[发明专利]一种精密减振组件及由其构成的减振平台

说明书

技术领域

本发明属于精密制备技术，具体涉及一种精密减振组件及由其构成的减振平台。本发明具有精密减振、精确调平调焦功能，可用于光刻机、精密机床、精密测量设备等高精度设备。

背景技术

光刻机是一种具有复杂结构的微机电装备，分辨率和套刻精度达到纳米级，具有极大的制造难度，已接近精密制造技术的极限。光刻机对于减振系统的要求也达到了极其苛刻的程度，代表了精密减振的最高难度，也是精密减振技术的最典型应用对象。光刻机中的运动部件包括硅片台和掩模台，他们的运动和定位精度是影响光刻机整机精度的重要指标。为了完成一场曝光，掩模台和硅片沿Y方向以4∶1的速度比反向扫描运动，完成一场曝光后，硅片台沿X向步进到下一场并继续曝光，由此可见，掩模台和硅片台在工作过程中一直在水平面内往复运动，这将造成掩模台硅片台在水平面内的偏转，形成内部振源，同时从基座传递的外部环境微振动与之发生耦合，严重影响运动精度。目前大多数光刻机都使用一套减振系统将光刻机分离为部分：内部世界和外部世界。外部世界为光刻机的整机框架直接与地基相连，光刻机其余部分作为内部世界悬浮于外部世界之上。这样的结构能够起到一定的隔离外部振动的功能。但时。由于减振系统的布置方式，使得减振作用仅在两部分连接处起作用，而对光刻机内部的关键部件硅片台和淹没台的内部振动激励作用不大。经过理论分析和实际测试发现，光刻机的掩模台、硅片台和物镜仍以一定的频率进行微幅振动。因此必须针对关键部件的特征进行分别减振才能满足光刻机精度不断提高的要求。

掩模台和硅片台在垂向的定位精度也是影响光刻质量的主要因素，在传统的光刻机中通常采用一套结构复杂的调平调焦机构来完成垂向定位精度的保证，这样会使运动台的结构复杂化，同时由于增大工作台的惯量使得控制难度加大。

发明内容

本发明的目的是提供一种精密减振组件及由其构成的减振平台，该精密减振组件具有减振、定位功能；由其构成的减振平台能够实现对低频和超低频扰动的有效抑制和高频振动的衰减，并具有调平、调焦和定位功能。

本发明提供的精密减振组件，其结构为：机架为中空圆柱形，机架的侧壁上开有进气孔，在机架侧壁下方分别布置有多个排气道，机架的底部开有用于连接外接气源的进气口；活塞杆为圆柱形，其剖面成H型；活塞杆位于机架内；在机架与活塞杆之间形成一层柱面压力气膜；进气孔、柱面压力气膜和排气道构成柱面气浮轴承；

活塞杆内包含上、下腔体，其中一个腔体中安装有气囊，另一个腔体密封构成压力腔；该压力腔与气囊之间开有阻尼调节孔，位于下腔体的压力腔或气囊与进气口相连；

端面气浮轴承定子固定在活塞杆的上端部，端面气浮轴承动子位于端面气浮轴承定子的上方；节流孔内嵌在端面气浮轴承定子上，与位于活塞杆上部的压力腔或气囊相通，在端面气浮轴承定子与端面气浮轴承动子之间形成一层端面压力气膜，端面气浮轴承动子通过端面压力气膜悬浮在端面气浮轴承定子之上；端面气浮轴承动子与柔性铰固定连接；

音圈电机包括音圈电机定子和音圈电机动子，音圈电机定子与机架端部固定连接，音圈电机动子与端面气浮轴承动子固定连接。

至少三个精密减振组件成多边形布置构成减振平台。

本发明提供的精密减振组件通过被动减振部件和主动减振执行器的组合实现对较宽频带内的Z向振动衰减和抑制，由主动减振执行器同时还能实现Z向的精确定位。

由三个上述精密减振组件构成的减振平台具有Z，RX，RY三个方向的减振功能，同时具有Z向定位，调平。由于精密减振组件中端面气浮轴承的存在，使得该减振平台在水平面内运动是，无机械摩擦力存在，能达到更到的水平定位精度。

本发明可以为光刻机及其他的精密设备提供超静的环境。同时由于该装置具有调平定位功能，可以在不加任何辅助机构的情况下完成光刻机中的调平调焦功能。具体而言，本发明具有如下的技术效果：

(1)采用主动减振和被动减振组合的方式，可实现减振装置具有超低的固有频率，能对固有频率以上的振动有效的隔离。

(2)被动减振装置采用精密气囊与压力腔组合的方式，通过阻尼孔的自动调节可实现在低频时的大阻尼和高频时的小阻尼，改善装置在固有频率处的隔振效果，并提供高频处的较高衰减率。

(3)由于采用了较大体积的压力腔，可以缓解被控对象运动或振动时对气囊压力的冲击，使得被控对象的运动更平稳。

(4)采用两套气源分别对柱面气浮轴承和气囊供气，实现被动装置在水平方向的大刚度和垂向的低刚度。