CN101290477B

CN101290477B - 平衡减震台

Info

Publication number: CN101290477B
Application number: CN2008100376508A
Authority: CN
Inventors: 吕洋
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-05-20
Also published as: CN101290477A

Abstract

本发明提供了一种平衡减震台，包括基础框架、辅助平衡块、主平衡块、平面平衡机构、工作台以及两连杆矫正机构；所述辅助平衡块一端面连接在基础框架上，另一端面与主平衡块连接；两连杆矫正机构通过固定基座固定在辅助平衡块上，另一端连杆与主平衡块连接；所述平面平衡机构设置在主平衡块上，并连接工作台。上层主平衡块用于平衡工件台运动产生的作用力X，Y和Rz。下层辅助平衡块只是作为一个辅助，在整个运动过程中只使用两个电机，结构简单，并且实现了完全的减震隔离。

Description

平衡减震台

技术领域

本发明涉及平衡减震领域，尤其关于一种平衡减震台。

背景技术

传统的光刻机工作台大多采用多层的导轨技术，平台的底部直接与减震系统连接。但是随着硅片直径从200mm增加到300mm，产率要求的提高以及线宽和套刻精度的要求越来越高，直接带来的影响是工件台运动行程的增加，运动速度的提高，和更高精度的要求，这样，对减震系统的要求也越来越高。但是，要提高减震系统的能力成本较高，同时难度也较大。因此，用于抵消应力的平衡块技术也随之发展起来了。平衡块技术就是利用动量守恒原理：将电机的定子安装在质量较大的平衡块上，动子与平衡块分别用气浮轴承支撑；在动子与定子的相互作用下，它们便分别向相反的方向运动。

现有的平衡块平衡技术分为单层主动控制和双层被动控制。对于单层主动控制，特点是运用多个电机平衡工件台运动产生的作用力X，Y和Rz。当工件台向一个方向运动时，对应的平衡电机向反方向运动，抵消工件台运动产生的作用力。同时通过几个平衡电机的组合运动，消除Rz方向的扭矩。这种方式结构比较简单，但是所使用的电机较多，同时控制算法复杂。

对于双层被动控制，特点是上层的平衡块来抵消X方向的反作用力，下层的平衡块抵消Y和Rz方向的反作用力。同时使用矫正结构来对底层的平衡块进行Rz方向的矫正。该方法控制上比单层主动结构简单，但是结构复杂，同时，矫正结构的电机固定在基座上，运动的时候也会将反作用力传递给基座，没有实现完全的减震。

发明内容

为满足大移动量工作台的平衡减震需求，本发明提供了一种平衡减震台，包括基础框架、辅助平衡块、主平衡块、平面平衡机构、工作台以及两连杆矫正机构；

所述辅助平衡块一端面通过气浮轴承连接在基础框架上，另一端面与主平衡块通过气浮轴承连接；所述两连杆矫正机构包括两个连杆、两个力矩电机以及固定基座，两力矩电机之间通过一个连杆连接，一个力矩电机上设置固定基座用以固定辅助平衡块，另一力矩电机通过另一个连杆连接主平衡块；所述平面平衡机构设置在主平衡块上，并连接工作台。

平面平衡机构包括X向直线电机、Y向直线电机、X向导轨、Y向导轨、以及Y向气浮轴承；所述Y向直线电机和Y向导轨固定在主平衡块上；Y向气浮轴承在Y向导轨上滑动，并且与X向导轨连接；X向直线电机固定在X向导轨上；工作台由X向直线电机驱动，并通过气浮轴承与X向导轨相连。

本发明所述的平衡减震台是一种主辅双层被动技术，上层平衡块作为主平衡块，用于平衡工件台运动产生的作用力X，Y和Rz。底层的平衡块只是作为一个辅助的部分，在整个运动过程中只使用两个电机，结构简单，并且实现了完全的减震隔离。

附图说明

图1为本发明所述平衡减震平台的前视图；

图2为本发明所述平衡减震平台的俯视图；

图3为本发明所述两连杆矫正机构的结构图；

具体实施方式

下面通过说明书附图，详细阐述本发明的一个具体实施例：

平衡块的设计是利用质心守恒定律：相互作用的两个物体，作用力总是等于反作用。如果电机的直接固定在静止的底座上，那么当电机在运动过程中，所有的反作用力全部作用在静止的基座上，如果电机固定在可以运动的基座上，那么反作用力使基座朝电机的反方向运动，平衡块运动距离根据下面公式确定：

Sb＝-Ss*Ms/Mb

其中：

Sb是平衡块的运动距离；

Ss是电机的运动距离；

Ms是电机动子和负载的质量；

Mb是平衡块的质量。

本平衡技术在以前的基础上，将平衡块分为主辅两个部分。上层平衡块作为主平衡块，用于平衡工件台运动产生的作用力X，Y和Rz。底层的平衡块只是作为一个辅助的部分，用于矫正上层平衡块产生的Rz方向的位移误差。

如说明书附图所示：

当Y向气浮轴承8处于Y向导轨7中间的时候，如果工件台10向X正方向运动，主平衡块就向X负方向运动相应的距离。同理，当工件台处于X向导轨9中间的时候。Y向电机向Y正方向运动时，主平衡块就向Y负方向运动相应的距离。在这两种情况下，都没有转矩的产生，所以主平衡块只是做直线运动，不会发生转动。此时，辅助平衡块3与主平衡块5一起做跟随运动。两连杆矫正机构12处于保持状态，让辅助平衡块和主平衡块保持一致的运动。

当Y向气浮轴承8不处于Y向导轨7中间的时候，如果工件台10向X正方向运动，主平衡块就向X负方向运动相应的距离，同时，由于偏心带来了一个扭矩

τ＝F*L

F为电机的反作用力

L为偏心的距离

如果没有力矩来矫正这个扭矩，就会带来主平衡块块的偏转。从而导致工件台的旋转。这时候，矫正机构12开始工作。根据此时工件台所处的位置，和速度，加速度信息，计算出一个合适的输出，来平衡偏心所带来的扭矩，保证主平衡块在整个行程中只有X，Y方向的直线运动，而且没有绕Z轴的旋转。

如附图3，矫正机构的由两个力矩电机122和124，两个连杆123和125组成以及连接在辅助平衡块上的基座121组成。当矫正机构作用时，它所产生的反作用力作用于辅助平衡块。辅助平衡块和基础框架之间也是通过气浮轴承连接，这样，当辅助平衡块运动时，不会将振动传递给基础框架，因此实现了震动的完全隔离。

由于在工件台运动过程中，主动平衡块和被动平衡块也是处于运动的过程，因此，工件台的位置控制依靠安装在基础框架上的激光干涉仪，通过激光干涉仪来测量。激光干涉仪安装在基础框架上，能够提供工件台的绝对位置，同时由于震动隔离，能够减少测量的误差。

同时，在框架上还可以加装机械手装置，用于机器的初始化和复位。机器的复位是在换片的过程中进行的，不会影响正常的工作状态。

以上介绍的仅仅是基于本发明的一个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的机制作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims

1.一种平衡减震台，其特征在于包括：基础框架、辅助平衡块、主平衡块、平面平衡机构、工作台以及两连杆矫正机构；

所述辅助平衡块一端面通过气浮轴承连接在基础框架上，另一端面与主平衡块通过气浮轴承连接；所述两连杆矫正机构包括两个连杆、两个力矩电机以及固定基座，两力矩电机之间通过所述两个连杆中的一个连杆连接，一个力矩电机上设置固定基座用以固定辅助平衡块，另一力矩电机通过所述两个连杆中的另一个连杆连接主平衡块；所述平面平衡机构设置在主平衡块上，并连接工作台。

2.如权利要求1所述的平衡减震台，其特征在于所述平面平衡机构包括X向直线电机、Y向直线电机、X向导轨、Y向导轨、以及Y向气浮轴承；

所述Y向直线电机和Y向导轨固定在主平衡块上；Y向气浮轴承在Y向导轨上滑动，并且与X向导轨连接；X向直线电机固定在X向导轨上。

3.如权利要求2所述的平衡减震台，其特征在于所述工作台由X向直线电机驱动，并通过气浮轴承与X向导轨相连。

4.如权利要求1所述的平衡减震台，其特征在于在基础框架上还设有机械手装置，用于平衡减震台的初始化和复位。

5.如权利要求1所述的平衡减震台，其特征在于基础框架上还设有激光干涉仪，通过激光干涉仪来测量工作台的绝对位置。