JP2008051330A - 消振システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数個の慣性力発生装置により、ステージ装置からテーブルが受ける力を外部に影響を与えることなく小さくすることができ、さらに、同じ慣性力発生装置により、設置床等からの振動を打ち消す。
【解決手段】 駆動装置によってウェイトを動かして慣性力を発生する複数個の慣性力発生装置１１ａ〜１１ｄと、ステージ装置２の可動部の動きを検出する動き検出器１２と、動き検出器からの信号に基づいて指示値を算出する演算装置１３とを有し、演算装置１３により算出した指示値を操作量として、慣性力発生装置の駆動装置により、ウェイトの少なくとも２つを異なる方向に移動し、これらのウェイトの慣性力により、ステージ装置２が発生するテーブルの振動を低減させる、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージ装置が搭載され、設置床等に振動絶縁装置によって支持されたテーブルを備えた消振システムに関し、具体的には、複数個の慣性力発生装置により、前記ステージ装置が発生する力をキャンセルすることにより、前記テーブルの振動（水平・垂直方向の振動や水平軸を中心とする回転振動）を小さくすることにより、前記振動絶縁装置を介して前記設置床へ伝達される振動を低減することができ、さらに、同じ慣性力発生装置により、前記設置床等の振動からテーブルを絶縁する振動絶縁性能を向上させることができる消振システムに関する。

近年、半導体ウェハーの大型化、液晶基板の大型化に伴い、半導体回路や液晶回路の製造装置も大型化しており、装置自身が発生する振動も大きくなっている。この振動を抑えるために種々の提案がなされている。

たとえば、大型のウェハーや液晶基板を搬送するための機構（ステージ装置）は、いわゆるアクティブ除振台（テーブル部と、テーブル・床間に設けられた複数の除振機構とを備える）上で作動する。アクティブ除振台は、ステージ装置が駆動される場合、当該ステージ装置の動作に対応して大きい制振力を発生することができる。

しかし、通常、アクティブ除振台では、除振機構はテーブル部の振動を抑制することができても、制振力に対応する大きな反作用が床に加わり、同じ床に設置された他装置に影響を与えることになる。

また、アクティブ除振台においては、ステージ装置が動作したときの反力でモーメントが生じ、これが振動の一因になることがある。この振動は、たとえば、特許文献１に記載のように、アクティブ除振台の周囲に慣性体を水平移動できるように取り付け、装置にモーメントが生じるときは、これらの慣性体を適宜の方向に移動することで、解消することができる。
特開２００１−２４２９３７公報（図１参照）

特許文献１に記載の技術では、ステージ装置の反力に起因するヨーモーメント（鉛直軸を中心とする回転モーメント）を低減するには効果的であるが、水平軸を中心とするモーメントを低減するには、リニアモータが水平方向に動作すること等の理由から不向きである。

本発明の目的は、ステージ装置が搭載され、設置床等に振動絶縁装置によって支持されたテーブルを備えた消振システムに関し、具体的には、複数個の慣性力発生装置により、前記ステージ装置が発生する力をキャンセルし、前記テーブルの振動（水平・垂直方向の振動や水平軸を中心とする回転振動）を小さくすることにより、前記振動絶縁装置を介して前記設置床へ伝達される振動を低減することができ、さらに、同じ慣性力発生装置により、前記設置床等の振動からテーブルを絶縁する振動絶縁性能を向上させることができる振動消去技術を提供することにある。

（１）「 ステージ装置が搭載されたテーブルを備えた消振システムであって、
前記テーブルが前記ステージ装置から受ける反力、または当該反力に対応する物理量を検出する検出器と、
前記反力を相殺するために必要な慣性を計算する慣性演算手段と、
テーブルに設けられ、少なくとも１つが前記反力と異なる方向に慣性力を発生させる複数の慣性力発生装置と、
を備え、
前記検出器は、前記ステージ装置から前記反力または前記物理量を取得して前記慣性演算手段に出力し、
前記慣性演算手段は、前記反力または前記物理量から前記慣性力を計算して当該計算結果を前記慣性力発生装置に送出し、
前記慣性力発生装置は、前記慣性力を発生させる、
ことを特徴とする消振システム。」

（２）「 前記慣性力発生装置は、前記テーブルに支持されたウェイトと、当該ウェイトを相対変位させる前記テーブルに設置された駆動装置を有し、
前記検出器は前記ステージ装置の可動部の動きを検出し、
前記演算装置は、動き検出器からの信号に基づいて指示値を算出する第１演算装置の機能を有し、
前記第１演算装置により算出した前記指示値を操作量として、前記慣性力発生装置の駆動装置により、前記ウェイトの少なくとも１つを、前記可動部が動く方向とは異なる方向に移動し、
これらのウェイトの慣性力により、前記ステージ装置が作動するときに発生する前記テーブルの振動を低減させる、
ことを特徴とする（１）に記載の消振システム。」
本発明では、ステージ装置が動作するとステージ装置がテーブルに反力を与える。動き検出器は、ステージ装置の動きを検出しており、検出結果は第１演算装置に送られる。第１演算装置では、慣性力発生装置（複数）に送出するべき操作量を演算する。慣性力発生装置（複数）は、操作量にしたがってウェイトを駆動する。第１演算装置は、反力と各慣性力発生装置の発生する力のベクトル和が実質上ゼロとなるよう、各慣性力発生装置の発生する力を計算することができる。したがって、前記テーブルの振動が低減される。

（３）「 前記演算装置は、第２演算装置の機能をさらに備えるとともに、
前記テーブルの動きを検出するテーブル動き検出器が少なくとも１個当該テーブルに具備され、
前記第２演算装置は、前記テーブル動き検出器からの信号に基づいて、前記駆動装置に与えるべき指示値を算出し、
前記第１演算装置により算出された指示値と、
前記第２演算装置により算出された指示値と、
により求めた操作量により前記各ウェイトを動かすことを特徴とする（２）に記載の消振システム。」

（４）「 第１演算装置および前記第２演算装置が単一の演算装置により共用されることを特徴とする（３）に記載の消振システム。」
上記操作量は、典型的には、「第１演算装置により算出された操作量」と「第２演算装置により算出された操作量」を単純に加算して算出することができるし、適宜の演算処理を行って算出することもできる。

（２），（３）の消振システムでは、テーブル自体が床に対して低周波数で振動しているような場合には、当該振動による影響を低減できない場合がある。このような場合には（４）におけるように、第２演算装置により、テーブル自体の動きに対応する操作量を演算し、第１演算装置により演算した操作量に加算することができる。

本発明によれば、ステージ装置が搭載され、設置床等に振動絶縁装置によって支持されたテーブルを備えた消振システムに関し、具体的には、複数個の慣性力発生装置により、前記ステージ装置が発生する力をキャンセルし、前記テーブルの振動（水平・垂直方向の振動や水平軸を中心とする回転振動）を小さくすることにより、前記振動絶縁装置を介して前記設置床へ伝達される振動を低減することができ、さらに、同じ慣性力発生装置により、前記設置床等からの振動からテーブルを絶縁する振動絶縁性能を向上させることができる。

まず、本発明の基本態様を図１により説明する。
図１において、消振システム６は、ステージ装置７を備えたテーブル６１を備えている。
制御系は、反力検出手段６２（図１では反力ベクトル検出手段となっている。）と、慣性演算手段６３とを備えている。駆動系は、テーブル６１に搭載された慣性力発生装置８および慣性力発生装置８１である。ステージ装置７が水平方向に操作子を持つ場合には、慣性力発生装置８は、慣性体がこの方向と同一方向に動くものでなければならず、慣性力発生装置８１はこの方向と異なる方向に動くものでなければならない。

反力検出手段６２は、ステージ装置７から反力情報Ｉｎｆを取得して慣性演算手段６３に出力する。この反力情報Ｉｎｆは、たとえばステージ装置７がリニアモータで駆動されるときには、可動子の位置や、駆動電流の値であってもよい。反力Ｆ１は、ステージ装置７が駆動したときにテーブルにおよぼす力である。
慣性演算手段６３は、上記の反力情報Ｉｎｆから、操作信号Ｓを演算し慣性力発生装置８に出力する。そして、慣性力発生装置８は、反力キャンセル力Ｆ２を発生する。このときＦ１はＦ２によりキャンセルされるが、Ｆ１とＦ２の偶力からモーメントＭ１が発生する。慣性演算手段６３は操作信号Ｓの演算と同時に操作信号Ｓ１も演算し、慣性力発生装置８１に出力する。そして、慣性力発生装置８１は、モーメントＭ１をキャンセルする力Ｆ２１を発生する。

また、たとえば、慣性力発生装置８１が水平軸方向に回転する慣性モーメント発生装置であってもモーメントＭ１をキャンセルすることができる。なお、本発明においては、アクチュエータの種類や動作は任意であり、既存の電磁コイル式、エアー式、油圧式等、種々のものが使用できる。

以下、本発明の実施形態を説明する。図２，図３および図４（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１実施形態を示す説明図である。
図２において、消振システム１は、ステージ装置２が搭載され、振動絶縁装置４によって支持されたテーブル３を備えており、５つの慣性力発生装置１１（１１ａ〜１１ｅ）と、ステージ装置可動部動き検出器１２と、第１演算装置１３と、ドライブ信号生成装置１４とを備えている。図３に、図２からステージ装置可動部動き検出器１２、演算装置１３、ドライブ信号生成装置１４を除いた制御消振システム１を示す。

図４（Ａ）に慣性力発生装置１１ａ〜１１ｄをリニアアクチュエータにより構成した例を、図４（Ｂ）に慣性力発生装置１１ｅをリニアアクチュエータにより構成した例を示す。
慣性力発生装置１１ａ〜１１ｄは、テーブル３に対し鉛直方向に相対変位可能に支持されたウェイト１１１ａ〜１１１ｄとこれらウェイトを相対変位させるテーブル３に設置された駆動装置１１２ａ〜１１２ｄとを有し、駆動装置１１２ａ〜１１２ｄはウェイト１１１ａ〜１１１ｅを動かして鉛直方向に慣性力を発生する。慣性力発生装置１１ｅは水平方向に慣性力を発生する。

ステージ装置可動部動き検出器１２は、ステージ装置２の可動部２１の動きを検出する。この動きは、図示はしないが距離センサ、速度センサ、加速度センサ等により、距離や運動を表す物理量（距離、速度、加速度等）を直接観測してもよい。また、運動を表さないが直接観測できるステージの動きに相関のある物理量等（モータの駆動電流，電流指示値、トルク指示値等）から上記動きを検出してもよい。さらに、距離、速度、加速度等、モータの駆動電流，電流指示値、トルク指示値、圧力指示値等の１つまたは複数から可動部２１の動きを演算（あるいは推定）するようにしてもよい。
ステージ装置２を駆動する指令信号（位置指令、速度指令、加速度指令、推力指令、トルク指令等）の入力値、当該指令信号の出力値等として検出してもよい。

第１演算装置１３は、ステージ装置可動部動き検出器１２からの信号に基づいて、駆動装置１１２に与えるべき操作量Ａを算出する。そして、第１演算装置１３は、算出した操作量Ａに応じて、駆動装置１１２によりウェイト１１１を駆動する。当該駆動によって生じたウェイト１１１の慣性力がステージ装置２の動作により発生するテーブル３の振動を低減する。

ドライブ信号生成装置１４は、第１演算手段１３からドライブ信号目標値を受け取り、これに基づきドライブ信号を生成する。
本実施形態では、ステージ装置２が駆動することにより生じる水平方向の力は、駆動装置１１２ｅが発生する力によりキャンセルされる。また、ステージ装置２が駆動することにより生じるモーメントは、駆動装置１１２ａ，１１２ｃと駆動装置１１２ｂ，１１２ｄとが発生するモーメントによりキャンセルされる。

図５により本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、テーブル３の動きを検出する複数個のテーブル動き検出器１５がテーブル３に具備されている。また、テーブル動き検出器１５からの信号に基づいて、駆動装置１１２に与えるべき操作量Ｂを算出する第２演算装置１６を備えている。テーブル動き検出器１５は、通常、水平方向の動きを検出するもの、鉛直方向の動きを検出するものが必要である。最大６自由度に対応する個数のテーブル動き検出器１５を設けることでテーブルの動きをほぼ完全に把握することができる。

第２実施形態では、第１演算装置１３により算出された操作量Ａと、第２演算装置１６により算出された操作量Ｂとを合算器１７が加算して操作量Ｃを作り、これをドライブ信号生成装置１４に出力している。ドライブ信号生成装置１４は、慣性力発生装置１１を駆動して、駆動装置１１２によりウェイト１１１を動かすことができる。

第２実施形態では、テーブル動き検出器１５にテーブル自体の動きを検出しており、外部からの低周波の振動（たとえば、１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度）を消去することができる。

図６から図８は、図２に示した消振システム１の実験結果を示す図であり、図６はテーブルの水平方向の加速度の時刻歴応答図、図７はテーブルの右鉛直方向の加速度の時刻歴応答図、図８は振動絶縁装置（空気式除振マウント）の内圧（鉛直方向）の時刻歴応答図である。また、図６から図８は、点線が図２の慣性力発生装置がない場合の結果を、実線が図２に示した消振システム１の実験結果を示している。

図６、図７、図８からわかるように、本発明を適用した消振システムでは、水平方向の振動と、重心を中心にした回転振動の双方を複数の慣性力発生装置が発生する力およびモーメントにより低減することができている。また、この実験の場合は前記空気式除振マウントの内圧が設置床に伝わる力に相当するが、設置床に伝わる力も低減できている。

本発明の概念を示す説明図である。 本発明の消振システムの第１実施形態を示す説明図である。 図２からステージ装置可動部動き検出器、演算装置、ライブ信号生成装置を除いた制御消振システムを示す図である。 （Ａ）は水平にウェイトが動く慣性力発生装置の例を示す図、（Ｂ）は鉛直にウェイトが動く慣性力発生装置の例を示す図である。 本発明の消振システムの第２実施形態を示す説明図である。 テーブルの中央水平方向の加速度の時刻歴応答を示す図である。 テーブルの右鉛直方向の加速度の時刻歴応答である。 空気式除振マウントの内圧（鉛直方向）の時刻歴応答である。

符号の説明

１ 消振システム
２ ステージ装置
３ テーブル
４ 振動絶縁装置
１１ａ〜１１ｅ 慣性力発生装置
１２ ステージ装置可動部動き検出器
１３ 第１演算装置
１４ ドライブ信号生成装置

Claims (4)

1. ステージ装置が搭載されたテーブルを備えた消振システムであって、
   前記テーブルが前記ステージ装置から受ける反力、または当該反力に対応する物理量を検出する検出器と、
   前記反力を相殺するために必要な慣性を計算する慣性演算手段と、
   テーブルに設けられ、少なくとも１つが前記反力と異なる方向に慣性力を発生させる複数の慣性力発生装置と、
   を備え、
   前記検出器は、前記ステージ装置から前記反力または前記物理量を取得して前記慣性演算手段に出力し、
   前記慣性演算手段は、前記反力または前記物理量から前記慣性力を計算して当該計算結果を前記慣性力発生装置に送出し、
   前記慣性力発生装置は、前記慣性力を発生させる、
   ことを特徴とする消振システム。
2. 前記慣性力発生装置は、前記テーブルに支持されたウェイトと、当該ウェイトを相対変位させる前記テーブルに設置された駆動装置を有し、
   前記検出器は前記ステージ装置の可動部の動きを検出し、
   前記演算装置は、動き検出器からの信号に基づいて指示値を算出する第１演算装置の機能を有し、
   前記第１演算装置により算出した前記指示値を操作量として、前記慣性力発生装置の駆動装置により、前記ウェイトの少なくとも１つを、前記可動部が動く方向とは異なる方向に移動し、
   これらのウェイトの慣性力により、前記ステージ装置が作動するときに発生する前記テーブルの振動を低減させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の消振システム。
3. 前記演算装置は、第２演算装置の機能をさらに備えるとともに、
   前記テーブルの動きを検出するテーブル動き検出器が少なくとも１個当該テーブルに具備され、
   前記第２演算装置は、前記テーブル動き検出器からの信号に基づいて、前記駆動装置に与えるべき指示値を算出し、
   前記第１演算装置により算出された指示値と、
   前記第２演算装置により算出された指示値と、
   により求めた操作量により前記各ウェイトを動かすことを特徴とする請求項２に記載の消振システム。
4. 第１演算装置および前記第２演算装置が単一の演算装置により共用されることを特徴とする請求項３に記載の消振システム。

Images