(57)【要約】【課題】可動ステージ除振用の高性能制御を行うアクティブ除振装置を提供する。【解決手段】アクティブ除振装置１は、搭載物Ｏを伴った可動ステージ２を支持する除振台１１、これに力を作用させる空圧アクチュエータ１２、上記力を除振台１１に作用させるようにアクチュエータ１２を作動させる制御系１４を含み、制御系１４から、ステージ２の作動状態とこれに伴って生じる除振台１１の作動状態とを関係付ける第１伝達関数と、アクチュエータ１２の作動状態とこれに伴って生じる除振台１１の作動状態とを関係付ける第２伝達関数から得られる逆伝達関数とから求められた、ステージ２の作動状態とこれに伴って生じる除振台１１の振動を打消すアクチュエータ１２の作動状態とを関係付ける伝達関数を用い、リアルタイムで入力されるステージ２の作動状態を示す入力信号に基づき、アクチュエータ１２を作動させるためのフィードフォワード制御信号が出力される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載物の位置決めを行うために作動する可動ステージを支持する除振台と、
この除振台を支持するとともに、この除振台に対して除振のための力を作用させるアクチュエータと、
上記除振台の振動を打消す力をこの除振台に作用させるように上記アクチュエータを作動させる制御系とを含むアクティブ除振装置において、
上記制御系が、
上記可動ステージの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の作動状態とを関係付ける第１伝達関数と、上記アクチュエータの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の作動状態とを関係付ける第２伝達関数から得られる逆伝達関数とから求められた、上記可動ステージの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の振動を打消す上記アクチュエータの作動状態とを関係付ける伝達関数を用いて、リアルタイムで入力される上記可動ステージの作動状態を示す入力信号に基づき、上記アクチュエータを作動させるためのフィードフォワード制御信号を出力するように形成されたことを特徴とするアクティブ除振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明は、例えば、半導体露光装置をはじめ、各種精密加工機器や精密測定機器等の分野において用いられ、迅速かつ正確な位置決めが要求される可動ステージの振動を除去するためのアクティブ除振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
正確かつ高速での移動と位置決めが要求される可動ステージ上にシリコンウエハを搭載して露光を行う半導体露光装置をはじめ、各種精密加工機器や精密測定機器等が正常に機能するためには、床からの外乱振動及び可動ステージで生じる直動外乱振動を除去することが重要である。このため、可動ステージは除振台上に配置され、かつダンパーの併用やアクティブ制御の導入が図られている。しかしながら、近年、可動ステージ及び搭載物を含めた移動部の重量の増大、移動速度の高速化が進み、可動ステージを加速する際の除振台に対する反力が益々大きくなってきており、可動ステージの振動振幅が増大し、可動ステージの位置決め整定時間及び停止精度等が悪化する傾向にある。
【０００３】
従来、可動ステージの振動を抑制するために導入されているアクティブ制御は、発生した振動を位置センサまたは加速度センサ等で検出し、この検出された振動をアクチュエータによって制御するフィードバック型である。この場合、除振台の過渡応答の減少による可動ステージの整定時間、位置決め性能の向上は期待できるが、フィードバックの制御遅れが存在し、初動のインパルスが抑制できないという問題が存在した。
【０００４】
これに対して、可動ステージの振動を予測してアクチュエータを制御し、可動ステージの振動を制御するフィードフォワード型のアクティブ除振装置が考案されている。このフィードフォワード型のアクティブ除振装置においては、予測の精度とリアルタイム性が特に重要であるが、これらが考慮されたリアルタイムにフィードフォワードする制御器は存在しなかった。
【０００５】
斯かる状況下、従来、可動ステージの振動を抑制するために装置としては、フィードバック型、或いはフィードフォワード型のアクティブ除振装置が公知である（例えば：特許文献１，２及び３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３５５６６９号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４０９７２号公報
【特許文献３】
特許第３２６５６７０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したフィードバック型のアクティブ除振装置の場合、発生した振動を抑制するまでの応答速度が十分でなく、発生した振動に対する制振動作の追従性が悪いため、初期応答が残るという問題がある。また、この場合、制御される除振台のアクチュエータの動作において、可動ステージの移動による振動を打消す成分の応答遅れによる傾きの発生などの問題がある。
【０００８】
一方、普通のハイパスフィルタと１次、２次のローパスフィルタだけを使用してフィードフォワード制御する除振装置が提案されているが（特許文献１及び２）、フィルタ特性が単純すぎて良好な制御が保証されないという問題がある。
【０００９】
さらに、予め防振手段を動作させるフィードフォワード型アクティブ除振装置の場合（特許文献３）、学習・記憶するときの状態と実際に制御するときの状態との差異や、フィードフォワード波形の発生タイミングのずれ等のため、良好な制御性能が得られない。フィードフォワード波形の発生タイミングとステージの移動とのずれをなくすためには、ステージの精密な位置制御に加えて、その移動速度の精密制御が必要であり、ステージの制御が複雑になる。また、ステージの移動についての学習等の現場調整、確認は、生産パターン毎に行われる必要があり、管理面でも面倒になる等の問題がある。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、可動ステージに対する除振のための高性能制御を可能としたアクティブ除振装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、搭載物の位置決めを行うために作動する可動ステージを支持する除振台と、この除振台を支持するとともに、この除振台に対して除振のための力を作用させるアクチュエータと、上記除振台の振動を打消す力をこの除振台に作用させるように上記アクチュエータを作動させる制御系とを含むアクティブ除振装置において、上記制御系が、上記可動ステージの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の作動状態とを関係付ける第１伝達関数と、上記アクチュエータの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の作動状態とを関係付ける第２伝達関数から得られる逆伝達関数とから求められた、上記可動ステージの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の振動を打消す上記アクチュエータの作動状態とを関係付ける伝達関数を用いて、リアルタイムで入力される上記可動ステージの作動状態を示す入力信号に基づき、上記アクチュエータを作動させるためのフィードフォワード制御信号を出力するように形成された構成とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係るアクティブ除振装置１を適用した可動ステージ２を示したものである。
アクティブ除振装置１は、可動ステージ２及びこの上に支持された位置決めされる対象物である搭載物Ｏに対するアクティブ除振のために設けられ、可動ステージ２を支持する除振台１１と、アクチュエータとして空圧アクチュエータ１２と、アクティブ制御部１３に加えて検出手段として振動センサＳ１、変位センサＳ２等を含む制御系１４とからなっている。
【００１２】
除振台１１上には、可動ステージ２内に設けられた図示しない内ねじ部に螺合し、可動ステージ２を貫いて水平に延び、回転可能に支持されたねじ棒２１と、このねじ棒２１を回転させるモータ２２と、除振台１１の振動状態を検出する上述した振動センサＳ１とが設けられている。なお、モータ２２は予め目標値が設定されたステージ制御部２３により制御され、ここからの制御信号が示す回転数だけ回転し、モータ２２の現状の回転状態を示す信号、即ち可動ステージ２の位置を示す信号がモータ２２からステージ制御部２３に入力される。
【００１３】
空圧アクチュエータ１１は、電空変換器２４を介して空圧源２５に接続され、ここから加圧空気の供給を受け、床面に据え付けられたベース２６と除振台１１との間に介在して、除振台１１を水平に支持している。
なお、ベース２６上には、除振台１１の変位状態を検出する上述した変位センサＳ２が設けられている。
【００１４】
制御系１４のアクティブ制御部１３には、フィードフォワード制御器３１、フィードバック制御器３２、電空変換器駆動用ドライバ３３及び姿勢制御器３４が含まれている。そして、ステージ制御部２３からフィードフォワード制御器３１に可動ステージ２の位置を示す信号が入力され、振動センサＳ１からフィードバック制御器３２に除振台１１の振動状態を示す信号が入力され、変位センサＳ２から姿勢制御器３４に除振台１１の変位状態を示す信号が入力される。
【００１５】
フィードフォワード制御器３１からは加算器４１に、可動ステージ２の作動状態とこれに伴って生じる除振台１１の作動状態とを関係付ける第１伝達関数と、空圧アクチュエータ１１の作動状態とこれに伴って生じる除振台１１の作動状態とを関係付ける第２伝達関数から得られる逆伝達関数とから求められた、可動ステージ２の作動状態とこれに伴って生じる除振台１１の振動を打消す空圧アクチュエータ１１の作動状態とを関係付ける伝達関数を用いて、リアルタイムで入力される可動ステージ２の作動状態を示す入力信号に基づき、空圧アクチュエータ１１を作動させるためのフィードフォワード制御信号が入力される。さらに、この信号は加算器４１から加算器４２に正負逆にして入力される。勿論得られる作動状態を示す信号の種類によっては反転せずに加算するものもあり得る。
【００１６】
フィードバック制御器３２からは加算器４２に、除振台１１の振動を打消すための制御信号が入力され、姿勢制御器３４からは加算器４２に、除振台１１の正常な変位状態からの偏差を打消すための制御信号が入力される。そして、加算器４２に入力された三つの制御信号が加算された制御信号が加算器４２から電空変換器駆動用ドライバ３３に入力され、これに基づき電空変換器駆動用ドライバ３３から出力された駆動信号に基づき電空変換器２４が作動する。即ち、電空変換器２４が可動ステージ２の作動、除振台１１の振動、変位に迅速かつ的確に応答し、空圧アクチュエータ１１内に加圧空気量が連続的に調整され、加動ステージ２の除振がなされる。
なお、電空変換器２４としては、例えば、磁石でフラッパーを動作させる電気空気圧サーボバルブが用いられる。
【００１７】
フィードフォワード制御器３１に入力する可動ステージ２の作動状態を示す信号は、上述したようにステージ制御部２３からではなく、可動ステージ２に変位センサを取り付けてここから得てもよく、ステージ制御部２３からモータ２２への制御信号から求めるようにしてもよく、それを得る方法は限定するものではない。
また、空圧アクチュエータ１１に代えて、ピエゾ素子や超磁歪素子等の固体素子やリニアモータを用いてもよい。
【００１８】
図示したアクチュエータは上下に作動する空圧アクチュエータのように示したが、通例、制御対象である除振台１１を剛体と考えて可制御、可観測の条件を満たすだけのアクチュエータとセンサとが用いられる。すべての剛体の自由度について制御するためには最低６点のセンサと６点のアクチュエータが必要とされが、図では、これらは簡略化して示されている。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、搭載物の位置決めを行うために作動する可動ステージを支持する除振台と、この除振台を支持するとともに、この除振台に対して除振のための力を作用させるアクチュエータと、上記除振台の振動を打消す力をこの除振台に作用させるように上記アクチュエータを作動させる制御系とを含むアクティブ除振装置において、上記制御系が、上記可動ステージの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の作動状態とを関係付ける第１伝達関数と、上記アクチュエータの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の作動状態とを関係付ける第２伝達関数から得られる逆伝達関数とから求められた、上記可動ステージの作動状態とこれに伴って生じる上記除振台の振動を打消す上記アクチュエータの作動状態とを関係付ける伝達関数を用いて、リアルタイムで入力される上記可動ステージの作動状態を示す入力信号に基づき、上記アクチュエータを作動させるためのフィードフォワード制御信号を出力するように形成された構成としてある。
【００２０】
このため、可動ステージに対する除振のための高性能制御が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクティブ除振装置、及びこれを適用した可動ステージの概略を示す図である。
【符号の説明】
１  アクティブ除振装置
２  可動ステージ
１１  除振台
１２  空圧アクチュエータ
１３  アクティブ制御部
１４  制御系
２１  ねじ棒
２２  モータ
２３  ステージ制御部
２４  電空変換器
２５  空圧源
２６  ベース
３１  フィードフォワード制御器
３２  フィードバック制御器
３３  電空変換器駆動用ドライバ
３４  姿勢制御器
４１  加算器
４２  加算器
Ｏ  搭載物
Ｓ１  振動センサ
Ｓ２  変位センサ
【図１】
2005024035.tif 000003