CN107783382A - 减振器、减小干扰振动的方法和光刻机 - Google Patents

减振器、减小干扰振动的方法和光刻机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减小干扰振动的方法，包括如下步骤：采用隔振器对干扰振动进行初次隔离，采用阻尼器对从所述隔振器传入的干扰振动进行二次隔离，所述减小干扰振动的方法采用二次减振的方法，提高了减振的效果。本发明还公开了一种减振器，设置在设备的基座和机器载荷之间，所述减振器不仅降低了干扰振动对设备的影响，还消除了在长时间重负载压缩下引起的所述机器载荷相对外部世界的目标位置改变。本发明还公开了一种采用上述减振器的光刻机，采用上述减振器后，所述光刻机提高了稳定性。

Description

减振器、减小干扰振动的方法和光刻机
技术领域
本发明涉及一种减振器及减小干扰振动的方法和一种光刻机。
背景技术
一般地，对振动比较敏感的设备，比如光刻机等，其组成部分包括基座和机器载荷，所述基座固定在地面或者平台上，所述机器载荷设置在所述基座上，所述机器载荷包括机器载荷和振动敏感部件，所述机器载荷支撑着所述振动敏感部件。以光刻机为例，所述振动敏感部件包括工件台、掩模台、曝光物镜和测量设备等，影响所述基座产生振动的因素主要有地基振动的传入、机器载荷内部部件的相对移动所引发的外界对机器产生的反作用力和力矩、光刻机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。因此，为防止所述基座产生振动而干扰设备运作，通常，在所述基座和所述机器载荷之间设置一套减振支撑设备，所述减振支撑设备起减振作用的同时又起支撑作用。
2007年1月17日公开的欧洲专利EP1744215(A1)中，介绍了一种光刻机减振支撑设备。所述光刻机减振支撑设备从重力方向和水平方向分别进行隔振，在重力方向上起隔振作用的是由空气弹簧与负刚度机构并联形成的低刚度弹簧，在水平方向上起隔振作用的是由倒立摆和板簧并联形成的低刚度弹簧。
开启设置上述光刻机减振支撑设备的光刻机，测试所述光刻机减振支撑设备振动情况，结果如图1所示，其中，X方向为光刻机中主基板的短轴方向，Y方向为主基板的长轴方向，Z方向为重力方向，从图1中看出，100Hz～1000Hz的频率范围内，振动的加速度偏高，即振动幅值偏高，光刻机内部结构会产生过高的振动，干扰光刻机运作，由此看出所述光刻机减振支撑设备由于采用了空气弹簧，空气弹簧伸缩时压缩空气本身的气流流动引起其负载产生高频振动，降低了所述光刻机减振支撑设备的减振效果。
发明内容
本发明提供了一种减小干扰振动的方法，用以解决采用以空气弹簧为主的减振器不能隔离自振动而降低减振效果的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种减小干扰振动的方法，包括如下步骤：
采用隔振器对干扰振动进行初次隔离；接着，采用阻尼器对从所述隔振器传入的干扰振动进行二次隔离。
作为优选，所述隔振器和所述阻尼器串联连接。
本发明所述减小干扰振动的方法采用两级减振的方法，二次隔振可以有效隔离初次隔振后留下的干扰振动，提高了减振效果。
本发明还提供了一种减振器，设置在设备的基座和机器载荷之间起减振的作用，包括串联的隔振器和阻尼器，所述隔振器连接所述基座，所述阻尼器连接所述机器载荷。所述隔振器能够隔离所述基座上的振动，而对于所述隔振器的自振动，或因临界阻尼比小，对于共振频率附近的振动隔离能力较差，通过在所述隔振器上串联所述阻尼器，对所述隔振器的自振动以及所述基座传入的振动进一步的隔离，对所述机器载荷起到更好的减振作用，同时对所述机器载荷上的振动，所述阻尼器进行减振，避免振动传入所述隔振器。
作为优选，所述阻尼器包括阻尼弹簧以及分设在所述阻尼弹簧两端的上板和下板，所述阻尼器通过所述上板连接所述机器载荷，通过所述下板连接所述隔振器。
作为优选，所述阻尼弹簧采用高阻尼材料制备。
作为优选，高阻尼材料为橡胶、塑料或橡胶塑料的复合材料。
作为优选，所述隔振器为空气弹簧或钢弹簧。所述空气弹簧伸缩时压缩空气产生高频振动；所述钢弹簧存在自振动现象，容易传递中频振动，另外所述钢弹簧临界阻尼比小，对于共振频率附近的振动隔离能力较差。在隔振设计中，通常把100Hz以上的干扰振动称作高频振动，6～100Hz的干扰振动称作中频振动。
作为优选，所述减振器还包括一速度控制系统。所述速度控制系统包括速度传感器、速度控制器和电机。所述速度传感器设有至少两个，所述速度传感器分别设置在所述上板和所述基座上，所述速度控制器相对所述基座固定设置并连接所述电机，所述电机设置在所述基座和所述下板之间，并连接所述基座和所述下板，所述速度传感器探测所述阻尼器和所述基座的振动速度，并将探测信号传递给所述速度控制器，所述速度控制器根据信号判断所述阻尼器的振动速度是否在速度限定值范围内，由此控制所述电机输出对所述阻尼器的速度阻尼力，调整所述阻尼器的振动速度。
作为优选，所述速度传感器包括水平向速度传感器和垂向速度传感器，所述水平向速度传感器设置在所述上板上，所述垂向速度传感器设置在所述上板和所述基座上。
作为优选，所述电机包括水平向电机和垂向电机。所述下板包括沿水平方向设置的本体和沿重力方向设置的支部，所述垂向电机连接所述基座和所述本体，所述水平向电机连接所述基座和所述支部。所述水平向电机向所述支部施加水平向速度阻尼力，调整所述阻尼器沿水平向的振动速度；所述垂向电机向所述本体施加重力方向的速度阻尼力，调整所述阻尼器沿重力方向的振动速度。
作为优选，所述减振器还包括一位置控制系统。所述位置控制系统包括位移传感器、位移控制器和控制阀。所述位移传感器相对所述基座固定设置，所述位移控制器相对所述基座固定设置并连接所述控制阀，所述控制阀设置在所述隔振器位于所述基座的一端，所述位移传感器探测所述阻尼器相对所述基座的位移，并将探测信号传递给所述位移控制器，所述位移控制器连接所述控制阀，所述位移控制器根据信号判断所述阻尼器的相对位移是否在位移限定值范围内，从而控制所述控制阀调整所述隔振器的变形量，调整所述阻尼器相对所述基座的位移，消除所述阻尼器在长时间重负载压缩下变形引起的所述机器载荷相对设备外部世界的目标位置改变。
作为优选，所述位移传感器包括水平向位移传感器和垂向位移传感器，所述水平向位移传感器和所述垂向位移传感器均相对所述基座固定设置。
本发明提供的减振器，通过在隔振器上串联阻尼器，使得所述减振器具有两级减振功能，提高了减振效果。进一步的，本发明通过设置速度控制系统，探测并且控制所述阻尼器的振动速度，减小振动幅值，进一步提高了所述减振器的减振效果。本发明所述减振器结构简单，降低了生产成本。
本发明还提供了一种光刻机，包括基座和设置在所述基座上的机器载荷，还包括上述减振器。
本发明提供的光刻机，通过在所述光刻机的部件之间设置具有二级减振功能的减振器，提高了所述光刻机的稳定性，从而提高了所述光刻机的光刻效率。
附图说明
图1是现有技术中的设置光刻机减振支撑设备的光刻机开启后光刻机减振支撑设备的振动情况图；
图2是本发明实施例一中的减振器的结构示意图；
图3是本发明实施例一中的减振器的空气弹簧的振动传递率曲线图；
图4是本发明实施例一中的减振器的橡胶弹簧的振动传递率曲线图；
图5是本发明实施例一中的减振器的空气弹簧和橡胶弹簧串联后的振动传递率曲线图；
图6是本发明实施例二中的减振器的结构示意图。
图2和图6中所示：10-基座、20-机器载荷、31-空气弹簧、321-橡胶弹簧、322-上板、323-下板、3231-本体、3232-支部、331-水平向速度传感器、332-垂向速度传感器、333-速度位移控制器、334-电机、341-水平向位移传感器、342-垂向位移传感器、343-控制器、344-转接块、35-钢弹簧。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的应用范围。
实施例一
请参见图2，一种光刻机，包括基座10、机器载荷20以及设置在所述基座10和所述机器载荷20之间的减振器，所述减振器使得所述基座10和所述机器载荷20之间形成弹性连接，以减少振动的传递。
所述减振器包括串联的隔振器和阻尼器，所述隔振器连接所述基座10，所述阻尼器连接所述机器载荷20。本实施例中，所述隔振器为空气弹簧31，所述空气弹簧31的振动传递率公式为：
其中，M为负载质量，C1为空气弹簧阻尼，K1为空气弹簧刚度，s为复变量(复数域)。
所述空气弹簧31的振动传递率曲线见图3，采用伯德(Bode)图表示，由两张图组成：一张是幅值-频率对数坐标图，一张是相角-频率对数坐标图。所述空气弹簧31一端连接所述基座10，一端连接所述阻尼器。
所述阻尼器包括橡胶弹簧321和分设在所述橡胶弹簧321两端的上板322和下板323，所述橡胶弹簧321的振动传递率公式为：
其中，M为负载质量，C2为橡胶弹簧阻尼，K2为橡胶弹簧刚度，s为复变量(复数域)。
所述橡胶弹簧321的振动传递率曲线见图4，采用伯德图表示。所述橡胶弹簧321通过所述上板322连接所述机械载荷20，通过所述下板323连接所空气弹簧31。
所述空气弹簧31和所述橡胶弹簧321串联后，对所述基座10上的振动传递到所述机器载荷20的振动传递率公式为：
所述空气弹簧31和所述橡胶弹簧321串联后的振动传递率曲线见图5，采用伯德图表示。
所述减振器减小干扰振动的方法，振动经所述基座10传入所述减振器，首先所述空气弹簧31对传入的振动进行隔振，所述空气弹簧31固有频率低，能够对传入的振动尽可能的隔离，而所述空气弹簧31伸缩时压缩空气引起的高频振动，所述空气弹簧31不能隔离，因此在所述空气弹簧31上串联所述橡胶弹簧321，所述橡胶弹簧321采用高阻尼材料橡胶制作，具有一定的阻尼，对所述空气弹簧31引起的高频振动以及从所述基座10传入的振动进行有效隔离。同时，当所述机器载荷20内部产生振动，振动传入所述橡胶弹簧321，所述橡胶弹簧321进行阻尼减振。所述减振器具有二级减振功能，提高了减振效果。
请参见图2，所述减振器还包括速度控制系统和位移控制系统。所述速度控制系统包括水平向速度传感器331、两个垂向速度传感器332、速度位移控制器333和电机334。所述水平向速度传感器331设置在所述上板322上，用于探测所述橡胶弹簧321水平向的速度并将探测信号传递给所述速度位移控制器333，所述垂向速度传感器332分别设置在所述上板322和所述基座10上，用于探测所述橡胶弹簧321重力方向的速度并将探测信号传递给所述速度位移控制器333，所述速度位移控制器333相对所述基座10固定设置并连接所述电机334，所述电机334设置在所述基座10和所述下板323之间并连接所述基座10和所述下板323。
所述电机334包括水平向电机和垂向电机，所述下板323包括沿水平方向设置的本体3231和沿重力方向设置的支部3232，所述垂向电机连接所述基座10和所述本体3231，所述垂向电机向所述本体3231施加重力方向的速度阻尼力，所述水平向电机连接所述基座10和所述支部3232，所述水平向电机向所述支部3232施加水平向速度阻尼力。
所述速度控制系统探测所述橡胶弹簧321和所述基座10的振动速度，当所述橡胶弹簧321在水平向和/或重力方向上的振动速度超过速度限定值，所述速度位移控制器333控制所述电机334向所述橡胶弹簧321输出速度阻尼力，调整所述橡胶弹簧321的振动速度在速度限定值范围内，从而调整所述橡胶弹簧321的振动幅值，加快振动的衰减，进一步提高减振效果。
所述位移控制系统包括水平向位移传感器341、垂向位移传感器342、所述速度位移控制器333和控制阀，本实施例中，所述速度位移控制器333同时用于所述速度控制系统和所述位移控制系统。所述水平向位移传感器341和垂向位移传感器342均相对所述基座10固定设置，用于探测所述橡胶弹簧321相对所述基座10的水平向位移和重力方向的位移并将探测信号传递给所述速度位移控制器333，所述速度位移控制器333连接所述控制阀343，本实施例中，所述控制阀包括控制器343和转接块344，所述控制器343设置在所述空气弹簧31位于所述基座10的一端，所述控制器343通过所述转接块344控制进入空气弹簧内的进气量，调整所述空气弹簧31的伸缩量。
所述位移控制系统探测所述橡胶弹簧321相对所述基座10的位移，当所述橡胶弹簧321在水平向和/或重力方向上相对所述基座10的位移超过位移限定值，所述速度位移控制器333控制所述控制阀调整所述空气弹簧31的伸缩量，调整所述橡胶弹簧321的相对位移在位移限定值范围内，消除所述橡胶弹簧321在长时间重负载压缩下变形引起所述机器载荷20相对所述光刻机外部世界的目标位置改变。
实施例二
请参见图6，实施例二与实施例一的区别在于，所述隔振器为钢弹簧35，所述钢弹簧35一端连接所述基座10，另一端连接所述阻尼器，所述控制阀为所述控制器343，通过所述控制器343调整所述钢弹簧35的伸长量。振动经所述基座10传入所述减振器，首先所述钢弹簧35对传入的振动进行隔振，所述钢弹簧35存在自振动现象，容易传递6～100Hz的中频振动，另外所述钢弹簧35临界阻尼比小，对于共振频率附近的振动隔离能力较差，因此在所述钢弹簧35上串联所述橡胶弹簧321，对所述钢弹簧35不能隔离的振动进行有效隔离。同时，当所述机器载荷20内部产生振动，振动传入所述橡胶弹簧321，所述橡胶弹簧321进行阻尼减振。

Claims (13)

1.一种减小干扰振动的方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用隔振器对干扰振动进行初次隔离；接着，采用阻尼器对从所述隔振器传入的干扰振动进行二次隔离。
2.根据权利要求1所述的减小干扰振动的方法，其特征在于，所述隔振器和所述阻尼器串联连接。
3.一种减振器，设置在设备的基座和机器载荷之间，其特征在于，包括串联的隔振器和阻尼器，所述隔振器连接所述基座，所述阻尼器连接所述机器载荷。
4.根据权利要求3所述的减振器，其特征在于，所述隔振器为空气弹簧或钢弹簧。
5.根据权利要求3所述的减振器，其特征在于，所述阻尼器包括阻尼弹簧以及分设在所述阻尼弹簧两端的上板和下板，所述阻尼器通过所述上板连接所述机器载荷，通过所述下板连接所述隔振器。
6.根据权利要求5所述的减振器，其特征在于，所述阻尼弹簧采用阻尼材料制备。
7.根据权利要求6所述的减振器，其特征在于，所述阻尼材料为橡胶、塑料或橡胶塑料的复合材料。
8.根据权利要求5所述的减振器，其特征在于，所述减振器还包括一速度控制系统，所述速度控制系统包括速度传感器、速度控制器和电机，所述速度传感器设有至少两个，所述速度传感器分别设置在所述上板和所述基座上，所述速度传感器用于探测所述阻尼器和所述基座的振动速度，并将探测信号传递给所述速度控制器，所述速度控制器相对所述基座固定设置并连接所述电机，所述电机设置在所述基座和所述下板之间并连接所述基座和所述下板。
9.根据权利要求8所述的减振器，其特征在于，所述速度传感器包括水平向速度传感器和垂向速度传感器，所述水平向速度传感器设置在所述上板上，所述垂向速度传感器设置在所述上板和所述基座上。
10.根据权利要求8所述的减振器，其特征在于，所述电机包括水平向电机和垂向电机，所述下板包括沿水平向设置的本体和沿重力方向设置的支部，所述垂向电机连接所述基座和所述本体，所述水平向电机连接所述基座和所述支部。
11.根据权利要求3所述的减振器，其特征在于，所述减振器还包括一位置控制系统，所述位置控制系统包括位移传感器、位移控制器和控制阀，所述位移传感器相对所述基座固定设置，所述位移传感器用于探测所述阻尼器相对所述基座的位移，并将探测信号传递给所述位移控制器，所述位移控制器相对所述基座固定设置并连接所述控制阀，所述控制阀设置在所述隔振器位于所述基座的一端。
12.根据权利要求11所述的减振器，其特征在于，所述位移传感器包括水平向位移传感器和垂向位移传感器，所述水平向位移传感器和所述垂向位移传感器均相对所述基座固定设置。
13.一种光刻机，包括基座和机器载荷，所述机器载荷设置在所述基座上，其特征在于，还包括如权利要求3～12任一所述的减振器。
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