JP2000154843A - Vibration damping device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、IC、LSI、C
CD等の半導体デバイスや液晶パネル等の液晶デバイス
の製造に用いられる露光装置等の精密機器において、装
置設置基礎からの振動伝達を低減する除振装置に関す
る。The present invention relates to an IC, an LSI, a C
The present invention relates to an anti-vibration device for reducing transmission of vibration from a device installation base in a precision device such as an exposure device used for manufacturing a semiconductor device such as a CD or a liquid crystal device such as a liquid crystal panel.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子顕微鏡、半導体製造装置等の精密機
器の高精度化に伴い、それらを搭載する精密除振装置の
高性能化が求められている。特に半導体製造装置におい
ては適切かつ迅速な露光を行なわせるために、設置床振
動など外部から伝達する振動を極力排除する除振装置が
必要である。半導体製造装置では半導体ウエハを露光す
る際に露光用XYステージが完全停止の状態になければ
ならないからである。また露光用XYステージはステッ
プアンドリピートという間欠動作を特徴としているため
に、繰り返しのステップ運動が除振台自身の振動を励起
する。したがって除振装置には、外部振動に対する除振
性能と、搭載機器自身の動作により発生する振動に対す
る制振性能とをバランスよく実現することが求められ
る。2. Description of the Related Art With the increase in precision of precision instruments such as electron microscopes and semiconductor manufacturing equipment, there has been a demand for higher performance of precision vibration isolator equipped with them. Particularly, in a semiconductor manufacturing apparatus, in order to perform appropriate and quick exposure, a vibration isolator that eliminates vibration transmitted from the outside such as floor vibration of an installation as much as possible is required. This is because, in the semiconductor manufacturing apparatus, when exposing a semiconductor wafer, the XY stage for exposure must be in a completely stopped state. Further, since the exposure XY stage is characterized by an intermittent operation called step and repeat, the repetitive step motion excites the vibration of the vibration isolation table itself. Therefore, the vibration damping device is required to achieve a good balance between the vibration damping performance against external vibration and the vibration damping performance against vibration generated by the operation of the mounted device itself.
【0003】このような要求に対して、除振台の振動を
振動センサで計測し、その計測信号に応じてアクチュエ
ータで除振台を駆動する、いわゆるアクティブ方式の除
振装置が実用化されている。アクティブ方式の除振装置
ではアクチュエータとして空気ばねを用いることが一般
的である。空気ばねは、半導体製造装置のような重量物
を支持するのに十分な推力を容易に発生できるからであ
る。従来技術にみられる典型的な除振装置の構成を図5
に示す。In response to such a demand, a so-called active type anti-vibration apparatus has been put to practical use, in which vibration of the anti-vibration table is measured by a vibration sensor and the anti-vibration table is driven by an actuator according to the measurement signal. I have. In an active type vibration damping device, an air spring is generally used as an actuator. This is because the air spring can easily generate a thrust sufficient to support a heavy object such as a semiconductor manufacturing apparatus. FIG. 5 shows the configuration of a typical anti-vibration apparatus found in the prior art.
Shown in
【0004】図5に示した従来技術にみられる除振装置
の動作を説明する。露光用XYステージなどの精密機器
を搭載する除振台1は空気ばね5によって設置床100
から浮上支持されている。空気ばね5で除振台1を浮上
支持することにより、除振台1を設置床100から振動
絶縁することができる。空気ばね5の圧力は空気弁4に
よって調整される。空気弁4は図6に示すように給気ポ
ート61、排気ポート62および出力圧力ポート63の
3ポートを備えたノズルフラッパ型が一般的である。出
力圧力は空気弁駆動量(フラッパ開度)に応じて変化す
る。空気弁駆動量と出力圧力の特性を図7に示す。図7
のように、空気弁駆動量−出力圧力特性は非直線的でヒ
ステリシスがあり、非線形性が強い。また、一般に空気
ばねは応答が遅く圧力の定位性が悪い。そこで、空気弁
4を用いて空気ばね5の圧力を調整する場合は、空気ば
ね5の圧力を計測しその計測信号に応じて空気弁駆動量
を調整するというように、圧力のフィードバック制御を
行なうことが多い。The operation of the vibration isolator according to the prior art shown in FIG. 5 will be described. A vibration isolator 1 on which precision equipment such as an exposure XY stage is mounted is mounted on an
It is supported by floating. The vibration isolation table 1 can be vibration-insulated from the installation floor 100 by floatingly supporting the vibration isolation table 1 with the air spring 5. The pressure of the air spring 5 is adjusted by the air valve 4. As shown in FIG. 6, the air valve 4 is generally of a nozzle flapper type having three ports of an air supply port 61, an exhaust port 62 and an output pressure port 63. The output pressure changes according to the air valve drive amount (flapper opening). FIG. 7 shows the characteristics of the air valve drive amount and the output pressure. FIG.
As shown in the above, the air valve driving amount-output pressure characteristic is nonlinear, has hysteresis, and has strong nonlinearity. In general, an air spring has a slow response and poor localization of pressure. Therefore, when adjusting the pressure of the air spring 5 using the air valve 4, pressure feedback control is performed such that the pressure of the air spring 5 is measured and the air valve driving amount is adjusted according to the measurement signal. Often.
【0005】図5において、圧力センサ3は空気ばね5
の圧力を計測する。圧力目標生成器11は、空気ばね5
が除振台1を浮上支持した定常状態の圧力に対する目標
値を出力する。圧力補償器12は、後述する変位補償器
9および加速度補償器10の出力信号と圧力目標生成器
11の出力信号との和に対して、圧力センサ3の出力信
号が一致するような補償を行なう。パワー増幅器13は
圧力補償器11の出力に応じて空気弁4にパワーを供給
し、空気弁4を駆動する。このような圧力のフィードバ
ック制御によって、空気ばね5の圧力を所望の値に制御
する。In FIG. 5, a pressure sensor 3 is an air spring 5
Measure the pressure. The pressure target generator 11 includes the air spring 5
Outputs a target value with respect to the pressure in a steady state in which the vibration isolation table 1 is levitated and supported. The pressure compensator 12 performs compensation such that the output signal of the pressure sensor 3 matches the sum of the output signal of the displacement compensator 9 and the acceleration compensator 10 described later and the output signal of the pressure target generator 11. . The power amplifier 13 supplies power to the air valve 4 according to the output of the pressure compensator 11 and drives the air valve 4. Such pressure feedback control controls the pressure of the air spring 5 to a desired value.
【0006】また、変位センサ2は除振台1および空気
ばね5の変位を計測する。変位目標生成器7は除振台1
および空気ばね5の浮上変位に対する目標値を出力す
る。変位補償器9は変位目標生成器7の出力信号と変位
センサ2の出力信号の差がゼロとなるような補償を行な
う。これによって除振台1および空気ばね5の浮上変位
を一定に保持する。加速度センサ6は除振台1の振動を
計測する。加速度補償器10は加速度センサ6の出力信
号に補償を行ない、加速度の負帰還系を形成する。これ
によって除振台1に発生する振動を抑制する。[0006] The displacement sensor 2 measures the displacement of the vibration isolation table 1 and the air spring 5. The displacement target generator 7 is a vibration isolation table 1
And a target value for the floating displacement of the air spring 5 is output. The displacement compensator 9 performs compensation so that the difference between the output signal of the displacement target generator 7 and the output signal of the displacement sensor 2 becomes zero. Thus, the floating displacement of the vibration isolation table 1 and the air spring 5 is kept constant. The acceleration sensor 6 measures the vibration of the vibration isolation table 1. The acceleration compensator 10 compensates for the output signal of the acceleration sensor 6 to form a negative feedback system of acceleration. Thereby, the vibration generated in the vibration isolation table 1 is suppressed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】空気ばねを用いた除振
装置では、空気弁の非線形特性を補正するため、そして
空気ばねの圧力の定位性を改善するため、空気ばねの圧
力を圧力センサで計測しその出力信号に応じて空気弁を
駆動する、いわゆる圧力のフィードバック制御が行なわ
れている。ところが、空気ばねに対して圧力のフィード
バック制御を行なうと、空気ばねの剛性が低下して除振
台の振動が増大してしまうという問題点があった。空気
ばねが浮上支持する除振台は、除振台に作用する重力と
空気ばねからの支持力とが一致する状態で平衡してい
る。空気ばねからの支持力は、空気ばねと除振台の接触
部における有効受圧面積に空気ばねの圧力を乗じて定ま
るものである。半導体製造装置において除振台に載置さ
れる露光用XYステージの駆動反力など、何らかの外乱
力のため除振台に振動が発生した場合、本来、除振台の
変位に応じて空気ばねの容積が変化し空気ばねの圧力が
変わるので、除振台を平衡状態へ戻すような、変位に比
例した平衡状態への復元力が空気ばねから除振台に作用
する。これが空気ばねの剛性である。圧力のフィードバ
ック制御は空気ばねの圧力を一定に保持するように機能
するので、除振台の変位と空気ばねの容積変化が生じて
も空気ばねの圧力は変化しない。すなわち、空気ばねの
剛性が低下して、除振台に平衡状態への復元力が作用し
ない。よって、圧力のフィードバック制御を行なうと、
除振台に外乱力など何らかの要因で振動が発生した場
合、空気ばねの剛性低下のため除振台の振動が増大して
しまうという問題があった。従来の除振装置において、
圧力のフィードバック制御による空気ばねの剛性低下を
解決しているものは見受けられない。In a vibration isolator using an air spring, the pressure of the air spring is measured by a pressure sensor in order to correct the non-linear characteristics of the air valve and to improve the localization of the pressure of the air spring. A so-called pressure feedback control for measuring and driving the air valve according to the output signal is performed. However, when pressure feedback control is performed on the air spring, there is a problem that the rigidity of the air spring is reduced and the vibration of the vibration isolator increases. The vibration isolation table that the air spring floats and supports is balanced so that the gravity acting on the vibration isolation table and the support force from the air spring coincide. The supporting force from the air spring is determined by multiplying the effective pressure receiving area at the contact portion between the air spring and the vibration isolation table by the pressure of the air spring. In a semiconductor manufacturing apparatus, when vibrations occur in the vibration isolation table due to some disturbance force, such as a driving reaction force of the exposure XY stage mounted on the vibration isolation table, the air spring is originally driven by the displacement of the vibration isolation table. Since the volume changes and the pressure of the air spring changes, a restoring force to the equilibrium state in proportion to the displacement acts on the vibration isolation table, such as returning the vibration isolation table to the equilibrium state. This is the stiffness of the air spring. Since the pressure feedback control functions to keep the pressure of the air spring constant, the pressure of the air spring does not change even when the displacement of the vibration isolation table and the volume change of the air spring occur. That is, the rigidity of the air spring is reduced, and the restoring force to the equilibrium state does not act on the vibration isolation table. Therefore, when pressure feedback control is performed,
When vibration occurs in the vibration isolation table due to a disturbance force or the like, there is a problem that the vibration of the vibration isolation table increases due to a decrease in rigidity of the air spring. In a conventional vibration isolator,
Nothing solves the reduction in the rigidity of the air spring due to the feedback control of the pressure.
【0008】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものである。すなわち、本発明の目的は、空気ばねの
剛性低下を招くことなく空気ばねの圧力のフィードバッ
ク制御を行なうことができる除振装置を提供することに
ある。The present invention has been made in view of such circumstances. That is, an object of the present invention is to provide a vibration damping device capable of performing feedback control of the pressure of the air spring without lowering the rigidity of the air spring.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による除振装置は、除振台と、前記除振台を
支持する空気ばねと、前記空気ばねの圧力を調整する空
気弁と、前記空気ばねの圧力を計測する圧力センサと、
前記除振台の変位および前記空気ばねの変位を計測する
変位センサと、前記除振台の振動を計測する加速度セン
サと、前記加速度センサの出力信号に補償を施し加速度
の負帰還系を形成する加速度補償器と、前記除振台およ
び前記空気ばねの変位に対する目標値を出力する変位目
標生成器と、前記変位目標生成器の出力信号と前記変位
センサの出力信号との差信号に補償を施し前記除振台お
よび前記空気ばねの変位を制御する変位補償器と、ロー
カットフィルタと比例ゲイン要素を有する剛性補償器で
あり、かつ、前記変位センサの出力信号に補償を施し空
気ばねの剛性を制御する剛性補償器と、前記空気ばねの
圧力に対する目標値を出力する圧力目標生成器と、前記
加速度補償器および前記変位補償器および前記剛性補償
器および前記圧力目標生成器の出力信号と前記圧力セン
サの出力信号に補償を施し前記空気ばねの圧力を制御す
る圧力補償器と、前記圧力補償器の出力信号に応じて前
記空気弁を駆動するパワー増幅器を有することを特徴と
する。In order to achieve the above object, a vibration isolator according to the present invention comprises a vibration isolator, an air spring supporting the vibration isolator, and an air adjusting pressure of the air spring. A valve, a pressure sensor for measuring the pressure of the air spring,
A displacement sensor for measuring the displacement of the vibration isolation table and the displacement of the air spring; an acceleration sensor for measuring the vibration of the vibration isolation table; and a negative feedback system of the acceleration by compensating an output signal of the acceleration sensor. An acceleration compensator, a displacement target generator that outputs a target value for the displacement of the vibration isolation table and the air spring, and compensation for a difference signal between an output signal of the displacement target generator and an output signal of the displacement sensor. A displacement compensator for controlling the displacement of the vibration isolation table and the air spring, and a stiffness compensator having a low-cut filter and a proportional gain element, and controlling the stiffness of the air spring by performing compensation on an output signal of the displacement sensor. Stiffness compensator, a pressure target generator that outputs a target value for the pressure of the air spring, the acceleration compensator and the displacement compensator, the stiffness compensator and the pressure A pressure compensator for controlling the pressure of the air spring by compensating for the output signal of the target generator and the output signal of the pressure sensor, and a power amplifier for driving the air valve according to the output signal of the pressure compensator. It is characterized by the following.
【0010】また、本発明によるデバイス製造装置は、
前記除振装置を有することを特徴とする。デバイス製造
装置としては、ICやLSI等の半導体チップを製造す
るための半導体製造装置等がある。[0010] The device manufacturing apparatus according to the present invention comprises:
It is characterized by having the above-mentioned anti-vibration device. As a device manufacturing apparatus, there is a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor chip such as an IC or an LSI.
【0011】[0011]
【作用】空気ばねは露光用XYステージ等の精密機器を
搭載する除振台を浮上支持する。空気弁は空気ばねの圧
力を調整する。圧力センサは空気ばねの圧力を測定す
る。圧力目標生成器は空気ばねが除振台を浮上支持した
定常状態の圧力に対する目標値を出力する。圧力補償器
は、剛性補償器および変位補償器および加速度補償器の
出力信号と圧力目標生成器の出力信号との和に対して、
圧力センサの出力信号が一致するような補償を行なう。
パワー増幅器は圧力補償器の出力に応じて空気弁にパワ
ーを供給し、空気弁を駆動する。The air spring floats and supports a vibration isolation table on which precision equipment such as an exposure XY stage is mounted. The air valve regulates the pressure of the air spring. The pressure sensor measures the pressure of the air spring. The pressure target generator outputs a target value for a steady state pressure at which the air spring floats and supports the vibration isolation table. The pressure compensator calculates the sum of the output signal of the stiffness compensator, the displacement compensator and the acceleration compensator and the output signal of the pressure target generator,
Compensation is performed so that the output signals of the pressure sensors match.
The power amplifier supplies power to the air valve according to the output of the pressure compensator, and drives the air valve.
【0012】変位センサは除振台の変位および空気ばね
の浮上変位を計測する。変位目標生成器は除振台の変位
および空気ばねの変位に対する目標値を出力する。変位
補償器は除振台が所望の浮上位置へ定位するように変位
目標生成器の出力信号と変位センサの出力信号との差が
ゼロとなるような補償を行なう。加速度センサは除振台
に固定されており、除振台に生じる振動を加速度信号と
して計測する。加速度補償器は加速度センサの出力信号
に補償を行ない、加速度の負帰還を形成する。これによ
って除振台へダンピングを付与する。The displacement sensor measures the displacement of the vibration isolation table and the floating displacement of the air spring. The displacement target generator outputs target values for the displacement of the vibration isolation table and the displacement of the air spring. The displacement compensator performs compensation such that the difference between the output signal of the displacement target generator and the output signal of the displacement sensor becomes zero so that the vibration isolation table is localized at a desired floating position. The acceleration sensor is fixed to the vibration isolation table, and measures vibration generated in the vibration isolation table as an acceleration signal. The acceleration compensator compensates for the output signal of the acceleration sensor to form a negative feedback of the acceleration. This gives damping to the vibration isolation table.
【0013】ローカットフィルタと比例ゲイン要素を有
する剛性補償器は、除振台および空気ばねへ剛性を付与
するように、変位センサの出力信号に補償を行なう。空
気ばねが浮上支持する除振台は、除振台に作用する重力
と空気ばねからの支持力とが一致する状態で平衡してい
る。半導体製造装置において除振台に載置される露光用
XYステージの駆動反力など、何らかの外乱力のため除
振台に振動が発生した場合、剛性補償器はアクチュエー
タである空気ばねを介して除振台の変位あるいは空気ば
ねの変位に比例した平衡状態への復元力が除振台へ作用
するように機能する。A stiffness compensator having a low-cut filter and a proportional gain element compensates the output signal of the displacement sensor so as to add rigidity to the vibration isolation table and the air spring. The vibration isolation table that the air spring floats and supports is balanced so that the gravity acting on the vibration isolation table and the support force from the air spring coincide. In a semiconductor manufacturing apparatus, when vibrations occur in the vibration isolation table due to some disturbance force such as a driving reaction force of the exposure XY stage mounted on the vibration isolation table, the rigidity compensator removes the vibration via an air spring as an actuator. It functions so that the restoring force to the equilibrium state in proportion to the displacement of the shaking table or the displacement of the air spring acts on the vibration isolating table.
【0014】このように、圧力のフィードバック制御を
行なっても、剛性補償器の機能により空気ばねの剛性低
下は生じない。圧力のフィードバック制御は空気弁の非
線形特性を補正し空気ばねの圧力の定位性を改善する。
同時に、空気ばねの剛性低下は生じないので、振動抑制
性能の良好な除振装置を実現することができる。As described above, even if the feedback control of the pressure is performed, the function of the stiffness compensator does not reduce the stiffness of the air spring. The pressure feedback control corrects the non-linear characteristics of the air valve and improves the localization of the pressure of the air spring.
At the same time, since the rigidity of the air spring does not decrease, it is possible to realize an anti-vibration device with good vibration suppression performance.
【0015】[0015]
【実施例】本発明による除振装置の実施例について、図
面に基づき詳細に説明する。図1は本発明の一実施例に
係る除振装置の構成を示す。同図において、除振台1は
空気ばね5によって浮上支持されている。空気ばね5は
除振台1を浮上支持する支持脚であると同時に、除振台
1の振動を抑制するため空気ばね5の圧力変化により除
振台1へ制振力を作用させるアクチュエータでもある。
空気ばね5の圧力は空気弁4によって調整される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a vibration isolator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an anti-vibration apparatus according to one embodiment of the present invention. In the figure, the vibration isolation table 1 is supported by air springs 5 in a floating manner. The air spring 5 is a supporting leg for supporting the vibration isolation table 1 in a floating manner, and at the same time, an actuator for applying a vibration damping force to the vibration isolation table 1 by a pressure change of the air spring 5 to suppress the vibration of the vibration isolation table 1. .
The pressure of the air spring 5 is adjusted by the air valve 4.
【0016】圧力のフィードバック制御は次のように実
現されている。圧力センサ3は空気ばね5の圧力を計測
する。圧力目標生成器11は空気ばね5が除振台1を浮
上支持した定常状態の圧力に対する目標値を出力する。
圧力補償器12は、後述する剛性補償器8および変位補
償器9および加速度補償器10の出力信号と圧力目標生
成器11の出力信号との和に対して、圧力センサ3の出
力信号が一致するような補償を行なう。パワー増幅器1
3は圧力補償器11の出力に応じて空気弁4にパワーを
供給し、空気弁4を駆動する。このような圧力のフィー
ドバック制御によって、空気ばね5の圧力を所望の値に
制御する。The feedback control of the pressure is realized as follows. The pressure sensor 3 measures the pressure of the air spring 5. The pressure target generator 11 outputs a target value for a pressure in a steady state in which the air spring 5 supports the vibration isolation table 1 in a floating state.
In the pressure compensator 12, the output signal of the pressure sensor 3 matches the sum of the output signal of the rigidity compensator 8, the displacement compensator 9, and the output signal of the pressure target generator 11, which will be described later. Such compensation is performed. Power amplifier 1
Reference numeral 3 supplies power to the air valve 4 according to the output of the pressure compensator 11 to drive the air valve 4. Such pressure feedback control controls the pressure of the air spring 5 to a desired value.
【0017】変位センサ2は除振台1の変位および空気
ばね5の変位を計測する。ここでいう空気ばね5の変位
とは空気ばね5のストロークのことであり、除振台1の
変位と同一である。変位目標生成器7は除振台1の変位
および空気ばね5の浮上変位に対する目標値を出力す
る。変位補償器9は除振台1が所望の浮上位置へ定位す
るように変位目標生成器7の出力信号と変位センサ2の
出力信号との差がゼロとなるような補償を行なう。変位
補償器9は、その入力信号の積分で空気ばね5の圧力が
制御されるように設計するのが常套手段である。変位目
標生成器7の出力信号に対して除振台1の変位をオーバ
ーシュートすることなくすみやかに収束させるためであ
る。The displacement sensor 2 measures the displacement of the vibration isolation table 1 and the displacement of the air spring 5. Here, the displacement of the air spring 5 refers to the stroke of the air spring 5, and is the same as the displacement of the vibration isolation table 1. The displacement target generator 7 outputs target values for the displacement of the vibration isolation table 1 and the floating displacement of the air spring 5. The displacement compensator 9 performs compensation so that the difference between the output signal of the displacement target generator 7 and the output signal of the displacement sensor 2 becomes zero so that the vibration isolation table 1 is located at a desired floating position. Conventionally, the displacement compensator 9 is designed so that the pressure of the air spring 5 is controlled by integrating the input signal. This is for promptly converging the displacement of the vibration isolation table 1 with respect to the output signal of the displacement target generator 7 without overshooting.
【0018】加速度センサ5は除振台1に固定されてお
り、除振台1に生じる振動を加速度信号として計測す
る。加速度補償器10は加速度センサ6の出力信号に補
償を行ない、加速度の負帰還を形成する。前述したよう
に、変位補償器9はその入力信号の積分で空気ばね5の
圧力が制御されるように設計しているので、加速度補償
器10が加速度センサ6の出力に比例した補償値を生成
し、この補償値を変位補償器9へ入力すれば、加速度の
積分、すなわち速度に比例した制振力を除振台1に作用
させることができる。これによって除振台1へダンピン
グを与え、除振台1に生じる振動を効果的に抑制してい
る。The acceleration sensor 5 is fixed to the vibration isolation table 1, and measures a vibration generated in the vibration isolation table 1 as an acceleration signal. The acceleration compensator 10 compensates for the output signal of the acceleration sensor 6 to form a negative feedback of the acceleration. As described above, since the displacement compensator 9 is designed so that the pressure of the air spring 5 is controlled by integrating the input signal, the acceleration compensator 10 generates a compensation value proportional to the output of the acceleration sensor 6. If the compensation value is input to the displacement compensator 9, an integral of the acceleration, that is, a vibration damping force proportional to the velocity can be applied to the vibration damping table 1. Thereby, damping is given to the vibration isolation table 1, and the vibration generated in the vibration isolation table 1 is effectively suppressed.
【0019】ローカットフィルタ14と比例ゲイン要素
15を有する剛性補償器8は、除振台1および空気ばね
5へ剛性を付与するように、変位センサ2の出力信号に
補償を行なう。空気ばね5が浮上支持する除振台1は、
除振台1に作用する重力と空気ばね5からの支持力とが
一致する状態で平衡している。半導体製造装置において
除振台1に載置される露光用XYステージの駆動反力な
ど、何らかの外乱力のため除振台1に振動が発生した場
合、剛性補償器8はアクチュエータである空気ばね5を
介して除振台1の変位あるいは空気ばね5の変位に比例
した平衡状態への復元力が除振台1へ作用するように機
能する。これによって、除振台1および空気ばね5に剛
性を与え、除振台1に生じる振動を効果的に抑制してい
る。A stiffness compensator 8 having a low-cut filter 14 and a proportional gain element 15 compensates for the output signal of the displacement sensor 2 so as to provide stiffness to the vibration isolation table 1 and the air spring 5. The anti-vibration table 1 that the air spring 5 floats and supports is
The gravity acting on the vibration isolation table 1 and the support force from the air spring 5 are in equilibrium with each other. In the semiconductor manufacturing apparatus, when vibration occurs in the vibration isolation table 1 due to some disturbance force such as a driving reaction force of the exposure XY stage mounted on the vibration isolation table 1, the stiffness compensator 8 includes the air spring 5 as an actuator. And a restoring force to an equilibrium state in proportion to the displacement of the vibration isolation table 1 or the displacement of the air spring 5 acts on the vibration isolation table 1. Thereby, rigidity is given to the vibration isolation table 1 and the air spring 5, and the vibration generated in the vibration isolation table 1 is effectively suppressed.
【0020】剛性補償器8と変位補償器9はどちらも変
位センサ2の信号を入力としているが、これまで説明し
たように両者の機能は全く異なっている。剛性補償器8
は除振台1の変位あるいは空気ばね5の変位に比例した
平衡状態への復元力を除振台1へ作用させるように機能
する。これによって、前述した圧力のフィードバックに
よる空気ばね5の剛性低下を回避することができる。変
位補償器9は除振台1が所望の浮上位置へオーバーシュ
ートすることなく定位するように、変位目標生成器7の
出力信号と変位センサ2の出力信号との差の積分で除振
台1へ力が作用するように機能する。したがって、変位
補償器9の機能によって空気ばね5へ剛性を付与するこ
とはできない。剛性とは変位に比例した平衡状態への復
元力のことだからである。Although both the stiffness compensator 8 and the displacement compensator 9 receive the signal of the displacement sensor 2, their functions are completely different as described above. Stiffness compensator 8
Functions to apply a restoring force to an equilibrium state in proportion to the displacement of the vibration isolation table 1 or the displacement of the air spring 5 to the vibration isolation table 1. Thus, it is possible to avoid a decrease in the rigidity of the air spring 5 due to the above-described feedback of the pressure. The displacement compensator 9 integrates the difference between the output signal of the displacement target generator 7 and the output signal of the displacement sensor 2 so that the vibration isolation table 1 is located without overshooting to a desired floating position. It functions so that a force acts. Therefore, rigidity cannot be given to the air spring 5 by the function of the displacement compensator 9. This is because rigidity is a restoring force to an equilibrium state in proportion to the displacement.
【0021】以下、剛性補償器8の動作をさらに詳しく
説明する。図2は除振台1、空気弁4および空気ばね5
からなる部分の動力学モデルを示す。除振台1は質量Μ
の質量要素としてモデル化できる。その変位をx、除振
台1に作用する外乱力をf、また除振台1が空気ばね5
から力を受ける部分の有効受圧面積をAとする。空気弁
4は空気弁駆動量uに応じて空気の流入流出流量と空気
ばね5の圧力pを調整する。圧力pは平衡状態からの変
動量であるとして、図2より除振台1の運動に関して
(1)式が得られる。また空気ばね5の圧力に関して
(2)式が成立する。Hereinafter, the operation of the rigidity compensator 8 will be described in more detail. FIG. 2 shows an anti-vibration table 1, an air valve 4 and an air spring 5.
2 shows a dynamic model of a portion consisting of. Vibration isolation table 1 has massΜ
Can be modeled as the mass element of The displacement is x, the disturbance force acting on the vibration isolation table 1 is f, and the vibration isolation table 1 is an air spring 5.
Let A be the effective pressure receiving area of the portion receiving the force from. The air valve 4 adjusts the inflow / outflow flow rate of air and the pressure p of the air spring 5 according to the air valve drive amount u. Assuming that the pressure p is a fluctuation amount from the equilibrium state, the equation (1) is obtained from FIG. The expression (2) holds for the pressure of the air spring 5.
【0022】[0022]
【数1】 (Equation 1)
【0023】(2)式において、左辺の圧力pに掛かる
係数ωは空気ばね5の機械的パラメータから定まる物理
量である。また、右辺の空気弁駆動量uに掛かる係数G
q は空気弁4の圧力ゲインである。同じく右辺で除振台
1の変位xを含む項は変位xによって空気ばね5の圧力
pが変化することを表わしており、Gv はその影響係数
である。(1)式および(2)式をラプラス変換するこ
とにより、図2の動力学モデルを数学的に示した図3の
ブロック線図が得られる。図3において、記号sはラプ
ラス演算子を表わす。図3より、入力を空気弁駆動量u
および外乱力f、出力を除振台1の変位xとした入出力
式は(3)式のようになる。(3)式においては、左辺
のAGv s/(s+ω)が空気ばね5の剛性を表わして
いる。In the equation (2), the coefficient ω applied to the pressure p on the left side is a physical quantity determined from the mechanical parameters of the air spring 5. Also, a coefficient G that affects the air valve drive amount u on the right side
q is the pressure gain of the air valve 4. Similarly the term including displacement x of the anti-vibration table 1 on the right side represents the changing pressure p of the air spring 5 by a displacement x, G v is its influence coefficients. By Laplace transforming the equations (1) and (2), a block diagram of FIG. 3 that mathematically shows the dynamic model of FIG. 2 is obtained. In FIG. 3, the symbol s represents the Laplace operator. From FIG. 3, the input is the air valve drive amount u.
The input / output equation in which the disturbance force f and the output are the displacement x of the vibration isolation table 1 is as shown in equation (3). (3) In the formula, the left side of the AG v s / (s + ω ) represents the stiffness of the air spring 5.
【0024】[0024]
【数2】 (Equation 2)
【0025】本実施例による除振装置の動作を数学的に
示したブロック線図が図4である。図4は剛性補償器8
の動作を説明するのに必要十分な要素のみを示してお
り、変位補償器9、加速度補償器10など他の構成要素
は省略している。図4において圧力補償器12は比例演
算器でありそのゲインをGとする。また剛性補償器8の
伝達関数をGk とする。入力を外乱力f、出力を除振台
1の変位xとした図4の入出力式は(4)式のとおりで
ある。FIG. 4 is a block diagram mathematically showing the operation of the vibration damping device according to this embodiment. FIG. 4 shows the rigidity compensator 8.
Only elements necessary and sufficient to explain the operation of FIG. 1 are shown, and other components such as the displacement compensator 9 and the acceleration compensator 10 are omitted. In FIG. 4, the pressure compensator 12 is a proportional calculator, and its gain is represented by G. The transfer function of the stiffness compensator 8 is G k . The input / output equation in FIG. 4 where the input is the disturbance force f and the output is the displacement x of the vibration isolation table 1 is as shown in equation (4).
【0026】[0026]
【数3】 (Equation 3)
【0027】もしも剛性補償器8がなくてGk =0であ
ったとしたら、(4)式の入出力式は(5)式のように
なる。この場合、空気ばね5の剛性を表わす剛性項は
(5)式の左辺よりAGv s/(s+ω+Gq G)であ
るが、圧力補償器12のゲインGが剛性項の分母にある
ので、ゲインGが大きいほど剛性項は小さくなる。つま
り、圧力のフィードバックループのゲインGを大きくす
るほど空気ばね5の剛性は低下することが(5)式から
わかる。If G k = 0 without the stiffness compensator 8, the input / output equation of the equation (4) becomes the equation (5). In this case, the stiffness term which represents the stiffness of the air spring 5 is (5) the left side than the AG v s / of formula (s + omega + G q G), the gain G of the pressure compensator 12 is in the denominator of the rigid section, the gain As G increases, the rigidity term decreases. That is, it can be seen from equation (5) that the rigidity of the air spring 5 decreases as the gain G of the pressure feedback loop increases.
【0028】[0028]
【数4】 (Equation 4)
【0029】剛性補償器8は圧力のフィードバック制御
による空気ばね5の剛性低下を回避するように機能す
る。(4)式からわかるように、剛性補償器8の動作に
よって、空気ばね5の剛性項はAGv s/(s+ω+G
q G)+AGv /(s+ω+Gq G)xGq GGk /G
v となっている。すなわち、剛性補償器8の伝達関数G
k を大きくとるほど剛性項も大きくなるので、空気ばね
5にとって必要な剛性が確保できる。伝達関数Gk は、
具体的には次のように設計すればよい。まず、圧力のフ
ィードバック制御を行なわない場合、空気ばね5の剛性
項は(3)式左辺よりAGv s/(s+ω)であった。
伝達関数Gk は、本発明による除振装置の入出力式であ
る(4)式の剛性項がこれに一致するように設計する。
(3)式と(4)式を比較すれば、剛性補償器8の伝達
関数Gk は(6)式のように定まる。The stiffness compensator 8 functions to avoid a decrease in the stiffness of the air spring 5 due to pressure feedback control. (4) As can be seen from the equation, by the operation of the rigid compensator 8, the stiffness term of the air spring 5 AG v s / (s + ω + G
q G) + AG v / ( s + ω + G q G) xG q GG k / G
v . That is, the transfer function G of the rigidity compensator 8
Since the rigidity term increases as k increases, the rigidity required for the air spring 5 can be secured. The transfer function G k is
Specifically, it may be designed as follows. First, when no feedback control of the pressure, stiffness term of the air spring 5 is (3) / left side of equation than AG v s (s + ω) .
The transfer function G k is designed so that the rigidity term of the equation (4), which is the input / output equation of the vibration damping device according to the present invention, matches this equation.
Comparing Equations (3) and (4), the transfer function G k of the stiffness compensator 8 is determined as in Equation (6).
【0030】[0030]
【数5】 (Equation 5)
【0031】(6)式で定めた伝達関数Gk を本実施例
による除振装置の入出力式である(4)式に代入すると
(7)式が得られる。(7)式の左辺と、圧力のフィー
ドバック制御を行なわない場合の入出力式である(3)
式の左辺は全く同一である。剛性補償器8の動作によっ
て、圧力のフィードバック制御を行なわない場合と全く
同一な空気ばね5の剛性を確保できることがわかる。ま
た、(6)式で示される剛性補償器8の伝達関数Gk は
ローカットフィルタを表わす伝達関数s/(s+ω) と
比例ゲインGv (ω+Gq G)/Gq Gとの直列結合で
構成されている。本実施例による除振装置は、剛性補償
器8がローカットフィルタ14と比例ゲイン要素15を
有することを特徴としている。By substituting the transfer function G k determined by the expression (6) into the input / output expression (4) of the vibration isolator according to the present embodiment, the expression (7) is obtained. Equation (7) is an input / output equation when the feedback control of the pressure is not performed on the left side of the equation (3).
The left side of the equation is exactly the same. It can be seen that the operation of the stiffness compensator 8 can ensure exactly the same stiffness of the air spring 5 as when pressure feedback control is not performed. The transfer function G k of the stiffness compensator 8 represented by the equation (6) is formed by a series connection of a transfer function s / (s + ω) representing a low cut filter and a proportional gain G v (ω + G q G) / G q G. Have been. The vibration isolator according to the present embodiment is characterized in that the stiffness compensator 8 has a low cut filter 14 and a proportional gain element 15.
【0032】[0032]
【数6】 (Equation 6)
【0033】このように、剛性補償器8の動作によって
空気ばね5の剛性低下を回避することができるので、本
実施例による除振装置は好適な振動抑制性能を実現して
いる。なお、本発明による除振装置は図1に示した実施
形態に限定されるものではない。空気ばねの剛性低下を
生じることなく空気ばねの圧力のフィードバック制御を
行なうことができる除振装置であるという本発明の本質
は、除振台の形状やそれを支持する空気ばねの台数と配
置などを問わず実施できる。また、本発明による除振装
置を有する半導体製造装置は、逐次駆動型、走査型のい
ずれにおいても実現できる。As described above, since the rigidity of the air spring 5 can be prevented from being reduced by the operation of the rigidity compensator 8, the vibration isolator according to the present embodiment realizes a suitable vibration suppression performance. Note that the vibration isolation device according to the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. The essence of the present invention, which is an anti-vibration device capable of performing feedback control of the pressure of the air spring without lowering the rigidity of the air spring, includes the shape of the anti-vibration table and the number and arrangement of the air springs supporting the same. It can be implemented regardless of. Further, the semiconductor manufacturing apparatus having the anti-vibration device according to the present invention can be realized by any of a sequential driving type and a scanning type.
【0034】これまで用いた数式記号を次にまとめて列
記する。 M:除振台1の質量 A:空気ばね5の有効受圧面積 x:除振台1の変位 p:空気ばね5の圧力 u:空気弁駆動量 f:除振台1に作用する外乱力 ω:空気ばね5の機械的パラメータから定まる物理量 Gq :空気弁4の圧力ゲイン Gv :除振台1の変位xから空気ばね5の圧力pへの影
響係数 G:圧力補償器12が比例演算器であるときのゲイン Gk :剛性補償器8の伝達関数The mathematical symbols used so far are summarized below. M: mass of the vibration isolation table 1 A: effective pressure receiving area of the air spring 5 x: displacement of the vibration isolation table 1 p: pressure of the air spring 5 u: driving amount of the air valve f: disturbance force acting on the vibration isolation table 1 : Physical quantity determined from mechanical parameters of the air spring 5 G q : Pressure gain of the air valve 4 G v : Influence coefficient of the displacement x of the vibration isolation table 1 to the pressure p of the air spring 5 G: The pressure compensator 12 performs a proportional operation G k when the device is a compensator: Transfer function of the stiffness compensator 8
【0035】[0035]
【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した除振装
置を有する露光装置を利用したデバイスの生産方法の実
施例を説明する。図8は微小デバイス(ICやLSI等
の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッ
ド、マイクロマシン等)の製造のフローを示す。ステッ
プ1(回路設計)ではデバイスのパターン設計を行な
う。ステップ2(マスク製作)では設計したパターンを
形成したマスクを製作する。一方、ステップ3(ウエハ
製造)ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを
製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼
ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラ
フィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次
のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ
4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化す
る工程であり、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)等の工程
を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作製され
た半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の
検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完
成し、これが出荷(ステップ7)される。[Embodiment of Device Production Method] Next, an embodiment of a device production method using an exposure apparatus having the above-described vibration isolator will be described. FIG. 8 shows a flow of manufacturing micro devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, CCDs, thin-film magnetic heads, micromachines, etc.). In step 1 (circuit design), a device pattern is designed. Step 2 is a process for making a mask on the basis of the designed pattern. On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon or glass. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer. The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer prepared in step 4, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). including. In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device manufactured in step 5 are performed. Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).
【0036】図9は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では上記説明した除振装置を有する露
光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露
光する。ステップ17(現像)では露光したウエハを現
像する。ステップ18(エッチング)では現像したレジ
スト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト
剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを
取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによ
って、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本
実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった
高集積度のデバイスを低コストに製造することができ
る。FIG. 9 shows a detailed flow of the wafer process. Step 11 (oxidation) oxidizes the wafer's surface. Step 12 (CVD) forms an insulating film on the wafer surface. Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. Step 15
In (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern on the mask is printed and exposed on the wafer by the exposure apparatus having the above-described vibration isolator. Step 17 (development) develops the exposed wafer. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer. By using the production method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated device, which was conventionally difficult to manufacture, at low cost.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空気ばねの剛性を低下させずに空気ばねの圧力のフィー
ドバック制御を行なうことができる除振装置を提供する
ことができる。本発明による除振装置においては、圧力
のフィードバック制御が空気弁の非線形特性を補正し、
空気ばねの圧力の定位性を改善する。同時に、従来技術
で問題となっていた空気ばねの剛性低下は生じないの
で、好適な振動抑制性能を実現することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a vibration damping device capable of performing feedback control of the pressure of the air spring without reducing the rigidity of the air spring. In the vibration damping device according to the present invention, the feedback control of the pressure corrects the non-linear characteristic of the air valve,
Improves the localization of air spring pressure. At the same time, a reduction in the rigidity of the air spring, which has been a problem in the prior art, does not occur, so that suitable vibration suppression performance can be realized.
【図1】 本発明の一実施例に係る除振装置の構成図で
ある。FIG. 1 is a configuration diagram of a vibration isolation device according to an embodiment of the present invention.
【図2】 除振台と空気ばねの動力学モデルを示す図面
である。FIG. 2 is a drawing showing a dynamic model of a vibration isolation table and an air spring.
【図3】 除振台と空気ばねの動力学モデルを数学的に
示す図面である。FIG. 3 is a drawing mathematically showing a dynamic model of a vibration isolation table and an air spring.
【図4】 本発明による除振装置の動作を数学的に示す
図面である。FIG. 4 is a view mathematically illustrating an operation of the vibration damping device according to the present invention.
【図5】 従来技術による除振装置を示す図面である。FIG. 5 is a view illustrating a vibration isolator according to the related art.
【図6】 空気弁の構造を示す図面である。FIG. 6 is a drawing showing a structure of an air valve.
【図7】 空気弁の特性を示す図面である。FIG. 7 is a drawing showing characteristics of an air valve.
【図8】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a flow of manufacturing a micro device.
【図9】 図8におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a detailed flow of a wafer process in FIG. 8;
1:除振台、2:変位センサ、3:圧力センサ、4:空
気弁、5:空気ばね、6:加速度センサ、7:変位目標
生成器、8:剛性補償器、9:変位補償器、10: 加速
度補償器、11: 圧力目標生成器、12: 圧力補償器、
13:パワー増幅器、14:ローカットフィルタ、1
5:比例ゲイン要素。1: vibration isolation table, 2: displacement sensor, 3: pressure sensor, 4: air valve, 5: air spring, 6: acceleration sensor, 7: displacement target generator, 8: rigidity compensator, 9: displacement compensator, 10: acceleration compensator, 11: pressure target generator, 12: pressure compensator,
13: power amplifier, 14: low cut filter, 1
5: proportional gain element.
フロントページの続き Fターム(参考) 3J048 AB08 AB11 AB20 AD02 BE02 CB13 EA13 3J069 AA21 AA32 AA52 EE01 5F046 AA23 DA27 DA30 DB14 5H004 GA09 GB15 HA07 HB03 HB07 HB09 JA03 JB15 KB21 KB33 KB39 LA05 LA13 LA20 MA11 MA13 Continued on the front page F-term (reference) 3J048 AB08 AB11 AB20 AD02 BE02 CB13 EA13 3J069 AA21 AA32 AA52 EE01 5F046 AA23 DA27 DA30 DB14 5H004 GA09 GB15 HA07 HB03 HB07 HB09 JA03 JB15 KB21 KB33 KB39 LA05 LA13 LA20 MA11 MA13
Claims (3)
ンサと、 前記除振台および前記空気ばねの変位に対する目標値を
出力する変位目標生成器と、 前記変位目標生成器の出力信号と前記変位センサの出力
信号との差信号に補償を施し前記除振台および前記空気
ばねの変位を制御する変位補償器と、 前記除振台の振動を計測する加速度センサと、 前記加速度センサの出力信号に補償を施して前記変位補
償器の入力側に前記除振台の加速度を負帰還する加速度
補償器と、 前記空気ばねの圧力を計測する圧力センサと、 前記空気ばねの圧力に対する目標値を出力する圧力目標
生成器と、 前記変位補償器および前記圧力目標生成器の出力信号と
前記圧力センサの出力信号との合成信号に補償を施し前
記空気ばねの圧力を制御する圧力補償器と、 前記圧力補償器の出力信号に応じて前記空気弁を駆動す
るパワー増幅器と、 ローカットフィルタと比例ゲイン要素を有する剛性補償
器であり、かつ、前記変位センサの出力信号に補償を施
し前記圧力補償器の入力側に負帰還して空気ばねの剛性
を制御する剛性補償器とを有することを特徴とする除振
装置。An anti-vibration table, an air spring supporting the anti-vibration table, an air valve for adjusting a pressure of the air spring, a displacement sensor for measuring a displacement of the anti-vibration table and the air spring, A displacement target generator that outputs a target value with respect to the displacement of the vibration isolation table and the air spring, and performs compensation on a difference signal between an output signal of the displacement target generator and an output signal of the displacement sensor. A displacement compensator for controlling the displacement of the air spring, an acceleration sensor for measuring the vibration of the vibration isolation table, and a compensation for the output signal of the acceleration sensor to provide an input side of the vibration compensation table with the vibration isolation table. An acceleration compensator that negatively feeds back acceleration, a pressure sensor that measures the pressure of the air spring, a pressure target generator that outputs a target value for the pressure of the air spring, and a displacement compensator and the pressure target generator. output A pressure compensator that controls the pressure of the air spring by compensating a combined signal of the output signal of the pressure sensor and the output signal of the pressure sensor; a power amplifier that drives the air valve according to the output signal of the pressure compensator; A stiffness compensator having a filter and a proportional gain element, and having a stiffness compensator for compensating an output signal of the displacement sensor and negatively feedback to an input side of the pressure compensator to control the stiffness of the air spring. A vibration isolator characterized by the above-mentioned.
を特徴とするデバイス製造装置。2. A device manufacturing apparatus comprising the vibration isolator according to claim 1.
いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造
方法。3. A device manufacturing method, comprising manufacturing a device using the device manufacturing apparatus according to claim 2.
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