直线运动台的制作方法

1.本发明涉及精密定位控制技术领域，具体涉及一种直线运动台。


背景技术：

2.在对产品检测时，为了能够保证检测的准确性，根据工况的不同，可通过直线运动台对被测物进行精密定位，或者结合xy运动台和设置于xy运动台上的z向运动台对被测物进行精密定位，再有特定工况的需求，还有引入rz向运动台的情况进行被测物的位置调整。而针对不同的产品类型，对于运动台的工作精度要求也不同，而对于半导体晶圆进行检测时，由于其本身的结构精密性，其检测精度要求也更高，甚至要达到微米乃至纳米量级。
3.就z向的直线运动台而言，目前多是采用音圈电机作为驱动元件，但是整个z向运动台会存在控制带宽低、发热量大、强磁场的问题，磁场对电镜扫描会产生影响，也就会影响半导体晶圆检测时的物镜扫描速率，同时大热量的产生还会使得被检测半导体晶圆产生热变形，影响产品良品率。
4.因此，如何优化z向的单自由度的线性运动台的结构，更好地满足半导体晶圆检测的高刚度高精度需求，是目前急需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是要提供一种直线运动台，其结构紧凑，体积小，能够提高运动台对于惯性力的抗干扰性，同时提高直线运动台的工作稳定性和可靠性。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明提供了一种直线运动台，包括线性促动器、环状外圈、环状内圈、板簧，所述环状外圈与所述环状内圈同轴设置且所述环状外圈与所述环状内圈之间固定连接有所述板簧，所述线性促动器设置于所述环状内圈的内侧并与基台固定连接，所述环状外圈与所述环状内圈中的一个与基台固定连接，另一个则与负载台面相连，所述线性促动器的运动轴与所述负载台面相连。
7.对于上述技术方案，申请人还有进一步的优化措施。
8.可选地，所述环状外圈的顶部与所述负载台面的底部固定连接，所述环状内圈的底部与基台表面固定连接。
9.可选地，所述线性促动器的运动轴通过柔性铰链与所述负载台面相连。
10.可选地，所述柔性铰链为双环状的结构，内环与所述线性促动器的运动轴固定连接，外环与所述负载台面固定连接。
11.可选地，所述环状外圈与所述环状内圈之间设置有两层板簧，所述两层板簧沿径向设置。
12.进一步地，所述线性促动器与所述环状内圈固定连接。
13.可选地，所述基台为固定台面或者旋转运动台的旋转台面。
14.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的线性的直线运动台，其整体结构节凑，设备体积小，采用双层板簧配合双环嵌套式的环状外圈与环状内圈的结构，使得直线运动台在另两个旋转方向上具有更好的刚度，而且线性促动器与负载台面间通过柔性铰链进行连接，能够减少线性促动器所受的侧向力和侧向力矩，保证线性促动器的运动精度不受影响，如此可以提高在直线方向的刚度和精度，提高运动台的工作稳定性和可靠性。
附图说明
15.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是根据本发明一个实施例的直线运动台的整体结构示意图；图2是根据本发明一个实施例的直线运动台（带负载台面）的剖面结构示意图。
16.附图标记如下：1、基台，2、线性促动器，3、环状外圈，31、外压圈，4、环状内圈，41、内压圈，5、板簧，6、柔性铰链，7、负载台面。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
19.本实施例描述了一种直线运动台，其设置在基台1表面，所述基台1可以为固定台面或者旋转运动台的旋转台面其中之一。即这一直线运动台可以直接设置在一固定台面上，实现的是单方向上的直线线性运动；直线运动台也可以设置在旋转运动台的旋转台面上，这样实现的是z和rz二自由度上的可调运动。具体工况可根据用户需求进行调整，而在本实施例中实现的是固定台面上的直线运动台设置，至于在旋转台面处的设置，本领域技术人员可类推，在此未加赘述，请知悉。
20.如图1、图2所示，本实施例直线运动台可以包括线性促动器2、环状外圈3、环状内圈4、板簧5，所述环状外圈3与所述环状内圈4同轴设置且所述环状外圈3与所述环状内圈4之间固定连接有所述板簧5，所述线性促动器2设置于所述环状内圈4的内侧并与基台1固定连接，所述环状外圈3与所述环状内圈4中的一个与基台1固定连接，另一个则与负载台面7相连，所述线性促动器2的运动轴与所述负载台面7相连。
21.从可实现基本功能的角度来出发，本实施例的直线运动台无论是将环状外圈3与基台1固定连接、将环状内圈4与负载台面7固定，还是将环状内圈4与基台1固定连接、将环状外圈3与负载台面7固定，都不会影响线性促动器2的动作，因为线性促动器2是与负载台面7相连的，负载台面7在线性促动器2的驱使下发生运动，通过选用高精度的驱动机构，如压电陶瓷线性促动器2，运动精度可达到纳米量级。另外，压电陶瓷线性促动器2具有精度高，控制带宽高，无磁性，发热小的特点，响应时间为亚毫秒量级，尺寸小，出力大，在电机不
出力时具有远高于音圈电机的刚度。
22.从便于安装以及驱动可靠性等方面考虑，在本实施例中，将所述环状外圈3的顶部与所述负载台面7的底部固定连接，所述环状内圈4的底部与基台1表面固定连接，所述线性促动器2的运动轴通过柔性铰链6结构与所述负载台面7相连。环状外圈3的直径较大，环状外圈3与负载台面7相连后能够在线性促动器2运动时给予负载台面7更为均匀的作用力，因为线性促动器2在负载台面7的中部推拉，而环状外圈3从更外围给予反向的拉力，使得负载台面7的整体运动更为平稳。
23.本实施例的直线运动台，其整体结构节凑，设备体积小，而在直线运动台的结构中采用双层板簧5配合双环嵌套式的环状外圈3与环状内圈4的结构，使得直线运动台在另两个旋转方向上具有更好的刚度。
24.对于板簧5的固定，本实施例是通过压圈（外压圈31、内压圈41）、将两层板簧5分别固定在环状外圈3与环状内圈4的顶部和底部的，环状外圈3的顶部和底部分别采用一外压圈进行固定，构成三层的结构，而环状内圈4的顶部和底部分别采用一内压圈进行固定，同样也是构成三层的结构。
25.其实，也可以采用激光焊接或者其他固定方式（如卡槽、凸台结合螺钉紧固等方式）将板簧5固定在环状外圈3与环状内圈4之间，当然，也可以采用压圈固定和上述激光焊接或者其他固定方式相结合的形式，以能够实现板簧5在环状外圈3与环状内圈4之间的固定为限。相对应地，根据存在压圈与否、或者存在单压圈还是上下双压圈的设置，可以理解为将环状外圈3与环状内圈4是设计成的单层、双层还是三层的结构。
26.线性促动器2与负载台面7间通过柔性铰链6进行连接，能够减少线性促动器2所受的侧向力和侧向力矩，保证线性促动器2的运动精度不受影响，如此提高直线运动台在直线方向的刚度和精度，提高该运动台的工作稳定性和可靠性。
27.具体说来，所述柔性铰链6为双环状的结构，包括均为圆形凸台状的内环结构件与外环结构件，内环结构件的凸台的外径与外环结构件的凸台的内环相等，内环结构件的凸台上具有沿径向设置的通槽但仍留有连接边使得不至于断开，同样的，外环结构件的凸台上具有沿径向设置的通槽但仍留有连接边使得不至于断开。组装时，所述内环结构件与外环结构件对扣套接在一起，两结构件上所开通槽位于对接后的同一平面上。内环结构件的座体与所述线性促动器2的运动轴固定连接，外环结构件的座体与所述负载台面7固定连接。
28.为了能够提高环状外圈3与环状内圈4间在rx与ry方向的刚度，在所述环状外圈3与所述环状内圈4之间设置有两层板簧5，所述两层板簧5沿径向设置，为了能够提高刚度需要将两层板簧5尽可能大间距的设置，但对于两层板簧5的间距又不能过大，两层板簧5的间距要能够保证环状外圈3与环状内圈4间的刚度不至于影响z向的形变，能够实现z向形变量的控制。因为过大间距的板簧5提供z向的刚度也就更强，导致第一线性促动器在动作时无法有效地促进z向形变调整负载台面位置，z向刚度高，那么在相同位移下，就会需要更大推力的电机，同理，z向刚度高也会使得相同电机下位移就会小，所以要保证z向在第一线性促动器作用下的位移能够满足测量需求的情况下保证双层板簧5的间距尽可能大。
29.除此之外，本实施例是将所述线性促动器2与所述环状内圈4固定连接。对于线性促动器2的设置也可以将其与基台1进行固定，而对于直线运动台与旋转运动台的对接固
定，可将线性促动器2与旋转运动台的旋转台面固定，以能够保证直线运动台整体是随着旋转台面可以一起沿rz方向转动为限。
30.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。