CN114153126A - 一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置 - Google Patents

一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，属于半导体加工设备技术领域。解决了现有的镜面驱动结构尺寸较大，不能在避免运动干涉的问题。它包括底座、微型镜面驱动单元和反射镜，所述微型镜面驱动单元包括第一驱动部件、第二驱动部件、滑块部件、传动部件和定心部件，所述滑块部件设置在底座内部，所述第一驱动部件带动滑块部件沿x轴作线性运动，所述第二驱动部件带动滑块部件沿y轴作线性运动，所述传动部件上部与定心部件相连，所述定心部件通过固定架与底座相连，所述传动部件和定心部件将滑块部件的平面移动转化为反射镜围绕顶部镜面几何中心的旋转运动。它主要用于微型镜面组的驱动。

Description

一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置
技术领域
本发明属于半导体加工设备技术领域，特别是涉及一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置。
背景技术
光刻是半导体制造中的主要关键环节，实现在硅片上刻蚀掩模版上的电路图案的功能。在光刻机内部，从光源到掩模板，由数量繁多的光学元件构成极为复杂的光路。其中为使入射光同时获得不同的反射方向，采用数个空间位置接近的反射镜单元构成不同形状的阵列，并设计驱动装置使各反射镜单元可以围绕其顶部镜面几何中心作Rx和Ry自由度运动，以改变反射光入射到掩模版上的方向，从而获得不同形状的光瞳。为了提高刻蚀的精度，对反射镜镜面的尺寸和各单元排列的占空比提出较为严格的限制，然而，市场上现有的致动器尺寸较大，通常不能在避免运动干涉的前提下，直接将其摆放于反射镜正下方，故对反射镜驱动和传动装置的设计具有一定难度。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，以解决现有的镜面驱动结构尺寸较大，不能避免运动干涉的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，它包括底座、微型镜面驱动单元和反射镜，所述微型镜面驱动单元包括第一驱动部件、第二驱动部件、滑块部件、传动部件和定心部件，所述滑块部件设置在底座内部，所述第一驱动部件和第二驱动部件均与滑块部件相连，所述第一驱动部件带动滑块部件沿x轴作线性运动，所述第二驱动部件带动滑块部件沿y轴作线性运动，所述滑块部件顶部与传动部件转动相连，所述传动部件通过镜架与反射镜相连，所述传动部件上部与定心部件相连，所述定心部件通过固定架与底座相连，所述传动部件和定心部件将滑块部件的平面移动转化为反射镜围绕顶部镜面几何中心的旋转运动。
更进一步的，所述滑块部件包括第一滑块、第二滑块和第三滑块，所述底座两侧对称开设有椭圆形槽，所述第一滑块数量为两个，两个第一滑块对称嵌入椭圆形槽内，两个第一滑块之间通过第一短杆和第二短杆相连，所述第一短杆与第一驱动部件相连，所述第二滑块与第二短杆滑动连接，所述第二滑块与第二驱动部件铰接相连，所述第二滑块上部与第三滑块相连，所述第三滑块上端与传动部件以球轴的形式相连。
更进一步的，所述第一短杆为圆杆结构，所述第二短杆为方杆结构。
更进一步的，所述第一驱动部件包括线性致动器、第一驱动杆和第一传动杆，所述第一驱动杆的一端与线性致动器相连，所述第一驱动杆的另一端与第一传动杆的一端铰接相连，所述第一传动杆的另一端与第一短杆相连。
更进一步的，所述第二驱动部件包括旋转致动器和第二传动杆，所述第二传动杆的一端与旋转致动器相连，所述第二传动杆的另一端与第二滑块铰接相连。
更进一步的，所述传动部件包括伸缩杆，所述镜架下方两端分别与伸缩杆相连，所述镜架的上端与反射镜相连，所述镜架和伸缩杆的几何中心垂线重合。
更进一步的，所述伸缩杆包括上杆和下杆，所述上杆为部分中空的套筒结构，所述上杆和下杆套接相连，所述上杆和下杆之间设置有弹簧连接，所述弹簧沿伸缩杆轴线方向产生作用力，使上杆与定心部件紧密相连，所述上杆与镜架相连，所述下杆与滑块部件相连。
更进一步的，所述定心部件包括Ry定心零件和Rx定心零件，所述Ry定心零件与固定架相连，所述Ry定心零件和Rx定心零件接触面之间设置有Ry槽，所述Rx定心零件和伸缩杆接触面之间设置有Rx槽，所述Rx槽与Ry槽在竖直投影方向上正交，所述Ry槽和Rx槽为弧形槽且圆心交于一点，所述Ry槽和Rx槽内均设置有若干个滚珠。
更进一步的，在初始状态下所述第三滑块、伸缩杆、定心部件和反射镜的中轴线重合。
更进一步的，所述微型镜面组驱动装置数量为多个，多个微型镜面组驱动装置沿y轴方向排列。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够实现当若干反射镜沿某一方向紧密排列时，围绕各自的两个相互正交的轴旋转，同时兼顾装置尺寸和安装尺寸限制。本发明兼顾精度、行程和尺寸控制等，其结构可靠，反射镜的定位精度高。可对各反射镜围绕其顶部镜面几何中心进行Rx、Ry自由度调整，同时满足高精度和大行程的需求。可通过调整第一传动杆长度和采取各单元致动器交错分布的方式，满足反射镜沿y轴排列时任意尺寸线性致动器的选用，同时使各反射镜间距更小。定心部件采用类似于轴承的两个弧形导轨，将旋转中心定于反射镜顶部表面几何中心，同时限制了除Rx和Ry以外的自由度改变，并通过滚珠减小摩擦，进一步提高旋转中心的定位精度。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置结构示意图；
图2为本发明所述的滑块部件结构示意图；
图3为本发明所述的定心部件结构示意图；
图4为本发明所述的传动部件立体结构示意图。
1-底座，2-微型镜面驱动单元，3-反射镜，21-第一驱动部件，211-线性致动器，212-第一驱动杆，213-第一传动杆，22-第二驱动部件，221-旋转致动器，222-第二传动杆，23-滑块部件，231-第一滑块，232-第二滑块，233-第三滑块，234-椭圆形槽，235-第一短杆，236-第二短杆，237-球轴，24-传动部件，241-伸缩杆，242-镜架，25-定心部件，251-固定架，252-Ry定心零件，253-Rx定心零件，254-滚珠。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见图1-4说明本实施方式，一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，它包括底座1、微型镜面驱动单元2和反射镜3，微型镜面驱动单元2包括第一驱动部件21、第二驱动部件22、滑块部件23、传动部件24和定心部件25，滑块部件23设置在底座1内部，第一驱动部件21和第二驱动部件22均与滑块部件23相连，第一驱动部件21带动滑块部件23沿x轴作线性运动，第二驱动部件22带动滑块部件23沿y轴作线性运动，滑块部件23顶部与传动部件24转动相连，传动部件24通过镜架242与反射镜3相连，传动部件24上部与定心部件25相连，定心部件25通过固定架251与底座1相连，传动部件24和定心部件25将滑块部件23的平面移动转化为反射镜3围绕顶部镜面几何中心的旋转运动。
滑块部件23包括第一滑块231、第二滑块232和第三滑块233，底座1两侧对称开设有椭圆形槽234，第一滑块231数量为两个，两个第一滑块231对称嵌入椭圆形槽234内，两个第一滑块231之间通过第一短杆235和第二短杆236相连，第一短杆235与第一驱动部件21相连，第二滑块232与第二短杆236滑动连接，第二滑块232与第二驱动部件22铰接相连，第二滑块232上部与第三滑块233相连，第三滑块233上端与传动部件24以球轴237的形式相连，底座1的工作面限制各滑块运动范围。椭圆形槽234与底座1的平面平行，为契合第一传动杆213的传动方式，第一短杆235为圆杆结构，用于第一传动杆与短杆的旋转运动，第二短杆236为方杆结构，第二短杆236上下两面均与底座1的平面有极高的的平行度，进一步提高第二滑块232的运动直线度及与底座1平面的平行度。第一驱动部件21和第二驱动部件22内所有铰链和第三滑块233与球轴237均可采用柔性铰链替代，可减小摩擦，提高控制精度。
第一驱动部件21包括线性致动器211、第一驱动杆212和第一传动杆213，第一驱动杆212的一端与线性致动器211相连，第一驱动杆212的另一端与第一传动杆213的一端铰接相连，第一传动杆213的另一端与第一短杆235相连。如所选线性致动器的尺寸较大，可适当调整第一传动杆213的长度，同时采用交错排列各反射镜的线性致动器211的方式，充分利用z轴方向的空间，以避免这列反射镜组的线性致动器211之间发生干涉。第一滑块231位于x轴方向两行程端点时，设计第一传动杆213与x轴所成角度均为锐角，以避免机构卡死。
第二驱动部件22包括旋转致动器221和第二传动杆222，第二传动杆222的一端与旋转致动器221相连，第二传动杆222的另一端与第二滑块232铰接相连。第二传动杆222为运动过程中可保持良好直线度的伸缩杆，适用于第二滑块232在移动过程中与转致动器221中轴线的相对距离变化。第一驱动部件21和第二驱动部件22内所有铰链及第三滑块233与球轴237均可采用柔性铰链替代，可减小摩擦，提高控制精度。
传动部件24包括伸缩杆241，镜架242下方两端分别与伸缩杆241相连，镜架242的上端与反射镜3相连，镜架242和伸缩杆241的几何中心垂线重合，伸缩杆241包括上杆和下杆，上杆为部分中空的套筒结构，上杆和下杆套接相连，上杆和下杆之间设置有弹簧连接，弹簧沿伸缩杆241轴线方向产生作用力，使上杆与定心部件25紧密相连，保证伸缩杆241不脱离定心部件25，并响应运动过程中第三滑块233与旋转中心的相对位置变化。下杆在上杆内移动时，伸缩杆241整体保持高直线度。上杆与镜架242相连，下杆与滑块部件23相连。
定心部件25包括Ry定心零件252和Rx定心零件253，Ry定心零件252与固定架251相连，Ry定心零件252和Rx定心零件253接触面之间设置有Ry槽，Rx定心零件253和伸缩杆241接触面之间设置有Rx槽，Rx槽与Ry槽在竖直投影方向上正交，Ry槽和Rx槽通过计算确定其半径和位置，Ry槽和Rx槽为弧形槽且圆心交于一点，即安装反射镜3后其顶面几何中心的空间位置。Ry槽和Rx槽内均设置有若干个滚珠254，以实现对反射镜3非Ry、Rx运动自由度的限制并减小摩擦力。
镜架242与反射镜3以粘接的方式连接，当线性致动器211和旋转致动器221驱动滑块部件23作平面运动时，伸缩杆241带动反射镜3围绕其顶部镜面的几何中心绕x轴和y轴旋转。
在初始状态下第三滑块233、伸缩杆241、定心部件25和反射镜3的中轴线重合。驱动装置还应包括控制装置，其被配置为控制致动器的输出以获得镜面的期望位姿，通过对滑块的位置检测进行反馈修正。
本实施例提供一种光学设备，其被配置为从辐射源接收辐射并将辐射进行重新分布后传递到目标位置，包括一个或者多个光学部件。光学部件包括驱动装置驱动的可移动镜面，多个微型镜面组驱动装置同时沿y轴方向可排布多个镜面单元，各单元之间无运动干涉。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：它包括底座(1)、微型镜面驱动单元(2)和反射镜(3)，所述微型镜面驱动单元(2)包括第一驱动部件(21)、第二驱动部件(22)、滑块部件(23)、传动部件(24)和定心部件(25)，所述滑块部件(23)设置在底座(1)内部，所述第一驱动部件(21)和第二驱动部件(22)均与滑块部件(23)相连，所述第一驱动部件(21)带动滑块部件(23)沿x轴作线性运动，所述第二驱动部件(22)带动滑块部件(23)沿y轴作线性运动，所述滑块部件(23)顶部与传动部件(24)转动相连，所述传动部件(24)通过镜架(242)与反射镜(3)相连，所述传动部件(24)上部与定心部件(25)相连，所述定心部件(25)通过固定架(251)与底座(1)相连，所述传动部件(24)和定心部件(25)将滑块部件(23)的平面移动转化为反射镜(3)围绕顶部镜面几何中心的旋转运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：所述滑块部件(23)包括第一滑块(231)、第二滑块(232)和第三滑块(233)，所述底座(1)两侧对称开设有椭圆形槽(234)，所述第一滑块(231)数量为两个，两个第一滑块(231)对称嵌入椭圆形槽(234)内，两个第一滑块(231)之间通过第一短杆(235)和第二短杆(236)相连，所述第一短杆(235)与第一驱动部件(21)相连，所述第二滑块(232)与第二短杆(236)滑动连接，所述第二滑块(232)与第二驱动部件(22)铰接相连，所述第二滑块(232)上部与第三滑块(233)相连，所述第三滑块(233)上端与传动部件(24)以球轴(237)的形式相连。
3.根据权利要求2所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：所述第一短杆(235)为圆杆结构，所述第二短杆(236)为方杆结构。
4.根据权利要求2所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：所述第一驱动部件(21)包括线性致动器(211)、第一驱动杆(212)和第一传动杆(213)，所述第一驱动杆(212)的一端与线性致动器(211)相连，所述第一驱动杆(212)的另一端与第一传动杆(213)的一端铰接相连，所述第一传动杆(213)的另一端与第一短杆(235)相连。
5.根据权利要求2所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：所述第二驱动部件(22)包括旋转致动器(221)和第二传动杆(222)，所述第二传动杆(222)的一端与旋转致动器(221)相连，所述第二传动杆(222)的另一端与第二滑块(232)铰接相连。
6.根据权利要求2所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：所述传动部件(24)包括伸缩杆(241)，所述镜架(242)下方两端分别与伸缩杆(241)相连，所述镜架(242)的上端与反射镜(3)相连，所述镜架(242)和伸缩杆(241)的几何中心垂线重合。
7.根据权利要求6所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：所述伸缩杆(241)包括上杆和下杆，所述上杆为部分中空的套筒结构，所述上杆和下杆套接相连，所述上杆和下杆之间设置有弹簧连接，所述弹簧沿伸缩杆(241)轴线方向产生作用力，使上杆与定心部件(25)紧密相连，所述上杆与镜架(242)相连，所述下杆与滑块部件(23)相连。
8.根据权利要求6所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：所述定心部件(25)包括Ry定心零件(252)和Rx定心零件(253)，所述Ry定心零件(252)与固定架(251)相连，所述Ry定心零件(252)和Rx定心零件(253)接触面之间设置有Ry槽，所述Rx定心零件(253)和伸缩杆(241)接触面之间设置有Rx槽，所述Rx槽与Ry槽在竖直投影方向上正交，所述Ry槽和Rx槽为弧形槽且圆心交于一点，所述Ry槽和Rx槽内均设置有若干个滚珠(254)。
9.根据权利要求6所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：在初始状态下所述第三滑块(233)、伸缩杆(241)、定心部件(25)和反射镜(3)的中轴线重合。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种基于轴承定心的微型镜面组驱动装置，其特征在于：所述微型镜面组驱动装置数量为多个，多个微型镜面组驱动装置沿y轴方向排列。
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