CN114337361A - 一种压电促动模块及压电摆台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了压电促动模块及压电摆台，压电促动模块包括第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构包括第一压电单元和第一柔性铰链，第一压电单元和第一柔性铰链连接，以驱动第一柔性铰链沿第一方向伸缩，第二驱动机构包括第二压电单元和第二柔性铰链，第二柔性铰链与第一柔性铰链连接，第二压电单元和第二柔性铰链连接，以驱动第二柔性铰链和第一驱动机构均沿与第一方向垂直的第二方向伸缩，第一柔性铰链被配置为在沿第一方向和/或第二方向伸缩时接触并促使被驱动对象运动。在本发明中，压电促动模块可使被驱动对象进行两个方向的直线运动或转动，可提高压电摆台的转动速度和可重复性，避免出现粘滑运动，抑制了颗粒，提高压电摆台的使用寿命。

Description

一种压电促动模块及压电摆台

技术领域

本发明涉及压电摆台技术领域，尤其涉及一种压电促动模块及压电摆台。

背景技术

光学显微镜(OM)、聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)及带电粒子束缺陷检测设备等半导体设备可包含执行小角度(微角度)转动的压电摆台。

现有技术中，压电摆台包括压电促动模块和载台，以压电促动模块包括压电陶瓷为例，具有以下问题：1.压电促动模块仅包括一个压电陶瓷，仅能在一直线方向上产生位移，压电促动模块的应用受限。2.当采用压电陶瓷驱动载台时，压电陶瓷与载台之间会产生相对滑动，因此彼此之间会产生粘滑运动，并由此导致载台在转动过程中基于粘滑运动而产生反向于转动方向的转动，一方面，降低转动速度；另一方面，由于压电陶瓷始终与载台因粘滑运动而形成滑动摩擦，从而导致彼此之间存在较大的摩擦，并会基于摩擦而产生大量颗粒，从而污染环境，并导致压电摆台的使用寿命较低；又一方面，因为粘滑运动导致压电促动模块产生滞回，所以会降低压电摆台的可重复性。

有鉴于此，有必要对现有技术中的压电促动模块和压电摆台，尤其是压电促动模块和实现小角度转动的压电摆台予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种压电促动模块及压电摆台，用于通过压电促动模块使被驱动对象进行两个方向的直线运动或转动，使得载台转动并提高压电摆台的转动速度和可重复性，避免当转动载台时压电促动模块与载台或轴承之间出现持续的滑动摩擦，抑制颗粒的产生。

为实现上述目的之一，本发明提供了一种压电促动模块，包括：

第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构包括第一压电单元和第一柔性铰链，所述第一压电单元和第一柔性铰链连接，以驱动所述第一柔性铰链沿第一方向伸缩，所述第二驱动机构包括第二压电单元和第二柔性铰链，所述第二柔性铰链与第一柔性铰链连接，所述第二压电单元和第二柔性铰链连接，以驱动所述第二柔性铰链和第一驱动机构均沿与第一方向垂直的第二方向伸缩，所述第一柔性铰链被配置为在沿第一方向和/或第二方向伸缩时接触并促使被驱动对象运动。

作为本发明的进一步改进，所述第一柔性铰链包括平行四边形铰链对，所述平行四边形铰链对包括相对于第一方向呈对称分布的两个平行四边形铰链，所述两个平行四边形铰链之间的第一连接部被配置为接触并促使被驱动对象运动，所述第一连接部上形成第一柔性铰链的第一输入端和第一输出端，所述第一压电单元与第一输入端连接，以驱动所述第一输出端沿第一方向伸缩。

作为本发明的进一步改进，所述第二柔性铰链包括平行四边形铰链对，所述平行四边形铰链对包括相对于第二方向呈对称分布的两个平行四边形铰链，所述第二压电单元连接在两个所述平行四边形铰链之间的第二连接部，所述第二连接部上形成第二柔性铰链的第二输入端和第二输出端，所述第二压电单元与第二输入端连接，所述第二输出端与第一柔性铰链的固定端连接，所述第二驱动机构还包括支撑座，所述第二压电单元和第二柔性铰链的固定端均连接在支撑座上。

作为本发明的进一步改进，所述第二驱动机构被配置为驱动第一驱动机构沿第二方向伸缩使被驱动对象转动，响应于所述第一柔性铰链沿第一方向接触被驱动对象，以通过所述第二驱动机构促使被驱动对象转动，所述压电促动模块还包括沿第一方向伸缩时接触被驱动对象的促动陶瓷，所述第一柔性铰链通过促动陶瓷接触被驱动对象。

基于相同发明思想，本发明还揭示了一种压电摆台，包括：

载台、轴承和上述任一项发明创造所揭示的压电促动模块，所述载台与轴承连接，所述第二驱动机构被配置为驱动第一驱动机构沿第二方向伸缩使载台转动，所述第二方向为轴承的第一圆形轮廓的周向切线方向，或者当所述载台包括第二圆形轮廓时为第一圆形轮廓或第二圆形轮廓的周向切线方向，响应于所述第一柔性铰链沿第一方向接触第一圆形轮廓，或者当所述载台包括第二圆形轮廓时沿第一方向接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓，以通过所述第二驱动机构使载台转动。

作为本发明的进一步改进，响应于通过所述第二驱动机构使载台转动至设定角度，停止转动所述载台并保持所述接触以钳止载台。

作为本发明的进一步改进，响应于将所述第一柔性铰链沿第一方向与第一圆形轮廓分离，或者当所述载台包括第二圆形轮廓时沿第一方向与第一圆形轮廓或第二圆形轮廓分离，以通过所述压电摆台还包括的钳止件钳止载台或通过至少一个所述压电促动模块执行所述接触以钳止载台。

作为本发明的进一步改进，响应于所述载台转动至一设定角度或第一驱动机构沿第二方向伸缩量达到设定行程，将所述第一柔性铰链沿第一方向实现所述分离。

作为本发明的进一步改进，所述钳止件包括第三压电单元和第三柔性铰链，所述第三压电单元连接第三柔性铰链，并被配置为带动所述第三柔性铰链产生位移接触载台或轴承以钳止载台，和产生位移实现与载台或轴承分离以解除钳止。

作为本发明的进一步改进，所述第三压电单元被配置为带动第三柔性铰链沿另一所述周向切线方向产生位移，以接触所述第一圆形轮廓或当所述载台包括第二圆形轮廓时接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓实现钳止载台，和产生位移实现与所述第一圆形轮廓或当所述载台包括第二圆形轮廓时与第一圆形轮廓或第二圆形轮廓分离以解除钳止并使得载台转动，所述钳止件被配置为当解除钳止时粗调载台的转动角度。

作为本发明的进一步改进，所述压电促动模块被配置为带动载台转动时所述第一柔性铰链始终接触第一圆形轮廓，或当所述载台包括第二圆形轮廓时始终接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓，以微调所述载台的转动角度。

作为本发明的进一步改进，所述压电摆台还包括促动陶瓷和陶瓷环，所述促动陶瓷连接第一柔性铰链，所述载台和/或轴承的外圈固定有陶瓷环，所述第一压电单元带动促动陶瓷沿第一方向产生位移以与陶瓷环接触或分离；

所述第二驱动机构还包括支撑座，所述第二压电单元和第二柔性铰链的固定端均连接在支撑座上；

所述压电摆台还包括底座，所述轴承的运动圈与载台连接，所述支撑座和轴承的固定圈均连接在底座上。

作为本发明的进一步改进，所述压电促动模块的数量为至少两个，至少一个压电促动模块被配置为沿顺时针方向转动载台，至少一个压电促动模块被配置为沿逆时针方向转动载台。

作为本发明的进一步改进，所述压电促动模块被配置为先将第一柔性铰链沿第一方向实现所述接触，再沿所述第二方向伸长第一驱动机构以沿顺时针或逆时针方向转动载台，同一个所述压电促动模块还被配置为先将第一柔性铰链沿第一方向与载台或轴承分离，再沿所述第二方向伸长第一驱动机构，再将所述第一柔性铰链沿第一方向实现所述接触，然后沿所述第二方向缩回所述第一驱动机构以沿逆时针或顺时针方向转动载台，使得同一个所述压电促动模板分别实现沿顺时针和沿逆时针方向转动载台。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

首先，本发明所揭示的压电促动模块集成了第一压电单元和第二压电单元，可使得被驱动对象实现两个方向的直线运动或转动，拓宽了压电促动模块的应用场景；

其次，本发明所揭示的压电摆台，压电摆台中的第一驱动机构沿轴承或载台的周向切线方向伸缩使载台转动，有效地避免了当转动载台时压电促动模块与载台或轴承之间产生相对滑动，避免产生粘滑运动，一方面，有助于提高压电摆台的转动速度，另一方面，避免出现因粘滑运动而产生持续的滑动摩擦，并有效地抑制了颗粒的产生，降低污染，提高压电摆台的使用寿命；又一方面，可提高压电摆台的可重复性。

附图说明

图1为本发明实施例中一种压电促动模块的立体图；

图2为包含压电促动模块的压电摆台在一种实施例中的立体图；

图3为本发明实施例中轴承与载台装配后的立体图；

图4为图3所示出的轴承与载台装配后的主视图；

图5为本发明实施例中轴承变形前后的立体图；

图6为图2所示出的压电摆台的俯视图；

图7为本发明一种压电摆台在一种变形例中的俯视图；

图8为本发明一种压电摆台在一种变形例中的俯视图；

图9为本发明一种压电摆台在一种变形例中的俯视图；

图10为本发明一种压电摆台在一种变形例中的俯视图；

图11为本发明实施例中钳止件的立体图；

图12为本发明实施例中钳止件省略示出由压电陶瓷与促动陶瓷的立体图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

如图1及图2所示，本实施例首先揭示了一种压电促动模块30，包括：第一驱动机构31和第二驱动机构32，第一驱动机构31包括第一压电单元5和第一柔性铰链3300，第一压电单元5和第一柔性铰链3300连接，以驱动第一柔性铰链3300沿第一方向伸缩，第二驱动机构32包括第二压电单元6和第二柔性铰链3400，第二柔性铰链3400与第一柔性铰链3300连接，第二压电单元6和第二柔性铰链3400连接，以驱动第二柔性铰链3400和第一驱动机构31均沿与第一方向垂直的第二方向伸缩，第一柔性铰链3300被配置为在沿第一方向和/或第二方向伸缩时接触并促使被驱动对象运动。

示例性地，第一压电单元5和第二压电单元6分别包括压电陶瓷。

参图1所示，在本申请各实施例中，第一方向是指沿图1中箭头B所示出的方向，且第一方向平行于沿载台60的转动轴线的的一周向切线方向，例如，第一方向为载台60或轴承的一周向切线方向，具体内容参见后文；第二方向是指沿图1中箭头C所示出的方向。尤其的，在本实施例中，基于第一方向和第二方向伸缩运动可接触并对被驱动对象执行转动运动，(参图2所示)或者通过第一柔性铰链3300沿第一方向或第二方向伸缩，使对被驱动对象执行沿第一方向或第二方向的直线运动(例如第一驱动机构31接触被驱动对象后通过第二驱动机构32所施加的沿第二方向的力，以驱动被驱动对象发生直线方向上的微位移)。

参图1和图2所示，第一柔性铰链3300包括平行四边形铰链对，平行四边形铰链对包括相对于第一方向呈对称分布的两个平行四边形铰链，即平行四边形铰链31a与平行四边形铰链31b。两个平行四边形铰链之间的第一连接部3100被配置为接触并促使被驱动对象(例如图2中的陶瓷环40或者图3中的载台60)运动，第一连接部3100上形成第一柔性铰链3300的第一输入端和第一输出端，第一压电单元5与第一输入端连接，以驱动第一输出端沿第一方向伸缩。结合图11与图12所示，当使用第三压电单元2驱动单个平行四边形铰链沿一直线方向(例如，沿轴承的周向切线方向)运动时，会产生与该直线方向产存在一定夹角的寄生位移，不利于实现直线运动，而在本实施例中，因为使用对称设置的平行四边形铰链对，故第一柔性铰链3300可实现在第一方向的直线运动，以避免寄生位移。

在本实施例中，第二柔性铰链3400包括平行四边形铰链对，平行四边形铰链对包括相对于第二方向呈对称分布的两个平行四边形铰链，即，平行四边形铰链32a与平行四边形铰链32b。第二压电单元6连接在两个平行四边形铰链之间的第二连接部3200，第二连接部3200上形成第二柔性铰链3400的第二输入端和第二输出端，第二压电单元6与第二输入端连接，第二输出端与第一柔性铰链3300的固定端连接，第二驱动机构32还包括支撑座329，第二压电单元6和第二柔性铰链3400的固定端均连接在支撑座329上。第二连接部3200连接平行四边形铰链31b。支撑座329设置于底座50上。同理，第二柔性铰链3400不会产生寄生位移，在此不再赘述。

重新结合图1与图6(或者图7)所示，在本实施例中，第一柔性铰链3300包含对称设置于第一连接部3100两侧并相对于第一方向呈对称分布的平行四边形铰链31a及平行四边形铰链31b，平行四边形铰链31a包含四个连杆及铰点311、312、313及314，平行四边形铰链31b包含四个连杆及铰点315、316、317及318，第一柔性铰链3300所设置的第一压电单元5被配置为沿第一方向伸缩。平行四边形铰链31b包含对称设置于第二连接部3200两侧并相对于第二方向呈对称分布的平行四边形铰链32a及平行四边形铰链32b，平行四边形铰链32a包含四个连杆及铰点321、322、323及324，平行四边形铰链32b包含四个连杆及铰点325、326、327及328。第二柔性铰链3400所设置的第二压电单元6被配置为沿第二方向伸缩，以整体地驱动第一驱动机构31沿第二方向伸缩运动。第二驱动机构32被配置为驱动第一驱动机构31沿第二方向伸缩使被驱动对象转动，响应于第一柔性铰链3300沿第一方向接触被驱动对象，以通过第一驱动机构31促使被驱动对象转动。压电促动模块30还包括沿第一方向伸缩时接触被驱动对象的促动陶瓷4，第一柔性铰链3300通过促动陶瓷4接触被驱动对象。

具体地，结合图1和图2所示，基于前文所揭示的压电促动模块30，本实施例还揭示了一种压电摆台100，通过压电促动模块30使得压电摆台100中的载台60转动，压电摆台100包括：载台60、轴承10和如前文的压电促动模块30，载台60与轴承10连接，第二驱动机构32被配置为驱动第一驱动机构31沿第二方向伸缩使载台60转动，第二方向为轴承10的第一圆形轮廓的周向切线方向，或者当载台60包括第二圆形轮廓时为第一圆形轮廓或第二圆形轮廓的周向切线方向，响应于第一柔性铰链3300沿第一方向接触第一圆形轮廓，或者当所述载台60包括第二圆形轮廓时沿第一方向接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓，以通过第一驱动机构31使载台60转动。

示例性地，响应于通过所述第二驱动机构使载台60转动至设定角度，停止转动所述载台60并保持所述接触以钳止载台60。以需要将载台60转动0.1度为例，如果通过同一个压电促动模块30一轮次或多轮次运动使得载台60能转动至0.1度，则最终可停止转动载台60，将同一个压电促动模块30保持所述接触以实现钳止。

以上可通过同一个压电促动模块30实现钳止载台60，以下还可通过钳止件或通过其他的压电促动模块30实现钳止。

示例性地，响应于将第一柔性铰链3300沿第一方向与第一圆形轮廓分离，或者当所述载台60包括第二圆形轮廓时沿第一方向与第一圆形轮廓或第二圆形轮廓分离，以通过压电摆台还包括的钳止件钳止载台60或通过至少一个所述压电促动模块30(毫无疑问，是另一个或多个压电促动模块30，因为当前的压电促动模块30已经分离)执行所述接触以钳止载台。

以需要将载台60转动0.8度为例，如果通过一个压电促动模块30(沿第二方向的最大行程)的一轮次运动只能将载台60转动0.1度，一轮次运动无法满足该需求，则需要将该压电促动模块30执行所述分离，然后通过该压电促动模块30(或其他的压电促动模块30)继续转动载台60，最终将载台60转动0.8度。其中，当前的压电促动模块30分离时，通过钳止件或至少一个(另一个或多个)压电促动模块30钳止载台60。前述一轮次运动是指在第二压电单元6的驱动下，压电促动模块30中的第一驱动机构31沿第二方向执行的一次达到第二压电单元6最大行程的运动。

其中，轴承10上的第一圆形轮廓不限于仅为轴承10本身的圆形轮廓，还可被理解为能够安装在轴承10上或与轴承10分离的第一组件(未示出)的圆形轮廓，只要压电促动模块30沿圆形轮廓的周向切线方向产生位移，并使得压电促动模块30直接或间接地与轴承10在钳止和分离的两状态之间切换即可。例如，当轴承10上套设诸如陶瓷环40这样的圆环(即第一组件为圆环)时，该圆环的圆形轮廓也可作为轴承10的第一圆形轮廓，压电促动模块沿圆环的周向切线方向产生位移，并通过钳止圆环或与圆环分离，实现压电促动模块30与轴承10在钳止和分离的两状态之间切换。同理，载台60上的第二圆形轮廓不限于其本身的圆形轮廓，还可被理解为能够安装在载台60上或与载台60分离的第二组件(未示出)的圆形轮廓，例如，当载台60上套设诸如陶瓷环这样的圆环(即第二组件为圆环)时，该圆环的圆形轮廓也可作为载台60的第二圆形轮廓，在此不再赘述。

示例性地，载台60包括一个或多个第二圆形轮廓，例如，如图3和图4所示，载台60包括载台本体601和安装座602，载台本体601的下方固定有安装座602，载台本体601设置为圆形，形成一个第二圆形轮廓，安装座602为环形结构，形成另一个第二圆形轮廓。

示例性地，载台60和轴承共轴，二者的转动轴线相同，但不限于此，二者也可非共轴设置。示例性地，载台60用于承载样品，形成样品台，但不限于此，载台60也可以不放置样品，仅是用于形成小角度的转动。

需要说明的是，图2中的钳止件21及钳止件22，或者图7中的钳止件21，或者图9中的钳止件23(具体为另一第一柔性铰链3300)均为钳止件，且作用均为钳止载台60(例如，将钳止件接触所述第一圆形轮廓或第二圆形轮廓以钳止载台60)。

在本实施例中，响应于载台60转动至一设定角度或第一驱动机构31沿第二方向伸缩量达到设定行程，将第一柔性铰链3300沿第一方向实现分离，例如，与载台60(的第二圆形轮廓)或轴承10(的第一圆形轮廓)分离。压电促动模块30被配置为带动载台60转动时第一柔性铰链3300始终接触第一圆形轮廓，或当所述载台包括第二圆形轮廓时始终接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓，例如，始终接触载台60或轴承10，以微调载台60的转动角度，以实现纳米级甚至皮米级的转动运动。示例性地，钳止件包括第三压电单元2和第三柔性铰链2100，第三压电单元2连接第三柔性铰链2100，并带动第三柔性铰链2100产生位移接触载台60或轴承10以钳止载台60，和产生位移实现与载台60或轴承10分离以解除钳止。

如图9所示，在本发明一实施例中，钳止件23具体为另一第一柔性铰链3300，其能够沿轴承10的第一圆形轮廓或载台60的第二圆形轮廓的径向运动以钳止载台和解除钳止。

如图6和图11所示，在本发明另一实施例中，钳止件包括第三压电单元2和第三柔性铰链2100，第三压电单元2连接第三柔性铰链2100，并带动第三柔性铰链2100沿另一周向切线方向(即不同于第二方向的一周向切线方向，具体为轴承的第一圆形轮廓的一周向切线方向，或者当所述载台包括第二圆形轮廓时为第一圆形轮廓或第二圆形轮廓的一周向切线方向，目的是使得钳止件和压电促动模块30布置在不同的位置)产生位移，以接触第一圆形轮廓或当所述载台包括第二圆形轮廓时接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓实现钳止载台60，和产生位移实现与所述第一圆形轮廓或当所述载台包括第二圆形轮廓时与第一圆形轮廓或第二圆形轮廓分离以解除钳止并使得载台60转动。钳止件的数量为一个或多个，如图6所示，钳止件为两个，如图7所示，钳止件为一个，示例性地，钳止件被配置为当解除钳止时，通过钳止件21(或者钳止件22)(备注：钳止件21或者钳止件22参图11与图12所示)沿周向切线方向运动，以粗调载台60的转动角度，压电促动模块30被配置为精调载台60的转动角度，先执行粗调再执行精调的方式，以将载台60更精确地运动至设定角度。

示例性地，参图6所示，该压电摆台100还包括促动陶瓷3和陶瓷环40，促动陶瓷3连接第一柔性铰链3300，载台60和/或轴承10的外圈固定有陶瓷环40，第一压电单元5带动促动陶瓷3沿第一方向产生位移以与陶瓷环40接触或分离；第二驱动机构32还包括支撑座329，第二压电单元6和第二柔性铰链3400的固定端均连接在支撑座329上。压电摆台100还包括底座50，轴承10的运动圈与载台60连接，支撑座329和轴承10的固定圈均连接在底座50上。

在本发明实施例中，为实现顺时针和逆时针转动载台60的功能，压电促动模块30的数量为至少两个，至少一个压电促动模块30被配置为沿顺时针方向转动载台60，至少一个压电促动模块30被配置为沿逆时针方向转动载台60。

在本发明实施例中，为实现顺时针和逆时针转动载台60的功能，可将同一个压电促动模块30配置为既能驱动载台60顺时针转动，又能驱动载台60逆时针转动。具体地，压电促动模块30被配置为先将第一柔性铰链3300沿第一方向实现所述接触，再沿第二方向伸长第一驱动机构31以沿顺时针或逆时针方向转动载台60，同一个压电促动模块30还被配置为先将第一柔性铰链3300沿第一方向与载台60或轴承10分离，再沿第二方向伸长第一驱动机构31，再将第一柔性铰链3300沿第一方向实现所述接触，然后沿第二方向缩回第一驱动机构31以沿逆时针或顺时针方向转动载台60，使得同一个压电促动模板30分别实现沿顺时针和沿逆时针方向转动载台60。

促动面301在本申请各个实施例中的作用是：第一柔性铰链3300可直接接触并促使被驱动对象发生运动(即转动运动或者直线运动)，也可通过促动陶瓷3间接接触并促使被驱动对象发生运动。示例性地，第一柔性铰链3300的第一连接部3100可直接或间接接触并促使被驱动对象予以运动。

在本实施例中，该压电促动模块30可用于精调载台60的转动角度，例如，通过本实施例提供的压电摆台100中的粗调装置将载台60粗调至一设定角度(例如图2及图7所示，钳止件21和钳止件22还具有粗调载台60转动角度的功能，即为粗调装置)，然后通过压电促动模块30将载台60精调至一设定角度，例如，为了将载台转动至设定的30度角度，可先粗调至30度，此时存在较大误差，例如仅实际旋转至29.5度，然后通过压电促动模块30精调载台60以更接近30度，在精调后可认为已调至30度。

铁磁性材料制成的压电摆台会对电子束运动轨迹及偏转方向造成干涉，从而对采用电子束轰击样品以形成图像的FIB-SEM等半导体设备的成像质量造成极大干扰。虽然采用钛合金制成的轴承及载台不会被磁化，但对钛合金的成形能力及后续热加工提出了更高的要求，从而使得FIB-SEM等半导体设备的制造成本较高。在本实施例中，可采用PEEK塑料制成轴承10。

结合图3-5所示，本实施例中的轴承包括柔性轴承10，柔性轴承10包括运动圈11、固定圈12和板簧片，载台60连接在运动圈11上，运动圈11通过板簧片与固定圈12连接。作为柔性轴承10的合理变形，前述柔性轴承10还可被视为其他能够沿竖直方向执行轴向转动的其他类型的通过弹性变形实现转动及扭动的任何一种轴承，并与载台60以竖直姿态装配，并通过柔性轴承10的运动圈11支撑载台60。示例性地，压电促动模块30可对载台60下方的安装座602交替执行转动与钳止，也可由压电促动模块30对安装在运动圈11外侧的陶瓷环40交替执行转动与钳止。在本实施例中，陶瓷环40或者安装座602或者载台60均可被独立地或者整体地视为被驱动对象。

示例性地，压电摆台100还包括底座50，典型地，可将固定圈12连接在底座50上，至少两个板簧片(例如板簧片112与板簧片122)沿柔性轴承10的轴向上呈上下交错分布，并均位于柔性轴承10内，板簧片112上形成绕轴向弯曲的圆弧形折弯部113，板簧片122上形成绕轴向弯曲的圆弧形折弯部123，以形成中空的柔性轴承10，圆弧形折弯部113与圆弧形折弯部123的弧长相同，且圆弧半径相同，即圆弧形折弯部113与圆弧形折弯部123所定义的圆柱体区域的半径相同。通过上下交错分布至少两个相同的板簧片122，可有利于保持上下的板簧片受力均匀，提高柔性轴承10使用时的稳定性.通过设置圆弧形折弯部形成中空的柔性轴承，一方面，中空的柔性轴承可用于布置线缆，线缆穿过中空的柔性轴承，可有效利用柔性轴承内的空间；另一方面，在将柔性轴承应用在带电粒子束设备时，带电粒子束可先从载台上的一通孔穿过，然后从柔性轴承的中空区域穿过，带电粒子束设备可为带电粒子束缺陷检测设备，也可为FIB-SEM设备，但不限于此。

在本实施例中，如图3至图5所示，两个板簧片上下交错垂直设置，板簧片112连接固定圈12的弧形板121，板簧片122连接运动圈11的弧形板111。弧形板111与运动圈11内壁面连接，弧形板121与固定圈12的内壁面连接，且两弧形板不可发生轴向转动，并仅通过两个板簧片发生扭转，柔性轴承10扭转后的变化为图5中柔性轴承10’所示出的形态；同时，由于运动圈11相对固定圈12发生了绕轴向的扭动，从而可通过两个板簧片112,122存储基于压电促动模块30对载台60和/或柔性轴承10的周向切线方向上产生位移所产生的扭力，并在压电促动模块30与载台60和/或柔性轴承10分离后，利用之前所柔性轴承10所包含的两个板簧片112,122所储存的扭力予以自动复位。同时，柔性轴承10在转动及复位过程中，运动圈11与固定圈12彼此转动及复位过程中均沿图5中左侧示出的柔性轴承10的中轴线101作轴向转动运动。此外，板簧片112与板簧片122连接运动圈11与固定圈12，并形成一个整体结构，从而使得柔性轴承10在转动运动及复位过程中不产生颗粒，并有利于高洁净度环境的使用要求。

需要说明的是，运动圈11与固定圈12可相对发生沿中轴线101作顺时针方向转动或者沿逆时针方向转动，本实施例并不予以具体限定，且前述顺时针方向转动或者逆时针方向转动根据压电促动模块30对载台60执行转动的方向而定。同时，运动圈11与固定圈12沿竖直方向的外壁相互分离以形成环形间隙13，并在压电促动模块30在钳止或转动载台60过程中，运动圈11与固定圈12沿竖直方向所形成的中轴线101始终重合，从而使得压电促动模块30中的促动陶瓷3与载台60和/或柔性轴承10的外圈(例如运动圈11)所固定的陶瓷环40在钳止状态与转动状态中，始终保持相同的接触姿态及接触角度，从而避免了促动陶瓷3(或者促动陶瓷4)与载台60或轴承10之间产生过度摩擦，并有效地抑制了颗粒的产生，并提高了该压电摆台100的使用寿命。

示例性地，在本申请各实施例中，例如，在图6中所示出的压电摆台100实例中，钳止件21可被视为驱动载台60转动运动并执行粗调转动，并由钳止件21与钳止件22交替执行转动与钳止。响应于将钳止件21沿径向方向钳止载台60时，由钳止件22沿载台60的周向切线方向围绕等效转动点410转动，并在钳止件21的促动陶瓷3与载台60形成的促动面301分离后，钳止件22接替钳止件21的作用，并交替执行对载台60执行转动运动。由此使得通过两个钳止件21在驱动载台60转动过程中压电促动模块30始终对载台60施加钳止作用。当载台60被执行粗调转动并转动至一预设角度后，由其中钳止件21与钳止件22中的一个或多个钳止载台60，在解除钳止后，由压电促动模块30对载台执行微调转动。由此使得两个钳止件(或者一个钳止件)与一个压电促动模块30在驱动载台60转动过程中始终形成类似于“尺蠖运动”的作动模式，从而消除了钳止件及压电促动模块30与载台60之间的粘滑运动，从而消除了载台60在被钳止件及压电促动模块30转动过程中，避免出现后退现象，从而在一定程度上也能够降低钳止件及压电促动模块30所分别设置的促动陶瓷与载台60或者轴承10之间的磨损，并始终形成静摩擦，由此有效地抑制了颗粒的产生。

又例如，参图7所示出的压电摆台100a实例中，一个钳止件21与一个压电促动模块30分别执行钳止与转动。当钳止件21驱动载台60转动时，压电促动模块30与载台60或轴承10为分离状态。当钳止件21切换至分离状态后，通过压电促动模块30与载台60或轴承10接触，并由通过第二驱动机构32所包含的第二柔性铰链3400沿第二方向伸缩并在第一驱动机构31与载台60处于接触状态下促使载台60(即被驱动对象的一种下位概念)执行转动幅度比粗调小的转动，即精调转动，从而提高了载台60的转动精度。又例如，参图8所示出的压电摆台100b实例中，也可仅通过一个压电促动模块30执行钳止和/或转动载台60，此时“和”代表一个压电促动模块30能够实现钳止和转动两种功能，但是两种功能非同时实现，在此不再赘述。

在本实施例中，载台60的初始状态和终止状态均为静止状态，将载台60从初始状态运动至终止状态以执行转动运动以转动至预设角度。在初始状态与运动状态中，优选地通过一个或者多个钳止件钳止被驱动对象以防止其受到外力的干扰。当需要执行转动运动时，首先将钳止件与被驱动对象予以分离，以解除钳止作用，然后再通过压电促动模块30转动载台60。

需要说明的是，本实施例中所揭示的钳止件21和钳止件22结构可均相同，“第一”、“第二”及“第三”仅仅作为区分使用，并不视为彼此具有结构性区别的特征描述。在本实施例中，通过钳止件21和钳止件22的共同作用，可对载台60实现图5或者图6中沿箭头ω方向的顺时针转动，也可对载台60实现逆向于箭头ω方向的逆时针转动。

示例性地，钳止件21和钳止件22设置在柔性轴承10的第一圆形轮廓或载台60的第二圆形轮廓的周侧，并相对于第一圆形轮廓或第二圆形轮廓形成镜像分布(沿压电摆台俯视角度上)，钳止件21和钳止件22分别被配置为在顺时针方向和逆时针方向转动载台60，以通过钳止件21沿顺时针方向转动载台60，通过钳止件22沿逆时针方向的转动载台60。例如，当一个钳止件21沿顺时针方向转动载台60时，一个钳止件22则沿逆时针方向转动载台60。当然，钳止件21和钳止件22并非必须相对于柔性轴承10或载台60形成镜像分布，以实现顺时针方向与逆时针方向的转动，例如，当二者尺寸不相同时，二者并非镜像分布。例如，镜像分布可形成图6所展示的排布形态。钳止件21和钳止件22分别被配置为沿顺时针方向和逆时针方向转动载台60，通过钳止件22钳止顺时针方向转动的载台60，响应于将钳止件22从钳止状态切换为分离状态，通过钳止件21钳止逆时针转动的载台60。

参图11和图12所示，钳止件21和钳止件22分别包括柔性驱动机构和支撑座211，柔性驱动机构包括第三压电单元2和第三柔性铰链2100，第三压电单元2连接第三柔性铰链2100的输入端，并带动第三柔性铰链2100的输出端沿周向切线方向产生位移以钳止或转动载台60，第三压电单元2和第三柔性铰链2100的固定端均连接在支撑座211上。当使用第三压电单元2推抵第三柔性铰链2100时，第三柔性铰链2100沿周向切线方向(同理，为第一圆形轮廓的周向切线方向，或为第一圆形轮廓或第二圆形轮廓的周向切线方向)产生位移的同时还会沿与该周向切线方向垂直的方向产生寄生运动(耦合运动)，使得第三柔性铰链2100与轴承或载台60分离。示例性地，第三压电单元2包括压电陶瓷。钳止件21带动第三柔性铰链2100沿周向切线方向(即图6中虚线60a所在的切线方向)产生位移以钳止或转动载台60，钳止件22的带动第三柔性铰链2100沿周向切线方向(即图6中虚线60b所在的切线方向)产生位移以钳止或转动载台60。

示例性地，可以将第三柔性铰链2100的一表面(即第三柔性铰链211所设置的促动陶瓷3接触被驱动对象所形成的可分离的促动面)直接接触载台60或轴承10，以钳止载台60以及受力带动载台60转动，在本实施例中，为了适当提高摩擦力，使得柔性铰链更容易钳止载台60或轴承10，以及更容易带动载台60转动，将第三柔性铰链2100通过促动陶瓷3与连接在载台60或柔性轴承10的运动圈11上的陶瓷环40配合使用。具体地，柔性驱动机构还包括促动陶瓷3，促动陶瓷3连接柔性铰链，载台60和/或轴承10的外圈固定有陶瓷环40，第三压电单元2带动促动陶瓷3沿周向切线方向产生位移以与陶瓷环40接触或分离，实现钳止或转动载台60。压电摆台100还包括底座50，轴承10的运动圈11与载台60连接，支撑座211和柔性轴承10的固定圈12均连接在底座50上。例如，可将固定圈12与底座50固定连接，并仅使得运动圈11沿竖直方向围绕图5中左侧所示出的柔性轴承10的中轴线101作轴向转动运动，且此种转动运动的转动角度通常比较小。前述陶瓷环40可安装在运动圈11的外圈，也可安装在安装座602的外圈。

结合图11与图12所示，第三柔性铰链2100包括平行四边形铰链，当第三压电单元2带动平行四边形铰链的输出端沿周向切线方向(箭头A)产生位移时，平行四边形铰链还产生与周向切线方向产生位移存在一定夹角的寄生位移，使得平行四边形铰链能够从钳止状态切换为分离状态。如图12所示，周向切线方向产生位移与寄生位移形成一定夹角，并通过平行四边形铰链所产生的寄生位移，使得该平行四边形铰链能够从钳止状态切换为分离状态，例如，使第三柔性铰链2100所夹持的促动陶瓷3与安装座602或轴承10(当载台60或轴承10的运动圈11上安装有陶瓷环40时，第三柔性铰链2100具体与陶瓷环40分离，后文不再赘述)沿切线方向横移，从而使得促动陶瓷3与安装座602或轴承10实现分离。

具体地，第三柔性铰链2100包括连杆2101、连杆2105及连杆2104。连杆2101与连杆2105之间夹持压电陶瓷2，连杆2105上形成有输入端，连杆2105与连杆2104连接并形成平行四边形铰链，且面向载台60或柔性轴承10的自由端形成夹持促动陶瓷3的延伸臂2102及延伸臂2103，延伸臂2102、延伸臂2103及位于延伸臂2102和延伸臂2103之间的连杆段形成有输出端，输出端还设置有促动陶瓷3，促动陶瓷3面向载台60或轴承10形成用于交替执行转动与钳止的促动面301。压电陶瓷2伸长方向如图11中箭头A所示。连杆2105与连杆2104分别形成铰点302、铰点303、铰点304及铰点305。连杆2101与连杆2105之间形成与压电陶瓷2连接的铰点306。连杆2101与连杆2105之间形成夹持压电陶瓷2的安装区域2108，延伸臂2102及延伸臂2103之间形成夹持促动陶瓷3的安装区域2107。

平行四边形铰链从钳止状态切换为分离状态时具有等效转动点，压电摆台100(100a、100b、100c、100d)具有转动中心点110，当平行四边形铰链与载台60或柔性轴承(即轴承10的一种下位概念)接触形成接触点实现钳止时，等效转动点、接触点和转动中心点110共线。

具体地，参图6所示，在本实施例中，钳止件21与载台60接触形成接触点210实现钳止时，等效转动点310、接触点210和转动中心点110共线，形成虚线207；钳止件22与载台60接触形成接触点220实现钳止时，等效转动点410、接触点220和转动中心点110共线，形成虚线208。虚线207与虚线208之间的圆心角为120度，并在钳止状态与转动状态中，始终保持共同指向转动中心点110的状态。

如图6所示，示例性地，压电促动模块30与载台60接触形成接触点510实现钳止时，等效转动点520、接触点510和转动中心点110共线，形成虚线209；钳止件22与载台60接触形成接触点220实现钳止时，等效转动点410、接触点220和转动中心点110共线，形成虚线208。虚线208及虚线209之间的圆心角均为120度。

参图10所示，并结合图6中的标号，本实施例还示出了区别于前文的一种压电摆台，可以不通过钳止件钳止载台60，而是通过压电促动模块30钳止载台60，通过压电促动模块30使得压电摆台中的载台60转动，压电摆台包括：载台60、轴承10和至少两个如前文的压电促动模块30，载台60与轴承10连接，至少一个压电促动模块30被配置为转动载台60(例如压电摆台包括两个压电促动模块30)，至少一个压电促动模块被配置为钳止载台60，至少一个压电促动模块的第二驱动机构32被配置为驱动第一驱动机构31沿第二方向伸缩使载台60转动，第二方向为轴承10的第一圆形轮廓的周向切线方向，或者当载台60包括第二圆形轮廓时为第一圆形轮廓或第二圆形轮廓的周向切线方向，响应于第一柔性铰链3300沿第一方向接触第一圆形轮廓，或者当载台60包括第二圆形轮廓时沿第一方向接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓，以通过第一驱动机构31使载台60转动，响应于将第一柔性铰链3300沿第一方向第一圆形轮廓分离，或者当所述载台包括第二圆形轮廓时沿第一方向与第一圆形轮廓或第二圆形轮廓分离，以通过至少一个(另一个或多个)压电促动模块30执行所述接触以钳止载台60。因为前文已经介绍压电促动模块30，所以在此不再赘述。

本领域技术人员应当知悉，当将压电促动模块30中的第一柔性铰链3300沿第一方向实现所述接触时，可将压电促动模块30配置为钳止载台60，也可将压电促动模块30配置为响应于所述接触以通过第二驱动机构32使载台60转动，故压电促动模块30既能钳止载台60又能转动载台60。

参图9所示，本实施例还揭示了一种压电摆台100c。该压电摆台100c与上文所揭示的压电摆台100或者压电摆台100a或者压电摆台100b相比，其主要区别在于如下所述。该压电摆台100c包括压电促动模块30以及一个仅由两个平行四边形铰链23a,23b所组成的钳止件23(备注：该钳止件23结构等同于前文中压电促动模块30中的第一驱动机构31)。钳止件23所包含得两个平行四边形铰链之间的第三连接部3500被配置为接触并钳止被驱动对象运动。钳止件23与载台60接触形成接触点230实现钳止时，接触点230和转动中心点110共线，形成虚线209。当钳止件23包含的促动陶瓷4与载台60或者轴承10分离后，接触点230消失，而此时压电促动模块30中的第一驱动机构31与载台60或者轴承10接触并形成接触点520，然后在第二压电单元6的驱动下沿第二方向发生伸缩，从而驱动载台60或者轴承10发生转动运动；并在转动运动结束时，通过钳止件23所包含的第一压电单元5驱动第一柔性铰链3300沿第一方向伸缩，并通过第一柔性铰链所设置的促动陶瓷4接触到载台60或者轴承10以重新形成接触点230，从而钳止前述载台60或者轴承10等被驱动对象。

最后，参图10所示，本实施例还揭示了一种压电摆台100d。该压电摆台100d包括两个压电促动模块30，即压电促动模块30a与压电促动模块30b，且彼此结构均相同，且均可配置为既能钳止载台60又能转动载台60，可通过压电促动模块30a与压电促动模块30b交替执行钳止和转动。具体地，压电促动模块30a与压电促动模块30b均包含两个平行四边形铰链，并均通过诸如图1所示出的压电促动模块30中的支撑座329设置于底座50上，同时，压电促动模块30a与压电促动模块30b的结构与图1所示出的压电促动模块30相同。

其中，压电促动模块30a与压电促动模块30b均能够执行钳止和转动，二者交替执行钳止和转动以将载台60转动至设定角度。由于前文已描述当前的压电促动模块30分离时，可通过另一个压电促动模块30执行所述接触以钳止载台60，故在此不再赘述。

示例性地，压电促动模块30a与压电促动模块30b可相对于轴承10的第一圆形轮廓或载台60的第二圆形轮廓形成镜像分布，并能够在不同的周向切线方向上运动，以实现分别沿顺时针方向和逆时针方向转动载台60。例如，压电促动模块30a的第一方向和压电促动模块30b的第一方向的夹角θ为120度，但不限于此。

同理，基于前文所揭示的任一种压电摆台100(100a、100b、100c、100d)，本实施例还揭示了一种半导体设备。前述压电摆台100(100a、100b、100c、100d)在半导体设备中应用于需要执行精密的小角度转动或者精密的小幅度直线运动的应用场景中，但不限于仅应用在半导体设备中。该半导体设备包括一个或者多个压电摆台100(100a、100b、100c、100d)，该半导体设备包括光学显微镜(OM)、聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)及带电粒子束缺陷检测设备(以下简称“设备”)等。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (14)

1.一种压电促动模块，其特征在于，包括：

第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构包括第一压电单元和第一柔性铰链，所述第一压电单元和第一柔性铰链连接，以驱动所述第一柔性铰链沿第一方向伸缩，所述第二驱动机构包括第二压电单元和第二柔性铰链，所述第二柔性铰链与第一柔性铰链连接，所述第二压电单元和第二柔性铰链连接，以驱动所述第二柔性铰链和第一驱动机构均沿与第一方向垂直的第二方向伸缩，所述第一柔性铰链被配置为在沿第一方向和/或第二方向伸缩时接触并促使被驱动对象运动。

2.根据权利要求1所述的压电促动模块，其特征在于，所述第一柔性铰链包括平行四边形铰链对，所述平行四边形铰链对包括相对于第一方向呈对称分布的两个平行四边形铰链，所述两个平行四边形铰链之间的第一连接部被配置为接触并促使被驱动对象运动，所述第一连接部上形成第一柔性铰链的第一输入端和第一输出端，所述第一压电单元与第一输入端连接，以驱动所述第一输出端沿第一方向伸缩。

3.根据权利要求2所述的压电促动模块，其特征在于，所述第二柔性铰链包括平行四边形铰链对，所述平行四边形铰链对包括相对于第二方向呈对称分布的两个平行四边形铰链，所述第二压电单元连接在两个所述平行四边形铰链之间的第二连接部，所述第二连接部上形成第二柔性铰链的第二输入端和第二输出端，所述第二压电单元与第二输入端连接，所述第二输出端与第一柔性铰链的固定端连接，所述第二驱动机构还包括支撑座，所述第二压电单元和第二柔性铰链的固定端均连接在支撑座上。

4.根据权利要求1所述的压电促动模块，其特征在于，所述第二驱动机构被配置为驱动第一驱动机构沿第二方向伸缩使被驱动对象转动，响应于所述第一柔性铰链沿第一方向接触被驱动对象，以通过所述第二驱动机构促使被驱动对象转动，所述压电促动模块还包括沿第一方向伸缩时接触被驱动对象的促动陶瓷，所述第一柔性铰链通过促动陶瓷接触被驱动对象。

5.一种压电摆台，其特征在于，包括：

载台、轴承和如权利要求1-4中任一项所述的压电促动模块，所述载台与轴承连接，所述第二驱动机构被配置为驱动第一驱动机构沿第二方向伸缩使载台转动，所述第二方向为轴承的第一圆形轮廓的周向切线方向，或者当所述载台包括第二圆形轮廓时为第一圆形轮廓或第二圆形轮廓的周向切线方向，响应于所述第一柔性铰链沿第一方向接触第一圆形轮廓，或者当所述载台包括第二圆形轮廓时沿第一方向接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓，以通过所述第二驱动机构使载台转动。

6.根据权利要求5所述的压电摆台，其特征在于，响应于通过所述第二驱动机构使载台转动至设定角度，停止转动所述载台并保持所述接触以钳止载台。

7.根据权利要求5所述的压电摆台，其特征在于，响应于将所述第一柔性铰链沿第一方向与第一圆形轮廓分离，或者当所述载台包括第二圆形轮廓时沿第一方向与第一圆形轮廓或第二圆形轮廓分离，以通过所述压电摆台还包括的钳止件钳止载台或通过至少一个所述压电促动模块执行所述接触以钳止载台。

8.根据权利要求7所述的压电摆台，其特征在于，响应于所述载台转动至一设定角度或第一驱动机构沿第二方向伸缩量达到设定行程，将所述第一柔性铰链沿第一方向实现所述分离。

9.根据权利要求7所述的压电摆台，其特征在于，所述钳止件包括第三压电单元和第三柔性铰链，所述第三压电单元连接第三柔性铰链，并被配置为带动所述第三柔性铰链产生位移接触载台或轴承以钳止载台，和产生位移实现与载台或轴承分离以解除钳止。

10.根据权利要求9所述的压电摆台，其特征在于，所述第三压电单元被配置为带动第三柔性铰链沿另一所述周向切线方向产生位移，以接触所述第一圆形轮廓或当所述载台包括第二圆形轮廓时接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓实现钳止载台，和产生位移实现与所述第一圆形轮廓或当所述载台包括第二圆形轮廓时与第一圆形轮廓或第二圆形轮廓分离以解除钳止并使得载台转动，所述钳止件被配置为当解除钳止时粗调载台的转动角度。

11.根据权利要求5所述的压电摆台，其特征在于，所述压电促动模块被配置为带动载台转动时所述第一柔性铰链始终接触第一圆形轮廓，或当所述载台包括第二圆形轮廓时始终接触第一圆形轮廓或第二圆形轮廓，以微调所述载台的转动角度。

12.根据权利要求5所述的压电摆台，其特征在于，所述压电摆台还包括促动陶瓷和陶瓷环，所述促动陶瓷连接第一柔性铰链，所述载台和/或轴承的外圈固定有陶瓷环，所述第一压电单元带动促动陶瓷沿第一方向产生位移以与陶瓷环接触或分离；

所述第二驱动机构还包括支撑座，所述第二压电单元和第二柔性铰链的固定端均连接在支撑座上；

所述压电摆台还包括底座，所述轴承的运动圈与载台连接，所述支撑座和轴承的固定圈均连接在底座上。

13.根据权利要求5-12中任一项所述的压电摆台，其特征在于，所述压电促动模块的数量为至少两个，至少一个压电促动模块被配置为沿顺时针方向转动载台，至少一个压电促动模块被配置为沿逆时针方向转动载台。

14.根据权利要求5-12中任一项所述的压电摆台，其特征在于，所述压电促动模块被配置为先将第一柔性铰链沿第一方向实现所述接触，再沿所述第二方向伸长第一驱动机构以沿顺时针或逆时针方向转动载台，同一个所述压电促动模块还被配置为先将第一柔性铰链沿第一方向与载台或轴承分离，再沿所述第二方向伸长第一驱动机构，再将所述第一柔性铰链沿第一方向实现所述接触，然后沿所述第二方向缩回所述第一驱动机构以沿逆时针或顺时针方向转动载台，使得同一个所述压电促动模板分别实现沿顺时针和沿逆时针方向转动载台。

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