JP2000120766A - ハイブリッド式能動振動絶縁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 力発生形アクチュエータの特徴を十分に引き
出した制御を行うことができるようにする。 【解決手段】 除振対象および設置面の振動検出手段９
ａ、９ｃの出力に対してそれぞれ所定の補償を施した各
信号の加算信号で力発生形アクチュエータ６ａ，６ｂを
駆動するとともに、中間プレート５の振動検出手段９ｂ
の出力に所定の補償を施した信号で変位発生形アクチュ
エータ１を駆動する。さらに、各第１振動検出手段９ａ
の出力に対して、第１の運動モード抽出演算手段１５、
第１のＰＩＤ補償器１６ａ，１６ｂ、第１の運動モード
分配演算手段１７、および力発生形アクチュエータを駆
動するドライバ１８−１〜１８−５を設け、各第２振動
検出手段９ｂの出力に対して、第２の運動モード抽出演
算手段２０、第２のＰＩＤ補償器２１ａ，２１ｂ、第２
の運動モード分配演算手段２２、および変位発生形アク
チュエータを駆動する高圧アンプ２３−１〜２３−５を
設け、前記ドライバへの入力に加算される各第３振動検
出手段９ｃの各出力に所定の補償を施す第３のＰＩＤ補
償器１９−１〜１９−５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レチクルの回路パ
ターンを半導体ウエハに焼き付ける半導体露光装置また
は液晶基板製造装置あるいは電子顕微鏡などに用いられ
るアクティブ除振装置に関する。より詳しくは、変位発
生形アクチュエータ例えば圧電素子と力アクチュエータ
例えば電磁モータを併用した除振ユニットを用いたハイ
ブリッド式能動振動絶縁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームを使う電子顕微鏡、またはス
テッパ、スキャナなどに代表される半導体製造装置で
は、除振装置上にＸＹステージが搭載されている。この
除振装置は、空気ばね、コイルばね、防振ゴムなどの振
動吸収手段により振動を減衰させる機能をもつ。しか
し、上述の如き振動吸収手段を備えた受動的除振装置に
おいては、床から伝播する振動についてはある程度減衰
できても、同装置上に搭載されているＸＹステージ自身
が発生する振動は有効に減衰できない、という問題があ
る。つまり、ＸＹステージ自身の高速移動によって生じ
る反力は除振装置を揺らせることになり、この振動はＸ
Ｙステージの位置決め整定性を著しく阻害するものであ
る。さらに、受動的除振装置においては、床から伝播す
る振動の絶縁（除振）とＸＹステージ自身の高速移動で
発生する振動の抑制（制振）性能との間にトレードオフ
の問題がある。これらの問題を解消するため、近年は能
動的除振装置（以下、アクティブ除振装置と呼ぶ）を使
用する傾向にある。アクティブ除振装置は可調整機構の
範囲内で除振と制振のトレードオフが解消できるし、な
によりもフィードフォワード制御を積極的に適用するこ
とによって受動的除振装置では達成できない性能を取得
することができる。

【０００３】しかし、半導体製造装置を代表とする嫌振
装置への振動伝播をさらに抑制するために、さらに低周
波域まで除振を行う必要がでてきた。そのために、微小
変位を精度よく制御可能な圧電素子を使った能動振動絶
縁装置を半導体製造装置全体の除振に使用する試みがな
されている。しかしながら、空気ばね、あるいは電磁モ
ータを使った除振装置は、開発の進展が著しく実用レベ
ルに達しているのに対して、圧電素子をアクチュエータ
として用いた能動振動絶縁装置は研究レベルの検討に留
まっている。その制御装置の構成については、検討行為
が不十分であって、圧電素子本来の能力を十二分に活か
した使い方がなされていない、という課題が残されてい
る。

【０００４】さて、変位発生形アクチュエータの代表で
ある圧電素子を使った能動振動絶縁装置には、３種類の
方式が存在する。１つは、図２左側のように中間プレー
ト５の振動検出手段９ｂの信号に基づいて圧電素子１を
駆動するものである。２つ目は、同図の真ん中に示すよ
うに中間プレート５と除振対象４の振動検出手段９ｂと
９ａの出力に基づいて圧電素子１を駆動するものであ
る。そして３つ目は、同図右に示すように、除振対象
４、中間プレート５および床１０にそれぞれ設けた振動
検出手段９ａ、９ｂおよび９ｃの出力に基づいて、圧電
素子１とともに中間プレート５と除振対象４の間に設け
た力アクチュエータ６を駆動するものである。左から右
に示す構成になるほど高性能な特性が得られる。

【０００５】まず、図２左のものに対する解析は省略し
て同図真ん中のものに対するフィードバック構成から説
明する。図３は圧電素子がアクチュエータとして組み込
まれた除振ユニットの一構造である。同図において、１
は圧電素子、２は板ばね、３は積層ゴム、４は除振対象
となる例えばステッパ、５は中間プレートである。この
構造の力学モデルと、これに対して施されるフィードバ
ックは図４で示されるる。特開平８−５４０３９号公報
（剛性アクチュエータ能動振動絶縁装置）に開示されて
いる技術内容である。まず、図示の記号を用いて運動方
程式は次式で示される。

【０００６】

【数１】 ここで、Ｍ_Pは除振対象４の質量、Ｋ_iは除振対象４と中
間プレート５間の主に積層ゴム３のばね定数、Ｃ_iは除
振対象４と中間プレート５間の主に積層ゴム３の粘性摩
擦係数、Ｍ_Sは中間プレート５の質量、Ｋ_Sは圧電素子１
のばね定数、ｘは除振対象４の変位、ｖは中間プレート
５の変位、ｕは床振動の変位、ｚは圧電素子１の変位、
そしてｆ_Pは除振対象４に加わる外乱である。また、フ
ィードバックは次式で示される。

【０００７】

【数２】 ここで、Ｃ_dは絶対変位のフィードバックゲイン、Ｃ_Vは
絶対速度のフィードバックゲインである。（１）から
（３）式よりｘ、ｕ、ｆ_P間の関係を求めると、次式を
得る。

【０００８】

【数３】 上式より、床振動の変位ｕから質量Ｍ_Pの除振対象の変
位ｘまでの除振率は、（４）式右辺第１項である。ｓ→
０とおいて直流域での除振率は次式のようになる。

【０００９】

【数４】 つまり、Ｃ_dの調整によって直流での除振率を０［ｄ
Ｂ］以下にすることができる。これが、空気ばねあるい
は電磁アクチュエータを用いた除振装置との決定的な差
異となる。通常、空気ばねをアクチュエータとする能動
的除振装置では、加速度（絶対加速度）の検出に基づく
振動制御ループによってダンピングを付与し、床と除振
台との間の相対変位に基づく位置制御ループによって指
定した姿勢の保全を行っている。相対変位のフィードバ
ックのため、低周波域の除振率は０［ｄＢ］であり、こ
の値を下回ることはない。（６）式が実現できる理由
は、ゲインＣ_dの絶対変位のフィードバックを施してい
るからに他ならない。つまり、絶対変位のフィードバッ
クによってスカイフックスプリングを実現しているので
ある。

【００１０】スカイフックスプリングの実現は、例えば
空気ばねをアクチュエータとする除振装置でも、原理的
には実現できる。すなわち、空気ばねを駆動するサーボ
バルブヘの入力から空気ばねが発生する圧力までの特性
は概ね積分特性と見倣すことができるが、この特性を踏
まえて、空気ばねで支持する除振台の加速度を検出し
て、これを積分補償を通してサーボバルブの入力に負帰
還する。このようにすると、原理的には空気ばねをアク
チュエータとする除振台でもスカイフックスプリングが
実現できる。しかしながら、実際には、空気ばねやリニ
アモータに代表される電磁モータなどの力発生形アクチ
ュエータを使用する除振装置においてスカイフックスプ
リングが実現され、それが実稼働している例はない。変
位発生形アクチュエータの代表である圧電素子等を使う
ことによってはじめて変位が精密にコントロールでき、
以って剛性も精密にコントロールできるのである。つま
り、力発生形アクチュエータを使ったスカイフックスプ
リングの実現は実用的には困難である。

【００１１】次に、外乱ｆ_Pからｘまでの応答は（４）
式右辺第２項であり、ｓ→０とおいて直流域の応答は次
式で示される。

【００１２】

【数５】 上式は、直列ばね系のコンプライアンスを表現する。第
１項は中間プレート５と除振対象４の間に挿入した固い
ゴム３のコンプライアンスを、第２項は圧電素子１と中
間プレート５間のスプリングおよびフィードバックによ
って作りだされたスプリングのコンプライアンスをそれ
ぞれ示す。第２項から、圧電素子１と中間プレート５間
のスプリングＫ_Sと絶対変位フィードバックによって作
りだされたスプリングＫ_SＣ_dが並列接続となっているこ
とが分かる。Ｃ_dを大きくすると（７）式のコンプライ
アンスは低下して制振特性は向上するが、コンプライア
ンスの大きさは第１項より小さくすることはできない。
以上により、（６）式と（７）式の何れも静的な関係式
に基づいてＣ_dの効果は陽に示すことができた。次に、
Ｃｖの効果を説明する。（５）式の特性方程式のｓ²項
とｓ項に係る各係数を吟味することによって、あるいは
図４のブロック線図を参照することによってその機能は
明らかである。Ｃ_Vのフィードバックによって大きさＫ_S
Ｃ_Vの粘性摩擦係数が作りだされている。すなわち機構
にダンピングを付与して機構の安定化を図っているので
ある。

【００１３】さて、図２右側のものに対するフィードバ
ックの構成であるが、同図真ん中のものに比較して、セ
ンサとアクチュエータは増えているので、当然の如く制
御性能は向上するはずである。しかしながら、このよう
な構成のハイブリッド式能動振動絶縁装置に対するフィ
ードバックの構成については十分な吟味がなされていな
い、という課題が残されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】変位発生形の代表的な
アクチュエータである圧電素子等を組み込む能動振動絶
縁装置は、既に半導体製造装置へと適用するための実用
化研究が進展している。しかし、空気ばねや電磁アクチ
ュエータを用いたアクティブ除振装置に比べれば、圧電
素子の特徴を十分引き出すコントロール技術が確立され
ているわけではない。

【００１５】特に、圧電素子に代表される変位発生形ア
クチュエータと、電磁モータなどに代表される力発生形
アクチュエータとを併用するハイブリッド式能動振動絶
縁装置に対するコントロール技術は全く不完全であり、
半導体露光装置への適用に耐え得るハイブリッド式能動
振動絶縁装置の構成をどのようにするのか、という課題
が残されている。

【００１６】また、空気ばねや電磁モータを用いたアク
ティブ除振装置に比べて圧電素子の特徴を十分引き出す
コントロール技術が確立されていないことの理由は下記
の通りである。

【００１７】（１）従来、未知のダイナミクスをもつ除
振対象の振動絶縁特性をさらに改善するために、能動振
動絶縁装置における除振ユニットが付加的に挿入されて
おり、事前に配置に関する幾何的な情報が得られていな
い、または得ることができない。

【００１８】（２）除振ユニットそれ自身が連成を有す
る力学系を構成している。すなわち１つの除振ユニット
内には、床と、中間プレートと、除振対象とにそれぞれ
振動検出手段が設けられている。このような除振ユニッ
トを複数台使用したときには、各中間プレートのダイナ
ミクスをどのように協調させるのかが不明確である。し
かしながら、除振対象のダイナミクスを十分熟知してい
る立場で観た場合、複数台の除振ユニットが各個別に動
作していることは、無駄な動きをさせていることがあ
り、そうすると、極限の除振特性が得られないという問
題がある。つまり、効果的な除振を行っているとは言い
難い状況である。また、除振ユニットを積極的に導入せ
んとする立場で観た場合、複数台の除振ユニットの幾何
的配置に関する情報および除振対象のダイナミクスは既
知となるので、上記（１）は解消すべき課題として残さ
れている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものである。すなわち、本発明のハ
イブリッド式能動振動絶縁装置は、除振対象とこれを設
置する設置面との間に配置される中間プレートと、前記
除振対象および中間プレート間に並列的に介在する弾性
体および力発生形アクチュエータと、前記中間プレート
および設置面間に介在する変位発生形アクチュエータ
と、前記除振対象、中間プレートおよび設置面の振動を
それぞれ検出する第１、第２および第３の振動検出手段
と、前記第１および第３振動検出手段の出力に対してそ
れぞれ所定の補償を施した各信号の加算信号で前記力発
生形アクチュエータを駆動するとともに、前記第２振動
検出手段の出力に所定の補償を施した信号で前記変位発
生形アクチュエータを駆動するフィードバック制御手段
とを具備することを特徴とする。

【００２０】また、本発明のハイブリッド式能動振動絶
縁装置は、このハイブリッド式能動振動絶縁装置に従っ
た除振動ユニットを複数台備えるとともに、各除振動ユ
ニットの第１振動検出手段の出力に基づき前記除振対象
の運動モードを算出する第１の運動モード抽出演算手段
と、これが出力する剛体運動および柔軟運動を表す信号
に所定の補償を施す第１のＰＩＤ補償器と、これの出力
を入力とする第１の運動モード分配演算手段と、これの
出力を入力として各除振動ユニットの力発生形アクチュ
エータを駆動するドライバと、各除振動ユニットの第２
振動検出手段の出力に基づき各除振動ユニットの中間プ
レート間の協調をとるための第２の運動モード抽出演算
手段と、これの出力に所定の補償を施す第２のＰＩＤ補
償器と、これの出力を入力とする第２の運動モード分配
演算手段と、これの出力信号に基づき各除振動ユニット
の変位発生形アクチュエータに変位を発生せしめる高圧
アンプと、前記ドライバへの入力に加算される各除振動
ユニットの第３振動検出手段の各出力に所定の補償を施
す第３のＰＩＤ補償器とを具備することを特徴とする。

【００２１】これによれば、力発生形アクチュエータの
特徴を十分に引き出した制御が可能となり、半導体露光
装置等への適用に耐えうる除振・制振が行われる。ま
た、各除振動ユニットの動作が無駄のない協調したもの
となり、効果的な除振が行われる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態におい
ては、振動検出手段として絶対速度センサが用いられる
が、その場合、上記の各補償は各独立のＰＩＤ補償器に
なる。なお、振動検出手段が加速度センサである場合に
は、次元を考慮して適切な補償器が選択できることは言
うまでもない。

【００２３】また、直流域の除振率を零にする、いわゆ
る完全除振の達成のために、中間プレートの絶対速度に
対して補償を施すＰＩＤ補償器の積分ゲインと、設置面
の絶対速度に対して施すＰＩＤ補償器の積分ゲインと
を、中間プレートと除振対象との間に存在する機械的な
ばね定数に見合うように最適設定する。

【００２４】また、除振域の拡大のために、前記設置面
の振動の絶対速度に対して補償を施すＰＩＤ補償器の積
分ゲインによって作り出す電気的なばね定数を変位発生
形アクチュエータのばね定数と等しくなるように設定
し、かつ中間プレートの絶対速度に対して補償を施すＰ
ＩＤ補償器の比例ゲインによって作り出す電気的な粘性
摩擦係数を除振対象と中間プレートの間の粘性摩擦係数
と等しくなるように設定する。

【００２５】除振対象とは、ステッパもしくはスキャナ
に代表される半導体製造装置等である。また、力発生形
アクチュエータとしては、例えば電磁モータを用いるこ
とができ、変位発生形アクチュエータとしては、例えば
圧電素子を用いることができる。

【００２６】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るハイブリッド
式能動振動絶縁装置におけるフィードバックを示すブロ
ック線図である。図５はこの装置の能動マウント（除振
ユニット）の構造を示す断面図および斜視図であり、図
６はその制御装置の構成を示す図である。この能動マウ
ントは図２右側に示す力学系（力学モデル）に対応する
ものであり、この力学系に対して図１のフィードバック
が施される。

【００２７】図５および６に示すように、このハイブリ
ッド式能動振動絶縁装置は、除振対象４例えば半導体製
造装置を積層ゴム３と電磁モータ（６ａ、６ｂ）とを介
して中間プレート５に結合し、中間プレート５を変位発
生形アクチュエータの代表である圧電素子１で駆動する
振動絶縁装置であって、除振対象４に設置した絶対速度
センサ９ａと、中間プレート５に設置した絶対速度セン
サ９ｂと、除振対象４を設置する床１０の振動を検出す
るための絶対速度センサ９ｃとを備えている。そして、
絶対速度センサ９ａと絶対速度センサ９ｃの各出力に対
してそれぞれの補償を施した信号の加算信号で電磁モー
タを駆動し、絶対速度センサ９ｂの出力に補償を施した
信号で圧電素子１を駆動するフィードバック制御装置を
有する。６ａはヨーク、６ｂは巻線コイルであり、両者
で電磁モータを構成している。１０ａ、１０ｂおよび１
０ｃはそれぞれ絶対速度センサ９ａ、９ｂおよび９ｃの
出力に対して補償を施すＰＩＤ補償器、１１は電磁モー
タを励磁するドライバ、１２は圧電素子１を駆動するド
ライバである。なお、図２中の記号の意味は、次のとお
りである。すなわち、ｆ_Pは除振対象４に加わる外乱
力、Ｍ_Pは除振対象４の質量、Ｋ_iは板ばねと積層ゴムの
ばね定数、Ｃ_iは積層ゴムの粘性摩擦係数、ｆは力発生
形アクチュエータ６（電磁モータ６ａ，６ｂ）の発生す
る駆動力、Ｍ_Sは中間プレート５の質量、Ｋ_Sは変位発生
形アクチュエータ（圧電素子）１のばね定数である。

【００２８】図１を参照して、まず、除振ユニット（能
動マウント）の運動方程式は、上述の（１）、（２）式
と同じ、次式で示される。

【００２９】

【数６】 ここで、ｘは除振対象４の変位、νは中間プレート５の
変位、ｕは床１０の振動の変位、ｚは圧電素子１の変位
である。

【００３０】フィードバック則は次式とする。すなわ
ち、除振対象４、中間プレート５、そして床１０面の振
動を検出する絶対速度センサ９ａ、９ｂおよび９ｃが出
力する絶対速度に対してそれぞれのＰＩＤ補償器１０
ａ、１０ｂ、１０ｃによる補償を施すという構成であ
る。

【００３１】

【数７】 したがって、（８）式から（１１）式より、ｘ、ｕ、ｆ
_Pの間の関係式を得ることができる。簡単のため、最初
に直流域の特性を示して、「従来の技術」の欄で説明し
た図４の構成に対する優位性を明らかにしておく。ま
ず、直流域ｓ→０での除振率ｘ／ｕは次式のようにな
る。

【００３２】

【数８】 したがって、（１＋Ｃ_is）Ｃ_iu＝Ｋ_iとなるようにＣ_iu
とＣ_isのゲインを調整することによって、直流域の除振
率を−∞［ｄＢ］にすることができる。つまり、理想的
には、床の振動を除振対象へと全く伝達させないように
できることを意味する。ここでは、これを完全除振と呼
ぶことにする。このような最適値の存在は、従来、解析
的にも実験的にも明らかにされていなかったし、（６）
式に比較して優位な特性であることがわかる。

【００３３】一方、外乱ｆ_Pからｘまでの関係、すなわ
ちコンプライアンスの直流域ｓ→０における特性は次式
である。

【００３４】

【数９】 Ｃ_ipとＣ_isのゲインを大に設定するほど、コンプライア
ンスは低下して外乱ｆｐに対して剛に振る舞うことがわ
かる。特別な場合として、Ｃ_is＝０とおくと、（１３）
式は次式となる。

【００３５】

【数１０】 （７）式の場合、Ｃ_d→∞のときにｘ／ｆ_p＝１／Ｋ_iに
収束するが、（１４）式の場合には、Ｃ_ipが有限の値で
１／Ｋ_iより小さいコンプライアンスを実現できてい
る。したがって、（１４）式が得られる本実施例のハイ
ブリッド式能動振動除振装置の方が、図４に示す能動振
動絶縁装置に比較して優位であることがわかる。

【００３６】次に、ダイナミクスに関する説明を行な
う。（８）から（１１）式より、ｘ／ｕ、ｘ／ｆ_Pを求
めるとそれぞれ次式となる。

【００３７】

【数１１】 ただし、以下のようにおいている。

【００３８】

【数１２】 これより、ＰＩＤ補償の各パラメータの役割を知ること
ができる。すなわち、Ｃ_xsはダンピング項への寄与、Ｃ
_vsは質量項への寄与、Ｃ_isは剛性項への寄与、Ｃ_xpはダ
ンピング項への寄与、Ｃ_vpは質量項への寄与、Ｃ_ipは剛
性項への寄与、Ｃ_xuはダンピング項への寄与、Ｃ_vuは質
量項への寄与、Ｃ_iuは剛性項への寄与である。

【００３９】この中で、制御性能にほとんど寄与しない
パラメータも含まれるので、必要に応じてゼロにセット
することができる。例えば、Ｃ_vs＝０、Ｃ_vp＝０、Ｃ_vu
＝０、Ｃ_xu＝０とおいたとき、伝達関数（１５）式は分
母の次数が４で分子の次数が２となる。したがって、除
振率の周波数特性における高域特性を４０［ｄＢ／ｄｅ
ｃ］のカーブで減衰させることができる。また、この場
合の（１８ｄ）式を参照してみよう。

【００４０】

【数１３】 となるように、ゲインを調整することによって、ｂ₁＝
０とすることができるので、中帯域の除振率を改善する
ことができる。この設定をしたときには、ｂ₀＝０とは
できない。何故ならば、Ｋ_S≫Ｋ_iのためである。しかし
ながら、（２０ａ）と（２０ｂ）式は、やはり除振域を
広くできるという意味で最適値であり、床振動の絶対速
度に対して施すＰＩＤ補償器１０ｃの積分ゲインによっ
て作り出す電気的なばね定数をＫ_Sと等しくなるよう
に、そして中間プレート５の絶対速度に対して施すＰＩ
Ｄ補償器１０ｂの比例ゲインによって作り出す電気的な
粘性をＣ_iと等しくなるように調整することを意味して
いる。さて、上述の定式化に際しては、絶対速度信号の
検出を行って、それに対してＰＩＤ補償を施した。しか
しながら、絶対加速度の検出を行ったときには、次元を
考慮して適切な補償器を選択すればよいことは言うまで
もない。さらに、電磁モータ６ａ，６ｂに代えて、力発
生形アクチュエータとして空気ばねを用いても構わな
い。

【００４１】なお、本実施例のハイブリッド式能動振動
絶縁装置は、半導体露光装置全体を支持するように使用
する。たとえば、図７に示すように、図５の能動マウン
トＭを鉛直および水平方向に複数台使用して、半導体露
光装置Ｓへと伝播する振動を十分抑制する。ここで、７
は梁、８はグレーティングである。

【００４２】あるいは図８に示されるように、半導体製
造装置Ｓを設置する床面を梁７と、グレーティング８と
で構成し、この床面の振動が半導体製造装置Ｓへと伝播
することを抑制するために、制振剛板１４の上に半導体
製造装置Ｓを載置し、グレーティング８と制振剛板１４
の間に除振ユニットＭを複数個配置する。このようにし
て半導体製造装置Ｓを支持するのは、高層建屋への半導
体製造装置Ｓの設置に伴う振動環境の悪化、あるいは半
導体製造装置の微細化に伴う許容床振動レベルの微小化
に起因して、多くの振動絶縁を行うことが望まれるよう
になったためである。しかし従来、複数台の除振ユニッ
トＭは各々が独立に機能しており、床面の振動の制振鋼
板１４への伝播を効率よく抑制しているとは言い難い。
なんとなれば、従来の除振ユニットＭは制振鋼板１４の
下に敷くという発想に基づいており、制振鋼板１４のど
の部位に除振ユニットＭを配置するのかについての最適
化はなされておらず、かつ各除振ユニットも空間的な配
置を考慮して動作させているわけではないからである。
次に、この課題を解決した実施例について説明する。

【００４３】図９は本発明の他の実施例に係るハイブリ
ッド式能動振動絶縁装置の構成を示す。ここでは、図５
の除振ユニットを５台使用している。上述実施例では、
除振ユニット内の電磁モータ６ａ，６ｂと圧電素子１
を、同一除振ユニット内の振動検出手段の出力信号に基
づくフィードバックによって駆動している。除振対象そ
のもののダイナミクスおよび装置設置床の振動環境が未
知であるため、除振ユニットを配置した部位に着目した
振動伝播を同ユニットごとに抑制することによって、結
果として複数台の除振ユニットで支持する除振対象全体
の振動を抑制することを狙っているのである。しかし、
より効果的かつ効率的な除振を行わせるには、各除振ユ
ニットが単体で除振機能を発揮するのではなく、除振ユ
ニット全部が協調をとる必要があり、その方が効果的な
除振性能が得られると考えられる。図９はそのような構
成を与えるものである。

【００４４】ここで、除振ユニットはＭ１〜Ｍ５の５台
であり、各ユニットの第１の振動検出手段９ａが検出す
る部材側に不図示の除振対象が、たとえば図８に示され
るような半導体製造装置Ｓが積載されている。もちろ
ん、除振ユニットの台数は図９のように５台であること
に限定されるものではない。また、除振方位が鉛直であ
るということに限定されるものでないことは言うまでも
ない。

【００４５】さて、図９に示されるように、除振対象の
側の各振動検出手段９ａの出力ＶＴ１〜ＶＴ５は、第１
の運動モード抽出演算手段１５への入力となる。同演算
手段は、これに基づき、除振対象たる半導体製造装置Ｓ
を載置する制振鋼板１４（図８参照）の剛体運動モード
信号とフレキシブルな柔軟運動モード信号とを検出して
出力する。これらの運動モード信号は第１のＰＩＤ補償
器１６ａおよび１６ｂに導かれて、ここで運動モードご
とにパラメータ調整が実施される。ＰＩＤ補償器１６ａ
は剛体運動モードの鉛直方向並進運動と制振鋼板１４の
面内の回転運動とに対する補償を行い、ＰＩＤ補償器１
６ｂは柔軟運動モードに対する補償を行う。制振ユニッ
トＭの台数が増えるほど制御可能な柔軟モードは増える
ことになる。

【００４６】続いて、第１のＰＩＤ補償器１６ａ，１６
ｂの出力は第１の運動モード分配演算手段１７に導か
れ、そこで除振ユニットＭ１〜Ｍ５内の電磁モータ６
ａ，６ｂを励磁するドライバ１８−１〜１８−５への入
力を生成する。一方、除振ユニットＭ１〜Ｍ５の床１０
面の振動を検出する第３の振動検出手段９ｃが出力する
振動ＶＢ１〜ＶＢ５は、それぞれの第３のＰＩＤ補償器
１９−１〜１９−５に入力され、ここでパラメータ調整
が行われ、次いで第１の運動モード分配演算手段１７の
後段でかつドライバ１８−１〜１８−５の前段に加算さ
れる。さらに、除振ユニットＭ１〜Ｍ５の中間プレート
の振動ＶＭ１〜ＶＭ５は第２の振動検出手段９ｂによっ
て検出され、第２の運動モード抽出演算手段２０に入力
される。続いて、第２のＰＩＤ補償器２１ａおよび２１
ｂによってパラメータ調整が施され、第２の運動モード
分配演算手段２２への入力となり、この出力信号で除振
ユニットＭ１〜Ｍ５の各圧電素子１に変位を発生させる
高電圧アンプ２３−１〜２３−５を励磁する。

【００４７】上述のフィードバックでは、床振動の第３
の振動検出手段９ｃの出力ＶＢ１〜ＶＢ５に基づく電磁
モータの駆動は各除振ユニットごとに独立に行われてい
る。一方、除振ユニットＭ１〜Ｍ５の各中間プレート５
と除振対象の載置側の振動については、運動モードに基
づく第１と第２のＰＩＤ補償器の出力によって圧電素子
１と電磁モータ６ａ，６ｂとが駆動されている。第１の
振動検出手段９ａで検出される信号ＶＴ１〜ＶＴ５は、
複数台の除振ユニットに載置されている連続体としての
除振対象の振動であって、これから剛体としての運動モ
ードと弾性体としての柔軟モードとを検出することがで
きる。しかし、第２の振動検出手段９ｂで検出する振動
ＶＭ１〜ＶＭ５は、連続体としての中間プレートの振動
ではなく、各々が物理的に分離している中間プレート５
の振動である。しかし、ここでは各々の中間プレート５
の振動を第２の運動モード抽出演算手段２０に導いて剛
体および弾性体しての運動モードを疑似的に抽出し、こ
れを剛体運動モードに対する第２のＰＩＤ補償器２１ａ
と柔軟運動モードに対する第２のＰＩＤ補償器２１ｂに
導いている。物理的には分離した中間プレート５ではあ
るが、あたかも連続体としての剛体の運動モードと柔軟
な運動モードを有する一体の中間プレートとして制御す
るのである。

【００４８】このように、除振ユニットＭ１〜Ｍ５の中
間プレート５の運動を剛体と柔軟な運動モードに基づい
て規制し、さらに中間プレート５の上方に積載する除振
対象も剛体と柔軟な運動モードに基づいて規制すること
によって、床の振動の除振対象への伝播を見通しよく抑
制することができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明の効果は以下のとおりである。 （１）本発明のハイブリッド式能動振動絶縁装置は、汎
用性が高く、半導体露光装置への適用に耐え得る構成に
なっている。 （２）従来、中間プレートと除振対象の間に弾性体を挿
入する能動振動絶縁装置においては、１次共振周波数よ
り高いところに存在する弾性体に原因する固有振動数が
高域の除振領域を狭めていたが、本発明のハイブリッド
式能動振動絶縁装置によれば、この共振を抑制すること
ができるので、除振領域のより一層の拡大が図れる、と
いう効果がある。 （３）なによりも、直流域における床振動の除振対象へ
の伝播をゼロにするためのＰＩＤ補償器のパラメータの
設定条件、および中域の除振率を最小にするパラメータ
の条件を明らかにしているので、常に最適な除振特性を
得ることができる。 （４）また、本発明のハイブリッド式能動振動絶縁装置
によれば、半導体露光装置等を支持する複数台の除振ユ
ニットの動きが相互に関連づけられているので、装置設
置面の振動状態に応じて最適な調整を行うことができ
る。より具体的には、各除振ユニットの中間プレートの
運動が相互に関連づけられ、その上で中間プレートの上
方に在る除振対象の運動を剛体運動および柔軟運動に基
づいて除振することができる。 （５）したがって、本発明のハイブリッド式能動振動絶
縁装置を備えることによって、半導体製造装置を設置す
る床振動を低減することができるので、精度の高いＩＣ
の焼付けが可能となるとともに、歩留まりが向上して生
産性に寄与するところ大という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るハイブリッド式能動
振動絶縁装置のブロック線図である。

【図２】 能動振動絶縁装置の種類を示す図である。

【図３】 圧電素子を組み込んだ従来の能動マウントの
一構造を示す図である。

【図４】 図３の構造の力学モデルとフィードバック構
成を示すブロック線図である。

【図５】 図１の装置の、圧電素子と電磁モータを組み
込んだ能動マウント（除振ユニット）の構造を示す断面
図および斜視図である。

【図６】 図１の装置の制御装置の構成を示す図であ
る。

【図７】 図１の装置の除振ユニットの半導体製造装置
への組込み例を示す図である。

【図８】 図１の装置の除振ユニットの半導体製造装置
への他の組込み例を示す図である。

【図９】 本発明の他の実施例に係るハイブリッド式能
動振動絶縁装置の構成を示すブロック線図である。

【符号の説明】

１：圧電素子、２：板ばね、３：積層ゴム、４：除振対
象、５：中間プレート、６ａ：ヨーク、６ｂ：巻線コイ
ル、７：梁、８：グレーティング、９ａ，９ｂ，９ｃ：
振動検出手段、１０：床面、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：
ＰＩＤ補償器、１１：ドライバ、１２：ドライバ、１
４：制振鋼板、１５：第１の運動モード抽出演算手段、
１６ａ，１６ｂ：第１のＰＩＤ補償器、１７：第１の運
動モード分配演算手段、１８−１〜１８−５：ドライ
バ、１９−１〜１９−５：第３のＰＩＤ補償器、２０：
第２の運動モード抽出演算手段、２１ａ，２１ｂ：第２
のＰＩＤ補償器、２２：第２の運動モード分配演算手
段、２３−１〜２３−５：高圧アンプ、Ｍ，Ｍ１〜Ｍ
５：能動マウント（除振ユニット）、Ｓ：半導体製造装
置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 除振対象とこれを設置する設置面との間
   に配置される中間プレートと、前記除振対象および中間
   プレート間に並列的に介在する弾性体および力発生形ア
   クチュエータと、前記中間プレートおよび設置面間に介
   在する変位発生形アクチュエータと、前記除振対象、中
   間プレートおよび設置面の振動をそれぞれ検出する第
   １、第２および第３の振動検出手段と、前記第１および
   第３振動検出手段の出力に対してそれぞれ所定の補償を
   施した各信号の加算信号で前記力発生形アクチュエータ
   を駆動するとともに、前記第２振動検出手段の出力に所
   定の補償を施した信号で前記変位発生形アクチュエータ
   を駆動するフィードバック制御手段とを具備することを
   特徴とするハイブリッド式能動振動絶縁装置。
2. 【請求項２】 前記第１、第２および第３振動検出手段
   は絶対速度センサであり、前記フィードバック制御手段
   は各絶対速度センサの出力に対する前記補償をそれぞれ
   独立して行うＰＩＤ補償器を有することを特徴とする請
   求項１に記載のハイブリッド式能動振動絶縁装置。
3. 【請求項３】 前記中間プレートの絶対速度に対して補
   償を施すＰＩＤ補償器の積分ゲインと、前記設置面の絶
   対速度に対して補償を施すＰＩＤ補償器の積分ゲインと
   を、前記中間プレートと前記除振対象との間に存在する
   機械的なばね定数に見合うように設定して、直流域の除
   振率を零にしたことを特徴とする請求項２に記載のハイ
   ブリッド式能動振動絶縁装置。
4. 【請求項４】 前記設置面の振動の絶対速度に対して補
   償を施すＰＩＤ補償器の積分ゲインによって作り出す電
   気的なばね定数を前記変位発生形アクチュエータのばね
   定数と等しくなるように設定し、かつ前記中間プレート
   の絶対速度に対して補償を施すＰＩＤ補償器の比例ゲイ
   ンによって作り出す電気的な粘性摩擦係数を前記除振対
   象と前記中間プレートの間の粘性摩擦係数と等しくなる
   ように設定したことを特徴とする請求項２に記載のハイ
   ブリッド式能動振動絶縁装置。
5. 【請求項５】 除振対象とこれを設置する設置面との間
   に配置される中間プレートと、前記除振対象および中間
   プレート間に並列的に介在する弾性体および力発生形ア
   クチュエータと、前記中間プレートおよび設置面間に介
   在する変位発生形アクチュエータと、前記除振対象、中
   間プレートおよび設置面の振動をそれぞれ検出する第
   １、第２および第３の振動検出手段とを備えた除振動ユ
   ニットを複数台具備するハイブリッド式能動振動絶縁装
   置であって、各除振動ユニットの第１振動検出手段の出
   力に基づき前記除振対象の運動モードを算出する第１の
   運動モード抽出演算手段と、これが出力する剛体運動お
   よび柔軟運動を表す信号に所定の補償を施す第１のＰＩ
   Ｄ補償器と、これの出力を入力とする第１の運動モード
   分配演算手段と、これの出力を入力として各除振動ユニ
   ットの力発生形アクチュエータを駆動するドライバと、
   各除振動ユニットの第２振動検出手段の出力に基づき各
   除振動ユニットの中間プレート間の協調をとるための第
   ２の運動モード抽出演算手段と、これの出力に所定の補
   償を施す第２のＰＩＤ補償器と、これの出力を入力とす
   る第２の運動モード分配演算手段と、これの出力信号に
   基づき各除振動ユニットの変位発生形アクチュエータに
   変位を発生せしめる高圧アンプと、前記ドライバへの入
   力に加算される各除振動ユニットの第３振動検出手段の
   各出力に所定の補償を施す第３のＰＩＤ補償器とを具備
   することを特徴とするハイブリッド式能動振動絶縁装
   置。
6. 【請求項６】 前記第１、第２および第３振動検出手段
   は絶対速度センサであり、前記力発生形アクチュエータ
   は電磁モータであり、前記変位発生形アクチュエータは
   圧電素子であることを特徴とする請求項５に記載のハイ
   ブリッド式能動振動絶縁装置。
7. 【請求項７】 前記第２運動モード抽出演算手段は、各
   除振動ユニットの中間プレートを連続体とみなしてその
   剛体および弾性体としての運動モードを抽出して出力す
   ることにより前記協調をとるものであることを特徴とす
   る請求項５または６に記載のハイブリッド式能動振動絶
   縁装置。