(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置床に対して弾性マウントを介して支持されたテーブルと、基端部が前記設置床に固定されたサーボアクチュエータと、前記弾性マウントよりはるかに小さな弾性率であり、前記サーボアクチュエータの先端部と前記テーブルとを連結する結合バネと、前記設置床の振動に感応する振動センサと、前記テーブルの振動に感応する振動センサと、前記サーボアクチュエータの可動部の変位を検出する変位センサと、これら３つのセンサの出力に応じて前記サーボアクチュエータを駆動して前記テーブルの振動を抑制するアクティブ制振制御手段とを備え、
前記結合バネは、サーボアクチュエータのセンチメートル・オーダーの変位を、ミクロン・オーダー以下の変位にするような弾性率に設定されていることを特徴とする精密除振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばＬＳＩの縮小露光装置や電子顕微鏡あるいは走査型トンネル顕微鏡といった精密機器を載せる目的で使われる精密除振装置に関し、とくに振動の高調波成分も効果的に抑制する技術改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
よく知られているように、ＬＳＩ工場などではつぎのような精密除振装置が使われている。電子顕微鏡などを載せるテーブルは設置床に対して適宜な弾性マウントとサーボアクチュエータを介して支持されている。振動を検知する振動センサの出力をコンピュータで処理し、その処理結果に応じて前記サーボアクチュエータを駆動して前記テーブルの振動を抑制する。これは周知のアクティブ制振技術である。アクティブ制振制御系には、前記テーブルの振動に感応する振動センサの出力に応じてアクチュエータを駆動するフィードバック制御系と、前記設置床の振動に感応する振動センサの出力に応じてアクチュエータを駆動するフィードフォワード制御系とがある。いずれか一方の制御系だけしかない装置も知られているが、一般にはフィードバックとフィードフォワードの両方の制御系を含んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようなアクティブ制振機構で、テーブルの振動をミクロン・レベル以下まで抑制しようとした場合、低い振動数から無限に高い振動数までミクロン・オーダー以下の精度で変位を制御可能なアクチュエータが必要となる。比較的高い振動数まで追従するアクチュエータ（ピエゾ・アクチュエータ等）は、アクチュエータ自身の剛性が高く、アクチュエータが追従出来ない床のより高い振動数成分の振動がアクチュエータを介して、除振台に伝わることになる。更に、このようなアクチュエータの場合、低い振動数ではアクチュエータのストローク不足によって振動が伝わることにもなる。また、アクチュエータ自身の剛性が低い空気圧アクチュエータ等では除振台の２次や３次の高い振動数での追従性が悪く、効果的な制振が出来ないと言う問題点があった。
【０００４】
この発明は以上の問題点に鑑みなされたもので、精度は粗いがストローク的に充分大きく、低い振動数から比較的高い振動数まで追従する極一般的なアクチュエータを用いて、ミクロン・レベル以下まで制御可能な精密除振装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の精密除振装置は、設置床に対して弾性マウントを介して支持されたテーブルと、基端部が前記設置床に固定されたサーボアクチュエータと、前記弾性マウントよりはるかに小さなバネ定数であり、前記サーボアクチュエータの先端部と前記テーブルとを連結する結合バネと、前記設置床の振動に感応する振動センサと、前記テーブルの振動に感応する振動センサと、前記サーボアクチュエータの可動部の変位を検出する変位センサと、これら３つのセンサの出力に応じて前記サーボアクチュエータを駆動して前記テーブルの振動を抑制するアクティブ制振制御手段とを備え、前記結合バネは、サーボアクチュエータのセンチメートル・オーダーの変位を、ミクロン・オーダー以下の変位にするような弾性率に設定されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施例による精密除振装置の概略構成を図１に示している。テーブル１は積層ゴムや空気バネなどの弾性マウント２を介して設置床３に支持されている。また、サーボ式油圧シリンダからなるサーボアクチュエータ４の基端部（シリンダ部）が設置床３に固定され、ピストンロッドの先端部が結合バネ５を介してテーブル１に連結されている。図ではサーボアクチュエータ４は１つしか示しておらず、テーブル１を水平一軸方向にしか励振しないように見えるが、これは説明を簡単にするためである。もちろん通常は、水平面で直交二軸方向にテーブル１を励振する二系統のアクチュエータ機構を設けるし、さらにはテーブル１を垂直方向に励振するアクチュエータ機構を付加することも多い。ただし、以下では水平一軸方向のアクチュエータ４しかないような説明をするが、二次元または三次元のアクティブ制振制御を行うの場合は、以下に説明する制御系の構成を二軸分あるいは三軸分設ければよい。
【０００７】
テーブル１の直下の設置床３の振動に感応する振動センサ６ａと、テーブル１の振動に感応する振動センサ６ｂとが付設されている。また、サーボアクチュエータ４の可動部（ピストンまたはピストンロッド）の変位を検出する変位センサ６ｃが付設されている。アクティブ制振制御の中枢であるコンピュータ７が振動センサ６ａ・６ｂおよび変位センサ６ｃの出力を読み込み、設定されたアルゴリズムに従ってフィードフォワード制御およびフィードバック制御の演算処理を行い、前記サーボアクチュエータ４を駆動してテーブル１の振動を抑制する。
【０００８】
サーボアクチュエータ４の駆動力はテーブル１に直接伝わるのではなく、結合バネ５を介して伝わる。結合バネ５はきわめて柔らかいバネであり（弾性率がきわめて小さく、剛性率がきわめて小さい）、テーブル１を支持する弾性マウント２のずれ剛性率の約１万分の１程度の剛性率である。これにより、サーボアクチュエータ４をセンチメートル・オーダーの大きな振幅で往復変位させても、テーブル１はミクロン・オーダー以下の振幅でしか変位しない。
【０００９】
更に、アクチュエータが追従できない非常に高い振動数の除振は、アクチュエータに取り付けられた結合バネによって、パッシブ的に除振される。
【００１０】
つぎに前記実施例におけるテーブル１の振動特性（除振性能）を数式モデルを使って説明する。
【００１１】
テーブル１に設置床３の振動とアクチュエータ４による制振力が作用したときの振動方程式は数式１となる。
【００１２】
【数１】
0003724863.tif 000002
これを絶対座標から見た応答（ｚ＋ｙ）でまとめると数式２となる。
【００１３】
【数２】
0003724863.tif 000003
ここで簡単のためｃ＝０とすると、絶対応答の数式２の右辺外力項をアクチュエータ４の変位ｚで打ち消すためには数式３を満たす必要がある。
【００１４】
【数３】
0003724863.tif 000004
結合バネ５の剛性率Ｋｓが弾性マウント２の剛性率Ｋの１万分の１だとすると、設置床３の振動ｙの１万倍の動きにアクチュエータ４のストロークを拡大して用いることが可能となる。この説明は床振動に対するフィードフォワード制御（入力相殺）に関したものだが、テーブル１の動きを感知して制御するフィードバック制御の場合も振幅（ｘ＋ｙ）を拡大して制御することが可能となる。ここでＣ’を制御減衰とし、
【数４】
0003724863.tif 000005
数式４の特性をアクチュエータ４のストローク制御で実現するためには、フィードバック項のみのストロークは数式５となる。
【００１５】
【数５】
0003724863.tif 000006
最終的に数式４を満たすアクチュエータ４のストロークは数式３を加えて数式６となる。
【００１６】
【数６】
0003724863.tif 000007
これらの数式も（ｋ＋ｋｓ）に対してｋｓが小さいほど、アクチュエータ４のストロークＺが大きくなることを示している。つまり、アクチュエータ４の大振幅作動によりテーブル１の振動をミクロン・オーダー以下に制御できる。
【００１７】
【発明の効果】
この発明によれば、変位制御精度があまり高くない油圧シリンダなどの大パワーのサーボアクチュエータを用いてミクロン・オーダー以下までテーブルの振動を抑制でき、質量の大きな電子顕微鏡などを載せる精密除振装置としてきわめて優れた除振性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による精密除振装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  テーブル
２  弾性マウント
３  設置床
４  サーボアクチュエータ
５  結合バネ
６ａ・６ｂ  振動センサ
６ｃ  変位センサ
７  コンピュータ
【図１】
0003724863.tif 000008