(57)【要約】【課題】本発明は粘弾性材を用いた動吸振器及び動吸振器を用いた荷電粒子線装置に関し、動吸振器の固有振動数を適切に調整することができる動吸振器及び荷電粒子線装置を提供することを目的としている。【解決手段】防振用ベースプレート５１に設置される動吸振器であって、ベースプレート５１上の所定位置に配置された粘弾性材５２と、該粘弾性材５２により支持された重量物５３とを備え、前記粘弾性材５２は、所定の大きさで分割された粘弾性材単位の集合体であり、該粘弾性材５２上に前記重量物５３が載置されているように構成する。【選択図】図１
2009079728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートに設置される動吸振器であって、
ベースプレート上の所定位置に配置された粘弾性材と、
該粘弾性材により支持された重量物とを備え、
前記粘弾性材は、所定の大きさで分割された粘弾性材単位の集合体であり、
該粘弾性材上に前記重量物が載置されている、
ことを特徴とする粘弾性材を用いた動吸振器。
【請求項２】
前記粘弾性材の厚みに対する幅を変化させることにより、見かけ上のバネ定数を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の粘弾性材を用いた動吸振器。
【請求項３】
前記粘弾性材の幅と厚みの比率を一定値以下にすることを特徴とする請求項１記載の粘弾性材を用いた動吸振器。
【請求項４】
ベースプレートと、
該ベースプレート上に支持された荷電粒子線装置本体と、
で構成された荷電粒子線装置において、
前記ベースプレートの所定の位置に請求項１乃至３の何れかに記載の動吸振器を設置したことを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粘弾性材を用いた動吸振器及び動吸振器を用いた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子顕微鏡のような試料に対する分析・観察・測定等の精密作業を行なう装置では、試料の水平面内及び鉛直軸方向（光軸方向）等の移動、回転等を高精度で行ない、種々の方向から観察や分析が行なわれる。
【０００３】
前記電子顕微鏡や試料を支持するために使用されるベースプレートに、外部からの振動（即ち外乱）が伝達されると、前記分析・観察・測定用の装置や試料等に振動が伝達されて、観察結果、分析結果等に悪影響が生じる。
【０００４】
また、前記分析・観察・測定等の精密作業を行なう装置は、非常に微細な部分の分析を行なうため、高精度に製作されている。このため、外部からの振動の伝達は精密に調整された装置に誤差を発生させる原因となる。
【０００５】
このような外乱から、荷電粒子線装置を守るために、種々の防振対策がなされる。従来のこの種の装置としては、４つの側辺を有する略長方形状の平板の４個のコーナ部または該コーナ部を切除した切除部分に隣接する部分の下面に防振マウント連結部が設けられた平板状のベース本体と、前記平板の４個のコーナ部分に隣接する部分の上面に支持された弾性を有する損失係数の高いダンピング材と、前記平板の４個のコーナ部分に隣接する部分の上面に対応して、前記ダンピング材の上に支持された４個の防振用重量物が設けられた装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
この動吸振器は、制御対象の周波数に対してその固有振動数が一致、或いは近接するように設計されるのが普通である。この動吸振器の固有振動数ｆは、重量物の質量をｍ［ｋｇ］、バネ定数をｋ［Ｎ／ｍ］とした時、
ｆ＝（１／２π）×√（ｋ／ｍ）    （１）
で表される。
【０００７】
固有振動数ｆを、例えばより低く調整するためには、重量物の質量ｍを大きくするか、粘弾性材の面積を狭くする、或いは厚みを増やすことによりバネ定数ｋを低くする方法が採られる。
【特許文献１】特許第３７４１５５８号公報（段落０００８〜０００９、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、固有振動数ｆを下げるために、重量物の質量ｍを大きくしようとしても、現実には設計上の理由から重量物の体積を大きくするには限界があり、密度の高い材料にも使用に制約がある。また、バネ定数ｋを小さくするために粘弾性材の使用面積を減じれば、減衰能力が低下してしまう。
【０００９】
また、粘弾性材の厚みを増す場合には、制振対象の振動振幅が一定であるため、粘弾性材に対する歪振幅が減少する。一般的に粘弾性材は歪み振動が大きくなるほど損失係数が大きくなる傾向があるため、歪み振幅の減少は動吸振器の減衰能を低めてしまう。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、第１に粘弾性材の面積や厚みを変えることなく、また重量物の質量も変化させずに、動吸振器の固有振動数を適切に調整することができ、第２により広い周波数域における減衰能を持たせることができる動吸振器及び荷電粒子線装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）請求項１記載の発明は、ベースプレートに設置される動吸振器であって、ベースプレート上の所定位置に配置された粘弾性材と、該粘弾性材により支持された重量物とを備え、前記粘弾性材は、所定の大きさで分割された粘弾性材単位の集合体であり、該粘弾性材上に前記重量物が載置されている、ことを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、前記粘弾性材の厚みに対する幅を変化させることにより、見かけ上のバネ定数を変化させるようにしたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記粘弾性材の幅と厚みの比率を一定値以下にすることを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、ベースプレートと、該ベースプレート上に支持された荷電粒子線装置本体と、で構成された荷電粒子線装置において、前記ベースプレートの所定の位置に請求項１乃至３の何れかに記載の動吸振器を設置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
（１）請求項１記載の発明によれば、所定の形状をした粘弾性材単位が所定間隔で配列されたものの上に重量物が載置されるようにすることで、動吸振器の損失係数を高めることができ、より広い周波数域の制振効果を得ることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、粘弾性材の厚みに対する幅を変化させることにより、動吸振器の固有振動数を低下させ、これによりこの性質を利用して粘弾性材の面積を減じたり、重量物の質量を大きくしたりすることなく、制振対象の周波数に合わせた動吸振器の固有振動数の調整を行なうことができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、粘弾性材の幅と厚みの比を変えて動吸振器の固有振動数を調整し、かつ損失係数を高い値で安定化させることができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、本発明の粘弾性材を用いた動吸振器を荷電粒子線装置に適用することにより、荷電粒子線装置の外乱による観察画像への影響を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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１は本発明の一実施の形態を示す構成図である。図では上下方向を横方向に描いている。図において、５１は制振対象としてのベースプレート、５２は該ベースプレート５１上の所定位置に配置された粘弾性材である。該粘弾性材５２は所定の大きさで分割された単位の集合体で構成されている。５３は該粘弾性材５２により支持された重量物（錘）である。重量物５３としては、例えば鉄製の直方体が用いられる。
【００１４】
図１の右側に示されるのは、粘弾性材の形状を示しており、短冊状の粘弾性材単位の集合体から構成されている。５２ａは単一の粘弾性材であり、５２ｂは２分割された粘弾性材であり、５２ｃは４分割された粘弾性材であり、５２ｄは８分割された粘弾性材であり、５２ｅは１６分割された粘弾性材である。例えば、粘弾性材５２ｃの場合を例にとる。この場合は、４個の粘弾性材単位５４より粘弾性材５２ｃが形成されていることを示している。このように構成された装置について以下に説明する。
【００１５】
粘弾性材５２は重量物５３の形状に合わせてほぼ全面に配置されている。これは、粘弾性材５２の使用面積を最大とし、減衰能を高くするためである。そして、図１の右側に示すように粘弾性材５２を短冊状に分割し、それぞれの間に間隙を設けて設置し、比較を行なった。用いた粘弾性材の厚みは２［ｍｍ］、総幅は６４［ｍｍ］である。これを、分割数１，２，４，８，１６（それぞれの幅は６４，３２，１６，８，４［ｍｍ］となる）とした場合にそれぞれに関して、制振対象から重量物５３への垂直方向の周波数伝達関数の測定を行なった。これらの比較結果を図２に伝達率として、図３に位相差として示す。
【００１６】
図２は周波数伝達関数比較を示す図である。図において、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は伝達率である。伝達率は、入力に対する出力の比として表される。ここで、横軸に周波数をとっているのは、騒音に対する粘弾性材の動吸振器の特性を知る必要からである。粘弾性材５２の厚みは何れも２ｍｍで共通である。ｆ１は分割無しの場合の特性を、ｆ２は１／２分割の場合の特性を、ｆ３は１／４分割の場合の特性を、ｆ４は１／８分割の場合の特性を、ｆ５は１／１６分割の場合の特性をそれぞれ示している。特性ｆ３〜ｆ５にかけては、５００Ｈｚ近辺から伝達率が減少していくことが分かる。ｆ１とｆ２に関しては、周波数５００Ｈｚから１０００Ｈｚにかけて、伝達率が１以上を示し、その後減衰していく。
【００１７】
図３は位相比較特性を示す図である。横軸は周波数[Ｈｚ]、縦軸は位相である。図３において、位相差が−９０°となる周波数が動吸振器の固有振動数となる。用いた粘弾性材の厚みは２[ｍｍ]、総幅は６４[ｍｍ]である。図中、ｆ１１は分割無しの場合の特性を、ｆ１２は１／２分割の場合の特性を、ｆ１３は１／４分割の場合の特性を、ｆ１４は１／８分割の場合の特性を、ｆ１５は１／１６分割の場合の特性をそれぞれ示している。
【００１８】
この特性を見ると、分割数が多くなる、つまり短冊の幅が狭くなるほど固有振動数が低下していることが確認された。全体のバネ定数が低下する効果は、防振ゴムの設計においては、形状効果として知られる特性を利用したものである。図４は角形防振ゴムの外形を示す図である。辺の長さが無限長、幅がａ、厚さがｈであるものとする。幅ａに対して長さが十分に長い場合は、等価的に長さを無限長と考えることができる。この時の初ヤング率をＥ、横弾性係数をＧとすると、形状率Ｓは
Ｓ＝ａ／２ｈ          （２）
で表される。この場合、図４に示す防振ゴムのヤング率と横弾性係数の比は、次式で表される。
【００１９】
Ｅ／Ｇ＝４＋３．２９０Ｓ2         （３）
従って、ほとんどの角形には（３）式が適用される。
ところで、厚みに対する幅の比率（例えば図４に示す場合はａ／ｈ）が小さくなるほど、見かけのバネ定数が低下する。これにより、粘弾性材の総面積を変化させることなく、動吸振器の固有振動数を調整できることが示された。
【００２０】
図３において、分割数が４以上となった時、つまり、特性ｆ１３〜ｆ１５において、位相の変化は緩慢となり一定の特性に収まった。分割数がより少ないｆ１１とｆ１２の場合は、位相の変化が急峻となっており、図２に示すように伝達率の最大値もこれに伴って増加している。このことは、粘弾性材の厚みに対する幅の比率をある程度以下にすることによって、見かけ上の損失係数を大きい値で安定させられることを示している。この実施の形態によれば粘弾性材の厚みに対する幅を変化させることにより、動吸振器の固有振動数を低下させ、これによりこの性質を利用して粘弾性材の面積を減じたり、重量物の質量を大きくしたりすることなく、制振対象の周波数に合わせた動吸振器の固有振動数の調整を行なうことができる。
【００２１】
損失係数が大きくなると、動吸振器の有効な周波数帯域幅が拡大する効果がある。図５は理想的な同調形吸振器によって加えられる力を示す図である。横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は吸振器力である。図は損失係数η＝０．１，０．２，０．５の場合について示している。同じ周波数パラメータに関して反力ＦＤの実数部と虚数部の変化を示している。この反力は、損失係数ηが小さい時には比較的狭い周波数帯域に限定されるが、損失係数が大きくなると、周波数帯域が増加することが分かる。この特性は、かなり広い周波数範囲を対象とする時には重要である。
【００２２】
前述した特許文献１に示される防振用ベースプレートでは、ベースプレートの有する複数の固有振動モードを同時に抑制することが求められる。よって、粘弾性材の分割によってより広い周波数帯域の制振ができることになり、周波数別に設けた複数の動吸振器を並列に使用する必要がない。
【００２３】
前述したように、伝達関数の最大値が低い値で安定するために必要な粘弾性材の幅と厚さの比は、粘弾性材の厚さが２［ｍｍ］及び３［ｍｍ］の時はおおむね８以下であった。しかしながら、厚さが１［ｍｍ］の場合は、この比がより小さくないと位相変化の特性は安定しなかった。前述したように、粘弾性材の厚みを薄くした方が歪み振幅は大きくなり、損失係数の増加が期待できるが、薄くした場合には伸縮方向のバネ定数は高くなるため、より分割数を増やして短冊の幅を狭くし、見かけのバネ定数を低くしなければならなくなる。
【００２４】
幅の方が厚さよりも小さくなると、構造としての安定性に欠けることになり、現実の適用が困難となる。この実施の形態によれば、粘弾性材の幅と厚みの比を変えて動吸振器の固有振動数を調整し、かつ損失係数を高い値で安定化させることができる。
【００２５】
なお、上述の説明では、粘弾性材単位として短冊状のものを用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、円形や正方形の粘弾性材を用いた場合でも同様の効果がある。
【実施例】
【００２６】
上述した実験により、厚さ２［ｍｍ］、幅１６［ｍｍ］×４枚の粘弾性材を用いた動吸振器を、前記特許文献１に示される防振用用ベースプレートに搭載し、音響加振下におけるベースプレート端部の加速度を測定した。動吸振器の有無による加速度スペクトルの比較を図６に示す。横軸は周波数、縦軸は周波数である。ｆ２１は動吸振器がない場合の特性を、ｆ２２は動吸振器がある場合の特性をそれぞれ示している。図より明らかなように、３００Ｈｚから１．３ｋＨｚにわたる広い周波数帯域において、動吸振器の効果が認められた。このベースプレートを搭載する装置はＳＥＭであるが、音響加振で発生する像ノイズ量の比較において、動吸振器の効果が顕著に認められた。
【００２７】
図７は本発明に係る動吸振器を用いた荷電粒子線装置の構成例を示す図である。ここでは、荷電粒子線装置として、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を用いた場合を例にとる。ＳＥＭ１は、架台２上に支持された４個のバネ定数の低い防振マウント３と、前記防振マウント３上に支持された防振用のベースプレートＰと、前記ベースプレートＰ上に支持された顕微鏡本体４を有している。該顕微鏡本体４には排気管６が接続されている。
【００２８】
図８は図７のベースプレートＰの説明図で、図８Ａは上面図、８Ｂは図７のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。図８において、防振用のベースプレートＰは、平板状のベース本体１１を有している。平板状のベース本体１１は、４つの側辺により形成される長方形状の平板の４個のコーナ部が切除された形状をしている。該切除部分の形状は直角二等辺三角形である。
【００２９】
前記斜辺１６〜１９に隣接してベース本体１１下面に防振マウント連結部２６〜２９が設けられている。該防振マウント連結部２６〜２９には、防振マウント３が連結されている。前記ベース本体１１下面の前記４個の防振マウント連結部２６〜２９の内側には枠状リブ３１が設けられている。枠状リブ３１は、各側辺１２〜１５にそれぞれ平行に側辺リブ３２〜３５と、前記各斜辺１２〜１５にそれぞれ平行に設けられた側辺リブ３２〜３５と、前記各斜辺１６〜１９に平行に且つ対向して配置された斜辺対向リブ３６〜３９を有している。
【００３０】
前記斜辺対向リブ３６〜３９のうち対向する一対の斜辺対向リブ３６，３９及び３７，３８はそれぞれ第１斜辺リブ３６，３９及び第２斜辺リブ３７，３８を構成している。そして、第１斜辺対向リブ３６，３９と第２斜辺対向リブ３７，３８とは互いに垂直に配置されている。
【００３１】
前記側辺リブ３２〜３５及び斜辺対向リブ３６〜３９により形成される前記枠状リブ３１は、前記４個の各防振マウント連結部２６〜２９が同一形状とならないように前記ベース本体１１下面の中心に対して非対称に構成されている。
【００３２】
また、前記各斜辺対向リブ３６〜３９は、各斜辺１６〜１９との間に防振マウント連結部２６〜２９を形成させるために、前記各斜辺１６〜１９から離れた位置に形成されている。従って、前記各斜辺対向リブ３６〜３９の長さの合計は側辺リブ３２〜３５の長さの合計よりも長く形成されている。
【００３３】
このように構成されたＳＥＭにおいて、ベースプレートＰの四辺の角は切除され、その上に本発明に係る粘弾性材１６が載置されており、該粘弾性材１６の上に重量物４７が載置されている。即ち、このＳＥＭ１のベースプレートＰには、４つの斜辺１６〜１９にそれぞれ本発明にかかる動吸振器が４個取り付けられていることになる。このように構成された装置においては、外乱騒音等に対して、十分な制振効果を得ることができる。
【００３４】
上述の実施の形態では、ＳＥＭに本発明を適用した場合を示したが、本発明はこれに限るものではなく、その他の荷電粒子線装置（例えば荷電粒子ビーム描画装置）にも同様に適用することができる。
【００３５】
以上、説明したように、本発明によれば、第１に粘弾性材の面積や厚みを変えることなく、また重量物の質量も変化させずに、動吸振器の固有振動数を適切に調整することができ、第２により広い周波数域における減衰能を持たせることができる動吸振器及び荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】周波数伝達関数比較を示す図である。
【図３】位相比較特性を示す図である。
【図４】角形防振ゴムの外形を示す図である。
【図５】理想的な同調形吸振器によって加えられる力を示す図である
【図６】動吸振器有無による加速度スペクトル比較を示す図である。
【図７】本発明に係る動吸振器を用いた荷電粒子線装置の構成例を示す図である。
【図８】防振用ベースプレートの構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
５１  ベースプレート（制振対象）
５２  粘弾性材
５３  重量物（睡）
【図１】
2009079728.tif 000003
【図２】
2009079728.tif 000004
【図３】
2009079728.tif 000005
【図４】
2009079728.tif 000006
【図５】
2009079728.tif 000007
【図６】
2009079728.tif 000008
【図７】
2009079728.tif 000009
【図８】
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