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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit oder Dreiachs-Linearbewegungsbühne zum
Durchführen
einer geradlinigen Bewegung in drei Achsen, mit Einheiten oder Bühnen für die X-Achse,
die Y-Achse und die Z-Achse, um die Probe unabhängig und präzise in 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. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer
Dreiachs-Linearbewegungseinheit in einer Vorrichtung zum Untersuchen,
insbesondere Vermessen, einer Probe.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Gewöhnlich verwendet
eine Einheit, die dazu verwendet wird, eine bestimmte Probe in einem
Rastermikroskop 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.
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1 ist
eine Strukturansicht zum Erläutern des
Funktionsprinzips einer Einheit, die unter Verwendung einer Piezoröhre ausgeführt ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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)}.
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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.
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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.
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Die
US 5,861,549 offenbart eine
durch Mikromechanikbearbeitung hergestellte Scanbühne zur Verwendung
in einem Rasterkraftmikroskop. Die Scanbühne weist eine Bühne für eine Bewegung
in der X-Achse und eine weitere eine Bühne für eine Bewegung in der Y-Achse
auf. Zum Betätigen
dieser Bühnen
sind stirnseitig an den Bühnen
plattenförmige
Piezowandler vorgesehen, deren Krümmung sich spannungsabhängig ändert.
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Die
DE 199 49 044 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Feinpositionierung eines Bauteils mit einer Doppelparallelfeder-Anordnung.
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Aus
der JP 09-068657 A ist eine Vorrichtung bekannt, mit der eine Bewegung
eines elektromechanischen Wandlers verstärkbar ist. Die Vorrichtung weist
zwei V-artige Elemente auf, die beiderseits des Wandlers angeordnet
sind.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit anzugeben, welche eine
bestimmte Probe halten und welche die Probe unabhängig und
präzise
in geradliniger Richtung verschieben kann.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit
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.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit
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.
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Um
die zuvor genannten Aufgaben zu lösen, weist eine erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheit
unter anderem 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 ersten
X-Bereichs angeordnet ist und in einem zweiten X-Bereich 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.
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Ferner
kann vorgesehen sein: 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 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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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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:
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1 eine
Strukturansicht der bekannten Dreiachs-Einheit mit einer Piezoröhre ist;
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2 eine
Strukturansicht der bekannten Linearbewegungseinheit mit einem flexiblen
Mechanismus vom Hebel-Typ
ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
ist;
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4A eine
Strukturansicht zur Erläuterung einer
X-Achseneinheit in 3 ist;
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4B eine
Strukturansicht zur Erläuterung einer
Y-Achseneinheit in 3 ist;
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4C eine
Strukturansicht zur Erläuterung einer
Z-Achseneinheit in 3 ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Mittelstange einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
ist;
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6A und 6B Strukturansichten
zur Erläuterung
eines Verstärkungsprinzips
einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit sind;
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7 eine
Strukturansicht zum Erläutern
einer Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
ist; und
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8 eine
perspektivische Teilansicht eines Rastermikroskops ist, das eine
erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheit
aufweist.
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DETALLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit.
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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.
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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.
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Unter
Bezugnahme auf die 4A bis 4C werden
unten stehend die jeweiligen Einheiten beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Verstärkungsprinzip
der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
und ihr Betriebsverfahren werden nachstehend beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die 7 ist
eine Strukturansicht zur Erläuterung
eines Betriebsverfahrens der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit.
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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.
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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.
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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.
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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 Sog 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.
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Daher
wird der Probenhalter, der die Probe trägt, durch die X-Achsen-Modelleinheit 10g 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.
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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 Rastermikroskop, das die Probe untersucht.
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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.
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Das
Rastermikroskop 70 weist eine Spitze 71 zum Scannen
der Probe 62 und eine Befestigungsbasis 72 auf,
an der die Spitze 71 befestigt ist.
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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.
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Nun
wird nachstehend insbesondere die Betriebsweise der jeweiligen Elemente
der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
im Detail beschrieben.
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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.
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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.
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Somit
wird der X-Bereich 17 entsprechend dem Zusammenziehen und
Verlängern
des piezoelektrischen Elements 13 geradlinig in Richtung
der X-Achse verschoben.
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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.
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Somit
wird der zweite Y-Bereich RY2 entsprechend dem Zusammenziehen und
der Verlängerung
des piezoelektrischen Elements 23 geradlinig in Richtung
der Y-Achse verschoben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Da
gemäß der obigen
Ausführungsform
der Erfindung das Drückteil
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.
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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.
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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.
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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.
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Da
bei einem vorbekannten Rastermikroskop 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 Rastermikroskop
einen Abbeschen Messfehler.
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Allerdings
ist bei der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit
der Detektor des Rastermikroskops 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 Rastermikroskop exakt und präzise ohne dem Abbeschen Messfehler
vermessen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Obwohl
in Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein
Beispiel beschrieben wird, bei dem die Dreiachs-Linearbewegungseinheit an einem Rastermikroskop
vorgesehen ist, kann die erfindungsgemäße Einheit auch für andere
Einrichtungen verwendet werden, die ein sehr präzises Antreiben erforderlich
machen, wie beispielsweise Halbleitereinrichtungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß können die
verschiedenen Bereiche der Linearbewegungsheit insbesondere als Flächen, die
Zwischenstangen als Stäbe
oder Stäbchen
und die Stützteile
als Pfostenteile ausgebildet sein.
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Das
Atommikroskop kann insbesondere ein Rastermikroskop oder Rastersondenmikroskop,
vorzugsweise ein Rasterkraftmikroskop und/oder ein Rastertunnelmikroskop
sein.