用于测量平台的混合振动隔离系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及振动阻尼系统的领域，且更特定地说，涉及测量工具中的振动阻尼。
【背景技术】
[0002]第7，502，103号美国专利(其全文以引用的方式并入本文中)教示通过实施移动配衡质量的方法而阻尼台振动。随着测量技术不断发展，此方法变得较不符合成本效益且需要增大空间来适应移动质量。
【发明内容】
[0003]本发明的一个方面提供一种包括主动振动隔离装置及被动振动隔离装置两者的测量工具。
[0004]本发明的此类、额外及/或其它方面及/或优点是:在下列详细描述中阐述；可从详细描述推论；及/或可通过本发明的实践而学习。
【附图说明】
[0005]为了更好地理解本发明的实施例且展示如何实行所述实施例，现在(纯粹通过实例的方式)参考附图，其中类似数字自始至终指示对应元件或区段。
[0006]在附图中:
[0007]图1是根据本发明的一些实施例的测量工具布局的高级示意图解说明。
[0008]图2A及2B是根据本发明的一些实施例的约束层阻尼系统的高级示意图解说明。
[0009]图3是根据本发明的一些实施例的颗粒阻尼器的高级示意图解说明。
[0010]图4是根据本发明的一些实施例的噪声消除转换器的操作原理的高级示意图解说明。
[0011]图5是根据本发明的一些实施例的图解说明一种方法的高级流程图。
【具体实施方式】
[0012]现在详细地特定参考图式，应强调展示的特点是通过实例的方式且只为说明性地讨论本发明的优选实施例的目的，且为提供据信为本发明的原理及概念方面的最有用且最易理解的描述呈现所述特点。就此而言，并不试图比基本理解本发明所需要的更详细地展示本发明的结构细节，所述描述以及图式使所属领域技术人员明白如何在实践中体现本发明的若干形式。
[0013]在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解在本发明的应用中，本发明并不限制于下列描述中阐述或在图式中图解说明的构造细节及组件布置。本发明可应用于其它实施例或以各种方式实践或实行。同样地，应理解本文采用的用语及术语是为描述目的且不应被视为限制。
[0014]本发明提供测量工具，其包括主动振动隔离装置及被动振动隔离装置两者。测量工具可包括组合在所述测量工具的不同支撑结构中以阻尼及减少广泛频率及强度范围中的振动的被动隔离系统，例如约束层阻尼器、颗粒冲击阻尼器或液体冲击阻尼器及/或噪声消除转换器。可应用频率范围的频谱分析及优化以根据提供的原理确定特定工具配置。
[0015]呈现的工具及方法将工具与周围噪声及/或振动隔离且减少工具对其周围的冲击。隔离系统可经设计及经优化以将最敏感的设备(如扫描仪)与测量工具隔离，同时保持测量工具与环境隔离。本发明揭示主动振动阻尼机构及被动振动阻尼机构的优化组合，所述机构经设计以符合成本效益的方式面临测量工具中的增大移动质量的挑战。根据相对于特定应用的相应频率范围调适许多不同技术。本发明的某些实施例提供测量工具的隔离解决方案，其既将测量系统与环境隔离且又将环境与测量系统隔离。所述解决方案以符合成本效益且可缩放的方式提供振动隔离及振动能量耗散。
[0016]图1是根据本发明的一些实施例的测量工具布局100的高级示意图解说明。工具100包括光学器件90、台95、晶片卡盘157、光学器件支撑结构105、工具底座台110 (例如，包含卡盘及晶片台的光学器件工作台)、隔离系统120、工具工作台135、工具工作台支架130及台座140 (或地板150)。
[0017]虽然目前的测量工具一般使用主动隔离系统或被动隔离系统120，但是测量工具100组合主动隔离系统及被动隔离系统120以及工具工作台支架130及台座140 (或地板150)中的被动隔离元件。
[0018]图2A及2B是根据本发明的一些实施例的约束层阻尼系统160的尚级不意图解说明。系统160包括(例如，通过粘合剂163)附接到约束层161、169的阻尼层165。图2A示意性图解说明在未施加力的情况下的静止中的系统160，而图2B示意性图解说明在施加水平剪力下的系统160。阻尼层165操作以缓和剪力对含有层161、169的影响。由于阻尼层165的剪力变形及材料在由基础约束层169施加的弯曲应力下产生的延伸及压缩，能量被耗散。
[0019]约束层阻尼构件160可包括结构材料中的(若干)嵌入式粘弹性层165。粘弹性层165的剪力变形为支撑结构的自然频率提供能量耗散及有效阻尼。
[0020]图3是根据本发明的一些实施例的颗粒阻尼器170的高级示意图解说明。阻尼器170包括由壁173、底座172及封罩177 (其是封围于支撑底座172及壁173的外壳171内)约束的封壳175内的颗粒174及覆盖外壳171且经配置以将所施加力传递到封罩177上的盖179。阻尼器170中的振动能量(例如源自为光学器件支撑结构105的部分的台移动或来自地板150的振动)经传递到粒状材料174中且在其内耗散。不受理论的束缚，颗粒冲击阻尼器170通过颗粒174在由壁173、底座172及封罩177所界定封壳内的运动而引起的摩擦及颗粒174自身的变形来耗散能量。工具100的度量平台支撑结构105或其它零件内部的一些容积可部分用颗粒174 (例如砂、陶瓷、塑料或金属珠，或以上的任何混合物/组合)填充。
[0021]在某些实施例中，粒状材料174可由粘性液体替换来提供基于液体的阻尼器170。阻尼器170是用以耗散跨越广阔的频率及温度范围的能量的符合成本效益的方式。阻尼器170提供台产生的震动的阻尼及高g负载吸收。颗粒冲击阻尼器170可经设计以抑制(阻尼)隔离系统120、结构105及/或工具100或其零件的自然频率(类似于经调谐质量阻尼器TMD的作用)。颗粒冲击阻尼器170可经设计以抑制(阻尼)存在于工具100中的若干自然频率(且因此充当许多TMD)。
[0022]被动隔离系统120可经配置以包括剪力层约束层阻尼元件160 (图2)或/及颗粒阻尼器170或粘性液体阻尼器(图3)。如光学器件支撑结构105、工具底座台110、工具工作台135、工具支脚130及校平器及台座140的任何支撑结构可包括剪力层阻尼元件160及/或嵌入于相应经特殊设计的腔中的颗粒阻尼器170或粘性液体阻尼器。
[0023]工具100可包括被动隔离系统120 (例如支撑结构105中的约束层阻160)与支撑结构105中及/或工具工作台135、支脚130或台座140 (或地板150)中的颗粒冲击阻尼器(或液体冲击阻尼器)170的组合。此组合提供广泛动态范围的振动阻尼及振动隔离系统的良好传递性。
[0024]颗粒冲击阻尼器170或液体冲击阻尼器170可经布置以吸收或耗散台冲击能量的一部分来减少必须由被动隔离系统120(包括例如，约束层阻尼元件160)处理的能量及/或转移到环境的能量。
[0025]图4是根据本发明的一些实施例的噪声消除转换器180的操作原理的高级示意图解说明。工具100可进一步包括噪声消除转换器180以减少更大范围的机械频率。噪声消除转换器180有效地消除任何起源(例如，空气、地板、结构)的机械噪声(如果机械噪声处于噪声消除转换器的频谱响应范围中)。
[0026]噪声消除转换器180经配置以检测(经由检测器184)输入声波181 (噪声、振动或其它)且产生(经由产生器185)具有反向极性的相同声波188 (具有负号、反相、180度相差)。振动或噪声声波181及感应(装置产生)声波188彼此干扰且抵消而产生零(或非常接近零)振动/噪声/声波189。此技术局限于检测装置184与负声波装置的感应器185两者的频率及振幅响应。多个转换器180可同步部署以产生更宽的频率响应(例如，来自多个源的干扰型样可用于产生更详尽的消除型样)。应注意，声波181及189在图4描绘为纯正弦波只是为了简单起见及图解说明的目的，且以非限制性方式描绘(因通常预期存在更复杂的输入181及消除波189)。有利地，噪声消除转换器180使动态范围变宽且改善振动隔呙系统的可传递性。
[0027]在非限制性实例中，可考虑下列方面。任何此类方面可结合于或适应于特定条件。
[0028]具有低谐振频率的被动隔离可与台座140相关联或提供于台座140顶部、下方或内部以减少工具100对环境的冲击且将工具100与环境隔离。例如，台座的被动隔离的工作频率范围可经选择位于0.5Hz到IlOHz或150Hz的范围内。例如，被动隔离可为基于负刚性效应的隔离。
[0029]工具工作台135经配置是刚硬且厚重，具有相对宽松的机械容限。粘弹性层(例如，剪力层约束层阻尼元件160)可嵌入到工具工作台135中以阻尼相对高的频率，例如在从50Hz直到IKHz的范围内。工具工作台135的质量可经配置以充当低通滤波器。
[0030]冲击阻尼器170 (基于颗粒或基于液体)可经设计以安置于工具工作台支架(“支脚”)130的内部空间内来替代(若干)经调谐质量阻尼器(TMD)或与其组合。具体来说，可相对于应被有效阻尼的少数特定谐振频率调谐嵌入的冲击阻尼器170及/或TMD。在某些实施例中，冲击阻尼器170可经配置以阻尼在指定频率范围内的振动且额外TMD可经调谐到指定频率范围内或外的某些特定频率。指定频率范围可为相对高的且可向上延伸到几个 kHz (例如，IkHz 到 1kHz)。
[0031]隔离系统120可经设计为主动隔离系统以包括机械、气动及/或液压弹簧及马达以减少台95对工具100及其环境的冲击，以及将台95及工具100与环境隔离。因此，隔离系统120可经设计以处理来自台95与地板150中的任一者或两者的振动。主动隔离系统120可经配置以处理2-3Hz到100-150HZ的范围的振动频率。
[0032]经设计为刚硬且厚重(例如，由花岗岩制成)的工具底座台110可包括并入冲击阻尼器170(基于颗粒或基于液体)及/或TMD到其中的凹处。此类凹处可经配置以阻尼指定频率范围内及/或特定谐振频率下的振动。频率范围可相对高且可向上延伸到几个kHz (例如，IkHz到1kHz)。工具底座台110的质量可经配置以充当低通滤波器。
[0033]经配置为刚硬且具有严格机械容限的光学器件支撑结构105可并入结构阻尼元件，例如阻尼层及/或剪力层约束层阻尼元件160及/或结构阻尼装置(如特征为具有非常严格机械容限及静态刚度的D型柱装置)。
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