CN101526118A

CN101526118A - 一种减振支撑装置

Info

Publication number: CN101526118A
Application number: CN200910045207A
Authority: CN
Inventors: 周宏权; 袁志扬; 严天宏
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2009-09-09

Abstract

本发明公开了一种减振支撑装置，包括一气缸活塞机构，所述气缸活塞机构包括一气缸，一活塞，以及连接所述气缸和所述活塞的一金属波纹管；所述气缸还包括至少一导向杆，所述活塞还包括与所述导向杆相配合的一导向孔；所述活塞沿着所述导向杆，相对所述气缸运动。所述减振支撑装置还包括至少一万向连杆和至少一柔性立柱，所述万向连杆位于所述活塞的上部，所述柔性立柱位于所述气缸活塞机构的外侧。本发明的装置实现了气缸和活塞的完全密封，可适用于有真空度要求的对振动敏感的设备。

Description

一种减振支撑装置

技术领域

本发明涉及一种减振支撑装置，特别是一种对振动敏感的设备中的减振支撑装置。

背景技术

对振动比较敏感的设备，例如光刻机等，一般包括基座和机器负荷。基座被固定于地面或者某平台上。机器负荷包括一个机械框架，所述机械框架支撑着设备的振动敏感部件，例如光刻机的工件台、掩模台、曝光物镜和测量装置等。而减振支撑装置位于基座和机器负荷之间，用于支撑和减振。影响基座振动的因素较多，包括地基振动的传入、机器负荷内部部件的相对移动所引发的外界对设备产生的反作用力和力矩、机器内部的气液管路和气膜的振动，以及周围环境的随机噪音等。

于2001年05月01日公开的美国专利申请US6226075，介绍了一种光刻机减振支撑装置。所述减振支撑装置为一个中空的活塞与气缸的组合，而活塞外缘与气缸内缘之间存在间隙，由静压空气填充。在垂直方向上，为空气弹簧减振，在水平方向上，为静压轴承隔振。

所述减振支撑装置的缺点为：该装置不可避免地存在空气泄漏，对有真空度要求的场合，该装置的使用将受到限制。例如：EUV(Extreme Ultra Violet，远紫外光)曝光装置一般要求曝光环境为真空，因此，所述减振支撑装置不适用于EUV曝光装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减振支撑装置，实现了气缸和活塞之间的完全密封，可适用于有真空度要求的对振动敏感的设备。

本发明的技术方案如下：

一种减振支撑装置，包括一气缸活塞机构，所述气缸活塞机构包括一气缸，一活塞，以及连接所述气缸和所述活塞的一金属波纹管；所述气缸还包括至少一导向杆，所述活塞还包括与所述导向杆相配合的一导向孔；所述活塞沿着所述导向杆，相对所述气缸运动。

一种减振支撑装置，包括一气缸活塞机构，所述气缸活塞机构包括一气缸，一活塞，以及连接所述气缸和所述活塞的一金属波纹管；所述活塞还包括至少一导向杆，所述气缸还包括与所述导向杆相配合的一导向孔；所述活塞沿着所述导向杆，相对所述气缸运动。

进一步地，所述金属波纹管与所述气缸、活塞之间的连接是焊接。

进一步地，所述气缸活塞机构还包括气孔，所述活塞通过所述气孔与所述气缸连通。

进一步地，还包括至少一万向连杆和至少一柔性立柱，所述万向连杆位于所述活塞的上部，所述柔性立柱位于所述气缸和所述活塞的外侧。

进一步地，还包括一上盖板，所述万向连杆的一端与所述上盖板之间有第一连接，所述万向连杆的另一端与所述活塞之间有第二连接。

进一步地，所述第一连接和所述第二连接是U形柔性连接。

进一步地，所述U形柔性连接是球轴承。

进一步地，还包括一上盖板和一下底板，所述柔性立柱的一端与所述上盖板之间有第三连接，所述柔性立柱的另一端与所述下底板之间有第四连接。

进一步地，所述第三连接是U形柔性连接。

进一步地，所述U形柔性连接是内部有滑槽孔的球轴承。

进一步地，所述第四连接是固定连接。

进一步地，所述固定连接是焊接、铆接或螺纹连接。

本发明的气缸和活塞之间用金属波纹管在导向杆方向上柔性连接，使气缸和活塞完全密封。另外，由气缸和活塞封闭的空间内的气体构成了一个单向空气弹簧，用于垂直方向的承载和减振；活塞上部的万向连杆和气缸外侧的柔性立柱，共同用于水平方向的减振。

附图说明

图1为本发明的减振支撑装置的位置示意图；

图2为本发明的减振支撑装置的第一实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的减振支撑装置的位置示意图。如图1所示，振动敏感设备1包括机器负荷2、基座3和减振支撑装置4，所述减振支撑装置4位于所述机器负荷2和所述基座3之间，起支撑负载和主动减振作用。

图2为本发明的减振支撑装置的第一实施例的结构示意图。振动敏感设备1包括一个机器负荷2，一个基座3，和一个位于机器负荷2与基座3之间的减振支撑装置4。所述减振支撑装置4包括一气缸活塞机构5(见图2中的虚线框)。气缸活塞机构5包括气缸52，活塞51，以及连接气缸52和活塞51的金属波纹管53。所述活塞51通过气孔54与所述气缸52连通，以扩大封闭空间的容积。所述气缸52中央设有导向杆55。所述金属波纹管53具有沿导向杆方向的柔性变形能力，其与气缸52和活塞51之间的连接处可以采用焊接等措施，以实现气缸52与活塞51间的完全密封。所述活塞51位于所述气缸52上部，通过所述活塞51的导向孔56和所述气缸52的导向杆55相配合，沿着所述导向杆55，相对所述气缸52上下运动。由上可知，所述气缸52和所述活塞51的封闭空间的气体构成了一个空气弹簧，用于垂直方向的承载和减振。

在本具体实施例中，所述导向杆55位于气缸52上，所述导向孔56位于活塞51上。但本发明并不限于此，也可以是所述导向杆55位于活塞51上，所述导向孔56位于气缸52上。在本具体实施例中，所述导向杆55，与其相配合的导向孔56的数量为一对。但本发明并不限于此，可以是一对，也可以是多对。在本具体实施例中，所述导向杆55位于气缸52中央，与其相配合的导向孔56位于活塞的中央。但本发明并不限于此，上述位置可以变动，可以位于正中央，也可以位于偏离正中央的位置，甚至可以位于气缸活塞机构的外部。同时，多对导向杆55和与其相配合的导向孔56的分布也无限制。

本发明的减振支撑装置4还包括一个万向连杆6，位于活塞51的上部；两个柔性立柱9，位于上述气缸活塞机构的外侧，共同构成一个水平刚度接近于零的倒立摆机构，用于水平方向的减振。万向连杆6具有负刚度，柔性立柱9具有正刚度，两者在刚度上的适当配合，即能达到接近于零的超低正刚度，也即水平方向的固有频率接近于零频率。

所述万向连杆6的一端与上盖板8之间有一个连接61。所述连接61是一个U形柔性连接，例如，可为一个球轴承。所述万向连杆6的另一端与气缸活塞机构之间有一个连接62。所述连接62是一个U形柔性连接，例如，可为一个球轴承。

所述柔性立柱9位于气缸52的外侧，与上盖板8之间有一个连接91，与下底板7之间有一个连接92。所述连接91是一个U形柔性连接，例如，可为一个内部有滑槽孔的球轴承。所述柔性立柱9的上端沿着连接91内的滑槽孔自由滑动，基本上不承受滑动方向上的作用力。柔性立柱9的下端与下底板7之间的连接92是一个固定连接，例如，可为焊接，铆接，螺纹连接等。由此，柔性立柱9可以承受水平方向力和弯矩。

本具体实施例为两个以气缸活塞机构5的中心轴对称的柔性立柱，但本发明并不限于此，两个柔性立柱的分布可以不对称。另外，本发明也可包括三个甚至更多的柔性立柱，柔性立柱的分布也并无限制。

在本具体实施例中的单个万向连杆，两个柔性立柱情况下，对振动敏感设备1的水平刚度k进行估算，公式如下：

k = - \frac{mg}{L} + \frac{3 nEI}{l^{3}}

公式中，参数的定义和设定值如下：

m(隔振载荷)＝1500kg

g(重力加速度)＝9.81m/s²

L(万向连杆长度)＝100mm

n(柔性立柱个数)＝2

l(柔性立柱长度)＝320mm

I(柔性立柱惯性矩)＝π/64D⁴(圆截面)

E(杨氏模量)＝2.1×10¹¹[N/m²](碳钢的杨氏模量)

D(柔性立柱的直径)＝17mm

计算得出，K＝1.05×10⁴N/m

进一步地，对水平方向的共振频率进行计算，公式如下：

ω_{n} = \sqrt{\frac{k}{m}} = 2.65 rad / s

f_{n} = \frac{ω_{n}}{2 π} = 0.42 Hz

对于本具体实施例的减振支撑装置，高于上述水平方向共振频率0.42Hz的外界水平干扰信号将比较难以传递到减振支撑装置所支撑的负载上，从而对较高频率起减振作用。

此外，在气缸的腔体底部还设有进气口、排气口和气动控制阀等装置(未图示)。进气口，排气口，气缸活塞机构外部的气动控制阀和气缸活塞机构等构成气动控制闭环系统，用于控制对振动敏感的设备在垂直方向上的振动精度。另外，在水平方向上也存在伺服电机(如洛伦茨电机，音圈电机等)、测量设备(如加速度计等)等外部装置(未图示)。万向连杆，柔性立柱，气缸活塞机构外部的伺服电机、测量设备等构成电动控制闭环系统，用于控制对振动敏感的设备在水平方向上的振动精度。

需要特别说明的是，对于本领域的一般技术人员而言由本发明所揭示的技术方案可进一步推知，本发明的一个减振支撑装置能应用于振动敏感设备的X，Y，Z三个自由度方向的减振，三个或三个以上的本发明的减振支撑装置的组合使用，能达到X，Y，Z，Rx，Ry，Rz六个自由度方向的减振。

以上介绍的仅仅是基于本发明的较佳实施例，本发明的减振支撑装置不局限于上述较佳实施例中所限定的方式，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1、一种减振支撑装置，包括一气缸活塞机构，其特征在于，所述气缸活塞机构包括一气缸，一活塞，以及连接所述气缸和所述活塞的一金属波纹管；所述气缸还包括至少一导向杆，所述活塞还包括与所述导向杆相配合的一导向孔；所述活塞沿着所述导向杆，相对所述气缸运动。

2、一种减振支撑装置，包括一气缸活塞机构，其特征在于，所述气缸活塞机构包括一气缸，一活塞，以及连接所述气缸和所述活塞的一金属波纹管；所述活塞还包括至少一导向杆，所述气缸还包括与所述导向杆相配合的一导向孔；所述活塞沿着所述导向杆，相对所述气缸运动。

3、如权利要求1或2所述的减振支撑装置，其特征在于，所述金属波纹管与所述气缸、活塞之间的连接是焊接。

4、如权利要求1或2所述的减振支撑装置，其特征在于，所述气缸活塞机构还包括气孔，所述活塞通过所述气孔与所述气缸连通。

5、如权利要求1或2所述的减振支撑装置，其特征在于，还包括至少一万向连杆，所述万向连杆位于所述活塞的上部。

6、如权利要求1或2所述的减振支撑装置，其特征在于，还包括至少一柔性立柱，所述柔性立柱位于所述气缸活塞机构的外侧。

7、如权利要求5所述的减振支撑装置，其特征在于，还包括一上盖板，所述万向连杆的一端与所述上盖板之间有第一连接，所述万向连杆的另一端与所述活塞之间有第二连接。

8、如权利要求7所述的减振支撑装置，其特征在于，所述第一连接和所述第二连接是U形柔性连接。

9、如权利要求8所述的减振支撑装置，其特征在于，所述U形柔性连接是球轴承。

10、如权利要求6所述的减振支撑装置，其特征在于，还包括一上盖板和一下底板，所述柔性立柱的一端与所述上盖板之间有第三连接，所述柔性立柱的另一端与所述下底板之间有第四连接。

11、如权利要求10所述的减振支撑装置，其特征在于，所述第三连接是U形柔性连接。

12、如权利要求11所述的减振支撑装置，其特征在于，所述U形柔性连接是内部有滑槽孔的球轴承。

13、如权利要求10所述的减振支撑装置，其特征在于，所述第四连接是固定连接。

14、如权利要求13所述的减振支撑装置，其特征在于，所述固定连接是焊接、铆接或螺纹连接。