DE2617312C3

DE2617312C3 -

Info

Publication number: DE2617312C3
Application number: DE2617312A
Authority: DE
Inventors: Makoto Mitaka Asakawa; Tadao Koganei Saito; Shin-Ichi Chofu Yamazaki
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1975-04-21
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1980-06-19
Also published as: NL7604241A; FR2308465B1; FR2308465A1; DE2617312A1; DE2617312B2; JPS51123565A; JPS5542416B2; GB1502931A; CH609901A5; US4087729A

Description

weise zugänglich ist.

Weitere Einzelheiten zur Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht das bekannte Prinzip der Lageausrichtung einer Schaltplatte und einer Maske;

Fig.2 schematisch einen Grundriß einer bekannten Einstellvorrichtung;

Fig.3 eine Seitenansicht einer weiteren bekannten Einstellvorrichtung;

Fig.4 einen zum Teil geschnittenen Grundriß einer erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung;

Fig.hA ein Diagramm für das Verhältnis zwischen den X-, Y- und Z-Achsen bezüglich der verschiedenen Einzelteile der Vorrichtung;

Fig.5 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig.4 entlang der Linie V-V und zwar unter Einschluß eines Mechanismus zum Ausrichten der Lage einer Schaltplatte und einer Maske;

Fig. 6 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 4 entlang der Linie VI-VI, ebenfalls unter Einschluß eines Mechanismus zum Ausrichten der Stellung der Schaltplatte und der Maske;

F i g. 7 einen Längsschnitt durch eine Werkstück-Tragplatte und einen Umlaufkörper entsprechend den Fig.4 bis6;

F i g. 8 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 7 entlang der Linie VIII-VIII;

F i g. 9 einen Grundriß der Werkstück-Tragplatte;

Fig. 1OA einen Grundriß einer Ausführungsform für die Konstruktion eines elektrostriktiven Elementes gemäß Fig. 7;

Fig. 1OB eine Seitenansicht des elektrostriktiven Elementes gemäß Fig. 1OA;

F i g. 11 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch eine Maskenannäherungsvorrichtung zur Verwendung für die aus Maske und Schaltplatte bestehende Kombination nach F i g. 5 und 6;

Fig. 12 ein Blockdiagramm für das Antriebssystem der Einstellvorrichtung nach den vorausgehenden Figuren.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die Vorrichtung zur Einstellung der Lage eines Gegenstandes 184 in Form einer Halbleiter-Schaltplatte, wie sie für große integrierte Schaltungen Verwendung findet. Auch umfaßt die Beschreibung den Mechanismus und die elektrische Schaltung zur gleichzeitigen Belichtung der Schaltplatte unter Verwendung einer Maske.

Fig. 10 zeigt einen vorwiegend geschnittenen Grundriß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feineinstellung, wobei eine Maskenannäherungsvorrichtung abgenommen ist.

Zum leichteren Verständnis der Erfindung werden im folgenden anhand der F i g. 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, beispielsweise entlang der X-Achse, auf einer nicht dargestellten, stationären Platte angeordnet. Die Richtung der jeweiligen Achsen wurde so gewählt, wie es in F i g. 4A angegeben ist.

Äußerer, in Richtung der X-Achse
bewegbarer zweiler Rahmen

Ein zweiter, bewegbarer Rahmen 55 in Form eines äußeren Gehäuses, 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.

Die X-Stufe 55 liegl in gleichem Abstand zu den ringförmigen Rahmen 51 und 52. Die einander gegenüberliegenden Enden der X-Stufe 55 sind geschlossen. An den Außenwänden der X-Stufe 55 sind die Innenränder von ringförmigen elastischen Halteelementen 57 und 58 (ringförmigen Vibrationsmembranen) befestigt. Die Außenränder dieser Halteelemente sind über dem gesamten Umfang an den Innenwänden der stationären Rahmen 51 und 52 festgelegt. Folglich ist die X-Stufe 55 über die ringförmigen Vibrationsmembranen an den stationären Rahmen 51 und 52 aufgehängt. Die Membranen bestehen aus nichtmagnetischem Material, wie etwa metallischem Titan, 18-8 rostfreiem Stahl mit einem kleinen linearen Dehnungskoeffizienten, einem hohen Youngs-Modul, einer hohen Zugfestigkeit, einer hohen Fließgrenze und einer extrem hohen Biegefestigkeit. Es sei darauf hingewiesen, daß die X-Stufe 55 ihrer Konstruktion nach eine ausreichende Festigkeit besitzt, um als absolut starrer Körper in Richtung der X-Achse zu wirken, wenn sie nach Art eines Kolbens entlang der X-Achse bevegt 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 Metallrahmen 59 und 60 gewickelt.

Im einzelnen ist auf den Metallrahmen 59 eine

ίο Antriebsspule 62 gewickelt, die einen Teil eines dynamischen, elektromechanischen Wandlers 61 bildet, welcher eine 0-Frequenz entlang der X-Achse liefert.

Außerhalb und neben der Antriebsspule 62 ist eine Meßspule 63 für die X-Geschwindigkeit angeordnet.

Letztere ist die Fördergeschwindigkeit in Richtung der X-Achse.Vorzugsweise sieht man einen nicht dargetellten Spalt im Metallrahmen 59 vor. um einen Sekundärstrom zu vermeiden, der im Metallrahmen 59 bei dessen Bewegung induziert wird und die Ausgangsspannung der Geschwindigkeits-Meßspule 63 beeinflußt.

Zusätzlich zu der oben beschriebenen Antriebsspule 62 besitzt der dynamische elektromechanische Wandler 61 ein kappenförmiges Element 67 mit einer kreisförmi-

gen Öffnung 65 und einem inneren Hohlraum 66. Ein inneres Polelement 68 sitzt innerhalb der kreisförmigen Öffnung 65 und bildet einen vorbestimmten Abstand mit dieser. Ferner liegt ein zylindrischer Permanentmagnet 69 zwischen dem äußeren Polelement 67 und dem

f>o inneren Polelement 68, und zwar koaxial zum inneren Polelement 68 und auf der X-Achse. Diese Elemente liegen koaxial zur X-Stufe 55 und bilden einen Ringspalt zwischen der Innenwand der öffnung 65 und dem inneren Polelement 68. In diesem Ringspalt sitzt der

f>5 Metallrahmen 69, der die Antriebsspule 62 trägt, und zwar in frei bewegbarer Anordnung. Eine Kompensationsspule 70 mit im wesentlichen dem gleichen Federkoeffizienten ist auf der Polfläche des inneren

Polelementes 68 angeordnet, und zwar an einer Stelle, die der Meßspule 63 für die -^-Geschwindigkeit gegenüberliegt. Die Spulen 63 und 70 sind entgegengesetzt geschaltet. Man kann also den Abfall in der Geschwindigkeits-Meßgenauigkeit verhindern, der von der in der Geschwindigkcits-Meßspule 63 induzierten Spannung hervorgerufen wird, wenn der Antriebsstrom, der durch die Antriebsspule 62 für den 0- Frequenz-Vorschub in Richtung der X-Achse fließt, bei einer Zunahme der Steuergeschwindigkeit variiert.

Durch die inneren und äußeren Polelemente 68 bzw. 67 und durch den Permanentmagneten 69 erstreckt sich in Richtung der X-Achse eine durchgehende öffnung 71. Durch diese Öffnung gehl ein Anschlußelement 73a hindurch, weiches eine Elektrode 73 in einem Raum zwischen dem inneren Elektrodenelement 68 und der X-Stufe trägt. Der Zweck dieser Elektrode 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 Weise eine geringfügige Verschiebung der X-Stufe 55 entlang der X-Achse festzustellen.

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 Därnpfungsspule 76 angeordnet, um flüchtige Vibrationen (transient vibrations) zu vermeiden, die zum Zeitpunkt einer äußeren Störung oder Steuerung auftreten. Die Dämpfungsspule 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 elektromechanische Wandler 74 ein kappenförmiges äußeres Polelement 79 mit einer kreisförmigen Öffnung 77 und einem inneren Hohlraum 78. in der Öffnung 77 ist ein inneres Polelement 80 angeordnet, und zwar unter Bildung eines definierten Luftspaltes. Ein zylindrischer Permanentmagnet 81 sitzt zwischen dem inneren und dem äußeren Polelement 80 bzw. 79, und zwar koaxial zum inneren Polelement. Diese Bauteile liegen koaxial zur X-Stufe 55. Der Metallrahmen 60, der die Antriebsspule 75 trägt, ist bewegbar in dem Luftspalt zwischen der Innenwand der öffnung 77 und dem inneren Polelement 80 angeordnet. Eine Durchgangsöffnung S3 erstreckt sich in Richtung der X-Achse durch das innere und das äußere Polelement sowie durch den Permanentmagneten und nimmt ein Anschlußelement 84 auf. Letzteres trägt eine T-förmige Elektrode 88 in dem Raum zwischen der X-Stufe und einer Stirnplatte 85. Das Anschlußelement der Elektrode 88 geht durch eine Öffnung 86 in der Stirnplatte 85 hindurch und ist mit dem Anschlußelement 84 verbunden. Die Elektrode 88 dient dazu, geringfügige Verschiebungen einer noch zu beschreibenden V-Stufe in Abhängigkeit von der Veränderung der elektrostatischen Kapazität zu messen, weiche sich ergibt, wenn die K-Stufe bewegt wird. Gemäß F i g. 4 ist die Elektrode 88 in Richtung der V-Achse gegen den gegenüber liegenden Teil der y-Stufe versetzt, um eine genaue Bestimmung geringfügiger Verschiebungen in Richtung der F-Achse festzustellen, wie es sich noch aus der weiteren Beschreibung ergeben soll.

Äußerer, in Richtung der V-Achse
bewegbarer erster Rahmen

Es ist ein erster, bewegbarer Rahmen 90 als äußeres, in Richtung der V-Achse bewegbares Gehäuse vorgesehen, das im folgenden als V-Stufe bezeichnet wird. Es hat eine im wesentlichen zylindrische Form. An den einander gegenüberliegenden Slirnplatten der K-Stufe 90 sind die Innenränder ringförmiger elastischer Halteelemente in Form ringförmiger Vibrationsmembranen 91 und 92 befestigt. Deren Außenkanten sind an der X-Stufe 55 festgelegt. Genauer gesagt sind die Seilcnwände der sich in Richtung der X-Achse erstreckenden X-Stufe mit öffnungen 93 und 94 versehen, deren Durchmeser größer als der Außendurchmesser der V-Stufe 90 ist. Die äußeren Umfangsränder der Vibrationsmembranen 91 und 92 sind an den Rändern der Öffnungen 93 und 94 befestigt. Demnach wird also die K-Stufe 90 an der X-Stufe 55 aufgehängt. Die Vibrationsmembranen 91 und 92 bestehen aus dem gleichen Material wie die Vibrationsmembranen 57 und 58, die zum Aufhängen der X-Stufe 55 dienen. Jedoch ist die Dicke der Vibrations-Membranen 91 und 92 derart gewählt, daß ihre Biegesteifigkeit um eine Größenordnung unter der der Vibralionsmembranen 57 und 58 liegt.

Ringförmige Membranen 96 und 97 stehen in Richtung der V-Achse konzentrisch von gegenüberliegenden Enden der V-Stufe 90 ab. Sie tragen eine Mehrzahl von noch zu beschreibenden Spulen.

Auf den Metallrahmen 96 ist eine Antriebsspule 100 gewickelt, die einen Teil eines dynamischen elektromechanischen Wandlers 99 bildet, wobei letzterer zur Erzeugung eines O-Frequenz-Vorschubs in Richtung der K-Achse dient. Außen neben der Antriebsspule 100 ist eine Meßspule 101 für die V-Geschwindigkeit gewickelt, die also die Vorschubgeschwindigkeit in Richtung der V-Achse feststellt. Die auf den Metallrahmen % gewickelten Spulen entsprechen also in ihrer Anordnung und Funktion den Spulen, die auf dem Metallrahmen 59 der X-Stufe 55 sitzen. Ähnlich dem elektromechanischen Wandler 61 der X-Stufe 55, umfaßt der dynamische elektromechanische Wandler 99 ein äußeres Polelement 103. ein inneres Polelement 104 und einen Permanentmagneten 105. Insgesamt entspricht die Konstruktion der des Wandlers 61. Der Metallrahmen 96 sitzt bewegbar in einem Luftspalt 106 zwischen dem inneren und dem äußeren Polelement 104 bzw. 103. Eine Kompensationsspule 107, die im wesentlichen den gleichen Kraftkoeffizienten wie die Meßspule 101 für die y-Geschwindigkeit aufweist; ίςΐ um das innere Polelement 104 gewickelt, und zwar an einer Stelle, die der Meßspule 101 für die K-Geschwindigkeit gegenüberliegt Die Spulen 107 und 101 sind außerhalb der Vorrichtung entgegengesetzt gestaltet

Eine Durchgangsöffnung 108 führt durch das innere und das äußere Polelement 104 bzw. 103 sowie durch den Permanentmagneten 105, und zwar in Richtung der V-Achse. Die Öffnung nimmt ein Anschlußelement 108a auf, welches über einen Bleidraht 108b mit einer T-förmigen Elektrode 109 verbunden ist. Letztere sitzt in der V-Stufe 90. Die Elektrode 109 dient zum Messen des Betrages einer Winkelverschiebung eines noch zu beschreibenden Umlaufkörpers, und zwar hervorgerufen durch die Veränderung in der elektrostatischen Kapazität die auftritt, wenn sich der Umlaufkörper dreht

Eine Antriebsspule 112, die einen Teil eines

dynamischen elektromechanischen Wandlers 111 bildet, ist um den Metallrahmen 97 gewickelt. Der Wandler 111 dient dazu, eine Vibration in Richtung der V-Achse auf die Vibration der V-Stufe 90 zu überlagern, um die Markierungen auf der Schaltplatte und der Maske festzustellen. Eine Dämpfungsspule 113 ist vorgesehen, um flüchtige Vibrationen zu vermeiden, die zum Zeitpunkt einer äußeren Störung oder Steuerung auftreten. Die Dämpfungsspule ist neben der Antriebsspule 112 gewickelt. Ähnlich der Dämpfungsspule 76 des Wandlers 74 ist die Dämpfungsspule 113 über einen äußeren Kreis kurzgeschlossen oder über einen nicht gezeigten Steuerkreis mit der Meßspule 101 für die K-Geschwindigkeit verbunden. Die Spulen 112 und 113 sind auf dem Umfang des Metallrahmens 97 in der gleichen Weise angeordnet wie die Spulen auf dem Metallrahmen 60. Auch stimmen sie in ihrer Arbeitsweise mit letzteren überein.

Da die übrigen Bestandteile des dynamischen elektromechanischen Wandlers 111 denen des Wandlers 99 entsprechen, werden für diese Teile die gleichen Bezugszeichen wie für die entsprechenden Teile des Wandlers 99 verwendet, jedoch mit einem Zusatz »s«. Die Elektroden 109 und 109s sind symmetrisch bezüglich der Mittellinie des Umlaufkörpers 120 gemäß F i g. 4 angeordnet und elektrisch derart geschaltet, daß sich ihre Ausgänge addieren.

Eine ebene Platte 115 ist parallel zur X-Achse in der Mitte der K-Slufe 90 angeordnet, und zwar in der V-Aehsc oder in deren Nähe. Der Abschnitt der Stufe direkt oberhalb der ebenen Platte ist entfernt, um die öffnung 94 zu bilden. Ferner ist eine Metallplatte 116 über Arme 117 und 118 derart an der K-Stufe 90 befestigt, daß sie der von der X-Stufe 55 getragenen Elektrode 88 gegenüberliegt.

Um die Z-Achse drehbarer Umlaufkörper

Der Umlaufkörper 120 sitzt auf einer vertikalen Tragsäule 121 (Fig. 5) in der Mitte der ebenen Platte 115, wobei sich diese Tragsäule in Richtung der Z-Achse senkrecht zu den X- und K-Achsen erstreckt. F i g. 7 und 8 zeigen die Einzelheiten des Umlaufkörpers 120. 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 elektrostriktiven 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 bimorphe elektrostriktive Element besitzt eine Konstruktion, wie sie in den Fig. 1OA und 1OB dargestellt ist. Es besteht also aus zwei übereinander liegenden rechtwinkligen Platten 131a und 131Z) aus ferroelektrostriktivem Material, wie etwa aus Zirkonium-Titanatblei. Ferner sind an den einander gegenüberliegenden Flächen der rechtwinkligen Platten 131a und 1316 Elektroden 132a, 1326 und 132c angeordnet, um Polarisierungs- und Antriebsspannungen anzulegen. Jeder Wandler besteht deshalb aus vier in axialem Abstand angeordneten elektrostriktiven Elementen, weil 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 Gesamtdrehmoment zu erhöhen. Man kann drei oder vier oder mehr elektrostriktive Elemente verwenden. Beim Ausführungsbeispiel sind vier Wandler in Radialrichtung angeordnet, um ein höheres Drehmoment als lediglich mit einem einzigen Wandler zu erzeugen und um einen stabilen Betrieb sicherzustellen, indem man Drehmomente in der gleichen Richtung hervorruft, d. h., in Umfangsrichtung. Vier radiale Versteifungselemente in Form elastischer Versteifungsplatten 134 bis 137 sind unter gleichem Abstand in Radialrichtung zwischen der Tragsäule 121 und dem zylindrischen Körper 130 angeordnet, um das Drehverhalten bzw. die Drehlage des zylindrischen Körpers sicherzustellen. Diese elastisehen Platten 134—137 liegen zwischen benachbarten Wandlern. Die elastischen Platten 134 bis 137 bestehen aus einem Material mit ähnlichen Eigenschaften wie die ringförmigen Vibrationsmembranen 57, 58 bzw. 91, 92 und sind so konstruiert, daß sie die Hysteresiseigenschäften der Wandler 126 bis 129 kompensieren, nicht jedoch deren Resonanzfrequenz 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 Möglichkeil, eine Winkelversetzung in der Größenordnung von 10 Micron hervorzurufen.

Man verwendet mindestens vier Biegewandler 126 bis 129 und mindestens vier elastische Versteifungsplatten 134 bis 137, um eine Ausfluchtung mit den Verschiebeachsen der X- und K-Stufen 55 bzw. 90 zu erzielen, d. h., mit den X-, Y- und Z-Achsen. Bei 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 K-Stufe 90 bewegt wird, so daß die Drehachse des zylindrischen Körpers 130 exakt der Bewegung der V-Stufe folgen kann. Man bildet den zylindrischen Körper 130 so lang wie möglich aus, so daß seine obere Fläche mit der gewünschten Genauigkeit in der Horizontalen umläuft, wenn die Antriebsspannung an die Wandler 126 und 129 angelegt wird, um letztere durchzubiegen. Um die Verlängerung und Zusammenziehung der Wandler 126 bis 129 in Richtung der Z-Achse zu vermindern, ordnet man entsprechende elektrostriktive Elemente der jeweiligen Wandler an. Aus dem gleichen Grunde wählt man die Breite der elastischen Versteifungsplatten 134 bis 137 gleich der axialen Länge des zylindrischen Körpers 130.

Platte zum Befestigen eines Werkstückes
und Einstellmechanismus für dessen Neigung

Die Konstruktion einer Platte 140 zum Befestigen eines Werkstückes 184 geht im einzelnen aus den F i g. 7, 8 und 9 hervor. Die obere Kante 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 Elementen in Form von Stabilisierungsplatten 146, 147 und 148 versehen, die die Platte 140 tragen.

Elektrostriktive Biegewandler 150, 151 und 152 sind mit ihren einen Enden an den zugehörigen Vorsprüngen 140,142 und 143 befestigt, wobei die Elektrodenflächen horizontal gehalten werden, um die Höhe in Richtung der Z-Achse sowie die Neigung einzustellen. Jeder Wandler besteht aus einem Paar von elektrostriktiven Elementen, die in horizontaler Ebene zusammengesetzt sind. Die anderen Enden der Wandler sind an Ansätzen 153, 154 und 155 befestigt, welche von der unteren Fläche der Platte 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. Elastische Platten in Form von Segmenten 157, 158 und 159 sind mit ihren einen Seiten an einer Seite eines zugehörigen Ansatzes befestigt. Starre Zapfen 160, 161 und 162 sind jeweils an den anderen Seiten zugehöriger elastischer Segmente festgelegt. Die unteren Enden der Zapfen 160, 161 und 162 sind mit runden elastischen Elementen 167,168 und 169 in Ausnehmungen 163, 164 und 165 der oberen Fläche der Tragsäule 121 sowie mit starren zylindrischen Elementen 170, 171 und 172 verbunden, wobei letztere in den Ausnehmungen der zugehörigen elastischen Elemente 167, 168 und 169 sitzen. Die unteren Enden der Zylinder 170, 171 und 172 sind an elastischen Sitzen 173, 174 und 175 (von denen lediglich der Sitz 173 gezeigt ist) befestigt, wobei die Sitze mit den Innenwänden der Ausnehmungen 176, 177 und 178 (lediglich die Ausnehmung 176 ist dargestellt) in der oberen Fläche der Tragsäule 121 verbunden sind.

Die elastischen Elemente 167 bis 169, 173 bis 175 und die elastischen Segmente 157 bis 159 bilden ein elastisches Auflager für die das Werkstück tragende Platte 140. Das Auflager dient dazu, ungleiche Belastungen zwischen den drei Sätzen der Biegewandler 150,151 und 152 zu absorbieren. Letztere treten auf, wenn die Neigung der Platte korrigiert wird. Auch werden ungleiche Belastungen aufgrund ungleicher Empfindlichkeit der Elemente ausgeglichen. Kombiniert man also das elastische Auflager mit den Biegewandlern 150, 151 und 152, so ist es möglich, eine Feineinstellung der Platte 140 in ihrer Höhe und in ihrer Neigung vorzunehmen.

Die drei elastischen Stabilisierungsplatten 146, 147 und 148, die den Umfang der Werkstückplatte 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 Neigung einzustellen. Die elastischen Platten sorgen ferner für die Nachfolgecharakteristik der Werkstückplatte bei den Bewegungen des zylindrischen Körpers !30. der Tragsäule 121 und der X- sowie V-Stufen 55 bzw. 90.

Die Platte 140 ist mit einer Mehrzahl von dünnen Sauglöchern 179 versehen, so daß das Werkstück durch Unterdruck angezogen werden kann. Diese Sauglöcher stehen mit einer Unterdruckquelle in Verbindung, und zwar über eine Hinlerkammer 130, einen Nippel 181 und einen Schlauch 182. Um die Haftung des Werkstückes zu erhöhen, ist die obere Fläche der Platte 140 auf Spiegelglanz bearbeitet.

Die Platte 140 weist ferner eine Mehrzahl von Durchbrüchen 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 Lichtempfängern 183 angeordnet.

Der zylindrische Körper 130. die Platte 140 für das Werkstück und ein Teil der K-Stufe bilden, obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, eine Meßelektrode zum Messen einer Verschiebung in vertikaler Richtung (Z-Achse) und einer Neigung der V-Stufe 90. Diese Elektrode entspricht in ihrer Konstruktion den Elektroden zum Messen der Verschiebungen in Richtung der X- und V-Achsen.

In den Fig.5 und 6 trägt die auf der Platte 140 befestigte Schaltplatte das Bezugszeichen 184. Diese Schaltplatte ist von gebräuchlicher Ausbildung und besitzt Markierungen, wie sie in F i g. 1 gezeigt sind.

Nach den Figuren vier und fünf sind Anschläge 185a, 185b, 186a und I860 vorgesehen, um die Bewegungen der Wandler in den Richtungen der zugehörigen Achsen zu begrenzen.

Maskenannäherungsvorrichtung

Eine Maskenannäherungsvorrichtung 190 dient dazu, die auf der Platte 140 befestigte Schallplatte an eine Maske 192 heranzuführen. Fig. 11 zeigt einen entsprechenden Schnitt in vergrößertem Maßstab. 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 weist am Boden

eine Öffnung 195 auf, deren Durchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser des Halteringes 194 entspricht. Zwei im Abstand zueinander liegende elastische Flansche 197 und 198 stehen in horizontaler Richtung bzw. in Richtung der X-Achse von der Außenwand des kappenförmigen Fußstückes 193 ab und lassen eine Vertikalbewegung zu. Um das Fußstück 193 ist zwischen den elastischen Flanschen eine Antriebsspule 200 herumgewickelt, um die Maske 192 in vertikaler Richtung zu bewegen. Durch den Antrieb der Spule läßt sich also die Maske in der Vertikalen um etwa 100 Micron verschieben. In diesem Falle ermöglichen die elastischen Flansche eine Mikroeinstellung.

Die Maskenannäherungsvorrichtung 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 197 und 198 auf gegenüberliegenden Seiten des äußeren Polelementes 203. Die Außenenden der Flansche werden 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 Röntgenstrahles, nicht stört Auf einer nicht dargestellten stationären Basis sind vier vertikale Führungsstangen vorgesehen, von denen lediglich die Führungsstangen 211 und 212 dargestellt sind. Arme 214 bis 217, die an diesen Führungsstangen sitzen, tragen die Maskenannäherungsvornchtung 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

i>o Platte befindlichen Schaltplatte, und zwar als Veränderung der elektrostatischen Kapazität Man kann drei Elektroden verwenden, die in gleichem Abstand, bezogen auf die Umfangsrichtung, verteilt sind.

_fa5 Antriebssystem für die Vorrichtung

zur Feineinstellung

Das Antriebssystem für die Vorrichtung zur Feineinstellung nach den F i g. 4 bis 11 ist in F i g. 12 dargestellt.

Demnach ist ein elektronische¹- Rechner 250 vorgesehen, der als Steuerzentrale zur Steuerung der Stellungen der X- und V-Stufen r^wie des Umlaufkörpers arbeitet, und zwar in Abhängigkeit von den Informationen, die von verschiedenen Elementen der oben bescnriebenen Vorrichtung zur Feineinstellung geliefert werden. Bei dem Rechner kann es sich um eine käuflich erwerbbare Standardausführung handeln. Im folgenden werden die Eingangsvorrichtungen des Rechners beschrieben.

Die Meßspule 63, die die ^-Geschwindigkeit mißt und auf dem Metallrahmen 59 der .Y-Stufe 55 sitzt, ist mit der auf dem inneren Polelement 69 angeordneten Kompensationsspule 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 JY-Stufe in Richtung der X-Achse wiedergibt, wird einem Multiplexer 254 zugeführt. Letzterer empfängt außerdem die Information bezüglich der K-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 V-Geschwindigkeit, die auf dem Metallrahmen 96 der V-Stufe 90 sitzt, und der auf dem inneren Polelement 103 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 .Y-Achse mißt, wird in einer Operationsschaltung 260 behandelt. Die Operationsschaltung 260 arbeitet beispielsweise nach einem Frequenzmodulations-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 A"-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 88 bezüglich der Bewegung der V-Stufe 90 in Richtung der K-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 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 multiflexiert und anschließend dem Rechner 250 zugeführt werden.

Die Gruppe von Lichtempfängern 183 nimmt Lichtstrahlen 270 auf, welche dazu dienen, die Stellungen der Schaltplatte 184 und der Maske 192 aufeinander auszurichten. Die Ausgänge der Lichtempfänger 183 gelangen zu einem Verarbeitungselement 271. welches entscheidet, ob die Stellungen der Schaltplatte und der Maske aufeinander ausgerichtet sind oder nicht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ermittelt man die Markierungen dadurch, daß man eine Vibration anlegt. Wenn also die Antriebsspulen 75 und b5 112 in noch zu beschreibender Weise erregt werden, werden die X- und V-Stufen 55 und 90 in Vibration versetzt. Fallen die Markierungen der Schaltplatte 184 und der Maske 192 übereinander, so wird die zweithöhere 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 272 an das Verarbeitungselement 271 angelegt. Der Ausgang des Verarbeitungselementes 271 gelangt über einen dritten Multiplexer 275 zum Rechner 250. Die Informationen weiterer Gruppen von Lichtempfängern, die unterhalb der Werkstücktragplatte 140 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 Operationsschaltung 280, in der es in eine Information bezüglich des Abstandes zwischen der Maske und der Schaltplatte umgewandelt w cd. Der Ausgang der Operationsschaltung 280 wird an einen Multiplexer 282 angelegt, und zwar über einen Analog-Digital-Wandler 281. 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 Eingangsinformationei liefert der Rechner 250 ein Optimum-Steuersignal an eine Steuervorrichtung 290. Auf diese Weise wird angezeigt, welches der einzelnen Elemente bis zu welchem Ausmaße gesteuert werden soll. An der Ausgangsseite der Steuervorrichtung 290 befinden sich folgende Elemente: eine Quelle 300 für konstanten Strom, Quellen 302 und 303 für konstante Spannung, eine Selektionsschaltung 304 sowie außerdem die Hochfrequenzschaltung 272. Die Ausgänge dieser Quellen, die an den Verbraucher angeschlossen sind, werden in Abhängigkeit vom Ausgang der Steuervorrichtung 290 gesteuert. An den Ausgang der Quelle 300 für konstanten Strom sind also die Antriebsspulen 62 und 100 für die dynamischen elektromechanischen Wandler 61 und 99 der X- und K-Stufen sowie die Antriebsspule 200 angeschlossen, welche auf dem die Maske tragenden Fußstück 193 der Maskenannäherungsvorrichtung 190 sitzt. Die vier Sätze der elektromechanischen Biegewandler 126 bis 129 zum Drehen des Umlaufkörpers 120 sind an den Ausgang der Quelle 302 für konstante Spannung angeschlossen. In gleicher Weise sind die drei Sätze von elektromechanischen Biegewandlern 150, 151 und 152 an den Ausgang der Quelle 303 für konstante Spannung angeschlossen, um die M eigunjj der das Werkstück tragenden Platte 140 einzustellen. Die Selektionsschaltung 304. die an den Ausgang der Hochfrequenzquelle 272 angeschlossen ist. bestimmt, welcher der dynamischen elektromechanischen Wandler 74 und 111 zum Schwingen der X- und y-Stufen 55 und 90 in den X- und K-Richtungen und welcher der elektromechanischen Biegewandler 150, 151 und 152 zum Drehen des Umlaufkörpers 120 in Betrieb gesetzt werden soll, wenn die Markierungen auf der Maske und auf der Schaltplatte ermittelt werden. Die Antriebsspulen 75 und 112 der dynamischen elektromechanischen Wandler 74 und 111 sind an die

Hochfrequenzquelle 272 angeschlossen, und zwar über die Selektionsschaltung 304. Die Antriebsspulen der elektromechanischen Biegewandler 150, 551 und 152 hingegen stehen mit der Hocbfrequenzquelle 272 über einen Teil der Quelle 302 für konstante Spannung in Verbindung.

Die Dämpfungsspulen 76 und 113 auf den X- und V-Stufen 55 und 90, die flüchtige Vibrationen der Stufen verhindern, sind kurzgeschlossen oder über die Steuervorrichtung 290 mittels des Rechners 250 mit einer definierten Belastung verbunden, wenn die Geschwindigkeitsänderung der A"- und K-Stufen in Richtung der X- und V-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 entsprechend der obigen Beschreibung richten die Stellungen der Schaltplatte und der Maske 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 194 der Maskenannähcrungsvorrichtung 190 befestigt. Die Durchbrüche dienen als Markierungen zur Grobeinstellung, wobei diese Markierungen dazu genutzt werden, die Differenz oder den Fehler in der Relativstellung bezüglich der X- und V-Achsen sowie des Winkels Θ von + 100 Micron auf etwa ± 10 Micron zu vermindern. Ferner arbeilen die Durchbrüche ah Markierungen für die Feineinstellung, wobei sie die Differenz von ±10 Micron auf weniger als ±0,1 Micron herabsetzen.

Anschließend wird die Schallplatte 184 auf der Werkstücklragplalte 140 befestigt. Die Schallplatte tragt an vorbestimmten Stellen Durchbrüche mit vorbestimmten Abmaßen, die zur Grobeinstellung und zur Feineinstellung dienen. Zum Befestigen der Schaltplatte wird ein bekannter, nicht dargestellter Schallplattenträger verwendet, der eine Montage der Schaltplatte an einer vorbestimmten Stelle auf der Fläche der Platte 140 zuläßt, und zwar mit einer Genauigkeit von ±100 Micron. Gleichzeitig mit der Montage der Schaltplatte auf der Platte 140 wird die Unterdruckquelle angeschlossen, um die Schallplatte 184 gegen die Fläche der Platte 140 zu ziehen. Das Aufbringen des Unterdruckes erfolgt über den Schlauch 182. den Nippel 181, die Kammer 180 und die Mehrzahl von durch die Platte 140 hinduri'hführenden Saugöffnungen 179.

Einstellung des Relativabstandes
zwischen Schaltplatte und Maske

Sodann wird die Maskenannäherungsvorrichtung 190. die bereits die Maske 192 trägt, in die Nähe der Schallplatte 184 gebracht, und zwar derart, daß der Abstand im Betriebsbereich der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung liegt (±100 Micron jeweils in Richtung der X-,der V-und der Z-Achse; ±1'bezüglich des Drehwinkels Θ; und ±0,1' bezüglich der Parallelität). Diese Genauigkeit in den Relativstellungen kann ohne weiteres durch gebräuchliche Arbeitsschritte, durch den Zusammenbau u-.id und durch entsprechende Endbearbeitung erzielt werden, so daß es überflüssig ist, irgendwelche Spezialmechanismen zu verwenden.

Wenn also in dieser Weise die Maske 192 in die Nähe der Schaltplatte 184 gebracht worden ist, und zwar im Rahmen des oben angegebenen Genauigkeitsbereiches, so setzt der Rechner 250 verschiedene Einzelteile derart in Betrieb, daß die 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 oer Maske und der Schaltplatte wieder. Genauer gesagt wird die Quelle 300 für konstanten Strom über die Steuervorrichtung erregt, um einen Steuerstrom an die Anschlußspule für die Maskenannäherungsvorrichtung zu liefern und den mittleren Abstand zwischen der Maske und der Schallplatte, 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 150,151 und 152 sowie die Quelle 303 für konstante Spannung, um die Relativneigung zwischen der Maske und der Schaltplatte einzustellen, während der von den Elektroden 218 und 219 bestimmte Relativabstand konstant gehalten wird. Hierbei wird die gewünschte Vcrtikalbewegung der Maske 192 von den elastischen Platten 197 und 198 bewirkt. Da der Hub dieser Vertikalbewegung höchstens etwa 100 Micron beträgt, kann man die elastischen Platten 197 und 198 mit beträchtlicher Steifigkeit versehen. Da außerdem die Gesamtmasse von Maske 192, Haltering 194 und Fußslück 193 klein ist, besteht die Möglichkeit, die Resonanzfrequenz des von der Maskenannäherungsvorrichtung 190 gebildeten mechanischen Vibralionssvstems gleich dsr Grundfrequenz (von 100 — zu mehreren KHz)desjentgen mechanischen Vibrationssystems zu machen, welches gebildet wird einerseits von den elektromechanischen Biegewandlern 150, 151 und 152 zur Neigungseinstellung und andererseits von der Werkstücktragplalte 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 abweicht. 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 Weise bestimmt worden ist. erregt der Rechner 250 über die Steuervorrichtung 290 die Hochfrequenzquelle 272. während er gleichzeitig ein Selektionssignal an die Selektionsschaluing 304 abgibt. Dadurch werden die Antriebsspulen 75 und 112 zum Überlagern der Vibrationen in der X- und der V-Achse betätigt. Die Antriebsspulen 75 und 1:2 werden mn einem Antriebsstrom von unterschiedlicher Frequenz und einer Amplitude von etwa 100 Micron versorgt. Die Lichtstrahlen,die durch die Grobeinsiellungsmarkierungen der Schaltplatte umd der Maske hindurchgehen, werden von einer Gruppe von Lichtempfängern aufgenommen. Diese Gruppe, die nicht dargestellt ist, ähnelt der Gruppe voi Lichtempfängern 183. Der Rechner 250 fährt fort, die Quelle 300 für konstanten Strom zu erregen, um einen O-Frequenz-Antriebsstrom zu den O-Frequenz-Antricbsspulen 59 und 60 zu leiten,

welche einen Vorschub in Richtung der X- und /-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 /-Stufe 90, bestehend aus den Metallrahmen 59 und 60 sowie aus den darauf angeordneten Spulen 62,63,75 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 Exzentrizität in der Größenordnung von etwa 100 Micron zulassen. Da man geeignete Dimensionen vorbestimmen kann, die eine konstante Luftspaltfrequenz sicherstellen, besteht die Möglichkeit, die Veränderung der Transformationsl-oeffizienten jeweiliger Spulen, hervorgerufen 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 /-Stufen jeweils in Richtung der X- und /-Achsen derart wählen, daß ein konstantes Magnetfeld aufrechterhalten wird, und zwar unabhängig von Axialverschiebungen der Spulen in der Größenordnung von etwa ±0J Micron. Die Linearität der Verschiebungen jeweiliger Wandler in zugehörigen Richtungen läßt sich also sicherstellen.

Feineinstellung

Sobald der Ausrichtfehler bei der Grobeinstellung auf ein Minimum reduziert worden ist, wird die Ermittlung der Feineinstellungsmarkierungen möglich. Folglich steuert der Computer 250 über die Steuervorrichtung 290 die Quelle 300 für konstanten Strom derart, daß der Strom vermindert und dementsprechend die Verschiebung auf die Größenordnung von ±10 Micron herabgesetzt wird. Gleichzeitig wird der Steuerschritt des 0· Frequenz-Antriebsstroms fein unterteilt, um eine Lageausrichtung mit der Zielgenauigkeit durchzuführen, und /war durch wiederholte Steuerbetätigungen ähnlich denen bei der Grobeinstellung.

Bei der Winkeldrehung in Richtung des Winkels ö erregt der Computer 250 über die Steuervorrichtung 290 die Quelle 302 für konstante Spannung, und zwar in Abhängigkeit von dem Emittlungsergebnis bezüglich der Positionierungsmarkierungen. Demnach werden die jeweiligen elektromechanischen Biegewandler 126 bis 129 angetrieben. Der Umlaufkörper wird also derart gesteuert, daß er sich in der einen oder in der anderen Richtung dreht.

Bei der Reihe von oben beschriebenen Steuervorgängen sind es die Lagesteuerungen entlang den X- dnd /Achsen während der Grobeinstellung, die mit relativ hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden müssen. Insbesondere während der Bewegung in Richtung der X-Achse wirken die anderen Einstellsysteme für die Schaltplatte 184 als Belastung der X-Stufe 55. Da diese Bewegung einen großen Hub erfordert, beschränkt sich praktisch die Resonanzfrequenz des gesamten Systems auf 100 bis 300 Hz (in Richtung der /-Achse auf 300 bis 500 Hz). Aus diesem Grunde muß zur Verhinderung von flüchligen Vibrationen durch eine Übersteuerung oder durch äußere Störungen der Rechner 250 die Ausgänge der Geschwindigkeitsmeßspulen 63 und 101 für die X- und /-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 Umstanden werden die Dampfungsspulen 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 /-Achsen, wird von der Operationsschaltung 260 ermittelt, und zwar in Abhängigkeit von der Veränderung der elektrostatischen

to Kapazität, wie sie von den Elektroden 73 und 88 ermittelt wird. In gleicher Weise geben die Elektroden 109 und 108 den Drehwinkel β und die Verschiebung entlang der vertikalen Z-Achse an. In Abhängigkeit von dem gemessenen Verschiebungsweg steuert der Rechner 250 die Eingänge der zugehörigen Wandler. 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 Absolutintervalls vom Bezugspunkt, und zwar unter Verwendung eines Laser-lnterferrometers, nach Wunsch den Absolutwert steuern, so daß es nicht notwendig wird, das Laser-Interferometer während des normaien Betriebes einzusetzen.

Durch Verwendung eines Laser-lnterferrometers und anderer Versuchsinstrumente wurde gefunden, daß 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 Meß-Strahls, so kann man die Vibrations-Antricbsspulen 75 und 112 in Reihe gegen die zugehörigen 0-Frequenz-Antriebsspulen 62 und 100 schalten und auf diese Weise die Antriebskraft erhöhen. Die anderen Grundoperalionen sind genau die gleichen wie bei dem oben beschriebenen, mit überlagerten Vibrationen arbeitenden Verfahren.

Eine weitere Methode zum Ermitteln der Markicrun gen besteht darin, der Schaltplatte Drehvibrationen zu erteilen. In diesem Falle wird die Bewegung des Umlaufkorpers 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.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels 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, solange das Licht durch eine Mehrzahl von Markierungen empfangen werden kann. Anschließend legt man für die Feincinstelung eine Vibration an.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels das durch die Markierungsdurchbrüche hindurchgehende Licht empfangen wird, daß jedoch ohne weiteres auch ein System verwendet werden kann, bei dem das Licht von den

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Bezugsmarkierungen reflektiert wird. Auch kann man komplementäre Markierungen verwenden.

Wenn die Möglichkeit besteht, die Dicke der Maske und damit deren mechanische Festigkeit zu erhöhen, so kann man die Relativlage von Maske und Schaltscheibe umkehren.

Da außerdem beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verschiebungs-Meßpunkte in dreidimensionalen Richtungen wandern, kann der Effekt der gegenseitigen Interferenz zwischen der Verschiebung und der Modulationsfrequenz, hervorgerufen durch eine Anzahl von Annäherungsschritten, auf ein Minimum zurückgeführt werden, indem man wahllos die Mittelfrequenzen des jeweiligen Frequenzmodulators, nämlich,der Operationsschaltungen 260,280...,bei etwa 200 KHz festlegt.

Die obigen Ausführungen beschreiben die Anwendung der Erfindung auf die Feineinstellung der Maske und der Schaltscheibe, wie man sie zur Herstellung großer integrierter Schalungen verwendet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung gleicher Weise für jeden Anwendungsbereich eignet, bei dem eine genaue Lageausrichtung erforderlich ist. Hierzu gehört u. a. eine präzise Belriebseinstellung für topographische Rönlgensirahl-Vorrichtungen, eine Ausrichtvorrichtung zum Arbeiten mit einem Laserstrahl in Kombination mit einer Grobeinstellvorrichtung für einen großen Hub, eine Fortschaltvorrichtung für ultra-microfiche-Photographie, eine Fortschallvorrichtung für die Arbeitsposition zugehöriger Teile mit höchster Genauigkeit, eine Vorrichtung zum Bestimmen 3u der Suchstellungen sehr kleiner Körper mit hoher Genauigkeit, extrem genaue Mikroskope sowie Vorrichtungen zum Einstellen der Lage von Probenlrägern. Es besteht auch die Möglichkeit, nicht nur die gleichzeitige Projektion und Belichtung zu verwenden, Jj sondern auch eine Projektion und Belichtung in Wiederholungsschritten, kombiniert mit einem Einstellmechanisnius für schnelle Grobeinstellungen und einem Muster-Regenerator.

Beim vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel kommen ίο ringförmige Vibrationsinembranen ah elastische Elemente /um Tragen der X- und K-Stufen /ur Anwendung. Man kann jedoch auch plattenförmig^ Elemente beliebiger Form verwenden, etwa rechteckige oder elliptische Platten mit einer zentralen Öffnung.

An Stelle von kastenförmigen und zylindrischen X-b/w. V-Stufen sind abgewandelte Ausführungsformen möglich. Beispielsweise kann die X Stufe von irgend einem elastischen Halteelement beliebiger Form getragen werden, welches die Befestigung des Halteelemen- 5u tes für die /-Stufe zulaßt. Die K-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 K-Stufe clektromechanische Wandler zu verwenden, die in Richtung der Z-Achse biegbar sind, sofern eine Lageeinstellung in Drehrichtung nicht erforderlich ist. In dieser Weise soll deu'! Ί werden, daß die Konstruktion des Ausführungsbeispieles 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 elektromechanischen Wandlern angelrieben werden, kann man das Aufbringen einer gleichförmigen Kraft über den gesamten Hub der jeweiligen Stufen sicherstellen und damit die Möglichkeit schaffen, die Feineinstellung mit höchster Genauigkeit durchzuführen.

2. Dia X- und K-Stufen werden von elastischen Halteelementen getragen und besitzen zugehörige Achsen, die sich rechtwinklig in einer gemeinsamen Ebene schneiden. Jede Stufe ist mit einem Paar von entgegengerichteten koaxialen Permanentmagneten versehen, wobei die Form, die Flußdichte im Luftspalt und die Verteilung des Fiußverlustes 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 K-Stufen jeweils um die X- bzw. K-Achsen gewickelt. Der Federkoeffizient ändert sich also nicht, wenn sich die Antriebsspule für die K-Slufe bei einer Bewegung der X-Siuie in Richiung der ,Y-Achse innerhalb des Magnetflusses des Permanentmagneten zum Antrieb der Stufe bewegt, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Flußdichte im Luftspalt der K-Stufe gleichförmig ist. Dies bietet die Möglichkeit, wechselseitige Störungen zwischen den Antriebskräften für die jeweiligen Ajhsen zu vermeiden.

4. Da jede Stufe von einem dynamischen elektromechanischen Wandler angetrieben wird, erfolgt die Umformung zwischen elektrischen und mechanischen Kräften linear, so daß eine Hysteresis eliminiert wird.

5. Die Verwendung der dynamischen elektromechanischen Wandler bietet die Möglichkeit, die Flußrichtung jeweiliger Stufen in jede beliebige Richtung zu legen. Nach 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.

6. Die dynamischen elektromechanischen Wandler bieten die Möglichkeit, daß sich bei einer Bewegung der Spule für die λ'-Achse (X-Stufe) die Spule der K-Achse (K-Stufe) frei durch den ringförmigen Luftspalt des Wandlers verschieben kann. Der Koeffizient der Antriebskraft ändert sich also nicht.

7. Da jede Stufe von einem Paar von ringförmigen, elastischen Halteelementen getragen wird, ergeben sich keine Verschiebungen in Richiung der Z-Achse und keine Drehungen, wodurch Linearbewegungen entlang den X- und K-Achsen sichergestellt werden. Da außerdem keine Gefahr von Querbewegungen besteht, wird keine Nebenvibralion erzeugt, selbst wenn hochfrequente Vibrationen zur Erzeugung der Linearbewegung aufgebracht werden.

8. Es besteht ferner die Möglichkeit, die Resonanzfrequenz der mechanischen Vibrationssysleme zur Erzeugung der Bewegungen entlang den zugehörigen Achsen beträchtlich zu erhöhen. Damit kann man den Frequenzbereich für die Steuerelastiziiät erweitern. Man ist also in der Lage, einen analogähnlichen Vorschub mit kleinen Schritten von 0,001 Micron zu erzeugen, was bei bisher bekannten Einrichtungen keinesfalls möglich war.

9. Da der Umlaufkörper von einer Mehrzahl von elektromechanischen Biegewandlern getragen wird, die in Richtung der Z-Achse angeordnet sind, und da eine Mehrzahl von Sätzen der Wandler unter gleichem Winkelabstand radial angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, eine reine Drehkraft auf den Umlaufkör-

per auszuüben, und zwar ohne Komponenten in anderen Richtungen.

10. Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Konstruktion können elastische Platten zwischen die radial angeordneten Wandler gesetzt werden. Auf diese Weise vermeidet man ein; Verlängerung in Richtung der Z-Achse und verhindert somit einen unangemessenen Betrieb der Wandler. Außerdem ist es auch möglich, gegenseitige Interferenzen zwischen den Bewegungen in Richtung der X-, Y- und Z-Achsen zu vermeiden.

11. Da sämtliche Elemente, nämlich die Stufen, der Umlaufkörper und die Werkstückplatte, von elastischen Halteelementen getragen werden, kann man nicht nur nach Wunsch die Resonanzfrequenzen derjenigen mechanischen Vibrationssysteme erhöhen, die die Bewegungen in Richtung der X-, Y- und Z-Achsen sowie die Drehbewegungen erzeugen, sondern man kann auch jeden beliebigen Abstand zwischen den Resonanzfrequenzen wählen. Dementsprechend kann man einen großen Abstand zwischen die Resonanzfrequenz für den normalen Betrieb und die normalerweise zulässige Frequenz für äußere Störungen legen.

12. Da man die Höhe und die Neigung der Werkstückplattform durch die elektromechanischen Biegewandler einstellen kann, besteht beispielsweise bei der gleichzeitigen Belichtung einer Maske und einer Schallplatte die Möglichkeit, die Parallelität dieser Elemente ohne weiteres einzustellen, wohingegen man. wenn die Vorrichtung zur Ausbildung eines Maskenmusters 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, arbeitet man ohne Totgang, Reibung u. dgl.

14. Als Antriebselemente zur Erzeugung von Bewegungen in Richtung der X- und y-Achsen, die relativ lange Hübe erfordern, werden die dynamischen elektromechanischen Wandler verwendet, die eine lineare Charakteristik über einen weiten Betriebsbe-

reich besitzen. Demnach kann man eine lineare Steuerung über einen weiten Bewegungsbereich erzielen. Man kann also die Feineinstellung und die Grobeinstellung mit der gleichen Vorrichtung durchführen. Dies vereinfacht die Konstruktion des Steuersystems.

15. Da die Bewegungen in Richtung der X- und /-Achsen sowie die Drehbewegung von entgegengerichteten elektromechanischen Wandlern gleichen Typs erzeugt werden, kann man deren Charakteristika wechselseitig korrigieren, so daß man eine genaue und einfache Korrektur der elektromechanischen Transformationskoeffizienten der jeweiligen Antriebsmechanismen erhält. Folglich besteht die Möglichkeit, den

ic, Absolutwert der Verschiebung zu messen, indem man einen gebräuchlichen Frequenzmodulations-Frequenzdiskriminator kombiniert, welcher die Änderung in der elektrostatischen Kapazität mißt. Man kann also nicht nur den Absolutwert steuern, und zwar ohne Verwendung einer Anzahl teurer Vorrichtungen zur Messung der Verschiebung, wie etwa Laser-Interferrometer, photoelektrischer Mikroskope o. dgl., sondern man kann auch eine Steuerung mit geschlossenem Kreis anwenden.

16. Die dynamischen elektromechanischen Wandler zum Antrieb in Richtung der X- und /-Achsen besitzen einen magnetischen Kreis mit geringen magnetischen Verlusten sowie einen Magneten in der Mitte. Selbst wenn also die magnetischen Kreise von zwei Anlriebswandlern dicht nebeneinander gesetzt werden, tritt zwischen ihnen keine Gleichstrom- oder Wechselstrom-Wechselwirkung auf, so daß man zu einer kleinen und kompakten Konstruktion gelangt.

17. Insgesamt ergibt sich, daß die erfindungsgemäße j5 Vorrichtung eine beständige und feine Einstellung der

Lage eines Werkstückes mit hoher Geschwindigkeit und extrem hoher Genauigkeit ermöglicht, wie es mit bisher bekannten Vorrichtungen nicht durchführbar war. Außerdem handelt es sich um eine kompakte Vorrichtung.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Feineinstellung mit einem stationären Rahmen und zwei in einer Einstellebene senkrecht zueinander gegen Einspannfedern wirkenden elektrisch betriebenen Justiermechanismen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu justierende Gegenstand (184) mittels eines Tragelements (140) in einem ersten Rahmen (90) angeordnet ist, der in einer ersten Richtung f V^ federnd in einem zweiten Rahmen (55) montiert ist, während der zweite Rahmen (55) in einer zweiten Richtung (X) federnd im stationären Rahmen (51,52) montiert ist, wobei dynamische elektro-mechanische Wandler (61, 74, 99, 111) zur Betätigung in X- bzw. K-Richtung jeweils stirnseitig an die Rahmen anschließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste Rahmen (90) als auch der zweite Rahmen (55) an beiden Enden von einem elastischen Halteelement (91, 92 bzw. 57, 58) getragen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der dynamischen elektromechanischen Wandler (61, 74, 99, 111) einen im wesentlichen geschlossenen magnetischen Kreis mit einem Magnetpol in seiner Mitte aufweist, wobei jedem der Rahmen (55, 90) eine Antriebsspule zugeordnet ist. J0

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Rahmen (55) die Form eines kubischen Gehäuses aufweist, welches ein erstes Paar von sich in der ersten Richtung (Y) erstreckenden Wänden sowie ein Ji zweites Paar von sich in der zweiten Richtung (X) erstreckenden Wänden besitzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Rahmen (90) tragenden elastischen Halteelementt (91, 92) mit dem zweiten Paar von Wänden verbunden sind, während die den zweiten Rahmen (55) tragenden elastischen Halteelemente (57, 58) sich zwischen dem ersten Paar von Wänden und dem stationären Rahmen (51,52) erstrecken.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Tragen des einzustellenden Gegenstands (184) einen an dem ersten Rahmen (90) angeordneten Umlaufkörper (120) aufweist, der um so eine Achse (Z) drehbar ist, in der sich eine in der ersten Richtung (Y) verlaufende erste Achse und eine in der zweiten Richtung (X) verlaufende zweite Achse unter rechtem Winkel schneiden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufkörper (120) über einen elektromechanischen Biegewandler (126-129) drehbar auf einer mit dem ersten Rahmen (90) verbundenen Tragsäule (121) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- ⁶⁽⁾ zeichnet, daß der elektromechanische Biegewandler (126-129) mehrere Sätze elektrostriktiver Elemente (123—125) aufweist, wobei die Sätze gleichmäßig um die Tragsäule (121) verteilt sind und die elektrostriktiven Elemente (123-125) jedes Satzes ¹^ in der Achsrichtung der Tragsäule (121) aufeinanderfolgend angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet

durch eine Mehrzahl von radialen Versteifungselementen (134 — 137), die zwischen benachbarten Sätzen der elektrostriktiven Elemente (123 — 125) angeordnet sind und die Tragsäule (121) mit dem Umlaufkörper (120) verbinden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostriktiven Elemente (123-125) und die Versteifungselemente (134-137) sich im wesentlichen in die dritte Achse (Z) enthaltenden Ebenen erstrecken.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einstellen des Gegenstands (184) in einer Richtung senkrecht zu den ersten und zweiten Richtungen (Y, X)und zum Einstellen der Neigung des Gegenstands (84), wobei diese Einrichtung zwischen dem Umlaufkörper (120) und dem Tragelement (140) zum Tragen des einzustellenden Gegenstands (184) angeordnet ist.

!2. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen- und Neigungseinstelleinrichtung eine Mehrzahl von elektromechanischen Wandlern (150-152) aufweist, die in Richtung der dritten Achse (Z) senkrecht zu den ersten und zweiten Achsen biegbar sind und in gleichem Winkelabstand um die Tragsäule (121) liegen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Wandler (150-152) mit einem elastischen Sitz verbunden sind, der auf der Tragsäule (121) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Sitz aus mindestens einem in einer Ausnehmung (176-178) im oberen Ende der Tragsäule (121) aufgenommenen elastischen Element besteht und mit einem parallel zur Tragsäule (121) verlaufenden Zapfen (160- 162) verbunden ist, der über elastische Platten (157- 159) mit den einen Enden der elektromechanischen Wandler (150 - 152) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element ein ringförmiger Körper ist, der in seinem Zentrum ein starres zylindrisches Element (170- 172) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Gegenstand (184) tragende Trageltment (140) über ein stabilisierendes elastisches Element (146-148) mil einem mildem Umlaufkörper(120) verbundenen Ring (145) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen (90, 55) an seinen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten zwei im wesentlichen gleich ausgebildete dynamische elekiromechanische Wandler (61, 74, 99, 111) aufweist zwecks gegenseitiger Kompensation der magnetischen Verlustflüsse.

18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Elektroden (73, 88, 109, 109s; zum Messen der Bewegungen des ersten und zweiten Rahmens (90, 55) und des Umlaufkörpers (120) durch Erfassung der jeweiligen Kapazitätsänderung.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (z. B. 73) jeweils auf der in der ersten bzw. zweiten Richtung (Y, X) verlaufenden Achse des zugehörigen Rahmens (z. B. 55) angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (z. B. 88) zu der in der ersten bzw. zweiten Richtung (X, Y) verlaufenden Achse des zugehörigen Rahmens (z. B. 55) versetzt sind.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Feineinstellung mit einem stationären Rahmen und zwei in einer Einstellebene senkrecht zueinander gegen Einspannfedern wirkenden elektrisch betriebenen Ju-Stiermechanismen.

Die Dichte großer integrierter Schaltungen hat sich in den letzten Jahren beträchtlich erhöht, wodurch auch die Anforderungen an die Genauigkeit der Abbildung eines Muslers auf einer Schallplatte entsprechend gewachsen sind, und zwar bis in die Größenordnung von 0,1 Mikron und darunter. Bei einigen Verfahren wird für den Einstellmechanismus eine Schrittgenauigkeit von 0,03 Mikron verlangt.

In einer bekannten Vorrichtung gemäß F i g. 1 dienen zur Relativeinstellung zwischen einer Maske und einer Schaltplatte eine Mehrzahl von Bezugsmarken 13 und 14, die sich auf der Maske 11 bzw. auf der Schaltplatte 12 befinden. Die Schaltplatte 12 und die Maske 11 werden sowohl in X- und K-Richtung als auch in Drehrichtiing jo (Winkel Θ) durch Einstelleinrichtungen derart ausgerichtet, daß jeder der von den Quellen 15 ausgehenden Lichtstrahlen oder Röntgenstrahlen durch die fluchtenden Bezugsmarken 13 und 14 hindurchgeht. Die Lichtoder Röntgenstrahlen werden von Empfängern 16 aufgenommen, um die Einstelleinrichtungen entsprechend zu steuern.

Ein bei einem solchen Verfahren in gewissem Umfang verwendbarer, aus der DE-OS 17 72 314 bekannter Einstellmechanismus gemäß Fig. 2 besitzt einen rechtwinkligen Tisch 20 zum Tragen einer St haltplatte 12. An vier Ecken des Tisches 20 sitzen Vorsprünge 20a bis 20c/ zum Befestigen zylindrischer piezoelektrischer Elemente 21 bis 24. Letztere werden angetrieben, um die Bezugsmarken 14 der Schaltplatte 12 auf die Bezugsmarken 13 der Maske 11 auszurichten. Dieses Ausrichten erfolgt dadurch, daß die Relativlage in den Richtungen X. Y und θ unter dem Einfluß von Lichtdetektoren 25 eingestellt wird. Der Einstellbereich des Mechanismus liegt bei 10 Mikron, so daß man zur ίο Voreinstellung der Schaltplatte zusätzlich eine mit höchster Genauigkeit arbeitende Mikrostufe vorsehen muß.

Werden bei diesem Einslellmechanismus die piezoelektrischen Elemente 21 und 23 in der Richtung X « angetrieben, um die Schaltplatte 12 in der Richtung X zu bewegen, so wird der Tisch 20 auch von der mechanischen Hemmung durch die in V-Richtung wirkenden piezoelektrischen Elemente 22 und 24, mit denen er ja verbunden ist, biv"-,f!ußt. Aufgrund dieser M) gegenseitigen Kopplung der X- und V-Bewegungen ist es schwierig, die Schaltplatte 12 entlang einer vorbestimmten Bahn in die gewünschte korrekte Position zu bewegen. Außerdem muß dafür Sorge getragen werden, daß die Bewegungen des Tisches nicht b^r> zu einer Überlastung und damit zu einem Zerbrechen der piezoelektrischen Elemente führen. Die piezoelektrischen Elemente müssen zur Erzielung einer ausreichenden Empfindlichkeit relativ lang und dünn sein, was wiederum deren Handhabung erschwert und dem Erfordernis einer guten Raumökonomie entgegensteht

Bei dem in Fig. 2 dargestellten, aus der FR-PS 21 7b 640 bekannten Einstellmechanismus sind die X- und V-Stufen 26 und 27 bewegbar übereinander auf einer Grundplatte 25 angeordnet. Die Stufen 26 und 27 werden in Richtung der X- bzw. V-Achse von einem nicht gezeigten Motor angetrieben. Eine Grobeinstellung erfolgt über ein Laser-Interferrometer 28. Ein Mikrotisch 30, der von einem Elektromagneten 29 angetrieben wird, sitzt auf der X-Stufe 27, und zwar unter Zwischenschaltung von Blattfedern 31. Eine Feineinstellung der Positionierung ergibt sich durch das Kräftegleichgewicht zwischen der Anziehungskraft des Elektromagneten 29 und der Rückstellkraft der Blattfedern 31.

Da jedoch das Verhältnis zwischen der Anzugskraft des Elektromagneten 29 und der dadurch verursachten Bewegung des Tisches 30 nicht linear ist, ist das Steuersystem zur Erzielung einer solchen Einstellbewegung äußerst kompliziert. Insbesondere kann, wenn man die Steuergeschwindigkeit anhebt, die Steuerung unstabil werden, und zwar aufgrund der mangelnden Linearität. Ferner ist nachteilig, daß hinsichtlich der Feineinstellung eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den Antriebskräften in den jeweiligen Richtungen stattfindet.

Bei einer aus der DE-OS 24 40 088 bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art wird der zu justierende Gegenstand auf einem Tisch angeordnet, der über gebogene Blattfedern an einem festen Rahmen montiert ist, so daß mittels auf den Tisch einwirkenden fest angeordneten Elektromagneten Bewegungen des Tisches in zwei zueinander senkrechten Richtungen unter Durchbiegung des jeweiligen Blattfederpaars bewirkt werden können. Jedoch ist bei Bewegung des Tisches in einer Richtung eine Verformung auch eier der anderen Richtung zugeordneten Blattfedern unvermeidlich, d. h. es besteht in gewissem Ausmaß eine Kopplung zwischen den beiden Bewegungsmechanismen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Feineinstellung zu erreichen, daß die in den beiden Richtungen wirkenden Einstellmechanismen einander möglichst wenig beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zu justierende Gegenstand mittels eines Tragelements in einem ersten Rahmen angeordnet ist, der in einer ersten Richtung federnd in einem zweiten Rahmen montiert ist, während der zweite Rahmen in einer zweiten Richtung federnd im stationären Rahmen montiert ist, wobei dynamische elektromechanische Wandler zur Betätigung in X- bzw. V-Richtung jeweils stirnseitig an die Rahmen anschließen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die in den beiden Richtungen wirkenden Einstellmechanismen im wesentlichen voneinander entkoppelt, und zwar sowohl aufgrund des Aufbaus aus zwei relativ zueinander bewegbaren Rahmen als auch aufgrund der Verwendung von dynamischen elektromechanischen Wandlern, bei denen wechselseitige Beeinflussungen und Streuverluste besonders gering gehalten werden können. Man erhält somit eine feste Beziehung zwischen der aufgeprägten Steuerungsaktion und der erzielten Steuerung so daß eine einfache und exakte Feinregulierung ermöglicht wird, die hohe Geschwindigkeiten ermöglicht und einer automatischen Betriebs-