JPH09177872A - 精密除振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変位制御精度があまり高くない油圧シリンダ
などの大パワーのサーボアクチュエータを用いてミクロ
ン・オーダー以下までテーブルの振動を抑制する。２次
や３次の高調波振動成分も確実に抑制する。 【解決手段】 設置床３に対して弾性マウント２を介し
て支持されたテーブル１と、基端部が設置床３に固定さ
れたサーボアクチュエータ４と、弾性マウント２よりは
るかに小さなバネ定数であり、サーボアクチュエータ４
の先端部とテーブル１とを連結する結合バネ５と、設置
床３の振動に感応する振動センサ６ａと、テーブル１の
振動に感応する振動センサ６ｂと、サーボアクチュエー
タの可動部の変位を検出する変位センサ６ｃと、これら
３つのセンサの出力に応じてサーボアクチュエータ４を
駆動してテーブル１の振動を抑制するアクティブ制振制
御手段（コンピュータ７）と、ベーステーブル１に対し
て弾性マウント８を介して支持された機器載置テーブル
９と、機器載置テーブル９とベーステーブル１とを結合
するパッシブ制振機構１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばＬＳＩの
縮小露光装置や電子顕微鏡あるいは走査型トンネル顕微
鏡といった精密機器を載せる目的で使われる精密除振装
置に関し、とくに振動の高調波成分も効果的に抑制する
技術改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】よく知られているように、ＬＳＩ工場な
どではつぎのような精密除振装置が使われている。電子
顕微鏡などを載せるテーブルは設置床に対して適宜な弾
性マウントとサーボアクチュエータを介して支持されて
いる。振動を検知する振動センサの出力をコンピュータ
で処理し、その処理結果に応じて前記サーボアクチュエ
ータを駆動して前記テーブルの振動を抑制する。これは
周知のアクティブ制振技術である。アクティブ制振制御
系には、前記テーブルの振動に感応する振動センサの出
力に応じてアクチュエータを駆動するフィードバック制
御系と、前記設置床の振動に感応する振動センサの出力
に応じてアクチュエータを駆動するフィードフォワード
制御系とがある。いずれか一方の制御系だけしかない装
置も知られているが、一般にはフィードバックとフィー
ドフォワードの両方の制御系を含んでいる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなアクティ
ブ制振機構で、テーブルの振動をミクロン・レベル以下
まで抑制しようとした場合、低い振動数から無限に高い
振動数までミクロン・オーダー以下の精度で変位を制御
可能なアクチュエータが必要となる。比較的高い振動数
まで追従するアクチュエータ（ピエゾ・アクチュエータ
等）は、アクチュエータ自身の剛性が高く、アクチュエ
ータが追従出来ない床のより高い振動数成分の振動がア
クチュエータを介して、除振台に伝わることになる。更
に、このようなアクチュエータの場合、低い振動数では
アクチュエータのストローク不足によって振動が伝わる
ことにもなる。また、アクチュエータ自身の剛性が低い
空気圧アクチュエータ等では除振台の２次や３次の高い
振動数での追従性が悪く、効果的な制振ができないとい
う問題点があった。

【０００４】この発明は以上の問題点に鑑みなされたも
ので、精度は粗いがストローク的に充分大きく、低い振
動数から比較的高い振動数まで追従するごく一般的なア
クチュエータを用いて、ミクロン・レベル以下まで制御
可能で高調波振動成分にも大きな除振効果を発揮するよ
うにした精密除振装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の一実施例によ
る精密除振装置の概略構成を図１に示している。ベース
テーブル１は積層ゴムや空気バネなどの弾性マウント２
を介して設置床３に支持されている。また、サーボ式油
圧シリンダからなるサーボアクチュエータ４の基端部
（シリンダ部）が設置床３に固定され、ピストンロッド
の先端部が結合バネ５を介してベーステーブル１に連結
されている。図ではサーボアクチュエータ４は１つしか
示しておらず、ベーステーブル１を水平１軸方向にしか
励振しないように見えるが、これは説明を簡単にするた
めである。もちろん通常は、水平面で直交二軸方向にベ
ーステーブル１を励振する２系統のアクチュエータ機構
を設けるし、さらにはベーステーブル１を垂直方向に励
振するアクチュエータ機構を付加することも多い。ただ
し、以下では水平１軸方向のアクチュエータ４しかない
ような説明をするが、２次元または３次元のアクティブ
制振制御を行うの場合は、以下に説明する制御系の構成
を２軸分あるいは３軸分設ければよい。

【０００６】ベーステーブル１の直下の設置床３の振動
に感応する振動センサ６ａと、ベーステーブル１の振動
に感応する振動センサ６ｂとが付設されている。また、
サーボアクチュエータ４の可動部（ピストンまたはピス
トンロッド）の変位を検出する変位センサ６ｃが付設さ
れている。アクティブ制振制御の中枢であるコンピュー
タ７が振動センサ６ａ・６ｂおよび変位センサ６ｃの出
力を読み込み、設定されたアルゴリズムに従ってフィー
ドフォワード制御およびフィードバック制御の演算処理
を行い、前記サーボアクチュエータ４を駆動してベース
テーブル１の振動を抑制する。

【０００７】サーボアクチュエータ４の駆動力はベース
テーブル１に直接伝わるのではなく、結合バネ５を介し
て伝わる。結合バネ５はきわめて柔らかいバネであり
（弾性率がきわめて大きく、剛性率がきわめて小さ
い）、ベーステーブル１を支持する弾性マウント２のず
れ剛性率の約１万分の１程度の剛性率である。これによ
り、サーボアクチュエータ４をセンチメートル・オーダ
ーの大きな振幅で往復変位させても、ベーステーブル１
はミクロン・オーダー以下の振幅でしか変位しない。ま
た、アクチュエータ４が追従できない非常に高い振動数
の除振は、アクチュエータ４に取り付けられた結合バネ
５によって、パッシブ的に除振される。

【０００８】ここまで説明したベーステーブル１に付帯
するアクティブ制振機構の振動特性（除振性能）を数式
モデルを使って詳しく説明する。

【０００９】ベーステーブル１に設置床３の振動とアク
チュエータ４による制振力が作用したときの振動方程式
は数式１となる。

【００１０】

【数１】 これを絶対座標から見た応答（ｚ＋ｙ）でまとめると数
式２となる。

【００１１】

【数２】 ここで簡単のためｃ＝０とすると、絶対応答の数式２の
右辺外力項をアクチュエータ４の変位ｚで打ち消すため
には数式３を満たす必要がある。

【００１２】

【数３】 結合バネ５の剛性率Ｋｓが弾性マウント２の剛性率Ｋの
１万分の１だとすると、設置床３の振動ｙの１万倍の動
きにアクチュエータ４のストロークを拡大して用いるこ
とが可能となる。この説明は床振動に対するフィードフ
ォワード制御（入力相殺）に関したものだが、ベーステ
ーブル１の動きを感知して制御するフィードバック制御
の場合も振幅（ｘ＋ｙ）を拡大して制御することが可能
となる。ここでＣ’を制御減衰とし、

【数４】 数式４の特性をアクチュエータ４のストローク制御で実
現するためには、フィードバック項のみのストロークは
数式５となる。

【００１３】

【数５】 最終的に数式４を満たすアクチュエータ４のストローク
は数式３を加えて数式６となる。

【００１４】

【数６】 これらの数式も（ｋ＋ｋｓ）に対してｋｓが小さいほ
ど、アクチュエータ４のストロークＺが大きくなること
を示している。つまり、アクチュエータ４の大振幅作動
によりテーブル１の振動をミクロン・オーダー以下に制
御できる。

【００１５】さらに図１に示すように、この発明におい
ては、前記ベーステーブル１に精密機器１１を直接載せ
るのではない。ベーステーブル１の上には積層ゴムある
いは空気バネなどの弾性マウント８を介して機器載置テ
ーブル９が搭載されている。このテーブル９の上に精密
機器１１を載せる。機器載置テーブル９はベーステーブ
ル１より質量が小さく、弾性マウント８は前記弾性マウ
ント２より柔らかい特性である。また、ベーステーブル
１と機器載置テーブル９とをパッシブ制振機構としての
粘性ダンパー１０で結合している。パッシブ制振機構と
しては粘性ダンパー１０に限定されず、各種のダンパー
が使用可能である。このパッシブ制振機構により、ベー
ステーブル１に対する機器載置テーブル９の振動（とく
に１００Ｈｚ以上の高い周波数成分）を吸収する。

【００１６】なお図１に示すように、機器載置テーブル
９の振動に感応する振動センサ６ｄを設け、コンピュー
タ７がこのセンサ６ｄの出力情報を利用して前述のアク
ティブ制振制御を行うようにすれば、さらに良好な制振
効果が実現できる。

【００１７】

【発明の効果】この発明によれば、変位制御精度があま
り高くない油圧シリンダなどの大パワーのサーボアクチ
ュエータを用いてミクロン・オーダー以下までテーブル
の振動を抑制でき、質量の大きな電子顕微鏡などを載せ
る精密除振装置としてきわめて優れた除振性能を発揮す
る。またこの発明の精密除振装置では、アクティブ制振
機構によりベーステーブルの振動を抑制するのに加え
て、ベーステーブルの上に搭載されている機器載置テー
ブルの振動を両者間を結合するパッシブ制振機構で抑制
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による精密除振装置の概略
構成図である。

【符号の説明】

１ テーブル ２ 弾性マウント ３ 設置床 ４ サーボアクチュエータ ５ 結合バネ ６ａ・６ｂ・６ｄ 振動センサ ６ｃ 変位センサ ７ コンピュータ ８ 弾性マウント ９ 機器載置テーブル １０ 粘性ダンパ（パッシブ制振機構） １１ 精密機器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 設置床に対して弾性マウントを介して支
   持されたベーステーブルと、基端部が前記設置床に固定
   されたサーボアクチュエータと、前記弾性マウントより
   はるかに大きな弾性率であり、前記サーボアクチュエー
   タの先端部と前記ベーステーブルとを連結する結合バネ
   と、前記設置床の振動に感応する振動センサと、前記テ
   ーブルの振動に感応する振動センサと、前記サーボアク
   チュエータの可動部の変位を検出する変位センサと、こ
   れら３つのセンサの出力に応じて前記サーボアクチュエ
   ータを駆動して前記テーブルの振動を抑制するアクティ
   ブ制振制御手段と、前記メインテーブルに対して弾性マ
   ウントを介して支持された機器載置テーブルと、この機
   器載置テーブルと前記ベーステーブルとを結合するパッ
   シブ制振機構とを備えたことを特徴とする精密除振装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記アクティブ制振
   制御手段は、前記機器載置テーブルの振動に感応する加
   速度センサの出力に応じて前記サーボアクチュエータを
   駆動する制御系も含んでいることを特徴とする精密除振
   装置。