专利名称：减振装置及应用其的光刻装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种减振定位装置，且特别是有关于一种减振装置。
背景技术：
随着用户对精密设备要求的提高，很多精密设备(比如光刻机、精密测量仪器等) 对振动的要求也越来越苛刻。传统的被动式减振器已经无法满足需求，必须使用主动减振 器对振动进行控制。常见的主动减振器一般采用被动隔振模块与主动执行器并联的方式。 为了实现对地基振动的低频振动高衰减，需要降低被动隔振装置的刚度，从而降低隔振系 统的固有频率。典型装置见美国专利US5844664、美国专利US5823307等。美国专利US5844664使用洛仑兹电机作为垂向和水平向的主动控制作动器，垂向 采用空气弹簧用于隔离地基传来的垂向振动，在空气弹簧的活塞中设计了摆机构，通过柔 性细杆的变形形成低刚度的水平向弹簧，用于隔离地基的水平向振动。该装置存在如下缺占.
^ \\\ ·1.钟摆机构放置在活塞上，占据了空气弹簧的空间，增大了相同体积下空气弹簧 的刚度。空气弹簧的刚度公式为= K'A^'P如果V减小，则空气弹簧的刚度增大，不 利于低频隔振。2.空气弹簧的大小和高度限制了摆机构的水平向刚度。摆机构的柔性细杆越长， 则水平向刚度越小，由于空气弹簧体积的限制，摆机构的长度有限，刚度也较大。3.减振器空气弹簧的活塞的设计需要综合考虑摆机构设计、气体密封等问题。4.减振器的钟摆机构和空气弹簧腔室设计相耦合，设计复杂。美国专利US6953109与专利US5844664类似，不同之处在于将柔性摆机构换成柔 性筒结构，采用该设计虽然能实现空气弹簧的密封，但是柔性筒结构的设计和制造均比较 复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种刚度更低、结构紧凑、设计简单的减振装置。为大上述目的，本发明提出一种减振装置，承载有一负载，包括基座、壳体、第一 气室、活塞和摆机构。壳体用于支撑所述的负载；第一气室刚性连接在基座上，内部充满流 体；活塞通过第一气室内的流体所支撑；摆机构安装在活塞和壳体之间，用于在水平方向 对活塞和壳体产生低刚度连接。本发明中，摆机构由至少1个柔性单元组成，柔性单元连接在活塞和壳体之间。其 中，柔性单元为细杆，细杆的材料为金属，特别的，细杆材料为钢。柔性单元为X摆、折叠摆 或倒摆。进一步，摆机构柔性细杆的数目为3根或4根。本发明中，第一气室内部的液体为空气。本发明中，在第一气室和活塞之间设置膜结构，用于流体的密封。
本发明中，在第一气室和活塞之间设置气浮装置，用于第一气室和活塞之间的无 摩擦连接。其中气浮装置包括高压气源，特别的该高压气源为第一气室的高压空气；喷射 高压空气的小孔，特别的该小孔设置在活塞上，或(和)设置在与活塞所接触的第一气室表 面的内壁；连接高压气源的管道，该管道用于连接小孔和高压气源；排放喷射空气的管道， 特别的，该管道设置在活塞或第一气室表面接触表面的内壁。本发明，减振装置进一步包括第二气室；连接管道，用于连接第一气室和第二气 室。进一步，减振装置包括气动阀、高压气源和气动管道。气动阀设置在第一气室或第二气 室上；气动管道用于连接高压气源和气动阀；在第一气室或第二气室上设置用于控制气室 气压的气动阀。进一步，在壳体和基座之间进一步包括如下结构单元至少1个相对位置传感器、 至少1个相对位置传感器、至少1个振动传感器、至少1个直线驱动器和控制器。至少1个 相对位置传感器用于测量壳体和基座之间的相对位置；至少1个振动传感器设置在壳体上 或(和)基座上，用于测量壳体或(和)基座的振动；至少1个直线驱动器用于产生壳体和 基座之间所需的力，以补偿壳体的振动；控制器根据相对位置传感器和振动传感器的测量 信号，控制所述的气动阀和直线电机，在壳体和基座之间产生所需的力，实现壳体的减振和 定位。本发明中，摆机构进一步包括至少一个第一摆机构和至少一个连接单元。第一摆 机构由至少1个柔性连接单元组成，特别的，柔性连接单元为柔性细杆或倒摆；连接单元将 多个第一摆机构串联，从而进一步降低了减振装置的水平向刚度。本发明另提出一种减振装置，承载有一负载，包括基座、壳体、活塞、第一气室、膜 结构和摆机构。壳体用于支撑所述的负载；活塞刚性连接在壳体上；第一气室内部充满高 压气体，支撑所述的活塞；膜结构设置在第一气室和活塞之间，用于气体的密封；摆机构安 装在活塞和基座之间，用于在水平向对基座和活塞之间产生低刚度连接。本发明中，减振装置进一步包括第二气室、第一连接管道、高压气源、气动阀和第 二连接管道。第一连接管道用于连接第一气室和第二气室，从而进一步降低减振装置的垂 向刚度；气动阀设置在第一气室或第二气室上，用于控制所连接气室的压力；第二连接管 道用于连接高压气源和气动阀。本发明中，减振装置进一步包括至少1个相对位置传感器、至少1个振动传感器、 至少1个直线驱动器和控制器。至少1个相对位置传感器设置在壳体和基座之间，用于测 量壳体和基座之间的相对位置；至少1个振动传感器设置在壳体上或(和)基座上，用于测 量壳体或(和)基座的振动；至少1个直线驱动器设置在壳体和基座之间，用于产生壳体和 基座之间所需的力，以补偿壳体的振动；控制器根据相对位置传感器和振动传感器的测量 信号，控制所述的气动阀和直线电机，在壳体和基座之间产生所需的力，实现壳体的减振和 定位。本发明中，摆机构进一步包括至少一个第一摆机构和至少一个连接单元。第一摆 机构由至少1个柔性连接单元组成，特别的，柔性连接单元为柔性细杆或倒摆；连接单元将 多个第一摆机构串联，从而进一步降低了摆机构的水平向刚度。本发明另提出一种光刻装置，包括产生辐射束的辐射源、产生理想图案的成像装 置、用于感光形成所需的图案的衬底、用于将成像装置产生的理想图案投影到所述的衬底上的投影系统、用于支撑所述的投影系统的内部框架、支撑在地基上的基础框架、用于隔离 基础框架传递到内部框架的振动的至少一个减振装置。减振装置包括基座、壳体、第一气 室、活塞和摆机构。基座支撑在所述的外部框架上；壳体用于支撑所述的内部框架；第一气 室刚性连接在基座上，内部充满气体；活塞通过第一气室内的气体所支撑；摆机构安装在 活塞和壳体之间，用于在水平方向对活塞和壳体产生低刚度连接。本发明中，减振装置进一步包括至少一个气室、至少一个气动伺服阀和高压气 源。至少一个气室与第一气室相连，用于降低减振装置的刚度；至少一个气动伺服阀连接在 第一气室或与第一气室相连的气室上，用于控制所连接气室的气压；高压气源连接在气动 伺服阀上，为减振装置的气室供气；本发明中，其特征在于减振装置进一步包括至少1个相对位置传感器、至少1个振 动传感器、至少1个直线驱动器和控制器。至少1个相对位置传感器设置在壳体和基座之 间，用于测量壳体和基座之间的相对位置；至少1个振动传感器设置在壳体上或(和)基座 上，用于测量壳体或(和)基座的振动；至少1个直线驱动器设置在壳体和基座之间，用于 产生壳体和基座之间所需的力，以补偿壳体的振动；控制器根据相对位置传感器和振动传 感器的测量信号，控制所述的气动阀和直线电机，在壳体和基座之间产生所需的力，实现壳 体的减振和定位。综上所述，本发明中的减振装置采用双腔室空气弹簧用于隔离垂向的振动，在空 气弹簧活塞与负载之间设置了细长的柔性摆杆，在负载与基座之间安装了直线电机用于振 动的主动补偿。与原有技术相比，空气弹簧的容积更大，摆机构更长，从而减振装置刚度可 降得更低，并且本发明的减振装置结构紧凑，设计简单。
图1所示为本发明的减振装置的第一实施例的结构示意图。图2所示为本发明的减振装置三根柔性细杆水平向分布示意图。图3所示为本发明的减振装置四根柔性细杆水平向分布示意图。图4所示为本发明的减振装置的第二实施例的结构示意图。图5所示为本发明的减振装置的第三实施例的结构示意图。图6a、图6b和图6c所示为本发明的减振装置的第三实施例的两个摆机构几种串 联形式。图7所示为本发明的减振装置的第四实施例的结构示意图。图和图8b所示为本发明的减振装置的第四实施例的两个摆机构几种串联形式。图9所示为本发明的减振装置的第五实施例的结构示意图。
具体实施例方式为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合附图，作详细说明如下。图1所示为本发明的减振装置的第一实施例的结构示意图。如图1所示，101为 减振器的负载，102为空气弹簧活塞，103为密封膜，10 和104b为柔性细杆，105为第一气室，106为气管，107为第二气室，108为外壳，109为垂向运动的直线电机，110为水平向运动 的直线电机，111为减振器的基座，112为气压控制阀，113为限位螺钉，114和115分别测量 垂向和水平向相对位移的位置传感器，116和117分别为用于测量负载垂向和水平向的振 动传感器。118和119分别为用于测量地基水平向和垂向的振动传感器。负载101作用在减振器外壳108上，外壳108与与空气弹簧活塞102之间有4根 柔性细杆l(Ma、104b、l(Mc和104d。柔性细杆104与负载力方向平行，在与负载力垂直方向 上成对称分布，均勻分布于圆周上，如图2所示。摆机构104包含大于等于2根柔性细杆， 其数目也可为3根，对称分布在圆周上，如图3所示。柔性细杆104在垂向刚度较大，在水 平向容易发生弯曲。以3根柔性杆组成的摆机构在水平向的刚度的计算公式为
权利要求
1.一种减振装置，承载有一负载，其特征在于，包括基座；壳体，用于支撑所述的负载；第一气室，刚性连接在基座上，内部充满流体；活塞，通过第一气室内的流体所支撑；摆机构，安装在活塞和壳体之间，用于在水平方向对活塞和壳体产生低刚度连接。
2.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，摆机构由至少1个柔性单元组成，柔 性单元连接在活塞和壳体之间。
3.根据权利要求2所述的减振装置，其特征在于，柔性单元为细杆。
4.根据权利要求3所述的减振装置，其特征在于，柔性单元为X摆、折叠摆或倒摆。
5.根据权利要求3所述的减振装置，其特征在于，细杆的材料为金属，特别的，细杆材 料为钢。
6.根据权利要求3所述的减振装置，其特征在于，摆机构柔性细杆的数目为3根或4根。
7.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，第一气室内部的流体为空气。
8.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，在第一气室和活塞之间设置膜结构， 用于流体的密封。
9.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，在第一气室和活塞之间设置气浮装 置，用于第一气室和活塞之间的无摩擦连接。
10.根据权利要求9所述的减振装置，其特征在于，气浮装置包括高压气源，特别的该 高压气源为第一气室的高压空气；喷射高压空气的小孔，该小孔设置在活塞上或(和)设置 在与活塞所接触的第一气室表面的内壁；连接高压气源的管道，该管道用于连接小孔和高 压气源；排放喷射空气的管道，该管道设置在活塞或第一气室表面接触表面的内壁。
11.根据权利要求7所述的减振装置，其特征在于，减振装置进一步包括第二气室；连 接管道，用于连接第一气室和第二气室。
12.根据权利要求11所述的减振装置，其特征在于，减振装置进一步包括 气动阀，设置在第一气室或第二气室上；高压气源；气动管道，用于连接高压气源和气动阀；在第一气室或第二气室上设置用于控制气室气压的气动阀。
13.根据权利要求12所述的减振装置，其特征在于，在壳体和基座之间进一步包括如 下结构单元至少1个相对位置传感器，用于测量壳体和基座之间的相对位置；至少1个振动传感器，设置在壳体上或(和)基座上，用于测量壳体或(和)基座的振动；至少1个直线驱动器，用于产生壳体和基座之间所需的力，以补偿壳体的振动； 控制器，根据相对位置传感器和振动传感器的测量信号，控制所述的气动阀和直线电 机，在壳体和基座之间产生所需的力，实现壳体的减振和定位。
14.根据权利要求2所述的减振装置，其特征在于，摆机构进一步包括至少一个第一摆机构，第一摆机构由至少1个柔性连接单元组成，特别的，柔性连接单 元为柔性细杆或倒摆；至少一个连接单元，连接单元将多个第一摆机构串联，从而进一步降低了减振装置的 水平向刚度。
15.一种减振装置，承载有一负载，其特征在于，包括基座；壳体，用于支撑所述的负载； 活塞，刚性连接在壳体上； 第一气室，内部充满高压气体，支撑所述的活塞； 膜结构，设置在第一气室和活塞之间，用于气体的密封；摆机构，安装在活塞和基座之间，用于在水平向对基座和活塞之间产生低刚度连接。
16.根据权利要求12所述的减振装置，其特征在于，减振装置进一步包括第二气室；第一连接管道，用于连接第一气室和第二气室； 高压气源；气动阀，设置在第一气室或第二气室上，用于控制所连接气室的压力； 第二连接管道，用于连接高压气源和气动阀。
17.根据权利要求16所述的减振装置，其特征在于，减振装置进一步包括至少1个相对位置传感器，设置在壳体和基座之间，用于测量壳体和基座之间的相对 位置；至少1个振动传感器，设置在壳体上或(和)基座上，用于测量壳体或(和)基座的振动；至少1个直线驱动器，设置在壳体和基座之间，用于产生壳体和基座之间所需的力，以 补偿壳体的振动；控制器，根据相对位置传感器和振动传感器的测量信号，控制所述的气动阀和直线电 机，在壳体和基座之间产生所需的力，实现壳体的减振和定位。
18.根据权利要求15所述的减振装置，其特征在于，摆机构进一步包括 至少一个第一摆机构，第一摆机构由至少1个柔性连接单元组成； 至少一个连接单元，连接单元将多个第一摆机构串联。
19.一种光刻装置，包括 产生辐射束的辐射源； 产生理想图案的成像装置； 衬底，用于感光形成所需的图案；投影系统，用于将成像装置产生的理想图案投影到所述的衬底上； 内部框架，用于支撑所述的投影系统； 基础框架，支撑在地基上；至少一个减振装置，用于隔离基础框架传递到内部框架的振动，其特征在于，减振装置 包括基座，支撑在所述的外部框架上；壳体，用于支撑所述的内部框架；第一气室，刚性连接在基座上，内部充满气体；活塞，通过第一气室内的气体所支撑；摆机构，安装在活塞和壳体之间，用于在水平方向对活塞和壳体产生低刚度连接。
20.根据权利要求19所述的光刻装置，其特征在于减振装置进一步包括 至少一个气室与第一气室相连，用于降低减振装置的刚度；至少一个气动伺服阀，连接在第一气室或与第一气室相连的气室上，用于控制所连接 气室的气压；高压气源，连接在气动伺服阀上，为减振装置的气室供气；
21.根据权利要求20所述的光刻装置，其特征在于减振装置进一步包括至少1个相对位置传感器，设置在壳体和基座之间，用于测量壳体和基座之间的相对 位置；至少1个振动传感器，设置在壳体上或(和)基座上，用于测量壳体或(和)基座的振动；至少1个直线驱动器，设置在壳体和基座之间，用于产生壳体和基座之间所需的力，以 补偿壳体的振动；控制器，根据相对位置传感器和振动传感器的测量信号，控制所述的气动阀和直线电 机，在壳体和基座之间产生所需的力，实现壳体的减振和定位。
全文摘要
本发明提出一种减振装置，承载有一负载。减振装置包括基座、壳体、活塞、第一气室、活塞和摆机构。壳体用于支撑所述的负载；第一气室刚性连接在基座上，内部充满流体；活塞通过第一气室内的流体所支撑；摆机构安装在活塞和壳体之间，用于在水平方向对活塞和壳体产生低刚度连接。本发明中的减振装置采用双腔室空气弹簧用于隔离垂向的振动，在空气弹簧活塞与负载之间设置了细长的柔性摆杆，在负载与基座之间安装了直线电机用于振动的主动补偿。与原有技术相比，空气弹簧的容积更大，摆机构更长，从而减振装置刚度可降得更低，并且本发明的减振装置结构紧凑，设计简单。
文档编号G03F7/20GK102141733SQ20101010242
公开日2011年8月3日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者刘雷钧, 廖飞红, 李小平, 李巍 申请人:上海微电子装备有限公司, 华中科技大学