CN105805203A - 减振装置及减振方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减振装置及减振方法，其减振装置包括：多个励磁线圈；位于每个所述励磁线圈内部的铁芯；包围每个所述励磁线圈的磁流变弹性材料；与每个所述励磁线圈相对应的振动传感器，用于检测与所述减振装置相连接的设备的振动信号；以及控制器，接收所述振动传感器检测到的振动信号，并根据振动信号改变所述励磁线圈的电流；通过改变励磁线圈中电流的大小调节磁流变弹性材料的阻尼，从而获得最优的减振效果。
Description
技术领域
本发明涉及设备的减振技术，具体涉及一种减振装置及减振方法。
背景技术
在大规模半导体集成电路的前端制造设备中，光刻机是最复杂、要求最高的设备，集光机电技术于一身，尤其是对机械系统的精密性与稳定性的要求几乎达到了极限。为了达到这样的要求，在光刻机的设计和生产过程中，需要重视以下两个方面的问题：
首先是外部环境及地面振动等各方面的扰动问题。在光刻机的工作过程中，为了达到微观精度(微米级或纳米级)的工作环境，需要利用隔振系统对这方面的扰动进行最大可能的消除和抑制，目前用得最多的是利用空气弹簧系统来进行振动隔离，因为空气弹簧系统具有比较低的固有频率，可以将更宽的频段扰动隔离消减。其次是工件台、掩模台等内部运动部件的运动造成的扰动问题，这主要是由于重心的偏移造成的倾覆力矩的变化。目前一般是通过主动减振控制系统进行力矩的补偿和位置控制。随着光刻机内部运动部件质量和运动速度的提高，这种补偿控制面临着极大的压力和困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减振装置及减振方法，通过改变励磁电流大小调节磁流变弹性材料的阻尼，从而获得最优的减振效果。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种减振装置，包括：多个励磁线圈；位于每个所述励磁线圈内部的铁芯；包围每个所述励磁线圈的磁流变弹性材料；与每个所述励磁线圈相对应的振动传感器，用于检测与所述减振装置相连接的设备的振动信号；以及控制器，接收所述振动传感器检测到的振动信号，并根据振动信号改变所述励磁线圈的电流。
可选的，还包括：上盖板、下盖板以及侧板；所述上盖板、下盖板以及侧板包围所述每个励磁线圈；所述振动传感器位于所述上盖板之上并与每个所述励磁线圈相对应。
可选的，所述上盖板与所述下盖板的材质为硅钢或纯铁，为导磁材料；所述侧板的材质为铝合金材料，为隔磁材料。
可选的，所述磁流变弹性材料由基体材料、磁性颗粒以及增塑剂组成。
可选的，所述基体材料为硅橡胶、天然橡胶或氯丁橡胶等高分子材料。
可选的，所述磁性颗粒的直径为微米级或纳米级，其材质为羟基铁粉。
相应的，本发明还提供一种减振方法，使用上述的减振装置，将所述减振装置安装于需要减振的设备上，所述减振方法包括：
当设备中的工件台移动时，振动传感器检测到振动信号，并将所述振动信号传给控制器；
控制器根据接收到的振动信号改变通入励磁线圈的电流；
磁流变弹性材料的阻尼发生改变，进行减振。
可选的，所述振动传感器通过检测所述工件台的加速度、速度或位移的变化来检测振动信号。
可选的，当振动传感器将振动信号传给控制器后，控制器通过判断振动信号是否超过标准值来确定是否需要改变励磁线圈的电流。
可选的，当振动信号小于标准值时，所述控制器不改变通入励磁线圈的电流；当振动信号大于标准值时，所述控制器改变通入励磁线圈的电流。
可选的，通过选择最佳的电流来达到最佳的减振效果，获得振动信号与电流的关系的方法包括：
将减振装置放置于激振台上；
所述激振台逐个频率对所述减振装置进行激励；
所述控制器相应地不断改变电流的大小，记录各频率下的最佳减振电流。
与现有技术相比，本发明所提供的减振装置及减振方法的有益效果是：
1、本发明在励磁线圈的外围设置有磁流变弹性材料，通过改变励磁线圈中电流的大小调节磁流变弹性材料的阻尼，从而获得最优的减振效果；
2、本发明通过在上盖板上对应励磁线圈的位置设置振动传感器，振动传感器将接收到的振动信号传递到控制器，控制器根据接收到的振动信号改变通入励磁线圈的电流，通过选择最佳的电流大小达到最佳的减振效果。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的减振装置的结构示意图。
图2为本发明一实施例所提供的减振装置中通入电流之后的示意图。
图3为本发明一实施例所提供的减振装置的工作流程图。
图4为本发明一实施例所提供的获得最佳电流的方法的示意图。
图5为本发明一实施例所提供的减振装置中振动频率与振幅衰减率的关系图。
图6为本发明一实施例所提供的光刻设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为了便于说明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
本发明的减振装置及减振方法可广泛应用于多种领域，尤其适用于光刻装置，下面通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑涵盖在本发明的保护范围内。
请参考图1，其为本发明一实施例所提供的减振装置的结构示意图。如图1所示，所述减振装置包括：多个励磁线圈620；位于每个所述励磁线圈620内部的铁芯610；包围每个所述励磁线圈620的磁流变弹性材料600；以及与每个所述励磁线圈620相对应的振动传感器700。所述励磁线圈620用于产生磁场，所述铁芯610用于形成磁场回路，所述振动传感器700用于检测与所述减振装置相连接的设备的振动信号，所述磁流变弹性材料600在磁场回路的作用下改变阻尼以抑制设备的振动。所述减振装置还包括控制器800，接收所述振动传感器700检测到的振动信号，并根据振动信号改变所述励磁线圈620的电流。
本实施例中，所述减振装置设置为框架形状，其还包括上盖板201、下盖板202以及侧板203，所述上盖板201、下盖板202以及侧板203包围所述每个励磁线圈620；所述振动传感器700位于所述上盖板201之上并与每个所述励磁线圈620相对应。为了得到合适的磁场环境，所述上盖板201与下盖板202均为强导磁材料，例如硅钢或纯铁；所述侧板203为隔磁材料，例如铝合金。
所述磁流变弹性材料600由基体材料、磁性颗粒以及增塑剂等混合而成，所述基体材料为硅橡胶、天然橡胶或氯丁橡胶等高分子材料；所述磁性颗粒的材质为羟基铁粉，其直径为微米级或纳米级。
如图2所示，给励磁线圈620通入一定电流后，上盖板201、下盖板202、铁芯610之间会产生磁场回路，如图2中的箭头所示，所述磁流变弹性材料600在该磁场回路的作用下阻尼和刚度发生改变，由此起到减振的作用。
相应的，本发明还提供一种减振方法，采用上述的减振装置，将所述减振装置安装于需要减振的设备上，所述减振方法包括：
当设备中的工件台移动时，振动传感器检测到振动信号，并将所述振动信号传给控制器；
控制器根据接收到的振动信号改变通入励磁线圈的电流；
磁流变弹性材料的阻尼发生改变，进行减振。
具体的，请参照图3，其为本发明一实施例所提供的减振装置的工作流程图。以下结合图3，详细介绍使用减振装置进行减振的方法：
当设备中的工件台移动时，振动传感器700检测到振动信号，并将所述振动信号传给控制器800；所述振动传感器700通过检测所述工件台的加速度、速度或位移的变化来检测振动信号。
控制器800根据接收到的振动信号改变通入励磁线圈620的电流；当振动传感器700将振动信号传给控制器800之后，控制器800通过判断振动信号是否超过标准值来确定是否需要改变励磁线圈620的电流；当振动信号小于标准值时，所述控制器800不改变通入励磁线圈620的电流；当振动信号大于标准值时，所述控制器800改变通入励磁线圈620的电流。此处所述的标准值是一临界值，当振动信号小于标准值时，所述振动不会对设备造成影响，当振动信号大于标准值时，所述振动会对设备造成影响，因此通过对设备的影响判断标准值的数值。
通入励磁线圈620的电流发生变化，则在上盖板201、下盖板202以及铁芯610之间产生的磁场回路会发生变化，磁流变弹性材料600在磁场回路的作用下阻尼与刚度都发生改变，从而起到减振效果。
在所述励磁线圈620中通入不同的电流，磁流变弹性材料600的阻尼和刚度发生不同的变化，起到不同的减振效果，通过选择通入励磁线圈620的最佳电流可以达到最佳的减振效果，请参考图4，获得最佳电流的方法包括：
将减振装置放置于激振台900上，；
所述激振台900逐个频率对所述减振装置进行激励；
振动传感器700接收到振动信号并传给控制器800，所述控制器800相应地不断改变电流的大小，在不同的电流作用下，减振装置具有不同的振动(电流越接近最佳电流则减振装置的振动越小)，根据激振台900施加的振动以及最终减振装置的振动可以计算出振幅衰减率，而振幅衰减率越大越好，最终得到如图5所示的在不同的电流作用下振动频率与振幅衰减率的关系图，从图5中可以看出，要达到振幅衰减率最高，若频率为20Hz，则选择最佳电流I＝1.0A；若频率为90Hz，则选择最佳电流I＝0.8A，因此根据图5可以得到各频率下的最佳减振电流。
在减振装置工作状态下，控制器800接收到振动信号，根据上述频率与最佳减振电流的关系来改变通入励磁线圈620的电流，以得到最佳的减振效果。
请参考图6，其为本发明一实施例所提供的光刻设备的结构示意图，如图6所示，在减振器100上设置有框架200、工作台300、主基板400以及投影物镜500；工作台300用于硅片的运动，投影物镜500用于投影，而主基板400用于支撑投影物镜500，减震器100起减振的作用，在现有技术中所述框架200作为整个设备的支撑，而通过本发明所提供的减振装置，将框架200更换为减振装置，不仅可以起到原有的设备的支撑作用，还可以起到减振的作用。
综上所述，本发明在励磁线圈的外围设置有磁流变弹性材料，通过改变励磁线圈中电流的大小调节磁流变弹性材料的阻尼，从而获得最优的减振效果；本发明通过在上盖板上对应励磁线圈的位置设置振动传感器，振动传感器将接收到的振动信号传递到控制器，控制器根据接收到的振动信号改变通入励磁线圈的电流，通过选择最佳的电流大小达到最佳的减振效果。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (11)
1.一种减振装置，其特征在于，包括：多个励磁线圈；位于每个所述励磁线圈内部的铁芯；包围每个所述励磁线圈的磁流变弹性材料；与每个所述励磁线圈相对应的振动传感器，用于检测与所述减振装置相连接的设备的振动信号；以及控制器，接收所述振动传感器检测到的振动信号，并根据振动信号改变所述励磁线圈的电流。
2.如权利要求1所述的减振装置，其特征在于，还包括：上盖板、下盖板以及侧板；所述上盖板、下盖板以及侧板包围所述每个励磁线圈；所述振动传感器位于所述上盖板之上并与每个所述励磁线圈相对应。
3.如权利要求2所述的减振装置，其特征在于，所述上盖板与所述下盖板的材质为硅钢或纯铁，为导磁材料；所述侧板的材质为铝合金材料，为隔磁材料。
4.如权利要求1所述的减振震装置，其特征在于，所述磁流变弹性材料由基体材料、磁性颗粒以及增塑剂组成。
5.如权利要求4所述的减振装置，其特征在于，所述基体材料为硅橡胶、天然橡胶或氯丁橡胶等高分子材料。
6.如权利要求4所述的减振装置，其特征在于，所述磁性颗粒的直径为微米级或纳米级，其材质为羟基铁粉。
7.一种减振方法，其特征在于，采用如权利要求1～6任意一项所述的减振装置，将所述减振装置安装于需要减振的设备上，所述减振方法包括：
当设备中的工件台移动时，振动传感器检测到振动信号，并将所述振动信号传给控制器；
控制器根据接收到的振动信号改变通入励磁线圈的电流；
磁流变弹性材料的阻尼发生改变，进行减振。
8.如权利要求7所述的减振方法，其特征在于，所述振动传感器通过检测所述工件台的加速度、速度或位移的变化来检测振动信号。
9.如权利要求7所述的减振方法，其特征在于，当振动传感器将振动信号传给控制器后，控制器通过判断振动信号是否超过标准值来确定是否需要改变励磁线圈的电流。
10.如权利要求9所述的减振方法，其特征在于，当振动信号小于标准值时，所述控制器不改变通入励磁线圈的电流；当振动信号大于标准值时，所述控制器改变通入励磁线圈的电流。
11.如权利要求10所述的减振方法，其特征在于，通过选择最佳的电流来达到最佳的减振效果，获得最佳电流的方法包括：
将减振装置放置于激振台上；
所述激振台逐个频率对所述减振装置进行激励；
所述控制器相应地不断改变电流的大小，记录各频率下的最佳减振电流。
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