旋转结构、直线执行机构、旋转运动装置及半导体设备的制作方法

本技术涉及高端精密装备，具体涉及一种旋转结构、直线执行机构、旋转运动装置及半导体设备。

背景技术：

1、在半导体制造、自动控制、精密仪器等高端技术领域，在一些空间受限的安装工况，需要配置能够兼顾大负载与高精度的旋转运动装置。该类旋转运动装置中负载的旋转运动往往通过多个直线执行机构配合实现。

2、相关技术中，直线执行机构的两端设置有球窝式球铰、万向节等旋转结构，该类旋转结构需要预留一定间隙以保障运动灵活性，但这会形成微米级及以上的传动死程，难以满足设备亚微米级的精密运动精度使用需求。

技术实现思路

1、本技术公开了一种旋转结构、直线执行机构、旋转运动装置及半导体设备，用于解决相关技术中的旋转结构运动精度低的技术问题。

2、第一方面，提供了一种旋转结构，用于连接第一结构件和第二结构件，旋转结构包括基座和设于基座的至少两个旋转组件；至少两个旋转组件的旋转轴线方向不同，每个旋转组件分别包括固定件、旋转件以及连接在固定件与旋转件之间的弹性件，固定件与旋转件间隔设置，旋转件通过弹性件的弹性变形可相对于固定件绕旋转轴线转动；各旋转组件的固定件与基座固定连接，至少两个旋转组件的旋转件与第一结构件和第二结构件固定连接，第一结构件与第二结构件之间能够绕至少两个旋转自由度方向产生相对运动。

3、这样一来，通过在基座上集成至少两个旋转轴线方向不同的旋转组件，无需为两个旋转组件分别独立设置支撑结构，缩小了旋转结构的体积。并且，旋转件通过弹性件的弹性变形可相对于固定件绕旋转轴线转动，各旋转组件的固定件与基座固定连接，至少两个旋转组件的旋转件与第一结构件和第二结构件固定连接，使得第一结构件与第二结构件之间能够绕至少两个旋转自由度方向产生相对运动，从而实现第一结构件与第二结构件之间的多自由度运动，由于旋转件与固定件在相对旋转时无直接接触，使得旋转组件无需预留运动间隙、完全避免了机械摩擦与磨损，从而消除了微米级及以上的传动死程，提高了旋转结构的运动精度。

4、在一些可能的实施方式中，至少两个旋转组件包括至少一个第一旋转组件和至少一个第二旋转组件，至少一个第一旋转组件和至少一个第二旋转组件的旋转轴线相垂直，各第一旋转组件的固定件和各第二旋转组件的固定件均固定连接于基座，各第一旋转组件的旋转件用于固定连接第一结构件，各第二旋转组件的旋转件用于固定连接第二结构件。

5、这样一来，基座可以作为第一旋转组件和第二旋转组件的共用安装基体，无需为第一旋转组件和第二旋转组件分别独立设置支撑结构，缩小了旋转结构的体积。另外，第一旋转组件和第二旋转组件可各自提供独立的旋转调节能力，能够使第二结构件相对于第一结构件获得两个方向的旋转自由度，满足空间二维角度的姿态调节需求。

6、在一些可能的实施方式中，基座设有至少一个第一安装孔和至少一个第二安装孔，至少一个第一旋转组件与至少一个第一安装孔的数量相同且一一对应，至少一个第二旋转组件与至少一个第二安装孔的数量相同且一一对应，至少一个第一安装孔沿第一旋转组件的旋转轴线方向延伸，至少一个第二安装孔沿第二旋转组件的旋转轴线方向延伸，各第一旋转组件的固定件固定安装于对应的第一安装孔，各第二旋转组件的固定件固定安装于对应的第二安装孔。

7、这样一来，通过在基座设置沿第一旋转组件旋转轴线延伸的第一安装孔、沿第二旋转组件旋转轴线延伸的第二安装孔，并分别装配对应旋转组件的固定件，可以通过安装孔的孔壁包覆固定件来增大基座与固定件的接触支撑面积，均匀分散承载载荷，提升整体抗弯抗扭刚性。

8、在一些可能的实施方式中，沿第一旋转组件的旋转轴线方向，至少一个第一旋转组件的数量为一个或两个，沿第二旋转组件的旋转轴线方向，至少一个第二旋转组件的数量为一个或两个。

9、当沿第一旋转组件的旋转轴线方向设置一个第一旋转组件时，相应的，第一安装孔的数量也为一个，可以简化基座开孔布局，并缩小旋转结构的体积。当沿第一旋转组件的旋转轴线方向设置两个第一旋转组件时，相应的，第一安装孔的数量也为两个，可以通过两个第一旋转组件分担载荷，提升整体抗扰刚度，抵抗大负载下的偏摆形变。当沿第二旋转组件的旋转轴线方向设置一个第二旋转组件时，相应的，第二安装孔的数量也为一个，可以简化基座开孔布局，并缩小旋转结构的体积。当沿第二旋转组件的旋转轴线方向设置两个第二旋转组件时，相应的，第二安装孔的数量也为两个，可以通过两个第二旋转组件分担载荷，提升整体抗扰刚度，抵抗大负载下的偏摆形变。

10、在一些可能的实施方式中，第一安装孔和第二安装孔在垂直于第一旋转轴线的平面的投影存在部分重叠。

11、通过设置第一安装孔与第二安装孔在垂直于第一旋转轴线的平面上的投影存在部分重叠，能够使基座上第一安装孔与第二安装孔的区域相互交错，可以缩减基座的整体外形尺寸，从而缩小旋转结构的体积。

12、在一些可能的实施方式中，旋转结构还包括：第一转接件，用于固定连接第一结构件，第一转接件设有第一容纳孔及与第一容纳孔连通的至少一个第一转接孔，至少一个第一转接孔与至少一个第一旋转组件的数量相同且一一对应，至少一个第一转接孔沿第一旋转组件的旋转轴线方向延伸，基座的至少部分位于第一容纳孔，各第一旋转组件的旋转件固定安装于对应的第一转接孔。

13、通过设置第一转接件作为中间过渡件，可以实现第一旋转组件的旋转件与第一结构件之间的间接连接，无需将第一旋转组件的旋转件直接与第一结构件相连。通过设置第一容纳孔，并使基座的至少部分位于第一容纳孔，可以使基座与第一转接件嵌套布置，减少二者外部叠加占用空间，结构较为紧凑，从而缩小了旋转结构的体积。通过设置与第一容纳孔连通的第一转接孔，且第一转接孔沿第一旋转组件的旋转轴线方向延伸，可以通过第一转接孔的孔壁包覆第一旋转组件的旋转件来增大基座与第一旋转组件的旋转件的接触支撑面积，均匀分散承载载荷，提升整体抗弯抗扭刚性。

14、在一些可能的实施方式中，旋转结构还包括：第二转接件，用于固定连接第二结构件，第二转接件设有第二容纳孔及与第二容纳孔连通的至少一个第二转接孔，至少一个第二转接孔与至少一个第二旋转组件的数量相同且一一对应，第二转接孔沿第二旋转组件的旋转轴线方向延伸，基座的至少部分位于所第二容纳孔，各第二旋转组件的旋转件固定安装于对应的第二转接孔。

15、通过设置第二转接件作为中间过渡件，可以实现第二旋转组件的旋转件与第二结构件之间的间接连接，无需将第二旋转组件的旋转件直接与第二结构件相连。通过设置第二容纳孔，并使基座的至少部分位于第二容纳孔，可以使基座与第二转接件嵌套布置，减少二者外部叠加占用空间，结构较为紧凑，从而缩小了旋转结构的体积。通过设置与第二容纳孔连通的第二转接孔，且第二转接孔沿第二旋转组件的旋转轴线方向延伸，可以通过第二转接孔的孔壁包覆第二旋转组件的旋转件来增大基座与第二旋转组件的旋转件的接触支撑面积，均匀分散承载载荷，提升整体抗弯抗扭刚性。

16、在一些可能的实施方式中，至少两个旋转组件还包括至少一个第三旋转组件，第三旋转组件的旋转轴线、第一旋转组件的旋转轴线及第二旋转组件的旋转轴线相垂直，基座包括第一安装件和第二安装件，各第一旋转组件的固定件和各第二旋转组件的固定件均固定安装于第一安装件，第二安装件设有第三容纳孔，第一安装件的至少部分设于第三容纳孔，各第二旋转组件的旋转件固定安装于第二安装件，各第三旋转组件的固定件固定安装于第二安装件，各第三旋转组件的旋转件用于固定连接第二结构件。

17、通过设置分别与第一旋转组件、第二旋转组件的旋转轴线垂直的第三旋转组件，第三旋转组件的旋转件连接第二结构件，能够为旋转结构新增一组旋转自由度，使第一结构件与第二结构件之间能够绕三个旋转自由度方向产生相对运动，覆盖复杂工况下多维度调姿需求。通过将基座拆分为第一安装件与第二安装件，第三旋转组件的固定件设于第二安装件，可以确保第一结构件与第二结构件之间绕三个旋转自由度方向产生相对运动，不会存在运动干涉。通过使第一安装件的至少部分设于第二安装件的第三容纳孔，可以使第一安装件与第二安装件嵌套布置，减少二者外部叠加占用空间，结构较为紧凑，从而缩小了旋转结构的体积。

18、在一些可能的实施方式中，第二安装件还设有与第三容纳孔连通的至少一个第三安装孔及至少一个第四安装孔，至少一个第三安装孔与至少一个第二旋转组件的数量相同且一一对应，至少一个第四安装孔与至少一个第三旋转组件的数量相同且一一对应，各第三安装孔沿第二旋转组件的旋转轴线方向延伸，第四安装孔沿第三旋转组件的旋转轴线方向延伸，第二旋转组件的旋转件固定安装于对应的第三安装孔，各第三旋转组件的固定件固定安装于对应的第四安装孔。

19、通过在基座设置沿第二旋转组件旋转轴线延伸的第三安装孔，第二旋转组件的旋转件设于第三安装孔，可以通过第三安装孔的孔壁包覆第二旋转组件的旋转件来增大第二安装件与第一旋转组件的旋转件的接触支撑面积，均匀分散承载载荷，提升整体抗弯抗扭刚性。通过在基座设置沿第三旋转组件旋转轴线延伸的第四安装孔，第三旋转组件的固定件设于第四安装孔，可以通过第四安装孔的孔壁包覆第三旋转组件的固定件来增大基座与固定件的接触支撑面积，均匀分散承载载荷，提升整体抗弯抗扭刚性。

20、在一些可能的实施方式中，第二安装件设有与各第四安装孔连通的第四容纳孔，第四安装孔的数量为两个，至少一个第四安装孔与至少一个第三旋转组件的数量均为两个且一一对应，沿第三旋转组件的旋转轴线方向，两个第四安装孔位于第四容纳孔的相对两侧，两个第三旋转组件的旋转件的至少部分位于第四容纳孔内。

21、通过设置数量与第三旋转组件数量相同且一一对应的两个第四安装孔，可以通过两个第三旋转组件分担载荷，提升整体抗扰刚度，抵抗大负载下的偏摆形变。通过将两组第三旋转组件的旋转件至少部分收容于第四容纳孔内，可以压缩整体的安装空间，结构较为紧凑，从而缩小了旋转结构的体积。

22、在一些可能的实施方式中，旋转结构还包括：第三转接件，用于固定连接第二结构件，第三转接件的至少部分设于第四容纳孔，第三转接件包括两个第三转接孔，两个第三转接孔与两个第三旋转组件一一对应，第三转接孔沿第三旋转组件的旋转轴线方向延伸，各第三旋转组件的旋转件固定安装于对应的第三转接孔。

23、这样一来，通过设置第三转接件作为中间过渡件，可以实现第三旋转组件的旋转件与第二结构件之间的间接连接，无需将第三旋转组件的旋转件直接与第二结构件相连。通过使第三转接件的至少部分设于第四容纳孔，可以使第二安装件与第三转接件嵌套布置，减少二者外部叠加占用空间，结构较为紧凑，从而缩小了旋转结构的体积。通过设置与第四容纳孔连通的第三转接孔，且第三转接孔沿第三旋转组件的旋转轴线方向延伸，可以通过第三转接孔的孔壁包覆第三旋转组件的旋转件来增大基座与第三旋转组件的旋转件的接触支撑面积，均匀分散承载载荷，提升整体抗弯抗扭刚性。

24、在一些可能的实施方式中，至少两个旋转组件的旋转轴线相交。

25、这样一来，轴线相交的空间排布方式结构集成度更高，无需占用较大的布置空间，整体布局紧凑简洁，有利于旋转结构的小型化设计。

26、在一些可能的实施方式中，固定件可相对于旋转件绕所述旋转轴线转动的角度范围为（0，30°]。

27、这样一来，通过将固定件相对于旋转件的角度的取值限定为上述范围，可避免固定件发生大角度偏转，防止弹性件被过度弯折拉伸，让弹性件始终工作在自身弹性形变区间内，避免出现超出形变极限产生塑性变形、疲劳断裂的情况。

28、第二方面，提供了直线执行机构，包括第一结构件和两个第一方面任一项的旋转结构，第一结构件包括直线运动驱动件，两个旋转结构设于直线运动驱动件的两端。

29、通过在包含直线运动驱动件的第一结构件两端分别设置旋转结构，依托直线运动驱动件输出直线驱动行程，其两端的旋转结构可在直线运动过程中同步提供多维度偏转补偿，且没有游隙和死程，也没有摩擦损耗与配合间隙叠加，提升了第一结构件与第二结构件之间旋转运动的精度。

30、在一些可能的实施方式中，其中一个旋转结构包括两个旋转轴线方向不同的旋转组件，另外一个旋转结构包括三个旋转轴线方向不同的旋转组件。

31、这样一来，配置两个不同旋转轴线的旋转组件即可满足负载姿态调节所需的旋转自由度。

32、第三方面，提供了旋转运动装置，包括第二结构件及至少两个第二方面的直线执行机构，第二结构件包括底座和负载，每个直线执行机构均连接于底座和负载之间。

33、通过将至少两个直线执行机构设在由底座与负载组成的第二结构件之间，依靠至少两个直线执行机构同步直线驱动，可驱动负载相对底座完成旋转动作，在旋转过程中，至少两个直线执行机构两端旋转结构可同步提供多维度偏转补偿，且没有游隙和死程，也没有摩擦损耗与配合间隙叠加，提升了负载运动的精度。并且，至少两个直线执行机构共同承接负载受力，能够分摊载荷，提升旋转运动装置的大负载承载能力。

34、第四方面，提供了一种半导体设备，半导体设备包括设备主体及第三方面的旋转运动装置，旋转运动装置设于设备主体。

35、通过在设备主体内部搭载包含至少两个直线执行机构的旋转运动装置，通过旋转运动装置内直线执行机构两端的旋转结构，可提升负载运动的精度，满足半导体制程亚微米级高精度工艺要求。