JP6152001B2 - アクティブ除振装置、除振方法、加工装置、検査装置、露光装置及びワークの製造方法 - Google Patents

アクティブ除振装置、除振方法、加工装置、検査装置、露光装置及びワークの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、アクティブ除振装置、除振方法、加工装置、検査装置、露光装置及びワークの製造方法に関する。
精密計測・加工装置や半導体露光装置を搭載することができる除振装置として、空気バネの固有振動をリニアモータ等のアクチュエータによって減衰させるアクティブ除振装置が挙げられる。このアクティブ除振装置は、通常の加速度レベルから、搭載物の移動に伴い発生する加速度、小規模地震などの過大な加速度レベルまでの、広範囲の加速度レベルに対応して除振機能を維持することが求められている。そのため、加速度や振動状態を監視して状態を判定し、適切な制御方法を選択する必要がある。
特にアクティブ除振装置は、地震等の過大加速度発生時に制御を切り替えてアクティブ除振状態を維持し、更に検出される加速度により振動状態を判定し、除振性能を最大限に発揮できる状態に復帰させる。そして、異常時にはより安全な状態へと移行させることが必要とされる。
従来技術として、過大加速度発生時に、通常の加速度センサの出力を補償してアクチュエータにフィードバックする絶対振動制御から、変位センサの出力を補償する相対位置制御に切り替えて制御を行う手段が設けられた除振装置がある。すなわち、異常加速度発生時に相対位置制御に切り替え、絶対振動制御を行わないことにより、除振装置が振動することを防ぎ、浮上状態を維持する方法をとっている。しかし、絶対振動制御から相対位置制御に切り替えた場合、除振状態は維持できるが、床振動に対する機上振動すなわち除振性能が低下してしまう。
また、ビルなどに搭載する制振装置において、制振力と振動速度を監視し、制振動作を正常に行うことができているか監視する監視機構が提案されている。しかし、この監視機構は制振装置が正常に制振動作を行うことができているかを監視し、異常な場合は安全な状態へと移行させることを目的としたもので、正常な制振動作への復帰は考慮していない。
さらに、加速度フィードバックループの制御電流の２乗積分値により地震を検知し、地震を検知した場合に出力するアクチュエータを切り替えて、アクティブ制御状態を維持するアクティブ除振装置がある。しかし、このアクティブ除振装置では、地震の発生時に通常使用しているリニアモータアクチュエータの制御電流が過大になりエラー停止することを回避することを目的としている。そのため、地震など振動の状態を直接的に加速度センサで検出する除振装置と比較して、応答速度が遅くなる。
特許文献１は、装置ノイズ等の微小振動から地震等の過大振動までの広範囲な振動加速度に対応するために、大小２種類の除振機構を搭載し、その振動レベルによって使用する除振機構を切り替える除振装置を提案している。しかし、２種類の除振機構を設けることで装置が複雑になり、結果としてコストアップに繋がる。
特開２０００−１７０８２７号公報
上述のように、特許文献１に開示されている除振装置では、装置ノイズ等の微小振動から地震等の過大振動までの広範囲な振動加速度に対応するために、大小２種類の除振機構を搭載し、その振動レベルによって使用する除振機構を切り替えている。しかし、これは装置を複雑にし、結果としてコストアップに繋がっている。
そこで本発明は、１種類のみの除振機構で広範囲な振動加速度に対応することによって、装置を複雑化せず、コストアップにも繋がらないアクティブ除振装置を提供せんとするものである。
本発明によるアクティブ除振装置は、床の上に載置されている、マウントと、
前記マウントの上に載置され、装置が搭載される、除振テーブルと、
前記除振テーブルに係る加速度を検出するための、少なくとも一つの加速度センサと、
前記加速度センサから出力される信号に設定値をかけて前記信号を増幅させる加速度アンプと、
前記加速度アンプの出力から、前記加速度を相殺するための信号を算出する振動制御部と、
前記少なくとも一つの加速度センサが検出する加速度が所定の加速度以上であった場合、前記設定値を変化させる信号を出力する切り替え部と、
前記振動制御部から出力される信号によって駆動されるアクチュエータと、
を備える、ことを特徴とする。
本発明による加工装置は、上記アクティブ除振装置に搭載されたことを特徴とする。
本発明による検査装置は、上記アクティブ除振装置に搭載されたことを特徴とする。
本発明による露光装置は、上記アクティブ除振装置に搭載されたことを特徴とする。
本発明によるアクティブ除振方法は、装置が搭載される除振テーブルに係る加速度を検出し、前記検出した加速度から、前記加速度を相殺するようにアクチュエータを駆動させるための制御信号を算出し、前記算出した制御信号により前記アクチュエータを駆動させて、前記除振テーブルの振動を抑える除振方法であって、
少なくとも一つの加速度センサによって前記除振テーブルに係る加速度を検出し、
前記検出された加速度が所定の加速度以上だった場合は、
前記加速度センサから出力される信号に設定値をかけて前記信号を変化させ、
前記変化させた信号から、前記制御信号を算出した後、前記制御信号に前記設定値の逆数をかけた信号によって前記アクチュエータを駆動させることを特徴とする。
本発明による物品の製造方法は、上記除振方法により除振された除振テーブル上に搭載された装置によって物品を製造する物品の製造方法であって、
前記検出された加速度が所定の加速度以上だった場合は、前記物品の製造を中断し、中断した後に検出した加速度の所定の時間の間における積算値が所定の積算閾値以下になった時、前記物品の製造を再開させ、
前記積算値が前記所定の積算閾値を超えた時は、前記物品の製造を停止することを特徴とする。
本発明によれば、１種類のみの除振機構で装置ノイズ等の微小振動から地震等の過大振動までの広範囲な振動加速度に対応することができる。
本実施形態におけるアクティブ除振装置５０の透視斜視図。 本実施形態におけるアクティブ除振装置５０のブロック図。 本実施形態に係るアクティブ除振装置５０の過大加速度発生時及び発生後における処理を示すフローチャート。 過大加速度発生時における、本実施形態に係るアクティブ除振装置５０の各構成要素の設定値の切り替え後の加速度ａ［ｉ］の振る舞いを示した図。 加工装置７０が載置された、本実施形態を適用したアクティブ除振装置６０の斜視図、および加工装置７０のシステムと除振装置６０のシステムとの間における信号送受信に関するブロック図。 本実施形態に係るアクティブ除振装置の上に載置された加工装置の加工プロセスの監視及び結果の評価に対応するフローチャート、およびログファイル４０を具体的に示した図。 本実施形態に係るアクティブ除振装置の上に載置された検査装置の検査プロセスの監視及び結果の評価に対応するフローチャート。 半導体チップの製造過程を表すフローチャート、および本実施形態に係るアクティブ除振装置の上に載置された露光装置によるデバイスに対する露光プロセスの監視及び結果の評価に対応するフローチャート。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本発明を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。
図１は、本実施形態におけるアクティブ除振装置５０の透視斜視図を示している。
アクティブ除振装置５０は、床（不図示）の上に載置されている下部マウント７ｂ、７ｌ及び７ｒ、下部マウント７ｂ、７ｌ及び７ｒの上にそれぞれ載置されている空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒを備えている。さらに、アクティブ除振装置５０は、空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒの上にそれぞれ載置されている上部マウント６ｂ、６ｌ及び６ｒ、上部マウント６ｂ、６ｌ及び６ｒの上に載置されている除振テーブル１を備えている。除振テーブル１の上に装置（不図示）等が搭載される。なお、下部マウント、空気バネアクチュエータ及び上部マウントを、まとめて単にマウントと呼ぶことがある。
上部マウント６ｂには、変位センサ２ａ及び２ｆ、加速度センサ４ａ及び４ｆ、及びリニアモータ５ａ及び５ｆが設けられている。上部マウント６ｌには、変位センサ２ｃ及び２ｅ、加速度センサ４ｃ及び４ｅ、及びリニアモータ５ｃ及び５ｅが設けられている。上部マウント６ｒには、変位センサ２ｂ及び２ｄ、加速度センサ４ｂ及び４ｄ、及びリニアモータ５ｂ及び５ｄが設けられている。また、床（不図示）には、床加速度センサ４ｇ、４ｈ及び４ｉが設けられている。これらの変位センサ、加速度センサ及びリニアモータは、機能を発揮することができる限り、上部マウント以外の場所に設けられていてもよい。
変位センサ２ａは、Ｘ方向の変位を検出し、変位センサ２ｂ及び２ｃはそれぞれ、Ｙ方向の変位を検出し、変位センサ２ｄ、２ｅ及び２ｆはそれぞれ、Ｚ方向の変位を検出する。変位センサ２ｂ及び２ｃはそれぞれ、Ｙ軸に平行な異なる軸上にあり、また、変位センサ２ｄ、２ｅ及び２ｆはそれぞれ、Ｚ軸に平行な異なる軸上にある。
この構成により、変位センサ２ａ〜２ｆの出力を組み合わせることで、重心点を原点とする６自由度系において、重心点のＸ、Ｙ及びＺ軸方向の変位およびＸ、Ｙ及びＺ軸回りの角変動量が検出可能となる。なお、ここで重心点とは搭載装置（不図示）および除振テーブル１など、空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒによって支持されている全ての物体を一つの剛体として見た場合の総重心点であり、以降に記述する重心点は、この総重心点のことを意味している。
空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒはそれぞれ、水平方向及び鉛直方向の２軸に沿って変位することが可能である。具体的には、空気バネアクチュエータ３ｂはＸ方向及びＺ方向に沿って変位し、空気バネアクチュエータ３ｌ及び３ｒはそれぞれ、Ｙ方向及びＺ方向に沿って変位する。ここで、Ｙ軸について見ると、空気バネアクチュエータ３ｌ及び３ｒはそれぞれ、Ｙ軸に平行な異なる軸上にあり、また、Ｚ軸について見ると、空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒはそれぞれ、Ｚ軸に平行な異なる軸上にある。
この構成により、空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒは、それらの変位を組み合わせることで、重心点を原点とする６自由度系において、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向およびＸ、Ｙ及びＺ軸回りに、それぞれ所望に応じて変位することができる。
このようにして、除振テーブルにおける、変位を抑えることが可能となる。ここでは、数式等の簡略化のために重心点を原点とする６自由度系での構成について説明するが、任意の点を原点とする座標系でもよく、また、３自由度系においても実現可能である。
図２（ａ）は、本実施形態におけるアクティブ除振装置５０のブロック図を示している。
アクティブ除振装置５０における位置制御を行うための位置制御ループ１８について、以下、数式を用いて説明する。
位置制御ループ１８は、変位センサ２ａ〜２ｆ、重心点変位座標変換演算部７、位置目標値指令部６、位置制御部８、空気バネアクチュエータ推力分配演算部９、及び空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒから構成されている。
重心点変位座標変換演算部７では、変位センサ２ａ〜２ｆの出力から、重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各Ｘ、Ｙ及びＺ軸の変位及び各Ｘ、Ｙ及びＺ軸回りの角変動量を演算する。重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各軸の変位及び各軸回りの角変動量に対して、変位センサ２ａ〜２ｆの出力値は、各変位センサの位置関係から以下の式（１）で表わされる。
Figure 0006152001
ここで、ＰＰは変位センサ２ａ〜２ｆの出力値であり、具体的には、ｐｂｘ、ｐｒｙ、ｐｌｙ、ｐｒｚ、ｐｌｚ及びｐｂｚがそれぞれ、変位センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆの出力値である。また、ＰＧは重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各軸の変位および各軸回りの角変動量である。具体的には、ｐｘＧ、ｐｙＧ及びｐｚＧがそれぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向の変位、ｐωｘＧ、ｐωｙＧ、ｐωｚＧがそれぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ軸回りの角変動量である。さらに、行列ＴＰ内の係数は、重心点を原点とした座標系における変位センサ２ａ〜２ｆの検出位置の座標によって決められる。具体的には、ｙＰｂｘ及びｚＰｂｘはそれぞれ、変位センサ２ａのＹ及びＺ座標値、ｘＰｒｙ及びｚＰｒｙはそれぞれ、変位センサ２ｂのＸ及びＺ座標値、ｘＰｌｙ及びｚＰｌｙはそれぞれ、変位センサ２ｃのＸ及びＺ座標値である。そして、ｘＰｒｚ及びｙＰｒｚはそれぞれ、変位センサ２ｄのＸ及びＹ座標値、ｘＰｌｚ及びｙＰｌｚはそれぞれ、変位センサ２ｅのＸ及びＹ座標値、ｘＰｂｚ及びｙＰｂｚはそれぞれ、変位センサ２ｆのＸ及びＹ座標値である。
式（１）より、各変位センサの出力値から重心点の変位を求める式は、以下の式（２）で表わされる。
Figure 0006152001
ここで、ＴＰ −１を重心点変位座標変換行列と称する。重心点変位座標変換演算部７は、入力された変位センサ２ａ〜２ｆの出力値ＰＰに、重心点変位座標変換行列ＴＰ −１をかけた値、すなわち、重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各軸の変位および各軸回りの角変動量ＰＧに対応する信号を出力する。
位置制御部８には、重心点の位置目標値に対応する位置目標値指令部６の出力値と重心点変位座標変換演算部７の出力値との間の偏差が入力され、ＰＩ補償器により位置制御入力の演算が行なわれる。
空気バネアクチュエータ推力分配演算部９は、位置制御部８から出力される、重心点を原点とする６自由度系における各軸の所望の位置制御入力から空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒを適切に変位させるために必要な入力を演算する。ここで所望の位置制御入力とは、重心点の変位を相殺するための位置制御入力である。
空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒの出力値に対して、重心点を原点とする６自由度系における、重心点の変位を相殺するための各軸の並進力および各軸回りのトルクは、各空気バネアクチュエータの位置関係から以下の式（３）で表わされる。
Figure 0006152001
ここで、ＦＳは空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒの出力値である。具体的にはＦＳｂｘ、ＦＳｒｙ、ＦＳｌｙ、ＦＳｒｚ、ＦＳｌｚ及びＦＳｂｚはそれぞれ、空気バネアクチュエータ３ｂのＸ方向、３ｒのＹ方向、３ｌのＹ方向、３ｒのＺ方向、３ｌのＺ方向及び３ｂのＺ方向の出力値である。また、ＦＧＳは重心点を原点とする６自由度系における各軸の並進力および各軸回りのトルクであり、具体的には、ＦＳｘ、ＦＳｙ及びＦＳｚはそれぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向の並進力、ＴＳｘ、ＴＳｙ及びＴＳｚはそれぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ軸回りのトルクである。さらに、行列ＴＳ内の係数は、重心点を原点とする６自由度系における、各空気バネアクチュエータ３ｂ、３ｌ及び３ｒの作用点の座標によって決められる。具体的には、ｙＳｂｘ及びｚＳｂｘはそれぞれ、空気バネアクチュエータ３ｂのＸ方向出力に対する作用点のＹ及びＺ座標値、ｘＳｒｙ及びｚＳｒｙはそれぞれ、空気バネアクチュエータ３ｒのＹ方向出力に対する作用点のＸ及びＺ座標値である。そして、ｘＳｌｙ及びｚＳｌｙはそれぞれ、空気バネアクチュエータ３ｌのＹ方向出力に対する作用点のＸ及びＺ座標値、ｘＳｒｚ及びｙＳｒｚはそれぞれ、空気バネアクチュエータ３ｒのＺ方向出力に対する作用点のＸ及びＹ座標値である。そして、ｘＳｌｚ及びｙＳｌｚはそれぞれ、空気バネアクチュエータ３ｌのＺ方向出力に対する作用点のＸ及びＹ座標値、ｘＳｂｚ及びｙＳｂｚはそれぞれ、空気バネアクチュエータ３ｂのＺ方向出力に対する作用点のＸ及びＹ座標値である。
式（３）より、重心点を原点とする６自由度系における、各軸の所望の並進力および各軸回りの所望のトルクに対して、各空気バネアクチュエータを変位させるために必要な出力値を求める式は、以下の式（４）で表わされる。
Figure 0006152001
ここで、ＴＳ −１を空気バネアクチュエータ推力分配行列と称する。空気バネアクチュエータ推力分配演算部９は、入力された位置制御部８の出力値ＦＧＳに、空気バネアクチュエータ推力分配行列ＴＳ −１をかけた値を、各空気バネアクチュエータに出力することで、位置制御が行なわれる。
本実施形態においては、変位を相殺するために空気バネアクチュエータ（第二のアクチュエータ）を用いたが、床からの高い周波数の振動成分を除振し、位置を制御できるアクチュエータであれば、これに限らない。
次に、アクティブ除振装置５０における振動制御を行うための振動制御ループ１９について説明する。
アクティブ除振装置は、除振テーブルに係る加速度を検出するための、少なくとも一つの加速度センサを有する。
例えば、図１に示すように、加速度センサ４ａはＸ方向の加速度を検出し、加速度センサ４ｂ及び４ｃはそれぞれ、Ｙ方向の加速度を検出し、加速度センサ４ｄ、４ｅ及び４ｆはそれぞれ、Ｚ方向の加速度を検出する。ここで、加速度センサ４ｂ及び４ｃはそれぞれ、Ｙ軸に平行な異なる軸上にあり、加速度センサ４ｄ、４ｅ及び４ｆはそれぞれ、Ｚ軸に平行な異なる軸上にある。この構成により、加速度センサ４ａ〜４ｆの出力値を組み合わせることで、重心点を原点とする６自由度系において、重心点のＸ、Ｙ及びＺ軸方向の加速度およびＸ、Ｙ及びＺ軸回りの角加速度が検出可能となる。
重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各軸の加速度及び各軸回りの角加速度に対して、各加速度センサ４ａ〜４ｆの出力値は、各加速度センサの位置関係から以下の式（５）で表わされる。
Figure 0006152001
ここで、ＡＡは加速度センサ４ａ〜４ｆの信号を加速度アンプ１４に入力し、加速度アンプ１４から出力された値である。具体的には、ａｂｘ、ａｒｙ、ａｌｙ、ａｒｚ、ａｌｚ及びａｂｚはそれぞれ、加速度センサ４ａ〜４ｆに対応する加速度アンプ１４の出力値である。また、ＡＧは重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各軸の加速度および各軸回りの角加速度である。具体的には、ａｘＧ、ａｙＧ及びａｚＧはそれぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向の加速度、ａωｘＧ、ａωｙＧ及びａωｚＧはそれぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ軸回りの角加速度である。さらに、行列ＴＡ内の係数は、重心点を原点とした座標系における加速度センサ４ａ〜４ｆの座標によって決められる。具体的には、ｙＡｂｘ及びｚＡｂｘはそれぞれ、加速度センサ４ａのＹ及びＺ座標値、ｘＡｒｙ及びｚＡｒｙはそれぞれ、加速度センサ４ｂのＸ及びＺ座標値、ｘＡｌｙ及びｚＡｌｙはそれぞれ、加速度センサ４ｃのＸ及びＺ座標値である。そして、ｘＡｒｚ及びｙＡｒｚはそれぞれ、加速度センサ４ｄのＸ及びＹ座標値、ｘＡｌｚ及びｙＡｌｚはそれぞれ、加速度センサ４ｅのＸ及びＹ座標値、ｘＡｂｚ及びｙＡｂｚはそれぞれ、加速度センサ４ｆのＸ及びＹ座標値である。
式（５）より、各加速度センサ４ａ〜４ｆの出力値から、重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各軸の加速度及び各軸回りの角加速度を求める式は、以下の式（６）のように表わされる。
Figure 0006152001
ここで、ＴＡ −１を重心点振動座標変換行列と称する。重心点振動座標変換演算部１０は、加速度アンプ１４から入力された加速度センサ４ａ〜４ｆに対応する値ＡＡに、重心点振動座標変換行列ＴＡ −１をかけた値に対応する信号を出力する。すなわち、重心点振動座標変換演算部１０は、重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各軸の加速度及び各軸回りの角加速度ＡＧに対応する信号を出力する。
重心点振動座標変換演算部１０から出力される、重心点を原点とする６自由度系における、重心点の各軸の加速度及び各軸回りの角加速度はそれぞれ、積分器１３ａ〜１３ｆに入力され、速度項及び角速度項に変換されて、振動制御部１１に出力される。
振動制御部１１は、積分器１３ａ〜１３ｆから入力された値に対して、それぞれに比例ゲインをかけ、且つｘ、ｙ及びｚ軸の並進方向に関しては床加速度フィードフォワードの出力結果を加算する。そのようにして得られた値は、重心点を原点とする６自由度系における各軸の所望の（すなわち、重心点の加速度を相殺するための）振動制御としてリニアモータ推力分配演算部１２へ出力される。
床加速度フィードフォワードの出力結果の算出方法について説明する。図１に示すように、床加速度センサ４ｇは床のＸ方向の加速度を検出し、床加速度センサ４ｈは床のＹ方向の加速度を検出し、床加速度センサ４ｉは床のＺ方向の加速度を検出する。床加速度センサ４ｇ〜４ｉの出力値は、加速度アンプ１４に入力される。加速度センサ４ｇ〜４ｉに対応する加速度アンプ１４の各出力値はそれぞれ、ａｘｆ、ａｙｆ及びａｚｆと表す。出力値ａｘｆ、ａｙｆ及びａｚｆはそれぞれ、２階積分器１３ｇ、１３ｈ及び１３ｉに入力され、変位項に変換され、且つ比例ゲインをかけ、得られた値は、重心点のｘ、ｙ及びｚ方向の発生力として振動制御部１１に出力される。このように得られた床加速度フィードフォワードの出力結果は、床の位置が変化することにより、空気バネが発生する力をリニアモータが発生する力によって相殺する目的で使用される。
リニアモータ推力分配演算部１２は、振動制御部１１から入力される、重心点を原点とする６自由度系における各軸の所望の振動制御から、リニアモータ５ａ〜５ｆを適切に動作させるために必要な入力を演算する。リニアモータ推力分配演算部１２で演算されて出力された信号は、Ｄ／Ａ変換器１６ａ〜１６ｆでＤ／Ａ変換されて、リニアモータ５ａ〜５ｆに入力される。
リニアモータ５ａ〜５ｆの出力値に対して、重心点の加速度を相殺するための、重心点を原点とする６自由度系における各軸の並進力および各軸回りのトルクは、リニアモータ５ａ〜５ｆの位置関係から以下の式（７）で表わされる。
Figure 0006152001
ここで、ＦＭはリニアモータ５ａ〜５ｆの出力値であり、具体的には、ＦＭｂｘ、ＦＭｒｙ、ＦＭｌｙ、ＦＭｒｚ、ＦＭｌｚ及びＦＭｂｚはそれぞれ、リニアモータ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの出力値である。また、ＦＧＭは重心点を原点とする６自由度系における各軸の並進力および各軸回りのトルクであり、具体的には、ＦＭｘ、ＦＭｙ及びＦＭｚはそれぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向の並進力、ＴＭｘ、ＴＭｙ及びＴＭｚはそれぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ軸回りのトルクである。さらに、行列ＴＭ内の係数は、重心点を原点とする６自由度系におけるリニアモータ５ａ〜５ｆの作用点の座標によって決められる。具体的には、ｙＭｂｘ及びｚＭｂｘはそれぞれ、リニアモータ５ａの作用点のＹ及びＺ座標値、ｘＭｒｙ及びｚＭｒｙはそれぞれ、リニアモータ５ｂの作用点のＸ及びＺ座標値、ｘＭｌｙ及びｚＭｌｙはそれぞれ、リニアモータ５ｃの作用点のＸ及びＺ座標値である。そして、ｘＭｒｚ及びｙＭｒｚはそれぞれ、リニアモータ５ｄの作用点のＸ及びＹ座標値、ｘＭｌｚ及びｙＭｌｚはそれぞれ、リニアモータ５ｅの作用点のＸ及びＹ座標値、ｘＭｂｚ及びｙＭｂｚはそれぞれ、リニアモータ５ｆの作用点のＸ及びＹ座標値である。
式（７）より、重心点を原点とする６自由度系における各軸の所望の振動制御から、リニアモータ５ａ〜５ｆを適切に動作させるために必要な入力への変換は、以下の式（８）のように表わされる。
Figure 0006152001
ここで、ＴＭ −１をリニアモータ推力分配行列と称する。リニアモータ推力分配演算部１２は、入力された振動制御部１１の出力値ＦＧに、リニアモータ推力分配行列ＴＭ −１をかけた値、すなわち、重心点を原点とする６自由度系における各軸の制御力に対して、リニアモータ５ａ〜５ｆに必要な入力ＦＭを出力する。
このようにして、振動制御ループ１９を加えることにより、アクティブ除振装置５０にダンピングを付与することができ、除振テーブルの除振性能を高める効果が得られる。
ここでは、数式等の簡略化のために重心点を原点とする６自由度系での構成について説明するが、任意の点を原点とする座標系でもよく、また、３自由度系においても実現可能である。
また、本実施形態においては、加速度を相殺するためにリニアモータ（アクチュエータ）を用いたが、空気バネにダンピングを付与できる応答性の高いアクチュエータであれば、これに限らない。
図２（ｂ）は、本実施形態におけるアクティブ除振装置５０の振動制御ループ１９を詳細に示すブロック図である。
本実施形態で使用する加速度センサ４ａ〜４ｉは、例えばアナログ出力であり、通常発生する微小振動から、地震等によって発生する比較的大きな振動まで、広い範囲の振動を検出することができる。また、出力信号にオフセット電圧が発生する場合がある。このオフセット電圧は加速度センサを構成する部品の個体差、温度変化等の影響のほか、センサの設置角度によっても発生する。
本実施形態で使用する加速度アンプ１４は、ＤＣオフセット除去回路１４ａ及び加速度検出ゲイン１４ｂを備えている。
ＤＣオフセット除去回路１４ａは、加速度センサ４ａ〜４ｉのオフセット電圧を相殺（除去）して振動成分のみを抽出し、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを生かした測定をする役割を果たす。そのために、ＤＣオフセット除去回路１４ａは、通常は高い周波数成分を通過させるハイパスフィルタである。また、低周波数領域に対する除振性能を向上させるために、カットオフ周波数を低く設定してフィルタの通過帯域を広くするようにも構成されている。例えばカットオフ周波数は、０．１Ｈｚ以下に設定されている。
加速度検出ゲイン１４ｂは、加速度センサ４ａ〜４ｉから出力されるアナログの加速度信号を増幅する機能を有する。通常時の除振性能を最大限に発揮するために、通常状態における各加速度センサ４ａ〜４ｉの加速度信号を、Ａ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｉにおいて信号として十分に検出できるレベルまで加速度検出ゲイン１４ｂを上げる。Ａ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｉは、加速度検出ゲイン１４ｂから出力される信号をＡ／Ｄ変換して出力する。
地震の発生や、搭載装置の段取り作業等により過大加速度が発生する場合等の異常時における本実施形態のアクティブ除振装置５０の動作について説明する。
本実施形態のアクティブ除振装置５０に大きな振動が加わると、除振テーブル１が大きく傾いたり、加速度センサ４ａ〜４ｆに過大な加速度が発生する場合がある。
例えば、段取り中に重いワークを搭載した時のように、除振テーブル１が一時的に傾いた場合、加速度センサ４ａ〜４ｆに角度変化が発生し、それにより加速度センサ４ａ〜４ｆの出力値に一時的に、すなわち所定の時間の間オフセットが発生する。
これに対し、加速度アンプ１４の出力値は、ＤＣオフセット除去回路１４ａの動作により、出力値の急激な変化を徐々に０に戻すように変化し、それにより過渡的な信号変化が発生する。
このように、加速度アンプ１４の出力値が０に戻らない状態が継続した場合には、除振装置５０が発振する可能性がある。
例えば、Ｘ方向の加速度を検出する加速度センサ４ａに角度変化が発生した場合、重心点振動座標変換演算部１０、積分器１３ａ、振動制御部１１及びリニアモータ推力分配演算部１２を経て、リニアモータ５ａを同一方向に駆動するための電流指令値が出続ける。そして、除振装置５０のＸ方向の振動制御が機能しなくなり、位置制御ループ１８が発振し、結果として除振テーブル１が発振する。
次に、例えば地震の発生のような過大な加速度が発生した場合、加速度センサ４ａ〜４ｆが出力する信号を加速度検出ゲイン１４ｂにおいて増幅した結果、加速度アンプ１４が出力できる電圧範囲を超えてしまい、加速度アンプ１４の出力において飽和が発生する。加速度アンプ１４の出力が飽和した場合には、除振装置５０の除振性能が低下する。
例えば、Ｘ方向の加速度を検出している加速度センサ４ａに過大な加速度が発生した場合、重心点振動座標変換演算部１０、積分器１３ａ、振動制御部１１及びリニアモータ推力分配演算部１２を経て、リニアモータ５ａへの信号に飽和が発生する。それにより、最大値及び最小値近傍が切れた波形となる。その結果、除振装置５０のＸ方向の制御が理想的に機能しなくなり、除振装置５０の除振性能が低下する。
そこで本実施形態におけるアクティブ除振装置５０では、加速度アンプ１４の加速度検出ゲイン１４ｂを可変にする。また、振動制御部１１にハイパスフィルタ１１ａを設け、フィルタ時定数を可変にする。また、振動制御部１１に加速度制御ゲイン１１ｂを設け、ゲインを可変にする。更に、過大加速度判定・切り替え部（判定部）１７を設け、加速度アンプ１４より出力される加速度センサ４ａ〜４ｉのＡ／Ｄ変換値を用いて過大加速度判定を行う。そして、加速度検出ゲイン１４ｂ及び振動制御部１１のフィルタ１１ａの時定数を切り替える信号を出力する。
図３（ａ）は、本実施形態に係るアクティブ除振装置５０の過大加速度発生時における処理を示すフローチャートである。除振装置５０が浮上し、安定状態に入ると（Ｓ２のＹｅｓ）、Ａ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｉの各出力値のいずれかが、上限閾値を超えていないか監視する（Ｓ３）。
過大加速度が発生することによって、Ａ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｉの各出力値のいずれかが、上限閾値を超えた場合には（Ｓ３のＹｅｓ）、まず、加速度検出ゲイン１４ｂを１／ａ倍する（Ｓ４）。そして、カットオフ周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタ１１ａのカットオフ周波数を所定の周波数だけ上げる（Ｓ５）。ここで、１／ａは、事前に決めておいた所定の倍率である。そして、所定の時間経過後（Ｓ６のＹｅｓ）、加速度制御ゲイン１１ｂに所定の倍率の逆数を掛け、すなわち、ａ倍し（Ｓ７）、処理を終了する（Ｓ８）。
このようにして、過大加速度が発生した場合（すなわち、重心点の加速度が所定の加速度以上になった場合）には、上記のように、加速度検出ゲイン１４ｂ、ハイパスフィルタ１１ａ及び加速度制御ゲイン１１ｂの設定値が切り替わる。この切り替え状態においては、加速度アンプ１４から出力される信号の検出分解能が下がるため、除振装置５０における微小振動に対する除振性能は低下する。しかし、振動制御系のループゲインは維持されるため、比較的大きな振動に対する除振性能は、通常時（すなわち、過大加速度が発生していない時）の微小振動に対する除振性能と同等である。加速度制御ゲイン１１ｂを加速度検出ゲイン１４ｂの特性変更後に上げるのは、先に加速度制御ゲイン１１ｂを上げることにより、振動制御ループ１９全体のゲインが上がり、除振装置５０が発振するのを防ぐためである。
通常時（過大加速度非発生時）での加速度検出ゲイン１４ｂをＫａｍｐ、加速度制御ゲイン１１ｂをＫｖｂとし、過大加速度発生時のそれぞれのゲインをＫａｍｐ’及びＫｖｂ’とすると、それらの関係は以下の式（９）のように表される。
Figure 0006152001
ここで、ｋＭａｍｐは加速度センサ４ａ〜４ｆの信号に対する加速度検出ゲイン、ｋＦａｍｐは床加速度センサ４ｇ〜４ｉの信号に対する加速度検出ゲインである。また、ｋｘ、ｋｙ、ｋｚは重心点の各並進方向の制御ゲイン、ｋωｘ、ｋωｙ、ｋωｚは重心点の各回転方向の制御ゲイン、ｋＦｘ、ｋＦｙ、ｋＦｚは床加速度フィードフォワードの制御ゲインである。
式（９）に示すように、床加速度センサ４ｇ〜４ｉのＡ／Ｄ変換入力値も過大加速度発生の判定条件に含めている。これは、床加速度が過大になった際には、地震等が発生したことが想定され、加速度センサ４ａ〜４ｆの加速度入力値が上限閾値を超えていなかった場合であっても、除振装置５０が通常時の除振性能を維持し続けることは難しいためである。しかし、床加速度センサ４ｇ〜４ｉのＡ／Ｄ変換入力値を判定条件に含めることは必須ではない。
本実施形態では、過大加速度非発生時と過大加速度発生時の２つの場合に対応して、加速度検出ゲイン１４ｂ、ハイパスフィルタ１１ａ、フィルタ時定数、加速度制御ゲイン１１ｂの設定値を２つ用意し、過大加速度の発生時にこれらの設定値を切り替えた。しかし、加速度検出ゲイン１４ｂ、ハイパスフィルタ１１ａ、フィルタ時定数、制御ゲイン１１ｂの設定値を３つ以上用意し、加速度の大きさに応じて、段階的に切り替えるように除振装置５０を構成してもよい。
また本実施形態では、加速度センサ４ａ〜４ｆの信号に対する加速度検出ゲインは全てｋＭａｍｐ、床加速度センサ４ｇ〜４ｉの信号に対する加速度検出ゲインは全てｋＦａｍｐとした。すなわち検出方向に関係なく、ｘ、ｙ及びｚ方向全てに対して同じゲインとした。しかし、検出方向により振動レベルが異なり、各振動レベルを最適な高分解能で検出したい場合には、加速度検出ゲインを検出方向に応じて変えてもよい。
また、図３（ａ）のステップＳ３で行っている加速度出力値と上限閾値の比較を、除振装置５０に設置された加速度センサの加速度信号の代わりに、地震速報等の振動予測信号を用いて行うことも考えられる。
さらに本実施形態では、加速度アンプ１４内のＤＣオフセット除去回路１４ａとは別に、振動制御部１１内にカットオフ周波数（フィルタ時定数）を変更可能なハイパスフィルタ１１ａを設ける。これにより、過大加速度発生時に時定数を切り替えることで過渡的応答がリニアモータ５ａ〜５ｆに出力されるのを防いでいる。しかし、ＤＣオフセット除去回路１４ａ自体の時定数を可変にすることによって、過渡的応答が発生する現象を回避してもよい。
以上、本実施形態に係るアクティブ除振装置５０における過大加速度発生時の処理、具体的には、過大加速度発生時における加速度検出ゲイン１４ｂ、ハイパスフィルタ１１ａ及び加速度制御ゲイン１１ｂの設定値の切り替えを説明した。
次に、上記切り替えを行った後、加速度出力値の状態を判定し、判定に応じて除振装置５０を適切な状態へと移行する態様について、説明する。
具体的には、上記のように切り替えた状態では、除振装置５０の微小振動に対する除振性能は低下しているので、加速度センサ４ａ〜４ｉが検出する加速度が正常なレベルに戻った場合には、除振装置５０を通常の制御状態に復帰させる。一方で過大加速度が検出される状態が依然として継続している場合には、除振装置５０及び搭載装置を保護する観点から、除振装置５０を着座状態へと移行させなければならない。
図３（ｂ）は、本実施形態のアクティブ除振装置５０における過大加速度発生時に伴う各設定値の切り替え後の処理について示すフローチャートである。
まず、各加速度センサにおける加速度出力値と加速度閾値との比較を行う。この処理は、具体的には以下の式（１０）を用いて行われる。
Figure 0006152001
ここで、ａ［ｉ］（ｉ＝１〜９）は６個の加速度センサ４ａ〜４ｆ及び３個の床加速度センサ４ｇ〜４ｉのＡ／Ｄ入力値であり、ａｌｉｍは各加速度センサにおける加速度閾値である。過大加速度発生時に伴う各設定値の切り替え後に、各加速度センサ毎にａ［ｉ］の絶対値ＡＢＳ（ａ［ｉ］）と加速度閾値ａｌｉｍとの差分を所定の時間だけ時間積算し、得られた各加速度センサに対する積算結果をａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］とする（Ｓ１０）。ここで、加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］が負の場合には、ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］を０とする。
次に、ステップＳ１０における時間積算が１回目の積算の場合には（Ｓ１１のＹｅｓ）、所定の時間経過するのを待つ（Ｓ１２）。そして、所定の時間経過した後に（Ｓ１２のＹｅｓ）、各加速度センサに対して加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］と加速度積算閾値ａｌｉｍ＿ｉｎｔｅｒｒとの比較を行う（Ｓ１３）。もし、いずれの加速度センサも、加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］が加速度積算閾値ａｌｉｍ＿ｉｎｔｅｒｒを超えていない場合（Ｓ１３のＮｏ）、各加速度センサに対して加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］が所定の積算閾値以下であるか調べる（Ｓ１７）。もし、いずれかの加速度センサの加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］が所定の積算閾値以下ではない場合には（Ｓ１７のＮｏ）、Ｓ１０に戻り、新たに所定の時間において時間積算を行う。その後は、２回目以降の積算となるので（Ｓ１１のＮｏ）、ステップＳ１２において所定の時間経過を待つ必要はない。所定の積算閾値以下は、０であることがより好ましい。
図４（ａ）は、過大加速度発生時における各設定値の切り替え後、ｉ番目の加速度センサに対して依然として過大加速度が検出される状態が継続している際の加速度ａ［ｉ］の振る舞いを示している。
図４（ａ）に示すように、過大加速度発生時における各設定値の切り替えた（時間ｔ＝０）後、加速度ａ［ｉ］は依然として増加している。この場合、時間ｔ＝０とｔ３との間では、加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］はａｌｉｍ＿ｉｎｔｅｒｒを超えていない一方で、０にもなっていないので、図３（ｂ）のフローチャートでは、Ｓ１０→Ｓ１３→Ｓ１７→Ｓ１０のステップを繰り返す。そして、時間ｔ＝ｔ３になると、加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］がａｌｉｍ＿ｉｎｔｅｒｒを超えるので（Ｓ１３のＹｅｓ）、Ｓ１３からＳ１４に移行する。この時、除振装置５０及び搭載装置を保護する観点から、除振装置５０を着座させ（Ｓ１４）、エラーを出力し（Ｓ１５）、処理を終了する（Ｓ１６）。
図４（ｂ）は、過大加速度発生時における各設定値の切り替え後、ｉ番目の加速度センサに対して過大加速度が減少していく際の加速度ａ［ｉ］の振る舞いを示している。
図４（ｂ）に示すように、過大加速度発生時における各設定値の切り替えた（時間ｔ＝０）後、加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］は一旦増加した後、減少し始める。図４（ａ）と同様に、時間ｔ＝０とｔ４との間では、加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］は、ａｌｉｍ＿ｉｎｔｅｒｒを超えていない一方で、０にもなっていないので、図３（ｂ）のフローチャートでは、Ｓ１０→Ｓ１３→Ｓ１７→Ｓ１０のステップを繰り返す。そして時間ｔ＝ｔ４になると、加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］が０になる、また不図示だが他の全ての加速度センサに対しても、時間ｔ＝ｔ４において加速度積算値ａ＿ｉｎｔｅｒｒ［ｉ］が０になるとすると（Ｓ１７のＹｅｓ）、Ｓ１７からＳ１８に移行する。この時、加速度制御ゲイン１１ｂのパラメータを通常に戻し（すなわち、ゲインを１／ａ倍する、Ｓ１８）、ハイパスフィルタ１１ａのカットオフ周波数を元の値に下げる（Ｓ１９）。そして、加速度検出ゲイン１４ｂのパラメータを通常に戻し（すなわち、ゲインをａ倍する、Ｓ２０）、処理を終了する（Ｓ２１）。
以上、過大加速度発生時における各設定値の切り替えを行った後の加速度の振る舞いを判定し、判定の結果に応じて除振装置５０を元の過大加速度非発生時の制御状態、または着座状態へと移行させる処理について説明した。本実施形態においては、加速度センサ４ａ〜４ｆ及び床加速度センサ４ｇ〜４ｉに対して、同一の加速度閾値ａｌｉｍ及び加速度積算閾値ａｌｉｍ＿ｉｎｔｅｒｒを設定したが、それぞれ異なる閾値を設けて、上記判定を行ってもよい。
以上、数式等の簡略化のために重心点を原点とする６自由度系での構成について説明したが、３自由度系においても実現可能である。
例えば、水平方向の変位センサとアクチュエータを除いた、重心を原点とする鉛直３自由度系の制御系としてもよい。
６自由度系での構成と異なる点を中心に簡単に説明する。
重心を原点とする鉛直３自由度系の重心におけるＺ方向の変位と、重心におけるＸ、Ｙの各軸まわりの回転量に対して、変位センサ３ｄ乃至３ｆの出力は、それぞれの位置関係から、次の（１１）式で表わされる。
Figure 0006152001
各変位センサの値から重心における変位や回転量を求める式は、６自由度系での構成と同様に（２）式で表わされる。
重心点変位座標変換演算部７では、変位センサ３ｄ乃至３ｆの出力ＰＰを入力として、重心点変位座標変換行列ＴＰ −１と乗算した値、すなわち、重心を原点とする鉛直３自由度系の重心におけるＺ方向の変位と重心におけるＸ、Ｙの各軸まわりの回転量を出力する。
リニアモータ推力分配演算部１２では、振動制御部１１より出力された、重心を原点とする鉛直３自由度系の重心におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸の値に基づき、リニアモータ５ｄ乃至５ｆに必要な入力を演算する。リニアモータ５ｄ乃至５ｆの出力に対して、重心を原点とする鉛直３自由度系の重心におけるＺ方向の並進力と、重心におけるＸ、Ｙの各軸まわりのトルクは、それぞれの位置関係から、次の（１２）式で表わされる。
Figure 0006152001
振動制御部１１より出力された、重心を原点とする鉛直３自由度系の重心におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸の値から、リニアモータ推力分配演算部１２で行われるリニアモータ５ｄ乃至５ｆに対する必要な入力への変換は、６自由度系での構成と同様に（８）式で行われる。
このように、重心を原点とする鉛直３自由度系の構成とすることで、変位センサとリニアモータを削減することによりコストダウンに寄与する。
また同様に、水平３自由度系の制御系を構成することができる。具体的には、鉛直方向の空気バネアクチュエータと加速度センサを除くことで容易に実現可能である。
重心を原点とする水平３自由度系の重心におけるＸ、Ｙの各軸方向の変位と、重心におけるＺ軸まわりの回転量に対して、変位センサ３ａ乃至３ｃの出力は、それぞれの位置関係から、次の（１３）式で表わされる。
Figure 0006152001
各変位センサの値から重心における変位や回転量を求める式は、６自由度系での構成と同様に（２）式で表わされる。
重心点変位座標変換演算部７は、変位センサ３ａ乃至３ｃの出力ＰＰを入力として、重心点変位座標変換行列ＴＰ −１と乗算した値、すなわち、重心を原点とする水平３自由度系の重心におけるＸ、Ｙの各軸方向の変位と重心におけるＺ軸まわりの回転量を出力する。
リニアモータ推力分配演算部１２では、振動制御部１１より出力された、重心を原点とする水平３自由度系の重心におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸の値に基づき、リニアモータ５ａ乃至５ｃに必要な入力を演算する。リニアモータ５ａ乃至５ｃの出力に対して、重心を原点とする水平３自由度系の重心におけるＸ、Ｙの各軸方向の並進力と、重心におけるＺ軸まわりのトルクは、それぞれの位置関係から、次の（１４）式で表わされる。
Figure 0006152001
振動制御部１１より出力された、重心を原点とする水平３自由度系の重心におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸の値から、リニアモータ推力分配演算部１２で行われるリニアモータ５ａ乃至５ｃに対する必要な入力への変換は、６自由度系での構成と同様に（８）式で行われる。
以上、重心を原点とする鉛直３自由度系および、重心を原点とする水平３自由度系での構成を説明したが、別の自由度系に対しても、同様に自由度に合わせて行列式を変更することで容易に実現可能である。
さらに、各式における各座標を重心点からの相対座標とすれば、任意の点を原点とする座標系においても実現可能である。
それぞれ、任意の点を原点とする座標系とする場合は、具体的には、重心のＸ、Ｙ、Ｚ座標をそれぞれ、ｘＧ、ｙＧ、ｚＧとすると、
それぞれの式の、
ｘＰｒｙを（ｘＰｒｙ−ｘＧ）、
ｘＰｒｚを（ｘＰｒｚ−ｘＧ）、
ｘＰｌｙを（ｘＰｌｙ−ｘＧ）、
ｘＰｌｚを（ｘＰｌｚ−ｘＧ）、
ｘＰｂｚを（ｘＰｂｚ−ｘＧ）、
ｙＰｒｚを（ｙＰｒｚ−ｙＧ）、
ｙＰｌｚを（ｙＰｌｚ−ｙＧ）、
ｙＰｂｘを（ｙＰｂｘ−ｙＧ）、
ｙＰｂｚを（ｙＰｂｚ−ｙＧ）、
ｚＰｒｙを（ｚＰｒｙ−ｚＧ）、
ｚＰｌｙを（ｚＰｌｙ−ｚＧ）、
ｚＰｂｙを（ｚＰｂｙ−ｚＧ）と置き換え、
ｘＭｒｙを（ｘＭｒｙ−ｘＧ）、
ｘＭｌｙを（ｘＭｌｙ−ｘＧ）、
ｘＭｒｚを（ｘＭｒｚ−ｘＧ）、
ｘＭｌｚを（ｘＭｌｚ−ｘＧ）、
ｘＭｂｚを（ｘＭｂｚ−ｘＧ）、
ｙＭｒｚを（ｙＭｒｚ−ｙＧ）、
ｙＭｌｚを（ｙＭｌｚ−ｙＧ）、
ｙＭｂｘを（ｙＭｂｘ−ｙＧ）、
ｙＭｂｚを（ｙＭｂｚ−ｙＧ）、
ｚＭｒｙを（ｚＭｒｙ−ｚＧ）、
ｚＭｌｙを（ｚＭｌｙ−ｚＧ）、
ｚＭｂｘを（ｚＭｂｘ−ｚＧ）と置き換え、
ｘｉを（ｘｉ−ｘＧ）、
ｙｉを（ｙｉ−ｙＧ）、
ｚｉを（ｚｉ−ｚＧ）と置き換え、
ｘＳｒｙを（ｘＳｒｙ−ｘＧ）、
ｘＳｒｚを（ｘＳｒｚ−ｘＧ）、
ｘＳｌｙを（ｘＳｌｙ−ｘＧ）、
ｘＳｌｚを（ｘＳｌｚ−ｘＧ）、
ｘＳｂｚを（ｘＳｂｚ−ｘＧ）、
ｙＳｒｚを（ｙＳｒｚ−ｙＧ）、
ｙＳｌｚを（ｙＳｌｚ−ｙＧ）、
ｙＳｂｘを（ｙＳｂｘ−ｙＧ）、
ｙＳｂｚを（ｙＳｂｚ−ｙＧ）、
ｚＳｒｙを（ｚＳｒｙ−ｚＧ）、
ｚＳｌｙを（ｚＳｌｙ−ｚＧ）、
ｚＳｂｘを（ｚＳｂｘ−ｚＧ）と置き換え、
ｘＡｒｙを（ｘＡｒｙ−ｘＧ）、
ｘＡｒｚを（ｘＡｒｚ−ｘＧ）、
ｘＡｌｙを（ｘＡｌｙ−ｘＧ）、
ｘＡｌｚを（ｘＡｌｚ−ｘＧ）、
ｘＡｂｚを（ｘＡｂｚ−ｘＧ）、
ｙＡｒｚを（ｙＡｒｚ−ｙＧ）、
ｙＡｌｚを（ｙＡｌｚ−ｙＧ）、
ｙＡｂｘを（ｙＡｂｘ−ｙＧ）、
ｙＡｂｚを（ｙＡｂｚ−ｙＧ）、
ｚＡｒｙを（ｚＡｒｙ−ｚＧ）、
ｚＡｌｙを（ｚＡｌｙ−ｚＧ）、
ｚＡｂｘを（ｚＡｂｘ−ｚＧ）と置き換えればよい。
次に、本実施形態を適用したアクティブ除振装置の除振テーブルの上に装置を搭載し、搭載された装置によってワークを製造するためのワークの製造方法について次に説明する。
図５（ａ）は、本実施形態を適用したアクティブ除振装置６０の上に加工装置７０が搭載されている例を示している。除振装置５０の除振テーブル１は台形だったのに対して、除振装置６０の除振テーブル３０は矩形であり、その他の構成要素については、除振装置６０と除振装置５０との間で違いはない。加工装置７０は、ＸＹ方向に移動可能な直進ステージ２０とＺ方向に移動可能な直進ステージ２１を備えている。また、加工装置７０は、直進ステージ２０上に載置されている回転ステージ２２及び直進ステージ２１に取り付けられている回転ステージ２３も備えている。加工装置７０では、物品である加工対象物（不図示）が、回転ステージ２２上に搭載され、工具（不図示）が回転ステージ２３に取り付けられる。これらのステージが同期して動くことにより、加工対象物が工具によって加工される。
図５（ｂ）は、加工装置７０のシステムと除振装置６０のシステムとの間における信号送受信に関するブロック図を示している。除振装置６０のシステムは加工装置７０のシステムに対して、加速度ゲイン切り替え信号２４、着座信号２５等、除振装置６０の状態を示すステータス信号を送信する。加工装置７０のシステムは、これらのステータス信号を受信し、受信した信号に応じた処理を行う。
加工装置７０において加工対象物を加工している際に、過大加速度が発生した場合、加工対象物の加工面が過大加速度や過大振動による影響を被ると、多くの場合は、たとえその加工面に再加工を施しても、もはや良品に仕上げることができない。従って、加工実験機に本実施形態に係る除振装置及び加工装置を搭載することによって、除振装置からのステータス信号をロギングし、加工装置による加工プロセスの監視及び判定を行うことが好ましい。
図６（ａ）は、加工実験機による加工装置の加工プロセスの監視に対応するフローチャートを示している。まず、加工プロセスの監視が開始されると（Ｓ３０）、過大加速度の発生に伴った除振装置の加速度ゲイン等の各構成要素の設定値の切り替えが行われたかチェックする（Ｓ３１）。もし設定値の切り替えが行われていれば（Ｓ３１のＹｅｓ）、その時の加工プロセスの状態をログファイル４０（図６（ｃ）参照）に保存する（Ｓ３２）。そして、過大加速度が検出されなくなることによって、加速度ゲイン等の各構成要素の設定値が通常時（すなわち、過大加速度非発生時）における設定値に戻されたかチェックする（Ｓ３３）。もし設定値が通常時の設定値に戻されたことを確認すると（Ｓ３３のＹｅｓ）、その時の加工プロセスの状態をログファイル４０に保存する（Ｓ３４）。その後、加工プロセスが完了したかチェックし（Ｓ３５）、もし加工プロセスが完了していれば（Ｓ３５のＹｅｓ）、監視処理を終了し（Ｓ３６）、もし加工プロセスが完了していなければ（Ｓ３５のＮｏ）、ステップＳ３１に戻り、監視処理を継続する。一方、設定値が通常時の設定値に戻されたかチェックし（Ｓ３３）、設定値が通常時の設定値に戻されていなければ（Ｓ３３のＮｏ）、次に過大加速度の継続に伴って除振装置が着座状態に移行したかチェックする（Ｓ３７）。もし除振装置が着座状態に移行していれば（Ｓ３７のＹｅｓ）、加工工具の動作を停止させ、その時の加工プロセスの状態をログファイル４０に保存し（Ｓ３８）、監視処理を終了する（Ｓ３９）。もし除振装置が着座状態に移行していなければ（Ｓ３７のＮｏ）、ステップＳ３３に戻り、設定値が通常時の設定値に戻されたか再度チェックする。また、ステップＳ３１において、過大加速度の発生に伴った除振装置の加速度ゲイン等の各構成要素の設定値の切り替えをチェックし、切り替えが行われていなければ（Ｓ３１のＮｏ）、ステップＳ３５に移行し、加工プロセスが完了したかチェックする。もし加工プロセスが完了していれば（Ｓ３５のＹｅｓ）、監視処理を終了し（Ｓ３６）、もし加工プロセスが完了していなければ（Ｓ３５のＮｏ）、ステップＳ３１に戻り、監視処理を継続する。
図６（ｂ）は、加工実験機による加工装置の加工プロセスの終了後の結果の評価に対応するフローチャートを示している。まず、加工プロセスの結果の評価が開始されると（Ｓ４０）、ログファイル４０にログが有るかチェックする（Ｓ４１）。もし、何もログが無ければ（Ｓ４１のＮｏ）、評価処理を終了する（Ｓ４５）。もし、ログファイル４０にログが有ることが確認されると（Ｓ４１のＹｅｓ）、ログに基づいて、該当箇所、すなわち、過大加速度の発生に伴った除振装置の各構成要素の設定値の切り替えが行われた際の加工対象物の加工箇所の評価結果を確認する（Ｓ４２）。もし、該当箇所が過大加速度や過大振動による大きい影響を被っていれば（Ｓ４３のＹｅｓ）、該当箇所を評価対象から除外し（Ｓ４４）、評価処理を終了する（Ｓ４５）。一方で、該当箇所が過大加速度や過大振動による大きい影響を被っていなければ（Ｓ４３のＮｏ）、該当箇所を評価対象から除外せずに、評価処理を終了する（Ｓ４５）。
図６（ｃ）は、ログファイル４０を具体的に示した図である。ログファイル４０は、過大加速度の発生に伴った除振装置の加速度ゲイン等の各構成要素の設定値の切り替えが行われた際（加速度ゲイン切替状態）における発生時刻やその時の加工対象物の加工箇所の座標を記録している。またログファイル４０は、過大加速度が検出されなくなることによって、各構成要素の設定値が通常時（すなわち、過大加速度非発生時）における設定値に戻された際（加速度ゲイン通常状態）の発生時刻やその時の加工対象物の加工箇所の座標も記録している。またログファイル４０には、除振装置が着座状態に移行した場合には、そのことを示すログも保存される。
本実施形態にかかる除振装置は、加工装置以外にも、検査装置、露光装置等のためにも用いることができる。本実施形態の除振装置に検査装置を搭載した場合、物品である検査対象物を検査中に過大加速度が発生した際に、検査対象物に問題がない場合であっても、過大加速度や過大振動の影響により検査結果が異常を示す可能性がある。検査装置のシステム側で、あらかじめ、過大加速度の発生に伴った除振装置の加速度ゲイン等の各構成要素の設定値の切り替えが行われた場合に検査を継続するか、中断するかを決めておくことができる。
図７（ａ）は、検査装置の検査プロセスの監視に対応するフローチャートを示している。まず、検査プロセスの監視が開始されると（Ｓ５０）、過大加速度の発生に伴った除振装置の加速度ゲイン等の各構成要素の設定値の切り替えが行われたかチェックする（Ｓ５１）。もし設定値の切り替えが行われていれば（Ｓ５１のＹｅｓ）、その時の検査プロセスの状態をログファイル４０に保存し、検査を中断する（Ｓ５２）。そして、過大加速度が検出されなくなることによって、加速度ゲイン等の各構成要素の設定値が通常時（すなわち、過大加速度非発生時）における設定値に戻されたかチェックする（Ｓ５３）。もし設定値が通常時の設定値に戻されたことを確認すると（Ｓ５３のＹｅｓ）、その時の検査プロセスの状態をログファイル４０に保存し、検査を再開する（Ｓ５４）。その後、検査プロセスが終了したかチェックし（Ｓ５５）、もし検査プロセスが終了していれば（Ｓ５５のＹｅｓ）、監視処理を終了し（Ｓ５６）、もし検査プロセスが終了していなければ（Ｓ５５のＮｏ）、ステップＳ５１に戻り、監視処理を継続する。一方、設定値が通常時の設定値に戻されたかチェックし（Ｓ５３）、設定値が通常時の設定値に戻されていなければ（Ｓ５３のＮｏ）、次に過大加速度の継続に伴って除振装置が着座状態に移行したかチェックする（Ｓ５７）。もし除振装置が着座状態に移行していれば（Ｓ５７のＹｅｓ）、検査装置の動作を停止させ、その時の検査プロセスの状態をログファイル４０に保存し（Ｓ５８）、監視処理を終了する（Ｓ５９）。もし除振装置が着座状態に移行していなければ（Ｓ５７のＮｏ）、ステップＳ５３に戻り、設定値が通常時の設定値に戻されたか再度チェックする。また、ステップＳ５１において、過大加速度の発生に伴った除振装置の加速度ゲイン等の各構成要素の設定値の切り替えをチェックし、切り替えが行われていなければ（Ｓ５１のＮｏ）、ステップＳ５５に移行し、検査プロセスが終了したかチェックする。もし検査プロセスが終了していれば（Ｓ５５のＹｅｓ）、監視処理を終了し（Ｓ５６）、もし検査プロセスが終了していなければ（Ｓ５５のＮｏ）、ステップＳ５１に戻り、監視処理を継続する。
図７（ｂ）は、検査装置の検査プロセスの終了後の結果の評価に対応するフローチャートを示している。まず、検査プロセスの結果の評価が開始されると（Ｓ６０）、ログファイル４０にログが有るかチェックする（Ｓ６１）。もし、何もログが無ければ（Ｓ６１のＮｏ）、評価処理を終了する（Ｓ６５）。もし、ログファイル４０にログが有ることが確認されると（Ｓ６１のＹｅｓ）、ログに基づいて、該当箇所、すなわち、過大加速度の発生に伴った除振装置の各構成要素の設定値の切り替えが行われた際の検査対象物の検査箇所の検査結果を確認する（Ｓ６２）。もし、該当箇所が過大加速度や過大振動による大きい影響を被っていれば（Ｓ６３のＹｅｓ）、該当箇所の再検査を行い（Ｓ６４）、評価処理を終了する（Ｓ６５）。一方で、該当箇所が過大加速度や過大振動による大きい影響を被っていなければ（Ｓ６３のＮｏ）、該当箇所を再検査せずに、評価処理を終了する（Ｓ６５）。
図８（ａ）は、半導体チップの製造過程を表すフローチャートを示している。まず、半導体チップの回路パターンの設計を行う（Ｓ７０）。次に、Ｓ７０で設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する（Ｓ７１）。そして、シリコン等の材料を用いてウェハを製造し、（Ｓ７２）、Ｓ７１で製作したマスクを用いて、露光装置によりリソグラフィ技術を利用して、Ｓ７２で製造したウェハ上に回路を形成する（Ｓ７３）。次に、Ｓ７３で回路が形成されたウェハから、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立工程により半導体チップが作製される（Ｓ７４）。そして、作製された半導体チップに対して動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行い（Ｓ７５）、出荷される（Ｓ７６）。
図８（ｂ）は、露光装置によるデバイスに対する露光プロセスの監視に対応するフローチャートを示している。ここで、デバイスとしては、ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等が含まれる。まず、露光プロセスの監視が開始されると（Ｓ８０）、過大加速度の発生に伴った除振装置の加速度ゲイン等の各構成要素の設定値の切り替えが行われたかチェックする（Ｓ８１）。もし設定値の切り替えが行われていれば（Ｓ８１のＹｅｓ）、その時の露光プロセスの状態をログファイル４０に保存する（Ｓ８２）。そして、過大加速度が検出されなくなることによって、加速度ゲイン等の各構成要素の設定値が通常時（すなわち、過大加速度非発生時）における設定値に戻されたかチェックする（Ｓ８３）。もし設定値が通常時の設定値に戻されたことを確認すると（Ｓ８３のＹｅｓ）、その時の露光プロセスの状態をログファイル４０に保存する（Ｓ８４）。その後、露光プロセスが完了したかチェックし（Ｓ８５）、もし露光プロセスが完了していれば（Ｓ８５のＹｅｓ）、監視処理を終了し（Ｓ８６）、もし露光プロセスが完了していなければ（Ｓ８５のＮｏ）、ステップＳ８１に戻り、監視処理を継続する。一方、設定値が通常時の設定値に戻されたかチェックし（Ｓ８３）、設定値が通常時の設定値に戻されていなければ（Ｓ８３のＮｏ）、次に過大加速度の継続に伴って除振装置が着座状態に移行したかチェックする（Ｓ８７）。もし除振装置が着座状態に移行していれば（Ｓ８７のＹｅｓ）、露光装置の動作を停止させ、その時の露光プロセスの状態をログファイル４０に保存し（Ｓ８８）、監視処理を終了する（Ｓ８９）。もし除振装置が着座状態に移行していなければ（Ｓ８７のＮｏ）、ステップＳ８３に戻り、設定値が通常時の設定値に戻されたか再度チェックする。また、ステップＳ８１において、過大加速度の発生に伴った除振装置の加速度ゲイン等の各構成要素の設定値の切り替えをチェックし、切り替えが行われていなければ（Ｓ８１のＮｏ）、ステップＳ８５に移行し、露光プロセスが完了したかチェックする。もし露光プロセスが完了していれば（Ｓ８５のＹｅｓ）、監視処理を終了し（Ｓ８６）、もし露光プロセスが完了していなければ（Ｓ８５のＮｏ）、ステップＳ８１に戻り、監視処理を継続する。
図８（ｃ）は、露光装置によるデバイスに対する露光プロセスの終了後の結果の評価に対応するフローチャートを示している。まず、露光プロセスの結果の評価が開始されると（Ｓ９０）、ログファイル４０にログが有るかチェックする（Ｓ９１）。もし、何もログが無ければ（Ｓ９１のＮｏ）、評価処理を終了する（Ｓ９５）。もし、ログファイル４０にログが有ることが確認されると（Ｓ９１のＹｅｓ）、ログに基づいて、該当箇所、すなわち、過大加速度の発生に伴った除振装置の各構成要素の設定値の切り替えが行われた際の露光対象物の露光箇所の露光結果を確認する（Ｓ９２）。もし、該当箇所が過大加速度や過大振動による大きい影響を被っていれば（Ｓ９３のＹｅｓ）、該当箇所を含む露光対象物の後工程を行わず（Ｓ９４）、評価処理を終了する（Ｓ９５）。一方で、該当箇所が過大加速度や過大振動による大きい影響を被っていなければ（Ｓ９３のＮｏ）、該当箇所を含む露光対象物に対しても後工程を行い、評価処理を終了する（Ｓ９５）。なお、ここで後工程とは、ウェハプロセス（Ｓ７３）より後の、組立ステップ（Ｓ７４）、検査ステップ（Ｓ７５）及び出荷ステップ（Ｓ７６）を示している。
上記のように、本実施形態に係るアクティブ除振装置では、過大加速度発生後に加速度の振る舞いを判定し、過大加速度が無くなった際には、除振装置を通常時（すなわち過大加速度非発生時）の制御状態に復帰させる。それにより、アクティブ除振装置を通常時、過大加速度発生時双方において最大限の制御性能を発揮できる状態にすることができる。
また、本実施形態に係るアクティブ除振装置に加工装置を搭載した場合、段取りで加工対象物を加工装置に搭載する、加工装置の工具を交換する等の作業により、加速度センサが飽和するような大きな衝撃がアクティブ除振装置に加わる可能性がある。しかし、過大加速度検出時に加速度検出ゲインを下げて浮上状態を維持するため、段取り作業中に着座し、段取りを中断するという手戻りの発生を防ぐことができる。また、搭載する加工装置を加工プロセス評価用として使用する場合、過大加速度発生に伴って除振装置の各設定値が切り替えられたことが加工装置本体に通知され、設定値切り替え時における加工対象物の加工箇所を評価対象から除外することができる。
本実施形態に係るアクティブ除振装置に検査装置を搭載した場合にも、過大加速度発生に伴って除振装置の各設定値が切り替えられたことが検査装置本体に通知され、設定値切り替え時における検査対象物の該当箇所を再検査することができる。
さらに、本実施形態に係るアクティブ除振装置に露光装置を搭載した場合には、過大加速度発生に伴って除振装置の各設定値が切り替えられたことが露光装置本体に通知され、設定値切り替え時に露光していたウェハのパターンを無効とすることができる。
１ 除振テーブル
３ｂ、３ｌ、３ｒ 空気バネアクチュエータ（マウント）
４ａ〜４ｆ 加速度センサ
５ａ〜５ｆ リニアモータ
６ｂ、６ｌ、６ｒ 上部マウント（マウント）
７ｂ、７ｌ、７ｒ 下部マウント（マウント）
１０ 重心点振動座標変換演算部
１１ 振動制御部
１１ａ ハイパスフィルタ
１１ｂ 加速度制御ゲイン
１２ リニアモータ推力分配演算部
１４ 加速度アンプ
１４ｂ 加速度検出ゲイン
１５ａ〜１５ｉ Ａ／Ｄ変換器
１６ａ〜１６ｆ Ｄ／Ａ変換器
１７ 過大加速度判定・切り替え部
５０、６０ アクティブ除振装置
７０ 加工装置（装置）

Claims (19)

  1. 床の上に載置されている、マウントと、
    前記マウントの上に載置され、装置が搭載される除振テーブルと、
    前記除振テーブルに係る加速度を検出するための、少なくとも一つの加速度センサと、
    前記加速度センサから出力される信号に設定値をかけて前記信号を増幅させる加速度アンプと、
    前記加速度アンプの出力から、前記加速度を相殺するための信号を算出する振動制御部と、
    前記少なくとも一つの加速度センサが検出する加速度が所定の加速度以上であった場合、前記設定値を変化させる信号を出力する切り替え部と、
    前記振動制御部から出力される信号によって駆動されるアクチュエータと、
    を備える、ことを特徴とするアクティブ除振装置。
  2. 前記振動制御部は、前記切り替え部から出力される信号により、カットオフ周波数を変更可能なハイパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ除振装置。
  3. 前記振動制御部は、前記設定値の逆数をかける加速度制御ゲインを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブ除振装置。
  4. 前記少なくとも一つの加速度センサは、前記床の加速度を検出する床加速度センサであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアクティブ除振装置。
  5. 前記加速度アンプは、前記加速度センサから出力される信号のオフセット電圧を除去するＤＣオフセット除去回路をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアクティブ除振装置。
  6. 前記床加速度センサから出力される信号を前記床の変位に対応する信号に変換して、前記振動制御部に出力する、２階積分器をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載のアクティブ除振装置。
  7. 前記アクチュエータはリニアモータであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアクティブ除振装置。
  8. 前記除振テーブルに係る変位を検出するための変位センサと、
    前記変位センサから出力された信号から、前記変位を相殺するための信号を算出する位置制御部と、
    前記算出された前記変位を相殺するための信号によって駆動される第二のアクチュエータと、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアクティブ除振装置。
  9. 第二のアクチュエータは空気バネアクチュエータであることを特徴とする請求項８に記載のアクティブ除振装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアクティブ除振装置に搭載されたことを特徴とする加工装置。
  11. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアクティブ除振装置に搭載されたことを特徴とする検査装置。
  12. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアクティブ除振装置に搭載されたことを特徴とする露光装置。
  13. 装置が搭載される除振テーブルに係る加速度を検出し、前記検出した加速度から、前記加速度を相殺するようにアクチュエータを駆動させるための信号を算出し、前記算出した信号により前記アクチュエータを駆動させて、前記除振テーブルの振動を抑える除振方法であって、
    少なくとも一つの加速度センサによって前記除振テーブルに係る加速度を検出し、
    前記検出された加速度が所定の加速度以上だった場合は、
    前記加速度センサから出力される信号に設定値をかけて前記信号を変化させ、
    前記変化させた信号から、前記アクチュエータを制御するための信号を算出して前記アクチュエータを駆動させることを特徴とする除振方法。
  14. 前記アクチュエータを制御するための信号を算出する際、カットオフ周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタを有し、前記検出された加速度が所定の加速度以上だった場合は、前記カットオフ周波数を上げるとともに、前記設定値の逆数をかけることを特徴とする請求項１３に記載の除振方法。
  15. 前記検出した加速度の所定の時間の間における積算値が所定の積算閾値を超えた時は、前記除振テーブルを着座させることを特徴とする請求項１３または１４に記載の除振方法。
  16. 前記アクチュエータはリニアモータであることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の除振方法。
  17. 請求項１３乃至１６にいずれか一項に記載の除振方法により除振された除振テーブルに搭載された装置によって物品を製造する物品の製造方法であって、
    前記検出された加速度が所定の加速度以上だった場合は、前記物品の製造を中断し、中断した後に検出した加速度の所定の時間の間における積算値が所定の積算閾値以下になった時、前記物品の製造を再開させ、
    前記積算値が前記所定の積算閾値を超えた時は、前記物品の製造を停止することを特徴とする物品の製造方法。
  18. 前記物品の製造の中断、前記物品の製造の再開または前記物品の製造の停止がログファイルに保存されることを特徴とする請求項１７に記載の物品の製造方法。
  19. 前記物品の製造が停止した後、前記ログファイルに応じて前記物品に対して再び処理を行うことを特徴とする請求項１８に記載の物品の製造方法。
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