CN101334591A - 具有大行程调节功能的调平调焦机构 - Google Patents

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Abstract

一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，包含小行程调平调焦机构和设置在该小行程调平调焦机构下部的大行程调节机构，Z向大行程由独立的楔形块机构实现，Z向微量调节由楔形块机构驱动，簧片导向来实现。本发明提供的一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，可以实现Z向大行程调节和Z向微量调节，提高了动态性能和调节精度，适应不同的应用场合和不同的硅片厚度规格。

Description

具有大行程调节功能的调平调焦机构
技术领域
本发明涉及一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，尤其涉及一种具有大行程调节功能的硅片台调平调焦机构。
背景技术
整场调焦调平一般是在硅片表面3个或3个以上不同位置处进行离焦量测量，来计算并校正整个硅片表面的离焦量和倾斜量，实质就是在坐标系中调节θx，θy和Z向三个自由度，(其中θx是绕X轴的转动，θy是绕Y轴的转动)，达到硅片调焦调平的目的。
专利US005204712A公开了一个3自由度的微动台。该台的基本原理是通过三组凸轮机构，分布在三个点上，三个驱动点通过一个柔性机构连接到承片台上，并用簧片导向，共同驱动承片台，从而实现调平和调焦功能。该台的3个自由度调节量不大，尤其是Z向自由度不能实现大行程调节。
中国专利CN2580470公开了一种三自由度超精密定位平台。该台体内部呈等边三角形固定有三组各自独立的压电陶瓷预紧机构。该台结构紧凑，精度较高，但是调节范围小，压电陶瓷易发热，也不易进行恒温控制。
发明内容
本发明提供的一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，可以实现Z向大行程调节和Z向微量调节，提高了动态性能和调节精度，适应不同的应用场合和不同的硅片厚度规格。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，包含：
小行程调平调焦机构和设置在该小行程调平调焦机构下部的大行程调节机构；
所述的小行程调平调焦机构包含：
调平调焦底板；
中心设置在调平调焦底板上的簧片，该簧片具有若干自由端；
上平板；
连接所述簧片自由端和上平板的若干小行程楔形机构；
连接所述小行程楔形机构的若干小行程驱动机构；
所述的小行程楔形机构包含：
连接所述簧片的三角板，该三角板通过一个柔性连接块连接所述的上平板；
设置在所述三角板下部的调平调焦滚子；
固定在所述调平调焦底板上的导轨；
设置在所述导轨上的楔形块，该楔形块的上表面具有坡度，该楔形块可以沿导轨滑动；
所述的小行程驱动机构包含：
连接所述楔形块的转接板；
设置在所述转接板另一侧上的螺杆，该螺杆通过螺母带动转接板产生水平位移；
连接所述螺杆的驱动电机；
连接所述转接板和驱动电机的若干消隙拉簧，消除螺杆的回程间隙，提高定位精度；
所述的小行程调平调焦机构还包含若干与小行程楔形机构对应设置的测量反馈模块；以及连接所述测量反馈模块和驱动电机的控制驱动模块；
所述的小行程调平调焦机构还包含若干连接所述调平调焦底板和簧片的弹簧；
所述的大行程调节机构包含：
底板；
设置在底板上的若干圆弧导轨；
设置在所述圆弧导轨上的楔形块驱动板，该驱动板具有若干自由端，该自由端可以沿所述的圆弧导轨滑动；
设置在所述楔形驱动板自由端上的若干大行程楔形机构；
连接所述楔形驱动板的大行程驱动机构；
设置在所述底板上的若干调平调焦底板导向机构，该导向机构限制了调平调焦底板只能在Z向运动；
所述的大行程楔形机构包含：
设置在所述调平调焦底板下侧面的滚子；
设置在所述楔形驱动板自由端上的大行程楔形块；
还包含连接所述大行程楔形块的楔形块调节机构，在装配时，可以通过该楔形块调节机构调节大行程楔形块的初装位置，从而调节调平调焦台的装配平行度；
所述的大行程驱动机构包含：
连接所述楔形驱动板的转接件；
设置在所述转接件上的螺杆，该螺杆通过螺母带动转接件产生位移；
连接所述螺杆的大行程驱动电机；
连接所述转接板和大行程驱动电机的若干消隙拉簧，消除螺杆的回程间隙，提高定位精度；
所述的调平调焦底板导向机构包含：
设置在所述底板上的垂直导轨，通过导轨安装块安装在底板上；
设置在所述垂直导轨上的滑块转接件，该滑块转接件的上端连接所述的调平调焦底板的下部，可以沿垂直导轨滑动；
连接所述底板和调平调焦底板的若干拉簧，使调平调焦底板紧紧的和大行程楔形机构结合在一起；
所述的大行程调节机构还包含连接所述大行程楔形机构和大行程驱动机构的控制模块。
本发明的工作原理如下：
Z向大行程调节：控制模块控制电机转动，带动螺杆转动，经过螺母和转接件，把螺杆的转动转换成楔形驱动板沿圆弧导轨的转动，从而使大行程楔形块做直线运动，滚子在大行程楔形块的推动下，带动调平调焦底板做Z向直线运动，实现硅片厚度补偿；
Z向小行程调节：根据测量反馈模块反馈的数据，控制驱动模块驱动电机把转动传递给螺杆，经过螺母和转接板，最后把电机的转动转换成楔形块的直线运动，在楔形块的推动下，调平调焦滚子带动三角板沿着Z向作直线运动，从而带动上平板实现垂直方向的三自由度运动补偿。
本发明提供的一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，实现Z向大行程调节和Z向微量调节，提高了动态性能和调节精度，Z向大行程调节的定位精度可以达到微米级，运动轨迹线性好，控制逻辑简单，Z向小行程调节的定位精度能达到数十纳米，适应不同的应用场合和不同的硅片厚度规格。
附图说明
图1是本发明提供的具有大行程调节功能的调平调焦机构的结构示意图；
图2是本发明提供的具有大行程调节功能的调平调焦机构的小行程调平调焦机构的结构示意图；
图3是图2中小行程调平调焦机构的俯视图；
图4是本发明提供的具有大行程调节功能的调平调焦机构的小行程楔形机构和小行程驱动机构的结构示意图；
图5是图4中小行程楔形机构和小行程驱动机构的俯视图；
图6是本发明提供的具有大行程调节功能的调平调焦机构的大行程调节机构的结构示意图；
图7是图6中大行程调节机构的立体图。
具体实施方式
以下根据图1～图7，具体说明本发明的较佳实施方式：
如图1所示，本发明提供了一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，包含：
小行程调平调焦机构和设置在该小行程调平调焦机构下部的大行程调节机构；
如图2和图3所示，所述的小行程调平调焦机构包含：
调平调焦底板7；
中心设置在调平调焦底板7上的簧片2，该簧片2具有若干自由端；
上平板1；
连接所述簧片2自由端和上平板1的若干小行程楔形机构；
连接所述小行程楔形机构的若干小行程驱动机构；
如图4和图5所示，所述的小行程楔形机构包含：
连接所述簧片2的三角板3，该三角板3通过一个柔性连接块14连接所述的上平板1；
设置在所述三角板3下部的调平调焦滚子4；
固定在所述调平调焦底板7上的导轨6；
设置在所述导轨6上的楔形块5，该楔形块5的上表面具有坡度，该楔形块可以沿导轨6滑动；
如图4和图5所示，所述的小行程驱动机构包含：
连接所述楔形块5的转接板10；
设置在所述转接板10另一侧上的螺杆9，该螺杆9通过螺母12带动转接板10产生水平位移；
连接所述螺杆9的驱动电机8；
连接所述转接板10和驱动电机8的若干消隙拉簧11，消除螺杆9的回程间隙，提高定位精度；
所述的小行程调平调焦机构还包含若干与小行程楔形机构对应设置的测量反馈模块；以及连接所述测量反馈模块和驱动电机的控制驱动模块；
所述的小行程调平调焦机构还包含若干连接所述调平调焦底板7和簧片2的弹簧15；
如图6和图7所示，所述的大行程调节机构包含：
底板106；
设置在底板106上的若干圆弧导轨113；
设置在所述圆弧导轨113上的楔形块驱动板107，该驱动板107具有若干自由端，该自由端可以沿所述的圆弧导轨113滑动；
设置在所述楔形驱动板107自由端上的若干大行程楔形机构；
连接所述楔形驱动板的大行程驱动机构；
设置在所述底板106上的若干调平调焦底板导向机构，该导向机构限制了调平调焦底板7只能在Z向运动；
所述的大行程楔形机构包含：
设置在所述调平调焦底板7下侧面的滚子100；
设置在所述楔形驱动板107自由端上的大行程楔形块101；
还包含连接所述大行程楔形块101的楔形块调节机构102，在装配时，可以通过该楔形块调节机构102调节大行程楔形块101的初装位置，从而调节调平调焦台的装配平行度；
所述的大行程驱动机构包含：
连接所述楔形驱动板107的转接件111；
设置在所述转接件111上的螺杆112，该螺杆112通过螺母110带动转接件111产生位移；
连接所述螺杆112的大行程驱动电机108；
连接所述转接件111和大行程驱动电机108的若干消隙拉簧109，消除螺杆的回程间隙，提高定位精度；
所述的调平调焦底板导向机构包含：
设置在所述底板106上的垂直导轨104，通过导轨安装块105安装在底板106上；
设置在所述垂直导轨104上的滑块转接件103，该滑块转接件103的上端连接所述的调平调焦底板7的下部，可以沿垂直导轨104滑动；
连接所述底板106和调平调焦底板7的若干拉簧114，使调平调焦底板7紧紧的和大行程楔形机构结合在一起；
所述的大行程调节机构还包含连接所述大行程楔形机构和大行程驱动机构的控制模块。
本实施例中，进行Z向大行程调节，分别设置三套大行程楔形机构和调平调焦底板导向机构，大行程运动由旋转编码器测量控制，首先控制电机108转动，带动螺杆112转动，经过螺母110和转接件111，把螺杆112的转动转换成楔形驱动板107沿圆弧导轨113的转动，从而使大行程楔形块101做直线运动，滚子100在大行程楔形块101的推动下，带动调平调焦底板7做Z向直线运动，实现硅片厚度补偿。
进行Z向小行程调节时，三套相同的小行程楔形机构和小行程驱动机构实现调平调焦的三自由度控制，小行程楔形机构分别位于图3中的A1、A2和A3处，三点决定一个平面，根据位于16a，16b，16c处的三个位移传感器(或者电涡流传感器等)反馈的数据，控制驱动模块驱动电机8把转动传递给螺杆9，经过螺母12和转接板10，最后把电机的转动转换成楔形块5的直线运动，在楔形块5的推动下，调平调焦滚子4带动三角板3沿着Z向作直线运动，从而带动上平板1实现垂直方向的三自由度运动补偿。
本发明提供的一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，实现Z向大行程调节和Z向微量调节，提高了动态性能和调节精度，Z向大行程调节的定位精度可以达到微米级，运动轨迹线性好，控制逻辑简单，Z向小行程调节的定位精度能达到数十纳米，适应不同的应用场合和不同的硅片厚度规格。

Claims (8)

1.一种具有大行程调节功能的调平调焦机构，其特征在于，包含：
小行程调平调焦机构和设置在该小行程调平调焦机构下部的大行程调节机构；
所述的小行程调平调焦机构包含：
调平调焦底板(7)；中心设置在调平调焦底板(7)上的簧片(2)，该簧片(2)具有若干自由端；上平板(1)；连接所述簧片(2)自由端和上平板(1)的若干小行程楔形机构；连接所述小行程楔形机构的若干小行程驱动机构；
所述的大行程调节机构包含：
底板(106)；设置在底板(106)上的若干圆弧导轨(113)；设置在所述圆弧导轨(113)上的楔形块驱动板(107)，该驱动板(107)具有若干自由端，该自由端可以沿所述的圆弧导轨(113)滑动；设置在所述楔形驱动板(107)自由端上的若干大行程楔形机构；连接所述楔形驱动板的大行程驱动机构；设置在所述底板(106)上的若干调平调焦底板导向机构。
2.如权利要求1所述的具有大行程调节功能的调平调焦机构，其特征在于，所述的小行程楔形机构包含：
连接所述簧片(2)的三角板(3)，该三角板(3)通过一个柔性连接块(14)连接所述的上平板(1)；
设置在所述三角板(3)下部的调平调焦滚子(4)；
固定在所述调平调焦底板(7)上的导轨(6)；
设置在所述导轨(6)上的楔形块(5)，该楔形块(5)的上表面具有坡度，该楔形块可以沿导轨(6)滑动。
3.如权利要求1所述的具有大行程调节功能的调平调焦机构，其特征在于，所述的小行程驱动机构包含：
连接所述楔形块(5)的转接板(10)；
设置在所述转接板(10)另一侧上的螺杆(9)，该螺杆(9)通过螺母(12)带动转接板(10)产生水平位移；
连接所述螺杆(9)的驱动电机(8)；
连接所述转接板(10)和驱动电机(8)的若干消隙拉簧(11)。
4.如权利要求1所述的具有大行程调节功能的调平调焦机构，其特征在于，所述的小行程调平调焦机构还包含若干与小行程楔形机构对应设置的测量反馈模块；以及连接所述测量反馈模块和驱动电机的控制驱动模块；还包含若干连接所述调平调焦底板(7)和簧片(2)的弹簧(15)。
5.如权利要求1所述的具有大行程调节功能的调平调焦机构，其特征在于，所述的大行程楔形机构包含：
设置在所述调平调焦底板(7)下侧面的滚子(100)；
设置在所述楔形驱动板(107)自由端上的大行程楔形块(101)；
还包含连接所述大行程楔形块(101)的楔形块调节机构(102)。
6.如权利要求1所述的具有大行程调节功能的调平调焦机构，其特征在于，所述的大行程驱动机构包含：
连接所述楔形驱动板(107)的转接件(111)；
设置在所述转接件(111)上的螺杆(112)，该螺杆(112)通过螺母(110)带动转接件(111)产生位移；
连接所述螺杆(112)的大行程驱动电机(108)；
连接所述转接件(111)和大行程驱动电机(108)的若干消隙拉簧(109)。
7.如权利要求1所述的具有大行程调节功能的调平调焦机构，其特征在于，所述的调平调焦底板导向机构包含：
设置在所述底板(106)上的垂直导轨(104)，通过导轨安装块(105)安装在底板(106)上；
设置在所述垂直导轨(104)上的滑块转接件(103)，该滑块转接件(103)的上端连接所述的调平调焦底板(7)的下部，可以沿垂直导轨(104)滑动；
连接所述底板(106)和调平调焦底板(7)的若干拉簧(114)。
8.如权利要求1所述的具有大行程调节功能的调平调焦机构，其特征在于，所述的大行程调节机构还包含连接所述大行程楔形机构和大行程驱动机构的控制模块。
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