CN114200782B - 一种柔性二维导向机构 - Google Patents

一种柔性二维导向机构 Download PDF

Info

Publication number
CN114200782B
CN114200782B CN202111542240.0A CN202111542240A CN114200782B CN 114200782 B CN114200782 B CN 114200782B CN 202111542240 A CN202111542240 A CN 202111542240A CN 114200782 B CN114200782 B CN 114200782B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional
flexible
rigid frame
memory alloy
output end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111542240.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114200782A (zh
Inventor
赵鹏越
晏祯卓
吴剑威
赵博
潘健生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202111542240.0A priority Critical patent/CN114200782B/zh
Publication of CN114200782A publication Critical patent/CN114200782A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114200782B publication Critical patent/CN114200782B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70141—Illumination system adjustment, e.g. adjustments during exposure or alignment during assembly of illumination system
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70808—Construction details, e.g. housing, load-lock, seals or windows for passing light in or out of apparatus
    • G03F7/70833—Mounting of optical systems, e.g. mounting of illumination system, projection system or stage systems on base-plate or ground

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

一种柔性二维导向机构，包含二维线性运动平台，还包含外壳、驱动杆、输入端二维同位柔性铰链、直线解耦补偿结构和输出端二维同位柔性铰链；所述二维线性运动平台的固定部安装在所述外壳上，所述输入端二维同位柔性铰链下端安装在二维线性运动平台的活动平台上，输入端二维同位柔性铰链的中部插装有一根驱动杆，输出端二维同位柔性铰链布置在外壳的外部，其下端固定在外壳上，另一根驱动杆插装在输出端二维同位柔性铰链的中部，并伸入外壳内，直线解耦补偿结构连接在两根驱动杆之间，以补偿在运动过程中，两个二维同位柔性铰链旋转中心之间的相对距离变化。本发明占用空间小，运动精度高，并具有较高的可行性。

Description

一种柔性二维导向机构
技术领域
本发明涉及一种光路导向机构，具体涉及一种柔性二维导向机构。
背景技术
光刻机是超精密制造设备的皇冠，对集成电路芯片、专用芯片等电子元器件的制造至关重要。光刻机系统复杂且精密，其主要包括光源系统、物镜系统、运动载物系统、控制系统、环控系统等。其中光源系统主要用于光刻机光路的分配与导向，对光刻机的加工性能具有重要影响。鉴于光刻机光源系统体积空间小，集成度高等设计要求，光源系统各组成机构的高集成度设计要求尤为突出，需要在满足对光路导向的同时保证较低的空间占比。
照明器是光刻机光源系统中的核心零部件之一，其可带动顶端光学镜片实现两自由度的摆动运动，进而实现对光路的导向作用。照明器的功能特点决定了其结构复杂性，而光学系统高集成要求又对其结构空间占比提出了严苛要求。因而，在有限的空间内实现照明器系统集成与运动功能是照明系统机构设计的难点。照明器系统通常包括驱动模块、运动导向模块与实时测控模块，其中实时测控模块的集成研究已较为充分，如何对照明器的驱动模块与运动导向模块进行进一步结构简化，是照明器系统集成的研究方向。
发明内容
本发明是为克服现有技术不足，提供一种柔性二维导向机构。该发明用于实现照明器两个方向的柔性旋转运动并保证运动过程的运动精度，同时保证机构具有较高对集成度，从而实现照明机构对光路对精准导向功能。
一种柔性二维导向机构，包含二维线性运动平台，还包含外壳、驱动杆、输入端二维同位柔性铰链、直线解耦补偿结构和输出端二维同位柔性铰链；
所述二维线性运动平台、输入端二维同位柔性铰链、驱动杆和直线解耦补偿机构布置在外壳内，所述二维线性运动平台的固定部安装在所述外壳上，所述输入端二维同位柔性铰链下端安装在二维线性运动平台的活动平台上，输入端二维同位柔性铰链的中部插装有一根驱动杆，输出端二维同位柔性铰链布置在外壳的外部，其下端固定在外壳上，另一根驱动杆插装在输出端二维同位柔性铰链的中部，并伸入外壳内，直线解耦补偿结构连接在两根驱动杆之间，以补偿在运动过程中，两个二维同位柔性铰链旋转中心之间的相对距离变化。
本发明相比现有技术的有益效果是：
两组基于记忆合金的二维同位柔性铰链可为驱动杆提供至少两个自由度的运动，可用于实现照明器两个方向的柔性旋转运动并保证运动过程的运动精度，同时保证机构具有较高的集成度，从而实现照明机构对光路对精准导向功能。本发明解决了在有限的空间内实现照明器系统集成与运动功能的问题。本发明占用空间小，运动精度高，并具有较高的可行性。利用记忆合金代替传统柔性材料，可以进一步提高机构的运动行程，充分满足光刻机光源系统的工艺需求。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
图1为本发明的一种柔性二维导向机构示意图；
图2为去掉外壳后本发明的一种柔性二维导向机构示意图；
图3为输入端二维同位柔性铰链和输出端二维同位柔性铰链的示意图；
图4为直线解耦补偿结构的示意图；
图5为安装有记忆合金的柔性二维导向机构的示意图；
图6为本发明二维导向机构的工作原理示意图；
图7为直线解耦补偿结构的简化示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种柔性二维导向机构，包含二维线性运动平台2，还包含外壳1、驱动杆4、输入端二维同位柔性铰链3、直线解耦补偿结构5和输出端二维同位柔性铰链6；
所述二维线性运动平台2、输入端二维同位柔性铰链3、驱动杆4和直线解耦补偿机构5布置在外壳1内，所述二维线性运动平台2的固定部安装在所述外壳1上，所述输入端二维同位柔性铰链3下端安装在二维线性运动平台2的活动平台上，输入端二维同位柔性铰链3的中部插装有一根驱动杆4，输出端二维同位柔性铰链6布置在外壳1的外部，其下端固定在外壳1上，另一根驱动杆4插装在输出端二维同位柔性铰链6的中部，并伸入外壳1内，直线解耦补偿结构5连接在两根驱动杆4之间，以补偿在运动过程中，两个二维同位柔性铰链旋转中心之间的相对距离变化。考虑到设备有在真空环境中适用的需求，优选地，二维线性运动平台2利用现有的两个压电直线电机堆叠而成，以实现在XY平面的运动。
本实施方式的输出端二维同位柔性铰链6固定在外壳1上，如图6所示，输入端二维同位柔性铰链3、驱动杆4、直线解耦补偿结构5和输出端二维同位柔性铰链6等效为一个类曲柄滑块结构，图中G对应本实施方式中二维线性运动平台2的输出平台，3对应由本实施方式中输入端二维同位柔性铰链3，5对应本实施方式中所述直线解耦补偿机构，61对应本实施方式中所述输出端二维同位柔性铰链6以及其与外壳1的固定关系。
在一个实例中，如图3所示，所述输入端二维同位柔性铰链3包含刚性框架A3-1、刚性框架B3-2、刚性框架C3-3和记忆合金柔性件H；刚性框架B3-2通过记忆合金柔性件H分别与刚性框架A3-1和刚性框架C3-3相连，所述刚性框架A3-1、刚性框架B3-2与所述记忆合金柔性件H在记忆合金柔性件H处形成第一个旋转自由度，刚性框架B3-2、刚性框架C3-3与记忆合金柔性件H处形成第二个旋转自由度，两个自由度的旋转轴线布置为正交并相交于一点，一根驱动杆4插装在刚性框架B3-2和刚性框架C3-3的中部。
在另一个实施例中，所述输出端二维同位柔性铰链6包含刚性框架D6-1、刚性框架E6-2、刚性框架F6-3和记忆合金柔性件H；刚性框架E6-2通过记忆合金柔性件H分别与刚性框架D6-1和刚性框架F6-3相连，所述刚性框架D6-1、刚性框架E6-2与记忆合金柔性件H在记忆合金柔性件H处形成第一个旋转自由度，刚性框架E6-2、刚性框架F6-3与记忆合金柔性件H在记忆合金柔性件H处形成第二个旋转自由度，两个自由度的旋转轴线布置为正交并相交于一点，另一根驱动杆4插装在刚性框架D6-2和刚性框架F6-3的中部，刚性框架D6-1固定在外壳1上。
上述实施例中所提出的二维同位柔性铰链将两个旋转轴线布置为正交并且相交于一点，保证了所驱动的部件是绕一点转动，满足工艺要求。
较佳地，上述的正交并且相交于一点是通过下述结构实现的：所述刚性框架A3-1、刚性框架B3-2、刚性框架C3-3上分别加工有斜切口并相互配合，将两个旋转轴线布置为正交且相交于一点。所述刚性框架D6-1、刚性框架E6-2、刚性框架F6-3上分别加工有斜切口并相互配合，将两个旋转轴线布置为正交且相交于一点，以实现绕双轴旋转的两自由度运动。
如图4所示，所述直线解耦补偿结构5包含输入端连接架51、输出端连接架52和二阶四边形耦合结构53；输入端连接架51与所述一根驱动杆4的上端连接，输出端连接架52与所述另一根驱动杆4的下端连接，二阶四边形耦合结构53布置在输入端连接架51和输出端连接架52之间。
所述二阶四边形耦合结构53包含输入端运动块531、输出端运动块532、随动块533和簧片组534；输入端运动块531与输入端连接架51连接，输出端运动块532与输出端连接架52连接，簧片组534分别固定在输入端运动块531和输出端运动块532上，簧片组534的两侧分别安装有平行布置的两个随动块533，输出端运动块532和输出端连接架52可相对输入端连接架51上下运动。如图6所示的类曲柄滑块结构中，在二维线性运动平台2作用下，输入端二维同位柔性铰链3绕固定关系部位61做弧形运动，在竖直方向输出会有变化，利用二阶四边形耦合结构53来补偿在竖直方向上的位移分量，以保证输入端二维同位柔性铰链3最终在一个平面内移动。如图4所示，输入端连接架51与输出端连接架52为嵌套设置，输出端连接架52上开有活动空间，如图7所示的工作原理中，输入端运动块531受驱动带动输出端运动块532做相反的运动，运动过程中通过簧片组534和随动块533完成力的传递，箭头方向为一个方向的运动示例。
可选地，所述记忆合金柔性件H的材质为镍钛合金、金镉合金或者铜锌合金。如此设置，具有高耐用寿命、疲劳强度高、稳定性高、耐腐蚀的特性。
基于上述方案，如图5所示，柔性二维导向机构还包含记忆合金应变恢复驱动装置7，记忆合金应变恢复驱动装置7布置在外壳1的外部，记忆合金应变恢复驱动装置7用于实现输入端二维同位柔性铰链3和输出端二维同位柔性铰链6的形变恢复。如在所述记忆合金柔性件H相对的两侧贴有柔性电热膜71，记忆合金应变恢复驱动装置7与柔性电热膜71形成控制回路。如此设计，利用记忆合金代替传统金属材料，使得导向机构的行程有大幅度的提升，在工作中通过控制温度实现大形变的产生或者恢复。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (8)

1.一种柔性二维导向机构，包含二维线性运动平台(2)，其特征在于：还包含外壳(1)、驱动杆(4)、输入端二维同位柔性铰链(3)、直线解耦补偿结构(5)和输出端二维同位柔性铰链(6)；
所述二维线性运动平台(2)、输入端二维同位柔性铰链(3)、驱动杆(4)和直线解耦补偿结构 (5)布置在外壳(1)内，所述二维线性运动平台(2)的固定部安装在所述外壳(1)上，所述输入端二维同位柔性铰链(3)下端安装在二维线性运动平台(2)的活动平台上，输入端二维同位柔性铰链(3)的中部插装有一根驱动杆(4)，输出端二维同位柔性铰链(6)布置在外壳(1)的外部，其下端固定在外壳(1)上，另一根驱动杆(4)插装在输出端二维同位柔性铰链(6)的中部，并伸入外壳(1)内，直线解耦补偿结构(5)连接在两根驱动杆(4)之间，以补偿在运动过程中，两个二维同位柔性铰链旋转中心之间的相对距离变化；
所述输入端二维同位柔性铰链(3)包含刚性框架A(3-1)、刚性框架B(3-2)、刚性框架C(3-3)和记忆合金柔性件(H)；刚性框架B(3-2)通过记忆合金柔性件(H)分别与刚性框架A(3-1)和刚性框架C(3-3)相连，所述刚性框架A(3-1)、刚性框架B(3-2)与所述记忆合金柔性件(H)在记忆合金柔性件(H)处形成第一个旋转自由度，刚性框架B(3-2)、刚性框架C(3-3)与记忆合金柔性件(H)处形成第二个旋转自由度，两个自由度的旋转轴线布置为正交并相交于一点，一根驱动杆(4)插装在刚性框架B(3-2)和刚性框架C(3-3)的中部；
所述输出端二维同位柔性铰链(6)包含刚性框架D(6-1)、刚性框架E(6-2)、刚性框架F(6-3)和记忆合金柔性件(H)；刚性框架E(6-2)通过记忆合金柔性件(H)分别与刚性框架D(6-1)和刚性框架F(6-3)相连，所述刚性框架D(6-1)、刚性框架E(6-2)与记忆合金柔性件(H)在记忆合金柔性件(H)处形成第一个旋转自由度，刚性框架E(6-2)、刚性框架F(6-3)与记忆合金柔性件(H)在记忆合金柔性件(H)处形成第二个旋转自由度，两个自由度的旋转轴线布置为正交并相交于一点，另一根驱动杆(4)插装在刚性框架D(6-2)和刚性框架F(6-3)的中部，刚性框架D(6-1)固定在外壳(1)上。
2.根据权利要求1所述一种柔性二维导向机构，其特征在于：所述直线解耦补偿结构(5)包含输入端连接架(51)、输出端连接架(52)和二阶四边形耦合结构(53)；输入端连接架(51)与所述一根驱动杆(4)的上端连接，输出端连接架(52)与所述另一根驱动杆(4)的下端连接，二阶四边形耦合结构(53)布置在输入端连接架(51)和输出端连接架(52)之间。
3.根据权利要求2所述一种柔性二维导向机构，其特征在于：所述二阶四边形耦合结构(53)包含输入端运动块(531)、输出端运动块(532)、随动块(533)和簧片组(534)；输入端运动块(531)与输入端连接架(51)连接，输出端运动块(532)与输出端连接架(52) 连接，簧片组(534)分别固定在输入端运动块(531)和输出端运动块(532)上，簧片组(534)的两侧分别安装有平行布置的两个随动块(533)，输出端运动块(532)和输出端连接架(52)可相对输入端连接架(51)上下运动。
4.根据权利要求1所述一种柔性二维导向机构，其特征在于：所述记忆合金柔性件(H)的材质为镍钛合金、金镉合金或者铜锌合金。
5.根据权利要求1所述一种柔性二维导向机构，其特征在于：还包含记忆合金应变恢复驱动装置(7)，记忆合金应变恢复驱动装置(7)用于实现输入端二维同位柔性铰链(3)和输出端二维同位柔性铰链(6)的形变恢复。
6.根据权利要求5所述一种柔性二维导向机构，其特征在于：所述记忆合金柔性件(H)相对的两侧贴有柔性电热膜(71)，记忆合金应变恢复驱动装置(7)与柔性电热膜(71)形成控制回路。
7.根据权利要求1所述一种柔性二维导向机构，其特征在于：所述刚性框架A(3-1)、刚性框架B(3-2)、刚性框架C(3-3)上分别加工有斜切口并相互配合，将两个旋转轴线布置为正交且相交于一点。
8.根据权利要求1所述一种柔性二维导向机构，其特征在于：所述刚性框架D(6-1)、刚性框架E(6-2)、刚性框架F(6-3)上分别加工有斜切口并相互配合，将两个旋转轴线布置为正交且相交于一点。
CN202111542240.0A 2021-12-16 2021-12-16 一种柔性二维导向机构 Active CN114200782B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111542240.0A CN114200782B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 一种柔性二维导向机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111542240.0A CN114200782B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 一种柔性二维导向机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114200782A CN114200782A (zh) 2022-03-18
CN114200782B true CN114200782B (zh) 2022-10-04

Family

ID=80654507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111542240.0A Active CN114200782B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 一种柔性二维导向机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114200782B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114675048A (zh) * 2022-03-31 2022-06-28 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种带挠性支撑结构的星载多普勒差分干涉仪
CN115097595B (zh) * 2022-06-30 2023-09-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于柔性铰链的光学载荷并联位姿调整装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104536126A (zh) * 2014-12-20 2015-04-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种基于压电叠块的六自由度次镜调节机构
CN105074899A (zh) * 2013-02-25 2015-11-18 勒克斯维科技公司 质量转移工具操纵器组件和具有集成位移传感器的微型拾取阵列支座
CN108582035A (zh) * 2018-03-12 2018-09-28 中南大学 应用于光电子封装的三自由度柔性并联运动平台
CN112882225A (zh) * 2021-01-14 2021-06-01 中国科学院光电技术研究所 一种大行程柔性二维运动平台
CN112904519A (zh) * 2021-01-14 2021-06-04 中国科学院光电技术研究所 一种基于少支链机构的多自由度高精度运动平台

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014160211A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Canon Inc ミラーユニットおよび画像取得装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105074899A (zh) * 2013-02-25 2015-11-18 勒克斯维科技公司 质量转移工具操纵器组件和具有集成位移传感器的微型拾取阵列支座
CN104536126A (zh) * 2014-12-20 2015-04-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种基于压电叠块的六自由度次镜调节机构
CN108582035A (zh) * 2018-03-12 2018-09-28 中南大学 应用于光电子封装的三自由度柔性并联运动平台
CN112882225A (zh) * 2021-01-14 2021-06-01 中国科学院光电技术研究所 一种大行程柔性二维运动平台
CN112904519A (zh) * 2021-01-14 2021-06-04 中国科学院光电技术研究所 一种基于少支链机构的多自由度高精度运动平台

Also Published As

Publication number Publication date
CN114200782A (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114200782B (zh) 一种柔性二维导向机构
CN107464586B (zh) 一种驱动力解耦的三自由度大行程微定位平台
CN100376361C (zh) 微型二维解耦工作台
CN102490020B (zh) 一种简易精密位移台
CN103104793B (zh) 一体式六自由度精密定位平台
CN103021472B (zh) 平面并联式三自由度精密定位工作台
CN102540442B (zh) 一种平面并联三自由度精密操作平台
CN103225728A (zh) 一种压电陶瓷驱动的二维并联微动平台
CN102029244A (zh) 一种高精度全自动三轴机
CN102623070A (zh) 一种二自由度微位移精密定位装置
CN103472555B (zh) 双电机光学元件轴向调节装置
CN110010190B (zh) 三维恒力并联柔性微定位平台
CN110065926B (zh) 二自由度scott-russell柔性微纳定位平台
CN1306248C (zh) 宏／微驱动的两自由度高加速度高精度的并联定位系统
CN108262629A (zh) 一种大行程高精度两自由度快速刀具伺服装置
CN212481177U (zh) 一种具有自动校正功能的调焦结构
CN202861789U (zh) 基于形状记忆材料粗动驱动器的精密微动平台
CN113917644B (zh) 一种镜片六自由度微动平台
CN206946949U (zh) 基于柔性铰链的三维纳米工作台
CN2877132Y (zh) 微位移动装置
CN207953316U (zh) 一种大行程高精度两自由度快速刀具伺服装置
CN114294322B (zh) 一种基于被动补偿结构的准零刚度柔性导向机构
CN107240423A (zh) 基于柔性铰链的三维纳米工作台
CN100376362C (zh) 整体式三自由度微纳操作器
CN114296323B (zh) 一种长行程准零刚度柔性导向机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant