[发明专利]一种高加速往复运动恒重力补偿装置

说明书

本发明公开一种高加速往复运动恒重力补偿装置；该装置的直线运动部件可沿垂向运动配装在导轨上，低摩擦气缸的活塞杆通过解耦单元与直线运动部件连接；该装置可为直线运动部件高加速往复运动提供恒定的重力补偿，具有运动顺畅、结构紧凑、体积小，用途广泛，适用能力强的特点，尤其适合光刻机曝光系统中小空间的高加速往复运动的使用。

技术领域

本发明属于精密仪器机械技术领域，特别涉及一种高加速往复运动机构的恒重力补偿装置。

背景技术

在光刻机曝光系统中，竖直方向的拦光刀片需要满足高加速度与高精度的运动需求，因此刀片的控制精度成为制约光刻机曝光精度及效率的主要技术关键。为了提高刀片的运动及定位精度，在系统设计中加入重力补偿装置来平衡拦光刀片及其相应部件的重力。在光刻机曝光系统中，竖直方向的拦光刀片需要进行高频的高加速度往复运动，因此如何补偿高加速往复运动的拦光刀片及其部件的重力是控制竖直方向的拦光刀片的主要技术难题。

2001年，荷兰ASML公司所研发的Twinscan A T1100型光刻机，可以达到20nm的套刻精度。其曝光系统中的重力补偿装置是利用弹簧的拉力实现重力补偿，并达到了20m/s²的加速度运动；但采用弹簧作为重力补偿装置，在控制上弹簧补偿的力不稳定；而且弹簧占用空间大，不能满足曝光系统结构设计小型化的要求。

专利CN101477316A“重力补偿器”提出了一种重力补偿器，主要包括止推轴承、浮板、导向柱及压缩流体容器；该装置利用高压流体通路形成高压流体膜,提供无摩擦的解耦技术，解决了垂向和水平解耦问题；但是该发明是针对Chuck微动台进行重力补偿，行程太小，并且不能实现往复式运动。

专利CN2201843961U“一种带有重力补偿的往复运动装置”提出了一种电机驱动的垂直往复运动装置，主要包括电机、由所述电机驱动的丝杠和托盘，其特征是：还包括外圆筒，内圆筒，弹簧，所述弹簧置于所述外圆筒和所述内圆筒之间，所述内圆筒顶在所述弹簧上端，并通过圆法兰盘与所述托盘连接；该装置通过弹簧的弹力克服重力影响，从而可以使功率较小的电机驱动垂直往复的运动装置快速上升；但是该装置中的弹簧只能补偿特定质量的重力，并且弹簧补偿的力不稳定。

专利CN103298729A“重力补偿装置以及使用该重力补偿装置的升降装置”提出一种具有升降功能的重力补偿装置，主要包括基座、连杆、空气促动器、升降部、连结部；该装置中连杆的两端沿轴向移动自如地安装于通过基座的基准点并交叉的两根轴，利用空气促动器的内部空间的气压将连杆的一端朝向基准点按压，以通过对内部空间相对于连杆的一端的一端位置的容积变化进行外推而求得的容积为零的状态下的连杆的一端位置与基准点之间的间隔成为连杆两端间的距离以上的方式，使连杆的一端能够移动，通过连结部连结相对于基座能够沿铅垂方向移动的升降部与连杆的另一端；该装置可以补偿往复运动部件的重力，但是该装置结构占用空间太大，不能满足和适应光刻机曝光系统的小型化设计需求。

专利CN104698766A“重力补偿装置”提出了一种重力补偿装置，用于支撑光刻机中工件台和掩模台的微动台，包括底座、活塞、护套、摆机构、气囊结构和负载板；其中,所述底座中设有气室,用于支撑位于所述气室顶部的活塞护套套设在活塞上并与底座刚性连接所述气囊结构连接在活塞与护套之间,与所述摆机构串联所述摆机构连接在负载板与活塞之间；该装置占用空间太大，并且无法补偿往复运动部件的重力。

上述发明的问题是均不能在小范围空间内补偿高加速往复运动部件的重力；然而在光刻机曝光系统中，竖直方向的拦光刀片需要以很高加速度做往复运动，这就要求补偿高加速往复运动的拦光刀片及其部件的重力，进而提高竖直方向的拦光刀片的控制精度。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，研究设计一种高加速往复运动机构的恒重力补偿装置，通过调压阀调节气压，用低摩擦气缸输出系统需要的力，并利用储气瓶作为中间单元使低摩擦气缸输出恒定的力，从而达到补偿高加速往复运动部件重力、占用空间小、适应能力强的目的。