CN106272276B - 应用压电元件的微型工作台 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种微型工作台，该微型工作台使用压电元件以使得该微型工作台能被可靠地操作，即使在真空环境下。在要求高精度的粒子柱中，例如，微电子柱，所述微型工作台能够被用作具有微米级或纳米级精度的工作台，以校准所述柱的部件，或者用于移动试样等。

Description

应用压电元件的微型工作台

背景技术

1、技术领域

本发明一般涉及应用压电元件的微型工作台(micro stages using piezoelectricelements)，更具体的，涉及能够可靠操作的应用压电元件的微型工作台，甚至在真空条件下。

2、相关领域说明

通常，压电元件被用作具有微米级、纳米级或者更高级别精度的工作台的执行器。这样的压电工作台具有高精度，并且通常用于需要纳米级或者更高级别精度的微小移动时。

同时，工作台的应用被限制在真空环境中。例如，在真空中，应用旋转驱动马达的工作台的使用会被限制，这是由于在旋转驱动装置中应用了润滑剂，例如油脂。此外，在使用旋转驱动马达的工作台的情况下，操作精度的提高和尺寸的减小被限制。

粒子束柱(例如微电子柱)需要高精度以制造和运行，当校准柱的部件或者移动试样等时，必须使用微米级或者纳米级的高精度工作台。此外，这种包括微柱的粒子束柱应用在真空环境中。鉴于此，高精度的工作台必须能够可靠的被操作，即使在真空环境中。

然而，在真空环境中，特别是在超高真空环境中，相互接触的物体之间的引力增大。因此，由于工作台的部件之间的引力增大，精确操纵该工作台变得非常困难。因此，在工作台中，需要作为执行器的压电元件可以以高精度可靠的操作，即使是在真空环境中。

微柱，作为粒子束柱的一个示例，集中从粒子发射源发射的粒子束且扫描到试样上。根据试样的类型，可使用应用样品电流法来探测离子或电子的情况。由于该试样的导电部与外部连接，上述样品电流法使得能够直接探测和核查扫描在试样上的离子或者电子。该样品电流法可用于检验半导体设备的通孔/接触孔、检验和分析试样的表面以及检验TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示)设备的TFT(薄膜晶体管)。

同时，至于这种微柱，在制造过程中微柱的某些部分可能会变形。产生自粒子发射源的粒子从源透镜被发射到外部，该源透镜必须准确地形成粒子束路径以便可靠地将粒子集中到样品上。鉴于此，为了圆满的在试样上施加粒子束，发射粒子束的粒子发射源的位置必须校准，以使得所述粒子束能够准确通过中间透镜后可靠的施加在试样上。因此，可能需要做出粒子发射源的位置调整。该调整主要适于在X-Y方向移动所述粒子发射源。

然而，由于当粒子发射源移动时，存在从粒子发射源射出的束未对准的可能性，因此需要一种用于粒子发射源的工作台，该工作台能够重新排列该粒子发射源，甚至是在该工作台使用时，也包括在生产过程中。

发明内容

相应的，本发明谨记现有技术中出现的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种微型工作台，该微型工作台使用压电元件作为执行器，并且甚至在真空环境下能够被可靠地操作。

本发明的另一个目的是提供一种微型工作台，其中，在移动体的每个相对侧上形成有向下和向外倾斜的面，以使得从两侧向所述移动体施加的力也向下推动所述移动体，从而使得所述移动体能够不带晃动地移动。

本发明的再一个目的是提供一种微型工作台，该微型工作台使用压电元件移动粒子发射源、电子透镜、试样等，从而所述粒子发射源的移动能够被可靠的实施。

本发明的再一个目的是提供一种微型工作台，其中，当所述粒子发射源被移动时，所述粒子发射源和所述透镜的校准状态能够被可靠的维持，以使得从所述粒子发射源发射的粒子束可以精确地通过所述透镜施加到试样上，从而能够最好的引导所述粒子束的校准和发射。

为了实现上述目的，本发明提供一种微型工作台，该微型工作台包括用于移动目标的移动体和与主体压电基底，所述移动体可移动的接合所述主体压电基底。所述主体压电基底包括用于施压所述移动体的侧面加压单元。所述移动体与所述主体压电基底的相应侧面加压单元接触的部分具有倾斜面。从所述主体压电基底的相对侧面加压单元向所述移动体的相对侧施加压力，从而在倾斜方向上施压所述移动体，使得在所述移动体移动时，所述移动体施压于主体压电基底上。

所述微型工作台可进一步包括倾斜面引导部，该倾斜面引导部与所述移动体的一侧或每侧结合，所述倾斜面引导部形成向下和向外倾斜的面且与所述主体压电基底的相应侧面加压单元接触。

所述微型工作台可进一步包括底部支撑部，该底部支撑部设置在所述主体压电基底的与所述移动体相接触的接触面上，所述底部支撑部可支撑所述移动体的底部。所述底部支撑部可包括：底部加压体，该底部加压体与所述移动体的底部接触；以及底部压电元件，该底部压电元件设置在所述底部加压体和所述主体压电基底的基座面之间。

每个侧面加压单元可包括：侧面压电元件，该侧面压电元件用于移动所述移动体；以及侧面加压体，该侧面加压体与所述侧面压电元件接触且对所述移动体施压。

所述侧面加压单元可进一步包括向内加压压电元件，该向内加压压电元件朝向所述移动体施压所述侧面加压体。

在另一方面，本发明提供一种用于移动目标的微型工作台，该微型工作台包括：主体压电基底；中间压电基底，该中间压电基底相对于所述主体压电基底来回移动；以及移动体，该移动体相对于所述中间压电基底来回移动，所述移动体装备有粒子发射源。所述主体压电基底包括用于移动所述中间压电基底的侧面加压单元。所述中间压电基底包括中间侧面加压单元。所述中间压电基底的与所述主体压电基底的所述侧面加压单元相接触的面包括向下和向外倾斜的面。所述移动体与所述中间压电基底的中间侧面加压单元接触的面包括向下和向外倾斜的面。

附图说明

本申请的上述和其他目的、特征和优点将通过以下结合附图的详细说明而更清楚的被理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的微型工作台的主体压电基底和具有简单的向下和向外倾斜的面的移动体之间的接合关系，图1对应于沿图11 中的剖面线A-A的剖视图；

图2示出了根据本发明的另一个实施例的微型工作台的主体压电基底和具有倾斜面引导部的移动体之间的接合关系；

图3是根据本发明的再一个实施例的微型工作台的示意图，其中，在主体压电基底上设置有底部支撑部；

图4是根据本发明的再另一个实施例的微型工作台的示意图，其中，在主体压电基底上设置有弹性部；

图5是根据本发明的依然另一个实施例的微型工作台的示意图，其中，在主体压电基底上设置有向内加压压电元件；

图6是根据本发明的依然另一个实施例的微型工作台的中间压电基底和具有简单的向下和向外倾斜的面的移动体之间的接合关系的示意图；

图7根据本发明的依然另一个实施例的微型工作台的中间压电基底和具有倾斜面引导部的移动体之间的接合关系的示意图；

图8是根据本发明的依然另一个实施例的微型工作台的示意图，其中，在中间压电基底上设置有中间底部支撑部；

图9是根据本发明的依然另一个实施例的微型工作台的示意图，其中，在中间压电基底上设置有弹性部；

图10是根据本发明的依然另一个实施例的微型工作台的示意图，其中，在中间压电基底上设置有中间向内加压压电元件；以及

图11是根据图1所示的本发明的微型工作台的透视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例中的应用压电元件的微型工作台100是一种基本执行线性移动的线性工作台，并且微型工作台100包括主体压电基底21和用于转移目标的移动体24。

本发明的目的是提供一种能够利用压电元件作为执行器的工作台，甚至是在超真空环境中。本发明的本质思想是在操作时尽可能减少压电元件的部件之间的接触点，并在操作时防止基底和线性压电元件彼此分离。即，根据本发明的微型工作台是维持主体压电基底和移动体之间的距离为恒量，并且最小化他们之间的接触面积的工作台。

图1是根据本发明的一种基础线性微型工作台的剖视示意图，图11是图1所示微型工作台的透视图。主体压电基底21是移动体46的主体压电基础。图2至图10的工作台在外形上也构成为与图11所示工作台相对应。

主体压电基底21包括侧面加压单元22，该侧面加压单元22用于移动移动体46。每个侧面加压单元22包括侧面加压体221和侧面压电元件222。通过侧面压电元件222的操作，移动体46相对于主体压电基底21被移动。鉴于此，侧面压电元件222优选为剪切模式的压电元件。操作所述剪切模式的压电元件以使得移动体46可以在主体压电基底21的横向方向上移动。压电元件的操作方法与传统压电工作台的操作方法相同或者相似。因此，省略它的详细描述。

如图所示，移动体46的面向侧面加压单元22的侧面加压体221的表面为向下倾斜，以使得移动体46的水平横截面面积从上到下(即朝向主体压电基底21的面对移动体46的表面)递增。由于移动体46向下和向外倾斜的面，移动体46朝向主体压电基底21偏压，以使得所述移动体可保持为与主体压电基底21的接触部紧密接触。从而，由于移动体46的上述紧密接触状态甚至是在移动情况下可以被保持，可防止移动体46摆动或移出主体压电基底21。所述向下和向外倾斜的面可形成在移动体46的任一侧或者其相对的每一侧。即，尽管移动体46可以仅有一侧具有向下和向外倾斜的面而其另一侧为垂直面，期望的是，移动体46的面对侧面加压单元22的相对侧面的每一个侧面均包括向下和向外倾斜的面，如附图所示。

如图1所示，移动体46设置在主体压电基底21的中部的上面。从主体压电基底21的相对侧向上延伸的侧面加压单元22分别设置在移动体46的相对侧。

每个侧面加压单元22包括用于移动操作的侧面压电元件222，和被侧面压电元件222移动的侧面加压体221。具体地，侧面加压体221的第一侧与侧面压电元件222接触，并且侧面加压体221的第二侧与移动体46接触。侧面加压体221可以体现为各种形状，例如半圆形、三角锥形、突起形状等。

在该实施例中，向下和向外倾斜的面461形成在移动体46的各自相对侧上。侧面加压单元22的加压体221与移动体46的各自倾斜面461相接触。从而，加压体221设置为使得移动体46朝向加压体221的移动被限制。

移动体46的底部与主体压电基底21的中部的上表面接触，其中，它们可使得彼此表面接触，或移动体46的底面可与设置在主体压电基底21的基座面241上的突出底部支撑部24相接触，如附图所示。与移动体46相接触的每个底部支撑部24可具有简单的半球形形状或突出形状。进一步的，具有半球形形状、突出形状等的底部支撑部与移动体46的底部接触，所述底部支撑部可通过与用于压迫或支撑部件的侧面加压体相同的方式由红宝石(ruby)、矾土(alumina)、蓝宝石(sapphire)、钢(steel)等制成。优选地，底部支撑部由即使在真空环境中也能够确保现状和特性不改变而正常运行的材料制成。此外，底部支撑部被用作保持可移动体46水平的工件。

图2是根据本发明的一个实施例的微型工作台100的示意图，该微型工作台100包括主体压电基底21和设有倾斜面引导部462的移动体46。

图2所示的微型工作台100的常规结构与图1所示的实施例相同，但是，与图1所示实施例不同的是，在图2所示微型工作台100中，均形成有向下和向外倾斜的面的各个倾斜面引导部462设置在移动体46的各自相对侧。在该实施例中，每个倾斜面引导部462均具有矩形横截面，且移动体46的分别与倾斜面引导部462接触的每个相对侧面均形成有向下和向外倾斜的面。因此，每个倾斜面引导部462的外表面也形成向下和向外倾斜的面。或者，当仅有每个倾斜面引导部462的与移动体46的对应的相对侧面接合的外表面可形成向下和向外倾斜面时，移动体46的相对侧面可以是垂直的。换句话说，倾斜面引导部462与移动体46的相对侧面间的接合可体现为各种形状，只要每个倾斜面引导部462的外表面是倾斜的向下和向外。

除上述图2所示微型工作台的特征外，图2所示微型工作台100的结构和操作方法与图1所示实施例相同或类似。因此，无需进一步说明。

图3示出本发明的一个实施例，其中，至少一对底部压电元件243被设置和定向在移动体46的长度方向，每个底部压电元件243都与底部加压体 242接合。

具体的，如图3所示，底部支撑部24设置在主体压电基底21的基座面 241上以支撑移动体46的底部。每个底部支撑部24包括与移动体46接触的底部加压体242和用于移动底部加压体242的底部压电元件243。优选地，底部压电元件243包含压电元件，该底部压电元件243采用与上述压电元件 222相同的剪切模式操作。

在该实施例中，相对于主体压电基底21进行直线移动的移动体46由两侧的侧面加压单元22操作，该侧面加压单元22设置在移动体46的相对侧，且通过侧面压电元件222和用于支撑移动体46的底部的底部支撑部24的底部压电元件243来直线移动和施压移动体46。因此，移动体46相对于主体压电基底21的直线移动可更加可靠和精确的被实施。

图4示出本发明的具有弹性部的实施例。

在该实施例中，一个侧面加压单元22通过弹性部25与主体压电基底21 接合。弹性部25可仅设置在主体压电基底21的一侧或者设置在主体压电基底21的相对的每侧。弹性部25可伸缩地朝向移动体46推压相应的侧面加压单元22，该移动体46布置在侧面加压单元22之间。该弹性部25也可以独立制造为具有薄板弹簧结构，然后连接到主体压电基底21上。或者，该弹性部25可以与主体压电基底21一体地形成。通过弹性部25使相对的侧面加压体221压迫移动体46的力也作为从移动体46的倾斜面461的接触部朝向主体压电基底21施压移动体46的力。因此，向下的力被施加到移动体 46上，使得移动体46可以更可靠地保持与主体压电基底21接触。

图5示出本发明的一个实施例，该实施例进一步包括向内加压压电元件 223，该向内加压压电元件223设置在任意一个侧面加压单元的侧面加压体上，且根据是否提供电力压迫或者释放所述移动体。

该向内加压压电元件223优选为包括压电元件，该压电元件以纵向模式被操作。即，在该实施例中，横向地压迫和移动移动体46的侧面加压单元22还包括向内加压压电元件223，该向内加压压电元件223设置在侧面压电元件222上并在纵向模式下操作。因此，根据提供给向内加压压电元件223 的电压，侧面加压体221和与向内加压压电元件223接触的侧面压电元件222 压迫或者释放移动体46。在向内加压压电元件223进行加压操作期间，基于与具有上述弹性部的实施例相同的原理，在移动体与主体压电基底之间施加接触力。另一方面，当向内加压压电元件223的压迫力被移除，施加在移动体和主体压电基底之间的接触力也被移除。

优选地，弹性部的弹性力根据施加到微型工作台的外力来确定。随着弹性部的弹性力的增大，移动体和主体压电基底之间的接触力也增大，但是，压电元件用于移动移动体的力也必须增大。基于此，弹性部的弹性力根据移动体的机动性(mobility)来确定。随着弹性部的弹性力的减小，移动体的机动性提高，但是，移动体有可能因外力而非如所愿地被移动。因此，弹性部的弹性力必须根据微型工作台的使用目的来调整。因此，当具有较高弹性力的弹性部时被用于提高微型工作台的精度时，优选地，可设置单独的止挡件(未示出)以限定一个范围，在该范围内，弹性部的弹性力可施加到移动体上，并且向内加压压电元件可用于确保移动体的机动性。当然，该实施例可进一步包括图2所示的倾斜面引导部462。然而，在仅需要低弹性力的情况下，尽管需要提供高精度，也可以仅使用弹性部而不使用向内加压压电元件，或者可以仅使用向内加压压电元件而不使用弹性部。

在该实施例中，虽然同时使用弹性部和向内加压压电元件被示为优选方式，但是，也可根据使用的微型工作台的目的而仅使用他们中的一个。

此外，虽然图1至图5所示的每个实施例均被示为具有任一个主要特征，但是包括图1至图5所示实施例中的所有特征的一个实施例也可被实现。例如，虽然微型工作台可在不具有图1所示的底部支撑部24的情况下实现，但这不是优选方式。图2所示的倾斜面引导部462也可用于图3至图5所示的任意一个实施例中。另外，图1至图5所示的所有实施例可被组合成一个单独的实施例。此外，在除图3所示实施例外的其他实施例中，虽然包括压电元件222和侧面加压体221的侧面加压单元22被示为仅设置在移动体的任一侧或相对的每侧，侧面加压单元22的数量或者位置可根据微型工作台的功能和作用而改变。例如，如同在传统微型工作台中，如果需要的大量的压电元件来移动移动体46，可在适当的位置设置附加的压电元件。

根据本发明的微型工作台100的上述实施例或下面的实施例的描述中，微型工作台100的结构已被或将被主要阐述为关于矩形的一维或二维移动方式。通过以下描述和附图中所示的实施例，微型工作台也可以应用到三维移动方式中，以及一维或二维的运动方式中。例如，如果应用两个一维移动工作台，则可实现二维移动方式。同样地，如果使用三个一维移动工作台，则微型工作台可实现三维移动。

图6至图10分别示出图1至图5所示的实施例的一维线性微型工作台变成二维X-Y微型工作台的变形形式。通常，在图1至图5所示实施例的一维线性微型工作台中，适当的选择两个相同或者不同的一维线性微型工作台相互组合以形成二维X-Y工作台。同样地，三维或多维微型工作台也可形成。

在图6至图10所示的每个实施例中，对应于图1至图5中的一个图的移动体用作中间压电基底31。该中间压电基底31包括具有与侧面加压单元 22的结构相同或类似结构的中间侧面加压单元32。移动体46相对于中间压电基底31移动。换句话说，中间压电基底31相对于主体压电基底21在一维方向上移动，且移动体46在另一个一维方向上相对于中间压电基底31移动，从而可实现二维运动。如果这两个一维方向为垂直的，该微型工作台可用作X-Y工作台。以同样方式，可进行三维运动的微型工作台也可实现。

在下文中，根据本发明的微型工作台将参照图6至图10更详细的被说明。在下面的描述中，与上述实施例相同的操作将被省略，且将针对该微型工作台与上述实施例的不同进行说明。

首先，图6所示实施例使用图1所示实施例的原理。移动体用作中间压电基底。图6是主要表示根据本发明的一个实施例的微型工作台100的中间压电基底31和具有简单的向下和向外倾斜的面的移动体46之间的接合关系的示意图。移动体46设置在中间压电基底31的顶端中部。从中间压电基底 31的相对侧向上延伸的中间侧面加压单元32分别设置在移动体46的相对侧。每个中间侧面加压单元32包括用于移动操作的中间侧面压电元件322，以及由该中间侧面压电元件322移动的中间侧面加压体321。具体地，中间侧面加压体321的第一侧与中间侧面压电元件322相接触，并且中间侧面加压体321的第二侧与移动体46相接触。优选地，中间侧面压电元件322包括压电元件，该压电元件以同样的剪切模式操作。

中间侧面加压体321可以通过其他各种形状来实现，例如，半圆形、三角锥形、突起形状等。在该实施例中，向下和向外倾斜的面461形成在移动体46的各自相对侧上。中间侧面加压单元32的中间侧面加压体321与移动体46的相应倾斜的面461相接触。从而，中间侧面加压体321对移动体46 向内施力。

中间压电基底31的底部与形成在主体压电基底21的中部的上表面上的基座面241相接触。移动体46的底部与形成在中间压电基底31的中部的上表面上的中部基座面341相接触。

在这里，这些部件可使得彼此面接触，或者中间压电基底31或移动体 46的底部可与设置在相应基座面上的突出底部支撑部相接触，如图所示。基座面241的与中间压电基底31相接触的每个底部支撑部24或者中间基座面 341的与移动体46相接触的每个中间底部支撑部34可具有简单的半球形状或突出形状。

图7所示实施例使用图2所示实施例的原理，其中，移动体也用作中间压电基底。与图6所示实施例不同的是，在移动体46的各自相对侧上设有倾斜面引导部462，每个倾斜面引导部462均形成有向下和向外倾斜的面。图6和图7所示实施例的不同点与图1和图2所示实施例的不同点相同。在该实施例中，每个倾斜面引导部462均具有矩形横截面，且移动体46的分别与倾斜面引导部462相接触的各个相对侧面形成有向下和向外倾斜的面。因此，每个倾斜面引导部462的外表面也形成向下和向外倾斜的面。或者，仅当每个倾斜面引导部462的结合至移动体46的各自相对侧的外表面可形成向下和向外倾斜的面时，移动体46的相对侧面可以是垂直的。换句话说，倾斜面引导部462和移动体46的相对侧面间的接合可实现为各种形状，只要每个倾斜面引导462的外表面可以是倾斜的向下和向外即可。

除了上述图7所示微型工作台100的特征外，图7所示微型工作台的结构和操作与图6所示实施例的结构和操作相似或者相同。因此，省略进一步说明。

图8示出本发明的一个实施例，其中，至少一对中间底部压电元件343 设置和定向在中间压电基底31上，每个中间底部压电元件343与中间底部加压体342接合。具体地，如图8所示，中间底部支撑部34设置在中间压电基底31的中间基座面341上以支撑移动体46的底部。每个中间底部支撑部34包括与移动体46相接触的中间底部加压体342和用于移动中间底部加压体342的中间底部压电元件343。优选地，中间底部压电元件343包括压电元件，该压电元件通过与上述压电元件222相同的剪切模式操作。

在该实施例中，相对于中间主体压电基底31进行线性移动的移动体46 由两侧的中间侧面加压单元32操作，该中间侧面加压单元32设置在移动体 46的相对侧，并且通过中间侧面压电元件322和支撑移动体46的底部的中间底部支撑部34的中间底部压电元件343线性移动和压迫移动体46。因此，移动体46相对于中间压电基底31的线性移动可更加可靠和精确的被实施。

图9所示实施例还具有弹性部，以弹性的向内压迫移动体。

在该实施例中，中间侧面加压单元32通过弹性部35与中间压电基底31 接合。弹性部35可设置在中间压电基底31的一侧或者相对的每侧。弹性部 35朝向移动体46弹性推压相应的中间侧面加压单元32，该移动体46布置在中间侧面加压单元32之间。该弹性部35可以单独制造成具有薄板弹簧结构，然后连接到中间压电基底31上。或者，该弹性部25可以与中间压电基底31一体地形成。

对应于图5所示实施例，图10所示实施例进一步包括向内加压压电元件，该向内加压压电元件设置在任意一个侧面加压单元的侧面加压体上，且根据是否提供电力向内压迫移动体或释放移动体。

在该实施例中，横向地压迫和移动移动体46的中间侧面加压单元32还包括设置在中间侧面压电元件322上并在纵向模式下操作的中间向内加压压电元件323。该中间向内加压压电元件323也可设置在移动体的任意一侧或者移动体相对的每侧。

同时，粒子束柱(例如微电子柱(微柱)，particle beam column)的粒子发射源、电子透镜(electronic lens)或者电子透镜层(electronic lens layer(s)) 可设置在根据本发明的每个实施例的微型工作台的移动体上。在这种情况下，粒子束柱可被制造，其中的粒子发射源、电子透镜或类似装置可以安装在本发明的微型工作台上。如果制造这样的粒子束柱，粒子发射源、电子透镜等装置的高精确移动可通过本发明的微型工作台来实现，藉此可显著地促进粒子束柱的透镜和粒子发射源的光轴调整。

粒子发射源、电子透镜或类似装置可被安装在本发明的每个实施例的微型工作台的移动体上，或者可安装移动体的表面上。在被安装在移动体上的情况下，用于从粒子发射源布线的电线容纳孔优选为在微型工作台的主体压电基底和中间压电基底的至少一个上形成内部或侧面通孔。更优选地，沿该部件的中心线形成有通孔。

即，用于布线且不妨碍微型工作台移动的通孔形成在移动体、主体压电基底和中间压电基底的中部处。经由用于真空室的馈通装置(feedthrough)，电线优选连接到布置在所述真空室外部的控制系统上。

如果所述粒子发射源安装在移动体的表面上，它必须被可靠的固定，且电线也必须由电线容纳孔或单独的紧固件可靠地固定在适当位置，以防止电线阻碍微型工作台的移动。

根据电子透镜或电子透镜层的安装位置，通孔必须形成在移动体、主体压电基底和中间压电基底上以形成用于通过粒子束的路径以及用于布线的路径。

此外，侧面加压单元的接触部、底部加压体、倾斜面引导部、中间底部加压体、倾斜面引导部等可由红宝石、矾土、蓝宝石、钢等制成，并且优选地，由即使在真空环境中也能够确保现状和特性不改变正常运行的材料制成。

在下文中，将对具有上述结构的，根据本发明的使用压电元件的微型工作台100的一种操作实施方式进行描述。参见图10，尽管该微型工作台100 的操作实施例将基于图5进行说明，本领域技术人员可很容易地理解，该操作实施例也可以应用到其它实施例。

首先，将描述中间压电基底31相对于主体压电基底21相对移动的步骤。

关于微型工作台的安装状态，主体压电基底21的第一侧部向上突出。向内加压压电元件223、侧面压电元件222和半球形的侧面加压体221从主体压电基底21的第一侧部向内突出，从而在主体压电基底21的第一侧部上形成侧面加压单元22。

半球形的底部支撑部24设置在基座面241上，该基座面241形成于主体压电基底21的中部的上表面上。

中间压电基底31这样设置：中间压电基底31的左部与设置在主体压电基底21的左部的侧面加压单元22接触；以及中间压电基底31的底部与底部支撑部24相接触。

然后，另一个侧面加压单元22与主体压电基底21的第二侧部接合。

与中间压电基底31的右部接触的侧面加压单元22包括向内加压压电元件223、侧面压电元件222和与中间压电基底31的右部相接触的半球形侧面加压体221。

在该装配状态，中间压电基底31的相对侧面和底部被与主体压电基底21接合的部件覆盖。另外，中间压电基底31的每个相对侧面包括向下和向外倾斜的面。因此，中间压电基底31在六个自由度中的关于包括上、下、左和右的四个方向的移动被限制。

随着施加到剪切模式的压电元件222上的电压从0伏逐渐增长到数十伏或数百伏，剪切模式的压电元件的与其固定面相对的自由面通过沿移动体46 的剪切力被移动，该移动体46与剪切模式的压电元件的自由面紧密接触。在这种情况中，当所施加的电压瞬间下降到0伏，仅剪切模式的压电元件222 和侧面加压体221返回到其初始位置，但是移动体46因惯性定律而维持在其最后位置。当这种电压施加操作连续进行时，移动体46被线性向前移动。在相反的方向移动移动体46，只要连续进行施加从0伏至负数十伏或负数百伏的电压的操作。像这样，根据本发明的应用剪切模式的压电元件的工作台可以无限制的连续移动移动体。因此，随着移动体的长度的增大，工作台的移动的距离也增大。当电压被施加到向内加压压电元件223上时，中间压电基底31由在纵向模式下操作的向内的加压压电元件223的特性在横向方向上推。从而，主体压电基底21和中间压电基底31之间的接触力增大。

然后，当电压被施加到每个剪切模式的侧面压电元件222上时，侧面加压体221和中间压电基底31在横向方向上被移动(在图5中为向前或向后)，其中，所述剪切模式的侧面压电元件222被设置在主体压电基底21的相对侧。

随后，当施加到向内加压压电元件223上的电压被中断时，施加到中间压电基底31上的力减小。同时，当施加到侧面压电元件222上的电压也被中断，只有侧面加压体221返回到其初始位置，而中间压电基底31保持在其最后位置。因此，中间压电基底31通过压电操作方式相对于主体压电基底21移动预定的距离。

移动体46相对于中间压电基底31移动的方法将在下面进行详细说明。

关于微型工作台的安装状态，中间压电基底31的第一侧部(即，图10 中所示的左部)向上突出。中间向内加压压电元件323、中间侧面压电元件 322和半球形的中间侧面加压体321从中间压电基底31的所述第一侧部向内突出，从而在中间压电基体31的第一侧部(图10中所示的左部)上形成侧面加压单元22。

中间底部支撑部34设置在中间底座面341上，该中间底座面341形成在中间压电基底31的中部的上表面上。

移动体46被设置成使得：移动体46的左侧面与设置在中间压电基底31 的左部上的中间侧面加压单元32接触；以及移动体46的底部与中间底部支撑部34接触。

随后，另一个中间侧面加压单元32(设置在图10的右部)与中间压电基底31的右部接合(参见图10)。

与移动体46的左侧面接触的中间侧面加压单元32包括中间向内加压压电元件323、中间侧面压电元件322和与移动体46的左侧面相接触的半球形的中间侧面加压体321。

这该组合状态中，移动体46的相对侧面和底部被接合到中间压电基底 31的部件所覆盖。另外，移动体46的每个相对侧面包括向下和向外倾斜的面。因此，中间压电基底31在六个自由度中关于包括上、下、左和右的四个方向的移动被限制。

当电压被施加到与中间弹性部接触的中间向内加压压电元件323上时，由于在纵向模式下操作的中间向内加压压电元件323的特性，移动体46在横向方向上被压迫。从而，中间压电基底31和移动体46之间的接触力增大。

此后，当电压被施加到每个设置在中间压电基底31的相对侧的剪切模式的中间侧面压电元件322上时，中间侧面加压体321和移动体46在横向方向上被移动。

随后，当施加到中间向内加压压电元件323上的电压被中断，那么施加到移动体46上的力减小。同时，当施加到中间侧面压电元件322上的电压也被中断，那么只有中间侧面加压体321返回到其初始位置，而移动体46 维持在最后位置。因此，在压电操作方式下，移动体46相对于中间压电基底31移动预定的距离。

因此，被放置在移动体46上的试样或类似物可以相对于主体压电基底 21在包括X轴方向和Y轴方向的双轴方向上移动。因此，根据本发明的微型工作台100可迅速、准确和可靠地在期望的方向上移动样品。

如上文所述，本发明提供一种使用压电元件作为执行器的微型工作台。该微型工作台能够以纳米级精度可靠地操作，即使在真空环境下。

此外，本发明的微型工作台配置成能够最大限度的减小压电元件与可移动部件之间的间距，藉此该微型工作台可以被精确操作。

根据本发明的压电元件能够连续地移动可移动体，以使得微型工作台的移动距离没有限制。

因为微型工作台能够是物理稳定(physically stable)的，所以在静止状态时没有必要将电压施加在压电元件上。

进一步的，在本发明中，移动目标的移动体的每个相对侧均形成有向下和向外倾斜的面。因此，从两个侧面加压单元施加到移动体的力也向下推压移动体，因此，防止在移动体的移动时，移动体与基底之间产生间隙。

此外，在本发明中，压电元件用于移动粒子发射源，以使得粒子发射源的移动和操作可变得更为可靠。

虽然为说明的目的而公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员可以理解的是，在不背离随附的权利要求书所公开的本发明范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可能的。

Claims (6)

1.微型工作台，该微型工作台包括用于移动目标的移动体和主体压电基底，所述移动体可移动地接合所述主体压电基底，

其中，所述主体压电基底包括用于对所述移动体施压的侧面加压单元，

所述移动体的与所述主体压电基底的相应所述侧面加压单元相接触的部分具有倾斜面，

一个或多个所述侧面加压单元包括侧面加压体、侧面压电元件以及向内加压压电元件，所述侧面加压体向所述移动体施压，所述侧面压电元件与所述侧面加压体接触以移动所述移动体，所述向内加压压电元件设置在所述侧面压电元件上以朝向所述移动体施压所述侧面加压体，

与所述侧面压电元件相接触的所述向内加压压电元件以纵向模式被操作并且通过根据向所述向内加压压电元件提供电压而压迫和释放所述移动体，并且所述侧面压电元件以剪切模式被操作并且横向地移动移动体，并且

从所述主体压电基底的相对的所述侧面加压单元向所述移动体的相对侧施加压迫力，从而在倾斜方向上对所述移动体施压，使得当所述移动体移动时，所述移动体施压于所述主体压电基底上。

2.根据权利要求1所述的微型工作台，其中，该微型工作台还包括：

倾斜面引导部，该倾斜面引导部与所述移动体的一侧或每侧结合，所述倾斜面引导部形成向下和向外倾斜的面，且与所述主体压电基底的相应所述侧面加压单元接触；和/或

底部支撑部，该底部支撑部设置在所述主体压电基底的与所述移动体相接触的接触面上，所述底部支撑部支撑所述移动体的底部。

3.根据权利要求2所述的微型工作台，其中，所述底部支撑部包括：

底部加压体，该底部加压体与所述移动体的底部接触；以及

底部压电元件，该底部压电元件设置在所述底部加压体与所述主体压电基底的基座面之间。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的微型工作台，其中，所述侧面加压单元还包括：

弹性部，该弹性部朝向所述移动体施压所述侧面加压体。

5.粒子束柱，该粒子束柱包括粒子发射源和电子透镜，

其中，粒子发射源和电子透镜中的至少一个被安装在根据权利要求1-4中任意一项所述的微型工作台的所述移动体上。

6.如权利要求5所述的粒子束柱，其中，所述粒子发射源被安装到所述微型工作台的所述移动体上，以此方式使得所述粒子发射源插入或接合到所述移动体，以及

电线排布孔，该电线排布孔用于从所述粒子发射源引线，该电线排布孔形成为在所述主体压电基底上的内置通孔或侧面通孔。