DE2617312A1 - Vorrichtung zur feineinstellung - Google Patents

Vorrichtung zur feineinstellung

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DE2617312A1 DE19762617312 DE2617312A DE2617312A1 DE 2617312 A1 DE2617312 A1 DE 2617312A1 DE 19762617312 DE19762617312 DE 19762617312 DE 2617312 A DE2617312 A DE 2617312A DE 2617312 A1 DE2617312 A1 DE 2617312A1
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Description

NIPPON TJLL1G^APH AND TSISFPHON S PUBLIC CORPCSUTION,
6, 1, Uchisaiwai-cho
I-chome, Chiyoda-ku,
Tokyo, Japan
Vorrichtung zur Feineinstellung
Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zur Feineinstellung, wie sie beispielsweise verwendet wird, um ein V«rerkstück, das präzise "bearbeitet werden soll, exakt zu positionieren. Solche Vorrichtungen zum genauen Positionieren sind erforderlich, um die Stellungen einer Maske und einer Schaltplatte exakt aufeinander auszurichten. Letztere verwendet man zur Herstellung großer integrierter Schaltungen durch gleichzeitige Belichtung mit Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen oder Ionenbeschüsse, bzw. zum exakten Positionieren der Maske, um auf letzterer ein Muster zu erzeugen.
In den letzten Jahren erhöht sich die Dichte großer integrierter Schaltungen, Dies führt dazu, daß die Genauigkeit beim Aus-
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ORiGlNAL INSPECTED
Juden eines Musters auf einer Schaltplatte bis in die Größenordnung von 0,1 Micron oder darunter erhöht werden muß, und zwar' im Vergleich zur Größenordnung einiger Micron, wie sie zur Herstellung gebräuchlicher integrierter Transistorschaltungen aus-" reicht.
Eine derart hohe Arbeitsgenauigkeit läßt sich mit dem gebräuchlichen Photoätzverfahren nicht erzielen, und zwar u. a. aufgrund der Beugung oder Streuung der Belichtungsstrahlen. Dementsprechend hat man das Photoätzverfahren ersetzt durch ein abtastendes Elektronenmikroäcopsystem, das mit einem Elektronenstrahl hoher Auflösung und langer Fokaldistanz arbeitet. Allerdings benutzt man bei diesem System zum Ausbilden eines Musters auf einer Schaltplatte einen extrem feinen Elektronenstrahl. Dies bedeutet, daß die Bearbeitungszeit lang ist und daß sich ein solches System nicht für eine Ilassenproduktion eignet. D. R. Eeriott, R. J. Collier ex al. beschreiben ein Ausführungsbeispiel eines abtastenden riektronenmicroskopsystems, und zwar unter dem Titel "3BZS a Practical Electron Lithographic System", auf den Seiten 385 bis 392 in "ESEE Transaction Electron Device", Juli 1975, Vol. ED-22, No. 27« Um das erwähnte Problem zu lösen, wurde ein verbessertes Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein abtastendes Elektronenmicroskopsystem mit hoiier Arbeitsgenauigkeit dazu verwendet wird, zuerst ein 7iauptmtister herzustellen. Sodann findet eine gleichzeitige Belichtung und ein Aufbrennen (baking) eines T-Tnsters auf einer Schaltplatte statt, und zwar unter Verwendung des Hauptmusters und einer Arbeitsweise mit einem Elektronenstrahl, einem Ultraviolett-Strahl, einem Röntgenstrahl oder einem Ionenbeschuß. Auf diese Weise erhöht sich die Produktivität. Bei diesem Verfahren wird die Genauigkeit beim Ausbilden des Musters auf der Schaltplatte bestimmt durch die Genauigkeit des Mechanismus,, der zum Ausrichten der Relativstellung zwischen der Maske und der Schaltplatte dient. Hierzu muß man einen Förder-Einstellmechanismus verwenden, der eine Schrittgenauigkeit von mindestens 0,0VMicron
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oder woniger besitzt. Die Muster werden in der Re^eI mehrmals, und zwar sechs bis acht Mal, auf ein und dieselbe Schaltplatte aufgebrannt. Zieht man einen sich addierenden Fehler bei den Ausrichtoperationen in Betracht, so ist es erforderlich, die Fördergenauigkeit auf 0,03 Micron (3x10 cm) oder mehr zu erhöhen.
Bei einem Verfahren zum Bestimmen der Relativsteilung zwischen einer Maske und einer Schaltplatte bildet man gemäß Fig. 1 eine Mehrzahl von Bezugsmarken 13 und 14 jeweils auf der Maske 11 und der Schaltplatte 12 aus. Die Relativstellungen der Schaltplatte und der Maske werden sowohl in der X- und Y-Achse, alB auch in Drehrichtung (Winkel Q) durch Einstelleinrichtungen derart ausgerichtet, daß jeder Lichtstrahl oder Röntgenstrahl durch fluchtende Bezugsmarken 13 und 14 hindurchgeht. Die Lichtstrahlen werden von Lichtempfängern 16 aufgenommen, um die Einstelleinrichtung en zu steuern. Man benötigt also die Einstelleinrichtungen, zur Feineinstellung der Maske 11 oder der Schaltplatte Ί2, Auch muß '■ die Ausrichtgenauigkeit dem oben angegebenen Wert in drei Richtungen genügen.
Im FsHe der Anwendung einer gleichzeitigen Belichtung muß man den Abstand zwischen der Schaltplatte und der Maske so klein wie möglich machen und diese Elemente exakt parallel ausgerichtet halten, um soweit wie möglich eine Streuung der Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen zu begrenzen und die Aufbrenngenauigkeit des Musters zu erhöhen. Insbesondere im Falle der gleichzeitigen Röntgenstrahlbelichtung für eine Hehrzahl von Plättchen (chips) oder für die Schaltplatte sollte der Relativabstand bei einigen Micron liegen. Hinzu kommt, daß es bei der Massenfertigung schwierig ist, die Schaltplatte und die Maske exakt parallel zueinander zu halten. Der Einstellmechanismus muß also eine Feineinstellung nicht nur in Richtung der X- und Y-Achsen sowie in der Drehrichtung Q ermöglichen, sondern zusätzlich dazu audti in Richtung der Z-Achse.
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Bisher gab es keinen ^instellmechanismus, der diesen Anforderungen genügen konnte. Allerdings ist der Mechanismus nach ?ig. 2 in gewissem Ausmaße verwendbar. Ein Beispiel eines solchen Mechanismus findet sich in der DT-OS 1 772 314.
Der ~?j leiste lime chanismus nach Fig. 2 besitzt einen recht' 4nkligen Tisch 20 zum Tragen einer Schaltplattiene oder Schaltplatte 12. An vier Ecken des Tisches 20 sitzen Vorsprünge 2Ca bis 2Od zum Befestigen zylindrischer piezoelektrischer Elemente 21 bis 24. Letztere werden angetrieben, um die Bezugsmarke 14 der Schaltplatte 12 auf die Bezugsmarke 13 der Maske 11 auszurichten. Dieses Ausrichten erfolgt dadurch, daß man die Relativlage in den Richtungen X, Y und Q unter dem Einfluß eines Lichtstrahldetektors 25 einstellt. Der Einstellboreich des Mechanismus liegt bei 10 Micron, so daß man zur Vorauseinstellung der Sc;ialtplatte auf diesen Einstellbereich eine mit höchster Genauigkeit arbeitende Mikrostufe mit dem Einstellmechanismus kombinieren muß.
Werden bei diesem Einstellmechanismus die piezoelektrischen Elemente 21 und 23 in der Richtung X angetrieben, um die Schaltplatte in der Richtung X zu bewegen, so wird der Tisch 20, da er außerdem mit den piezoelektrischen Elementen in der Richtungy verbunden ist, von der mechanischen Hemmung durch diese letztgenannten Elemente beeinflußt. Es ist also extrem schwierig, die Schaltplatte 12 geradlinig in Richtung der X-Achse zu bewegen. Ähnliche Schwierigkeiten treten auch dann auf, wenn die piezoelektrischen jSlemente 23 und 24 in der Richtung γ angetrieben . '·' werden. Dies bedeutet, daß es schwierig ist, dio Schaltplatte entlang einer vorbestimmten Bahn zu positionieren. Folglich ist es nicht nur unmöglich, die Schaltplatte in die absolut korrekte ; Position zu bewegen, sondern es besteht auch keine Möglichkeit, die Bewegung der Schaltplatte auf eine nächstfolgende Stellung
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"bezüglich eines vorgewählten Punktes auszurichten. Ferner ergibt sich, daß es extrem schwierig ist, eine lageeinstellung mit einer hohen Genauigkeit in der Größenordnung von 0,1 Micron vorzunehmen. Aus dem gleichen Grunde kann der Mechanismus den Tisch 20 nicht geradlinig in jeder Richtung bewegen, um die Markierungen auf der Schaltplatte und der rTaske zu ermitteln. V.ürde man also versuchen, die Schaltplatte 12 in Schrägricatung zu bewegen, und zwar durch gleichzeitigen Antrieb in Richtung der X- und der Y-Achse, so würde die Schaltplatte entlang einer komplizierten bahn wandern, die sich nicht ohne weiteres steuern läßt, außerdem wirken unerwünschte Belastungen auf die Schaltplatte 12, den 'Tisch 20 und die piezoelektrischen Elemente 21 bis 24 ein. Im [:xtremfalle könnten die piezoelektrischen Elemente zerbrechen. Vermindert man die mechanische 'upplung zwischen den piezoelektrischen Elementen und dem Tisch 20, um eine Beschädigung der piezoelektrischen Elemente zu vermeiden, so führt dies zu einer T.okkerung in der Kupplung bzw. zu einem Totgang. Aufgrund der geringen Empfindlichkeit der zylindrischen piezoelektrischen lilemente, die bei diesem Fechanisraus Verwendung finden, mn 3 man, um ei*-ien Einstellbereich in der Größenordnung von 10 Micron zu erzielen, die Länge der zylindrischen Elemente um einige 10 cm vergrößern oder den Durchmesser auf etwa 0,3 nun verringern oder aber die Antriebsspannung der piezoelektrischen Elemente -au- erhöhen, und zwar, "bezogen auf das elektrische Feld, auf über 3C00 V/cm oder mehr. Es ist schwierig, lange und dünne piezoelektrische aienieute zu verwenden, und zwar aufgrund des vorhandenen Raumes und der mechanischen Festigkeit. Andererseits führt eine Erhöhung der Antriebsspannung dazu, daß die dem piezoelektrischen Element anhaftende Hysteresis beträchtlich wird. Dadurch wird es schwieriger, eine genauere Steuerung zu erzielen. Aus diesen Gründen war es mit dem Hechanismus nach Fig. 2 nahezu unmöglich, eine Lageeinstellung mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 Kicron zu erzielen.
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BAD ORIGINAL
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines TOinetellmechanismus, wie er in der ]?R-PS 2 178 640 "beschrieben ist. Bei diesem Mechanismus sind X- und Y-Stufen 26 und 27 bewegbar übereinander auf einer Grundplatte 25' angeordnet. Die Stufen 26 und 27 A^rerden in Richtung der X- und Y-Achse von einen nicht gezeig-» ton Motor angetrieben, ^ine Grobeinstellung erfolgt über ein Ias^r-Interferometer 28. ;'ie dargestellt, ist die X-Stufe 27 auf ■;· der X-Stufe 26 angeordnet. IJin Mikrotisch 30, d<jr von einem 31ek- ^ tromagneten 29 angetrieben wird, sitzt auf der X-3tufe 27, und swar unter Zwischenschaltung von Blattfedern 31. :;-;ine Feineinstellung der Positionierung ergibt sich durch das Kräftegleichgewicht zwischen der Anzieinmgskraft des Elektromagneten 29 und der Rückstollkraft dor Blattfedern 31.
Da jedoch das Verhältnis zwischen der Anzugskraft des Klektronagneten und dem von diesem anzuziehenden Körper, .*ämli.c>. dem lisch 30, nicht linear ist, ist bei dieser Anordnung eine Feineinstellung in Dichtung der X- und Y-Achsen ebenfalls nicht linear. Dementsprechend ist das Steuersystem zur Erzielung einer solchen l'-iinstollung extrem kompliziert. Insbesondere wenn man die Steuergeschwindigkeit anhebt, wird die Steuerung unstabil, und zv/ar aufgrund der Tatsache, daß die Steuerung nicht linear ist. ?ei der Konstruktion nach einem der Ausführungsbeispiele der genannten PR-PS 2 178 640 ist es unmöglich, die Resonanzfrequenz hoch zu wählen. Hinzu kommt, daß die Bewegung des Mechanismus unstabil ist, da eine übereinander gebaute Konstruktion zur Αη-v/endung kommt. Auch bei dieser Konstruktion ist eine gegenseitige beeinflussung zwischen den Antriebskräften in den jeweiligen Richtungen unvermeidbar. Zwar kann man einen derartigen Mechanismus dazu verwenden, ein !luster von geringer Dichte auszubilden, jedoch kann der Mechanismus nicht dazu dienen, zur Steigerung der Produktivität das Ausrichten der Stellungen von Maske und Schaltplatte mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit durchzuführen.
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BAD ORIGINAL
Kan kann den Abstand zwischen dem Elektromagneten und den von diesem anzuziehenden Körper dazu verwenden, lediglich im linearen Eereich der SteuercharakteriBtik zu arbeiten, um diejenigen Probleme zu vermeiden, die sich aus der nichtlinearen Charakteristik ergeben. Da jedoch die Anzugskraft mit dem Quadrat des Abstandes abnimmt, muß man die Größe des Elektromagneten erhöhen oder den durch den Elektromagneten fließenden Strom ansteigen lassen. Dadurch wächst natürlich die Größe der Vorrichtung.
Ein I'echanismus, der mit einem Elektromagneten odor mit einem elektromagnetischen Wandler arbeitet, besitzt einen großen magnetischen Verlust und kann keine exakte Steuerung mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 Micron erzielen, und zwar aufgrund der mechanischen oder elektrischen Beeinflussung zv/ischen den Ivandlern für die jeweiligen Achsen. Insbesondere dann, wenn eine Vibration aufgebracht wird, um die Markierungen in dem mit gleichzeitiger "Belichtung arbeitendem System zu ermitxeln, ist es extrem schwierig, die Relativstellung zwischen der Ilaske und der Schaltplatte auszurichten, sofern eine gegenseitige Beeinflussung aufgrund des magnetischen Verlustes vorhanden ist.
Um den Effekt des magnetischen Verlustes zu eleminieren, muß man die Wandler ausreichend weit voneinander trennen, damit zwischen ihnen keine gegenseitige Beeinflussung auftreten kann. Dadurch steigt die Größe des Mechanismus an.
Kan kann magnetostriktieve oder elektrostriktieve elektromechanische V/andler verwenden, um die mit elektromagnetischen V/andlern verbundenen Probleme zu vermelden. Die erstgenannten V/andler eignen sich jedoch nicht dazu, die Lageeinstellung mit hoher Genauigkeit durchzuführen, und zwar aufgrund ihrer geringen Empfindlichkeit, Mit den letztgenannten Wandlern sind Probleme verbunden, die ähnlich denen des Mechanismus nach Pig, 2 sind. Auch dies schließt ihre Verwendung aus.
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BAD ORIGINAL
Selbst wenn man die bekanntem, oben beschriebenen Mechanismen alB reine Förder-Sieuerung verwendet und die Förderebene auf eine einzige rfbene begrenzt, die die X- und Ϊ-Achsen sowie den Winkel β enthält, besteht keine Möglichkeit, mtt einer Genauigkeit von weniger als 0,1 Micron und mit hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten. Auch ist e3 fast unmöglich, eine Vibration ansuwenr^n, um die Lageausrichtung der Schaltplatte und der Maske korrekt zu 'bestimmen. Selbst wenn man davon ausgeht, daß eine Feineinstellung mit den bekannten Mechanismen möglich ist (v/obei die nachteilige Verminderung der Genauigkeit vernachlässigt wird), so liegt der mögliche ^instellbereich dieser Mechanismen bei etwa 5 Micron. Hinzu kommt, daß eine mit hoher Genauigkeit arbeitende I.ikrostufe erforderlich ist, um eine Voreinstellung auf diesen :5ereich durchzuführen. Dies erfordert nicht nur einen großen und kostenaufwändigen Hechanismus, sondern setzt auch eine vielstufige Steuerung voraus. Dadurch werden die Kosten des Mechanismus weiter erhöht. Ein solcher Mechanismus kann niemals dann Verwendung finden, w&nn extrem hohe Genauigkeiten nicht nur in den X-Y und ©-Richtungen, sondern auch in Richtung der Z-kchse erfor- '■ derlich sind, wie es bei der gleichzeitigen Belichtung mit Röntgenstrahlen der Fall ist. . !;
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Feineinstellung der Lage eines Objektes zu schaffen, die mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit arbeitet und sich für die Massenfertigung eignet. Dabei soll die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Antrieben für die jeweiligen Richtungen und für eine Drehbewegung vermieden werden. 6'ine extrem genaue Einstellung soll lediglich in der gewünschten Richtung stattfinden. Auch soll die mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit erfolgende Einstellung nicht von einer Hysteresis begleitet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Feineinstellen soll mit hoher Genauigkeit die Neigung des Objektes bezüglich der X-, Y- und Z-Achsen "bewirken sowie ferner die Winkeldrehung in der
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X-Y-Ebene "bezüglich der Z-Achse. Dabei soll es sich tun eine relativ kompakte konstruktion handeln. Der Effekt dos Karrnetflosses soll vormieden werden, der auf die Werkstücke einwirkt, welche auf den jeweiligen Stufen angeordnet sind. Die Vorrichtung soll so ausgebildet sein, daß keine Nebenvibrationon an den jeweiligen Stufen auftreten, wenn letztere mit hohen Geschwindigkeiten bewegt oder schnellen Vibrationen unterworfen werden. Die Vorrichtung soll eine Antriebsquelle besitzen, die das Werkstück nicht in anderen Richtungen bewegt, wenn es gedroht wird.
Ferner soll bei der Vorrichtung nach der Erfindung die gegenseitige Kopplung zwischen den Antriebsquellen vermieden werden, welche zur Einstellung der Neigung des Werkstückes dienen. Die Bewegung einer Stufe soll ermittelt und korrigiert werden, wenn ein von der Stufe getragenes Werkstück bearbeitet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll geeignet sein sur Durchführung einer gleichzeitigen Belichtung (concurrent exposure), wie man sie anwendet, um große integrierte Schaltungen, herzu-. stellen.
Schließlich soll die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung in der Lage sein, ein ausreichend hohes Maß an Genauigkeit mit einer rückführungslosen Steuerung zu erzielen.
Nach der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Feineinstellung ge« schaffen, die gekennzeichnet ist durch einen stationären nahmen; durch erste und zweite bewegbare Stufen, die jeweils entlang ersten und zweiten, sich in einer T3bene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine Mehrzahl von dynamischen., elektromechanischen V/andlern, die auf jeweiligen axialen "nden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch ein erstes elastisches Eial te element zum Tragen der ersten, in Richtung der ersten Achse bewegbaren Stufe auf dem stationären Rahmen; durch, ein auf der ersten Stufe angeordnetes zweites elastisches Halteelement zum
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Tragen der zweiten, in Richtung der zweiten Achse bewegbaren Stufe: und durch eine Einrichtung auf der zweiten Stufe zum Tragen eines einzustellenden Objektes.
Ferner ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feineinstellung gekennzeichnet durch ein Paar von ringförmigen stationären Rahmen; durch erste und zweite "bewegbare Stufen, die jeweils entlang ersten und zweiten, sich in einer Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine Mehrzahl von dynamischen, elektromechanischen Viandlern, die auf jeweiligen axialen rhiden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch erste und zweite Paare von ringförmigen elastischen Halteelementen zum f?rn=;en jeweils der ersten und zweiten bewegbaren Stufen; wobei die erston und zweiten Paare von ringfö'naiven elastischen Halteol-jraenten. jeweils mit öffnungen versehen sind; wobei die erste bewegbare Stufe an den Rändern der öffnungen des ersten Paares der ringförmigen elasti· 'sehen Ralteelemente befestigt ist; wobei die Außenkanten dos ersten Paares der ringförmigen elastischen Halteelemente jeweils an den stationären Rahmen befestigt sind; wobei die zweite bewegbare Stufe ?n den Rändern der öffnungen des zweiten Paares der ringförmigen elastischen Halteelemente befestigt ist; und wobei die Außenkanten des zweiten Paares der ringförmige;! elastischen Halteelemente an der ersten bewegbaren Stufe befestigt sind; und durch eine auf der zweiten bewegbaren Stufe befestigte Plattform zum Tragen eines einzustellenden Objektes.
ferner ist eine erfindungsgeraäße Vorrichtung zur Feineinstellung gekennzeichnet durch, einen stationären Rahmen; durch erste und zweite bewegbare Stufen, die jeweils entlang ersten und zweiten, sich in einer Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine 1-Tohrzs.hl von dynamischen, elektromechanischen Wandlern, die auf zugehörigen Stufen angeordnet sind: durch ein erstes elastisches Halteelement zum Tragen der ersten, in Richtung der ersten bewagbaren Stufe auf dem stationären Rahmen; durch ein auf der ersten Stufe angeordnetes zweites elastisches Falteelement zum Tragen der zweiten, in Richtung der zweiten Achse bewegbaren Stufe; durch eine auf der zweiten bewegbaren
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Stufe angeordnete Tragsäule, die sich in Richtung einer dritten Achse senkrecht sum Schnittpunkt der ersten und zweiten Achsen erstreckt; durch einen drehbar auf der Tragsäule angeordneten Umlaufkörper; durch eine Mehrzahl "von elektromechanischen Biegewandlern, die zum Drehen des Umlaufkörpers zwischr-vi diesem und der Tragsäule angeordnet sind; und durch eine auf dem Umlaufkör- · per angeordnete Plattform zum Tragen eines einzustellenden Ot- · jektes.
Die Erfindung schafft außerdem eine Vorrichtung 151Ur P .-ineinstellung, die gekennzeichnet ist durch einen stationären Rahmen; durch erste und zweite "bewegbare Stufen, die jeweils entlang ersten und zweiten, sich in einer Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine Hehrzahl von dynamischen, elektromechanischen T,fandlern, die auf jeweiligen axialen "-;nden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch ein erstoc, elastisches EaI-teelement zum Tragen der ersten, in Richtung der ersten Achse bewegbaren Stufe auf dem stationären "lahmen; durch ein auf der ersten Stufe angeordnetes zweites elastisches Jii.lV.-eloraent zum Tragen der zweiten, in Richtung der zweiten AcIice bewegteren Stufe; durch eine !"ehrzahl von elektromechaniBChen ^le^ewandlern, die mit einem -Onde an der zweiten bewegbaren Stufe befestigt sind, um sich radial zu einer dritten Achse zu erstrecken, welc'ne senkrecht zum Schnittpunkt der ersten und zweiten Achsen verläuft, wobei diese Biegewandler um die dritte Achse biegbar sind; und durch eine von den anderen Enden der elektromechanischen Biegewandler getragene Einrichtung zum Tragen eines einzustellenden Objektes.
Schließlich ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feineinstellung gekennzeichnet durch einen stationären Rahmen; durch ,erste und zweite bewegbare Stufen, die jeweils entlang ersten und zweiten, sich in einer Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine Mehrzahl von dynamischen, elektro-
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mechanischen Wandlern, die auf jeweiligen axialen Enden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch ein erstes elastisches HaI-teelement auf dem stationären Rahmen zum Tragen der ersten, in ,Richtung der ersten Achse bewegbaren Stufe; durch ein auf der ersten Stufe angeordnetes zweites elastisches Halteelement sum Tragen der zweiten, in Richtung der zweiten Achse bewegbaren Stufe; durch eine auf der zweiten bewegbaren Stufe angeordnete Tragsäule, die sich in Richtung einer dritten Achse senkrecht rum Schnittpunkt der ersten und zweiten Achsen erstreckt; dxirch einen drehbar auf der Tragsäule angeordneten Umlaufkörper; durch erste elektromechanische Eiegewandler, die zum Drehen des. üralaufkörpers zwischen diesem und der Tragsäule angeordnet sind; durch eine Mehrzahl zweiter elektromechanischer Biegewandler, die an dem Umlaufkörper befestigt sind, um sich radial zu df;r Tragsäule zu erstrecken, wobei die zweiten elektromechanischen 3Iegewar-dler um die dritte Achse biegbar sind; und durch eine von den elektromechanischen "Biegewandlern getragene Einrichtung z'im Tragen eines einzustellenden Objektes.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung-, Die Zeichnung ■ zeigt in:
Fig. 1 in perspektivischer Ansicht das Prinzip der Lageausrichtung einer Schaltplatte und einer Maske;
Fig. 2 einen Grundriß eines Ausführungsbeispiels einer bekannten iOinstellvorrichtung;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer bekannten Einstellvorrichtung;
Fig. 4 einen zum Teil geschnittenen Grundriß einer erfindungs gemäßen Einstellvorrichtung;
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Pig. 4A ein Diagramm für das Verhältnis zwischen de" X-, Y- und Z-Achsen "bezüglich der verschiedenen Einzelteile der Vor-» richtung;
Pig. 5 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Έχ'% 4 entlang der Linie V-V und zwar unter Einschluß eines Kechanismus zum Ausrichten der Lage einer Schaltplatte und einer Maske;
Fig. β einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Pig. 4 entlang der Linie VI-VI, ebenfalls unter Einschluß eines Mechanismus zum Ausrichten der Stellung der Schaltplatte und der Maske;
Pig. 7 einen Längsschnitt durch eine Werkstück-Tragplatte und einen Umlaufkörper entsprechend den Figuren 4 Ms 6;
Pig. 8 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach 7ig. 7 entlang der Linie VHI-VIII;
Pig. 9 einen Grundriß der Werkstück-Tragplatte; *
Pig. 1OA einen Grundriß einer Ausführungsform für die Konstruktion eines elektrostriktieven Elementes gemäß I1Ig. 7;
Pig. 1OB eine Seitenansicht des elektrostriktieven Elementes gemäß Pig. 1OA;
Pig. 11 in vergrößertem Kaßstab einen Schnitt durch eine Maskenannäherungsvorrichtung zur Verwendung für die aus Maske und Schaltplatte bestehende Kombination nach Pig. 5 und 6;
Fig. 12 ein Blockdiagramm für das Antriebssystem der Sinstell- : vorrichtung nach den vorausgehenden Figuren.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die Vorrichtung zur Einstellung der lage einer Kalbleiter-Schaltplatte, wie sie' für große integrierte Schaltungen Verwendung findet. Auch -umfaßt die Beschreibung den Mechanismus und die elektriEChe Schaltung zur gleichzeitigen Belichtung der Schaltplatte unter Verwendung einer Maske.
Fig. 10 zeigt einen vorwiegend geschnittenen Grundriß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Peineinstellung, wobei eine Ilaskenannäherungsvorrichtung abgenommen ist.
Zum leichteren Verständnis der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren 4» 5 und 6 die Hauptelemente nacheinander beschrieben.
Stationärer Rahmen
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt der stationäre Teil der Vorrichtung zwei ringförmige stationäre Rahmen 51 und 52 aus nichtmagnetischem Material. Diese Rahmen sind unter Einschluß eines definierten Zwischenabstandes und entlang einer Achse, bei-'spielsweise entlang der X-Achse, auf einer nicht dargestellten, stationären Platte angeordnet. Die Richtung der jeweiligen Achsen wurde so gewählt, wie es in Fig. 4A angegeben ist.
lußeres, in Richtung der X-Achse bewegbares Gehäuse
Ein äußeres Gehäuse 55» das im folgenden als X-Stufe bezeichnet wird, ist in Richtung der X-Achse bewegbar und besitzt die Form eines im wesentlichen rechteckigen Kastens, Der Kasten sitzt zwischen den ringförmigen stationären Rahmen 51 und 52 auf der X-Achse,
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Das Gehäuse 55 liegt in gleichem Abstand zu den ringförmigen Rahmen 51 und 52. Die einander gegenüberliegenden 'Inden der X-Stufe 55 sind geschlossen. An den Außenwänden der X-Stufe sind die Innenränder von ringförmigen elastischen Halteelementen 57 und 58 (ringförmigen Vibrationsmembranen) befestigt. THe Au3enränder dieser PIaI te elemente sind über dem gesamten Umfang an den Innenwänden der stationären Rahmen 51 und 52 festgelegt. 7->IgIich ist die X-Stufe 55 über die ringförmigen Vibrationsmonbrar.en an den Rahmen 51 und 52 aufgehängt. Die Kembranen bestthon aus nichtmagnetischem Material, wie etwa metallischem Titan, 18-S rostfreiem Stahl mit einen kleinen linearen Dehnungskoeffizienten, ei-iwn hohen γ oungs-JIodul, einer hohen Zugfestigkeit, einer hohen Fließgreiize und einer extrem hohen Biegefestigkeit. r:s sei darauf hingewiesen, daß die X-Stufe ihrer Konstruktion nach eine ausreichende 3?estigkeit besitzt, um als absolut starrer Körper in Richtung der X-Achse zu wirken, wenn sie na,ch Art eines .Tolbens entlang der .X-Achse bewegt wird, wie es im folgenden noch beschrieben werden soll. Ringförmige Metallrahmen 59 und 60 liegen, koaxial zu beiden Enden der X-Stufe in Richtung der X-Achse. Verschiedene Spulen, die später noch beschrieben werden, sind um die Me-•tallrahmen 59 und 60 gewickelt.
In einzelnen ist auf den Metallrahmen 59 eine Antriebsspule 62 ,gewickelt, die einen Teil eines dynamischen, elektromechanischen V.'andlers 61 bildet, welcher eine 0-Frequenz entlang der X-Achse liefert.
Außerhalb und neben der Antriebsspule 62 ist eine Ilessspule 63 für die X-Geschwindigkeit angeordnet. letztere ist die Fördergeschwindigkeit in Richtung der X-Achse. Vorzugsweise sieht man einen nicht dargestellten Spalt im Metallrahmen 59 vor, um einen Sekundärstrom zu vermeiden, der im Hetallrahmen 59 bei dessen Bewegung induziert wird und die Ausgangsspannung der Geschwin-.digkeits-Messspule 63 beeinflußt.
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2'usätzlich KU der oben beschriebenen Antriohnspuic 62 l.-orritst der dynamische elektromechanisch^ V,;andler 61 ο in kappen.! ormi ~t-s Element 67 mit einer kreisförmigen üffmmg 65 und einem inneren Kohlraum 66. i-;in inneres Polelement 68 sitzt innerhalb der kreisförmigen uffnung 65 und bildet einen vorbestimmtun Abstand mit dieser. Ferner liegt ein zylindrischer Permanentmagnet 69 zwischen dem äußeren Polelement 67 und dem inneren Polelcnier.t 63, und zwar koaxial zum inneren Polelement 68 und auf der X-Achse. Diese Elemente liefen koaxial zur X-3tufe 55 und bilden einen Hingspalt zwischen der Innenwand der Öffnung 65 und den inneren Polelement 68. In diesem Ringspalt sitzt der Metallrahmen 69, der die Antriebs spule 62 trägt, und zwar in frei bewegbarer Anordnung. '-Ave '-'ompensationsspule 70 mit im wesentlichen d":n gleichen Pederkoeifisienten ict auf der Polfläc'ie dOv^ inr.eren ?olelerientes 63 angeordnet, und zvi&x an einer Stelle, die der !'essc^ule 63 für die X-Geco'-:v;indi£:keit gegenüberliegt. Die Spulen 63 und 70 sind entgegengesetzt geschaltet. i-Ian kann also ceu Ac-f-.l i ir. der G-eßchwindirkeits-IIeßgenauigkeit verhindern, dor το:ι der in der Geschwindiglceits-I-Ießspule 63 induzierten Spannur.'j !•.ervor-rc-rufen wird, wonn der Antriebsstrom, der durch die Antriebsspule 62 für de:i O-Freauenn-Vorschub in Richtung der X-Achse fliei3t, "bei einer Zunahme der Steuergecchwindigkeit variiert.
Durch die inneren und äußeren Polelemonte 68 bzv,r, 67 und durch den Permanentmagneten 69 erstreckt sich in Richtung der X-Achse eine durchgehende ^if'iung 71. Durch diese Cffrair.g geht ein Aischlußelement 73a hindurch, v/elches eine "Elektrode 73 in einem Raum zwischen dem inneren Elektrodenelem°nt 63 und der X-3tufe trägt. Der Zv,reck dieser JJlektrode 73 liegt darin, die Veränderung in der elektrostatischen Kapazität zu messen, die durch eine Bewegung der X-Stufe in Richtung der X-Achse hervorgerufen wird, um auf diese V/eise eine geringfügige Verschiebung der X-Stufe entlang der X-Achse festzustellen.
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Um den Metallrahmen 60 ist eine Antriebsspule 75 gewickelt. Diese Antriebsspule 75 bildet einen Teil eines dynamischen elektromechanischen Wandlers 74 zum Überlagern einer Vibration in Richtung der X-Achse auf die Vibration der X-Stufe. Außen und neben der Antriebsspule 75 ist eine Dämpfungsspule 76 angeordnet, um flüchtige Vibrationen (transient vibrations) zu vermelden t die zum Zeitpunkt einer äußeren Störung oder Steuerung a\.if~rcte-i. Ιάο lämpfungsspule 76 ist über einen äußeren Kreis kurzgeschlossen oder über einen äußeren Steuerkreis mit der Meßspule 63 für die X-Geschwindigkeit verbunden. Zum Aufbringen einer wirksamen Dämpfung auf den Metallrahmen 60 ist, abweichend vom Metallrahmen 59» kein Schlitz vorhanden.
Zusätzlich zu der Antriebsspule 75 besitzt der dynamische elektromechanisch^ Viandler 74 ein kappenförmiges äußeren Polelement 79 mit einer kreisförmigen öffnung 77 und einem inneren Hohlraum 78. j In der Öffnung 77 ist ein inneres Polelement 80 \ngeordnet, und ! zwa.r unter Bildung eines definierten Luftspaltes. i)in zylindrischer Permanentnagnet 81 sitzt zwischen dem innerem und den äußeren * Polelement 80 bzw. 79, und zwar koaxial zum inneren Pololemont. Diese Bauteile liegen koaxial zur X-Stufe 55. Der Hetallrahmen 60, der die Antriebsspule 75 trägt, ist bewegbar in dom luftspalt zwischen der Innenwand der öffnung 77 und dem inneren Polelement 80 angeordnet. Kine Durchgangsöffnung 83 erstreckt sich in richtung der X-Achse durch das innere und das äußere Polelement sowie durch den Permanentmagneten und nimmt ein Auschlußelem^nt 84 auf. Letzteres trägt eine T-förmige Elektrode 83 in den Raum zwiseilen der X-Stufe und einer Stirnplatt» 85. Das Anschlußelemcnt der Elektrode 88 geht durch eine Öffnung 86 in der Stirnplatte 85 hindurch und ist mit dem Anschlußelement 84 verbunden. Die Elektrode 83 dient dazu, geringfügige Verschiebungen einer noch zu beschreibenden Y-Stufe in Abhängigkeit von der Veränderung der elektrostatischen-Kapazität zu messen, welche sich ergibt, wenn die Y-Stufo bewegt wird. Gemäß Pig, 4 ist die Elektrode 83 in Richtung der Yr-Achse gegen den gegenüber liegenden Teil der Y-Stufe versetzt, um eine genaue Bestimmung geringfügiger
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Verschiebungen in Richtung der Y-Ach3e festzustellen, wie es sich noch aus dor weiteren Beschreibung ergeben soll«
JluSeres, in Richtung der Y-Achse bewegbares Gehäuse = 3=s=sss====s===: SS=SSS=S=SSssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssiss ss=s
As ist ein äußeres, in Richtung der Y-Achse bewegbares Gehäuse 90 vorgesehen, das im folgenden als Y-3tufe bezeichnet wird, "'s besitzt eine im wesentlichen zylindrische Form. An den einander gegenüberliegenden Stirnplatten der Y-ütufe sind dLo Tnnenränder ringförmiger elastischer Halteelemente oder ringförmiger Vibrationsmembranen 91 und 92 befestigt. Deren Außenkanten sind an der X-Stufe 55 festgelegt. Genauer gesagt sind die Seitenv,rän.de der sich in Richtung der X-Achse erstreckenden X-Stufe mit öffnungen 93 und 94 versehen, deren Durchmesser größer als der Aussendurchmesser der Y-Stufe 9('v ist. Die äußeren ITrafp-nr-p^änder der ■Vibrationsmembranen 91 und 92 sind an den Rändern der öffnungen 93 und 94 Gefestigt. Demnach wird also die Y-Stufe 90 an der X-Stufe 55 aufgehängt. Die Vibrationsmembranen 91 und 92 bestehen aus dem gleichen Material wie die Vibrationsmembranen 57 und 53, welche zum Aufhängen der X-Stufe 55 dienen. Jedooh ist die Dicke der Vibrations-IIembranen 91 und 92 derart gewählt, daß ihre Biegesteifigkeit um eine Größenordnung unter der der Yibrationsmeinbranen 57 und 53 liegt.
Ringförmige I-'embranen 96 und 97 stehen in Richtung der Y-Achse konzentrisch von gegenüberliegenden Enden der Y-Stufe 90 ab. Sie tragen eine Kehrzahl von noch zu beschreibenden Spulen.
Auf den Metallrahmen 96 ist eine Antriebsopule 100 gewickelt, ; die einen Teil eines dynamischen elektromechanischen 7/andlers 99 bildet, wobei letzterer zur Erzeugung eines O-Frequenz-Vorschubs in Richtung der Y-Achse dient. Außen neben der Antriebsspule 100 ist eine I-Ießspule 101 für die Y-Geschwindigkeit gewickelt die also die Vorschubgeschwindigkeit in Richtung der
Y-Achse feststellt. Die auf den Metallrahmen 96 gewickelten. Spulen entsprechen also in ihrer Anordnung und Funktion den Spulen, die auf dem Metallrahmen 59 der X-Stufc 55 sitzen. /hnlich dem elektromechanischen Wandler 61 der X-Stufi; 55, umfaßt der dynamische elektromechanisch^ Wandler 99 ein äußeres Polelement 103, ein inneres Polelement 104 und einen Permanentmagneten 105. Insgesamt entspricht die 7i->nstruktion der dec Wandlers 61. ,Der Metallrahmen 96 sitzt bewegbar in einem Luftspalt i>)6 zwischen dem inneren und dem äußeren Polelement 104 bzw. 1n3. lirr.e λ'ηπ-pensationsspule 107, die im wesentlichen den gleiche ',iraftkoeffizienten wie die Meßspule 101 für die Y-G-eschwindlrkeit aufweist, ist um das innere Polelement 104 gewickelt, und swax an einer Stelle, die der Heß spule 101 für die Y-G-eschwindigkeit gegenüberliegt. Die Spulen 107 und 101 sind außerhalb der Torrichtung entgegengesetzt gestaltet,
Eine Durchgangsöffnung 108 führt durch das innere und das äußere Polelement 104 bzw. 103 sowie durch den Permanen ta-?, «met en 1G5t und zwar in Richtung der Y-Achse. Die Öffnung nimmt ein Ansc'-rlußelernent 108a auf, welches über einen Bleidraht 10So mit einer T-f(innigen Elektrode 109 verbunden ist. Letztere sitst i:i der Y-Stufe 90. IUe Elektrode 109 dient zum !lessen des " etrares einer Winke!verschiebung eines noch zu beschreibenden Jmlaufk':rpers, u:id zv;ar hervorgerufen durch, die \reränderurAg in der elektrostatischen Kapazität, die auftritt, wenn sich der imlaufk'Jrper dreht.
Eine Antriolcpule 112, die einen ^eil eines dyie.-iis \e~\ elektromechanisch on Wandlers 111 bildet, ist um rien Ketallra-imen 9V gewickelt. Dor Wandler 111 dient dazu, eine Vibration in "J.icituag d;r,*r Y-Achse auf die Vibration der Y-Stufe 90 zu überlagern, un die Markierungen auf der Schaltplatte und der liaske festzustellen. Line Dämpf ungsspule 113 ist vorgesehen, um flüchtige Vibrationen zu vermeiden, die zum Zeitpunkt einer äußeren Störung oder Steuerung auftreten. Die Dämpf ungsspule ist neben der Antriebs-
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spule 112 gewickelt, ähnlich der Dämp fun/τ ss pule 76 des :74 ist die DämpfungGspule 113 über einen äußeren Kreis kurzge- : schlossen oder ü"ber einen nicht gezeigton Π teuerkreis mit der Keß- j opule 101 für die Y-Geschwindigkeit verbunden. Die Spulen 112 und 113 sind auf dem Umfang des Ketallrahmens 97 in der gleichen V.'eise angeordnet wie die Spulen auf dem Iletallrahmen 60. Auch stimmen sie in ihrer Arbeitsweise mit letzteren überein.
Da die übrigen Bestandteile des dynamischen elektromechanischen Wandlers 111 denen des V<randlers 99 entsprechen, werden für diese Teile die gleichen Bezugszeichen wie für die entsprechenden Teile des Wandlers 99 verwendet, jedoch mit einem £ußatr; "s". Die Elektroden 109 und 109s sind symmetrisch bezüglich der Mittellinie des ITmlGufkörpers 120 gemäß Pig. 4 angeordnet u:id elektrisch derart ,Tcschaltet, da.3 sich ihre Ausgänge addieren.
Line ehene Platte 115 ist parallel zur X-Achse in der I-'itte der Y-Stufe 9° angeordnet, und zwar in der Y-Achse oder in dertn Mähe. Der Abschnitt der Stufe direkt oberhalb der e'oene-a Platte 'ist entfernt, um die Öffnung 94 zu bilden. Ferner ist eine Metallplatte 116 über Arme 117 und 118 derart an der Y-Stufe 90 befestigt, dai3 sie der von der X-Stufe 55 getragenen Elektrode gegenüber liegt.
Um die Z-Achse drehbarer Umlaufkörper
Der Umlaufkörper 120 sitzt auf einer vertikalen Tragsäule 121 (Fig. 5) in der Hitte der ebenen Platte 115, wobei sich diese Tragsäule in Richtung der Z-Achse senkrecht zu den X- und Y-Achsen erstreckt. Fig. 7 und 8 zeigen die Einzelheiten des Um-· laufkörperc 12Γ. Demnach stehen vier Sätze von elektromechanischen Biegewandlern 126 bis 129 radial von der Tragsäule 121 ab, wobei sie gleiche Winkelabstände zwischen sich einschließen. Jeder Wandlersatz besteht aus drei bimorphen. elektrostriktieven
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Elementen 123, 124 und 125, die gleichmäßig entlang der Z-Achse verteilt sind. Die Außenenden der Wandler 126 bis 129 sind an der Innenwand eines Zylinders 130 befestigt. Jedes biraorphe elektrostriktieve Element besitzt eine Konstruktion, wio sie in den Figuren 1OA und 1OB dargestellt ist. Ss besteht also aus zwei übereinander liegenden rechtwinkligen Platten 131a und 131b aus ferroelektrostriktievem Material, wie etwa aus Zirkonium-Titar.atblei. Ferner sind an den einander gegenüberliegenden Flächen der rechtwinkligen Platten 131a und 131b Elektroden 132a, 132b und 132c angeordnet, um Polarisierungs- und Antriebsspannungen anzulegen. Jeder Wandler besteht deshalb aus vier in axialem A/batand ange-•ordneten eloktrostriktieven 7· leinen ten, v/'.ll man längliche Elemente verwenden will, die sich in Drehrichtung biegen können, um ein gleichförmiges Drehmoment auf den Umlaufkörper in Richtung nach oben und nach unten aufzubringen und um das Gesantdrehmoment zu erhöhen, i'an kann drei odor vier oder mehr elektrostriktieve iülemente verwenden. Beim Ausführungsbeispiel sind vier Wandler in. ftadia-lrichtung angeordnet, um ein höheres Drehmoment als lediglich mit einem einsigen Wandler zu erzeugen und um einen stabilen Betrieb sicherzustellen, indem man Drehmomente in der gleichen Richtung hervorruft, d. h., in Umfangsrichtung. Vier elastische Versteifungsplatten 134 bis 137 sind unter gleichem Abstand in Radialrichtung zwischen der !ragsllule 121 und den zylindrischen Körper 130 angeordnet, um das Drehverhalten bzw. die Drehlage des zylindrischen Körpers sicherzustellen. Diese elastischen Platten liegen zwischen benachbarten Wandlern. Die elastischen Platten 134 bis 137 bestehen aus einem Material mit ähnlichen Eigenschaften wie die ringförmigen Vibrationsmembranen und 3ind so konstruiert, daß sie die Hysteresiseigenschaften der Wandler 126 bis 129 kompensieren, nicht jedoch deren Resonansfrequeiz vermindern und keine längsgerichtete Kraft (Schwerkraft) auf die Wandler ausüben, also die Wandler nicht verspannen. Die Biegewandler 126 bis 129 sind so .angeordnet, daß sie sich in der gleichen Richtung durchbiegen, wenn sie mit einer Antriebsspannung versorgt werden. Eine derartige Konstruktion "bietet ohne weiteres die Hög-
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lichkeit, eine V.'inkelversetzung in der Größenordnung von 10 Hier on hervorzurufen.
Man verwendet mindestens vier Biegewandler 126 bis 129 und nindestens vier elastische Yersteifungsplatten 134 bis 137, um eine Ausfluchtung mit dem Verschiebeachsen der X- und Y-Stufen 55 bzw« 90 zu erzielen, d. h,, mit den X-, Y- und Z-Achscn. 3ei einer solchen Konstruktion kommt es nicht zu einer Verschiebung oder Verformung des zylindrischen Körpers 130, wenn die Tragsäule 121 gegen die X-Stufe 55 oder Y-Stufe 90 bewegt wird, fo daß die Drehachse des zylindrischen Körpers 130 exakt der Bewerbung der Y-Stufe folgen kann. I-3an bildet den zylindrischen Körper 13^ so lang wie möglich aus, so daß seine obere Fische mit dor gewünschten Genauigkeit in der Horizontalen umläuft, wenn die Antriebsspannt-Jig an die Wandler 126 bis 129 angelegt wird, um letztere durchzubiegen. Um die Verlängerung und Zusammenziehung der Wandler 12β bis 129 in Richtung der Z-Achse zu vermindern, ordnet man entsprechende elektrostriktieve Elemente der jewailigen V/an dl or an. Aus dem gleichen (!runde wählt man die Breite der elastischen Versteifungsplatten 134 bis 137 gleich der axialen Länge des zylindrischen Körpers 130,
Platte zum Befestigen eines Werkstückes und Binstellmechanismus für dessen neigung
Die Konstruktion einer Platte 140 zum Befestigen eines Werkstükkes geht im einzelnen aus den Figuren 7, 8 und 9 hervor. Die obere Xante des zylindrischen Körpers 130 des Umlaufkörpers 120 trägt drei aufrechte Vorsprünge 141» 142 und 143 zum Halten eines Ringes 145. letzterer ist mit nach innen ragenden elastischen Stabilisierungsplatten 146, 147 und 180 versehen, welche.die Platte 140 tragen.
lektrostriktieve Biegewandler 150, 151 und 152 sind mit ihren
einen Enden an den zugehörigen Vorsprtingon 140, 142 tind 143 "befestigt, wobei die Hlektrodcnflachen horizontal f;clialtcr: worden, um die Höhe in Richtung der Z-Achse sowie die Neigung einzustellen. Jeder Y/andler "besteht aus einem Paar von elektrosiriktieve.i Elementen, die in horizontaler Ebene zusammengesetzt sind. Die anderen Enden der Wandler sind an Ansätzen 153, 1 54 und 155 befestigt, welche von der unteren Fläche der Platt« 140 nach unten ragen. Jeder Ansatz besitzt eine hohe Steifigkeit in vertikaler Richtung bzw. in Richtung der Z-Achse, jedoch eine relativ geringe Steifigkeit in horizontaler Richtung. Mastische Segmente 157, 153 und 159 sind mit ihren einen Seiten an einer Sivite oinerj zugehörigen Ansatzes befestigt. Starre Zapfen 160, 161 und 162 sind jeweils an den anderen Seiten zugehöriger elastischer Segmente festgelegt. Die unteren 7'Tnden der Zapfen 160, 161 und 152 sind mit runden elastischen rJlementen 167, 168 und 169 in Ausnehmungen 163, 164 und 165 der oberen Fläche der Tragsäule 121 souie mit starren Zylindern 170, 171 und 172 verbunden, wobei letztere in d(;n Ausnehmungen der zugehörigen elastischen ^lom.eite 167, 1 68 und 169 litzen. Die unteren JOnden der Zylinder '''C, 17* u-:d 1^2 sind an elastischen Sitzen 173, 174 und 175 ( vo.i deien lediglich der Sits 173 gezeigt ist) befestigt, wobei die Sitse mit den Innenwänden der Ausnehmungen 176, 177 und 178 (lediglich die Ausnehmung 176 ist dargestellt) in der oberen Fläche dar Tragsäule 121 verbunden sind.
Die elastischen Elemente 167 bis 169, 173 bis 175 und die elastische:! Segmente 157 bis 159 bilden ein elastischer. Auflr.rer für die das '„''.-rkstück tragende Platte 140. Das Auflager dient da^u, ungleiche rolastungcn zwischen den drei Sätzen der Biegewandler 150, 151 und 152 zu absorbieren. Letztere treten auf, wenn die ITeigung der Platte korrigiert wird. Auch werden ungleiche Belastungen aufgrund ungleicher ."empfindlichkeit der .-ilemente ax;sgeglichen. Kombiniert man also das elastische Auflager mit den Eiegewandlem 150, 151 und 152, so ist es möglich, eine Feineinstellung der Platte 140-in ihrer Höhe und in ihrer Neigung Vorzunehmen.
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Die drei elastischen Stabilisienmgsplatton 14G, 147 und 148, die den. Umfang der V/erkstückplatte 140 tragen, verhindern eine Instabilität der Platte "bei starken Bewegungen des Umfangs der Platte. Letztere können sich, ergeben, wenn die Biegewandler 150, 151 und 152 in Betrieb genommen werden, um die ITeirruTip· einsu— steilen. Die elastischen Platten sorgen ferner für die Nachfolgecharakteristik der Vicrkstückplatte bei den Bewegungen des zylindrischen Körpers 130, der Tragsäule 121 und der Ä- sowie Y-Stufen 55 bzw. 90.
Die Platte 14O ist mit einer Mehrzahl von dünnen Sauglöcv,orn 179 versehen, so daß das '„'erkstück durch Unterdruck angezogen werden kann. Diese Sauglöcher stehen mit einer Unterdruckquelle in Verbindung, und zwar über eine Hinterkainmer 130, einen ITIppel 131 und einen Schlauch 182, Um die Haftung des V/erks^ückes zu erhöhen, ist die obere Fläche der Platte I40 auf Spiegelglanz bearbeitet.
Die Platte HO weist femer eine Kehrzahl von Durchbrochen 182 zum Durchgang eines Lichtstrahles oder eines RöntgenStrahles auf. Letztere dienen zum Ermitteln der Markierungen auf der Schaltplatte. Direkt unterhalb der Durchbrüche ist eine Mehrzahl von Tiichtempfängem 183 angeordnet.
Der zylindrische Körper I30, die Platte 140 für das Werkstück und ein Teil der Y-Stufe bilden, obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, eine Meßelektrode zum Hessen einer Verschiebung in vertikaler Richtung (Z-Achse) und einer neigung der .Y-3tufe 90. Diese Elektrode entspricht in ihrer Konstruktion den Elektroden zum Hessen der Verschiebungen in Richtung der X- und Y-Achsen,
'In den Figuren 5 und 6 trägt die auf der Platte 140 befestigte Schaltplatte das Bezugszeichen 184. Diese Schaltplatte ist von
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gebräuchlicher Ausbildung und besitzt Markierungen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind. liach den Figuren vier und fünf sind Anschläge 185a, 185b, 186a und 186b vorgesehen, um die Bewegungen der Wandler in den Richtungen der zugehörigen Achsen zu begrenzen.
Maskenannäherungsvorrichtung
Eine Haskenannäherungsvorrichtung 190 dient dazu, die auf der Platte 140 befestigte Schaltplatte an eine Kaske 192 heranzuführen, Fig. 11 zeigt einen entsprechenden Schnitt in vergrößertem Faßstab. Die Vorrichtung weist einen Haltering 194 auf, um den Umfang der Maske 192 in an sich bekannter Weise an einem Fußstück 193 zu befestigen. Das Fußstück besitzt einen kappenförmigen Querschnitt und v/eist am Boden eine öffnung 195 auf, deren Durch-
messer im wesentlichen dem Innendurchmesser des iialteringes 194 '
•entspricht. Zwei im Abstand zueinander liegende elastische Flan-
sehe 197 und 198 stehen in horizontaler Richtung bzw. in Richtung '
der X-Achse von der Außenwand des kappenförmigen Fußstückes 193 i ab und lassen eine Yertikalbewegung zu. Um das Fußstück 193 ist
zwischen den elastischen Flanschen eine Antriebsspule 200 herum- !
gewickelt, um die Maske 192 in vertikaler Richtung zu bewegen. j Durch den Antrieb der Spule läßt sich al3o die Maske in der Vertikalen um etwa 100 Micron verschieben. In diesem Falle ermöglichen
die elastischen Flansche eine liikroeinstellung. j
Die Haskenannäherungsvorrichtung 190 umfaßt ein zylindrisches Polelement 201, das konzentrisch zur Z-Achse liegt und an seinem oberen Ende einen Flansch trägt. Ferner ist ein ringförmiger Permanentmagnet mit 202 vorgesehen. Auch ist ein ringförmiges äußeres Polelement 203 vorhanden. Die Anordnung ist in Übereinstimmung mit Fig. 11 getroffen, so daß sich ein ringförmiger magnetischer Kreis bildet. Das untere Ende des inneren Polelementes liegt dem inneren Ende des äußeren Polelementes 203 gegenüber, und zwar unter Bildung eines definierten Luftspaltes. Die Antriebsspule 200 für das-Fußstück 103 ist in diesem Luftspalt angeordnet. Wie dargestellt, liegen die elastischen Flansche
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und 198 auf gegenüberliegenden Seiten des äußeren Polelementes 203. Die Außenenden der Flansche i'/erden von Klemmringen 208 und 209 gehalten, welche auf der Innenfläche des äußeren Polelementes ,203 befestigt sind. Eine zentrale öffnung 210 des inneren Polelementes 201 wird so groß ausgebildet, daß sie den Durchgang eines Arbeitsstrahles, beispielsweise eines Röntgenstrohles, nicht stört. Auf einer nicht dargestellten stationären Basis sind vier vertikale Führungsstangen vorgesehen, von denen lediglich die Führungsstangen 211 und 212 dargestellt sind. Arme 21if bis 217» die an ,diesen Führungsstangen sitzen, tragen die Maskenannäherungsvorrichtung 190. Eine Mehrzahl von Elektroden 218 und 219 ist am Haltering 194 befestigt. Die Elektroden erstrecken sich durch den unteren Abschnitt des Fußstückes 193» gegen welches die Maske verspannt ist. Diese Elektroden bilden einen Defektor für die .Relativhöhe und messen den Abstand zwischen der Maske 192 und der auf der Platte befindlichen Schaltplatte, und zwar als Veränderung der elektrostatischen Kapazität. Man kanu drei Elektroden ver-. wenden, die in gleichem Abstand, bezogen auf die Umfangsrichtung, verteilt sind.
Antriebssystem für die Vorrichtung zur Feineinstellung
Das Antriebssystem für die Vorrichtung zur Feineinstellung nach den Figuren 4 bis 11 ist in Fig. 12 dargestellt. Demnach ist ein elektronischer Rechner 250 vorgesehen, der als Steuerzentrale zur Steuerung der Stellungen der X- und Y-Stufen sowie des Umlaufkörpers arbeitet, und zwar in Abhängigkeit von den Informationen, die von verschiedenen Elementen der oben beschriebenen Vorrichtung zur Feineinstellung geliefert werden. Bei dem Rechner kann es sich um eine käuflich erwerbbare Standardausführung handeln. Im folgenden werden die Eingangsvorrichtungen des itechners beschrieben·
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Die Meßspule 63, die die X-Geschwindigkeit mißt und auf dem Metallrahmen 59 der X-Stufe 55 sitzt, ist mit der auf dem inneren Polelement 69 angeordneten !Compensationsspule in Serie über die Eingangsanschlüsse eines Verstärkers 252 geschaltet. Der Ausgang dieses Verstärkers wird in eine Digitalinformation umgewandelt, und zwar von einem Digital-Analog-Wandler 253· Die Digitalinformation, die die Geschwindigkeit der X-Stufe in Richtung der X-Achse wiedergibt, wird einem Multiplexer 25*f zugeführt. Letzterer empfängt außerdem die Information bezüglich der Y-Geschwindigkeit, die man aus einer Schaltung erhält, die ähnlich der vorstehend beschriebenen Schaltung ist. Dabei werden die in Serie gestalteten Ausgänge der Meßspule für die Y-Geschwindigkeit, die auf dem Metallrahmen 96 der Y-Stufe 90 sitzt, und der auf dem inneren Polelement angeordneten Kompensationsspule 107 behandelt. Als Ergebnis werden diese Geschwindigkeitsinformationen von dem Multiplexer multiplexiert und sodann dem Rechner 250 zugeführt.
Das Signal der Elektrode 73, die die Kapazitätsänderung und dementsprechend die Verschiebung aus der Bewegung der X-Stufe 55 in Richtung der X-Achse mißt, wird in einer Operationsschaltung 260 behandelt. Die Operationsschaltung 260 arbeitet beispielsweise nach einem Frequenzmodolations-Frequenzdiskriminations-System. Wenn es sich um eine große Verschiebung handelt, kann man die Änderung der Frequenz verwenden. Die Operationsschaltung 260 sendet eine Abstandinformation bezüglich des Bewegungsabstandes der X-Stufe 55 in Richtung der X-Achse an einen Analog-Digital-Wandler 261, so daß eine Digitalinformation zu einem zweiten Multiplexer 262 gelangt. Der Multiplexer 262 erhält außerdem noch folgende Informationen: Eine Abstandsinformation von der Elektrode bezüglich der Bewegung der Y-Stufe 90 in Richtung der Y-Achse sowie eine Information bezüglich des Drehwinkels θ von den Elektroden 109 und 109s, wobei diese Informationen in der oben beschriebenen Weise behandelt und zugeführt werden; eine Information.
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bezüglich der Bewegungsstrecke des Werkstückes in Richtung der Z-Achse; und eine Information bezüglich des Neigungswinkels der das Werkstück tragenden Platte 140. Der Multiflexer 260 arbeitet also derart, daß diese Informationen raultiflexiert und anschliessend dem Rechner 250 zugeführt werden.
Die Gruppe von Lichtempfängern 183 nimmt Lichtstranlen 270 auf, w.elche dazu dienen, die Stellungen der Schaltplatte 1 Si+ und der Maske 192 aufeinander auszurichten. Die Ausgänge der Lichtenrnfänger 18.5 gelangen zu einem Verarbeitungselement 271 j welches entscheidet, ob die Stellungen der Schaltplatte und der Maske aufeinander ausgerichtet sind oder nicht. Beim vorliegenden Ausführur.gsbeispiel ermittelt man die Markierungen dadurch, daß man eine Vibration anlegt. Wenn also die Antriebsspulen 75 und 112 in noch zu beschreibender Weise erregt werden, werden die X- und Y-Stufen 55 und 90 in Vibration versetzt. Fallen die Markierungen der Schaltplatte 184 und der Maske 192 übereinander, so wird die zv/eithöhere harmonische Komponente der Ausgänge der Lichtempfänger 183 dominierend. In anderen Fällen hingegen enthalten die Ausgänge Grundkomponenten. Das Verarbeitungselement 271 diskriminiert diese Komponenten. In diesem Falle wird, um über die Polarität (hoch, niedrig) der Frequenzversetzung zu entscheiden, der Ausgang einer Hochfrequenzquelle 2.72. an das Verarbeitungselement 271 angelegt. Der Aus-.gang des Verarbeitungslementes 271 gelangt über einen dritten MuI-plexer 275 zum Rechner 25O. Die Informationen weiterer Gruppen von Lichtempfängern, die unterhalb der Werkstücktragplatte IM) angeordnet sind, werden ebenfalls dem Multiplexer 275 zugeleitet, so daß überlagerte, multiplexierte Informationen an den Rechner 250 gelangen.
Ein Signal bezüglich der elektrostatischen Kapazität zwischen der Maske 192 und der Schaltplatte 184. wird von den Elektroden. 218 geliefert, welche am Haltering 194 der Maskenannäherungsvorrichtung 190 befestigt sind. Dieses Signal gelangt zu einer Operations-
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schaltung 280, in der es in eine Information bezüglich des Abstandes zwischen der Maske und der Schaltplatte umgewandelt wird. Der Ausgang der Operationnschaltung 280 wird an einen Multiplexer 282 angelegt, und zwar über einen Analog-Difital-<V'in.dler 2*1. Signale von den Elektroden 219 und weiteren Elektroden werden ebenfalls behandelt und dem Multiplexer 282 zugeleitet. Der Multiplexer 282 arbeitet also in der Weise, daß er diese Signale multiplexiert und seine Ausgänge an den Rechner 250 anlegt.
In Abhängigkeit von diesen verschiedenen Eingangsinforrnationen liefert der Rechner 250 ein Optimum-Steuersignal an eine Steuervorrichtung 290. Auf diese Weise wird angezeigt, welcnes der einzelnen Elemente bis zu welchem Ausmaße gesteuert v/erden soll. An der Ausgangsseite der Steuervorrichtung 290 befinden sich folgende Elemente: eine Quelle 500 für konstanten Strom, Quellen >02 und 303 für konstante Spannung, eine Selektionsschaltun^ 50/+ sowie ausserdera die Hochfrequenzschaltung 272. Die Ausgänge dieser Quellen, die an den Verbraucher angeschlossen sind, werden in Abhängigkeit 'vom Ausgang der Steuervorrichtung 290 gesteuert. An den Au^^ang der Quelle 300 für konstanten Strom sind also die An^riebsspulen 62 und 100 für die dynamischen elektromechanischen /tendier 51 und 99 der X- und Y-Stufen sowie die Antriebsspule 200 angeschlossen, welche auf dem die Maske tragenden Fußstück 193 der M.jskenannäherungsvorrichtung I90 sitzt. Die vier Sätze der elektromechanischen Biegewandler 126 bis 129 zum Drehen des IJmluufkörn^rs l?ü sind an den Ausgang der Quelle 302 für konstante Spannung angeschlossen. In gleicher Weise sind die drei Sätze von elektromechanischen Bicgewandlern 15O, 151 und 152 an den Ausgang der Quelle 503 für konstante Spannung angeschlossen, um die Neigung -Aiir dae 'Aerkstück tragenden Platte I40 einzustellen. Die Selektionr-.-jcrialtun^ 504, die an den Ausgang der Hochfrequenzquelle 272 argeschlossen ist, bestimmt, welcher der dynamischen elektromechanischen V/andler 74 74 und 111 zum Schwingen der X- und Y-Stufen 55 und 90 in den X- und Y-Richtungen und welcher der elektromechanischen Biegewandler
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150, 151 und 152 zum Drehen des Umlaufkörper.^ 120 in Betrieb gesetzt werden soll, wenn die Markierungen auf der Macke und auf der Schaltplatte ermittelt werden. Die Antriebespülen 75 und 112 der dynamischen elektromechanischen Wandler 7k und 111 sind an die Hochfrequenzquelle 2.72. angeschlossen, und zwar über· die Selektionsschaltung iOif. Die Antriebsspulen der elektromechanischen Biec1-wandler 150, 151 und 152 hingegen stehen mit der Hochfrequonzquelle 272 über einen Teil der Quelle 302 für konstante Spannung in Verbindung.
Die Dämpfungsspulen 76 und 113 auf den X- und Y-Stufen 55 und 90, die flüchtige Vibrationen der Stufen verhindern, sind kurzgeschlossen oder über die Steuervorrichtung 290 mittels des Sechners 250 mit einer definierten Belastung verbunden, wenn die Geschwindigkeitsänderung der X- und Y-S^ufen in Richtung der X- und Y-Achsen einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Ein Teil der Eingangseinrichtungen zur Automatisierung der Betätigung während der Grobeinstellung ist in Fig. 12 fortgelassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lageeinstellung sowie die Maskenannäherungsvorrichtung entsprechen! der obigen Beschreibung richten die Stellungen der Schaltplatte und der Mas-ce in folgender Weise aufeinander aus.
Befestigung von Maske und Schaltplatte
Anfänglich soll ein Verfahren zum Ermitteln der Markierungen unter Anwendung von Vibrationen beschrieben werden. Die Maske 192, die eine Mehrzahl von Sätzen von Durchbrüchen mit vorbestimmten Positionen und Dimensionen aufweist, wird an dem Fußstück 193 mittels des Halteringes 19^- der Maskenannäherungsvorrichtung 190 befestigt. Die Durchbrüche dienen als Markierungen zur Grobein-
stellung, wobei diese Markierungen dazu genutzt werden, die Differenz oder den Fehler in der Relativstellung bezüglich der X- und Y-Achsen sowie des Winkels θ von * 100 Micron auf etwa + 10 Micron zu vermindern. Ferner arbeiten die Durchbrüche als Markierungen für die Feineinstellung, wobei sie die Differenz von +^ 10 Micron auf weniger als + 0,1 Micron herabsetzen.
Anschließend wird die Schaltplatte I8*f auf der Werkst ücktra;;plutte 1i+0 befestigt. Die Schaltplatte trägt an vorbestimmten .Stellen Durchbrüche mit vorbestimmten Abmaßen, die zur Grobeinstellung und zur Feineinstellung dienen. Zum Befestigen der Schaltplatte wird ein bekannter, nicht dargestellter Schaltplattenträger verwendet, der eine Montage der Schaltplatte an einer vorbestimmten Stelle auf der Flache der Platte 1 ZfO zuläßt, und zv/ar mit einer Genauigkeit von + 100 Micron. Gleichzeitig mit der Montage der Schaltplatte auf der Platte 1/fO wird die Unterdruckquelle angeschlossen, um die Schaltplatte 1&tf gegen'die Fläche der Platte 140 zu ziehen. Das Aufbringen des. Unterdruckes erfolgt über den Schlauch 182, den Nippel i8i, die Kammer ISO und die Mehrzahl von durch die Platte 1 ifO hindurchführenden Saugöffnungen 179.
Einstellung des Relativabstandes zwischen Schaltplatte und Maske
Sodann wird die Maskenannäherungsvorrichtung 190» die bereits die Maske 192 trägt, in die Nahe der Schaltplatte 18^f gebracht, und zwar derart, daß der Abstand im Betriebsbereich der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung liegt(+_ 100 Micron jeweils in Richtung der X-, der Y- und der Z-Achse; +_ 1· bezüglich des Drehwinkels Θ; und i 0,1' bezüglich der Parallelität). Diese Genauigkeit in den Relativstellungen kann ohne weiteres durch gebräuchliche Arbeitsschritte, durch den Zusammenbau und durch entsprechende Endbearbeitung erzielt werden, so daß es überflüssig ist, irgendwelche Spezialmechanismen zu verwenden.
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Wenn also in dieser V/eise die Maske 192 in die fJiihe der Schaltplatte I8^f gebracht worden ist, und zwar im Rahmen des oben an- [ gegebenen Genauigkeitsbereiches, so setzt der Rechner 250 ver- j
«chiedene Einzelteile derart in Betrieb, daß dl*; von den Elektroden 218 und 219 gelieferte Information einen vorbestimmten Wert erhält, beispielsweise 3 Micron + 1 Micron. Die Elektroden sitzen an der Maskenannäherungsvorrichtung 190 und geben den Relativabstand zwischen der Macke und der Schaltplatte wieder. Genauer gesagt wird die Quelle .500 für konstanten Strom über die Steuervorrichtung erregt, um einen Steuerstrom an nie Anschlußspule für die Maskenannäherungsvorrichtung zu liefern und den mittleren Abstand zwischen der Maske und der Schaltplatte, der von den Elektroden 218 und 219 wiedergegeben wird, auf den vorbestimmten Wert zu bringen. Ferner erregt der Rechner 250 über die Steuervorrichtung 290 die elektromechanischen \ Biegewandler 150, 15I und 152 sowie die Quelle 305 für kor.stan- i te Spannung, um die Relativneigung zwischen der Maske und der Schaltplatte einzustellen, während der von den Elektroden 213' und 219 bestimmte Relativabstand konstant gehalten wird. Hier- I bei wird die gewünschte Vertjkalbewegung der Maske 192 von aen 'elastischen Platten 197 und 198 bewirkt. Da der Hub dieser Vertikalbewegung höchstens etwa 100 Micron beträgt, kann m=-n die j elastischen Platten 197 und 198 mit beträchtlicher Steifigkeit versehen. Dq außerdem die Ges^mtma-s^ von Maske 192, HalT^rir?«: 19^f und Fußstück 193 klein ist, besteht die Möglichkeit, die Resonanzfreauenz des von der Maskenannäherungsvorrichtung 190 gebildeten mechanischen Vibrationssystems gleich der Grundfrequenz (von 100 - zu mehreren KHz) desjenigen mechanischen Vibrationssystems zu machen, welches gebildet wird einerseits von den elektromechanischen Biegewandlern 15O, I51 und 152 zur Neigungseinstellung und andererseits von der Werkstücktragplatte 140. Dies führt dazu, daß selbst dann, wenn die Vertikalbewegung mit beträchtlich hoher Geschwindigkeit gesteuert wird, die Steuerung nicht von dem elastischen Steuerbereich des Systems ab-
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weicht. Damit besteht also die Möglichkeit, die Zielgenauigkeit in kurzer Zeit, etwa in einigen Millisekunden zu erreichen.
Grobeinstellung
Nachdem der Relativabstand zwischen der Maske und der Schaltplatte in der oben beschriebenen V/eise bestimmt worden ist, erregt der Rechner 250 über die Steuervorrichtung 290 die Hochfrequenzquelle 272, während er gleichzeitig ein Selekt:i.onns:.~nal an die Selektionsschaltung 30*t abgibt. Dadurch werden die Antriebsspulen 75 und 112 zum Überlagern der Vibrationen in d^r X- und der Y-Achse betätigt. Die Antriebsspulen 75 und 112 werden mit einem Antriebsstrom von unterschiedlicher Frequenz und einer Amplitude von etwa 100 Micron versorgt. Die Lichtstrahlen, die durch die Grobeinstellun^smarkierungen der Schaltpl^tte und der Maske hindurchgehen, werden von einer Gruppe von Lichtempfängern aufgenommen. Diese Gruppe, die nicht dargestellt Jst, ähnelt der Gruppe von Liehtempfängern 185- Der Rechner 250 fährt fort, die' Quelle 300 für konstanten Strom zu erregen, um einen O-jTroquonz-Antriebsstrom zu den O-Frequenz-Äntriebsspulen 59 und 60 zu leiten, welche einen Vorschub in Rich+ung der X- und Y-Achsen bewirken, bis der Ausrichtfehler auf ein Minimum reduziert ist. Sofern erwünscht, erregt der Rechner außerdem die Quelle 302 für konstante Spannung, um eine Antriebsspannung an den Umlaufkörper 130 anzulegen. In diesem Falle läßt die Verschiebung in Richtung der X-Achse die Y-Stufe 90, bestehend aus den Metallrahmen 59 und 60 sowie aus den darauf angeordneten Spulen Gd, 63, 75 und 76, durch die Luftspalte zwischen den äußeren Polelementen 67 und 79 sowie den inneren Polelementen in Richtung der X-Achse wandern. Diese Luftspalte sind so ausgebildet, daß sie eine ütsentrizität in der Größenordnung von etwa 100 Micron zulassen. Da man geeignete Dimensionen vorbestimmen kann, die eine konstante Luftspaltfrequenzsicher stellen, besteht die Möglichkeit, die Veränderung der Transformationskoeffizienten jeweiliger Spulen, hervorgerufen
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durch die Exzentrizität, zu vernachlässigen. Man kann ohne weiteres die Dimensionen der Pole .jeweiliger Wandler 61 , 74, 99 und 111 zum Antrieb der X- und Y-Stufen jeweils in Richtung der X- . und Y-Achsen derart wählen, daß ein konstantes Magnetfeld aufrecht erhalten wird, und zwar unabhängig: von Axialverschiebungen der Snulen in der Größenordnung von etwa + 0,3 Micron. Die Linearität der Verschiebungen jeweiliger Wandler in zugehörigen Sichtungen läßt sich also sicherstellen.
Fei nein^tellunfr
Sobald der Ausrichtfehler bei der Grobeinstellung auf ein Minimum reduziert worden ist, wird die Ermittlung der Feineinst-eilungsmarkierungen möglich. Folglich steuert der Computer 250 über die Steuervorrichtung 290 die Quelle SOO für konstanten Strom derart, daß der Strom vermindert und dementsprechend die Verse αiebung auf die Größenordnung von +; 10 Micron herabgesetzt wird. Gleichzeitig wird der Steuerschritt des O-Frequenz-Antriebsstroms fein unterteilt, um eine Lageausrichtung mit der Zielgenauigl-teit durchzuführen, und zwar dorch wiederholte Steuerbetätigur^en ähnlich denen bei der Grobeinstellung. ;
Eei der Winkeldrehung in Richtung des Winkels β erregt der Computer 250 über die Steuervorrichtung 290 die Quelle 302 für Jcon- ' stnnta Spannung, und zw.-ir in'Abhängigkeit von dem Erraittlungser— | gebnis bezugLich der PosLtionierun-Jsmarkierungen. Demnach werden die jeweiligen olektromechenisehen Biegewandler 126 bis 129 an- \ getrieben. Der Umlaufkörper wird also derart gesteuert, daß er s\ch in der einen oder in der anderen Richtung dreht.
Bei der Peihe von oben beschriebenen Steuervorgängen sind ss die Laresteuerungen entlang den X- und Y-Achsen während der Grobeinstellung, die mit relativ hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden müssen. Insbesondere während der Bewegung in Sichtung der JC-Ach-
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se wirken die anderen Einstellsysteme für die Schaltplatte \&k nls Belastung der X-Stufe 55· Da diese Bewegun.fr einen groüon Hub erfordert, beschränkt sich praktisch die Resonanzfrequenz des gesamten Systems auf 100 bis 300 Hz (in Richtung der Y-Achse auf $00 bis 500 Kz). Aus diesem Grunde muß zur Verhinderung von flüchtigen Vibrationen durch eine Übersteuerung oder durch äußere Störungen der Rechner 250 die Ausgänge der Geschwindigkeitsmeßspulen 65 und 101 für die X- und Y-Achsen derart überwachen, daß die Dämpfungsspulen 76 und 113 zur Verhinderung flüchtiger Vibrationen mittels der Steuervorrichtung 290 erregt werden und somit Dämpfungskräfte aufbringen. Unter diesen Umständen werden die Dämpfungsspulen 76+113 in Abhängigkeit von den Geschwindigkeitsmeßspulen mit Strom versorgt oder an eine konstante Belastung angeschlossen.
Der Verschiebungsweg gegenüber Bezugspunkten, bezogen auf die jeweiligen koordinaten Achsen, insbesondere die X- und Y-Achsen, wird von der Operationsschaltung 260 ermittelt, und zwar in Abhängigkeit von der Veränderung der elektrostatischen Kapazität, wie sie von den Elektroden 73 und 88 ermittelt wird. In gleicher V/eise geben die Elektroden 109-und 108 den Drehwinkel θ und die Vorschiebung entlang der vertikalen Z-Achse an. In Abhängigkeit von dem gemessenen Verschiebungsweg steuert der Rechner 25Ο die Eingänge der zugehörigen V/andler. Wenn, wie es im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist, eine Mehrzahl, von elektromechanischen Wandlern zum Antrieb in Richtung der jeweiligen Achsen vorgesehen ist, wird eine wechselseitige Korrektur der Transformationskoeffizienten für jeweilige Achsrichtungen möglich, Gleiches gilt für die Verschiebungs-Ausgangstransformationskoeffizienten der jeweiligen Meßkreise für die Verschiebung. Demnach kann man, durch vorherige Korrektur des Absolutintervallß vom Bezugspunkt, und zwar unter Verwendung eines Laser-Interferrometers, nach Wunsch den Absolutwert steuern, εο daß es nicht notwendig wird, das Lassr-Interferrometer während des normalen Betriebes einzusetzen.
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Durch Verwendung eines Laser-Interferrometers und anderer Versuchsinstrumente wurde gefunden, doß die wechselseitige Interferenz jeweiliger Achsen der beschriebenen Vorrichtung zur Feineinstellung unter 0,02 Micron für eine Verschiebung von 10 Micron betrug. Ferner ergab sich, daß die Anzahl der Hysteresen unter 0,02 Micron für eine Verschiebung von 10 Micron lag und daß die Auflösung weniger als 0,05 Micron betrug.
Ermittelt man die Markierungen nicht durch überlagerte Vibrationen, sondern durch Abtasten des Meßstrahls, so kann man die Vibrations-Antriebsspulen 75 und 112 in Keihe gegen die zugehörigen ö-Frequenz-Antriebscpulen 62 und 100 schalten und auf diese Weise aic Antriebskraft erhöhen. Die anderen Grundoperationen sind genau die gleichen wie bei dem oben beschriebenen, mit überlagerten Vibrationen arbeitenden Verfahren·
Eine weitere Methode zum Ermitteln der Markierungen besteht darin, der Schaltplatte Drehvibrationen zu erteilen. In diesem Feile v;ird die Bewegung des Umlaufkörpers derjenigen Vibration überlagert, die von den elektromechanischen Biegewandlern 126 bis 129 erzeugt wird. Die anderen Betätigungsschritte sind die gleichen wie bei dem oben beschriebenen Verfahren.
I1Ii Balle des vorliegenden Ausführungsbeistsiels werden Paare von Markierungen für die Grob- und Feineinstellungen vorgesehen. Allerdings kann man auch ein Paar von Markierungen zu einer einzigen Markierung für beide Einstellvorgänge kombinieren. In. diesem Falle wird während der Grobeinstellung lediglich die Lichtmenge gemessen, so lange das Licht durch eine Mehrzahl von Markierungen empfangen werden kann. Anschließend legt man für die Feineinstellung eine Vibration an.
Ferner sei darauf hingewiesen, daß im Falle des vorliegenden Aus-
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fiihrungsbeispiels das durch die Markierungsdurchbrüche hindurchgehende Licht empfangen wird, daß jedoch ohne weiteres auch ein System verwendet werden kann, bei dem das Licht von den Bezugsmarkierungen reflektiert wird. Auch kann man komplementäre Markierungen verwenden.
Wenn die Möglichkeit besteht, die Dicke der Maskfc und d'-jnit deren mechanische Festigkeit zu erhöhen, so kann mrm die i-ielstiv- ΛIF1O von Maske und Schaltscheibe umkehren.
Da außerdem beim vorliegenden Ausführung?; be ispielv due Ver.;chiebuη£3-Meßpunkte in dreidimensionalen Richtungen v;a:v.iern, ;cr.nn der Effekt der gegenseitigen Interferenz zwischen der Verseiisbunr und der Modolationsfrequenz, hervorgerufen durch £:.ne Ai.sanl von Annäherungsschritten, auf ein Minimum zurückgefünr·- werfen, indem man wahllos die Mittelfrequenzen des .jeweiliger:. Frequensmodulators, nämlich der Operationsschaltungen 260, 230 ..., bei etwa. 200 KHz festlegt.
Die obigen Ausführungen beschreiben die Anwendun? der £rfindung auf die Feineinstellung dor Maske und der Schaltscria Lo .-, v.'ie man sie zur Herstellung groiJ"r .integrierter Schaltungen verwendet. Es sei jedoch darauf hii.rev/i enen, d';ß a^ch die ^rf..n^ur.r; In gleicher Weise für jeden An'.vor;--iun:"ubercich el;.<r:ot, öti de-π j .nc genaue Lageounrj-Chtun;: erforderlich ist. KJerzu guhört u. a. eine präzise Be triebse ; nc tolli.η™ T'-ir topographische R'iint ^onstrahi-Vori'i cn tunken, eine Ausr: cm vorrichtung zum Ärbe'ton r.ic einem Lanerstrahl in Kombinat; or. s;ii einer GroDeinstolxvorrichiuiig für einen großen Hub, eino Fortschaltvorrichtung für ultra-microfiche-PhotograrmLe, eine Fortschaltvorrichtun.™ i'ür die Arb-jitspositLon zu/:ehörir:er Teile mit höchster Genauig.jceic, ei no Vorrichtung zum B-.-ntiir.r-ien dor Suchstellungen sehr Kleiner rlörp-rir mit hoher Genauigkeits extrem genaue Mikroskope aov/ie Vorrich-
BAD ORIGINAL
zum Einstellen der Lage von Probenträgern. Ss bestonc ;vach die Möglichkeit, nicht nur die gleichzeitige Projektion und Belichtung zu verwenden, sondern auch eine Projektion und Belichtung in IViederholungsschritten, kombiniert mit einem EL.-.stellmechanismus für schnelle Grobeinstellungen und einem Muster-Rs^enuracor.
Be:ira vorliegenden Ausführungsbeispiel kommen ringföx-mine Vibrationsmembranen als elastische Elemente zum Tragen 1er X- und Y-Stufen zur Anwendung. Man kann jedoch auch plattenförmig Elemente beliebiger Form verwenden, etwa rechteckige oder elliptische Platten mit einer zentralen Öffnung.
An Stelle von kastenform!ren und zylindrischen X- bzw. Y-Stufen sind abgewandelte Ausführung form en möglich. Beispielsv/eise kann die X-Stufe von irgend einem elastischen Halteelemtinu beliebiger Form getragen werden, welches die Befestigung des Halteelementes für die Y-Stufe zuläßt. Die Y-Stufe kann beliebig ausgebildet sein, sofern an gegenüberliegenden Enden Bereiche vorgesehen sind, die von den elastischen Halteelementen getragen werden können, und sofern ein ebener mittlerer Bereich vorhanden ist.
Es besteht ferner die Möglichkeit, auf der Y-Stufe elektromechanisch« Wandler zu verwenden, dio in Richtung der Z-Achse biegbar sind, sofern ei no Lageeinstellung in Drehrichtung nicht erforderlich ist. in dieser Weise soll deutlich werden, daß die Konstruktion des «usfUhrungsbeispieles in weitem Umfange abwandelbar ist, und zwar in Abhängigkeit vom Anwendungsbereich.
Die Erfindung bringt folgende Vorteile mit sich.
1. Da die jeweiligen Stufen von dynamischen elektromecnanischen Wandlern, angetrieben werdens kann man das Aufbringen einer gleich-
formieren Kraft über den gesamten Hub der jeweiligen Stufen sicherstellen und damit die Möglichkeit schaffen, die Feineinstellung cit höchster Genauigkeit durchzuführen.
2. Die X- und Y-Stufen werden von elastischen Halteolementen getragen und besitzen zugehörirre Achsen, die sich rech -winklig in einer gemeinsamen Ebene schneiden. Jede Stufe ist mit einem Paar von entgegentriebt et en koaxialen Permanentmagneten versehen, wobei die Form, die Flußilchte im Luftspalt und die Verteiler- des Flußverlustes für alle Achsen gleich sind. Dementsprechend heben sich die Verlustflüsse gegeneinander auf, wodurch eine gegenseitige Wechselwirkung aufgrund einer magnetischen Kopplung zwischen den Antriebskräften für die jeweiligen Achsen vermieden wird.
3.'Darüber hinaus sind die Antriebsspulen für die X- und Y-Stufen jeweils um die X- bzw. Y-Achsen gewickelt. Der Federkoeffizient ändert sich also nicht, wenn sich die Antriebsspule für cie Y-Stufe bei einer Bewegung der X-Stufe in dichtung der X-Achse innerhalb . des Magnetflusses des Permanentmagneten zum Antrieb der Stufe bewegt, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Flußdichte in Luftspalt der Y-Stufe gleichförmig ist. Dies bietet die Möglichkeit, wechselseitige Störungen zwischen den Antriebskräften für die jeweiligen Achsen zu vermeiden.
Zf. Da jede Stufe von einem dynamischen elektromechanischen V/andler angetrieben wird, erfolgt die Umformung zwischen elektrischen und mechanischen Kräften linear, so daß eine Hysteresis eliminiert wird.
5· Di.e Verwendung der dynamischen elektromechanischen V/andler bietet die Möglichkeit, die Flußrichtung jeweiliger Stufen in jede beliebige Sichtung zu legen. Wach Wunsch kann man also dafür sorgen, daß sich die Magnetflüsse zugehöriger Stufen gegenseitig aufheben. Besonders wirkungsvoll ist es, die Wandler, wie es im beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, an beiden Enden der Stufen vorzusehen.
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6. Die dynamischen elektromechanischen Wandler bist.en die Möglichkeit, daß sich bei einer Bewegung dor Spule für die X-Achse (X-Stufo) die Spule der Y-Achse (Y-Stufe) frei durch den ringförmigen Luftspalt des V/andlers verschieben kann. Der Koeffizient der Antriebskraft ändert sich also nicht.
7. Da jede Stufe von einem Paar von ringförmigen, elastischen Hslteelementen getragen wird, ergeben sich keine Vorcchl eburir;on in Richtung der Z-Achse und keine Drehungen, wodurch L.-tK-arbeweguH'Ton entlang den X- und Y-Achsen sichergestellt worden. Da ,außerdem keine Gefahr von Querbewegungen besteht, wird koine Nebenvibration erzeugt, selbst wenn hochfrequente Vibrationen zur Erzeugum1: der Linearbewegung aufgebracht werden.
3. E3 besteht ferner die Möglichkeit, d l.e Rosonarsi'reouonz der mechanischen Vibrat j oncsynteme zur Erz^u^u ng der Bf-wegumren entlang den zugehörigen Achnon boträcht·.lieh zu erhöhen. Damit kann man den Frequenzbereich für die Steuerelastizität: erweitern. Man ist also in der Lage, einen sr.alogähnlichen Vorschub mit kleinen Schritten von 0,001 Micron zu erzeugen, was bei bieher bekannten Einrichtungen keinesfalls möglich war.
9. Da der Umlaufkörper von einer Mehrzahl von elektromechanischen Biegewandlern getragen wird, nie in Richtung der Z-Achse angeordnet sind, und da eine Mehrzahl von Sätzen der ¥/ar>dlsr unter gleichem Winkelabstand radial angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, eine reine Drehkraft auf den Umlaufkörper auszuüne::., und zwar ohne Komponenten in anderen Richtungen.
10. Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Konstruktion können elastische Platten zwischen die radial angeordneten Wandler gesetzt v/erden. Auf diese V/oise vermeidet man eine Verlängerung in Sichtung der Z-Achse und verhindert somit einen unangemessenen Betrieb der Wandler. Außerdem ist es auch möglich, gegenseitige
mterferrenzen zwischen den Bewegungen in Richtun·; der X-, Y- und Z-Achsen zu vormelden.
11.Da sämtliche Elemente, nämlich die Stufen, dor Umlaufkörper und die Werkstücktragplatte, von elastischen Haltoelemcr:0η getragen werden, kann man nicht nur nach Wunsch dio Reson^nafrequenzen derjenigen mechanischen VibraVorssysteme erhöhen, dio -iio Bewegungen in Richtung der X-, Y- und Z-Achsen sowie die Dronbev/ojungen erzeugen, sondern man kann auch .jeden beliebinen Abstand zwischen den Resonanzfrequenzen wählen. Dementsprechend kann man einen großen Abstand zwischen die Resonanzfrequenz für den normalen Betrieb und die normalerweise zulässige Frequenz für äußer-* Störungen legen.
12. Da man die Höhe und die Neigung der Werkstückplatt form durch die elektromechanischen Biegewandler einstellen k-irn, besteht beispielsweise bei der gleichzei.eigen Belichtung einer Maske und einer Schaltplatte die Möglichkeit, die Parallelität dioser Elemente ohne weiteres einzustellen, wo^hingegen man, wenn die Vorrichtung zur Ausbildung eines Maskenmusbers verwendet wird, die Maske ohne weiteres so einstellen kann, daß sie .jede beliebige Winkelstellung bezüglich des Arbeitsstrahles einnimmt.
13. Da keinerlei Gleitelemente, Lager, Getriebe oder ähnliche Einrichtungen zur Bewegungsübertragung verwendet werden, arbeiter man ohne Totgang, Reibung u. dgl..
14· Als Antriebselemente zur Erzeugung von Be we "U1V; ^n in Sichtung der X- und Y-Achsen, die relativ lan^e JUibο erfordern, werden die dynamischen elektromechanischen Wandler verwendet, -lie eine linear ο Charakterintik über einem weiten 3etriebsbereLei besetzen. Demnach kann man eine lineare Steuerung über eineP1 v/eJten Bewegungsbereich erzielen. Man kann also die Feinoinc teilung und die Grobeinstellung mit der gleichen Vorrichtung durchführen. Dies vereinfacht die Konstruktion des Steuersystems.
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15· Da die Bewegungen in Richtung der X- und Y-Achse μ .--iov/ie d"o ■ Drehbewegung von entgegengerichteten elektromechanischen Wandlern gleichen Typs erzeugt werden,kann man deren Charakter!etika wechselseitig korrigieren, so daß man eine genaue und einfache Korrektur der elektromechanischen i'ranfj forma tionskoefflzi.enten der jev/eiligen Antriebsmechanismen erhält;. Folglich besteht die Möglichkeit, den Absolutwert der Verschiebung zu messen, indem man einen gebräuchlichen Frequenzmodulations-Frequenzdlskrininator kombiniert, v«relcher die Änderung in der elektrostatischen Kapazität mißt,fen kann also nicht nur den Absolutwert steuern, und zwar ohne Verwendung einer Anzahl teurer Vorrichtungen zur Messung der Verschiebung, wie etwa Laser-Interferrometer, photoelektrische Mikroskope o. dgl., sondern man kann auch eine Steuerung mit geschlossenem. Kreis anwenden.
16. Die dynamischen elektromechanischen V/andler zur Antrieb in Hich-"ung der X- und Y-Achsen besetzen einen magnetischen Xrein mit geringen magnetischen Verlusten sowie einen Magneten in der Mitte. Selbst wenn also die magnetischen Kreise von zwei Antriebs-.vandlern dicht nebeneinander gesetzt werden, tritt zwischen ihnen keine Gloichstrom- oder Wechselstrom- Wechselwirkung auf, so daß man zu einer kleinen und kompakten Konstruktion gelangt,.
17. Insgesamt ergibt sich, d'.-.ß die erfindumrsgeffläße Vorrichtung eine beständige und feine ELnatellun-1· der Lar'e eines ://erk.3tUckes mit hoher Geschwindigkeit und extrem hoher Gonauj,-;keit ermöglicat, w-e es KiL bisher bekannten Vorrichtungen nie hu durchführbar war. Außerdem handelt es sich um eine komp'ikle Vorrichtung.
D_ie Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausfüaruntcsbeisplels erläutert. Jedoch sind „.m Rahmen der ürfinriuns; vielfältige Abwandlungen und Anpassungen möglich.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1 .J Vorrichtung zur Feineinstellung, gekennzeichnet durch
    einen stationären Rahmen (51,52); durch erste und zweite bewegbare Stufen (55,90), die jeweils entlang ersten und zweiten, sich in einer Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine Mehrzahl von dynamischen, elektromechanischen Wandlern (61,74,99,111), die auf jeweiligen axialen Enden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch ein erstes elastisches Halteolemunt (57,51.) zürn Tragen der ersten, in Richtung der ersten Achse bewegbaren Stufe (55) auf dorn stationären Rahmen; durch ein auf cfer ersten Stufe angeordnetes zweites elastisches Halteelement (91,92) zum Trogen der zweiten, in Richtung der zweiten Achse bewegbaren Stufe (90); und durch eine Einrichtung (14ü) auf der zweiten Stufe zum Tragen eines einzustellenden Objektes (184).
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dab sowohl die erste Stufe (55), als auch die zweite Stufe (90) an beiden Enden von einem elastischen Halteelement (57,58 bzw. 91,92) getragen wird.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß jeder der dynamischen elektromechanischen V/andler (61,74,99,111) einen im wesentlichen geschlossenen magnetischen Kreis mit einem iMagnetpol in seiner f-'itte aufweist, wobei jede der Stufen (55,90) eine Antriebsspule besitzt.
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    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (55) ein kubisches Gehäuse aufweist, welches ein erstes Paar von Wänden, die sich in Dichtung der ersten Achse erstrecken, sowie ein zweites Paar von Wänden, die sich in Richtung der zweiten Achse erstrecken, besitzt.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten elastischen Halteelemente (91,92) mit dem zweiten Paar von Wänden, aie sich in Richtung der zweiten Achse erstrecken, in Verbindung stehen, während das erste Paar von Wänden, die sich in Richtung der ersten Achse erstrecken, mit dem stationären Rahmen (51,52) in Verbindung steht.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, c'aS die Einrichtung zum Tragen des einzustellenden Objektes (164) einen auf der zweiten Stufe (90) angeordneten Umlaufkörper (12O) aufweist, der um eine Achse drehbar ist, in der sich die ersten und zweiten Achsen unter rechtem Winkel schneiden,
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufkörper (12O) drehbar auf einer mit der zweiten Stufe (90) verbundenen Tragsäule (121) angeordnet ist, und zwar über einen elektromechanischen Biegewandler (126 - 129).
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Biegewandler (126 - 129) eine Mehrzahl elektrostri&ktiver Elemente (123 - 125) aufweist, die in der Achsrichtung der Tragsäule (121) angeordnet und in eine Mehrzahl von Sätzen unterteilt sind, welche gleichmäßig um die Tragsäule verteilt sind.
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    9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vier Satze verwendet werden.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch
    eine Mehrzahl von radialen Versteif ungselernonter. (134 - 137), die zwischen benachbarten Sätzen der elektrostrikLiven Elemente (123 - 125) angeordnet sind und die Tragsäule (121) mit dem Umlaufkörper (13O) verbinden.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wandler und mindestens vier Versteifungsolemente in Richtung der ersten und zweiten Achsen liegen.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung zum Ausrichten dos einzusteller.den Objektes (184) in einer dichtung senkrecht zu den ersten und zweiten Achsen und zum Ausrichten der Neigung des Objektes, wobei diese Einrichtung zwischen dem Umlaufkörper (130) und der Anordnung (14O) zum Tragen des einzustellenden Objektes angeordnet ist.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Höheneinstelleinrichtung eine Mehrzahl von elektromechanischen Wandlern (150 - 152) aufweist, die in Richtung der dritten Achse senkrecht zu den ersten und zweiten Achsen biegbar sind und in gleichem Winkelabstand um die Tragsäule (121 ) liegen.
    14. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
    daß jedes der ersten una zweiten elastischen Ha). tee lumen te (57,53,91,92) ringförmig ausgebildet ist.
    te
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
    daß jedes der ersten und zweiten elastischen Halteelemente (57,58,91,92) ellipsenförrnig ausgebildet ist.
    1ό. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
    daß der stationäre Rahmen (51,52) aus nicht magnetischem Material besteht.
    17. Vorrichtung zur Feineinstellung, gekennzeichnet durch
    ein Paar von ringförmigen stationären Rahmen (51,52); durch erste und zweite bewegbare Stufen (55,90), die jewails entlang ersten und zweiten, sich in einor Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine Mehrzahl von dynamischen, elektromechanischen Wandlern (61,74,99,111), die auf jeweiligen axialen Enden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch erste und zweite Paare von ringförmigen elastischen Haltcelementen (57,58 ; 91,92) zum Tragen jeweils der ersten und zweiten bewegbaren Stufen; wobei die ersten und zweiten Paare von ringförmigen elastischen Halteelementen jeweils mit Öffnungen versehen sind; wobei die erste bewegbare Stufe (55) an den Rändern der Öffnungen des ersten Paares der ringförmigem elastischen Halteelemente (57,53) befestigt ist; wobei die Außenkanten des ersten Paares der ringförmigen elastischen Halteelemente jeweils an den stationären Rahmen befestigt sind; wobei die zweite bewegbare Stufe (90) an den Rändern der Offnungen dos zweiten Paares der ringförmigen elastischen Halteelernente (91,92) befestigt ist; und wobei die Außenkanten des zweiten Paares der ringförmigen elastischen Halteelemente an der ersten bewegbaren Stufe oefestigt sind; und durch eine auf der zweiten bewegbaren Stufe befestigte Plattform (140) zum Tragen eines einzuscellenden Objektes (184).
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    1S-. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch
    eine weitere Mehrzahl von dynamischen, elektromechanischen Wandlern, die auf den gegenüberliegenden Enden 2urahöriger bewegbarer Stufen (55,90) angeordnet sind und magnetische Kreise von im wesentlichen der gleichen Ausbildung aufweisen, um gegenseitig die liiQgnetischen Verlustflüsse aufzuhebon.
    19. Vorrichtung zur Feineinstellung, gekonnzeichnet durch
    einen stationären Rahmen (51,52); durch erste und zweite bewegbare Stufen (55,90), dio jeweils entlang ersten und zweiten, sich in einer Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine Hehrzahl von dynamischen, elektromechanischen Wandlern (61,74,99,111), die auf jeweiligen axialen Enden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch ein erstes elastisches Halteelernent (57,58) zum Tragen der ersten, in Richtung der ersten Achse bewegbaren Stufe (55) auf dem stationären Rahmen; durch ein auf der zweiten Stufe angeordnetes zweites elastisches Halteelement (91,92) zum Tragen der zweiten, in Richtung der zweiten Achse bewegbaren Stufe (90); durch eine auf der zweiten bewegbaren Stufe angeordnete Tragsäule (121), die sich in Richtung einer dritten Achse senkrecht zum Schnittpunkt der ersten und zweiten Achse erstreckt; durch einen drehbar auf der Tragsäule angeordneten Umlaufkörper (13O); durch eine Mehrzahl von elektromechanischen Biegewandlern (126 - 129), die zum Drehen des Umlaufkörpers zwischen diesem und der Tragsäule angeordnet sind; und durch eine auf dem Umlaufkörper angeordnete Plattform (14O) zum Tragen eines einzustellenden Objektes (184).
    20. Vorrichtung zur Feineinstellung, gekennzeichnet durch
    einen stationären Rahmen (51,52); durch erste und zweite bewegbare Stufen (55,90), die jeweils entlang ersten una zweiten, sich in einer Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar sind; durch eine Mehrzahl von dynamischen, elektromechanischen Wandlern (61,74,99,111), die auf jeweiligen axialen Enden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch ein erstes elastisches
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    Halteelement (5T1Se) zum Tragen der ersten, in Richtung der ersten Achse bewegbaren Stufe (55) auf dem stationären Rahmen; durch ein auf der ersten Stufe angeordnetes zweites elastisches Halteelement (91»92) zum Tragen der zweiten, in Richtung der zweiten Achse bewegbaren Stufe (90)j durch eine Mehrzahl von elektromechanischen Biegewandlern (126 - 129), die mit einem Ende an der zweiten bewegbaren Stufe befestigt sind, um sich radial zu einer dritten Achse zu erstrecken, welche senkrecht zum Schnittpunkt der ersten und zweiten Achsen verläuft, wobei diese Biegewandler um die dritte Achse biegbar sind; und durch eine von den anderen Enden der elektromechanischen Biegewandler getragene Einrichtung (130) zum Tragen eines einzustellenden Objektes (184).
    21. Vorrichtung zur Feineinstellung, gekennzeichnet durch
    einen stationären Rahmen (51,52); durch erste und zweite bewegbare Stufen (55,90), die jeweils entlang ersten und zv/eiten, sich in einer Ebene rechtwinklig schneidenden Achsen bewegbar * sind; durch eine Mehrzahl von dynamischen, elektromechanischen Wandlern (61,74,99,111), die auf jeweiligen axialen Enden zugehöriger Stufen angeordnet sind; durch ein erstes elastisches Halteelement (57,58) zum Tragen der ersten, in Richtung der ersten Achse bewegbaren Stufe (55) auf dem stationären Rahmen; durch ein auf der ersten Stufe angeordnetes zweites elastisches Halteelement (91,92) zum Tragen der zweiten, in Richtung der zweiten Achse bewegbaren Stufe (90); durch eine auf der zweiten bewegbaren Stufe angeordnete Tragsäule (121), die sich in Richtung einer dritten Achse senkrecht zum Schnittpunkt der ersten und zweiten Achsen erstreckt; durch einen drehbar auf der Tragsäule angeordneten Umlaufkörper (120); durch erste «lektromechanische Biegewandler (126 - 129)» die zum Drehen des Umlaufkörpers zwischen diesem und der Tragsäule angeordnet sind; durch eine Mehrzahl zweiter elektromechanischer Biegewandler (150 - 152), die an dem·Umlaufkörper befestigt sind, um sich
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    radial zu der Tragsäule zu erstrecken! wobei die zweiten elektromechanischen Biegewandler in Richtung der dritten Achse biegbar sind; und durch eine von den elektromechanischen Biegewandlern getragene Einrichtung (14O) zum Tragen eines einzustellenden Objektes (184).
    22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch
    eine Mehrzahl von Elektroden zum Messen der Bewegungen der ersten und zweiten bewegbaren Stufen (55,90) und des Umlaufkörpers (12O), und zwar über den Wechsel der elektrostatischen Kapazität.
    23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Elektroden jeweils auf der ersten und zweiten Achse zugehöriger Stufen angeordnet sind.
    24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
    daß die jeweiligen Elektroden zu den zugehörigen Achsen versetzt sind.
    25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet,
    äaQ die zweiten elektromechanischen Biegewandler (150 - 152), die die Einrichtung (140) zum Tragen des Objektes (184) stützen, mit einem elastischen Sitz verbunden sind, der auf der Tragsäule (121) angeordnet ist.
    26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
    daß der elastische Sitz mit einem parallel zur Tragsäule (121) verlaufenden Zapfen verbunden ist, und zwar über zwischengeschaltete elastische Platten, die mit den einen Enden der zweiten elektromechanischen Biegewandler in Verbindung stehen, wobei der Zapfen an ein elastisches Element angeschlossen ist, welches in einer Ausnehmung im oberen Ende der Tragsäule aufgenommen wird.
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    SO
    27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet,
    daß das elastische Element ein ringförmiger Körper ist, der in seinem Zentrum ein starres zylindrisches Elemont aufweist.
    28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet,
    daß die das Objekt tragende Einrichtung (14O) mit einem Ring verbunden ist, dessen Umfangsbereich über ein stabilisierendes elastisches Element mit dem Umlaufkörper (130) in Vorbindung steht.
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