TW202043644A - 靜態隔振系統及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種靜態隔振系統，其包括多個隔離件，借助這些隔離件支撐隔振地安置的負載機構。該隔振系統包括多個執行器，借助這些執行器主動地抑制振動。隔離件分別包括各自的控制單元，該控制單元具有數模轉換器以驅動執行器。

Description

靜態隔振系統及其控制方法
發明領域
本發明涉及一種靜態隔振系統及其控制方法和一種用於靜態隔振系統的隔離件。
本發明尤其涉及一種靜態隔振系統，在其上佈置有用於處理半導體器件和/或納米結構元件的、尤其是晶片、掩模或顯示基板的機器，或用於測量半導體器件和/或納米結構元件的機器，例如電子束顯微鏡。
此外，在靜態隔振系統上還可以佈置有實驗室設備和/或醫療設備，例如成像檢查設備，如磁共振斷層造影儀(MRT)。
發明背景
靜態隔振系統尤其是在半導體工業中用於安置加工機器，例如光刻設備和測量裝置，例如電子束顯微鏡，從而隔振地安置用於處理半導體器件的敏感設備。
這樣的隔振系統一般由板件組成，該板件被隔振地安置在至少三個隔離件上，這些隔離件分別包括彈簧。
用於處理半導體器件的設備佈置在板件上，並因此保護這些設備免受振動。板件和佈置於其上的設備共同形成該隔振地安置的負載機構。
實踐中已知的尤其是主動式隔振系統，在主動式隔振系統中隔離件除彈簧之外還包括執行器、尤其是磁力執行器，利用這些執行器主動地抑制振動。
通過感測器檢測振動，這些感測器既能佈置在隔離件的基座上，又能佈置在隔振地安置的負載機構上。基於感測器信號來驅動執行器，從而通過產生反作用力來補償振動。
借助這樣的主動控制既能抑制自外延到系統中的振動，又能抑制隔振地安置的負載機構本身產生的振動(例如，通過可移動舞臺或自行式機器人)。
專利文獻EP 2 295 829 B1(集成動力學工程)揭示了一種隔振系統，在該隔振系統中存在用於在多個自由度中產生補償力的執行器。
這類隔振系統包括用於處理感測器信號的控制單元(通常又稱控制器)，該控制單元檢測感測器信號並基於該感測器信號生成控制信號，借助該控制信號驅動執行器，從而產生補償力。
由此，控制單元構造為中央計算單元，隔振系統的全部隔離件的感測器和執行器皆聯接至該中央計算單元。
一方面，這會增加佈線消耗。尤其是通常必須將線路從控制單元鋪設到感測器，這些線路上流過強電流，通過這樣才能驅動產生反作用力的執行器。
此外，可聯接的隔離件的最大數目取決於控制單元的構型。
每個控制單元均針對所接的隔離件的最大數目來設置，這意味著，在不更換控制單元的情況下，無法為隔振系統無限加裝隔振器。
發明概要
有鑑於此，本發明的目的是減少現有技術中的上述缺點。
特定而言，本發明提供一種隔振系統，在該隔振系統中減少了佈線消耗和/或該隔振系統關於隔離件的數目能夠靈活地縮放。
本發明用以達成上述目的的解決方案為根據獨立請求項之一所述的靜態隔振系統、用於靜態隔振系統的隔離件以及用於控制主動式靜態隔振系統的方法。
本發明的優選實施方式和改進方案可以參閱從屬前述請求項的主題、說明書和附圖。
本發明涉及一種靜態隔振系統。
該靜態隔振系統包括用於處理半導體器件和/或納米結構元件的、尤其是隔振地安置的機器。在此，該機器可以例如是光刻設備、光學晶片檢查設備、測量裝置，例如電子束顯微鏡等。在隔振系統上還可以隔振地安置有實驗室設備、醫療設備、尤其是成像醫療設備(例如磁共振斷層造影儀)。
該靜態隔振系統包括多個隔離件，借助該隔離件支撐隔振地安置的負載機構。
該隔振系統尤其是包括至少三個隔離件，在該隔離件上安置有隔離地安置的板件，該板件與佈置於其上的配套設備共同形成隔振地安置的負載機構。
隔離件優選不僅在垂直方向而且在水平方向上均能發生作用。隔離件可以包括彈簧，尤其是氣動彈簧。感測器、彈簧和執行器可以是這種隔離件的集成元件，也可以構造為獨立的單元。在後一種情況下，感測器、彈簧和執行器的獨立的、尤其是空間上相鄰的單元共同形成一個邏輯單元，該邏輯單元具有主動式隔振器的功能，其不僅充當被動式彈簧，而且主動地抑制振動。
根據本發明的隔振系統包括多個執行器，借助這些執行器主動地通過產生作用於隔振地安置的負載機構的作用力來抑制振動。
執行器可以尤其構造為磁力執行器和/或氣動執行器。
根據本發明，隔離件分別包括各自的控制單元，該控制單元具有數模轉換器以驅動相應的執行器。
根據本發明，每個隔離件本身就包括具有處理器單元的控制單元，在該處理器單元上運行程式，從而基於感測器信號計算控制信號，以通過執行器產生反作用力。
所算出的控制信號通過數模轉換器轉換成例如電流，從而驅動磁力執行器。
由此可以顯著減少佈線消耗。
在本發明的第一種實施方式中，隔離件的控制單元與中央的控制單元相連，通過該中央的控制單元將控制信號傳遞到隔離件的控制單元。
控制信號是用於基於感測器信號驅動執行器並產生反作用力的信號。
因此，本發明的這第一種實施方式除非中央的、佈置在隔離件中的中央的控制單元之外，還提供與之相連的控制單元，該控制單元本身計算控制信號並將其轉發到隔離件中的控制單元。
本發明的這種實施方式的優點在於，在中央的控制單元中可以處理來自全部隔離件的感測器信號，從而由此生成控制信號。
由於中央的控制單元僅將控制信號(優選以數位的形式)轉發到隔離件，減少了佈線消耗。尤其是中央的控制單元通過匯流排與隔離件的控制單元相連就足夠了。
在本發明的第二種實施方式中，該靜態隔振系統構造成，使得隔離件的控制單元不依賴於中央的控制單元來驅動執行器。
在本發明的這種實施方式中，可以完全省去中央的控制單元。
但在本發明的這種實施方式中，各個隔離件優選尤其是通過匯流排系統彼此相連。這使得隔離件的相應控制單元考慮其他隔離件的感測器信號成為可能。
這樣隔離件的各個非中央分散式的控制單元可以生成相互協調的控制信號，利用這些控制信號來驅動執行器。
作為中央的控制單元的替代或補充，在本發明的一種實施方式中，隔離件的控制單元也可以通過匯流排系統與中央的配置和/或診斷單元相連。
所連接的配置和/或診斷單元並不參與控制信號的計算，而是構造成監視單個控制單元的功能，從而例如在發生誤差時生成誤差消息。另外，也可以通過配置和診斷單元將資料發送到各個非中央的控制單元，從而例如使非中央的控制單元的計算常式適應於隔振系統的相應配置。
隔離件的控制單元優選與匯流排系統串聯地連接。這樣僅需鋪設從一個隔離件到另一個隔離件的匯流排。
在本發明的優選實施方式中，匯流排系統構造成支援即時乙太網的匯流排系統。
通過使用支援即時乙太網的匯流排系統，非中央的控制單元也使得以簡單的方式考慮來自其他隔離件的感測器信號成為可能。
例如可以使用符合IEC 61158-1:2014(EtherCAT)標準的匯流排系統作為支援即時乙太網的匯流排系統。
優選地，隔離件的控制單元本身也分別包括模數轉換器，借助該模數轉換器處理感測器信號。
感測器、執行器和控制單元就是隔離件本身的一部分。
特別是提出，相應的隔離件包括至少一個彈簧、以及多個感測器和執行器、以及用於控制它們的控制單元。
隔離件僅需與電源，並優選還與匯流排系統相連。
將隔離件機械地與隔振地安置的負載機構相連之後，可以因此直接並無需任何其他佈線地使用它們。
優選地，通過執行器在隔離件中分別在至少兩個、特別優選至少三個自由度中產生補償力。
本發明尤其是涉及一種隔振系統，在該隔振系統中隔離件中分別佈置有執行器，通過該執行器在三個平移自由度和/或三個旋轉自由度中產生補償力。
根據本發明的隔振系統優選構造成，使得隔離件的數目不受中央的控制單元的限制。
本發明尤其使連接四個以上、特別優選六個以上的隔離件成為可能。
在本發明的一種改進方案中，隔離件包括氣動彈簧，其中主動地通過隔離件的控制單元來驅動該氣動彈簧。
在本發明的這種實施方式中，氣動彈簧被主動地集成到用於隔振的控制回路中。為此，氣動彈簧包括閥，該閥通過隔離件的控制單元來驅動，從而控制氣動彈簧中的壓力。氣動彈簧的主動控制既能用於調整高度，也能主動地減少延入系統中的振動或出自隔振地安置的負載機構的振動。
本發明還涉及一種構造成用於上述隔振系統的隔離件。該隔離件可以尤其是具有全部的、與隔離件相關的上述特徵。
該隔離件尤其是包括彈簧、多個執行器以及多個感測器。
該隔離件還包括控制單元。控制單元又包括計算單元，在該計算單元上運行程式，並借助該計算單元在考慮感測器信號的情況下產生控制信號，從而生成補償力。如上所述，隔離件的元件也可以空間上彼此分開地分佈在隔振系統上。
優選地，隔離件進一步包括電源介面以及匯流排系統的介面。
如上所述，控制單元可以通過在匯流排系統上的介面與其他隔離件的控制單元通信和/或與中央的控制單元和/或配置或診斷單元相連。
本發明還涉及一種用於控制主動式靜態隔振系統、尤其是如上所述的隔振系統的方法。
在此，通過多個隔離件支撐隔振地安置的負載機構，並通過多個執行器主動地抑制振動。
根據本發明，分別通過隔離件各自的控制單元來驅動執行器。
通過隔離件優選基於感測器信號，不依賴於外部控制信號來提供主動隔振。
在此，在本發明的一種實施方式中提出，尤其是如果這些隔離件借助匯流排系統相連，則相應的控制單元完全可以考慮其他隔離件的感測器信號。
較佳實施例之詳細說明
圖1示出現了有技術中公知的隔振系統1的基本構型的示意圖。
隔振系統1包括多個隔離件2a-2d，這些隔離件包括彈簧並支撐隔振地安置的負載機構4。
隔振地安置的負載機構4可以例如包括板件，在該板件上隔振地安置有用於處理半導體器件的機器(未示出)。
每個隔離件2a-2d包括執行器5a-5d以及感測器6a-6d。通過感測器6a-6d檢測隔振地安置的負載機構4的振動和/或隔離件的與底部聯接的基座的振動。
感測器與中央的控制單元3相連。
控制單元3根據感測器6a-6d的信號來計算用於驅動執行器5a-5d的補償信號。
由此形成感測器6a-6d和執行器5a-5d與控制單元3的星形連接。
這會導致昂貴的佈線，尤其因為感測器6a-6d一般提供類比信號並且因為用類比信號驅動執行器5a-5d。
因此，控制單元不僅通過資料傳輸線路與隔離件2a-2d相連，而且還必須鋪設一些電線，通過這些電線傳輸用於驅動執行器5a-5d的部分強電流。
圖2示出了第一實施例中的根據本發明的隔振系統1。根據本發明，每個隔離件2a-2d包括各自的控制單元8a-8d。
通過控制單元8a-8d收集、數位化並至少預處理感測器6a-6d的資料。
在本實施例中，隔離件2a-2d通過匯流排系統7與中央的控制單元3相連。
中央的控制單元3收集隔離件2a-2d的資料，並根據非中央的控制單元8a-8d通過感測器6a-6d和執行器5a-5d算出的控制參數來計算用於執行器5a-5d的調節值。
這些調節值通過匯流排系統7傳遞到單個隔離件2a-2d的控制單元8a-8d。
通過匯流排系統7的使用減少了佈線消耗。每個隔離件2a-2d僅需一根匯流排電纜和一個電源。
在本實施方式中，在中央的控制單元3中設置控制參數。感測器資料從隔離件2a-2d傳遞到中央的控制單元3。在中央的控制單元3中評估資料，並計算用於執行器5a-5d的調節值。
因為每個隔離件2a-2d具有各自的控制單元8a-8d，使得中央的控制單元3能夠外包計算操作和/或將感測器資料預過濾地發送到中央的控制單元3。
圖3示出本發明的替代實施例。
根據圖3所示的實施例，感測器的資料直接在隔離件2a-2d的控制單元8a-8d中處理。
每個隔離件2a-2d具備各自的控制參數，根據該控制參數控制執行器5a-5d。
因此，如根據圖2的實施例那樣的中央的控制單元在此不是必需的。
在本實施例中，隔離件2a-2d或隔離件2a-2d的控制單元8a-8d通過匯流排系統7與配置和/或診斷單元9相連。
通過配置和/或診斷單元9可以與控制單元8a-8d交換資料。但配置和/或診斷單元9並不基於感測器信號計算用於驅動執行器5a-5d的控制值，而是僅用來載入用於配置和/或誤差控制的資料。
如圖4所示，本發明使得隔振系統1簡單地關於隔離件2a-2n的數目進行縮放成為可能。
隔離件2a-2n在匯流排系統7上串聯。
從中央的控制單元4開始，無需用於每個感測器和執行器的單獨線路。
除此之外，根據圖4的實施例對應於根據圖2的實施例。
在所涉及的本發明的實施方式中，儘管有與隔離件2a-2n相關聯的非中央的控制單元8a-8n也提供附加的中央的控制單元4。
但因為中央的控制單元4僅在匯流排系統7上連接，因此它可以不依賴於隔離件2a-2n的數目地參與到主動隔振中。
因此，隔離件2a-2n的數目在任何情況下受限於匯流排系統7的最大資料傳輸率，而匯流排系統7的最大資料傳輸率一般高到毫不影響實際中隔離件2a-2n的合理數目。
如圖5所示，這同樣適用於隔振系統1，在該隔振系統中隔離件2a-2n並不與中央的控制單元相連，而是在本實施例中僅與2配置/診斷單元9相連。
圖6示意性示出了隔離件2的構型，該隔離件2可以尤其用於圖2至圖5所示的隔振系統。
隔離件2包括彈簧10，該彈簧在本實施例中構造為氣動彈簧。
彈簧不僅在水平方向而且在垂直方向上發生作用，並將隔振地安置的負載機構4支撐在隔離件2上。
隔離件2還包括執行器5´、5´´和5´´´。
在本示意圖中，通過執行器5´和5´´產生平移的補償力，而通過執行器5´´´產生旋轉的補償力。
隔離件2具有各自的控制單元8，通過該控制單元8驅動執行器5´-5´´´。
為此，控制單元8處理感測器信號。
在本實施例中，提供至少一個感測器6´，該感測器檢測隔振地安置的負載機構4的振動，以及至少一個另外的感測器6´´，該另外的感測器檢測基座的振動，即延自底部的振動。本示意圖中未示出感測器6´-6´´的作用方向。應理解的是，優選地用於不同的自由度使用不同的感測器，相應地執行器5´-5´´´也用於不同的自由度。
基於感測器6´和6´的信號，控制單元驅動執行器5´-5´´´，從而通過產生反作用力來減少振動。
為此，控制單元8具體地包括模數轉換器11，通過該模數轉換器11將感測器的類比信號轉換成數位信號，該數位信號被轉發到控制單元的處理器單元12，在該處理器單元12上運行程式。應理解的是，模數轉換器11可以佈置在隔離件2的任意位置上，例如佈置在控制單元8中或佈置在感測器6´-6´´本身中。
通過處理器單元12產生數位的控制信號，該數位的控制信號被轉發到數模轉換器13。
通過數模轉換器13驅動執行器5´-5´´´(它們優選構造為磁力執行器)以進行主動地隔振，這是以根據數位的控制信號產生電流，磁力執行器通過該電流產生反作用力的方式。應理解的是，數模轉換器13也可以佈置在隔離件2的任意位置上。
在本實施例中，彈簧10也參與到主動隔振中。
通過數模轉換器13還產生用於閥的類比的控制信號，通過該類比的控制信號控制彈簧10中的壓力。
隔離件2包括匯流排介面14，借助該匯流排介面14將該隔離件2連接在匯流排系統7上。隔離件2或隔離件2的控制單元8可以通過匯流排系統7與其他隔離件和/或中央的控制單元和/或配置和/或診斷單元進行通信。
除此之外，隔離件2僅必需電源(未示出)。
圖7是根據本發明的方法的基本原理的示意性流程圖。
借助感測器檢測振動。
根據在集成到隔離件中的控制單元中處理的感測器信號，通過集成的控制單元操驅動隔離件的執行器。
可選地，通過更高級別的中央的控制單元可以生成控制信號。
通過本發明，能夠以簡單的方式減少主動式隔振系統的安裝消耗，同時可以提高關於隔離件數目的可擴展性。
1:隔振系統 2,2a-2n:隔離件 3:中央的控制單元 4:隔振地安置的負載機構 5,5a-5n,5´,5´´,5´´´:執行器 6,6a-6n,6´,6´´,6´´´:感測器 7:匯流排系統 8,8a-8n:隔離件的控制單元 9:配置/診斷單元 10:彈簧 11:模數轉換器 12:處理器單元 13:數模轉換器 14:匯流排介面
下面參照示意性示出的實施例並結合圖1至圖7詳細闡明本發明的主題。 圖1示出了現有技術中公知的靜態隔振系統的基本構型的示意圖。 圖2示出了本發明的第一實施例，在該第一實施例中隔離件的控制單元與中央的控制單元相連。 圖3示出了隔離件僅與配置和/或診斷單元相連的實施例。 圖4和圖5詳細闡明了根據本發明的隔振系統的簡單的可擴展性。 圖6示出了根據本發明的隔離件的示意圖。 圖7示出了根據本發明的實施例的方法步驟的流程圖。
1:隔振系統
2a-2d:隔離件
3:中央的控制單元
4:隔振地安置的負載機構
5a-5d:執行器
6a-6d:感測器

Claims (15)

  1. 一種靜態隔振系統，包括多個隔離件，借助所述隔離件支撐隔振地安置的負載機構，其中，所述隔振系統包括多個執行器，借助所述執行器主動地抑制振動， 其特徵在於，所述隔離件分別包括各自的控制單元，所述控制單元具有數模轉換器以驅動所述執行器。
  2. 如請求項1所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述隔離件的控制單元與中央的控制單元相連，通過所述中央的控制單元將控制信號傳遞到所述隔離件的控制單元。
  3. 如請求項1所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述隔離件的控制單元不依賴於所述中央的控制單元來驅動所述執行器。
  4. 如前述請求項中任一項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述隔離件的控制單元通過匯流排系統彼此相連和/或與所述中央的控制單元和/或與中央配置和/或診斷單元相連。
  5. 如前一項請求項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述隔離件的控制單元與所述匯流排系統串聯地連接。
  6. 如前兩項請求項中任一項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述匯流排系統構造為支援即時乙太網的匯流排系統，尤其是根據IEC 61158-1:2014標準。
  7. 如前兩項請求項中任一項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述隔離件的控制單元分別包括模數轉換器，借助所述模數轉換器處理感測器信號。
  8. 如前述請求項中任一項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述執行器和/或感測器集成在所述隔離件中。
  9. 如前述請求項中任一項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，通過所述執行器在至少兩個、優選至少三個自由度中產生補償力，其特徵尤其在於，通過所述執行器在三個平移自由度和/或三個旋轉自由度中產生補償力。
  10. 如前述請求項中任一項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述隔振系統包括隔振地安置的機器，所述隔振地安置的機器是用於處理、尤其是加工或測量半導體器件和/或納米結構元件和/或實驗室設備、醫療設備、尤其是磁共振斷層造影儀。
  11. 如前述請求項中任一項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述隔振系統構造成，使得所述隔離件的數目不受中央的控制單元的限制。
  12. 如前述請求項中任一項所述的靜態隔振系統，其特徵在於，所述隔離件分別包括氣動彈簧，其中通過所述隔離件的控制單元主動地驅動所述氣動彈簧。
  13. 一種隔離件，所述隔離件構造用於如前述請求項中任一項所述的靜態隔振系統。
  14. 一種控制主動式靜態隔振系統、尤其是前述請求項1所述的靜態隔振系統的方法，其中通過多個隔離件支撐隔振地安置的負載機構，並且通過多個執行器主動地抑制振動， 其特徵在於，通過所述隔離件各自的控制單元來驅動所述執行器。
  15. 如前一項請求項所述的方法，其特徵在於，通過所述隔離件基於感測器信號不依賴於外部控制信號地提供主動隔振。
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