを結ぶ管路が開かれた状態となっている場合、空気バネ容器４にかかる荷重により圧縮される空気の体積は、概ね空気バネ容器４と固定容器６の容積を加えたものである。一方、開閉弁２０が閉じられると、空気バネ容器４と固定容器６との間の管２１はその途中で遮断された状態となる。このとき、空気バネ容器４にかかる荷重により圧縮される空気の体積は、概ね空気バネ容器４の容積となる。この状態では、空気バネ機構としてのバネ定数が高く（剛性が高く）、空気バネ容器４にかかる荷重が変動しても、定盤１は上下方向に変位しづらくなる。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に圧縮空気が入れられた第１の容器と、第１の容器の上部に設けられ、壁部が弾性体によって形成され、内部に圧縮空気が入れられた第２の容器よりなる除振構造と、除振構造を床と振動が伝えられることを防止すべき精密機器との間に配置し、第１の容器と第２の容器の内部とを開閉弁を有した管路によって結び、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際、開閉弁を閉じ、第２の容器内の圧縮空気により除振を行なうように、除振構造の剛性を高めるようにした精密機器における除振装置。
【請求項２】
内部に圧縮空気が入れられた第１の容器と、第１の容器の上部に設けられ、壁部が弾性体によって形成され、内部に圧縮空気が入れられた第２の容器よりなる除振構造と、除振構造を床と振動が伝えられることを防止すべき精密機器との間に配置し、第１の容器と第２の容器の内部とを開閉弁を有した管路によって結び、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際、開閉弁を閉じ、第２の容器内の圧縮空気により除振を行なうように、除振構造の剛性を高めるようにすると共に、開閉弁が閉じられた際、第１の容器内の空気圧力と第２の容器内の空気圧力とを比較し、開閉弁を開ける前に第１と第２の容器内の圧力をほぼ等しくする機構を有した精密機器における除振装置。
【請求項３】
精密機器は電子ビーム描画装置であり、被描画材料を描画室の一端に設けられたロードロック弁を介して搬入あるいは搬出する際に開閉弁が閉じられるように構成した請求項１〜２の何れかに記載の精密機器における除振装置。
【請求項４】
ロードロック弁の開閉駆動を行なうためのシリンダの動きに応じて開閉弁が開閉させられる請求項３記載の精密機器における除振装置。
【請求項５】
各弁の開閉を制御する制御回路からの制御信号により開閉弁の開閉を行うようにした請求項１〜２の何れかに記載の精密機器における除振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、電子顕微鏡や電子ビームによってマスクパターン等を描画する電子ビーム描画装置などの精密機器に用いられる除振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過電子顕微鏡や走査電子顕微鏡などの電子顕微鏡では、試料の微小領域を高い倍率で観察しており、試料が載せられたステージに床などから振動が伝わると、ディスプレイ上や蛍光板上の像が揺れてしまい、精密な像観察ができなくなる。
【０００３】
また、電子ビーム描画装置では、高い位置精度でマスク材料に電子ビームによりマスクパターンを描画したり、直接ウェハ上に微小なパターンを電子ビームにより高い精度で描画を行っている。このような電子ビーム描画装置で被描画材料が載せられたステージに床などから振動が伝わると、微小なパターンを高い精度で描画ができなくなる。
【０００４】
このように、電子顕微鏡や電子ビーム描画装置などでは、観察や描画の最中に、主として装置が置かれている床からの振動が試料や被描画材料が載せられたステージや、電子ビームを集束したり偏向したりする電子ビーム光学系が内部に設けられた鏡筒に伝わらないような構成を用いている。
【０００５】
図１は通常良く用いられている空気バネ機構を用いた除振機構を示している。この図１において、１は定盤であり、この定盤上には電子顕微鏡であれば試料室や電子光学系鏡筒が載せられ、電子ビーム描画装置では、描画室や電子光学系鏡筒が載せられている。
【０００６】
定盤１は、直接床２に置かれず、空気バネ機構３を介して床に置かれる。この空気バネ機構３は、図２に示すように定盤１の４箇所（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）に取りつけられている。なお、図２は定盤１部分を上方から眺めた図であり、例えば、電子ビーム描画装置では、定盤１の上に描画室と電子光学系カラムが載せられる。定盤１上に置かれている描画室や電子ビーム光学系は図示されていない。
【０００７】
空気バネ機構３は、ゴムなどの弾性体材料で壁部が形成された空気バネ容器４と、空気バネ容器４の下部にその内部が絞り５によって連通している固定容器６より構成されている。空気バネ容器４と固定容器６の内部には、適宜な圧力の空気が封入されている。
【０００８】
このような空気バネ機構を床と定盤１との間に配置すれば、床２から伝わる振動は、弾性体材料で形成された空気バネ機構４によって吸収される。すなわち、床２からの振動は、空気バネ容器４の弾性体材料で形成された壁部を変形させることによって吸収され、振動は定盤１には伝わらないことになる。
【０００９】
なお、空気バネ容器４には管７が接続されており、管７の他端はレベル調整弁８に接続されている。レベル調整弁８は、空圧源９からの高い圧力の空気（圧縮空気）を空気バネ容器４に送り込むモードと、空圧源９と空気バネ容器４内との間の接続を遮断するモードと、空気バネ容器４内の空気をドレイン１０を介して外部に放出するモードとを切り換えるように構成されている。なお、１１は上記モードを切り換えるためのレバーの取っ手である。
【００１０】
このようなレベル調整弁８を設けることにより、定盤１を上方に僅かに上昇させたい場合には、空圧源９からの圧縮空気をレベル調整弁８、管７を介して空気バネ容器４内に送り込む。その結果、容器４や６内の空気圧が高めるられ、空気バネ容器４の弾性体材料の壁部が、定盤１およびその上に載せられている構造物の重さに抗して伸びることになり、これによって定盤１を上方に変位させることができる。
【００１１】
一方、定盤１を下方に僅かに下げたい場合には、管７とドレイン１０とをレベル調整弁８によって接続し、空気バネ容器４内の圧力空気をドレイン１０を介して放出する。この動作により、空気バネ容器４内の空気圧は減少し、空気バネ容器４の壁部が定盤１の重量によってつぶされるように変形し、これによって定盤１を下方に変位させることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上記した空気バネ機構を電子ビーム描画装置における振動除去のために用いた場合、図３に概略を示すように、定盤１の上に被描画材料が入れられる描画室１３とその上に電子光学系が入れられた鏡筒１４が置かれる。そして、定盤１と床２との間には、４つの空気バネ機構３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（３ｃ，３ｄは図示されていない。）が設けられており、定盤１は４つの空気バネ機構によって支えられることになる。なお、各空気バネ機構は、図１に示した構造を有している。
【００１３】
描画室１３の一端には、被描画材料を出し入れする際に開閉するロードロック弁１５が設けられている。新しい被描画材料１６が描画室１３に入れられる際には、ロードロック弁１５は開放され、自動搬入機構１７のアーム１８上に載せられた被描画材料１６は、描画室１３内の所定の位置まで搬入される。
【００１４】
被描画材料１６は、その位置でアーム１８から描画室内の所定位置に移される。その後、アーム１８はロードロック弁１５を介して描画室１３の外部に引き出される。アーム１８が外部に引き出された後、ロードロック弁１５は閉じられ、描画室１３内は真空に排気され、被描画材料への所定の描画が実行される。
【００１５】
なお、描画室に予備室が設けられ、材料を予備室に一旦入れ、予備室内を真空に排気した後、被描画材料を予備室から真空状態の描画室内に移動させることも行われている。その場合、ロードロック弁１５は予備室の一端に設けられ、被描画材料１６は、自動搬入機構１７のアーム１８により、その予備室に装填される。
【００１６】
上記のような構成において、ロードロック弁１５が開放状態のときの開口の大きさは、アーム１８および被描画材料１６のロードロック弁１５の方向から見た大きさに合わせてほぼ等しくされ、アーム１８と被描画材料１６とがロードロック弁１５を通過する際、余分な隙間を少なくするように設計されている。
【００１７】
また、アーム１８の移動により、被描画材料１６を描画室１３内の所定の位置までに搬送し、その位置でアーム１８から被描画材料１６を所定の位置に自動的に移すようにしているが、被描画材料をセットする位置はかなりの精度で行う必要がある。
【００１８】
このような構成において、床２からの振動が何らかの原因で発生すると、その振動は、各空気バネ機構３ａ〜３ｄに伝わる。そうすると、その振動により各空気バネ機構の空気バネ容器４が収縮あるいは膨張し、その振動を定盤１に伝わらないようにする。
【００１９】
その場合、例えば、４つの空気バネ機構３ａ〜３ｄの空気バネ容器４が同時に収縮した場合には、定盤１は下方に変位する。また、４つの空気バネ機構３ａ〜３ｄの空気バネ容器４が同時に膨張した場合には、定盤１は上方に変位する。更に、特定の空気バネ機構の空気バネ容器のみが収縮あるいは膨張した場合には、定盤１は傾斜することになる。
【００２０】
上記した定盤１が上方や下方に変位したり、傾斜した場合には、描画室１３の各構成要素、例えばロードロック弁１５や描画室１３内の被描画材料の装填位置と、自動搬入機構１７のアーム１８やアーム１８上の被描画材料１６との間の位置関係に狂いが生じる。
【００２１】
その結果、ロードロック弁１５を開放してアーム１８を移動させ、被描画材料１６を描画室１３内に挿入しようとする際、アーム１８や被描画材料１６がロードロック弁１５の一部に衝突したり、描画室１３内の所定の位置に正確に被描画材料をセットできなくなり、正常な材料の装填に支障を来たすことになる。
【００２２】
このような問題点は、透過電子顕微鏡や走査電子顕微鏡において、観察試料を自動的に所定の位置にセットする際にも生じる。
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、その目的は、被描画材料や試料を所定の位置にセットする際、振動が発生しても正確に装填することができる精密機器における除振装置を実現するにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に基づく精密機器における除振装置は、内部に圧縮空気が入れられた第１の容器と、第１の容器の上部に設けられ、壁部が弾性体によって形成され、内部に圧縮空気が入れられた第２の容器よりなる除振構造と、除振構造を床と振動が伝えられることを防止すべき精密機器との間に配置し、第１の容器と第２の容器の内部とを開閉弁を有した管路によって結び、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際、開閉弁を閉じ、第２の容器内の圧縮空気により除振を行なうように、除振構造の剛性を高めるようにしたことを特徴としている。すなわち、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際には、空気バネ定数を大きくして、精密機器の高さ方向の変位を著しく低減させる。
【００２４】
請求項２の発明に基づく精密機器における除振装置は、内部に圧縮空気が入れられた第１の容器と、第１の容器の上部に設けられ、壁部が弾性体によって形成され、内部に圧縮空気が入れられた第２の容器よりなる除振構造と、除振構造を床と振動が伝えられることを防止すべき精密機器との間に配置し、第１の容器と第２の容器の内部とを開閉弁を有した管路によって結び、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際、開閉弁を閉じ、第２の容器内の圧縮空気により除振を行なうように、除振構造の剛性を高めるようにすると共に、開閉弁が閉じられた際、第１の容器内の空気圧力と第２の容器内の空気圧力とを比較し、開閉弁を開ける前に第１と第２の容器内の圧力をほぼ等しくする機構を有したことを特徴としている。すなわち、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際には、空気バネ定数を大きくして、精密機器の高さ方向の変位を著しく低減させると共に、開閉弁を開ける際、第１と第２の容器内の圧力をほぼ等しくし、開閉弁を開けた際の振動の発生を防止する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図４、図５は本発明に基づく精密機器の除振装置の一例を示しており、図１に示した従来装置と同一ないしは類似の構成要素には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
この図４、図５において、１は定盤であり、この定盤上には電子顕微鏡であれば試料室や電子光学系鏡筒が載せられ、電子ビーム描画装置では、描画室や電子光学系鏡筒が載せられている。定盤１は、直接床２に置かれず、空気バネ機構３を介して床に置かれる。この空気バネ機構３は、図２に示した従来例と同様に、定盤１の４箇所に取りつけられている。
【００２７】
空気バネ機構３は、ゴムなどの弾性体材料で壁部が形成され、圧縮空気が封入された空気バネ容器４と、空気バネ容器４の下部にその内部に圧縮空気が入れられた固定容器６より構成されている。
【００２８】
このような空気バネ機構を床と定盤１との間に配置すれば、床２から伝わる振動は、弾性体材料で形成された空気バネ容器４によって吸収される。すなわち、床２からの振動は、空気バネ容器の弾性体材料で形成された壁部を変形させることによって吸収され、振動は定盤１には伝わらないことになる。
【００２９】
なお、図４、図５に示した実施の形態では、図１の従来装置で設けられていた固定容器内６と空気バネ容器４内とを連通する絞り５は除かれており、空気バネ容器４と固定容器６内とは、開閉弁２０が途中に設けられた管路２１によって接続されている。開閉弁２０は、従来技術の説明の際に参照した図３における描画室１３の一端に設けられたロードロック弁１５の駆動空圧シリンダ２２の動作に応じて動作させられる。
【００３０】
すなわち、開閉弁２０は、ロードロック弁１５の駆動空圧シリンダ２２のロードロック弁を開放する側の圧縮空気により動作するように管路２３により接続されている。なお、ロードロック弁１５の駆動空圧シリンダ２２には、ロードロック弁を閉じる側の圧縮空気が供給され、図４においては、ロードロック弁を開く側の圧縮空気が供給されている。このような構成の動作を次に説明する。
【００３１】
図４において、ロードロック弁駆動空圧シリンダ２２には、ロードロック弁１５を閉じる側の圧縮空気が供給されているため、開閉弁２０を動作させる圧縮空気は供給されず、空気バネ容器４と固定容器６とを結ぶ管路は開かれた状態となっている。
【００３２】
このとき、空気バネ容器４にかかる荷重により圧縮される空気の体積は、概ね空気バネ容器４と固定容器６の容積を加えたものである。ただし、この状態で、除振性能を発揮し、かつ、空気バネ容器４の容積が最小となるような容積で固定容器６は製作されている。
【００３３】
一方、図５の状態においては、ロードロック弁駆動空圧シリンダ２２には、ロードロック弁１５を開ける側に圧縮空気が供給されている。その結果、開閉弁２０を動作させる圧縮空気が管路２３を介して開閉弁２０に供給され、開閉弁２０は閉じられ、空気バネ容器４と固定容器６との間の管２１はその途中で遮断された状態となる。このとき、空気バネ容器４にかかる荷重により圧縮される空気の体積は、概ね空気バネ容器４の容積となる。
【００３４】
このように、図４の状態では、空気バネ容器４と固定容器６の容積を足した、より大きな容積の圧縮空気により振動の除去が可能となる。その一方で、開閉弁２０を閉じ、空気バネ容器４の容積により振動の吸収を行なうようにした図５の状態では、空気バネ機構としてのバネ定数が高く（剛性が高く）、空気バネ容器４にかかる荷重が変動しても、定盤１は上下方向に変位しづらくなる。
【００３５】
ところで、図３の説明の際に述べたように、一般にロードロック弁１５は開口面積が最小となるように設計されている。このロードロック弁１５を通過する搬送アーム１８に被描画材料１６を載せて描画室や予備室への搬入排出を行なう。搬送アームの基部が定盤１上にない場合、空気バネのバネ定数が小さい状態では、定盤１上の重心移動等の外乱により、ロードロック室と搬送アームとの相対的な位置が変化し、搬送ミスを起こす危険がある。甚だしい場合には、ロードロック弁と被描画材料とが接触することも生じる。
【００３６】
図４、図５に示した実施の形態では、ロードロック弁１５を開く動作に連動して、開閉弁２０を閉じ、空気バネ容器４の剛性を高めることができることになり、外乱による定盤１やその上に載せられる構成要素と、搬送アームとの位置関係の変位を小さくすることができ、結果として搬送ミスの危険を小さくすることができる。
【００３７】
図６、図７、図８は本発明の他の実施の形態を示しているが、図４、図５に示した装置と同一ないしは類似の構成要素には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。この実施の形態では、管路２１に設けれた開閉弁２０の開閉は、制御回路２５によって行なうようにしている。すなわち、制御回路２５は、ロードロック弁の開閉を行なうシリンダ２２も制御するようにしており、シリンダ２２の制御に同期して開閉弁２０の制御も行う。
【００３８】
また、空圧源９と固定容器６とが切替弁２６が途中に設けられた管路２７によって結ばれている。切替弁２６を駆動するシリンダ２８のＡポートは、空気バネ容器４と管路２９で結ばれ、シリンダ２８のＢポートは、固定容器６と管路３０によって結ばれている。
【００３９】
図６の状態では、図４の状態と同様に、開閉弁２０は開かれており、空気バネ容器４と固定容器６との間は管路２１によって結ばれている。一方、図７の状態では、図５の状態と同様に、開閉弁２０は閉じられている。この状態で空気バネ容器４にかかる荷重が変化しても、空気バネのバネ定数が高いために、定盤１の変位を小さくできるのは、前に述べたとおりである。
【００４０】
ただし、図５の状態で荷重が変動した場合は、空気バネ容器４と固定容器６との間に圧力差が生じる。このような圧力差が生じている状態で、開閉弁２０を開けると、圧縮空気の瞬間的な移動が生じ、空気バネ容器４は大きく変位することになる。
【００４１】
このような問題を解決するため、開閉弁２０により、空気バネ容器４と固定容器６とが隔てられた状態で荷重が変動しても、空気バネ容器４と固定容器６に圧力差が生じないように、固定容器６の圧力を調整した後に、開閉弁２０を開ければ、定盤１が大きく変位することは防止することができる。図６〜図８を参照しながら、この動作を説明する。
【００４２】
図８において、開閉弁２０により、固定容器６から隔てられた空気バネ容器４にかかる荷重が大きくなると、空気バネ容器４内の圧力は上昇する。すると、図７に示すように、圧力が等しい状態では、中立位置であったシリンダ２８内のピストンは、Ｂポート側に移動する。このピストンの移動と連動し、切替弁２６は固定容器６に圧縮空気を流入させる回路に切り替わる。
【００４３】
固定容器６内に圧縮空気が流入し、空気バネ容器４内の圧力と等しくなると、図７に示すように、シリンダ２８のピストンと切替弁２６は、中立位置に復帰する。このように、固定容器６内の圧力は、切替弁２６により、空気バネ容器４内と同じ圧力となるように常に調整される。
【００４４】
このように、空気バネ容器４の剛性を高めるために開閉弁２０により管路２１を閉じ、しかる後に空気バネ容器４にかかる荷重が変動した状態で、再度除振性能を得るために開閉弁２０を開いても、定盤１の安定を保つことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に基づく精密機器における除振装置は、内部に圧縮空気が入れられた第１の容器と、第１の容器の上部に設けられ、壁部が弾性体によって形成され、内部に圧縮空気が入れられた第２の容器よりなる除振構造と、除振構造を床と振動が伝えられることを防止すべき精密機器との間に配置し、第１の容器と第２の容器の内部とを開閉弁を有した管路によって結び、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際、開閉弁を閉じ、第２の容器内の圧縮空気により除振を行なうように、除振構造の剛性を高めるようにしたことを特徴としている。
【００４６】
このように構成したので、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際には、空気バネ定数を大きくして、精密機器の高さ方向の変位を著しく低減させることができる。その結果、電子ビーム描画装置などに本発明を実施すれば、被描画材料の描画室への搬入等を正確に行なうことができる。
【００４７】
請求項２の発明に基づく精密機器における除振装置は、内部に圧縮空気が入れられた第１の容器と、第１の容器の上部に設けられ、壁部が弾性体によって形成され、内部に圧縮空気が入れられた第２の容器よりなる除振構造と、除振構造を床と振動が伝えられることを防止すべき精密機器との間に配置し、第１の容器と第２の容器の内部とを開閉弁を有した管路によって結び、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際、開閉弁を閉じ、第２の容器内の圧縮空気により除振を行なうように、除振構造の剛性を高めるようにすると共に、開閉弁が閉じられた際、第１の容器内の空気圧力と第２の容器内の空気圧力とを比較し、開閉弁を開ける前に第１と第２の容器内の圧力をほぼ等しくする機構を有したことを特徴としている。
【００４８】
このように構成したので、除振構造上の精密機器の動作が除振構造に与える荷重に変化を生じさせる際には、空気バネ定数を大きくして、精密機器の高さ方向の変位を著しく低減させると共に、開閉弁を開ける際、第１と第２の容器内の圧力をほぼ等しくし、開閉弁を開けた際の振動の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の空気バネ除振装置を示す図である。
【図２】定盤と空気バネ除振機構との位置関係を示す図である。
【図３】空気バネ除振機構を用いた電子ビーム描画装置を示す図である。
【図４】本発明に基づく第１の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明に基づく第１の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明に基づく第２の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明に基づく第２の実施の形態を示す図である。
【図８】本発明に基づく第２の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１　定盤
２　床
３　空気バネ機構
４　空気バネ容器
５　絞り
６　固定容器
７，２１，２３，２９，３０　管路
８　調整弁
９　空圧源
１０　ドレイン
２０　開閉弁
２２，２８　シリンダ
２６　切替弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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