-
Die Erfindung betrifft eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit
oder Dreiachs-Linearbewegungsbühne
zum Durchführen
einer geradlinigen Bewegung in drei Achsen, und betrifft insbesondere
eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit und eine Vorrichtung zum Untersuchen,
insbesondere Vermessen, einer Probe hiermit zum Halten einer bestimmten
Probe, mit Einheiten oder Bühnen
für die
X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse, um die Probe unabhängig und
präzise
in die Richtung der X-Achse, der Y-Achse oder der Z-Achse rechtwinkliger
Koordinaten zu bewegen. Die Dreiachs-Linearbewegungseinheit kann insbesondere
als Tisch oder Bühne
ausgebildet sein.
-
Gewöhnlich verwendet eine Einheit,
die dazu verwendet wird, eine bestimmte Probe in einem Atommikroskop
in Richtung der X-Achse,
Y-Achse oder Z-Achse auf der Basis von rechtwinkligen Koordinaten
zu scannen, ein piezoelektrisches Element, wie beispielsweise eine
Piezoröhre,
und bewegt die Probe präzise.
-
1 ist
eine Strukturansicht zum Erläutern des
Funktionsprinzips einer Einheit, die unter Verwendung einer Piezoröhre ausgeführt ist.
-
Die Piezoröhre ist ein piezoelektrisches
Element, das in Abhängigkeit
von der Größe des außenseitig
erfahrenen Drucks negative und positive elektrische Ladung erzeugt.
Hingegen wird im Fall einer angelegten Spannung ihre Länge in Abhängigkeit von
der Größe der Spannung
vergrößert oder
verkleinert. Wie in 1 gezeigt
ist, wird, wenn die Spannung von der elektrischen Stromquelle an
den beiden Enden der Piezoröhre 100 angelegt
wird, die Länge der
Piezoröhre 100 von
L0, d.h. der Länge vor dem Anlegen der Spannung,
um ΔL erhöht und wird
zu L0 + ΔL.
Gleichzeitig wird der Durchmesser in derjenigen radialen Richtung,
die senkrecht zu ihrer longitudinalen Richtung steht, von D0, d.h. dem Durchmesser vor dem Anlegen der
Spannung, um – ΔD verringert
und wird zu D0 – ΔD. Somit kann eine Probe, die an
der Piezoröhre
in einer Einheit gehalten ist, an der die oben genannte zylindrische
Piezoröhre 100 angebracht
ist, exakt in deren longitudinale und radiale Richtung entsprechend
der Bewegung der Piezoröhre 100 verschoben
werden.
-
Da jedoch bei der Einheit, an der
die Piezoröhre
angebracht ist, die Bewegung in der radialen Richtung der X-Achse
und der Y-Achse und die Bewegung in der longitudinalen Richtung
der Z-Achse der
Piezoröhre,
welche die Probe hält,
gegenseitig voneinander abhängen,
wird die Probe dann, wenn ein Benutzer die Piezoröhre beeinflusst,
um die Probe in die gewünschte
Richtung der X-Achse oder der Y-Achse zu verschieben, gleichzeitig
unerwünschterweise
in die Richtung der Z-Achse verschoben. Somit muss die Verschiebung,
die aufgrund der Verschiebung in der unerwünschten Richtung der Z-Achse
erzeugt wird, kompensiert werden.
-
Da allerdings eine Korrelation zwischen
der von der Piezoröhre
erzeugten Verschiebung und der Richtung der Verschiebung hiervon
häufig
unklar ist, wird, sogar wenn die Prozedur zum Kompensieren der Verschiebung
einer beliebigen Richtung angewandt wird, möglicherweise ein weiterer Fehler
während
der Kompensationsprozedur in den Kompensationswert eingeführt. Es
besteht somit ein Problem dahingehend, dass die bekannte Einheit,
die die Form und Eigenart des piezoelektrischen Elements ausnutzt,
die Probe häufig
nicht präzise
verschieben kann.
-
Um das Problem der bekannten Einheit
zu lösen,
wurde eine Linearbewegungseinheit zum Bewegen der Probe unter Verwendung
der Verschiebung des piezoelektrischen Elementes in einer Richtung
(der Verschiebung aufgrund der geradlinigen Bewegung) entwickelt.
-
2 ist
eine Strukturansicht einer bekannten Linearbewegungseinheit mit
einem flexiblen Mechanismus vom Hebel-Typ. Der in 2 gezeigte Mechanismus weist einen Hebel 90 mit
einer vorher bestimmten Länge
auf, sowie eine flexible Drehbefestigung 91, die ein Rotationszentrum
des Hebels 90 ist und deren eines Ende befestigt ist, und
eine Halterung 94, die zum Haltern der bestimmten Probe
am anderen Ende, der Befestigungsseite für die flexible Drehbefestigung 91 gegenüber, angebracht
ist.
-
Gemäß dem Mechanismus wird beispielsweise
dann, wenn eine Kraft 93 einer bestimmten Größe an einem
Punkt P1 neben dem Rotationszentrum O des Hebels 90 so
aufgebracht wird, dass der Hebel 90 mit der Rotationsverschiebung
T1 bewegt wird, ein Punkt P2 des Hebels, an dem die Halterung 94 angebracht
ist, mit der Rotationsverschiebung T2 gedreht. Hierbei ist die Rotationsverschiebung
T2 des Punkts P2 zur Rotationsverschiebung T1 des Punkts P1 proportional
zum Verhältnis
des Abstandes des Rotationszentrums O vom Punkt P2 zum Abstand des
Rotationszentrums O vom Punkt P1 {T2 = (T1)(P2)/(P1)}.
-
Allerdings wird, obwohl das piezoelektrische Element
mit einem Bereich von mehreren μm
bis zu mehreren Zehn μm
seinen Verschiebungsbereich durch den Hebel 90 vergrößert oder
verstärkt,
die Probe, die am Ende des Hebels platziert ist, nicht in einer
vollständig
geradlinigen Richtung verschoben, da die Verschiebung des Endes
des Hebels 90 in der Umfangsrichtung erzeugt wird.
-
Zwischenzeitlich wurde, um das Problem
der Einheit mit dem oben genannten Mechanismus zu lösen, eine
Doppelfedereinheit entwickelt, die eine Doppellinearfeder aufweist,
die am Hebel angebracht ist. Allerdings verschiebt die Doppellinearfedereinheit die
am Hebel angeordnete Probe ebenfalls nicht in geradliniger Richtung.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine
Dreiachs-Linearbewegungseinheit und eine Vorrichtung zum Untersuchen
einer Probe hiermit anzugeben, welche eine bestimmte Probe halten
und welche die Probe unabhängig
und präzise
in geradliniger Richtung verschieben.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit
und eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe hiermit anzugeben,
um eine bestimmte Probe zu halten, mit Einheiten für die X-Achse,
Y-Achse und Z-Achse, die flexible Mechanismen aufweisen, um die
Probe unabhängig
bzw. präzise
in geradliniger Richtung zu verschieben.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit
und eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe hiermit anzugeben,
um eine bestimmte Probe zu halten, mit Einheiten für die X-Achse,
Y-Achse und Z-Achse, die eine komplexe Drehbefestigung und/oder
einen symmetrischen Verstärker
aufweisen, um die Probe unabhängig
und präzise
in geradliniger Richtung zu verschieben.
-
Um die zuvor genannten Aufgaben zu
lösen, weist
eine erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheit
auf: eine Bodenplatte mit einer vorher bestimmten Oberfläche und
Dicke; eine X-Achseneinheit, die in einem Referenzbereich der Bodenplatte
befestigt ist, um einen ersten X-Bereich, der von der Referenz in
Richtung der X-Achse angeordnet ist, in Richtung der X-Achse zu bewegen;
eine Y-Achseneinheit, die innerhalb des ers innerhalb des ersten X-Bereichs
befestigt ist, um einen ersten Y-Bereich, der vom zweiten X-Bereich
in Richtung der Y-Achse angeordnet ist, in Richtung der Y-Achse
zu bewegen; und eine Z-Achseneinheit, die in einem zweiten Y-Bereich
innerhalb des ersten Y-Bereichs befestigt ist und die eine vorher
bestimmte Probe hält,
um die Probe in Richtung der Z-Achse zu bewegen. Die X-Achse, die
Y-Achse und die Z-Achse bezeichnen Achsen von rechtwinkligen Koordinaten.
Die X-, Y- und/oder Z-Bereiche können
insbesondere als Flächen
oder Oberflächen
ausgebildet sein.
-
Ferner sind vorgesehen: Eine Vorrichtung zum
Untersuchen und/ oder Vermessen einer Probe unter Verwendung einer
Dreiachs-Linearbewegungseinheit,
wobei die Vorrichtung eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit aufweist, die
eine vorher bestimmte Probe hält
und die die Probe unabhängig,
präzise und
exakt in Richtung der X-Achse, der Y-Achse oder der Z-Achse verschiebt,
sowie ein Atommikroskop oder ein Rastermikroskop, insbesondere ein
Rasterkraftmikroskop, das die Dreiachs-Linearbewegungseinheit aufweist,
um den Ort der Probe unter Verwendung eines Lasers zu messen und
um die Probe zu scannen. Die X-Achse, die Y-Achse bzw. die Z-Achse bezeichnen
Achsen rechtwinkeliger Koordinaten.
-
Die oben bezeichneten sowie andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen erkennbar, in denen:
-
1 eine
Strukturansicht der bekannten Dreiachs-Einheit mit einer Piezoröhre ist;
-
2 eine
Strukturansicht der bekannten Linearbewegungseinheit mit einem flexiblen
Mechanismus vom Hebel-Typ
ist;
-
3 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
ist;
-
4A eine
Strukturansicht zur Erläuterung einer
X-Achseneinheit in 3 ist;
-
4B eine
Strukturansicht zur Erläuterung einer
Y-Achseneinheit in 3 ist;
-
4C eine
Strukturansicht zur Erläuterung einer
Z-Achseneinheit in 3 ist;
-
5 eine
perspektivische Ansicht einer Mittelstange einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
ist;
-
6A und 6B Strukturansichten zur
Erläuterung
eines Verstärkungsprinzips
einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
sind;
-
7 eine
Strukturansicht zum Erläutern
einer Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
ist; und
-
8 eine
perspektivische Teilansicht eines Atommikroskops ist, das eine erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheit
aufweist.
-
DETALLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
3 ist
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit.
-
Unter Bezugnahme auf 3 weist die Dreiachs-Linearbewegungseinheit
eine Bodenplatte 40 mit einer vorher bestimmten Oberfläche und
Dicke auf, sowie eine X-Achseneinheit 10, die in einem
Referenzbereich RR der Bodenplatte 40 befestigt ist, um
einen ersten X-Bereich RX1, der vom Referenzbereich RR in Richtung
der X-Achse angeordnet ist, in Richtung der X-Achse zu bewegen,
eine Y-Achseneinheit 20, die innerhalb des ersten X-Bereichs RX1
angeordnet ist und in einem zweiten X-Bereich RX2 innerhalb des
ersten X-Bereichs RX1 befestigt ist, um einen ersten Y-Bereich RY1,
der von dem zweiten X-Bereich RX2 in Richtung der Y-Achse angeordnet
ist, in Richtung der Y-Achse zu bewegen, und eine Z-Achseneinheit 30,
die in einem zweiten Y-Bereich RY2 innerhalb des ersten Y-Bereichs
RY1 befestigt ist und eine bestimmte Probe hält, um die Probe in Richtung
der Z-Achse zu bewegen. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse bezeichnen Achsen
eines rechtwinkligen Koordinatensystems.
-
Hier bezeichnen der erste X-Bereich
RX1 und der zweite X-Bereich RX2 Bereiche, die einzig in die X-Richtung
bewegt werden. Der erste Y-Bereich RY1 und der zweite Y-Bereich
RY2 sind hingegen Bereiche innerhalb des ersten X-Bereichs RX1.
Obwohl der erste Y-Bereich RY1 und der zweite Y-Bereich RY2 durch
die Y-Achseneinheit 20 einzig in Richtung der Y-Achse bewegt
werden, werden der erste Y-Bereich RY1 und der zweite Y-Bereich
RY2 schlussendlich bezüglich
der Bodenplatte 40 in Richtung der Y-Achse und der X-Achse
bewegt.
-
Unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C werden unten stehend die jeweiligen
Einheiten beschrieben.
-
Die 4A ist
eine Strukturansicht zur Erläuterung
der X-Achseneinheit 10 aus 3. Die X-Achseneinheit 10 weist
ein piezoelektrisches Element 13 mit einer vorher bestimmten
Länge auf,
wobei die Länge
in Richtung der Y-Achse entsprechend einer Eingangsspannung geändert wird,
sowie ein erstes X-Antriebsteil 11-1 und ein zweites X-Antriebsteil 11-2,
die beiderseits in einer longitudinalen Richtung des piezoelektrischen
Elementes 13 mit diesem verbunden sind, um das zweite X-Ende 16-2 innerhalb des
ersten X-Bereiches 11-1 oder RX1 bezüglich einem ersten X-Ende 16-1 innerhalb
des Referenzbereichs RR, insbesondere mittig zum piezoelektrischen
Element 13, entsprechend einem Antrieb des piezoelektrischen
Elementes 13 in Richtung der X-Achse zu bewegen.
-
Die Struktur des ersten X-Antriebsteils 11-1 ist
zur Struktur des zweiten X-Antriebsteils 11-2 symmetrisch
bezüglich
der X-Achse ausgebildet.
Insbesondere weisen das erste X-Antriebsteil 11-1 und das zweite
X-Antriebsteil 11-2, die beiderseits einer longitudinalen
Richtung des piezoelektrischen Elements 13 mit diesem verbunden
sind, ein erstes X-Verstärkungsteil 12-1 und
ein zweites X-Verstärkungsteil 12-2 auf,
die eine Verschiebung verstärken,
die entsprechend einer Betätigung
des piezoelektrischen Elements 13 erzeugt wird, und die
ein drittes X-Ende 16-3 und ein viertes X-Ende 16-4,
die in der dem ersten X-Ende 16-1 gegenüberliegenden Seite ausgebildet
sind, durch die verstärkte
Verschiebung in Richtung der X-Achse verschieben. Weiterhin weisen
das erste X-Antriebsteil 11-1 und das zweite X-Antriebsteil 11-2 insbesondere
ein erstes X-Linien-Bewegungsteil 13-1 und
ein zweites X-Linien-Bewegungsteil 13-2 auf, die durch
die Schlitze 19-1B bzw. 19-1C mit dem dritten
X-Ende 16-3 bzw. dem vierten X-Ende 16-4 verbunden
sind und die parallel in Richtung der X-Achse durch die verstärkte Verschiebung
verschoben werden. Hierbei verbindet ein Schlitz 19-1A das
andere Ende, das demjenigen Ende des ersten X-Linien-Bewegungsteils 13-1 gegenüberliegt,
das mit dem dritten X-Ende 16-3 verbunden ist, mit dem anderen
Ende, das demjenigen Ende des zweiten X-Linien-Bewegungsteils 13-2 gegenüberliegt,
das mit dem vierten X-Ende 16-4 verbunden ist.
-
Hier bilden das erste X-Linien-Bewegungsteil 13-1 und
das zweite X-Linien-Bewegungsteil 13-2, die Schlitze 19-1A, 19-1B, 19-1C und
das zweite X-Ende 16-2 einen dritten X-Bereich 17 mit
einer vorher bestimmten Fläche,
die von diesen umgeben wird. Das zweite X-Ende 16-2 gibt
einen Punkt an, der im Abstand D1 vom ersten X-Ende 16-1 zwischen dem
dritten X-Ende 16-3 und dem vierten X-Ende 16-4 in
positiver Richtung der X-Achse
bezüglich dem
ersten X-Ende 16-1 angeordnet ist.
-
Die beiden Enden des piezoelektrischen
Elements 13 sind an einem ersten Drückteil 14-1 des ersten
X-Verstärkungsteils 12-1 bzw.
einem zweiten Drückteil 14-2 des
zweiten X-Verstärkungsteils 12-2 angeordnet.
-
Das erste X-Verstärkungsteil 12-1 weist
ein erstes Drückteil 14-1 auf,
um die Verschiebung des piezoelektrischen Elementes 13 aufzunehmen,
sowie eine Zwischenstange 15-1, die in der longitudinalen
Richtung des piezoelektrischen Elements 13 auf die beiden
Seiten des ersten Drückteils 14-1 im
Zentrum des ersten Drückteils 14-1 zu
und/oder die in der longitudinalen Richtung des piezoelektrischen
Elements 13 auf beiden Seiten des ersten Drückteils 14-1 symmetrisch
zur Y-Achse im Zentrum des ersten Drückteils 14-1 ausgebildet
ist. Wie in 5 gezeigt
ist, weist die Zwischenstange 15-1 ein Stützteil 15-1A auf,
das mit einer vorher bestimmten Breite ausgebildet ist, sowie ein
verengtes Teil 15-1B an beiden Enden und/oder Seiten des
Stützteils 15-1A mit
einer Dicke, die im Vergleich schma ler als die Breite des Stützteils
ist, und zwar durch eine halbkreisartige Rille 15-1C mit
einem vorher bestimmten Radius.
-
Im ersten X-Verstärkungsteil 12-1 sind
die Enden (Rillen) der Zwischenstange 15-1, die dem Drückteil 14-1 um
die longitudinale Richtung des piezoelektrischen Elementes gegenüberliegen,
miteinander durch einen Schlitz verbunden. Darüber hinaus kann ein Loch 18-1 einer
vorher bestimmten Größe in der
vom Schlitz, dem Drückteil 14-1 und
der Zwischenstange 15-1 umgebenen Fläche angeordnet werden, um das
Gewicht des ersten X-Verstärkungsteils 12-1 zu
reduzieren.
-
An der Zwischenstange 15-1 ist
eine Rille ausgebildet, um der Zwischenstange 15-1 elastische Eigenschaften
zu verleihen. Das verengte Teil 17 oder 15-1B der
Zwischenstange 15-1 wird das Rotationszentrum hiervon,
wenn das Stützteil 15-1A gedreht
wird.
-
Da das zweite X-Verstärkungsteil 12-2 dieselbe
Struktur wie das erste X-Verstärkungsteil 12-1 aufweist
und sie symmetrisch zur X-Achse angeordnet sind, wird von einer
weiteren Beschreibung abgesehen.
-
Das erste X-Linien-Bewegungsteil 13-1 weist eine
erste X-Doppelfeder 13-1B auf,
die mit dem dritten X-Ende 16-3 durch den Schlitz 19-1B verbunden ist,
sowie eine zweite X-Doppelfeder 13-1A, die mit der ersten
X-Doppelfeder 13-1B durch Schlitze 19-1D und 19-1E verbunden
ist, welche eine vorher bestimmte Länge aufweisen und in Parallelrichtung zur
X-Achse ausgebildet sind. Die zweite X-Doppelfeder 13-1A ist
durch den Schlitz 19-1A mit dem Ende 13-2A des
zweiten X-Linien-Bewegungsteils 13-2 verbunden, welches
dieselbe Struktur aufweist wie das erste X-Linien-Bewegungsteil 13-1.
-
Die erste und die zweite X-Doppelfeder 13-1B, 13-1A haben
dieselbe Struktur. Beispielsweise hat die zweite X-Doppelfeder 13-1A zwei
Zwischenstangen, die doppelt angeordnet sind. Die jeweilige Zwischenstange
weist ein Stützteil 13-1C vorher
bestimmter Breite auf, das mit derselben Form wie bei der in 5 gezeigten Zwischenstange
ausgebildet ist, sowie ein verengtes Teil 13-1D an beiden Enden
des Stützteiles,
wobei das verengte Teil 13-1D durch eine halbkreisartige
Rille 13-1E eine Dicke aufweist, die vergleichsweise schmaler
als die Breite des Stützteils
ist.
-
Da das zweite X-Linien-Bewegungsteil 13-2 dieselbe
Struktur wie das erste X-Linien-Bewegungsteil 13-1 aufweist
und diese symmetrisch zur X-Achse angeordnet sind, wird von einer
weiteren Beschreibung abgesehen.
-
Die 4B ist
eine Strukturansicht zur Erläuterung
der Y-Achseneinheit 20 in 3. Die Y-Achseneinheit 20 hat
eine ähnliche
Struktur wie die X-Achseneinheit 10 und ist im dritten
X-Bereich 17 innerhalb des ersten X-Bereichs RX1 ausgebildet.
-
Die Y-Achseneinheit 20 weist
ein piezoelektrisches Element 23 mit einer vorher bestimmten
Länge auf,
die in Richtung der X-Achse
entsprechend einer Eingangsspannung geändert wird, sowie ein erstes
Y-Antriebsteil 21-1 und ein zweites Y-Antriebsteil 21-2,
die mit beiden Enden in einer longitudinalen Richtung des piezoelektrischen
Elements 23 verbunden sind und die am ersten Y-Ende 25 des
zweiten X-Bereichs RX2 befestigt sind, um das zweite Y-Ende 26,
das dem ersten Y-Ende 25 in Richtung der Y-Achse gegenüberliegt,
mittels des piezoelektrischen Elements 23 zu bewegen. Obwohl
hier die Orte des zweiten X-Bereichs RX2 und des dritten Bereichs 17 ähnlich sind,
werden diese, wie in den 3 und 4A gezeigt, klar definiert.
-
Das erste Y-Antriebsteil 21-1 und
das zweite Y-Antriebsteil 21-2 haben dieselbe Struktur
und sind symmetrisch zur Y-Achse angeordnet. Insbesondere weisen
das erste und das zweite Y-Antriebsteil 21-1, 21-2 erste
und zweite Y-Verstärkungsteile 22-1, 22-2 auf,
die mit beiden Enden einer longitudinalen Richtung des piezoelektrischen
Elementes 23 verbunden sind, um eine Verschiebung zu verstärken, die
entsprechend dem Antrieb des piezoelektrischen Elementes 23 erzeugt
wird, und um das zweite Y-Ende 26 durch die verstärkte Verschiebung
in Richtung der Y-Achse zu bewegen. Die ersten und zweiten Y-Antriebsteile 21-1, 21-2 weisen
ferner erste und zweite Y-Linien-Bewegungsteile 23-1, 23-2 auf,
die mit dem ersten bzw. dem zweiten Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 durch
einen ersten bzw. einen zweiten Schlitz 27-1, 27-2 verbunden
sind, welche einen Teil des ersten Y-Endes 25 durchqueren,
und die parallel in Richtung der Y-Achse durch verstärkte Verschiebung
verschoben werden. Hier verbindet der Schlitz 27-3 die anderen
Enden, die denjenigen Enden des ersten und des zweiten Y-Linien-Bewegungsteiles 23-1, 23-2 gegenüberliegen,
die mit dem ersten und mit dem zweiten Verstärkungsteil 22-1, 22-2 verbunden sind.
-
Hierbei formen die Schlitze 27-1, 27-2, 27-3 und
das erste und das zweite Y-Linien-Bewegungsteil 23-1, 23-2 einen
vorher bestimmten, dritten Y-Bereich 28, der von diesen
umgeben wird. Das erste und das zweite Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 sind symmetrisch
zur Y-Achse innerhalb des ersten und/oder dritten Y-Bereichs 28 angeordnet.
Der dritte Y-Bereich 28 ist innerhalb des ersten Y-Bereichs
RY1 angeordnet.
-
Das zweite Y-Ende 26 gibt
insbesondere die Position an, um die Länge in Richtung der Y-Achse von
den Endpunkten des ersten und zweiten Y-Verstärkungsteiles in Richtung der
Y-Achse bezüglich des
ersten Y-Endes 25 vergrößert ist.
Das erste Y-Verstärkungsteil 22-1 und
das zweite Y-Verstärkungsteil 22-2 haben
dieselbe Struktur und sie sind symmetrisch zur Y-Achse ausgebildet.
-
Ebenso wie die Strukturen des ersten
und des zweiten X-Verstärkungsteils 12-1, 12-2 weisen das
erste und das zweite Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 jeweils
ein erstes und ein zweites Drückteil 24-1, 24-2 auf,
welche die Verschiebung des piezoelektrischen Elements 23 aufnehmen,
sowie eine Zwischenstange, die in beiden Seiten des ersten und des zweiten
Drückteils 14-1, 14-2 symmetrisch
zur X-Achse im Zentrum des jeweiligen ersten und zweiten Drückteils 14-1, 14-2 angeordnet
ist.
-
Hierbei ist die Zwischenstange 24,
wie in 5 gezeigt, mit
einem Stützteil
mit einer vorher bestimmten Breite ausgebildet, sowie mit einem
verengten Teil mit einer Dicke, die vergleichsweise enger ist als
die Breite des Stützteils,
und zwar durch eine halbkreisartige Rille mit einem vorher bestimmten
Radius an beiden Enden des Stützteils.
Die Zwischenstange 24 hat dieselbe Funktion und Betriebsweise
wie die Zwischenstange 15-1A der X-Achseneinheit.
-
Das erste und das zweite Y-Achsen-Bewegungsteil 23-1, 23-2 haben
dieselbe Struktur und dasselbe Betriebsprinzip wie das erste und
das zweite X-Linien-Bewegungsteil 13-1, 13-2 und
sie sind symmetrisch zur Y-Achse ausgebildet.
-
Die 4C ist
eine Strukturansicht zur Erläuterung
einer Z-Achseneinheit
in 3. Die Z-Achseneinheit
weist ein Bodenteil 34 mit einer vorher bestimmten Fläche und
Dicke auf, welches innerhalb des zweiten Y-Bereichs RY2 der Y-Achseneinheit 20 befestigt
ist, sowie ein Z-Linien-Antriebsteil 31, das sich in Richtung
der Z-Achse bewegt und insbesondere integral mit der Bodenplatte 34 von
der Oberfläche
der Bodenplatte 34 in vertikaler Richtung, welches die
Richtung der Z-Achse ist, ausgebildet ist, und ein piezoelektrisches
Element 33, das im Raum 31-1' vorher bestimmter Größe für eine Längenverringerung
oder Längenzunahme
montiert ist. Der Raum 31-1' ist
im Z-Achsen-Antriebsteil 31 in
einem Bereich ausgebildet, an den das Bodenteil 34 und das
Z-Linien-Antriebsteil 31 angrenzen.
-
Hierbei ist das piezoelektrische
Element 33 innerhalb des Raums 31-1' durch Schraube-Mutter-Verbindungsmittel 34-1,
die im Bodenteil 34 gebildet sind, befestigt, um im Zentrum
des Z-Linien-Antriebsteils 31 betätigt zu
werden.
-
Das Z-Linien-Antriebsteil 31 weist
ein erstes und ein zweites Z-Achsen-Bewegungsteil 31-1, 31-2 auf,
die das erste Z-Ende 36, das bezüglich dem Bodenteil 34 in
Richtung der Z-Achse angeordnet ist, entsprechend der Betätigung des
piezoelektrischen Elementes 33 in Richtung der Z-Achse
bewegen, sowie ein Halteraufnahmeteil 32 zum Halten eines
Probenhalters, der nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, neben
dem ersten Z-Ende 36.
-
Das erste und das zweite Z-Achsen-Bewegungsteil 31-1, 31-2 haben
dieselbe Struktur und dieselbe Betriebsweise wie das erste und das
zweite X-Linien-Bewegungsteil 13-1, 13-2 oder
das erste und das zweite Y-Linien-Bewegungsteil 23-1, 23-2 und
sie sind symmetrisch zur Z-Achse angeordnet. Insbesondere weisen
die jeweiligen ersten und zweiten Z-Achsen-Bewegungsteile 31-1, 31-2 erste
bis vierte Doppelfedern 31-1A, 31-1B, 31-2A, 31-2B sowie Schlitze
auf, die jede von ihnen verbinden. Insbesondere sind die erste und
die dritte Z-Doppelfeder 31-1A, 31-2A durch den
Schlitz 35 verbunden.
-
Da das Bodenteil 34 der
Z-Achseneinheit 30 eine Kraft, die durch das piezoelektrische
Element erzeugt wird, breit verteilt, insbesondere im zweiten Y-Bereich
RY2, kann insbesondere im Fall, dass seine Fläche größer als der zweite Y-Bereich
RY2 ist, ein in den Zeichnungen nicht dargestellter Abstandshalter
mit einer vorher bestimmten Dicke zwischen dem zweiten Y-Bereich
RY2 und dem Bodenteil 34 montiert werden. Somit verhindert
der Abstandshalter, dass das Bodenteil 34, das vom zweiten
Y-Bereich RY2 separiert ist, stirnseitig beispielsweise mit dem
ersten und dem zweiten Y-Verstärkungsteil
der Y-Achseneinheit
in Kontakt steht.
-
Das Verstärkungsprinzip der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
und ihr Betriebsverfahren werden nachstehend beschrieben.
-
Die 6A und 6B sind Strukturansichten von
Modellen zur Erläuterung
eines Verstärkungsprinzips
einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit.
Beispielsweise sind Modelle für das
erste und das zweite Verstärkungsteil 12-1, 12-2 der
Einheit 10 vorgesehen. Insbesondere ist die 6A eine Strukturansicht
des Modells für
die X-Achseneinheit, bei dem sich der Verstärkungszustand im Normalzustand
befindet, und 6B ist eine
Strukturansicht des Modells für
die X-Achseneinheit, bei dem die Länge des piezoelektrischen Elementes
des Verstärkungsteils
vergrößert ist.
-
Bezug nehmend auf die 6A und 6B entspricht das piezoelektrische Element 13 einem
piezoelektrischen Modellelement 13g, das erste und das zweite
Drückteil 14-1, 14-2 einem
ersten und einem zweiten Modelldrückteil 14-1g, 14-2g,
das erste und das zweite X-Ende 16-1, 16-2 einem
ersten und einem zweiten X-Modellende 16-1g, 16-2g und
die Zwischenstange 15-1A entspricht einer Modellzwischenstange 15-1Ag.
-
Wenn die oben genannten Elemente
als Modellelemente in den Modellen definiert werden, sind ein Abstand 51 zwischen
dem ersten Drückteil 14-1g und
dem piezoelektrischen Modellelement 13g, ein Abstand 52 zwischen
dem piezoelektrischen Modellelement 13g und dem zweiten
X-Modellende 16-2g, und ein Abstand 53 zwischen
dem ersten Drückteil 14-1g und
dem zweiten X-Modellende 16-2g durch die
Längen
der Basislinie, der Höhe
bzw. der Hypotenuse eines Dreiecks 50 definiert.
-
Nun wird nachstehend unter Bezugnahme auf
die 6A und 6B das Verfahren zum Erzeugen der
Verschiebung des zweiten X-Endes 16-2 durch Betätigung des
ersten und des zweiten Verstärkungsteils 12-1, 12-2 im
Falle, dass die Länge
des piezoelektrischen Elementes 13 durch dessen Betätigung vergrößert wird,
beschrieben.
-
Da die Länge der Zwischenstange 15-1A konstant
ist und das erste X-Ende 16-1 an der Bodenplatte 40 befestigt
ist, wird das Modell in 6A im
Fall, dass die Länge
des piezoelektrischen Elements 13 vergrößert wird, zum Modell 6B geändert. Insbesondere
wird das Dreieck 50 mit den drei Linien 51, 52, 53 in 6A in das transformierte
Dreieck 50-1 mit den drei Linien 51-1, 52-1, 53-1 in 6B umgewandelt. Da die Länge der
Zwischenstange 15-1A hier konstant ist, wird die Länge der
Hypotenuse, die der Länge
der Zwischenstange 15-1A entspricht, nicht geändert, wohingegen
die Höhe 52 zur verminderten
Höhe 52-1 und
die Grundlinie 51 zur verlängerten Grundlinie 51-1 geändert werden.
Somit wird das zweite X-Ende 16-2g um Δx aus der Originalposition vermindert,
wenn die Länge
des piezoelektrischen Elementes 13 vergrößert wird.
-
Die 7 ist
eine Strukturansicht zur Erläuterung
eines Betriebsverfahrens der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit.
-
Bezug nehmend auf 7 entspricht die Bodenplatte 40 einer
Modellbodenplatte 40g, die X-Achseneinheit 10 einer
X-Achsen-Modelleinheit 10g,
die Y-Achseneinheit 20 einer Y-Achsen-Modelleinheit 20g,
die Z-Achseneinheit 30 einer Z-Achsen-Modelleinheit 30g und
das Z-Achsen-Bewegungsteil 31 einem Z-Achsen-Modellbewegungsteil 31g.
Ferner entsprechen das erste und das zweite X-Verstärkungsteil 11-1, 11-2 einem
ersten und einem zweiten x-Modellverstärkungsteil 11-1g, 11-2g und
das erste und das zweite Y-Modellverstärkungsteil 21-1, 21-2 einem
ersten und einem zweiten Y-Modellverstärkungsteil 21-1g, 21-2g.
-
Hier ist, wie in 7 gezeigt, die Y-Achseneinheit 20,
die in dem ersten X-Bereich RX1 (im Wesentlichen der dritte X-Bereich 17)
ausgebildet ist, im ersten X-Modellbereich RX1g angeordnet. Darüber hinaus
ist die Z-Achseneinheit 30 im zweiten Y-Modellbereich RY2g
angeordnet, und dies sogar dann, wenn die Fläche der Bodenplatte der Z-Achseneinheit 30 größer als
diejenige des zweiten Y-Bereichs RY2 ist, da der Abstandhalter verhindert,
dass die Z-Achseneinheit 30 einen Bereich außerhalb
des zweiten Y-Bereiches RY2 stirnseitig kontaktiert.
-
Somit wird entsprechend dem Betrieb
des piezoelektrischen Elementes 13 der erste X-Modellbereich
RX1g der X-Achsen-Modell einheit 10g lediglich in Richtung
der X-Achse bezüglich
dem ersten X-Modellende 16-1g verschoben, das an der Modellbodenplatte 40g befestigt
ist. Die Y-Achsen-Modelleinheit 20g, die innerhalb dem
ersten X-Modellbereich RX1g angeordnet ist, wird dann auch einzig
in Richtung der X-Achse verschoben.
-
wird hingegen das piezoelektrische
Element 23 in der Y-Achsen-Modelleinheit 20g betätigt, die
innerhalb des ersten X-Modellbereichs RX1g angeordnet ist, so wird
der zweite Y-Modellbereich RY2g der Y-Achsen-Modelleinheit 20g lediglich
in Richtung der Y-Achse verschoben. Dann wird die Y-Achsen-Modelleinheit 20g,
die innerhalb des zweiten Y-Modellbereichs RY2g angeordnet ist,
lediglich in Richtung der Y-Achse verschoben. Da insbesondere die
Modellbodenplatte 34g der Z-Achseneinheit 30g lediglich
an dem zweiten Y-Modellbereich RY2g befestigt ist, wird das Z-Linien-Modellbewegungsteil 31g,
das an der Modellbodenplatte 34g montiert ist, in Richtung
der Z-Achse verschoben.
-
Daher wird der Probenhalter, der
die Probe trägt,
durch die X-Achsen-Modelleinheit
lOg lediglich in Richtung der X-Achse verschoben und durch die Y-Achsen-Modelleinheit 20g lediglich
in Richtung der Y-Achse. Darüber
hinaus wird der Probenhalter, der die Probe trägt, durch das Z-Linien-Modellbewegungsteil 31g lediglich
in Richtung der Z-Achse verschoben.
-
8 ist
eine perspektivische Teilansicht einer Vorrichtung zum Untersuchen
einer Probe, die eine erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheit
aufweist. Die Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe weist eine
Dreiachs-Linearbewegungseinheit 100 auf, welche die Probe
hält, sowie
ein Atommikroskop, das die Probe untersucht.
-
Hier weist die Dreiachs-Linearbewegungseinheit 100 ferner
einen Probenhalter 60 auf, der in einem Halteraufnahmeteil 32 eines
Z-Linien-Bewegungsteils angeordnet ist, ein Probenbefestigungsteil 61,
auf dem die Probe 62 platziert ist und das am Ende des
Probenhalters 60 befestigt ist, und einen Spiegel 63,
der parallel zum Probenhalter und in geneigtem Zustand unter dem
Probenbefestigungsteil 61 angeordnet ist.
-
Das Atommikroskop 70 weist
eine Spitze 71 zum Scannen der Probe 62 und eine Befestigungsbasis 72 auf,
an der die Spitze 71 befestigt ist.
-
Daher kann die Probe durch Betätigung der Dreiachs-Linearbewegungseinheit
mit der Spitze 71, die oberhalb der Probe 62 angeordnet
ist, präzise
gescannt werden. Dabei wird die Bewegung der Probe durch Analyse
eines Laserstrahls detektiert, der auf den Spiegel 63 projiziert
wird und der von dem Spiegel 63 reflektiert wird.
-
Nun wird nachstehend insbesondere
die Betriebsweise der jeweiligen Elemente der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
im Detail beschrieben.
-
Bezug nehmend auf die 4A drückt die X-Achseneinheit 10 die
Drückteile 14-1, 14-2 auf
beide Seiten zu, wenn das piezoelektrische Element 13 expandiert
wird, und dann werden das erste und das zweite X-Verstärkungsteil 12-1, 12-2 in
der Richtung senkrecht zur Längenvergrößerungsrichtung
des piezoelektrischen Elementes 13 zusammengezogen, wobei
sich ein Abstand zwischen den Drückteilen 14-1, 14-2 vergrößert (siehe 6A und 6B). Wenn das erste und das zweite X-Verstärkungsteil 12-1, 12-2 zusammengezogen
werden, werden das zweite X-Ende 16-2 und der X-Bereich 17 neben
den Teilen 12-1, 12-2 geradlinig auf das erste
X-Ende 16-1 zu verschoben.
-
Wird hingegen das piezoelektrische
Element 13 zusammengezogen, werden das erste und das zweite
Verstärkungsteil 12-1, 12-2 aufgeweitet
und dann werden das zweite X-Ende 16-2 und der X-Bereich 17 neben
den Teilen 12-1, 12-2 geradlinig in Richtung zunehmenden
Abstandes vom ersten X-Ende 16-1 verschoben.
-
Somit wird der X-Bereich 17 entsprechend dem
Zusammenziehen und Verlängern
des piezoelektrischen Elements 13 geradlinig in Richtung
der X-Achse verschoben.
-
Ähnlich
wie beim Betrieb der X-Achseneinheit werden bei der in 4B gezeigten Y-Achseneinheit 20 das
erste und das zweite Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 zusammengezogen,
wenn das piezoelektrische Element 23 verlängert wird,
und dann werden das zweite Y-Ende 26 und der zweite Y-Bereich RY2
neben dem Ende 26 geradlinig parallel zur Y-Achse in Richtung
auf das erste Y-Ende 25 zu verschoben. Wird hingegen das
piezoelektrische Element 23 zusammengezogen, werden das
erste und das zweite Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 aufgeweitet und
dann werden das zweite Y-Ende 26 und der zweite Y-Bereich
RY2 neben dem Ende 26 geradlinig parallel zur Y-Achse in
Richtung zunehmenden Abstandes vom ersten Y-Ende 25 verschoben.
-
Somit wird der zweite Y-Bereich RY2
entsprechend dem Zusammenziehen und der Verlängerung des piezoelektrischen
Elements 23 geradlinig in Richtung der Y-Achse verschoben.
-
Da die in 4C gezeigte Z-Achseneinheit 30 am
zweiten Y-Bereich RY2 der Y-Achseneinheit 20 befestigt
ist, wird die Einheit 30 entsprechend der Betätigung der
X-Achseneinheit 10 und der Y-Achseneinheit 20 in
Richtung der X-Achse und der Y-Achse verschoben. Andererseits wird
das Z-Linien-Bewegungsteil 31 der Z-Achseneinheit 30 entsprechend
dem Zusammenziehen und dem Verlängern
des piezoelektrischen Elements 23 von der Seite des Bodenteils 34 in
Richtung der Z-Achse verlängert
bzw. zusammengezogen oder umgekehrt. Daher wird das Halteraufnahmeteil 32 entsprechend
dem Zusammenziehen und dem Erweitern des Z-Linien-Bewegungsteils 31 ebenfalls
geradlinig in Richtung der Z-Achse verschoben.
-
Da entsprechend die X-Achseneinheit 10, die
Y-Achseneinheit 20 und die Z-Achseneinheit 30 unabhängig ohne
gegenseitige Beeinflussung bewegt werden, können sie auch ihren Verschiebebereich
exakt und präzise
in Richtung ihrer Achsen verschieben.
-
Die doppelten, komplexen Federn,
die in der Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen sind, sind als zwei Zwischenstangen und
vier verengte Teile ausgeführt.
Daher ist das gesamte Elastizitätsmodul
der Doppelfedern klein. Somit kann selbst mit einer kleinen Antriebskraft
eine ausreichend große Verschiebung
erzeugt werden.
-
Ferner ist eine Vielzahl verengter
Teile, die in Serie verbunden sind, parallel und in mehrfachen Reihen
angeordnet, um eine ausschließlich
geradlinige Bewegung zu erzeugen. Obwohl die verengten Teile, die
eine Linie in Serie bilden, eine Verschiebung aufgrund ihrer elastischen
Transformation in der seriellen Richtung erzeugen können, haben
insbesondere die Doppelfedern lediglich einen Freiheitsgrad zur
Bewegung in einer Richtung, da die Verschiebung in der Richtung
senkrecht zur seriellen Richtung schwierig zu erzeugen ist.
-
Da gemäß der obigen Ausführungsform
der Erfindung das Druckteil und die Zwischenstange des Verstärkungsteils
symmetrisch um die jeweiligen Achsen angeordnet sind, sorgen weitere
Strukturelemente, die mit den Verstärkungsteilen verbunden sind,
für eine
exakt geradlinige Bewegung, wenn das Verstärkungsteil betätigt wird.
-
Wenn die Einheit nahe einer Resonanzfrequenz
hiervon oder darüber
betrieben wird, kann die Einheit aufgrund einer Resonanz unter Umständen beschädigt werden
und kann unter Umständen schwierig
zu kontrollieren sein. Wenn die Resonanzfrequenz der Einheit niedrig
ist, sollte eine Geschwindigkeit zum Antreiben der Einheit nicht
allzu hoch werden. Somit sollte die Resonanzfrequenz der Einheit
vorzugsweise hoch sein, damit die Einheit schnell angetrieben werden
kann.
-
Im Allgemeinen wird eine Resonanzfrequenz eines
vorher bestimmten Systems aus der folgenden Gleichung erhalten:
ω =(k/m)1/2, wobei ω = Resonanzfrequenz, k = Elastizitätsmodul
und m = Masse ist.
-
Somit sollte die Masse klein sein,
um die Resonanzfrequenz der erfindungsgemäßen Einheit zu erhöhen. Um
dies zu verwirklichen, wird das Gewicht der X-Achseneinheit verringert,
indem Löcher 18-1, 18-2 mit
einer vorher bestimmten Größe in dem
ersten und dem zweiten X-Verstärkungsteil 12-1, 12-2 ausgebildet
werden. Gleichzeitig werden die Zwischenstangen 15-1A, 15-1B derart als
Trapezoide ausgebildet, dass ihre Masse konstant gehalten wird. Somit
wird bei der erfindungsgemäßen Einheit
das Elastizitätsmodul
größer und
somit wird die Resonanzfrequenz ebenfalls größer.
-
Da bei einem vorbekannten Atommikroskop die
Spitze eine Probe über
der Probe scannt, fallen die Positionen zum Scannen der Probe durch
die Spitze und die Position zum Messen der Probe durch einen Detektor
insbesondere nicht zusammen und somit erzeugt das vorbekannte Atommikroskop
einen Abbeschen Messfehler.
-
Allerdings ist bei der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
der Detektor des Atommikroskops unterhalb des Probenbefestigungsteils
angeordnet, welches die Probe festhält und die Spitze scannt die
Probe über
der Probe. Da die Messposition der Probe durch den Detektor und
die Scannposition durch die Spitze somit zusammenfallen, wird die
Probe mit der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
durch das Atommikroskop exakt und präzise ohne dem Abbeschen Messfehler
vermessen.
-
Da gemäß der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
die X-Achseneinheit 10 und die Y-Achseneinheit 20 dafür ausgelegt
sind, sich in einer koplanaren Fläche zu bewegen, sind ein Angriffspunkt
für eine
Kraft und ein Schwerpunkt für die
jeweiligen Einheiten in der koplanaren Fläche angeordnet und somit wird
kein Moment erzeugt und die erzeugten Vibrationen sind relativ gering.
Somit wird die Probe mit der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
exakt und präzise
geradlinig bewegt.
-
Da ferner die X-Achseineinheit 10,
die lediglich in Richtung der X-Achse bewegt wird, die Bewegung
in Richtung der Y-Achse der Y-Achseneinheit 20 nicht beeinflusst,
werden die Bewegungen der Einheiten 10, 20 unabhängig und
ohne eine Korrelation erreicht. Da z.B. die Bewegung der X-Achseneinheit
keinen Fehler der Y-Achsenbewegung durch die Y-Achseneinheit aufweist, wird
die Probe exakt lediglich in die Richtung der X-Achse bewegt. Dies
gilt auch für
den umgekehrten Fall.
-
Obwohl gemäß der obigen Ausführungsform der
Erfindung die Z-Achseneinheit
nicht derart ausgestaltet ist, dass sie ein Verstärkungsteil
aufweist, kann jedoch ein Verstärkungsteil
in der Z-Achseneinheit montiert werden, wenn für das System eine große Verschiebung
in Richtung der Z-Achse erforderlich ist.
-
Obwohl die obige Ausführungsform
der Erfindung ferner derart ausgeführt ist, dass sie Verstärkungsteile
in der X-Achseneinheit und der Y-Achseneinheit aufweist, können diese
ohne Verstärkungsteil ausgeführt werden.
-
Obwohl gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung das Verstärkungsteil
zum Verstärken
der Bewegung der Einheit verwendet wird, ist die Erfindung nicht
hierauf begrenzt, und das jeweilige Verstärkungsteil könnte in
der Struktur derart geändert
werden, dass es die Verschiebung verringert, insbesondere indem
das Verstärkungsteil
um 90° gedreht
angeordnet wird.
-
Obwohl gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung das Innere des Verstärkungsteils als eine Rahmenstruktur
mit einem Freiraum zum Erhöhen
der Resonanzfrequenz ausgestaltet ist, ist die Erfindung nicht hierauf
beschränkt, und
es kann auch eine Struktur vorgesehen werden, bei der ein vorher
bestimmter Teil des dritten X-Bereichs 17 der X-Achseneinheit
und des zweiten Y-Bereichs RY2 der Y-Achseneinheit, außer der
Verstärkungsstruktur,
entfernt wird.
-
Obwohl gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine flexible, komplexe Drehbefestigungsstruktur,
insbesondere Scharnierstruktur, auf einer Seite der Einheit verwendet
wird, kann eine flexible Struktur, wie beispielsweise eine Blattfeder,
zur Erzeugung der vollständig
geradlinigen Bewegung vorgesehen sein.
-
Obwohl gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung die Zwischenstange in Form einer geraden Linie oder
eines Trapezoids vorgesehen ist, kann eine dreieckige Form oder
eine Rautenform oder eine Rhombusform vorgesehen werden, um die
Resonanzfrequenz zu erhöhen.
-
Obwohl in Zusammenhang mit der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ein Beispiel beschrieben wird, bei dem die Dreiachs-Linearbewegungseinheit
an einem Atommikroskop vorgesehen ist, kann die erfindungsgemäße Einheit
auch für
andere Einrichtungen verwendet werden, die ein sehr präzises Antreiben
erforderlich machen, wie beispielsweise Halbleitereinrichtungen.
-
Gemäß einer Dreiachs-Linearbewegungseinheit
und einer Messeinrichtung, welche diese verwendet, gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung, ergibt sich aus dem Vorstehenden, dass sich die Bewegungen
der Einheiten nicht gegenseitig beeinflussen, da die X-Achseneinheit
und die Y-Achseneinheit unabhängig
voneinander verschoben werden, und dass die Probe exakt geradlinig
bewegt wird, da der Freiheitsgrad der jeweiligen Einheit durch die
flexible, komplexe, insbesondere mehrteilige Scharnierstruktur,
die in der Einheit ausgebildet ist, auf lediglich eine Richtung
begrenzt ist.
-
Da ferner das Verstärkungsteil
der Erfindung eine symmetrische Verstärkungsstruktur verwendet, um
den Bewegungsbereich des piezoelektrischen Elementes zu verstärken, ist
dieser vergrößert und gleichzeitig
wird die Bewegung exakt in der senkrechten Richtung gehalten.
-
Da ferner das Drückteil des Antriebsteils in der
jeweiligen Einheit eine Rahmenstruktur aufweist und da die Struktur
der Zwischenstange die Form eines Trapezoids aufweist, ist die Resonanzfrequenz der
Einheit höher
und somit ist die Antriebsgeschwindigkeit der Einheit höher.
-
Da gemäß dem Atommikroskop, das die
erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheit aufweist,
der Detektor die Position der Probe unter dem Probenbefestigungsteil
misst, fallen die Scanposition der Spitze und die Messposition des
Detektors zusammen und somit wird die Probe präzise und exakt und ohne einen
Abbeschen Messfehler vermessen.
-
Erfindungsgemäß können die verschiedenen Bereiche
der Linearbewegungsheit insbesondere als Flächen, die Zwischenstangen als
Stäbe oder
Stäbchen
und die Stützteile
als Pfostenteile ausgebildet sein.
-
Das Atommikroskop kann insbesondere
ein Rastermikroskop oder Rastersondenmikroskop, vorzugsweise ein
Rasterkraftmikroskop und/oder ein Rastertunnelmikroskop sein.