JP4836873B2 - 地震性の振動に対してより有効な能動振動絶縁システム - Google Patents

Description

本発明は、能動振動絶縁システムおよび能動振動絶縁システムを制御するための方法に関する。詳細には、本発明は、絶縁すべき荷重に作用する能動振動絶縁システムのアクチュエータの制御に関する。

振動絶縁システムについては知られており、多くの技術分野、とりわけ半導体産業で必要とされている。たとえば、欧州特許第９２７３８０号明細書に、リソグラフィ装置を振動から絶縁するために、リソグラフィ装置が空気軸受の上に取り付けられた振動絶縁システムが開示されている。

このような振動絶縁システムの有効性を改善するために、能動制御を備えた振動絶縁システムが提供されている。その場合、絶縁すべき荷重の位置が変化すると、通常、センサを介してその位置が検出され、絶縁すべき荷重に作用するアクチュエータを介して、あるいは空気軸受の圧力を制御することによって補償信号が生成されるため、システムの絶縁効果が著しく改善される。

とりわけ地震性の振動、つまり地面および振動絶縁システムの基礎を介してシステムに伝わる振動は、最適な絶縁が不可能であることが分かっている。たとえば、絶縁すべき質量の上に配置されたセンサは、絶縁すべき荷重の位置が変化して初めて振動を検出する。

一方、地面の上に記録される空間方向と、絶縁する質量の上に配置されたアクチュエータが作用する方向との間の連携には、整合性がないことがしばしばであるため、地面に配置されたセンサは、振動絶縁システムの制御にはあまり適切でないことがしばしばである。詳細には、地面の運動方向は、絶縁すべき荷重の合成運動の方向と整合していないことがしばしばである。

それに対して、本発明は、上で言及した従来技術の欠点が減少した振動絶縁システムおよび振動絶縁システムを制御するための方法を提供するという目的の上に立っている。
欧州特許第９２７３８０号明細書

本発明の特定の目的の１つは、原理的には最初に絶縁すべき荷重の位置の変化を待つことなく地震性の振動が能動的に補償される振動絶縁システムを制御するための信頼性の高い方法を提供することである。地震性の振動に基づく本発明の他の目的は、振動の運動ベクトルだけでなく、絶縁すべき質量の他の方向の合成運動を考慮した補償信号を生成することである。

本発明の目的は、単純に、複数の独立請求項のうちの１つに記載されている能動振動絶縁システムおよび能動振動絶縁システムを制御するための方法によって達成される。
本発明の好ましい実施形態および拡張については、個々の従属請求項に明記されている。

したがって、絶縁すべき荷重に作用する少なくとも１つのアクチュエータを備えた振動絶縁システムが提供される。アクチュエータは、絶縁すべき質量に非接触で作用することが好ましい。

詳細には、磁気的、静電的または圧電的に作用するアクチュエータを使用することができる。本発明の目的のためには、アクチュエータは、振動絶縁システムのための軸受、たとえば空気軸受の一部であってもよい。

１つまたは複数のアクチュエータは、少なくとも１つの制御デバイスに接続されている。この制御デバイスによって、振動絶縁システムの振動に対して能動的に反作用する補償信号が生成される。

本発明による振動絶縁システムは、地面の振動および／または振動絶縁システムが配置されている基礎の振動を検出するための少なくとも１つのセンサを有している。運動、詳細には振動を検出するセンサは、位置センサ、加速度センサまたは速度センサであってもよく、それらのセンサの信号によって運動を決定することができる。

センサによって、少なくとも１自由度で運動が検出される。この場合、センサの自由度は、並進自由度であってもあるいは回転自由度であってもよい。

センサからの信号は、制御デバイスへ引き渡される。制御デバイスは、センサからの信号に基づいて、少なくとも２自由度で補償信号を計算する手段を有している。

したがって、本発明は、絶縁すべき荷重の位置の変化を少なくとも１つの他の自由度でも決定することができるよう、地面の一方向の運動を表すセンサからの信号の変換を可能にしている。

絶縁すべき荷重の合成運動は、地面の運動方向または振動絶縁システムの基礎の運動方向と必ずしも整合していないため、その結果として著しく良好な絶縁効果が得られる。

本発明の好ましい一実施形態では、制御デバイスは、少なくとも３自由度、好ましくは６自由度で補償信号を計算する手段を有している。

したがって、たとえば、制御デバイスが全３並進自由度で補償信号を計算するシステム、つまり全３空間方向の補償信号を生成するシステムを提供することができる。

また、制御デバイスが６自由度で補償信号を生成するよう、３回転自由度が考慮されることが好ましい。

本発明の好ましい一実施形態では、少なくとも１並進自由度、好ましくは２並進自由度、とりわけ好ましくは３並進自由度で作用するセンサおよび／またはアクチュエータが提供される。

本発明の他の好ましい実施形態では、別法または追加として、少なくとも１回転自由度、好ましくは２回転自由度、とりわけ好ましくは３回転自由度で作用するセンサおよび／またはアクチュエータが提供される。

本発明の一拡張では、制御デバイスは、計算規則、詳細には変換行列を記憶するための少なくとも１つの記憶装置を有している。

地震性の振動によってもたらされる刺激によって生じる絶縁すべき荷重の合成運動は、詳細には変換行列の形態である計算規則によって計算することができる。したがって能動制御は、地面の運動を表すセンサ信号に基づいて補償信号を計算している。この補償信号によって、どのような地震性の振動が生じても、絶縁すべき荷重の対応するあらゆる運動が防止され、あるいは絶縁すべき荷重の合成運動が少なくとも抑制される。

本発明の一拡張では、制御デバイスは、振動に対する絶縁すべき荷重の反応を表す特性および／または特性のファミリーを記憶するための記憶装置を有している。

このような特性のファミリーは、詳細には異なる制約に対するシステムの異なる反応、詳細には絶縁すべき荷重に対する変化が生じた場合のシステムの異なる反応を表すことができる。したがってシステムは、制約の変化に対して自らを自動的に適合させている。

また、本発明の一拡張は、動作中に更新すべき特性または特性のファミリーを提供している。たとえば、制約の変化に対して計算規則を自動的に整合させることができる。

本発明の他の好ましい実施形態では、振動絶縁システムは、絶縁すべき荷重の振動を検出するための少なくとも１つの別のセンサを有している。

この別のセンサを使用して、絶縁すべき荷重の位置が検出され、同じく振動を抑制するための補償信号が制御デバイスを介して生成される。この場合、地震性の振動に対処することを意図したこれらの補償信号は、残りの補償信号に追加されることが好ましい。

また、本発明は、地面の振動または振動絶縁システムが配置されている基礎の振動が少なくとも１自由度で検出される能動振動絶縁システムを制御するための方法に関している。絶縁すべき荷重に対する補償信号が、少なくとも１つの他の自由度で生成され、生成された補償信号が、少なくとも他の自由度で作用するアクチュエータに引き渡される。

これは、振動の運動方向および／または回転方向の他に、絶縁すべき荷重に対する他の方向の影響が考慮されることを意味している。

地面の振動または基礎の振動は、少なくとも３並進自由度および／または３回転自由度で検出されることが好ましい。

補償信号も同様に３並進自由度および／または３回転自由度で計算されることが好ましい。
補償信号は、能動制御のための他の補償信号に追加されることが好ましい。

以下、振動絶縁システム１の主要コンポーネントについて、図１を参照してより詳細に説明する。振動絶縁システム１は、この事例ではテーブルの形態である絶縁すべき質量２を備えている。この質量２の上に、機械エレメント（図示せず）などの他のアセンブリを振動から絶縁されるように取り付けることができる。絶縁すべき質量２は、振動から絶縁されるよう、アイソレータ３を介して地面４に取り付けられている。この例示的実施形態では、アイソレータ３は、同じく能動制御（図示せず）に包含されている空気軸受である。そのために、制御デバイスは、空気の供給（図示せず）を制御するための手段を有している。

この例示的実施形態では、振動は、垂直方向に作用するセンサ５および水平方向に作用するセンサ６をアイソレータ３の基礎の中に配置することによって検出されている。

これらのセンサ５、６を介して地面の振動が検出される。そのために、センサ５、６は、この例示的実施形態では、地面に堅固に接続されたアイソレータ部分に取り付けられている（図には詳細に示されていない）。

図２は、このような振動絶縁システム１の略平面図を示したものである。絶縁すべき荷重２は、この事例では空気軸受の形態である合計４つのアイソレータ３の上に取り付けられている。水平方向に作用する、地面の平面上の運動を検出するためのセンサ６は、アイソレータ３の基礎の中に配置されている。

全３空間方向の地面の振動すなわち運動は、垂直方向の追加センサ５を介して検出することができる。

次に、このような振動絶縁システムの制御について、図３を参照してより詳細に説明する。

図３は、１自由度の能動制御を示したものである。水平方向に作用する、１空間方向の並進運動を検出するセンサ５からの信号は、制御デバイス７に引き渡される。また、制御デバイス７は、さらに、絶縁すべき荷重２の振動を検出するセンサ８に接続されている。

制御デバイス７は、水平方向に作用するセンサ５からの信号を使用して、絶縁すべき荷重の上に配置されているセンサ８からの信号に基づいて他の補償信号に追加される補償信号を計算している。

この補償信号は、アクチュエータ９、１０に引き渡される。垂直方向に作用するアクチュエータ９の他に、水平方向に作用する別のアクチュエータ１０が示されている。

補償信号の計算に際しては、制御デバイス７は、変換行列をアクセスし、この変換行列を介して、他の自由度に対する地面の運動の影響が同じく考慮される。たとえば、補償信号は、水平方向に作用する別のアクチュエータ１０にも追加される。

図３に示す実例は、１つのセンサ５を使用した１自由度の制御のみを示したものである。

しかしながら、本発明は、好ましいことには全６自由度の独立した制御をカバーしている。この場合、変換行列によって、絶縁すべき質量の全６自由度の影響が考慮されるように地面の運動が計算されるため、補償信号も同様に全６自由度で生成することができ、追加補償信号として能動制御に追加することができる。センサ信号は、ディジタル調整器によってディジタル化され、かつ、変換行列によって、絶縁すべき質量の６自由度に変換される。

したがって、地震性の振動に対して著しく有効な振動絶縁システムを提供することができる。

本発明は、上で説明した特徴の組合せに限定されないことは自ずから明らかであるが、当業者は、実際、その価値がある場合、必要に応じてこれらの特徴を組み合わせることが可能である。

本発明について、図面（図１乃至図３）を参照して、本文の中でより詳細に説明している。

振動絶縁システムの一例示的実施形態を示す略側面図である。 振動絶縁システムの略平面図である。 振動絶縁システムの１自由度のみの制御を示す略図である。

Claims (1)

1. 絶縁すべき荷重に作用する少なくとも１つのアクチュエータと、前記少なくとも１つのアクチュエータに接続された少なくとも１つの制御デバイスとを備えた能動振動絶縁システムであって、
   前記振動絶縁システムが配置されている地面の振動を検出するための少なくとも１つのセンサが提供され、
   前記少なくとも１つのセンサを使用して、少なくとも１自由度で運動が検出され、
   前記少なくとも１つのセンサが前記制御デバイスに接続され、
   前記制御デバイスが、前記センサからの信号から少なくとも２自由度で補償信号を計算する手段を有し、
   前記制御デバイスが、少なくとも６自由度で補償信号を計算する手段を有し、
   ３並進自由度で作用するセンサおよび／またはアクチュエータが提供され、
   ３回転自由度で作用するセンサおよび／またはアクチュエータが提供され、
   前記制御デバイスが、変換行列を記憶するための少なくとも１つの記憶装置を有し、
   前記制御デバイスが、刺激に対する前記絶縁すべき荷重の反応を表す特性および／または特性のファミリーを記憶するための少なくとも１つの記憶装置を有し、
   前記振動絶縁システムが、前記絶縁すべき荷重の振動を検出するための少なくとも１つの別のセンサを有し、
   前記補償信号を計算する手段が、前記３並進自由度で作用するセンサおよび前記３回転自由度で作用するセンサからの信号を使用して、前記変換行列に基づき、少なくとも６自由度で補償信号を計算し、
   前記補償信号が能動制御のための他の補償信号に追加されることを特徴とする能動振動絶縁システム。

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