CN107329376B - 具有位置调节功能的嵌套式支承结构及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有位置调节功能的嵌套式支承结构及其用途，其包括内支承架和支承并调节所述内支承架的外支承架，内支承架设置有沿横向X方向和纵向Y方向凸出的多个突出部；外支承架由沿横向X方向延伸的两个相对布置的横向延伸部和沿纵向Y方向延伸的两个相对布置的纵向延伸部构成，使得外支承架成型为沿着内支承架的四周围绕内支承架，并且外支承架设置有分别与内支承架的突出部相对应的开口，使得内支承架的突出部能够嵌入外支承架的开口中，从而使外支承架以嵌套的形式支承内支承架。其中，外支承架在开口处分别设置有位置调节件，位置调节件能够沿横向X方向、纵向Y方向和竖向Z方向作用于内支承架的相应突出部，从而调节内支承架的六自由度。

Description

具有位置调节功能的嵌套式支承结构及其用途

技术领域

本发明涉及精密电控调节技术领域，具体地涉及一种具有位置调节功能的嵌套式支承结构及其用于对元器件安装基准面进行调节的用途。

背景技术

在光学性能参数的检测、光源性能参数检测及光刻等领域，都需要用到掩模，并且掩模需要在各个自由度上进行调节，目前需求利用一套复杂的掩模台系统实现这一功能。对于高精度的掩模台，国外大多采用直线电机调节控制长行程位移，结合音圈电机及压电陶瓷等作微动控制，即采用一套宏微结合的控制方法。直接使用直线电机驱动方式，其结构简单，但需要超精密直线电机，直接驱动也容易引起振动问题。国内的实验室也已经实现上述技术。无论采用哪种驱动方式，微动台的结构都必须满足以下要求：高刚性、高稳定性以及轻量化，利于高精度和高响应运动控制；采用洛仑兹电机为主体的结构方案。除了其高响应和高精度能力外，还利用其磁力耦合，使精密微动台与宏动台之间获得良好振动隔离。

为了达到高刚性、高稳定性，掩模台支撑子系统大多采用钢结构与大理石内外结合混合形式，通常掩模台都会采取一定的环境控制措施，例如：散热、内部恒温、恒压等。这样会使整个系统过于复杂化，虽然精度高、可调自由度多、功能全，但系统结构复杂、产品体积大、质量重、价格昂贵。此类设备均为专门订制设备，通常是针对光刻设备供应。对于一些检测实验、不追求产率、较少自由度需求的应用场合并不适合。

发明内容

本发明的目的是至少解决上述技术问题之一，该目的通过以下技术方案实现的：

本发明提出一种具有位置调节功能的嵌套式支承结构，所述嵌套式支承结构包括：

用于对待支承件提供支承作用的内支承架，所述内支承架设置有沿横向X方向和纵向Y方向凸出的多个突出部；

用于支承并调节所述内支承架的外支承架，所述外支承架由沿所述横向X方向延伸的两个相对布置的横向延伸部和沿所述纵向Y方向延伸的两个相对布置的纵向延伸部构成，使得所述外支承架成型为沿着所述内支承架的四周围绕所述内支承架，并且所述外支承架设置有分别与所述内支承架的所述突出部相对应的开口，使得所述内支承架的所述突出部能够嵌入所述外支承架的所述开口中，从而使所述外支承架以嵌套的形式支承所述内支承架；

其中，所述外支承架在所述开口处分别设置有位置调节件，所述位置调节件能够沿横向X方向、纵向Y方向和竖向Z方向作用于所述内支承架的相应突出部，从而调节所述内支承架的六自由度。

进一步地，所述多个突出部关于所述内支承架的横向中轴线对称地分布并且关于所述内支承架的纵向中轴线对称地分布。

根据本发明的另一种改进，所述内支承架设置有三组突出部，其中，每组突出部包括在水平XY平面上呈矩形分布的四个突出部，所述外支承架相应地设置有接纳所述三组突出部的三组开口，并且在每组开口处设置有能够关于横向X方向、纵向Y方向和竖向Z方向中的一个方向调节所述内支承件的位置调节件，从而共同实现沿横向X方向、纵向Y方向和竖向Z方向调节所述内支承架。

优选地，所述横向延伸部和/或所述纵向延伸部是由外竖板、与所述外竖板相对布置的内竖板、分别与所述外竖板以及所述内竖板的上端连接的上横板、和分别与所述外竖板以及所述内竖板的下端连接的下横板形成的中空结构，使得位于所述横向延伸部和/或所述纵向延伸部的开口包括在所述外竖板中形成的外侧口和在所述内竖板中形成的与所述外侧口对称地布置的内侧口。

根据本发明的一种优选的实施方式，所述位置调节件包括能够沿所述竖向Z方向调节所述内支承架的贯穿相应突出部的竖向调节螺柱和螺纹连接于所述竖向调节螺柱的竖向调节螺母、和沿所述纵向Y方向和所述横向X方向调节所述内支承架的水平调节螺柱和固定于所述下横板上的调节块，所述水平调节螺栓通过螺纹连接贯穿所述调节块并沿所述纵向Y方向或所述横向X方向作用于相应的突出部。

优选地，所述内支承架是用于支承电控位移台的中空结构，在所述内支承架的下方布置有测量平板，所述测量平板设置有位置传感器，用于感测所述电控位移台的位置。

另外，本发明还涉及具有位置调节功能的嵌套式支承结构用于对元器件安装基准面进行调节的用途。

本发明的优点在于：通过内外嵌套的支承调节结构，解决了掩模台支承结构所要求的既能实现空间的位置调节又能保证支撑的高刚度。同时因为在整体结构上采用了空间嵌套的形式，也节省了支承结构所占空间，在实现同样功能及性能的要求的条件下，减小了体积。外支承架构造成中空结构并在内外竖板上开设对称的开口，一方面在基本不影响强度和刚度性能条件下减轻了结构质量，另一方面也为内支承架的安装与调节提供了空间。另外，整个结构设计层次分明，结构对称，对称件及调整件采用相同结构，方便加工制造和安装，同时也提高了可互换性。附属零部件安装形式灵活，方便拆卸、搬运、安装。本发明的具有位置调节功能的嵌套式支承结构能够应用于需要调节机械部件、光学元件、传感器等元器件安装基准面的系统结构，尤其适用于带有大行程中空掩模位移台检测系统结构。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的具有位置调节功能的嵌套式支承结构总体视图；

图2示出了根据本发明实施方式的具有位置调节功能的嵌套式支承结构分解视图；

图3示出了根据本发明实施方式的具有位置调节功能的嵌套式支承结构剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，如图1至图3所示，提出一种具有位置调节功能的嵌套式支承结构，其例如用于支承和调节电控位移台4，电控位移台4可包括电控一维宏动台和内嵌的六维微动台，用于移动和微调节被布置于其上的掩模。该嵌套式支承结构包括用于支承电控位移台4的内支承架7和用于支承并调节内支承架7的外支承架1，其中，电控一维宏动台直接被支承于内支承架7上；内支承架7在其中心处开设有矩形开孔，从而为光路提供足够的空间，增加了结构开放性，为光路和电路的布置增加了便利，同时也大大降低了系统总质量。如图1所示，外支承架1的下方可以与支撑横梁2、3相连，并最终与基础相连接。如图2所示，内支承架7设置有沿横向X方向和/或纵向Y方向凸出的十二个突出部5、6、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18，上述十二个突出部关于内支承架7的横向中轴线以及纵向中轴线对称地分布。如图2和图3所示，外支承架1由沿横向X方向延伸的两个相对布置的横向延伸部和沿纵向Y方向延伸的两个相对布置的纵向延伸部构成，从而成型为沿着内支承架7的四周围绕内支承架7，并且外支承架1设置有分别对应于内支承架7的突出部5、6、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18的十二个开口，使得内支承架7的突出部5、6、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18能够嵌入外支承架的各个开口中。

根据本发明的优选的实施方式，如图3所示，外支承架1是一个中空的矩形框架结构。具体地，外支承架1的横向延伸部以及纵向延伸部是由外竖板、与外竖板相对布置的内竖板、分别与外竖板以及内竖板的上端连接的上横板、和分别与外竖板以及内竖板的下端连接的下横板形成的中空结构，使得位于横向延伸部和/或纵向延伸部的开口由在外竖板中形成的外侧口和在内竖板中形成的与外侧口对称地布置的内侧口形成。其中，外支承架1在各个开口处分别设置有位置调节件，例如调节螺栓或调节螺柱，位置调节件能够沿横向X方向、纵向Y方向和竖向Z方向作用于内支承架7的各个突出部5、6、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18，从而能够根据需要适应性地调节内支承架7的六自由度X、Y、Z、θx、θy、θz。具体地，内支承架能够通过各个突出部被支承于内侧口上，当需要调节内支承架的位置时，能够通过外侧口操作调节件以作用于相应的突出部从而调节内支承架的相应位置。根据本发明的实施方式，内支承架7上的十二个突出部和外支承架1上的十二个开口均分为三组。第一组为用于在竖向Z方向上调节内支承架7的突出部5、9、12、16及其各自对应的开口，如图2所示，突出部5、9、12、16设置有通孔，相应地，外支承架1上设置有竖向调节螺柱24、21、27、30和相应的竖向调节螺母，如图3所示，竖向调节螺柱24、21、27、30固定连接于下横板并且贯穿突出部5、9、12、16，当需要在竖向Z方向上调节内支承架7时，通过旋转竖向调节螺母即可调节内支承架7沿竖向Z方向上下移动。第二组为用于在横向X方向上调节内支承架7的突出部10、11、17、18及其各自对应的开口，相应地，外支承架1上设置有横向调节螺柱(未示出)和相应的横向调节块22、23、25、26，横向调节块22、23、25、26固定连接于下横板并且设置有螺纹孔使得横向调节螺母能够以螺纹连接的方式穿过其中，从而通过调节相应的横向调节螺柱即可调节内支承架7沿横向X方向的位置。第三组为用于在纵向Y方向上调节内支承架7的突出部6、8、14、15及其各自对应的开口，相应地，外支承架1上设置有纵向调节螺柱(未示出)和相应的纵向调节块19、20、28、29，纵向调节块19、20、28、29固定连接于下横板并且设置有螺纹孔使得纵向调节螺母能够以螺纹连接的方式穿过其中，从而通过调节相应的纵向调节螺柱即可调节内支承架7沿纵向Y方向的位置。通过上述调节，既能够沿一个方向整体调节内支承架，又能够通过调节在一个方向上的部分调节件调整内支承架的水平程度或沿水平方向的倾斜度等，从而实现对内支承架的六个自由度的调节。

进一步优选地，根据本发明的嵌套式支承结构在其正下方布置有测量平板31，测量平板上设置有位置传感器，从而可以探测电控位移台4动子的下表面，并将测得位置数据反馈给电控位移台4以实施位置的自动调整。

根据本发明的嵌套式支承结构为电控位移台提供了高强度、高刚度、高可靠性的支撑；并且通过内外层结构的机械调节，可以为电控位移台提供一个可以调节的安装基准平面。补偿了由于零部件加工、装配误差导致的安装基准面位置误差。尤其适用对于尺寸大的安装基准，嵌套及中空的结构形式不仅实现了安装基准面的可调，同时也能够满足结构的高强度和高刚度要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种具有位置调节功能的嵌套式支承结构，其特征在于，所述嵌套式支承结构包括：

用于对待支承件提供支承作用的内支承架，所述内支承架设置有沿横向X方向和纵向Y方向凸出的多个突出部；

用于支承并调节所述内支承架的外支承架，所述外支承架由沿所述横向X方向延伸的两个相对布置的横向延伸部和沿所述纵向Y方向延伸的两个相对布置的纵向延伸部构成，使得所述外支承架成型为沿着所述内支承架的四周围绕所述内支承架，并且所述外支承架设置有分别与所述内支承架的所述突出部相对应的开口，使得所述内支承架的所述突出部能够嵌入所述外支承架的所述开口中，从而使所述外支承架以嵌套的形式支承所述内支承架；

其中，所述外支承架在所述开口处分别设置有位置调节件，所述位置调节件能够沿横向X方向、纵向Y方向和竖向Z方向作用于所述内支承架的相应突出部，从而调节所述内支承架的六自由度。

2.根据权利要求1所述的具有位置调节功能的嵌套式支承结构，其特征在于，所述多个突出部关于所述内支承架的横向中轴线对称地分布并且关于所述内支承架的纵向中轴线对称地分布。

3.根据权利要求1所述的具有位置调节功能的嵌套式支承结构，其特征在于，所述内支承架设置有三组突出部，其中，每组突出部包括在水平XY平面上呈矩形分布的四个突出部，所述外支承架相应地设置有接纳所述三组突出部的三组开口，并且在每组开口处设置有能够关于横向X方向、纵向Y方向和竖向Z方向中的一个方向调节所述内支承件的位置调节件，从而共同实现沿横向X方向、纵向Y方向和竖向Z方向调节所述内支承架。

4.根据权利要求1所述的具有位置调节功能的嵌套式支承结构，其特征在于，所述横向延伸部和/或所述纵向延伸部是由外竖板、与所述外竖板相对布置的内竖板、分别与所述外竖板以及所述内竖板的上端连接的上横板、和分别与所述外竖板以及所述内竖板的下端连接的下横板形成的中空结构，使得位于所述横向延伸部和/或所述纵向延伸部的开口包括在所述外竖板中形成的外侧口和在所述内竖板中形成的与所述外侧口对称地布置的内侧口。

5.根据权利要求4所述的具有位置调节功能的嵌套式支承结构，其特征在于，所述位置调节件包括能够沿所述竖向Z方向调节所述内支承架的贯穿相应突出部的竖向调节螺柱和螺纹连接于所述竖向调节螺柱的竖向调节螺母、和沿所述纵向Y方向和所述横向X方向调节所述内支承架的水平调节螺柱和固定于所述下横板上的调节块，所述水平调节螺栓通过螺纹连接贯穿所述调节块并沿所述纵向Y方向或所述横向X方向作用于相应的突出部。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的具有位置调节功能的嵌套式支承结构，其特征在于，所述内支承架是用于支承电控位移台的中空结构，在所述内支承架的下方布置有测量平板，所述测量平板设置有位置传感器，用于感测所述电控位移台的位置。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的具有位置调节功能的嵌套式支承结构用于对元器件安装基准面进行调节的用途。