CN101305206A - 振动隔离系统及方法 - Google Patents

振动隔离系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101305206A
CN101305206A CNA2006800417297A CN200680041729A CN101305206A CN 101305206 A CN101305206 A CN 101305206A CN A2006800417297 A CNA2006800417297 A CN A2006800417297A CN 200680041729 A CN200680041729 A CN 200680041729A CN 101305206 A CN101305206 A CN 101305206A
Authority
CN
China
Prior art keywords
control signal
signal
response
controller
generates
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
CNA2006800417297A
Other languages
English (en)
Inventor
M·J·弗沃尔德尔唐克
H·斯托特杰斯迪克
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.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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 Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN101305206A publication Critical patent/CN101305206A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/709—Vibration, e.g. vibration detection, compensation, suppression or isolation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

一种用于把质量与振动隔离的系统和方法，包括：适于连接到所述质量32的致动器34，该致动器34对组合控制信号46做出响应；适于被连接成测量该质量32的位置的位置传感器36，该位置传感器36生成位置信号38；响应于所述位置信号38和位置设置点信号58而生成位置误差信号50的比较器51；以及响应于所述位置误差信号50而生成组合控制信号46的组合控制器40；其中，当所述位置误差信号50处于操作范围之外时，所述组合控制器40调节所述组合控制信号46，以便改变系统特性。

Description

振动隔离系统及方法
技术领域
本发明总体涉及振动隔离系统，更具体来说，本发明涉及具有非线性控制的振动隔离系统。
背景技术
某些灵敏的制造工艺和仪器操作需要把一定质量(mass)与其周围环境中的振动隔离。灵敏的制造工艺的一个例子是用于生产集成电路的光刻术。在其上制作集成电路的晶片被放置在操作台上，所述操作台对于地面振动非常灵敏。任何振动都会影响所述光刻术的精度，从而会降低所述集成电路的质量。灵敏的仪器操作的一个例子是地震仪器操作，比如地音探听器(geophone)。在地震仪器操作中，把一定质量保持静止，并且测量所述质量相对于其周围环境的速度，以便测量地震活动。所述质量必须自由浮动，以便检测地面振动。在灵敏的仪器操作中的用途的另一个例子是在用于主动振动隔离的有效载荷隔离系统中把一定质量用作参考质量(其中包括惯性参考质量)，正如在授予Vervoordeldonk等人的标题为“Actuator Arrangement forActive Vibration Isolation Comprising an Inertial ReferenceMass(包括惯性参考质量的用于主动振动隔离的致动器设置)”的WIPO国际公开No.WO 2005/024266A1中所描述的那样，其被转让给本申请的受让人并且被合并在此以作参考。所述参考质量提供了用于测量到有效载荷的距离的静止点，比如光刻台。
图1是标准悬挂系统的方框图。该标准模型包括将被隔离的质量M，其中利用刚度k和阻尼d将其支撑在表面上方。在振动隔离应用中，刚度k较小，以便提供低谐振频率。刚度k应当尽可能地小，以便提供最佳的振动隔离，但是这样做导致当所述质量M受到外部扰动的激励时性能欠佳。首先，当受到外力扰动时，所述系统导致较大的时间和空间漂移。其次，在受到外力扰动之后，这种系统展现出软悬挂质量的缓慢稳定行为。一种在发生过度扰动之后减小所述较大漂移的方法是合并物理终点止动装置(end stop)，以便限制所述质量的行程。这样在所述终点止动装置处导致对所述质量的相对较大的扰动力，并且可能导致不可预测的稳定时间。此外，如果软悬挂质量的自由行程受到所述终点止动装置的限制，则对准可能会成为问题。
图2A和2B分别是对应于主动悬挂系统的方框图和刚度k与位置xref的关系曲线图。图2A中示出的主动悬挂系统包括质量M，其位置由位置传感器P感测。该位置传感器P生成位置信号，该位置信号被提供到线性控制器CL。该线性控制器CL把线性控制信号提供给致动器F，该致动器驱动所述质量M。该控制环路不管位置误差如何都提供相同的刚度和阻尼，从而导致了在上面针对图1所讨论的性能问题。
图2B示出了在尝试以非常低的频率(比如0.5Hz)悬挂一定质量时由于真实致动器中的寄生刚度而导致在主动悬挂系统中出现的稳定性问题。对于0.2kg的质量来说，所述主动悬挂系统的刚度k必须大约是2N/m，这是非常低的。不幸的是，真实致动器的寄生刚度大约是10N/m，这是2N/m的所需刚度的5到10倍。
参照图2B，对应于参考质量的操作范围20大约是在1.5mm的位置xref周围的100μm内。曲线A示出致动器F的刚度随着位置xref而改变，也就是说，致动器刚度并不是随着位置恒定的。曲线B示出所述控制器CL的刚度随着位置xref而改变，也就是说，控制器刚度并不是随着位置恒定的。曲线C示出了通过组合曲线A的致动器刚度与曲线B的控制器刚度所得到的组合刚度。
在该例中，问题出现在0到1mm之间的位置xref处，其中曲线C的组合刚度是负的。在该负区域中，质量M的操作不稳定。如果可以避免所述负区域，则这将不是问题，但是随着所述系统在启动时脱离(undock)并且随着所述质量M移动到操作范围20，所述质量M肯定会经过所述负区域。此外，所述质量M还可能由于来自作用在该质量上的地面振动和外力的过度扰动而进入所述负区域。一种解决所述稳定性问题的方法是向曲线B的控制器刚度添加刚度和/或阻尼，从而使得曲线C的组合刚度在0到1mm之间的位置xref处不再是负的。然而，由于振动隔离性能会降低，因此上述做法又会产生附加的问题。
希望有一种能够克服上述缺陷的振动隔离系统和方法。
发明内容
本发明的一方面提供一种针对一定质量的振动隔离系统，其包括：适于连接到所述质量的致动器，该致动器对组合控制信号做出响应；适于被连接成测量该质量的位置的位置传感器，该位置传感器生成位置信号；响应于所述位置信号和位置设置点信号而生成位置误差信号的比较器；以及响应于所述位置误差信号而生成所述组合控制信号的组合控制器；其中，当所述位置误差信号处于操作范围之外时，所述组合控制器调节所述组合控制信号，以便改变系统特性。
本发明的另一方面提供一种针对一定质量的振动隔离方法，其包括：测量所述质量的位置；从所述位置和位置设置点计算位置误差；当所述位置误差处于操作范围之内时，应用第一增益以控制所述质量；以及当所述位置误差处于所述操作范围之外时，应用第二增益以控制所述质量；其中，第二增益大于第一增益。
本发明的另一方面提供一种针对一定质量的振动隔离系统，其包括：用于测量所述质量的位置的装置；用于从所述位置和位置设置点计算位置误差的装置；用于在所述位置误差处于操作范围之内时应用第一增益以控制所述质量的装置；以及用于在所述位置误差处于所述操作范围之外时应用第二增益以控制所述质量的装置；其中，第二增益大于第一增益。
通过结合附图阅读下面对当前优选实施例的详细描述，本发明的前述和其他特征及优点将变得更加显而易见。下面的详细描述和附图仅仅是为了说明而不是限制本发明，本发明的范围由所附权利要求书及其等效表述限定。
附图说明
图1是标准悬挂系统的方框图；
图2A和2B分别是对应于主动悬挂系统的方框图和刚度k与位置xref的关系曲线图；
图3是根据本发明制作的振动隔离系统的方框图；
图4A和4B是根据本发明制作的振动隔离系统的并行和串行控制结构的方框图；
图5是对应于根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的刚度与位置误差的关系曲线图；
图6是根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的方框图；
图7A和7B分别是对应于根据本发明制作的振动隔离系统的函数发生器的刚度与位置误差的关系曲线图和示意图；
图8是对应于根据本发明制作的振动隔离系统的受限控制信号与位置误差的关系曲线图；
图9是根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的示意图；
图10是根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的另一个实施例的方框图；
图11A和11B分别是对应于根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的另一个实施例非线性控制信号与位置误差的关系曲线图和示意图；以及
图12是采用了根据本发明制作的振动隔离系统的用于主动振动隔离的有效载荷隔离系统的方框图。
具体实施方式
图3是根据本发明制作的振动隔离系统的示意图。用于隔离质量32的振动隔离系统30包括致动器34、位置传感器36、比较器51以及组合控制器40。位置传感器36测量质量32的位置，并且生成位置信号38，该位置信号被提供到比较器51。比较器51把位置信号38与位置设置点信号58进行比较，并且生成位置误差信号50。组合控制器40响应于位置误差信号50而生成组合控制信号46。致动器34响应于组合控制信号46来驱动质量32。在一个实施例中，组合控制器40包括线性控制器42和非线性控制器44。在一个实施例中，比较器51被包括在组合控制器40中。在操作期间，质量32通常被定位在质量操作范围内。当位置信号38处于对应于质量操作范围的操作范围之外时，非线性控制器44调节组合控制信号46，以便改变系统特性。这里使用的系统特性被定义为系统刚度和/或阻尼。
质量32可以是希望对其进行隔离的任何质量。在一个实施例中，质量32是光刻台。在另一个实施例中，质量32是对应于地音探听器的质量。在另一个实施例中，质量32是用于主动振动隔离的有效载荷隔离系统中的参考质量，其中包括惯性参考质量。可以利用多于一个自由度来悬挂质量32，以便虑及在多于一个方向上的移动。例如，质量32可以被安装成允许水平或垂直运动。
所述位置传感器36可以是用来测量所述质量32的位置并且响应于所述测量而生成位置信号38的任何位置传感器。适当的位置传感器的例子包括电容性传感器、干涉仪、电感性传感器、编码器等等。本领域技术人员将认识到，可以按照期望从其他测量(比如质量速度或质量加速度)确定所述位置。在图3的例子中，相对于表面48来测量质量32的位置。
所述组合控制器40可以是响应于所述位置误差信号50而生成组合控制信号46的任何非线性控制器。组合控制器40改变所述系统特性，以便提供渐进的刚度和/或阻尼。在一个实施例中，组合控制器40具有线性控制器42和非线性控制器44，其中线性控制器42为组合控制信号46提供线性分量，非线性控制器44为组合控制信号46提供非线性分量。在一个实施例中，线性控制器42是PID(比例-积分-微分)控制器。在一个替换实施例中，组合控制器40具有第一和第二非线性控制器，其中第一非线性控制器为组合控制信号46提供第一非线性分量，第二非线性控制器44为组合控制信号46提供第二非线性分量。在一个实施例中，组合控制器40包括比较器51，从而该组合控制器40响应于所述位置信号38和位置设置点信号58而生成位置误差信号50。在一个实施例中，组合控制器40可以被实现为运行在计算机、微计算机、微处理器等等之上的一个或多个程序。在另一个实施例中，组合控制器40可以被实现为数字和/或模拟电路。
所述致动器34可以是适于平移所述质量32的任何致动器。致动器34的一个例子是洛伦兹(Lorentz)电动机。在一个实施例中，致动器34的输出力与所述组合控制信号46的输入电流成比例。在一个实施例中，致动器34是线性驱动器。在另一个实施例中，致动器34是旋转驱动器，其具有适当的传动装置以把旋转运动转换成线性运动。本领域技术人员将认识到，致动器34通常包括诸如电流或电压放大器之类的放大器，以便把组合控制信号46提升到所期望的电平，从而操作该致动器。
在操作中，所述位置传感器36测量所述质量32的位置，并且把表示所述位置的位置信号38提供到比较器51，该比较器从所述位置信号38和位置设置点信号58计算位置误差信号50。响应于位置误差信号50，所述组合控制器40向所述致动器34提供组合控制信号46，以便调节质量32的位置。当位置误差信号50处于操作范围之内时，组合控制器40具有第一增益以便控制质量32，即控制由致动器34施加到质量32的力。当位置误差信号50处于所述操作范围之外时，组合控制器40具有第二增益以便控制质量32，即控制由致动器34施加到质量32的力。第二增益大于第一增益。
图4A和4B是根据本发明制作的振动隔离系统的并行和串行控制结构的方框图。当所述位置误差处于其操作范围之外时，所述组合控制器中的非线性控制器改变所述振动隔离系统的系统特性，从而向由所述线性控制器提供的刚度和/或阻尼添加额外的刚度和/或阻尼。
图4A示出了并行控制结构。在比较器51处，把位置设置点信号58(xsetpoint)与表示所述质量32的位置的位置信号38(xr)进行比较，以便生成位置误差信号50(ε)。位置误差信号50被提供到所述组合控制器40的线性控制器42和非线性控制器44。线性控制器42响应于位置误差信号50而生成线性控制信号52。非线性控制器44响应于位置误差信号50而生成非线性控制信号54。在求和节点56处把线性控制信号52与非线性控制信号54相加，以便生成组合控制信号46。致动器(未示出)响应于组合控制信号46向质量32施加力F。当位置误差信号50表明质量32处于其操作范围之外时(即当位置误差信号50的绝对值超出预定值时)，非线性控制信号54对组合控制信号46做出贡献。
图4B示出了串行控制结构。在比较器51处，把位置设置点信号58(xsetpoint)与表示所述质量32的位置的位置信号38(xr)进行比较，以便生成位置误差信号50(ε)。位置误差信号50被提供到所述组合控制器40的非线性控制器44。非线性控制器44响应于位置误差信号50而生成非线性控制信号54，该非线性控制信号被提供到线性控制器42。线性控制器42响应于非线性控制信号54而生成组合控制信号46。致动器(未示出)响应于组合控制信号46向质量32施加力F。当位置误差信号50表明质量32处于其操作范围之外时，非线性控制器44向组合控制信号46贡献非线性分量。线性控制器42修改非线性控制信号54，并且向组合控制信号46贡献线性分量。本领域技术人员将认识到，可以按照希望交换线性控制器42与非线性控制器44的顺序。
图5是对应于根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的刚度与位置误差的关系曲线图。来自非线性控制器的刚度被加到由线性控制器提供的刚度上。在该例中，所述控制结构是并行控制结构，其中所述非线性控制器对位置误差信号做出响应并且生成非线性控制信号。图中的每条曲线包括操作范围部分和渐进刚度部分，当所述位置误差处于其操作范围之内时应用所述操作范围部分，当所述位置误差处于其操作范围之外时应用所述渐进刚度部分。所述刚度在所述操作范围部分中是基本刚度，而在所述渐进刚度部分中则是增加的刚度。所述刚度表示所述非线性控制器的增益。
图5的曲线A-D示出了非线性控制器曲线的各实施例。每条曲线具有操作范围部分和渐进刚度部分，其中所述操作范围部分在操作范围70内具有基本刚度k0，所述操作范围70在该例中对应于0±100μm的位置误差，所述渐进刚度部分在所述操作范围70之外。在一个实施例中，所述基本刚度k0是最小值或零。在另一个实施例中，所述基本刚度k0是预定刚度值，以便在所述振动隔离系统中产生所期望的谐振频率。在一个例子中，使用2N/m的较小的基本刚度k0，以便对于软悬挂的参考质量产生0.5Hz的谐振频率。本领域技术人员将认识到，当所述非线性控制器在所述操作范围部分内提供了所需的基本刚度时，可以按照期望省略所述线性控制器。
图5的曲线A-D还示出了不同的渐进刚度部分的例子。曲线A具有倾斜的线性渐进刚度部分，其中刚度随着与所述操作范围的距离线性地增大。曲线B具有抛物线渐进刚度部分，其中刚度随着与所述操作范围的距离呈抛物线增大。曲线C具有混合渐进刚度部分，其中所述渐进刚度部分的刚度最初在平滑过渡部分中随着与所述操作范围的距离呈抛物线增大，并且随后在线性部分中线性地增大。曲线D具有阶跃渐进刚度部分，其中所述渐进刚度部分的刚度对于所有位置误差而言都是恒定的。本领域技术人员将认识到，所述渐进刚度部分的形状可以是适合于特定系统的系统动态的任何形状。例如，所述渐进刚度部分的形状可以是阶跃的、倾斜线性的、抛物线的、双曲线的、另一种圆锥曲线或其组合等。在一个实施例中，所述非线性控制器曲线的渐进刚度部分可以被限幅到预定最大刚度，从而在所述位置误差的绝对值变大时(即当所述位置误差处于预定范围之外时)限制所述渐进刚度部分的值。在一个实施例中，所述非线性控制器曲线在所述操作范围部分与所述渐进刚度部分之间进行平滑过渡，以便在所述系统进出所述操作范围时避免由于过渡效应而导致的不合期望的系统激励。曲线B和C都示出了平滑的过渡。
图6是根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的方框图。所述非线性控制器对所述位置误差信号做出响应，并且生成所述非线性控制信号。与各元件和信号相邻的小曲线图表示该点处的信号作为所述位置误差信号的函数。
在该例中，所述非线性控制器44接收所述位置误差信号50(ε)，该位置误差信号被提供到第一增益元件80和第二增益元件82。第一增益元件80生成第一经缩放的位置误差信号84，该信号被提供到第一函数发生器86和第二函数发生器88。第一函数发生器86生成负输入控制信号90，反相器92将其转换成反相的负输入控制信号94。第二函数发生器88生成正输入控制信号96，在求和节点98处把该信号与反相的负输入控制信号94相加，以便生成正控制信号100。在一个实施例中，在可选的限制器102处对正控制信号100进行限幅，以便生成受限控制信号104。限制器102可以被用来对受限控制信号104进行限幅，即当所述位置误差处于预定范围之外时限制该受限控制信号104的幅度。这样做在某些振动隔离系统中是合乎期望的，以便在所述振动隔离系统遇到大的位置漂移时限制刚度并且避免潜在的不稳定性和震荡。在另一个实施例中，省略了限制器102，并且正控制信号100被直接提供到乘法器108。第二增益元件82对位置误差信号50做出响应，以便生成第二经缩放的位置误差信号106，该信号被提供到乘法器108。乘法器108把受限控制信号104与第二经缩放的位置误差信号106相乘，以便生成所述非线性控制信号54。
针对所期望的性能可以改变所述非线性控制器44的元件和值。第一增益元件80的的增益K1可以被选择来通过缩放所述位置误差信号50而调节非线性控制器44的总体范围。第二增益元件82的增益K2可以被选择来调节非线性控制器44的总体增益。在另一个实施例中，可以用比例-微分(PD)控制器来替换第二增益元件82(其在图6的例子中是比例控制器)，以便在所述操作范围之外增大所述振动隔离系统的阻尼常数。在一个实施例中，第一函数发生器86和第二函数发生器88可以是二极管-电阻器电路，其中第一电阻器的值决定非线性控制器曲线的渐进刚度部分的增益。本领域技术人员将认识到，所述函数发生器可以是在所述操作范围内提供零或最小刚度并且随着与该操作范围的距离而增加刚度的任何模拟和/或数字电路。第一函数发生器86和第二函数发生器88可以是相同的或不同的。所述刚度可以是关于所述操作范围的中心(零位置误差)对称或不对称的。
图7A和7B分别是对应于根据本发明制作的振动隔离系统的函数发生器的刚度与位置误差的关系曲线图和示意图。第二函数发生器88是二极管-电阻器电路，其包括接收第一经缩放的位置误差信号84的第一电阻器R1、二极管D1、第二电阻器R2以及提供正输入控制信号96的运算放大器U1。图7A的刚度与位置误差的关系曲线图示出了如何能够通过第一电阻器R1的电阻来确定非线性控制器曲线的渐进刚度部分的增益。所述刚度表示所述非线性控制器的增益。第二函数发生器88提供了非线性控制器曲线，其对于所述渐进刚度部分中的负位置误差近似为零，并且对于正位置误差具有正值和正斜率。对应于零欧姆的第一电阻器电阻的曲线A在所述渐进刚度部分中具有指数增益。对应于3300欧姆的第一电阻器电阻的曲线B在所述渐进刚度部分中具有大约-R2/R1的恒定增益，并且类似于标准反相放大器。第一电阻器R1和第二电阻器R2的电阻值可以被选择来为特定振动隔离系统提供所期望的增益。本领域技术人员将认识到，二极管D1的二极管方向(偏置方向)可以反转，以便建立图6的第一函数发生器86，即提供这样的非线性控制器曲线：其对于所述渐进刚度部分中的正位置误差近似为零，并且对于负位置误差具有负值和负斜率。
图8是对应于根据本发明制作的振动隔离系统的受限控制信号与位置误差的关系曲线图。图8针对图6的非线性控制器44提供了作为位置误差信号50的函数的受限控制信号104的测量值，其中受限控制信号104被反相。在该例中，第一函数发生器86和第二函数发生器88是针对图7A和7B所讨论的二极管-电阻器电路。在图8的曲线A中，第一电阻器R1具有零欧姆的电阻并且没有使用限制器102，从而导致各渐进刚度部分中的指数增益。在曲线B中，第一电阻器R1具有2.3k欧姆的电阻并且没有使用限制器102，从而在没有限幅的情况下导致各渐进刚度部分中的接近线性的增益，也就是说，所述受限控制信号的幅度不受限制。在曲线C中，第一电阻器R1具有2.3k欧姆的电阻并且使用了限制器102，从而在有限幅的情况下导致各渐进刚度部分中的线性增益。
图9是根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的示意图，其中类似的元件具有与图6相同的附图标记。在该例中，第一函数发生器86和第二函数发生器88是二极管-电阻器电路。
图10是根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的另一个实施例的方框图。该非线性控制器对位置误差信号做出响应，并且生成非线性控制信号。可以把该非线性控制信号与来自所述线性控制器的线性控制信号相组合，以便生成组合控制信号。
在该例中，非线性控制器144接收位置误差信号50(ε)，该信号被提供到第一增益元件180。第一增益元件180生成经缩放的位置误差信号184，该信号被提供到函数发生器186。函数发生器186生成输入控制信号190，该信号被提供到第二增益元件182。与函数发生器186相邻的小曲线图表示该点处的信号作为经缩放的位置误差信号184的函数。第二增益元件182生成非线性控制信号54。
在另一个实施例中，所述非线性控制器144可以包括用来对所述非线性控制信号54进行限幅的限制器，即在所述位置误差处于预定范围之外时限制非线性控制信号54的幅度。第一增益元件180的增益K1可以被选择来通过缩放所述位置误差信号50而调节非线性控制器144的总体范围。第二增益元件182的增益K2可以被选择来调节非线性控制器44的总体增益。
图11A和11B分别是对应于根据本发明制作的振动隔离系统的非线性控制器的另一个实施例的非线性控制信号与位置误差的关系曲线图和示意图。在该例中，非线性控制器144是双二极管-电阻器电路，其包括第一电阻器R11、第一二极管D11、第二二极管D12、第二电阻器R12和运算放大器U11。第一二极管D11和第二二极管D12被安装在双二极管配置中，其中每个二极管的阴极连接到另一个二极管的二极管。这样提供了所述非线性控制器曲线的操作范围部分：第一二极管D11和第二二极管D12都不导通，直到位置误差信号50的绝对值提供足够的正向偏置电压。所述非线性控制器曲线的渐进刚度部分的增益可以由第一电阻器R11的电阻决定。非线性控制器曲线A具有第一渐进刚度部分192、操作部分192以及第二渐进刚度部分196。曲线A在各渐进刚度部分中具有大约-R12/R11的恒定增益。本领域技术人员将认识到，可以针对特定用途按照期望进一步适配非线性控制器曲线A。
图12是采用了根据本发明制作的振动隔离系统的用于主动振动隔离的有效载荷隔离系统的方框图。所述振动隔离系统提供静止参考质量。用于隔离有效载荷202的有效载荷隔离系统200包括致动器208、隔振体(airmount)210、质量32和振动隔离系统30。在一个例子中，有效载荷202是光刻机中的测定框架(metroframe)。比如是洛伦兹电动机的致动器208可以被布置在有效载荷202与地面216之间。隔振体210包括活塞212和充气外壳214，活塞212可以在该充气外壳中移动。阀门220通过通道221连接到外壳214。
用于隔离质量32(其是对于所述有效载荷隔离系统200软悬挂的静止参考质量)的振动隔离系统30包括驱动该质量32的致动器34以及测量该质量32的位置的位置传感器36。位置传感器36测量质量32与地面216之间的距离，并且生成位置信号38，该位置信号被提供到组合控制器40。组合控制器40对位置信号38做出响应，以便生成组合控制信号46。致动器34对组合控制信号46做出响应，以便驱动质量32。在一个实施例中，组合控制器40包括线性控制器和非线性控制器。在操作期间，质量32通常被定位在质量操作范围内。当位置信号38处在对应于质量操作范围的操作范围之外时，非线性控制器44调节组合控制信号46，以便改变系统特性。这里使用的系统特性被定义为系统刚度和/或阻尼。本领域技术人员将认识到，组合控制器40可以是对位置误差信号50做出响应以便生成组合控制信号46并且改变系统特性的任何非线性控制器。
传感器226测量参考质量32与有效载荷202之间的距离Z2。传感器226向比较器228发送输出信号。比较器228还接收参考信号Zref并且从Zref中减去接收自传感器226的输出信号。由比较器228把基于上述比较的输出信号施加到控制器206。控制器206连接到致动器208，并且可以连接到阀门220。本领域技术人员将认识到，控制器206可以是非线性组合控制器，其改变所述系统特性以便提供渐进刚度和/或阻尼。在一个实施例中，控制器206包括线性控制器和非线性控制器。
虽然这里所公开的本发明的实施例当前被视为是优选的，但是在不脱离本发明的范围的情况下可以做出许多改变和修改。在一个例子中，用来生成及处理这里讨论的各种信号的电子装置可以是模拟电路、数字电路或者模拟和数字电路的组合。在另一个例子中，这里描述的控制环路还可以包括滤波器，比如低通滤波器、通用二阶滤波器和/或陷波滤波器。关于使用滤波器的一个示例是使用滤波器来调节系统动态，比如使用滤波器来滤除导致系统不稳定的机械谐振。关于使用滤波器的另一个示例是使用低通滤波器来减轻传感器噪声的影响。本发明的范围被表示在所附权利要求书中，其中意图包含落在其等效表述的含义和范围内的所有改变。

Claims (24)

1、一种用于把质量与振动隔离的系统，包括：
适于连接到所述质量32的致动器34，该致动器34对组合控制信号46做出响应；
适于被连接成测量质量32的位置的位置传感器36，该位置传感器36生成位置信号38；
比较器51，其响应于位置信号38和位置设置点信号58而生成位置误差信号50；以及
组合控制器40，其响应于位置误差信号50而生成组合控制信号46；
其中，当位置误差信号50处于操作范围之外时，组合控制器40调节所述组合控制信号46，以便改变系统特性。
2、权利要求1的系统，其中，所述致动器34是洛伦兹电动机。
3、权利要求1的系统，其中，所述组合控制器40包括线性控制器42和非线性控制器44，该线性控制器42为组合控制信号46提供线性分量，并且该非线性控制器44为所述组合控制信号46提供非线性分量。
4、权利要求3的系统，其中，线性控制器42和非线性控制器44被连接在从包括串行控制结构和并行控制结构的组中选择的控制结构内。
5、权利要求3的系统，其中，所述非线性分量具有处于操作范围之外的渐进刚度部分。
6、权利要求3的系统，其中，所述非线性分量具有处于操作范围内的操作范围部分，其具有从包括零刚度、最小刚度以及预定刚度的组中选择的基本刚度。
7、权利要求5的系统，其中，所述渐进刚度部分的形状是从包括阶跃、倾斜线性、抛物线、双曲线、圆锥曲线及其组合的组中选择的。
8、权利要求5的系统，其中，所述渐进刚度部分具有平滑过渡部分。
9、权利要求1的系统，其中，所述操作范围是零位置误差周围的正或负100μm。
10、权利要求3的系统，还包括求和节点56，该求和节点响应于线性控制信号52和非线性控制信号54而生成组合控制信号46；
其中，非线性控制器44包括：
第一增益元件80，其响应于位置误差信号50而生成第一经缩放的位置误差信号84；
第一函数发生器86，其响应于该第一经缩放的位置误差信号84而生成负输入控制信号90；
反相器92，其响应于该负输入控制信号90而生成反相的负输入控制信号94；
第二函数发生器88，其响应于该第一经缩放的位置误差信号84而生成正输入控制信号96；
求和节点98，其响应于该反相的负输入控制信号94和该正输入控制信号96而生成正控制信号100；
第二增益元件82，其响应于该位置误差信号50而生成第二经缩放的位置误差信号106；
乘法器108，其响应于该正控制信号100和该第二经缩放的位置误差信号106而生成非线性控制信号54。
11、权利要求10的系统，还包括限制器102，其响应于所述正控制信号100而生成受限控制信号104，该受限控制信号104被提供到所述乘法器108作为正控制信号100。
12、权利要求10的系统，其中，第一函数发生器86与第二函数发生器88至少其中之一是二极管-电阻器电路。
13、权利要求10的系统，其中，所述第二增益元件82是比例-微分(PD)控制器。
14、权利要求3的系统，还包括求和节点56，其响应于线性控制信号52和非线性控制信号54而生成组合控制信号46；
其中，非线性控制器44包括：
第一增益元件180，其响应于位置误差信号50而生成经缩放的位置误差信号184；
函数发生器186，其响应于该经缩放的位置误差信号184而生成输入控制信号190；以及
第二增益元件182，其响应于该输入控制信号190而生成非线性控制信号54。
15、权利要求14的系统，还包括限制器102，其响应于所述非线性控制信号54而限制该非线性控制信号54。
16、权利要求14的系统，其中，所述函数发生器186是双二极管-电阻器电路。
17、权利要求1的系统，其中，所述质量32是用于主动振动隔离的有效载荷隔离系统中的参考质量。
18、一种用于把质量与振动隔离的方法，包括：
测量所述质量的位置；
从所述位置和位置设置点计算位置误差；
当所述位置误差处于操作范围之内时，应用第一增益以控制所述质量；以及
当所述位置误差处于所述操作范围之外时，应用第二增益以控制所述质量；
其中，第二增益大于第一增益。
19、权利要求18的方法，还包括：当所述位置误差处于预定范围之外时限制第二增益。
20、权利要求18的方法，其中，所述第二增益随着所述位置误差的绝对值而增大。
21、一种用于把质量与振动隔离的系统，包括：
用于测量所述质量的位置的装置；
用于从所述位置和位置设置点计算位置误差的装置；
用于在所述位置误差处于操作范围之内时应用第一增益以控制所述质量的装置；以及
用于在所述位置误差处于所述操作范围之外时应用第二增益以控制所述质量的装置；
其中，第二增益大于第一增益。
22、权利要求21的方法，还包括：用于在所述位置误差处于预定范围之外时限制第二增益的装置。
23、权利要求21的方法，其中，所述第二增益随着所述位置误差的绝对值而增大。
24、权利要求23的方法，其中，所述第二增益根据从包括阶跃、倾斜线性、抛物线、双曲线、圆锥曲线及其组合的组中选择的函数而增大。
CNA2006800417297A 2005-11-08 2006-11-02 振动隔离系统及方法 Pending CN101305206A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US73445505P 2005-11-08 2005-11-08
US60/734,455 2005-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101305206A true CN101305206A (zh) 2008-11-12

Family

ID=38023649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2006800417297A Pending CN101305206A (zh) 2005-11-08 2006-11-02 振动隔离系统及方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20080246200A1 (zh)
EP (1) EP1948962A2 (zh)
JP (1) JP2009515107A (zh)
KR (1) KR20080066013A (zh)
CN (1) CN101305206A (zh)
WO (1) WO2007054860A2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104040433A (zh) * 2011-12-27 2014-09-10 Asml荷兰有限公司 光刻设备、器件制造方法
CN116044949A (zh) * 2022-12-21 2023-05-02 珠海格力电器股份有限公司 调节装置、调节装置的调节方法及设备

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1036662A1 (nl) * 2008-04-08 2009-10-09 Asml Netherlands Bv Stage system and lithographic apparatus comprising such stage system.
US8279401B2 (en) * 2008-04-25 2012-10-02 Asml Netherlands B.V. Position control system, a lithographic apparatus and a method for controlling a position of a movable object
EP2119938A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-18 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO A vibration sensor and a system to isolate vibrations.
JP5641878B2 (ja) * 2010-10-29 2014-12-17 キヤノン株式会社 振動制御装置、リソグラフィー装置、および、物品の製造方法
JP6218459B2 (ja) * 2013-07-02 2017-10-25 キヤノン株式会社 除振装置、除振方法、リソグラフィ装置及びデバイスの製造方法
JP6278676B2 (ja) * 2013-11-29 2018-02-14 キヤノン株式会社 振動低減装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法
JP6302305B2 (ja) * 2014-03-18 2018-03-28 キヤノン株式会社 振動低減装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法
CN106224425B (zh) * 2016-08-16 2018-04-17 江苏大学 一种基于混合励磁的半主动馈能悬架减振器及其尺寸确定方法
US12055193B2 (en) * 2020-10-09 2024-08-06 Nikon Corporation Vibration isolation systems with reaction masses and actuators

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4680741A (en) * 1981-10-13 1987-07-14 Geosource, Inc. Method and apparatus for seismic exploration using non-linear sweeps
IL77057A (en) * 1985-03-26 1990-03-19 Wright Barry Corp Active vibration isolation system
US4706226A (en) * 1985-11-08 1987-11-10 Azygous Seismic line amplifier
JP3224489B2 (ja) * 1995-03-28 2001-10-29 キヤノン株式会社 空気バネ式除振装置
JP2001023882A (ja) * 1999-07-07 2001-01-26 Canon Inc 振動センサ付きペデスタルおよびこれを用いた露光装置
US6511035B1 (en) * 1999-08-03 2003-01-28 Newport Corporation Active vibration isolation systems with nonlinear compensation to account for actuator saturation
EP1225482A1 (en) * 2001-01-19 2002-07-24 ASML Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method
WO2005024266A1 (en) * 2003-09-05 2005-03-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Actuator arrangement for active vibration isolation comprising an inertial reference mass
CN1914436A (zh) * 2004-01-26 2007-02-14 皇家飞利浦电子股份有限公司 使用有效载荷作为惯性参考质量的有源隔振的致动器装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104040433A (zh) * 2011-12-27 2014-09-10 Asml荷兰有限公司 光刻设备、器件制造方法
CN104040433B (zh) * 2011-12-27 2016-05-04 Asml荷兰有限公司 光刻设备、器件制造方法
US9494869B2 (en) 2011-12-27 2016-11-15 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method
CN116044949A (zh) * 2022-12-21 2023-05-02 珠海格力电器股份有限公司 调节装置、调节装置的调节方法及设备
CN116044949B (zh) * 2022-12-21 2024-08-06 珠海格力电器股份有限公司 调节装置、调节装置的调节方法及设备

Also Published As

Publication number Publication date
EP1948962A2 (en) 2008-07-30
JP2009515107A (ja) 2009-04-09
WO2007054860A3 (en) 2007-10-18
WO2007054860A2 (en) 2007-05-18
US20080246200A1 (en) 2008-10-09
KR20080066013A (ko) 2008-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101305206A (zh) 振动隔离系统及方法
US8091694B2 (en) Actuator arrangement for active vibration isolation comprising an inertial reference mass
JP4973373B2 (ja) 絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサ
CA1323410C (en) Damping support structure
EP2235394B1 (en) An active vibration isolation system having an inertial reference mass
US20080237947A1 (en) Actuator Arrangement for Active Vibration Isolation Using a Payload as an Inertial Reference Mass
US6473159B1 (en) Anti-vibration system in exposure apparatus
JP2007263945A (ja) 慣性センサにおける振動や衝撃により誘導される誤差を低減するための適応回路および方法
US10184539B2 (en) Vibration isolation system
CN100456140C (zh) 一种用于步进扫描光刻机的精密隔振系统
EP2286110B1 (en) A vibration sensor and a system to isolate vibrations
CN105229334A (zh) 用于测量平台的混合振动隔离系统
Kienholz SIMULATION OF THE ZERO-GRAVITY ENVIRONMENT FOR DYNAMIC TESTING OF STRUCTURES¹
NL2004415C2 (en) Active vibration isolation system, arrangement and method.
JP2021056096A (ja) センサシステム、および該センサシステムを備える除振装置
JP3616399B2 (ja) 能動型除振装置
JP2009162707A (ja) 除振台評価装置
JPH07310779A (ja) アクティブ除振装置
JPH0915868A (ja) 能動的除振装置
CN1846082A (zh) 包括惯性基准质量的用于主动隔振的致动器装置
Cui et al. 120 ppm Quality Factor Thermal Stability from-40℃ to+ 60℃ of a Dual-Axis MEMS Gyroscope Based on Joule Effect Dynamic Control
Shilin et al. SEMS Control of Low-Frequency Vibrations of Objects Based on Magnetic Levitation
JP2021081248A (ja) センサシステム、および該センサシステムを備える除振装置
JPH09158979A (ja) 精密除振台
Skalon Micromechanical inertial sensors on self-oscillating systems: Estimation of performance

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20081112