JPH11141599A

JPH11141599A - 除振装置

Info

Publication number: JPH11141599A
Application number: JP9320626A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kato; 宏昭加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】精密機器を浮上支持する除振マウントの数が
その精密機器の運動自由度を上回る過拘束状態である場
合に、運動モード姿勢制御と振動減衰制御という従来の
除振装置の機能に加えて、前述過拘束の問題に起因する
除振台およびそれに搭載する精密機器を変形させない
か、あるいは変形状態を一定に保つことを可能にする。【解決手段】除振台を浮上支持する空気ばねと、該空
気ばねの圧力を操作する空気弁と、該除振台の変位を検
出する変位センサと、該除振台の加速度を検出する加速
度センサとを有し前記除振台を支持する複数台の除振マ
ウント、および前記変位センサおよび加速度センサの出
力に基づいて前記空気弁の開閉を制御するフィードバッ
ク制御装置を具備する除振装置において、各除振マウン
ト内にその除振マウント内の空気ばねの圧力を検出する
圧力センサを設け、かつこれらの圧力センサの出力に基
づいて、除振台を変形させる圧力成分を抽出し、抽出成
分に適宜に補償を施し、その補償出力に応じて前記空気
ばねの圧力を操作するように前記空気弁を駆動して前記
除振台の変形を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、除振装置に関し、
特に半導体露光装置において、投影レンズや露光用ＸＹ
ステージなどを搭載する除振台の支持機構であり、かつ
除振台に低振動環境を提供する除振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子顕微鏡や半導体露光装置等の精密機
器の高精度化に伴い、それらを搭載する精密除振装置の
高性能化が求められている。特に半導体露光装置におい
ては適切かつ迅速な露光を行なわせるために、設置床振
動など外部から伝達する振動を極力排除する除振装置が
必要である。これは、半導体露光装置では半導体ウエハ
を露光する際に露光用ＸＹステージが完全停止の状態に
なければならないからである。また露光用ＸＹステージ
はステップアンドリピートという間欠動作を特徴として
いるために、繰り返しのステップ運動が除振台自身の振
動を励起する。したがって除振装置には、外部振動に対
する除振性能と、搭載機器自身の動作により発生する振
動に対する制振性能とをバランスよく実現することが求
められる。

【０００３】このような要求に対して、除振台の振動を
振動センサで計測し、その計測信号に応じてアクチュエ
ータで除振台を駆動する、いわゆるアクティブ除振装置
が実用化されている。図４にアクチュエータとして空気
ばねを用いたアクティブ除振装置の従来例を示す。不図
示の露光用ＸＹステージなど精密機器を搭載する除振台
７は除振マウント１ａ〜１ｄ（但し、図面左奥に位置す
る除振マウント１ｄは不図示である）によって支持され
ており、設置床から振動的に絶縁されている。除振マウ
ントは最低限３台あれば除振台７を安定に支持すること
が可能であるが、除振台７に搭載する精密機器の構造か
らいって、４台の除振マウント１ａ〜１ｄを除振台７の
４隅にそれぞれ配置するのが一般的である。除振マウン
ト１ａは除振台７を鉛直方向に浮上支持し、かつ除振台
７を鉛直方向に駆動するアクチュエータである空気ばね
２ａ、空気ばねの圧力を操作する空気弁３ａ、除振台７
の鉛直方向変位を計測する変位センサ５ａ、そして除振
台７の鉛直方向加速度を計測する加速度センサ６ａを備
えている。除振マウント１ａ〜１ｄは符号ａ，ｂ，ｃ，
ｄによって区別しているが、それぞれで構造は同一であ
る。

【０００４】アクティブ除振装置の制御方式としては、
除振台７の剛体運動に着目した運動モード別制御が特開
平７−８３２７６号に開示されている。この運動モード
別制御を図４に示したアクティブ除振装置の構成に沿っ
て概説する。図４において、ＸＹＺ直交座標系はその原
点が除振台７の重心Ｇと一致し、またそのＺ軸は鉛直上
向きとする。すると、除振台７の鉛直方向運動は、Ｚ軸
方向並進Ｚ、Ｘ軸まわり回転θ_X 、Ｙ軸まわり回転θ_Y
の３つのモードに分類される。除振マウント１ａ〜１ｄ
によって、除振台７のこれら３モードの運動に関する姿
勢制御と振動減衰制御を行なうことができる。

【０００５】変位センサ５ａ〜５ｄの信号は、除振台７
を水平に保持するために予め定められた、変位目標値出
力装置１３からの変位目標値と比較演算される。これら
のうち少なくとも３つ以上の演算結果を入力として、変
位運動モード抽出装置１４は変位に関する運動モードを
出力する。変位に関する運動モードとは、変位センサ５
ａ〜５ｄの信号が変位目標値出力装置１３の出力である
変位目標値に一致して除振台７が水平に保持された姿勢
を目標姿勢として、この目標姿勢からのずれ（変位）を
Ｚ，θ_X ，θ_Y の３つのモードで表わしたものである。
変位に関する運動モードがゼロとなるようにアクチュエ
ータである空気ばね２ａ〜２ｄを駆動し、除振台７の姿
勢を目標姿勢へ回復させるのが、運動モード別制御によ
る姿勢制御である。すなわち、変位に関する運動モード
がゼロとなるように、変位に関するＺモードの補償値、
θ_X モードの補償値、θ_Y モードの補償値を計算する。
運動モード分配装置１６はこれら補償値に応じて除振台
７を変位させるようにパワーアンプ１２ａ〜１２ｄを通
じて空気弁３ａ〜３ｄを駆動する。空気弁３ａ〜３ｄは
空気ばね２ａ〜２ｄの圧力を操作し除振台７へ所要の変
位を与える。

【０００６】一方、加速度運動モード抽出装置は加速度
センサ６ａ〜６ｄのうち少なくとも３つ以上の信号を入
力として加速度に関する運動モードを出力する。加速度
に関する運動モードとは、除振台７の運動をＺ，θ_X ，
θ_Y の３つのモードの加速度で表わしたものである。加
速度に関する運動モードをアクチュエータである空気ば
ね２ａ〜２ｄに負帰還して、３モードそれぞれの除振台
７の運動に対してダンピングを付与するのが運動モード
別制御による振動減衰制御である。すなわち、加速度に
関するＺモードの補償値、θ_X モードの補償値、θ_Y モ
ードの補償値の符号反転に応じたダンピング力が除振台
７に作用するように運動モード分配装置１６はパワーア
ンプ１２ａ〜１２ｄを通じて空気弁３ａ〜３ｄを駆動す
る。空気弁３ａ〜３ｄは空気ばね２ａ〜２ｄの圧力を操
作し除振台７へ所要のダンピング力を与える。なお、図
４に示すように、変位に関するＺモードの補償値、θ_X
モードの補償値、θ_Y モードの補償値と加速度に関する
Ｚモードの補償値、θ_X モードの補償値、θ_Y モードの
補償値の符号反転とをそれぞれ加算して運動モード分配
装置１６に入力すれば、姿勢制御と振動減衰制御の双方
を同時に実現することができる。これによって、除振台
７の姿勢を一定に保持し、また良好な振動減衰特性を除
振台７に与えている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、除振
装置は最低限３台の除振マウントがあれば除振台を支持
することが可能である。しかし、除振台７に搭載する精
密機器の大きさなど構造的な問題から、また露光用ＸＹ
ステージの移動に伴い除振台７の重心位置が変わること
から、除振マウントは除振台の４隅にそれぞれ配置する
方が安定支持のためには有利である。よって４台の除振
マウントで除振台を支持するのが通例となっている。

【０００８】ここで課題となるのは、除振台の運動自由
度を上回る数の除振マウントを用いることによる過拘束
の問題である。除振台を一定姿勢に保持するための除振
マウント内の空気ばねの圧力は一意には定まらない。図
５は過拘束の問題を端的に示している。除振マウント１
ａ，１ｃ内の空気ばねの圧力が下がり除振台７へ鉛直下
向きの力を作用させ、かつ、除振マウント１ｂ，１ｄ
（除振マウント１ｄは不図示である）内の空気ばねの圧
力が上がり除振台７へ鉛直上向きの力を作用させた場
合、除振台７に作用する４つの作用力が剛体力学的に釣
り合ってしまい、除振台７の内部応力が変わるだけで除
振台７を運動させることが全くないのである。つまり、
除振台７を一定姿勢に保持するための除振マウント内の
空気ばねの圧力は不定であり、除振台７の内部応力状態
も不定である。内部応力状態が変わるということは、除
振台７およびそこに搭載されている精密機器に変形を引
き起こすか、あるいは変形状態が時間的に遷移すること
を意味している。ナノメートル単位の超精密制御を行な
う半導体露光装置にとって、このような変形あるいは変
形状態の遷移は装置性能を低下させる致命的な要因とな
ってしまう。図４に示した変位センサによる姿勢制御と
加速度センサによる振動減衰制御という制御系の構成で
は、除振台７の内部応力にまで立ち入った制御を行なう
ことはできない。内部応力の状態変化を変位センサと加
速度センサとでは計測できないからである。除振台７の
変形に関しては、全く制御が行なわれない。たとえ除振
台７が目標姿勢にあろうとも、何らかの外乱要因によっ
て内部応力状態、そして除振台７の変形状態が遷移する
ことは、十分に考えられる。

【０００９】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものである。すなわち、本発明の目的は、姿勢制御と
振動減衰制御という従来の除振装置の機能に加えて、前
述過拘束の問題に起因する除振台およびそれに搭載する
精密機器を変形させないか、あるいは変形状態を一定に
保つことができる除振装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、空気ばね、空気弁、圧力センサ、変位
センサ、加速度センサを有する複数台の除振マウントに
より除振台を支持する除振装置において、支持する除振
台を一定姿勢に保持するための空気ばねに対する圧力目
標値を出力する圧力目標値出力装置、空気ばねの圧力か
ら除振台を変形させる圧力を演算し出力する変形成分圧
力抽出装置、変形成分圧力抽出装置の出力に対して補償
を施す補償器、補償器の出力に応じて空気弁へ駆動指令
を出力する変形成分圧力分配装置から構成され、除振台
を変形させないか、あるいは変形状態を遷移させない圧
力制御装置を有することを特徴とする。

【００１１】

【作用】圧力目標値出力装置は除振台が一定姿勢にある
ための空気ばねの圧力に対する圧力目標値を出力する。
圧力目標値出力装置の出力である圧力目標値から圧力セ
ンサの信号を減算した圧力差信号の中には、除振台を変
形させる変形成分が含まれる。変形成分圧力抽出装置は
この変形成分を出力する。変形成分に補償器を作用さ
せ、補償器の出力に応じて変形成分圧力分配装置はパワ
ーアンプ、空気弁を通じて空気ばねの圧力を制御し、空
気ばねの圧力の中で除振台を変形させる変形成分をゼロ
とする。これが圧力制御装置の動作である。加えて、変
位センサの信号に応じて除振台を変位させる除振台の姿
勢制御と、加速度センサの信号に応じて除振台にダンピ
ング力を作用させる振動減衰制御を行なう。以上によっ
て、除振台を一定姿勢に保持し、除振台に生じる振動を
すみやかに減衰させ、かつ除振台およびそこに搭載する
精密機器に変形を生じさせないか、あるいは変形状態を
遷移させない除振装置を提供する。

【００１２】

【実施例】本発明による除振装置の実施例について、図
面に基づき詳細に説明する。図１は本発明を好適に表わ
す実施例である。直方体の除振台７は除振マウント１ａ
〜１ｄによってその四隅を支持されている。ただし図面
左奥にある除振マウント１ｄは不図示である。除振マウ
ント１ａは次のような構成を有する。空気ばね２ａは除
振台７を浮上支持して設置床から除振台７を絶縁する。
また空気ばね２ａは鉛直方向にストロークを有するの
で、除振台７を鉛直方向に変位させることができる。空
気弁３ａは上位の制御系からの信号に応じた圧力を空気
ばね２ａに発生させる。圧力センサ４ａは空気ばね２ａ
の圧力を計測する。変位センサ５ａは除振マウント１ａ
付近における除振台７の鉛直方向変位を計測する。加速
度センサ６ａは除振マウント１ａ付近における除振台７
の鉛直方向加速度を計測する。以上が除振マウント１ａ
の構成である。４台の除振マウント１ａ〜１ｄは符号
ａ，ｂ，ｃ，ｄを付与して区別しているが、その構成は
全く同一である。

【００１３】ＸＹＺ座標系は除振台７の重心Ｇを原点と
した直交座標系である。Ｘ軸、Ｙ軸は除振台７の辺と平
行であり、またＺ軸は鉛直上向きである。実際、半導体
露光装置においては露光用ＸＹステージや投影レンズな
どの精密機器が除振台８に搭載される。よって、厳密に
は除振台７とその搭載機器とを１つの構造物とした場合
の重心Ｇに、ＸＹＺ座標系の原点を一致させるべきであ
る。しかしここでは、表記を簡単に行なうため、除振台
７の重心Ｇという場合は、同時に除振台７とその搭載機
器とを１つの構造物とした場合の重心Ｇをも意味するこ
とにする。以下、表記は除振台７の重心Ｇに統一する。

【００１４】除振マウント１ａ〜１ｄによる除振台７の
姿勢制御について説明する。除振台７は６自由度の運動
モードを持つ。そのうち鉛直方向運動モードはＸＹＺ座
標系でみてＺ軸方向並進Ｚ、Ｘ軸まわり回転θ_X 、Ｙ軸
まわり回転θ_Y の３つのモードである。姿勢制御は、除
振台７を設置床から振動的に絶縁するため空気ばね２ａ
〜２ｄによって除振台７をＺ軸方向に一定量浮上させつ
つ、除振台７が傾斜することなく水平レベルを保つよう
に、Ｘ軸まわり回転角とＹ軸まわり回転角をゼロに保持
することを意図している。変位目標値出力装置１３は除
振台７がこのような目標姿勢にあるように、変位センサ
５ａ〜５ｄの信号に対する変位目標値を出力する。変位
運動モード抽出装置１４は、変位目標値出力装置１３か
ら出力される変位目標値と変位センサ５ａ〜５ｄの信号
との比較演算結果のうち少なくとも３つ以上を入力とし
て、変位に関する運動モードを出力する。変位に関する
運動モードは除振台７の目標姿勢からのずれ（変位）を
Ｚ軸方向並進Ｚ、Ｘ軸まわり回転θ_X 、Ｙ軸まわり回転
θ_Y の鉛直方向３つのモードで表わしたものである。姿
勢制御は、変位に関する運動モードをゼロとして除振台
７を目標姿勢に保持するように、空気ばね２ａ〜２ｄに
よって除振台７を変位させる。すなわち、変位に関する
運動モードに適切な補償を施した各運動モードの補償値
に応じて、運動モード分配装置１６はパワーアンプ１２
ａ〜１２ｄを通じ空気弁３ａ〜３ｄを駆動する。図１で
は変位に関する運動モードにＰＩ補償を施している。な
お、ＰＩ補償とは比例＋積分補償のことである。空気弁
３ａ〜３ｄはその駆動量に応じて空気ばね２ａ〜２ｄの
圧力を操作し、除振台７に所要の変位を与える。

【００１５】次に、除振マウント１ａ〜１ｄによる除振
台７の振動減衰制御について説明する。加速度運動モー
ド抽出装置は加速度センサ６ａ〜６ｄのうち少なくとも
３つ以上の信号を入力として加速度に関する運動モード
を出力する。加速度に関する運動モードとは、除振台７
に生じている加速度をＺ軸方向並進Ｚ、Ｘ軸まわり回転
θ_X 、Ｙ軸まわり回転θ_Y の鉛直方向３つのモードで表
わしたものである。加速度に関する運動モードをアクチ
ュエータである空気ばね２ａ〜２ｄに負帰還して、３モ
ードそれぞれの除振台７の運動に対してダンピングを付
与する。すなわち、加速度に関する運動モードに適切な
補償を施した補償値の符号反転に応じて、運動モード分
配装置１６はパワーアンプ１２ａ〜１２ｄを通じ空気弁
３ａ〜３ｄを駆動する。図１では加速度に関する運動モ
ードにゲイン補償を施している。空気弁３ａ〜３ｄはそ
の駆動量に応じて空気ばね２ａ〜２ｄの圧力を操作し、
除振台７に所要のダンピング力を作用させている。な
お、一般的にいって、ダンピングとは制御対象の構造物
に生じている速度に比例した大きさで、速度とは反対向
きの力を制御対象に与えることある。空気ばね２ａ〜２
ｄでは空気弁３ａ〜３ｄの駆動量の積分で圧力が変化す
るので、加速度を負帰還することによりダンピングが実
現される。加速度センサ６ａ〜６ｄの信号を速度情報に
変換することなく除振台７にダンピングを付与すること
ができるのが、アクチュエータとしての空気ばね２ａ〜
２ｄの大きな特徴である。

【００１６】運動モード分配装置１６は運動モードごと
の補償値に応じてパワーアンプ１２ａ〜１２ｄ、空気弁
３ａ〜３ｄへ指令を与えるものであり、その機能は姿勢
制御と振動減衰制御とで全く同一である。図１では変位
に関する補償値と加速度に関する補償値の符号反転とを
それぞれ運動モードごとに加算して運動モード分配装置
１６に入力している。これによって、姿勢制御と振動減
衰制御の双方を同時に実現しており、除振台７を目標姿
勢に保持し、かつ良好な振動減衰特性を除振台７に与え
ている。

【００１７】図１では除振台７の３つの鉛直方向運動モ
ードを数的に上回る４台の除振マウント１ａ〜１ｄを用
いることから、除振マウント１ａ〜１ｄと除振台７が過
拘束な系となって、これまでに説明した姿勢制御と振動
減衰制御のみでは空気ばね２ａ〜２ｄの圧力が一意には
定まらない。除振台７をある一定姿勢に保持するための
空気ばね２ａ〜２ｄの圧力が過拘束の問題から数学的に
不定だからである。空気ばね２ａ〜２ｄの圧力が不定で
あると、空気ばね２ａ〜２ｄから作用する力によって決
まる除振台７の内部応力が不定であり、さらに除振台７
およびそこに搭載されている精密機器の変形状態も不定
となってしまう。つまり、たとえ除振台７が目標姿勢に
あろうとも、何らかの外乱要因によって内部応力、そし
て除振台７およびそこに搭載される精密機器の変形状態
が時間的に遷移してしまう。

【００１８】本実施例では次に説明するように、空気ば
ね２ａ〜２ｄの圧力を圧力センサ４ａ〜４ｄで計測し圧
力を制御することによって、除振台７およびそこに搭載
される精密機器の変形状態を制御している。

【００１９】除振マウント１ａ〜１ｄから除振台７に作
用する鉛直方向の力は、空気ばね２ａ〜２ｄの圧力に比
例するものとする。これら作用力を空気ばね２ａ〜２ｄ
の符号に対応してそれぞれＦ_a ，Ｆ_b ，Ｆ_c ，Ｆ_d とす
る。また作用力Ｆ_a 、Ｆ_b 、Ｆ_c 、Ｆ_d の合力は、除振
台７の鉛直方向運動モードでみると、Ｚ軸方向並進力Ｆ
_Z 、Ｘ軸まわり回転モーメントＭ_X 、Ｙ軸まわり回転モ
ーメントΜ_Y に分類される。作用力Ｆ_a ，Ｆ_b ，Ｆ_c ，
Ｆ_d と並進力およびモーメントＦ_Z ，Ｍ_X ，Ｍ_Y が
（１）式のような関係にあるのは明らかである。

【００２０】

【数１】

【００２１】厳密に言うと除振台７の重心Ｇと作用力Ｆ
_a ，Ｆ_b ，Ｆ_c ，Ｆ_ｄの作用点との距離によっては、
（１）式の右辺係数行列は異なってくる。（１）式は最
も単純な場合である。これは説明を簡潔にするものであ
っても本発明の本質を何ら制限するものではない。

【００２２】（１）式からわかるように、左辺運動モー
ドの数に比べて右辺作用力の数が冗長であるため、作用
力Ｆ_a ，Ｆ_b ，Ｆ_c ，Ｆ_d の合力の中には、運動モード
ごとの並進力およびモーメントＦ_Z ，Ｍ_X ，Ｍ_Y に全く
影響のない成分が存在する。これは、除振台７を運動さ
せず、除振台７に内部応力と変形を生じさせる成分が存
在することと同意である。このような成分を変形成分力
と名付けてＦαとおく。変形成分力Ｆαは（１）式にお
いて右辺係数行列の各行ベクトルと直交する成分であ
る。これを（２）式に示す。

【００２３】

【数２】

【００２４】姿勢制御と振動減衰制御の働きは所要の運
動モードごとの並進力およびモーメントＦ_Z ，Ｍ_X ，Ｍ
_Y を除振台７に作用させて除振台７を目標姿勢に保持
し、また除振台７ヘダンピングを付与することである。
一方で、変形成分力Ｆαは運動モードごとの並進力およ
びモーメントＦ_Z ，Ｍ_X ，Ｍ_Y と独立である。変形成分
力Ｆαは除振台７に全く運動を生じさせないから、姿勢
制御によって除振台７が目標姿勢で整定状態にあろうと
も、何らかの外乱要因によって、変形成分力Ｆが発生し
て、除振台７およびそこに搭載される精密機器が変形し
てしまうか、あるいは変形状態が時間的に遷移してしま
うのである。

【００２５】図１に戻って除振台７の変形を制御するた
めの圧力制御装置１７の機能を説明する。圧力目標値出
力装置８は除振台７が目標姿勢にあるための空気ばね２
ａ〜２ｄの圧力に対する圧力目標値を出力する。圧力目
標値出力装置８の出力である圧力目標値から圧力センサ
４ａ〜４ｄの信号をそれぞれ減算すると、空気ばね２ａ
〜２ｄの圧力と圧力目標値との差信号が得られる。この
差信号の中には、除振台７を姿勢制御の働きによって除
振台７を目標姿勢へ保持するための成分、振動減衰制御
の働きによって除振台７へダンピングを付与するための
成分、そして何らかの外乱要因によって生じる除振台７
を変形させる変形成分とが含まれている。変形成分圧力
抽出装置９はこの中から変形成分を出力するものであ
る。変形成分抽出装置９は圧力目標値から圧力センサ４
ａ〜４ｄの信号を減算した演算結果ＰＥ_a ，ＰＥ_b ，Ｐ
Ｅ_c ，ＰＥ_d を入力、変形成分圧力ＰＥαを出力として
いる。変形成分抽出装置９で行なわれる演算は（３）式
のようである。

【００２６】

【数３】

【００２７】圧力制御装置１７は変形成分圧力ＰＥαを
ゼロとするように機能する。変形成分圧力ＰＥαに適切
な補償器１０を作用させ、補償器１０の出力に応じて変
形成分圧力分配装置１１はパワーアンプ１２ａ〜１２ｄ
および空気弁３ａ〜３ｄを通じて空気ばね２ａ〜２ｄの
圧力を制御し、変形成分圧力ＰＥαをゼロとする。変形
成分圧力分配装置１１における演算は、補償器１０の出
力ＰＥα’をその入力、パワーアンプ１２ａへの指令Ｐ
Ｅ_a ’，ＰＥ_b ’，ＰＥ_c ’，ＰＥ_d ’をその出力とし
て、（４）式のように行なわれる。

【００２８】

【数４】

【００２９】変形成分圧力分配装置１１の出力は運動モ
ード分配装置１６の出力と加算されてパワーアンプ１２
ａ〜１２ｄへの入力となる。これによって、姿勢制御お
よび振動減衰制御と圧力制御とを同時に実現できる。圧
力制御は空気ばね２ａ〜２ｄの圧力のうちで除振台７を
変形させる変形成分のみに機能するので、姿勢制御およ
び振動減衰制御の動作に何ら影響を与えない。以上説明
したように、本実施例によれば、除振台７の姿勢を目標
姿勢に保持し除振台７へダンピングを付与することで、
除振台７に生じる振動をすみやかに減衰させ、かつ除振
台７およびそこに搭載する精密機器に変形を生じさせな
いか、あるいは変形状態を遷移させない除振装置を提供
することができる。特にナノメートル単位の超精密制御
が必要な半導体露光装置にとって、低振動環境に加えて
搭載する精密機器を変形させない除振装置を提供するこ
とができるので、半導体露光装置の性能を大幅に向上す
ることができる。

【００３０】本実施例は空気ばね２ａ〜２ｄの変形成分
圧力に注目した圧力制御を特徴としている。これに対し
て、変形成分圧力の抽出を行なわず単純に圧力センサ４
ａ〜４ｄの信号をフィードバックしては、振動減衰制御
の動作に悪影響を与えてしまうことを次に示す。図２は
振動減衰制御の動作を崩すような圧力制御の例を示す。
４台の空気ばね２ａ〜２ｄにおいて圧力制御の構成は同
一なので、図２では空気ばね２ａのみを図示している。
圧力目標値出力装置８は除振台７が目標姿勢にあるため
の空気ばね２ａの圧力に対する圧力目標値を出力する。
姿勢制御と振動減衰制御の構成は図１に示した実施例と
同一であり、運動モード分配装置１６は姿勢制御と振動
減衰制御からの空気ばね２ａに対する圧力目標値を出力
する。これら２つの圧力目標値に空気ばね２ａの圧力が
一致するように、圧力センサ４ａの信号をフィードバッ
クしている。

【００３１】図３は図２に示した圧力制御の構成をブロ
ック線図で表わしたものである。空気ばね２ａの圧力は
空気弁３ａの駆動量に対して積分特性で変化する。図３
ではパワーアンプ１２ａへの入力から圧力センサ４ａの
信号までを１／ｓＴという積分特性で表わしている。補
償器１０は比例動作であり比例ゲインをＫとしている。
すると、ブロック線図の等価変換により、圧力目標値出
力装置８および運動モード分配装置１６の出力から圧力
センサ４ａの信号までは１／（１＋ｓＴ／Κ）という一
次遅れ特性になる。これでは振動減衰制御が正常に機能
しなくなってしまう。なぜなら、空気ばねの振動減衰制
御はその積分特性を利用して加速度のフィードバックに
より除振台へダンピングを与えるものであるのに、図２
および図３の構成では、圧力制御によって、空気ばねの
積分特性が失われ、一次遅れ特性になってしまうからで
ある。したがって、図２に示したように単純に圧力セン
サ４ａの信号をフィードバックしては、空気ばね２ａの
圧力を圧力目標値出力装置８からの圧力目標値に一致さ
せることはできても、一方で除振台７へダンピングを付
与するための振動減衰制御の働きが損なわれてしまう。

【００３２】本発明は、上述の実施例についていえば、
空気ばね２ａ〜２ｄの圧力の中から姿勢制御や振動減衰
制御に寄与せず除振台７を変形させるだけの成分を抽出
し、この変形成分圧力を制御する。本発明による圧力制
御の有無によって、姿勢制御および振動減衰制御の動作
が変わることは全くないのである。これが本発明の大き
な利点である。

【００３３】なお、上述の実施例では直方体形状である
除振台７の四隅を４台の除振マウント１ａ〜１ｄで支持
する場合を開示しているが、本発明はこのような実施形
態に限定されるものではない。除振台を変形させない、
あるいは変形状態を一定に保つ圧力制御装置を有する除
振装置であるという本発明の本質は、除振台の運動自由
度に比べて除振マウントの台数が冗長であり過拘束の問
題が存在するかぎりは、除振台の形状やそれを支持する
除振マウントの台数と配置、水平方向、鉛直方向といっ
た支持方向、各除振マウントが有するアクチュエータの
特性などを問わず、実施できるのである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
除振台の姿勢を目標姿勢に保持し、除振台へダンピング
を付与することで除振台に生じる振動をすみやかに減衰
させ、かつ除振台およびそこに搭載する精密機器に変形
を生じさせないか、あるいは変形状態を遷移させない除
振装置を提供することができる。姿勢の保持、振動の減
衰、変形の抑制という本発明による除振装置の機能は、
互いに干渉することなく、同時に実現できる。特にナノ
メートル単位の超精密制御が必要な半導体露光装置にと
って、低振動環境に加えて搭載する精密機器を変形させ
ない除振装置を提供することができるので、半導体露光
装置の性能を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る除振装置を示す図面
である。

【図２】本発明とは本質的に異なる圧力制御の一形態
を示す図面である。

【図３】図２に示した形態の特性を示す図面である。

【図４】従来方式による除振装置の一例を示す図面で
ある。

【図５】本発明が解決すべき課題としている過拘束の
問題を示す図面である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：除振マウント、２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄ：空気ばね、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ：空気
弁、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ：圧力センサ、５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ：変位センサ、６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄ：加速度センサ、７：除振台、８：圧力目標値出力装
置、９：変形成分圧力抽出装置、１０：補償器、１１：
変形成分圧力制御装置、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２
ｄ：パワーアンプ、１３：変位目標値出力装置、１４：
変位運動モード抽出装置、１５：加速度運動モード抽出
装置、１６：運動モード分配装置、１７：圧力制御装
置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】除振台、該除振台を浮上支持する空気ばねと、該空気ばねの圧力
を操作する空気弁と、該除振台の変位を検出する変位セ
ンサと、該除振台の加速度を検出する加速度センサと、
該空気ばねの圧力を検出する圧力センサとを有し前記除
振台を支持する複数台の除振マウント、前記変位センサおよび加速度センサの出力に基づいて前
記空気弁の開閉を制御するフィードバック制御装置、な
らびに前記空気ばねの圧力目標値を出力する圧力目標値
出力装置と、前記各圧力センサの出力から前記除振台を
変形させる圧力成分を抽出する変形成分圧力抽出装置
と、前記変形成分圧力抽出装置の出力を補償する補償器
と、該補償器の出力に応じて前記空気ばねの圧力を操作
するように前記空気弁へ駆動指令を出力する変形成分圧
力分配装置とを備え、前記除振台の変形を制御する圧力
制御装置を具備することを特徴とする除振装置。
【請求項２】前記除振マウントは除振台を鉛直方向に
浮上支持するものであり、４台の除振マウントにより前
記除振台の４隅を支持していることを特徴とする請求項
１記載の除振装置。
【請求項３】前記フィードバック制御装置が、前記除
振台の姿勢および振動減衰制御を運動モード別に行なう
ものであることを特徴とする請求項１または２記載の除
振装置。