[發(fā)明專利]二維柔性鉸鏈角度解耦的零剛度隔振器與隔振系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210578281.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN103062319A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔俊寧;譚久彬;王雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F16F15/027
• 分類號(hào): F16F15/027;F16C32/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密隔振技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種二維柔性鉸鏈角度解耦的零剛度隔振器與隔振系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著超精密加工與測(cè)量精度的不斷提高，環(huán)境振動(dòng)成為制約超精密加工裝備與測(cè)量?jī)x器精度和性能提高的重要因素。尤其是步進(jìn)掃描光刻機(jī)為代表的超大規(guī)模集成電路加工裝備，技術(shù)密集度與復(fù)雜度極高，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了現(xiàn)有技術(shù)的極限，代表了超精密加工裝備的最高水平，超精密隔振成為此類裝備中的核心關(guān)鍵技術(shù)；步進(jìn)掃描光刻機(jī)的線寬已達(dá)到22nm及以下，硅片定位精度與套刻精度均達(dá)到幾納米，而工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到1m/s以上，工件臺(tái)加速度達(dá)到重力加速度的幾十倍，這對(duì)現(xiàn)有的隔振技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。首先，光刻機(jī)需要為計(jì)量系統(tǒng)與光刻物鏡提供“超靜”的工作環(huán)境，同時(shí)又需要驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)以高速度與高加速度運(yùn)動(dòng)，這對(duì)隔振系統(tǒng)的隔振性能提出了極其苛刻的要求，其三個(gè)方向的固有頻率均需要達(dá)到1Hz以下；其次，光刻機(jī)各部件之間的相對(duì)位置，例如光刻物鏡與硅片表面的距離，均具有非常嚴(yán)格的要求，且處于位置閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的控制之下，要求隔振器上、下安裝板之間的相對(duì)位置精度達(dá)到10μm量級(jí)，傳統(tǒng)隔振器的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。

根據(jù)隔振理論，被動(dòng)式隔振器的固有頻率與剛度成正比、與負(fù)載質(zhì)量成反比，因此在負(fù)載質(zhì)量一定的前提下，降低隔振器的剛度是降低固有頻率、提高低頻與超低頻隔振性能的有效途徑。傳統(tǒng)空氣彈簧等形式的隔振器存在靜態(tài)承載能力與剛度的固有矛盾，同時(shí)受材料特性、結(jié)構(gòu)剛度等因素制約，要進(jìn)一步降低其剛度、尤其是水平向剛度十分困難。針對(duì)這一問題，研究人員將“擺”式結(jié)構(gòu)引入到空氣彈簧隔振器中，達(dá)到降低隔振器水平剛度的目的(1.Nikon?Corporation.Vibration?Isolator?With?Low?Lateral?Stiffness.美國(guó)專利公開號(hào)：US20040065517A1；2.U.S.Philips?Corporation.Positioning?Device?with?a?Force?Actuator?Systemfor?Compensating?Center-of-gravity?Displacements，and?Lithographic?Device?Provided?with?Such?APositioning?Device.美國(guó)專利號(hào)：US005844664A)。該方法能夠在一定程度上降低空氣彈簧隔振器的水平剛度，提升其低頻隔振性能。該方法存在的問題在于：1)受材料特性與結(jié)構(gòu)剛度制約，隔振器垂向與水平向剛度降低的幅度有限；2)空氣彈簧隔振器的垂向與水平向定位精度均很差，無法滿足光刻工藝的要求；3)要達(dá)到較低的水平剛度需要較大的擺長(zhǎng)，導(dǎo)致隔振器高度過大，容易發(fā)生弦膜共振，穩(wěn)定性差。

通過對(duì)現(xiàn)有空氣彈簧隔振器技術(shù)方案的分析可見，現(xiàn)有空氣彈簧隔振器難以滿足光刻機(jī)對(duì)超低剛度與高定位精度的要求。德國(guó)IDE公司提出了一種摒棄傳統(tǒng)橡膠空氣彈簧的隔振器技術(shù)方案(1.Integrated?Dynamics?Engineering?GmbH.Isolatorgeometrie?EinesSchwingungsisolationssystem.歐洲專利號(hào)：EP1803965A2；2.Integrated?Dynamics?EngineeringGmbH.Schwingungsisolationssystem?Mit?Pneumatischem?Tiefpassfilter.歐洲專利號(hào)：EP?1803970A2；3.Integrated?Dynamics?Engineering?GmbH.Air?Bearing?with?Consideration?ofHigh-Frequency?Resonances.美國(guó)專利公開號(hào)：US20080193061A1)。該方案采用垂向與水平向氣浮面對(duì)各方向的振動(dòng)進(jìn)行解耦與隔振，可以達(dá)到極低的剛度與固有頻率。該方案存在的問題在于：1)已公開技術(shù)方案中，隔振器無法實(shí)現(xiàn)精確定位；2)專利EP1803965A2中，上、下安裝板之間不存在繞水平軸旋轉(zhuǎn)的角運(yùn)動(dòng)自由度，該方向的角剛度與固有頻率都很高；專利EP1803970A2與US20080193061A1采用橡膠塊為上、下安裝板提供繞水平軸旋轉(zhuǎn)的角運(yùn)動(dòng)自由度，但由于橡膠塊角剛度很大，無法有效地進(jìn)行角運(yùn)動(dòng)自由度解耦，角運(yùn)動(dòng)自由度解耦機(jī)構(gòu)部件之間存在摩擦力而引入附加剛度，制約隔振性能。