JP2007522393A - 慣性基準質量としてペイロードを使用するアクティブ振動絶縁のためのアクチュエータ配置 - Google Patents

Abstract

ペイロード（５７）をアース動作から絶縁させるアクティブ振動絶縁のためのシステム及び方法である。システムは、本体（１６；５１）と、少なくとも１つのバネ（４５）を用いて本体（５１）により支持される質量（４１）と、少なくとも１つの更なるバネ（４３）を用いて質量（４１）により支持される更なる質量（３９）とを有する。センサが、質量（４１）と更なる質量（３９）との間の距離を感知し、距離信号を生成する。コントローラ（４９）は、距離信号を受信して、距離信号に基づいた制御信号を生成する。アクチュエータ（４７）は、制御信号に基づいて質量（４１）の位置を作動させ、一方、更なる質量は、アース（１６）から絶縁されるべきペイロードを支持する。

Description

本発明は、慣性基準質量を有するアクティブ振動絶縁のためのアクチュエータ配置に係る。

図１は、従来技術によるアクティブ振動絶縁システムを示す。このシステムは、例えば、リソグラフィ機械におけるメトロフレーム（metroframe）でありうるペイロード２を有する。速度センサ４が、ペイロード２に取り付けられる。速度センサの代わりに、加速度センサを用いてもよい。センサ４は受振器であってもよい。

センサ４は、時に「スカイフック」コントローラとも称されるコントローラ６に接続される。コントローラ６は、任意の好適にプログラムされた（マイクロ）コンピュータであり得る。

しかし、必要に応じて、アナログ及びデジタル回路を用いてもよい。

アクチュエータ８は、ペイロード２と「グランド」１６との間に設けられる。コントローラ１６は、アクチュエータ８に適切な入力信号を供給するようアクチュエータ８に接続される。実際には、コントローラ出力信号に基づいてアクチュエータ８に送られるべきパワー信号を生成するよう増幅器（図示せず）がコントローラ１６とアクチュエータ８の間に配置される。センサ４と、コントローラ６と、アクチュエータ８との間の接続は、物理線路として示すことが分かる。しかし、当業者には既知であるように、これらの接続はワイヤレス接続であってもよい。このことは、本発明の実施例に示す他の接続についても言える。

アクチュエータ８は概略的に示す。アクチュエータ８は、ローレンツモータであっても、又は、コントローラ１６によって制御される力を生成するよう構成される任意の他の好適なアクチュエータでありうる。

図１は更に、ピストン１２と、その内部でピストン１２が上下に可動である筐体１４を有するエアマウント１０を示す。使用時に、筐体１４は空気（又は任意の他の好適な気体）により充填される。通路２１により筐体１４に接続されるバルブ２０が設けられる。コントローラが、その動作を制御するようバルブ２０に接続される。センサ１８が、エアマウント１０の筐体１４とペイロード２との間の距離ｚ１を測定するよう設けられる。センサ１８は、基準信号ｚ１ｒｅｆも受信する比較器１７に接続される。センサ１８は、距離ｚ１を表す出力信号を生成する。比較器１７は、ｚ１ｒｅｆとセンサ１８の出力との差に比例する出力信号を生成し、この出力信号をコントローラ１９に供給する。コントローラ１９は、距離ｚ１が必要なレベルｚ１ｒｅｆにおいて制御されるようバルブ２０を作動させる。

コントローラ６及び１９は、別個の物理的なユニットである必要はない。これらは、同一のコンピュータ上で実行される別個のプログラムとして実施されうる。

実際には、ペイロード２は、例えば、３０００キログラム以上といったように非常に重くてもよい。エアマウント１０がアクティブ制御される配置として設けられることは厳密には必要ではない。エアマウントは、或いは、パッシブ振動絶縁配置であってもよい。エアマウント１０の代わりに、バネといった他の振動絶縁配置を用いてもよい。

実際の状況では、当業者には明らかなように、多くの場合、ペイロード２を支えるために３又は４つのエアマウント１０がある。更に、図１は、センサ４、コントローラ６、及びアクチュエータ８を有する１つのアクチュエータ配置を示すが、実際には、複数のアクチュエータ配置がありうる。アクチュエータ配置は、その場合、６つの自由度（ｘ、ｙ、ｚ、及びｘ、ｙ、及びｚについての回転）のうちのいずれか、又は様々な自由度の組合において振動絶縁を与えるよう配置される。

センサ４は、当業者には既知であるように、基準質量、又は慣性質量を有する受振器でありえ、これに対して、質量２の変位が測定される。

図２は、非特許文献１に開示される従来技術のアクティブ振動絶縁システムのもう１つの例を示す。図２は、「アース」として考えられる天井２３を示す。天井２３は、高さｚｃにある。質量２７は、バネ３５により天井２３から懸架される。アクチュエータ２５が、質量２７が位置付けられる高さｚ２を制御するよう天井２３と質量２７との間に位置付けられる。
質量２９が、質量２７からバネ３７により懸架される。質量２９は、高さｚ３にある。センサ３３が、質量２７と質量２９の間の距離ｄを感知する。センサは、容量センサであり得る。距離ｄは、高さｚ２と高さｚ３との間の差：ｚ２−ｚ３の尺度である。センサ３３は、コントローラ３１へのフィードバック信号を生成し、コントローラ３１は、このフィードバック信号に基づいて、アクチュエータ２５用の制御信号を生成する。

従来技術では、図２に示すシステムは、以下のように使用される。即ち、センサ３３、バネ３７、及び質量２９は共に地震計を形成し、ここでは、質量２９は。地震計の基準質量、又は、慣性質量である。コントローラ３１に距離信号ｄをフィードバックすることにより、ｚ２／ｚｃの伝達率が改善される。従って、この文書は、「アース」から懸架される質量の動作のアースの動作への依存性は、この質量と、もう１つの慣性基準質量との間の距離に関連する距離信号をフィードバックすることにより減少可能であることを開示する。

従来技術の文書のいずれにも、慣性質量は、基準質量以外の別の目的を有さない。この基準質量に対して、制御されるべき質量の変位が測定される。
Ｐ．Ｇ．ネルソン、「An active vibrationisolation system for inertial reference and precision measurement」、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒ．６２（９）、１９９１年９月、２０６９−２０７５頁

本発明は、両方の従来技術文献を鑑みてペイロードの振動絶縁を改善するアクティブ振動絶縁システムを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、ペイロードをアース動作から絶縁させるよう構成されるアクティブ振動絶縁システムを提供する。ペイロードは、少なくとも１つのバネにより支持され、該アクティブ振動絶縁システムは、ペイロードの変位を感知し、変位信号を生成するセンサと、変位信号を受信し、変位信号に基づいた制御信号を生成するコントローラと、制御信号に基づいて作動力を生成するよう構成されるアクチュエータとを有する。アクティブ振動絶縁システムは、ペイロードを支持する質量を有し、該センサは、質量に対するペイロードの変位を感知するよう構成され、アクチュエータは、ペイロードが慣性基準質量として使用されるよう質量に作動力を加えるよう構成されることを特徴とする。

従って、本発明は、その振動が制御される必要のあるペイロードが基準質量、即ち、慣性質量として使用可能であり、その質量に対して全ての種類の様々な産業処理を行うことが可能であるという見識に基づいている。本発明の配置により、ペイロードは、図１及び２に示す両方の従来技術の配置よりもより良好にアース動作から絶縁されることが示されることが可能である。特に、低い振動数では、変位測定は、速度測定よりパフォーマンスがよく、より良好なアクティブ絶縁を与える。更に、ペイロードの動作を直接制御するためのアクチュエータが必要ではない。

本発明は更に、上述したアクティブ振動絶縁システムが設けられたリソグラフィ機器にも関する。しかし、本発明は、任意の他の高精度機械にも同等に良好に適用可能である。

本発明は更に、ペイロードをアース動作から絶縁させるアクティブ振動絶縁方法に関わり、この方法は、
−ペイロードを、少なくとも１つのバネにより支持する段階と、
−ペイロードの変位を感知し、変位信号を生成するセンサを設ける段階と、
−変位信号に基づいて制御信号を生成する段階と、
−制御信号に基づいて作動力を生成する段階とを有する該アクティブ振動絶縁方法であって、
−ペイロードを質量により支持する段階と、
−質量に対するペイロードの変位を感知する段階と、
−ペイロードが慣性基準質量として使用されるよう質量に作動力を加える段階とを有することを特徴とする。

以下において、本発明を、幾つかの図面を参照しながら詳細に説明する。これらの図面は、本発明を明確にするためのものに過ぎず、また、一部の実施例を示すだけである。これらの図面は、本発明をいかようにも限定することを意図しない。本発明は、請求項及びその技術的等価物によってのみ限定される。

図１及び図２は説明した。

図３は、脚といった支持装置によってアース１６によって支持される第１の質量５１を示す。これらの支持装置は、制限された剛性を有するので、バネ５３、５５として示す。２つの支持装置５３、５５を示すが、実際には、３つ又はそれ以上の支持装置があってもよい。第２の質量４１は、バネ４５を用いて第１の質量５１により支持される。ここでも実際には、第１の質量と第２の質量との間により多くのバネがあってもよいか又はある。第３の質量３９が、バネ４３を用いて第２の質量４１により支持される。ここでも、第３の質量３９と第２の質量４１との間に１つ以上のバネがあってもよい。第３の質量３９は、ペイロードである。使用時には、ペイロード３９は、１つ以上の産業処理に使用される１つ以上の装置５７を支持する。第１の質量５１はなくてもよい。その場合、第２の質量４１がアース１６により直接支持される。

３つの異なる質量３９、４１、５１の構成は、例えば、リソグラフィ器具に使用可能である。リソグラフィ機器において、第１の質量５１は、２０００キログラムの質量を有する基部フレームであり得、第２の質量４１は、４０００キログラムの質量を有するサブフレームであり得、一方、第３の質量３９は、３２００キログラムの質量を有するメトロフレーム（metroframe）であり得る。このようなリソグラフィ機器において、バネ４３、４５は、異なるバネ定数を有する。例えば、バネ４３は、第３の質量３９に、例えば、０．３Ｈｚである０．１から１０Ｈｚの範囲における固有振動数を与えるよう選択されうる。バネ４５は、第２の質量４１に、例えば、３Ｈｚである１から１０Ｈｚの範囲における固有振動数を与えるよう構成されうる。支持装置５３、５５は、第１の質量５１に、例えば、３５Ｈｚ以上である３０から４０Ｈｚの範囲における固有振動数を与えるようにされうる。

リソグラフィ機器では、メトロフレーム３９は、加速度計、投射レンズ、及び１つ以上のセンサを含みうる装置５７を支持する。

第１の質量５１は、変位ｚ７を有するよう示され、第２の質量４１は、変位ｚ６を有するよう示され、第３の質量３９は、変位ｚ５を有するよう示される。アース１６は、変位ｈを有するよう示される。センサ５９は、距離ｄ２の変化、即ち、第２の質量４１と第３の質量３９との間の変位を測定するよう設けられる。この距離ｄ２の変化は、ｚ５とｚ６の差、即ち、ｚ５−ｚ６の尺度である。センサ５９は、距離ｄ２の変化を示す出力信号を生成する。この出力信号は、コントローラ４９に送信される。コントローラ４９は、センサ５９のこの出力信号に基づいて制御信号を生成する。制御信号は、アクチュエータ４７に送信される。このアクチュエータ４７は、ローレンツモータ、又は、コントローラ４９により作動される力Ｆを生成するよう構成される任意の他の好適なアクチュエータであり得る。図３に示す配置では、ペイロード３９自体が、慣性基準質量として機能する。

距離ｄ２の変化をコントローラ４９への入力として使用することは、装置５７を支持するペイロード３９の非常に良好なアクティブ絶縁を与えることになる。このことは、図４に示す。図４は、ｚ５／ｈの伝達率を、パッシブモードとアクティブモードの両方において示す。パッシブモードでは、コントローラ４９はオフにされ、一方、アクティブモードでは、コントローラ４９はオンにされる。図４は、アクティブモードでは、伝達率ｚ５／ｈがより良好であることを示す。つまり、ペイロード３９の動作のアース１６への依存性は、減少される。この減少は、バネ４３、４５が上述したような固有振動数を有する場合に図３の設計において非常に低い振動数において既に開始する。バネ４３に対して０．３Ｈｚ、バネ４５に対して３Ｈｚ、支持装置５３、５５に対して３５Ｈｚであるこれらの固有振動数は、図４においてパッシブモード伝達率ｚ５／ｈにて確認することができる。

上述したように、本発明の適用のために、支持装置５３、５５を用いてアース１６により支持される第１の質量５１が厳密に必要なわけではない。その代わりに、第２の質量４１が、バネ４５を用いてアース１６により直接支持され且つアクチュエータ４７により制御されることが可能である。

バネ４３、４５は、必要に応じて任意の好適なバネであることが可能である。バネは、パッシブバネであり得る。これらは、図１による従来技術に示すエアマウントであってもよい。

図５は、本発明の別の実施例を示す。同様の参照符号は、前の図面の同様の構成要素を示す。図３による実施例と異なる点は、以下の通りである。この配置は、センサ５９とコントローラ４９との間に第１のフィルタ６１を有する。更に、更なるセンサ５８が、ペイロード３９と第１の質量５１又はアース１６のいずれかとの間の距離ｄ３を感知するよう設けられる。センサ５８は、第２のフィルタ６０を介してコントローラ４９に接続される。

従って、図５による配置では、センサ５８、５９の出力信号は、それぞれのフィルタ６０、６１のフィルタ係数により加重され、コントローラ４９は、ｄ２及びｄ３に関連する信号の加重和を受信する。１つの実施例では、フィルタ６０、６１は、高い振動数に対しては、ｄ２のフィードバック影響により高い重みを、また、低い振動数に対しては、ｄ３のフィードバック影響により高い重みを与えるよう設計される。

フィルタ６０、６１は、当業者には明らかなようにコントローラ４９と１つのユニットに組み合わされてもよい。

従来技術によるアクティブ振動絶縁システムを示す図である。 従来技術によるもう１つのアクティブ振動絶縁システムを示す図である。 本発明によるアクティブ振動絶縁システムを示す図である。 図３によるシステムの伝達率の例を示す図である。 本発明の別の実施例を示す図である。

Claims (10)

1. ペイロードをアース動作から絶縁させるよう構成されるアクティブ振動絶縁システムにおいて、前記ペイロードは、少なくとも１つのバネにより支持され、該アクティブ振動絶縁システムは、前記ペイロードの変位を感知し、変位信号を生成するセンサと、前記変位信号を受信し、前記変位信号に基づいた制御信号を生成するコントローラと、前記制御信号に基づいて作動力を生成するよう構成されるアクチュエータとを有する該アクティブ振動絶縁システムであって、
   前記アクティブ振動絶縁システムは、前記ペイロードを支持する質量を有し、
   前記センサは、前記質量に対する前記ペイロードの変位を感知するよう構成され、
   前記アクチュエータは、前記ペイロードが慣性基準質量として使用されるよう前記質量に前記作動力を加えるよう構成されることを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
2. 前記ペイロードは、１つ以上の装置を支持する請求項１記載のアクティブ振動絶縁システム。
3. 前記質量は、更なるバネを介して本体により支持され、
   前記アクチュエータは、前記質量と前記本体の間に前記作動力を加えるよう構成される請求項１又は２記載のアクティブ振動絶縁システム。
4. 前記本体は、アースである請求項３記載のアクティブ振動絶縁システム。
5. 前記本体は、少なくとも１つの脚を用いてアースにより支持される基部フレームである請求項３記載のアクティブ振動絶縁システム。
6. 前記更なるバネは、前記質量に、１−１０Ｈｚの範囲の固有振動数を与えるよう構成される請求項３乃至５のうちいずれか一項記載のアクティブ振動絶縁システム。
7. 前記バネは、前記ペイロードに、０．１−１０Ｈｚの範囲の固有振動数を与えるよう構成される請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のアクティブ振動絶縁システム。
8. 請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のアクティブ振動絶縁システムが設けられたリソグラフィ機器。
9. ペイロードをアース動作から絶縁させるアクティブ振動絶縁方法において、
   前記ペイロードを、少なくとも１つのバネにより支持する段階と、
   前記ペイロードの変位を感知し、変位信号を生成するセンサを設ける段階と、
   前記変位信号に基づいて制御信号を生成する段階と、
   前記制御信号に基づいて作動力を生成する段階と、
   を有する該アクティブ振動絶縁方法であって、
   前記ペイロードを質量により支持する段階と、
   前記質量に対する前記ペイロードの変位を感知する段階と、
   前記ペイロードが慣性基準質量として使用されるよう前記質量に前記作動力を加える段階と、
   を有することを特徴とする方法。
10. 前記ペイロードにより１つ以上の装置を支持する段階と、
    前記１つ以上の装置を産業処理に使用する段階と、
    を有する請求項９記載の方法。

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