JPH06117481A - Vibration isolator - Google Patents
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- JPH06117481A JPH06117481A JP4287070A JP28707092A JPH06117481A JP H06117481 A JPH06117481 A JP H06117481A JP 4287070 A JP4287070 A JP 4287070A JP 28707092 A JP28707092 A JP 28707092A JP H06117481 A JPH06117481 A JP H06117481A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、従来に比較して、除振
効果を損なうことなく制振効果を向上させた除振装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an anti-vibration device which has improved vibration-damping effect without impairing the anti-vibration effect as compared with the prior art.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子顕微鏡、STM表面粗さ計、光学機
器あるいはステッパなど精密機器の高精度化にともな
い、設置床からこれら機器に伝わる微振動をマイクロG
(ミリgal)レベルで絶縁する必要が生じている。機
器に伝わる微振動の絶縁をできるだけ低い周波数から実
現するためには、基本的に剛性(バネ定数)および粘性
の小さい支持機構を持つ除振台上に設置すればよい。し
かし精密機器自身が外乱となる振動を発生する場合に
は、支持機構の剛性と機器および除振台の質量で決まる
低周波共振を励起して全体の揺れが大きくなるので、む
やみに剛性および粘性を小さくできない。そのため、床
から伝わる振動の絶縁(除振)と機器内部で発生する外
乱振動の抑制(制振)のトレードオフを考えて(振動伝
達率で5〜30%の範囲)適切な剛性および粘性を有す
る除振装置が選択採用されている。2. Description of the Related Art With the increase in precision of precision instruments such as electron microscopes, STM surface roughness meters, optical instruments, and steppers, micro-vibration caused by micro-vibration transmitted to these instruments from the installation floor.
There is a need to insulate at the (milligal) level. In order to insulate minute vibrations transmitted to equipment from a frequency as low as possible, it is basically necessary to install them on a vibration isolation table having a support mechanism with low rigidity (spring constant) and low viscosity. However, when the precision instrument itself generates vibrations that cause disturbances, low-frequency resonance, which is determined by the rigidity of the support mechanism and the mass of the instrument and the vibration isolation table, excites overall vibration, which increases the rigidity and viscosity. Can't be made smaller. Therefore, in consideration of the trade-off between insulation of vibrations transmitted from the floor (vibration isolation) and suppression of disturbance vibrations generated inside the equipment (vibration suppression) (vibration transmissibility range of 5 to 30%), appropriate rigidity and viscosity are set. The anti-vibration device has been selectively used.
【0003】除振支持装置には種々のものがあるが、空
気バネ除振装置はバネ定数を小さく設定することが可能
で、約5Hz以上の振動を絶縁できることから、精密機
器の支持に広く採用されている。また、最近では以上の
ようなパッシブ除振装置の限界を打破するために、アク
ティブ除振装置が実用化されている。これは、除振台の
振動をセンサで検出し、フィードバック回路によりアク
チュエータあるいはマスダンパを用いて振動制御を行な
う能動式の除振装置であり、低周波数帯域に共振ピーク
の無い理想的な振動絶縁効果を持たせることができるも
のである。There are various types of vibration isolation supporting devices, but the air spring vibration isolation device can be widely used for supporting precision equipment because it can set a small spring constant and can insulate vibrations of about 5 Hz or more. Has been done. Further, recently, in order to break through the limitations of the passive vibration isolator as described above, an active vibration isolator has been put into practical use. This is an active vibration isolation device that detects the vibration of the vibration isolation table with a sensor and uses a feedback circuit to control the vibration using an actuator or a mass damper. Ideal vibration isolation effect with no resonance peak in the low frequency band. It is possible to have.
【0004】例えば、特開平1−210634号の能動
制御精密制振台は、除振台の振動をセンサで検出し、制
御弁を介して空気バネ内の空気圧を調整することにより
振動制御を行なうもので、空気バネをアクチュエータと
した空気圧式アクティブ除振装置である。このようなア
クティブ除振装置の制御系は一般に図3(a)のよう
に、除振台振動(例えば加速度)を検出し、主に粘性を
付加して振動を制御する振動制御ループと、除振台と床
の相対変位を検出して除振台のレベル変動を制御する位
置制御ループを有する。For example, the active control precision vibration damping base disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-210634 controls vibration by detecting the vibration of the vibration damping base with a sensor and adjusting the air pressure in the air spring via a control valve. It is a pneumatic active vibration isolator using an air spring as an actuator. As shown in FIG. 3A, a control system of such an active vibration isolation device generally detects a vibration isolation table vibration (for example, acceleration) and mainly adds viscosity to control the vibration, and a vibration control loop. It has a position control loop that controls the level fluctuation of the vibration isolation table by detecting the relative displacement of the oscillation table and the floor.
【0005】また、図3(b)および(c)は、このよ
うな従来例に係るアクチュエータを4隅に配置し、精密
機器(XYステージ)を搭載したアクティブ除振装置を
示す。このアクティブ除振装置は、除振台1、除振台1
の四隅に設置され除振台1の6自由度の運動を制御する
センサ10,12,14,16,24,26とアクチュ
エータ9,11,13,15,23,25を備え、床振
動の絶縁(除振)とXYステージ17,20内部で発生
する外乱振動の抑制(制振)を行なう。アクチュエータ
は合計8つあり、配置の内訳は垂直Z方向に計4つ、水
平X方向に計2つ、水平Y方向に計2つである。3 (b) and 3 (c) show an active vibration isolator in which such conventional actuators are arranged at four corners and precision equipment (XY stage) is mounted. This active vibration isolation system includes a vibration isolation table 1 and an isolation table 1
It is equipped with sensors 10, 12, 14, 16, 16, 24 and 26 and actuators 9, 11, 13, 15, 15, 23 and 25 that are installed at the four corners of the vibration isolation table 1 to control the movement of the vibration isolation table 1 in six degrees of freedom, and it is isolated from floor vibration. (Vibration isolation) and the disturbance vibration generated inside the XY stages 17 and 20 are suppressed (vibration suppression). There are a total of eight actuators, and the arrangement details are four in the vertical Z direction, two in the horizontal X direction, and two in the horizontal Y direction.
【0006】以下、図3を用いてXYステージ17,2
0がX方向に駆動された時の除振装置の働きを説明す
る。先ず、X軸モータ12の回転により、X軸ボールネ
ジ18を介してXステージ17が+X方向へ駆動された
とする。この時、駆動の反力により除振台1が−X方向
へ変位させられ、除振台1が主にX方向に振動する。次
に、この振動はセンサ12,16によって検出され、フ
ィードバック回路を経て水平X方向に配置されたアクチ
ュエータ11,15により制御される。つまり、Xステ
ージ17の駆動の反力によって除振台1に働く外乱力
は、2つの水平X方向アクチュエータ11,15によっ
て支えられる。Y方向についても同様で、Yステージ2
0の駆動の反力によって除振台1に働く外乱力は2つの
水平Y方向アクチュエータ9,13によって支えられ
る。The XY stages 17 and 2 will be described below with reference to FIG.
The operation of the vibration isolator when 0 is driven in the X direction will be described. First, it is assumed that the X stage 17 is driven in the + X direction via the X axis ball screw 18 by the rotation of the X axis motor 12. At this time, the vibration isolation table 1 is displaced in the −X direction by the reaction force of the drive, and the vibration isolation table 1 mainly vibrates in the X direction. Next, this vibration is detected by the sensors 12 and 16 and is controlled by the actuators 11 and 15 arranged in the horizontal X direction via a feedback circuit. That is, the disturbance force acting on the vibration isolation table 1 by the reaction force of the drive of the X stage 17 is supported by the two horizontal X-direction actuators 11 and 15. The same applies to the Y direction, and the Y stage 2
The disturbance force acting on the vibration isolation table 1 by the reaction force of 0 driving is supported by the two horizontal Y-direction actuators 9 and 13.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】除振装置においては床
振動の絶縁(除振)効果を高めるため、支持機構の剛性
をできるだけ低く設定する。そのため、アクチュエータ
の剛性(機械的剛性と電気的剛性)を低くしなければな
らない。アクチュエータも支持機構の一部となるからで
ある。しかし、図3のように除振台上に搭載される精密
機器がXYステージのように大きな加減速を行なう機器
である場合には、外乱力によって除振台が大きな振幅で
揺らされてしまうので、アクティブ除振装置といえども
外乱振動の整定に時間がかかる。この外乱振動は床振動
とともに精密機器に悪影響を与えるのでできるだけ小さ
く抑えたい。この場合、外乱振動を抑制(制振)する方
法として以下の3つが考えられる。In the vibration isolator, the rigidity of the support mechanism is set as low as possible in order to enhance the insulation (vibration isolation) effect of floor vibration. Therefore, the rigidity of the actuator (mechanical rigidity and electrical rigidity) must be reduced. This is because the actuator also becomes a part of the support mechanism. However, when the precision equipment mounted on the vibration isolation table as shown in FIG. 3 is an equipment such as an XY stage that performs large acceleration / deceleration, the vibration isolation table is oscillated with a large amplitude due to disturbance force. Even with an active vibration isolator, it takes time to settle the disturbance vibration. This disturbance vibration adversely affects precision equipment as well as floor vibration, so we want to minimize it. In this case, the following three methods can be considered as methods for suppressing (damping) the disturbance vibration.
【0008】(1)アクチュエータを大型化する。(1) Enlarge the actuator.
【0009】(2)制御ループゲインを上げる。(2) Increase the control loop gain.
【0010】(3)アクチュエータを増設する。(3) Add more actuators.
【0011】しかし、これらはすべて除振支持機構の機
械的あるいは電気的剛性を大きくすることと等価である
ため、制振効果は高まるが除振効果は劣化させることに
なる。精密機器の高性能化のためには、このような除振
と制振のトレードオフを解消しなければならない。However, since all of these are equivalent to increasing the mechanical or electrical rigidity of the vibration isolation support mechanism, the vibration isolation effect is enhanced but the vibration isolation effect is deteriorated. In order to improve the performance of precision equipment, it is necessary to eliminate the trade-off between vibration isolation and vibration suppression.
【0012】すなわち、この振動を迅速に抑えるために
振動制御ループの補償器ゲインを高くする場合、余り高
くし過ぎると閉ループの安定性を損なうので限界があ
る。また、位置制御ループの補償器ゲインを高くする場
合、等価的に支持機構のバネ定数を大きくすることとな
り、制振効果は高まるが除振効果は劣化させることにな
る。そして特に空気圧式アクティブ除振装置では、空気
の圧縮性のために空気バネアクチュエータの高速応答性
が悪く、XYステージ駆動時の衝撃的な外乱振動に十分
追従できないという問題を有する。しかし、空気バネに
よる精密機器の支持は床振動の絶縁(除振)効果が高い
ので、この特性を損なうことなく、XYステージ駆動時
に発生する外乱振動の抑制(制振)効果を向上させた
い。That is, when the compensator gain of the vibration control loop is increased in order to quickly suppress this vibration, if it is set too high, the stability of the closed loop will be impaired, so there is a limit. Further, when the compensator gain of the position control loop is increased, the spring constant of the support mechanism is equivalently increased, and the damping effect is enhanced but the vibration isolation effect is deteriorated. In particular, the pneumatic active vibration isolator has a problem that the high-speed response of the air spring actuator is poor due to the compressibility of air, and it is not possible to sufficiently follow the shocking disturbance vibration when the XY stage is driven. However, since the support of precision equipment by the air spring has a high effect of insulating (vibrating) floor vibration, it is desired to improve the effect of suppressing disturbance vibration (vibration suppression) that occurs when the XY stage is driven, without impairing this characteristic.
【0013】本発明の目的は、上記の課題に鑑み、除振
装置において、床振動の絶縁(除振)効果を損なうこと
なく外乱振動の抑制(制振)効果を向上させることにあ
る。In view of the above problems, it is an object of the present invention to improve the effect of suppressing disturbance vibration (damping) without damaging the effect of insulating (vibrating) floor vibration in a vibration isolator.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、第1発明の除振装置は、駆動手段を有する精密機器
が搭載される除振台、除振台を弾性的に支持する弾性支
持手段、除振台を支持するアクチュエータ、除振台の振
動を検出する振動センサ、振動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振動制御補償手
段、除振台の変位を検出する変位センサ、変位センサの
出力を補償してアクチュエータにフィードバックする位
置制御補償手段、および、振動センサの出力に基づき振
幅の大きい外乱振動に対しては位置制御補償手段を高ゲ
インとし振幅の小さい床振動に対しては位置制御補償手
段を低ゲインとする制御手段を具備するようにしてい
る。In order to achieve this object, a vibration isolator according to a first aspect of the present invention comprises a vibration isolation table on which a precision instrument having a drive means is mounted, and an elastic support for elastically supporting the vibration isolation table. Means, an actuator for supporting the vibration isolation table, a vibration sensor for detecting the vibration of the vibration isolation table, a vibration control compensating means for compensating the output of the vibration sensor and feeding back to the actuator, a displacement sensor for detecting the displacement of the vibration isolation table, a displacement Position control compensating means for compensating the output of the sensor and feeding back to the actuator, and for disturbance vibration of large amplitude based on the output of the vibration sensor, position control compensating means has a high gain and for floor vibration of small amplitude. The position control compensating means is provided with a control means for making the gain low.
【0015】第2発明では、駆動手段を有する精密機器
が搭載される除振台、および、この除振台を支持する弾
性支持手段を備えた除振装置において、除振装置の自由
度方向と精密機器の自由度方向とが角度を有し、一致し
ないようにしている。According to the second aspect of the present invention, in a vibration isolation device equipped with a vibration isolation table on which a precision instrument having a drive means is mounted, and an elastic support means for supporting the vibration isolation table, the vibration isolation device has a degree of freedom in the direction of freedom. The direction of the degree of freedom of precision equipment has an angle so that they do not match.
【0016】[0016]
【作用】従来の除振装置においては、振幅の大きい外乱
振動の抑制と振幅の小さい床振動の絶縁とが同一の閉ル
ープ構成により制御されており、この構成においては床
振動の絶縁(除振)効果と本体振動の抑制(制振)効果
を共に向上させるには限界がある。すなわち位置制御ル
ープのゲインを高くすると、系のバネ性(応答性)は大
きくなり制振効果は向上するが、除振効果を劣化さるこ
とになる。この課題を解決するため、本発明者らは、振
幅の大きい外乱振動の抑制と振幅の小さい床振動の絶縁
とを異なる閉ループ構成により制御すればよいことを見
出し、第1発明では、振動センサの出力に基づき振幅の
大きい外乱振動に対しては位置制御補償手段を高ゲイン
とし、振幅の小さい床振動に対しては位置制御補償手段
を低ゲインとして制御するようにしている。すなわち、
例えば、応答の速いボイスコイルモータ(VCM)など
のアクチュエータを空気バネと並列に設置し、除振台の
振動をセンサで検出し、振動の大きい場合はこのアクチ
ュエータを高ゲインで駆動し、振動の小さい場合は低ゲ
インで駆動する等、振動のレベルによって位置制御補償
器のゲインをある関数にしたがって変化させるようにし
ている。これは、除振台上のXYステージなどの精密機
器が駆動しているときは支持機構のバネ定数を大きくし
て制振効果を高め、駆動していないときはバネ定数を小
さくして除振効果を高める働きをする。このように、応
答の速いアクチュエータを設け、位置制御補償器のゲイ
ンを除振台の振動レベルにより可変させることによっ
て、除振効果を損なうことなく、制振効果が向上する。In the conventional vibration isolator, suppression of disturbance vibration with large amplitude and insulation of floor vibration with small amplitude are controlled by the same closed loop structure. In this structure, insulation of floor vibration (vibration isolation) is performed. There is a limit to improving both the effect and the suppression (damping) effect of the main body vibration. That is, when the gain of the position control loop is increased, the springiness (responsiveness) of the system is increased and the vibration damping effect is improved, but the vibration damping effect is deteriorated. In order to solve this problem, the present inventors have found that suppression of disturbance vibration having a large amplitude and insulation of floor vibration having a small amplitude may be controlled by different closed loop configurations. In the first invention, the vibration sensor Based on the output, the position control compensating means is controlled to have a high gain for the disturbance vibration having a large amplitude, and the position control compensating means is controlled to have a low gain for the floor vibration having a small amplitude. That is,
For example, an actuator such as a voice coil motor (VCM) having a quick response is installed in parallel with an air spring, and a sensor detects vibration of the vibration isolation table. When the vibration is large, this actuator is driven with a high gain to If the gain is small, the gain of the position control compensator is changed according to a certain function depending on the vibration level, such as driving with a low gain. This is because when the precision equipment such as the XY stage on the vibration isolation table is driven, the spring constant of the support mechanism is increased to enhance the vibration damping effect, and when it is not driven, the spring constant is decreased to reduce the vibration isolation. It works to increase the effect. In this way, by providing an actuator with a quick response and varying the gain of the position control compensator according to the vibration level of the vibration isolation table, the vibration damping effect is improved without impairing the vibration isolation effect.
【0017】また、精密機器の支持に用いられている除
振装置とその除振台に搭載される精密機器(例えば、X
Yステージ)は、互いの運動自由度を考慮した配置がさ
れていなかった。これに対し、第2発明では、除振装置
とそれに搭載される機器との自由度を考慮し、これらの
自由度の方向間に角度を設けてそれらの方向をずらし、
最適な配置とするようにしたため、アクチュエータ等の
除振台支持手段の剛性は不変でも、精密機器の発生する
外乱力がより多くの支持手段に分散し、その結果、外乱
力の作用する方向に対して剛性が向上し、それにより、
除振効果を損なうことなく、制振効果が向上する。Further, a vibration isolation device used to support precision equipment and a precision equipment mounted on the vibration isolation table (for example, X
The Y stage) was not arranged in consideration of each other's freedom of movement. On the other hand, in the second invention, in consideration of the degrees of freedom between the vibration isolation device and the equipment mounted thereon, an angle is provided between the directions of these degrees of freedom, and the directions are shifted,
Even though the rigidity of the vibration isolation table support means such as the actuator does not change, the disturbance force generated by the precision equipment is dispersed to more support means because of the optimal arrangement, and as a result, the disturbance force acts in the direction in which it acts. On the other hand, the rigidity is improved, and
The vibration damping effect is improved without impairing the vibration damping effect.
【0018】[0018]
【実施例】実施例1 図1は本発明の第1の実施例に係る除振装置の構成を示
す模式図である。同図に示すように、この装置は、除振
台1、除振台1を支持する空気バネ3、空気バネ3と並
列に設置したアクチュエータ4、除振台1の振動を検出
する振動センサ5、振動センサ5の出力を補償してアク
チュエータ4にフィードバックする振動制御補償器6、
床と除振台1との相対変位(x−x0)を検出する変位
センサ7、変位センサ7の出力を補償してアクチュエー
タ4にフィードバックする位置制御補償器8を備える。
そして、振動センサ4、振動制御補償器6、およびアク
チュエータ4による振動制御ループと、変位センサ7、
位置制御補償器8、およびアクチュエータ4による位置
制御ループとを構成し、振動センサ5の出力が示す振幅
の大きい外乱振動は位置制御ループを高ゲインにして、
振幅の小さい床振動は位置制御ループを低ゲインにして
制御するようにしている。2は除振台1上に搭載された
ステージである。Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a vibration isolation device according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, this device includes a vibration isolation table 1, an air spring 3 supporting the vibration isolation table 1, an actuator 4 installed in parallel with the air spring 3, and a vibration sensor 5 for detecting vibration of the vibration isolation table 1. , A vibration control compensator 6 that compensates the output of the vibration sensor 5 and feeds it back to the actuator 4.
A displacement sensor 7 that detects a relative displacement (x−x 0 ) between the floor and the vibration isolation table 1, and a position control compensator 8 that compensates the output of the displacement sensor 7 and feeds it back to the actuator 4 are provided.
The vibration sensor 4, the vibration control compensator 6, and the vibration control loop by the actuator 4, and the displacement sensor 7,
The position control compensator 8 and the position control loop by the actuator 4 are configured, and for the disturbance vibration having a large amplitude indicated by the output of the vibration sensor 5, the position control loop is set to a high gain,
Floor vibration with small amplitude is controlled by setting the position control loop to low gain. Reference numeral 2 is a stage mounted on the vibration isolation table 1.
【0019】今、ステージ2の加減速によって、外乱力
Fdが除振台1に作用し、外乱振動が発生したとする。
この場合、振動検出センサ5により除振台1の振動(例
えば加速度d2x/dt2)が検出され、これが振動制
御補償器6を介してアクチュエータ4にフィードバック
される。これにより、アクチュエータ4は、振動系に対
して主に粘性を付加する役割を行う。また、このときの
振動検出センサ5の出力により位置制御補償器8のゲイ
ンを高くして、振動系のバネ性を大きくすることにより
外乱振動を素早く整定させる。Now, it is assumed that the disturbance force F d acts on the vibration isolation table 1 due to the acceleration / deceleration of the stage 2 to generate disturbance vibration.
In this case, the vibration detection sensor 5 detects the vibration of the vibration isolation table 1 (for example, acceleration d 2 x / dt 2 ) and this is fed back to the actuator 4 via the vibration control compensator 6. As a result, the actuator 4 mainly serves to add viscosity to the vibration system. Further, the output of the vibration detection sensor 5 at this time increases the gain of the position control compensator 8 to increase the elasticity of the vibration system, so that the disturbance vibration is quickly settled.
【0020】次に、ステージ2の加減速が終了して外乱
振動がほぼ整定すれば、今度は、床振動x0を絶縁しな
ければならない。この場合は、振動検出センサ5により
位置制御補償器8のゲインを低くして系のバネ性を小さ
くすることにより、床振動を絶縁させる。なお、位置制
御補償器8のゲインを可変にする関数は単純な比例でも
よいし、非線形でもよい。Next, when the acceleration / deceleration of the stage 2 is completed and the disturbance vibration is substantially settled, the floor vibration x 0 must be insulated this time. In this case, the vibration detection sensor 5 lowers the gain of the position control compensator 8 to reduce the springiness of the system, thereby insulating the floor vibration. The function for changing the gain of the position control compensator 8 may be simple proportional or non-linear.
【0021】図2は、図1の装置構成をブロック線図に
したものである。以下では位置制御補償器のゲインを可
変にすることの効果を式を用いて確かめる。簡単のため
に、振動制御補償器6と位置制御補償器8の構成は比例
要素(ゲイン)のみで考える。図2において、除振台の
絶対変位xは次の数1式で表される。FIG. 2 is a block diagram of the apparatus configuration of FIG. In the following, the effect of varying the gain of the position control compensator will be confirmed using an equation. For simplification, the configurations of the vibration control compensator 6 and the position control compensator 8 are considered only with the proportional element (gain). In FIG. 2, the absolute displacement x of the vibration isolation table is expressed by the following formula 1.
【0022】[0022]
【数1】 [Equation 1]
【0023】ただしここで、Fdは除振台1に作用する
外乱力、Aはアクチュエータのゲイン、mは除振台1と
ステージ2の質量、Haは振動制御補償器47のゲイ
ン、gpは位置制御補償器8のゲイン、x0は床振動の
絶対変位、kは空気バネ3のバネ定数、cは空気バネ3
の粘性係数である。除振装置の役割として、上式におい
て外乱力Fd、床振動x0が作用していても、除振台1
の絶対変位xをできるだけ小さく(理想的には0)でき
ればよい。Here, F d is the disturbance force acting on the vibration isolation table 1, A is the gain of the actuator, m is the mass of the vibration isolation table 1 and the stage 2, H a is the gain of the vibration control compensator 47, and g p is the gain of the position control compensator 8, x 0 is the absolute displacement of the floor vibration, k is the spring constant of the air spring 3, and c is the air spring 3.
Is the viscosity coefficient of. As the role of the vibration isolator, even if the disturbance force F d and the floor vibration x 0 act in the above equation, the vibration isolation table 1
It suffices if the absolute displacement x of is as small as possible (ideally 0).
【0024】まず、ステージ2の加減速により外乱力F
dが作用しているときは、床振動よりも外乱振動が支配
的なので、床振動x0は無視できる(x0=0)。この
場合上式において、位置制御補償器ゲインgpを大きく
すれば、極限において、数2式が成り立ち、外乱力Fd
の影響は受けなくなる。つまり、外乱力Fdの影響を小
さくするには位置制御補償器ゲインgpを大きくすれば
よいことがわかる。First, the acceleration / deceleration of the stage 2 causes disturbance force F.
Since the disturbance vibration is dominant over the floor vibration when d is acting, the floor vibration x 0 can be ignored (x 0 = 0). In this case, if the position control compensator gain g p is increased in the above equation, the equation 2 holds in the limit, and the disturbance force F d
Will no longer be affected by. That is, it can be seen that the position control compensator gain g p can be increased to reduce the influence of the disturbance force F d .
【0025】[0025]
【数2】 [Equation 2]
【0026】次に、外乱振動がほぼ整定している時は、
外乱力Fdは無視できる(Fd=0)ので床振動x0が
支配的になる。この場合、前記数1式において、位置制
御補償器ゲインgpを小さくすれば、0において(VC
Mをオフにした場合)数3式が成り立ち、位置制御補償
器ゲインgpの影響が無くなり、数1式第2項の分子多
項式を小さくできる。つまり、床振動x0の影響を小さ
くするには位置制御補償器ゲインgpを小さくすればよ
いことがわかる。Next, when the disturbance vibration is almost settled,
Since the disturbance force F d can be ignored (F d = 0), the floor vibration x 0 becomes dominant. In this case, if the position control compensator gain g p is reduced in the equation (1), (VC
When M is turned off), Formula 3 is established, the influence of the position control compensator gain g p is eliminated, and the numerator polynomial of the second term of Formula 1 can be reduced. That is, it can be understood that the position control compensator gain g p can be reduced to reduce the influence of the floor vibration x 0 .
【0027】[0027]
【数3】 [Equation 3]
【0028】なお、この実施例では垂直方向の制御につ
いて述べているが、これに限らず、水平方向についても
同様に実施可能である。この場合、精密機器を空気バネ
によって防振支持し、アクチュエータを水平方向に設置
し、そして、振動検出センサと変位センサもそれぞれ水
平方向成分を検出できるように設置すればよい。In this embodiment, the control in the vertical direction is described, but the present invention is not limited to this, and the control can be similarly performed in the horizontal direction. In this case, the precision device may be supported by an air spring for vibration isolation, the actuator may be installed in the horizontal direction, and the vibration detection sensor and the displacement sensor may be installed so that each of the horizontal components can be detected.
【0029】また、除振台上に設置されるステージ等の
機器を駆動させるときの信号は、例えばステージ駆動回
路から引き出すことが可能である。この信号はステージ
の加減速の大きさと駆動タイミングの情報を含んでい
る。そこで図4に示すように、ステージ駆動回路27か
らの信号をフィードフォワードして、除振装置の位置制
御補償器のゲインを変化させてもよい。A signal for driving a device such as a stage installed on the vibration isolation table can be derived from, for example, a stage drive circuit. This signal includes information on the stage acceleration / deceleration magnitude and drive timing. Therefore, as shown in FIG. 4, the signal from the stage drive circuit 27 may be fed forward to change the gain of the position control compensator of the vibration isolation device.
【0030】実施例2 図5は本発明の第2の実施例に係る、アクチュエータを
4隅に配置したXYステージを搭載したアクティブ除振
装置の構成を示す模式的な平面図である。除振装置の自
由度方向(O−XB −YB )とXYステージ10,13
の自由度方向(O−XS −YS )は45度ずらしてあ
る。他の構成は図3(b),(c)の従来例と同様であ
る。 Embodiment 2 FIG. 5 is a schematic plan view showing the structure of an active vibration isolation device equipped with XY stages having actuators arranged at the four corners according to the second embodiment of the present invention. Degrees of freedom of the anti-vibration device (O-X B -Y B) an XY stage 10, 13
The degrees of freedom (O-X S -Y S ) are shifted by 45 degrees. Other configurations are the same as those of the conventional example shown in FIGS.
【0031】以下、同図に従って、Xステージ17がX
S 方向に駆動された時の除振装置の働きを説明する。先
ず、X軸モータ19の回転によりX軸ボールネジ18を
介してXステージ17が+X方向へ駆動されたとする。
この時、駆動の反力により除振台1が−XS 方向へ変位
させられ、除振台1が主にXS 方向に振動する。次に、
この振動は4つのセンサ10,12,14,16によっ
て検出され、フィードバック回路を経て水平X方向、Y
方向に配置された4つのアクチュエータ9,11,1
3,15により制御される。この場合、ステージ駆動の
反力によって除振台1に働く外乱力は、4つのアクチュ
エータ9,11,13,15によって支えられる。そし
て、除振装置の自由度方向(O−XB −YB )とXYス
テージの自由度方向(O−XS −YS )は45度ずらし
てあるので、図3(b)に示した従来の配置に比べる
と、除振台支持機構(アクチュエータ)の剛性は不変で
も、ステージ駆動時の外乱力に対しては剛性が21/2 倍
になったことになる。すなわち、この剛性の向上によ
り、除振効果を損なうことなく制振効果だけを向上させ
ることができる。Hereinafter, according to the figure, the X stage 17 moves to the X direction.
The operation of the vibration isolation device when driven in the S direction will be described. First, it is assumed that the X stage 17 is driven in the + X direction via the X axis ball screw 18 by the rotation of the X axis motor 19.
At this time, the vibration isolation table 1 is displaced in the −X S direction by the reaction force of the drive, and the vibration isolation table 1 mainly vibrates in the X S direction. next,
This vibration is detected by four sensors 10, 12, 14, 16 and passes through a feedback circuit to the horizontal X direction and Y direction.
Actuators 9, 11, 1 arranged in one direction
3,15 controlled. In this case, the disturbance force acting on the vibration isolation table 1 by the reaction force of the stage drive is supported by the four actuators 9, 11, 13, 15. Since degrees of freedom (O-X B -Y B) and the XY stage optional direction of vibration isolator (O-X S -Y S) are offset 45 degrees, shown in FIG. 3 (b) Compared to the conventional arrangement, even though the rigidity of the vibration isolation table support mechanism (actuator) remains unchanged, the rigidity is 2 1/2 times the disturbance force when the stage is driven. That is, by improving this rigidity, it is possible to improve only the vibration damping effect without impairing the vibration damping effect.
【0032】実施例3 図6は本発明の他の実施例に係る、XYステージを搭載
したアクティブ除振装置の構成を示す模式的な平面図で
ある。この場合も、除振装置の自由度方向(O−XB −
YB )とXYステージの自由度方向(O−XS −YS )
は45度ずらしてあり、上述実施例と同様の効果が得ら
れる。すなわち、除振装置の自由度方向と搭載機器の自
由度方向のずれは相対的なものであればよい。 Embodiment 3 FIG. 6 is a schematic plan view showing the structure of an active vibration isolator equipped with an XY stage according to another embodiment of the present invention. Again, degrees of freedom of the anti-vibration device (O-X B -
Y B) with the XY stage optional direction (O-X S -Y S)
Are shifted by 45 degrees, and the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. That is, the deviation between the direction of the vibration isolation device and the direction of the installed device may be relative.
【0033】なお、上述の実施例2および3では、アク
ティブ除振装置の場合について説明したが、パッシブ除
振装置においても、除振装置の自由度方向と搭載機器の
自由度方向に角度を持たせることによって、同様の効果
が得られる。In the above-mentioned Embodiments 2 and 3, the case of the active vibration isolator was explained, but also in the passive vibration isolator, there is an angle between the direction of the freedom of the vibration isolator and the direction of the freedom of the mounted equipment. By doing so, the same effect can be obtained.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上説明したように第1発明によれば、
除振台の振動のレベルによって位置制御ループのゲイン
を変化させ、外乱振動が支配的なときはゲインを高く
し、床振動が支配的なときはゲインを低くするようにし
たため、制振効果と除振効果をともに向上させることが
できる。また、除振は空気バネに任せ制振はアクチュエ
ータに任せると考えることができるため、従来のように
1つのアクチュエータで除振と制振のトレードオフを考
えなくて済み、除振装置の設計に要する時間と設置後の
調整時間を短縮することができる。また、除振効果を損
なわずしかも空気バネアクチュエータよりも十分高速応
答が可能なので、除振台上に設置された精密機器の高速
駆動化にも対応できる。さらに、空気バネによって既に
防振支持された精密機器であっても、単にアクチュエー
タを付加すればよいだけであるので、本発明の適用は容
易である。しかもアクチュエータの取付位置は、空気バ
ネの近傍である必要がないので、かなり自由度がある。As described above, according to the first invention,
By changing the gain of the position control loop according to the vibration level of the vibration isolation table, the gain is increased when the disturbance vibration is dominant, and the gain is decreased when the floor vibration is dominant. The vibration isolation effect can be improved together. In addition, it can be considered that the vibration isolation is left to the air spring and the vibration damping is left to the actuator. Therefore, it is not necessary to consider the trade-off between vibration isolation and vibration suppression with one actuator as in the conventional case, and it is possible to design the vibration isolation device. The time required and the adjustment time after installation can be shortened. Further, since the vibration isolation effect is not impaired and the response speed is sufficiently higher than that of the air spring actuator, it is possible to support high-speed driving of precision equipment installed on the vibration isolation table. Furthermore, even a precision instrument that has already been vibration-isolated and supported by an air spring can be applied to the present invention because it is only necessary to add an actuator. Moreover, since the actuator mounting position does not have to be in the vicinity of the air spring, there is considerable freedom.
【0035】また、第2発明によれば、除振装置の自由
度方向と精密機器の自由度方向とが角度を有するように
したため、アクチュエータ等の除振台支持機構の剛性は
不変でも、精密機器の発生する外乱力をより多くの支持
機構に分散させて外乱力の作用する方向に対して剛性を
向上させ、除振効果を損なうことなく制振効果だけを向
上させることができる。したがって、除振台上に設置さ
れた精密機器の高速駆動化あるいは支持機構の小型化を
図ることができる。また、アクティブ除振装置において
は、精密機器が駆動した時の外乱力をより多くのアクチ
ュエータに分散することができるので、運転していない
アクチュエータの数を減らし、運転効率を向上させるこ
とができる。しかも、新たな支持機構の改良、交換、付
加要素を必要としないため、経済的に実施することがで
きる。Further, according to the second aspect of the invention, since the direction of the freedom of the vibration isolation device and the direction of the degree of freedom of the precision equipment have an angle, even if the rigidity of the vibration isolation table support mechanism such as the actuator does not change, the precision is high. It is possible to disperse the disturbance force generated by the device in a larger number of support mechanisms, improve the rigidity in the direction in which the disturbance force acts, and improve only the damping effect without impairing the vibration isolation effect. Therefore, it is possible to achieve high-speed driving of the precision equipment installed on the vibration isolation table or downsizing of the support mechanism. Further, in the active vibration isolator, the disturbance force when the precision device is driven can be distributed to more actuators, so that the number of actuators not in operation can be reduced and the operation efficiency can be improved. Moreover, since no new support mechanism needs to be improved, replaced or added, it can be economically implemented.
【図1】 本発明の第1の実施例に係る除振装置の構成
を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a vibration isolation device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 図1の装置の原理を説明するブロック図であ
る。FIG. 2 is a block diagram illustrating the principle of the device of FIG.
【図3】 従来例に係る除振装置の構成を示す模式図、
および、精密機器(XYステージ)を搭載したアクティ
ブ除振装置の上面図および側面図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a vibration isolation device according to a conventional example,
FIG. 3 is a top view and a side view of an active vibration isolation device equipped with precision equipment (XY stage).
【図4】 図4の装置においてステージ駆動回路からの
信号をフィードフォワードするようにしたものの模式図
である。FIG. 4 is a schematic diagram of the device of FIG. 4 configured to feed forward a signal from a stage drive circuit.
【図5】 本発明の第1の実施例に係る、XYステージ
を搭載したアクティブ除振装置の構成を示す模式的な平
面図である。FIG. 5 is a schematic plan view showing the configuration of an active vibration isolation device equipped with an XY stage according to the first embodiment of the present invention.
【図6】 本発明の第2の実施例に係る、XYステージ
を搭載したアクティブ除振装置の構成を示す模式的な平
面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing a configuration of an active vibration isolation device equipped with an XY stage according to a second embodiment of the present invention.
1:除振台、9,11,13,15,23,25:アク
チュエータ、10,12,14,16,24,26:セ
ンサ、17:Xステージ、18:X軸ボールネジ、1
9:X軸モータ、20:Yステージ、21:Y軸ボール
ネジ、22:Y軸モータ、3:空気バネ、4:アクチュ
エータ、5:振動検出センサ、6:振動制御補償器、
7:変位センサ、8:位置制御補償器、2:ステージ、
27:ステージ駆動回路。1: Vibration isolation table, 9, 11, 13, 15, 23, 25: Actuator, 10, 12, 14, 16, 24, 26: Sensor, 17: X stage, 18: X axis ball screw, 1
9: X-axis motor, 20: Y stage, 21: Y-axis ball screw, 22: Y-axis motor, 3: Air spring, 4: Actuator, 5: Vibration detection sensor, 6: Vibration control compensator,
7: displacement sensor, 8: position control compensator, 2: stage,
27: Stage drive circuit.
Claims (2)
除振台、除振台を弾性的に支持する弾性支持手段、除振
台を駆動するアクチュエータ、除振台の振動を検出する
振動センサ、振動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振動制御補償手段、除振台の変
位を検出する変位センサ、変位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位置制御補償手
段、および、振動センサの出力に基づき振幅の大きい外
乱振動に対しては位置制御補償手段を高ゲインとし振幅
の小さい床振動に対しては位置制御補償手段を低ゲイン
とする制御手段を具備することを特徴とする除振装置。1. An anti-vibration table on which a precision instrument having a driving means is mounted, elastic supporting means for elastically supporting the anti-vibration table, an actuator for driving the anti-vibration table, and a vibration sensor for detecting vibration of the anti-vibration table. A vibration control compensating means for compensating the output of the vibration sensor and feeding back to the actuator, a displacement sensor for detecting the displacement of the vibration isolation table, a position control compensating means for compensating the output of the displacement sensor and feeding back to the actuator, and a vibration sensor. On the basis of the output of the position control compensation means, the position control compensation means has a high gain for the disturbance vibration having a large amplitude, and the position control compensation means has a low gain for the floor vibration having a small amplitude. Shaking device.
除振台、およびこの除振台を支持する弾性支持手段を備
えた除振装置において、除振装置の自由度方向と精密機
器の自由度方向とは角度を有し一致しないことを特徴と
する除振装置。2. A vibration isolator equipped with a precision device having a drive means mounted thereon, and an elastic support means for supporting the vibration isolator, comprising: a direction of freedom of the vibration isolator and freedom of the precision device. An anti-vibration device characterized by having an angle with the degree direction and not matching.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4287070A JPH06117481A (en) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Vibration isolator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4287070A JPH06117481A (en) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Vibration isolator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06117481A true JPH06117481A (en) | 1994-04-26 |
Family
ID=17712665
Family Applications (1)
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JP4287070A Pending JPH06117481A (en) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Vibration isolator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06117481A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5812958A (en) * | 1994-03-25 | 1998-09-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Anti-vibration system |
JP2004516934A (en) * | 2001-01-05 | 2004-06-10 | ヴィーエスエスエル コマーシャル インコーポレイテッド | Electromagnetic active vibration control system and electromagnetic actuator |
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WO2018020625A1 (en) * | 2016-07-28 | 2018-02-01 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | Charged particle radiation device |
CN118426388A (en) * | 2024-07-04 | 2024-08-02 | 山东科技大学 | Control method and system of active and passive hybrid vibration reduction system |
-
1992
- 1992-10-02 JP JP4287070A patent/JPH06117481A/en active Pending
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