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精密機器
半導体検査装置(プロファイラ)の除振対策

ウエハプロセス解析検査装置(膜厚計)の設置に際し、設置床の振動環境を事前調査したところ許容値を超えていた。膜厚検査装置は本体からの大きな振動発生もなく、空気ばねによるパッシブ除振が最適であると判断された。

対策のポイント

この膜厚計の設置許容振動は250μin/s ( 6.35μm/s )であった。
事前振動測定の結果、10Hz以上の振動を対策し、なおかつ固有振動数での増幅を抑えた「オイルダンパーを併用した空気ばね除振」を採用した。

原因

半導体製造ラインでは、工程ごとに検査や試験装置を必要とする場合がある。それらの装置は各々振動許容値を持ち、ラフなものからシビアなものまで様々である。しかしながら工場の振動環境を一番厳しい値にすることはコスト面から不利である。そこで各装置の設置予定場所を事前計測し、必要な振動対策を個別にとる方法が広く行われている。
本件では候補地数箇所から一番条件のよい場所を選び、効率的な振動対策を目指した。
事前振動測定の結果、Z(鉛直)方向の20〜50Hzで許容値をオーバーしている事が判明した。
図1に事前振動測定トリパタイトを示す。

図1 事前振動測定トリパタイト
図1 事前振動測定トリパタイト

対策

図2 制御信号ブロック図
図2 制御信号ブロック図
本検査装置は、装置自体から大きな力を発生する構造ではなく、制振力を必要としないこと、除振対象周波数が比較的高いことなどを考慮し、パッシブの空気ばね除振装置を使用することとした。
パッシブのばね−質量系では、ばね上の振動が固有振動数で増幅する特徴がある。通常オイルダンパーなどで制御するが、増幅量と振動減衰量(除振量)とはトレードオフの関係にあり適切な減衰量にとどめる必要がある。
また、減衰に関しては、例えば装置オペレーターが操作したあとの遥動の収束時間など使用環境にも影響を与える。ここでは、固有振動数を鉛直:3Hz、水平:6Hzとし、ダンパーの減衰比:15%で設計した。
除振装置には装置搭載定盤の水平レベルを維持するためのレベリングバルブが装備されており、ワークの積載など重心移動が起きても水平レベルは100〜200μmで保たれるようになっている。このバルブは、レベルが上がると空気ばねから空気を排出し、下がると給気する構造である。
図2に除振装置構成を示す。
対策の結果、必要とする除振効果とともに、固有振動数での増幅もよく制御され、許容振動値を充分満足するものであった。
図3に対策後定盤振動トリパタイトを示す。

図3 対策後定盤振動トリパタイト
図3 対策後定盤振動トリパタイト

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