CN108535969B - 一种摇摆振动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摇摆振动装置，包括水平放置的第一摇摆振动体和第二摇摆振动体；第一摇摆振动体的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置通过第一扭转弹簧与基座固定连接；第二摇摆振动体位于第一摇摆振动体的右侧面位置，第一摇摆振动体的右侧面中心线和镜面中心线的交点以及所述第二摇摆振动体的左侧面中心线和镜面中心线的交点之间通过水平分布的第二扭转弹簧相连接；第一摇摆振动体上设置有第一反光镜片和第一转动惯量调节配重块；第二摇摆振动体上设置第二反光镜片和第二转动惯量调节配重块。本发明可有效调整摇摆振动体具有的固有频率，使得能与符合曝光设备要求的预设目标振动频率相一致或在预设差值范围内，提高曝光设备的光照效果。

Description

一种摇摆振动装置

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别是涉及一种摇摆振动装置。

背景技术

目前，在半导体制造的光刻机等曝光设备中，大多采用点光源，在真空状态下，点光源发射的光线经过透镜的多次反射而达到照度均匀分布，但是，经过多次反射必然造成光能的损失，降低了光能的利用率。为此，目前，常用的方式是将反射镜固定在摇摆振动体上，然后将反射镜和摇摆振动体一起安装在真空的、用于通过点光源所发出的光线的光通路内，通过摇摆振动体带动反射镜进行高频振动，实现快速改变反射镜的角度，以此达到反射镜所发射后的光的照度均匀分布的目的。

对于不同的曝光设备，其对内部光通路上所安装的摇摆振动体，具有不同的振动频率(如用户想要的预设的目标振动频率)要求，为了实现低的功率消耗，要求曝光设备上安装的摇摆振动体自身的固有频率，能够尽量与用户所需求的、符合曝光设备要求的预设的目标振动频率相一致或者在预设的差值范围(例如±1％)内。

但是，对于目前的摇摆振动体，其自身具有的固有频率无法灵活的调整，从而无法与符合曝光设备要求的预设的目标振动频率相一致或者在预设的差值范围(例如±1％)内，满足光刻机等曝光设备的生产要求，提高曝光设备的生产质量和光照效果。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以有效地调整摇摆振动体具有的固有频率，从而使得能够与符合曝光设备要求的预设的目标振动频率相一致或者在预设的差值范围内，提高所安装的曝光设备的光照效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种摇摆振动装置，其可以有效地调整摇摆振动体具有的固有频率，从而使得能够与符合曝光设备要求的预设的目标振动频率相一致或者在预设的差值范围内，提高所安装的曝光设备的光照效果，有利于广泛地推广应用，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种摇摆振动装置，包括水平放置的第一摇摆振动体和第二摇摆振动体；

所述第一摇摆振动体的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置通过第一扭转弹簧与基座固定连接；

所述第二摇摆振动体位于所述第一摇摆振动体的右侧面，所述第一摇摆振动体的右侧面中心线和镜面中心线的交点以及所述第二摇摆振动体的左侧面中心线和镜面中心线的交点之间通过水平分布的第二扭转弹簧相连接；

所述第一摇摆振动体上设置有第一反光镜片和第一转动惯量调节配重块；

所述第二摇摆振动体上设置有第二反光镜片和第二转动惯量调节配重块。

其中，所述第一摇摆振动体的右侧面中心线和镜面中心线的交点位置以及所述第二摇摆振动体的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置之间通过所述第二扭转弹簧相连接。

其中，所述第一扭转弹簧是实心的水平分布的第一法兰轴，所述第二扭转弹簧是实心的水平分布的第二法兰轴；

所述第一法兰轴的左右两端分别与所述第一摇摆振动体的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置和基座固定连接；

所述第二法兰轴的左右两端分别与所述第二摇摆振动体的右侧面中心线和镜面中心线的交点位置以及所述第一摇摆振动体的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置固定连接。

其中，所述第一反光镜片的反光镜面中心线与所述第一法兰轴的中心线位于同一直线上；

所述第二反光镜片的反光镜面中心线与所述第二法兰轴的中心线位于同一直线上。

其中，所述第一反光镜片的反光镜面中心线与所述第一法兰轴的中心线等高；

所述第二反光镜片的反光镜面中心线与所述第二法兰轴的中心线等高。

其中，所述第一反光镜片的正面四角分别压有一个第一固定板，所述第二反光镜片的正面四角分别压有一个第二固定板。

其中，所述第一固定板通过第一固定螺钉与所述第一摇摆振动体的正面螺纹连接，所述第二固定板通过第二固定螺钉与所述第二摇摆振动体的正面螺纹连接。

其中，所述第一摇摆振动体的前部左右两端和后部左右两端分别设置有一个所述第一转动惯量调节配重块；

所述第二摇摆振动体的前部左右两端和后部左右两端分别设置有一个所述第二转动惯量调节配重块。

其中，所述第一摇摆振动体的背面设置有水平分布的永久磁铁；

所述永久磁铁位于一个交变磁场中。

其中，所述交变磁场由通有交流电的线圈所产生。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提出了一种摇摆振动装置，其可以有效地调整摇摆振动体具有的固有频率，从而使得能够与符合曝光设备要求的预设的目标振动频率相一致或者在预设的差值范围内，提高所安装的曝光设备的光照效果，有利于广泛地推广应用，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种摇摆振动装置的正视图；

图2为本发明提供的一种摇摆振动装置的右视图；

图中，1为第一扭转弹簧，2为第一摇摆振动体，3为永久磁铁，4为第二扭转弹簧，5为第二摇摆振动体，6为第一反光镜片，7为第一固定螺钉，8为第一固定板；9为第一转动惯量调节配重块，10为第二转动惯量调节配重块，11为第二固定板，12为第二固定螺钉，13为第二反光镜片，20为基座；

A为第一摇摆振动体的左侧面，B为第一摇摆振动体的右侧面，C为第一摇摆振动体的前部，D为第一摇摆振动体的后部，E为第二摇摆振动体的左侧面，F为第二摇摆振动体的右侧面，G为第二摇摆振动体的前部，H为第二摇摆振动体的后部；

K为第一反光镜片6的镜面的反光面，J为第二反光镜片13的镜面的反光面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1、图2，本发明提供了一种摇摆振动装置，包括水平放置的第一摇摆振动体2和第二摇摆振动体5；

所述第一摇摆振动体2的左侧面A中心线和镜面中心线的交点位置通过第一扭转弹簧1与基座20(例如可以表现为一个机架)固定连接；

所述第二摇摆振动体5位于所述第一摇摆振动体2的右侧面B，所述第一摇摆振动体2的右侧面B中心线和镜面中心线的交点位置以及所述第二摇摆振动体5的左侧面E中心线和镜面中心线的交点位置之间通过水平分布的第二扭转弹簧4相连接；

所述第一摇摆振动体2上设置有第一反光镜片6和第一转动惯量调节配重块9；

所述第二摇摆振动体5上设置有第二反光镜片13和第二转动惯量调节配重块10。

如图1所示，A为第一摇摆振动体的左侧面，B为第一摇摆振动体的右侧面，C为第一摇摆振动体的前部，D为第一摇摆振动体的后部，E为第二摇摆振动体的左侧面，F为第二摇摆振动体的右侧面，G为第二摇摆振动体的前部，H为第二摇摆振动体的后部。

需要说明的是，第一摇摆振动体2和第二摇摆振动体5都是水平放置的，所述第一摇摆振动体2的侧面中心线(包括右侧面中心线和左侧面中心线)是第一摇摆振动体2的侧面的几何中心线，是垂直于第一摇摆振动体前后连线的、铅直的直线。而所述第二摇摆振动体5的侧面中心线(左侧面中心线)是第二摇摆振动体5的侧面的几何中心线，是垂直于第二摇摆振动体前后连线的铅直的直线。

需要说明的是，镜面中心线是指反光镜的中心线，是水平的与光线垂直的直线，也就是说，所述第一摇摆振动体2的镜面中心线是通过第一反光镜片6的镜面的反光面K并与镜面前后连接线垂直的第一反光镜片6的中心线，所述第二摇摆振动体5的镜面中心线是通过第二反光镜片13的镜面的反光面J并与镜面前后连接线垂直的第二反光镜片13的中心线。

在本发明中，具体实现上，整个所述摇摆振动装置优选为位于真空环境中，例如位于由真空光通路形成的真空环境中。因此，可以避免本发明的装置上出现尘土等杂质。

在本发明中，所述第一扭转弹簧1和第二扭转弹簧4为扭转弹簧(65Mn的轴，具有扭转弹簧性能)。需要说明的是，对于本发明，其具有的第一摇摆振动体2和第二摇摆振动体5，可以分别围绕第一扭转弹簧1和第二扭转弹簧4的轴线来摆动。

在本发明中，具体实现上，所述第一摇摆振动体2的右侧面中心线和镜面中心线的交点位置以及所述第二摇摆振动体5的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置之间通过所述第二扭转弹簧4相连接。

在本发明中，具体实现上，所述第一扭转弹簧1是实心的水平分布的第一法兰轴，所述第二扭转弹簧4是实心的水平分布的第二法兰轴；

所述第一法兰轴的左右两端分别与所述第一摇摆振动体2的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置和基座20固定连接；

所述第二法兰轴的左右两端分别与所述第二摇摆振动体5的右侧面中心线和镜面中心线的交点位置以及所述第一摇摆振动体2的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置固定连接。

具体实现上，所述第一反光镜片6的反光镜面中心线与所述第一法兰轴的中心线位于同一直线上；

所述第二反光镜片13的反光镜面中心线与所述第二法兰轴的中心线位于同一直线上。因此，对于本发明，能够保证在高频振动时，第一反光镜片6和第二反光镜片13能够形成平行反射的反射光。

具体实现上，所述第一反光镜片6的反光镜面中心线与所述第一法兰轴的中心线等高(即长度相同)；

所述第二反光镜片13的反光镜面中心线与所述第二法兰轴的中心线等高(即长度相同)。

具体实现上，所述第一反光镜片6的反光镜面和所述第二反光镜片13的反光镜面的静置位置，位于点光源所发出的光线的光通路的下部。

在本发明中，具体实现上，所述第一反光镜片6的正面四角分别压有一个第一固定板8，所述第二反光镜片13的正面四角分别压有一个第二固定板11。

具体实现上，所述第一固定板8通过第一固定螺钉7与所述第一摇摆振动体2的正面螺纹连接，所述第二固定板11通过第二固定螺钉12与所述第二摇摆振动体5的正面螺纹连接。

在本发明中，具体实现上，所述第一摇摆振动体2的前部C左右两端和后部D左右两端分别设置有一个所述第一转动惯量调节配重块9；

所述第二摇摆振动体5的前部G左右两端和后部H左右两端分别设置有一个所述第二转动惯量调节配重块10。

因此，对于本发明，通过以上第一转动惯量调节配重块9和第二转动惯量调节配重块10的位置分布，可以灵活调整(如增大或者减小)第一摇摆振动体2和第二摇摆振动体5的转动惯量大小和动平衡。

在本发明中，具体实现上，所述第一摇摆振动体2的背面设置有水平(即沿着第一摇摆振动体2长边方向)分布的永久磁铁3；

所述永久磁铁3位于一个交变磁场中。

具体实现上，所述交变磁场由通有交流电的线圈所产生，从而通过交变磁场作用于永久磁铁3，使得在永久磁铁内产生扭转力矩，在线圈和永久磁铁的共同作用下，能够形成驱动第一摇摆振动体2及其所连接的其他部件的驱动力，即能够驱动本发明的摇摆振动装置产生高频的振动。

需要说明的是，交流磁场的驱动力激振频率就等同于目标振动频率，当交流磁场的驱动力激振频率接近第一摇摆振动体或者第二摇摆振动体的固有频率时，利用共振现象就能用微小的激振力驱动本发明的摇摆振动装置运动。

具体实现上，所述线圈位于所述真空环境之外。

在本发明中，具体实现上，需要说明的是，可以通过磨削、切削或堆焊等方法，来增减第一转动惯量调节配重块9和第二转动惯量调节配重块10这两个平衡质量块的重量，从而对应改变第一摇摆振动体2和第二摇摆振动体5的转动惯量大小和动平衡，即第一摇摆振动体2围绕第一法兰轴(即第一扭转弹簧)旋转的转动惯量大小，以及第二摇摆振动体5围绕第二法兰轴(即第二扭转弹簧)旋转的转动惯量大小。同时，还要保持第一摇摆振动体和第二摇摆振动体的动平衡。

需要说明的是，刚体的转动惯量是由质量、质量分布、转轴位置三个因素决定的。

对于本发明，需要说明的是，所述第一摇摆振动体2和第二摇摆振动体5是两个自由度的扭转振动系统，可以通过分别调整转动惯量，来调整自身的固有共振频率。

对于本发明，第一个摇摆振动体通过第一扭转弹性支撑部件(如第一扭转弹簧)固定，第二摇摆振动通过第二扭转弹性支撑部件(如第二扭转弹簧)与第一摇摆振动体连接，作用在第一摇摆振动体的驱动力激励装置进行摇摆振动，属于两个自由度的强迫振动系统。

在本发明中，具体实现上，所述第一摇摆振动体2和第二摇摆振动体5采用铝板制成，以减少转动惯量；

第一反光镜片6和第二反光镜片13采取氧化硅制成；

所述第一扭转弹簧1和第二扭转弹簧4采用65Mn钢制成；

所述第一转动惯量调节配重块9和第二转动惯量调节配重块10采用SUS304不锈钢制成。

在本发明中，需要说明的是，所有零件都是精加工制造。

需要说明的是，对于本发明，其在具有两个固有频率的摇摆振动体中调整共振频率时，可以通过增减质量的方法，来调整两个固有频率。在调整具有两个自由度的摇摆振动装置的共振频率时，通过质量增减进行频率调整时，需要考虑多个参数，而且要求两个振动频率在可调整范围内，否则无法获得预期的效果。

对于本发明，其在真空环境下使用，能够通过高频振动，来提高反射镜发射出来的光线能力分布的均匀性，满足光刻机等曝光设备在曝光上对光线照度均匀度的要求。

对于本发明，需要说明的是，其具有两个摇摆振动体和两个弹性支撑件(扭转弹簧)，因此具有两个扭转的固有频率。另一方面，固有频率由于摇摆振动体的制造误差而变化。通过调节摇摆振动体的转动惯量，就能控制摇摆振动体的两个固有频率。

对于本发明，由于真空设备的装配要求高，为减少装配调整的次数。在装配前，首先检测第一摇摆振动体2和第二摇摆振动体5这两个摇摆振动体的转动惯量，然后检测第一扭转弹簧1和第二扭转弹簧4的扭转刚度。

需要说明的是，对于本发明，摇摆振动装置的驱动力目标振动频率分别为ω_1g和ω_2g，这是最终产品的摇摆振动时的共振频率(也称为最终目标的共振频率)，其数值基于曝光装置所使用光源的波长确定。

对于本发明提供的摇摆振动装置，其具有的摇摆振动体因加工装配的精度限制，摇摆振动体的固有频率会偏离驱动力的目标振动频率。

具体实现上，驱动力目标振动频率可能大于摇摆振动体的固有频率变化范围的上限最大值，或者驱动力目标振动频率可能小于摇摆振动体的固有频率变化范围的下限最小值。

为满足驱动力目标振动频率和摇摆振动体的固有频率之间的关系，基于摇摆振动体的材料和加工精度等预测固有频率值，并通过检测和计算进行确认。如果能通过调整满足共振频率的目标值要求，就对摇摆振动体进行加工和装配及调试，否则直接报废。

考虑到加工偏差的存在，理想的状态是摇摆振动体的固有频率ω₁和ω₂与驱动力目标振动频率ω_1g和ω_2g一致，如果有误差，则ω₁和ω₂至少满足以下范围：

ω_1max＜ω₁＜ω_1min；

ω_2max＜ω₂＜ω_2min；

而且，ω₁和ω₂与ω_1g和ω_2g的分散范围满足以下关系。

条件1：ω_1g＜ω_1min和ω_2g＜ω_2min，

或者

条件2：ω_1g＞ω_1max和ω_2g＞ω_2max。

由此，对于本发明，可以通过质量去除或增加调整步骤，简单容易地调整摇摆振动体的固有频率，使得可以容易地调整具有分散特征的两个固有频率。

对于本发明，具体实现上，考虑到产品所需的加工精度、材料变化以及尺寸规格等，一般需要调整将摇摆振动体的固有频率与驱动力目标振动频率的相对误差控制在±1％内，优良的差在±0.5％内，最佳的在±0.1％内。

对于本发明，当用于曝光设备的摇摆振动装置的固有频率与驱动力目标振动频率的相对误差不超过±1％时，照度的均匀度就能满足形成良好图像的要求。

为了更加清楚的理解本发明，下面结合实施例，来就本发明涉及到的技术原理做进一步说明。

对于本发明，具体实现上，预先设置匹配曝光设备的、第一摆动振动体和第二摆动振动体分别要求预设的目标振动频率分别为ω_1g和ω_2g(这就是通过通电线圈和永久磁铁所施加在第一摆动振动体和第二摆动振动体上的驱动力激振频率)。同时，设置第一摆动振动体和第二摆动振动体自身在刚生产加工成型(即制造时)时的固有频率分别为ω₁和ω₂，由于通常情况下，对于第一摆动振动体和第二摆动振动体来说，其具有的固有频率与目标振动频率是不同的，为此，为了调整摇摆振动体具有的固有频率，从而使得能够与符合曝光设备要求的预设的目标振动频率相一致或者在预设的差值范围内，主要进行两个步骤，即一是确定第一摆动振动体和第二摆动振动体分别具有的固有频率，二是调整第一摆动振动体和第二摆动振动体的固有频率以匹配驱动力激振频率(即目标共振频率)。也就是说，当前述的ω₁与ω_1g、ω₂与ω_2g各不相同时，调整使ω₁与ω_1g、ω₂与ω_2g分别相等。

对于本发明，当进行无阻尼的强迫振动时，对于第一摇摆振动体2围绕第一法兰轴(即第一扭转弹簧)旋转的转动惯量I₁，其用扭转刚度为k₁的第一扭转弹簧1固定支撑，对于第二摇摆振动体5围绕第二法兰轴(即第二扭转弹簧)旋转的转动惯量I₂，其与转动惯量I₁之间用扭转刚度为k₂的第二扭转弹簧4相连接，I₁和I₂的任一瞬时位置只要用角度θ₁和θ₂两个独立坐标就可以表示。设在转动惯量I₁上作用有扭矩Msinωt，那么，第一摇摆振动体和第二摇摆振动体的强迫振动的微分方程如下：

上式的特征方程为：

求解上述的特征方程，可以得到第一摇摆振动体自身具有的固有振动频率ω_1nt和第二摇摆振动体自身具有的固有振动频率ω_2nt分别如下：

以上公式(1)和(2)中，式中，k₁是第一扭转弹簧的扭转弹簧系数；

k₂是第二扭转弹簧的扭转弹簧系数；

I₁是第一摇摆振动体围绕第一法兰轴(即第一扭转弹簧)旋转的转动惯量；

I₂是第二摇摆振动体第二法兰轴(即第二扭转弹簧)旋转的转动惯量。

第一摇摆振动体的转动惯量I₁对应具有的固有频率的计算公式如下：

其中，转动惯量I₁的最大值I_1max为：

转动惯量I₁的最小值I_1min为：

第二摇摆振动体的转动惯量I₂对应具有的固有频率的计算公式如下：

转动惯量I₂的最大值：

转动惯量I₂的最小值：

对于本发明，预设ω₁是第一摇摆振动体的固有频率、ω₂是第二摇摆振动体的固有频率，并且预设这两个固有频率在误差范围内的下限最小值分别为ω_1min、ω_2min，其上限的最大值分别为ω_1max、ω_2max，则这两个摇摆振动体的固有频率范围应当满足以下条件：

ω_1max＜ω₁＜ω_1min、ω_2max＜ω₂＜ω_2min，公式(7)；

如果，第一摆动振动体和第二摆动振动体自身在刚生产加工成型时的固有频率分别与预先设置匹配曝光设备的、第一摆动振动体和第二摆动振动体分别要求预设的目标振动频率(等于通过通电线圈和永久磁铁所施加在第一摆动振动体和第二摆动振动体上的驱动力激振频率)之间存在偏差(即存在差值)时，那么第一摆动振动体和第二摆动振动体分别具有的驱动力激振频率ω_1g和ω_2g要满足如下的两个条件：

ω_1g＜ω¹ _min和ω_2g＜ω_2min或者ω_1g＞ω_1max和ω_2g＞ω_2max，公式(8)；

只有摇摆振动体的固有频率在上述的式(8)范围之内，通过调整才能使两个摇摆振动体的固有频率与驱动力的振动频率与一致。另外，在本发明中，在调节两个摇摆振动体的固有频率时，可以通过磨削、切削或焊接等方法，来增减第一转动惯量调节配重块和第二转动惯量调节配重块这两个平衡质量块的重量，从而实现增减摇摆振动体的转动惯量，从而调整其固有振动频率。

一、对于本发明，当第一摆动振动体和第二摆动振动体的固有频率低于其分别具有的驱动力目标振动频率ω_1g和ω_2g时。

预设满足驱动力目标振动频率的第一摆动振动体和第二摆动振动体这两个摇摆振动体的扭转弹簧系数(即刚度系数)分别为k₁和k₂，两个弹簧系数在误差范围内的下限最小值为k_1min、k_2min，其上限的最大值为k_1max、k_2max，则第一扭转弹簧和第二扭转弹簧的弹簧系数范围如下所示：

k_1min＜k₁＜k_1max，k_2min＜k₂＜k_2max，公式(9)；

这时，第二摇摆振动体的固有频率ω₂满足下面公式(10)表示的计算结果：

在公式(10)式中的转动惯量I₁计算参照上面的公式(3)，取弹簧系数的极限值和驱动力激振频率，来代入下面的公式(11)，具体计算式如下：

并且，第二摇摆振动体的固有频率ω₂还需要满足以下公式(12)表示的计算结果：

在公式(12)中的转动惯量I₂计算参照上面的公式(6)，取弹簧系数的极限值和驱动力激振频率代入以下的公式(13)，具体计算式如下：

在此基础之上，两个摇摆振动体的固有频率都在以下公式(14)和公式(15)所限制的范围内。

ω₁＜ω_1g，公式(14)；

ω₂＜ω_2g，公式(15)；

(1)关于在扭转弹簧的刚度系数存在制造误差的场合

在本发明中，预设在第一扭转弹簧的弹簧系数k₁的中心值为k_1C、第二扭转弹簧的弹簧系数k₂的中心值为k_2C，则对应的第一摇摆振动体和第二摇摆振动体的扭转弹簧的刚度系数存在制造误差的场合下的振动频率ω_1t和ω_2t的取值用以下公式(16)和公式(17)分别计算如下：

其中，第一摇摆振动体的振动频率ω_1t由公式(16)代入其弹簧系数的中心值进行计算，则：

在上述公式(16)中的扭转弹簧的刚度系数存在制造误差的场合下的转动惯量I_1t和I_2t参照上述公式(3)和公式(6)计算，第一扭转弹簧的刚度系数取上限值，而第二扭转弹簧的刚度系数取下限值，频率取驱动力的激振频率，进行计算，具体如下：

第二摇摆振动体的振动频率ω_2t由公式(17)代入弹簧系数的中心值进行计算，则：

以上公式(17)中的扭转弹簧的刚度系数存在制造误差的场合下的转动惯量I_1t和I_2t参照上面公式(3)和公式(6)计算，第一扭转弹簧的刚度系数取下限值，而第二扭转弹簧的刚度系数取上限值，频率取驱动力的激振频率，进行计算，具体如下：

(2)关于在摇动振动体的转动惯量存在制造误差的场合

在两个摇摆振动体的转动惯量存在制造误差时，预设满足驱动力目标振动频率的两个摇摆振动体的转动惯量分别设为I₁和I₂，两个转动惯量在误差范围内的下限最小值为I₁-ΔI₁、I₂-ΔI₂，其上限的最大值为I₁+ΔI₁、I₂+ΔI₂，则第1和第2摇摆振动体的转动惯量的范围如下所示：

I₁-ΔI₁＜I₁＜I₁+ΔI₁；

I₂-ΔI₂＜I₂＜I₂+ΔI₂；

在本发明中，预设在第一扭转弹簧的弹簧系数k₁的中心值为k_1C、第二扭转弹簧的弹簧系数k₂的中心值为k_2C，则两个摇摆振动体的摇动振动体的转动惯量存在制造误差的场合下的振动频率ω_1I和ω_2I的取值用公式(18)和公式(19)分别计算如下：

第一摇摆振动体的振动频率ω_1I由公式(18)代入弹簧系数的中心值进行计算，则：

式中的I_1I和I_2I参照式(3)和式(6)，扭转弹簧1的刚度系数取上限值，而扭转弹簧2的刚度系数取下限值，频率取驱动力的激振频率，进行计算：

第二摇摆振动体的振动频率ω_2I由公式(19)代入弹簧系数的中心值进行计算，则：

在公式(19)中的I_1I和I_2I参照公式(3)和公式(6)计算，第一扭转弹簧的刚度系数取下限值，而第二扭转弹簧的刚度系数取上限值，频率取驱动力的激振频率，进行计算，具体如下：

在扭转弹簧刚度系数存在制造误差或摇动振动体的惯性力矩存在制造误差的情况下，计算的振动频率都满足公式(14)和公式(15)的要求，即满足下列条件：

max{ω_1t、ω_1I}＜ω_1g，满足公式(14)的条件；

max{ω_2t、ω_2I}＜ω_2g，满足公式(15)的条件；

而且满足公式(10)和公式(12)的要求，即

max{ω_2t、ω_2I}满足公式(12)；

min{ω_2t、ω_2I}满足公式(10)；

那么，计算的频率满足公式(10)、公式(12)、公式(14)和公式(15)的要求时，加工制造的摇摆振动体经调试能使用，否则产品作废。

二、对于本发明，当第一摆动振动体和第二摆动振动体的振动频率高于其分别具有的驱动力目标振动频率ω_1g和ω_2g时。

在摇摆振动体的扭转弹簧刚度系数存在制造误差时，预设满足驱动力激振频率的两个摇摆振动体的扭转弹簧刚度系数分别为k₁和k₂，两个弹簧刚度系数在误差范围内的下限最小值为k_1min、k_2min，其上限的最大值为k_1max、k_2max，则两个弹簧的弹簧系数范围如下所示：

k_1min＜k₁＜k_1max；

k_2min＜k₂＜k_2max；要求弹簧的误差在10％以内。

这时，第二摇摆振动体的固有频率ω₂满足以下公式(20)表示的计算结果：

上面公式(20)中的转动惯量I₁计算参照公式(3)，取弹簧系数的极限值和驱动力激振频率代入式(21)，具体计算如下：

并且，第二摇摆振动体的固有频率ω₂满足公式(22)表示的计算结果：

公式(22)中的转动惯量I₂计算参照公式(6)，取弹簧系数的极限值和驱动力激振频率代入公式(23)，具体计算式如下：

在此基础之上，两个摇摆振动体的固有频率都在公式(24)和公式(25)所限制的范围内。

ω₁＞ω_1g，公式(24)；

ω₂＞ω_2g，公式(25)；

(1)在扭转弹簧的刚度系数存在制造误差的场合

在本发明中，预设在第一扭转弹簧的弹簧系数k₁的中心值为k_1C、第二扭转弹簧的弹簧系数k₂的中心值为k_2C，则扭转弹簧的刚度系数存在制造误差的场合下摇摆振动体的振动频率ω_1t和ω_2t的取值用公式(26)和公式(27)分别计算如下：

第一摇摆振动体的振动频率ω_1t由公式(26)代入弹簧系数的中心值进行计算，则：

公式中的扭转弹簧的刚度系数存在制造误差的场合下的转动惯量I_1t和I_2t参照公式(3)和公式(6)，第一扭转弹簧的刚度系数取下限值，而第二扭转弹簧的刚度系数取上限值，频率取驱动力的激振频率，进行计算：

第二摇摆振动体的振动频率ω_2t由公式(27)代入弹簧系数的中心值进行计算，则：

公式中的扭转弹簧的刚度系数存在制造误差的场合下的转动惯量I_1t和I_2t参照公式(3)和公式(6)，第一扭转弹簧的刚度系数取上限值，而第二扭转弹簧的刚度系数取下限值，频率取驱动力的激振频率，进行计算：

(2)在摇动振动体的转动惯量存在制造误差的场合

对于本发明，在摇摆振动体的转动惯量存在制造误差时，预设满足驱动力频率的两个摇摆振动体的转动惯量分别设为I₁和I₂，两个转动惯量在误差范围内的下限最小值为I₁-ΔI₁、I₂-ΔI₂，其上限的最大值为I₁+ΔI₁、I₂+ΔI₂，则第1和第2摇摆振动体的转动惯量的范围如下所示：

I₁-ΔI₁＜I₁＜I₁+ΔI₁；

I₂-ΔI₂＜I₂＜I₂+ΔI₂；

在本发明中，在这里，预设在第一扭转弹簧的弹簧系数k₁的中心值为k_1C、第二扭转弹簧的弹簧系数k₂的中心值为k_2C，则摇动振动体的转动惯量存在制造误差的场合下的摇摆振动体的振动频率ω_1I和ω_2I的取值用公式(28)和公式(29)分别计算如下：

第一摇摆振动体的振动频率ω_1I由公式(28)代入弹簧系数的中心值进行计算，则：

式中的摇动振动体的转动惯量存在制造误差的场合下的转动惯量I_1I和I_2I参照公式(3)和公式(6)，第一扭转弹簧的刚度系数取下限值，而第二扭转弹簧的刚度系数取上限值，频率取驱动力的激振频率，进行计算：

第二摇摆振动体的振动频率ω_2I由公式(29)代入弹簧系数的中心值进行计算，则：

公式(29)中的摇动振动体的转动惯量存在制造误差的场合下的转动惯量I_1I和I_2I参照公式(3)和公式(6)计算，第一扭转弹簧的刚度系数取上限值，而第二扭转弹簧的刚度系数取下限值，频率取驱动力的激振频率，进行计算：

在扭转弹簧刚度系数存在制造误差或摇动振动体的惯性力矩存在制造误差的情况下，都满足公式(24)和公式(25)的要求，即满足下列条件：

min{ω_1t、ω_1I}＞ω_1g，满足公式(24)的条件；

min{ω_2t、ω_2I}＞ω_2g，满足公式(25)的条件；

而且满足公式(20)和公式(22)的要求，即

max{ω_2t、ω_2I}满足公式(20)；

min{ω_2t、ω_2I}满足公式(22)；

计算的振动频率都满足公式(20)、公式(22)、公式(24)和公式(25)的要求，则加工制造的摇摆振动体经调试能使用，否则产品作废。

在满足上述计算要求之后，对摇摆振动体在非真空环境下进行装配调试：

1、所有零部件清洗之后，进行装配；

2、正弦扫描施加电磁线圈上的交流电的频率，用加速度传感器检测摇摆振动装置的扭转振动的加速度幅值，幅值达到峰值时的频率就是固有共振频率；

3、基于测量的摇摆振动装置的固有频率与驱动力目标振动频率之间的差，计算转动惯量的调节量；

4、根据计算的转动惯量的调整量，通过去除摇摆振动体的一部分质量或向摇摆振动体一部分增加质量来调整两个固有频率。但增减质量时，注意保持摇摆振动体的动平衡；

5、在进行质量去除或添加进行固有频率调整的情况下，如果调整之前的固有频率不在调整的范围之内，本发明将固有频率超过目标振动频率5％以上定义为不在调整范围，则将固有频率调整到预定的振动频率将非常困难。

6、零部件经过调整加工之后，再次进行清洗后，安装到真空装置内，完成最后的调试。

需要说明的是，对于以上本发明预设的各种参数，不限于特定的数值，可以根据用户以及具体曝光设备的需要来进行相应的调整，只要在允许范围内的值均可。

需要说明的，在本发明提供的信息摇摆振动装置中，第一摇摆振动体和第二摇摆振动体采用同一个通电线圈来驱动，为此第一摇摆振动体和第二摇摆振动体的驱动力目标振动频率(即驱动力激振频率)之间的关系是整数倍。

在本发明中，具体实现上，当第一摇摆振动体和第二摇摆振动体的固有频率不是整数倍的关系时，且数值偏离较小时，可以通过在摇摆振动体上施加树脂的方法，增减转动惯量。

对于本发明，需要说明的是，当根据计算的结果，需要调节两个摇摆振动体的固有振动频率时，通过消减或增加质量，控制两个固有振动频率是容易实现的，因此，本发明能够方便地制造摇摆振动装置，并降低对摇摆振动装置的制造加工精度的限制。

对于本发明，需要说明的是，其检测的扭转弹簧刚度系数差的上下限在8％以内，转动惯量差的上下限在8％以内，频率的差值在5％以内。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种摇摆振动装置，其可以有效地调整摇摆振动体具有的固有频率，从而使得能够与符合曝光设备要求的预设的目标振动频率相一致或者在预设的差值范围内，提高所安装的曝光设备的光照效果，有利于广泛地推广应用，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种摇摆振动装置，其特征在于，摇摆振动装置位于真空环境中，包括平行放置的第一摇摆振动体（2）和第二摇摆振动体（5）；

所述第一摇摆振动体（2）的左侧面中心线和镜面中心线的交点位置通过第一扭转弹簧（1）与基座（20）固定连接；

所述第二摇摆振动体（5）位于所述第一摇摆振动体（2）的右侧面，所述第一摇摆振动体（2）的右侧面中心线和镜面中心线的交点以及所述第二摇摆振动体（5）的左侧面中心线和镜面中心线的交点之间通过水平分布的第二扭转弹簧（4）相连接；

所述第一摇摆振动体（2）上设置有第一反光镜片（6）和第一转动惯量调节配重块（9）；

所述第二摇摆振动体（5）上设置有第二反光镜片（13）和第二转动惯量调节配重块（10）；

所述第一扭转弹簧（1）是实心的水平分布的第一法兰轴，所述第二扭转弹簧（4）是实心的水平分布的第二法兰轴；

所述第一反光镜片（6）的反光镜面中心线与所述第一法兰轴的中心线位于同一直线上；

所述第二反光镜片（13）的反光镜面中心线与所述第二法兰轴的中心线位于同一直线上；

第一摇摆振动体（2）和第二摇摆振动体（5）的固有频率与摇摆振动装置的驱动力目标振动频率的相对误差控制在±0.5％内。

2.如权利要求1所述的摇摆振动装置，其特征在于，所述第一反光镜片（6）的正面四角分别压有一个第一固定板（8），所述第二反光镜片（13）的正面四角分别压有一个第二固定板（11）。

3.如权利要求2所述的摇摆振动装置，其特征在于，所述第一固定板（8）通过第一固定螺钉（7）与所述第一摇摆振动体（2）的正面螺纹连接，所述第二固定板（11）通过第二固定螺钉（12）与所述第二摇摆振动体（5）的正面螺纹连接。

4.如权利要求1所述的摇摆振动装置，其特征在于，所述第一摇摆振动体（2）的前部左右两端和后部左右两端分别设置有一个所述第一转动惯量调节配重块（9）；

所述第二摇摆振动体（5）的前部左右两端和后部左右两端分别设置有一个所述第二转动惯量调节配重块（10）。

5.如权利要求1至4中任一项所述的摇摆振动装置，其特征在于，所述第一摇摆振动体（2）的背面设置有水平分布的永久磁铁（3）；

所述永久磁铁（3）位于一个交变磁场中。

6.如权利要求5所述的摇摆振动装置，其特征在于，所述交变磁场由通有交流电的线圈所产生。

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