NL1010257C2 - Stelsel voor vibratie-isolatie en het compenseren van een reactiekracht van een nuttige last, en isolatiebeen voor een dergelijk stelsel. - Google Patents

Description

Titel: Stelsel voor vibratie-isolatie en het compenseren van een reactiekracht van een nuttige last, en isolatiebeen voor een dergelijk stelsel.

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor vibratie-isolatie en het compenseren van een reactiekracht van een nuttige last, met een basis met een beweegbaar ondersteuningssamenstel voor een nuttige last en een aantal 5 bevestigingsorganen om de basis op een aardoppervlak te ondersteunen.

Een dergelijk stelsel is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 5.187.519. Bij het bekende stelsel wordt de basis op de bevestigingsorganen ondersteund door ten minste 10 drie krachtaandrijvers per bevestigingsorgaan. De krachtaandrijver in de z-richting is daarbij een luchtveer, die door het frame van de bevestigingsorganen veerkrachtig wordt ondersteund door een stapel rubberlaagjes (zie kolom 6, regel 3-7 van het geschrift). Daarentegen zijn de 15 krachtaandrijvers voor de x- en de y-richting direct aan het bevestigingsorgaan bevestigd, zonder tussenkomst van rubberlagen (zie kolom 6, regels 15-17). Voorts zijn die krachtaandrijvers door een staafvormig lichaam gekoppeld aan de basis (kolom 6, regels 18-20), zodat aldus een 20 daadwerkelijke enigszins starre verbinding tussen bevestigingsorganen en basis bestaat. Hierdoor kunnen niet alle trillingen in voldoende mate worden afgehouden van de basis. Voor de toepassing van het stelsel bij fotolithografie van halfgeleiderplaatjes is dit nadelig.

25 Zoals bekend wordt fotolithografie gebruikt bij het bewerken van halfgeleiderplaatjes. Daarbij wordt een te bewerken plaatje geplaatst op een stellage of ander onderst euningsplat form dat beweegbaar is om het plaatje ten opzichte van de fotolithografie-apparatuur uit te richten. 30 Twee krachtbronnen kunnen de uitlijning verstoren. De beweging van de nuttige last wekt reactiekrachten op die de stellage laten vibreren en het lenssamenstel laten bewegen, 1010287 2 hetgeen in beginsel de uitlijning verstoord. Ook kan het geruime tijd in beslag nemen voordat de vibraties zijn gedissipeerd en gedurende deze tijd kan de wafel niet worden belicht. Ook kunnen basisverstoringen op seismisch 5 niveau de uitlijning beïnvloeden. Door toepassing van het bekende stelsel wordt een dergelijk stepperstelsel geïsoleerd tegen seismische verstoringen, terwijl de stellagebewegingen worden geoptimaliseerd om reactie-krachten te reduceren.

10 De uitvinding heeft tot doel een verbeterd stelsel van het besproken type te verschaffen waarmede in het bijzonder een betere isolatie tegen trillingen, met name ook van het seismische type, wordt geboden. Het gestelde doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een stelsel 15 waarbij ieder bevestigingsorgaan de vorm heeft van een isolatiebeen met een huis dat in aanraking is met het aardoppervlak en een elastomeer ondersteuningsonderdeel dat is gekoppeld aan het huis en is opgesteld voor het ondersteunen van de basis en om de basis te isoleren tegen 20 directe aanraking met het huis, alsmede voor het in alle richtingen verzwakken van seismische krachten die vanaf de aarde worden overgedragen.

Anders dan bij de bekende inrichting is bij het stelsel volgens de uitvinding ieder bevestigingsorgaan een 25 echt isolatiebeen doordat de basis van het stelsel uitsluitend via het elastomeer ondersteuningsonderdeel in aanraking is met het huis van het bevestigingsorgaan. Aldus is de basis in alle drie de asrichtingen mechanisch van het aardoppervlak geïsoleerd.

30 Bij het stelsel volgens de uitvinding is voorzien in een aantal, bij voorkeur drie of vier isolatiebenen die een stepperstelsel ondersteunen. Elk been omvat een elastomeer ondersteuningsonderdeel dat de massa van het stepperstelsel ondersteunt en seismische krachten die worden overgedragen 35 vanaf de aarde naar het stelsel verzwakt. Derhalve vormt T010257 2a dit onderdeel de passieve vibratie-isolatiecomponent van het stelsel.

Bij voorkeur is een aantal krachtaandrijvers bevestigd aan elk been en aan het stepperstelsel. De 5 krachtaandrijvers, die al dan niet kunnen zijn opgesteld in tegengesteld gerichte paren, voorzien elk in een kracht die zodanig is gericht dat bewegingen van het stepperstelsel worden gecompenseerd. Zes versnellingsmeters zijn aangebracht op het stepperstelsel om versnellingen te meten in 10 zes vrijheidsgraden. Een besturingsstelsel dat reageert op signalen van de versnellingsmeters veroorzaakt een aandrijving van de krachtaandrijvers.

De krachtaandrijvers zijn daarbij aangebracht in voldoende aantallen en op voldoende plaatsen om te 15 verzekeren dat voldoende krachten kunnen worden voort-gebracht om bewegingen van het stepperstelsel te compenseren. In elk isolatiebeen zijn twee krachtaandrijvers opgesteld om te voorzien in een verticale beweging, één opwaarts gericht en één naar beneden gericht. 20 In een uitvoeringsvorm met vier isolatiebenen, die in het algemeen zijn opgesteld op vier hoeken van het stepperstelsel, zijn acht horizontale krachtaandrijvers voorzien, die elk zodanig zijn georiënteerd dat een kracht wordt voortgebracht die gericht is naar een tegenoverliggende 25 krachtaandrijver op een naburig been. In een uitvoeringsvorm met drie isolatiebenen zijn zes horizontale krachtaandrijvers voorzien, niet noodzakelijkerwijze in tegengestelde paren. Op deze wijze kunnen bewegingen van het stepperstelsel die worden gedetecteerd door de 30 versnellingsmeters, worden gecompenseerd.

1010257 3 KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN De uitvinding zal nu aan hand van de beschrijving en de tekeningen in het volgende nader worden toegelicht.

5 Fig. 1 is een schematisch diagram van een stelsel voor vibrat.ie-isolatie en reactiekracht-compensatie van nuttige last volgens de onderhavige uitvinding/ fig. 2 is een isometrisch aanzicht van een isolatie-been van een stelsel van fig. 1,-10 fig. 3 is een isometrisch aanzicht van het isolatie- been van fig. 2 waarbij een bovenplaat ervan is verwijderd; fig. 4 is een isometrische dwarsdoorsnede van het isolatiebeen van fig. 2; fig. 5 is een uit elkaar getrokken aanzicht van een 15 krachtaandrijver volgens de onderhavige uitvinding; fig. 6 is een grafiek die het verticale seismisch doorlaatvermogen met en zonder de onderhavige uitvinding weergeeft; en fig. 7 is een grafiek die de onderdrukking van de 20 verstoringskracht van de nuttige last met en zonder de onderhavige uitvinding weergeeft.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING Een stepperstelsel 10 dat de onderhavige uitvinding 25 omvat, is wèergegeven in fig. 1. Het stelsel omvat een basis 12, die wordt ondersteund op de aarde door een aantal isolatiebenen 14. Een brug 16 is gemonteerd op de basis.

Een lenssamenstel 18 strekt zich uit door een opening in de brug om een wafel te belichten. Een te verwerken wafel 30 wordt geplaatst op een stellagesamenstel 20, dat wordt ondersteund óp de stepperbasis. Het stellagesamenstel omvat twee orthogonale ruwe stellages 22, 24 voor grote bewegingen in twee vrijheidsgraden langs twee orthogonale assen, op typerende wijze in de orde van 8 inches, de 35 diameter van een wafel. Het stellagesamenstel omvat ook een fijne stellage (niet zichtbaar) voor fijnere bewegingen in i 1 Ci 1 n r» sr “7 J w ‘ U £ u ( 4 zes vrijheidsgraden. De stellages maken het mogelijk dat een wafel op het stellagesamenstel op de juiste wijze ten opzichte van het lenssamenstel wordt uitgelijnd.

Onder verwijzing naar fig. 2-4 omvat elk isolatie-5 been 14 een huis 26 of ondersteuning die rust op de aarde of bodem. Een elastomeermateriaal 28 kan zijn aangebracht in een dunne laag tussen het bodemoppervlak van het huis en de aarde om wrijving te laten toenemen en het glijden van het huis op de aarde te voorkomen. Het huis omvat een 10 inwendige holte 30 die een elastomeer-ondersteunings- onderdeel 32 omvat. Het elastomeer-ondersteuningsonderdeel is bevestigd aan het huis op iedere daartoe geschikte wijze zoals door zij flenzen of uitstekende delen 34 die via openingen in de flenzen zijn bevestigd met bouten aan het 15 huis.

Het elastomeer-ondersteuningsonderdeel 32 is gevormd uit een blok elastomeer-materiaal. Dit ondersteunt de massa van het stepperstelsel en vormt de passieve vibratie-isolatiecomponent van het stelsel om het stellagesamenstel 20 te isoleren tegen seismische verstoringskrachten. De vorm van het elastomeer-ondersteuningsonderdeel wordt zodanig gekozen dat de horizontale en verticale stijfheid van het elastomeer in evenwicht is. Op deze wijze worden seismische krachten die worden overgedragen vanaf de aarde naar het 25 huis verzwakt door het elastomeeronderdeel.

Een aantal krachtaandrijvers 40 is bevestigd aan de bovenzijde van het huis 26 in elk been. De krachtaan-drijvers zijn ook bevestigd aan een bovenplaat 42 die op zijn beurt is bevestigd aan de basis van het stepper-30 stelsel. Elke aandrijver voorziet in een kracht in één enkele richting. Derhalve zijn in het geval van vier benen twee aandrijvers die zijn opgesteld in tegenover elkaar gelegen paren nodig om te voorzien in een bipolaire kracht.

In de uitvoeringsvorm getoond in fig. 1 zijn vier 35 isolatiebenen 14 aangebracht, één op elk van de vier hoeken van het stepperstelsel. Binnen elk been zijn twee kracht- 1010257 5 aandrijvers 40a, 40b aangebracht om verticaal gerichte krachten te verschaffen, één opwaarts gericht en één naar beneden gericht (aangeduid door de pijlen +FZ en -Fz in fig. 3), en zijn twee krachtaandrijvers 40c, 40d aan-5 gebracht om te voorzien in een horizontale beweging (aangeduid door de pijlen Fx en Fy in fig. 3). De horizontale krachtaandrijvers binnen elk been zijn onderling met rechte hoeken georiënteerd. De horizontale krachtaandrijvers 40c, 40d verschaffen elk daardoor een 10 kracht die gericht is langs een zijde van het stepper- stelsel naar een tegenover gelegen krachtaandrijver op het been op de naburige hoek. Derhalve is voorzien in een totaal van acht horizontale krachtaandrijvers en acht verticale krachtaandrijvers, waarbij de verticale kracht-15 aandrijverparen zijn aangebracht binnen elk been en de horizontale krachtaandrijverparen zijn verdeeld over de benen op naburige hoeken. De aandrijvers zijn symmetrisch geplaatst en zijn groot genoeg om te voorzien in een voldoende kracht om eventuele stellagereactiekrachten te 20 compenseren.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de krachtaandrijvers krachtaandrijvers van het tractietype met variabele reluctantie die zodanig gekozen zijn dat ze een hoge specifieke kracht en een betrekkelijk grote slag 25 hebben. Elke aandrijver 40 omvat een aantal stalen lagen 50 in de vorm van een E waarbij een koperen spoel 52 is aangebracht rond het middenbeen van de E (fig. 5) en een daarmee verbonden elektromagnetisch doel 56 (fig. 4). Een aluminium huis 54 is aangebracht rond de stalen lagen met 30 geschikte flenzen voor montage aan de bovenplaat en het huis van elk been. Elke aandrijver is zodanig georiënteerd dat deze een kracht in de gewenste richting voortbrengt. De aandrijverhelften kunnen worden bevestigd aan het isolatie-been en aan het stepperstelsel respectievelijk op iedere 35 geschikte wijze om de gewenste kracht en richting te bereiken. Het zal duidelijk zijn dat andere typen kracht- 1010257 6 aandrijvers kunnen worden gebruikt afhankelijk van de afmetings- en configuratiebeperkingen van het stelsel.

Zes versnellingsmeters 60 zijn ook bevestigd aan de bovenplaat 42 om versnellingen te meten van de stepperbasis 5 in zes vrijheidsgraden. Drie versnellingsmeters zijn horizontaal georiënteerd en meten lineaire versnellingen langs de X en Y assen en hoekversnellingen rond de Z as respectievelijk, waarbij de X, Y en Z assen loodrecht op elkaar staan. De andere drie versnellingsmeters zijn 10 verticaal georiënteerd en meten lineaire versnellingen langs de Z as en hoekversnellingen rond de X en Y assen respectievelijk. Signalen die een representatie zijn voor de gemeten versnellingen worden overgedragen naar een controller. In de weergegeven uitvoeringsvorm zijn twee 15 versnellingsmeters aangebracht op elk van drie van de benen. De versnellingsmeters kunnen echter indien gewenst worden bevestigd aan het stepperstelsel op andere plaatsen van binnen de benen. Iedere geschikte versnellingsmeter binnen een bepaald frequentiegebied kan worden gebruikt.

20 Een besturingsstelsel 70 is aangebracht om actief de verstoringskrachten van de nuttige last te besturen door bekrachtiging van de krachtaandrijvers 40 in responsie op versnellingen die worden opgenomen door de versnellingsmeters 60. Signalen uit de zes versnellingsmeters worden 25 overgedragen via signaalversterkers 72 naar een analoog-digitaalomzetter 74. In een digitale signaalprocessor 76 worden de signalen omgezet tot modale versnelling en afgetrokken van een traagheidsreferentie. Een besturings-algoritme berekent de modale krachten en draaimomenten. Om 30 bekende stellagebewegingen in aanmerking te nemen worden de modale krachten en draaimomenten gesommeerd met feedforward stellagekrachten en vervolgens omgezet in aandrijverkrachten. Signalen die een representatie zijn voor de aandrijverkrachten worden omgezet naar analoge 35 signalen door de digitaal- analoogomzetter 78, versterkt door versterkers 80 en overgedragen naar de kracht- :·1 'i Λ O £ Ύ ' - ' \J L· vJ i 7 aandrijvers in de benen om het stepperstelsel te versnellen 1 op de juiste wijze die gedetecteerde versnellingen te niet doet.

Het besturingsalgoritme is gebaseerd op een model 5 van het stepperstelsel als een stijf lichaam met zes vrijheidsgraden, dat wordt ondersteund door een reeks van goed gedempte verticale en horizontale veren. Deze aanname is geldig daar de elastische modi van het stepperstelsel alle voorbij de actieve besturingsbandbreedte liggen, het 10 besturingsalgoritme is ontworpen om het doorlaatvermogen bij lage frequenties (een decade onder de resonantie frequentie) te reduceren, de resonantiepiek bij de natuurlijke frequentie van de houder te onderdrukken en het passieve doorlaatvermogen van de houder ongeveer een decade 15 groter dan de resonantiefrequentie aan te passen.

Fig. 6 toont het verticale seismische doorlaatvermogen van het stelsel met en zonder actieve isolatie. Resonantie en de resulterende versterking van basisvibraties zijn duidelijk bij enkele frequenties binnen de 20 bandbreedte wanneer alleen gebruik wordt gemaakt van passieve isolatie, aangegeven door de streepte curve. Bij actieve isolatie, die wordt verschaft door het bekrachtigen van de krachtaandrijvers om te compenseren voor de versnellingen van de basis, worden de basisvibraties verzwakt 25 over de gehele besturingsbandbreedte, aangegeven door de ononderbroken curve.

Fig. 7 geeft het vermogen van een stelsel weer om door nuttige last opgewekte reactiekrachten te onderdrukken. Oscillatie van de stepper zonder actieve besturing 30 die te wijten is aan versnelling in de X richting gedurende een 20 mm stap van de wafelstellage wordt aangegeven door de gestreepte curve. Zoals men kan zien oscilleert de stepper bij de natuurlijke frequentie van de passieve houder gedurende ongeveer 1,5 seconden. Bij actieve 35 besturing worden echter de reactiekrachten overgedragen naar de aarde en neemt de stepperversneller bijna direct af ; Wirpf? 8 nadat de stellagebeweging ophoudt, zoals aangegeven door de ononderbroken curve.

Hoewel vier isolatiebenen zijn getoond in fig. 1 zouden ook drie benen kunnen worden gebruikt. Bij voorkeur 5 vormen in een dergelijk geval de benen de hoeken van een in het algemeen gelijkzijdige driehoek en zijn dichterbij het vlak dat door het zware punt van het stepperstelsel gaat, geplaatst. Twee horizontale krachtaandrijvers zijn aangebracht op elk been. De zes aandrijvers zijn nog 10 aangebracht om horizontale krachten axiaal met betrekking tot de X en Y assen en loodrecht op elkaar te richten. Daar de krachten niet langer in tegengestelde bipolaire paren plaatsvinden worden echter aanpassingen gemaakt in het besturingsalgoritme om op de juiste wijze de krachten te 15 proportioneren. Twee verticale krachtaandrijvers zijn ook aangebracht in elk been om te voorzien in een paar verticale krachten. Deze krachten zijn voldoende om de besturing te verschaffen in zes vrijheidsgraden.

Hoewel beschreven in samenhang met een stepper-20 stelsel voor halfgeleider-wafelverwerking is de uitvinding ook toepasbaar op andere typen apparatuur die vibratie-isolatie vereisen. De uitvinding is derhalve niet beperkt door hetgeen in het bijzonder is getoond en beschreven behalve zoals weergegeven door de aangehechte conclusies.

701025 7

Claims (15)

9

1. Stelsel voor vibratie-isolatie en het compenseren van een reactiekracht van een nuttige last, met een basis met een beweegbaar ondersteuningssamenstel voor een nuttige last en een aantal bevestigingsorganen om de basis op een 5 aardoppervlak te ondersteunen, met het kenmerk, dat ieder bevestigingsorgaan de vorm heeft van een isolatiebeen met een huis dat in aanraking is met het aardoppervlak en een elastomeer ondersteunings-onderdeel dat is gekoppeld aan het huis en is opgesteld voor 10 het ondersteunen van de basis en om de basis te isoleren tegen directe aanraking met het huis, alsmede voor het in alle richtingen verzwakken van seismische krachten die vanaf de aarde worden overgedragen.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ieder 15 van de isolatiebenen een aantal krachtaandrijvers omvat, die zijn opgesteld tussen het huis en de basis om in responsie op stuursignalen bewegingen van de basis te compenseren, en waarbij het stelsel voorts een besturingsstelsel omvat in verbinding met het aantal krachtaandrijvers om de stuur-20 signalen voort te brengen om bekrachtiging van het aantal krachtaandrijvers te veroorzaken.

3. Stelsel volgens conclusie 1-2, met het kenmerk, dat het stelsel voorts een aantal versnellingsmeters omvat die in verbinding staan met de basis en zijn opgesteld om 25 versnellingen van de basis te detecteren.

4. Stelsel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het aantal versnellingsmeters is ingericht om versnellingen in zes vrijheidsgraden te detecteren. 1010257 10

5. Stelsel volgens conclusie 2 in combinatie met 3, met het kenmerk, dat het aantal versnellingsmeters is gekoppeld met het besturingsstelsel om versnellingsinformatie te verschaffen voor het voortbrengen van de stuursignalen.

6. Stelsel volgens conclusie 3-5, met het kenmerk, dat het aantal versnellingsmeters zes versnellingsmeters omvat die zijn opgesteld om lineaire versnellingen langs drie orthogonale assen en hoekversneHingen om de drie orthogonale assen te detecteren.

7. Stelsel volgens conclusie 2-6, met het kenmerk, dat ieder van het aantal krachtaandrijvers een krachtaandrijver is van het contactloze tractie-type.

8. Stelsel volgens conclusie 2-7, met het kenmerk, dat het aantal krachtaandrijvers is voorzien in paren, die ieder 15 tegengesteld gerichte krachten leveren.

9. Stelsel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat er drie paren krachtaandrijvers zijn voorzien met een verschillend paar krachtaandrijvers georiënteerd in ieder van respectievelijk de x-, de y- en de z-as.

10. Stelsel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat iedere krachtaandrijver een krachtaandrijver van het tractie-type met variabele reductantie is.

11. Isolatiebeen ten gebruike bij een stelsel voor vibratie-isolatie en het compenseren van een reactiekracht van een 25 nuttige last, met een basis met een beweegbaar ondersteuningssamenstel voor een nuttige last en een aantal bevestigingsorganen om de basis op een aardoppervlak te ondersteunen, gekenmerkt door een huis dat in aanraking is met het 30 aardoppervlak en een elastomeer ondersteuningsonderdeel dat f010257 11 is gekoppeld aan het huis en is opgesteld voor het ondersteunen van de basis en om de basis te isoleren tegen directe aanraking met het huis, alsmede voor het in alle richtingen verzwakken van seismische krachten die vanaf de 5 aarde worden overgedragen.

12. Isolatiebeen volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het voorts een aantal krachtaandrijvers omvat die zijn opgesteld tussen het huis en de basis om in responsie op stuursignalen bewegingen van de basis te compenseren.

13. Isolatiebeen volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat ieder van het aantal krachtaandrijvers een krachtaandrijver is van het contactloze tractie-type.

14. Isolatiebeen volgens conclusie 12-13, met het kenmerk, dat het aantal krachtaandrijvers is voorzien in paren, die 15 ieder tegengesteld gerichte krachten leveren.

15. Isolatiebeen volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat iedere krachtaandrijver een krachtaandrijver van het tractie-type met variabele reductantie is. 1010257