专利名称：一种精密减振和定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及减振和定位装置，特别是一种以被动为主、主动控制为辅的有效减振和多自由度定位装置，用于实现水平、高度的精确定位。
背景技术：
在半导体产业中，机电系统需要实现微观(微米级或纳米级)的定位精度要求，所有外界的环境及地面震动等各方面的干扰均不能被忽视。因此，必须要将用于实现生产功能的工作台/设备置放于不受外界干扰的隔振系统上。该隔振系统对外界环境干扰抑制能力的强弱，是半导体设备及其它高精密设备能否实现其功能并进行有效工作的关键。目前的减振技术通常可以分为两大类一是被动减振系统，如利用大阻尼、粘弹性等材料以及弹簧等元件进行隔振处理，该方法简单、没有能耗、可靠性好等优点，得到了广泛的应用。但是在有些精密的机械设备中，它的减振效果难以达到要求或者根本不适用，如精密的半导体设备，工作台与地基一般需要刚性连接而无法隔离。
二是主动减振系统，如利用作动器或智能机构进行主动控制，这种方法虽然可以对特定的干扰进行有效的衰减，但是一般带宽很窄，而且有能耗，提高了成本，极大地降低了可靠性，而且响应速度及适应性均难以达到较高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种精密减振和定位装置，解决原有使用单一的主动减振系统或被动减振系统的技术缺陷，实现了有效减振和多自由度定位。
为实现上述目的，本发明的技术方案是一种精密减振和定位装置，其特征在于它包括被动减振部件和主动减振执行部件共同组成，其中，被动减振部件是一种横、纵向均可以有一定的运动范围的腔体构造，通过该腔体支撑的活塞类机构连接到被减振的平台上，对振源在较宽频带上进行较大幅度的隔离或衰减；在被减振部件与被动减振部件之间有主动控制部件进行衔接，该主动控制部件由振动传感器、信号处理器、数据采集器、运算决策器、电机驱动器，以及水平和垂直方向上的两个直线电机组成，进行精确定位。
该腔体内的填充介质为液体或气体，需要腔体密封，并通过电磁阀实现主动控制对系统的低频共振频率进行控制。
该腔体内的填充介质为橡胶或海绵或金属橡胶。
该缸体带有一个移动活塞，通过密封薄膜或弹性碟簧进行连接。
该密封薄膜的剖面是半圆形、或三角形、或V形、或折叠形、或M形、或S形、或MV组合形、或波纹形。
该活塞具有连杆，连杆连接到减振平台对被减振/隔振的对象形成支反力。
该活塞和连杆之间连接有密封薄膜或弹性碟簧。
该密封薄膜的剖面是半圆形、或三角形、或V形、或折叠形、或M形、或S形、或MV组合形、或波纹形。
通过水平和竖直方向的速度传感器作反馈形成阻尼力；由竖直方向的直线电机与水平方向的直线电机，通过水平方向的位置传感器，竖直方向的位置传感器获得的位置信号作反馈，获得快速的响应力，进行精确的位置补偿。
该水平的和竖直方向的位置传感器是非接触式的涡流传感器。
藉由上述发明方案能实现如下技术效果1、本发明能按预先设定的目标，当系统受到干扰时时实现隔振、减振，并进行平移、提升、旋转等多自由度闭环运动控制，实现对被减振平台的精确位置定位。
2、本发明结构紧凑、可靠性高，重复定位精度高，适应性强，装置变形量小，运动平稳，能满足在常温下光刻机等精密设备的严格要求，同时实现光刻设备在工作状态即曝光时的，对外界干扰的衰减与隔离并进行精密的位置定位控制；非工作状态即检修时实现机构的锁定。
图1是本发明装置的结构系统原理图。
图2是本发明装置所用的各种密封薄膜的截面示意图。
图3是本精密装置与控制系统布局关系示意图。
图4是本精密减振装置系统实施的连接关系意图。
图5是本精密减振所有系统实施的概略图。
图6是本精密减振装置气/液动力控制的回路实施的系统图。
图7是本精密减振装置的电器控制回路实施实例的系统图。
具体实施例方式
下面结合附图给出一较佳实施例，对本发明作进一步的描述。
如图1所示整个减振装置包括被动减振部件和主动减振执行部件共同组成，其中被动减振部件主要是一种腔体构造，横向纵向均可以有一定的运动范围，腔体8可由气体、橡胶、金属橡胶或液体填充7。如填充的介质为液体或气体，需要腔体8密封，并通过电磁阀14实现主动控制对系统的低频共振频率进行控制。通过由这些填充载体支撑的活塞类机构连接到减振平台13上，首先对振源在较宽频带上进行较大幅度的隔离或衰减；在被减振部件与被动减振部件之间有主动控制部件进行衔接，由振动传感器(绝对速度传感器2、水平位置传感器9、竖直位置传感器10)、信号处理器、数据采集器、运算决策器、电机驱动器，以及水平和垂直方向上的两个直线电机(竖直直线电机3和水平直线电机4)组成，进行精确定位，以使被减振对象与外界干扰隔离，或使干扰迅速被衰减后，仍使系统保持高精度的位置定位。
其中，腔体8带有一个移动活塞6，通过密封薄膜或弹性碟簧5连接，如图2所示，该密封薄膜5的剖面可以是各种形状，半圆形(2a)，三角形或V形(2b)，折叠性或M(2c)，s型(2d)，MV等各种组合(2e)及多种波纹形式(2f)等可以产生柔性变形的结构。
腔体8可以是密封的，其内充满气体或液体；也可以是非密封的，中间填充橡胶、海绵、或金属橡胶等减振材料。这种装置的优点是可以产生很高的反作用力对较重的工作平台13进行支撑，但是当采用气体或液体填充时，缺点是需要腔体密封设计，但是可以使用电磁阀14进行主动控制，对其产生的液/气动力带宽较窄的问题进行补偿，可以对快、慢特性进行选择与调节，以使系统收到干扰被衰减后迅速复位。为了保持被隔振对象进行精确定位，需要利用水平位置传感器9和竖直位置传感器10(如非接触式的涡流传感器)进行位置测量和反馈，驱动直线电机3、4。由于被动系统总体来讲，也是一种质量弹簧系统，通过气体/液体来产生更多的阻尼。在水平和竖直方向各有一个速度传感器2。利用速度传感器2对绝对速度进行测量后，速度信号用于驱动水平直线电机4和竖直直线电机3，以产生一个主动力进行主动控制。直线电机尽管是将电能装换为机械能，仍然具有很高的带宽。本装置的主被系统以平行或并联的方式连接和工作，被减振系统首先由被动系统产生的较慢的力进行隔振，然后根据位置信号，由气/液动力控制回路和反应快速的直线电机所形成的回路产生力进行控制。
该活塞6由填充物7支撑并具有连杆11，该连杆11连接到减振平台13，对被减振/隔振的对象1形成反支力进行被动隔振。该活塞6和连杆11之间连接有密封薄膜或弹性碟簧5，该密封薄膜的剖面是半圆形、或三角形、或V形、或折叠形、或M形、或S形、或MV组合形、或波纹形。使用液体或气体填充时，可以采用主动阀门14进行缓冲力的调节，以达到最优控制。在水平方向，对活塞连杆进行通过阻尼材料12柔性支撑形成小幅的单摆运动，形成缓冲力进行水平方向的隔振。通过水平和竖直方向的速度传感器2作反馈形成阻尼力；由竖直方向的直线电机3与水平方向的直线电机4，通过水平位置传感器9、竖直位置传感器10获得的位置信号作反馈，获得快速的响应力，进行精确的位置补偿。
系统的电器组成包括气/液动力控制器和控制阀、直线电机、传感器(如位置传感器、速度传感器、温度传感器)、前置放大器、连接线缆与接头、驱动器放大器即伺服板卡等。
机电系统的反馈控制回路包括两个部分，一是气/液动力控制回路；二是电器控制回路，如图4所示。第一个回路主要是驱动气液/动力回路，实现竖直方向的运动，包含了三个主要反馈回路，即位置反馈回路、压力反馈回路和通过速度微分获得伪压力回路，额外以外部信号注入实现抖动控制，主要是为了执行器出现爬行状态，如图5所示。在第二个电器反馈回路中，执行器为直线电机，不仅要进行竖直方向的控制，而且还要进行水平方向的控制，在这一回路中，包含了竖直、水平方向的位置反馈回路、惯性阻尼反馈回路、噪声滤波回路和抖动补偿以及运动部件在运动时的前馈补偿，如图7所示。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种精密减振和定位装置，其特征在于它包括被动减振部件和主动减振执行部件共同组成，其中，被动减振部件是一种横、纵向均可以有一定的运动范围的腔体构造，通过该腔体支撑的活塞类机构连接到被减振的平台上，对振源在较宽频带上进行较大幅度的隔离或衰减；在被减振部件与被动减振部件之间有主动控制部件进行衔接，该主动控制部件由振动传感器、信号处理器、数据采集器、运算决策器、电机驱动器，以及水平和垂直方向上的两个直线电机组成，进行精确定位。
2.根据权利要求1所述的精密减振和定位装置，其特征在于该腔体内的填充介质为液体或气体，需要腔体密封，并通过电磁阀实现主动控制对系统的低频共振频率进行控制。
3.根据权利要求1所述的精密减振和定位装置，其特征在于腔体内的填充介质为橡胶或海绵或金属橡胶。
4.根据权利要求1或2或3所述的精密减振和定位装置，其特征在于该缸体带有一个移动活塞，通过密封薄膜或弹性碟簧进行连接。
5.根据权利要求1或2或3所述的精密减振和定位装置，其特征在于该密封薄膜的剖面是半圆形、或三角形、或V形、或折叠形、或M形、或S形、或MV组合形、或波纹形。
6.根据权利要求1或2或3所述的精密减振和定位装置，其特征在于该活塞具有连杆，连杆连接到减振平台对被减振/隔振的对象形成支反力。
7.根据权利要求6所述的精密减振和定位装置，其特征在于该活塞和连杆之间连接有密封薄膜或弹性碟簧。
8.根据权利要求7所述的精密减振和定位装置，其特征在于该密封薄膜的剖面是半圆形、或三角形、或V形、或折叠形、或M形、或S形、或MV组合形、或波纹形。
9.根据权利要求1或2或3所述的精密减振和定位装置，其特征在于通过水平和竖直方向的速度传感器作反馈形成阻尼力；由竖直方向的直线电机与水平方向的直线电机，通过水平方向的位置传感器，竖直方向的位置传感器获得的位置信号作反馈，获得快速的响应力，进行精确的位置补偿。
10.根据权利要求9所述的精密减振和定位装置，其特征在于该水平的和竖直方向的位置传感器是非接触式的涡流传感器。
全文摘要
本发明涉及一种以被动为主、主动控制为辅的有效减振和多自由度定位装置，用于实现水平、高度的精确定位。它包括被动减振部件和主动减振执行部件共同组成，被动减振部件是一种横、纵向均可以有一定的运动范围的腔体构造，通过该腔体支撑的活塞类机构连接到被减振的平台上，对振源在较宽频带上进行较大幅度的隔离或衰减；在被减振部件与被动减振部件之间有主动控制部件进行衔接，该主动控制部件由振动传感器、信号处理器、数据采集器、运算决策器、电机驱动器，以及水平和垂直方向上的两个直线电机组成，进行精确定位。本发明结构紧凑、可靠性高，重复定位精度高，适应性强，装置变形量小，运动平稳，能满足在常温下光刻机等精密设备的严格要求。
文档编号H01L21/67GK1724892SQ200510026019
公开日2006年1月25日 申请日期2005年5月20日 优先权日2005年5月20日
发明者严天宏, 蔡良斌, 张国韦 申请人:上海微电子装备有限公司