JP2007315590A - 能動型振動絶縁システム - Google Patents

Abstract

【課題】振動絶縁効果がさらに改善した振動絶縁システムおよび振動絶縁方法を提供すること。
【解決手段】能動型振動絶縁システム１は四つのエア・ベアリング２を具備し、これらのエア・ベアリング２の上にプレート５が載せられている。ばね及び質量振動系として概略的に示されている振動絶縁対象６がプレート５上に搭載され、これらの振動絶縁対象６とプレート５で振動絶縁対象質量を形成している。センサ３はプレート５の振動を検出し、センサ７は振動絶縁対象質量の構造振動を検出し、これらに基づいてプレート５に作用するアクチュエータ４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動絶縁対象質量の構造振動、特に固有周波数振動を能動型制御において考慮に入れることができる能動型振動絶縁システムおよび振動絶縁方法に関する。

様々な振動絶縁システムが知られている。例えば、欧州特許明細書ＥＰ ９２７８３０ Ｂ１には、振動絶縁を行うためにエア・ベアリング上に置かれたリソグラフィー装置が開示されている。このような振動絶縁システムは、様々な工学分野で、特に半導体製造分野や、ＭＲＩ装置および電子ビーム顕微鏡などの高解像度画像システム用に広く用いられている。

製造についての精度が高まるに連れて、このような振動絶縁システムに対する要求もまたより厳しくなっている。このため、振動絶縁対象質量を例えばエア・ベアリングによって機械的に分離することに加えてアクチュエータによって能動型制御を行う振動絶縁システムが開発されてきた。このような振動絶縁システムにおいては、振動絶縁対象質量の位置変化、特に振動が、センサによって検出される。この位置変化は、アクチュエータによって打ち消される。

電子制御システムは、このような振動絶縁システムが、外乱の影響に起因する位置変化を予測し、実際に位置変化が起きる前にこれを打ち消すことができるようにする。

このような既に知られている振動絶縁システムは、振動絶縁システムの制御の際に、振動絶縁対象質量は１つの剛体とみなされ、またこの剛体から生じる振動、例えば振動絶縁対象質量の固有周波数振動などの振動を考慮に入れることができないという欠点を有していることが分かった。このような構造振動を以前の制御モデルに組み入れることはできなかった。実際、能動型振動絶縁システムのアクチュエータを駆動する際に構造振動を考慮に入れるいかなる試みも、結局、構造振動を小さくすることができず、多くの場合、構造振動がむしろ大きくなってしまうことが判明した。

このため、現在知られている能動型振動絶縁システムにおいては、振動絶縁対象質量は、通常、１つの剛体であるとみなされ、制御上の目的から無視されている。すなわち、振動絶縁対象質量自体の振動は、補償信号を計算する際には無視されている。
欧州特許明細書ＥＰ ９２７８３０ Ｂ１

これに対して、本発明の目的は、振動絶縁効果がさらに改善した振動絶縁システムおよび振動絶縁方法を提供することである。

本発明の目的は、特に、振動絶縁対象質量の構造振動、特に固有周波数振動をも考慮に入れて、この支持されている振動絶縁対象質量の構造から生じる振動をも減らすことができる振動絶縁システムを提供することである。

本発明の目的は、諸独立請求項の１項に記載の能動型振動絶縁システムおよび振動絶縁方法によって、まさに達成される。

好適な実施形態および本発明の発展形態は、各独立請求項において特定されている。
したがって、能動型振動絶縁システムは、少なくとも１つの振動絶縁対象質量を具備して提供され、この振動絶縁対象質量は、振動絶縁装置、特にエア・ベアリング上に置かれている。

本発明の目的のために、能動型振動絶縁システムは、この目的のために設けられているアクチュエータが、振動絶縁対象質量に対して作用するか、振動絶縁システムのベアリングに対して作用するかには関係なく、振動絶縁対象質量の正常または異常な位置変化が、アクチュエータによって能動的に打ち消される、任意の振動絶縁システムである。振動絶縁対象質量は、また、部品または組立品を把持するための装置を含んでいる。例えば、この装置は、振動絶縁テーブルであり、この上に、部品または組立品を、振動から絶縁されるように配置することができる。

本発明の能動型振動絶縁システムは、位置変化、特に振動絶縁対象質量の振動を検出するために少なくとも１つのセンサを具備している。このセンサは、必ずしも、全ての空間方向に沿った運動を検出する必要はない。目的に応じて、２つ、４つ、または６つの自由度の移動を検出するセンサを用いることができる。

どのような位置変化、特に振動絶縁対象質量のどのような振動であっても、アクチュエータによって打ち消される。アクチュエータは、本発明の好適な一実施形態においては、振動絶縁システムのベアリング内にまたはその上に配置される。この場合、１つまたは複数のアクチュエータは、制御装置によって駆動され、この制御装置は、センサからの信号を評価し、それらを用いてアクチュエータを駆動するための補正信号を計算する。

この場合、振動絶縁対象質量の構造振動、特に振動絶縁システムのテーブルの構造振動によって影響を受けないようにするために、振動絶縁対象質量の位置変化を検出するための１つまたは複数のセンサは、ベアリングの近くに位置することが好ましい。

本発明者らは、好ましくは振動絶縁対象質量の上に配置するか、振動絶縁対象質量の振動を検出する少なくとも１つのさらなるセンサが、構造振動を検出して、この構造振動を制御システムのための計算に組み込み、したがって、これを考慮に入れることが可能になることを発見した。この場合、付加のセンサは、ベアリングから離れた位置に配置することが好ましい。

これにより、ベアリングの近傍に位置している１つまたは複数のセンサを比較することによって、どの運動成分が、振動絶縁対象質量の構造振動によって生じているかを特定することができる。

本発明の目的のために、構造振動は、振動絶縁対象質量が理想的な剛体でないことによって生じる、どのような振動または運動成分であってもよい。

この場合、このさらなるセンサは、ベアリングから少なくとも１０ｃｍ、特に好ましくは少なくとも１５ｃｍのところに位置するのが好ましい。

本振動絶縁システムは、振動絶縁対象を支持するためのホルダ、特にテーブルを具備することが好ましい。ホルダまたはテーブルの構造振動は、少なくとも１つのさらなるセンサによって検出することができる。

以上のものに代えて、または以上のものと組み合わせて、振動絶縁対象の構造振動を検出するセンサが設けられる。これにより、振動絶縁対象質量全体の構造振動を考慮に入れることが可能となる。

本発明の好適な一実施形態では、補償信号は振動絶縁対象質量の構造振動を表し、この補償信号は１つまたは複数のアクチュエータを駆動する制御装置によって計算され、能動型の振動絶縁を行うための他の補償信号に加えられる。

本システムの複雑さ、および振動の様々な自由度についての情報の性質に応じて、本発明の１つの発展形態において提示されているように、計算を行う際に以下のような変換を行うことをさらに含めることができる。この変換では、さらなるシステム状況、特に能動型の振動絶縁を行うためのさらなる補償信号をアクチュエータを制御する際に考慮に入れる。

接触しないで動作するセンサをセンサとして、特に、容量性センサ、誘導性センサ、および／または光学センサとして用いることが好ましい。

目的に応じて、少なくとも２つ、好ましくは４つ、特に好ましくは６つの自由度で位置変化を検出するために、このさらなるセンサも、構造振動を検出するように設計される。

構造振動の検出は、このさらなるセンサを本振動絶縁システムのベアリングからなるべく離すことによって最適化するのが好ましい。この目的のために、このさらなるセンサを、向かい合うベアリング対に関して対称に、このベアリング対から原則的に同じ距離、離れて配置するのが好ましい。

本発明によって、５Ｈｚと低い励起周波数においてさえも、３ｄＢを超えるダンピング、好ましくは５ｄＢを超えるダンピング、特に好ましくは１０ｄＢを超えるダンピングを有する能動型振動絶縁システムを提供することが可能になる。１０ｄＢを超えるダンピング、好ましくは２０ｄＢを超えるダンピング、特に好ましくは２５ｄＢを超えるダンピングが、１５Ｈｚの励起周波数であっても可能である。

同時に、本発明による能動型振動絶縁システムによって、非常に大きな負荷容量、特に１０００Ｎを超える負荷容量、好ましくは５０００Ｎを超える負荷容量、特に好ましくは１００００Ｎを超える負荷容量を有するシステムの形成が可能となる。

本発明の好適な実施形態では、さらに外乱になる振動が加わることを回避するために、アクチュエータは、振動絶縁対象質量に、接触することなく作用する。特に、静電アクチュエータまたは磁気アクチュエータが、この目的のために設けられる。

さらに、本発明は、振動絶縁方法にまで及んでいる。この方法では、振動絶縁対象質量は、振動絶縁装置上に置かれ、振動絶縁対象質量の位置変化、特に振動が、少なくとも１つのセンサによって検出され、また、振動絶縁対象質量のいかなる位置変化および／または振動も、少なくとも１つのアクチュエータによって打ち消される。

振動絶縁対象質量の構造振動は、さらなるセンサによって検出され、少なくとも１つのアクチュエータを駆動する際に考慮に入れられる。この場合、各ベアリングは、各ベアリング用の１つのアクチュエータを有することが好ましい。本検出工程が対象とする範囲は、ホルダの振動だけでなく、振動絶縁対象の構造振動、特に、振動絶縁システム上に配置された部品または組立品の構造振動にも及ぶことが好ましい。

本発明によれば、振動絶縁対策が施された状態で搭載を行うための、振動絶縁のためのシステムを備えたプラットフォームを提供できる。このシステムの有利な一特徴は、システムにアクチュエータのためのハードウェアをさらに実装する必要がないことである。したがって、このシステムを、既存の振動絶縁装置に容易に付け足すことができる。

本発明を、図面の図１と図２を参照して以下の記載によってより詳細に説明する。図１、図２は、本発明の例示的な一実施形態を概略的に示している。
振動絶縁システム１の主要な部品を、図１を参照してより詳細に説明する。

この実施形態において、振動絶縁システム１は、エア・ベアリングの形態である４つのベアリング２を具備している。プレート５は、エア・ベアリング２上に載せられており、振動絶縁対象となる部品や組立品を把持するために用いられる。

センサ３は、少なくとも実質的にベアリング２の近傍に配置され、便宜上空間内での３つの方向におけるプレート５の位置変化、特に振動を検出する。プレート５または振動絶縁対象６の固有周波数振動による悪影響を避けるために、センサ３はベアリングの近くに配置される。センサ３は、アクチュエータ４を制御するための制御装置（図示せず）に接続されている。アクチュエータはプレートに対して作用し、本システムの振動を打ち消すことが可能となる。

この例では、搭載される対象６の位置は、ばねおよび質量振動系として概略的に示されており、さらなるセンサ７は、搭載される対象６の上部領域において検出のために用いられる。さらなるセンサ７も、制御装置（図示せず）に接続されている。

この構成では、振動絶縁対象質量の構造振動を、さらなるセンサ７によって検出することができる。ここでは、プレート５の構造振動および振動絶縁対象６の構造振動の両方が含まれ、プレート５および振動絶縁対象６は合わせて振動絶縁対象質量を形成している。

振動絶縁対象質量の構造固有の振動を、本システムの効果をさらに有効にするために、例えば、プレート上にさらなる１つまたは複数のセンサ（図示せず）を配置することによって、さらに別の位置でも検出できることはもちろんである。これらのセンサは、制御装置（図示せず）に接続されており、振動絶縁対象６上および／またはプレート５上に配置することができる。

本振動絶縁システムの主要部品の相互作用について、図２に示すフローチャートを参照して、より詳細に説明する。振動は、センサ３によって検出され、制御装置に伝えられる。センサ３は、ベアリングの近くに位置しているので、振動絶縁対象質量の固有振動は、ほとんど遮断される。

振動絶縁対象質量の構造振動によって生じる振動、特に固有周波数振動は、さらなるセンサ７を介して制御装置８に伝えられる。さらなるセンサ７は、ベアリングからなるべく離れて配置されるのが理想的で、離れた位置からベアリングの位置変化を検出する。

固有周波数振動は、一般に正弦波振動の形態であるので、制御は、全体として極めて単純であり、このため、アクチュエータに対する信号に加えることができる補正信号は、制御装置８で生成することができる。しかしながら、構成によっては、さらなる変換計算を行うことが必要となる場合もある。この場合、制御装置８は、アクチュエータを駆動するのだが、支持されている振動絶縁対象質量の固有周波数振動をも考慮に入れて駆動する。

本発明は上記の特徴の組合せに限定されず、当業者なら上記した特徴を有用な形で組み合わせることができることはもちろんである。

本発明による振動絶縁システムの主要部品を概略的に示す図である。 振動絶縁方法の例示的な実施形態の一例についての主要な方法工程を概略的に示す図である。

Claims (20)

1. 振動絶縁装置上に置かれた少なくとも１つの振動絶縁対象質量と、
   前記振動絶縁対象質量の位置変化および／または振動を検出するための少なくとも１つのセンサと、
   前記振動絶縁対象質量のあらゆる位置変化および／または振動を打ち消すための少なくとも１つのアクチュエータと、
   を具備する能動型振動絶縁システムであって、
   前記振動絶縁対象質量の構造振動を検出するための少なくとも１つのさらなるセンサを有する、能動型振動絶縁システム。
2. 前記振動絶縁対象質量は、振動絶縁対象を支持するためのホルダを具備する、請求項１に記載の能動型振動絶縁システム。
3. 前記ホルダの構造振動は、前記少なくとも１つのさらなるセンサによって検出可能である、請求項１または２に記載の能動型振動絶縁システム。
4. 前記振動絶縁対象の構造振動は、前記少なくとも１つのセンサおよび／または第３のセンサによって検出可能である、請求項２または３のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
5. 前記振動絶縁システムは、前記振動絶縁対象質量の前記構造振動を減ずるために前記少なくとも１つのアクチュエータを駆動するための制御装置を有し、その場合補償信号を前記制御装置によって能動型振動絶縁を行うための１つまたは複数の補償信号に加えることができる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
6. 前記振動絶縁対象質量の構造振動は、少なくとも２つ、好ましくは４つ、特に好ましくは６つの自由度に関して前記さらなるセンサによって検出可能である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
7. 前記少なくとも１つのさらなるセンサは、前記振動絶縁システムのベアリングから離れた位置に配置され、好ましくは搭載される物体上に配置される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
8. 前記少なくとも１つのさらなるセンサは、前記振動絶縁システムの２つの向き合うベアリングのそれぞれから原則同じ距離離れている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
9. 前記能動型振動絶縁システムは、励起周波数５Ｈｚにおいて、３ｄＢを超えるダンピング、好ましくは５ｄＢを超えるダンピング、特に好ましくは１０ｄＢを超えるダンピングを有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
10. 前記能動型振動絶縁システムは、励起周波数１５Ｈｚにおいて、１０ｄＢを超えるダンピング、好ましくは２０ｄＢを超えるダンピング、特に好ましくは２５ｄＢを超えるダンピングを有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
11. 前記能動型振動絶縁システムは、１０００Ｎを超える負荷容量、好ましくは５０００Ｎを超える負荷容量、特に好ましくは１００００Ｎを超える負荷容量を有する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
12. 前記１つまたは複数のアクチュエータは、前記振動絶縁対象質量に、接触することなく作用する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
13. 前記振動絶縁システムは、少なくとも３つのベアリング、好ましくはエア・ベアリングを具備する、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システム。
14. 好ましくは請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の能動型振動絶縁システムを用いた振動絶縁方法であって、振動絶縁対象質量は振動絶縁装置上に置かれ、
    前記振動絶縁対象質量の位置変化および／または振動は少なくとも１つのセンサによって検出され、
    前記振動絶縁対象質量のあらゆる位置変化および／または振動は少なくとも１つのアクチュエータによって打ち消され、
    前記振動絶縁対象質量の構造振動は、少なくとも１つのさらなるセンサによって検出され、前記アクチュエータを駆動する際に考慮に入れられる、振動絶縁方法。
15. 振動絶縁対象はホルダの上に置かれ、前記ホルダの構造振動は前記少なくとも１つのさらなるセンサによって検出される、請求項１４に記載の振動絶縁方法。
16. 前記振動絶縁対象の構造振動は、前記少なくとも１つのセンサおよび／または第３のセンサによって検出される、請求項１４または１５に記載の振動絶縁方法。
17. 補償信号が、前記振動絶縁対象質量の前記位置変化から計算され、能動型振動絶縁を行うための前記補償信号に付加される、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の振動絶縁方法。
18. 検出される前記構造振動は、前記振動絶縁対象質量の固有周波数振動を含み、特に振動絶縁対象および／またはホルダ、特にテーブルの固有周波数振動を含む、請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の振動絶縁方法。
19. 前記振動絶縁システムは、異なる装置構成、特に異なる振動絶縁対象質量を表す特性値および／または前記特性値から派生した値を保存するための手段を有する、請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の振動絶縁方法。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の振動絶縁システムを具備する、振動絶縁ベアリングのためのプラットフォーム。

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