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EP-3942197-B1 - VIBRATION INSULATION SYSTEM WITH A MAGNETIC ACTUATOR

EP3942197B1EP 3942197 B1EP3942197 B1EP 3942197B1EP-3942197-B1

Inventors

  • HARTGERS, HAN
  • Evers, Arndt
  • Schadt, Simon

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20200318

Claims (15)

  1. Magnetic actuator (1) for a vibration isolation system comprising a magnet carrier (2) with magnets (3a, 3b, 4a, 4b opposite each other, a coil carrier (7) with at least one coil (8) arranged between the magnets (3a, 3b, whereby the magnetic actuator (1) includes a magnetic shield (9), characterized in that the magnetic shield (9)includes an opening (12) from which the coil carrier (7) protrudes, and whereby the magnetic actuator (1) also comprises at least two pairs of magnets (3a, 3b, 4a, 4b) opposite each other, between which the windings of the coil (8) run.
  2. Magnetic actuator (1) according to the above claim characterized in that the magnetic shield (9) consists of a material with a relative permeability µ r greater than 1000, preferably greater than 10.000 and with a particular preference for more than 50.000, made in particular from a mu-metal.
  3. Magnetic actuator (1) according to one of the above claims 1 or 2, characterized in that the magnetic shield (9) surrounds the magnet carrier (1) or in that the magnet carrier (1) forms a part of the magnetic shield (9).
  4. Magnetic actuator according to one of the above claims 1 to 3, characterized in that the walls (10, 11) of the magnetic shield have a thickness from 0,1 to 10 mm, preferably from 0,2 to 1 mm.
  5. Magnetic actuator according to one of the above claims 1 to 4, characterized in that the poles of the magnets (3a, 3b, 4a, 4b) opposite each other are also positioned opposite each other.
  6. Magnetic actuator according to one of the above claims 1 to 5, characterized in that the magnet carrier (2) takes the form of a U.
  7. Vibration isolation system (13) comprising a load which is mounted such that it is isolated from vibrations, whereby the vibration isolation system (13) comprises at least one magnetic actuator (1) which is activated by a controller (18) which engages with the load mounted in such a way that it is isolated from vibrations and generates opposing forces to reduce vibrations, wherein the magnetic actuator (1) is set up according to one of the above claims.
  8. Vibration isolation system (13) according to the above claim 7, characterized in that the magnetic shield (9) consists of a mu-metal.
  9. Vibration isolation system (13) according to the above claims 7 or 8, characterized in that magnetic shield (9) takes the form of a case with an opening in one wall, out of which an arm of the magnetic actuator (1), in particular a coil carrier (7), protrudes.
  10. Vibration isolation system (13) according to one of the above claims 7 to 9, characterized in that the magnetic actuator (1) is integrated into a vibration isolator.
  11. Vibration isolation system (13) according to one of the above claims 7 to 10, characterized in that the vibration isolation system (13) comprises at least two magnetic actuators (1) to create compensation signals in at least two different spatial directions.
  12. Vibration isolation system (13) according to one of the above claims 7 to 11, comprising a plate (14) mounted on vibration isolators (15) on which a device which is to be supported and isolated from vibrations is placed, whereby the vibration isolators (15) comprise at least one magnetic actuator (1) whereby , during operation, the magnetic field generated in the middle of the plate (14) by the magnetic actuators (1) is less than 15 nT, preferably less than 10 nT and particularly preferably less than 9 nT, at a distance of less than 70 cm or less than 50 cm, preferably less than 45 cm, and particularly preferably less than 40 cm from at least one vibration isolator (15), particularly magnetic actuators.
  13. Vibration isolation system (13) according to one of the above claims 7 to 12, characterized in that the distance between neighboring pairs of magnets (3a, 3b, 4a, 4b) and/or between neighboring arrangements of windings is between 1 and 60 mm, preferably between 2 and 20 mm.
  14. Ultra-precise optical imaging device, in particular a microscope, an electron microscope or a transmission electron microscope comprising a vibration isolation system (13) with at least one vibration isolator, wherein the vibration isolation system (13) is set up according to one of the above claims 1 to 13.
  15. Ultra-precise optical imaging device according to the above claim 14, whereby at least one vibration isolator (15) comprises a magnetic actuator (1), and particularly preferred, each of the vibration isolators (15) of the vibration isolation system (13), and whereby, during operation, the magnetic field generated in the middle of the plate by the magnetic actuators is less than 15 nT, preferably less than 10 nT and particularly preferably less than 9 nT, at a distance of less than 70 cm or less than 50 cm, preferably less than 45 cm, and particularly preferably less than 40 cm from at least one vibration isolator, particularly magnetic actuators.

Description

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Schwingungsisolationssystem mit einem Magnetaktor. Insbesondere betrifft die Erfindung ein stationäres Schwingungsisolationssystem, auf welchem magnetisch empfindliche Geräte, beispielsweise Geräte zur Prozessierung von Halbleiterbauelementen oder hochpräzise Messinstrumente wie Elektronenmikroskope, platziert sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Magnetaktor für ein Schwingungsisolationssystem. Hintergrund der Erfindung Aktive Schwingungsisolationssysteme sind aus der Praxis bekannt. Insbesondere in der Halbleiterindustrie werden Schwingungsisolationssysteme verwendet, bei welchen ein Gerät zur Prozessierung von Halbleiterbauelementen, beispielsweise ein Gerät zur Belichtung oder Inspektion von Wafern, auf zumindest drei Schwingungsisolatoren gelagert ist. Das Dokument YOSHIYA NAKAMURA ET AL: "Development of active six-degrees-of-freedom microvibration control system using giant magnetostrictive actuators", SMART MATERIALS AND STRUCTURES, IOP PUBLISHING LTD., BRISTOL, GB, Bd. 9, Nr. 2, 1. April (2900-94-01), zeigt einen Ansatz für ein aktives Mikrovibrationskontrollsystem, basierend auf sog. "giant magnetostrictive actuators". Hiermit kann Vibrationen entgegengewirkt werden. Auch für hochpräzise Messinstrumente wie Elektronenmikroskope oder Transmissions-Elektronenmikroskope ("TEM") werden Schwingungsisolationssysteme verwendet, auf denen diese Geräte platziert werden. Transmissions-Elektronenmikroskope ermöglichen eine direkte Abbildung von Objekten mithilfe von Elektronenstrahlen. Für den Betrieb derartiger Mikroskope werden besonders hohe Anforderungen gestellt, einerseits in Bezug auf mögliche Schwingungen, denen das System ausgesetzt ist, andererseits aber auch in Bezug auf möglicherweise störende Magnetfelder. Ein aktives Schwingungsisolationssystem umfasst dabei Sensoren an der schwingungsisoliert gelagerten Last und/oder am Boden, über welche Schwingungen erfasst werden. Anhand der erfassten Schwingungen wird mittels eines Controllers ein Aktor angesteuert, welcher an der schwingungsisoliert gelagerten Last angreift und Gegenkräfte erzeugt, um die Schwingungen der schwingungsisoliert gelagerten Last zu reduzieren. Als Aktoren werden insbesondere Magnetaktoren verwendet. Diese sind nach dem Prinzip eines Linearmotors aufgebaut und haben den Vorteil, dass sich auf kleinem Bauraum verhältnismäßig große Kräfte in einem breiten Frequenzbereich erzeugen lassen. Nachteilig an bekannten Magnetaktoren sind allerdings die von den Permanentmagneten und/oder den Spulen erzeugten Magnetfelder. Diese können magnetisch empfindliche Geräte, wie beispielsweise Rasterelektronenmikroskope oder Transmissions-Elektronenmikroskope, stören und können daher oft nicht in der Nähe des Geräts eingebaut werden. Dies führt dazu, dass magnetisch empfindliche Geräte, beispielsweise Geräte zur Prozessierung von Halbleiterbauelementen oder hochpräzise Messinstrumente wie Elektronenmikroskope oder insbesondere Transmissions-Elektronenmikroskope, nicht in Verbindung mit stationären Schwingungsisolationssystemen betrieben werden können, welche mit Magnetaktoren arbeiten, da die magnetischen Felder der Magnetaktoren die Messergebnisse beeinflussen oder verfälschen können. Dies führt zu einem weiteren Nachteil, welcher darin liegt, dass infolgedessen derartige hochpräzise Messinstrumente häufig nicht in der direkten Umgebung von Produktionsanlagen oder anderen Einrichtungen, von welchen Bodenschwingungen ausgehen können, betrieben werden können, da die oben genannten stationären Schwingungsisolationssysteme mit Magnetaktoren aufgrund der durch die Magnetfelder hervorgerufenen Störungen nicht verwendet werden können. Dieser Aufgabe haben sich die Erfinder angenommen. Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Standes der Technik zumindest zu reduzieren. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein stationäres Schwingungsisolationssystem mit Magnetaktoren zur Verfügung zu stellen, welches auch in Verbindung mit Geräten zur Prozessierung von Halbleiterbauelementen oder hochpräzisen Messinstrumenten wie Elektronenmikroskopen oder insbesondere Transmissions-Elektronenmikroskopen, verwendet werden kann. Die Erfindung soll es damit ermöglichen, derartige Geräte und Instrumente auch in der näheren Umgebung von Produktionsanlagen oder anderen Einrichtungen, von welchen Bodenschwingungen ausgehen können, zu betreiben, ohne dass der Betrieb dieser Geräte oder Instrumente beeinträchtigt wird, etwa durch Magnetfelder des Schwingungsisolationssystems. Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein Schwingungsisolationssystem sowie einen Magnetaktor für ein Schwingungsisolationssystem nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen. Die E