JPH084830A - 除振台位置制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 支持体又は制御対象物に固定された垂直方向
変位センサの取付精度に係わらず、制御対象物を確実に
制御することができる除振台位置制御方法を提供する。 【構成】 除振台１の制御対象物が降下状態のときの制
御対象物及び支持体間の実測した変位の変位信号Ｓ₁、
Ｓ₂、Ｓ₃、Ｓ₄を制御回路６に記憶させ、制御対象物が
降下状態のときの予め定められた制御対象物及び支持体
間の変位を浮上量の目標値から減算し、この減算値を制
御回路６に記憶させた実測した変位に加算し、この加算
値を新たな浮上量の目標値として制御回路６に記憶さ
せ、制御対象物が浮上した際、非接触垂直方向変位セン
サ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにより検出される検出距離を
制御回路６に記憶された新たな浮上量の目標値に制御す
るために、制御回路６からの制御信号Ｓ₅に基づき電気
空圧アナログ弁７を介して空気バネ４ａ、４ｂ、４ｃ、
４ｄをフィードバック制御させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は除振台位置制御方法に係
り、特に、制御対象物に垂直方向の制御力を注入して垂
直方向の位置制御を行なう除振台位置制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図４に示すように、支持体１
２上のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各位置に設けられた空気バ
ネ（図示せず）で支持された精密機器が搭載された定盤
のような制御対象物１３の垂直方向の位置制御は、支持
体１２又は制御対象物１３に垂直方向変位センサを搭載
して垂直方向の変位を検出させ、この変位信号が電気空
圧アナログ弁に入力され、電気空圧アナログ弁が開閉さ
れ、空気を空気バネに給気、また空気バネから空気を排
気することにより行なわれている。また、電気空圧アナ
ログ弁を制御するために線形フィードバック制御や線形
フィードフォワード制御の理論を用いた制御回路が使用
されている。

【０００３】この制御対象物１３の垂直方向の変位を検
出する垂直方向変位センサを例えば支持体１２に搭載す
るには、制御対象物に垂直方向の制御力を注入しない状
態、即ち制御対象物１３が支持体１２から浮上しない状
態で静止させる。このような状態において、支持体１２
のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各位置には図５（ａ）に示すよ
うに、垂直方向変位センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１
５ｄが取付けられている。垂直方向変位センサ１５ａ、
１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの取付け位置は、制御対象物１
３の底面１３ａに対して例えば３ｍｍを検出距離とする
ことができる位置とする。

【０００４】そして垂直方向の制御のために制御対象物
１３を浮上させる場合には、例えば垂直方向変位センサ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの各検出距離が５ｍｍ
になるように浮上量の目標値を設定する。したがって、
制御対象物１１が垂直方向に変位すると、図６に示すよ
うに、支持体１２のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各位置に取付
けられた垂直方向変位センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、
１５ｄからの変位信号に基づき制御回路１６を介して電
気空圧アナログ弁１７が開閉され、空気を対向する空気
バネ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに給気、また空気
バネ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄから空気を排気す
ることによって除振台１１の位置制御を行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような垂直方向変
位センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、検出距離
が目標値に定まるようにスペーサ等を用いて厳密に取付
けられるが、人間の勘に頼って行なっているので、どう
しても取付誤差が生じてしまう。例えば制御対象物１３
が浮上していないときの支持体１２のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、
Ｚ₄の各位置に取付けられた垂直方向変位センサ１５
ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの検出距離である現在値
（ＰＯＳ）が３ｍｍになるように支持体１２のＺ₁、
Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各所定位置に垂直方向変位センサ１５
ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを取付けたつもりが、垂直
方向変位センサ１５ａの現在値（ＰＯＳ）が４ｍｍ、垂
直方向変位センサ１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの現在値（Ｐ
ＯＳ）が３ｍｍになっていたとする。なお、浮上量の目
標値（ＲＥＦ）は５ｍｍとする。

【０００６】この状態で線形フィードバック制御や線形
フィードフォワード制御の理論を用いた制御回路１６に
よって浮上量の目標値（ＲＥＦ）５ｍｍに制御すると、
図５（ｂ）に示すように、垂直方向変位センサ１５ｂ、
１５ｃ、１５ｄは浮上量の現在値（ＰＯＳ）が３ｍｍな
ので、浮上量の目標値（ＲＥＦ）５ｍｍとの差は２ｍｍ
となるが、垂直方向変位センサ１５ａは浮上量の現在値
（ＰＯＳ）が４ｍｍなので、浮上量の目標値（ＲＥＦ）
５ｍｍとの差は１ｍｍとなる。

【０００７】これにより、制御回路１６は制御対象物１
３のＺ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各位置を空気バネ１４ｂ、１４
ｃ、１４ｄによって２ｍｍ浮上させるのに対し、制御対
象物１３のＺ₁の位置を空気バネ１４ａによって１ｍｍ
しか浮上させることができない。したがって、精密機器
が搭載された定盤のような制御対象物１３は堅固な平面
であるにも拘らず制御対象物１３のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄
の各位置は平面を成さず、制御対象物１３のＺ₁の位置
は定常偏差を生ずることになるので、浮上時の制御対象
物１３の正確な水平方向の制御ができなくなる問題点が
あった。

【０００８】また、この問題点を解決するために制御対
象物１３のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の位置毎に、垂直方向変
位センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの浮上量の現
在値（ＰＯＳ）に対応した浮上量の目標値（ＲＥＦ）を
設定して調整していた。

【０００９】

【目的】本発明は、このような従来の問題点を解決する
ためになされたもので、支持体又は制御対象物に固定さ
れた垂直方向変位センサの取付精度に係わらず、制御対
象物を確実に制御することができる除振台位置制御方法
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の除振台位置制御方法は、垂直方向アクチュエ
ータによって基礎、床または地盤等である設置面上に支
持されている制御対象物及び設置面間の変位を検出する
垂直方向変位センサにより検出される変位信号に基づき
制御対象物を垂直方向アクチュエータによって垂直方向
に制御する除振台位置制御方法において、制御対象物が
降下状態のときの制御対象物及び設置面間の実測した変
位を記憶手段に記憶させ、制御対象物が降下状態のとき
の予め定められた制御対象物及び設置面間の変位を浮上
量の目標値から減算し、減算値を記憶手段に記憶させた
実測した変位に加算し、加算値を新たな浮上量の目標値
として記憶手段に記憶させ、制御対象物が浮上した際、
垂直方向変位センサにより検出される検出距離を記憶手
段に記憶された新たな浮上量の目標値に制御するもので
ある。

【００１１】また、記憶手段は垂直方向アクチュエータ
及び垂直方向変位センサが複数ある場合には、複数の垂
直方向変位センサそれぞれに新たな浮上量の目標値を設
定することことができる。

【００１２】

【作用】この除振台位置制御方法によれば、制御対象物
が降下状態のときに制御対象物及び設置面間を垂直方向
変位センサにより実測した変位を記憶手段に記憶させ
る。また、制御対象物が降下状態のときの予め定められ
た制御対象物及び設置面間の変位を浮上量の目標値から
減算する。この減算値を記憶手段に記憶させた実測した
変位に加算し、この加算値を新たな浮上量の目標値とし
て記憶手段に記憶させる。

【００１３】そして、制御対象物が浮上した際、垂直方
向変位センサにより検出される検出距離を、記憶手段に
記憶された新たな浮上量の目標値に制御する。さらに、
記憶手段は垂直方向アクチュエータ及び垂直方向変位セ
ンサが複数ある場合には、複数の垂直方向変位センサそ
れぞれに新たな浮上量の目標値を設定することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による除振台位置制御方法の一
実施例について図面を参照して説明する。図３（ａ）、
（ｂ）において、本発明の除振台位置制御方法を適用し
た除振台１は、設置面としての支持体２のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ
₃、Ｚ₄の各位置に垂直方向アクチュエータである空気バ
ネ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで支持された精密機器が搭載
された定盤のような制御対象物３が設けられている。制
御対象物３には垂直方向の変位を検出して垂直方向の変
位信号を出力する非接触垂直方向変位センサ５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄが支持体２のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各位
置に取付けられる。この非接触垂直方向変位センサ５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの検出距離は、制御対象物３の下
面３ａ迄の検出距離で、この各検出距離は非接触垂直方
向変位センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの検出可能範囲が
３〜８ｍｍの場合には３ｍｍを検出距離として、非接触
垂直方向変位センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを支持体２
に取付けている。なお、非接触垂直方向変位センサ５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとしては、例えば、渦電流素子、
差動トランス、ＬＥＤ、レーザー素子等が採用できる。

【００１５】ここで、制御対象物３とは、定盤のような
被除振質量のみならず、これに搭載されたステッパ（縮
小投影型露光機）のようなＩＣ、ＬＳＩの半導体製造・
検査装置、電子顕微鏡、光応用装置等の精密機器が含ま
れるものである。この除振台１の制御系は図１に示すよ
うに、非接触垂直方向変位センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５
ｄからの垂直方向の変位信号Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃、Ｓ₄を処理
して制御信号Ｓ₅を生成する記憶手段である制御回路６
と、制御回路６からの制御信号Ｓ₅により駆動する電気
空圧アナログ弁７とから成る。電気空圧アナログ弁７は
制御回路６からの制御信号Ｓ₅に基づき空気を空気バネ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに給気、空気バネ４ａ、４ｂ、
４ｃ、４ｄから空気を排気させる。この電気空圧アナロ
グ弁７にはコンプレッサ（図示せず）などの空圧源から
圧縮された空気が印加されている。したがって、空気バ
ネ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは電気空圧アナログ弁７から
の圧縮された空気で、制御対象物３に垂直方向の変位制
御力Ｆ₁、Ｆ₂、Ｆ₃、Ｆ₄を与える。

【００１６】この電気空圧アナログ弁７を制御する制御
回路６の動作は図２に示すように、制御対象物３が静止
状態において制御回路６を駆動させると、まず、支持体
２のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各位置においてステップ１０
２〜１０４までのルーチンを実行したか否かを確認する
（ステップ１０１）。何れも実行されていなければ、制
御回路６は最初に支持体２のＺ₁の位置に取付けられた
非接触垂直方向変位センサ５ａの検出距離である現在値
を読み込みｄ1と記憶する（ステップ１０２）。

【００１７】次に予め定められた制御対象物３及び支持
体２間の変位（センサ取付理想量）ｄ₀を浮上量の目標
値ｒから減算し、この減算値を実質浮上量ｄ₂とする
（ステップ１０３）。 ｄ₂＝ｒ−ｄ₀ そして、現在値ｄ₁と実質浮上量ｄ₂とを加算した値を新
たな浮上量の目標値ｒ′とする（ステップ１０４）。

【００１８】ｒ′＝ｄ₁＋ｄ₂ このようなステップ１０２〜１０４までのルーチンを支
持体２のＺ₁の位置と共に支持体２のＺ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各
位置においても実行する。支持体２のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、
Ｚ₄の各位置においてステップ１０２〜１０４までのル
ーチンが実行されると、非接触垂直方向変位センサ５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの各現在値ｄ₁が各浮上量の目標
値ｒ′になるまでフィードバック制御される（ステップ
１０５、１０６）。このような制御回路６はマイクロコ
ンピュータが使用される。

【００１９】このように構成された除振台１の位置制御
方法について説明する。除振台１の制御対象物３の降下
位置を基準（降下基準点）にして、非接触垂直方向変位
センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを支持体２のＺ₁、Ｚ₂、
Ｚ₃、Ｚ₄の各位置に取付ける。非接触垂直方向変位セン
サ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの取付位置は、例えば制御対
象物３の下面３ａに対して非接触垂直方向変位センサ５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの検出可能範囲３〜８ｍｍの最小
検出距離３ｍｍを現在値ｄ₁とすることができる位置と
する。なお、取付位置は非接触垂直方向変位センサ５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの最大検出距離８ｍｍから実質浮
上量を減算した値から、非接触垂直方向変位センサ５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの最小検出距離３ｍｍの範囲なら
ば、どのような現在値ｄ₁になってもよい。

【００２０】ここで、非接触垂直方向変位センサ５ａ、
５ｂ、５ｃ、５ｄによって検出される現在値がｄ₁＝３
ｍｍになるように支持体２に対して取付けたつもりが、
非接触垂直方向変位センサ５ａによって検出される現在
値のみがｄ₁＝３．１ｍｍになっていたとする。このよ
うな制御対象物３の垂直方向の降下基準点（非接触垂直
方向変位センサ５ａがｄ₁＝３．１ｍｍ、非接触垂直方
向変位センサ５ｂ、５ｃ、５ｄがｄ₁＝３ｍｍ）におい
て、位置制御を開始するために制御回路６を駆動させ
る。この時には制御対象物３は降下した状態なので、制
御回路６は非接触垂直方向変位センサ５ａから入力され
る現在値の垂直方向の変位信号Ｓ₁を読み込みｄ₁＝３．
１ｍｍと記憶する。

【００２１】次に予め定められた制御対象物３及び支持
体２間の変位ｄ₀＝３ｍｍを浮上量の目標値ｒ＝５ｍｍ
から減算する。 ｄ₂＝ｒ−ｄ₀ ＝５−３＝２ｍｍ そして、現在値ｄ₁＝３．１ｍｍと上記実質浮上量ｄ₂＝
２ｍｍとを加算した値を新たな浮上量の目標値ｒ′とす
る。

【００２２】 ｒ′＝ｄ₁＋ｄ₂＝３．１＋２＝５．１ｍｍ さらに、上記ルーチンは非接触垂直方向変位センサ５
ｂ、５ｃ、５ｄにおいても、順次、実行される。非接触
垂直方向変位センサ５ｂ、５ｃ、５ｄの場合は、ｄ₁＝
３ｍｍなので、 ｄ₂＝ｒ−ｄ₀＝５−３＝２ｍｍ ｒ′＝ｄ₁＋ｄ₂＝３＋２＝５ｍｍ となる。

【００２３】この各新たな浮上量の目標値ｒ′が制御信
号Ｓ₅として電気空圧アナログ弁７に入力され、電気空
圧アナログ弁７はこの制御信号Ｓ₅に基づき非接触垂直
方向変位センサ５ｂ、５ｃ、５ｄに対応した空気バネ４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに空気を給気、空気バネ４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄから空気を排気させることにより除振台
１をフィードバック制御させる。

【００２４】これにより、非接触垂直方向変位センサ５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄで検出された現在値が異なってい
る場合においても、空気バネ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに
よる制御対象物３のＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の各位置の浮上
量を同一にさせることができるので、制御対象物３のＺ
₁、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄の位置ごとに浮上量の目標値を変える
ことなく制御対象物３の水平度を保つことができる。

【００２５】以上の実施例においては、垂直方向変位セ
ンサが支持体に取付けられていたが、これに限らず垂直
方向変位センサは制御対象物に取付けられていても、本
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の除振台位置制御方法によれば、垂直方向アクチュエ
ータによって基礎、床または地盤等である設置面上に支
持されている制御対象物及び設置面間の変位を検出する
垂直方向変位センサにより検出される変位信号に基づき
制御対象物を垂直方向アクチュエータによって垂直方向
に制御する除振台位置制御方法において、制御対象物が
降下状態のときの制御対象物及び設置面間の実測した変
位を記憶手段に記憶させ、制御対象物が降下状態のとき
の予め定められた制御対象物及び設置面間の変位を浮上
量の目標値から減算し、減算値を記憶手段に記憶させた
実測した変位に加算し、加算値を新たな浮上量の目標値
として記憶手段に記憶させ、制御対象物が浮上した際、
垂直方向変位センサにより検出される検出距離を記憶手
段に記憶された新たな浮上量の目標値に制御することに
より、各垂直方向変位センサをスペーサ等を用いて厳密
に調整することなく取付けることができ、また浮上時の
制御対象物の水平度が保証される。

【００２７】これにより、除振台の調整作業の大幅な省
力化を図ることができ、また、制御系の品質を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の除振台位置制御方法を適用した除振台
のブロック図。

【図２】本発明の除振台位置制御方法のフローチャート
図。

【図３】本発明の除振台位置制御方法を適用した除振台
の図で、（ａ）は上部断面図、（ｂ）は側面図。

【図４】従来の除振台の斜視図。

【図５】従来の除振台の垂直方向変位センサの取付状態
を表わす図で、（ａ）は現在値を示す図、（ｂ）は現在
値と浮上量の目標値との関係を示す図。

【図６】従来の除振台のブロック図。

【符号の説明】

１…除振台 ２…支持体（設置面） ３…制御対象物 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…非接触垂直方向変位センサ ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ…空気バネ（垂直方向アクチュ
エータ） ６…制御回路（記憶手段） ７…電気空圧アナログ弁 ｄ₀…センサ取付理想量（予め定められた制御対象物及
び支持体間の変位） ｄ₁…現在値（実測した変位） ｄ₂…実質浮上量（減算値） ｒ…浮上量の目標値 ｒ′…新たな浮上量の目標値

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直方向アクチュエータによって基礎、床
   または地盤等である設置面上に支持されている制御対象
   物及び前記設置面間の変位を検出する垂直方向変位セン
   サにより検出される変位信号に基づき前記制御対象物を
   前記垂直方向アクチュエータによって垂直方向に制御す
   る除振台位置制御方法において、前記制御対象物が降下
   状態のときの前記制御対象物及び前記設置面間の実測し
   た変位を記憶手段に記憶させ、前記制御対象物が降下状
   態のときの予め定められた前記制御対象物及び前記設置
   面間の変位を浮上量の目標値から減算し、前記減算値を
   前記記憶手段に記憶させた前記実測した変位に加算し、
   前記加算値を新たな浮上量の目標値として前記記憶手段
   に記憶させ、前記制御対象物が浮上した際、前記垂直方
   向変位センサにより検出される検出距離を前記記憶手段
   に記憶された前記新たな浮上量の目標値に制御すること
   を特徴とする除振台位置制御方法。
2. 【請求項２】前記記憶手段は前記垂直方向アクチュエー
   タ及び前記垂直方向変位センサが複数ある場合には、前
   記複数の垂直方向変位センサそれぞれに前記新たな浮上
   量の目標値を設定することを特徴とする請求項１記載の
   除振台位置制御方法。