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JPH08285176A - Hybrid type vibration damping and eliminating device - Google Patents

Hybrid type vibration damping and eliminating device

Info

Publication number
JPH08285176A
JPH08285176A JP7111092A JP11109295A JPH08285176A JP H08285176 A JPH08285176 A JP H08285176A JP 7111092 A JP7111092 A JP 7111092A JP 11109295 A JP11109295 A JP 11109295A JP H08285176 A JPH08285176 A JP H08285176A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
air spring
vibration damping
actuator
voice coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7111092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Wakui
伸二 涌井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP7111092A priority Critical patent/JPH08285176A/en
Publication of JPH08285176A publication Critical patent/JPH08285176A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/709Vibration, e.g. vibration detection, compensation, suppression or isolation

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE: To improve vibration eliminating and vibration damping performance of the whole device by mainly making an active vibration resistant device using an air spring as an actuator take charge of postural control of a very heavy cargo and an active vibration resistant device using a VCM as an actuator take charge of vibration damping control. CONSTITUTION: In a vibration clamping and eliminating device where an active vibration resistant device using an air spring 1 as an actuator takes charge of postural control of a very heavy cargo and an active vibration resistant device using a voice coil motor 11 as an actuator takes charge of vibration damping control, the device is provided with four air springs and four voice coil motors as actuators arranged in the four corners of a plate-like surface plate for vibration damping and vibration resistance in a horizontal plane. Air springs having a driving shaft in the same direction are arranged in two places of diagonal positions of the plate-like surface plate, and air springs having a driving shaft in the direction orthogonal to the driving direction are arranged in two places of a pair of another diagonal positions, and the voice coil motors having a driving shaft orthogonal to the driving direction of a driving shaft of the respective four air springs, are provided in the vicinity of the respective air springs.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、空気バネおよびボイス
コイルモータをアクチュエータとするハイブリッド式制
振除振装置に関し、特に露光用XYステージを搭載して
なる半導体製造装置等の一構成ユニットとして好適に使
用されるものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid vibration damping / vibrating apparatus using an air spring and a voice coil motor as an actuator, and is particularly suitable as a unit of a semiconductor manufacturing apparatus having an XY stage for exposure mounted thereon. Concerning what is used for.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、除振台上には振動を嫌う機器群が
搭載される。例えば、光学顕微鏡や露光用XYステージ
などである。特に、露光用XYステージの場合には、適
切かつ迅速な露光が行われるべく、外部から伝達する振
動を極力排除した除振台上に同ステージは搭載されねば
ならない。なぜならば、露光は露光用XYステージが完
全停止の状態で行われなければならないからである。さ
らに、露光用XYステージは、ステップ&リピートとい
う間欠運転を動作モードとして持ち、繰り返しのステッ
プ振動を自身が発生しこれが除振台の揺れを惹起せしめ
ることにも注意せねばならない。この種の振動が整定し
きれないで残留する場合にも、露光動作に入ることは不
可能である。したがって、除振台には、外部振動に対す
る除振と、搭載された機器自身の運動に起因した強制振
動の制振性能とをバランスよく実現することが求められ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a device group that is sensitive to vibration is mounted on a vibration isolation table. For example, it is an optical microscope or an XY stage for exposure. In particular, in the case of the XY stage for exposure, the stage must be mounted on a vibration isolation table in which vibration transmitted from the outside is eliminated as much as possible so that proper and quick exposure can be performed. This is because the exposure must be performed with the exposure XY stage completely stopped. Further, it should be noted that the exposure XY stage has an intermittent operation called step & repeat as an operation mode, and the step vibration itself is repeatedly generated, which causes shaking of the vibration isolation table. Even if this kind of vibration remains unsettled, it is impossible to start the exposure operation. Therefore, the anti-vibration table is required to achieve a good balance between the anti-vibration against external vibration and the damping performance of the forced vibration caused by the movement of the mounted device itself.

【0003】なお、XYステージを完全停止させてから
同ステージ上に搭載のシリコンウエハに対して露光光を
照射するというステップ&リピート方式の半導体製造装
置に代わって、XYステージなどをスキャンさせながら
露光光をシリコンウエハ上に照射するスキャン方式の半
導体露光装置も登場してきた。このような装置に使われ
る除振台に対しても、外部振動に対する除振と、その除
振台に搭載された機器自身の運動に起因した強制振動に
対する制振性能とをバランスよく満たすことが求められ
ることは同様である。
Instead of a step-and-repeat type semiconductor manufacturing apparatus in which an XY stage is completely stopped and then a silicon wafer mounted on the stage is irradiated with exposure light, exposure is performed while scanning the XY stage and the like. A scanning type semiconductor exposure apparatus for irradiating a silicon wafer with light has also appeared. Even for the vibration isolation table used in such a device, it is possible to satisfy a well-balanced balance between the vibration isolation against external vibration and the vibration isolation performance against the forced vibration caused by the movement of the equipment itself mounted on the vibration isolation table. The requirements are the same.

【0004】さて、周知のように、除振台は受動的除振
台と能動的除振台に分類される。除振台上の搭載機器に
求められる高精度位置決め、高精度スキャン、高速移動
などへの要求に応えるべく近年は能動的除振装置を用い
る傾向にある。能動的除振装置に用いられるアクチュエ
ータとしては、空気バネ、ボイスコイルモータ、圧電素
子などがある。
As is well known, the vibration isolation table is classified into a passive vibration isolation table and an active vibration isolation table. In recent years, there has been a tendency to use an active vibration isolator in order to meet the demands for high-precision positioning, high-precision scanning, high-speed movement, etc., which are required for equipment mounted on a vibration isolation table. Actuators used in active vibration isolation devices include air springs, voice coil motors, piezoelectric elements, and the like.

【0005】まず、図3を用い、空気バネをアクチュエ
ータとする能動的除振装置における空気バネ式支持脚1
2に対するフィードバック装置19の構成とその動作を
説明しよう。同図において、13は空気バネ14へ動作
流体の空気を給気・排気するサーポバルブ、15は支持
台16の鉛直方向変位を計測する位置センサ、17は予
圧用機械バネ、18は空気バネ14と予圧用機械バネ1
7および図示しない機構全体の粘性を表現する粘性要素
である。これらの構成部品から組み合わされる機構は空
気バネ式支持脚12と呼ばれる。次に、空気バネ式支持
脚12に対するフィードバック装置19の構成とその動
作を説明する。まず、加速度センサ20の出力は、適切
な増幅度と時定数とを有するローパスフィルタないしバ
ンドパスフィルタ21を介してサーボバルプ13の弁開
閉用の電圧電流変換器22の前段に負帰還させている。
この加速度フィードバックループにより機構の安定化が
図られている。すなわち、ダンピングが付与されるので
ある。さらに、位置センサ15の出力は変位増幅器23
を通って比較回路24の入力となっている。ここでは、
空気バネ式支持脚12が接する地面に対する目標位置と
等価な目標電圧25と比較されて偏差信号eとなる。こ
の偏差信号eはP1補償器26を通って電圧電流変換器
22を励磁する。すると、サーボバルブ13の弁開閉に
よって空気バネ14内の圧力が調整されて支持台16は
目標電圧25で指定した所望の位置に定常偏差なく保持
可能となるのである。ここで、Pは比例、Iは積分動作
をそれぞれ意味する。空気バネ14をアクチュエータと
した空気バネ式支持脚12は、支持台16の上に大重量
物を搭載できる能力を持つ。しかし、空気バネ式支持脚
12とフィードバック装置19とからなる閉ループ系に
対して高速応答を期待することはできなかった。
First, referring to FIG. 3, an air spring type supporting leg 1 in an active vibration isolator using an air spring as an actuator.
The configuration and operation of the feedback device 19 for 2 will be described. In the figure, 13 is a servo valve for supplying / exhausting air as a working fluid to / from the air spring 14, 15 is a position sensor for measuring the vertical displacement of the support base 16, 17 is a mechanical spring for preload, and 18 is an air spring 14. Preload mechanical spring 1
7 and a viscous element that expresses the viscosity of the entire mechanism (not shown). The mechanism assembled from these components is called the air spring support leg 12. Next, the configuration and operation of the feedback device 19 for the air spring type support leg 12 will be described. First, the output of the acceleration sensor 20 is negatively fed back to the preceding stage of the voltage / current converter 22 for opening / closing the valve of the servo valve 13 via a low pass filter or a band pass filter 21 having an appropriate amplification degree and time constant.
The mechanism is stabilized by this acceleration feedback loop. That is, damping is added. Further, the output of the position sensor 15 is the displacement amplifier 23.
It becomes an input of the comparison circuit 24 through. here,
A deviation signal e is obtained by comparing with a target voltage 25 equivalent to a target position with respect to the ground on which the air spring type support leg 12 is in contact. The deviation signal e passes through the P1 compensator 26 to excite the voltage-current converter 22. Then, the pressure inside the air spring 14 is adjusted by opening / closing the servo valve 13, and the support base 16 can be held at a desired position designated by the target voltage 25 without a steady deviation. Here, P means proportional and I means integral operation. The air spring type support leg 12 using the air spring 14 as an actuator has the ability to mount a heavy object on the support base 16. However, a high-speed response could not be expected for the closed loop system including the air spring type support legs 12 and the feedback device 19.

【0006】次に、永久磁石と巻線コイルとからなるボ
イスコイルモータ(以下、VCMという)をアクチュエ
ータとする能動的除振装置における支持脚のフィードバ
ック装置構成とその動作を説明する。加速度センサの出
力信号を積分器に通して速度信号に変換し、この信号で
VCMを駆動する電力増幅器を励磁し、結果として支持
する定盤にダンピングを与えることが制御ループの基本
構成になる。図4がVCMを使った除振装置における制
御ループの基本構成である。同図において、29は加速
度センサの出力信号を受けてオフセットと高周波の雑音
を除去するための適切な前置フィルタ、30は前置フィ
ルタ29の出力信号を速度のディメンジョンに変換する
ための積分器、31はVCM(不図示)を駆動するため
の電力変換器である。なお、積分器30は必要に応じて
疑似積分器でも構わない。VCMをアクチュエータとす
る能動的除振装置では、俊敏なる応答性が特徴である。
しかし、大重量物を位置決めする支持のためには定常的
な電流を巻線コイルに通電しておかねばならないので発
熱問題を引き起こし不利である。通常、発生した振動の
みに応動してVCMを駆動するように制御ループが構成
される。
Next, the structure and operation of the feedback device for the supporting leg in the active vibration isolator that uses a voice coil motor (hereinafter referred to as VCM) consisting of a permanent magnet and a winding coil as an actuator will be described. The basic configuration of the control loop is to convert the output signal of the acceleration sensor into a velocity signal through an integrator, excite the power amplifier that drives the VCM with this signal, and consequently give damping to the supporting surface plate. FIG. 4 shows a basic configuration of a control loop in a vibration isolation device using a VCM. In the figure, 29 is an appropriate prefilter for receiving the output signal of the acceleration sensor and removing offset and high frequency noise, and 30 is an integrator for converting the output signal of the prefilter 29 into a velocity dimension. , 31 are power converters for driving a VCM (not shown). The integrator 30 may be a pseudo integrator if necessary. The active vibration isolation device using the VCM as an actuator is characterized by quick response.
However, in order to support the positioning of a heavy object, a constant current must be passed through the winding coil, which causes a problem of heat generation and is disadvantageous. Normally, the control loop is configured to drive the VCM in response to only the generated vibration.

【0007】さて、空気バネをアクチュエータとする能
動的除振装置は、定盤を含めた大重量物を支持して姿勢
の位置制御をすることにおいて優れた能力を持つ。しか
し、制御ループの応答が緩慢なので搭載機器が発生する
振動の影響を相殺するために同機器の駆動信号に補償を
施して空気バネのアクチュエータをフィードフォワード
的に駆動して振動の影響を抑圧する能力の面では劣って
いた。一方、VCMをアクチュエータとする能動的除振
装置は、俊敏なる応答性を有するが装置全体の姿勢を位
置決め制御する能力は無いか、もしくは劣っていた。
An active vibration isolator using an air spring as an actuator has an excellent ability to control a position of a posture by supporting a large heavy object including a surface plate. However, since the response of the control loop is slow, in order to cancel the influence of the vibration generated by the mounted device, the drive signal of the device is compensated and the actuator of the air spring is driven in a feedforward manner to suppress the influence of the vibration. It was inferior in terms of ability. On the other hand, the active vibration isolation device using the VCM as an actuator has agile response, but has no ability or is inferior to the ability to perform positioning control of the posture of the entire device.

【0008】そこで、空気バネをアクチュエータとする
能動的除振装置に大重量物の姿勢制御を、VCMをアク
チュエータとする能動的除振装置に制振制御を主に担当
させて装置全体の除振及び制振性能を向上させんとする
ことが考えられていた。
Therefore, the active vibration isolation device using the air spring as the actuator is mainly responsible for the attitude control of the heavy object, and the active vibration isolation device having the VCM as the actuator is mainly responsible for the vibration suppression control. It was also considered to improve the vibration damping performance.

【0009】空気バネとVCMの両者をアクチュエータ
とした能動的除振装置の公知例として特開平6ー117
480号公報等がある。ここでは、空気バネとVCMと
を併用した振動除去装置であって、定盤上の大重量物を
空気圧バネで支持し、空気圧の変化から定盤に作用する
荷重を検出し、その検出信号を適切なアルゴリズムを用
いて制御定数を算出してなる補償器を介してVCMを駆
動する構成を有するものが示され、併せて同一の支持脚
内に空気バネとVCMとを巧みに配置した構成を有する
ものが開示されている。ただし、重力方向に姿勢制御す
る場合の構成であり、水平方向に関する支持脚内のアク
チュエータ配置については開示がなかった。
As a known example of an active vibration isolator using both an air spring and a VCM as an actuator, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-117
No. 480, etc. Here, a vibration eliminating device using both an air spring and a VCM is used, in which a large heavy object on the surface plate is supported by an air pressure spring, a load acting on the surface plate is detected from a change in air pressure, and the detection signal is detected. A configuration is shown in which the VCM is driven through a compensator that calculates a control constant using an appropriate algorithm. In addition, a configuration in which an air spring and a VCM are skillfully arranged in the same support leg is shown. What has is disclosed. However, there is no disclosure regarding the arrangement of the actuators in the support leg in the horizontal direction, which is the configuration in which the posture is controlled in the gravity direction.

【0010】さらに、2種類の除振装置を組み合わせた
公知例として、特開平6ー42578号公報等がある。
床振動に対する除振効果と、機器内の移動反力に対する
制御効果とを両立させる目的で案出されたものであり受
動型除振装置と並列に、受動型ダンパ部材もしくは受動
型バネ部材と、電磁石およびこれを制御するコントロー
ラから構成された半能動型ダンパ装置もしくは半能動型
剛性機構装置を開示している。受動型除振装置によって
定盤を含めた大重量物の支持が安価かつ容易に行える利
点はある。しかし、支持物体の姿勢を微妙に位置決めし
たいという要求には応えることができなかった。仮に、
受動的除振装置の機械的調整によって所望の姿勢への位
置決めが行えたとしても、受動的除振装置を構成する受
動部品の経時的特性変化に原因して姿勢が変動してしま
う、という問題があった。最後に、水平方向の空気バネ
の配置を示す公知例として次の文献を挙げておく。
Further, as a publicly known example in which two types of vibration isolation devices are combined, there is JP-A-6-42578.
It was devised for the purpose of achieving both vibration isolation effect for floor vibration and control effect for movement reaction force in the equipment.In parallel with the passive vibration isolation device, a passive damper member or a passive spring member, Disclosed is a semi-active damper device or a semi-active rigid mechanical device including an electromagnet and a controller that controls the electromagnet. There is an advantage that a heavy object including a surface plate can be supported inexpensively and easily by the passive vibration isolator. However, it has not been possible to meet the demand for delicately positioning the posture of the supporting object. what if,
Even if the passive anti-vibration device can be positioned in a desired posture by mechanical adjustment, the posture will change due to the characteristic change over time of the passive components that make up the passive anti-vibration device. was there. Finally, the following documents are cited as known examples showing the arrangement of the air springs in the horizontal direction.

【0011】安田,大阪、池田:“フィードフォワード
制御を併用したアクティブ除振装置の研究”日本機械学
会論文集C.vol.58.No.552.p.238
1、(1992−8) 上記文献には、8個の空気バネを平板状の定盤の四隅に
配置した構成の説明が記載されている。鉛直方向の支持
のために4個の空気バネのアクチュエータが、そして水
平方向の支持のために残り4個の空気バネが配置されて
いる。ここで、水平方向のxとy軸方向に対しては各2
個ずつの空気バネが使用され、平板状の定盤の対角位置
に配置されている。いわゆる、水平方向の空気バネは風
車配置になっている。水平方向への冗長な空気バネの配
置を廃し、必要最低限の空気バネを使って水平方向の制
振除振を実現することが意図であり産業用装置にとって
優れた装置構成を提供するものであった。
Yasuda, Osaka, and Ikeda: “Study of Active Vibration Isolator with Combined Feedforward Control,” Proc. vol. 58. No. 552. p. 238
1, (1992-8) The above document describes the configuration in which eight air springs are arranged at the four corners of a flat plate. Four air spring actuators are arranged for vertical support and the remaining four air springs are arranged for horizontal support. Here, 2 for each of the x and y axis directions in the horizontal direction.
Individual air springs are used and are arranged diagonally on a flat plate. The so-called horizontal air springs are arranged in a windmill. It is intended to eliminate redundant air spring arrangements in the horizontal direction and to achieve horizontal vibration suppression and vibration isolation by using the minimum required air springs, which provides an excellent device configuration for industrial devices. there were.

【0012】ここで、空気バネをアクチュエータとして
用いた能動的除振装置の水平面内の支持を行わせる空気
バネ式支持脚の構造を図5に示そう。同図において、1
は空気バネ、2は空気バネ1によって支持する本体装置
と機械的に接続する支持脚フレーム、3a,3bは予圧
用機械バネ、4は空気バネ1の駆動力を本体装置と機械
的に接する支持脚フレーム2に伝達するためのフォース
ピンであり、これらの構成要素をもって水平面内を支持
する空気バネ式支持脚5を構成している。なお、図中斜
線部は、機械的には設置床と接触している部位を示す。
引続いて、図5と同構造の空気バネ式支持脚5a,5
b,5c,5dを平板状の定盤6の四隅に配置したとき
の上面図を図6に示す。図中のxyz座標系を使って示
せば、空気バネ式支持脚5aはx軸方向に、5bはy軸
方向に、5cはx軸方向に、そして5dはy軸方向に駆
動力を発生するようにそれぞれの空気バネが配置されて
いる。すなわち、空気バネが風車配置されているのであ
る。
Here, FIG. 5 shows the structure of the air spring type supporting leg for supporting the active vibration isolation device using the air spring as the actuator in the horizontal plane. In the figure, 1
Is an air spring, 2 is a support leg frame mechanically connected to the main body device supported by the air spring 1, 3a and 3b are mechanical springs for preload, and 4 is a support for mechanically contacting the driving force of the air spring 1 with the main body device. This is a force pin for transmission to the leg frame 2, and these constituent elements constitute an air spring type supporting leg 5 which supports in the horizontal plane. In addition, the shaded portion in the figure indicates a portion mechanically in contact with the installation floor.
Subsequently, the air spring type support legs 5a, 5 having the same structure as in FIG.
FIG. 6 shows a top view when b, 5c, and 5d are arranged at the four corners of the plate-shaped surface plate 6. Using the xyz coordinate system in the figure, the air spring type support legs 5a generate driving force in the x-axis direction, 5b generate the y-axis direction, 5c generate the x-axis direction, and 5d generate the driving force in the y-axis direction. Each air spring is arranged so that That is, the air spring is arranged in the wind turbine.

【0013】次に、VCMの一例である平板型リニアモ
ータ11の構造を図9に示そう。同図において、7は永
久磁石、8は巻線コイル、9は巻線コイル8の支持枠、
10は永久磁石7を固定する固定枠である。支持枠9を
堅固に固定して巻線コイル8に電流を通電したときには
永久磁石7を含めた固定枠10が、固定枠10を堅固に
固定して巻線コイル8に電流を通電したときには巻線コ
イル8を含めた支持枠9がそれぞれ駆動力を得る。
Next, FIG. 9 shows the structure of a flat plate type linear motor 11 which is an example of a VCM. In the figure, 7 is a permanent magnet, 8 is a winding coil, 9 is a support frame for the winding coil 8,
Reference numeral 10 is a fixed frame for fixing the permanent magnet 7. When the support frame 9 is firmly fixed and current is applied to the winding coil 8, the fixed frame 10 including the permanent magnet 7 is wound when the fixed frame 10 is firmly fixed and current is applied to the winding coil 8. The support frame 9 including the wire coil 8 obtains a driving force.

【0014】空気バネとVCMを併用したハイブリット
式制振除振装置を実現するに当たっては、空気バネ1と
VCMの一例である平板型リニアモータ11の支持脚へ
の組み込み方が課題となる。空気バネを大重量物の位置
決め用に、VCMを制振用に活用せんとするとき、同一
の支持脚内にこれらのアクチュエータを収納しようと考
える。一般的には、空気バネとVCM両者の駆動方向が
同一であるように並列配置した支持脚が構成される。図
7はこの一例を示す。図5に示す空気バネ式支持脚5の
中に図9に示す平板型リニアモータ11を組み込んでお
り、両者の駆動方向は一致している。しかし、空気バネ
1と予圧用機械バネ3a.3bなどから成る機構に対し
て新たに平板型リニアモータ11を組み込まねばならな
いので支持脚が大型化する問題を抱えていた。また、空
気バネ1の駆動点と平板型リニアモータ11のそれが不
一致であることに原因して、両アクチュエータを固定す
る機構部品に対して曲げを発生せしめ、もって除振装置
にとって好ましくない不要振動を惹起せしめるという問
題があった。
In order to realize a hybrid type vibration damping / vibrating device using both an air spring and a VCM, how to install the air spring 1 and a flat plate type linear motor 11 which is an example of the VCM into a support leg becomes a problem. When the air spring is used for positioning a heavy object and the VCM is used for damping, it is considered that these actuators are housed in the same support leg. Generally, support legs are arranged in parallel so that the driving directions of both the air spring and the VCM are the same. FIG. 7 shows an example of this. The flat type linear motor 11 shown in FIG. 9 is incorporated in the air spring type supporting leg 5 shown in FIG. 5, and the driving directions of both are the same. However, the air spring 1 and the preload mechanical spring 3a. Since the flat plate type linear motor 11 must be newly incorporated in the mechanism composed of 3b and the like, there is a problem that the support leg becomes large. Further, due to the mismatch between the driving point of the air spring 1 and that of the flat plate type linear motor 11, the mechanical parts for fixing the two actuators are bent, which is undesirable vibration for the vibration isolator. There was a problem of causing.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】空気バネをアクチュエ
ータとする能動的除振装置は、定盤を含めた大重量物を
支持して姿勢の位置制御をすることにおいて優れた能力
を持っている。しかし、制御ループの応答が緩慢なので
搭載機器が発生する振動を、例えばフィードフォワード
的に補償して抑圧する能力の面では劣っていた。一方、
VCMをアクチュエータとする能動的除振装置は俊敏な
応答性を有する。故に、搭載機器が発生する振動を検出
してフィードバックするか、あるいはフィードフォワー
ド的に補償すると瞬時にそれを抑圧できる能力がある。
しかし、装置全体の姿勢を位置決め制御する能力は劣っ
ているか、あるいはまったくその能力を持っていなかっ
た。そこで、空気バネとVCMの両者をアクチュエータ
として有する能動的除振装置を構成することによって、
姿勢制御と制振制御の両性能を満足させることはすでに
案出されていた。しかし、特に平板状の定盤を支持する
能動的除振装置の水平方向制御において、両者のアクチ
ュエータが好適に配置されていないことに原因した性能
問題があり、それを解決することが課題として残されて
いた。
An active vibration isolator using an air spring as an actuator has an excellent ability to control the position of a posture by supporting a large heavy object including a surface plate. However, since the response of the control loop is slow, it is inferior in terms of the ability to compensate for and suppress the vibration generated by the on-board equipment, for example, in a feedforward manner. on the other hand,
An active vibration isolation device using a VCM as an actuator has agile response. Therefore, if the vibration generated by the on-board equipment is detected and fed back, or if it is compensated in a feedforward manner, it has the ability to suppress it instantaneously.
However, the ability to position and control the posture of the entire device is inferior or has no ability at all. Therefore, by constructing an active vibration isolation device having both an air spring and a VCM as actuators,
It has already been devised to satisfy both performances of attitude control and vibration control. However, especially in the horizontal control of the active vibration isolator supporting the flat platen, there is a performance problem caused by the fact that both actuators are not arranged properly, and there is a problem to solve it. It had been.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明では空気バネをア
クチュエータとする能動的除振装置に大重量物の姿勢制
御を、VCMをアクチュエータとする能動的除振装置に
制振制御を主に担当させて、装置全体の除振および制振
性能を向上させることを目的としており、そのために特
に水平面内の空気バネとVCMの好適な配置を与える。
より具体的には、水平面内の制振除振のため、平板状の
定盤の四隅に配置するためのアクチュエータとして空気
バネ4個とVCMを4個を備え、平板状の定盤の対角位
置2箇所に同一の駆動軸を有する空気バネを配置し、も
う一対の対角位置2箇所には前記駆動方向と直交する駆
動軸を有する空気バネを配置し、各4個の空気バネの駆
動軸の駆動方向と直交する駆動軸を持つVCMが各空気
バネの近傍に備えられているハイブリッド式制振除振装
置を構成する。
In the present invention, the active vibration isolation device using an air spring as an actuator is mainly in charge of attitude control, and the active vibration isolation device using a VCM as an actuator is mainly in charge of damping control. Therefore, the purpose is to improve the vibration isolation and damping performance of the entire apparatus, and for that purpose, a suitable arrangement of the air spring and the VCM is provided especially in the horizontal plane.
More specifically, for the purpose of vibration damping in the horizontal plane, four air springs and four VCMs are provided as actuators for arranging at the four corners of the flat plate, and the diagonal of the flat plate is provided. An air spring having the same drive shaft is arranged at two positions, and an air spring having a drive shaft orthogonal to the driving direction is arranged at another pair of diagonal positions at two positions to drive four air springs. A VCM having a drive axis orthogonal to the drive direction of the axis is provided in the vicinity of each air spring to constitute a hybrid vibration damping and vibration isolator.

【0017】[0017]

【作用】平板状の定盤の四隅に風車配置された空気バネ
のアクチュエータによって、同定盤の水平面内3自由度
の運動、すなわちx軸方向並進運動、y軸方向並進運動
およびz軸回りの回転運動を位置決め制御する。
By the actuators of the air springs arranged in the four corners of the flat platen surface plate, the movement of the identification plate in the horizontal plane in three degrees of freedom, namely, the x-axis translational motion, the y-axis translational motion and the rotation around the z-axis. Positioning control of movement.

【0018】同時に、各四隅に配した空気バネの駆動軸
と直交した駆動軸を有するVCMを空気バネの近傍に配
置することによって、定盤に作用する3自由度の振動、
すなわちx軸方向並進振動、y軸方向並進振動、および
z軸回りの回転振動を抑圧する。
At the same time, by arranging VCMs having drive shafts orthogonal to the drive shafts of the air springs arranged at each of the four corners in the vicinity of the air springs, vibration of three degrees of freedom acting on the surface plate,
That is, translational vibration in the x-axis direction, translational vibration in the y-axis direction, and rotational vibration about the z-axis are suppressed.

【0019】[0019]

【実施例】図1は本発明の一実施例に係るハイブリット
式制振除振装置の構成を示す図である。同図では水平方
向支持の為のハイブリッド支持脚28a,28b,28
c,28dが平板状の定盤6の四隅に配置されている。
図8にはこれらハイブリッド支持脚28の一構造を示
す。図8において、空気バネ1の駆動方向に対して平板
型VCM11はそれと直行する方向に駆動の自由度を持
つように、巻線コイル8を支持する支持枠9は斜線を施
した部材に接合している。すなわち、永久磁石7を含め
た固定枠10が可動するようになっている。再び図1を
参照して、ハイブリッド支持脚28a,28b,28
c,28dの空気バネの駆動方向はそれぞれx方向、y
方向、x方向、y方向であり、これら支持脚の各平板型
VCMの駆動方向はy方向、x方向、y方向、x方向に
なっているのである。なお、図1を構築するため、空気
バネとそれと直交する駆動軸を有するVCMは同一の支
持脚内に例えば図8に示す如く収納されていた。しか
し、必ずしも同一の支持脚内に組み込まれる必要はな
い。要は、平板状の定盤の四隅に、水平面内の駆動軸が
直交するこれら2種のアクチュエータが近接して配置さ
れれば良いのである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing the structure of a hybrid vibration damping and vibration isolator according to an embodiment of the present invention. In the figure, hybrid support legs 28a, 28b, 28 for horizontal support are shown.
c and 28d are arranged at the four corners of the plate-shaped surface plate 6.
FIG. 8 shows a structure of these hybrid support legs 28. In FIG. 8, the support frame 9 for supporting the winding coil 8 is joined to a hatched member so that the flat plate type VCM 11 has a degree of freedom of driving in a direction orthogonal to the driving direction of the air spring 1. ing. That is, the fixed frame 10 including the permanent magnet 7 is movable. Referring again to FIG. 1, the hybrid support legs 28a, 28b, 28
The driving directions of the air springs of c and 28d are x direction and y direction, respectively.
Direction, x direction, y direction, and the drive directions of the flat plate type VCMs of these support legs are the y direction, x direction, y direction, and x direction. In order to construct FIG. 1, an air spring and a VCM having a drive shaft orthogonal to the air spring were housed in the same support leg as shown in FIG. 8, for example. However, they do not necessarily have to be incorporated in the same support leg. The point is that these two types of actuators whose drive axes in the horizontal plane are orthogonal to each other may be arranged close to each other at the four corners of the flat plate.

【0020】結局、図1に示す本発明の内容を簡潔に表
現すると図2のようになる。図中、Aは空気バネを、V
は平板型VCMを表現しており、且つ、AとVとから出
ている矢印は、図示のxyz座標系における駆動力の作
用方向を示す。Aで示される4個の空気バネとVで示さ
れる4個の平板型VCMの両者はいずれも風車配置にな
っているが、一つの支持脚をみてみると空気バネと平板
型VCMの駆動方向は互いに直交しているのである。し
たがって、空気バネが作る風車配置に対して、その配置
で空となった部位に平板型VCMで構成する風車配置を
入れ込んだ構造になっているのである。
After all, the contents of the present invention shown in FIG. 1 can be simply expressed as shown in FIG. In the figure, A is an air spring and V is
Represents a flat plate type VCM, and the arrows from A and V indicate the acting directions of the driving force in the illustrated xyz coordinate system. Both of the four air springs indicated by A and the four flat plate type VCMs indicated by V are arranged in a windmill, but when one supporting leg is seen, the driving directions of the air springs and the flat plate type VCM are shown. Are orthogonal to each other. Therefore, the wind turbine arrangement made by the air spring has a structure in which the wind turbine arrangement made up of the flat plate type VCM is inserted in the empty portion of the arrangement.

【0021】[0021]

【発明の効果】アクチュエータとしての空気バネを平板
状の定盤の四隅に風車状に配置することは、冗長なるア
クチュエータの使用を抑えて経済的な装置構成となせる
利点があった。しかしながら、一般に定盤6は対称構造
に作られることは有り得ず、このような定盤2の上に駆
動運転する機器が搭載されたとき、必然的に回転の姿勢
(z軸回り)を拘束する能力が劣り、したがってz軸回
りのモーメント外乱に抗する性能も十分でない。という
問題があった。
By arranging the air springs as the actuators at the four corners of the flat plate-like surface plate in a windmill shape, there is an advantage that the use of redundant actuators can be suppressed and an economical device configuration can be realized. However, in general, the surface plate 6 cannot be made to have a symmetrical structure, and when a device for driving operation is mounted on the surface plate 2 as described above, the rotation posture (around the z-axis) is inevitably constrained. The ability is inferior, and therefore the ability to withstand the moment disturbance around the z-axis is not sufficient. There was a problem.

【0022】しかし、図1に係る本発明のハイブリッド
式制振除振装置によれば、定盤の四隅に風車配置された
空気バネが在り、さらに制振用の平板型VCMを空気バ
ネが空配置の部位に風車配置している。したがって、空
気バネの働きによる位置決め性能と、平板型VCMの働
きによる制振性能とをバランスよく満たせる、という効
果がある。
However, according to the hybrid vibration damping / vibrating device of the present invention shown in FIG. 1, there are air springs arranged at the four corners of the surface plate, and the flat plate type VCM for vibration damping has no air springs. The windmill is placed in the location. Therefore, there is an effect that the positioning performance by the action of the air spring and the vibration damping performance by the action of the flat plate type VCM can be satisfied in a well-balanced manner.

【0023】また、空気バネと平板型VCMとを駆動方
向が同一となるように並列に配置した従来の場合には、
駆動点の不一致に起因した機構部品の変形を生ぜしめた
り、あるいは局所的な機械振動を惹起せしめこれが除振
装置としての除振および制振性能を劣化させていたので
あるが、本発明のハイブリッド式制振除振装置によれば
このような問題を回避できる、という効果もある。
In the conventional case where the air spring and the flat plate type VCM are arranged in parallel so that the driving directions are the same,
The mechanical components are deformed due to the mismatch of the driving points, or local mechanical vibrations are caused, which deteriorates the vibration isolation and vibration damping performance of the vibration isolation device. The vibration damping and vibration isolator also has an effect of avoiding such a problem.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例に係るハイブリッド式制振
除振装置の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hybrid vibration damping / vibrating device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 発明の内容を簡潔に表現したブロック図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram simply expressing the content of the invention.

【図3】 空気バネをアクチュエータとする支持脚のフ
ィードバック装置の構成である。
FIG. 3 is a configuration of a feedback device for a support leg that uses an air spring as an actuator.

【図4】 VCMを使った除振装置における制御ループ
の基本構成である。
FIG. 4 is a basic configuration of a control loop in a vibration isolation device using a VCM.

【図5】 空気バネ式支持脚の構造を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a structure of an air spring type support leg.

【図6】 支持脚の配置図である。FIG. 6 is a layout view of support legs.

【図7】 ハイブリッド支持脚の第1の構造を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a first structure of a hybrid support leg.

【図8】 ハイブリッド支持脚の第2の構造を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing a second structure of the hybrid support leg.

【図9】 平板型リニアモータの構造図である。FIG. 9 is a structural diagram of a flat plate type linear motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:空気バネ、2:支持脚フレーム、3a,3b:予圧
用機械バネ、4:フォースピン、5,5a,5b,5
c,5d:を空気バネ式支持脚、6:定盤、7:永久磁
石、8:巻線コイル、9:支持枠、10:固定枠、1
1:平板型VCM、12:空気バネ式支持脚、13:サ
ーボバルブ、14:空気バネ、15:位置センサ、1
6:支持台、17:予圧用機械バネ、18:粘性要素、
19:フィードバック装置、20:加速度センサ、2
1:ローパスフィルタないしバンドパスフィルタ、2
2:電圧電流変換器、23:変位増幅器、24:比較回
路、24、25:目標電圧、26:PI補償器、27:
ハイブリッド支持脚、28:ハイブリッド支持脚、2
9:前置フィルタ、30:積分器、31:電力増幅器。
1: Air spring, 2: Support leg frame, 3a, 3b: Preload mechanical spring, 4: Force pin, 5, 5a, 5b, 5
c, 5d: Air spring type supporting legs, 6: Surface plate, 7: Permanent magnet, 8: Winding coil, 9: Support frame, 10: Fixed frame, 1
1: Flat plate type VCM, 12: Air spring type support leg, 13: Servo valve, 14: Air spring, 15: Position sensor, 1
6: support base, 17: mechanical spring for preload, 18: viscous element,
19: feedback device, 20: acceleration sensor, 2
1: Low-pass filter or band-pass filter, 2
2: Voltage-current converter, 23: Displacement amplifier, 24: Comparison circuit, 24, 25: Target voltage, 26: PI compensator, 27:
Hybrid support legs, 28: Hybrid support legs, 2
9: prefilter, 30: integrator, 31: power amplifier.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 空気バネをアクチュエータとする能動的
除振装置に大重量物の姿勢制御を、ボイスコイルモータ
をアクチュエータとする能動的除振装置に制振制御を担
わせる制振除振装置に係り、 水平面内の制振除振のため、平板状の定盤の四隅に配置
するアクチュエータとして空気バネ4個とボイスコイル
モータを4個を備え、 平板状の定盤の対角位置2箇所に同一方向の駆動軸を有
する空気バネを配置し、 もう一対の対角位置2箇所には前記駆動方向と直交する
方向の駆動軸を有する空気バネを配置し、 各4個の空気バネの駆動軸の駆動方向と直交する駆動軸
を持つボイスコイルモータが各空気バネの近傍に備えら
れていることを特徴とするハイブリッド式制振除振装
置。
1. A vibration damping device for causing an active vibration damping device having an air spring as an actuator to carry out posture control of a heavy object, and an active vibration damping device having a voice coil motor as an actuator for damping control. For the purpose of vibration damping in the horizontal plane, four air springs and four voice coil motors are provided as actuators to be placed at the four corners of the flat plate, and the flat plate has two diagonal positions. An air spring having a drive shaft in the same direction is arranged, and an air spring having a drive shaft in a direction orthogonal to the drive direction is arranged at another pair of two diagonal positions, and the drive shaft of each of the four air springs is arranged. A hybrid type vibration damping / isolating device, characterized in that a voice coil motor having a drive shaft orthogonal to the drive direction of is provided near each air spring.
【請求項2】 前記ボイスコイルモータは平板型ボイス
コイルモータであることを特徴とした請求項1記載のハ
イブリッド式制振除振装置。
2. The hybrid type vibration damping / vibrating device according to claim 1, wherein the voice coil motor is a flat plate type voice coil motor.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7687767B2 (en) * 2002-12-20 2010-03-30 Agilent Technologies, Inc. Fast scanning stage for a scanning probe microscope
CN114704585A (en) * 2022-04-22 2022-07-05 深圳市三思减振技术有限公司 Built-in active vibration reduction system
CN115528945A (en) * 2022-08-29 2022-12-27 上海大学 A Vibration Energy Elimination System

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