JP4914165B2

JP4914165B2 - 制振装置及び制振方法

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Publication number: JP4914165B2
Application number: JP2006275571A
Authority: JP
Inventors: 伸二涌井; 好伸大立
Original assignee: EDWARDSJAPAN LIMITED
Current assignee: EDWARDSJAPAN LIMITED
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-10-06
Also published as: JP2008095746A

Description

本発明は制振装置及び制振方法に係わり、特に、磁気軸受の姿勢の自由度を活用して、高次の振動モードを制振可能とし、真空機器である真空ポンプを、制振機器としても活用し、この真空ポンプを使用してなる装置の精度及び生産性に寄与した制振装置及び制振方法に関する。

近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。

これらの半導体は、極めて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、半導体基板上に微細な回路パターンを形成し、これを積層するなどして製造される。

そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易である等の点からターボ分子ポンプが多用されている。

また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。

さらに、ターボ分子ポンプは、電子顕微鏡等の設備において、粉塵等の存在による電子ビームの屈折等を防止するため、電子顕微鏡等のチャンバ内の環境を高度の真空状態にするのにも用いられている。

実際に半導体の製造工程にターボ分子ポンプの適用された例として、図１１に半導体露光装置のスキャナの例を示す。図１１において、固定柱３０１及び梁３０３の上にチャンバ３０５が固定されている。そして、このチャンバ３０５の床面からアクティブダンパ３０７及び除振台３０９を介して真空ケース３１１が配設されている。アクティブダンパ３０７は、内部に充填する空気量を能動的に調整することで床からの振動を伝え難くするものである。

真空ケース３１１は、ターボ分子ポンプ１００により内部空気が吸引されるようになっている。除振台３０９の上にはＸＹステージ３１３が備えられ、このＸＹステージ３１３の上に半導体ウェハ３１５が載置されている。半導体ウェハ３１５の上方には、レチクル３１７が配置され、このレクチル３１７に記載された集積回路のパターンを照明光学系３１９を用いて縮小投影レンズ３２１を介して光学的に半導体ウェハ３１５に対し転写するようになっている。

この際、ＸＹステージ３１３を移動するように計測やステージ制御による位置決めが行われるが、デザインレベルがナノオーダー以下であるため、床から微振動が伝わると転写の精度が乱れるおそれがあった。

また、電子ビーム露光装置においては、構成部材の機械振動が電子ビームを揺動させるとき、これが収束してから次工程に進まざるを得ない状況を招いていた。このような精度及び生産性低下を回避するため、マスダンパ（ＴＭＤ）による構造物の制振、あるいは構造物を剛にする補強などの手段が採用される（特許文献１、２を参照）。図１１中には、アクティブマスダンパ３２３を梁３０３に設置した例を示す。

しかし、前者では、マスダンパ挿入の効果が僅少、あるいは効果ありでも減衰量を定量的に設計できない欠点を持つ。また、装置構造物の補強手段は最悪ケースの場合に限られ、大型装置の場合には採用するのが不可能な場合があった。

あるいは、この振動を能動的に制振するため、非特許文献１に示すように１軸形ターボ分子ポンプを構造物に装着し、構造物の振動計測に基づくフィードフォワードを非接触支持されたロータに施すことが行われている。この１軸形ターボ分子ポンプでは、ｚ軸方向に磁気軸受機能を一つ有し、ｚ軸方向の制御が行われている。
特開２００２−１５１３７９号公報特開２００５−３０４８６号公報涌井伸二、田中寿也、赤津観：磁気軸受を用いたターボ分子ポンプの制振装置への応用、精密工学会誌、７１，９（２００５）１１８４

しかしながら、この１軸形ターボ分子ポンプを用いた場合では、制振の大きさをコントロールできるメリットを有するが、制振方向が１軸であるため、高次の振動を抑制するためには複数台のターボ分子ポンプを備えねばならない、という制約があった。

また、非特許文献１の結果は原理検証にとどまる。なぜならば、産業用装置の構造は異形であり、そのため振動モードも複雑となり、原理検証の成果だけでは現実の構造物制振に応用できるとは言い難い。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、磁気軸受の姿勢の自由度を活用して、高次の振動モードを制振可能とし、真空機器である真空ポンプを、制振機器としても活用し、この真空ポンプを使用してなる装置の精度及び生産性に寄与した制振装置及び制振方法を提供することを目的とする。

このため本発明（請求項１）の制振装置は、第１の半径方向の位置を検出する第１の位置センサと、該第１の位置センサと離隔して設置され、第２の半径方向の位置を検出する第２の位置センサと、該第２の位置センサ及び前記第１の位置センサで検出された変位信号を基に傾斜方向変位成分と並進方向変位成分とを分離する変位分離手段と、該変位分離手段で分離された傾斜方向変位成分に対し信号補償する傾斜方向信号補償手段と、前記変位分離手段で分離された並進方向変位成分に対し信号補償する並進方向信号補償手段とを備えた磁気軸受において、振動を検出可能な第１の振動センサと、該第１の振動センサと離隔して設置された第２の振動センサと、該第２の振動センサ及び前記第１の振動センサで検出された振動信号を基に減算により弾性２次モード振動成分を分離し加算により弾性１次モード振動成分を分離する振動分離手段と、該振動分離手段で分離された弾性２次モード振動成分を前記傾斜方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算する傾斜方向加算手段と、前記振動分離手段で分離された弾性１次モード振動成分を前記並進方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算する並進方向加算手段と、該並進方向加算手段で出力された信号と前記傾斜方向加算手段で出力された信号を基に前記第１の位置センサに対応して配置された第１の径方向電磁石を駆動する第１の駆動信号、及び前記第２の位置センサに対応して配置された第２の径方向電磁石を駆動する第２の駆動信号とを生成する駆動信号生成手段とを備えて構成した。

制振機能をフィードフォワードで追加したことで、第１の径方向電磁石、第２の径方向電磁石が発生する力を構造物の振動に対し「反力」として働かせる。このことにより、構造物の振動を抑えることができる。振動は傾斜方向振動成分と並進方向振動成分をモード分離した上で補償したため、傾斜方向振動と並進方向振動の双方について効率良く制振できる。

また、本発明（請求項２）の制振装置は、軸方向の位置を検出する軸方向位置センサと、該軸方向位置センサで検出された位置信号を補償する位置信号補償手段とを備えた磁気軸受において、振動を検出可能な軸方向振動センサと、該軸方向振動センサで出力された信号を基に生成された信号を前記位置信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算する出力信号加算手段と、該出力信号加算手段で出力された信号を基に前記軸方向位置センサに対応して配置された軸方向電磁石を駆動する軸方向駆動信号を生成する軸方向駆動信号生成手段とを備えて構成した。

制振機能を追加したことで、軸方向電磁石が発生する力を構造物の振動に対し「反力」として働かせる。このことにより、軸方向の構造物の振動を抑えることができる。

さらに、本発明（請求項３）の制振装置は、前記第１の振動センサと前記第２の振動センサとは、弾性２次モード振動の節以外の正方向波と負方向波のそれぞれに対応して配置されたことを特徴とする。

このことにより、効率の良い制振が行える。

さらに、本発明（請求項４）の制振装置は、前記磁気軸受は、外筒と該外筒に固定されたフランジとを備えた真空ポンプに収納され、該フランジと制振対象との間、及び／又は前記外筒と制振対象との間に前記真空ポンプで生成された反力を伝達する連結部材が配設されたことを特徴とする。

連結部材を介して確実に反力を制振対象に伝達できる。

さらに、本発明（請求項５）の制振装置は、前記連結部材の連結方向と前記磁気軸受のｘ軸若しくはｙ軸が一致、又は前記連結部材の連結方向と前記磁気軸受のｘ軸若しくはｙ軸が４５度隔てて配設されたことを特徴とする。

連結部材の連結方向と磁気軸受のｘ軸若しくはｙ軸を一致、又は４５度隔てて配設させることで、制御が簡単に行える。

さらに、本発明（請求項６）の制振方法は、第１の半径方向の位置を検出する第１の位置センサと、該第１の位置センサと離隔して設置され、第２の半径方向の位置を検出する第２の位置センサと、該第２の位置センサ及び前記第１の位置センサで検出された変位信号を基に傾斜方向変位成分と並進方向変位成分とを分離する変位分離手段と、該変位分離手段で分離された傾斜方向変位成分に対し信号補償する傾斜方向信号補償手段と、前記変位分離手段で分離された並進方向変位成分に対し信号補償する並進方向信号補償手段とを備えた磁気軸受において、第１の振動センサと第２の振動センサとで振動を検出し、該第２の振動センサ及び前記第１の振動センサで検出された振動信号を基に減算により弾性２次モード振動成分を分離し加算により弾性１次モード振動成分を分離し、該弾性２次モード振動成分を前記傾斜方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算して傾斜方向信号を生成し、前記弾性１次モード振動成分を前記並進方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算して並進方向信号を生成し、該並進方向信号及び前記傾斜方向信号を基に前記第１の位置センサに対応して配置された第１の径方向電磁石を駆動する第１の駆動信号、及び前記第２の位置センサに対応して配置された第２の径方向電磁石を駆動する第２の駆動信号とを生成することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、傾斜方向振動成分と並進方向振動成分とを分離し、この分離した各成分をそれぞれ傾斜方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算して傾斜方向信号を生成し、並進方向振動成分を並進方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算して並進方向信号を生成し、この並進方向信号及び傾斜方向信号を基に第１の径方向電磁石を駆動する第１の駆動信号、及び第２の径方向電磁石を駆動する第２の駆動信号を生成するように構成したので、第１の径方向電磁石、第２の径方向電磁石が発生する力を構造物の振動に対し「反力」として働かせることができる。このため、構造物の振動を抑えることができる。

以下、本発明の第１の実施形態について説明する。本発明の第１実施形態の構成図を図１に示す。図１において、制振構造物４０１の上面には加速度センサ４０３Ａ、４０３Ｂが取り付けられている。また、下面にはアイボルト４０５Ａ、４０５Ｂが締結されている。５軸制御の磁気軸受を搭載したターボ分子ポンプ１００がｚ軸方向が水平となるように横向きに配設されている。そして、このターボ分子ポンプ１００のリング１００ａ及びリング１００ｂとアイボルト４０５Ａ、４０５Ｂの間が鉛直方向に延びるワイヤ４０７Ａ、４０７Ｂで連結されている。

さらに、制振構造物４０１の壁４０９Ａの内側には、上下の２箇所にアイボルト４１１Ａ、４１１Ｂが締結されている。そして、このアイボルト４１１Ａはターボ分子ポンプ１００の脚部の一端１００ｃと水平方向に延びるワイヤ４１３Ａで連結されている。同様に、アイボルト４１１Ｂはターボ分子ポンプ１００の脚部の一端１００ｄと水平方向に延びるワイヤ４１３Ｂで連結されている。

一方、制振構造物４０１の壁４０９Ｂの内側にも同様に、上下の２箇所にアイボルト４２１Ａ、４２１Ｂが締結されている。そして、このアイボルト４２１Ａはターボ分子ポンプ１００のリング１００ｂの図中上端と水平方向に延びるワイヤ４２３Ａで連結されている。同様に、アイボルト４２１Ｂはターボ分子ポンプ１００のリング１００ｂの図中下端と水平方向に延びるワイヤ４２３Ｂで連結されている。制振構造物４０１の壁４０９Ａの外側には、加速度センサ４３３が配設されている。

ここに、５軸制御の磁気軸受を搭載したターボ分子ポンプの縦断面図を図２に、また、電磁石の概念的配置図を図３に示す。
図２において、ターボ分子ポンプ１００は、円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。そして、外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３が備えられている。

この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がｘ軸とｙ軸にかつ＋方向と−方向に、それぞれの対をなして配置されている。図３中に、それぞれ電磁石１０４ｘｈ＋、１０４ｘｈ−、１０４ｙｈ＋、１０４ｙｈ−で示す。そして、この上側径方向電磁石１０４に近接かつ対応されて４個の電磁石からなる上側径方向センサ１０７が備えられている。この上側径方向センサ１０７は回転体１０３の径方向変位を検出し、図示しない制御装置に送るように構成されている。

そして、この制御装置においては、上側径方向センサ１０７が検出した変位信号に基づき、後述するようにＰＤ調節機能で補償された後、上側径方向電磁石１０４を励磁制御し、ロータ軸１１３の上側の径方向位置を調整する。

そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄など）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、ｘ軸方向とｙ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。

また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８は、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。図３中に、それぞれ電磁石１０５ｘｂ＋、１０５ｘｂ−、１０５ｙｂ＋、１０５ｙｂ−で示す。

さらに、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂは、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向変位信号が制御装置に送られるように構成されている。

そして、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂは、この軸方向変位信号に基づき、後述するようにＰＤ調節機能で補償された後、励磁制御されるようになっている。軸方向電磁石１０６Ａは、磁力により金属ディスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂは、金属ディスク１１１を下方に吸引する。

このように、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節することで、ロータ軸１１３は軸方向に磁気浮上され、かつ空間に非接触で保持されるようになっている。

一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置によって制御されている。

また、モータ１２１には図示しない回転数センサが組み込まれており、この回転数センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転数が検出されるようになっている。

さらに、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置では、この位相センサと回転数センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。

回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・が配設されている。回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。

そして、固定翼１２３の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。

固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設され、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間にはネジ付きスペーサ１３１が配設されている。そして、ベース部１２９中のネジ付きスペーサ１３１の下部には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。

ネジ付きスペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。

ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。

回転体１０３の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には回転翼１０２ｄが垂下されている。この回転翼１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付きスペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。

ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。

ベース部１２９はターボ分子ポンプ１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

かかる構成において、回転翼１０２がモータ１２１により駆動されてロータ軸１１３と共に回転すると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバからの排気ガスが吸気される。

吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。

ベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、ネジ付きスペーサ１３１のネジ溝１３１ａに案内されつつ排気口１３３へと送られる。

なお、上記では、ネジ付きスペーサ１３１は回転翼１０２ｄの外周に配設し、ネジ付きスペーサ１３１の内周面にネジ溝１３１ａが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に回転翼１０２ｄの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。

図４にｘ軸及びｙ軸の励振の方向とワイヤ４０７Ａ、４０７Ｂの関係を示す。但し、ワイヤはロッド等であってもよい。ここに、ｘ軸とワイヤ４０７Ａ、４０７Ｂの方向は一致させている。

次に、本発明の第１実施形態の動作について説明する。
制振構造物４０１において、両端支持梁の振動成分は図１中に示すように１次モードと２次モードとに代表される。そして、この２次モードを考慮するため、２次モード振動の腹に相当する位置に加速度センサ４０３Ａ、４０３Ｂを配置する。

ここに、１次モードと２次モードとを分離するためモード分離補償器５０１を次のように構成する。即ち、図１のモード信号において、２つの加速度センサ４０３Ａ、４０３Ｂの信号を足し合わせることで１次モードの信号は検出され、逆方向の振動である２次モードの信号は検出されない。一方、２つの加速度センサ４０３Ａ、４０３Ｂの信号を引くと、同方向である１次モードの信号は検出されず、２次モードの信号が検出される。

図５にこのモード分離補償器５０１を用いた制御系のブロック図を示す。まず、ｚ軸の制御について説明する。軸方向センサ１０９で検出された軸方向位置変位信号は、増幅器５０３で増幅された後、疑似積分回路５０５を介してＰＤ（比例微分）補償器５０７で信号補償される。その後、位相進み器５０９で信号は位相進みが掛けられてドライバ５１１で軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが駆動される。その結果、ロータ軸１１３は軸方向に磁気浮上され、かつ空間に非接触で保持される。

このｚ軸の制御系について、制振機能を追加する。即ち、加速度センサ４３３で検出した加速度信号は、増幅器５１３で増幅された後、ドリフトを除去するためハイパスフィルター５１５に通される。その後、積分回路５１７では、状態量を加速度から速度にするため積分特性を与えて系にダンピングを付与している。その後、２段のローパスフィルター５１９、５２１では、ノイズを考慮して高周波域をそれぞれカットしている。ローパスフィルター５２１の出力はドライバ５１１の入力側において加算器５２３により信号加算されている。

このように、制振機能を追加したことで、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが発生する力を構造物の振動に対し「反力」として働かせる。このことにより、ｚ軸方向の構造物の振動を抑えることができる。

次に、ｘ軸方向の制御について説明する。図４では、ｘ軸とワイヤ４０７Ａ、４０７Ｂの方向が一致しているので、ｘ軸方向の制振制御のみにより反力を得ることができる。この場合、制振のためにｙ軸方向の制御は不要である。

上側径方向センサ１０７で検出された位置信号及び下側径方向センサ１０８で検出された位置信号は、減算器５２５に入力される。そして、この減算器５２５において減算処理が行われることで、ｚ軸に対する傾斜方向の変位成分が算出される。一方、上側径方向センサ１０７で検出された位置信号及び下側径方向センサ１０８で検出された位置信号は、それぞれ増幅器５２７及び増幅器５２９を介して加算器５３１に入力される。

そして、この加算器５３１において加算処理が行われることで、ｚ軸に対する並進方向の変位成分が算出される。減算器５２５から出力された傾斜方向の変位は増幅器５３３で増幅された後、疑似積分回路５３５を介してＰＤ（比例微分）補償器５３７で信号補償される。その後、位相進み器５３９で信号は位相進みが掛けられるようになっている。

一方、加算器５３１から出力された並進方向の変位は、増幅器５４１で増幅された後、疑似積分回路５４３を介してＰＤ（比例微分）補償器５４５で信号補償される。その後、位相進み器５４７で信号は位相進みが掛けられるようになっている。

位相進み器５３９の出力及び位相進み器５４７の出力は傾斜方向及び並進方向を再びモード合成することで、上側径方向電磁石１０４及び下側径方向電磁石１０５に対する信号に変換するようになっている。このモード合成に際しては、減算器５２５、増幅器５２７、増幅器５２９及び加算器５３１で行われたモード分離とは反対の処理が行われる。即ち、位相進み器５３９の出力信号は増幅器５４９で増幅された後加算器５５３に入力される。そして、位相進み器５４７の出力信号も加算器５５３に入力され、加算されるようになっている。

一方、位相進み器５３９の出力信号は増幅器５５１で増幅された後減算器５５５に入力される。そして、位相進み器５４７の出力信号も減算器５５５に入力され、減算されるようになっている。加算器５５３で加算された信号はドライバ５５７を介して上側径方向電磁石１０４を駆動し、減算器５５５で減算された信号はドライバ５５９を介して下側径方向電磁石１０５を駆動するようになっている。

その結果、ロータ軸１１３は半径方向に磁気浮上され、かつ空間に非接触で保持される。
このｘ軸の制御系について、制振機能を追加する。即ち、加速度センサ４０３Ａ、４０３Ｂで検出した信号は、先述したモード分離補償器５０１を介し、減算器５６１で減算、加算器５６３で加算されることで１次モードと２次モードとに分離される。

減算器５６１で減算された信号は、増幅器５６５で増幅された後、ドリフトを除去するためハイパスフィルター５６７に通される。その後、積分回路５６９では、状態量を加速度から速度にするため積分特性を与えて系にダンピングを付与している。その後、２段のローパスフィルター５７１、５７３では、ノイズを考慮して高周波域をそれぞれカットしている。ローパスフィルター５７３の出力は位相進み器５３９の出力側において加算器５７５により信号加算されている。

一方、加算器５６３で加算された信号は、増幅器５７７で増幅された後、ドリフトを除去するためハイパスフィルター５７９に通される。その後、積分回路５８１では、状態量を加速度から速度にするため積分特性を与えて系にダンピングを付与している。その後、２段のローパスフィルター５８３、５８５では、ノイズを考慮して高周波域をそれぞれカットしている。ローパスフィルター５８５の出力は位相進み器５４７の出力側において加算器５８７により信号加算されている。

このように、制振機能をフィードフォワードで追加したことで、上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５が発生する力を構造物の振動に対し「反力」として働かせる。このことにより、構造物の振動を抑えることができる。振動は１次モードと２次モードをモード分離した上で補償したため、１次モードと２次モードの双方について効率良く制振できる。

図６及び図７に制振の効果を示す。図６中の左図はフィードフォワード処理をせずに制御対象を加振したものである。また、右図は、本実施形態のフィードフォワード処理を実施したものについて、加振したものである。上段は２次モード、下段は１次モードを示すが、それぞれよく分離されていることが分かる。そして、左図に比べて右図は振幅が小さくなっており、１次モードも２次モードも効率良く制振していることが分かる。

さらに、図７の右図のゲイン特性に示すように、周波数が４７ヘルツの位置で２次モードが存在するが、この２次モードの振幅が増幅器５６５のゲインを強めることで、次第に小さく抑えられていることが分かる。即ち、４７ヘルツの位置で複数の特性曲線がゲインの大きさに応じて次第に垂下している。

なお、図４では、ｘ軸とワイヤ４０７Ａ、４０７Ｂの方向が一致しているように構成したが、図８のように、例えば４５度ずらして構成されてもよい。この場合、制振のためにｙ軸方向の制御も行うことになるが、この際のｙ軸方向の制御については、図５のｘ軸方向の制御と同様なので説明を省略する。このときの反力の設定はｘ軸方向の反力とｙ軸方向の反力の双方のベクトル合成された値を適用する。

また、図４では、ｘ軸とワイヤ４０７Ａ、４０７Ｂの方向が一致している例を示したが、ワイヤはｚ軸に対して角度を有するように斜めに配設されてもよい。この場合、アイボルト４０５Ａ、４０５Ｂの取り付け位置は２次モードのそれぞれの腹の位置に合わせて設置されるのが望ましい。このことにより、ターボ分子ポンプの大きさの大小如何に関わらず、制振が可能となる。

さらに、加速度センサ４０３は、速度センサ若しくは歪みセンサとされてもよい。速度センサが用いられた場合には、積分回路５６９、５８１、５１７は不要である。
また、加速度センサ４０３Ａ、４０３Ｂ及びワイヤ４０７Ａ、４０７Ｂの取り付け位置は、２次モードの節以外であれば制振制御が可能である。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態の構成図を図９に示す。また、図９中のＡ−Ａ矢視断面図を図１０に示す。なお、図１と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。本発明の第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、ターボ分子ポンプ１００をｚ軸方向が鉛直となるように設置したことである。このため、ターボ分子ポンプ１００のリング１００ｂが、制振構造物４０１の下面に直接固定されている。そして、上面には、加速度センサ６０３が取り付けられている。

一方、ターボ分子ポンプ１００の外筒１２７には図１０に示すように、連結部材であるロッド６０７、６０９が取り付けられている。このロッド６０７、６０９はターボ分子ポンプ１００を中心に見て９０度の角度となるように壁４０９Ａに対し取り付けられている。ロッド６０７、６０９の先端６０７ａ、６０９ａはそれぞれ２次モードの腹に位置するように固定されている。また、ロッド６０７、６０９に対応して加速度センサ６０５Ａ、６０５Ｂが配置されている。

かかる構成において、水平振動の１次モード及び２次モードが第１実施形態と同様に制振可能である。
なお、ロッド６０７、６０９より上方にもロッドを配設、この上下の２箇所に加速度センサを配置すれば、第１実施形態と同様に鉛直振動の１次モード及び２次モードが制振可能である。

本発明の第１実施形態の構成図５軸制御の磁気軸受を搭載したターボ分子ポンプの縦断面図電磁石の概念的配置図ｘ軸及びｙ軸の励振の方向とワイヤの関係制御系のブロック図制振の効果（その１）制振の効果（その２）図４の別例（ｘ軸とワイヤの方向を４５度ずらして構成）本発明の第２実施形態の構成図図９中のＡ−Ａ矢視断面図半導体露光装置のスキャナの例

符号の説明

１００ターボ分子ポンプ
１００ａ、１００ｂリング
１０３回転体
１０４上側径方向電磁石
１０５下側径方向電磁石
１０６Ａ、１０６Ｂ軸方向電磁石
１０７上側径方向センサ
１０８下側径方向センサ
１０９軸方向センサ
１１１金属ディスク
１１３ロータ軸
１２７外筒
４０１制振構造物
４０３、４０３Ａ、４０３Ｂ、４３３、６０３、６０５Ａ、６０５Ｂ加速度センサ
４０７Ａ、４０７Ｂ、４１３Ａ、４１３Ｂ、４２３Ａ、４２３Ｂワイヤ
５０１モード分離補償器
５０３、５１３、５２７、５２９、５３３、５４１、５４９、５５１、５６５、５７７増幅器
５０５、５３５、５４３疑似積分回路
５０７、５３７、５４５補償器
５０９、５３９、５４７位相進み器
５１１、５５７、５５９ドライバ
５１５、５６７、５７９ハイパスフィルター
５１７、５６９、５８１積分回路
５１９、５２１、５７１、５７３、５８３、５８５ローパスフィルター
５２３、５３１、５５３、５６３、５７５、５８７加算器
５２５、５５５、５６１減算器
６０７ロッド

Claims

第１の半径方向の位置を検出する第１の位置センサと、
該第１の位置センサと離隔して設置され、第２の半径方向の位置を検出する第２の位置センサと、
該第２の位置センサ及び前記第１の位置センサで検出された変位信号を基に傾斜方向変位成分と並進方向変位成分とを分離する変位分離手段と、
該変位分離手段で分離された傾斜方向変位成分に対し信号補償する傾斜方向信号補償手段と、
前記変位分離手段で分離された並進方向変位成分に対し信号補償する並進方向信号補償手段とを備えた磁気軸受において、
振動を検出可能な第１の振動センサと、
該第１の振動センサと離隔して設置された第２の振動センサと、
該第２の振動センサ及び前記第１の振動センサで検出された振動信号を基に減算により弾性２次モード振動成分を分離し加算により弾性１次モード振動成分を分離する振動分離手段と、
該振動分離手段で分離された弾性２次モード振動成分を前記傾斜方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算する傾斜方向加算手段と、
前記振動分離手段で分離された弾性１次モード振動成分を前記並進方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算する並進方向加算手段と、
該並進方向加算手段で出力された信号と前記傾斜方向加算手段で出力された信号を基に前記第１の位置センサに対応して配置された第１の径方向電磁石を駆動する第１の駆動信号、及び前記第２の位置センサに対応して配置された第２の径方向電磁石を駆動する第２の駆動信号とを生成する駆動信号生成手段とを備えたことを特徴とする制振装置。
軸方向の位置を検出する軸方向位置センサと、
該軸方向位置センサで検出された位置信号を補償する位置信号補償手段とを備えた磁気軸受において、
振動を検出可能な軸方向振動センサと、
該軸方向振動センサで出力された信号を基に生成された信号を前記位置信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算する出力信号加算手段と、
該出力信号加算手段で出力された信号を基に前記軸方向位置センサに対応して配置された軸方向電磁石を駆動する軸方向駆動信号を生成する軸方向駆動信号生成手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の制振装置。
前記第１の振動センサと前記第２の振動センサとは、弾性２次モード振動の節以外の正方向波と負方向波のそれぞれに対応して配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の制振装置。
前記磁気軸受は、
外筒と該外筒に固定されたフランジとを備えた真空ポンプに収納され、
該フランジと制振対象との間、及び／又は前記外筒と制振対象との間に前記真空ポンプで生成された反力を伝達する連結部材が配設されたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の制振装置。
前記連結部材の連結方向と前記磁気軸受のｘ軸若しくはｙ軸が一致、又は前記連結部材の連結方向と前記磁気軸受のｘ軸若しくはｙ軸が４５度隔てて配設されたことを特徴とする請求項４記載の制振装置。
第１の半径方向の位置を検出する第１の位置センサと、
該第１の位置センサと離隔して設置され、第２の半径方向の位置を検出する第２の位置センサと、
該第２の位置センサ及び前記第１の位置センサで検出された変位信号を基に傾斜方向変位成分と並進方向変位成分とを分離する変位分離手段と、
該変位分離手段で分離された傾斜方向変位成分に対し信号補償する傾斜方向信号補償手段と、
前記変位分離手段で分離された並進方向変位成分に対し信号補償する並進方向信号補償手段とを備えた磁気軸受において、
第１の振動センサと第２の振動センサとで振動を検出し、
該第２の振動センサ及び前記第１の振動センサで検出された振動信号を基に減算により弾性２次モード振動成分を分離し加算により弾性１次モード振動成分を分離し、
該弾性２次モード振動成分を前記傾斜方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算して傾斜方向信号を生成し、
前記弾性１次モード振動成分を前記並進方向信号補償手段で信号補償された出力信号に対し加算して並進方向信号を生成し、
該並進方向信号及び前記傾斜方向信号を基に前記第１の位置センサに対応して配置された第１の径方向電磁石を駆動する第１の駆動信号、及び前記第２の位置センサに対応して配置された第２の径方向電磁石を駆動する第２の駆動信号とを生成することを特徴とする制振方法。