[发明专利]一种基于偏心结构的三自由度精密调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种三自由度调节装置，尤其是涉及一种基于偏心结构的三自由度精密调节装置。

背景技术

在浸没式光刻机中，在最后一片投影物镜和硅片之间存在一层浸没流场。浸没流场由浸没单元产生，而为了防止浸没流场泄漏，要求浸没单元与硅片之间的缝隙在1mm以内，同时对该缝隙有严格的平行度要求；浸没式光刻过程中需要对浸没单元进行一系列运动控制，而在浸没单元运动控制中，要求浸没流场仍然满足工作条件要求。这就需要有一种精密位姿调节装置来调节浸没单元的位姿以满足浸没式光刻机的要求。

此外，对于浸没单元的位姿调节机构而言，安装空间要求苛刻。因为光刻机是一种在有限的空间中要将复杂的光学系统以及相应的配套机构组合到一起的高度集成的设备机构，其中各个部件都有严格的安装空间限制。

现在常用的位姿调节机构有很多，按机械结构分大体可以分为串联式、并联式和混合式三类。并联式位姿调节机构较其他两种调节机构有刚度高、工作空间小、负载能力强、惯性小、误差均匀化、成本低等优点。传统的并联位姿调节结构采用一般运动副组成并联机构的支链，这样的调节机构有三个缺点，即：传统并联结构所占空间大，运动副存在间隙，在微位移范围内机构存在爬行现象。

发明内容

为了实现浸没式光刻机中浸没单元位姿的精密调节，本发明的目的在于提供一种基于偏心结构的三自由度精密调节装置，具有安装空间小、刚度高、响应快、运动精度高等优点，可实现运动平台[TZ，RX，RY]三自由度的精密调节，Z轴为沿安装基板中心孔轴线向上方向，X、Y、Z轴满足笛卡尔直角坐标系，自由度TZ表示沿Z轴方向的平移，自由度RX和RY分别表示绕X和Y轴的转动。

本发明的技术方案如下：

本发明的调节装置安装在主机板与浸没单元之间，该调节装置包括三个预压组件、定位组件、三个水平向位移测量组件、安装基板、运动平台和三个运动支链，运动平台沿周面均布延伸有三个沿运动平台径向的支撑臂，三个支撑臂的臂端均开有偏心孔，三个支撑臂的偏心孔各通过结构相同的运动支链连接在安装基板上；用于定位安装基板的预压组件、定位组件安装在主机板底面，定位组件和三个预压组件环绕在运动支链之间的安装基板侧面，三个水平向位移测量组件固定安装在定位组件侧面的主机板底面。

所述的定位组件包括X向定位组件和Y向定位组件，X向定位组件和Y向定位组件沿相互垂直的定位方向位于安装基板侧面进行定位；三个水平向位移测量组件的其中一个安装在Y向定位组件侧面的主机板底面，另外两个分别安装在X向定位组件两侧的主机板底面。

所述的水平向位移测量组件包括接近传感器、接近传感器固定件，接近传感器通过接近传感器固定件固定连接在主机板底面，接近传感器朝向安装基板侧面。

所述的运动支链包括直线运动组件、球面轴承组件和偏心轴薄壁轴承组件；直线运动组件顶部安装在安装基板侧面，直线运动组件底部与球面轴承组件连接，球面轴承组件套在偏心轴薄壁轴承组件内，偏心轴薄壁轴承组件装在运动平台支撑臂的偏心孔内。

所述的直线运动组件：包括直线运动副、连接杆和连接杆紧固件；直线运动副包括直线运动副滑块、直线运动副固定件、交叉滚子导轨、驱动电机和平衡调整组件，直线运动副滑块两侧通过交叉滚子导轨滑动连接在直线运动副固定件外侧，交叉滚子导轨沿运动平台端面法向，直线运动副固定件内侧固定在安装基板侧面，直线运动副滑块中部沿滑动方向开有通孔，通孔内设有平衡调整组件，驱动电机安装在直线运动副滑块侧面，驱动电机驱动直线运动副滑块沿交叉滚子导轨方向移动；连接杆上端固定连接在直线运动副滑块底部，连接杆下端套有球面轴承组件的球面轴承并通过连接杆紧固件固定；

所述的球面轴承组件：包括球面轴承和球面轴承端盖；球面轴承套在连接杆下端，球面轴承套在偏心轴内，球面轴承上端面通过球面轴承端盖沿轴向与偏心轴薄壁轴承组件的偏心轴上端面固定连接；

所述的偏心轴薄壁轴承组件：包括偏心轴、两个薄壁轴承和两个薄壁轴承端盖；偏心轴周面经两个薄壁轴承装在偏心孔内，两个薄壁轴承分别通过两个薄壁轴承端盖沿轴向定位安装在偏心孔内。

所述的平衡调整组件包括弹簧挡板、滚珠、压缩弹簧、弹簧垫块和限位螺栓；直线运动副滑块中部的通孔从顶面向下依次装有弹簧挡板、滚珠、压缩弹簧和弹簧垫块，限位螺栓穿过直线运动副滑块上的腰形槽与直线运动副固定件固定连接，弹簧垫块下端通过压缩弹簧压紧在限位螺栓上。

所述的驱动电机为超声波压电陶瓷电机。