JP2001221279A - 能動制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型かつ広帯域に微振動の制振が可能であ
り、鉛直方向の制振においても発熱の少ない能動制振装
置を提供する。 【解決手段】 振動を検出する振動検出手段１１２を固
定部および／または可動部に有し、前記可動部を駆動す
る手段であるリニアモータ１００は永久磁石磁気回路１
１１とコイル１１０を有し、前記永久磁石磁気回路１１
１または前記コイル１１０のいずれか一方を前記固定部
とし、他方を前記可動部とし、前記可動部を前記固定部
に対して空圧により支持する空圧支持手段１０１を有
し、前記振動検出手段１１２の出力をリニアモータ１０
０の駆動信号源とし、前記リニアモータ１００を制御す
るために該駆動信号源からの信号を制御する制御手段１
１３，１１４，１１５を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種機械装置およ
び構造体等の構造部材の振動を抑制するための能動制振
装置に関する。特に、加速度計等の振動検出手段、リニ
アモータ、空圧支持機構等の空圧支持手段、そして電空
アクチュエータ等を用いて、構造部材の振動を低減する
能動制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、制振装置としては機械的なものと
して、バネと可動質量を用いた構成、ダンパと可動質量
を用いた構成、バネとダンパおよび可動質量を用いた構
成等が知られていた。

【０００３】いずれも構造部材の振動を制振するための
ものである。これら機械的な制振装置のバネやダンパを
各種アクチュエータによって実現するのが能動制振装置
であり、動吸振器またはアクティブマスダンパ等と呼ば
れることもある。たとえば、高層ビルの上部に設置され
た大型の能動制振装置では、回転モータと送りネジを用
いたアクチュエータ等で比較的低周波の振動制振を実現
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の機
械的な制振装置は、バネおよびダンパの特性を振動に適
するように微妙な機構調整を必要とする場合が多く、し
かもメカニカルなダンパは経時特性変化が大きく、定期
的なメンテナンスを必要とした。また、能動制振装置で
鉛直方向の振動を制振する場合には、可動部の自重支持
を必要とし、比較的高い周波数の制振を実現するために
リニアモータ等の高速アクチュエータを用いた場合は、
自重を支持するための電流が常時流れ、発熱が多くな
り、発熱量から可動部質量が制限されてしまうことがあ
った。

【０００５】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、振動検出手段、リニアモータ、空圧支
持手段、そして制御手段等によって、小型かつ広帯域に
微振動の制振が可能であり、鉛直方向の制振においても
発熱の少ない能動制振装置を低価格で実現することを課
題とする。なお、本発明の能動制振装置は、精密機械の
各種振動問題を解決するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の能動制振装置は、固定部と可動部を備え、
前記可動部の駆動反力によって構造部材の振動を抑制す
る能動制振装置において、駆動手段であるリニアモータ
は永久磁石磁気回路とコイルを有し、前記永久磁石磁気
回路または前記コイルのいずれか一方を前記固定部と
し、他方を前記可動部とし、振動を検出する振動検出手
段を前記固定部および／または前記可動部に有し、前記
可動部を前記固定部に対して空圧により支持する空圧支
持手段を有し、前記振動検出手段の出力を前記リニアモ
ータの駆動信号源とし、前記リニアモータを制御するた
めに該駆動信号源からの信号を制御する制御手段を有す
ることを特徴とする。

【０００７】本発明においては、前記可動部と前記固定
部の相対位置を検出する相対位置検出手段を有し、前記
相対位置検出手段の出力を前記空圧支持手段の駆動信号
源とし、該駆動信号源からの信号を制御する空圧制御手
段を有することができる。

【０００８】また、前記空圧支持手段は前記固定部に対
する前記可動部の支持剛性を得るために前記可動部の駆
動方向の片側または両側から前記可動部を支持すること
が好ましい。また、前記空圧支持手段は電空アクチュエ
ータによって支持圧が制御されるものであることが好ま
しい。また、前記能動制振装置を備えたことを特徴とす
る露光装置であることが好ましい。さらに、前記露光装
置を用いてデバイスを製造することが好ましい。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［実施例１］図１は、本実施例の能動制振装置の要部概
略図である。リニアモータ１００は、コイル１１０と永
久磁石磁気回路１１１等から構成される。このリニアモ
ータ１００は、永久磁石磁気回路１１１が可動部となっ
ており、エアシリンダ１０１によって自重が支持されて
いる。振動検出手段である固定部加速度計１１２からの
信号は、制御手段をそれぞれ構成する増幅回路１１３、
積分回路１１４、リニアモータドライバ１１５と順に処
理されリニアモータ１００を制御する。

【００１０】制振用アクチュエータとしてリニアモータ
１００を用いているため、加速度信号を積分処理して可
動部の速度信号とし、速度比例のダンピングとしてい
る。このような構成により制振を要する機械や構造等の
構造部材に固定部を堅固に一体化させ、可動部の駆動反
力を利用して制振が実現される。そして、増幅回路１１
３のゲインＫ１を調整して最良の効果を得る。

【００１１】なお、積分回路１１４はオフセットドリフ
トの影響を考慮して、通常はカットオフ周波数の充分低
い一次ローパスフィルタを用いることが一般的であり、
以下の説明の積分回路も同様である。

【００１２】図１において、空圧支持手段は、エアシリ
ンダ１０１等で、固定部に対して可動部である永久磁石
磁気回路１１１を支持している。必要に応じてタンク１
０２とエア絞り１０３を設けると空気バネ特性を調整で
きる。電空アクチュエータには電磁弁を用いており、１
０４は吸気用電磁弁、１０５は排気用電磁弁である。相
対位置検出手段である位置検出器１０６によって可動部
である永久磁石磁気回路１１１の位置を検出し、目標位
置よりも高すぎるときは排気用電磁弁１０５を駆動す
る。また、低すぎるときは吸気用電磁弁１０４を駆動す
る。これらの駆動制御を空圧制御手段である電磁弁制御
回路１０７で実現している。

【００１３】通常、本実施例のような、いわゆるＯＮ／
ＯＦＦ制御の位置決めの場合は、目標位置近傍に適切な
制御不感帯を設けた制御回路とすることで、電磁弁の頻
繁なＯＮ／ＯＦＦを避ける。本実施例の場合は、制振を
必要とする装置に本能動制振装置を搭載し、制振動作時
の可動ストロークにあわせ適切に不感帯を設ける。エア
絞り１０８および１０９は、電磁弁１０４および１０５
駆動時の空気の急激な流れによる振動発生を避けるため
に使用しており、不要な場合もある。

【００１４】本実施例では、電磁弁１０４および１０５
のＯＮ／ＯＦＦによって可動部の位置決めを実現してい
る。そのため、電磁弁１０４および１０５の駆動時に可
動部は制振効果に対応できない位置補正動作をする可能
性がある。そこで、電磁弁制御回路１０７は電磁弁１０
４および１０５の駆動禁止入力端子１１６を備えてい
る。電磁弁駆動禁止時は、 電磁弁制御回路１０７に信号
を入力することにより、可動部の位置が目標位置（不感
帯）から離れていても電磁弁１０４および１０５を駆動
しない。たとえば、半導体露光装置に本能動制振装置を
適用する場合は、露光時や各種マーク計測時等、制振を
必要とする時には電磁弁１０４および１０５を駆動禁止
して適正な制振動作を確保する。レチクルやウエハの交
換時等、制振を必要としない時には電磁弁駆動禁止を解
除して可動部の位置補正動作を可能にする。

【００１５】１２３は吸気エア配管でエア供給源から適
切な圧力の供給を受け、１２４が排気エア配管で排気路
へ接続する。１１７〜１２２はエア配管である。なお、
可動部（永久磁石磁気回路１１１）の可動方向以外への
拘束がエアシリンダ１０１では不充分な場合は、一般的
なころがり直動案内機構等（不図示）を用いれば良い。

【００１６】［実施例２］次に、第２の実施例を説明す
る。図２は、本実施例の能動制振装置の要部概略図であ
る。図２において、図１と同一の符号は図１と同一の要
素を示す。本実施例において、可動部の位置制御系の特
性を広範囲に調整するために、電空アクチュエータとし
て連続制御型のサーボバルブ２０１を用いている。永久
磁石磁気回路１１１には、可動部加速度計２０２を設
け、増幅回路２０３で増幅後、加算回路２０４を介し
て、サーボバルブドライバ２０５の駆動信号とする。加
算回路２０４には、位置検出器１０６からの信号を、増
幅回路２０６で増幅した信号が加算されている。

【００１７】この構成は、位置サーボ系のダンピングを
増幅回路２０３のゲインＫ２で調整可能であるため、た
とえば、制振を必要とする振動よりも低い周波数の振動
が外乱として加わる場合に有効である。すなわち、増幅
回路２０６のゲインＫ３の調整で位置サーボ系の帯域を
外乱振動の周波数よりも若干低めに設定し、この位置サ
ーボ系が充分安定するように増幅回路２０３のゲインＫ
２を調整することで、外乱に対する可動部の反応を抑え
ることができる。

【００１８】このような設定で、固定部加速度計１１２
の信号を増幅回路１１３と積分回路１１４で処理後リニ
アモータドライバ１１５に加えることで、固定部と堅固
に一体化している構造部材の制振が可能となる。このよ
うに本実施例は、可動部と固定部の両方に振動検出手段
を設ける例である。なお、前記実施例１と同様に、エア
シリンダ１０１に絞りとタンク（共に不図示）を付加す
ることが有効な場合がある。

【００１９】［実施例３］さらに、第３の実施例につい
て説明する。図３は、本実施例の能動制振装置の要部概
略図である。本実施例では、振動検出手段は可動部に設
けた可動部加速度計２０２のみとしている。

【００２０】ここで、図５は本実施例の能動制振装置を
構造部材に対して適用した場合を示す。図５に示すよう
な比較的単純な構造部材５０１において、位置またはそ
の位置の振動ａ１の示す矢印方向の振動を制振する場
合、図５に示す能動制振装置３００（図３全体) を、そ
の可動部の可動方向をａ１の矢印方向にあわせて固定す
る。

【００２１】図３において、可動部加速度計２０２から
の信号は増幅回路２０３と積分回路３０１と加算回路３
０２とで処理後、リニアモータドライバ１１５へ加えら
れる。位置検出器１０６からの信号は増幅回路２０６と
ハイパスフィルタ３０３で処理後、加算回路３０２に入
力される。このように可動部１１１のサーボ系が構成さ
れ、増幅回路２０６のゲインＫ３でサーボ系の共振周波
数をａ１（図５）の振動にあわせる。そして、ダンピン
グを増幅回路２０３のゲインＫ２で適切に調整すること
で効果的な制振が可能となる。位置検出器１０６からの
信号が増幅回路２０６とローパスフィルタ３０４で処理
後サーボバルブドライバ２０５にフィードバックされる
ことで、可動部１１１の自重支持（位置決め）が実現さ
れる。

【００２２】サーボバルブドライバ２０５の前段に可変
ゲインアンプ（不図示）を挿入するとさらに調整範囲が
広がり、有効な場合がある。可動部加速度計２０２の信
号をサーボバルブ２０１にも併せてフィードバックする
（不図示）構成が有効な場合もある。本実施例は、固定
部に振動検出手段を使用しない例である。制振を必要と
する振動の周波数が安定している場合に有効である。

【００２３】［実施例４］さらに、第４の実施例とし
て、水平方向の制振にも実施例の構成が有効な例を示
す。図４は、本実施例の能動制振装置の要部概略図であ
る。図４において、４０１と４０２はエアシリンダで、
可動部であるリニアモータの永久磁石磁気回路４０３を
両側から支持している。エアレギュレータ４０８によっ
てエア圧を調整し、所要の可動部支持剛性を実現する。
４０４と４０５のエア絞りでエア流路を絞ることで、２
個のエアシリンダ４０１，４０２のバネ特性を確保す
る。一般に、電気アクチュエータを用いた位置サーボ系
で可動部の支持剛性を上げるためには、電気アクチュエ
ータの位置フィードバックゲインを上げる必要がある。
しかし、可動部質量が大きい場合等は、位置フィードバ
ックゲインを上げてゆくと不安定（発振状態）になりや
すく、所要の可動部支持剛性を得られない場合もある。

【００２４】本実施例では、このような問題がなく、可
動部４０３の位置決めに高精度を要求しない場合に有効
である。通常、能動制振装置の可動部の位置精度が問題
になることは少なく、本実施例は広範囲に適用できる。
本実施例において、振動検出手段として固定部加速度計
４０６のみを用いれば前記実施例１と同様の能動制振装
置となる。また、可動部加速度計４０７も併せて用いれ
ば前記実施例２に近くなる。さらに、可動部加速度計４
０７のみを用いれば前記実施例３に近い。

【００２５】また、エアレギュレータ４０８を差圧制御
バルブに置き換えて、前記実施例１〜３のように位置検
出器１０６（図１〜３）を用いる構成（不図示）も考え
られる。なお、実施例１〜３においても実施例４と同様
に、可動部１１１（図１〜３）の上下に２つの空圧支持
機構を設け、可動部質量分の圧力差を与えて支持する構
成（不図示）も実施例４と同様に有効な場合がある。

【００２６】以上の実施例１〜４の説明において、通常
エア配管系に用いるゴミ除去フィルタや監視用の圧力ゲ
ージ等は省略しているが、当然それらの使用を否定する
ものではない。また、リニアモータのコイル１１０（図
１〜４）を固定部とする例のみを示した理由は、コイル
１１０を固定部とすると可動部への給電線の接続が不要
等、有利な場合が多いからである。しかし、可動部質量
や構造上の都合によりコイル１１０を可動部とする場合
も充分な効果が期待できることは明らかで、詳細な説明
は省略する。

【００２７】上記した実施例１〜４において、位置検出
器１０６（図１〜３）には詳しく言及していないが、静
電容量センサ、渦電流センサ、差動トランス、レーザ変
位計、または光学／磁気エンコーダ等が使用可能と考え
られる。位置検出器１０６は、特定の形式に限定するも
のではない。また、振動検出器に関しても詳しく言及し
てないが、抵抗変化型、容量変化型、圧電型、サーボ型
または電磁発電型等の加速度計が使用可能であり、速度
計を用いて積分回路を省略する構成も考えられる。速度
計を用いる場合は発電型が好適であろう。

【００２８】［デバイス生産方法の実施例］次に、上記
説明した能動制振装置を備えた露光装置を用いたデバイ
スの生産方法の実施例を説明する。図６は、微小デバイ
ス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造の流れ
を示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパター
ン設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した
パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ
３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用い
てウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は
前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用い
て、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を
形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ
５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デ
バイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００２９】図７は、上記ウエハプロセスの詳細な流れ
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した能動制振装置を備え
た露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼
付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジ
スト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことに
よって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００３０】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の効果は以下の通りである。 （１）リニアモータ、空圧支持手段および制御手段によ
り、水平方向だけでなく、鉛直方向の振動に対しても、
広範囲な振動（周波数、振幅）の制振を、低発熱で実現
できる小型の制振手段を得る。 （２）固定部もしくは可動部またはこれらの両方に備え
られる振動検出手段、リニアモータ、空圧支持手段およ
び制御手段により、半導体露光装置等精密機械の制振用
に適した能動制振装置が提供でき、機械全体の設計に大
幅な変更を必要としない振動対策が可能となる。 （３）広範囲な振動（周波数、振幅）の制振が、複雑な
機構調整なしに、増幅回路のゲインを調整することで容
易に実現可能となる。 （４）メカニカルダンパを使用せず、長期間にわたって
メンテナンスの不要な制振装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る実施例１の能動制振
装置の要部概略図である。

【図２】 本発明の一実施例に係る実施例２の能動制振
装置の要部概略図である。

【図３】 本発明の一実施例に係る実施例３の能動制振
装置の要部概略図である。

【図４】 本発明の一実施例に係る実施例４の能動制振
装置の要部概略図である。

【図５】 実施例３に係る能動制振装置の適用例を示す
図である。

【図６】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図７】 図６におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。

【符号の説明】

１００：リニアモータ、１０１：エアシリンダ、１０
２：タンク、１０３：エア絞り、１０４：吸気用電磁
弁、１０５：排気用電磁弁、１０６：位置検出器、１０
７：電磁弁制御回路、１０８，１０９：エア絞り、１１
０： (リニアモータ１００の) コイル、１１１： (リニ
アモータ１００の) 永久磁石磁気回路、１１２：固定部
加速度計、１１３：増幅回路、１１４：積分回路、１１
５：リニアモータドライバ、１１６：駆動禁止入力端
子、１１７〜１２２：エア配管、１２３：吸気エア配
管、１２４：排気エア配管、Ｋ１：増幅回路１１３のゲ
イン、２０１：サーボバルブ、２０２：可動部加速度
計、２０３：増幅回路、２０４：加算回路、２０５：サ
ーボバルブドライバ、２０６：増幅回路、２０７：エア
配管、Ｋ２：増幅回路２０３のゲイン、Ｋ３：増幅回路
２０６のゲイン、３００：図３に示す実施例３の能動制
振装置、３０１：積分回路、３０２：加算回路、３０
３：ハイパスフィルタ、３０４：ローパスフィルタ、４
０１，４０２：エアシリンダ、４０３： (リニアモータ
の) 永久磁石磁気回路、４０４，４０５：エア絞り、４
０６：固定部加速度計、４０７：可動部加速度計、４０
８：エアレギュレータ、４０９〜４１１：エア配管、５
０１：構造部材、ａ１：位置またはその位置の振動。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部と可動部を備え、前記可動部の駆
   動反力によって構造部材の振動を抑制する能動制振装置
   において、 駆動手段であるリニアモータは永久磁石磁気回路とコイ
   ルを有し、前記永久磁石磁気回路または前記コイルのい
   ずれか一方を前記固定部とし、他方を前記可動部とし、 振動を検出する振動検出手段を前記固定部および／また
   は前記可動部に有し、 前記可動部を前記固定部に対して空圧により支持する空
   圧支持手段を有し、 前記振動検出手段の出力を前記リニアモータの駆動信号
   源とし、前記リニアモータを制御するために該駆動信号
   源からの信号を制御する制御手段を有することを特徴と
   する能動制振装置。
2. 【請求項２】 前記可動部と前記固定部の相対位置を検
   出する相対位置検出手段を有し、前記相対位置検出手段
   の出力を前記空圧支持手段の駆動信号源とし、該駆動信
   号源からの信号を制御する空圧制御手段を有することを
   特徴とする請求項１に記載の能動制振装置。
3. 【請求項３】 前記空圧支持手段は前記可動部の可動方
   向の片側または両側から前記可動部を支持することを特
   徴とする請求項１または２に記載の能動制振装置。
4. 【請求項４】 前記空圧支持手段は電空アクチュエータ
   によって支持圧が制御されるものであることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の能動制振装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の能動制
   振装置を備えたことを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の露光装置を用いてデバ
   イスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。